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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Düse und eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts.
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STAND DER TECHNIK
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Im Allgemeinen sind Vorrichtungen zur Herstellung eines geschichteten Objekts bekannt, um geschichtete Objekte auszubilden. Solch eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts stellt ein geschichtetes Objekt her, indem Pulver eines Materials aus einer Düse entladen wird und ein Laserstrahl ausgegeben wird, der erwirkt, dass das Pulver schmilzt, sodass eine Schicht des Materials dadurch ausgebildet wird und durch Ausbilden einer Vielzahl der Schichten übereinander.
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Derartige Vorrichtungen zur Herstellung eines geschichteten Objekts sind zum Beispiel in der
JP 2009-001900 A , der
US 2009/0035448 A1 , der
WO 00/00921 A1 und der
US 2007/0193981 A1 beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist wichtig, dass eine Vorrichtung beispielsweise das Material zuverlässig und effizienter zur Verfügung stellen kann. Eine Düse für eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts mit einer solchen Düse definiert Patentanspruch 8. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte, allgemeine Struktur einer Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine schematische Ansicht zum Erklären beispielhafter Schritte, die beim Ausbilden (Herstellungsverfahren), das von der Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird, umfasst sind.
- 3 ist eine Querschnittsansicht der Spitze einer beispielhaften Düse gemäß der Ausführungsform.
- 4 ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Düse gemäß der Ausführungsform an der Stelle IV-IV in 3.
- 5 ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Düse gemäß der Ausführungsform an der Stelle V-V in 3.
- 6 ist eine Querschnittsansicht einer Düse gemäß einer Modifikation an einer Position, die der Position VI-VI in 3 entspricht.
- 7 ist eine Querschnittsansicht einer Düse gemäß einer weiteren Modifikation an einer Position, die der Position VI-VI in 3 entspricht.
- 8 ist eine Querschnittsansicht einer Düse gemäß einer weiteren Modifikation an einer Position, die der Position V-V in 3 entspricht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Einige beispielhafte Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden offenbart. Eine Konfiguration und eine Steuerung (technische Merkmale), und Wirkungen und Ergebnisse (Effekte), die durch die Konfiguration und die Steuerung gemäß den Ausführungsformen und den Modifikationen, die im Folgenden beschrieben werden, erreicht werden, sind jedoch rein beispielhaft.
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Ferner Teilen sich die Ausführungsformen und die Modifikationen, die weiter unten offenbart werden, gleiche Elemente. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und redundante Erklärungen davon werden hier weggelassen.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Vorrichtung zur Herstellung eines geschichteten Objekts 1 eine Bearbeitungskammer 11, eine Bühne 12, eine sich bewegende Einrichtung 13, eine Düseneinrichtung 14, eine optische Einrichtung 15, eine Messeinrichtung 16 und eine Steuereinrichtung 17.
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Die Vorrichtung zur Herstellung des geschichteten Objekts 1 stellt ein geschichtetes Objekt 100 mit einer vorgegebenen Form her, indem eine Vielzahl Schichten eines Materials 121 ausgebildet werden, das mit der Düseneinrichtung 14 einem Objekt 110 bereitgestellt wird, das auf der Bühne 12 angeordnet ist.
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Das Objekt 110 ist ein Objekt, dem das Material 121 mit der Düseneinrichtung 14 bereitgestellt wird und umfasst eine Basis 110a und eine Schicht 110b. Auf einer Oberfläche der Basis 110a werden die Schichten 110b ausgebildet. Beispiele des Materials 121 umfassen ein Metallmaterial und ein Harzmaterial in Pulverform. Ein oder mehrere Materialien 121 können beim Formen des geschichteten Objekts 100 verwendet werden.
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Die Verarbeitungskammer 11 umfasst eine Hauptkammer 21 und eine Nebenkammer 22. Die Nebenkammer 22 ist angrenzend an die Hauptkammer 21 angeordnet. Eine Tür 23 ist zwischen der Hauptkammer 21 und der Nebenkammer 22 vorgesehen. Wenn die Tür 23 geöffnet wird, tritt die Hauptkammer 21 mit der Nebenkammer 22 in Verbindung. Wenn die Tür 23 geschlossen wird, ist die Hauptkammer 21 luftdicht.
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Die Hauptkammer 21 ist mit einem Gaseinlass 21a und einem Gasauslass 21b versehen. Durch Betätigen einer Gasladeeinrichtung (nicht dargestellt) wird Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, über den Gaseinlass 21a der Hauptkammer 21 bereitgestellt. Durch Betätigen einer Gasentladungseinrichtung (nicht dargestellt) wird das Gas in der Hauptkammer 21 aus der Hauptkammer 21 über den Gasauslass 21b entladen.
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Im Inneren der Gaskammer 21 ist eine Übertragungseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen und eine Fördereinrichtung 24 ist vorgesehen, die sich von der Hauptkammer 21 in die Nebenkammer 22 erstreckt. Die Übertragungseinrichtung gibt das geschichtete Objekt 100, das in der Hauptkammer 21 verarbeitet wurde, an die Fördereinrichtung 24 weiter. Die Fördereinrichtung 24 fördert das geschichtete Objekt 100, das von der Übertragungseinrichtung übergeben wurde, in die Nebenkammer 22. In anderen Worten wird das geschichtete Objekt 100, das in der Hauptkammer 21 bearbeitet wurde, in der Nebenkammer 22 gespeichert. Nachdem das geschichtete Objekt 100 in der Nebenkammer 22 gespeichert wurde, wird die Tür 23 geschlossen, sodass die Nebenkammer 22 von der Hauptkammer 21 isoliert wird.
