DE112015004228T5

DE112015004228T5 - Düse und additivherstellungsgerät

Info

Publication number: DE112015004228T5
Application number: DE112015004228.8T
Authority: DE
Inventors: Shanying PAN; Hiroshi Ohno; Hideshi Nakano; Kotaro Kobayashi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2017-06-29
Also published as: CN107073648B; JP2016059939A; JP6042390B2; US20170274475A1; WO2016042808A1; US10350707B2; CN107073648A

Abstract

Entsprechend einer Ausführungsform enthält eine Düse einen Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt und einen Körper. Der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt ist ausgestaltet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Körper ist ausgestaltet, so dass das Magnetfeld auf einer Innenseite durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt erzeugt wird, und er enthält eine Öffnung, die ausgestaltet ist, so dass ein Pulver, das in dem Magnetfeld herumwirbelt, von dieser ausgestoßen wird.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf eine Düse und ein Additivherstellungsgerät.
Hintergrund
Aus dem Stand der Technik ist ein Additivherstellungsgerät bekannt, das ein additiv herzustellendes Objekt durch schichtweisen Aufbau (addition manner) formt. Das Additivherstellungsgerät bildet eine Schicht eines Materials durch Zuführen eines Pulvers eines Materials von einer Düse und gleichzeitigem Bestrahlen des Pulvers mit Laserlicht zum Schmelzen des Pulvers, und wobei die Schicht zur Ausbildung eines additiven hergestellten Objekts gestapelt wird.
Literaturliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 11-333584 A

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Üblicherweise ist es bei dieser Art von Vorrichtung ist sinnvoll, ein Material in einer zuverlässigeren und effizienteren Art zuzuführen.
Mittel zum Lösen des Problems
Magnetfeld-erzeugende Abschnitt ist ausgestaltet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Körper ist ausgestaltet, so dass das Magnetfeld an einer Innenseite durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt gebildet wird, und er enthält eine Öffnung, die ausgestaltet ist, so dass ein Pulver, das in dem Magnetfeld umher wirbelt, aus diesem ausgestoßen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Additivherstellungsgerät entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Prozedur eines Herstellungsverfahrens durch das Additivherstellungsgerät entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düse, eine optische Vorrichtung und ein Ziel bei der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen ersten Körper und eine Zuführeinheit der ersten Ausführungsform entlang der Linie F4-F4 in 3 zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düse, eine optische Vorrichtung und ein Ziel entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düse, eine optische Vorrichtung und ein Ziel entsprechend einer dritten Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Des Weiteren ist bei dieser Beschreibung im Wesentlichen eine Vertikalaufwärtsrichtung als eine Richtung vertikal nach oben festgelegt, und eine Vertikalabwärtsrichtung ist als eine Richtung vertikal nach unten festgelegt. Zusätzlich werden eine Mehrzahl von Ausdrücken in Bezug auf Bauelemente entsprechend den Ausführungsformen oder der Beschreibung der Elemente geschrieben. Zusätzlich ist es nicht ausgeschlossen, andere Ausdrücke zu verwenden, die nicht in Bezug auf die Bauelemente und deren Beschreibung verwendet werden. Zusätzlich ist es nicht ausgeschlossen, andere Ausdrücke in Bezug auf Bauelemente und der Beschreibung zu verwenden, wenn keine Mehrzahl von Ausdrücken beschrieben ist.
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Additivherstellungsgerät entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie es in 1 gezeigt ist, enthält das Additivherstellungsgerät 1 einen Verarbeitungsbehälter oder -tank 11, eine Stufe oder Bühne 12, eine Bewegungsvorrichtung 13, eine Düsenvorrichtung 14, eine optische Vorrichtung 15, eine Messvorrichtung 16 und eine Steuervorrichtung 17.
Bei dieser Beschreibung sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse festgelegt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind zueinander senkrecht. Beispielsweise liegt die Z-Achse entlang der Vertikalrichtung. Des Weiteren kann das Additivherstellungsgerät in einer solchen Art angeordnet sein, dass die Z-Achse von der Vertikalrichtung geneigt ist.
Beispielsweise stapelt das Additivherstellungsgerät 1 ein Material 121, das von der Düsenvorrichtung 14 hinzugeführt wird, auf einem Ziel 110, das auf der Bühne 12 angeordnet ist, in einer Schichtform zur Herstellung eines additiv herzustellenden Objekts 100 mit einer vorgegebenen Form. Das Material 121 ist beispielsweise ein Pulver.
Das Ziel 110 ist ein Ziel, zu dem das Material 101 durch die Düsenvorrichtung 14 zugeführt wird, und enthält eine Basis 110a und eine Schicht 110b. Eine Mehrzahl von Schichten 110b werden an einer oberen Fläche bzw. Seite der Basis 110a geschichtet (laminated). Beispielsweise ist das Material 121 ein pulverförmiges metallisches Material. Des Weiteren ist das Material 121 nicht darauf beschränkt und kann andere Materialien sein, wie etwa ein synthetisches Harz oder Keramiken. Das Additivherstellungsgerät 1 stellt das additiv herzustellende Objekt 100 durch Verwendung von ein oder mehreren Arten von Materialien 121 her.
Eine Hauptkammer 21 und eine Unterkammer 22 sind in dem Verarbeitungstank 11 vorgesehen. Die Unterkammer 22 ist benachbart zur bzw. neben der Hauptkammer 21 vorgesehen. Eine Tür 23 ist zwischen der Hauptkammer 21 und der Unterkammer 22 vorgesehen. Wenn die Tür 23 geöffnet ist, steht die Hauptkammer 21 und die Unterkammer 22 miteinander in Verbindung. Wenn die Tür 23 geschlossen ist, gelangt die Hauptkammer 21 in einen luftdichten Zustand.
Ein Einlassanschluss 21a und ein Auslassanschluss 21b sind in der Hauptkammer 21 vorgesehen. Wenn eine Luftzuführvorrichtung (nicht gezeigt) in Betrieb ist, wird ein Inertgas, wie etwa Stickstoff oder Argon, in die Hauptkammer 21 über den Einlassanschluss 21a zugeführt. Wenn eine Auslassvorrichtung (nicht gezeigt) in Betrieb ist, wird ein Gas innerhalb der Hauptkammer 21 von der Hauptkammer 21 über den Auslassanschluss 21b entladen. Darüber hinaus kann das Additivherstellungsgerät 1 das Gas innerhalb der Hauptkammer 21 über den Auslassanschluss 21b entladen, um so die Hauptkammer 21 in einen Vakuumzustand zu bringen.
Eine Übertragungsvorrichtung (nicht gezeigt) ist in der Hauptkammer 21 vorgesehen. Zusätzlich ist eine Fördervorrichtung 24 (conveying device) in einem Abschnitt vorgesehen, der von der Hauptkammer 21 zu der Unterkammer 22 reicht. Die Übertragungsvorrichtung überträgt das additiv herzustellende Objekt 100, das in der Hauptkammer 21 bearbeitet wurde, zu der Fördervorrichtung 24. Die Fördervorrichtung 24 fördert das additiv herzustellende Objekt 100, das von der Übertragungsvorrichtung übertragen wurde, in die Unterkammer 22. Das heißt, das additiv herzustellende Objekt 100, das in der Hauptkammer 21 bearbeitet wurde, wird in der Unterkammer 22 aufgenommen. Nachdem das additiv herzustellende Objekt 100 in der Unterkammer 22 aufgenommen ist, wird die Tür 23 geschlossen und die Unterkammer 22 und die Hauptkammer 21 werden gegeneinander isoliert.
