DE112012002221T5

DE112012002221T5 - Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen Formobjektes

Info

Publication number: DE112012002221T5
Application number: DE112012002221.1T
Authority: DE
Inventors: Isamu Matsumoto; Masataka Takenami; Yoshiyuki Uchinono; Norio Yoshida; Isao Fuwa; Yoshikazu Higashi; Satoshi Abe
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-02-20
Also published as: JPWO2012160811A1; US9592554B2; CN103561891A; CN103561891B; JP5877471B2; WO2012160811A1; US20140147328A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes umfasst die nachfolgenden Schritte: (i) Bilden einer Pulverschicht auf einer Basisplatte durch eine Gleitbewegung einer Rakelklinge, gefolgt von einem Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers des vorbestimmten Abschnittes oder ein Schmelzen und eine anschließende Verfestigung hiervon ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Bilden einer Pulverschicht auf der sich ergebenden verfestigten Schicht und sodann Bestrahlen eines weiteren vorbestimmten Abschnittes der neuen Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei die Schritte (i) und (ii) wiederholt durchgeführt werden, wobei eine Bearbeitung wenigstens einmal an einer äußeren Oberfläche eines Formobjektvorläufers, den man während des Herstellens erhält, durchgeführt wird, und wobei nach der Bearbeitung wenigstens eine verfestigte Schicht gebildet ist, und sodann die Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt wird, um einen erhöhten verfestigten Abschnitt, der an einer Umfangskante (Konturabschnitt) der verfestigten Schicht erzeugt ist, zu entfernen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes mit einer Mehrzahl von verfestigten Schichten, die integral durch Wiederholen des Schrittes des Bildens einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl gestapelt werden.
Hintergrund der Erfindung
Bekannt ist bislang ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes durch Bestrahlen eines Pulvers mit einem Lichtstrahl (ein derartiges Verfahren kann allgemein als „Selektivlasersinterverfahren” bezeichnet werden). Ein derartiges Verfahren kann das dreidimensionale Formobjekt mit einer Mehrzahl von verfestigten Schichten erzeugen, die integral gestapelt werden durch Wiederholen des Schrittes (i) des Bildens einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnitts einer Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, um hierdurch ein Sintern des vorbestimmten Abschnittes des Pulvers oder ein Schmelzen und eine anschließende Verfestigung hiervon zu ermöglichen, und des Schrittes (ii) des Bildens einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Bilden einer Pulverschicht auf der sich ergebenden verfestigten Schicht, gefolgt von einem ähnlichen Bestrahlen der Pulverschicht mit dem Lichtstrahl (siehe JP-T-01-502890 oder JP-A-2000-73108 ). Das auf diese Weise erhaltene dreidimensionale Formobjekt kann als Metallform in einem Fall verwendet werden, in dem anorganische Pulvermaterialien, so beispielsweise ein Metallpulver und ein Keramikpulver, als Pulvermaterial verwendet werden. Demgegenüber kann das dreidimensionale Formobjekt als Modell oder Replik in einem Fall verwendet werden, in dem organische Pulvermaterialien, so beispielsweise ein Harzpulver und ein Kunststoffpulver, als Pulvermaterial verwendet werden. Diese Art von Technologie macht es möglich, das dreidimensionale Formobjekt mit einer komplizierten Konturform in einer kurzen Zeitspanne zu erzeugen.
Das Selektivlasersinterverfahren wird nunmehr detailliert beschrieben, wobei derjenige Fall als Beispiel genommen wird, bei dem ein dreidimensionales Formobjekt auf einem Stützteil hergestellt wird. Wie in 1 gezeigt ist, wird zuerst eine Pulverschicht 22 mit einer vorbestimmten Dicke t1 auf einer Basisplatte für das Formobjekt 21 gebildet (siehe 1(a)), woraufhin ein vorbestimmter Abschnitt einer Pulverschicht 22 mit einem Lichtstrahl bestrahlt wird, um eine verfestigte Schicht 24 zu bilden. Sodann wird erneut eine Pulverschicht 22 auf der so gebildeten verfestigten Schicht 24 bereitgestellt und mit dem Lichtstrahl bestrahlt, um eine weitere verfestigte Schicht zu bilden. Wird die Bildung der verfestigten Schicht wiederholt durchgeführt, so kann man das dreidimensionale Formobjekt mit einer Vielzahl von verfestigten Schichten 24 erhalten, die integral gestapelt sind (siehe 1(b)). Da die verfestigte Schicht, die am weitesten unten befindlich ist, derart gebildet sein kann, dass sie an der Basisplatte für das Formobjekt angebracht ist, sind das erhaltene dreidimensionale Formobjekt und die Basisplatte integral miteinander ausgebildet. Die integral ausgebildeten Erzeugnisse des dreidimensionalen Formobjektes und der Basisplatte können so, wie man sie erhalten hat, als Form verwendet werden.
Patentdruckschriften (Druckschriften des Standes der Technik)

Patentdruckschrift 1: JP-T-01-502890
Patentdruckschrift 2: JP-A-2000-73108
Patentdruckschrift 3: JP-A-2004-277881

Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Man hat im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass bei dem Selektivlasersinterverfahren, wie in 13 gezeigt ist, das direkte Bestrahlen eines Abschnittes, der kein Basismaterial enthält, mit Laserlicht ermöglicht, dass Pulver, das den Abschnitt umgibt, weitgehend geschmolzen wird, was zur Bildung eines erhöhten Abschnittes infolge der Oberflächenspannung hiervon führt. Dies bedeutet, dass dann, wenn Laserlicht direkt auf einen Bereich einwirkt, ohne dass ein verfestigter Teil als Basismaterial vorhanden ist, das Pulver, das den Bereich umgibt, weitgehend geschmolzen wird, was zu dem erhöhten verfestigten Abschnitt (nachstehend als „erhöhtes Ende” bezeichnet) an der Umfangskante oder Kontur der verfestigten Schicht führt. Bei der Zuführung von Pulver zur Bildung einer nächsten Schicht kann eine Rakelklinge mit einem derartigen verfestigten Abschnitt zusammenstoßen, wodurch es unmöglich wird, eine gewünschte Pulverschicht zu bilden.
Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk der vorstehenden Umstände gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein „Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes” bereitzustellen, das für die Bildung einer Pulverschicht unter Verwendung einer Rakelklinge geeignet ist.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um das vorbeschriebene Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes bereit, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) Bilden einer Pulverschicht auf einer Basisplatte durch eine Gleitbewegung einer Rakelklinge, gefolgt von einem Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers des vorbestimmten Abschnittes oder ein Schmelzen und eine anschließende Verfestigung hiervon ermöglicht werden; und
(ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Bilden einer Pulverschicht auf der sich ergebenden verfestigten Schicht und sodann Bestrahlen eines weiteren vorbestimmten Abschnittes der neuen Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei die Schritte (i) und (ii) wiederholt durchgeführt werden,

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Umfangskante der verfestigten Schicht durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Bearbeitung der oberen Fläche („Bearbeitung der Oberseitenfläche”) nur an einem Konturbereich der oberen Oberfläche der „verfestigten Schicht mit Bildung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche” durchgeführt wird.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bearbeitung der oberen Fläche an der gesamten Oberseitenoberfläche der „verfestigten Schicht mit Bildung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche” durchgeführt. Dies bedeutet, dass die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes” an der gesamten „oberen Oberfläche der verfestigten Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche” einschließlich der Umfangskante der verfestigten Schicht durchgeführt wird.