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Die Stufe 12, die sich bewegende Einrichtung 13, ein Teil der Düseneinrichtung 14, die Messeinrichtung 16 und dergleichen werden im Inneren der Hauptkammer 21 zur Verfügung gestellt.
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Die Stufe 12 stützt das Objekt 110 ab. Die sich bewegende Einrichtung 13 (Bewegungsmechanismus) ist in der Lage, die Stufe 12 in dreidimensionalen Richtungen zu bewegen, die zu einander senkrecht sind.
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Die Düseneinrichtung 14 stellt das Material 121 auf dem Objekt 110 bereit, das auf der Bühne 12 angeordnet wurde.
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Eine Düsen 33 der Düseneinrichtung 14 bestrahlt das Objekt 110, das auf der Stufe 12 angeordnet wurde mit einem Laserstrahl. Die Düseneinrichtung 14 ist in der Lage, eine Vielzahl Materialien 121 parallel bereitzustellen und ist auch in der Lage eines der Materialien 121 selektiv bereitzustellen. Die Düse 33 gibt den Laserstrahl 200 parallel zu dem Bereitstellen des Materials 121 aus. Der Laserstrahl 200 ist ein Beispiel eines Energiestrahls. Jeder andere Laserstrahl kann als der Laserstrahl verwendet werden solange solch eine Energie in der Lage ist, das Material zu schmelzen, wie beispielsweise der Laserstrahl, und weitere Beispiele des Energiestrahls umfassen einen Elektronenstrahl und eine elektromagnetische Welle innerhalb des Bereichs von einer Mikrowelle bis zu ultravioletten Wellen.
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Die Düseneinrichtung 14 umfasst eine Bereitstelleinrichtung 31, eine Bereitstelleinrichtung 31A, eine Entladungseinrichtung 32, die Düse 33 und eine Bereitstelleinrichtung 34. Das Material 121 wird von der Bereitstelleinrichtung 31 in die Düse 33 über das Bereitstellrohr 34 geschickt. Die Bereitstelleinrichtung 31A sendet das Gas in die Düse 33 über die Bereitstellleitung 34A. Das Material wird auch von der Düse 33 in die Entladungseinrichtung 32 über ein Entladungsrohr 35 gesendet.
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Die Bereitstelleinrichtung 31 umfasst einen Behälter 31A und eine Bereitstelleinheit 31B. Der Behälter 31A speichert das Material 121. Die Bereitstelleinheit 31B stellt von dem Behälter 31 einen vorgegeben Betrag des Materials 121 bereit. Die Bereitstelleinrichtung 31 stellt ein Trägergas (Gas), das das Pulvermaterial 121 aufweist zur Verfügung. Das Trägergas ist ein inaktives Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon. Die Bereitstelleinrichtung 31A umfasst die Bereitstelleinheit 31b. Die Bereitstelleinrichtung 31A stellt den gleichen Typ Gas (Gas), der von der Bereitstelleinrichtung 31 bereitgestellt wurde, bereit. Die Entladungseinrichtung 32 umfasst eine Klassifizierungseinrichtung 32a, eine Entladungseinheit 32b und Behälter 32c und 32d. Die Entladungseinheit 32b saugt das Gas von der Düse 33 an. Die Klassifizierungseinrichtung 32a trennt das Material 121 und den Rauch. Das Material 121 wird anschließend in dem Behälter 32c gespeichert und der Rauch 124 wird in dem Behälter 32d gespeichert. Durch diesen Prozess werden das Pulver des Materials 121, das beim Formen nicht verwendet wurde, der Rauch (Metallrauch) der sich von dem Formen ergibt, Staub und dergleichen gemeinsam mit dem Gas von der Bearbeitungsfläche ausgestoßen. Ein Beispiel der Entladungseinrichtung 32b ist eine Pumpe.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die optische Einrichtung 15 eine Lichtquelle 41 und ein optisches System 42. Die Lichtquelle 41 umfasst eine Oszillatoreinrichtung (nicht dargestellt) und gibt den Laserstrahl 200 durch die Oszillation der Oszillatoreinrichtung aus. Die Lichtquelle 41 ist in der Lage, die Leistungsdichte eines Laserstrahls, der auszugeben ist, zu verändern.
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Die Lichtquelle 41 ist mit dem optischen System 42 über ein Kabel 210 verbunden. Der Laserstrahl 200, der von der Lichtquelle 41 ausgegeben wird, fällt auf die Düse 33 über das optische System 42 ein. Die Düse 33 bestrahlt anschließend das Objekt 110 und das Material 121, das auf das Objekt 110 aufgetragen wurde, mit dem Laserstrahl 200.
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Im Speziellen umfasst das optische System 42 eine erste Linse 51, eine zweite Linse 52, eine dritte Linse 53, eine vierte Linse 54 und einen Galvanoscanner 55. Die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 sind fest. Das optische System 42 kann auch eine Einstelleinrichtung umfassen, die in der Lage ist, die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 in zwei axialen Richtungen zu bewegen, insbesondere in Richtungen, die sich mit der Lichtbahn schneiden (beispielsweise dazu senkrecht sind).
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Die erste Linse 51 wandelt den Laserstrahl 200, der über das Kabel 210 einfällt, zu parallelem Licht um. Der umgewandelte Laserstrahl fällt anschließend auf den Galvanoscanner 55 ein.
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Der Laserstrahl 200, der von dem Galvanoscanner 55 ausgegeben wurde, wird mit der zweiten Linse 52 umgewandelt. Der Laserstrahl 200, der von der zweiten Linse 52 umgewandelt wurde, verläuft durch das Kabel 210 und erreicht die Düse 33.
