DE112018008001T5

DE112018008001T5 - 3D-Druckvorrichtung und numerisches Steuergerät

Info

Publication number: DE112018008001T5
Application number: DE112018008001.3T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hattori; Takashi Hashimoto; Nobuyuki Sumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2021-06-10
Also published as: WO2020084716A1; JP6676220B1; JPWO2020084716A1; US11331755B2; US20210308794A1

Abstract

Eine 3D-Druckvorrichtung (100) umfasst einen Laser (2), welcher eine Strahlquelle ist, die einen Strahl ausgibt, und einen Drehantriebsmotor (4), welcher eine Antriebseinheit ist, die die Relativposition eines von einer Drahtspule (6), welches eine Vorrat eines Drahts (5) ist, welcher das Material ist, und einem zu bearbeitenden Objekt ändert. Die Antriebseinheit ist in der Lage, ein erstes Antreiben zum Zuführen des Materials von der Zuführungsquelle hin zu dem zu bearbeitenden Objekt und das zweite Antreiben zum Zurückziehen des zugeführten Materials hin zu dem Vorrat durchzuführen, und sie schaltet von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben basierend auf einem Bearbeitungsprogramm um.

Description

Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-Druckvorrichtung zum Herstellen modellierter Objekte durch Hinzufügen von Materialien zu zu bearbeitenden Objekten und ein numerisches Steuergerät zum Steuern der 3D-Druckvorrichtung.
Hintergrund
3D-Druckvorrichtungen zum Herstellen modellierter Objekte mit festen Gestalten durch direkte Energieanwendung („Direct Energy Deposition“, DED) sind bekannt. Einige 3D-Druckvorrichtungen stellen modellierte Objekte durch lokales Schmelzen eines Materials unter Verwendung eines Strahls her, der von einem Bearbeitungskopf emittiert wird, und durch Hinzufügen des geschmolzenen Materials zu einem zu bearbeitenden Objekt.
Eine 3D-Druckvorrichtung, welches einen Draht aus Metall als das Material verwendet, bildet lineare Wülste, welche Ergebnisse der Verfestigung eines geschmolzenen Metallmaterials sind, indem sich die Bestrahlungsposition des Strahls während der Zuführung des Drahts zu der Bestrahlungsposition bewegt. An einem Endbereich, wo die Bildung eines Wulstes beendet wird, zieht die 3D-Druckvorrichtung den Draht von dem Objekt, welches bearbeitet wird, zurück, während das Material im geschmolzenen Zustand ist, bevor der Draht an dem Wulst haftet.
Patentliteratur 1 offenbart ein Verfahren zum Schweißen eines Metallmaterials durch Bestrahlen des Metallmaterials mit Laserlicht, während Draht zu dem Metallmaterial zugeführt wird, wobei der Fokus des Laserlichts von dem geschmolzenen Draht wegbewegt wird, während die Drahtzuführungsrate zunehmend reduziert wird, bevor die Bestrahlung mit dem Laserlicht an einem Endbereich des geschweißten Teils beendet wird.
Zi tierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nummer 2001-105163
Überblick
Technisches Problem
In einem Fall, in dem der Fokus von dem Endbereich wegbewegt wird, bevor der Strahl bei der 3D-Druckvorrichtung auf eine Weise, die der Technologie gemäß Patentliteratur 1 ähnlich ist, gestoppt wird, setzt sich die Bestrahlung des vorderen Endes des Drahts mit dem Strahl fort, selbst während die Bildung eines Wulstes gestoppt wird und die Drahtzuführungsrate verringert wird. Am vorderen Ende wird der Draht durch die Bestrahlung mit dem Strahl geschmolzen, und der Draht verfestigt sich hierauf. Durch derartiges Schmelzen und Verfestigen kann ein Klumpen gebildet werden, der eine größere Breite als der Draht aufweist, wobei der Klumpen von dem Vorderende verschieden ist und an dem Vorderende gebildet wird. Wenn ein solcher Klumpen an dem Draht gebildet wird, wird die nächste Anwendung unter Verwendung des Drahts mit dem daran verbleibenden Klumpen begonnen, was die Gestalt des modellierten Objekts beeinträchtigen kann. Wenn der Klumpen von dem Draht nach dem Stoppen der Anwendung und vor dem Start der Anwendung durchtrennt wird, werden die für die 3D-Druckvorrichtung zum Drucken modellierter Objekte nötigen Prozesse zunehmen, und es wird auch ein Problem dahingehend geben, dass abgeschnittene Klumpen in der 3D-Druckvorrichtung verbleiben. Bei der Technologie gemäß dem Stand der Technik kann die 3D-Vorrichtung das Anhaften des Drahts an dem Wulst reduzieren, aber es gibt ein Problem dahingehend, dass sich die Bearbeitungsqualität sich durch die Bildung eines Klumpens am Vorderende des Drahts verringert.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen getätigt, und es ist ihr Ziel, eine 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen, die die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern kann.
Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, stellt eine 3D-Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein modelliertes Objekt durch Hinzufügen eines Materials, welches durch Bestrahlen mit einem Strahl geschmolzen wird, zu einem zu bearbeitenden Objekt her. Die 3D-Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Strahlquelle, welche einen Strahl ausgibt, und eine Antriebseinheit, welche die Relativposition eines Materials, welches von einem Vorrat des Materials zugeführt wird, und einem zu bearbeitenden Objekt ändert. Die Antriebseinheit ist in der Lage, ein erstes Antreiben zum Zuführen des Materials von dem Vorrat hin zu dem zu bearbeitenden Objekt und ein zweites Antreiben zum Zurückziehen des zugeführten Materials hin zu dem Vorrat durchzuführen, und sie schaltet basierend auf einem Bearbeitungsprogramm von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben um.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine 3D-Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bearbeitungsqualität verbessern.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches eine 3D-Druckvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines NC-Geräts zeigt, welches die in 1 gezeigte 3D-Druckvorrichtung steuert.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Hardwarekonfiguration des NC-Geräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches einen Zustand zeigt, in dem die in 1 gezeigte 3D-Druckvorrichtung Wülste bildet.
5 ist ein Diagramm, welches ein Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform erläutert.
6 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der 3D-Druckvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches Zustände eines Laserstrahls und eines Drahts bei der in 1 gezeigten 3D-Druckvorrichtung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, welches Prozeduren des Betriebs zeigt, die durch die 3D-Druckvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
9 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines NC-Geräts zeigt, welches eine 3D-Druckvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert.
10 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der 3D-Druckvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines NC-Geräts zeigt, welches eine 3D-Druckvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert.
12 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine 3D-Druckvorrichtung und ein numerisches Steuergerät gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist. In der nachfolgenden Beschreibung kann das numerische Steuergerät als NC-Gerät bezeichnet werden.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, welches eine 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 3D-Druckvorrichtung ist ein Maschinenwerkzeug zum Herstellen modellierter Objekte durch additive Bearbeitung, welches die Hinzufügung eines Materials, welches durch einen Strahl geschmolzen wurde, zu einem zu bearbeitenden Objekt ist. In der ersten Ausführungsform ist der Strahl ein Laserstrahl und das Material ist ein Draht 5, welches ein Metallmaterial ist.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 bildet Abscheidungen 18 des Metallmaterials an der Oberfläche eines Basismaterials 17 durch Abscheiden von Wülsten an dem Basismaterial 17. Die Wülste sind lineare Objekte, die durch Verfestigung des geschmolzenen Drahts 5 gebildet werden. Das Basismaterial 17 ist an einem Objekttisch 15 angebracht. In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet das zu bearbeitende Objekt das Basismaterial 17 und die Abscheidungen 18. Das modellierte Objekt bezeichnet das Basismaterial 17 und die Abscheidungen 18 nach dem Hinzufügen von Materialien wenn ein Bearbeitungsprogramm beendet ist. Das in 1 gezeigte Basismaterial 17 ist eine Platte. Das Basismaterial 17 kann ein von einer Platte verschiedenes Material sein.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 umfasst einen Bearbeitungskopf 10 mit einer Strahldüse 11, einer Drahtdüse 12 und einer Gasdüse. Die Strahldüse 11 emittiert einen Laserstrahl zum Schmelzen eines Materials hin zu dem zu bearbeitenden Objekt. Die Drahtdüse 12 fördert den Draht 5 hin zu der Laserstrahlbestrahlungsposition an dem zu bearbeitenden Objekt. Die Gasdüse erzeugt einen Gasstrom zum Verhindern der Oxidation der Abscheidungen 18 und zum Kühlen der Wülste hin zu dem zu bearbeitenden Objekt. In 1 ist die Gasdüse nicht gezeigt. Der Bearbeitungskopf 10 umfasst auch einen Temperatursensor 9 und eine Kamera 19.