Beim Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche an der gesamten oberen Oberfläche der „verfestigten Schicht mit Bildung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche” wird ein „Schneidwerkzeug, das für die Bearbeitung der oberen Fläche” verwendet wird, nicht nur zu dem verfestigten Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche, sondern auch bis zu einem Bereich, der einen Pulverbereich bedeckt, der den verfestigten Bereich umgibt, bewegt”, wodurch die Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes durchgeführt wird.
Wird die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen gebildet, so kann die Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur zu den unterverfestigten Bereichen, sondern auch zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der die unterverfestigten Bereiche umgibt, durchgeführt werden. In einem derartigen Fall ist der Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche durch eine „Gruppe von wenigstens zwei unterverfestigten Bereichen” definiert, und es kann die Bearbeitung der oberen Fläche in Einheiten von Gruppen durchgeführt werden. So wird beispielsweise das Schneidwerkzeug nicht nur zu den unterverfestigten Bereichen, die in der Gruppe beinhaltet sind, sondern auch bis zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der jeden verfestigten Bereich umgibt, bewegt, sodass die Bearbeitung der oberen Fläche in Einheiten von Gruppen durchgeführt werden kann.
Wird der verfestigte Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen gebildet, so wird die optimale Bearbeitung der oberen Fläche vorzugsweise entsprechend den Formen des unterverfestigten Bereiches von Interesse, den Steuer- bzw. Regelspezifizierungen und Betriebsformen des Schneidwerkzeuges entsprechend dem unterverfestigten Bereich und dergleichen ausgewählt. Insbesondere beinhaltet das Verfahren der Erfindung ein Bestimmen einer „Bearbeitungszeit A zum örtlichen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches” und einer „Bearbeitungszeit B zum vollständigen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur zu der Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches, sondern auch zu weiteren oberen Oberflächenbereichen” (das heißt die gesamte obere Oberfläche und/oder ein solcher Pulverbereich des verfestigten Bereiches). Sodann wird die Bearbeitung der oberen Fläche mit der kürzesten Bearbeitungszeit unter den gemessenen Bearbeitungszeiten ausgewählt und durchgeführt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes, der an der Umfangskante der „verfestigten Schicht mit Bildung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche” (Größe des erhöhten verfestigten Abschnittes in der vertikalen Richtung) erzeugt wird, genug groß sein, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen. Bei der Erfindung wird die Bearbeitung der oberen Fläche vorzugsweise insbesondere durchgeführt, um den erhöhten verfestigten Abschnitt, der die Gleitbewegung der Rakelklinge unterbrechen könnte, zu entfernen. In einem solchen Fall wird die Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes gemessen. Ist die gemessene Dicke des erhöhten Abschnittes groß genug, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen, so kann eine Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird immer dann, wenn eine verfestigte Schicht nach der Bearbeitung der äußeren Oberfläche (Seitenoberfläche) des Formobjektvorläufers gebildet ist, die Bearbeitung der oberen Fläche an dem erhöhten verfestigten Abschnitt durchgeführt.
Effekt der Erfindung
Bei dem Herstellungsverfahren der Erfindung verringert sogar dann, wenn eine vertikal erhöhter verfestigter Abschnitt in der Umfangskante der verfestigten Schicht, wie in 13 gezeigt ist, erzeugt wird, die Bearbeitung der oberen Fläche die Höhe des erhöhten verfestigten Abschnittes (das heißt die Größe in Dickenrichtung oder die Größe in vertikaler Richtung), was die Unterbrechung der Gleitbewegung der Rakelklinge verhindern kann.
Wird bei der Erfindung die Größe des erhöhten verfestigten Abschnittes groß genug, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen, so kann die Bearbeitung der oberen Fläche zu jenem Zeitpunkt durchgeführt werden. Soll jedoch beispielsweise die „Bearbeitung der oberen Fläche” immer dann durchgeführt werden, wenn eine verfestigte Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche gebildet ist, kann das Formobjekt unabhängig von der Größe des erhöhten verfestigten Abschnittes (Entwicklungsgrad des erhöhten Zustandes) geeignet hergestellt werden. Dies bedeutet, dass in einem solchen Fall das Formobjekt ohne Überwachen der Größe des erhöhten verfestigten Abschnittes geeignet hergestellt werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1(a) und 1(b) sind Schnittansichten, die schematisch Betriebsabläufe einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine zeigen.
2(a) und 2(b) sind perspektivische Ansichten zur schematischen Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen eines Lasersinterns (das heißt eines Selektivlasersinterverfahrens), wobei 2(a) insbesondere eine Hybridvorrichtung mit einem Bearbeitungsmechanismus zeigt, während 2(b) insbesondere eine Vorrichtung ohne Bearbeitungsmechanismus zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles, bei dem ein Selektivlasersinterverfahren ausgeführt wird.
4 ist eine perspektivische Ansicht zur schematischen Darstellung eines Aufbaus einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine, durch die ein Selektivlasersinterverfahren ausgeführt wird.
5 ist ein Ablaufdiagramm von Betriebsabläufen einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine.
6 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridprozesses in Abhängigkeit von der Zeit.
7 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Merkmale eines Herstellungsprozesses der Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Prozess.
8(a) und 8(b) sind schematische Diagramme zur Darstellung der Formen einer „Bearbeitung der oberen Fläche”, wobei 8(a) die Form der Bearbeitung der oberen Fläche, die nur an einer Umfangskante einer verfestigten Schicht durchgeführt wird, zeigt, während 8(b) die Form der Bearbeitung der oberen Fläche, die an der gesamten oberen Fläche der verfestigten Schicht von Interesse durchgeführt wird, zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Form der Bearbeitung der oberen Fläche, die durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur durch unterverfestigte Bereiche, sondern auch einen Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der jeden unterverfestigten Bereich umgibt, durchgeführt wird.
10 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Form des Bearbeitungsprozesses der oberen Fläche, der auf einer Gruppenbasis durchgeführt wird, wobei die „Gruppe als aus einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen zusammengesetzt” definiert ist.
