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BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG
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Fertigungskopf und Fertigungsmaschine für die additive Fertigung
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fertigungsköpfe und Fertigungsmaschinen für die additive Fertigung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Ein Verfahren zur Fertigung eines Gegenstandes mittels herkömmlicher additiver Fertigungsverfahren wird beispielsweise in der
Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-190038 offenbart, welche ein Laser-Nettogestaltfertigungsverfahren ('Laser Net Shape Manufacturing'-Verfahren oder LNSM-Verfahren) zum Herstellen und Reparieren eines Gegenstands wie beispielsweise einer integrierten Schaufel-Scheibe-Struktur ('Blade-integrated disk' oder Blisk), einer Kompressorschaufel, einer Turbinenschaufel und eines Kompressorbauteils offenbart (Patentdokument 1). Das LNSM-Verfahren verwendet einen Laser und ein Laserauftragschweißverfahren mit adaptivem Werkzeugführungsweg, um durch präzises Aufplattieren dünner Schichten von Metallpulver auf einen Grundwerkstoff eine dreidimensionale Werkstückgeometrie zu schaffen.
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LISTE DER ZITIERTEN DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENT
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- PTD 1: Japanische Patent-Offenlegung Nr. 2008-190038
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Bei der additiven Fertigung handelt es sich um einen Prozess des Schaffens einer dreidimensionalen Gestalt durch Auftragen von Werkstoffen auf ein Werkstück. Die Masse des Werkstücks hat sich nach dem additiven Fertigungsvorgang vergrößert. Bei einem Prozess für ein Werkstück, der ein solches additives Fertigungsverfahren verwendet, werden das Werkstück und ein Kopf für die additive Fertigung oder Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt und wird unterdessen Werkstoffpulver abgegeben und ein Energiestrahl, wie etwa ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, von dem Additivfertigungskopf aus zu dem Werkstück hin emittiert. Dabei weisen die Richtung, in welcher das Werkstück und der Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt werden, und die Richtung, in welcher das Werkstoffpulver zu dem Werkstück hin abgegeben wird, eine optimale Winkelbeziehung zwischeneinander auf, welche einen hohen Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf dem Werkstück bereitstellt.
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Die Richtung, in welcher das Werkstück und der Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt werden, verändert sich, während der Prozess voranschreitet. Um die optimale Winkelbeziehung zwischen der Richtung, in welcher das Werkstück und der Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher das Werkstoffpulver zu dem Werkstück hin abgegeben wird, beizubehalten, ist es notwendig, eine Düse, die das Werkstoffpulver um den Energiestrahl herum abgibt, umlaufend zu bewegen. Im Fall eines Additivfertigungskopfes, dessen Düse endlos um einen Energiestrahl herum rotiert, ist es jedoch schwierig, auf einfache Weise einen Mechanismus zu konfigurieren, welcher der Düse Werkstoffpulver zuführt.
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Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, das oben erwähnte Problem zu lösen und einen Additivfertigungskopf, bei welchem ein einfach ausgelegter Mechanismus implementiert ist, um Werkstoffpulver einer endlos rotierenden Düse zuzuführen, sowie eine Fertigungsmaschine, die einen solchen Additivfertigungskopf einschließt, bereitzustellen.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Ein Additivfertigungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist dafür ausgelegt, relativ zu einem Werkstück beweglich zu sein, während er Werkstoffpulver zu dem Werkstück hin abgibt und einen Energiestrahl zu diesem hin emittiert. Der Additivfertigungskopf schließt ein: eine Düse, die dafür ausgelegt ist, das Werkstoffpulver abzugeben; ein Drehelement, das mit der Düse verbunden ist und einen ersten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem Drehelement ausgebildet ist, um das Werkstoffpulver zu der Düse zu leiten, und das dafür ausgelegt ist, sich zu drehen, um zu bewirken, dass sich die Düse in einer Umfangsrichtung um den zu dem Werkstück hin emittierten Energiestrahl herum bewegt; und ein feststehendes Element, das einen zweiten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem feststehenden Element ausgebildet ist und in welchen das Werkstoffpulver eingebracht wird, wobei das feststehende Element in Richtung einer Drehachse des Drehelements direkt neben dem Drehelement angeordnet ist. Ein dritter Werkstoffpulverdurchgang, welcher mit dem ersten Werkstoffpulverdurchgang und dem zweiten Werkstoffpulverdurchgang kommuniziert und sich ringförmig um die Drehachse des Drehelements herum erstreckt, ist zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement ausgebildet.
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Eine Fertigungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist imstande, an einem Werkstück Prozesse der subtraktiven Fertigung und der additiven Fertigung auszuführen. Die Fertigungsmaschine schließt ein: den oben beschriebenen Additivfertigungskopf; einen Werkstückhalter, der dafür ausgelegt ist, ein Werkstück zu halten; und einen Werkzeughalter, der dafür ausgelegt ist, ein Werkzeug zu halten, das zur Durchführung einer subtraktiven Fertigung für das Werkstück verwendet wird.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Additivfertigungskopf, welcher einen einfach ausgelegten Mechanismus aufweist, um Werkstoffpulver einer endlos rotierenden Düse zuzuführen, sowie eine Fertigungsmaschine, die einen solchen Additivfertigungskopf einschließt, bereitgestellt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Perspektivansicht, welche eine Fertigungsmaschine mit einem Additivfertigungskopf gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Perspektivansicht, welche eine interne Struktur des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt.
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3 ist eine andere Perspektivansicht, welche den inneren Aufbau des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt.
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4 ist ein Diagramm, welches schematisch ein optisches System für den Additivfertigungskopf in 1 zeigt.
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5 ist eine Perspektivansicht, welche ein vorderes Ende des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt.
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6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Oberfläche eines Werkstücks während der additiven Fertigung.
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7 ist eine Perspektivansicht, welche ein Beispiel für einen an einem Werkstück ausgeführten, additiven Fertigungsvorgang zeigt.
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8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Richtung, in welcher ein Werkstück und ein Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher Werkstoffpulver für den additiven Fertigungsvorgang gemäß 7 abgegeben wird, zeigt.
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9 ist eine Perspektivansicht, welche einen Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu einer Düse eines Additivfertigungskopfes zeigt.
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10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine interne Struktur des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver in 9 zeigt.
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11 ist eine schematische Darstellung, welche die Werkstoffpulverdurchgänge bei einem feststehenden Element und einem Drehelement in 9 und 10 zweidimensional zeigt.
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12 zeigt Varianten eines Werkstoffpulverstroms durch Werkstoffpulverdurchgänge in 11.
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13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines durch eine Zweipunkt-Strichlinie XIII in 11 umschlossenen Bereichs.
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14 ist eine Perspektivansicht, welche eine erste Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt.
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15 ist eine Perspektivansicht, welche ein Drehelement des Additivfertigungskopfes in 14 zeigt.
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16 ist eine schematische Darstellung, welche die Werkstoffpulverdurchgänge bei dem feststehenden Element und dem Drehelement in 14 zweidimensional zeigt.
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17 ist eine schematische Darstellung, welche eine zweite Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt.
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18 ist eine schematische Darstellung, welche eine dritte Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen, auf welche weiter unten Bezug genommen wird, werden gleiche oder entsprechende Elemente durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Perspektivansicht, welche eine Fertigungsmaschine mit einem Additivfertigungskopf gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 sind Details in einem Bearbeitungsbereich der Fertigungsmaschine gezeigt.
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In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, handelt es sich bei der Fertigungsmaschine 100 um eine AM/SM-Hybridfertigungsmaschine, die imstande ist, Prozesse einer additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) für ein Werkstück und einer subtraktiven Fertigung (Subtractive Manufacturing, SM) für ein Werkstück auszuführen. Die Fertigungsmaschine 100 weist als Funktionen der subtraktiven Fertigung (SM) eine Dreh- bzw. Drechselfunktion, welche mittels eines feststehenden Werkzeugs ausgeführt wird, und eine Fräsfunktion, welche mittels eines Drehwerkzeugs ausgeführt wird, auf.
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Es wird nun der Gesamtaufbau der Fertigungsmaschine 100 beschrieben. Die Fertigungsmaschine 100 umfasst einen ersten Spindelstock 111, einen zweiten Spindelstock (nicht gezeigt), eine Werkzeugspindel 121 und eine untere Werkzeugablage (nicht gezeigt). Der erste Spindelstock 111, der zweite Spindelstock, die Werkzeugspindel 121 und die untere Werkzeugablage sind in einem Bearbeitungsbereich 200 vorgesehen, der von einem Spritzschutz 206 umgeben ist.
