DE112014004777B4

DE112014004777B4 - Stapelbildungsgerät und Stapelbildung-Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112014004777B4
Application number: DE112014004777.5T
Authority: DE
Inventors: Naotada Okada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: CN105517779A; US20150108695A1; CN105517779B; US20190193327A1; WO2015056459A1; US10259159B2; US11396128B2; DE112014004777T5

Abstract

Stapelbildungsgerät mit:einer Lichtquelle, die Laserlicht liefert;einer ersten Düse, die mit einem ersten Injektionsloch versehen ist, ausgebildet zum Mischen eines ersten Materials und eines zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an ein Ziel, und zum Anwenden des Laserlichts auf das injizierte Material, wobei das zweite Material ein anderes Material als das erste Material ist;einer zweiten Düse, die mit einem zweiten Injektionsloch mit einem anderen Durchmesser als ein Durchmesser des ersten Injektionslochs versehen ist, ausgebildet zum Mischen des ersten Materials und des zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an das Ziel, und zum Anwenden des Laserlichts auf das injizierte Material; undeinem optischen System, das das Laserlicht, das auf die durch die erste Düse und die zweite Düse injizierten Materialien angewendet wird, und das Laserlicht, das das an dem Ziel angefügte Material umschmilzt aufspaltet.

Description

GEBIET
Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen ein Stapelbildungsgerät und ein Stapelbildung-Herstellungsverfahren.
HINTERGRUND
Bislang ist eine Technik als ein Verfahren zum Herstellen einer Stapelbildung bekannt gewesen. Diese Technik wiederholt den Schritt zum Bilden einer Pulverschicht durch ein aus einem Harzmaterial oder einem metallischen Material hergestelltes Pulvermaterial und den Schritt zum Anwenden beispielsweise eines Lichts oder eines Laserlichts auf eine vorbestimmte Position der Pulverschicht, um einen vorbestimmten Bereich der Pulverschicht zu verfestigen, und stapelt verfestigte Schichten, um eine Stapelbildung mit einer dreidimensionalen Form herzustellen.
Gattungsgemäße Vorrichtungen werden beispielsweise in den Patentschriften EP 0 666 326 B1 , WO 2013/ 140 147 A1 und US 5 208 431 A erläutert.
Figurenliste

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung eines Stapelbildungsgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltungen wesentlicher Teile des Stapelbildungsgeräts zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausgestaltungen wesentlicher Teile des Stapelbildungsgeräts zeigt.
4 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Herstellung einer Stapelbildung mit Verwendung des Stapelbildungsgeräts zeigt.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung eines Stapelbildungsgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung eines Stapelbildungsgeräts gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung eines Stapelbildungsgeräts gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Herstellung einer Stapelbildung mit Verwendung des Stapelbildungsgeräts zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß einer Ausführungsform enthält ein Stapelbildungsgerät eine Düse und eine Steuereinrichtung. Die Düse ist ausgestaltet zum selektiven Injizieren bzw. Spritzen von mehr als einer Materialart an ein Ziel und zum Anwenden eines Laserlichts auf das injizierte Material, um das Material zu schmelzen. Die Steuereinrichtung ist ausgestaltet zum Steuern der Art und Liefermenge des an die Düse zu liefernden Materials.
Hier wird im Nachfolgenden ein Stapelbildungsgerät 1 und ein Herstellungsverfahren einer Stapelbildung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform mit Verweis auf 1 bis 4 beschrieben werden.
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung des Stapelbildungsgeräts 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltungen wesentlicher Teile des Stapelbildungsgeräts 1 zeigt; genauer genommen die Ausgestaltungen einer Düse 33 und einer Schmelzvorrichtung 45. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausgestaltung einer Galvano-Abtasteinrichtung 55 einer optischen Vorrichtung 15 zeigt, die in dem Stapelbildungsgerät 1 verwendet wird. 4 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Herstellung der Stapelbildung 100 mit Verwendung des Stapelbildungsgeräts 1 zeigt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Stapelbildungsgerät 1 einen Bearbeitungsbehälter 11, eine Plattform 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, die optische Vorrichtung 15, eine Messvorrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17. Das Stapelbildungsgerät 1 ist ausgestaltet zum Stapeln von Schichten eines durch die Düsenvorrichtung 14 gelieferten Materials auf einem auf der Plattform 12 bereitgestellten Ziel 110 und ermöglicht dadurch, dass die Stapelbildung 100 mit einer vorbestimmten Form gebildet wird.
Das Ziel 110 ist beispielsweise eine Basis bzw. Unterlage 110a mit einer oberen Oberfläche, auf der die Stapelbildung 100 gebildet werden soll, oder eine Schicht 110b, die einen Teil der Stapelbildung 100 begründet, und das Ziel 110 ist ein Ziel, an das das Material durch die Düsenvorrichtung 14 geliefert wird. Das Material ist ein Pulverharzmaterial oder ein metallisches Material. Unterschiedliche Arten metallischer Materialen, beispielsweise ein erstes Material 121 und ein zweites Material 122, werden verwendet.
Der Bearbeitungsbehälter 11 umfasst eine Hauptkammer 21, eine Nebenkammer 22, die benachbart zu der Hauptkammer 21 gebildet ist, und eine Tür 23, die die Hauptkammer 21 öffnen und schließen und die Hauptkammer 21 luftdicht verschließen kann. Die Hauptkammer 21 ist so gebildet, dass die Plattform 12, die Bewegungsvorrichtung 13, ein Teil der Düsenvorrichtung 14 und die Messvorrichtung 16 darin untergebracht sein können. Die Hauptkammer 21 umfasst ein Versorgungsloch 21a zum Liefern von Inertgasen, so wie Stickstoff und Argon, und ein Auslassloch 21b zum Auslassen der Gase in der Hauptkammer 21. Das Versorgungsloch 21a der Hauptkammer 21 ist mit einer Liefervorrichtung verbunden, die die Inertgase liefert. Das Auslassloch 21b ist mit einer Auslassvorrichtung verbunden, die die Gase in der Hauptkammer 21 auslässt.
Die Nebenkammer 22 ist benachbart zu der Hauptkammer 21 gebildet. Die Nebenkammer 22 ist so gebildet, dass die Nebenkammer 22 räumlich mit der Hauptkammer 21 via die Tür 23 fortlaufend sein kann. Beispielsweise wird die in der Hauptkammer 21 behandelte Stapelbildung 100 zu der Nebenkammer 22 befördert. Die Nebenkammer 22 umfasst eine Transfervorrichtung, die beispielsweise die hergestellte Stapelbildung 100 trägt und die Stapelbildung 100 von der Hauptkammer 21 befördert, und eine Beförderungsvorrichtung 24, so wie ein Beförderungsarm, die/der die Stapelbildung 100 mit beispielsweise einem Vakuumkopf ansaugt und dann die Stapelbildung 100 befördert. Die Nebenkammer 22 ist von der Hauptkammer 21 durch das Verschließen der Tür 23 isoliert, wenn die Stapelbildung 100 gebildet wird.
Die Plattform 12 ist so gebildet, dass das Ziel 110 darauf getragen werden kann. Die Bewegungsvorrichtung 13 ist ausgestaltet, um zum Bewegen der Plattform 12 in drei Axialrichtungen fähig zu sein.
Die Düsenvorrichtung 14 ist ausgestaltet, um zum selektiven Liefern vorbestimmter Mengen von mehr als einer Materialart an das Ziel 110 auf der Plattform 12 fähig zu sein und um zum Emittieren von Laserlicht 200 fähig zu sein. Genauer genommen umfasst die Düsenvorrichtung 14 eine erste Liefervorrichtung 31, die das erste Material 121 liefern kann, eine zweite Liefervorrichtung 32, die das zweite Material 122 liefern kann, die Düse 33, die mit der ersten Liefervorrichtung 31, der zweiten Liefervorrichtung 32 und der optischen Vorrichtung 15 verbunden ist, und Zuleitungen 34, die die erste Liefervorrichtung 31 und die Düse 33 als auch die zweite Liefervorrichtung 32 und die Düse 33 verbinden.