11(a) bis 11(d) sind schematische Diagramme zur Darstellung der jeweiligen Formen der „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes”, wenn die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen gebildet wird, wobei 11(a) die Bearbeitung der oberen Fläche zeigt, die nur an der Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches durchgeführt wird, 11(b) die Bearbeitung der oberen Fläche zeigt, die an der gesamten oberen Oberfläche eines jeden unterverfestigten Bereiches durchgeführt wird, 11(c) die Bearbeitung der oberen Fläche zeigt, die nicht nur an der gesamten oberen Oberfläche eines jeden unterverfestigten Bereiches, sondern auch an dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der den unterverfestigten Bereich umgibt, durchgeführt wird, und 11(d) die Bearbeitung der oberen Fläche zeigt, die bezüglich jeden Gruppenbereiches durchgeführt wird.
12 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Schneidhöhe der „Bearbeitung der oberen Fläche”.
13 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Phänomens des sich in Abhängigkeit von der Zeit ändernden „erhöhten verfestigten Abschnittes”.
14 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Zustandes, in dem die Bearbeitung der oberen Fläche an einem Bereich mit einer bestimmten Breite am Umfang der Konturlinie durchgeführt wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines bearbeiteten Abschnittes und eines unbearbeiteten Abschnittes eines Formobjektes.
Ausführungsweisen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben.
Im Sinne der Verwendung in der Beschreibung und den Ansprüchen bezeichnet der Begriff „Pulverschicht” im Wesentlichen eine „Metallpulverschicht, die beispielsweise aus einem Metallpulver besteht”. Zudem bezeichnet der Begriff „vorbestimmter Abschnitt einer Pulverschicht” im Wesentlichen einen Abschnitt eines herzustellenden dreidimensionalen Formobjektes. Daher wird ein Pulver, das in einem derartigen vorbestimmten Abschnitt vorhanden ist, mit einem Lichtstrahl bestrahlt, wodurch das Pulver einer Sinterung oder einem Schmelzen und einer anschließenden Verfestigung hiervon unterzogen wird, um eine Form des dreidimensionalen Formobjektes zu bilden. Des Weiteren bezeichnet der Begriff „verfestigte Schicht” im Wesentlichen eine „gesinterte Schicht” in einem Fall, in dem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht ist, und im Wesentlichen eine „gehärtete Schicht” in einem Fall, in dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht ist.
Obwohl es sich hierbei nur um ein Beispiel handelt, kann das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Metallpulver ein Pulver sein, das ein eisenbasiertes Pulver als Hauptkomponente enthält, und kann ein Pulver sein, das des Weiteren wenigstens eine Art von Pulver enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Nickelpulver, einem nickelbasierten Legierungspulver, einem Kupferpulver, einem kupferbasierten Legierungspulver und einem Graphitpulver besteht. Beispiele für das Metallpulver beinhalten ein Metallpulver, bei dem der Anteil eines eisenbasierten Pulvers mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 20 μm bei 60 bis 90 Gew.-% liegt, der Anteil eines Nickelpulvers oder eines nickelbasierten Legierungspulvers oder von beidem bei 5 bis 35 Gew.-% liegt, der Anteil eines Kupferpulvers und/oder eines kupferbasierten Legierungspulvers oder von beidem bei 5 bis 15 Gew.-% liegt, und der Anteil eines Graphitpulvers bei 0,2 bis 0,8 Gew.-% liegt.
Selektivlasersinterverfahren
Zunächst wird ein Selektivlasersinterverfahren beschrieben, auf dem das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung beruht. Aus Gründen der Einfachheit ist das Selektivlasersinterverfahren, das beschrieben wird, eines, bei dem ein Pulvermaterial aus einem hierfür vorgesehenen Speicherbehälter zugeführt wird, gefolgt von einem Flachmachen bzw. Ebenmachen mittels einer Rakelklinge zur Bildung einer Pulverschicht hieraus. Darüber hinaus wird beispielhalber das Selektivlasersinterverfahren beschrieben, bei dem zusätzlich eine Bearbeitung hinsichtlich des Formobjektes (das heißt das Ausführungsbeispiel des Verfahrens mit Darstellung in 2(a) und nicht in 2(b)) durchgeführt wird. 1, 3 und 4 zeigen Funktionen und Aufbauten einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine, die ein Ausführen des Selektivlasersinterverfahrens ermöglicht. Versehen ist die Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine 1 hauptsächlich mit einem „Pulverschichtbildungsmittel 2 zur Bildung einer Pulverschicht durch Bereitstellen eines Pulvers, so beispielsweise eines Metallpulvers oder eines Harzpulvers, in einer vorbestimmten Dicke”; einem „Bildungstisch 20, der in der Lage ist, in einem Bildungsbehälter 29 vertikal angehoben/abgesenkt zu werden, dessen Außenumfang von einer Wand 27 umgeben ist”; einer „Basisplatte für ein Formobjekt 21, das auf dem Bildungstisch 20 angeordnet ist und als Plattform eines Formobjektes dient”; einem „Lichtstrahlbestrahlungsmittel 3 zum Bestrahlen eines gewünschten Abschnittes mit einem emittierten Lichtstrahl L”; und einem „Bearbeitungsmittel 4 zum Fräsen des Umfangs des Formobjektes”. Wie in 1 gezeigt ist, setzt sich das Pulverschichtbildungsmittel 2 hauptsächlich aus einem „Pulvertisch 25, der in der Lage ist, in einem Speicherbehälter für ein Pulvermaterial 28 vertikal angehoben/abgesenkt zu werden, dessen Außenumfang von einer Wand 26 umgeben ist” und einer „Rakelklinge 23 zur Bildung einer Pulverschicht 22 auf einer Basisplatte für das Formobjekt” zusammen. Wie in 3 und in 4 gezeigt ist, setzt sich das Lichtstrahlbestrahlungsmittel 3 hauptsächlich aus einem „Lichtstrahlgenerator 30 zum Emittieren eines Lichtstrahles L” und einem Galvanometerspiegel 31 (optisches Scansystem) zum Scannen eines Lichtstrahles L auf einer Pulverschicht 22” zusammen. Optional ist das Lichtstrahlbestrahlungsmittel 3 mit einem Strahlformberichtigungsmittel zum Berichtigen einer Form eines Lichtstrahlpunktes (beispielsweise einem Mittel, das aus einem Paar von zylindrischen Linsen und einem Drehantriebsmechanismus zum Drehen der Linsen um eine Schaftlinie des Lichtstrahles zusammengesetzt ist) und einer fd-Linse ausgestattet. Das Bearbeitungsmittel 4 setzt sich hauptsächlich aus einem „Fräskopf 40 zum Fräsen des Umfanges eines Formobjektes” und einem „X-Y-Betätiger 41 (41a, 41b) zum Antreiben des Fräskopfes 40 zu einer Bewegung hin zu der Fräsposition (siehe 3 und 4)” zusammen.
Die Betriebsabläufe der Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine 1 werden nunmehr detailliert anhand 1, 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt einen allgemeinen Betriebsablauf einer Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine. 6 zeigt schematisch und einfach einen Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridprozess.