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Der erste Spindelstock 111 hat eine Spindel 112 zum Drehen eines Werkstücks in einem Dreh- bzw. Drechselprozess, der mittels eines feststehenden Werkzeugs ausgeführt wird. Die Spindel 112 ist drehbar um eine Mittelachse 201 herum vorgesehen, welche sich parallel zu einer z-Achse erstreckt, die sich horizontal erstreckt. Die Spindel 112 ist mit einem Spannfuttermechanismus zum lösbaren Halten eines Werkstücks versehen. Der zweite Spindelstock (nicht gezeigt) ist ähnlich aufgebaut wie der erste Spindelstock 111 und ist dem ersten Spindelstock 111 in der Richtung der z-Achse zugewandt angeordnet.
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Die Werkzeugspindel (obere Werkzeugablage) 121 bewirkt, dass sich ein Drehwerkzeug in einem Fräsprozess dreht, das mittels des Drehwerkzeugs durchgeführt wird. Die Werkzeugspindel 121 ist drehbar um eine Mittelachse 203 herum vorgesehen, die sich parallel zu der sich vertikal erstreckenden x-Achse erstreckt. Die Werkzeugspindel 121 ist mit einem Klemmmechanismus zum lösbaren Halten des Drehwerkzeugs versehen.
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Die Werkzeugspindel 121 wird oberhalb eines Betts durch eine Säule oder dergleichen (nicht gezeigt) gestützt. Die Werkzeugspindel 121 ist so konfiguriert, dass sie durch verschiedene Zuführmechanismen bzw. Führungsmechanismen bzw. einen Servomotor und dergleichen, die auf der Säule oder dergleichen vorgesehen sind, in der x-Achsenrichtung, einer y-Achsenrichtung, die sich horizontal und orthogonal zu der z-Achsenrichtung erstreckt, und in der z-Achsenrichtung beweglich sind. Die Position der Bearbeitung durch das Drehwerkzeug, das an der Werkzeugspindel 121 angebracht ist, verlagert sich dreidimensional, während sich die Werkzeugspindel 121 in der x-Achsenrichtung, der y-Achsenrichtung und der z-Achsenrichtung bewegt. Weiter ist die Werkzeugspindel 121 so konfiguriert, dass sie um eine Mittelachse 204 verschwenkt werden kann, die sich parallel zu der y-Achse erstreckt.
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An der unteren Werkzeugablage (nicht gezeigt) ist eine Mehrzahl von feststehenden Werkzeugen zum Drehen bzw. Drechseln angebracht. Die untere Werkzeugablage weist eine sogenannte Revolverform auf und eine Mehrzahl feststehender Werkzeuge ist radial an der unteren Werkzeugablage angebracht, um eine Schwenkindexierung durchzuführen. Die untere Werkzeugablage wird oberhalb des Betts durch einen Sattel oder dergleichen (nicht gezeigt) gestützt. Die untere Werkzeugablage ist dafür vorgesehen, dass sie in der x-Achsenrichtung und in der y-Achsenrichtung durch verschiedene Zuführmechanismen bzw. Führungsmechanismen bzw. einen Servomotor und dergleichen, die auf dem Sattel oder dergleichen vorgesehen sind, beweglich ist.
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Die Fertigungsmaschine 100 schließt einen Fertigungskopf für die additive Fertigung oder Additivfertigungskopf 21 ein. Der Additivfertigungskopf 21 führt eine additive Fertigung durch, indem er Werkstoffpulver zu einem Werkstück hin abgibt und einen Energiestrahl zu dem Werkstück hin emittiert (gerichteter Energieeintrag). Als typische Beispiele für den Energiestrahl sind ein Laserstrahl und ein Elektronenstrahl zu nennen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Laserstrahl für die additive Fertigung verwendet.
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Der Additivfertigungskopf 21 ist lösbar an der Werkzeugspindel 121 montiert. Zur Durchführung einer additiven Fertigung wird der Additivfertigungskopf 21 an der Werkzeugspindel 121 angebracht. Während sich die Werkzeugspindel 121 in der x-Achsenrichtung, der y-Achsenrichtung und der z-Achsenrichtung bewegt, wird die Position, an welcher die additive Fertigung durch den Additivfertigungskopf 21 durchgeführt wird, dreidimensional verlagert. Des Weiteren lässt sich die Werkzeugspindel 121 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine Mittelachse 204 herum verschwenken, um die Richtung der mittels des Additivfertigungskopfs 21 durchgeführten additiven Fertigung (die Richtung, in welcher der Laserstrahl auf das Werkstück auftrifft) zu verändern. Zur Durchführung einer additiven Fertigung wird der Additivfertigungskopf 21 von der Werkzeugspindel 121 abgenommen.
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Ein Mechanismus zum Bewegen des Additivfertigungskopfs 21 innerhalb des Bearbeitungsbereichs 200 kann getrennt von der Werkzeugspindel 121 vorgesehen sein.
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Der Additivfertigungskopf 21 umfasst einen Kopfkörper (Grundkörper) 22, ein Laserwerkzeug (Energiestrahl-Emissionsteil) 26 und eine Kabelverbindung 23.
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Ein Laserstrahl und Werkstoffpulver werden in den Kopfkörper 22 eingebracht. Der Kopfkörper 22 des Additivfertigungskopfs 21 ist lösbar an der Werkzeugspindel 121 montiert. Das Laserwerkzeug 26 ist dafür ausgelegt, den Laserstrahl zu einem Werkzeug hin zu emittieren und einen Laserstrahlbestrahlungsbereich auf dem Werkstück zu definieren.
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Die vorliegende Ausführungsform ist zwar in Verbindung mit dem Fall beschrieben, in welchem das Mittel zum Definieren eines Laserstrahlbestrahlungsbereichs auf einem Werkstück an einem Laserwerkzeug 26 vorgesehen ist, die Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine solche Auslegung beschränkt und das Mittel zum Definieren eines Laserstrahlbestrahlungsbereichs kann zur Gänze oder zum Teil oder auch an dem Kopfkörper 22 und/oder an der Kabelverbindung 23 vorgesehen sein.
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Die Leitungsstrangverbindung 23 ist als Verbindung zum Verbinden eines Leitungsstrangs 24 mit dem Kopfkörper 22 vorgesehen. Der Leitungsstrang 24 schließt eine Glasfaser zum Leiten eines Laserstrahls von einem außerhalb des Bearbeitungsbereichs angeordneten Laseroszillator (nicht gezeigt) zu dem Additivfertigungskopf 21, einen Schlauch zum Leiten von Werkstoffpulver von einer außerhalb des Bearbeitungsbereichs angeordneten Werkstoffpulverzuführeinrichtung (nicht gezeigt) zu dem Additivfertigungskopf 21 und ein Rohrelement, in welchem die Glasfaser und der Schlauch untergebracht sind, ein.
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Die Fertigungsmaschine mit dem Additivfertigungskopf 21 ist nicht auf die weiter oben erwähnte AM/SM-Hybridfertigungsmaschine beschränkt. Beispielsweise kann es sich bei der Fertigungsmaschine mit dem Additivfertigungskopf 21 um eine AM/SM-Hybridfertigungsmaschine, die mit einer Drehbank als Basiskomponente ausgelegt ist, oder um eine AM/SM-Hybridfertigungsmaschine, die mit einem Bearbeitungszentrum als Basiskomponente ausgelegt ist, handeln. Wenn die AM/SM-Hybridfertigungsmaschine mit dem Bearbeitungszentrum als Basiskomponente ausgelegt ist, kann als Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks ein Tisch verwendet werden. Bei der Fertigungsmaschine mit dem Additivfertigungskopf 21 kann es sich um eine Fertigungsmaschine handeln, mit welcher ausschließlich eine additive Fertigung möglich ist.
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Im Folgenden wird der Aufbau des Additivfertigungskopfes in 1 eingehender beschrieben. 2 ist eine Perspektivansicht, welche einen inneren Aufbau des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt. 3 ist eine andere Perspektivansicht, welche den inneren Aufbau des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt. In den Zeichnungen ist der Zustand gezeigt, in welchem das Laserwerkzeug 26 von dem Kopfkörper 22 getrennt ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird zunächst ein Kopplungsmechanismus für den Kopfkörper 22 und das Laserwerkzeug 26 beschrieben. Der Kopfkörper 22 und das Laserwerkzeug 26 schließen jeweils ein Kopplungsteil 51 und ein Kopplungsteil 52 ein. Das Kopplungsteil 51 und das Kopplungsteil 52 enthalten jeweils einen Klemmmechanismus. Wenn das Laserwerkzeug 26 an den Kopfkörper 22 anzubringen ist, dienen die Klemmmechanismen dazu, das Kopplungsteil 51 und das Kopplungsteil 52 miteinander zu verbinden. Als Beispiel für den Klemmmechanismus ist etwa ein Mechanismus zu nennen, bei welchem eine Federkraft zum Einsatz kommt, um einen geklemmten Zustand zu erreichen, und ein Hydraulikdruck zum Einsatz kommt, um einen ungeklemmten Zustand zu erreichen.
