DE112008000030B4

DE112008000030B4 - Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen

Info

Publication number: DE112008000030B4
Application number: DE112008000030.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Higashi; Satoshi Abe
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: US8163224B2; WO2009054442A1; JP2009107153A; KR20090058506A; US20100176539A1; DE112008000030T5; CN101541512B; KR100928619B1; JP4258567B1; CN101541512A

Abstract

Eine Metallleichtformanlage 1 umfasst eine Pulverschicht-Bildungseinheit 2, eine Bestrahlungseinheit 3, welche Lichtstrahlen L abstrahlt, eine Korrektur-Zielmarke 4, auf der eine Korrekturmarkierung gebildet wird, die bei der Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen als Passermarke dient, und eine Bildkamera 5, die ein Bild der Korrekturmarkierung aufnimmt. Die Korrektur-Zielmarke 4 besteht aus einem Material, welches bei Bestrahlung mit dem Lichtstrahl L schmilzt, um so eine Durchgangsöffnung zu bilden. Die Korrektur-Zielmarke 4 befindet sich auf der Formungsplatte 23, und die Lichtstrahlen L werden abgestrahlt, um die Korrektur-Zielmarke 4 zu durchdringen, so dass die Korrekturmarkierung 7 gebildet wird. Anschließend nimmt die Bildkamera 5 ein Bild der Korrekturmarkierung 7 auf und es wird die Lage der Korrekturmarkierung 7 vermessen, und auf diese Weise die Korrektur der Einstrahlpunkte ausgeführt. Da die Korrekturmarkierung 7 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, ergibt sich ein klarer Kontrast, so dass die Lage der Korrekturmarkierung 7 leicht vermessen und die Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen L ohne weiteres ausgeführt werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen durch Abstrahlung von Lichtstrahlen auf ein anorganisches oder organisches pulverförmiges Material.
Stand der Technik
Aus der EP 1 752 240 A1 ist ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen in der Form bekannt, dass Lichtstrahlen auf eine Pulverschicht abgestrahlt werden, die aus einem anorganischen oder organischen pulverförmigen Material besteht, um durch Schmelzen der Pulverschicht eine Sinterschicht zu bilden, und Prozesse der Bildung einer neuen Pulverschicht auf der Sinterschicht und die Abstrahlung von Lichtstrahlen wiederholt werden. Bei so einem Herstellungsverfahren wird als Lichtquelle der Lichtstrahlen in erster Linie ein CO2-Laser verwendet.
Da es sich bei dem CO2-Laser um einen Gaslaser handelt, wird die Ausrichtung eines Resonanzspiegels eines inneren Lichtstrahloszillators aufgrund eines Temperaturanstiegs im Zuge der Laseroszillation in empfindlicher Weise verändert, und folglich können sich Eigenschaften wie etwa der Divergenzwinkel der Lichtstrahlen, die Stabilität der optischen Achse der Lichtstrahlen und auch die Stabilität der Laserausgangsleistungen verändern. Wegen der Veränderung der Eigenschaften der Lichtstrahlen können sich Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen, Durchmesser der fokussierten Laserstrahlen sowie die Laserleistung ändern. Wenn alternativ dazu als Lichtquelle der Lichtstrahlen ein YAG-Laser verwendet wird, dann können sich aufgrund eines thermischen Ausgleichs von Resonanzspiegeln an beiden Enden eines YAG-Stabs oder durch die thermische Ausdehnung des YAG-Stabs selbst, unmittelbar nach Beginn der Abstrahlung von Laserstrahlen und ähnlich wie beim CO2-Laser, Eigenschaften wie z. B. der Divergenzwinkel der Lichtstrahlen, die Stabilität der optischen Achse der Lichtstrahlen sowie die Stabilität der Laserausgangsleistungen ändern, wodurch sich auch Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen, Durchmesser der fokussierten Lichtstrahlen und die Laserleistung verändern können. Deshalb ist es notwendig, die Einstrahlpunkte des Lichtstrahls etc. zu korrigieren. Die Korrektur der Einstrahlpunkte wird ausgeführt, indem Lichtstrahlen auf ein fotosensitives Papier abgestrahlt werden und Positionen von Abstrahlspuren der Lichtstrahlen gemessen werden, an denen sich das fotosensitive Papier durch die Wärme der Lichtstrahlen verfärbt hat.