Die Betriebsvorgänge der Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine setzen sich hauptsächlich aus einem Pulverschichtbildungsschritt (S1) des Bildens einer Pulverschicht 22; einem die verfestigte Schicht bildenden Schritt (S2) des Bestrahlens der Pulverschicht 22 mit einem Lichtstrahl L zur Bildung einer verfestigten Schicht 24; und einem Bearbeitungsschritt (S3) des Fräsens einer Oberfläche eines Formobjektes zusammen. Bei dem Pulverschichtbildungsschritt (S1) wird zunächst der Bildungstisch 20 um Δt1 abgesenkt (S11). Anschließend wird ein Pulvertisch 25 um Δt1 angehoben, woraufhin die Rakelklinge 23 angetrieben wird, um sich in Richtung eines Pfeiles „A”, wie in 1(a) gezeigt ist, zu bewegen. Hierdurch werden Pulver (beispielsweise ein „Eisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 5 μm bis 100 μm” oder ein „Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 30 μm bis 100 μm, so beispielsweise ein Pulver aus Nylon, Polypropylen oder ABS”), die auf dem Pulvertisch 25 platziert sind, ausgebreitet und bilden eine Pulverschicht 22 in einer vorbestimmten Dicke Δt1 (S13), während sie auf die Basisplatte 21 übertragen werden (S12). Im Anschluss an diesen Schritt wird der die verfestigte Schicht bildende Schritt (S2) durchgeführt. Bei diesem die verfestigte Schicht bildenden Schritt wird ein Lichtstrahl L (beispielsweise ein Kohlendioxid-Gaslaser (500 W), ein Nd:YAG-Laser (500 W), ein Faserlaser (500 W) oder Ultraviolettlicht) von dem Lichtstrahlgenerator 30 emittiert (S21), woraufhin ein Lichtstrahl L auf eine gewünschte Position der Pulverschicht 22 mittels des Galvanometerspiegels 31 gescannt wird (S22). Der gescannte Lichtstrahl kann bewirken, dass das Pulver geschmolzen und verfestigt wird, was zur Bildung der verfestigten Schicht 24 führt, die mit der Basisplatte 21 integral ausgebildet ist (S23). Es besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Transmission des Lichtstrahles in der Luft, und es kann der Lichtstrahl auch durch eine optische Faser oder dergleichen übertragen werden.
Der Pulverschichtbildungsschritt (S1) und der die verfestigte Schicht bildende Schritt (S2) werden wiederholt durchgeführt, bis die Dicke der gestapelten Schichten 24 einen derartigen Wert erreicht, den man auf Grundlage einer Werkzeuglänge des Fräskopfes 40 (siehe 1(b)) erhält. Beim Sintern des Pulvers oder einem Schmelzen und einer anschließenden Verfestigung des Pulvers wird die neue aufgestapelte verfestigte Schicht integral mit der unteren verfestigten Schicht, die bereits gebildet worden ist, ausgebildet.
Erreicht die Dicke der gestapelten verfestigten Schichten 24 eine vorbestimmte Dicke, so wird der Bearbeitungsschritt (S3) eingeleitet. Bei den in 1 und in 6 gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Fräskopf 40 betätigt, um eine Ausführung des Bearbeitungsschrittes einzuleiten (Schritt (S31). In einem Fall beispielsweise, in dem das Werkzeug (Kugelendfräse bzw. Kugelschaftfräse, ball end mill) des Fräskopfes 40 einen Durchmesser von 1 mm und eine effektive Fräslänge von 3 mm aufweist, kann ein Fräsen in einer Tiefe von 3 mm durchgeführt werden. Daher wird, wenn Δt1 gleich 0,05 mm ist, der Fräskopf 40 betätigt, wenn 60 verfestigte Schichten gebildet sind. Der Fräskopf 40 wird in X- und Y-Richtungen mittels des X-Y-Betätigers 41 (41a, 41b) gebildet, und es wird das Formobjekt, das aus gestapelten verfestigten Schichten 24 zusammengesetzt ist, einer Oberflächenbearbeitung unterzogen (S32). Ist das gesamte dreidimensionale Formobjekt noch nicht hergestellt, so kehrt der Schritt zu dem Pulverschichtbildungsschritt (S1) zurück. Anschließend werden die Schritte S1 bis S3 wiederholt durchgeführt, um die verfestigten Schichten 24 weiter zu stapeln, wodurch es möglich wird, das gewünschte dreidimensionale Formobjekt herzustellen (siehe 6).
Ein Bestrahlungsweg des Lichtstrahles L in dem die verfestigte Schicht bildenden Schritt (S2) und ein Fräsweg in dem Bearbeitungsschritt (S3) werden vorab unter Verwendung von 3-D-CAD-Daten bestimmt. In diesem Fall wird der Bearbeitungsweg durch Anwenden einer Konturlinienverarbeitung bestimmt. So werden beispielsweise bei dem die verfestigte Schicht bildenden Schritt (S2) die Konturformdaten eines jeden der scheibenförmigen Abschnitte, die (mit einer Nennweite von 0,05 mm bei einem Δt1 von 0,05 mm) regulär beabstandete scheibenförmige Abschnitte von STL-Daten aus der Erzeugung durch ein 3-D-CAD-Modell sind, verwendet.
Herstellungsverfahren der Erfindung
Eines der Merkmale der Erfindung bei dem vorbeschriebenen Selektivlasersinterverfahren ist der Bildungsprozess der verfestigten Schicht zusammen mit dem Bearbeitungsprozess. Insbesondere beinhaltet das Verfahren der Erfindung ein Entfernen des „erhöhten Endes” mit Erzeugung beim Sintern (Unterschneiden) der ersten Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche. Insbesondere wird, wie in 7 gezeigt ist, nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche eines Formobjektvorläufers die verfestigte Schicht, die man durch Sintern wenigstens einer Schicht erhalten hat, an ihrer oberen Oberfläche (insbesondere einem oberen Abschnitt der Umfangskante hiervon) bearbeitet oder geschnitten.
Mit anderen Worten, bei der Erfindung wird die Bearbeitung wenigstens einmal an einer äußeren Seitenoberfläche des Formobjektvorläufers durchgeführt, der während des Herstellungsprozesses erzeugt wird. Nach der Bearbeitung der äußeren Seitenoberfläche wird wenigstens eine verfestigte Schicht gebildet. Die sich ergebende verfestigte Schicht erfährt eine Bearbeitung der oberen Fläche, um wenigstens einen Teil des erhöhten Endes (das heißt einen erhöhten verfestigten Abschnitt) zu entfernen, der an der Umfangskante (das heißt der Kontur) der verfestigten Schicht erzeugt ist (siehe 7).
Das „erhöhte Ende” ist eines, das in der Umfangskante der verfestigten Schicht mit Bildung nach der „Bearbeitung an der äußeren Oberfläche des Formobjektes” erzeugt wird. Kurzum, der „erhöhte verfestigte Abschnitt” gemäß Verwendung bei der Erfindung bezeichnet im Wesentlichen einen örtlichen verfestigten Abschnitt, der bei der Bildung der verfestigten Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche erzeugt wird, und insbesondere einen örtlich verfestigten Abschnitt, der in einem Konturbereich der verfestigten Schicht derart erzeugt wird, dass er eine Dicke aufweist, die sich vertikal erstreckt (siehe 13).
