DE112014006482T5

DE112014006482T5 - Lichtbestrahlungsvorrichtung und additives Schichtherstellungsgerät

Info

Publication number: DE112014006482T5
Application number: DE112014006482.3T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Tanaka; Hiroshi Ohno; Takahiro Terada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-12-08
Also published as: JP5931946B2; US20170017067A1; WO2015141031A1; CN106103801B; JP2015178645A; US10247929B2; CN106103801A

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Lichtbestrahlungsvorrichtung für ein additives Schichtherstellungsgerät. Die Lichtbestrahlungsvorrichtung enthält eine Bündeleinheit und eine Funktionseinheit. Die Lichtbündeleinheit bündelt eine Mehrzahl erster Lichtstrahlen. Zumindest ein Teil der Funktionseinheit ist an einem Platz zwischen der Mehrzahl erster Lichtstrahlen oder an einem Platz umgeben von der Mehrzahl erster Lichtstrahlen angeordnet. Die Lichtbündeleinheit ist eine dritte Linse. Ein Teil der Funktionseinheit ist an einem Platz an einer Mittelseite der dritten Linse zwischen der Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Lichtbestrahlungsvorrichtung und ein additives Schichtherstellungsgerät.
Hintergrund
Herkömmlicherweise ist als eine Lichtbestrahlungsvorrichtung zur Verwendung in einem additiven Schichtherstellungsgerät eine Vorrichtung bekannt, die ausgestaltet ist, um ein ausgestoßenes pulverförmiges Material mit einem Lichtstrahl zu bestrahlen und das Material zu schmelzen.
Liste der Zitierungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Veröffentlichte japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 2006-2000030

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem Die Lichtbestrahlungsvorrichtung für ein additives Schichtherstellungsgerät muss so ausgebildete sein, dass eine Funktionseinheit nicht den Lichtstrahl blockiert. Somit war das Layout der Funktionseinheit bei der herkömmlichen Struktur im großen Ausmaß eingeschränkt. In der Folge ist es bei dieser Art von Lichtbestrahlungsvorrichtung bedeutsam, wenn eine Struktur das Ausmaß der Freiheit beim Layout der Funktionseinheit verbessern kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen ist für ein additives Schichtherstellungsgerät. Die Lichtbestrahlungsvorrichtung umfasst eine Lichtbündeleinheit und eine Funktionseinheit. Die Lichtbündeleinheit bündelt eine Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen. Zumindest ein Teil der Funktionseinheit ist an einem Ort zwischen der Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen oder an einem Ort umgeben von der Mehrzahl erster Lichtstrahlen angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines additiven Schichtherstellungsgeräts entsprechend einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein erläuterndes Diagramm zur Verdeutlichung eines Beispiels eines Herstellungsprozesses eines geschichteten ausgeformten Artikels, der durch das additive Schichtherstellungsgerät der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels einer Lichtbestrahlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform verdeutlicht.
4 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels der Lichtbestrahlungsvorrichtung der ersten Ausführungsform verdeutlicht.
5 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Aufzweigeinheit in der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Vorderansicht eines Beispiels einer Lichtbündeleinheit in der ersten Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Diagramm, das einen Teil eines Beispiels des additiven Schichtherstellungsgeräts der ersten Ausführungsform verdeutlicht.
8 ist ein schematisches Diagramm eines Lichtbündelbereiches von Laserstrahlen, der in einem Beispiel der Lichtbestrahlungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform bestrahlt wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels einer Lichtbestrahlungsvorrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform verdeutlicht.
10 ist eine Vorderansicht eines Beispiels einer Lichtbündeleinheit in der zweiten Ausführungsform.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels der Lichtbestrahlungsvorrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform verdeutlicht.
12 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels der Lichtbestrahlungsvorrichtung in der dritten Ausführungsform verdeutlicht.
13 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels der Lichtbestrahlungsvorrichtung in der dritten Ausführungsform verdeutlicht, und es ist eine Seitenansicht mit einer anderen Sichtlinie als 12.
14 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Aufzweigeinheit der Lichtbestrahlungsvorrichtung in der dritten Ausführungsform.
15 ist ein schematisches Diagramm eines Lichtbündelbereiches der Laserstrahlen, der von einem Beispiel der Lichtbestrahlungsvorrichtung in der dritten Ausführungsform bestrahlt wird.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration des Inneren eines Beispiels einer Lichtbestrahlungsvorrichtung entsprechend einer vierten Ausführungsform verdeutlicht.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschreibt das Folgende beispielhafte Ausführungsformen im Detail. Bei einer Mehrzahl oben beschriebener Ausführungsformen sind gleiche Bauteile enthalten. Dementsprechend werden in dem Folgenden die gleichen Bauteile mit gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnen, und die redundanten Erläuterungen derselben werden weggelassen.
(1. Ausführungsform)
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält das additive Schichtherstellungsgerät 1 einen Behandlungstank 11, eine Bühne 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, eine optische Vorrichtung 15, eine Messvorrichtung 16, eine Steuervorrichtung 17 und weiteres.
Das additive Schichtherstellungsgerät 1 schmilzt einen geschichteten ausgeformten Artikel 100 (laminate molded article) einer vorgegeben Form durch das Stapeln von Material 121, das von der Düse 14 zugeführt wird, in Schichten auf einem Zielobjekt 100, das auf der Bühne 12 angeordnet ist.
Das Zielobjekt 110 ist ein Objekt, zu dem das Material 121 durch die Düse 14 zugeführt wird, und enthält eine Basis 110a und Schichten 110b. Auf der oberen Fläche der Basis 110a sind eine Mehrzahl von Schichten 110b schichtmäßig gestapelt. Das Material 121 ist ein pulverförmiges metallisches Material, ein Harzmaterial oder anderes. Beim Ausformen können ein oder mehrere Materialien verwendet werden.
In dem Behandlungstank 11 sind eine Hauptkammer 21 und eine Hilfskammer 22 vorgesehen. Die Hilfskammer 22 ist so vorgesehen, dass sie an die Hauptkammer 21 angrenzt. Zwischen der Hauptkammer 21 und der Hilfskammer 22 ist eine Tür 23 vorgesehen. Wenn die Tür 23 geöffnet ist, stehen die Hauptkammer 21 und die Hilfskammer 22 miteinander in Kommunikation, und wenn die Tür 23 geschlossen ist, ist die Hauptkammer 21 luftdicht.
In der Hauptkammer 21 sind ein Luftzuführanschluss 21a und ein Luftaustrittsanschluss 21b vorgesehen. Durch den Betrieb einer Luftzuführvorrichtung (nicht gezeigt) wird ein Inertgas, wie etwa Stickstoff und Argon, in die Hauptkammer 21 über den Luftzuführanschluss 21a zugeführt. Durch den Betrieb einer Austrittsvorrichtung (exhaust device) (nicht gezeigt) wir das Gas inder Hauptkammer 21 von der Hauptkammer 21 über den Auslassanschluss 21b entladen.
Des Weiteren ist in der Hauptkammer 21 eine Transfervorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen. Des Weiteren ist eine Fördervorrichtung 24 vorgesehen, die sich von der Hauptkammer 21 in die Hilfskammer 22 erstreckt. Die Transfervorrichtung bringt den laminierten ausgeformten Artikel 100, der in der Hauptkammer 21 bearbeitet wurde, zu der Fördervorrichtung 24. Die Fördervorrichtung 24 fördert den laminierten ausgeformten Artikel 100, der von der Transfervorrichtung übergeben wird, in die Hilfskammer 22. Das heißt, in der Hilfskammer 22 wird der laminierte ausgeformte Artikel 100, der in der Hauptkammer 21 bearbeitet wurde, aufgenommen. Nachdem der laminierte ausgeformte Artikel 100 in der Hilfskammer 22 aufgenommen wurde, wird die Tür 23 geschlossen und die Hilfskammer 22 und die Hauptkammer 21 voneinander isoliert.
In der Hauptkammer 21 sind die Bühne 12, die Bewegungsvorrichtung 13, ein Teil der Düsenvorrichtung 14 und die Messvorrichtung 16 und weiteres vorgesehen.