Ein Laser 2, welcher eine Strahlquelle ist, emittiert einen Laserstrahl. Der Laserstrahl von den Laser 2 wird zu der Strahldüse 11 über ein Faserbündel 3 geführt, welches ein optischer Übertragungsweg ist. Eine Gaszuführungsvorrichtung 7 führt der Gasdüse Gas über Rohre 8 zu. Die Gasdüse erzeugt einen Strom von Gas entlang der zentralen Achse des Laserstrahls, der von der Strahldüse 11 emittiert wird. Die Strahldüse 11 und die Gasdüse sind somit koaxial angeordnet. Alternativ kann die Gasdüse an einer Position angeordnet sein, welche von einer mit der Strahldüse 11 koaxialen Position verschieden ist.
Eine Drahtspule 6, um die der Draht 5 gewickelt ist, ist ein Materialvorrat. Ein Drehantriebsmotor 4 ist eine Zuführungsantriebseinheit zur Zuführung des Materials. Die Drahtspule 6 dreht mit dem Drehantrieb des Drehantriebsmotors 4, welches ein Servomotors ist. Der Drehantriebsmotor 4 führt einen ersten Antrieb zum Zuführen des Drahts 5 hin zu dem zu bearbeitenden Objekt von der Drahtspule 6 und einen zweiten Antrieb zum Zurückziehen des zugeführten Drahts 5 hin zu der Drahtspule 6. Der Drehantriebsmotor 4 dreht die Drahtspule 6 beim ersten Antreiben in eine erste Richtung, und er dreht die Drahtspule 6 in eine zweite Richtung, welches eine der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung ist, beim zweiten Antreiben. In 1 ist die erste Richtung die Richtung gegen den Uhrzeigersinn, und die zweite Richtung ist die Richtung im Uhrzeigersinn. Der Drehantriebsmotor 4 dreht von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben um, und zwar basierend auf einem Bearbeitungsprogramm. Der Drehantriebsmotor 4 ändert die Relativpositionen des Vorderendes des Drahts 5, der von der Drahtspule 6 zugeführt wurde, und des zu bearbeitenden Objekts durch Umschalten von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben.
Der von der Drahtspule zugeführte Draht 5 läuft durch die Strahldüse 12 und wird der Bestrahlungsposition des Laserstrahls zugeführt. Es sei angemerkt, dass die Drahtdüse 12 mit einer Funktion zum Herausziehen des Drahts 5 von der Drahtspule 6 ausgestattet sein kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 ist mit dem Drehantriebsmotor 4, welcher an die Drahtspule 6 gekoppelt ist, und/oder dem Betriebsmechanismus für die Drahtdüse 12 versehen, um die Zuführung des Drahts 5 zu der Bestrahlungsposition des Laserstrahls zu ermöglichen. Ein solcher Betriebsmechanismus ist eine Zuführungsantriebseinheit zum Zuführen des Materials. In 1 ist der Betriebsmechanismus für die Drahtdüse 12 nicht gezeigt.
Die Kopfantriebseinheit 14 bewegt den Bearbeitungskopf 10 in die X-Achsenrichtung, die Y-Achsenrichtung und die Z-Achsenrichtung. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind zueinander senkrechte Achsen. Die X-Achse und die Y-Achse sind parallel zur horizontalen Richtung. Die Z-Achsenrichtung ist die vertikale Richtung. Es sei angemerkt, dass die durch einen Pfeil in 1 angegebene Richtung entlang der X-Achsenrichtung als eine positive X-Richtung bezeichnet werden kann und die der positiven X-Richtung entgegengesetzte Richtung als eine negative X-Richtung bezeichnet werden kann. Es sei angemerkt, dass die durch einen Pfeil in 1 angegebene Richtung entlang der Y-Achsenrichtung als eine positive Y-Richtung bezeichnet werden kann und die der positiven Y-Richtung entgegengesetzte Richtung als eine negative Y-Richtung bezeichnet werden kann. Die durch einen Pfeil in 1 angegebene Richtung entlang der Z-Achsenrichtung als eine positive Z-Richtung bezeichnet werden kann und die der positiven Z-Richtung entgegengesetzte Richtung als eine negative Z-Richtung bezeichnet werden kann. Die positive Z-Richtung ist eine Richtung vertikal nach oben. Die negative Z-Richtung ist eine Richtung vertikal nach unten.
Die Kopfantriebseinheit 14 umfasst einen Servomotor, welcher einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in die X-Achsenrichtung bildet, einen Servomotor, welcher einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in die Y Achsenrichtung bildet, und einen Servomotor, welcher einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in die Z-Achsenrichtung bildet. Die Kopfantriebseinheit 14 ist ein Betriebsmechanismus, welcher die Translationsbewegung in alle Richtungen der drei Achsen ermöglicht. In 1 sind die Servomotoren nicht gezeigt. Die 3D-Druckvorrichtung 100 bewegt die Bewegungsposition des Laserstrahls an dem zu bearbeitenden Objekt durch Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 durch das Antreiben der Kopfantriebseinheit 14.
Mit dem in 1 gezeigten Bearbeitungskopf 10 verläuft der Laserstrahl von der Strahldüse 11 aus in die negative Z-Richtung. Die Drahtdüse 12 ist an einer Position bereitgestellt, die von der Strahldüse 11 in der X-Y-Ebene entfernt ist, und sie führt den Draht 5 in eine Richtung unter einem Winkel zur Z-Achse. Zudem kam der Bearbeitungskopf 10 den Draht 5 entlang der zentralen Achse des Strahls fördern, der von der Strahldüse 11 emittiert wird. Die Strahldüse 11 und die Drahtdüse 12 können somit koaxial zueinander angeordnet sein. Die Strahldüse 11 kann einen Laserstrahl emittieren, bei dem eine Gestalt des Strahlquerschnitts in eine Ringgestalt um den Draht 5 herum eingestellt ist, oder sie kann eine Mehrzahl von Strahlen emittieren, die um den Draht 5 herum verteilt sind. Derartige Laserstrahlen werden so eingestellt, dass sie an der Bestrahlungsposition des zu bearbeitenden Objekts zusammenlaufen.
Eine Drehantriebseinheit 16 ist ein Betriebsmechanismus, welcher eine Drehbewegung um zwei Achsen ermöglicht. Der Drehantriebsmechanismus 16 umfasst einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Drehen des Objekttischs 15 um die Z-Achse bildet, und einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Drehen des Objekttischs 15 um die X-Achse bildet. In 1 sind die Servomotoren nicht gezeigt. Die Drehantriebseinheit 16 dreht das zu bearbeitende Objekt zusammen mit dem Objekttisch 15. Die 3D-Druckvorrichtung 100 ist in der Lage, die Stellung des zu bearbeitenden Objekts so einzustellen, dass sie für die Bearbeitung geeignet ist, indem der Objekttisch 15 durch die Drehantriebseinheit 16 gedreht wird.
Der Temperatursensor 9 detektiert die Temperatur des zu bearbeitenden Objekts einschließlich eines Schmelzbads, in dem ein an dem zu bearbeitenden Objekt geschmolzenes Material gespeichert wird. Die Kamera 19 nimmt Bilder des Schmelzbads auf. Die 3D-Druckvorrichtung 100 stellt eine Bearbeitungsbedingung basierend auf einem Detektionsergebnis des Temperatursensors 9 ein. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Bearbeitung durchführen, während der Zustand des Schmelzbads basierend auf Bilddaten überwacht wird, welche durch die Kamera 19 gewonnen werden.
Ein NC-Gerät 1 steuert die 3D-Druckvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsprogramm. Das NC-Gerät 1 gibt einen Achsenbefehl an die Kopfantriebseinheit 14 aus, um die Kopfantriebseinheit 14 zu steuern. Das NC-Gerät 1 gibt einen Ausgabebefehl an den Laser 2 aus, um den Laser 2 zu steuern. Der Ausgabebefehl ist ein erster Befehl zum Steuern der Laserstrahlausgabe.
Das NC-Gerät 1 gibt einen Zuführungsbefehl an den Drehantriebsmotor 4 aus, um den Drehantriebsmotor 4 zu steuern. Der Zuführungsbefehl ist ein zweiter Befehl zum Steuern der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit. Das NC-Gerät 1 steuert das erste Antreiben, um die Geschwindigkeit des Drahts 5, der von der Drahtspule 6 hin zu dem zu bearbeitenden Objekt gefördert wird, einzustellen. Zudem steuert das NC-Gerät 1 das zweite Antreiben, um die Geschwindigkeit des von dem zu bearbeitenden Objekt hin zu der Drahtspule 6 gezogenen Drahts 5 einzustellen. Die Geschwindigkeit kann auch als eine Fördergeschwindigkeit bezeichnet werden. Die Fördergeschwindigkeit beim Fördern des Drahts 5 von der Drahtspule 6 gibt die Menge der Zuführung des Materials pro Stunde an.