Die Dicke (Größe in vertikaler Richtung) eines derartigen erhöhten verfestigten Abschnittes wird manchmal groß genug, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen. Insbesondere wenn die Anzahl von gestapelten verfestigten Schichten mit Bildung nach der Bearbeitung vergrößert wird (das heißt, wenn die weitere Bildung einer weiteren verfestigten Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche fortgesetzt wird), wird die Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes allmählich vergrößert. Daher verhindert die Erfindung eine Unterbrechung der Gleitbewegung der Rakelklinge durch geeignetes Durchführen des „Bearbeitungsprozesses der oberen Fläche”.
Die „Bearbeitung der oberen Fläche” gemäß Verwendung bei der Erfindung bezeichnet eine Bearbeitung, die an der Oberseitenoberfläche des Formobjektvorläufers, die man während des Herstellungsprozesses erhält, durchgeführt wird. Damit ist die „Bearbeitung der oberen Fläche” von der „Bearbeitung der Seitenoberfläche” zum Durchführen einer Bearbeitung an der Seitenoberfläche des Formobjektvorläufers verschieden.
Vorzugsweise wird bei der Erfindung die Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Umfangskante der verfestigten Schicht durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Bearbeitung der Oberseitenfläche örtlich nur an dem Konturbereich der verfestigten Schicht mit Bildung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche (siehe 8(a)) durchgeführt wird. Auf diese Weise kann der erhöhte verfestigte Abschnitt effektiv entfernt werden. Die „Umfangskante” gemäß Verwendung bei der Erfindung bezeichnet einen Konturabschnitt einer oberen Oberfläche der verfestigten Schicht mit dem „erhöhten verfestigten Abschnitt” (das heißt „erhöhten Ende”) mit Bildung daran (dies bedeutet, die verfestigte Schicht, die man nach dem Sintern wenigstens einer Schicht nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche des Formobjektvorläufers erhält) (was einen örtlichen Bereich von einer am weitesten außen befindlichen Seitenoberfläche der verfestigten Schicht hin zu der Innenseite hiervon innerhalb eines Bereiches von etwa 9 mm von der am weitesten außen befindlichen Seitenoberfläche beispielsweise innerhalb eines Bereiches von etwa 5 mm, insbesondere beispielsweise von etwa 2 mm anzeigt).
Bei der Erfindung wird wenigstens die Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt, um den erhöhten verfestigten Abschnitt, das heißt das erhöhte Ende, zu entfernen. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf die Bearbeitung der oberen Fläche beschränkt, die nur an der Umfangskante der verfestigten Schicht durchgeführt wird, und es kann die „Bearbeitung der oberen Fläche” an der gesamten oberen Oberfläche (Oberseitenoberfläche) der verfestigten Schicht von Interesse durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes” an der gesamten „oberen Oberfläche der verfestigten Schicht durchgeführt werden kann, die man nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche erhält”, und zwar einschließlich der Umfangskante der verfestigten Schicht (siehe 8(b)). Insbesondere kann das Schneidwerkzeug nicht nur zu dem „Umfangskantenbereich der verfestigten Schicht mit dem darin ausgebildeten erhöhten verfestigten Abschnitt”, sondern auch bis zu dem verfestigten Schichtbereich, der innerhalb des Kantenbereiches befindlich ist, bewegt werden, wodurch die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes” durchgeführt wird. Daher kann das Schneidwerkzeug zum Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche einfach gesteuert bzw. geregelt werden, und die Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des Schneidwerkzeuges wird vergleichsweise einfach, was die Gesamtzeit für die Bearbeitung der oberen Fläche verringern kann.
Das Schneidwerkzeug zur Verwendung bei der Bearbeitung der oberen Fläche unterliegt keiner besonderen Beschränkung und kann ein beliebiges Schneidwerkzeug sein, solange es nur dem Entfernen des „erhöhten verfestigten Abschnittes” dient. So kann beispielsweise eine Endfräse bzw. Schaftfräse (end mill) (beispielsweise eine quadratische Endfräse bzw. Schaftfräse) für die „Bearbeitung der oberen Fläche” verwendet werden. Bei Verwendung der Endfräse bzw. Schaftfräse ist ihr Durchmesser vorzugsweise größer als ein Punktdurchmesser des Lichtstrahles. Beim Durchführen der „Bearbeitung der oberen Fläche” an der gesamten oberen Oberfläche (Oberseitenoberfläche) der verfestigten Schicht von Interesse kann beispielsweise ein Drehschneider oder eine Rakelklinge mit einem Klingenabschnitt verwendet werden.
Beim Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche an der gesamten „oberen Oberfläche der verfestigten Schicht nach der Bearbeitung” der Seitenoberfläche kann das Schneidwerkzeug für die obere Oberfläche nicht nur zu dem verfestigten Bereich von Interesse für die Bearbeitung der äußeren Fläche, sondern auch zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der den verfestigten Bereich umgibt, bewegt werden, sodass die obere Bearbeitung bzw. die Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt werden kann, um den erhöhten verfestigten Abschnitt zu entfernen. Aus diesem Grund kann das Schneidwerkzeug für die Bearbeitung der oberen Fläche einfach gesteuert bzw. geregelt werden, oder die Steuerung bzw. Regelung der Bewegung des Schneidwerkzeuges wird vergleichsweise einfach gemacht, was die Gesamtzeit für die Bearbeitung der oberen Fläche verringern kann. Man nehme an, dass die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen gebildet wird (Beispielsweise wird bei Verwendung des dreidimensionalen Formobjektes als Metallform eine Mehrzahl von verfestigten Schichten von Interesse für die Bearbeitung der oberen Oberfläche in Abhängigkeit von der Form einer Hohlraumoberfläche der Metallform gebildet). In diesem Fall kann die Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur zu den unterverfestigten Bereichen, sondern auch zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der die unterverfestigten Bereiche umgibt, durchgeführt werden (siehe 9). Dies bedeutet, dass, wie in 9 gezeigt ist, nicht nur die „Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches mit dem erhöhten verfestigten Abschnitt”, sondern auch der unterverfestigte Bereich innerhalb der Umfangskante und der Pulverbereich außerhalb der Umfangskante als ein gesamter Bereich betrachtet werden, zu dem das Schneidwerkzeug bewegt werden kann, um die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes” durchzuführen.