Die Bühne 12, die Bewegungsvorrichtung 13, ein Teil der Düsenvorrichtung 14 und die Messvorrichtung 16 sind in der Hauptkammer 21 vorgesehen.
Die Bühne 12 trägt das Ziel 110. Beispielsweise bewegt die Bewegungsvorrichtung 13 (Bewegungsmechanismus) die Bühne 12 in drei axiale Richtungen, die zueinander senkrecht sind.
Die Düse 14 liefert das Material 121 zu dem Ziel 110, das auf der Bühne 12 angeordnet ist. Zusätzlich bestrahlt die Düse 33 der Düsenvorrichtung 14 das Ziel 110, das auf der Bühne 12 vorgesehen ist, mit Laserlicht 200. Die Düsenvorrichtung 14 kann eine Mehrzahl von Materialien 121 parallel zueinander zuführen und kann selektiv eine oder eine Mehrzahl von Materialien 121 zuführen. Zusätzlich emittiert die Düse 33 das Laserlicht 200 parallel mit dem Zuführen des Materials 121. Das Laserlicht 200 ist ein Beispiel eines Energiestrahls. Darüber hinaus kann die Düse 33 einen anderen Energiestrahl emittieren, ohne das Ausstrahlen des Laserlichts. Der Energiestrahl kann das Material, ähnlich dem Laserlicht, schmelzen oder sintern, und kann beispielsweise einen Elektronenstrahl und eine elektromagnetische Welle im Bereich von Mikrowellen bis ultravioletter Strahlung sein.
Die Düsenvorrichtung 14 enthält eine Zuführvorrichtung 31, eine Zuführvorrichtung 31a, eine Entladevorrichtung 32, eine Düse 33, ein Zuführrohr 34 ein Zuführrohr 34A und ein Entladerohr 35. Die Zuführvorrichtung 31 transportiert das Material 121 zu der Düse 33 über das Zuführrohr 34. Die Zuführvorrichtung 31a transportiert ein Gas zu der Düse 33 durch das Zuführrohr 34A. Desweitern wird das Material 121 von der Düse 33 zu der Entladevorrichtung 32 über das Entladerohr 35 transportiert.
Die Zuführvorrichtung 31 enthält einen Tank 31a, eine Zuführeinheit 31b und eine Entladeeinheit 31c. Der Tank 31a nimmt das Material 121 auf. Die Zuführeinheit 31b liefert das Material 121 in dem Tank 31a zu der Düse 33. Die Ladungseinheit 31c ermöglicht es dem Material 121, das der Düse 330 durch die Zuführeinheit 31b zugeführt wird, beispielsweise mittels einer Korona-Entladung negativ aufgeladen zu sein. Des Weiteren kann die Ladungseinheit 31c das Material 121 durch andere Maßnahmen laden, oder es kann dem Material 121 ermöglichen, positiv geladen zu sein. Zusätzlich kann die Ladungseinheit 131c das Material 121, das in dem Tank 31a enthalten ist, laden.
Die Zuführvorrichtung 31A enthält eine Gaszuführeinheit 31d. Die Zuführvorrichtung 31A liefert ein Abschirmgas (Gas) zu der Düse 33. Beispielsweise ist das Abschirmgas ein Inertgas wie etwa Stickstoff und Argon. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem die Hauptkammer 21 evakuiert ist, die Düsenvorrichtung 14 auch ohne die Zuführvorrichtung 31A ausgeführt sein.
Die Entladevorrichtung 32 enthält eine Klassifizierungsvorrichtung 32a, eine Entladeeinheit 32b und die Tanks 32c und 32d. Die Entladeeinheit 32b saugt ein Gas von der Düse 33 an. Die Klassifizierungsvorrichtung 32a trennt das Material 121 von dem Gas, das durch die Entladeeinheit 32b angesaugt wird. Der Tank 32c nimmt das Material 121 auf, und der Tank 32d nimmt einen Dunst bzw. Schaden oder Sprühnebel (fume) 124 auf. Dementsprechend wird ein Pulver des Materials 121, das nicht zur Herstellung verwendet wird, als Sprühnebel (metallischer Rauch), Staub oder ähnlichem, was bei der Herstellung erzeugt wird, von einem Bearbeitungsbereich zusammen mit dem Gas entladen. Beispielsweise ist die Entladeeinheit 32b eine Pumpe.
Zusätzlich enthält, wie dies in 1 gezeigt ist, die optische Vorrichtung 15 eine Lichtquelle 41 und ein optisches System 42. Die Lichtquelle 41 enthält ein Schwingungselement (nicht gezeigt) und emittiert Laserlicht 200 durch Oszillation/Schwingung des Schwingungselements. Die Lichtquelle 41 kann eine Leistungsdichte des emittierten Laserlichts 200 ändern.
Eine Lichtquelle 41 ist mit einem optischen System 42 über ein Kabel 210 verbunden. Das Laserlicht 200, das von der Lichtquelle 41 emittiert wird, fällt auf die Düse 33 durch das optische System 42. Die Düse 33 bestrahlt das Ziel 110 oder das Material 121, das zu dem Ziel 110 gesprüht wird, mit dem Laserlicht 200.
Beispielsweise enthält 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 feststehend. Darüber hinaus kann das optische System 42 eine Einstellvorrichtung enthalten, die die erste Linse 51, die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 beispielsweise in zwei Richtungen, die einen optischen Weg schneiden (zu diesem senkrecht sind), bewegt.
Die erste Linse 51 wandelt das Laserlicht 200, das durch das Kabel 200 einfällt, in paralleles Licht. Das Laserlicht 200, das umgewandelt ist, fällt auf den Galvanoscanner 55.
Die zweite Linse 52 konvergiert das Laserlicht 200, das von dem Galvanoscanner 55 emittiert wird. Das Laserlicht 200, das in der zweiten Linse 52 konvergiert wird, erreicht die Düse 33 durch das Kabel 210. Die dritte Linse 53 konvergiert das Laserlicht 200, das von dem Galvanoscanner 55 emittiert wird. Das Laserlicht 200, das in der dritten Linse konvergiert wird, wird auf das Ziel 110 emittiert.
Die vierte Linse 54 konvergiert das Laserlicht 200, das von dem Galvanoscanner 55 emittiert wird. Das Laserlicht 200, das in der vierten Linse 54 konvergiert wird, wird zu dem Ziel 110 emittiert.
Der Galvanoscanner 55 unterteilt das parallele Licht, das in der ersten Linse 51 gewandelt wurde, in Lichtstrahlen, die jeweils auf die zweite Linse 52, die dritte Linse 53 und die vierte Linse 54 einfallen. Der Galvanoscanner 55 enthält einen ersten galvanischen Spiegel 57, einen zweiten galvanischen Spiegel 58 und einen dritten galvanischen Spiegel 59. Jeder der galvanischen Spiegel 57, 58 und 59 unterteilt Licht, und ein Neigungswinkel (Emissionswinkel) desselben kann geändert werden.