Bei einem derartigen Korrekturverfahren beträgt jedoch die Abgabeleistung des Lasers bei der Korrektur einige Watt bis mehrere Dutzend Watt und ist viel kleiner als die Abgabeleistung von mehreren Hundert Watt, wenn tatsächlich Pulver gesintert werden. Weil sich der Oszillationszustand des Lasers bei der Korrektur von demjenigen beim Sintern von Pulvern unterscheidet, ist von daher der thermische Zustand des Laserstrahloszillators anders, und folglich stimmen die Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen nicht mit den Einstrahlpositionen beim Sintern von Pulvern überein. Infolgedessen kann die Korrektur der Einstrahlpunkte der Laserstrahlen nicht in ausreichendem Maße korrigiert werden.
Darüber hinaus ist ein weiteres Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen bekannt, bei dem Einstrahlpunkte der Laserstrahlen korrigiert werden, indem man Bahnen mit im wesentlichen derselben Leistung wie beim Sintern von Pulvern zieht (siehe JP 2005-133120 A ).
Bei dem in JP 2005-133120 A gezeigten Herstellungsverfahren ist jedoch der Kontrast der Spuren der Laserstrahlen nicht scharf, so dass Einstrahlpunkte nicht in ausreichendem Maße korrigiert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen und hat zum Ziel, ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen anzugeben, mit dem sich die Korrektur von Einstrahlpunkten von Laserstrahlen in einfacher Weise ausführen lässt.
Um das vorstehend genannte Ziel zu erreichen, umfasst ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Pulverschicht-Formungsschritt, um eine Pulverschicht zu bilden, indem einer Formungsplatte pulverförmiges Material zugeführt wird; einen Bestrahlungsschritt, um eine Sinterschicht zu bilden, indem die Pulverschicht mit Lichtstrahlen bestrahlt wird; einen Schichtungsschritt, um die Sinterschichten schichtweise aufzubauen, indem die Pulverschicht-Formungsschritte und die Bestrahlungsschritte wiederholt werden, einen Markierungsschritt, um auf einer Platte, die auf einer Bestrahlungsfläche der Lichtstrahlen angeordnet ist, eine Korrektur-Zielmarke festzulegen, und um eine Markierung oder Markierungen auf der Korrektur-Zielmarke zu bilden, indem Laserstrahlen mit derselben Leistung wie beim Bestrahlungsschritt abgestrahlt werden, um die Korrektur-Zielmarke zu durchdringen; und einen Korrekturschritt, um eine Position der Markierung oder Positionen der Markierungen zu vermessen, die im Markierungsschritt gebildet wurde bzw. wurden, und um Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen basierend auf einer Nichtübereinstimmung mit vorher gesetzten Einstrahlpunkten zu korrigieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine Aushöhlung oder Aushöhlungen hat, die an einer Position oder an Positionen ausgebildet ist bzw. sind, die der Markierung oder den Markierungen entspricht bzw. entsprechen. Bevorzugt besteht die Korrektur-Zielmarke aus einem Material, das bei Abstrahlung der Lichtstrahlen im Markierungsschritt von den Lichtstrahlen durchdrungen werden kann.
Gemäß der Erfindung tritt, da die Korrektur-Zielmarke von der Strahlung der Lichtstrahlen durchdrungen wird, der Kontrast zwischen der Markierung oder den Markierungen und deren umliegenden Bereichen deutlich hervor, womit die Lage der Markierung oder die Lagen der Markierungen leicht vermessen werden kann bzw. können, und sich die Korrektur von Einstrahlpunkten der Lichtstrahlen leicht bewerkstelligen lässt.
Vorzugsweise sollte die Korrektur-Zielmarke auf einer Platte festgelegt werden, die auf der Bestrahlungsfläche angeordnet ist, und die Platte hat eine Aushöhlung oder Aushöhlungen, die an einer Position oder an Positionen ausgebildet ist bzw. sind, die der Markierung oder den Markierungen entspricht bzw. entsprechen. Dadurch, dass die Platte unter der Markierung oder den Markierungen eine Aushöhlung oder Aushöhlungen aufweist, wird der Kontrast zwischen der Markierung oder den Markierungen und den umliegenden Bereichen viel deutlicher, womit die Lage der Markierung oder die Lagen der Markierungen leichter vermessen werden kann bzw. können.
Vorzugsweise sollte die Vermessung der Lage der Markierung oder der Lagen der Markierungen im Verlauf des Korrekturschritts durch eine Beleuchtung der Korrektur-Zielmarke und Abbilden des Kontrasts aufgrund der Bestrahlung erfolgen. Dadurch wird, da die Markierung oder die Markierungen beleuchtet ist bzw. sind, der Kontrast zwischen der Markierung oder den Markierungen und den umliegenden Bereichen viel deutlicher, und somit lässt sich die Lage der Markierung oder die Lagen der Markierungen leichter vermessen.