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Als Nächstes wird ein in dem Additivfertigungskopf 21 vorgesehener Mechanismus zum Aufbringen eines Laserstrahls auf ein Werkstück beschrieben. Der Kopfkörper 22 schließt eine Glasfaser 41, ein Laserstrahleinlassrohr 42, ein Laserstrahldurchgangsgehäuse 43, ein Laserstrahldurchgangsrohr 44 und ein Laserstrahldurchgangsgehäuse 45 ein.
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Ein Laserstrahl wird von dem Leitungsstrang 24 in 1 zu der Glasfaser 41 geleitet. Die Glasfaser 41 ist mit dem Laserstrahleinlassrohr 42 verbunden. Das Laserstrahleinlassrohr 42, das Laserstrahldurchgangsgehäuse 43, das Laserstrahldurchgangsrohr 44 und das Laserstrahldurchgangsgehäuse 45 sind hintereinander in der genannten Reihenfolge angeordnet. Das Laserstrahleinlassrohr 42, das Laserstrahldurchgangsgehäuse 43, das Laserstrahldurchgangsrohr 44 und das Laserstrahldurchgangsgehäuse 45 bilden einen Durchgang für einen Laserstrahl in dem Kopfkörper 22.
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Das Laserwerkzeug 26 schließt ein Laserstrahldurchgangsgehäuse 48 und ein Laserstrahlemissionsgehäuse 49 ein. Das Laserstrahldurchgangsgehäuse 48 und das Laserstrahlemissionsgehäuse 49 sind hintereinander angeordnet. Das Laserstrahldurchgangsgehäuse 48 und das Laserstrahlemissionsgehäuse 49 bilden einen Durchgang für einen Laserstrahl in dem Laserwerkzeug 26.
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Der Kopfkörper 22 und das Laserwerkzeug 26 schließen jeweils ein Verbindungsteil 46 und ein Verbindungsteil 47 ein. Wenn das Laserwerkzeug 26 an den Kopfkörper 22 anzubringen ist, wird das Verbindungsteil 47 mit dem Verbindungsteil 46 verbunden, um dadurch eine Verbindung zwischen dem Kopfkörper 22 und dem Laserwerkzeug 26 für den Durchgang eines Laserstrahls zu erlauben.
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4 ist ein Diagramm, welches schematisch ein optisches System für den Additivfertigungskopf in 1 zeigt. In 2 bis 4, auf welche nun Bezug genommen wird, schließt der Kopfkörper 22 eine Kollimationslinse 61, einen Reflexionsspiegel 62, einen Reflexionsspiegel 63 und ein Schutzglas 64 ein.
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Die Kollimationslinse 61 ist in dem Laserstrahleinlassrohr 42 untergebracht. Die Kollimationslinse 61 kollimiert einen von der Glasfaser 41 kommend eintretenden Laserstrahl zu parallelem Licht und richtet das Licht zu dem Reflexionsspiegel 62 und zu dem Reflexionsspiegel 63. Der Reflexionsspiegel 62 und der Reflexionsspiegel 63 sind jeweils in dem Laserstrahldurchgangsgehäuse 43 bzw. in dem Laserstrahlemissionsgehäuse 45 untergebracht. Der Reflexionsspiegel 62 und der Reflexionsspiegel 63 reflektieren den von der Kollimationslinse 61 kommenden Laserstrahl und leiten den Laserstrahl zu dem Laserwerkzeug 26.
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Das Schutzglas 64 ist in dem Verbindungsteil 46 angeordnet. Das Schutzglas 64 ist dafür vorgesehen, die in dem Kopfkörper 22 enthaltenen optischen Elemente gegen die Außenumgebung zu schützen.
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Das Laserwerkzeug 26 schließt ein Schutzglas 65, eine Kondensorlinse 66 und ein Schutzglas 67 ein. Die Kondensorlinse 66 ist in dem Laserstrahldurchgangsgehäuse 48 untergebracht. Bei der Kondensorlinse 66 handelt es sich um eine Linse mit welcher der Laserstrahl auf ein Werkstück konzentriert wird und die als ein optisches Element vorgesehen ist, welches einen Laserstrahlbestrahlungsbereich auf dem Werkstück definiert. Das optische Element, welches einen Laserstrahlbestrahlungsbereich auf einem Werkstück definiert, ist nicht auf eine Kondensorlinse 66 beschränkt und kann beispielsweise auch ein Spiegel sein.
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Das Schutzglas 65 und das Schutzglas 67 sind jeweils in dem Verbindungsteil 47 bzw. in dem Laserstrahlemissionsgehäuse 49 angeordnet. Das Schutzglas 65 und das Schutzglas 67 sind derart angeordnet, dass sie die in dem Laserwerkzeug 26 enthaltenen optischen Elemente gegen die Außenumgebung schützen.
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An dem Kopfkörper 22 wird selektiv ein Laserwerkzeug 26 angebracht, bei dem es sich um ein beliebiges aus einer Mehrzahl von Laserwerkzeugen 26 (ein Laserwerkzeug 26A, ein Laserwerkzeug 26B und ein 26C in 4) handeln kann, und zwar je nach den Umständen der durchzuführenden additiven Fertigung. Die Mehrzahl von Laserwerkzeugen 26 unterscheidet sich untereinander bezüglich der Form und Größe des auf einem Werkstück definierten Laserstrahlbestrahlungsbereichs.
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Unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Beispiel schließt das Laserwerkzeug 26A eine Kondensorlinse 66A ein und verwendet diese Kondensorlinse 66A dazu, auf einem Werkstück einen kreisförmigen Bestrahlungsbereich mit einem Durchmesser von 2 mm zu definieren. Das Laserwerkzeug 26B schließt einen Homogenisierer 68 und eine Kondensorlinse 66B ein und verwendet den Homogenisierer 68 und die Kondensorlinse 66B dazu, auf einem Werkstück einen rechteckigen Bestrahlungsbereich von 3 mm × 8 mm zu definieren. Das Laserwerkzeug 26C schließt eine Kondensorlinse 66C ein und verwendet die Kondensorlinse 66C dazu, auf einem Werkstück einen kreisförmigen Bestrahlungsbereich mit einem Durchmesser von 4 mm zu definieren.
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5 ist eine Perspektivansicht, welche ein vorderes Ende des Additivfertigungskopfes in 1 zeigt. Unter Bezugnahme auf 2 bis 5 wird als Nächstes ein Mechanismus in dem Additivfertigungskopf 21 zum Abgeben von Werkstoffpulver zu einem Werkstück hin beschrieben. Das Laserwerkzeug 26 schließt ein feststehendes Element 71, ein Drehelement 76 und eine Düse 78 ein (die Düse 78 ist in 2 und 3 nicht gezeigt).
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Das feststehende Element 71 ist derart angeordnet, dass es sich benachbart zu dem Laserstrahlemissionsgehäuse 49 befindet. Das feststehende Element 71 ist in Bezug auf das Laserstrahlemissionsgehäuse 49 dem Laserstrahldurchgangsgehäuse 48 gegenüberliegend angeordnet. Das feststehende Element 71 ist an anderen Elementen, welche das Laserwerkzeug 26 bilden, befestigt.
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Das Drehelement 76 ist derart angeordnet, dass es um eine Mittelachse 221 (siehe 5) drehbar ist. Die Mittelachse 221 erstreckt sich in der Richtung entlang einer optischen Achse eines Laserstrahls 311, welcher von dem Laserwerkzeug 26 aus zu einem Werkstück hin emittiert wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt die Mittelachse 221 mit der optischen Achse des Laserstrahls 311 zusammen. Das Drehelement 76 ist in der Achsrichtung der Mittelachse 221 direkt neben dem feststehenden Element 71 angeordnet. Anders ausgedrückt, das Drehelement 76 und das feststehende Element 71 sind in der Achsrichtung der Mittelachse 221 nebeneinander angeordnet.
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Die Düse 78 gibt Werkstoffpulver zu einem Werkstück hin ab. Die Düse 78 ist durch eine Schlauchverbindung 77 (siehe 3) mit dem Drehelement 76 verbunden. Wie in weiterer Folge noch genauer erläutert, wird das von dem Leitungsstrang 24 in 1 kommende und in den Additivfertigungskopf 21 eingebrachte Werkstoffpulver durch das feststehende Element 71 und das Drehelement 76 hindurch der Düse 78 zugeführt.
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Die Düse 78 erstreckt sich von dem Drehelement 76 in die Richtung, in welcher der Laserstrahl 311 emittiert wird. Die Düse 78 ist radial von der Mittelachse 221 (der optischen Achse des Laserstrahls 311) entfernt positioniert. An dem vorderen Ende der sich von dem Drehelement 76 weg erstreckenden Düse 78 weist die Düse 78 einen Abgabeauslass 78j auf, aus welchem Werkstoffpulver abgegeben wird. Der Abgabeauslass 78j hat seine Öffnung radial von der Mittelachse 221 (der optischen Achse des Laserstrahls 311) entfernt positioniert. Die Öffnung des Abgabeauslasses 78j ist zu einem mit dem Laserstrahl 311 zu bestrahlenden Bereich (Punkt) hin gewandt, der auf dem Werkstück auszubilden ist.