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Der Laserstrahl 200, der von dem Galvanoscanner 55 ausgegeben wurde, wird mit der dritten Linse 53 konvergiert. Das Objekt 110 wird anschließend mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt, der von der dritten Linse 53 konvergiert wurde.
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Der Laserstrahl 200, der von dem Laserscanner 55 ausgegeben wurde, wird von der vierten Linse 54 konvergiert. Das Objekt 110 wird anschließend mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt, der von der vierten Linse 54 konvergiert wurde.
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Der Galvanoscanner 55 teilt das parallele Licht, das von der ersten Linse 51 konvergiert wurde, in Lichtstrahlen, die jeweils auf die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 einfallen. Der Galvanoscanner 55 umfasst einen ersten Galvanospiegel 57, einen zweiten Galvanospiegel 58 und einen dritten Galvanospiegel 59. Die Galvanospiegel 57, 58 und 59 sind in der Lage, Licht aufzuteilen und ihre Neigungswinkel (Ausgangswinkel) zu verändern.
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Ein Teil des Laserstrahls 200, der durch die erste Linse 51 hindurch passiert ist, passiert durch den ersten Galvanospiegel 57 und der hindurch passierte Laserstrahl 200 fällt auf den zweiten Galvanospiegel 58 ein. Der erste Galvanospiegel 47 reflektiert den anderen Teil des Laserstrahls 200 und der reflektierte Laserstrahl 200 fällt auf die vierte Linse 54 ein. Der erste Galvanospiegel 57 verändert durch Verändern des Neigungswinkels davon die Position, die von dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird, der durch die vierte Linse 54 passiert ist.
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Ein Teil des Laserstrahls 200, der durch den ersten Galvanospiegel 57 passiert ist, passiert durch den zweiten Galvanospiegel 58 und der hindurchpassierte Laserstrahl 200 fällt auf den dritten Galvanospiegel 59 ein. Der zweite Galvanospiegel 58 reflektiert den anderen Teil des Laserstrahls 200 und der reflektierte Laserstrahl 200 fällt auf die dritte Linse 53 ein. Der zweite Galvanospiegel 58 verändert durch Verändern des Neigungswinkels davon die Position, die mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird, der durch die dritte Linse 53 passiert ist.
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Der dritte Galvanospiegel 59 gibt einen Teil des Laserstrahls 200, der durch den zweiten Galvanospiegel 58 passiert ist, an die zweite Linse 52 aus.
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In dem optischen System setzen der ersten Galvanospiegel 57, der zweite Galvanospiegel 58 und die dritte Linse 53 eine Schmelzeinrichtung 45 um. Die Schmelzeinrichtung 45 dient dazu, um eine Schicht 110b auszubilden und um ein Glühen durchzuführen, indem das Material 121 (123) erwärmt wird, das von der Düse 33 dem Objekt 110 bereitgestellt wird, indem der Laserstrahl ausgegeben wird.
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Das optische System 42 setzt auch eine Entfernungsvorrichtung 46 zum Entfernen des Materials 121 um. Die Entfernungsvorrichtung 46 entfernt einen unnötigen Teil, der an der Basis 110a oder der Schicht 110b ausgebildet wird, indem der Laserstrahl 200 ausgegeben wird. Im Speziellen entfernt die Entfernungsvorrichtung 46 einen Teil, der keine vorgegebene Form des geschichteten Objekts 100 ausbildet, umfassend einen unnötigen Teil des Materials 121, der Verteilt wird, wenn das Material von der Düse 33 bereitgestellt wird und einen unnötigen Teil, der ausgebildet wird, wenn die Schicht 110b ausgebildet wird. Die Entfernungsvorrichtung 46 gibt den Laserstrahl 200 mit einer Leistungsdichte aus, die ausreichend ist, um die unnötigen Teile zu entfernen.
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Die Messeinrichtung 16 misst die Form der Schicht 110b, die verfestigt wurde, und die Form des geschichteten Objekts 100, das ausgebildet wurde. Die Messeinrichtung 16 überträgt die Information der gemessenen Form an die Steuerungseinrichtung 17. Die Messeinrichtung 16 umfasst beispielsweise eine Kamera 61 und eine Bildverarbeitungseinrichtung 62. Die Bildverarbeitungseinrichtung 62 führt Bildprozesse basierend auf der Information, die von der Kamera 61 gemessen wurde, durch. Die Messeinrichtung 16 misst die Form der Schicht 110b und des geschichteten Objekts 100 verwendend beispielsweise optische Interferometrie oder ein Lichtsektionsverfahren.
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Die sich bewegende Einrichtung 71 (Bewegungsmechanismus) ist in der Lage, die Düse 33 in drei axialen Richtungen, die orthogonal zueinander sind, zu bewegen.
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Die Steuereinrichtung 17 ist elektrisch mit der sich bewegenden Einrichtung 13, der Fördereinrichtung 24, der Bereitstelleinrichtung 31, der Bereitstelleinrichtung 31A, der Entladungseinrichtung 32, der Lichtquelle 41, dem Galvanoscanner 55, der Bildverarbeitungseinrichtung 62 und der sich bewegenden Einrichtung 71 über ein Datenkabel 220 verbunden.