Die Bühne 12 trägt das Zielobjekt 110. Die Bewegungsvorrichtung 13 kann die Bühne 12 in drei Axialrichtungen, die orthogonal zueinander sind, bewegen.
Die Düsenvorrichtung 14 führt das Material 121 zu dem Zielobjekt 110 zu, das auf der Bühne 12 angeordnet ist. Darüber hinaus bestrahlt eine Düse 33 der Düsenvorrichtung 14 das Zielobjekt 110, das auf der Bühne 12 angeordnet ist, mit einem Laserstrahl 200. Die Düsenvorrichtung 14 kann eine Mehrzahl von Materialien 121 parallel zuführen und kann selektiv eines der Materialien 121 zuführen. Die Düse 33 strahlt den Laserstrahl 200 parallel zu dem Zuführen des Materials 121.
Die Düsenvorrichtung 14 enthält eine Zuführvorrichtung 31, die Düse 33, ein Zuführrohr 34 und weiteres. Das Material wird von der Zuführvorrichtung 31 über das Zuführrohr 34 zu der Düse 33 zugeführt.
Die Zuführvorrichtung 31 enthält einen Tank 31a und eine Zuführeinheit 31b. In dem Tank 31a ist das Material 121 aufgenommen. Die Zuführeinheit 31b führt das Material 121 von dem Tank 31a in einer vorgegebenen Menge zu. Die Zuführvorrichtung 31 führt ein Trägergas (Gas) zu, das das pulverförmige Material 121 enthält. Das Trägergas ist beispielsweise ein Inertgas, wie etwa Stickstoff und Argon.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die optische Vorrichtung 15 eine Lichtquelle 41 und ein Kabel 210. Die Lichtquelle 41 enthält ein Oszillationselement (nicht gezeigt) und emittiert durch die Oszillation des Oszillationselements einen Laserstrahl 200. Die Lichtquelle 41 kann die Leistungsdichte des abgestrahlten Lasterstrahls ändern.
Die Lichtquelle 41 ist mit der Düse 33 über das Kabel 210 verbunden. Der Laserstrahl 200, der von der Lichtquelle 41 abgestrahlt wird, wird zu der Düse 33 geleitet. Die Düse 33 bestrahlt das Material 121, das zu dem Zielobjekt 110 gesprüht wurde, und das Zielobjekt 110 mit dem Laserstrahl 200.
Die Messvorrichtung 16 misst die Form der verfestigten Schicht 110b und die Form des laminierten ausgeformten Artikels 100, der ausgeformt wurde. Die Messvorrichtung 16 überträgt die Information bezüglich der gemessenen Form zu der Steuervorrichtung 17. Die Messvorrichtung 16 enthält beispielsweise eine Kamera 61 und eine Bildbearbeitungsvorrichtung 62. Die Bildbearbeitungsvorrichtung 62 führt eine Bildbearbeitung beruhend auf der von der Kamera 61 gemessenen Information durch. Die Messvorrichtung 16 misst die Formen der Schicht 110b und des laminierten ausgeformten Artikel 100 durch ein Interferenzverfahren, ein Lichtschnittverfahren oder anderes.
Die Steuervorrichtung 17 ist elektrisch mit der Bewegungsvorrichtung 13, der Fördervorrichtung 24, der Zuführvorrichtung 31, der Lichtquelle 41 und der Bildverarbeitungsvorrichtung 62 über Signalleitungen 220 verbunden.
Die Steuervorrichtung 17 bewegt durch Steuerung der Bewegungsvorrichtung 13 die Bühne 12 in drei Axialrichtungen. Die Steuervorrichtung 17 fördert durch Steuerung der Fördervorrichtung 24 den laminierten ausgeformten Artikel 100, der ausgeformt wurde, in die Hilfskammer 22. Die Steuervorrichtung 17 stellt durch Steuern der Zuführvorrichtung 31 die Anwesenheit und die Zuführmenge des Materials 121 ein. Die Steuervorrichtung 17 stellt durch Steuerung der Lichtquelle 41 die Leistungsdichte des Laserstrahls 200 ein, der von der Lichtquelle 41 abgestrahlt wird. Des Weiteren steuert die Steuervorrichtung 17 die Bewegung der Düse 33.
Die Steuervorrichtung 17 enthält einen Speicher 17a. In dem Speicher 17a sind Daten gespeichert, die das Verhältnis der Materialien 121 angeben, Daten, die die Formen (Bezugsformen) des laminierten ausgeformten Artikels 100 angeben, der auszuformen ist, und anderes.
Die Steuervorrichtung 17 kann eine Funktion zum selektiven Zuführen von einer Mehrzahl unterschiedlicher Materialien 121 von der Düse 33 und zum Einstellen (Ändern) des Verhältnisses der Materialien 121 haben. Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 17 beruhend auf Daten, die das Verhältnis jedes Materials 121 anzeigen und in dem Speicher 17a gespeichert sind, die Zuführvorrichtung 31 und anderes, so dass die Schicht 110b mit dem relevanten Verhältnis der Materialien 121 gebildet wird. Durch diese Funktion kann ein Übergangsmaterial (ein funktionales Gradientenmaterial), für das das Verhältnis der Mehrzahl von Materialien 121 sich ändert (allmählich absinkt oder allmählich ansteigt), in Abhängigkeit von dem Ort (Platz) des laminierten ausgeformten Artikels 100 ausgeformt werden. Genauer gesagt, wenn die Schichten 110b gebildet werden, steuert die Steuervorrichtung 17 beispielsweise die Zuführvorrichtung 31, so dass das Verhältnis der Materialien 121 jenes Verhältnis erreicht, das eingestellt (gespeichert) ist, entsprechend jedem Ort der dreidimensionalen Koordinaten des laminierten ausgeformten Artikels 100. Dies ermöglicht es, dass der laminierte ausgeformte Artikel 100 als ein Übergangsmaterial (funktionales Gradientenmaterial) ausgeformt wird, für das sich das Verhältnis der Materialien 121 in jeder der dreidimensionalen Richtungen ändert. Das Ausmaß der Änderung (Änderungsrate) des Verhältnisses der Materialien 121 in Einheitslänge kann ebenfalls unterschiedlich eingestellt werden.
Die Steuervorrichtung 17 enthält eine Funktion zum Bestimmen der Form des Materials 121. Beispielsweise bestimmt die Steuervorrichtung 17 durch Vergleich der Form der Schicht 110b oder des laminierten ausgeformten Artikel 100, die von der Messvorrichtung 16 erhalten wurden, und der Bezugsform, die in dem Speicher 17a gespeichert ist, ob eine Region, die nicht eine bestimmte Form hat, gebildet wurde.
Des Weiteren enthält die Steuervorrichtung 17 eine Funktion zum Trimmen des Materials 121 in eine bestimmte Form durch Eliminieren einer unnötigen Region, das heißt der Region, die bestimmt wurde, dass sie nicht die bestimmte Form hat, durch die Bestimmung der Form des Materials 121. Beispielsweise, wenn das Material 121 streut und an einem Bereich anhaftet, der sich von einer bestimmten Form unterscheidet, steuert die Steuervorrichtung 17 zunächst die Lichtquelle 41, sodass der Laserstrahl 200 die Leistungsdichte erreicht, die in der Lage ist, das Material 121 zu verdampfen. Dann bestrahlt die Steuervorrichtung 17 die relevante Region mit dem Laserstrahl 200 und verdampft das Material 121.
Als nächstes wird unter Bezug auf 2 ein Herstellungsverfahren für einen laminierten ausgeformten Artikel 100 beschrieben, das durch das additive Schichtherstellungsgerät 1 durchgeführt wird. Wie es in 2 gezeigt ist, wird das Zuführen des Materials 121 und das Bestrahlen durch den Laserstrahl 200 zuerst durchgeführt. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Zuführvorrichtung 31 und anderes, so dass das Material 121 von der Düse 33 zu einem bestimmten Bereich zugeführt wird, und steuert die Lichtquelle 41, so dass das zugeführte Material 121 durch den Laserstrahl 200 geschmolzen wird. Dementsprechend, wie es in 2 gezeigt ist, wird in einem Bereich, in dem die Schicht 110b auf der Basis 110a gebildet wird, das ausgeformte Material 121 nur in einer bestimmten Menge zugeführt. Das Material 121 verformt sich, wenn es auf die Basis 110a und die Schicht 110b gesprüht wird, in einer Aggregation des Materials 121 in einer Form einer Schicht oder eines dünnen Films. Alternativ wird durch Kühlung durch das Trägergas, das das Material 121 trägt, oder durch Kühlung durch Wärmeübertragung an einer Aggregation des Materials 121 das Material 121 schichtweise als Partikel gestapelt und bildet eine Aggregation von Partikeln.