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Während das Drehelement 76 um die Mittelachse 221 herum gedreht wird, wird die Düse 78 in Umfangsrichtung um den zu dem Werkstück hin emittierten Laserstrahl 311 herum bewegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt insbesondere die Mittelachse 221, um welche herum sich das Drehelement 76 dreht, mit der optischen Achse des Laserstrahls 311 zusammen und dreht sich daher die Düse 78 um die optische Achse des Laserstrahls 311 herum.
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Der Kopfkörper 22 schließt einen Servomotor 31, welcher als Drehantriebsquelle dient, und eine Kupplungsscheibe 32 ein. Das Laserwerkzeug 26 schließt eine Kupplungsscheibe 33, eine Drehwelle 34 und einen Scheibenriemen 35 ein.
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Die Kupplungsscheibe 32 ist mit einer Ausgangswelle des Servomotors 31 verbunden. Die Drehwelle 34 ist mit der Kupplungsscheibe 33 verbunden. Wenn das Laserwerkzeug 26 an dem Kopfkörper 22 angebracht ist, bewirkt ein Reibeingriff zwischen der Kupplungsscheibe 33 und der Kupplungsscheibe 32, dass eine Drehung, die von dem Servomotor 31 ausgeht, auf die Drehwelle 34 übertragen wird. Der Scheibenriemen 35 wird um Riemen (nicht gezeigt) herumgelegt, die an der Drehwelle 34 und an dem Drehelement 76 angeordnet sind. Die Rotation der Drehwelle 34 wird durch den Scheibenriemen 35 auf das Drehelement 76 übertragen und bewirkt, dass sich dass Drehelement 76 um die Mittelachse 221 herum dreht.
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6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Oberfläche eines Werkstücks während der additiven Fertigung. In 6, auf welche nun Bezug genommen wird, wird während der additiven Fertigung die Werkzeugspindel 121, an welcher der Additivfertigungskopf 21 angebracht ist, bewegt und/oder wird die Spindel 112 des ersten Spindelstocks 111, der das Werkstück 400 hält, gedreht (siehe 1), um zu bewirken, dass sich der Additivfertigungskopf 21 und das Werkstück 400 relativ zueinander bewegen, während das Laserwerkzeug 26 stets dem Werkstück 400 zugewandt bleibt. Dabei werden ein Laserstrahl 311, Werkstoffpulver 312, sowie ein Schutz- und Trägergas 313 von dem Additivfertigungskopf 21 (Laserwerkzeug 26) aus zu dem Werkstück 400 hin abgegeben. Demgemäß wird eine Schmelzstelle 314 in der Oberfläche des Werkstücks 400 gebildet und wird folglich das Werkstoffpulver 312 zum Schmelzen gebracht und aufgetragen.
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Im Spezifischen wird in der Oberfläche des Werkstücks 400 eine Plattierungsschicht 316 gebildet. Auf der Plattierungsschicht 316 wird ein Plattierungsmaterial 315 aufgetragen. Das Plattierungsmaterial 315 wird zu einer bearbeitbaren Schicht abgekühlt, die auf der Oberfläche des Werkstücks 400 ausgebildet ist. Als Werkstoffpulver kann ein Metallpulver aus Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung oder dergleichen, oder ein Keramikpulver zum Einsatz kommen.
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Bei dem Additivfertigungskopf 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Servomotor 31 angesteuert, um die Düse 78 so anzutreiben, dass die Düse 78 derart gedreht wird, dass die Richtung, in welcher Werkstoffpulver von der Düse 78 zu dem Werkstück hin abgegeben wird, relativ zu der Richtung, in welcher der Additivfertigungskopf 21 relativ zu dem Werkstück bewegt wird, konstant ist. Der Grund, weshalb eine solche Ansteuerung vorgenommen wird, ist im Folgenden beschrieben.
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7 ist eine Perspektivansicht, welche ein Beispiel für einen an einem Werkstück ausgeführten, additiven Fertigungsvorgang zeigt. 8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Richtung, in welcher ein Werkstück und ein Additivfertigungskopf relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher Werkstoffpulver für den additiven Fertigungsvorgang gemäß 7 abgegeben wird, zeigt.
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In 7 und 8, auf welche Bezug genommen wird, wird davon ausgegangen, dass die additive Fertigung mittels des Additivfertigungskopfes 21 durchgeführt wird, um eine Plattierungsschicht 401 in einer Zylinderform auf einer Oberfläche des Werkstücks 400 ausgebildet wird. In diesem Fall werden das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander in der Umfangsrichtung bewegt, um die Plattierungsschicht 401 aufzutragen. Dabei entspricht die Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden, der in 8 durch einen Pfeil 213 angegebenen Richtung und verändert sich diese mit voranschreitender Fertigung kontinuierlich.
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Werkstoffpulver wird von dem Abgabeauslass 78j der Düse 78 zu einer Stelle 311p des Laserstrahls 311 auf dem Werkstück 400 hin abgegeben. In der Richtung der optischen Achse des Laserstrahls 311 betrachtet, entspricht die Richtung, in welcher das Werkstoffpulver zu dem Werkstück 400 hin abgegeben wird, der in 8 durch einen Pfeil 214 angegebenen Richtung. Dabei weisen die Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden, und die Richtung, in welcher Werkstoffpulver zu dem Werkstück 400 hin abgegeben wird, eine optimale Winkelbeziehung zwischeneinander auf, welche einen hohen Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf dem Werkstück 400 bereitstellt. Eine solche Winkelbeziehung lässt sich identifizieren, indem untersucht wird, wie das Werkstoffpulver auf dem Werkstück 400 aufgetragen wird, während der Winkel verändert wird, der zwischen der Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher Werkstoffpulver zu dem Werkstück 400 hin abgegeben wird, verändert wird. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel der additiven Fertigung wird, wenn der Winkel zwischen der Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher Werkstoffpulver zu dem Werkstück 400 hin abgegeben wird, dem Winkel θ entspricht, ein höchster Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf dem Werkstück 400 erzielt (das auf das Werkstück aufgetragene Werkstoffpulver beträgt beispielsweise 70 bis 90% in Bezug auf die aus der Düse 78 abgegebene Menge an Werkstoffpulver).
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In Bezug auf den Additivfertigungskopf 21 wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Düse 78 so angetrieben, dass sie sich auf solche Weise um den Laserstrahl 311 herum dreht, dass der Winkel, der zwischen der Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden, und der Richtung, in welcher Werkstoffpulver zu dem Werkstück 400 hin abgegeben wird, konstant auf dem Winkel θ gehalten wird, und zwar ungeachtet der Änderung der Richtung, in welcher das Werkstück 400 und der Additivfertigungskopf 21 relativ zueinander bewegt werden.
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Demgemäß lässt sich der Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf dem Werkstück 400 über die gesamte additive Fertigung hinweg verbessern und kann somit die Ausbeute des Werkstoffpulvers erhöht werden. Darüber hinaus bleibt der Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf dem Werkstück 400 unverändert und kann daher eine Plattierungsschicht 401, die in der Umfangsrichtung eine gleichförmige Dicke aufweist, ausgebildet werden.
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Als Nächstes wird ein Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse 78 des Additivfertigungskopfs 21 beschrieben.
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9 ist eine Perspektivansicht, welche einen Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu einer Düse eines Additivfertigungskopfes zeigt. In 9 sind das feststehende Element 71 und das Drehelement 76 teilweise durchsichtig gezeichnet. 10 ist eine Querschnittsansicht, welche eine interne Struktur des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver in 9 zeigt.
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In 9 und 10, auf welche nun Bezug genommen wird, setzt sich das Drehelement 76 aus einer Kombination aus einem Flansch (ersten Element) 81 und einem Deckel (zweiten Element) 86 zusammen. Der Flansch 81 und der Deckel 86 sind aneinander befestigt und drehen sich als eine Einzeleinheit um die Mittelachse 221.
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Der Flansch 81 schließt als seine Bestandteile einen Zylinderteil 83 und einen Kragenteil 82 ein. Der Zylinderteil 83 weist eine zylindrische Form auf, die an der Mittelachse 221 zentriert ist. Der Kragenteil 82 ist in Form eines Kragens vorgesehen, der sich von einem Ende des Zylinderteils 83 erstreckt. Der Zylinderteil 83 wird in einen Hohlteil 57 des weiter unten beschriebenen feststehenden Elements 71 eingesetzt und der Kragenteil 82 stößt in der Achsrichtung der Mittelachse 221 an dem feststehenden Element 71 an.