Beispielsweise ist das erste Material 121 ein metallisches Pulvermaterial. Das zweite Material 122 ist ein von dem ersten Material unterschiedliches metallisches Pulvermaterial.
Die erste Liefervorrichtung 31 umfasst einen Behälter 31a zum Speichern des ersten Materials 121 und eine Liefereinrichtung 31b zum Liefern einer vorbestimmten Menge des ersten Materials 121 an die Düse 33 von dem Behälter 31a. Die erste Liefervorrichtung 31 ist ausgestaltet, um zum Liefern des ersten Materials 121 in dem Behälter 31a an die Düse 33 durch Verwendung der Inertgase von Stickstoff und Argon als Träger fähig zu sein.
Die zweite Liefervorrichtung 32 umfasst einen Behälter 32a zum Speichern des zweiten Materials 122 und eine Liefereinrichtung 32b zum Liefern einer vorbestimmten Menge des zweiten Materials 122 an die Düse 33 von dem Behälter 32a. Die zweite Liefervorrichtung 32 ist ausgestaltet, um zum Liefern des zweiten Materials 122 in dem Behälter 32a an die Düse 33 durch Verwendung der Inertgase von Stickstoff und Argon als Träger fähig zu sein.
Die Düse 33 ist mit der ersten Liefervorrichtung 31 und der zweiten Liefervorrichtung 32 via die Zuleitungen 34 verbunden. Die Düse 33 ist mit der optischen Vorrichtung 15 via ein Kabel 210 verbunden, das das Laserlicht 200 übertragen kann. Die Düse 33 ist ausgestaltet, um relativ zu der Plattform 12 beweglich zu sein.
Die Düse 33 umfasst einen zylindrischen Außenmantel 36, ein Injektionsloch 37, das in dem Außenmantel 36 bereitgestellt ist, und das das erste Material 121 und das zweite Material 122 von seinem distalen Ende injiziert, einen Lichtdurchlass 38, der das Laserlicht 200 überträgt, und in dem Lichtdurchlass 38 bereitgestellte optische Linsen 39. Es sind beispielsweise zwei Düsen 33 mit den Injektionslöchern 37 mit unterschiedlichem Durchmesser bereitgestellt. Beispielsweise ist das Injektionsloch 37 von einer der Düsen 33 mit einem Durchmesser von 0,2 mm gebildet, und das Injektionsloch 37 der anderen Düse 33 ist mit einem Durchmesser von 2,0 mm gebildet. Die Düsen 33 sind ausgestaltet, um zum Vermischen des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 in Pulverform, geliefert von der ersten Liefervorrichtung 31 und der zweiten Liefervorrichtung 32, fähig zu sein.
Die Düsen 33 sind ausgestaltet, um zum Vermischen des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 in Pulverform, geliefert von der ersten Liefervorrichtung 31 und der zweiten Liefervorrichtung 32, darin fähig zu sein, oder um zum jeweiligen Injizieren des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 von den Injektionslöchern 37 und zum Vermischen des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 nach der Injektion fähig zu sein.
In der gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Ausgestaltung sind beispielsweise zwei Injektionslöcher 37 bereitgestellt, und eines der Injektionslöcher 37 ist ein mit der ersten Liefervorrichtung 31 verbundenes erstes Injektionsloch 37a, während das andere ein mit der zweiten Liefervorrichtung 32 verbundenes zweites Injektionsloch 37b ist. Wie in 2 gezeigt, sind beispielsweise die Injektionslöcher 37 schief bzw. schräg relativ zu der Axialmitte des Außenmantels 36 und dem optischen Zentrum des Laserlichts 200 gebildet, das emittiert werden soll, so dass das erste Material 121 und das zweite Material 122, die durch die von der ersten Liefervorrichtung 31 und der zweiten Liefervorrichtung 32 gelieferten Gase befördert werden, miteinander bei einer vorbestimmten Distanz von den Injektionslöchern 37 zusammenlaufen.
Der Lichtdurchlass 38 ist entlang der Axialmitte des Außenmantels 36 bereitgestellt. Die optischen Linsen 39 sind beispielsweise in dem Lichtdurchlass 38 bereitgestellt. Zwei optische Linsen 39 sind so bereitgestellt, dass das Laserlicht 200 von dem Kabel 210 zu einem Parallellicht umgewandelt werden kann, und das Parallellicht konvergiert werden kann. Die optischen Linsen 39 sind ausgestaltet, am meisten bei einer vorbestimmten Position zu konvergieren, genauer genommen bei dem Zusammenlaufen bzw. dem Kreuzungspunkt des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122, die von den Injektionslöchern 37 injiziert werden.
Wie in 1 und 3 gezeigt, umfasst die optische Vorrichtung 15 eine Lichtquelle 41 und ein mit der Lichtquelle 41 via das Kabel 210 verbundenes optisches System 42. Die Lichtquelle 41 hat ein Transmissionselement und ist eine Versorgungsquelle des Laserlichts 200, die ausgestaltet ist, um zum Emittieren des Laserlichts 200 von dem Transmissionselement fähig zu sein. Die Lichtquelle 41 ist ausgestaltet, um zum Ändern einer Leistungsdichte des zu emittierenden Laserlichts fähig zu sein.
Das optische System 42 ist ausgestaltet, um zum Liefern des von der Lichtquelle 41 emittierten Laserlichts 200 an die Düsen 33 und zum Anwenden des Laserlichts 200 auf das erste Material 121 und das zweite Material 122, die an das Ziel 110 injiziert worden sind, fähig zu sein. Das optische System 42 ist außerdem ausgestaltet, um zum Anwenden des Laserlichts 200 auf die Schicht 110b auf der Basis 110a und auf die Materialien 121 und 122 fähig zu sein.
Genauer genommen umfasst das optische System 42 eine erste Linse 51, eine zweite Linse 52, eine dritte Linse 53, eine vierte Linse 54 und die Galvano-Abtasteinrichtung 55. Die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 sind an dem optischen System 42 fixiert. Das optische System 42 kann ausgestaltet sein, eine Einstellungsvorrichtung zu umfassen, die die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 in zwei Axialrichtungen bewegen kann, genauer genommen in Richtungen, die sich bei rechten Winkeln miteinander schneiden oder mit einem optischen Pfad schneiden.
Die erste Linse 51 ist ausgestaltet, um zum Umwandeln des Laserlichts 200, das via das Kabel 210 eingebracht worden ist, zu Parallellicht und zum Bringen des konvertierten Laserlichts 200 zu der Galvano-Abtasteinrichtung 55 fähig zu sein. Es ist dieselbe Anzahl zweiter Linsen 52 wie die Düsen 33 bereitgestellt. Die zweite Linse 52 ist ausgestaltet, um zum Konvergieren des von der Galvano-Abtasteinrichtung 55 emittierten Laserlichts 200 und zum Emittieren des Laserlichts 200 an die Düsen 33 via das Kabel 210 fähig zu sein.
Die dritte Linse 53 ist ausgestaltet, um zum Konvergieren des von der Galvano-Abtasteinrichtung 55 emittierten Laserlichts 200 und zum Emittieren des Laserlichts 200 an das Ziel 110 fähig zu sein. Die vierte Linse 54 ist ausgestaltet, um zum Konvergieren des von der Galvano-Abtasteinrichtung 55 emittierten Laserlichts 200 und zum Emittieren des Laserlichts 200 an das Ziel 110 fähig zu sein.
Die Galvano-Abtasteinrichtung 55 ist ausgestaltet, um zum Aufspalten des durch die erste Linse 51 umgewandelten Parallellichtes in die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 fähig zu sein. Die Galvano-Abtasteinrichtung 55 umfasst einen ersten Galvano-Spiegel 57, einen zweiten Galvano-Spiegel 58 und einen dritten Galvano-Spiegel 59. Jeder der Galvano-Spiegel 57, 58 und 59 ist ausgestaltet, um zum Variieren des Neigungswinkels und zum Aufspalten des Laserlichts 200 fähig zu sein.