Der erste galvanische Spiegel 57 ermöglicht es einem Teil des Laserlichts 200, das durch die Linse 51 läuft, durch den galvanischen Spiegel 57 zu laufen, und emittiert Laserlicht 200, das durch den ersten galvanischen Spiegel 57 läuft, zu dem zweiten galvanischen Spiegel 58. Zusätzlich reflektiert der erste galvanische Spiegel 57 den anderen Teil des Laserlichts 200 und emittiert das Laserlicht 200, das reflektiert wird, zu der vierten Linse 54. Der erste galvanische Spiegel 51 ändert eine Bestrahlungsposition des Laserlichts 200, das durch die vierte Linse 54 läuft, in Übereinstimmung mit einem Neigungswinkel des ersten galvanischen Spiegels 57. Der zweite galvanische Spiegel 58 ermöglicht es einem Teil des Laserlichts 200, das durch den ersten galvanischen Spiegel 57 läuft, durch den zweiten galvanischen Spiegel 58 zu laufen, und emittiert das Laserlicht 200, das durch den zweiten galvanischen Spiegel 58 läuft, zu dem dritten galvanischen Spiegel 59. Zusätzlich reflektiert der zweite galvanische Spiegel 58 den anderen Teil des Laserlichts 200 und emittiert das Laserlicht 200, das reflektiert wird, zu der dritten Linse 53. Der zweite galvanische Spiegel 58 ändert eine Einstrahlungsposition des Laserlichts 200, das durch die dritte Linse 53 läuft, in Übereinstimmung mit einem Neigungswinkel des zweiten galvanischen Spiegels 58.
Der dritte galvanische Spiegel 59 emittiert einen Teil des Laserlichts 200, das durch den zweiten galvanischen Spiegel 58 läuft, zu der zweiten Linse 52.
Das optische System 42 enthält eine Schmelzvorrichtung 45, die den ersten galvanischen Spiegel 57, den zweiten galvanischen Spiegel 58 und die dritte Linse 53 enthält. Die Schmelzvorrichtung 45 bildet eine Schicht 110b und führt gleichzeitig einen Sinterprozess durch Erwärmen des von der Düse 33 zu dem Ziel 110 zugeführten Materials 121 (123) über das Bestrahlen mit dem Laserlicht 200 durch.
Zusätzlich enthält das optische System 42 eine Entfernungsvorrichtung 46, die den ersten galvanischen Spiegel 57 und die vierte Linse 54 enthält und das Material 121 entfernt. Die Entfernungsvorrichtung 46 entfernt einen unnötigen Teil, der auf der Basis 110a oder in der Schicht 110b gebildet ist, durch Bestrahlen mit dem Laserlicht 200. Beispielsweise entfernt die Entfernungsvorrichtung 46 einen Teil, der sich von einer vorgegebenen Form des additiv herzustellenden Objekts 100 unterscheidet, wie etwa ein unnötiger Abschnitt, der durch Streuen des Materials 121 während des Zuführens des Materials 121 durch die Düse 33 auftritt, und einen unnötigen Abschnitt, der während der Ausbildung der Schicht 110b auftritt. Die Entfernungsvorrichtung 46 emittiert das Laserlicht 200 mit einer Leistungsdichte, die in der Lage ist, den unnötigen Teil zu entfernen.
Die Messvorrichtung 16 misst eine Form der Schicht 110b, die verfestigt ist, und eine Form des additiv herzustellenden Objekts 100, das hergestellt wird. Die Messvorrichtung 16 überträgt Informationen bezüglich der gemessenen Form zu der Steuervorrichtung 17. Beispielsweise enthält die Messvorrichtung 16 eine Kamer 61 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 62. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 62 führt eine Bilderverarbeitung auf der Grundlage von Informationen durch, die von der Kamera 61 gemessen werden. Des Weiteren misst die Messvorrichtung 16 die Schicht 110b und das additiv herzustellende Objekt 100, beispielsweise in Übereinstimmung mit Interferometrie, einem Lichtschnittverfahren oder ähnlichem.
Eine Bewegungsvorrichtung 71 (Bewegungsmechanismus) bewegt die Düse 33 in drei axiale Richtungen senkrecht zueinander.
Die Steuervorrichtung 17 ist elektrisch mit der Bewegungsvorrichtung 13, der Fördervorrichtung 24, der Zuführvorrichtung 31, der Zuführvorrichtung 31A, der Entladevorrichtung 32, der Lichtquelle 41, dem Galvanoscanner 55, der Bildverarbeitungsvorrichtung 62 und der Bewegungsvorrichtung 71 über eine Signalleitung 220 verbunden.
Die Steuervorrichtung 17 steuert die Bewegungsvorrichtung 13 zum Bewegen der Bühne 12 in drei axiale Richtungen. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Fördervorrichtung 17 zum Fördern des additiv herzustellenden Objekts 100, das hergestellt wurde, in die Unterkammer 22. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Zuführvorrichtung 31 zum Einstellen der Zuführung oder Nichtzuführung und einer Zuführmenge des Materials 121. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Entladevorrichtung 32 zum Einstellen der Entladung oder Nichtentladung und einer Entladungsmenge eines Pulvers des Materials 121 oder des Sprühnebels. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Lichtquelle 41 zum Einstellen der Pulverdichte des Laserlichts 200, das von der Lichtquelle 41 emittiert wird. Die Steuervorrichtung 17 steuert den Galvanoscanner 55 zum Einstellen des Neigungswinkels des ersten galvanischen Spiegels 57, des zweiten galvanischen Spiegels 58 und des dritten galvanischen Spiegels 59. Zusätzlich steuert die Steuervorrichtung 17 eine Bewegungsvorrichtung zur Steuerung einer Position der Düse 33.
Die Steuervorrichtung 17 enthält eine Speichereinheit 17a. Beispielsweise speichert die Speichereinheit 17a Daten, die eine Form (Bezugsform) eines additiv herzustellenden Objekts 100 darstellen, das herzustellen ist. Zusätzlich speichert die Speichereinheit 17a Daten, die die Höhe der Düse 33 und der Bühne 12 für jede dreidimensionale Verarbeitungsposition (jeden Punkt) darstellen.
Die Steuervorrichtung 17 hat eine Funktion zum selektiven Zuführen einer Mehrzahl von Materialien 121, die voneinander unterschiedlich sind, von der Düse 33 zum Einstellen (Ändern) eines Verhältnisses der Mehrzahl der Materialien 121. Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 17 die Zuführvorrichtung 31, damit die Schicht 110b aus den Materialien 121 mit einem Verhältnis hergestellt wird, das auf Daten beruht, die in der Speichereinheit 17a gespeichert sind und die das Verhältnis für jedes der Materialien 121 anzeigen. Entsprechend dieser Funktion kann ein Übergangsmaterial (Gradientenfunktionsmaterial), bei dem sich das Verhältnis der Mehrzahl von Materialien 121 ändert (allmählich ansteigt oder allmählich abnimmt), in Übereinstimmung mit einer Position (Ort) des additiv herzustellenden Objekts 100 hergestellt werden. Beispielsweise steuert bei der Ausbildung der Schicht 110b die Steuervorrichtung 17 die Zuführvorrichtung 31 zum Verwirklichen eines Verhältnisses mit den Materialien 121, das eingestellt (gespeichert) ist, in Übereinstimmung mit jeder Position der dreidimensionalen Koordinaten des additiv herzustellenden Objekts 100. Dementsprechend ist es möglich, das additiv herzustellende Objekt 100 als ein Übergangsmaterial (Gradientenfunktionsmaterial) herzustellen, bei dem sich das Verhältnis der Materialien 121 in einer beliebigen dreidimensionalen Richtung ändert. Ein Änderungsausmaß (Variationsrate) des Verhältnisses der Materialien 121 pro Einheitslänge kann auf verschiedene Arten eingestellt werden.