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Der Deckel 86 schließt als seine Bestandteile eine Bodenplatte 88 und eine Umfangswand 87 ein. Die Bodenplatte 88 weist eine Scheibenform auf, die an der Mittelachse 221 zentriert ist. Die Umfangswand 87 ist an dem Umfang der Bodenplatte 88 in der Achsrichtung der Mittelachse 221 aufrecht stehend vorgesehen. Die Bodenplatte 88 stößt an eine Seite des Kragenteils 82 an, welche in der Achsrichtung der Mittelachse 221 jener Seite entgegengesetzt ist, auf welcher der Kragenteil 82 an das feststehende Element 71 anstößt. Die Umfangswand 87 ist dafür vorgesehen, den Außenumfang des Kragenteils 82 abzudecken.
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In dem Drehelement 76 ist ein Hohlteil 56 ausgebildet. Der Hohlteil 56 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 durch das Drehelement 76 hindurch. Der Hohlteil 56 erstreckt sich durchgehend durch den Flansch 81 und durch den Deckel 86. Ein von der Kondensorlinse 66 (siehe 4) emittierter Laserstrahl wandert, wie weiter oben beschrieben, durch den Hohlteil 56 zu einem Werkstück.
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Das feststehende Element 71 liegt in Form eines Blocks vor, dessen Dicke sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 erstreckt. In dem feststehenden Element 71 ist der Hohlteil 57 ausgebildet. Der Hohlteil 57 hat eine Öffnung, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 durch das feststehende Element 71 hindurch erstreckt. Das Drehelement 76 (der Zylinderteil 83 des Flansches 81) ist in den Hohlteil 57 eingesetzt. Das Drehelement 76 ist durch das feststehende Element 71 um die Mittelachse 221 herum drehbar abgestützt.
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Als Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse 78 ist ein Werkstoffpulverdurchgang 91 in dem Drehelement 76 ausgebildet, ist ein Werkstoffpulverdurchgang 92 in dem feststehenden Element 71 ausgebildet, und ist ein Werkstoffpulverdurchgang 93 zwischen dem Drehelement 76 und dem feststehenden Element 71 ausgebildet.
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Der Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert mit dem Werkstoffpulverdurchgang 91 und dem Werkstoffpulverdurchgang 92. Der Werkstoffpulverdurchgang 92, der Werkstoffpulverdurchgang 93 und der Werkstoffpulverdurchgang 91 sind in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung des Werkstoffpulvers von der Zuströmseite kommend und zu der Abströmseite hin angeordnet.
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In 10 ist ein Querschnitt des feststehenden Elements 71 und des Drehelements 76 gezeigt, in welchem der Werkstoffpulverdurchgang 92, der Werkstoffpulverdurchgang 93 und der Werkstoffpulverdurchgang 91 aufscheinen.
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Im Spezifischeren ist in dem feststehenden Element 71 ein Durchgangsloch 72 ausgebildet. Das Durchgangsloch 72 erstreckt sich durch das feststehende Element 71 hindurch von der Außenwand des feststehenden Elements 71 zu der Stirnfläche des feststehenden Elements 71, die an dem Drehelement 76 (dem Kragenteil 82 des Flansches 81) anstößt. Von oberhalb der an der Mittelachse 221 zentrierten Außenumfangsfläche aus betrachtet, erstreckt sich das Durchgangsloch 72 schräg zu der Mittelachse 221.
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Eine Schlauchverbindung 80 ist mit einem Öffnungsende des Durchgangslochs 72 verbunden. An das Durchgangsloch 72 wird durch die Schlauchverbindung 80 ein Rohrelement, das sich aus einem Rohr für Werkstoffpulver in der Leitungsstrangverbindung 23 in 1 heraus erstreckt, angeschlossen. Das andere Öffnungsende des Durchgangslochs 72 öffnet in eine Ringnut 84 hinein, die hier weiter unten beschrieben wird. Der Werkstoffpulverdurchgang 92 wird durch das Durchgangsloch 72 gebildet.
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In dem Flansch 81 ist eine Ringnut 84 ausgebildet. Die Ringnut 84 ist in dem Kragenteil 82 ausgebildet. Die Ringnut 84 weist eine Rillenform auf, die aus der Ecke, welche durch die Stirnfläche des an das feststehende Element 71 anstoßenden Kragenteils 82 und durch die der Umfangswand 87 zugewandte Außenumfangsfläche des Kragenteils 82 gebildet wird, ausgenommen ist, und erstreckt sich in Kreisrichtung (360°) um die Mittelachse 221 herum. Die Ringnut 84 definiert zusammen mit dem feststehenden Element 71 und der Umfangswand 87 des Deckels 86 einen abgeschlossenen Raum. Der Werkstoffpulverdurchgang 93 wird durch die Ringnut 84 gebildet.
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In dem Flansch 81 ist eine Außenumfangsnut 85 ausgebildet. Die Außenumfangsnut 85 ist in dem Kragenteil 82 ausgebildet. Die Außenumfangsnut 85 weist eine Rillenform auf, welche aus der der Umfangswand 87 zugewandten Außenumfangsfläche des Kragenteils 82 ausgenommen ist. Die Außenumfangsnut 85 erstreckt sich von einer Stirnfläche des Kragenteils 82, die an dem feststehenden Element 71 anstößt, zu der anderen Stirnfläche des Kragenteils 82, die an dem Deckel 86 (der Bodenplatte 88) anstößt. Die Außenumfangsnut 85 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in Richtung des Umfangs um die Mittelachse 221 herum verlagert. Die Außenumfangsnut 85 ist mit einem Ende mit der Ringnut 84 verbunden und ist mit dem anderen Ende mit einem weiter unten beschriebenen Durchgangsloch 89 verbunden.
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In dem Deckel 86 ist das Durchgangsloch 89 ausgebildet. Das Durchgangsloch 89 ist in der Bodenplatte 88 ausgebildet. Das Durchgangsloch 89 erstreckt sich durch den Deckel 86 hindurch von der Stirnfläche der Bodenplatte 88, die an dem Kragenteil 82 des Flansches 81 anstößt, zu der Außenwand des Deckels 86. Wenn der Deckel 86 von oberhalb des an der Mittelachse 221 zentrierten Außenumfangs aus betrachtet wird, erstreckt sich das Durchgangsloch 89 schräg zu der Mittelachse 221. Das Durchgangsloch 89 erstreckt sich durchgehend von der Außenumfangsnut 85.
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Das andere Öffnungsende des Durchgangslochs 89 wird an die Schlauchverbindung 77 angeschlossen. An das Durchgangsloch 89 wird durch die Schlauchverbindung 77 die Düse 78 angeschlossen. Der Werkstoffpulverdurchgang 91 wird durch die Außenumfangsnut 85 und durch das Durchgangsloch 89 gebildet.
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11 ist eine schematische Darstellung, welche die Werkstoffpulverdurchgänge bei dem feststehenden Element und dem Drehelement in 9 und 10 zweidimensional zeigt. 12 zeigt Varianten eines Werkstoffpulverstroms durch Werkstoffpulverdurchgänge in 11.
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In 9 bis 12, auf welche nun Bezug genommen wird, wird Werkstoffpulver in den Werkstoffpulverdurchgang 92 eingebracht. Dabei wird, da der Werkstoffpulverdurchgang 92 in dem feststehenden Element 71 ausgebildet ist, der Schlauch für das Werkstoffpulver in Bezug auf das feststehende Element 71 selbst dann nicht verdreht, wenn das Drehelement 76 um die Mittelachse 221 herum gedreht wird, um die Düse 78 in Drehung zu versetzen.
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Das in den Werkstoffpulverdurchgang 92 eingebrachte Werkstoffpulver strömt sodann in den Werkstoffpulverdurchgang 93. Das Werkstoffpulver strömt anschließend im Inneren des Werkstoffpulverdurchgangs 93 in der Umfangsrichtung und tritt dann in den Werkstoffpulverdurchgang 91 ein. Dabei verändert sich die relative Lagebeziehung zwischen der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, wenn sich das Drehelement 76 um die Mittelachse 221 herum dreht. Das Werkstoffpulver strömt in der Umfangsrichtung im Inneren des Werkstoffpulverdurchgangs 93 und daher kann das Werkstoffpulver ungeachtet einer solchen Veränderung der relativen Lagebeziehung von dem Werkstoffpulverdurchgang 92 des feststehenden Elements 71 zu dem Werkstoffpulverdurchgang 91 des Drehelements 76 geführt werden.
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Das in den Werkstoffpulverdurchgang 91 eintretende Werkstoffpulver wird durch die Düse 78 zu dem Werkstück hin abgegeben.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der Werkstoffpulverdurchgang 92 in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in der Umfangsrichtung, in welcher sich der Werkstoffpulverdurchgang 93 erstreckt, verlagert. Der Werkstoffpulverdurchgang 91 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in der Umfangsrichtung, in welcher sich der Werkstoffpulverdurchgang 93 erstreckt, verlagert.