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Die Steuereinrichtung 17 bewegt die Bühne 12 in den drei axialen Richtungen durch Steuern der sich bewegenden Einrichtung 13. Die Steuereinrichtung 17 fördert das geformte Objekt 100 in die Nebenkammer 22, indem die Fördereinrichtung 24 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 17 steuert, ob das Material 121 bereitzustellen ist und stellt den Betrag an Material ein, der bereitzustellen ist, indem die Bereitstelleinrichtung 31 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 30 steuert, ob das Pulver des Materials 121 oder der Rauch zu entladen sind und stellt den Betrag ein, indem die Entladungseinrichtung 32 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 17 steuert die Leistungsdichte des Laserstrahls 200, der von der Lichtquelle 41 ausgebildet wird, indem die Lichtquelle 41 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 17 steuert die Neigungswinkel des ersten Galvanospiegels 57, des zweiten Galvanospiegels 58 und des dritten Galvanospiegels 59 durch Steuern des Galvanoscanners 55 ein. Die Steuereinrichtung steuert auch die Position der Düse 33, indem die sich bewegende Einrichtung 71 gesteuert wird.
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Die Steuereinrichtung 17 ist mit einer Speichereinheit 17a versehen. Die Steuereinheit 17a speichert darin Daten, die beispielsweise die Form des geschichteten Objekts 100 wiedergeben, das auszubilden ist (Bezugsform). Die Speichereinheit 17a speichert darin auch Daten, die die Höhe der Düse 33 und die Höhe der Bühne 12 bei jeder dreidimensionalen Bearbeitungsposition (Punkt) wiedergeben.
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Die Steuereinrichtung 17 kann eine Funktion haben, bei der sie eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien 121 selektiv aus der Düse bereitstellt und indem sie das Verhältnis der Materialien 121 einstellt (verändert). Beispielsweise steuert die Steuereinheit 17 die Bereitstelleinrichtung 31 und dergleichen basierend auf den Daten, die das Verhältnis der Materialien 121 wiedergeben, die in der Speichereinheit 17a gespeichert sind, sodass die Schicht 110b der Materialien 121 mit diesem Verhältnis ausgebildet wird. Diese Funktion ermöglicht das Formen von abgestuftem Material (funktional abgestuftem Material), bei dem das Verhältnis der Materialien 121 sich gemäß den Positionen (Orten) des geschichteten Objekts verändert (abnimmt oder allmählich ansteigt). Im Speziellen, wenn eine Schicht 110b ausgebildet wird, kann das geschichtete Objekt 100 als ein gestuftes Material (funktional gestuftes Material) geformt werden, bei dem das Verhältnis der Materialien 121 sich in manchen dreidimensionalen Richtungen verändert, da die Steuereinrichtung 17 die Bereitstelleinrichtung 31 steuert, um dem Verhältnis der Materialien 121, die für die jeweiligen Position in den dreidimensionalen Koordinaten des geschichteten Objekts 100 beispielsweise eingestellt (gespeichert) sind, zu entsprechen. Der Veränderungsbetrag des Verhältnisses der Materialien 121 (das Verhältnis der Veränderung) pro Längeneinheit kann verschieden eingestellt werden.
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Die Steuereinrichtung 17 weist eine Funktion des Ermittelns der Form des Materials 121 auf. Beispielsweise ermittelt die Steuereinrichtung 17, ob es einen Abschnitt gibt, der sich außerhalb der vorgegebenen Form befindet, indem die Form der Schicht 110b oder die Form des geschichteten Objekts 100, die von der Messeinrichtung 16 erfasst wurde, mit der Bezugsform verglichen wird, die in der Speichereinheit 17a gespeichert ist.
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Die Steuereinheit 17 weist auch eine Funktion zum Trimmen des Materials 121 hin zu der vorgegebenen Form auf, indem der unnötige Abschnitt entfernt wird, von dem ermittelt wurde, dass er sich außerhalb der vorgegeben Form befindet, bei der Ermittlung der Form des Materials 121. Beispielsweise, falls das Material sich verteilt und an einem Abschnitt anhaftet, der sich außerhalb der vorgegeben Form befindet, steuert die Steuereinrichtung 17 zunächst die Lichtquelle 71 auf eine solche Weise, dass der Laserstrahl 12, der über die fünfte Linse 54 über den ersten Galvanospiegel 57 ausgegeben wurde, dazu gebracht wird, die Leistungsdichte aufzuweisen, die in der Lage ist, das Material 121 zu verdampfen. Die Steuereinrichtung 17 steuert anschließend den ersten Galvanospiegel 57 und verdampft das Material 121, indem der Abschnitt mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird.
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Ein Verfahren zur Herstellung des geschichteten Objekts 100 mit der Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie in 2 dargestellt, wird zu Beginn das Material 121 bereitgestellt und mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt. Die Steuereinrichtung 17 steuert die Bereitstelleinrichtungen 31 und 31A und dergleichen, sodass das Material 121 von der Düse 33 von einem vorgegeben Bereich bereitgestellt wird und steuert die Lichtquelle 41, den Galvanoscanner 55 und dergleichen, sodass das bereitgestellte Material 121 dazu gebracht wird, mit dem Laserstrahl 200 zu schmelzen. Auf diese Weise wird das geschmolzene Material 123 mit einer vorgegebenen Menge der Fläche bereitgestellt, an der die Schicht 110b an der die Basis 110a auszubilden ist, wie in 2 dargestellt. Wenn das Material 123 auf die Basis 110a oder die Schicht 110b entladen wird, deformiert sich das Material 123 und wird anschließend zu einer schichtartigen oder dünnfilmschichtartigen Ansammlung des Materials 123 gewandelt. Wenn das Material 123 mit dem Gas (Gas), das das Material 121 trägt, gekühlt wird oder mittels der Wärmeübertragung mittels der Ansammlung des Materials 121 gekühlt wird, sammelt sich das Material 123 granulös an und bildet eine granulare Ansammlung aus.