Die Steuervorrichtung 17 hat eine Funktion des Bestimmens der Form der Schicht 110b oder des herzustellenden Objekts 100. Beispielsweise vergleicht die Steuervorrichtung 17 die Form der Schicht 110b oder des additiv herzustellenden Objekts 100, die durch Bestimmen durch die Messvorrichtung 16 erhalten wird, und die Bezugsform, die in der Speichereinheit 17a gespeichert ist, um zu bestimmen, ob ein Teil in einer Form außerhalb der vorgegebenen Form gebildet ist oder nicht.
Zusätzlich hat die Steuervorrichtung 17 eine Funktion zum Trimmen der Schicht 110b oder des herzustellenden Objekts 100 auf eine vorgegebene Form durch Entfernen eines unnötigen Abschnitts/Teils, das als ein Teil bestimmt ist, das nicht eine vorgegebene Form hat, über das Bestimmen der Form der Schicht 110b des herzustellden Objekts 100. Beispielsweise steuert zuerst die Steuervorrichtung 17 die Lichtquelle 41, so dass das Laserlicht 200, das von der vierten Linse 54 über den ersten galvanischen Spiegel 57 zu einem Teil emittiert wird, das nicht eine vorgegebene Form in der Schicht 110b des additiv herzustellenden Objekts 100 hat, mit einer Leistungsdichte, die in der Lage ist, das Material 121 zu verdampfen. Anschließend steuert die Steuervorrichtung 17 den ersten galvanischen Spiegel 57 zum Bestrahlen eines entsprechenden Teils mit dem Laserlicht 200, wodurch der entsprechende Teil verdampft wird.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des additiv herzustellenden Objekts 100 durch das Additivherstellungsgerät 1 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Prozedur eines Herstellungsprozesses (Herstellungsverfahren) durch das Additivherstellungsgerät 1 zeigt.
Wie es in 2 gezeigt ist, führt zuerst das Additivherstellungsgerät 1 das Zuführen für jedes der Materialien 121 und das Bestrahlen des Laserlichts 200 durch. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Zuführvorrichtung und die Düse 33, so dass das Material 121 in einem bestimmten Bereich von der Düse 33 zugeführt wird, und steuert die Lichtquelle 41 und den galvanischen Scanner 55, so dass das zugeführte Material 121 mittels des Laserstrahllichts 200 geschmolzen oder gesintert wird. Dementsprechend wird ein geschmolzenes oder gesintertes Material 123, wie es in 2 gezeigt ist, in einer vorgegebenen Menge auf einen Bereich zur Ausbildung der Schicht 110b auf der Basis 110a zugeführt. Beim Sprühen auf die Basis 110a oder die Schicht 110b wird das Material 123 verformt und wird zu einem Aggregat des Materials 123, wie etwa einer Schichtform oder einer Dünnfilmform. Alternativ wird das Material 123 durch Wärmeübertragung gekühlt zu einem Aggregat des Materials 121, wird in einer granularen Form geschichtet und wird ein granulares Aggregat.
Als nächstes führt das Additivherstellungsgerät 1 einen Temperprozess durch. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Lichtquelle 41 und die Schmelzvorrichtung 45, so dass das Aggregat des Materials 123 auf der Basis 110a mit dem Laserlicht 200 bestrahlt wird. Dementsprechend wird ein Aggregat des Materials 123 zur Ausbildung einer Schicht 110b erneut geschmolzen oder erneut gesintert.
Als nächstes führt das Additivherstellungsgerät 1 eine Formmessung durch. Die Steuervorrichtung 17 steuert die Messvorrichtung 16 zum Messen des Materials 123 auf der Basis 110a, das dem Temperprozess ausgesetzt wurde. Die Steuervorrichtung vergleicht eine Form der Schicht 110b oder des additiv herzustellenden Objekts 100, die durch die Messvorrichtung 16 erhalten wird, und die Bezugsform, die in der Speichereinheit 17a gespeichert ist.
Als nächstes führt das Additivherstellungsgerät 1 einen Trimmvorgang durch. Beispielsweise in einem Fall, in dem mittels der Formmessung und dem Vergleich mit der Bezugsform bestimmt wird, dass das Material 122 auf der Basis 110a an einer Position unterschiedlich von einer vorgegebenen Form anhaftet, steuert die Steuervorrichtung 17 die Lichtquelle 41 und die Entfernungsvorrichtung 46, um einen unnötigen Teil des Materials 123 zu verdampfen. Andererseits, in dem Fall, das mittels der Formmessung und dem Vergleich mit der Bezugsform bestimmt wird, dass die Schicht 110b eine vorgegebene Form hat, wird die Steuervorrichtung 17 das Trimmen nicht durchführen.
Wenn die Ausbildung der Schicht 110b beendet ist, bildet das Additivherstellungsgerät 1 eine neue Schicht 110b auf der entsprechenden Schicht 110b. Das Additivherstellungsgerät 1 stapelt wiederholt die Schicht 110b zur Herstellung des additiv herzustellenden Objekts 100.
Als nächstes wird die Düse 33 detailliert unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht, die die Düse 33, die optische Vorrichtung 15 und das Ziel 110 zeigt. Wie es in 3 gezeigt ist, enthält die Düse 33 einen ersten Körper 301, einen Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt 302, eine Zuführeinheit 303 und einen zweiten Körper 304.
Beispielsweise ist zumindest eine Oberfläche des ersten Körpers 301 aus einem Material gebildet, das elektrisch isolierende Eigenschaften hat, und der erste Körper 301 ist in einer zylindrischen Form gebildet, die sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Darüber hinaus ist das Material und die Form des ersten Körpers 301 nicht hierauf beschränkt. Der erste Körper 301 enthält eine Endfläche 311, eine äußere Umfangsfläche 312 und eine erste Öffnung 313. Die erste Öffnung 313 ist ein Beispiel einer Öffnung.
Die Endfläche 311 ist an einem Ende des ersten Körpers 301 vorgesehen und ist eine im Wesentlichen flache Oberfläche, die einer Unterseite zugewandt ist. Die Endfläche 311 liegt dem Ziel 110 über einen Zwischenabstand mit einer vorgegebenen Länge gegenüber. Die äußere Umfangsfläche 312 ist eine gekrümmte Oberfläche in einer zylindrischen Form, die sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt.
Die erste Öffnung 313 ist ein rundes Loch, das zu der Endfläche 311 geöffnet ist und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Das heißt, ein Ende 313a der ersten Öffnung 313 ist an der Endfläche 311 vorgesehen. Ein Innendurchmesser der ersten Öffnung 313 ist im Wesentlichen konstant und kann beispielsweise in einer Konus-Form hin zu der Endfläche 311 zulaufen. Die Mittelachse der ersten Öffnung 313 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Mittelachse der äußeren Umfangsfläche 312.
Ein Innendurchmesser des Endes 313a der ersten Öffnung 313 ist kleiner als ein Innendurchmesser der anderen Teile der ersten Öffnung 313. Darüber hinaus kann der Innendurchmesser des Endes 313a der ersten Öffnung 313 im Wesentlichen der gleiche sein, wie der Innendurchmesser der anderen Teile der ersten Öffnung 313.
Der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 enthält eine Spule 315. Die Spule 315 ist eine Zylinderspule, die um die äußere Randfläche 312 des ersten Körpers 301 gewickelt ist und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Darüber hinaus kann die Spule 315 an der Innenseite der ersten Öffnung 313 angeordnet sein. Die Mittelachse der Spule 315 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Mittelachse der ersten Öffnung 313.
Die Anzahl der Wicklungen (Wicklungsdichte) pro Länge der Spule 315 nimmt hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu. Anders gesagt, ein Abstand (Pitch) zwischen benachbarten leitfähigen Drähten der Spule 315 nimmt ab, wenn sich diese dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 nähern. Beispielsweise nimmt die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Spule 315 kontinuierlich hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu. Darüber hinaus kann die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Spule 315 beispielsweise stufenweise hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zunehmen.