Wird die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von unterverfestigten Bereichen gebildet, so wird der verfestigte Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer „Gruppe von wenigstens zwei unterverfestigten Bereichen” definiert, und die Bearbeitung der oberen Fläche kann in Einheiten von Gruppen (siehe 10) durchgeführt werden. Das Schneidwerkzeug wird beispielsweise nicht nur zu den unterverfestigten Bereichen, die in der Gruppe beinhaltet sind, sondern auch bis zu dem Pulverbereich, der jeden verfestigten Bereich umgibt, bewegt, sodass die Bearbeitung der oberen Fläche in Einheiten von Gruppen durchgeführt werden kann. Dieser Aspekt wird anhand der in 10 gezeigten Form beispielhalber beschrieben. Die Bearbeitung der oberen Fläche kann einzeln für jede der Gruppen A, B und C durchgeführt werden, die jeweils wenigstens zwei unterverfestigte Bereiche beinhalten. Insbesondere wird in der Gruppe A die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen der erhöhten verfestigten Abschnitte” durch vollständiges Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur durch die Umfangskanten der unterverfestigten Bereiche A₁, A₂, A₃, A₄ und A₅, die die Gruppe A bilden, sondern auch einen Bereich, der kollektiv die unterverfestigten Bereiche innerhalb der jeweiligen Umfangskanten und den Pulverbereich außerhalb der Kanten beinhaltet, durchgeführt. In der Gruppe B wird die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen der erhöhten verfestigten Abschnitte” durch vollständiges Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur durch die Umfangskanten der unterverfestigten Bereiche B₁, B₂, B₃, B₄, B₅, B₆, B₇ und B₈, die die Gruppe B bilden, sondern auch einen Bereich, der kollektiv die unterverfestigten Bereiche innerhalb der jeweiligen Umfangskanten und den Pulverbereich außerhalb der Kanten beinhaltet, durchgeführt. In der Gruppe C wird die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen der erhöhten verfestigten Abschnitte” durch ein vollständiges Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur durch die Umfangskanten der unterverfestigten Bereiche C₁, C₂, C₃, C₄ und C₅, die die Gruppe C bilden, sondern auch einen Bereich, der kollektiv die unterverfestigten Bereiche innerhalb der jeweiligen Umfangskanten und den Pulverbereich außerhalb der Kanten beinhaltet, durchgeführt.
Wird die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von den unterverfestigten Bereichen gebildet, so kann die „Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes” vier Formen der Bearbeitung annehmen, wie in 11(a) bis 11(d) gezeigt ist.

(i) Nur die Umfangskanten der jeweiligen unterverfestigten Bereiche erfahren den Bearbeitungsprozess der oberen Fläche (siehe 11(a)).
(ii) Die gesamten oberen Oberflächen der jeweiligen unterverfestigten Bereiche erfahren den Bearbeitungsprozess der oberen Fläche (siehe 11(b)).
(iii) Nicht nur die gesamten oberen Oberflächen der jeweiligen unterverfestigten Bereiche, sondern auch der Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der die jeweiligen verfestigten Bereiche umgibt, erfahren gänzlich den Bearbeitungsprozess der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges (siehe 11(c)).
(iv) Eine Mehrzahl von Gruppen, die jeweils zwei unterverfestigte Bereiche beinhalten, erfahren gänzlich den Bearbeitungsprozess der oberen Oberfläche in Einheiten von Gruppen (siehe 11(d)).

Wie vorstehend ausgeführt worden ist, hängt die Gesamtzeit für die Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen der erhöhten verfestigten Bereiche in den unterverfestigten Bereichen von der Form eines Steuer- bzw. Regelbetriebs des Schneidwerkzeuges ab. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung hat man herausgefunden, dass mit einem Anstieg der Anzahl der unterverfestigten Bereiche die Bearbeitungsgeschwindigkeit oder Rate nicht vergrößert werden kann, was tendenziell die Gesamtzeit für die Bearbeitung der oberen Fläche vergrößert. Daher wird bei der Erfindung vorzugsweise jede der vorbeschriebenen Formen (i) bis (iv) der Bearbeitungsprozesse derart durchgeführt, dass die entsprechende Zeit für die Bearbeitung bestimmt und der Typ der Bearbeitung der oberen Fläche mit der kürzesten Bearbeitungszeit unter den vorstehenden Formen (i) bis (iv) von Bearbeitungsprozessen ausgewählt wird. Dies bedeutet, dass das Verfahren der Erfindung eine Bearbeitungszeit A zum örtlichen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches wie auch eine Bearbeitungszeit B zum vollständigen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur durch die Umfangskante eines jeden unterverfestigten Bereiches, sondern auch andere obere Oberflächenbereiche (das heißt die gesamte obere Oberfläche und/oder der Pulverbereich des verfestigten Bereiches) bestimmt. Sodann wird die Bearbeitung der oberen Oberfläche mit der kürzesten Bearbeitungszeit von den Zeiten A und B selektiv durchgeführt. In jedwedem Fall wird die Bearbeitung der optisch oberen Fläche entsprechend den Formen des unterverfestigten Bereiches von Interesse, den Steuer- bzw. Regelspezifikationen und Betriebsformen des Schneidwerkzeuges entsprechend dem unterverfestigten Bereich und dergleichen durchgeführt.
Wie vorstehend ausgeführt worden ist, ist der „erhöhte verfestigte Abschnitt”, der in der Umfangskante der verfestigten Schicht erzeugt ist, einer, der durch Bilden wenigstens einer verfestigten Schicht nach der „Bearbeitung der Seitenoberfläche des Formobjektes” erzeugt wird. Die „Bearbeitung der oberen Fläche” kann nach dem Bilden einer verfestigten Schicht durchgeführt werden. Alternativ kann die „Bearbeitung der oberen Fläche” nach dem Durchführen der „Bearbeitung der Seitenoberfläche des Formobjektes” durchgeführt werden, woraufhin eine Mehrzahl von verfestigten Schichten gebildet wird. Alternativ kann immer dann, wenn die verfestigte Schicht gebildet ist, die Bearbeitung der oberen Fläche durch die Mehrzahl der verfestigten Schichten durchgeführt werden. Beispielhalber kann das Verfahren beinhalten: Bearbeitung → Sintern der ersten Schicht → Bearbeitung der oberen Fläche → Sintern der zweiten Schicht → Bearbeitung der oberen Fläche → ... → Sintern der n-ten Schicht (ohne Bearbeitung der oberen Fläche) → Sintern der (n + 1)-ten Schicht (ohne Bearbeitung der oberen Fläche) → Sintern der (n + 2)-ten Schicht (ohne Bearbeitung der oberen Fläche) → Bearbeitung (in einigen Fällen kann die Bearbeitung der oberen Fläche durch alle Schichten durchgeführt werden). Beim Durchführen der „Bearbeitung der oberen Fläche” nach der Bildung einer Mehrzahl von Schichten wird das erhöhte Ende überwacht (gemessen). Sobald die Höhe des erhöhten Endes höher als diejenige der Rakelklinge ist, kann der „Bearbeitungsprozess der oberen Fläche” durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass dann, wenn die gemessene Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes als groß genug, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen, bestimmt wird, der Bearbeitungsprozess der oberen Fläche durchgeführt werden kann. Der „erhöhte verfestigte Abschnitt” kann indirekt durch Messen einer Belastung an der Rakelklinge oder einer Höhe der oberen Oberfläche (das heißt, die Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes kann unter Verwendung eines Kontakt- oder Nichtkontakt-Erfassungsmechanismus gemessen werden) überwacht werden.