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Die Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts führt anschließend das Glühen durch. Die Steuereinrichtung 17 steuert die Lichtquelle 41, die Schmelzeinrichtung 45 und dergleichen auch auf eine solche Weise, dass die Ansammlung des Materials 123 auf der Basis 110a mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird. Auf diese Weise wird die Ansammlung des Materials 123 dazu gebracht, erneut zu schmelzen und wird zu der Schicht 110b gewandelt.
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Die Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts misst anschließend die Form. Die Steuereinrichtung 17 steuert die Messeinrichtung 16, um das Material 123 auf der Basis 110a zu messen, bei dem das Glühen angewendet wurde. Die Steuereinrichtung 17 vergleicht die Form der Schicht 110b mit der Form des geschichteten Objekts 100, das mit der Messeinrichtung 16 erfasst wurde, mit der Bezugsform, die in der Speichereinheit 17a gespeichert ist.
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Die Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts führt anschließend das Trimmen durch. Falls durch die Messung der Form und den Vergleich mit der Bezugsform ermittelt wird, dass das Material 123 beispielsweise an der Basis 110a an einer Position außerhalb der vorgegeben Form anhaftet, steuert die Steuereinrichtung 17 die Lichtquelle 41, die Entfernungsvorrichtung 46 und dergleichen, um das unnötige Material 123 zu verdampfen. Falls mittels der Formmessung und dem Vergleich mit der Bezugsform ermittelt wird, dass die Schicht 110b die vorgegebene Form hat, führt die Steuereinrichtung 17 das Trimmen nicht durch.
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Wenn die Ausbildung der Schicht 110, die oben beschrieben wurde, abgeschlossen wurde, bildet die Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts eine weitere Schicht 110b über der Schicht 110b aus. Die Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts bildet das geschichtete Objekt 100 aus, indem die Schichten 110b auf wiederholende Weise angesammelt werden.
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Eine detaillierte Konfiguration und Funktion der beispielhaften Düse 33 gemäß der Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung, die zueinander senkrecht sind, zur Erleichterung der Beschreibung festgelegt. Die X-Richtung ist die Linksrichtung in 3. Die Y-Richtung ist die senkrechte Richtung zur der Zeichnungsebene von 3. Die Z-Richtung ist die Richtung von oben nach unten in 3. Die oberen Oberflächen der Bühne 12, des geschichteten Objekts 100, des Objekts 110, der Basis 110a und der Schicht 110b erstrecken sich im Wesentlichen entlang einer Ebene über die X- und die Y-Richtung. In der Vorrichtung 1 zur Herstellung des geschichteten Objekts bewegt sich zumindest eines aus der Düse 33 und der Bühne 12 in der X-Richtung und der Y-Richtung, die Düse 33 wird relativ zu der Bühne 12 bewegt, und die Schicht 110b des Materials 121 wird über der Ebene in der X- und der Y-Richtung ausgebildet. Durch sequentielles Ansammeln der Schichten 110b des Materials 121 in der Z-Richtung wird ein dreidimensionales, geschichtetes Objekt 100 ausgebildet. Die X-Richtung und die Y-Richtung können beispielsweise als eine horizontale Richtung, einer Querrichtung, bezeichnet werden. Die Z-Richtung kann beispielsweise als eine aufrechte Richtung, eine vertikale Richtung, eine Höhenrichtung, eine Dickenrichtung, eine Längsrichtung bezeichnet werden.
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Die Düse 33 weist einen Körper 330 auf. Der Körper 330 weist eine längliche Form auf und ist aus einem wärmefesten Material ausgebildet, wie beispielsweise Bornitrid (Keramikmaterial). Die Längsrichtung (Axialrichtung) des Körpers 330 erstreckt sich beispielsweise entlang der Z-Richtung. Die Querrichtung (Breitenrichtung) des Körpers 330 erstreckt sich beispielsweise entlang der X-Richtung und der Y-Richtung. Der Körper 330 weist ein zylindrisches Aussehen auf. Der Körper 330 weist beispielsweise eine untere Oberfläche 331, eine Seitenoberfläche 332, die die äußeren Oberflächen (Oberflächen) sind, auf. Die untere Oberfläche 333 ist an einem Ende (unteres Ende) in der Längsrichtung des Körpers 330 angeordnet und kann auch als eine Endoberfläche bezeichnet werden. Die untere Oberfläche 331 zeigt beispielsweise auf die Stufe, das geschichtete Objekt 100 und das Objekt 110. Die untere Oberfläche 331 weist eine flache Form auf. Die Seitenoberfläche 332 ist an einem Ende des Körpers 330 in der Querrichtung angeordnet und kann auch als eine Umfangsoberfläche bezeichnet werden. Die Seitenoberfläche 332 ist als eine zylindrische Oberfläche konfiguriert.
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Drei Öffnungen 333 bis 335 sind an der unteren Oberfläche 331 des Körpers 330 vorgesehen. Die Öffnung 333, die an dem Zentrum unter den Öffnungen 333 bis 335 angeordnet ist, gibt den Laserstrahl 200 aus und stößt Pulver des Materials 121 aus. Das offene Ende 333a der Öffnung 333 weist eine kreisförmige Form auf, wie in 4 dargestellt. Das offene Ende 333a der Öffnungen 333 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Lichtbahn (Lichtstrom) des Laserstrahls 200, wie in 3 dargestellt. Daher kann das Pulver des Materials 121 der Bearbeitungsfläche im Inneren und um den Lichtstrom des Laserstrahls 200 bereitgestellt werden.