Beispielsweise steuert die Steuervorrichtung 17 eine Treiberschaltung, so dass es einem vorgegebenen Strom ermöglicht wird, durch die Spule 315 zu fließen (durch Anlegen einer Spannung). Wenn ein Strom durch die Spule 315 fließt, erzeugt die Spule 315 ein Magnetfeld an einer Innenseite der ersten Öffnung 313. Die folgenden jeweiligen Zeichnungen verdeutlichen nur eine Mittelachse 400 des Magnetfelds, das heißt eine Mittelachse des Magnetfelds, das durch die Spule 315 erzeugt wird. Das Magnetfeld ist räumlich an der Innenseite der ersten Öffnung 313 der Spule 315 verteilt. Das heißt, die Spule 315 erzeugt nicht nur eine Magnetfeldkomponente, die sich entlang der Mittelachse 400 des Magnetfelds erstreckt, sondern auch eine Mehrzahl von anderen Magnetfeldkomponenten, die sich von dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 verteilen.
Die Mittelachse 400 des Magnetfelds des durch die Spule 315 erzeugten Magnetfelds erstreckt sich linear von einer Innenseite zu einer Außenseite der ersten Öffnung 313 entlang der Mittelachse der ersten Öffnung 313. Die Mittelachse 400 des Magnetfelds erstreckt sich in einer Richtung, die dem Ziel 110 von dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 gegenüberliegt. Die Intensität des Magnetfelds, bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, ändert sich in Übereinstimmung mit der Anzahl der Wicklungen pro Längen der Spule 315. Dementsprechend steigt die Intensität des Magnetfelds, bei dem die Mittelachse des Magnetfelds 400 als die Mittelachse eingestellt ist, hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313. Anders gesagt, eine Magnetflussdichte der ersten Öffnung 313 steigt hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 an.
Zumindest ein Teil der Zuführeinheit 303 ist an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 angeordnet. Die Zuführeinheit 303 ist beabstandet von dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 mit einer vorgegebenen Länge. Beispielsweise ist die Zuführeinheit 303 ein Rohr, das in einer Helix-Form gewickelt ist. Darüber hinaus ist die Zuführeinheit 303 nicht hierauf beschränkt.
Die Mittelachse der Zuführeinheit 303 ist im Wesentlichen die gleich wie die Mittelachse der ersten Öffnung 313. Der Außendurchmesser der Zuführeinheit 303 ist kleiner als der Innendurchmesser der ersten Öffnung 313. Der Außendurchmesser der Zuführeinheit 303 ist im Wesentlichen konstant. Jedoch kann sich beispielsweise der Außendurchmesser ändern, wenn es hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 geht.
Die Zuführeinheit 303 enthält einen Zuführanschluss 318. Der Zuführanschluss 318 ist an einem Ende der Zuführeinheit 303 vorgesehen und an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 angeordnet. Der Zuführanschluss 318 ist beabstandet von der Mittelachse der ersten Öffnung 313 an einer Ebene, die durch die X-Achse und die Y-Achse gebildet ist. Der Zuführanschluss 318 öffnet sich hin in eine Umfangsrichtung der Zuführeinheit 303, die in einer Helix-Form gewickelt ist. Anders gesagt, der Zuführanschluss 318 ist hin zu einer Richtung geöffnet, die mit dem der Mittelachse 400 des Magnetfelds schneidet.
Die Zuführeinheit 303 ist mit der Zuführrichtung 31 über das Zuführrohr 34 in 1 verbunden und ihr wird das Material 121 von der Zuführvorrichtung 31 zugeführt. Die Zuführeinheit 303 führt das Material 121 von dem Zuführanschluss 318 an der Innenseite der ersten Öffnung 313 zu.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch den ersten Körper 301 und die Zuführeinheit 303 entlang der Linie F4-F4 in 3 zeigt. Das Material 121 durchläuft durch die Zuführeinheit 303, die in einer Helix-Form gewunden ist, und wird an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 entladen. Dementsprechend hat, wie dies in 4 gezeigt ist, das Material 121 eine Geschwindigkeit V in einer Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse 400 des Magnetfelds. Anders gesagt, wendet die Zuführeinheit 303 die Geschwindigkeit V in Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse 400 des Magnetfelds auf das Material 121 an und liefert das Material 121 an der Innenseite der ersten Öffnung 313.
Das Material 121, das der ersten Öffnung 313 zugeführt wird, kann eine Geschwindigkeitskomponente haben, die in eine andere Richtung zeigt. Beispielsweise, auch wenn die Zuführeinheit 303 eine Geschwindigkeit in einer Richtung an das Material anwendet, die von der Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse 400 des Magnetfelds abweicht, und das Material 121 zuführt, kann das Material 121 eine Geschwindigkeitskomponente (Geschwindigkeit V) haben, die in Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse 400 des Magnetfelds zeigt. Zusätzlich wird eine nach unten gerichtete Geschwindigkeit des Weiteren auf das Material 121 aufgrund der Schwerkraft angewendet.
Das Material 121 wird mit der Ladungseinheit 31c in 1 geladen. Dementsprechend, wenn das Material 121 mit der Geschwindigkeit V an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 geliefert wird, wirkt eine Lorenzkraft F auf das Material 121 aufgrund eines Magnetfelds, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als die Mittelachse eingestellt ist. Die Lorenzkraft F wirkt auf das Material 121 als eine Zentripetalkraft, die der Mittelachse 400 des Magnetfelds zugewandt ist. Dementsprechend hat das Material 121 eine Zyklotron-Bewegung zum Herumwirbeln um die Mittelachse 400 des Magnetfelds in dem Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, während es sich zur Unterseite aufgrund der Schwerkraft bewegt.
Ein Bewegungsradius R, das heißt ein Abstand für das Material 121, welches aufgrund des Magnetfelds herumwirbelt, von der Mittelachse 400 des Magnetfelds, bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als die Mittelachse eingestellt ist, wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: R = m V/(e B) (1)
In Gleichung (1) bedeutet m eine Masse des Materials 121, e stellt eine Ladung des Materials 121 dar, und B stellt eine Magnetflussdichte dar, die auf das Material 121 wirkt. Während des Herumwirbelns wird ein Abstand zwischen dem Material 121 und der Mittelachse 400 des Magnetfelds als der Bewegungsradius R gezeigt.
Wie es in Gleichung 1 gezeigt ist, nimmt, wenn die Magnetflussdichte B ansteigt, der Bewegungsradius R des herumwirbelnden Materials 121 ab. Dementsprechend, wenn es hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 geht, wird der Bewegungsradius des Materials 121 kürzer. Das heißt, wie es in 3 gezeigt ist, wenn es hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 geht, wird der Wirbel Orbit des Materials 121 eine Spiralform, dessen Ende dünner wird. Wie es beschrieben ist, wirbelt das Material 121, das zu einer Position beabstandet von der Mittelachse 400 des Magnetfelds entladen wird, und wird hin zu einer Richtung der Mittelachse 400 des Magnetfelds konvergieren.
Ein Abstand zwischen dem Zuführanschluss 318 der Zuführeinheit 303 und der Mittelachse 400 des Magnetfelds ist Beispielsweise 2 mm. Zusätzlich ist der Bewegungsradius R des Materials 121 an dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 beispielsweise 0,2 mm. Wie es oben beschrieben wurde, wird das Material 121 hin zu der Richtung der Mittelachse 400 des Magnetfelds konvergiert.