Bei der Erfindung kann eine Schwingung beim Durchführen der „Bearbeitung der oberen Fläche” hinzugefügt werden. Das Schneidwerkzeug zur Verwendung bei der Bearbeitung der oberen Fläche kann während der Schwingung verwendet werden.
Bei der Erfindung kann nach der „Bearbeitung der oberen Fläche” die Oberfläche eines Teiles, der der Bearbeitung der oberen Fläche unterzogen worden ist, aufgeraut werden. Dies bedeutet, dass die Oberfläche, die die „Bearbeitung der oberen Fläche” erfährt, bisweilen eine flache Oberfläche wird, was bei der Bildung der Pulverschicht gegebenenfalls nicht wünschenswert ist. In diesem Fall kann die bearbeitete obere Oberfläche zusätzlich zu einer „rauen Oberfläche” verarbeitet werden.
Mit Blick auf die Schneidhöhe bei der „Bearbeitung der oberen Fläche” können beispielsweise die nachfolgenden Höhen (1) bis (4) genommen werden (siehe 12).

(1) nächste Rakelhöhe;
(2) Rakelhöhe der gesinterten Schicht;
(3) Höhe nach Senkung (bei der Bildung einer verfestigten Schicht und der Pulverschicht erfolgt ein Sinken derart, dass die Höhe abnimmt); und
(4) Höhe, die um einen Teilchendurchmesser (maximaler Teilchendurchmesser oder mittlerer Teilchendurchmesser) niedriger als der Wert (1) ist.

Bei der Erfindung kann man den Prozessweg der „Bearbeitung der oberen Fläche” durch Umwandeln eines Programms für den Bestrahlungsweg des Lichtstrahles L in einen NC-Code erhalten.
Wie in 14 gezeigt ist, kann der Bereich des Bearbeitungsprozesses der oberen Fläche, der an der Umfangskante durchgeführt wird, eine bestimmte Breite am Umfang der Konturlinie aufweisen. Dies rührt daher, dass dann, wenn das Schneidwerkzeug schmäler als die Breite des „erhöhten verfestigten Abschnittes” ist, der Entfernungseffekt der Bearbeitung nicht erwartet werden kann (das heißt, dass dann, wenn das Schneidwerkzeug schmäler als die Breite des „erhöhten Endes” ist, der Vorteil der Bearbeitung der oberen Fläche verringert wird). Es kann eine Endfräse bzw. Schaftfräse mit einem großen Durchmesser verwendet werden, um die obere Oberfläche des Konturabschnittes einmal zu bearbeiten. Alternativ kann eine Kleinendfräse bzw. Kleinschaftfräse (small end mill) eine Mehrzahl von Malen Verwendung finden.
Der „Bearbeitungsprozess, der an der äußeren Oberfläche des Formobjektvorläufers durchgeführt wird”, wird in einigen Fällen nicht an dem gesamten Formobjekt durchgeführt. Dies bedeutet, dass das Formobjekt einen unbearbeiteten Abschnitt beinhalten kann. So wird beispielsweise, wie in der Druckschrift WO 2010/150805 A offenbart ist, nur ein Bereich eines dreidimensionalen Formobjektes, auf den eine Kraft in der Praxis einwirkt, einem Bearbeitungsprozess unterzogen, wohingegen anderen Bereiche keiner Bearbeitung unterzogen werden (siehe 15). In diesem Fall kann der „erhöhte verfestigte Abschnitt” in der Kontur des unbearbeiteten Abschnittes nicht erzeugt werden, wodurch der Bearbeitungsprozess der oberen Fläche nicht benötigt wird. Mit anderen Worten, es kann bei der Erfindung die Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Kontur desjenigen Abschnittes, der dem Entfernungs- und Verarbeitungsprozess beim Bearbeitungsschritt unterzogen wird, durchgeführt werden. Dieses Verfahren bietet den Effekt, dass der Prozess innerhalb kurzer Zeit beendet werden kann.
Die offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen typische Beispiele für Anwendungen der Erfindung, sind jedoch nur illustrativ. Es sollte daher für einen Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet einsichtig sein, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist und dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können.
Obwohl beispielsweise vorstehend „Ausführungsbeispiele zum Durchführen der Bearbeitung der oberen Seite bzw. Fläche unter Verwendung des Schneidwerkzeuges” hauptsächlich vorstehend beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die „Bearbeitung der oberen Fläche” kann durch Schmelzen oder Entfernen des erhöhten Endes mit Laserlicht durchgeführt werden.
Die „Bearbeitung der oberen Fläche” kann an dem gesamten ungeschnittenen Abschnitt oder einer Kontur hiervon durchgeführt werden.
Obwohl ein wesentlicher Unterschied zur technischen Idee der Erfindung besteht, wird abschließend eine Technik beschrieben, die in der Druckschrift JP-A-2004-277881 offenbart ist. Die Druckschrift JP-A-2004-277881 offenbart ein „Herstellungsverfahren eines dreidimensionalen Formobjektes”, das von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung entwickelt worden ist. Bei dem dort offenbarten Herstellungsverfahren wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines anomalen gesinterten Abschnittes erfasst. Der anomal gesinterte Abschnitt ist einer, der durch einen „Funken”, der beim Sintern mit einem Lichtstrahl erzeugt wird, oder auch durch „erzeugte Schnitte”, die bei der Bearbeitung erzeugt werden, entsteht. Der anomale gesinterte Abschnitt wird nach Erfassung entfernt. Dies bedeutet, dass die Technik der Erfindung, die in der Druckschrift JP-A-2004-277881 offenbart wird, dem Umgang mit dem anomal gesinterten Abschnitt gewidmet ist, der durch den „Funken” oder die „erzeugten Schnitte” entsteht, und Erfassungsmittel zum Erfassen des anomalen gesinterten Abschnittes als wesentliche Komponente beinhaltet. Im Gegensatz hierzu weist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung die nachfolgenden inhärenten Merkmale eingedenk des Umstandes auf, dass das direkte Einwirken von Laserlicht auf einen Abschnitt, der kein Basismaterial beinhaltet, ermöglicht, dass Pulver, das den Abschnitt umgibt, weitgehend geschmolzen wird, was zur Bildung eines erhöhten Teiles infolge der Oberflächenspannung hiervon führt. Insbesondere weist bei der vorliegenden Erfindung die verfestigte Schicht, die man nach dem Sintern wenigstens einer Schicht erhält, einen oberen Teil einer Umfangskante mit Bearbeitung oder Schneidung nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche des Formobjektvorläufers auf. Daher unterscheidet sich die Erfindung der vorliegenden Anmeldung wesentlich von der Erfindung gemäß Offenbarung in der Druckschrift JP-A-2004-277881 hinsichtlich des Themas von Interesse und erfordert im Wesentlichen kein Erfassungsmittel (Man beachte, dass das Erfassungsmittel nicht wesentlich ist, was hinsichtlich der Herstellungszeit des dreidimensionalen Formobjektes von Vorteil ist). Auf diese Weise unterscheidet sich die Erfindung der vorliegenden Anmeldung von der Erfindung gemäß Offenbarung in der Druckschrift JP-A-2004-277881 hinsichtlich der technischen Idee.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Entsprechend dem Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von Objekten bereitgestellt werden. In einem Fall beispielsweise, in dem die Pulverschicht eine Metallpulverschicht (anorganische Pulverschicht) ist und damit die verfestigte Schicht einer gesinterten Schicht entspricht, kann das dreidimensionale Formobjekt als Metallform für eine Kunststoffeinspritzform, einen Pressform, eine Gussform, ein Gießen oder Schmieden verwendet werden. In einem Fall jedoch, in dem die Pulverschicht eine Harzpulverschicht (organische Pulverschicht) ist und damit die verfestigte Schicht einer gehärteten Schicht entspricht, kann das erzeugte dreidimensionale Formobjekt als harzgeformter Gegenstand verwendet werden.