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Wie in 3 dargestellt, wird ein Raum 336 (Ausnehmung) an einem offenen Ende 333a (Spitze) der Öffnung 333 ausgebildet. Der Raum 336 ist als Teil der Öffnung 333 vorgesehen. Der Raum 336 ist an einer unteren Oberfläche 336a und einer Seitenoberfläche 336b (Umfangsoberfläche) als internen Oberflächen (Oberflächen) ausgebildet. Die untere Oberfläche 336a weist beispielsweise eine flache, kreisförmige Form auf. Alternativ kann die untere Oberfläche 336a eine konische Oberfläche aufweisen, die sich in Richtung der Richtung, in welche der Laser ausgestrahlt wird (in Richtung der Unterseite in 3) erstreckt. Die Seitenoberfläche 336b ist eine konische Oberfläche. Der Durchmesser der Seitenoberfläche 336b wird allmählich schmäler in Richtung der Richtung, in der der Laser ausgegeben wird (in Richtung der Unterseite in 3). Die Seitenoberfläche 336b ist eine gekrümmte, konkave Oberfläche mit einem internen Durchmesser, der allmählich schmäler in der Richtung wird, in der der Laser ausgegeben wird.
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Eine Öffnung 337 ist an dem Zentrum der unteren Oberfläche 336a vorgesehen. Die Öffnung 337 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Körpers 330. Der Querschnitt der Öffnung 337 in der Querrichtung, das heißt die Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung ist, weist eine kreisförmige Form auf. Die Öffnung 337 kann einen Durchmesser aufweisen, der allmählich schmäler wird in Richtung der Spitze. Der Laserstrahl 200 tritt in die Öffnung 337 beispielsweise über das Kabel 210 ein. Die Öffnung 337 ist eine Leitung des Laserstrahls 200 und ist ein Beispiel eines Ausgangsanschlusses. Der Körper 330 ist ein Beispiel eines Laserausgabeabschnittes.
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Eine Öffnung 338 ist um die Öffnung 337 ausgebildet. Die Öffnung 338 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Körpers 330. Die Öffnung 338 ist angrenzend an die Seitenoberfläche 336b des Raumes 336 vorgesehen. Wie in 5 dargestellt, weist der Querschnitt der Öffnung 338 in der Querrichtung eine ringförmige Form auf. Der Querschnitt der Öffnung 338 kann eine bogenartige und schlitzartige Form aufweisen. Die Öffnung 338 ist mit der Bereitstelleinrichtung 31 über beispielsweise das Bereitstellrohr 34 verbunden. Die Öffnung 338 ist eine Leitung des Pulvers des Materials 121. Die Öffnung 338 ist ein Beispiel eines Ausstoßanschlusses, ein Beispiel eines Materialbereitstellanschlusses, und ein Beispiel eines Gaseinlasses. Der Körper 330 ist ein Beispiel eines Ausstoßabschnittes, ein Beispiel eines Materialbereitstellabschnittes, ein Beispiel eines Gasladeabschnittes.
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Wie in 3 und 4 dargestellt, ist eine Ausnehmung an der unteren Oberfläche 331 vorgesehen. Die Ausnehmung 339 ist in einer ringförmigen Form vorgesehen, die den Raum 336 mit einem Abstand umrundet und ist in Richtung der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der der Laser ausgegeben wird, konkav. Ein offenes Ende 339 weist eine runde Form auf. Die Öffnungen 334 und 335 sind an der Unterseite der Ausnehmung 339 (an der Oberseite in 3) vorgesehen. Die Ausnehmung 339 wird durch Umfangsoberflächen 339b, 339c, und 339d ausgebildet, welches interne Oberflächen (Oberflächen) sind. Die Umfangsoberfläche 339b ist eine konische Oberfläche (geneigte Oberfläche). Der Durchmesser der Umfangsoberfläche 339 steigt allmählich in einer Richtung weggehend von der Spitze (das offene Ende 339a) (in der Aufwärtsrichtung in 3) an. Die Umfangsoberfläche 339b ist eine gekrümmte, konvexe Oberfläche, die in Bezug auf die Längsrichtung geneigt ist. Die Umfangsoberfläche 339c ist eine ringförmige, zylindrische interne Oberfläche. Die Umfangsoberfläche 339c ist kontinuierlich zu der Oberfläche der Öffnung 334. Die Umfangsoberfläche 339d ist eine konische Oberfläche. Der Durchmesser der Umfangsoberfläche 339d steigt allmählich in Richtung der Spitze (in Richtung der Unterseite in 3) an. Die Umfangsoberfläche 339d ist eine gekrümmte, konkave Oberfläche, die in Bezug auf die Längsrichtung geneigt ist.
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Die Öffnung 334 ist an der Unterseite der Umfangsoberflächen 339b und 339c vorgesehen und die Öffnung 335 ist an der Umfangsoberfläche 339d vorgesehen.
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Die Öffnung 334 erstreckt sich in der Längsrichtung des Körpers 330. Wie in 5 dargestellt, weist der Querschnitt der Öffnung 334 in der Querrichtung eine ringförmige Form auf. Wie in 4 dargestellt, ist die Öffnung 334 angrenzend an die Umfangsoberfläche 339c vorgesehen. Die Öffnung 334 ist mit der Gasentladungseinrichtung 332 über das Entladungsrohr 35 verbunden und dergleichen. Die Öffnung 334 wird als Leitung zum Entladen (Sammeln) des Gases, des Materials 121, des Rauchs (karbonisiertes Material), und dergleichen verwendet. Die Öffnung 334 ist ein Beispiel eines Gasauslasses. Der Körper 330 ist ein Beispiel eines Gasentladungsabschnittes.