Die Mittelachse 400 des Magnetfelds erstreckt sich von einer Innenseite zu einer Außenseite der ersten Öffnung 313. Dementsprechend wirbelt das Material in dem Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als die Mittelachse eingestellt ist, und wird von dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 ausgestoßen. Das ausgestoßene Material 121 fällt während es herumwirbelt und wird dem Ziel 110 zugeführt.
In der Richtung entlang der Z-Achse ist die auf das Material 121 wirkende Kraft hauptsächlich die Schwerkraft. Die Lorenzkraft F ermöglicht keine Kraft entlang der Richtung der Z-Achse (Magnetfeldrichtung), um auf das Material 121 einzuwirken. Dementsprechend fällt in der Richtung entlang der Z-Achse das Material 121 nur aufgrund der Schwerkraft. Darüber hinaus kann die Lorenzkraft F oder eine andere Kraft auf das Material 121 in Richtung entlang der Z-Achse einwirken.
Der erste Körper 301 der Düse 33 emittiert das Laserlicht 200 von der ersten Öffnung 313, das von der optischen Vorrichtung 15 emittiert wird. Das Laserlicht 200 durchläuft durch eine Innenseite der ersten Öffnung 313 in einer Art, dass es mit der Mittelachse 400 des Magnetfelds überlappt, und wird von dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu der Außenseite emittiert.
Da das Laserlicht 200 mit der Mittelachse 400 des Magnetfelds überlappt, wirbelt das Material 121 um das Laserlicht 200. Anders gesagt, erzeugt der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 auf einer Innenseite der ersten Öffnung 313 ein Magnetfeld, das es dem Material 121 ermöglicht, um das Laserlicht herum zu wirbeln, und in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist.
Die Steuervorrichtung 17 steuert die Lichtquelle 41 und den Galvanoscanner 55 so, dass das Laserlicht 200 auf der Oberfläche des Ziels 110 konvergiert wird. Zusätzlich wird das Material 121 hin zu der Mittelachse 400 des Magnetfelds konvergiert, während es herumwirbelt. Das Material 121 und das Laserlicht 200 bewegen sich in etwa zu dem gleichen Punkt auf der Oberfläche des Ziels 110.
Das Laserlicht 200 schmilzt das Material 121, das von der ersten Öffnung 313 ausgestoßen und das dem Ziel 110 zugeführt wird, während es herumwirbelt. Dementsprechend wird das Material 123, das geschmolzen wird, dem Ziel 110 zugeführt. Wenn das Material 123, das geschmolzen wird, zugeführt ist, oder die Oberfläche des Ziels 110 mit dem Laserlicht 200 bestrahlt wird, wird ein geschmolzener Pool bzw. eine Lache P auf dem Ziel 110 gebildet.
Wenn die Bewegungsvorrichtung 71 in 1 einen Abstand zwischen der Düse 33 und dem Ziel 110 ändert, ändert sich der Einstrahlungsbereich des Ziels 110 mit dem Laserlicht 200. Dementsprechend ändert sich die Größe des geschmolzenen Pools P. Auch wenn die Größe des geschmolzenen Pools P sich ändert, ist der Bewegungsradius R des herumwirbelnden Materials 121, wenn es das Ziel 110 erreicht, kleiner als der Radius des geschmolzenen Pools P. Dementsprechend wird das herumwirbelnde Material 121 dem geschmolzenen Pool P zugeführt.
Das Material 121 wirbelt um die Peripherie des Laserlichts 200. Zusätzlich kann das Material 121 mit dem Laserlicht 200 bestrahlt werden, bevor es das Ziel 110 erreicht. Dementsprechend wird das Material 121 durch das Laserlicht 200 vorläufig aufgeheizt. Das Material 121, das durch das Laserlicht 200 aufgeheizt ist, wird zu einem früheren Zeitpunkt aufgeweicht oder neigt dazu geschmolzen oder gesintert zu werden. Dementsprechend ist es für das Material 121 nicht wahrscheinlich, zu streuen (scatter), und es kann in dem geschmolzenen Pool P in einer zuverlässigeren Art zugeführt werden.
Eine Mehrzahl von Materialien 121 können geschmolzen und miteinander verbunden werden, bevor sie das Ziel 110 erreichen. In diesem Fall steigt die Masse M des geschmolzenen Materials 121, aber die Ladung e des Materials 121 steigt ebenfalls an. Dementsprechend wird der Bewegungsradius R des verbundenen Materials (fused material) 121 in etwa der gleiche, wie der Bewegungsradius R des Materials 121 vor dem Verbinden.
Wie es vorangehend beschrieben wurde, liefert die Düse 33 das Material 121 zu einem Formgebungsspot des Ziels 110, der einem entfernten Ende der Düse 33 gegenüberliegt, und bestrahlt den Formgebungsspot mit dem Laserlicht 200. Der Formgebungsspot auf dem Ziel 110 liegt auf einer Verlängerungslinie der Mittelachse der ersten Öffnung 313 und der Mittelachse 400 des Magnetfelds. Das Material 121 wirbelt in dem Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, herum und wird zu dem Formgebungsspot auf dem Ziel 110 gelenkt.
Der zweite Körper 304 ist durch eine zylindrische Form ausgebildet, die sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Der zweite Körper 304 überlappt den ersten Körper 301 und umgibt den ersten Körper 301. Darüber hinaus können der zweite Körper 304 und der erste Körper 301 einstückig ausgebildet sein.
Ein Ende des zweiten Körpers 304 ist geöffnet, um die Endfläche 311 des ersten Körpers 301 freizulegen. Der zweite Körper 304 enthält eine Endfläche 321, eine zweite Öffnung 322 und eine dritte Öffnung 323.
Die Endfläche 312 des zweiten Körpers 304 ist in einer Kreisform gebildet, die die Endfläche 311 des ersten Körpers 301 umgibt, der freiliegt. Die Endfläche 321 des zweiten Körpers 304 ist auf einer Unterseite der Endfläche 311 des ersten Körpers 301 angeordnet. Die Endfläche 321 des zweiten Körpers 304 ist in einer konischen Form ausgebildet, bei der der Durchmesser verringert wird, wie ... hin zu der Endfläche 311 des ersten Körpers 301 geht.
Die zweite Öffnung 322 ist ein Kreisloch, das zu der Endfläche 321 des zweiten Körpers 304 geöffnet ist, und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Die zweite Öffnung 322 ist mit der Endladevorrichtung 32 über das Endladerohr 35 verbunden. Die Endladevorrichtung 32 saugt ein Pulver eines Materials 121 und Rauch und Sprühnebel (fume) von der zweiten Öffnung 322 an.
Die dritte Öffnung 323 ist ein Kreisloch, das zu der Endfläche 321 des zweiten Körpers 304 geöffnet ist und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Die dritte Öffnung 323 umgibt die zweite Öffnung 322. Die dritte Öffnung 323 ist mit der Zuführvorrichtung 31A über das Zuführrohr 34A verbunden. Die Zuführvorrichtung 31A liefert ein Abschirmgas von der dritten Öffnung 323. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem eine Hauptkammer 21 evakuiert ist, der zweite Körper 304 die dritte Öffnung 323 auch nicht enthalten.