Als nächstes wird eine Temperbehandlung durchgeführt. Während die Temperbehandlung unter Verwendung einer Tempervorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt werden kann, die außerhalb des additiven Schichtherstellungsgeräts 1 sein kann, kann sie auch in dem additiven Schichtherstellungsgerät 1 ausgeführt werden. Im letzteren Fall steuert die Steuervorrichtung 17 die Lichtquelle 41, so dass die Aggregation des Materials 121 auf der Basis 110a mit dem Laserstrahl 200 bestrahlt wird. Dementsprechend wir die Aggregation des Materials 121 neu geschmolzen und bildet die Schicht 110b.
Dann wird die Vermessung der Form durchgeführt. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Messvorrichtung 16 so, dass sie das Material 121 misst, das auf der Basis 110a ist und an dem der Tempervorgang ausgeführt wurde. Die Steuervorrichtung 17 vergleicht die Form der Schicht 110b oder des laminierten ausgeformten Artikels 100, die von der Messvorrichtung 16 erhalten wurden, mit der Bezugsform, die im Speicher 17a gespeichert ist.
Anschließend wird das Trimmen durchgeführt. Während das Trimmen außerhalb des additiven Schichtherstellungsgeräts 1 wird mittels einer Trimmvorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt, kann es auch in dem additiven Schichtherstellungsgerät 1 ausgeführt werden. Im letzteren Fall durch die Formmessung und den Vergleich mit der Bezugsform, wenn festgestellt wurde, das Material 121 auf der Basis 110a an einem Ort anhaftet, der sich von einer bestimmten Form unterscheidet, wird beispielsweise durch die Steuervorrichtung 17 die Lichtquelle 41 so gesteuert, dass unnötiges Material 121 verdampft wird. währenddessen, wenn die Formmessung und der Vergleich mit der Bezugsform feststellt, dass die Schicht 110b in der bestimmten Form ist, führt die Steuervorrichtung 17 kein Trimmen durch.
Nach dem Beenden der oben beschriebenen Schicht 110b bildet das additive Schichtherstellungsgerät 1 auf der Schicht 110b einen neue Schicht 110b. Das additive Schichtherstellungsgerät 1 formt durch wiederholtes Stapeln der Schichten 110b den laminierten ausgeformten Artikel 100 aus.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Düse 33 ein Gehäuse 71. Das Gehäuse 71 ist in einer langen rohrförmigen Form in einer Hoch-Runter-Richtung ausgestaltet. Am unteren Endabschnitt des Gehäuses 71 ist eine Öffnung 71a (siehe 7) vorgesehen. Die Düse 33 ist ein Beispiel einer Lichtbestrahlungsvorrichtung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Düse 33, und 4 zeigt eine Seitenansicht der Düse 33. Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, enthält die Düse 33 eine Linse 72, einen Spiegel 73, eine Linse 74 und ein Rohr 75. Die Linse 72, der Spiegel 73, die Linse 74 und das Rohr 75 sind innerhalb des Gehäuses 71 aufgenommen (siehe 1) und werden durch das Gehäuse 71 gehalten. Die Linse 72, der Spiegel 73 und die Linse 74 bilden ein optisches System, das das Zielobjekt 110 mit dem Laserstrahl 200 (Laserstrahlen 200a) bestrahlt. Das Rohr 75 bildet mit der Zuführvorrichtung 31 und dem Zuführrohr 34 eine Materialzuführeinheit 65, die das Material 121 zuführt.
Die Linse 72 ist an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 71 an einer Position vorgesehen, in der ihre optische Achse entlang der Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Hoch-Runter-Richtung (Längsrichtung) des Gehäuses 71 liegt. In die Linse 72 tritt der Laserstrahl 200, der durch das Kabel 210 abgestrahlt und gestreut wurde, ein. Die Linse 72 wandelt den ankommenden Laserstrahl 200 in einen parallelen Strahl (kontergieren) und strahlt ihn ab. Der Laserstrahl 200, der von der Linse 72 abgestrahlt wird, fällt auf den Spiegel 73. Der Laserstrahl 200, der auf den Spiegel 73 fällt, ist ein Beispiel eines zweiten Lichtstrahls.
Der Spiegel 73 liegt gegenüber (facing) der Linse 72. Der Spiegel 73 hat eine Mehrzahl von reflektierenden Flächen 73c und 73d. Darüber hinaus, wie es in den 3 bis 5 gezeigt ist, hat der Spiegel einen Basisabschnitt 73a (erster Abschnitt) und einen verlängerten Abschnitt 73b (zweiter Abschnitt). Der verlängerte Abschnitt 73b erstreckt sich hin zu der Linse 72 von einem linsenseitigen Abschnitt des Basisabschnitts 73a. An dem entfernten Endabschnitt des verlängerten Abschnitts 73b (Endabschnitt gegenüber der Linse 72) ist die reflektierende Fläche 73c vorgesehen. An Abschnitten auf der Linsenseite des Basisabschnitts 73a sind zwei (eine Mehrzahl von) reflektierenden Flächen 73d vorgesehen. Darüber hinaus ist an dem Spiegel 73 eine Öffnung 73e vorgesehen. Die Öffnung 73e ist beispielsweise ein Durchgangsloch. Die Öffnung 73e läuft durch den Spiegel 73 in einer Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71. In der Öffnung 73e ist zumindest ein Teil des Rohres 75 eingesetzt. Die Öffnung 73e kann ein Ausschnitt sein.
Wie es in 4 gezeigt ist, sind die reflektierenden Flächen 73c und 73d jeweils in Bezug auf die optische Achse des Laserstrahls 200, der von der Linse 72 abgestrahlt wird, geneigt und reflektieren einen Teil des Laserstrahls 200 zu dem unteren Abschnitt des Gehäuses 71. Angemerkt sei, dass in 4 nur eine der zwei reflektierenden Flächen 73d gezeigt ist. Jedoch reflektiert die andere in der gleichen Art. Die Neigungen der reflektierenden Flächen 73c und 73d in Bezug auf die optische Achse des Laserstrahls 200 sind im Wesentlichen die gleichen. Wie es in 4 gesehen werden kann, sind die reflektierenden Flächen 73d an Plätzen vorgesehen, die weiter weg von der Linse 72 (entfernte Seite, linke Seite in 4) sind als die reflektierende Fläche 73c. Anders gesagt, die reflektierende Fläche 73c ist an einem Platz näher zu der Linse 72 (nähere Seite, rechte Seite in 4) als die reflektierenden Flächen 73d. Das heißt, wenn das Rohr 75 mit einer ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird (siehe 3 und 4, eine Richtung hin zu der reflektierenden Fläche 73c von der Linse 72), ist die reflektierende Fläche 73c hinter dem Rohr 75 (eine Seite nahe zur Linse 72 wird als Rückseite betrachtet). Darüber hinaus, wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, sind die reflektierenden Flächen 73d vor der reflektierenden Fläche 73c (eine Seite weiter weg von der Linse 72 wird als vorwärts betrachtet).