Das NC-Gerät 1 gibt einen Befehl gemäß der Bedingung der Gaszuführungsmenge zu der Gaszuführungsvorrichtung 7 an, um die Menge der Gaszuführung von der Gaszuführungsvorrichtung 7 zu der Gasdüse zu steuern. Das NC-Gerät 1 gibt einen Drehbefehl an die Drehantriebseinheit 16 aus, um den Betrieb der Drehantriebseinheit 16 zu steuern.
Der Temperatursensor 9 gibt ein Signal an das NC-Gerät 1 aus, welches ein Temperaturdetektionsergebnis angibt. Die Kamera 19 gibt an das NC-Gerät 1 Bilddaten aus, welche durch das Abbilden gewonnen werden. Das NC-Gerät 1 stellt die Bearbeitungsbedingung basierend auf dem Temperaturdetektionsergebnis und den Bilddaten ein. Man beachte, dass das NC-Gerät 1 eine Komponente der 3D-Druckvorrichtung 100 oder eine Komponente sein kann, die extern von der 3D-Druckvorrichtung 100 angeordnet ist.
2 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration des NC-Geräts 1 zeigt, welches die in 1 gezeigte 3D-Druckvorrichtung 100 steuert. Ein Bearbeitungsprogramm 20, welches ein NC-Programm ist, das durch eine computergestützte Herstellungsvorrichtung (CAM-Vorrichtung) erzeugt wurde, wird in das NC-Gerät 1 eingegeben. Das Bearbeitungsprogramm 20 gibt einen Bearbeitungspfad an, welches ein Pfad ist, entlang dem die Bestrahlungsposition des Laserstrahls bewegt wird, und zwar in Übereinstimmung mit einer Instruktion für einen Bewegungspfad, entlang dem der Bearbeitungskopf 10 relativ zu dem zu bearbeitenden Objekt bewegt wird, welches an dem Objekttisch 15 angebracht ist.
Das NC-Gerät 1 umfasst eine Bearbeitungsbedingungstabelle 21, in der Daten verschiedener Bearbeitungsbedingungen gespeichert sind. Das Bearbeitungsprogramm 20 umfasst einen Befehl zum Auswählen einer Bearbeitungsbedingung aus den Bearbeitungsbedingungen, welches Daten sind, die in der Bearbeitungsbedingungstabelle 21 gespeichert sind.
Das NC-Gerät 1 umfasst eine Programmanalyseeinheit 22, welche das Bearbeitungsprogramm 20 analysiert, und eine Achsenbefehlserzeugungseinheit 23, welche einen Achsenbefehl basierend auf einem Ergebnis der Analyse der Programmanalyseeinheit 22 erzeugt. Die Programmanalyseeinheit 22 analysiert einen Bewegungspfad, entlang dem der Bearbeitungskopf 10 zu bewegen ist, basierend auf den Inhalten der in dem Maschinenprogramm beschriebenen Prozesse. Die Programmanalyseeinheit 22 gibt Daten aus, welche den analysierten Bewegungspfad angeben, und zwar an die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 erzeugt einen Achsenbefehl, welcher eine Gruppe von Interpolationspunkten pro Zeiteinheit auf dem Bewegungspfad ist.
Das NC-Gerät 1 umfasst eine Bedingungseinstelleinheit 24, welche eine Bearbeitungsbedingung einstellt, eine Bedingungsanpassungseinheit 25, welche die Bearbeitungsbedingung anpasst, und eine Bedingungsbefehlserzeugungseinheit, welche einen Befehl in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsbedingung erzeugt. Die Programmanalyseeinheit 22 gewinnt Informationen zum Angeben einer Bearbeitungsbedingung von dem Bearbeitungsprogramm 20 und gibt die gewonnenen Informationen an die Bedingungseinstelleinheit 24 aus. Die Bedingungseinstelleinheit 24 liest Daten der Bearbeitungsbedingung, welche in dem Bearbeitungsprogramm 20 angegeben sind, von der Bearbeitungsbedingungstabelle 21 basierend auf der Information von der Programmanalyseeinheit 22 aus. Auf diese Weise stellt die Bedingungseinstelleinheit 24 eine Bearbeitungsbedingung für den 3D-Druck. Es sei angemerkt, dass das NC-Gerät 1 auch Daten einer Bearbeitungsbedingung basierend auf dem Bearbeitungsprogramm 20 gewinnen kann, in dem Daten der Bearbeitungsbedingung beschrieben sind, anstatt die Daten einer bestimmten Bearbeitungsbedingung aus den Daten verschiedener Bearbeitungsbedingungen zu gewinnen, welche vorab in der Bearbeitungsbedingungstabelle 21 gespeichert sind. Auch in diesem Fall kann die Programmanalyseeinheit 22 die Daten der Bearbeitungsbedingung durch Analysieren des Bearbeitungsprogramms 20 gewinnen. Die Programmanalyseeinheit 22 gibt die gewonnenen Daten der Bearbeitungsbedingung an die Bedingungsanpassungseinheit 25 aus.
Die Bedingungsanpassungseinheit 25 gewinnt die Daten der eingestellten Bearbeitungsbedingung von der Bedingungseinstelleinheit 24 und passt die Bearbeitungsbedingung an. Das Signal von dem Temperatursensor 9 wird an die Bedingungsanpassungseinheit 25 eingegeben. Die Bedingungsanpassungseinheit 25 passt die Laserstrahlleistung oder die Gaszuführungsmenge basierend auf dem Detektionsergebnis des Temperatursensors 9 an. Die Bedingungsanpassungseinheit 25 gibt die Daten der angepassten Bearbeitungsbedingung an die Bedingungsbefehlserzeugungseinheit 26 aus.
Die Bedingungsbefehlserzeugungseinheit 26 gewinnt die Daten der Bearbeitungsbedingung von der Bedingungsanpassungseinheit 25 und erzeugt verschiedene Befehle in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsbedingung. Die Bedingungsbefehlserzeugungseinheit 26 umfasst eine Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27, welche einen Ausgabebefehl zum Steuern der Laserstrahlleistung und eine Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28, welche einen Zuführungsbefehl zum Steuern der Zuführung des Drahts 5 erzeugt. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 erzeugt einen Zuführungsbefehl, welcher die Relativpositionen des Vorderendes des Drahts 5, welcher von der Drahtspule 6 zugeführt wird, und dem zu bearbeitenden Objekt ändert. Das NC-Gerät 1 erzeugt den durch die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 erzeugten Achsenbefehl, den durch die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27 erzeugten Ausgabebefehl und den durch die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 erzeugten Zuführungsbefehl.
Die in 1 gezeigte Kopfantriebseinheit 14 umfasst einen Servoverstärker 31 zum Steuern des Antriebs jedes der Servomotoren, welche in der Kopfantriebseinheit 14 enthalten sind. Der Servoverstärker 31 steuert den Betrieb jedes der Servomotoren in Übereinstimmung mit dem von dem NC-Gerät 1 ausgegebenen Achsenbefehl.
Der in 1 gezeigte Laser 2 umfasst eine Lasersteuereinheit 32, welche den Laser steuert. Die Lasersteuereinheit 32 steuert den Laser in Übereinstimmung mit dem von dem NC-Gerät 1 ausgegebenen Ausgabebefehl. Der in 1 gezeigte Drehantriebsmotor 4 umfasst einen Servoverstärker 33, welcher den Drehbetrieb steuert. Der Servoverstärker 33 steuert den Antrieb des Drehantriebsmotors 4 in Übereinstimmung mit dem von dem NC-Gerät 1 ausgegebenen Zuführungsbefehl.
Zudem gibt die Bedingungsbefehlserzeugungseinheit 26 einen Befehl in Übereinstimmung mit der Bedingung der Gaszuführungsmenge an die Gaszuführungsvorrichtung 7 aus. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 gibt einen Drehbefehl an die Drehantriebseinheit 16 aus. Die Ausgabe eines Befehls an die Gaszuführungseinheit 7 und die Ausgabe eines Drehbefehls an die Drehantriebseinheit 16 sind in 2 nicht dargestellt. Das NC-Gerät 1 steuert die gesamte 3D-Druckvorrichtung 100 durch die Ausgabe verschiedener Befehle.
Das NC-Gerät 1 kann eine Anpassung des durch die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 erzeugten Achsenbefehls oder eine Anpassung der Bearbeitungsbedingung durch die Bedingungsanpassungseinheit 25 den durch die Kamera 19 gewonnenen Bilddaten ausführen. Die Eingabe der Bilddaten von der Kamera 19 an das NC-Gerät 1 ist in 2 nicht dargestellt.
Nun wird eine Hardwarekonfiguration des NC-Geräts 1 beschrieben. Die jeweiligen funktionellen Einheiten des in 2 gezeigten NC-Geräts 1 sind durch ein Steuerprogramm implementiert, welches ein Programm zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern der 3D-Druckvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform ist und welches unter Verwendung von Hardware ausgeführt wird.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Hardwarekonfiguration des NC-Geräts 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Das NC-Gerät 1 umfasst eine zentrale Prozessierungseinheit (CPU) 41, welche verschiedene Prozesse ausführt, einen Wahlzugriffsspeicher (RAM) 42, welcher einen Datenspeicherbereich umfasst, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 43, welches ein nichtflüchtiger Speicher ist, eine externe Speichervorrichtung 44 und eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 45 zum Eingeben von Informationen an das NC-Gerät 1 und zum Ausgeben von Informationen von dem NC-Gerät 1. Die jeweiligen in 3 gezeigten Komponenten sind miteinander über einen Bus 46 verbunden.