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Vorzugsweise ist die Verlagerungsrichtung, in welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 in Umfangsrichtung verlagert ist (Verlagerungsrichtung: die Richtung, in welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 in Bezug auf den Werkstoffpulverdurchgang 93 in 11 einer Neigung unterzogen ist), dieselbe wie die Verlagerungsrichtung, in welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 in Umfangsrichtung verlagert ist (Verlagerungsrichtung: die Richtung in welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 in Bezug auf den Werkstoffpulverdurchgang 93 einer Neigung unterzogen ist).
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Durch die weiter oben beschriebene Auslegung wird es ermöglicht, dass das Werkstoffpulver leicht und ungehindert durch den Werkstoffpulverdurchgang 92, den Werkstoffpulverdurchgang 93 und den Werkstoffpulverdurchgang 91 in der genannten Reihenfolge hindurchströmt.
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13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines durch eine Zweipunkt-Strichlinie XIII in 11 umschlossenen Bereichs. In 13, auf welche nun Bezug genommen wird, ist ein Vorsprung (Blockierelement) 95 zwischen dem feststehenden Element 71 und dem Drehelement 76 vorgesehen. Der Vorsprung 95 ist so geartet, dass er bei einer vorbestimmten Phasenposition den sich ringförmig um die Mittelachse 221 herum erstreckenden Werkstoffpulverdurchgang 93 blockiert.
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Der Vorsprung 95 bildet einen Teil des Drehelements 76 (des Kragenteils 82 des Flansches 81). Der Vorsprung 95 steht aus der Bodenwand der Ringnut vor und stößt mit seinem vorderen Ende an dem feststehenden Element 71 an. Der Vorsprung 95 ist so angeordnet, dass er sich benachbart zu der Position befindet, an welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und befindet sich in der Richtung (der durch den Pfeil in 13 angegebenen Richtung) der Strömung des Werkstoffpulvers im Inneren des Werkstoffpulverdurchgangs 93 stromabwärts von dieser Stelle.
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Die weiter oben beschriebene Auslegung ermöglicht es, dass das in der Umfangsrichtung in dem Werkstoffpulverdurchgang 93 strömende Werkstoffpulver leichter und ungehinderter in den Werkstoffpulverdurchgang 91 eintreten kann.
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Der weiter oben beschriebene Aufbau des Additivfertigungskopfs 21 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hier noch einmal zusammengefasst. Bei dem Additivfertigungskopf 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um einen Additivfertigungskopf, der dafür ausgelegt ist, relativ zu dem Werkstück beweglich zu sein, während er Werkstoffpulver zu dem Werkstück hin abgibt und einen Laserstrahl als Energiestrahl zu dem Werkstück hin emittiert. Der Additivfertigungskopf 21 schließt ein: die Düse 78, die dafür ausgelegt ist, das Werkstoffpulver abzugeben; das Drehelement 76, das mit der Düse 78 verbunden ist und den Werkstoffpulverdurchgang 91 als einen ersten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem Drehelement 76 ausgebildet ist, um das Werkstoffpulver zu der Düse 78 zu leiten, und das dafür ausgelegt ist, sich zu drehen, um zu bewirken, dass sich die Düse 78 in der Umfangsrichtung um den zu dem Werkstück hin emittierten Laserstrahl herum bewegt; und das feststehende Element 71, das den Werkstoffpulverdurchgang 92 als einen zweiten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem feststehenden Element 71 ausgebildet ist und in welchen das Werkstoffpulver eingebracht wird, wobei das feststehende Element direkt neben dem Drehelement 76 in der Richtung der Drehachse des Drehelements 76 angeordnet ist. Der Werkstoffpulverdurchgang 93 als ein dritter Werkstoffpulverdurchgang, welcher mit dem Werkstoffpulverdurchgang 91 und dem Werkstoffpulverdurchgang 92 kommuniziert und sich ringförmig um die Drehachse des Drehelements 76 herum erstreckt, ist zwischen dem feststehenden Element 71 und dem Drehelement 76 ausgebildet.
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Bei der Fertigungsmaschine 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Fertigungsmaschine, die imstande ist, Prozesse der subtraktiven Fertigung und der additiven Fertigung für ein Werkstück auszuführen. Die Fertigungsmaschine 100 schließt ein: den Additivfertigungskopf 21, den ersten Spindelstock 111 und einen zweiten Spindelstock (nicht gezeigt), die jeweils als ein Werkstückhalter vorgesehen sind, der dafür ausgelegt ist, ein Werkstück halten; sowie die Werkzeugspindel 121 und eine untere Werkzeugablage (nicht gezeigt), die jeweils als ein Werkzeughalter vorgesehen sind, der dafür ausgelegt ist, ein Werkzeug zu halten, das zur Ausführung von Prozessen einer subtraktiven Fertigung für ein Werkstück verwendet wird.
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Durch den Additivfertigungskopf 21 und die Fertigungsmaschine 100 in der oben beschriebenen Auslegung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein einfach ausgelegter Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der endlos rotierenden Düse 78 implementiert sein.
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Zweite Ausführungsform
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Es wird nun in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung von verschiedenen Abänderungen des weiter oben in der ersten Ausführungsform beschriebenen Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes 21 gegeben.
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14 ist eine Perspektivansicht, welche eine erste Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt. 15 ist eine Perspektivansicht, welche ein Drehelement des Additivfertigungskopfes in 14 zeigt. 16 ist eine schematische Darstellung, welche die Werkstoffpulverdurchgänge bei dem feststehenden Element und dem Drehelement in 14 zweidimensional zeigt.
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In 14 bis 16, auf welche nun Bezug genommen wird, schließt die vorliegende Ausführungsform ein feststehendes Element 171 und ein Drehelement 176, die jeweils dem feststehenden Element 71 und dem Drehelement 76 in 9 entsprechen, sowie einen Zylinder 181 und einen Deckel 186, die jeweils dem Flansch 81 und dem Deckel 86 in 9 entsprechen, ein. Der Zylinder 181 und der Deckel 186 sind aneinander befestigt und drehen sich als eine Einzeleinheit um die Mittelachse 221.
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Als Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse ist eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 (Werkstoffpulverdurchgang 91A, Werkstoffpulverdurchgang 91B, Werkstoffpulverdurchgang 91C und Werkstoffpulverdurchgang 91D in der vorliegenden Ausführungsform) in dem Drehelement 176 ausgebildet, ist eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 (Werkstoffpulverdurchgang 92A, Werkstoffpulverdurchgang 92B, Werkstoffpulverdurchgang 92C und Werkstoffpulverdurchgang 92D in der vorliegenden Ausführungsform) in dem feststehenden Element 171 ausgebildet und ist ein Werkstoffpulverdurchgang 93 zwischen dem Drehelement 176 und dem feststehenden Element 171 ausgebildet.
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In dem feststehenden Element 171 ist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 72 ausgebildet. Die Mehrzahl von Durchgangslöchern 72 bilden eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91. In dem Zylinder 181 ist eine Ringnut 84 ausgebildet. Die Ringnut 84 bildet den Werkstoffpulverdurchgang 93. In dem Zylinder 181 und dem Deckel 186 sind jeweils eine Außenumfangsnut 85 bzw. ein Durchgangsloch 89 ausgebildet. Die Außenumfangsnut 85 und das Durchgangsloch 89 bilden den Werkstoffpulverdurchgang 91.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 erstreckt sich unabhängig voneinander. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 kommuniziert an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden Werkstoffpulverdurchgang 93. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 ist in regelmäßiger Beabstandung zueinander (regelmäßige Phasenintervalle) um eine in der Mitte befindliche Mittelachse 221 herum gelegen. Der Werkstoffpulverdurchgang 92 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in der Richtung des Umfangs, in welcher sich der Werkstoffpulverdurchgang 93 erstreckt, verlagert.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 erstreckt sich unabhängig voneinander. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 kommuniziert an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden Werkstoffpulverdurchgang 93. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 ist in regelmäßiger Beabstandung zueinander (regelmäßige Phasenintervalle) um eine in der Mitte befindliche Mittelachse 221 herum gelegen. Der Werkstoffpulverdurchgang 91 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in der Richtung des Umfangs, in welcher sich der Werkstoffpulverdurchgang 93 erstreckt, verlagert. Der Werkstoffpulverdurchgang 91 erstreckt sich in einer gekrümmten Form von seinem einen Ende, das mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, zu dem anderen Ende, das mit der Schlauchverbindung 77 verbunden ist (siehe 9). Bei dem von oberhalb des an der Mittelachse 221 zentrierten Umfangs aus betrachteten Drehelement 176 (181) ist der Werkstoffpulverdurchgang 91 gekrümmt, und zwar mit einer Neigung, welche von der Mittelachse 221 in der Richtung von dem einen Ende zu dem anderen Ende hin abnimmt.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 ist der Anzahl nach identisch mit einer Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 kann auch der Anzahl nach größer oder kleiner als eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 sein.