Wie es in 5 gezeigt ist sind die beiden reflektierenden Flächen 73d mit Abstand zueinander in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71 und in einer Richtung (Links-Rechts-Richtung in 5) im Wesentlichen orthogonal zur optischen Achse des Laserstrahls 200, der von der Linse 72 abgestrahlt wird, angeordnet. Der verlängerte Abschnitt 73b ist zwischen den zwei reflektierenden Flächen 73d angeordnet, und wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, ist die reflektierende Fläche 73c zwischen den zwei reflektierenden Flächen 73d. Das heißt, wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als eine Blickrichtung betrachtet wird, ist die reflektierende Fläche 73c an einem Platz angeordnet, der mit dem Rohr 75 überlappt, und die reflektierenden Flächen 73d sind an Plätzen vorgesehen, die von dem Rohr 75 abweichen. Wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, ist das Rohr 75 so ausgestaltet, dass es im Wesentlichen vollständig durch die reflektierende Fläche 73c verborgen ist. Dementsprechend erreicht der Laserstrahl 200, der von der Linse 72 abgestrahlt wurde, jede der reflektierenden Flächen 73c oder 73d und wird reflektiert. Das heißt, dass ein gesamter Lichtstrahl von dem Laserstrahl 200 wird vollständig reflektiert, und da es keinen Lichtstrahl gibt, der von den reflektierenden Flächen 73c und 73d abweicht, ist dies effizient.
Wie im vorangehenden beschrieben werden in der ersten Ausführungsform aufgrund der Mehrzahl (3) von reflektierenden Flächen 73c und 73d des Spiegels 73, die an verschiedenen Stellen in einer Umfangsrichtung um das Rohr 75 angeordnet sind, eine Mehrzahl von (3) Laserstrahlen 200a aus einem einzelnen Laserstrahl 200 erhalten. Da jeder der Laserstrahlen 200a durch Aufzweigen des Lasterstrahls 200 in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a erhalten wurde, kann gesagt werden, dass die Laserstrahlen 200a ein Teil des Laserstrahls 200 sind. Die Laserstrahlen 200a sind beabstanded in Umfangsrichtung um das Rohr 75 angeordnet, und schreiten jeweils im Wesentlichen in Längsrichtung (Axialrichtung, Mittelachse Ax) des Rohres 75 fort. Die Laserstrahlen 200a schreiten hin zur Linse 74 in einem Zustand fort, in dem sie von der Mittelachse Ax des Gehäuses 71 beabstanded sind. Das heißt, die Laserstrahlen 200a überlappen nicht, zumindest nicht zwischen dem Spiegel 72 und der Linse 74, mit der Mittelachse Ax. Die Laserstrahlen 200a, die vom Spiegel 73 emittiert werden, fallen auf die Linse 74 in einen Zustand, in dem sie voneinander beabstanded sind. Der Spiegel 73 ist ein Beispiel einer Aufzweigeinheit. Die reflektierende Fläche 73c ist ein Beispiel einer ersten reflektierenden Fläche, und die reflektierende Fläche 73d ist ein Beispiel einer zweiten reflektierenden Fläche. Der Laserstrahl 200a ist ein Beispiel eines ersten Laserstrahls.
Die Linse 74 ist unterhalb des Spiegels 73 angeordnet und liegt dem Spiegel 73 in einer Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71 gegenüber. Die optische Achse der Linse 74 stimmt im Wesentlichen mit der Mittelachse Ax des Gehäuses 71 überein. Wie es in 6 gezeigt ist, treten eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a in die Linse 74 ein. Die Laserstrahlen 200a durchlaufen durch Abschnitte, die von dem Mittelabschnitt (optische Achse) der Linse 74 beabstanded sind. Das heißt, die Laserstrahlen 200a laufen durch die Linse 74 in einen Zustand, in dem sie voneinander beabstanded sind. Die Linse 74 bündelt die Laserstrahlen 200a. Indem die Mittelabschnitte der jeweiligen Laserstrahlen 200a mit dem gleichen Abstand von der optischen Achse der Linse 74 positioniert sind, wird das Bündeln der Laserstrahlen 200a durch die Linse 74 weiter bevorzugt durchgeführt. Dies liegt daran, dass eine Lichtbündelregion 200b (Lichtbündelspot) dazu neigt, kleiner zu werden, wenn die Symmetrie zu der optischen Achse der Linse 74 verbessert ist. Die Linse 74 emittiert die jeweiligen Laserstrahlen 200a nach unten von der Öffnung 71a des Gehäuses 71 und bündelt diese Laserstrahlen 200a unterhalb des Gehäuses 71. Wie es aus den 3 und 4 ersichtlich ist, werden durch eine solche Konfiguration die Laserstrahlen 200a in der Lichtbündelregion 200b (Lichtbündelposition) gebündelt, während sie das Rohr 75 vermeiden. Die Lichtbündelregion 200b ist in Axialrichtung außerhalb des Endabschnitts des Rohres 75 und entlang der optischen Achse des Rohres 75 angeordnet. Die Form der Lichtbündelregion 200b ist nicht kreisförmig, wie es in 8 als ein Beispiel gezeigt ist. Die Linse 74 ist ein Beispiel einer Lichtbündeleinheit und einer dritten Linse.
Des Weiteren, wie es in 6 gezeigt ist, ist in der Linse 74 eine Öffnung 74a vorgesehen. Die Öffnung 74a ist an einem Platz in der mittleren Seite der Linse 74 zwischen den drei (die Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a vorgesehen. Genauer gesagt, ist die Öffnung 74a am mittleren Abschnitt der Linse 74 vorgesehen. Die Öffnung 74a ist an einem Platz der Linse 74 vorgesehen, die von den Bereichen 74b abweicht, durch die die Laserstrahlen 200a durchlaufen. Die Öffnung 74a ist beispielsweise ein Durchgangsloch. Die Öffnung 74a läuft durch die Linse 74 entlang der optischen Achse der Linse 74. Die Öffnung 74a nimmt einen Teil des Rohres 75 auf. Die Öffnung 74a kann ein Ausschnitt sein. Die Öffnung 74a ist ein Beispiel einer zweiten Öffnung.
Wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, erstreckt sich das Rohr 75 entlang der Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71. In dem Rohr 75 überlappt sein Durchgangsweg 75a mit der Mittelachse Ax des Gehäuses 71. Das Rohr 75 wird in die Öffnung 73e des Spiegels 73 und in die Öffnung 74a der Linse 74 eingesetzt. Das Rohr 75 erstreckt sich zwischen einem oberen Platz des Spiegels 73 und einen unteren Platz der Linse 74. Das Rohr 75, oder zumindest ein Teil desselben, ist an einem Platz angeordnet, der durch die Mehrzahl von Laserstrahlen 200a umgeben ist. Genauer gesagt, das Rohr 75, oder zumindest ein Teil von diesem, der tiefer als der Spiegel 73 ist, wird durch die Laserstrahlen 200a umgeben. Das heißt, eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a sind um zumindest einen Abschnitt des Rohres 75 unterhalb des Spiegels 73 angeordnet. Die Laserstrahlen 200a werden gebündelt, während sie das Rohr 75 vermeiden. Das Rohr 75 ist ein Beispiel einer Funktionseinheit.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist innerhalb des Rohres 75 ein Durchgangsweg 75a vorgesehen. Des Weiteren ist am unteren Endabschnitt (entfernten Endabschnitt) des Rohres 75 eine Öffnung 75b vorgesehen, die mit dem Durchgangsweg 75a in Verbindung steht. Die Öffnung 75a ist oberhalb (der Linsenseite 74) der Lichtbündelregion 200b einer Mehrzahl von Laserstrahlen 200a vorgesehen und liegt der Lichtbündelregion 200b in der Hoch-Runter-Richtung gegenüber. Die Öffnung 75b ist oberhalb des Zielobjekts 110 angeordnet und liegt dem Zielobjekt 100 in einer Hoch-Runter-Richtung gegenüber. Die Öffnung 75b ist ein Beispiel einer dritten Öffnung.