Querverweis auf verwandte Patentanmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2011-114985 (eingereicht am 23. Mai 2011, Titel der Erfindung: „Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes”), deren Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

1: Lasersinter-/Bearbeitungs-Hybridmaschine
2: Pulverschichtbildungsmittel
3: Lichtstrahlbestrahlungsmittel
4: Bearbeitungsmittel
19: Pulver/Pulverschicht (beispielsweise Metallpulver/Metallpulverschicht oder Harz-pulver/Harzpulverschicht)
20: Bildungstisch (Stützteil für Formobjekt)
21: Basisplatte (Basisplatte für Formobjekt)
22: Pulverschicht (beispielsweise Metallpulverschicht oder Harzpulverschicht)
23: Rakelklinge (Rakelplatte)
24: verfestige Schicht (beispielsweise gesinterte Schicht oder gehärtete Schicht) oder dreidimensionales Formobjekt
25: Pulvertisch
26: Wand des Speicherbehälters für Pulvermaterial
27: Wand des Bildungsbehälters
28: Speicherbehälter für Pulvermaterial
29: Bildungsbehälter
30: Lichtstrahlgenerator
31: Galvanometerspiegel
32: Reflektivspiegel
33: Sammellinse
40: Fräskopf
41: X-Y-Betätiger
41a: X-Betätiger
41b: Y-Betätiger
42: Werkzeugmagazin
50: Kammer
52: Fenster zur Lichttransmission
L: Lichtstrahl

Claims

Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes, umfassend die nachfolgenden Schritte: (i) Bilden einer Pulverschicht auf einer Basisplatte durch eine Gleitbewegung einer Rakelklinge, gefolgt von einem Bilden einer verfestigten Schicht durch Bestrahlen eines vorbestimmten Abschnittes der Pulverschicht mit einem Lichtstrahl, wodurch ein Sintern des Pulvers des vorbestimmten Abschnittes oder ein Schmelzen und eine anschließende Verfestigung hiervon ermöglicht werden; und (ii) Bilden einer weiteren verfestigten Schicht durch erneutes Bilden einer Pulverschicht auf der sich ergebenden verfestigten Schicht und sodann Bestrahlen eines weiteren vorbestimmten Abschnittes der neuen Pulverschicht mit dem Lichtstrahl, wobei die Schritte (i) und (ii) wiederholt durchgeführt werden, wobei eine Bearbeitung wenigstens einmal an einer äußeren Oberfläche eines Formobjektvorläufers, den man während des Herstellens des dreidimensionalen Formobjektes erhält, durchgeführt wird, und wobei nach der Bearbeitung wenigstens eine verfestigte Schicht gebildet und sodann eine Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt wird, um einen erhöhten verfestigten Abschnitt, der an einer Umfangskante der verfestigten Schicht erzeugt ist, zu entfernen.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitung der oberen Fläche nur an der Umfangskante durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bearbeitung der oberen Fläche an der gesamten Oberseitenoberfläche der nach der Bearbeitung der Seitenoberfläche gebildeten verfestigten Schicht, einschließlich der Umfangskante, durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 3, wobei ein Schneidwerkzeug, das für die Bearbeitung der oberen Fläche verwendet wird, nicht nur zu dem verfestigten Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche bewegt wird, sondern auch bis zu einem Bereich, der einen Pulverbereich bedeckt, der den verfestigten Bereich umgibt, wodurch die Bearbeitung der oberen Fläche zum Entfernen des erhöhten verfestigten Abschnittes durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 4, wobei die verfestigte Schicht von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von sub-verfestigten Bereichen gebildet wird und die Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen des Schneidwerkzeuges nicht nur zu den sub-verfestigten Bereichen, sondern auch zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der die sub-verfestigten Bereiche umgibt, durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche durch eine Gruppe definiert ist, die wenigstens zwei sub-verfestigte Bereiche beinhaltet, und die Bearbeitung der oberen Fläche in Einheiten der Gruppen durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 6, wobei das Schneidwerkzeug nicht nur zu jedem der sub-verfestigten Bereiche, die in der Gruppe beinhaltet sind, sondern auch bis zu dem Bereich, der den Pulverbereich bedeckt, der jeden verfestigten Bereich umgibt, bewegt wird, sodass die Bearbeitung der oberen Fläche in Einheiten der Gruppen durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 1, wobei der verfestigte Bereich von Interesse für die Bearbeitung der oberen Fläche von einer Mehrzahl von sub-verfestigten Bereichen gebildet wird, wobei eine Bearbeitungszeit A zum örtlichen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche nur an den Umfangskanten eines jeden der sub-verfestigten Bereiche und eine Bearbeitungszeit B zum vollständigen Durchführen der Bearbeitung der oberen Fläche durch Bewegen eines Schneidwerkzeuges nicht nur zu den Umfangskanten, sondern auch zu anderen oberen Oberflächenbereichen bestimmt werden, und wobei anschließend die Bearbeitung der oberen Fläche mit derjenigen Bearbeitungszeit A oder B, die kürzer ist, durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt wird, um den erhöhten verfestigten Abschnitt, der die Gleitbewegung der Rakelklinge unterbricht, zu entfernen,
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach Anspruch 9, wobei die Dicke des erhöhten verfestigten Abschnittes gemessen wird, und wobei dann, wenn die gemessene Dicke des erhöhten Abschnittes groß genug ist, um die Gleitbewegung der Rakelklinge zu unterbrechen, die Bearbeitung der oberen Fläche durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formobjektes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei immer dann, wenn eine verfestigte Schicht nach der Bearbeitung der äußeren Oberfläche des Formobjektvorläufers gebildet ist, die Bearbeitung der oberen Fläche an dem erhöhten verfestigten Abschnitt durchgeführt wird.