Vorzugsweise sollten beim Markierungsschritt mehrere Markierungen unabhängig voneinander so gebildet werden, dass sie einander nicht überlappen. Dadurch kann, da jede Markierung ohne Überlappung unabhängig ist, die Korrektur-Zielmarke beim Markieren nicht abfallen.
Vorzugsweise sollte es sich bei der Markierung oder den Markierungen um eine Kreuzform handeln. Dadurch können, da es sich bei der Markierung oder den Markierungen um die Kreuzform handelt, Koordinaten an einer Kreuzungsposition einer Längslinie und einer Querlinie in einfacher Weise erhalten werden.
Vorzugsweise sollte es sich bei der Markierung oder den Markierungen um eine Kreisform handeln. Dadurch können, da es sich bei der Markierung oder den Markierungen um die Kreisform handelt, Koordinaten eines Mittelpunkts eines Kreises leichter aus Koordinaten von drei Punkten auf dem Kreis erhalten werden.
Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
(Erste Ausführungsform)
Mit Bezug auf Zeichnungen wird ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1(a) und 1(b) zeigen jeweils eine im Herstellungsverfahren verwendete Konfiguration einer Metallleichtformanlage, wobei in 1(b) die Darstellung eines Teils einer Lichtabstrahleinheit weggelassen ist. Die Metallleichtformanlage 1 umfasst eine Pulverschicht-Bildungseinheit 2, die Metallpulver als Schicht mit einer vorbestimmten Dicke ausbreitet, eine Lichtabstrahleinheit 3, welche Lichtstrahlen L abgibt und die Lichtstrahlen auf beliebige Punkte abstrahlt, und eine Steuereinheit 6, die jede Einheit der Metallleichtformanlage 1 steuert. Die Pulverschicht-Bildungseinheit 2 hat einen Hubtisch 21, der sich nach oben und unten bewegt, eine Formungsplatte 23, die am Hubtisch 21 angeordnet ist und als Unterlage für einen geformten Gegenstand 22 dient, einen Abstreifer 25, der sich in einer durch Pfeil A gezeigten Richtung bewegt und eine Pulverschicht 24 aus Metallpulver auf der Formungsplatte 23 ausbreitet, und einen Formungsbehälter 26, der den Hubtisch 21 umgibt.
Die Lichtabstrahleinheit 3 umfasst einen Lichtstrahloszillator 31, der die Lichtstrahlen L oszilliert, zwei Scannerspiegel 32, die drehbar sind und die Lichtstrahlen L aus dem Lichtstrahloszillator 31 reflektieren, und einen Scanner 33, der den Drehwinkel der Scannerspiegel 32 steuert. Die Steuereinheit 6 stellt die Drehwinkel der Scannerspiegel 32 über den Scanner 33 ein, so dass die Lichtstrahlen L die Pulverschicht 24 abrastern. Die Scannerspiegel 32 und der Scanner 33 bilden einen Scannerkopf 34. Bei dem Lichtstrahloszillator 31 handelt es sich z. B. um einen Oszillator eines Kohlendioxidlasers oder eines YAG-Lasers. Die Metallleichtformanlage 1 umfasst eine Bildkamera 5, die Bilder einer Korrekturmarkierung aufnimmt, die an einer Position einer Korrektur-Zielmarke 4 gebildet ist, und einen X-Y-Antriebsmechanismus 51, der die Bildkamera 5 in Positionen bewegt, an denen sie Bilder aufnimmt, sowie einen Bildprozessor 52, der die von der Bildkamera 5 aufgenommenen Bilder verarbeitet.
Die Metallleichtformanlage 1 führt einen Markierungsschritt und daraufhin einen Korrekturschritt aus, um im Rahmen einer Vorverarbeitung der Formgebung einer dreidimensionalen Form die Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen L zu korrigieren. Beim Markierungsschritt ist die Korrektur-Zielmarke 4 auf der Formungsplatte 23 angeordnet. Auf der Korrektur-Zielmarke 4 werden durch Abstrahlung der Laserstrahlen L unter Verwendung des Scannerkopfs 34 eine Korrekturmarkierung, die als Passermarke dient, bzw. Korrekturmarkierungen gebildet, die bei der Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen als Passermarken dienen. Von der Bildkamera 5 wird ein Bild der auf der Korrektur-Zielmarke 4 gebildeten Korrekturmarkierung aufgenommen, und auf der Basis des Bilds werden die Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen korrigiert.