Das Rohr 75 sprüht von der Öffnung 75b das Material 121, das in den Durchlassweg 75a zusammen mit einem Trägergas von dem Zuführrohr 74 zugeführt wird. Genauer gesagt, das Rohr 75 (Öffnung 75b) sprüht das Material 121 zu dem Zielobjekt 110 im Wesentlichen senkrecht von oberhalb des Zielobjekts 110. Das gesprühte Material 121 erreicht die Lichtbündelregion 200b der Laserstrahlen 200a und schmilzt in der Lichtbündelregion 200b. Das geschmolzene Material 121 wird zu dem Zielobjekt 110 zugeführt und auf dem Zielobjekt 110 gestapelt. In dem Fall einer Struktur, die des Trägergas und das Material 121 geneigt oberhalb in Bezug auf das Zielobjekt 110 aussprüht, sprüht das Material 121 von dem Zielobjekt 110 ab und wird leicht verstreut, und der Durchmesser der Aggregation des Materials 121 auf dem Zielobjekt 110 neigt dazu, zu wachsen. Im Gegensatz dazu, bei der ersten Ausführungsform, sprüht das Rohr 75 das Trägergas und das Material 121 von oberhalb des Zielobjekts 110, im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf das Zielobjekt 110 aus. Somit, wenn das Material 121, das das Zielobjekt 110 erreicht, von dem Zielobjekt 110 zurückprallt, prallt das Material 121 in einer Richtung senkrecht zu dem Zielobjekt 110 zurück. Dementsprechend wird das Material 121 zu dem Zielobjekt 110 durch das Trägergas zurückgedrückt, das von oben gesprüht wird. In der Folge neigt das Material 121, auf dem Zielobjekt 110 zu verbleiben und das Streuen des Materials 121 kann leichter unterdrückt werden. Darüber hinaus, da das Rohr 75 das Material 121 von oberhalb das Zielobjekt 110 im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf das Zielobjekt 110 sprüht, ist der Durchmesser der Aggregation des Materials 121 auf dem Zielobjekt 110 eher verringert.
Wie in dem Vorangehenden beschrieben wurde, enthält bei der ersten Ausführungsform die Düse 33 (Lichtbestrahlvorrichtung) den Spiegel 73 (Aufzweigeinheit), die Linse 74 (Lichtbündeleinheit) und das Rohr 75 (Funktionseinheit). Der Spiegel 73 verursacht, dass der Laserstrahl 200 (zweiter Lichtstrahl) in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a (erste Lichtstrahlen) aufzeigt. Die Linse 74 bündelt die Laserstrahlen 200a. Das Rohr 75, oder zumindest ein Teil von diesem, ist an einem Ort (Region) positioniert, die von den Laserstrahlen 200a umgeben ist. Dementsprechend kann bei der ersten Ausführungsform das Rohr 75 eher an einem Ort angeordnet sein, so dass das Rohr 75 das Trägergas und das Material 121 senkrecht zu dem Zielobjekt 110 an einem Ort des Rohres 75 sprüht, der mit der Mittelachse der Düse 33 überlappt, und beispielsweise an einem Ort unmittelbar oberhalb der Lichtbündelregion 200b. Anders gesagt, entsprechend der ersten Ausführungsform kann das Ausmaß der Freiheit im Layout des Rohres 75 verbessert werden, und das Rohr 75 kann beispielsweise an einem Ort angeordnet sein, der besser funktioniert.
Des Weiteren enthält bei der ersten Ausführungsform der Spiegel 73 die reflektierenden Flächen 73c und 73d. Die reflektierende Fläche 73c ist, wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, an einem Ort angeordnet, der mit dem Rohr 75 überlappt und ist hinter dem Rohr 75 angeordnet. Die reflektierenden Flächen 73d sind, wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, vor dem reflektierenden Fläche 73c an Orten angebracht, die von dem Rohr 75 abweichen. Dementsprechend reflektieren bei der ersten Ausführungsform die reflektierenden Flächen 73c und 73d den gesamten Lichtstrahl des Laserstrahls 200. Somit kann der Laserstrahl 200 in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a um das Rohr 75 aufgezweigt werden.
Bei der ersten Ausführungsform enthält der Spiegel 73 eine Mehrzahl von reflektierenden Flächen 73d. Die reflektierende Fläche 73c ist, wenn das Rohr 75 mit der ersten Richtung D als Blickrichtung betrachtet wird, zwischen den reflektierenden Flächen 73d angeordnet. Dementsprechend kann bei der ersten Ausführungsform der Laserstrahl 200 in drei Laserstrahlen 200a aufgeteilt werden, die das Rohr 75 umgeben.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Linse 74 mit einer Öffnung 74a vorgesehen, die einen Teil des Rohres 75 an einem Ort der Mittelseite der Linse 74 zwischen der Mehrzahl von Laserstrahlen 200a aufnimmt. Somit kann entsprechend der ersten Ausführungsform ein Rohr 75 relativ nahe der Lichtbündelregion 200b der Laserstrahlen 200a angeordnet sein. Das Material 121, das von Rohr 75 zugeführt wird, spreizt weiter aus zu dem Zielobjekt 110, wenn das Rohr 75 weiter weg von der Lichtbündelregion 200b ist. Dementsprechend kann das Anbringen des Rohres 75 in der Nähe der Lichtbündelregion 200b das Aufspreizen des Zuführmaterials 121 am Zielobjekt 110 verringern. Dies ermöglicht das Ausformen mit hoher Genauigkeit.
Darüber hinaus ist die Linse 74 mit einer Öffnung 74a an einem Ort ausgestaltet, der von den Regionen 74b abweicht, durch die eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a durchlaufen. Dementsprechend werden durch die erste Ausführungsform die Laserstrahlen 200a in vorteilhafter Weise durch die Linse 74 gebündelt.
(2. Ausführungsform)
Bei einer zweiten Ausführungsform ist eine Düse 33A unterschiedlich gegenüber der ersten Ausführungsform. Wie es in 9 gezeigt ist, enthält die Düse 33A die Rohe 76, zusätzlich zu der Linse 72, dem Spiegel 73, der Linse 74 und dem Rohr 75. Die Linse 74 ist ebenfalls anders als jene der ersten Ausführungsform.
Wie es in 10 gezeigt ist, ist die Linse 74 mit zwei (einer Mehrzahl von) Öffnungen 74c zusätzlich zu der Öffnung 74a ausgestatte, wo bei die Öffnungen 74c an Orten der Linse 74 vorgesehen sind, die von der Mehrzahl der Regionen 74d abweicht, durch die eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a durchläuft. Die Öffnungen 74c sind beispielsweise Durchgangslöcher. Die Öffnungen 74c laufen durch die Linse 74 entlang der optischen Achse der Linse 74. Die Öffnungen 74c können Ausschnitte sein.
Die zwei (die Mehrzahl von) Rohren 76 sind um das Rohr 75 angeordnet. Die Rohre 76 sind in Bezug auf das Rohr 75 (der Mittelachse Ax des Gehäuses 71) geneigt. Im inneren des Rohres 76 ist ein Durchgangsweg 76a vorgesehen. Der Durchgangsweg 76a steht in Verbindung mit dem Durchgangsweg 75a des Rohres 75 an dessen unteren Endabschnitt. Die Rohre 76 werden in die Öffnung 74c der Linse 74 eingesetzt. Das heißt, die Öffnung 74c nimmt einen Teil des Rohres 76 auf. In den Rohren 76 wird Material 121 von der Zuführrichtung 31 über die Zuführrohre 34 eingeführt. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Zuführrohr 34 für jedes der Rohre 75 und 76 vorgesehen, und die Rohre 75 und 76 sind mit der Zuführvorrichtung 31 über jeweilige Zuführrohre 34 verbunden.
Das Material 121, das in die jeweiligen Rohre 75 und 76 zugeführt wurde, kann von der gleichen Art sein oder es können verschiedene Arten sein. Im letzten Fall, wenn die Materialien 121 den zwei oder mehreren der Mehrzahl von Rohren 75 und 76 zugeführt werden, werden diese Materialien am unteren Endabschnitt des Rohres 75 gemischt. Das gemischte Material 121 wird von der Öffnung 75b des Rohres 75 gesprüht. Währenddessen, wenn das Material 121 nur einem der Rohre 75 und 76 zugeführt wird, wird das Material 121 von der Öffnung 75b des Rohres 75 gesprüht. Der Durchgangsweg 75a und der Durchgangsweg 76a für jeweils das Rohr 75 und das Rohr 76 können auch ohne miteinander verbunden zu sein, vorgesehen sein. In einer solchen Konfiguration kann jedes der Rohre 75 und 76 individuell das Material 121 sprühen, und die Materialien 121, die von den zwei oder mehr Rohren 75 und 76 gesprüht werden, können unterhalb des Rohres 75 gemischt werden. Das heißt, eine Mehrzahl von Materialien 121 kann außerhalb der Rohre 75 und 76 gemischt werden.