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Die Öffnung 335 ist um die Öffnung 334 vorgesehen. Die Öffnung 335 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Körpers 330. Wie in 5 dargestellt, weist der Querschnitt der Öffnung 335 in der Querrichtung eine ringförmige Form auf. Die Spitze der Öffnung 335 ist diagonal in Richtung des Zentrums des Körpers 330 gebogen (in Richtung der zentralen Achse, in Richtung der Innenseite in der Radialrichtung). Die Öffnung 335 ist mit der Bereitstelleinrichtung 31a über das Bereitstellrohr 34a und dergleichen verbunden. Die Öffnung 335 ist eine Leitung zum Bereitstellen des Gases zu der Bearbeitungsfläche. Die Öffnung 335 ist ein Beispiel eines Gaseinlasses. Der Körper 330 ist ein Beispiel eines Gasladeabschnittes.
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In der Düse 33 aufweisend eine solche Konfiguration wird, bevor das Pulver des Materials 121 aus dem Körper 330 ausgestoßen wird, ein Teil des Pulvers des Materials 131 mit dem Laserstrahl 200 in der Öffnung 333 (in dem Raum 336), wie in 3 dargestellt, bestrahlt. In anderen Worten, da das Pulver des Materials 321 (oder zumindest ein Teil des Pulvers des Materials 121) vorläufig in dem Raum 336 erwärmt wird, neigt das Material 121 dazu, sich zu einem frühen Zeitpunkt aufzuweichen oder zu schmelzen. Da das Material 121 sich im Vergleich dazu weniger verteilt, wenn das Material 121 aus der Düse 33 beispielsweise als Pulver ausgestoßen wird, kann das Material 121 zuverlässiger oder effizienter einem Schmelzbad P bereitgestellt werden. Ferner wird in der Ausführungsform, da der Laserstrahl 200 durch das Zentrum des Raums 336 verläuft und die Öffnung 338, aus der das Pulver des Materials 321 ausgestoßen wird, an die Seitenoberfläche 336b angrenzt, die zu dem Zentrum des Raumes 336 versetzt ist, das Gas aufweisend das Pulver des Materials 121 an einer Position ausgestoßen, die zu dem Laserstrahl 200 versetzt ist und strömt entlang der Seitenoberfläche 336b. Daher ist es möglich, ein übermäßiges Erweichen und Schmelzen des Materials 121 in dem Raum 336 zu vermeiden.
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Wie oben beschrieben wurde, weist in der Ausführungsform der Körper 330 der Düse 33 die Öffnung 333 auf, aus der der Laserstrahl 200 ausgestrahlt wird und aus der das Pulver des Materials 121 ausgestoßen wird. Daher wird zumindest ein Teil des Pulvers des Materials 121 erweicht und wird dazu gebracht, aufgrund des Laserstrahls 200 zu einem frühen Zeitpunkt zu schmelzen, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der das Pulver des Materials 121 aus der Düse 33 ausgestoßen wird und anschließend dazu gebracht wird zu schmelzen, indem es mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird. Daher kann das Material 121 beispielsweise dem Schmelzbad P zuverlässiger und effizienter bereitgestellt werden.
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Bei einer Konfiguration, bei der eine Öffnung des Materialpulvers und eine Öffnung für den Laserstrahl separat vorgesehen werden, wie bei der bekannten Düse, ist die Düse manchmal ausgebildet, um das Materialpulver diagonal ausgehend von einer Position um den Laserstrahl in Richtung der Position zu entladen, an der der Laserstrahl sich verdichtet. Bei einer solchen Konfiguration, falls die Düse nach oben oder nach unten in Bezug auf das Objekt bewegt wird, um beispielsweise einen größeren Laserstrahldurchmesser (bestrahlte Fläche, Schmelzfläche) an dem Objekt sicherzustellen, kann die Position des Materials, das in Richtung der Position entladen wird, an der der Laserstrahl verdichtet wird, vertikal zu dem Schmelzbad versetzt sein. Solch eine Konfiguration erlaubt es dem Material nicht ganz das Schmelzbad zu erreichen (Schmelzbad P, siehe 3). Es war daher schwierig für solch eine bekannte Konfiguration den Laserstrahldurchmesser zu verändern, indem der Abstand zwischen der Düse und dem Objekt verändert wird. In Gegenteil tropft in der Ausführungsform, da das Pulver des Materials 121 (zumindest ein Teil des Pulvers des Materials) dazu gebracht wird aufgrund des Laserstrahls 200 zu einem relativ frühen Zeitpunkt zu schmelzen, das Pulver des Materials 121 auf das Schmelzbad P gemeinsam mit dem Laserstrahl 200. Daher, sogar sich wenn der Abstand zwischen der Düse und dem Objekt verändert, ist es einfacher, das Bereitstellen des Pulvers des Materials 121 an Positionen zu unterdrücken, die zu der Bearbeitungsfläche versetzt sind. Daher können die Düse 33 (der Körper 330), die Bühne 12 und dergleichen einfacher vertikal bewegt werden, um den Durchmesser (Größe, Fläche) des Laserstrahls 200 zu verändern. Im Speziellen kann der Laserstrahl 200 auf einen kleineren Durchmesser bei einem Abschnitt eingestellt werden, der ein Formen mit einer höheren Präzision erfordert, und kann auf einen größeren Durchmesser bei einem Abschnitt eingestellt werden, der beispielsweise ein schnelleres Formen erfordert. Bevor die Schicht 101b an jeder Position ausgebildet wird, bezieht sich die Steuereinrichtung 17 auf die Speichereinheit 17a, um Daten zu sammeln, die die Höhe der Düse 33 wiedergeben, die der Position entspricht und stellt die Höhe der Düse 33 basierend auf solchen Daten ein. Die Steuereinrichtung 17 bildet anschließend die Schicht 101b aus, indem die Einheiten gesteuert werden, um den Laserstrahl auszugeben, während das Pulver des Materials 121 bereitgestellt wird. Durch Wiederholen dieses Vorganges wird ein Schritt des Ausführens des Formens (Formen der Schicht 110b) mit einem ersten Abstand, der gemäß der Höhe der Düse 33 eingestellt ist, das heißt gemäß dem Abstand zwischen der Düse 33 (dem Körper 330) und dem Objekt 110, und ein Schritt des Ausführens des Formens mit einem zweiten Abstand zwischen der Düse 33 und dem Objekt 110, der sich von dem ersten Abstand unterscheidet, ausgeführt.