Der erste Galvano-Spiegel 57 überträgt manches des Laserlichts 200, das durch die erste Linse 51 passiert ist, und emittiert dadurch das Laserlicht 200 an den zweiten Galvano-Spiegel 58 und reflektiert den Rest des Laserlichts 200 und emittiert dadurch das Laserlicht 200 an die vierte Linse 54. Der erste Galvano-Spiegel 57 ist ausgestaltet, um zum Einstellen, via den Neigungswinkel davon, der Anwendungsposition des Laserlichts 200 fähig zu sein, das durch die vierte Linse 54 passiert ist.
Der zweite Galvano-Spiegel 58 emittiert manches des Laserlichts 200 an den dritten Galvano-Spiegel 59 und reflektiert und emittiert den Rest des Laserlichts 200 an die dritte Linse 53. Der zweite Galvano-Spiegel 58 ist ausgestaltet, um zum Einstellen, via den Neigungswinkel davon, der Anwendungsposition des Laserlichts 200 fähig zu sein, das durch die dritte Linse 53 passiert ist.
Der dritte Galvano-Spiegel 59 emittiert manches des Laserlichts 200 auf eine der zweiten Linsen 52 und emittiert den Rest des Laserlichts 200 an die andere zweite Linse 52.
Dieses optische System 42 begründet die Schmelzvorrichtung 45, die das erste Material 121 (123) und das zweite Material 122 (123) erwärmt, die an das Ziel 110 geliefert worden sind, durch den ersten Galvano-Spiegel 57, den zweiten Galvano-Spiegel 58 und die dritte Linse 53, um die Schicht 110b zu bilden und anzulassen bzw. spannungsfrei zu machen (Englisch: anneal). Die Schmelzvorrichtung 45 verwendet das Laserlicht 200 zum Schmelzen des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122, die auf die Basis 110a von den Düsen 33 geliefert worden sind, und bildet die Schicht 110b.
Das optische System 42 begründet außerdem eine Entfernungsvorrichtung 46, die das Laserlicht 200 verwendet, das durch den ersten Galvano-Spiegel 57 und die vierte Linse 54 geliefert worden ist, um unnötige Teile zu entfernen, die auf der Basis 110a und der Schicht 110b durch das erste Material 121 und das zweite Material 122 gebildet worden sind.
Die Entfernungsvorrichtung 46 ist ausgestaltet, um zum Entfernen von Teilen der Stapelbildung 100 unterschiedlich von einer vorbestimmten Form fähig zu sein; beispielsweise verstreute Materialien, die während der Lieferung des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 durch die Düsen 33 erzeugt worden sind, oder unnötige Teile, die während der Bildung der Schicht 110b erzeugt worden sind. Die Entfernungsvorrichtung 46 ist ausgestaltet, um zum Emittieren des Laserlichts 200 mit einer Leistungsdichte, die die oben erwähnten Teile entfernen kann, fähig zu sein.
Die Messvorrichtung 16 ist ausgestaltet, um zum Messen der Form der Schicht 110b und der Form der gebildeten Stapelbildung 100 fähig zu sein, die die Formen der verfestigten Materialien auf der Basis 110a sind. Die Messvorrichtung 16 ist ausgestaltet, um zum Senden einer Information bezüglich der gemessenen Form an die Steuereinrichtung 17 fähig zu sein.
Beispielsweise umfasst die Messvorrichtung 16 eine Kamera 61 und einen Bildprozessor 62, der eine Bildverarbeitung in Übereinstimmung mit einer durch die Kamera 61 gemessenen Information durchführt. Die Messvorrichtung 16 ist ausgestaltet, um zum Messen, beispielsweise durch ein Interferenzverfahren oder ein Lichtschnittverfahren, der Formen der Schicht 110b und der Stapelbildung 100, d.h. der Form des Materials 123, das das Gemisch des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 auf der Basis 110a ist, fähig zu sein.
Die Steuereinrichtung 17 ist elektrisch mit der Bewegungsvorrichtung 13, der Beförderungsvorrichtung 24, der ersten Liefervorrichtung 31, der zweiten Liefervorrichtung 32, der Lichtquelle 41, der Galvano-Abtasteinrichtung 55 und dem Bildprozessor 62 via eine Signalleitung 220 verbunden.
Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Bewegen der Plattform 12 in drei Axialrichtungen durch Steuern der Bewegungsvorrichtung 13 fähig zu sein. Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Befördern, der gebildeten Stapelbildung 100 an die Nebenkammer 22 durch Steuern der Beförderungsvorrichtung 24 fähig zu sein. Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Einstellen der Lieferung des ersten Materials 121 und der Liefermenge des ersten Materials 121 durch Steuern der ersten Liefervorrichtung 31 fähig zu sein.
Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Einstellen der Lieferung des zweiten Materials 122 und der Liefermenge des zweiten Materials 122 durch Steuern der zweiten Liefervorrichtung 32 fähig zu sein. Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Einstellen der Leistungsdichte des von der Lichtquelle 41 emittierten Laserlichts 200 durch Steuern der Lichtquelle 41 fähig zu sein. Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Einstellen der Neigungswinkel des ersten Galvano-Spiegels 57, des zweiten Galvano-Spiegels 58 und des dritten Galvano-Spiegels 59 durch Steuern der Galvano-Abtasteinrichtung 55 fähig zu sein. Die Steuereinrichtung 17 ist ausgestaltet, um zum Bewegen der Düsen 33 fähig zu sein.
Die Steuereinrichtung 17 umfasst eine Speichereinheit 17a. Die Form der zu bildenden Stapelbildung 100 ist in der Speichereinheit 17a als eine Schwelle gespeichert. Das Verhältnis zwischen den Materialien 121 und 122 in der Schicht 110b der zu bildenden Stapelbildung 100 ist auch in der Speichereinheit 17a gespeichert.
Die Steuereinrichtung 17 hat die folgenden Funktionen (1) bis (3) .

(1) Eine Funktion zum selektiven Injizieren der Materialien von den Düsen 33.
(2) Eine Funktion zum Beurteilen der Form des Materials auf der Basis 110a.
(3) Eine Funktion zum Trimmen bzw. Zurichten des Materials auf der Basis 110a.

Nun werden diese Funktionen (1) bis (3) beschrieben.
Die Funktion (1) ist eine Funktion zum selektiven Injizieren des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 von den Düsen 33 in Übereinstimmung mit dem voreingestellten Verhältnis zwischen dem ersten Material 121 und dem zweiten Material 122 in jeder Schicht 110b der Stapelbildung 100, gespeichert in der Speichereinheit 17a. Genauer genommen steuert die Funktion (1) die Liefereinrichtung 31b und 32b der ersten Liefervorrichtung 31 und der zweiten Liefervorrichtung 32 und stellt das Verhältnis zwischen dem ersten Material 121 und dem zweiten Material 122 ein, das gesetzt worden ist, in der vorbestimmten Schicht 110b der Stapelbildung 100, wenn die Schicht 110b gebildet wird. Die Funktion (1) ändert das Verhältnis zwischen dem ersten Material 121 und dem zweiten Material 122, um ein schräges bzw. abgeschrägtes (Engl.: slanted) Material zu bilden, beispielsweise wenn die Stapelbildung 100 teilweise durch unterschiedliche Materialien oder bei einem unterschiedlichen Verhältnis gebildet wird.