Die CPU 41 führt ein Programm aus, welches in dem ROM 43 und der externen Speichervorrichtung 44 gespeichert ist. Die Programmanalyseeinheit 22, die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23, die Bedingungseinstelleinheit 24, die Bedingungsanpassungseinheit 25, die Bedingungsbefehlserzeugungseinheit 26, die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27 und die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28, welche in 2 gezeigt sind, sind unter Verwendung der CPU 41 implementiert.
Die externe Speichervorrichtung 44 ist ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Festkörperspeicherlaufwerk (SSD). Die externe Speichervorrichtung 44 speichert die Steuerprogramme und verschiedene Daten. Die externe Speichervorrichtung 44 speichert das Bearbeitungsprogramm 20 und die Bearbeitungsbedingungstabelle 21, welche in 2 gezeigt ist. Das ROM 43 speichert Software oder ein Programm zum Steuern von Hardware, welches ein Eingabe-/Ausgabe-System (BIOS) ist, welches ein grundlegendes Programm zum Steuern eines Computers oder einer Steuerung ist, welche das NC-Gerät 1 ist, oder einen Bootloader, wie etwa ein Unified Extensible Firmware Interface (UEFI). Es sei angemerkt, dass die Steuerprogramme in dem ROM 43 gespeichert sein können.
Die in dem ROM und der externen Speichervorrichtung 44 gespeicherten Programme werden in das RAM 42 geladen. Die CPU 41 lädt die Steuerprogramme in das RAM 42, um verschiedene Prozesse auszuführen. Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 45 ist eine Schnittstelle zur Verbindung mit Vorrichtungen die außerhalb des NC-Geräts 1 liegen. Das Bearbeitungsprogramm 20 und die in der Bearbeitungsbedingungstabelle 21 gespeicherten Daten werden an die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 45 eingegeben. Zudem gibt die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 45 verschiedene Befehle aus. Das NC-Gerät 1 kann eine Eingabevorrichtung, wie etwa eine Tastatur oder eine Zeigevorrichtung, und eine Ausgabevorrichtung, wie etwa eine Anzeige, umfassen.
Die Steuerprogramme können in einem durch einen Computer lesbaren Speichermedium gespeichert sein. Das NC-Gerät 1 kann die Steuerprogramme, welche in einem Speichermedium gespeichert sind, in der externen Speichervorrichtung 44 speichern. Das Speichermedium kann ein tragbares Speichermedium sein, was eine flexible Platte ist, oder es kann ein Flash-Speicher sein, was ein Halbleiterspeicher ist. Die Steuerprogramme können in einen Computer oder eine Steuerung, welche das NC-Gerät 1 ist, über ein Kommunikationsnetzwerk von einem anderen Computer oder einem Server installiert werden.
Die Funktionen des NC-Geräts 1 können durch Prozessierungsschaltungen, welche dedizierte Hardware zum Steuern der 3D-Druckvorrichtung 100 sind, implementiert sein. Die Prozessionsschaltungen können eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) oder eine Kombination derselben sein. Einige Funktionen des NC-Geräts 1 können durch dedizierte Hardware implementiert sein, und andere Funktionen können durch Software oder Firmware implementiert sein.
Nun wird die Bildung von Wülsten durch die 3D-Druckvorrichtung 100 erläutert. 4 ist ein Diagramm, welches einen Zustand zeigt, in dem die in 1 gezeigte 3D-Druckvorrichtung 100 Wülste 50 bildet. Die 3D-Druckvorrichtung 100 bildet die Wülste 50, indem sie den Bearbeitungskopf 10 bewegt, während sie den Draht 5 an die Strahlungsposition des Laserstrahls zuführt. In dem in 4 gezeigten Beispiel bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 in die positive X-Richtung, um einen Wulst 50 zu bilden, deren Längsrichtung sich in die X-Achsenrichtung erstreckt. Ein Wulst 50 auf einer ersten Schicht wird direkt an dem Basismaterial 17 gebildet. Ein Wulst 50 auf einer zweiten Schicht wird auf dem Wulst 50 der ersten Schicht gebildet. Die 3D-Druckvorrichtung 100 erzeugt die Abscheidung einer Mehrzahl von Wülsten 50, um die Abscheidungen 18 zu bilden.
Vor dem Start der Bildung der Wülste 50 bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 an eine Position, welches ein Startpunkt 51 des Wulstes 50 ist. Die 3D-Druckvorrichtung 100 startet die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in die X-Achsenrichtung ausgehend von dieser Position, die Bestrahlung mit dem Laserstrahl und die Zuführung des Drahts 5. Der Drehantriebsmotor 4 führt den Draht 5 von der Drahtspule 6 zu der Laserstrahlbestrahlungsposition an dem Basismaterial 17 durch das erste Antreiben. Die 3D-Druckvorrichtung 100 bildet den Wulst 50 durch Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 unter Bestrahlung mit dem Laserstrahl und mit Zuführung des Drahts 5, und durch Verfestigung des Schmelzpools 53 durch eine Temperaturabnahme.
Wenn die Bestrahlungsposition eine Position erreicht, welches ein Endpunkt 52 des Wulstes 50 ist, stoppt die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10, die Bestrahlung mit dem Laserstrahl und das Zuführen des Drahts 5. Die 3D-Druckvorrichtung 100 bildet auf diese Weise einen Wulst 50. Beim Beenden der Bildung des Wulstes 50 an dem Endpunkt 52 dreht die 3D-Druckvorrichtung die Drahtspule 6 mit dem Drehantriebsmotor 4 in die zweite Richtung, um den Draht 5 hin zu der Drahtspule 6 zurückzuziehen.
Beim Beenden der Bildung eines Wulstes 50 bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 an eine Position, welches eine Startposition 51 eines nächsten Wulstes ist. Durch Bilden einer Mehrzahl von Abscheidungen 18 an dem Basismaterial 17 kann die 3D-Druckvorrichtung 100 eine nächste Abscheidung 18 bilden, nachdem die Bildung einer Abscheidung 18 beendet ist, oder sie kann eine Mehrzahl von Abscheidungen 18 gleichzeitig bilden. Das Bilden einer Mehrzahl von Abscheidungen 18 gleichzeitig bezieht sich auf das Bilden einer Mehrzahl von Abscheidungen 18 in Prozeduren, bei denen Wülste 50 an ersten Schichten der jeweiligen Abscheidungen 18 gebildet werden und dann Wülste 50 an zweiten Schichten der jeweiligen Abscheidungen 18 gebildet werden.
Nun werden Bearbeitungen um den Endpunkt 52 erläutert. Hierzu wird der Betrieb gemäß einem Vergleichsbeispiel erläutert, bevor der Betrieb der 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform erläutert wird. 5 ist ein Diagramm, welches das Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform erläutert. 5 zeigt Änderungen in der Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 10, der Laserausgabe und der Geschwindigkeit des Drahts 5, wenn ein Endbereich 54, welches ein den Endpunkt 52 enthaltender Bereich ist, eines Wulstes 50 gebildet wird. Bei den drei in 5 gezeigten Graphen repräsentiert die senkrechte Achse eines ersten Graphs die Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfs 10, die senkrechte Achse eines zweiten Graphen repräsentiert die Laserleistung P, und die senkrechte Achse eines dritten Graphen repräsentiert die Geschwindigkeit V des Drahts 5. Die horizontale Achse jedes Graphen repräsentiert die Zeit t.
F1 repräsentiert einen Geschwindigkeitswert des Bearbeitungskopfs 10, der durch einen Geschwindigkeitsbefehl in dem Bearbeitungsprogramm 20 angegeben ist. P1 repräsentiert einen Laserstrahlleistungswert in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsbedingung. V1 repräsentiert einen Geschwindigkeitswert des Drahts 5 in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsbedingung. Der Bearbeitungskopf 10 erreicht den Endbereich 54 zu einer Zeit T0. Zwischen der Zeit T0 und der Zeit T1 wird die Geschwindigkeit F auf F1 gehalten, die Leistung P wird auf P1 gehalten, und die Geschwindigkeit V wird auf V1 gehalten.
Zur Zeit T1 startet die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verzögerung des Bearbeitungskopfs 10, die Verringerung der Laserstrahlleistung und die Verzögerung des Drahts 5. Der Bearbeitungskopf 10 erreicht den Endpunkt 52 zur Zeit T2 und stoppt an dem Endpunkt 52. Zur Zeit T2 werden die Ausgabe des Laserstrahls und die Zuführung des Drahts 5 gestoppt. Es sei angemerkt, dass in 5 die Änderungen in der Geschwindigkeit V beim Zurückziehen des Drahts 5 nach der Zeit T2 nicht gezeigt sind.