Bei der vorangehenden Konfiguration, genauso wie bei der ersten Ausführungsform, war zumindest ein Teil des Rohres 75 (Funktionseinheit) an einem Platz angeordnet, der durch die Mehrzahl von Laserstrahlen 200a (erste Lichtstrahlen) umgeben war. Demzufolge kann auch in der zweiten Ausführungsform, genauso wie bei der ersten Ausführungsform, das Rohr 75 so angeordnet sein, dass es an einem Platz ist, an dem das Rohr 75 das Trägergas und das Material 121 senkrecht zu dem Zielobjekt 110 sprühen kann, einem Platz, an dem des Rohr 75 mit der Mittelachse der Düse 33A überlappt, und einem Platz unmittelbar oberhalb der Lichtbündelregion 200b. Anders gesagt, gemäß der zweiten Ausführungsform ist das Ausmaß an Freiheit beim Layout des Rohres 75 verbessert und das Rohr 75 kann beispielsweise an einem Platz angeordnet sein, wo es besser funktioniert. Darüber hinaus, da die Rohre 76 vorgesehen sind, ist es möglich, verschiedene Materialien 121 zu mischen. Alternativ kann das Zuführen des gleichen Materials 121 zu jeweiligen Rohren 75 und 76 es auch ermöglichen, die Zuführmenge des Materials 121 zu erhöhen.
(3. Ausführungsform)
Bei einer dritten Ausführungsform ist die Düse 33B anders als bei der ersten Ausführungsform. Wie es in den 11 bis 13 gezeigt ist, enthält die Düse 33B eine Linse 72, eine Linse 77, eine Linse 78, die Linse 74, das Rohr 75 und die Rohre 76.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Linse 72 an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 71 an einer Position angeordnet, an der die optische Achse liegt, entlang der Hoch-Runter-Richtung (Längsrichtung) des Gehäuses 71. Die optische Achse der Linse 72 stimmt im Wesentlichen mit der Mittelachse Ax des Gehäuses 71 überein. In die Linse 72 tritt der Laserstrahl 200 ein, der von dem Kabel 210 abgestrahlt und gestreut wurde. Die Linse 72 wandelt den eintretenden Laserstrahl 200 in einen parallelen Strahl um und strahlt diesen ab. Der Laserstrahl 200, der von der Linse 72 angestrahlt wird, fällt auf die Linse 77. Der Laserstrahl 200, der auf die Linse 77 fällt ist ein Beispiel eines zweiten Lichtstrahls.
Die Linse 77 ist unterhalb der Linse 72 angeordnet und liegt der Linse 72 in einer Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71 gegenüber. Die Linse 77 teilt den eintretenden Laserstrahl 200 in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a auf. Wie es in 11 und 14 gezeigt ist, hat die Linse 77 zwei (eine Mehrzahl von) Einfallflächen 77a und eine einzelne Austrittsfläche 77b. Die Eintrittsfläche 77a ist ausgestaltet in einer konvexen Form. Genauer gesagt, ist die Eintrittsfläche 77a auf einer gekrümmten Fläche mit einem Teil einer zylindrischen Fläche strukturiert. Die Eintrittsfläche 77a springt in Richtung der Linse 72 vor. Die zwei Eintrittsflächen 77a sind miteinander so verbunden, dass die axiale Mitten der Zylinder parallel zueinander sind. Die Austrittsfläche 77b ist im Wesentlichen flach strukturiert. In der Linse 77 ist an einem Abschnitt der Austrittsfläche 77b auf der gegenüberliegenden Seite eines Verbindungsabschnittes der beiden Eintrittsflächen 77a eine Aussparung 77c vorgesehen. Der Aussparungsabschnitt 77c ist hin zu dem Grenzabschnitt der beiden Eintrittsflächen 77a ausgeschnitten. Die Linse 77 ist ein Beispiel einer Aufzweigeinheit und einer ersten Linse.
Die Linse 77 kann beispielsweise durch die Verbindung von zwei Elementen 77b strukturiert sein. Die Linse 77 ist in einer Form strukturiert, dass ein Teil einer zylindrischen Linse entfernt ist. Jedes Element 77d hat eine einzelne Eintrittsfläche 77a und einen Teil der Austrittsfläche 77b. An einer Grenzfläche 77e der zwei Elemente 77d ist der Aussparungsabschnitt 77c verbunden. Der Aussparungsabschnitt 77c strahlt den Laserstrahl 200, der die Grenzfläche 77e entlang fortgeschritten ist, geneigt nach unten hin zu dem Laserstrahl 200a. Dementsprechend wird der Laserstrahl 200, der entlang der Grenzfläche 77e fortgeschritten ist, nicht länger verschwendet. Das heißt, die Verbesserung in der Ausnutzungseffizienz des Laserstrahls kann erreicht werden. Die Linse 77 kann mit zwei Elementen 77d mit den gleichen Spezifikationen strukturiert sein.
Wie es in 11 gezeigt ist, tritt in der Linse 77 der Laserstrahl 200 in die zwei Eintrittsflächen 77a. Die Linse 77 veranlasst den Laserstrahl 200, der in die Eintrittsflächen 77a eingetreten ist, in zwei Laserstrahlen 200a aufzuzweigen und strahlt diese von der Austrittsfläche 77b ab. Die Laserstrahlen 200a werden zwischen der Linse 77 und der Linse 78 gebündelt, und werden nach dem Bündeln gestreut, und treten in die Linse 78 ein. Bei der dritten Ausführungsform, da ein einzelner Laserstrahl 200 veranlasst wird, in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a mit einer einzelnen Linse 77 aufgeteilt zu werden, ist es wahrscheinlich, dass die Laserstrahlen 200a gleichzeitig in die Linse 78 gelangen. Das heißt, es hat einen Vorteil bei der Durchführung der Korrektur von Abbildungsfehlern (Aberration).
Wie es in den 11 bis 13 gezeigt ist, ist die Linse 78 unterhalb der Linse 77 angeordnet, und liegt der Linse 77 in der Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71 gegenüber. Die Linse 78 ist zwischen der Linse 77 und der Linse 74 angeordnet. Die Linse 78 macht (wandelt) die einkommenden Laserstrahlen 200a in parallele Strahlen und strahlt diese ab.
Die Linse 78 hat eine einzelne Eintrittsfläche 78a und eine Mehrzahl (2) Austrittsflächen 78b. Die Eintrittsfläche 78a ist im Wesentlichen flach strukturiert. Die Austrittsfläche 78b ist in einer konvexen Form strukturiert. Genauer gesagt, die Austrittsfläche 78b ist auf einer gekrümmten Fläche strukturiert, die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet. Die Austrittsfläche 78b erstreckt sich hin zu der Linse 74. Die beiden Austrittsflächen 78b sind miteinander verbunden, so dass die axialen Mitten der Zylinder parallel zueinander sind. Die Linse 78 ist ein Beispiel einer zweiten Linse.
Die Linse 78 kann beispielsweise durch Verbinden von zwei Elementen 78c gebildet werden. Jedes Element 78c hat einen Teil der Eintrittsfläche 78a und eine einzelne Austrittsfläche 78b. Das Element 78c ist in einer Form strukturiert, dass ein Teil der zylindrischen Linse entfernt ist. Die Linse kann mit zwei Elementen 78c strukturiert sein, die die gleiche Spezifikationen haben.