Wenn beispielweise eine Endseite der Stapelbildung nur durch das erste Material 121 gebildet wird, und die andere Endseite der Stapelbildung nur durch das zweite Material 122 gebildet wird, wird genauer genommen das erste Material allein zuerst geliefert, um die Schicht 110b auf der Basis 110a zu stapeln und einen Teil zu bilden, der durch das erste Material 121 allein gebildet wird. Das Verhältnis zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material wird dann nach und nach bis zu dem Teil verändert, der durch das zweite Material 122 allein gebildet ist, und das Verhältnis der Materialien der Schicht 110b wird so verändert, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material fünfzig Prozent bei einer Zwischenposition zwischen dem durch das erste Material 121 allein gebildeten Teil und dem durch das zweite Material 122 allein gebildeten Teil ist. Somit ändert die Funktion (1) das Verhältnis zwischen dem ersten Material 121 und dem zweiten Material 122 und kann dadurch ein schräges Material bilden, in dem das Verhältnis zwischen dem ersten Material 121 und dem zweiten Material 122 sich nach und nach ändert.
Die Funktion (2) ist eine Funktion zum Verwenden der Messvorrichtung 16 zum Messen der Form der Schicht 110b oder der Stapelbildung 100, gebildet durch das erste Material 121 und das zweite Material 122, die von den Düsen 33 injiziert worden sind, auf der Basis 110a, und zum Vergleichen der Form mit der Schwelle in der Speichereinheit 17a zum Beurteilen, ob ein Teil, der unterschiedlich von der vorbestimmten Form ist, gebildet wird. Genauer genommen werden das erste Material 121 und das zweite Material 122 von den Düsen 33 durch die Verwendung der Gase injiziert und durch das Laserlicht 200 geschmolzen, so dass, wenn die Materialien 121 und 122 auf die Basis 110a und die Schicht 110b geliefert werden, Teile der Materialien 121 und 122 verstreut werden können, und ein Teil, der von der vorbestimmten Form unterschiedlich ist, gebildet werden kann. Die Funktion (2) vergleicht die durch die Messvorrichtung 16 gemessene Form mit der in der Speichereinheit 17a gespeicherten Schwelle, um die verstreuten Materialien 121 und 122 zu erfassen, und beurteilt, ob die Materialien 121 und 122 geliefert werden, um in die vorbestimmte Form gebildet zu werden. Die Funktion (2) ist mit anderen Worten eine Funktion zum Beurteilen, ob die Materialien 121 und 122 an den Teil angefügt werden, der von der vorbestimmten Form der Stapelbildung 100 unterschiedlich ist, und ob die Stapelbildung 100 einen Teil hat, der von der vorbestimmten Form (Schwelle) hervorsteht.
Die Funktion (3) ist eine Funktion zum Entfernen der Materialien 121 und 122 mit Formen unterschiedlich von der vorbestimmten Form, die durch die Funktion (2) gemessen werden, und dadurch zum Trimmen der von den Düsen 33 gelieferten Materialien 121 und 122 in die vorbestimmte Form. Wenn die Materialien 121 und 122 verstreut und an den Teil angefügt werden, der von der vorbestimmten Form in Übereinstimmung mit der Funktion (2) unterschiedlich ist, steuert die Funktion (3) genauer genommen die Lichtquelle 41 so, dass das Laserlicht 200, das von der vierten Linse 54 via den ersten Galvano-Spiegel 57 emittiert worden ist, eine Leistungsdichte hat, die die Materialien 121 und 122 verflüchtigen bzw. verdampfen kann. Die Funktion (3) steuert dann den ersten Galvano-Spiegel 57 und wendet das Laserlicht 200 auf diesen Teil an, um die Materialien 121 und 122 zu verflüchtigen und dadurch die Materialien 121 und 122 in die vorbestimmte Form zu trimmen.
Als Nächstes wird das Herstellungsverfahren der Stapelbildung 100 mit Verwendung des Stapelbildungsgerätes 1 mit Verweis auf 2 und 4 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt, steuert die Steuereinrichtung 17 die erste Liefervorrichtung 31 und die zweite Liefervorrichtung 32, vorbestimmte Mengen des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 von den Düsen 33 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu sprühen. Genauer genommen werden die erste Liefervorrichtung 31 und die zweite Liefervorrichtung 32 durch die Steuereinrichtung 17 gesteuert, und das erste Material 121 und/oder das zweite Material 122 in Pulverform werden von den Injektionslöchern 31 mit einem vorbestimmten Verhältnis injiziert, um ein vorbestimmtes Material für die zu bildende Schicht 110b zu produzieren. Das Laserlicht 200 wird angewendet zum Schmelzen der injizierten Materialien 121 und 122.
Wie in 2 gezeigt, wird somit eine vorbestimmte Menge des des geschmolzenen Materials 123 innerhalb eines Bereichs auf der Basis 110a geliefert, in der die Schicht 110b gebildet werden soll. Wenn beispielsweise zu der Basis 110a oder der Schicht 110b injiziert, wird das Material 123 in ein Aggregat des Materials 123 in Schicht- oder Dünnfilmform verformt oder durch das das Material 123 tragende Gas gekühlt oder durch eine Wärmefreisetzung gekühlt, die die Wärme an das Aggregat des Materials 123 transferiert, und in einer granularen Form in ein granulares Aggregat gestapelt.
Die Schmelzvorrichtung 45 wird dann gesteuert, das Laserlicht 200 auf das Aggregat des Materials 123 auf der Basis 110a anzuwenden, und das Aggregat des Materials 123 wird in die Schicht 110b umgeschmolzen und außerdem angelassen (Engl.: annealed). Die Messvorrichtung 16 misst dann das angelassene Material 123 auf der Basis 110a. Die Steuereinrichtung 17 vergleicht die Form des Materials 123 auf der Basis 110a, die durch die Messvorrichtung 16 gemessen worden ist, mit der in der Speichereinheit 17a gespeicherten Schwelle.
Falls das Material 123 auf der Basis 110a in die Schicht 110b mit der vorbestimmten Form gebildet wird, steuert die Steuereinrichtung 17 erneut die erste Liefervorrichtung 31 und die zweite Liefervorrichtung 32, eine Schicht 110b auf der gebildeten Schicht 110b neu zu bilden.
Wenn das Material 123 auf der Basis 110a an einer von der vorbestimmten Form unterschiedlichen Position angefügt wird, steuert die Steuereinrichtung 17 die Entfernungsvorrichtung 46, das Laserlicht 200 auf das angefügte Material 123a anzuwenden und das unnötige Material 123a zu verflüchtigen. Somit wendet die Steuereinrichtung 17 das Laserlicht 200 auf den Teil an, wo die durch die Messvorrichtung 16 gemessene Form des Materials 123 von der vorbestimmten Form unterschiedlich ist, um das unnötige Material 123 zu entfernen, wodurch das Material 123 getrimmt wird, so dass die Schicht 110b in eine vorbestimmte Form gebildet werden wird.
Nach dem Ende des Trimmens steuert die Steuereinrichtung 17 erneut die erste Liefervorrichtung 31 und die zweite Liefervorrichtung 32, eine Schicht 110b auf der gebildeten Schicht 110b neu zu bilden. Die Schichten 110b werden wiederholt gebildet und auf diese Weise gestapelt bzw. geschichtet, so dass die Stapelbildung 110 gebildet wird.
Das Stapelbildungsgerät 1 mit der oben erwähnten Ausgestaltung kann die vorbestimmten Mengen des ersten Materials 121 und/oder des zweiten Materials 122 an die Düsen 33 durch die Steuereinrichtung 17 liefern und das erste Material 121 und das zweite Material 122 durch die Düsen 33 vermischen und die Materialien durch das Laserlicht 200 sprühen. Somit können die Materialien 121 und 122 mit einem vorbestimmten Verhältnis geliefert werden, und unterschiedliche Materialien können für die Stapelbildung 100 verwendet werden. Die Stapelbildung 100 wird dann ein schräges Material sein.
Das Stapelbildungsgerät 1 verwendet die Schmelzvorrichtung 45 zum Umschmelzen des Materials 123 (Schicht 110b), das auf die Basis 110a geliefert worden ist, in eine Schichtform und kann eine Restspannung durch Anlassen (Engl.: annealing) entfernen. Darüber hinaus kann das Vermischen der Materialien 121 und 122 gewährleistet werden, und die Festigkeit kann dadurch verbessert werden.