Bei diesem Beispiel sei angenommen, dass die Verzögerung des Drahts 5 zu einer Zeit N1 vor der Zeit T1 gestartet wird und dass das Zuführen des Drahts 5 zu einer Zeit N2 vor der Zeit T1 gestoppt wird. In diesem Fall ist zwischen der Zeit N2 und der Zeit T2 die Zuführung des Drahts 5 zu der Bestrahlungsposition gestoppt, und das Vorderende des Drahts 5 wird von dem Objekt, welches bearbeitet wird, während sich der Bearbeitungskopf 10 bewegt, getrennt. Deshalb kann die Haftung der Wülste 50 an dem Draht 5 reduziert werden. Die Bestrahlung des Drahts 5 mit dem Laserstrahl wird fortgesetzt, auch nachdem die Zuführung des Drahts 5 gestoppt wurde; dementsprechend wird der Draht 5 durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl an dem Vorderende des Drahts 5 geschmolzen, und der geschmolzene Draht 5 verfestigt sich nachfolgend. Solches Schmelzen und Verfestigen erzeugt an dem Vorderende einen Klumpen.
Zudem sei angenommen, dass die Verzögerung des Drahts 5 zu einer Zeit U1 nach der Zeit T2 gestartet wird und dass das Zuführen des Drahts 5 zu einer Zeit U2 nach der Zeit T2 gestoppt wird. Da die Zuführung des Drahts 5 fortgesetzt wird, auch nachdem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl gestoppt ist und nachdem der Bearbeitungskopf 10 gestoppt ist, kann in diesem Fall das Vorderende des Drahts 5 an den Wülsten 50 anhaften, da sich der Schmelzpool 53 verfestigt.
Wenn das Zurückziehen des Drahts 5 gestartet wird, nachdem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl gestoppt ist, kann ferner das Vorderende 5a des Drahts 5 aus dem Schmelzbad 53 herausgezogen werden, wobei das Material, das fast verfestigt ist, an dem Vorderende des Drahts 5 anhaftet. Auch in diesem Fall verursacht die Verfestigung des Materials an dem Vorderende 5a einen Klumpen an dem Vorderende des Drahts 5.
Wie vorangehend beschrieben, ist es eine erste Ursache für die Bildung eines Klumpens an dem Draht 5, dass, wenn das Zurückziehen des Drahts 5 gestartet wird, nachdem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl gestoppt hat, das Material von dem Schmelzbad 53 an dem Vorderende des Drahts 5 haftet. Zudem ist es eine zweite Ursache für die Bildung eines Klumpens an dem Draht 5, dass, wenn der Strahl 5 mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, nachdem die Zuführung des Drahts 5 gestoppt ist, der Draht 5 an einer von dem Wulst entfernten Stelle geschmolzen wird. Wenn die Bildung eines nächsten Wulstes 50 unter Verwendung des Drahts 5 mit einem daran befindlichen Klumpen gestartet wird, wird die Zuführungsmenge an Material an dem Startpunkt 51 im Vergleich zu dem Fall, in dem kein Klumpen gebildet wird, erhöht, was die Genauigkeit der Gestalt des Bereichs des Wulstes 50 an dem Startpunkt 51 verschlechtern kann. Im Fall der ersten Ursache wird ein Teil des Materials, welches den Endbereich 54 des Wulstes 50 bildet, von dem Endbereich 54 zusammen mit dem Draht 5 entfernt werden, was die Genauigkeit der Gestalt des Endbereichs 54 verschlechtert.
In einem Fall, in dem der Draht 5 an dem Wulst 50 haftet, kann der Draht 5 durch das Zurückziehen oder die anschließende Bewegung des Bearbeitungskopfes 10 durchtrennt werden. Wenn der Draht 5 abgeschnitten wird, kann die Genauigkeit der Gestalt des Endbereichs 54 verschlechtert werden. Wenn zudem der Drehantriebsmotor 4 mit an dem Wulst 50 anhaftendem Draht 5 angetrieben wird, kann auf den Drehantriebsmotor 4 eine übergroße Last ausgeübt werden. Wenn die Kopfantriebseinheit 14 mit an dem Wulst 50 anhaftendem Draht 5 angetrieben wird, kann auf die Kopfantriebseinheit 14 eine übergroße Last ausgeübt werden.
Wenn die Geschwindigkeit F gleich F1 ist, die Leistung P gleich P1 ist und die Geschwindigkeit V gleich V1 ist, wird ein thermisch ausgeglichener Zustand zwischen dem Draht 5 und dem Schmelzbad 53 nachfolgend als ein stationärer Zustand bezeichnet. Das Verringern der Laserstrahlleistung bei der Verzögerung des Bearbeitungskopfes 10 zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 kann die Menge der an jeder Position auf dem Pfad der Bestrahlungsposition zugeführten Wärme einstellen.
Selbst wenn die Verzögerung des Drahts 5 zur Zeit T1 gestartet wird und das Zuführen des Drahts 5 zur Zeit T2 gestoppt wird, kann der thermisch ausgeglichene Zustand zwischen dem Draht 5 und dem Schmelzbad 53 gegenüber dem stationären Zustand geändert werden. So eine Änderung kann durch eine Änderung der Temperatur des Objekts, welches bearbeitet wird, verursacht werden. Wenn beispielsweise die Wülste 50 an dem Objekt, das bearbeitet wird, abgeschieden werden, ändern sich die Wärmekapazität des Objekts, welches bearbeitet wird, und die thermische Leitfähigkeit des Objekts, welches bearbeitet wird, was die Temperatur des Objekts, welches bearbeitet wird, ändert. Eine Änderung in dem thermisch ausgeglichenen Zustand kann dazu führen, dass ein Klumpen gebildet wird. Zudem kann der Draht 5 an den Wülsten 50 aufgrund der Änderung des thermisch ausgeglichenen Zustands anhaften. Wie vorangehend beschrieben, ist es in dem Fall des Vergleichsbeispiels schwierig, die Bildung eines Klumpens zu reduzieren und das Anhaften des Drahts 5 zu verhindern, selbst wenn die Änderungen der Geschwindigkeit F, der Leistung P und der Geschwindigkeit V während der Bildung des Endbereichs 54 genau gesteuert werden.
Nun wird der Betrieb, der durch die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben. In der ersten Ausführungsform schaltet der Drehantriebsmotor 4 an einem dritten Zeitpunkt vom ersten Antreiben zum zweiten Antreiben um, wobei der dritte Zeitpunkt ein Zeitpunkt zwischen dem erstem Zeitpunkt, wenn die Verringerung der Leistung des Lasers gegenüber P1 verringert wird, und einem zweiten Zeitpunkt ist, wenn die Ausgabe des Laserstrahls gestoppt wird. Der Drehantriebsmotor 4 startet das Zurückziehen des Drahts 5 von dem Objekt, welches bearbeitet wird, zu dem dritten Zeitpunkt, indem der Antrieb von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben umgeschaltet wird.
Die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27, welches eine erste Befehlserzeugungseinheit ist, erzeugt einen Ausgabebefehl, um den Laser 2 basierend auf dem Bearbeitungsprogramm dazu zu veranlassen, die Leistung von P1 am ersten Zeitpunkt zu erniedrigen, und die Leistung des Lasers am zweiten Zeitpunkt zu stoppen. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28, welches eine zweite Befehlserzeugungseinheit ist, erzeugt einen Zuführungsbefehl, um von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben an dem dritten Zeitpunkt umzuschalten, und zwar basierend auf dem Bearbeitungsprogramm. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 erzeugt, in anderen Worten, einen Zuführungsbefehl, um das Zurückziehen des Drahts 5 hin zu der Drahtspule am dritten Zeitpunkt zu starten.
6 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 zeigt Änderungen in der Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 10, der Laserstrahlleistung und der Geschwindigkeit des Drahts 5, wenn der Endbereich 54 des Wulstes 50 gebildet wird. Bei den drei in 6 gezeigten Graphen repräsentiert die vertikale Achse eines ersten Graphs die Geschwindigkeit F des Bearbeitungskopfs 10, die vertikale Achse eines zweiten Graphs repräsentiert die Laserstrahlleistung P und die vertikale Achse eines dritten Graphs repräsentiert die Geschwindigkeit V des Drahts 5. Die horizontale Achse jedes der Graphen repräsentiert die Zeit t.