Das Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen in der wie vorstehend konfigurierten Metallleichtformanlage 1 wird mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. 2 zeigt Zeitverlaufszustände bei der Ausführung des Herstellungsverfahrens, und 3 zeigt einen Ablauf hiervon. Zuerst wird, wie in 2(a) gezeigt, die Korrektur-Zielmarke 4 auf der Formungsplatte 23 angeordnet (Schritt S1, der mit S1 abgekürzt wird, was auch für die folgenden Schritte gilt). Danach wird eine Korrekturmarkierung oder werden Korrekturmarkierungen 7 gebildet, indem die Lichtstrahlen auf die Korrektur-Zielmarke 4 abgestrahlt werden (S2). Bei der Korrekturmarkierung oder den Korrekturmarkierungen 7 handelt es sich um eine Kreuzform, wobei die Korrekturmarkierung oder die Korrekturmarkierungen 7 auch in einer Kreisform, rechteckigen Form oder dergleichen vorliegen kann bzw. können. Beim Schritt S2 hat die Laserausgangsleistung der Lichtstrahlen L im Wesentlichen dieselbe Intensität wie sie die Laserausgangsleistung beim Sintern der Pulverschicht hat. Diese Schritte S1 und S2 stellen einen Markierungsschritt dar.
Danach verschiebt, wie in 2(b) gezeigt ist, die Steuereinheit über den X-Y-Antriebsmechanismus die Bildkamera 5 auf eine Position über der Korrekturmarkierung 7, nimmt ein Bild der Korrekturmarkierung 7 auf und vermisst die Lage der Korrekturmarkierung 7 (S3). Dann beurteilt sie, ob eine Abweichung zwischen der Lage der abgebildeten Korrekturmarkierung 7 und eines vorher gesetzten Einstrahlpunkts kleiner ist als eine vorbestimmte Größe oder nicht (S4). Wenn die Abweichung größer als die vorbestimmte Größe ist, führt die Steuereinheit die Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen L aus (S5). Dann wird die Korrektur-Zielmarke 4 auf eine neue abgeändert (S6) und es wird zu Schritt S2 zurückgekehrt. Diese Schritte S3 bis S6 stellen einen Korrekturschritt dar. Die Schritte S2 bis S6 werden wiederholt, bis die Abweichung zwischen der Lage der Korrekturmarkierung 7 und dem vorbestimmten Einstrahlpunkt kleiner als die vorbestimmte Größe wird. Wenn die Abweichung kleiner wird als die vorbestimmte Größe, wird die Korrektur-Zielmarke 4 von der Formungsplatte 23 abgenommen. Der Ablauf geht zum nachfolgenden Schritt S7 weiter.
Wie in 2(c) gezeigt ist, bewegt die Steuereinheit den Hubtisch 21 nach unten, so dass ein Höhenunterschied zwischen einer Oberseite des Formungstischs 23 und einer Oberseite des Formungsbehälters 26 zu Δt wird (S7). Danach führt die Steuereinheit durch den Abstreifer 25 der Formungsplatte 23 die Metallpulver zu. Der Abstreifer 25 bewegt sich in Horizontalrichtung auf derselben Höhe wie die Oberseite des Formungsbehälters 26, so dass sich auf dem Formungstisch 23 eine Pulverschicht 24 mit einer Dicke Δt bildet (S8). Diese Schritte S7 und S8 stellen einen Pulverschicht-Bildungsschritt dar.
Nach dem vorstehenden Schritt S6 lässt, wie in 2(d) gezeigt ist, die Steuereinheit den Scannerkopf 34 die Lichtstrahlen L beliebige Punkte abrastern (S9), so dass sich durch Schmelzen der Pulverschicht 24 eine Sinterschicht 27 ergibt, die mit der Formungsplatte 23 fest verbunden ist (S10). Diese Schritte S9 und S10 stellen einen Bestrahlungsschritt dar.
Nach dem vorstehenden Schritt S10 bestimmt die Steuereinheit, ob die Formgebung abgeschlossen ist oder nicht (S11). Wenn die Formgebung nicht abgeschlossen ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S7 zurück, und es werden die Schritte S7 bis S10 wiederholt ausgeführt, um die Sinterschichten 27 schichtweise aufzubauen, wie in 2(c) und 2(d) gezeigt ist. Die Schritte S7 bis S10 stellen einen Schichtungsschritt dar. Demzufolge wird ein geformter Gegenstand 22 gebildet, indem die Sinterschichten 27 schichtweise aufgebaut werden, wie in 2(e) gezeigt ist. Die vorstehend erwähnte Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen durch den Markierungsschritt und den Korrekturschritt können vor der Bildung des geformten Gegenstandes 22 oder zu einem optionalen Zeitpunkt während der Bildung des geformten Gegenstands 22 ausgeführt werden. Wenn die Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen ausgeführt wird, während der geformte Gegenstand 22 gebildet wird, werden der Markierungsschritt und der Korrekturschritt unter einem Zustand ausgeführt, bei dem sich die Korrektur-Zielmarke 4 auf der Pulverschicht 24 oder Sinterschicht 27 befindet.