Darüber hinaus vergleicht das Stapelbildungsgerät 1 die durch die Messvorrichtung 16 gemessene Form des Materials 123 mit der Schwelle in der Speichereinheit 17a und entfernt das unnötig gelieferte Material 123 und kann deshalb in Übereinstimmung mit der Form des gelieferten Materials 123 trimmen. Selbst falls das Material 123 ausgestaltet ist, von den Düsen 33 injiziert zu werden, kann somit das verstreute und angefügte unnötige Material 123 entfernt werden, und die Stapelbildung 123 mit der vorbestimmten Form kann gebildet werden.
Wie oben beschrieben, kann das Stapelbildungsgerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform das schräge Material bilden, anlassen und trimmen und die Stapelbildung durch Verwendung der Materialien 121 und 122 in Pulverform herstellen.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird ein Stapelbildungsgerät 1A gemäß der zweiten Ausführungsform mit Verweis auf 5 beschrieben. 5 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung des Stapelbildungsgeräts 1A gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1A gemäß der zweiten Ausführungsform, die ähnlich zu den Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht im Detail beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, umfasst das Stapelbildungsgerät 1A einen Bearbeitungsbehälter 11, eine Plattform 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, eine optische Vorrichtung 15A, eine Messvorrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17. Das Stapelbildungsgerät 1A ist ausgestaltet zum Stapeln von Schichten eines durch die Düsenvorrichtung 14 gelieferten Materials auf einem auf der Plattform 12 bereitgestellten Ziel 110 und ermöglicht dadurch, dass eine Stapelbildung 100 mit einer vorbestimmten Form gebildet wird.
Die optische Vorrichtung 15A umfasst ein Paar von Lichtquellen 41, ein erstes optisches System 42A, das mit einer der Lichtquellen 41 via das Kabel 210 verbunden ist, und ein zweites optisches System 43, das mit der anderen Lichtquelle 41 via ein Kabel 210 verbunden ist.
Das erste optische System 42A ist ausgestaltet, um zum Liefern eines von der Lichtquelle 41 emittierten Laserlichts 200 an Düsen 33 und zum Anwenden des Laserlichts 200 auf ein erstes Material 121 und ein zweites Material 122, die an das Ziel 110 injiziert worden sind, fähig zu sein. Das zweite optische System 43 ist ausgestaltet, um zum Anwenden des von der Lichtquelle 41 emittierten Laserlichts 200 auf eine Schicht 110b auf einer Basis 110a und auf die Materialien 121 und 122 fähig zu sein.
Genauer genommen umfasst das erste optische System 42A eine erste Linse 51, eine zweite Linse 52, eine dritte Linse 53 und eine Galvano-Abtasteinrichtung 55A. Das erste optische System 42A umfasst eine Einstellungsvorrichtung, die die erste Linse 51, die zweite Linse 52 und die dritte Linse 53 in zwei Axialrichtungen bewegen kann; genauer genommen in Richtungen, die sich bei rechten Winkeln schneiden oder mit einem optischen Pfad schneiden.
Die Galvano-Abtasteinrichtung 55A ist ausgestaltet, um zum Aufspalten des durch die erste Linse 51 umgewandelten Parallellichtes in die zweite Linse 52 und die dritte Linse 53 fähig zu sein. Die Galvano-Abtasteinrichtung 55A umfasst einen ersten Galvano-Spiegel 58 und einen zweiten Galvano-Spiegel 59. Jeder der Galvano-Spiegel 58 und 59 ist ausgestaltet, um zum Variieren des Neigungswinkels und zum Aufspalten des Laserlichtes 200 fähig zu sein.
Das erste optische System 42A ist ausgestaltet, auf die vierte Linse 54 und den ersten Galvano-Spiegel 57 des oben beschriebenen optischen Systems 42 zu verzichten. Dieses erste optische System 42A begründet eine Schmelzvorrichtung 45, die den ersten Galvano-Spiegel 58 und die dritte Linse 53 verwendet, um das Laserlicht 200 auf das erste Material 121 (123) und das zweite Material 122 (123) anzuwenden, die an das Ziel 110 geliefert worden sind, und schmilzt dadurch die Materialien 121 und 122 in eine Schichtform um und lässt die Materialien an.
Das zweite optische System 43 umfasst beispielsweise die erste Linse 51 und die vierte Linse 54. Das zweite optische System 43 begründet eine Entfernungsvorrichtung 46A, die das von der Lichtquelle 41 gelieferte Laserlicht 200 verwendet, um unnötige Teile zu entfernen, die auf der Basis 110a und der Schicht 110b durch das erste Material 121 und das zweite Material 122 gebildet worden sind. Die mit dem zweiten optischen System 43 verbundene Lichtquelle 41 ist beispielsweise ausgestaltet, um zum Picosekundenlaser-Emittieren als das Laserlicht 200 fähig zu sein. Das zweite optische System 43 kann ausgestaltet sein, auf die Galvano-Abtasteinrichtung zu verzichten oder kann ausgestaltet sein, die Galvano-Abtasteinrichtung zu haben.
Dieses Stapelbildungsgerät 1A ist in der Ausgestaltung ähnlich zu dem Stapelbildungsgerät 1 und ist so ausgestaltet, dass das erste optische System 42A mit der Schmelzvorrichtung 45 der optischen Vorrichtung 15A separat von der Entfernungsvorrichtung 46A (43) bereitgestellt ist.
Auf dieselbe Weise wie das oben beschriebene Stapelbildungsgerät 1 ist dieses Stapelbildungsgerät 1A ausgestaltet, um zum Vermischen und Injizieren des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 durch die Düsen 33 und zum Liefern vorbestimmter Mengen des ersten Materials 121 und/oder des zweiten Materials 122 durch die Steuereinrichtung 17 fähig zu sein. Somit können die Materialien 121 und 122 mit einem vorbestimmten Verhältnis geliefert werden, und unterschiedliche Materialien können für die Stapelbildung 100 verwendet werden. Die Stapelbildung 100 wird dann ein schräges Material sein.
Das Stapelbildungsgerät 1A verwendet die Schmelzvorrichtung 45 zum Umschmelzen des Materials 123 (Schicht 110b), das auf die Basis 110a geliefert worden ist, in eine Schichtform und kann eine Restspannung mittels Anlassen entfernen. Darüber hinaus kann das Vermischen der Materialien 121 und 122 gewährleistet werden, und die Festigkeit kann deshalb verbessert werden.
Darüber hinaus vergleicht das Stapelbildungsgerät 1A die durch die Messvorrichtung 16 gemessene Form des Materials 123 mit einer Schwelle in einer Speichereinheit 17a und entfernt das unnötig gelieferte Material 123 und kann deshalb in Übereinstimmung mit der Form des gelieferten Materials 123 trimmen. Selbst falls das Material 123 ausgestaltet ist, von den Düsen 33 injiziert zu werden, kann somit das verstreute unnötige Material 123 entfernt werden, und die Stapelbildung 100 mit der vorbestimmten Form kann gebildet werden.
Wie oben beschrieben, kann das Stapelbildungsgerät 1A gemäß der zweiten Ausführungsform das schräge Material bilden, anlassen und trimmen und die Stapelbildung 100 durch Verwendung der Materialien 121 und 122 in Pulverform herstellen.
[Dritte Ausführungsform]
Nun wird ein Stapelbildungsgerät 1B gemäß der dritten Ausführungsform mit Verweis auf 6 beschrieben. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung des Stapelbildungsgeräts 1B gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1B gemäß der dritten Ausführungsform, die ähnlich zu den Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1 gemäß der ersten Ausführungsform und den Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1A gemäß der zweiten Ausführungsform sind, die oben beschrieben worden sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, umfasst das Stapelbildungsgerät 1B einen Bearbeitungsbehälter 11, eine Plattform 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, eine optische Vorrichtung 15B, eine Messvorrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17. Das Stapelbildungsgerät 1B umfasst außerdem eine Entfernungsvorrichtung 46B. Das Stapelbildungsgerät 1B ist ausgestaltet zum Stapeln von Schichten eines durch die Düsenvorrichtung 14 gelieferten Materials auf einem auf der Plattform 12 bereitgestellten Ziel 110 und ermöglicht dadurch, dass eine Stapelbildung 100 mit einer vorbestimmten Form gebildet wird.