Zwischen Zeit T0 und Zeit M1 wird die Geschwindigkeit F auf F1 gehalten, die Leistung P wird auf P1 gehalten und die Geschwindigkeit V wird auf V1 gehalten. Zur Zeit M1, welches ein erster Zeitpunkt ist, startet die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verzögerung des Bearbeitungskopfs 10, das Verringern der Laserstrahlleistung und die Verzögerung des Drahts 5. Der Bearbeitungskopf 10 erreicht den Endpunkt 52 zur Zeit M3 und stoppt an dem Endpunkt 52. Die Laserstrahlleistung wird zur Zeit M3 gestoppt. Die 3D-Druckvorrichtung 100 stoppt die Zuführung des Drahts 5 zur Zeit M2 zwischen der Zeit M1 und der Zeit M3. Die 3D-Druckvorrichtung 100 startet auch das Zurückziehen des Drahts 5 zur Zeit M2. Die Geschwindigkeit des Drahts 5 während des Zurückziehens des Drahts 5 wird ab der Zeit M2 beschleunigt und dann verzögert. Das Zurückziehen des Drahts 5 endet zur Zeit M4 nach der Zeit M3.
7 ist ein Diagramm, das die Zustände des Laserstrahls 55 und des Drahts 5 bei der in 1 gezeigten 3D-Druckvorrichtung 100 zeigt. 7 zeigt die Zustände des Laserstrahls 55 und des Drahts 5, wenn der Endbereich 54 des Wulstes 50 gebildet wird. „M1‟, „M2“ und „M3“, welche in 7 gezeigt sind, zeigen die Zustände zur Zeit M1, der Zeit M2 bzw. der Zeit M3 in 6.
Die Verzögerung der Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in die X-Achsenrichtung wird zur Zeit M1 gestartet. Zudem wird zur Zeit M1 die Verringerung der Leistung des Laserstrahls 55 gestartet. Zur Zeit M1 ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Bearbeitungskopf 10 bewegt, F1, und die Leistung des Laserstrahls 55 ist P1. Zudem wird die Verzögerung der Geschwindigkeit, mit der der Draht 5 zugeführt wird, zur Zeit M1 gestartet. Zur Zeit M1 ist die Geschwindigkeit, mit der der Draht 5 zugeführt wird, V1. Zur Zeit M1 ist das Schmelzbad 53 um das Zentrum eines X-Y-Querschnitts des Laserstrahls 55 gebildet. In dem Schmelzbad 53 werden der Draht 5 und der Wulst 50 geschmolzen und miteinander integriert. Das Vorderende 5a des Drahts 5 liegt in dem geschmolzenen Wulst. Es sei angemerkt, dass die Grenze zwischen dem Draht 5 und dem Wulst 50 nicht klar sein muss. In 7 ist die Grenze zwischen dem Draht 5 und dem Wulst 50 schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Zur Zeit M2 wird die Zuführung des Drahts 5 gestoppt. Zur Zeit M2 ist die Leistung des Laserstrahls 55 eine Leistung, die kleiner als P1 ist. Da die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 fortgesetzt wird, wird der Bereich des Drahts 5, der mit dem Laserstrahl 55 bestrahlt wird, geschmolzen. Während sich der Bearbeitungskopf 10 mit einer Geschwindigkeit, welche kleiner als F1 ist, bewegt, wird zur Zeit M2 der Draht 5 auf die Geschwindigkeit null verzögert. Da die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit der sich der Bearbeitungskopf 10 bewegt, und der Geschwindigkeit, mit der der Draht 5 zugeführt wird, sich nach der Zeit M1 geändert haben, ist zur Zeit M2 die Position des Vorderendes 5a relativ zu dem Bestrahlungsbereich des Laserstrahls 55 nach hinten hin zu der Drahtspule 6 bewegt. Somit ist die Position des Vorderendes 5a eine Position um ein oberes Ende des Schmelzbads 53 herum. Es kann gesagt werden, dass der Draht 5 zur Zeit M2 in Kontakt mit dem oberen Ende des Schmelzbads 53 ist. Ferner wird zur Zeit M2 das Zurückziehen des Drahts 5 gestartet. Somit schaltet zur Zeit M2 der Drehantriebsmotor 4 vom ersten Antreiben in das zweite Antreiben um.
Da das Zurückziehen des Drahts 5 aus dem Zustand heraus gestartet wird, in dem der Draht 5 in Kontakt mit dem oberen Ende des Schmelzbads 53 steht, kann die 3D-Druckvorrichtung 100 das Material verringern, das aus dem Schmelzbad 53 an dem Draht 5 anhaftet, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in dem der Draht 5 aus tief innerhalb des Schmelzbads 53 zurückgezogen wird. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verschlechterung der Genauigkeit der Gestalt an dem Endbereich 54 reduzieren. Zudem kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a reduzieren.
Zur Zeit M3, welche ein zweiter Zeitpunkt ist, wird die Ausgabe des Laserstrahls 55 gestoppt. Zudem wird zur Zeit M3 die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 gestoppt. Zwischen der Zeit M2 und der Zeit M3 wird der Draht 5 zurückgezogen und der Bearbeitungskopf 10 bewegt sich, während die Verzögerung fortgesetzt wird, und deshalb wird die Position des Vorderendes 5a von der zur Zeit M2 weiter zurückgezogen. Als Folge davon ist die Position des Vorderendes 5a eine Position außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55. Zur Zeit M3 bewegt der Drehantriebsmotor 4 das Vorderende 5a des Drahts 5 nach außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55. Es sei angemerkt, dass, da die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 zur Zeit M3 gestoppt wird, der Bestrahlungsbereich zur Zeit M3 sich auf den Bestrahlungsbereich bis unmittelbar vor der Zeit M3 bezieht. In 7 ist der Laserstrahl 55, der bis unmittelbar vor der Zeit M3 ausgegeben wurde, durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Nachdem der Draht 5 zurückgezogen wurde, bis das Vorderende 5a nach außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55 zurückbewegt ist, wird das Zurückziehen des Drahts 5 zur Zeit M4 gestoppt.
Für den vorangehend beschriebenen Betrieb erzeugt die Befehlserzeugungseinheit 27 einen Ausgabebefehl zum Starten der Verringerung der Ausgabe des Laserstrahls 55 an dem ersten Zeitpunkt gleichzeitig mit dem Start der Verzögerung des Bearbeitungskopfs 10, und zum Stoppen der Ausgabe des Lasers 55 an dem zweiten Zeitpunkt gleichzeitig mit dem Stoppen des Bearbeitungskopfs 10. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 erzeugt einen Zuführungsbefehl zum Versursachen der Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 zum ersten Zeitpunkt, und zum Umschalten der Zuführung des Drahts 5 hin zum Zurückziehen des Drahts 5 an dem dritten Zeitpunkt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt.
Gemäß der ersten Ausführungsform stoppt die 3D-Druckvorrichtung 100 die Zuführung des Drahts 5 und sie startet das Zurückziehen des Drahts 5 zur Zeit M2 in einer Zeitperiode, in der die Leistung des Laserstrahls 55 verringert wird. Die 3D-Druckvorrichtung 100 startet das Zurückziehen des Drahts 5 während die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 fortgesetzt wird, was die Reduzierung der Bildung eines Klumpens aus dem vorangehend beschriebenen ersten Grund reduzieren kann. Die 3D-Druckvorrichtung zieht den Draht 5 aus dem Zustand, in dem das Vorderende 5a am oberen Ende des Wulstes 50 zur Zeit M2 zurückbewegt wird, was die Zeit verkürzen kann, während der Draht 5 kontinuierlich mit dem Laserstrahl 55 bestrahlt wird. In Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens aus dem vorangehend beschriebenen zweiten Grund verringern. Ferner stoppt die 3D-Druckvorrichtung 100 die Zuführung des Drahts 5, bevor die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 gestoppt wird, was das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 ebenfalls reduzieren kann.
Der Drehantriebsmotor 4 führt das zweite Antreiben, welches die Verringerung der Geschwindigkeit des Zurückziehens des Drahts 5 ab der Zeit M2 beinhaltet, durch, sodass das Vorderende 5a des Drahts 5 aus dem Bestrahlungsbereich des Laserstrahls 55 in einer kurzen Zeit zurückbewegt werden kann. In Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens aus dem vorangehend beschriebenen zweiten Grund weiter reduzieren. Alternativ hierzu kann der Drehantriebsmotor 4 das zweite Antreiben so durchführen, dass der Draht 5 mit einer konstanten Geschwindigkeit zurückgezogen wird.
8 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozeduren des Betriebs zeigt, der durch die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. In Schritt S1 startet die 3D-Druckvorrichtung die Bildung eines Wulstes 50 an dem in 6 gezeigten Startpunkt 51.
In Schritt S2 startet die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verzögerung der Bewegung des Bearbeitungskopfs 10, die Verringerung der Leistung des Laserstrahls 5 und die Verzögerung der Zufuhr des Drahts 5. Schritt S2 ist ein Prozess zu der vorangehend beschriebenen Zeit M1.
In Schritt S3 schaltet die 3D-Druckvorrichtung 100 von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben des Drehantriebsmotors 4 um, um die Zuführung des Drahts 5 zu stoppen und das Zurückziehen des Drahts 5 zu starten. Schritt S3 ist ein Prozess zu der vorangehend beschriebenen Zeit M2.