Nachstehend wird der nach dem Markierschritt erfolgende Korrekturschritt mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 beschreibt einen Zustand, bei dem die Bildkamera 5 ein Bild einer Korrekturmarkierung 7 aufnimmt, die auf der Korrektur-Zielmarke 4 gebildet ist. Die Korrektur-Zielmarke 4 ist auf der Formungsplatte 23 angeordnet, und beim Markierungsschritt wird auf der Korrektur-Zielmarke 4 die Korrekturmarkierung 7 gebildet. Die Korrektur-Zielmarke 4, auf der der Markiervorgang vonstatten gehen sollte, ist aus einem solchen Material gebildet, dass ein Einstrahlabschnitt von diesem schmilzt, um eine Durchgangsöffnung zu bilden, wenn der Lichtstrahl L abgestrahlt wird. Bei der Korrektur-Zielmarke 4 handelt es sich beispielsweise um ein Blatt Papier mit einer Dicke in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,3 mm. Die Korrekturmarkierung 7 wird als Durchgangsöffnung gebildet, um den Lichtstrahl durch die Korrektur-Zielmarke 4 durchzulassen.
Mittels des X-Y-Antriebsmechanismus 51 wird die Bildkamera 5 in X-Richtung und Y-Richtung so bewegt, dass sie sich über der Korrekturmarkierung 7 befindet; sie nimmt dann ein Bild der Korrekturmarkierung 7 auf. Das Bild wird durch den Bildprozessor 52 analysiert, und die Lage der Korrekturmarkierung 7 wird vermessen. Da die Korrekturmarkierung 7 der Korrektur-Zielmarke 4 durch die Bestrahlung mit Lichtstrahlen so gebildet wird, dass eine Durchgangsöffnung entsteht, tritt der Kontrast zwischen der Korrekturmarkierung 7 und dem umliegenden Bereich deutlich hervor, womit die Lage der Korrekturmarkierung 7 leichter vermessen werden und die Korrektur der Einstrahlpunkte der Laserstrahlen L in einfacherer Weise vonstatten gehen kann.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen im Rahmen des Herstellungsverfahrens von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. 5(a) und 5(b) zeigen jeweils einen Zustand, bei dem die Bildkamera 5 ein Bild der Korrekturmarkierung 7 aufnimmt, die auf der Korrektur-Zielmarke 4 gebildet ist. Die Korrektur-Zielmarke 4 liegt auf einer Korrekturplatte 41 mit einer Aushöhlung, was den Kontrast der Korrekturmarkierung 7 verstärkt, wobei es sich bei der Aushöhlung in 5(a) um eine Einsenkung 41a handelt und die Aushöhlung in 5(b) eine Durchgangsöffnung 41b ist. 6(a) zeigt eine Draufsicht einer Korrekturplatte, und 6(b) zeigt einen Zustand dessen, dass die Korrektur-Zielmarke 4 auf der Korrekturplatte 41 angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist die Korrekturplatte 41 auf der Formungsplatte 23 angeordnet, und die Korrektur-Zielmarke 4 befindet sich auf der Korrekturplatte 41. An Stellen, die der Korrekturmarkierung oder den Korrekturmarkierungen 7 der Korrektur-Zielmarke 4 entsprechen, sind Aushöhlungen in der Korrekturplatte 41 gebildet. Bei der Aushöhlung kann es sich um eine nicht vollständig hindurchgehende Einsenkung 41a oder um eine Durchgangsöffnung 41b handeln. In den Beispielen von 6(a) und 6(b) sind die Einsenkungen 41a oder die Durchgangsöffnungen 41b an neun Positionen an der Korrekturplatte 41 gebildet, und die Korrekturmarkierung oder Korrekturmarkierungen 7 ist bzw. sind an Positionen über den Einsenkungen 41a oder den Durchgangsöffnungen 41b gebildet. Bei Abbildung der Korrekturmarkierung 7 wird, da der Teilbereich unter der Korrekturmarkierung 7 die Aushöhlung ist, der Abschnitt der Korrekturmarkierung 7 dunkel, womit der Kontrast zwischen der Korrekturmarkierung 7 und deren Umgebungsbereich deutlich hervortritt.