Die optische Vorrichtung 15B umfasst eine Lichtquelle 41 und ein optisches System 42B, das mit der Lichtquelle 41 via ein Kabel 210 verbunden ist.
Das erste optische System 42B ist ausgestaltet, um fähig zu sein zum Liefern von Laserlicht 200, das von der Lichtquelle 41 emittiert worden ist, an Düsen 33 und zum Anwenden des Laserlichts 200 auf einen vorbestimmten Bereich eines ersten Materials 121 und eines zweiten Materials 122, die injiziert worden sind, in Richtung des Ziels 110.
Genauer genommen umfasst das optische System 42B eine erste Linse 51, eine zweite Linse 52, eine dritte Linse 53, eine Galvano-Abtasteinrichtung 55A und einen Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56, der den Anwendungsbereich des Laserlichts 200 einstellt. Das optische System 42B umfasst eine Einstellungsvorrichtung, die die erste Linse 51, die zweite Linse 52 und die dritte Linse 53 in zwei Axialrichtungen bewegen kann, genauer genommen in Richtungen, die sich bei rechten Winkeln schneiden oder mit einem optischen Pfad schneiden. Dieses optische System 42B ist ausgestaltet, um fähig zu sein zum Verwenden des Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56 zum Einstellen des Anwendungsbereichs des Laserlichts 200, das an das Ziel 110 geliefert worden ist, durch einen ersten Galvano-Spiegel 58 und die dritte Linse 53. Das optische System 42B begründet eine Schmelzvorrichtung 45B, die das erste Material 121 (123) und das zweite Material 122 (123) durch das Laserlicht 200 mit seinem Anwendungsbereich eingestellt durch die erste Linse 51, die dritte Linse 53, den ersten Galvano-Spiegel 58 und den Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56 umschmelzen und anlassen kann.
Der Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56 umfasst einen Zoom-Mechanismus 56a, der den Anwendungsbereich des Laserlichts 200 vergrößern kann, und einen Maskenmechanismus 56b, der den durch den Zoom-Mechanismus 56a vergrößerten Anwendungsbereich in eine vorbestimmte Form bildet. Der Zoom-Mechanismus 56a ist mit der Steuereinrichtung 17 via eine Signalleitung 220 verbunden und ist ausgestaltet, um zum Vergrößern des Bereichs des Laserlichts 200 zum Umschmelzen der Materialien 121 und 122 fähig zu sein. Wenn der Bereich des Laserlichts 200 vergrößert wird, erhöht die Steuereinrichtung 17 die Abgabe der Lichtquelle 41 auf einen Leistungsbereich, so dass die Materialien 121 und 122 durch das Laserlicht 200 geschmolzen werden können.
Der Maskenmechanismus 56b ist mit der Steuereinrichtung 17 via die Signalleitung 220 verbunden und ist ausgestaltet, um zum Verändern der Form des Anwendungsbereichs des Laserlichts 200 in Abhängigkeit von dem Teil einer Schicht 110b fähig zu sein, auf den/die das Laserlicht 200 angewendet werden soll. Beispielsweise ist unter der Steuerung der Steuereinrichtung 17 der Maskenmechanismus 56b ausgestaltet, um zum Verändern von Masken in Abhängigkeit von der Anwendungsposition und zum Anwenden des Laserlichts 200 auf einen zweckgemäßen Anwendungsbereich der Schicht 110b fähig zu sein.
Die Entfernungsvorrichtung 46B ist beispielsweise eine Trennvorrichtung, die ausgestaltet ist, um zum Trennen des Materials 123 durch ein Trennwerkzeug fähig zu sein. Die Entfernungsvorrichtung 46B ist mit der Steuereinrichtung 17 via die Signalleitung 220 verbunden und ist ausgestaltet, um fähig zu sein, durch die Steuereinrichtung 17 bewegbar zu sein.
Dieses Stapelbildungsgerät 1B ist in der Ausgestaltung ähnlich zu dem Stapelbildungsgeräten 1 und 1A und ist ausgestaltet zum Verwenden des Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56, um den Anwendungsbereich des Laserlichts 200 durch die Schmelzvorrichtung 45B zu variieren, die die Materialien 121 und 122 schmilzt. Das Stapelbildungsgerät 1B ist außerdem ausgestaltet zum Trennen bzw. Abtrennen und Entfernen unnötiger Materialien durch die Entfernungsvorrichtung 46B.
Auf dieselbe Weise wie die oben beschriebenen Stapelbildungsgeräte 1 und 1A ist dieses Stapelbildungsgerät 1B ausgestaltet, um zum Liefern vorbestimmter Mengen des ersten Materials 121 und/oder des zweiten Materials 122 durch die Steuereinrichtung 17 und zum Mischen und Injizieren des ersten Materials 121 und des zweiten Materials 122 durch die Düsen 33 fähig zu sein. Somit können die Materialien 121 und 122 mit einem vorbestimmten Verhältnis geliefert werden, und unterschiedliche Materialien können für die Stapelbildung 100 verwendet werden. Die Stapelbildung 100 wird dann ein schräges Material sein.
Das Stapelbildungsgerät 1B vergleicht die durch die Messvorrichtung 16 gemessene Form des Materials 123 mit einer Schwelle in einer Speichereinheit 17a und kann ein Trimmen zum Entfernen des unnötig gelieferten Materials 123 durch die Entfernungsvorrichtung 46B durchführen. Selbst falls das Material 123 ausgestaltet ist, von den Düsen 33 injiziert zu werden, kann somit das verstreute unnötige Material 123 entfernt werden, und die Stapelbildung 100 mit der vorbestimmten Form kann gebildet werden.
Das Stapelbildungsgerät 1B verwendet die Schmelzvorrichtung 45B zum Umschmelzen des Materials 123 (Schicht 110b), das auf die Basis 110a geliefert worden ist, in eine Schichtform und kann eine Restspannung mittels Anlassen entfernen. Darüber hinaus kann das Vermischen der Materialien 121 und 122 gewährleistet werden, und die Festigkeit kann deshalb verbessert werden.
Das Stapelbildungsgerät 1B kann den Anwendungsbereich des Laserlichts 200 durch den Anwendungsbereich-Einstellungsmechanismus 56 beim Umschmelzen und Anlassen der Schicht 110b auf der Basis 110a einstellen. Als ein Ergebnis kann die Bearbeitungszeit für das Anlassen reduziert werden.
Wie oben beschrieben, kann das Stapelbildungsgerät 1B gemäß der dritten Ausführungsform das schräge Material bilden, anlassen und trimmen und die Stapelbildung 100 mit Verwendung der Materialien 121 und 122 in Pulverform herstellen.
[Vierte Ausführungsform]
Nun wird ein Stapelbildungsgerät 1C gemäß der vierten Ausführungsform mit Verweis auf 7 und 8 beschrieben. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Ausgestaltung des Stapelbildungsgeräts 1C gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Herstellung einer Stapelbildung 100 mit Verwendung des Stapelbildungsgeräts 1C zeigt. Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1C gemäß der vierten Ausführungsform, die ähnlich zu den Komponenten des Stapelbildungsgeräts 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht im Detail beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, umfasst das Stapelbildungsgerät 1C einen Bearbeitungsbehälter 11, eine Plattform 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14C, eine optische Vorrichtung 15, eine Messvorrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17.