Bei dem Additivherstellungsgerät 1 entsprechend der ersten Ausführungsform erzeugt der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 das Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 des ersten Körpers 301. Das Material 121 wird von dem Ende 313A der ersten Öffnung 313 ausgestoßen, während es in dem Magnetfeld in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als die Mittelachse eingestellt ist, herumwirbelt. Dementsprechend wird das Material 121 daran gehindert, aus einem umkreisenden Orbit heraus zu gelangen, der aufgrund des Magnetfelds auftritt, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist. Dementsprechend wird beispielsweise die Diffusion des ausgestoßenen Materials 121, das von der ersten Öffnung 313 ausgestoßen wird, in einer Richtung abweichend von dem geschmolzenen Pool P unterdrückt. Zusätzlich ist ein Trägergas, das es dem Material 121 ermöglicht, sich hin zu dem Ziel 110 zu bewegen, nicht notwendig. Dementsprechend wird ein Streuen (scattering) des Materials 121 aufgrund des Trägergases, das sich in der Nähe der ersten Öffnung 313 aufgrund einer Differenz in einem Atmosphärendruck zwischen einer Innenseite und einer Außenseite der ersten Öffnung 313 auf spreizt, oder ein Abprallen des Materials 121, auf das eine Bewegungsenergie durch das Trägergas angewendet wird, von dem Ziel 110 unterdrückt. Dementsprechend wird das Material 121 zu dem Ziel 110 in einer genaueren Art zugeliefert, und eine Herstellungsgenauigkeit des additiv herzustellenden Objekts 100 wird verbessert.
Zusätzlich, wirbelt auch beim Erreichen des Ziels 110 das Material 121 in dem Magnetfeld herum, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist. Dementsprechend bewegt sich, auch wenn ein Abprallen vom Ziel 110 auftritt, das Material 121 zu einer Seite anstatt nach oben. Dementsprechend wird ein Rückprallen des Materials 121 zu der ersten Öffnung 313 unterdrückt. Zusätzlich wird das abprallende Material 121 effektiv durch die zweite Öffnung 322 entladen, die die erste Öffnung 313 umgibt.
Die Zuführeinheit 303 wendet die Geschwindigkeit V in Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse. die die Mittelachse 400 des Magnetfelds ist, auf das Material 121 an und führt das Material 121 zu einer Innenseite der ersten Öffnung 313. Dementsprechend kann das Material 121 in dem Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, in einer zuverlässigeren Art herumwirbeln, und das Material wird dem Ziel 110 in einer genaueren Art zugeführt.
Das Magnetfeld, das durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt 302 erzeugt wird und in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, nimmt hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu, von der das Material 121 ausgestoßen wird. Der Bewegungsradius R des herumwirbelnden Materials 121 ist umgekehrt proportional zu der Magnetflussdichte B, und somit wird der Bewegungsradius R kürzer, wenn es hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 geht. Dementsprechend wirbelt das Material 121 herum, um näher an der Mittelachse 400 des Magnetfelds zu sein, wenn es hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 geht. Im Ergebnis wird das Material 121 dem Ziel 110 in einer genaueren Art zugeführt.
Die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Spule 315 des Magnetfeld-erzeugenden Abschnitts 302 nimmt hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu. Dementsprechend nimmt das Magnetfeld, das durch die Spule 315 erzeugt wird und bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu, und das Material 121 wird zu dem Ziel 110 in einer genaueren Art zugeführt.
Der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 erzeugt auf einer Innenseite der ersten Öffnung 313 das Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist und das es dem Material 121 ermöglicht, um die Umgebung des Laserlichts 200 herumzuwirbeln. Das heißt, das Laserlicht 200 durchläuft durch eine Innenseite des herumwirbelnden Materials 121. Dementsprechend ist es beispielsweise nicht notwendig, einen Teil, durch den das Laserlicht 200 durchläuft, und einen Teil, durch den das Material 121 durchläuft, mit einer Wand abzublocken, und somit ist es möglich, die Düse 313 zu miniaturisieren. Zusätzlich ist es möglich, das Additivherstellungsgerät zu miniaturisieren. Zusätzlich wird das Material 121 durch das Laserlicht 200 vorübergehend bzw. im Voraus aufgeheizt, und somit ist es wahrscheinlich, dass das Material 121 aufgeweicht ist oder das Material 121 dazu neigt, geschmolzen oder gesintert zu werden. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass das Material 121 am Ziel 110 anhaftet und somit ein Abprallen des Materials 121 von dem Ziel weiter unterdrückt wird.
Die Ladungseinheit 31c lädt das Material 121 auf, das zu einer Innenseite der ersten Öffnung 313 zugeführt wird. Dementsprechend kann das Material 121 in dem Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, in einer zuverlässigeren Art herumwirbeln, und es ist möglich, einen Wirbelorbit des Materials 121, das in dem Magnetfeld herumwirbelt, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, zu steuern.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 beschrienen. Darüber hinaus wird in der folgenden Beschreibung der Mehrzahl von Ausführungsformen dasselbe Bezugszeichen für gleiche Elemente der gleichen Funktion verwendet, wie eines solchen Bestandteils, das bereits beschrieben wurde, und dessen Beschreibung wird hier weggelassen. Zusätzlich sind die Mehrzahl von Bauelementen, die mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, nicht darauf beschränkt, die gleichen Funktionen und Eigenschaften zu haben, die üblich sind, und sie können andere Funktionen und Eigenschaften habe, die unterschiedlich in Bezug auf die jeweilige Ausführungsformen sind.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düse 33, eine optische Vorrichtung 15 und ein Ziel 110 entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt. Wie es in 5 gezeigt ist, enthält ein Magnetfeld-erzeugender Abschnitt 302 der zweiten Ausführungsform eine erste Spule 331 und eine zweite Spule 332. Die erste Spule 331 und die zweite Spule 332 sind ein Beispiel einer Mehrzahl von Spulen, die einander überlappen.
Die erste Spule 331 ist eine Zylinderspule (solenoid coil), die um die äußere Randfläche 312 des ersten Körpers 301 gewickelt ist und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Darüber hinaus kann die erste Spule 331 an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 angeordnet sein. Die Mittelachse der ersten Spule 331 ist im Wesentlichen die gleich wie die Mittelachse der ersten Öffnung 313. Die Anzahl der Wicklungen pro Länge der ersten Spule 331 ist im Wesentlichen konstant. Die Anzahl der Wicklungen pro Länge der ersten Spule 331 kann hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zunehmen.
Die zweite Spule 332 ist eine Zylinderspule, die um den Außenrand der ersten Spule 331 gewickelt ist und sich in einer Richtung entlang der Z-Achse erstreckt. Anders gesagt, die zweite Spule 332 überlappt mit der ersten Spule 331 an einer Außenseite. Darüber hinaus kann die zweite Spule 332 an einer Innenseite der ersten Spule 331 überlappen.
Die Mittelachse der zweiten Spule 332 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Mittelachse der ersten Öffnung 313. Eine Anzahl von Wicklungen pro Länge der zweiten Spule 332 ist im Wesentlichen konstant. Darüber hinaus kann die Anzahl der Wicklungen pro Länge der zweiten Spule 332 hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zunehmen. Zusätzlich kann die Anzahl der Wicklung pro Länge der ersten Spule und die Anzahl der Wicklung pro Länge der zweiten Spule 332 zueinander gleich sein, oder sie können voneinander abweichen.