Wenn außerdem die Korrektur-Zielmarke 4 direkt auf der Formungsplatte 23 angeordnet ist, wie in der obigen ersten Ausführungsform beschrieben ist, kann sich von den Lichtstrahlen herrührende Wärme beim Markierungsschritt in der Formungsplatte 23 verteilen, und die Temperatur der Korrektur-Zielmarke 4 kann nicht in ausreichendem Maße ansteigen, so dass es schwierig wird, die Korrekturmarkierung 7 zu bilden. Dagegen kann sich die von den Lichtstrahlen herrührende Wärme nicht verteilen, da ja der Teilbereich unterhalb der Korrekturmarkierung 7 die Aushöhlung ist, und somit können Durchgangsöffnungen der Korrekturmarkierung 7 in einfacherer Weise gebildet werden.
Dadurch tritt der Kontrast zwischen der Korrekturmarkierung 7 und dessen Umgebungsbereich deutlich hervor.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen im Rahmen des Herstellungsverfahrens von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. 7(a) zeigt einen Zustand, bei dem ein Bild der sich über der Einsenkung 41a befindlichen Korrekturmarkierung 7 aufgenommen wird, und 7(b) zeigt einen Zustand, bei dem ein Bild der über der Durchgangsöffnung 41b befindlichen Korrekturmarkierung 7 aufgenommen wird. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Metallleichtformanlage 1 eine Beleuchtungseinheit 8 und nimmt ein Bild der Korrekturmarkierung 7 unter Beleuchtung durch die Beleuchtungseinheit 8 auf. Bei der Beleuchtungseinheit 8 handelt es sich z. B. um eine Glühlampe oder um LEDs. Alternativ ist es vorzuziehen, optische Fasern zu verwenden, um externe Lichtstrahlen zur Beleuchtung heranzuschaffen. Selbst wenn es sich bei der Aushöhlung an der Korrekturplatte 41 um die Einsenkung 41a handelt, wie in 7(a) gezeigt ist, oder auch wenn die Aushöhlung an der Korrekturplatte 41 die Durchgangsöffnung 41b ist, wie in 7(b) gezeigt ist, laufen die in die durchgehende Korrekturmarkierung 7 einfallenden Lichtstrahlen bis zur darunterliegenden Aushöhlung weiter, so dass der Teilbereich der Korrekturmarkierung 7 dunkel abgebildet wird, und die Lichtstrahlen, welche den umliegenden Bereich der Korrekturmarkierung 7 beleuchten, werden nach oben reflektiert, womit der Umgebungsbereich der Korrekturmarkierung 7 hell abgebildet wird und demzufolge der Kontrast zwischen der Korrekturmarkierung 7 und deren Umgebungsbereich deutlich hervortritt.
8 zeigt eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen, bei der die über der Durchgangsöffnung 41b der Korrekturplatte 41 sitzende Korrekturmarkierung 7 von unterhalb der Korrektur-Zielmarke 4 beleuchtet wird. In diesem Fall befindet sich ein Zwischenraum zwischen der Korrekturplatte 41 und der Formungsplatte 23, und die Beleuchtungseinheit 8 ist in diesem Zwischenraum angeordnet. Die Korrekturmarkierung 7 wird hell abgebildet, weil die Lichtstrahlen von der Beleuchtungseinheit 8 durch die Aushöhlung gelangen und in die Bildkamera 5 eintreten, und der Umgebungsbereich der Korrekturmarkierung 7 wird dunkel abgebildet, so dass der Kontrast zwischen der Korrekturmarkierung 7 und dessen Umgebungsbereich deutlich hervortritt.