Die Düsenvorrichtung 14C ist ausgestaltet, um zum Liefern vorbestimmter Mengen von Materialien an das Ziel 110 auf der Plattform 12 fähig zu sein, und um zum Emittieren von Laserlicht 200 fähig zu sein. Genauer genommen umfasst die Düsenvorrichtung 14 eine erste Liefervorrichtung 31, die ein erstes Material 121 liefern kann, eine zweite Liefervorrichtung 32, die ein zweites Material 122 liefern kann, eine erste Düse 33a, die mit der ersten Liefervorrichtung 31 und der optischen Vorrichtung 15 verbunden ist, eine zweite Düse 33b, die mit der zweiten Liefervorrichtung 32 und der optischen Vorrichtung 15 verbunden ist, und Zuleitungen 34, die die erste Liefervorrichtung 31 und die erste Düse 33a als auch die zweite Liefervorrichtung 32 und die zweite Düse 33b verbinden.
Die erste Düse 33a und die zweite Düse 33b sind mit der ersten Liefervorrichtung 31 bzw. der zweiten Liefervorrichtung 32 via die Zuleitungen 34 verbunden. Diese Düsen 33a und 33b sind mit der optischen Vorrichtung 15 via ein Kabel 210 verbunden, das das Laserlicht 200 übertragen kann. Die Düsen 33a und 33b sind ausgestaltet, um relativ zu der Plattform 12 beweglich zu sein.
Jede der Düsen 33a und 33b umfasst einen zylindrischen Außenmantel 36, ein Injektionsloch 37, das in dem Außenmantel 36 bereitgestellt ist, und das das erste Material 121 und das zweite Material 122 von seinem distalen Ende injiziert, einen Lichtdurchlass 38, der das Laserlicht 200 überträgt, und in dem Lichtdurchlass 38 bereitgestellte optische Linsen 39.
Nun wird ein Herstellungsverfahren der Stapelbildung 100 mit Verwendung des Stapelbildungsgeräts 1C mit Verweis auf 8 beschrieben.
Wie in 8 gezeigt, steuert zuerst die Steuereinrichtung 17 die erste Liefervorrichtung 31, eine vorbestimmte Menge des ersten Materials 121 von der Düse 33a innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu sprühen. Genauer genommen wird die erste Liefervorrichtung 31 durch die Steuereinrichtung 17 gesteuert, und das erste Material 121 wird in Pulverform von den Injektionslöchern 37 zu dem Ziel 110 injiziert, um ein vorbestimmtes Material für die zu bildende Schicht 110b zu produzieren. Das Laserlicht 200 wird zum Schmelzen des injizierten ersten Materials 121 angewendet.
Die zweite Liefervorrichtung 32 wird dann gesteuert, und eine vorbestimmte Menge des zweiten Materials 122 wird von der Düse 33b zu dem Ziel 110 injiziert und somit durch das Laserlicht 200 geschmolzen, wodurch das zweite Material 122 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gesprüht wird.
Wie in 8 gezeigt, sind somit das erste Material 121 und das zweite Material 122 auf einer Basis 110a bereitgestellt. Genauer genommen wird das erste Material 121 an die Basis 110a angefügt, und das zweite Material 122 wird dann an das erste Material 121 angefügt. Das erste Material 121 und das zweite Material 122 werden mit anderen Worten auf der Basis 110a gestapelt. Das Laserlicht 200 wird dann an ein Aggregat der Materialien 121 und 122 durch eine Schmelzvorrichtung 45 zum Umschmelzen des Aggregats der Materialien 121 und 122 und somit zum Bilden der Schicht 110b angewendet. Als ein Ergebnis werden die Materialien 121 und 122 vermischt, um die Schicht 110b zu bilden, und die Schicht 110b wird angelassen. Ein Material 123 auf der Basis 110a, angelassen mittels Umschmelzen, wird dann durch die Messvorrichtung 16 gemessen. Die Steuereinrichtung 17 vergleicht die Form des Materials 123 auf der Basis 110a, die durch die Messvorrichtung 16 gemessen worden ist, mit der in der Speichereinheit 17a gespeicherten Schwelle.
Falls das Material 123 auf der Basis 110a in die Schicht 110b mit der vorbestimmten Form gebildet wird, steuert die Steuereinrichtung 17 erneut die erste Liefervorrichtung 31 zum Liefern des ersten Materials 121, und steuert dann die zweite Liefervorrichtung 32 zum Liefern des zweiten Materials 122. Die Schmelzvorrichtung 45 wird dann gesteuert zum Umschmelzen und zum anschließenden Anlassen der Materialien 121 und 122, und eine Schicht 110b wird neu auf der Schicht 110b gebildet.
Wenn das Material 123 auf der Basis 110a an einer von der vorbestimmten Form unterschiedlichen Position angefügt wird, steuert die Steuereinrichtung 17 eine Entfernungsvorrichtung 46, das Laserlicht 200 auf das angefügte Material 123 anzuwenden und das angefügte Material 123 zu verflüchtigen. Somit wendet die Steuereinrichtung 17 das Laserlicht 200 auf den Teil an und trimmt dadurch den Teil, wo die durch die Messvorrichtung gemessene Form des Materials 123 von der vorbestimmten Form unterschiedlich ist.
Nach dem Ende des Trimmens steuert die Steuereinrichtung 17 erneut die erste Liefervorrichtung 31 und die zweite Liefervorrichtung 32, eine Schicht 110b auf der gebildeten Schicht 110b neu zu bilden. Die Schichten 110b werden wiederholt gebildet und auf diese Weise gestapelt, so dass die Stapelbildung 100 gebildet wird.
Das Stapelbildungsgerät 1C mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kann das schräge Material bilden, anlassen und trimmen und die Stapelbildung 100 durch Verwendung der Materialien 121 und 122 in Pulverform herstellen, wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Die Stapelbildungsgeräte 1, 1A, 1B und 1C gemäß den Ausführungsformen sind nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt. Beispielsweise ist jedes der Stapelbildungsgeräte 1, 1A, 1B und 1C ausgestaltet, den Bearbeitungsbehälter 11 mit der Hauptkammer 21 und der Nebenkammer 22 in den oben beschriebenen Beispielen zu haben, aber es ist nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise kann der Bearbeitungsbehälter 11 ausgestaltet sein, die Hauptkammer 21 allein zu haben, oder kann ausgestaltet sein, eine Nebenkammer zu haben, die nicht die Beförderungsvorrichtung 24 hat. Wenn jedoch der Bearbeitungsbehälter 11 ausgestaltet ist, die Nebenkammer 22 zu verwenden, kann die Atmosphäre in der Hauptkammer 21 aufrechterhalten werden, und es ist einfacher den Betrieb in der Hauptkammer 21 und der Nebenkammer 22 fortzusetzen. Wenn die Stapelbildung 100 ausgestaltet ist, an die Nebenkammer 22 befördert zu werden, kann das Material, das von den Düsen 33 in der Hauptkammer 21 injiziert worden ist und somit in der Hauptkammer 21 in der Luft befindlich ist, nicht einfach aus der Kammer entweichen. Darum ist es vorzuziehen, dass der Bearbeitungsbehälter 11 ausgestaltet ist, die Nebenkammer 22 benachbart zu der Hauptkammer 21 zu haben.
In den oben beschriebenen Beispielen umfasst die optische Vorrichtung 15 die Schmelzvorrichtung 45, die die Materialien 121 und 122 umschmilzt, die von den Düsen 33 geliefert worden sind, um die Schicht 110b zu bilden, und die Materialien anlässt. Jedoch ist dies keine Beschränkung. Beispielsweise kann das Stapelbildungsgerät ausgestaltet sein, die Schicht 110b nicht durch Schmelzen, sondern durch Sintern und Anlassen der Schicht 110b zu bilden.
In den oben beschriebenen Beispielen ist die Messvorrichtung 16 ausgestaltet, die Kamera 61 und den Bildprozessor 62 zu umfassen, der eine Bildverarbeitung in Übereinstimmung mit der durch die Kamera 61 gemessenen Information durchführt. Jedoch ist dies keine Beschränkung. Die Messvorrichtung 16 kann eine andere Ausgestaltung haben, die die Form des auf die Basis 110a gelieferten Materials messen kann.