In Schritt S4 stoppt die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10, und sie stoppt die Ausgabe des Laserstrahls 55. Schritt S4 ist ein Prozess zu der vorangehend beschriebenen Zeit M3. Die 3D-Druckvorrichtung 100 beendet die Bildung eines Wulstes 50 durch den Schritt S4. Im Schritt S5 stoppt der Drehantriebsmotor 4 das zweite Antreiben, sodass die 3D-Druckvorrichtung 100 das Zurückziehen des Drahts 5 stoppt. Der Schritt S5 ist ein Prozess zu der vorangehend beschriebenen Zeit M4.
In Schritt S6 bestimmt die 3D-Druckvorrichtung 100, ob es einen nachfolgend zu bildenden Wulst 50 gibt oder nicht. Wenn es einen nachfolgend zu bildenden Wulst 50 gibt (Schritt S6, Ja), bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 zu einer Position, welche der Startpunkt 51 des nachfolgend zu bildenden Wulstes 50 in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm 20 in Schritt S7 ist. Die 3D-Druckvorrichtung 100 wiederholt die Prozeduren von dem Schritt S1 für den nachfolgend zu bildenden Wulst 50. Wenn es keinen nachfolgend zu bildenden Wulst 50 gibt (Schritt S6, Nein), beendet die 3D-Druckvorrichtung 100 den Betrieb der in 8 gezeigten Prozeduren.
Gemäß der ersten Ausführungsform schaltet die 3D-Druckvorrichtung 100 von dem ersten Antreiben auf das zweite Antreiben zu dem Zeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Strahlquelle das Verringern der Leistung startet, und dem Zeitpunkt, zu dem die Strahlquelle die Ausgabe stoppt, um, und zwar basierend auf dem Bearbeitungsprogramm. Da das Trennen des Drahts 5 von dem zu bearbeitenden Objekt zu dem Zeitpunkt gestartet wird, der zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Strahlquelle die Verringerung der Leistung startet, und dem Zeitpunkt, zu dem die Strahlquelle die Ausgabe stoppt, liegt, kann die 3D-Druckvorrichtung 100 das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 reduzieren, und sie kann die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 verringern. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Verringerung der Bearbeitungsqualität aufgrund des Anhaftens des Drahts 5 und der Bildung eines Klumpens verringern. Als Folge davon erreicht die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Verbesserung der Verarbeitungsqualität.
Es sei angemerkt, dass in der ersten Ausführungsform der Strahl ein Strahl sein kann, der von einem Laserstrahl verschieden ist, und er kann zum Beispiel ein Elektronenstrahl sein. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann eine Elektronenstrahlerzeugungsquelle umfassen, welches eine Strahlquelle ist. Das NC-Gerät 1 kann die Bearbeitungsqualität selbst dann verbessern, wenn der Strahl ein von einem Laserstrahl verschiedener Strahl ist.
Zweite Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines NC-Geräts 60 zeigt, welches eine 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert. Die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform stellt den Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umstellt, basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts ein. In der zweiten Ausführungsform sind Komponenten, die denen der vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsform gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und es werden hauptsächlich Merkmale beschrieben, die von denen der ersten Ausführungsform verschieden sind.
Das Signal von dem Temperatursensor 9 wird in die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eingegeben. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 stellt den dritten Zeitpunkt, zu dem das Umschalten von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben durchgeführt wird, basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts ein, indem der dritte Zeitpunkt basierend auf dem Detektionsergebnis des Temperatursensors 9 eingestellt wird. 9 gleicht der 2, außer dass ein Pfeil, welcher die Übertragung eines Signals von dem Temperatursensor 9 an die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 angibt, hinzugefügt wurde.
10 ist ein Diagramm, welches den Betrieb zeigt, der durch die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. 10 zeigt Änderungen in der Leistung des Laserstrahls 55 und der Geschwindigkeit des Drahts 5, wenn die Bildung des Wulstes 50 gestoppt wird. In der zweiten Ausführungsform repräsentiert die Zeit X1 den ersten Zeitpunkt, zu dem der Laser 2 die Verringerung der Leistung von P1 startet. Die Zeit X2 ist der zweite Zeitpunkt, wenn die Ausgabe des Laserstrahls 55 gestoppt ist. Die Zeit M1 ist der Zeitpunkt, wenn die Verzögerung der Zufuhr des Drahts 5 gestartet wird. Die Zeit M2 ist der dritte Zeitpunkt, wenn die Zuführung des Drahts 5 gestoppt wird und das Zurückziehen des Drahts 5 gestartet wird. Die Zeit M3 ist der Zeitpunkt, zu dem die Position des Vorderendes 5a des Drahts 5 aus dem Bestrahlungsbereich des Laserstrahls 55 herauskommt. Die Zeit M4 ist der Zeitpunkt, zu dem das Zurückziehen des Drahts 5 gestoppt wird. Die vorangehend beschriebene 6 zeigt den Betrieb in einem Fall, in dem die Zeit X1 mit der Zeit M1 zusammenfällt und die Zeit X2 mit der Zeit M3 zusammenfällt. Der Betrieb in einem solchen Fall wird nachfolgend als Referenzbetrieb bezeichnet. Zudem wird die durch den Temperatursensor 9 detektierte Temperatur in dem Fall, in dem der Wulst 50 durch den Referenzbetrieb gebildet werden kann, ohne das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 und die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a detektierte Temperatur als eine Referenztemperatur bezeichnet.
Wenn die durch den Temperatursensor 9 detektierte Temperatur höher ist als die Referenztemperatur, wird der Draht 5 leichter von dem Wulst 50 getrennt, wenn der Draht 5 zurückgezogen wird, und die von dem Draht 5 erhaltene Wärmemenge ist größer. Wenn die detektierte Temperatur größer ist als die Referenztemperatur, führt die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung der Verlagerung nach hinten des dritten Zeitpunkts gegenüber dem beim Referenzbetrieb durch. Die 3D-Druckvorrichtung 100 verlagert den dritten Zeitpunkt und den Zeitpunkt, der nach dem dritten Zeitpunkt liegt und zudem die Position des Vorderendes 5a außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55 gelangt, nach hinten, um den Draht 5 in einem Zustand zurückzuziehen, in dem die Ausgabe des Laserstrahls 55 relativ niedriger ist. Als Folge davon reduziert die 3D-Druckvorrichtung 100 die Menge an Wärme, die dem Vorderende 5a des Drahts 5 durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 zugeführt wird, was die Bildung eines Klumpens aufgrund des vorangehend beschriebenen zweiten Grunds verringern kann. Wenn die detektierte Temperatur größer ist als die Referenztemperatur, kann die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Einstellung durchführen, um den Zeitpunkt, zu dem die Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 gestartet wird, gegenüber der Zeit X1 nach hinten zu verlagern. Als Ergebnis davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 den Zeitpunkt, zu dem die Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 gestartet wird, d. h. den dritten Zeitpunkt, und den Zeitpunkt, zu dem die Position des Vorderendes 5a nach außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55 gelangt, nach hinten verlagern.