In der Linse 78 treten die zwei Laserstrahlen 200a in die Eintrittsfläche 78a. Die Linse 78 macht (wandelt) die jeweiligen eintretenden Laserstrahlen 200a in parallele Strahlen und strahlt diese von den Austrittsflächen 78b ab. Eine einzelne Austrittsfläche 78b strahlt einen einzelnen Laserstrahl 200a ab. Deshalb ist an der Linse 78 eine Öffnung 78d vorgesehen. Die Öffnung 78d ist an einem Platz in der Mitte der Linse 78 zwischen den zwei (der Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a vorgesehen. Genauer gesagt, die Öffnung 78d ist an dem mittleren Abschnitt der Linse 78 vorgesehen. Die Öffnung 78d ist an einem Platz der Linse 78 vorgesehen, der von den Regionen 78e abweicht, durch die die Laserstrahlen 200a laufen. Die Öffnung 78d ist in einem Beispiel ein Durchgangsloch. Die Öffnung 78d läuft durch die Linse 78 entlang der optischen Achse der Linse 78. Die Öffnung 78d nimmt einen Teil des Rohres 75 auf. Die Öffnung 78d kann ein Ausschnitt sein. Die Öffnung 78w ist ein Beispiel einer ersten Öffnung.
Die Struktur der Linse 74 ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Darüber hinaus sind bei der dritten Ausführungsform die zwei Laserstrahlen 200a, die von der Linse 78 abgestrahlt werden, so dass sie auf die Linse 74 einfallen. Die Linse 74 bündelt die zwei einfallenden Laserstrahlen 200a. Eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a wird gebündelt, während sie das Rohr 75 vermeiden. Die Form der Lichtbündelregion 200b (Lichtbündelspot) der zwei Laserstrahlen 200a, die durch die Linse 74 gebündelt werden, wie es in 15 beispielhaft gezeigt ist, ist durch die Wirkung der Linse 77 linienförmig (gurtförmig). Die Lichtbündelregion 200b erstreckt sich entlang der Achsenmitte der Zylinder der Linsen 77 und 78.
Wie es in den 11 bis 13 gezeigt ist, erstreckt sich das Rohr 75 entlang der Hoch-Runter-Richtung des Gehäuses 71. In dem Rohr 75 überlappt dessen Durchgangsweg 75a mit der Mittelachse Ax des Gehäuses 71. Das Rohr 75 wird in die Öffnung 78d der Linse 78 eingesetzt und in die Öffnung 74a (siehe 6) der Linse 74. Das Rohr 75 erstreckt sich nach unten auf halbem Weg zwischen der Linse 77 und der Linse 78. Bei der dritten Ausführungsform ist das Rohr 75, oder zumindest ein Teil desselben, an einem Platz zwischen den zwei (der Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a positioniert. Genauer gesagt ist bei der dritten Ausführungsform das Gesamte Rohr 75, oder zumindest ein Teil davon, an einem Platz zwischen den zwei (der Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a positioniert. Das heißt, die zwei (die Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a sind um das Rohr herum angeordnet. Die zwei (die Mehrzahl von) Laserstrahlen 200a werden gebündelt, während sie das Rohr 75 vermeiden.
Zwei (eine Mehrzahl von) Rohren 76 sind vorgesehen. Die Rohre 76 sind mit dem oberen Endabschnitt des Rohres 75 verbunden. Die Rohre 76 sind in Bezug auf das Rohr 75 (die Mittelachse Ax des Gehäuses 71) geneigt. Die Rohre 76 erstrecken sich schräg nach oben von dem oberen Endabschnitt des Rohres 75 in zueinander unterschiedlichen Richtungen. Das Rohr 76 erstreckt sich zur Seite in Bezug auf die Linse 77 von einem Platz zwischen der Linse 77 und der Linse 78. Der untere Endabschnitt des Durchlassweges 76a des Rohres 76 steht in Verbindung mit dem oberen Endabschnitt des Durchlassweges 75a des Rohres 75. In das Rohr 76 wird das Material 121 von der Zuführvorrichtung 31 über die Zuführrohre 34 zugeführt. Bei der dritten Ausführungsform ist das Zuführrohr 74 für jedes der Rohre 76 vorgesehen, und die Rohre 76 sind mit der Zuführvorrichtung über jeweilige Zuführrohre 34, die ihnen entsprechen, verbunden. Bei der dritten Ausführungsform ist das Rohr 75 nicht mit den Zuführrohren 34 direkt verbunden.
Das Material 121, das zu den jeweiligen Rohren 76 zugeführt wird, kann von der gleichen Art sein, oder es können unterschiedliche Arten sein. Im letzten Fall, wenn die Materialien 121 den jeweiligen Rohren 76 zugeführt werden, werden diese Materialien 121 zusammen in dem Rohr 75 gemischt. Das gemischte Material 121 wird aus der Öffnung 75b des Rohres 75 ausgestoßen. Andererseits, wenn das Material 121 nur einem der zwei Rohre 76 zugeführt wird, wird das Material aus der Öffnung 75b des Rohres 75 gesprüht.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist zumindest ein Teil des Rohres 75 (Funktionseinheit) an einem Platz angeordnet, der zwischen der Mehrzahl von Laserstrahlen 200a ist. Dementsprechend kann gemäß der dritten Ausführungsform, genauso wie bei der ersten Ausführungsform, das Rohr 75 so angeordnet sein, dass es an einem Platz ist, an dem das Rohr 75 das Trägergas und das Material 121 senkrecht zum Zielobjekt 110 sprühen kann, und an einem Platz, an dem das Rohr 75 mit der Mittelachse der Düse 33B überlappt, und an einem Platz unmittelbar oberhalb der Lichtbündelregion 200b. Anders gesagt, entsprechend der dritten Ausführungsform ist das Ausmaß an Freiheit beim Layout des Rohres 75 verbessert, und das Rohr 75 kann beispielsweise an einem Platz angeordnet sein, an dem es besser funktioniert. Darüber hinaus, da die Rohre 76 vorgesehen sind, ist es möglich, verschiedene Materialien 121 zu mischen. Alternativ ist es beim Zuführen des gleichen Materials mit den jeweiligen Rohren 76 möglich, die Zuführmenge des Materials 121 zu erhöhen.
Darüber hinaus ist bei der dritten Ausführungsform die Linse 77 die Aufzweigeinheit. Dementsprechend ist bei der dritten Ausführungsform ein Vergleich zu dem Fall der Aufzweigeinheit als ein Spiegel die Energieadsorption des Laserstrahls 200 beim Aufzweigen des Laserstrahls 200 verringert.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Linse 78 zwischen der Linse 77 und der Linse 74 angeordnet, und die Linse 78 wandelt eine Mehrzahl von ankommenden Laserstrahlen 200a in parallele Laserstrahlen um und strahlt diese ab. Dementsprechend können bei der dritten Ausführungsform, da die parallelen Strahlen auf die Linse 74 einfallen, die Laserstrahlen 200a leicht weiter und genauer mit der Linse 74 gebündelt werden.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Linse 78 mit der Öffnung 78d ausgestatte, die einen Teil des Rohres 75 an einen Platz an der Mittelseite der Linse 78 zwischen der Mehrzahl von Laserstrahlen 200a aufnimmt. Somit kann bei der dritten Ausführungsform das Rohr 75 relativ nahe an den Lichtbündelbereich 200b der Laserstrahlen 200a sein. Das Material 121, das vom Rohr 75 zugeführt wird, streut weiter auf dem Zielobjekt 110, wenn das Rohr 75 weiter von der Lichtbündelregion 200b entfernt ist. Dementsprechend, indem das Rohr 75 in die Nähe der Lichtbündelregion 200b gebracht wird, kann das Streuen des Zuführmaterials 121 auf dem Zielobjekt 110 verringert werden. Dies ermöglicht ein Ausformen mit höherer Genauigkeit.
(4. Ausführungsform)
In einer vierten Ausführungsform ist im Wesentlichen die Düse 33C anders als bei der ersten Ausführungsform. Wie es in 16 gezeigt ist, enthält die Düse 33C ein Rohr 80, zusätzlich zu der Linse 72, dem Spiegel 73, der Linse 74 und der Linse 75. Bei der vierten Ausführungsform ist das Rohr 80 zum Sprühen des Materials, und das Rohr 75 ist für das Ansaugen von Gas.
Das Rohr 80 ist mit dem Zuführrohr 34 verbunden. In das Rohr 80 wird das Material 121 von der Zuführvorrichtung 31 über das Zuführrohr 34 zugeführt. Das Rohr 80 sprüht das Material 121 zu der Lichtbündelregion 200b der Laserstrahlen 200a. Das Rohr 80 bildet zusammen mit der Zuführvorrichtung und dem Zuführroch 34 die Materialzuführeinheit 65.