In den oben beschriebenen Beispielen ist das Stapelbildungsgerät 1 so ausgestaltet, dass die Düsen 33 und die Plattform 12 beweglich sind. Jedoch ist dies keine Beschränkung. Das Stapelbildungsgerät kann so ausgestaltet sein, dass die Düsen 33 allein oder die Plattform 12 allein beweglich ist.
In den oben beschriebenen Beispielen sind zwei Düsen 33 mit den Injektionslöchern 37 mit unterschiedlichem Durchmesser bereitgestellt. Jedoch ist dies keine Beschränkung. Mehr als zwei Düsen 33 können bereitgestellt sein. Wenn mehr als eine Düse 33 bereitgestellt ist, kann die effizienteste Düse 33 in Abhängigkeit von der Fläche und der Form verwendet werden, an welche das Material injiziert werden soll, und die Stapelbildung 100 kann effizient gebildet werden.
Während gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur mittels eines Beispiels präsentiert worden, und sind nicht beabsichtigt, den Schutzbereich der Erfindungen zu beschränken. In der Tat können neue hierin beschriebene Ausführungsformen auf eine Vielfalt von anderen Formen beispielhaft verkörpert sein; darüber hinaus können vielfältige Weglassungen, Ersetzungen und Abänderungen in der Form der hierin beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindungen abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sind beabsichtigt, derartige Formen oder Modifizierungen, wie sie in den Schutzbereich der Erfindungen fallen, abzudecken.

Claims

Stapelbildungsgerät mit: einer Lichtquelle, die Laserlicht liefert; einer ersten Düse, die mit einem ersten Injektionsloch versehen ist, ausgebildet zum Mischen eines ersten Materials und eines zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an ein Ziel, und zum Anwenden des Laserlichts auf das injizierte Material, wobei das zweite Material ein anderes Material als das erste Material ist; einer zweiten Düse, die mit einem zweiten Injektionsloch mit einem anderen Durchmesser als ein Durchmesser des ersten Injektionslochs versehen ist, ausgebildet zum Mischen des ersten Materials und des zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an das Ziel, und zum Anwenden des Laserlichts auf das injizierte Material; und einem optischen System, das das Laserlicht, das auf die durch die erste Düse und die zweite Düse injizierten Materialien angewendet wird, und das Laserlicht, das das an dem Ziel angefügte Material umschmilzt aufspaltet.
Stapelbildungsgerät mit: einer ersten Düse, die mit einem ersten Injektionsloch versehen ist, ausgebildet zum Mischen eines ersten Materials und eines zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an ein Ziel und zum Anwenden eines Laserlichts auf das injizierte Material, um das injizierte Material zu schmelzen, wobei das zweite Material ein anderes Material als das erste Material ist; einer zweiten Düse, die mit einem zweiten Injektionsloch mit einem anderen Durchmesser als ein Durchmesser des ersten Injektionslochs versehen ist, ausgebildet zum Mischen des ersten Materials und des zweiten Materials in ein Material, zum Injizieren des gemischten Materials an das Ziel und zum Anwenden eines Laserlichts auf das injizierte Material, um das injizierte Material zu schmelzen; einer Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist zum Steuern der Liefermengen der an die erste und die zweite Düse zu liefernden Materialien; und einer Schmelzvorrichtung, die die auf dem Ziel gestapelten ersten und zweiten Materialien umschmilzt
Stapelbildungsgerät gemäß Anspruch 1, mit ferner: einer Steuereinrichtung, ausgebildet zum Steuern des Zuführungsbetrags von Material, welches an die erste und die zweite Düse zuzuführen ist, wobei die Steuereinrichtung die Lichtquelle und das optische System steuert.
Stapelbildungsgerät gemäß Anspruch 2, mit ferner einer Liefervorrichtung, die das erste Material und das zweite Material an die Düse liefert und ein Verhältnis der zu injizierender ersten und zweiten Materialien einstellt.
Stapelbildungsgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, mit: einer Messvorrichtung, die die Formen des ersten Materials und des zweiten Materials auf dem Ziel misst; und einer Entfernungsvorrichtung, die ausgestaltet ist zum teilweisen Entfernen des ersten Materials und des zweiten Materials auf dem Ziel in Übereinstimmung mit einem Messergebnis durch die Messvorrichtung.
Stapelbildungsgerät gemäß Anspruch 3, mit einer Speichereinheit, in der die Form einer Stapelbildung, die auf dem Ziel gebildet werden soll, als eine Schwelle gespeichert ist, wobei die Entfernungsvorrichtung ein von der Schwelle der Form unterschiedliches Teilstück entfernt auf Grundlage von Ergebnissen eines Vergleichens der durch die Messvorrichtung gemessenen Form mit der Schwelle.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren, wobei das Verfahren umfasst: Steuern, durch eine Steuereinrichtung, einer Liefermenge von jedem eines ersten Materials und eines zweiten Materials, die von einer ersten Düse und einer zweiten Düse injiziert werden sollen, Mischen eines ersten Materials und eines zweiten Materials in ein Material, und Injizieren des gemischten Materials an ein Ziel von der ersten Düse und der zweiten Düse, wobei die erste Düse mit einem ersten Injektionsloch versehen ist, die zweite Düse mit einem zweiten Injektionsloch mit einem anderen Durchmesser als ein Durchmesser des ersten Injektionslochs versehen ist, das zweite Material ein anderes Material als das erste Material ist; Anwenden eines Laserlichts auf das erste Material und das zweite Material, um das erste Material und das zweite Material zu schmelzen, die injiziert worden sind; und Umschmelzen des ersten Materials und des zweiten Materials, die auf dem Ziel gestapelt sind.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 7, wobei das optische System das durch die Lichtquelle gelieferte Laserlicht in das durch die erste Düse und die zweiten Düse emittierte Laserlicht und das Laserlicht, das das an dem Ziel angefügten Material umochmelzt, aufspaltet durch Steuern der Lichtquelle und des optischen Systems durch die Steuereinrichtung.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren, wobei das Verfahren umfasst: Mischen eines ersten Materials und eines zweiten Materials in ein Material in einer ersten Düse und einer zweiten Düse, wobei die erste Düse mit einem ersten Injektionsloch versehen ist, die zweite Düse mit einem zweiten Injektionsloch mit einem anderen Durchmesser als ein Durchmesser des ersten Injektionslochs versehen ist, das zweite Material ein anderes Material als das erste Material ist, und Injizieren des gemischten Materials an ein Ziel von der ersten und der zweiten Düse; Steuern, durch eine Steuereinrichtung, einer Lichtquelle und eines optischen Systems zum Anwenden eines durch das optische System aufgespaltenen Laserlichts auf das Ziel von der ersten und der zweiten Düse und zum Umschmelzen des an das Ziel injizierten Materials; und Anwenden des durch das optische System aufgespaltenen Laserlichts auf das Ziel zum Umschmelzen des an das Ziel injizierten Materials.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, mit ferner: Einstellen eines Verhältnisses der zu injizierender ersten und zweiter Materialien, und Liefern der ersten und zweiten Materialien an die erste und die zweite Düse.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 7, 8 oder 10, mit Messen der Formen des ersten Materials und des zweiten Materials auf dem Ziel; und teilweisem Entfernen des ersten Materials und des zweiten Materials auf dem Ziel in Übereinstimmung mit einem Messergebnis durch eine Messvorrichtung.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 11, mit Vergleichen der durch die Messvorrichtung gemessenen Form mit einer Schwelle, die in einer Speichereinheit gespeichert ist, durch die Steuereinrichtung, und die die Form einer Stapelbildung ist, die auf dem Ziel gebildet werden soll; und Vergleichen der durch die Messvorrichtung gemessenen Form mit der Schwelle und teilweisem Entfernen des ersten Materials und des zweiten Materials auf dem Ziel, wenn ein Teil der Form unterschiedlich ist von der Schwelle.
Stapelbildung-Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, mit einem Ändern des Verhältnisses zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material zum Bilden einer Schicht auf der Schicht des Materials, die auf dem Ziel gebildet ist.