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Die entsprechenden Ströme von Werkstoffpulver aus einer Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 werden bei der Düse (nicht gezeigt) zusammengeführt und zu einem Werkstück hin abgegeben.
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Wie aus 12 ersichtlich, verändert sich abhängig von der relativen Lagebeziehung zwischen der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, die Distanz, welche der Werkstoffpulverstrom in Umfangsrichtung in dem Werkstoffpulverdurchgang 93 zurücklegt. In diesem Fall verändert sich die Distanz, über die hinweg das Werkstoffpulver befördert wird, um der Düse zugeführt zu werden, im zeitlichen Verlauf und es besteht daher eine Möglichkeit, dass es zu einem Pulsieren des zu dem Werkstück hin abgegebenen Werkstoffpulvers kommt.
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Im Gegensatz dazu sind bei dieser Abänderung eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 und eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 vorgesehen, um die Distanz zwischen der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, zu verkürzen, und zwar ungeachtet der jeweiligen Phasenposition des Drehelements 176 um die Achsrichtung der Mittelachse 221. Demgemäß kann eine Schwankung bei der Distanz, die das Werkstoffpulver in Umfangsrichtung in dem Werkstoffpulverdurchgang 93 zurücklegt, unterdrückt werden, um eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe zu vermeiden.
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17 ist eine schematische Darstellung, welche eine zweite Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt. 17 entspricht 16 der ersten Abänderung.
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In 17, auf welche nun Bezug genommen wird, ist gemäß dieser Abänderung als Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 (Werkstoffpulverdurchgang 91A, Werkstoffpulverdurchgang 91B, Werkstoffpulverdurchgang 91C, Werkstoffpulverdurchgang 91D, Werkstoffpulverdurchgang 91E, Werkstoffpulverdurchgang 91F, Werkstoffpulverdurchgang 91G, Werkstoffpulverdurchgang 91H und Werkstoffpulverdurchgang 91I in der vorliegenden Ausführungsform) in dem Drehelement 176 ausgebildet, ist ein Werkstoffpulverdurchgang 92 in dem feststehenden Element 171 ausgebildet und ist ein Werkstoffpulverdurchgang 93 zwischen dem Drehelement 176 und dem feststehenden Element 171 ausgebildet.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 kommuniziert an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden Werkstoffpulverdurchgang 93. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 geht an entsprechenden Stellen entfernt von dem Werkstoffpulverdurchgang 93 in einen Zusammenführungsdurchgang 97 über und erstreckt sich zu einer Verbindungsstelle 98, an welcher die Verbindung mit der Düse (nicht gezeigt) erfolgt.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 ist so vorgesehen, dass letztere von dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver von dem Werkstoffpulverstrom 93 kommend in den Werkstoffpulverdurchgang 91 einströmt, bis zu dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver aus dem Werkstoffpulverdurchgang 91 ausströmt und in die Düse (nicht gezeigt) einströmt, dieselbe Durchgangslänge aufweisen. Im Spezifischeren ist für jeden Werkstoffpulverdurchgang 91 aus den Werkstoffpulverdurchgängen 91A bis 91I die Länge L1 des Werkstoffpulverdurchgangs 91 gleich der Länge L2 von dem Punkt, an welchem der Werkstoffpulverdurchgang 91 in den Zusammenführungsdurchgang 97 übergeht, bis zu einer Stelle 99, die an einem Schnittpunkt des Werkstoffpulverdurchgangs 93 und einer Verlängerung des Zusammenführungsdurchgangs 97 definiert ist.
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Auch bei dieser Abänderung ist eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 vorgesehen, um die Distanz zwischen der Position, wo der Werkstoffpulverdurchgang 92 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und der Position, wo der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, zu verkürzen, und zwar ungeachtet der jeweiligen Phasenposition des an der Mittelachse 221 zentrierten Drehelements 176. Auf diese Weise kann eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe verhindert werden. Insbesondere ist eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 91 miteinander identisch, was die Länge des Durchgangs betrifft, die sich von dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver von dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommend in den Durchgang 91 einströmt, bis zu dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver aus dem Durchgang 91 ausströmt und in die Düse (nicht gezeigt) einströmt, erstreckt. Somit kann eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe auf effizientere Weise verhindert werden.
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18 ist eine schematische Darstellung, welche eine dritte Abänderung des Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse des Additivfertigungskopfes zeigt. 18 entspricht 16 der ersten Abänderung.
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In 18, auf welche nun Bezug genommen wird, ist gemäß dieser Abänderung als Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse ein Werkstoffpulverdurchgang 91 in dem Drehelement 176 ausgebildet, ist eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 (Werkstoffpulverdurchgang 92A, Werkstoffpulverdurchgang 92B, Werkstoffpulverdurchgang 92C und Werkstoffpulverdurchgang 92D in der vorliegenden Ausführungsform) in dem feststehenden Element 171 ausgebildet und ist ein Werkstoffpulverdurchgang 93 zwischen dem Drehelement 176 und dem feststehenden Element 171 ausgebildet.
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Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 erstreckt sich unabhängig voneinander. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 kommuniziert an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden Werkstoffpulverdurchgang 93. Eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 ist in regelmäßiger Beabstandung zueinander (regelmäßige Phasenintervalle) um eine in der Mitte befindliche Mittelachse 221 herum gelegen. Der Werkstoffpulverdurchgang 92 erstreckt sich in der Achsrichtung der Mittelachse 221 und ist dabei in der Umfangsrichtung, in welcher sich der Werkstoffpulverdurchgang 93 erstreckt, verlagert.
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Bei dieser Abänderung ist ebenfalls eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 vorgesehen, um die Distanz zwischen der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 92 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, und der Position, bei welcher der Werkstoffpulverdurchgang 91 mit dem Werkstoffpulverdurchgang 93 kommuniziert, zu verkürzen, und zwar ungeachtet der jeweiligen Phasenposition des Drehelements 176 um die Achsrichtung der Mittelachse 221. Demzufolge kann eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe verhindert werden.
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Gemäß dieser Abänderung kann sich eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 hinsichtlich der Art von Werkstoffpulver, das in den Werkstoffpulverdurchgang 92 eingebracht wird, voneinander unterscheiden. Für ein Werkstoffpulver, bei welchem es sich um eine Mischung aus einem Werkstoff A und einem Werkstoff B handelt, kann sich beispielsweise eine Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 hinsichtlich des Pulververhältnisses zwischen Werkstoffpulver A und Werkstoffpulver B voneinander unterscheiden. Das Werkstoffpulver kann in Werkstoffpulverdurchgänge 92 eingebracht werden, die je nach Zweckmäßigkeit für die durchzuführende additive Fertigung aus einer Mehrzahl von Werkstoffpulverdurchgängen 92 ausgewählt werden, um jeweils das Werkstoffpulver mit einem zweckmäßigen Pulververhältnis zu einem Werkstück hin abzugeben.
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Der auf diese Weise ausgelegte Additivfertigungskopf gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ähnliche Wirkungsweisen hervorbringen wie jene gemäß der ersten Ausführungsform.
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Bei einem Additivfertigungskopf gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Additivfertigungskopf, welcher dafür ausgelegt ist, relativ zu einem Werkstück beweglich zu sein, während er Werkstoffpulver zu dem Werkstück hin abgibt und einen Energiestrahl zu diesem hin emittiert. Der Additivfertigungskopf schließt ein: eine Düse, die dafür ausgelegt ist, das Werkstoffpulver abzugeben; ein Drehelement, das mit der Düse verbunden ist und einen ersten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem Drehelement ausgebildet ist, um das Werkstoffpulver zu der Düse zu leiten, und das dafür ausgelegt ist, sich zu drehen, um zu bewirken, dass sich die Düse in einer Umfangsrichtung um den zu dem Werkstück hin emittierten Energiestrahl herum bewegt; und ein feststehendes Element, das einen zweiten Werkstoffpulverdurchgang einschließt, der in dem feststehenden Element ausgebildet ist und in welchen das Werkstoffpulver eingebracht wird, wobei das feststehende Element direkt neben dem Drehelement in der Richtung der Drehachse des Drehelements angeordnet ist. Ein dritter Werkstoffpulverdurchgang, welcher mit dem ersten Werkstoffpulverdurchgang und dem zweiten Werkstoffpulverdurchgang kommuniziert und sich ringförmig um die Drehachse des Drehelements herum erstreckt, ist zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement ausgebildet.