(Vierte Ausführungsform)
Eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen im Rahmen des Herstellungsverfahrens von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. 9(a) und 9(b) zeigen jeweils eine Draufsicht der Korrektur-Zielmarke 4, auf der Korrekturmarkierungen 7 gebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Korrekturmarkierungen 7 so gebildet, dass sie einander nicht überlappen, wie in 9(a) gezeigt ist. 9(b) zeigt einen Zustand, bei dem die Korrekturmarkierungen 7 so gebildet sind, dass sie überlappen und ineinander übergehen. Wenn die Korrekturmarkierungen 7 ineinander übergehend gebildet sind, wie in 9(b) gezeigt ist, wird der schraffierte Bereich nach unten fallen, da die Korrekturmarkierungen 7 gebildet werden, indem die Lichtstrahlen die Korrektur-Zielmarke 4 durchdringen, und infolgedessen können die Lagen der Korrekturmarkierungen 7 nicht gemessen werden. Dagegen fällt, wenn die Korrekturmarkierungen 7 so gebildet werden, dass sie ohne Überlappung jeweils unabhängig voneinander sind, wie diese Ausführungsform in 9(a) gezeigt ist, kein Teilbereich der Korrektur-Zielmarke 4 nach unten weg, so dass die Lagen der Korrekturmarkierungen 7 gemessen werden können.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen im Rahmen des Herstellungsverfahrens von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. 10 zeigt eine Form der Korrekturmarkierung 7. In dieser Ausführungsform ist die Korrekturmarkierung 7 als Kreuzform gebildet, und die Lage der Korrekturmarkierung 7 wird wie folgt vermessen. Die Korrekturmarkierung 7 ist durch eine Längslinie 71 und eine Querlinie 72 gebildet. Breitenabmessungen der Längslinie 71 und Querlinie 72 werden in einem Bereich gewählt, der sich in ein Aufnahmefeld der Bildkamera 5 einpasst, und sind vorzugsweise so gewählt, dass sie kleiner oder gleich der Hälfte des Aufnahmefeldes sind. Da die Breitenabmessung der Linie kleiner oder gleich einer Hälfte des Aufnahmefeldes ist, kann die Lage der Korrekturmarkierung 7 vermessen werden, selbst wenn das Aufnahmefeld geringfügig abweicht. Zuerst werden Koordinaten einer linken Grenzlinie 71L und einer rechten Grenzlinie 71R der Längslinie 71 der Korrekturmarkierung 7 vermessen, und es wird eine Koordinate einer Mittellinie 71C zwischen den beiden Grenzlinien berechnet. In entsprechender Weise werden Koordinaten einer oberen Grenzlinie 72U und einer unteren Grenzlinie 72L der Querlinie 72 vermessen, und eine Koordinate einer Mittellinie 72C zwischen den beiden Grenzlinien wird berechnet. Als Position der Korrekturmarkierung 7 werden Koordinaten eines Kreuzungspunkts der beiden Mittellinien 71C und 72C verwendet. Auf diese Weise können die Koordinaten einer Position, an der sich die Längslinie mit der Querlinie kreuzt, in einfacher Weise erhalten werden, weil es sich bei der Korrekturmarkierung 7 um eine Kreuzform handelt.
(Sechste Ausführungsform)
Eine Korrektur der Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen im Rahmen des Herstellungsverfahrens von dreidimensional geformten Gegenständen gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben. 11 zeigt eine Form der Korrekturmarkierung 7. Bei dieser Ausführungsform ist die Korrekturmarkierung 7 als Kreisform gebildet. Dieser Kreis 73 kann gebildet werden, indem man die Lichtstrahlen kreisförmig abrastern lässt, oder indem der Lichtstrahl kreisförmig gestaltet wird. Ein Durchmesser des Kreises 73 kann vorzugsweise kleiner oder gleich einem Dreiviertel des Aufnahmefeldes der Bildkamera 5 sein. Da der Durchmesser des Kreises kleiner oder gleich einem Dreiviertel des Aufnahmefeldes ist, kann die Lage der Korrekturmarkierung 7 gemessen werden, auch wenn das Aufnahmefeld ein klein wenig abweicht. Die Lage der Korrekturmarkierung 7 wird wie folgt vermessen. Es werden Koordinaten von drei beliebigen Punkten 73a, 73b und 73c an einem Außenumfang des Kreises 73 gemessen. Da ein Kreis, der durch drei Punkte läuft, genau definiert ist, werden Mittenkoordinaten des Kreises aus den Koordinaten der vermessenen Punkte 73a, 73b und 73c berechnet. Auf diese Weise kann, da die Korrekturmarkierung 7 eine Kreisform ist, die Mittenkoordinate des Kreises in einfacher Weise aus den Koordinaten der drei Punkte auf dem Kreis erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung ist überdies nicht auf die Konfigurationen der vorstehend erwähnten Ausführungsform beschränkt, und es lassen sich verschiedene Arten von Modifikationen in einem Umfang ausführen, ohne das Ziel der vorliegenden Erfindung zu verändern. Was die Korrektur-Zielmarke anbelangt, kann z. B. eine Acrylplatine oder ein dünnes Stahlblech verwendet werden. In so einem Fall können im Wesentlichen dieselben Effekte wie diejenigen bei Verwendung eines Blatts Papier erzielt werden. Außerdem kann das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung von einer komplexen Maschine in Form einer Metallleichtformanlage ausgeführt werden, die ein Schneidwerkzeug hat, um eine Oberfläche des dreidimensional geformten Gegenstandes spanend zu bearbeiten. In so einem Fall ist es möglich, im Wesentlichen dieselben Effekte zu erlangen wie man sie bei Verwendung der Metallleichtformanlage erhält. Wenn die vorliegende Erfindung durch die komplexe Maschine der Metallleichtformanlage ausgeführt wird, kann die Bildkamera 5 an einem Fräskopf für das Schneidwerkzeug angebracht sein. Dadurch wird der X-Y-Antriebsmechanismus 51 unnötig, was zu einer Kostenreduzierung führt, und das Koordinationssystem des Fräskopfs und das Koordinationssystem der Lichtstrahlen können miteinander in Einklang gebracht werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit der komplexen Maschine der Metallleichtformanlage gesteigert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) ist eine perspektivische Ansicht einer Metallleichtformanlage, die für ein Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 1(b) ist eine Vorderansicht der Metallleichtformanlage.