Die Länge der zweiten Spule 332 in Richtung entlang der Z-Achse ist kürzer als die Länge der ersten Spule 331. Dementsprechend überlappt die zweite Spule 332 die erste Spule 331 teilweise. Genauer gesagt, überlappt die zweite Spule 332 mit der ersten Spule 331 in der Nähe des Endes 313a der ersten Öffnung 313. Das heißt, in der Nähe des Endes 313a der ersten Öffnung 313 sind die erste Spule 331 und die zweite Spule 332 um den ersten Körper 301 gewickelt. Andererseits ist in der Nähe der Zuführeinheit 303 nur die erste Spule 331 um den ersten Körper 301 gewickelt. Wie es vorangehend beschrieben wurde, nimmt die Anzahl der überlappenden Spulen (die erste Spule 331 und die zweite Spule 332) hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu.
Die erste Spule 331 und die zweite Spule 332 erzeugen an einer Innenseite der ersten Öffnung 313 ein Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist. Die Intensität des Magnetfelds, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, ist in der Nähe des Endes 313a der ersten Öffnung 313, die mit der ersten Spule 331 und der zweiten Spule 332 umwickelt sind, größer bzw. stärker als die Intensität des Magnetfelds, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, in der Nähe der Zuführeinheit 303, wo nur die erste Spule 331 gewickelt ist. Wie es vorangehend beschrieben wurde, nimmt die Intensität des Magnetfelds, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 hin zu.
Das Material 121 wird auch hin zu der Mittelachse 400 des Magnetfelds konvergiert, während es aufgrund des Magnetfelds, das durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt 302 der zweiten Ausführungsform erzeugt wird, herumgewirbelt wird, und bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist. Darüber hinaus kann die Anzahl der Spulen des Magnetfeld-erzeugenden Abschnitts 302 drei oder größer sein.
Bei dem Additivherstellungsgerät 1 der zweiten Ausführungsform ist die Anzahl der überlappenden Spulen (der ersten Spule 331 und der zweiten Spule 332) hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 erhöht. Dementsprechend nimmt das Magnetfeld, das durch die erste Spule 331 und die zweite Spule 332 erzeugt wird und bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zu, und somit wird das Material 121 dem Ziel 110 in einer genaueren Art zugeführt.
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Düse 33, eine optische Vorrichtung 15 und ein Ziel 110 entsprechend der dritten Ausführungsform zeigt. Wie es in 6 gezeigt ist, wird das Laserlicht 200 bei der dritten Ausführungsform zu dem Ziel 110 von einer Außenseite der Düse 33 emittiert.
Der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 erzeugt ein Magnetfeld, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, an einer Innenseite der ersten Öffnung 313, beispielsweise durch eine Zylinderspule. Die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Zylinderspule ist im Wesentlichen konstant. Dementsprechend wird die Intensität des Magnetfelds, das durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt 302 erzeugt wird, und bei dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, im Wesentlichen konstant sein. Des Weiteren kann die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Zylinderspule hin zu dem Ende 313a der ersten Öffnung 313 zunehmen.
In einem Fall, in dem der Bewegungsradius R des Materials 121, das aufgrund des Magnetfelds, in dem die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist, herumwirbelt, kürzer als ein Abstand zwischen dem Zuführanschluss 318 der Zuführeinheit 303 und der Mittelachse 400 des Magnetfelds ist, wird das Material 121 hin zu der Mittelachse 400 des Magnetfelds konvergiert, während es herumwirbelt. Wenn der Abstand des Materials 121 in Bezug auf die Mittelachse 400 des Magnetfelds den Bewegungsradius R erreicht, wirbelt das Material 121 herum, während es den Bewegungsradius R beibehält, und wird dem Ziel 110 zugeführt.
Darüber hinaus kann der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 der dritten Ausführungsform die Spule 315 der ersten Ausführungsform oder die erste Spule 331 und die zweite Spule 332 der zweiten Ausführungsform enthalten. Im Gegensatz ist die Anzahl der Wicklungen pro Länge der Spule 315 der ersten Ausführungsform im Wesentlichen konstant, wie in dem Fall mit der dritten Ausführungsform.
Bei dem Additivherstellungsgerät 1 der dritten Ausführungsform wird das Laserlicht 200 zu dem Ziel 110 von der Außenseite der Düse 33 emittiert. Dementsprechend kann der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt 302 ein Magnetfeld-erzeugen, in dem der Bewegungsradius R des herumwirbelnden Materials 121 von Beginn an hinreichend klein ist, und wobei die Mittelachse 400 des Magnetfelds als Mittelachse eingestellt ist. Dementsprechend wir die Düse 33 miniaturisiert.
Entsprechend zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugt der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt das Magnetfeld an einer Innenseite der Öffnung des Körpers. Ein Pulver, das an einer Innenseite des Magnetfelds herumwirbelt, wird von der Öffnung ausgestoßen. Dementsprechend wird das Pulver dem Ziel in einer genaueren Art zugeführt.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt, und sind nicht zur Begrenzung des Umfangs der Erfindung gedacht. Tatsächlich können die hier beschriebenen, neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl anderer Formen ausgestaltet sein, darüber hinaus können verschiedenen Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Geist der Erfindungen abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente sind beabsichtigt, um solche Formen oder Modifikationen abzudecken, die in den Rahmen und den Geist der Erfindung fallen.

Claims

Düse mit: einem Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt, der ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen; einem Körper, der ausgestaltet ist, so dass das Magnetfeld auf einer Innenseite durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt erzeugt wird, und mit einer Öffnung, die so ausgestaltet ist, dass ein in dem Magnetfeld herumwirbelndes Pulver aus dieser ausgestoßen wird.
Düse nach Anspruch 1, des Weiteren mit: einer Zuführeinheit, die ausgestaltet ist, um dem Pulver eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse des Magnetfelds zu geben, und um das Pulver zu einer Innenseite der Öffnung zuzuführen.
Düse nach Anspruch 2, bei der der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt ausgestaltet ist, um das Magnetfeld zu erzeugen, das hin zu einem Ende der Öffnung zunimmt, aus der das Pulver ausgestoßen wird.
Düse nach Anspruch 3, bei der der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt eine Mehrzahl von Spulen enthält, die einander überlappen, und wobei die Anzahl der überlappenden Spulen hin zu dem Ende der Öffnung zunimmt.
Düse nach Anspruch 3, bei der der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt eine Spule enthält, bei der die Anzahl von Windungen pro Länge hin zu dem Ende der Öffnung zunimmt.
Düse nach Anspruch 1, bei der der Körper ausgestaltet ist, um einen Energiestrahl von der Öffnung zu emittieren, und wobei der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt ausgestaltet ist, um das Magnetfeld so zu erzeugen, dass das Pulver um den Rand des Energiestrahls wirbelt.
Additivherstellungsgerät mit: einer Düse mit einem Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt, der ausgestaltet ist, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, und einem Körper, der ausgestaltet ist, so dass das Magnetfeld an einer Innenseite durch den Magnetfeld-erzeugenden Abschnitt erzeugt wird, und der eine Öffnung umfasst, die ausgestaltet ist, so dass ein Pulver, das in dem Magnetfeld herumwirbelt, aus dieser ausgestoßen wird; und einer optischen Vorrichtung, die ausgestaltet ist, um das Pulver zu schmelzen oder zu sintern.
Additivherstellungsgerät nach Anspruch 7, des Weiteren mit: einer Ladungseinheit, die ausgestaltet ist, um das Pulver zu laden, dass der Innenseite der Öffnung zuzuführen ist.
Additivherstellungsgerät nach Anspruch 7, wobei der Körper ausgestaltet ist, um einen Energiestrahl von der Öffnung zu emittieren, wobei der Energiestrahl durch die optische Vorrichtung erzeugt wird, und wobei der Magnetfeld-erzeugende Abschnitt ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, bei dem das Pulver um den Rand des Energiestrahls wirbelt.