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In der Ausführungsform werden das offene Ende 333a (offener Endabschnitt) der Öffnung 333 aufweisend den Raum 336 und die Öffnung 337 (Ausgangsanschluss), aus der der Laserstrahl 200 ausgegeben wird und die Öffnung 338 (Ausstoßanschluss), aus der das Pulver 121 ausgestoßen wird, an dem Raum 336 vorgesehen. Ein Raum zum Zulassen, dass der Laserstrahl 200 vorläufig einen Teil des Pulvers des Materials 121 erwärmt, kann daher als der Raum 336 zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann ein bevorzugter erweichter oder geschmolzener Zustand des Materials 121 einfacher erreicht werden, indem die Spezifikationen des Raums 336 verändert werden, wie beispielsweise die Form und die Größe des Raums 336, Positionen der Öffnungen 337 und 338, und die Größe des offenen Endes 333a in Bezug auf beispielsweise den Durchmesser der Lichtbahn des Laserstrahls.
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Ferner können in der Ausführungsform, da die Öffnung 338 eine ringförmige Leitung ausgebildet, beispielsweise Schwankungen bei der Verteilung des Pulvers des Material 121 reduziert werden.
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Ferner wird in der Ausführungsform die Öffnung 338 angrenzend an die Seitenoberfläche 336b (Umfangsoberfläche) des Raums 336 vorgesehen. Daher strömt das Pulver des Materials 121 einfach entlang der Seitenoberfläche 336b, was es erschwert das Pulver des Materials 121 beispielsweise vorab mit dem Laserstrahl 200 zu früh zu erwärmen.
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Ferner wird in der Ausführungsform die Öffnung 335 (Gaseinlass) um die Öffnung 333 zur Verfügung gestellt und die Öffnung 334 (Gasauslass) wird zwischen der Öffnung 333 und der Öffnung 335 zur Verfügung gestellt. Daher kann das Gas, das von der Öffnung 335 bereitgestellt wird, als Schutzgas verwendet werden. Daher wird das Verteilen des Materialpulvers 321, das bei dem Formen nicht verwendet wird, und des Rauchs, der durch das Formen erzeugt wird, beispielsweise einfach unterdrückt. Ferner können das Materialpulver 121 und der Rauch effizienter über die Öffnung 334 im Inneren des Schildes, das durch die Gasströmung ausgebildet wird, aus der Öffnung 335 entladen werden. Das Schutzgas kann die Oxidation während dem Sintern unterdrücken. Gemäß der Ausführungsform kann das Schutzgas nicht nur zum Unterdrücken der Oxidation während dem Sintern verwendet werden, sondern auch beim Unterdrücken des Verteilens des Pulvers sowie zum Verbessern der Effizienz, bei der überschüssiges Pulver entladen wird.
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6 ist eine Querschnittsansicht des Körpers 330 der Düse 33 gemäß einer Modifikation über eine Position, die äquivalent zu der Linie VI-VI in 3 ist. Bei dieser Modifikation werden eine Vielzahl spiralförmiger (wirbelnder) Nuten 336c (Führungsabschnitte) an der Seitenoberfläche 336b (Umfangsoberfläche, innere Umfangsoberfläche, innere Oberfläche) des Raums 336 (die Öffnung 333) vorgesehen. Die Öffnungen 336c können sich beispielsweise über das offene Ende 333a hin zu einer Unterseite 336a erstrecken. Aufgrund der Nuten 336c strömt das Gas aufweisend das Materialpulver 121, das aus der Öffnung 338 ausgestoßen wird (Ausstoßanschluss), spiralförmig (wirbelnd) entlang der Nuten 336c). Auf diese Weise kann das Materialpulver 121 effizienter bereitgestellt werden. Die Nuten 336c (die Führungen) können auch linear sein, wie in 7 dargestellt. Diese Führungen können als spiralförmige Vorsprünge (Rippen, Wände, Kanten) zur Verfügung gestellt werden.
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8 ist eine Querschnittsansicht des Körpers 330 der Düse 33 gemäß einer weiteren Modifikation über eine Position äquivalent zu der Linie V-V in 3. Bei dieser Modifikation wird der Körper 333 mit einer Vielzahl Öffnungen 338 (sechs in dem in 8 dargestellten Beispiel) versehen.
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Die Öffnungen 338 sind im Wesentlichen in einem gleichen Abstand entlang der Umfangsrichtung des Körpers 330 angeordnet. Auf diese Weise kann das Materialpulver effizienter bereitgestellt werden. Ferner kann, da nur in dieser Konfiguration eine Bearbeitung einer Vielzahl der Löcher erforderlich ist, der Aufwand bei der Herstellung des Körpers 330 reduziert werden.