2 ist eine Zeichnung, die Zeitverlaufszustände des Herstellungsverfahrens zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm des Herstellungsverfahrens.
4 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Bild einer Korrekturmarkierung im Rahmen des Herstellungsverfahrens aufgenommen wird.
5(a) ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem in einem Korrekturschritt von Einstrahlpunkten von Lichtstrahlen in einem Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Bild einer über einer Einsenkung sitzenden Korrekturmarkierung aufgenommen wird, und (5b) ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem während des Korrekturschritts ein Bild einer Korrekturmarkierung über einer Durchgangsöffnung aufgenommen wird.
6(a) ist eine Draufsicht einer beim Korrekturschritt verwendeten Korrekturplatte, und 6(b) ist eine Draufsicht einer auf der Korrekturplatte angeordneten Korrektur-Zielmarke.
7(a) ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter in einem Korrekturschritt erfolgender Abstrahlung von Einstrahlpunkten von Lichtstrahlen ein Bild einer Korrekturmarkierung über einer Einsenkung aufgenommen wird, und 7(b) ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem unter Abstrahlung im Korrekturschritt ein Bild einer über einer Durchgangsöffnung befindlichen Korrekturmarkierung aufgenommen wird.
8 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei der im Korrekturschritt ein Bild einer Korrekturmarkierung aufgenommen wird, wobei eine von unten wirkende Beleuchtung verwendet wird.
9(a) ist eine Draufsicht von Korrekturmarkierungen, die im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Korrekturschritt von Einstrahlpunkten von Lichtstrahlen verwendet werden, und 9(b) ist eine Draufsicht von Korrekturmarkierungen, die so gebildet sind, dass sie überlappen und ineinander übergehen.
10 ist eine Draufsicht einer Korrekturmarkierung, die im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Korrekturschritt von Einstrahlpunkten von Lichtstrahlen verwendet wird.
11 ist eine Draufsicht einer Korrekturmarkierung, die im Rahmen eines Herstellungsverfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Korrekturschritt von Einstrahlpunkten von Lichtstrahlen verwendet wird.

Claims

Ein Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen umfassend: einen Pulverschicht-Formungsschritt, um eine Pulverschicht zu bilden, indem einer Formungsplatte pulverförmiges Material zugeführt wird; einen Bestrahlungsschritt, um eine Sinterschicht zu bilden, indem die Pulverschicht mit Lichtstrahlen bestrahlt wird; einen Schichtungsschritt, um die Sinterschichten schichtweise aufzubauen, indem die Pulverschicht-Formungsschritte und die Bestrahlungsschritte wiederholt werden, einen Markierungsschritt, um auf einer Platte, die auf einer Bestrahlungsfläche der Lichtstrahlen angeordnet ist, eine Korrektur-Zielmarke festzulegen, und um eine Markierung oder Markierungen auf der Korrektur-Zielmarke zu bilden, indem Laserstrahlen mit derselben Leistung wie beim Bestrahlungsschritt abgestrahlt werden, um die Korrektur-Zielmarke zu durchdringen; und einen Korrekturschritt, um eine Position der Markierung oder Positionen der Markierungen zu vermessen, die im Markierungsschritt gebildet wurde bzw. wurden, und um Einstrahlpunkte der Lichtstrahlen basierend auf einer Nichtübereinstimmung mit vorher gesetzten Einstrahlpunkten zu korrigieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte eine Aushöhlung oder Aushöhlungen hat, die an einer Position oder an Positionen ausgebildet ist bzw. sind, die der Markierung oder den Markierungen entspricht bzw. entsprechen.
Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen nach Anspruch 1, wobei die Vermessung der Lage der Markierung oder von Lagen der Markierungen im Verlauf des Korrekturschritts durch eine Beleuchtung der Korrektur-Zielmarke und Abbilden des Kontrasts aufgrund der Bestrahlung erfolgt.
Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen nach Anspruch 1, wobei beim Markierungsschritt mehrere Markierungen unabhängig voneinander so gebildet werden, dass sie einander nicht überlappen.
Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Markierung oder den Markierungen um eine Kreuzform handelt.
Herstellungsverfahren von dreidimensional geformten Gegenständen nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Markierung oder den Markierungen um eine Kreisform handelt.