Die Struktur und Anordnung des Rohres 75 ist die gleich wie jene bei der ersten Ausführungsform, und an dem Rohr 75 sind ein Durchlassweg 75a und eine Öffnung 75b (siehe 7) vorgesehen. Bei der vierten Ausführungsform ist jedoch das Rohr 75 mit einer Saugvorrichtung 82 über ein Rohr 81 verbunden. Die Saugvorrichtung 82 umfasst ein Gebläse und ein Filter und saugt beispielsweise Gas an. Das Rohr 75 saugt Gas von der Öffnung 75b durch Saugbetrieb der Saugvorrichtung 82. Das Rohr 75 (Öffnung 75b) saugt Ruß und Rauch, die durch das Schmelzen des Materials 121 beim Bestrahlen mit den Laserstrahlen 200a verursacht werde, durch das Einsaugen von Gas um die Lichtbündelregion 200b der Lasterstrahlen 200a. Da der Ruß und der Rauch durch Anordnen des Rohres 75 oberhalb der Lichtbündelregion 200b der Laserstrahlen 200a zunehmen, kann das Rohr 75 in vorteilhafter Weise den Ruß und den Rauch ansaugen. Bei der vierten Ausführungsform ist das Rohr 75 ein Beispiel einer Funktionseinheit, und die Öffnung 75b ist ein Beispiel einer vierten Öffnung.
In der oben beschriebenen Konfiguration der vierten Ausführungsform, genauso wie mit der ersten Ausführungsform, kann das Rohr 75 so angeordnet sein, wie etwa an einem Platz, an dem das Rohr 75 mit der Mittelachse der Düse 33C überlappt und an einem Platz unmittelbar oberhalb der Lichtbündelregion 200b. Anders gesagt, entsprechend der vierten Ausführungsform ist das Ausmaß der Freiheit beim Layout des Rohres 75 verbessert und das Rohr 75 kann an einem Platz angeordnet sein, an dem es beispielsweise besser funktioniert.
Wie oben beschrieben ist bei den beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen das Ausmaß der Freiheit beim Layout des Rohres 75 verbessert und das Rohr 75 kann an einem Platz angeordnet sein, an dem es beispielsweise besser funktioniert.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur als Beispiele vorgestellt worden, und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindungen zu beschränken. Tatsächlich können die neuen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, in einer Vielzahl anderer Formen ausgestaltet sein, darüber hinaus können Weglassungen, Ersetzungen oder Änderungen in der Form der Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente sind vorgesehen, um solche Formen oder Modifikationen abzudecken, die in den Rahmen und Geist der Erfindungen fallen. Beispielsweise kann die Funktionseinheit eine Bildaufnahmevorrichtung (Kamera), ein Temperatursensor, eine Beleuchtungsvorrichtung und anderes sein. Darüber hinaus kann das Rohr 75 ein Waschmittel aussprühen. Die Funktionseinheit kann ein Bauteil, eine Struktur, eine Form und anderes sein, die fest oder lösbar eine Vorrichtung, ein Bauteil, ein elektrisches Bauteil, ein Sensor oder anderes hält.
Die Aufzweigeinheit kann ausgestaltet sein, um eine Mehrzahl von Spiegel mit jeweiligen reflektierenden Flächen zu enthalten. Darüber hinaus kann die Aufzweigeinheit auch aufzweigende optische Fasern haben, in die der einfallende Laserstrahl 200 in eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a mit einer Mehrzahl von Aufzweigleitungen aufgezweigt wird, wobei die Laserstrahlen 200a von den Aufzweigleitungen abgestrahlt werden. In diesem Fall ist für jede Aufzweigleitung eine Linse vorgesehen, die den Laserstrahl 200a in einen parallelen Laserstrahl umwandelt. Darüber hinaus kann anstelle eines streuenden Laserstrahls ein paralleler Laserstrahl auf die Lichteinstrahlvorrichtung einfallen. In diesem Fall kann die Linse 72 weggelassen werden.
Die Lichtbündeleinheit kann ausgestaltet sein, um eine Mehrzahl von Linsen zu enthalten. Darüber hinaus können die reflektierenden Flächen 73c und 73d des Spiegels 73 als konka-gekrümmte Flächen gebildet sein, um eine Mehrzahl von Laserstrahlen 200a mit den reflektierenden Flächen 73c und 73d zu bündeln. In diesem Fall kann, da der Spiegel 73 als Aufzweigeinheit und als Lichtbündeleinheit arbeitet, die Linse 74 weggelassen werden.
Darüber hinaus kann das additive Schichtherstellungsgerät ausgestaltet sein, um beispielsweise wiederholt einen Prozess zum Ausbilden einer Materialschicht durch Zuführen von pulverförmigen Material mit der Materialzuführeinheit und einen Prozess zum Bestrahlen des Materialschicht mit einem Lichtstrahl durch die Lichtbestrahlungsvorrichtung durchzuführen, um das Ausformen durch Stapeln verfestigter Schichten auszuführen. In diesem Fall ist bei der Lichtbestrahlungsvorrichtung die Struktur zum Sprühen des Materials nicht notwendig.

Claims

Lichtbestrahlungsvorrichtung für ein additives Schichtherstellungsgerät, wobei die Lichtbestrahlungsvorrichtung umfasst: eine Lichtbündeleinheit, die eine Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen bündelt; eine Funktionseinheit, wobei zumindest ein Teil der Funktionseinheit an einem Platz zwischen der Mehrzahl erster Lichtstrahlen oder an einem Platz umgeben von der Mehrzahl erster Lichtstrahlen angeordnet ist.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 des Weiteren mit einer Aufzweigeinheit, die einen zweiten Lichtstrahl veranlasst, in eine Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen aufzuzweigen.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Aufzweigeinheit, wenn die Funktionseinheit mit einer ersten Richtung als Blickrichtung betrachtet wird, eine erste reflektierende Fläche, die hinter der Funktionseinheit an einem Platz, überlappend mit der Funktionseinheit, und eine zweite reflektierende Fläche, vor der ersten reflektierenden Fläche, an einem Platz abweichend von der Funktionseinheit enthält.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Aufzweigeinheit eine Mehrzahl von zweiten reflektierenden Flächen umfasst, und wobei die erste reflektierende Fläche, wenn die Funktionseinheit mit der ersten Richtung als Blickrichtung betrachtet wird, zwischen den zweiten reflektierenden Flächen positioniert ist.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Aufzweigeinheit eine erste Linse ist, die eine Mehrzahl von konvexen Eintrittsflächen, in die der zweite Lichtstrahl eintritt, und eine einzelne Austrittsfläche, die ersten Lichtstrahlen aussendet, umfasst.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, des Weiteren mit einer zweiten Linse, die zwischen der ersten Linse und der Lichtbündeleinheit vorgesehen ist, welche die Mehrzahl von einkommenden ersten Laserstrahlen in parallele Strahlen wandelt und die parallelen Strahlen emittiert.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die zweite Linse mit einer ersten Öffnung ausgestattet ist, die einen Teil der Funktionseinheit an einen Platz an einer Mittelseite der zweiten Linse zwischen der Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen aufnimmt.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Lichtbündeleinheit eine dritte Linse ist, und wobei die dritte Linse mit einer zweiten Öffnung ausgestattet ist, die einen Teil der Funktionseinheit an einem Platz an einer Mittelseite der dritten Linse zwischen der Mehrzahl von ersten Lichtstrahlen aufnimmt.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die dritte Linse mit der zweiten Öffnung an einem Platz vorgesehen ist, der von der Mehrzahl von Regionen abweicht, durch die die ersten Lichtstrahlen durchlaufen.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Funktionseinheit mit einer dritten Öffnung ausgestattet ist, die Material ausstößt.
Lichtbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Funktionseinheit mit einer vierten Öffnung ausgestattet ist, die Gas ansaugt.
Ein additives Schichtherstellungsgerät mit: einer Lichtbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11; einer Lichtquelle; einer Materialzuführeinheit.