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Was den auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf betrifft, strömt das Werkstoffpulver in den zweiten Werkstoffpulverdurchgang ein, welcher in dem feststehenden Element ausgebildet ist und das in den zweiten Werkstoffpulverdurchgang eingebrachte Werkstoffpulver aufnimmt, strömt dann in den dritten Werkstoffpulverdurchgang ein, welcher zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement ausgebildet ist und sich ringförmig um die Drehachse des Drehelements herum erstreckt, und strömt anschließend in den ersten Werkstoffpulverdurchgang ein, welcher in dem Drehelement ausgebildet ist, um das der Düse zuzuführende Werkstoffpulver zu der Düse zu leiten. Somit kann der Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu der Düse, welche endlos rotiert, auf einfache Weise ausgelegt sein.
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Vorzugsweise schließt der Additivfertigungskopf des Weiteren eine Antriebseinheit ein, die dafür ausgelegt ist, die Düse anzutreiben und derart in Rotation zu versetzen, dass eine Richtung, in welcher das Werkstoffpulver von der Düse zu dem Werkstück hin abgegeben wird, in Bezug auf eine Richtung, in welcher sich der Additivfertigungskopf relativ zu dem Werkstück bewegt, konstant ist.
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Durch den auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf kann der Auftragwirkungsgrad des Werkstoffpulvers auf einem Werkstück verbessert werden.
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Vorzugsweise erstrecken sich der erste Werkstoffpulverdurchgang und der zweite Werkstoffpulverdurchgang in der Richtung der Drehachse des Drehelements und sind dabei in einer Umfangsrichtung, in welcher sich der dritte Werkstoffpulverdurchgang erstreckt, verlagert.
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Der auf diese Weise ausgelegte Additivfertigungskopf erlaubt es, dass das Werkstoffpulver leicht und ungehindert hintereinander in den zweiten Werkstoffpulverdurchgang, den dritten Werkstoffpulverdurchgang und den ersten Werkstoffpulverdurchgang einströmt.
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Vorzugsweise schließt der Additivfertigungskopf des Weiteren ein Blockierelement ein, das zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement angeordnet ist, um den sich ringförmig erstreckenden dritten Werkstoffpulverdurchgang an einer vorbestimmten Phasenposition zu blockieren.
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Bei dem auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf kann die Strömung des Werkstoffpulvers an einer vorbestimmten Phasenposition in dem dritten Werkstoffpulverdurchgang blockiert werden, um es dadurch zu ermöglichen, dass das Werkstoffpulver sanft und gleichmäßig von dem dritten Werkstoffpulverdurchgang in den ersten Werkstoffpulverdurchgang einströmt.
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Vorzugsweise bildet das Blockierelement einen Teil des Drehelements und ist so angeordnet, dass es benachbart zu einer Position gelegen ist, wo der erste Werkstoffpulverdurchgang mit dem dritten Werkstoffpulverdurchgang kommuniziert, wobei das Blockierelement in einer Strömungsrichtung des Werkstoffpulvers in dem dritten Werkstoffpulverdurchgang stromabwärts von dieser Stelle gelegen ist.
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Bei dem auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf wird es ermöglicht, dass das von dem dritten Werkstoffpulverdurchgang kommende Werkstoffpulver leichter und ungehinderter in den ersten Werkstoffpulverdurchgang einströmt.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl der ersten Werkstoffpulverdurchgänge, die an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden dritten Werkstoffpulverdurchgang kommuniziert, in dem Drehelement ausgebildet.
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Bei dem auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf kann der Unterschied in der Distanz, über die hinweg das Werkstoffpulver in dem dritten Werkstoffpulverdurchgang befördert wird, verringert werden, um eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe zu dem Werkstück hin zu unterdrücken.
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Vorzugsweise ist die Mehrzahl der ersten Werkstoffpulverdurchgänge so angeordnet, dass diese von dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver von dem dritten Werkstoffpulverstrom kommend in den ersten Werkstoffpulverdurchgang einströmt, bis zu dem Punkt, an welchem das Werkstoffpulver aus dem ersten Werkstoffpulverdurchgang ausströmt und in die Düse einströmt, dieselbe Durchgangslänge aufweisen.
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Bei dem auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf kann der Unterschied in der Werkstoffpulverdurchgangslänge zwischen der Mehrzahl von ersten Werkstoffpulverdurchgängen beseitigt werden, um eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe zu dem Werkstück hin effizienter zu unterdrücken.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl der zweiten Werkstoffpulverdurchgänge, die an entsprechenden, voneinander unterschiedlichen Phasenpositionen mit dem sich ringförmig erstreckenden dritten Werkstoffpulverdurchgang kommuniziert, in dem feststehenden Element ausgebildet.
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Bei dem auf diese Weise ausgelegten Additivfertigungskopf kann der Unterschied in der Distanz, über die hinweg das Werkstoffpulver in dem dritten Werkstoffpulverdurchgang befördert wird, verringert werden, um eine pulsierende Werkstoffpulverabgabe zu dem Werkstück hin zu unterdrücken.
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Bei einer Fertigungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Fertigungsmaschine, die imstande ist, an einem Werkstück Prozesse der subtraktiven Fertigung und der additiven Fertigung auszuführen. Die Fertigungsmaschine schließt ein: einen beliebigen der oben beschriebenen Additivfertigungsköpfe; einen Werkstückhalter, der dafür ausgelegt ist, ein Werkstück zu halten; und einen Werkzeughalter, der dafür ausgelegt ist, ein Werkzeug zu halten, das zur Ausführung von Prozessen einer subtraktiven Fertigung für ein Werkstück verwendet wird.
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Bei der auf diese Weise ausgelegten Fertigungsmaschine kann an dem Additivfertigungskopf der Fertigungsmaschine, welche imstande ist, an einem Werkstück Prozesse der subtraktiven Fertigung und der additiven Fertigung auszuführen, ein einfach ausgelegter Mechanismus zum Zuführen von Werkstoffpulver zu einer endlos rotierenden Düse implementiert sein.
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Es ist bei der Auslegung darauf zu achten, dass die hier offenbarten Ausführungsformen in jeglicher Hinsicht nur der Veranschaulichung dienen und keinerlei einschränkenden Charakter haben sollen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die Patentansprüche und nicht durch die obige Beschreibung definiert ist und dass dieser alle Abänderungen und Varianten umfasst, welche sich in ihrer Bedeutung und in ihrem Umfang aus den Ansprüchen ergeben.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich auf Additivfertigungsköpfe zur Durchführung der additiven Fertigung auf Basis von gerichtetem Energieeintrag anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 21
- Additivfertigungskopf;
- 22
- Kopfkörper;
- 23
- Leitungsstrangverbindung;
- 24
- Leitungsstrang;
- 26, 26A, 26B, 26C
- Laserwerkzeug;
- 31
- Servomotor;
- 32, 33
- Kupplungsscheibe;
- 34
- Drehwelle;
- 35
- Scheibenriemen;
- 41
- Glasfaser;
- 42
- Laserstrahleinlassrohr;
- 43, 45, 48
- Laserstrahldurchgangsgehäuse;
- 44
- Laserstrahldurchgangsrohr;
- 46, 47
- Verbindungsteil;
- 49
- Laserstrahlemissionsgehäuse;
- 51, 52
- Kopplungsteil;
- 56, 57
- Hohlteil;
- 61
- Kollimationslinse;
- 62, 63
- Reflexionsspiegel;
- 64, 65, 67
- Schutzglas;
- 66, 66A, 66B, 66C
- Kondensorlinse;
- 68
- Homogenisierer;
- 71, 171
- feststehendes Element;
- 72, 89
- Durchgangsloch;
- 76, 176
- Drehelement;
- 77, 80
- Schlauchverbindung;
- 78
- Düse;
- 78j
- Abgabeauslass;
- 81
- Flansch;
- 82
- Kragenteil;
- 83
- Zylinderteil;
- 84
- Ringnut;
- 85
- Außenumfangsnut;
- 86, 186
- Deckel;
- 87
- Umfangswand;
- 88
- Bodenplatte;
- 91, 91A–91I, 92, 92A–92D, 93
- Werkstoffpulverdurchgang;
- 95
- Vorsprung;
- 97
- Zusammenführungsdurchgang;
- 98
- Verbindungsstelle;
- 99
- Stelle;
- 100
- Fertigungsmaschine
- 111
- erster Spindelstock;
- 112
- Spindel;
- 121
- Werkzeugspindel;
- 181
- Zylinder;
- 201, 203, 204, 221
- Mittelachse;
- 206
- Spritzschutz;
- 311
- Laserstrahl;
- 311p
- Stelle;
- 312
- Werkstoffpulver;
- 313
- Schutz- und Trägergas;
- 314
- Schmelzstelle;
- 315
- Plattierungsmaterial;
- 316, 401
- Plattierungsschicht;
- 400
- Werkstück.