Wenn die durch den Temperatursensor 9 detektierte Temperatur niedriger ist als die Referenztemperatur, wird es wahrscheinlicher, dass der Draht 5 an dem Wulst 50 anhaftet, wenn der Draht 5 zurückgezogen wird und die Menge an Wärme, die von dem Draht 5 erhalten wird, kleiner wird. Wenn die detektierte Temperatur niedriger als die Referenztemperatur wird, führt die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durch, um den dritten Zeitpunkt gegenüber dem Referenzbetrieb nach vorne zu verlagern. Die 3D-Druckvorrichtung 100 verlagert den dritten Zeitpunkt und den Zeitpunkt, der nach dem dritten Zeitpunkt liegt und zu dem die Position des führenden Endes 5a nach außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55 gelangt, nach vorne, um den Draht 5 in einem Zustand zurückzuziehen, in dem die Leistung des Laserstrahls 55 relativ größer ist. Als Folge davon erhöht die 3D-Druckvorrichtung die Menge an Wärme, die dem Draht 5 durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 zugeführt wird, was die Anhaftung des Drahts 5 an dem Wulst 50 reduzieren kann. Wenn die detektierte Temperatur niedriger ist als die Referenztemperatur, kann die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durchführen, um den Zeitpunkt, zu dem die Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 gestartet wird, früher als die Zeit X1 ist. Im Ergebnis kann die 3D-Druckvorrichtung 100 den Zeitpunkt, zu dem die Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 gestartet ist, d. h. den dritten Zeitpunkt, und den Zeitpunkt, zu dem die Position des Vorderendes 5a nach außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Laserstrahls 55 gelangt, nach vorne verlagern. Ferner kann die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durchführen, um den dritten Zeitpunkt vor die Zeit X1 zu legen, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausmaß, um das die detektierte Temperatur erniedrigt ist.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann den dritten Zeitpunkt basierend auf der Temperatur durch die durch die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27 durchgeführte Anpassung anpassen, anstatt die Ausgabe der Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 anzupassen. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann den dritten Zeitpunkt relativ zu dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt anpassen, indem der Zeitpunkt angepasst wird, zu dem die Verringerung der Laserleistung unterhalb P1 gestartet wird, und des Zeitpunkts, wenn die Laserausgabe gestoppt wird.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts durchführen, und zwar durch Detektieren der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts basierend auf Bilddaten von der Kamera 19. In einem Fall, in dem das Detektionsergebnis von dem Temperatursensor 9 verwendet wird, und einem Fall, in dem die Bilddaten von der Kamera 9 zur Anpassung verwendet werden, kann die 3D-Druckvorrichtung 100 den dritten Zeitpunkt unter Verwendung einer bestehenden Konfiguration anpassen. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anzahl der Komponenten verringern, und zwar im Vergleich mit einem Fall, in dem eine Konfiguration zur Anpassung des dritten Zeitpunkts zusätzlich benötigt wird. Alternativ kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Anpassung unter Verwendung einer Konfiguration durchführen, die von dem Temperatursensor 9 oder der Kamera 19 verschieden ist. Eine solche Konfiguration kann nur zur Anpassung des dritten Zeitpunkts verwendet werden.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann den dritten Zeitpunkt basierend auf einem Ergebnis der Schätzung der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts anpassen, und zwar zusätzlich zu der Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf einem Temperaturdetektionsergebnis. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann Information vorab bereithalten, welche die Beziehung zwischen der Anzahl von abzuscheidenden Wülsten 50 und der Temperatur der Abscheidungen 18 angeben, und sie kann den dritten Zeitpunkt basierend auf einem Abschätzungsergebnis anpassen, welches aus solcher Information erhalten wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsform passt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Zeitpunkt an, an dem die Antriebseinheit vom ersten Antreiben in das zweite Antreiben basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts, einschließlich des Schmelzbads 53, umschaltet, was das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 und die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 reduzieren kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Erniedrigung der Bearbeitungsqualität aufgrund des Anhaftens des Drahts 5 und der Bildung eines Klumpens reduzieren. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Verbesserung der Bearbeitungsqualität erreichen.
Dritte Ausführungsform.
11 ist ein Diagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines NC-Geräts 70 zeigt, welches eine 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert. Die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform passt den Zeitpunkt an, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben basierend auf der Bearbeitungsbedingung umschaltet. In der dritten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, welche vorangehend beschrieben wurden, gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden vornehmlich Merkmale beschrieben, die von denen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform verschieden sind.
Die Bedingungseinstelleinheit 24 gibt Daten einer Bearbeitungsbedingung an die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 aus. Die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 passt den dritten Zeitpunkt an, zu dem das Umschalten von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben ausgeführt wird, und zwar basierend auf der Maschinenbedingung. 11 ist der 2 gleich, mit der Ausnahme, dass ein Pfeil hinzugefügt ist, der die Übertragung von Daten von der Bedingungseinstelleinheit 24 zu der Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 angibt.
Die Änderung in der Leistung P und die Änderung in der Geschwindigkeit V in der dritten Ausführungsform sind ähnlich der Änderung in der Leistung P und der Änderung in der Geschwindigkeit V in der in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform. Hier wird die Beziehung zwischen der Änderung der Leistung des Laserstrahls 55 und der Änderung der Geschwindigkeit des Drahts 5 in der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Bearbeitungsbedingung, unter der ein Wulst 50 durch den Referenzbetrieb ohne Verursachung des Anhaftens des Drahts 5 an dem Wulst 50 und ohne Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 gebildet werden kann, als eine Referenzbearbeitungsbedingung bezeichnet.
In einem Fall, in dem ein Draht 5 mit einem niedrigeren Schmelzpunkt verwendet wird als der Draht 5 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, wird der Draht 5 durch eine kleinere Wärmemenge geschmolzen, da der Draht einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. In einem Fall, in dem ein Draht 5 verwendet wird, der dünner ist als der Draht 5 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, wird der Draht 5 durch eine kleinere Wärmemenge geschmolzen, da der Durchmesser des Drahts 5 kleiner ist. In einem Fall, in dem ein Draht 5 verwendet wird, der leichter geschmolzen wird als der bei der Referenzbearbeitungsbedingung, führt die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durch, die der in dem Fall ähnlich ist, in dem die Temperatur des bearbeiteten Objekts größer ist als die Referenztemperatur bei den Einstellungen in der vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. In einem Fall, in dem ein Draht 5 mit einem höheren Schmelzpunkt verwendet wird als der Draht 5 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, oder ein Draht 5 verwendet wird, der dicker ist als der Draht 5 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, wird hingegen der Draht 5 weniger leicht geschmolzen als der bei der Referenzbearbeitungsbedingung. In einem Fall, in dem ein Draht verwendet wird, der weniger leicht geschmolzen wird als der bei der Referenzbearbeitungsbedingung, führt die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durch, die der in dem Fall ähnlich ist, wo die Temperatur des bearbeiteten Objekts niedriger ist als die Referenztemperatur bei den Anpassungen in der vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsform.
In einem Fall, in dem ein Laserstrahl 55 mit einem kleineren Strahldurchmesser verwendet wird als der des Laserstrahls 55 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, oder in einem Fall, wo ein Laserstrahl 55 mit einer niedrigeren Leistung zur Bearbeitung verwendet wird, als der Laserstrahl 55 bei der Referenzbearbeitungsbedingung, wird der Draht 5 weniger leicht geschmolzen als bei der Referenzbearbeitungsbedingung. Auch in diesem Fall führt die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durch, die ähnlich der in dem Fall ist, wo die Temperatur des bearbeiteten Objekts niedriger ist als die Referenztemperatur bei den Anpassungen der vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. In einem Fall, in dem ein Laserstrahl 55 mit einem größeren Strahldurchmesser als der des Laserstrahls 55 bei der Referenzbearbeitungsbedingung zur Bearbeitung verwendet wird, oder in einem Fall, in dem ein Laserstrahl 55 mit einer höheren Leistung als der des Laserstrahls 55 bei der Referenzbearbeitungsbedingung zur Bearbeitung verwendet wird, führt hingegen die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 eine Anpassung durch, die der in dem Fall ähnlich ist, wo die Temperatur des bearbeiteten Objekts größer ist als die Referenztemperatur bei den Anpassungen der vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 das Anhaften des Drahts 5 und die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 in einer Weise reduzieren, die der der zweiten Ausführungsform ähnlich ist.
Zudem kann die 3D-Druckvorrichtung 100 den dritten Zeitpunkt basierend auf der Anzahl der abgeschiedenen Wülste 50 anpassen. Wenn ein Wulst 50 an der ersten Schicht gebildet wird, ist die Temperatur des gebildeten Wulstes 50 durch Wärmeverlust von dem Wulst 50 an das Basismaterial 17 leicht erniedrigt. Wenn ein Wulst 50 an der zweiten Schicht oder einer darauffolgenden Schicht bei den gleichen Bearbeitungsbedingungen wie bei der ersten Schicht gebildet wird, geht die Wärme von den Abscheidungen 18 weniger leicht verloren, wenn die Zahl der abgeschiedenen Wülste 50 größer ist. Da die Wärmespeicherung in den Ausscheidungen 18 größer ist, ist in diesem Fall die Temperatur eines gebildeten Wulstes 50 weniger leicht erniedrigt. Da der Draht 5 leichter geschmolzen wird wenn die Anzahl der abgeschiedenen Wülste 50 größer ist, führt die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Anpassung durch, um den dritten Zeitpunkt weiter nach hinten zu verschieben, wenn die Anzahl der abgeschiedenen Wülste 50 größer wird. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 auf eine Weise reduzieren, die der in der zweiten Ausführungsform ähnlich ist.
Alternativ kann die 3D-Druckvorrichtung 100 den dritten Zeitpunkt basierend auf der Bearbeitungsbedingung durch eine Anpassung anpassen, die durch die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27 anstatt durch die Zuführungsbefehlserzeugungseinheit 28 ausgeführt wird. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts auf eine Weise durchführen, die der der zweiten Ausführungsform ähnlich ist, und zwar zusätzlich zu der Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Bearbeitungsbedingung.
Gemäß der dritten Ausführungsform passt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, basierend auf der Bearbeitungsbedingung an, was das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 und die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 auf eine ähnliche Weise reduzieren kann, wie die zweite Ausführungsform. Als Folge davon ermöglicht die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Verbesserung der Bearbeitungsqualität.
Vierte Ausführungsform.
12 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform bewegt den Bearbeitungskopf 10 in eine Richtung weg von dem bearbeiteten Objekt, und zwar vor dem Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet. Bei der vierten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten bis dritten Ausführungsform, welche vorangehend beschrieben wurden, entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden vornehmlich die Merkmale beschrieben, welche von denen der ersten bis dritten Ausführungsform verschieden sind.
Die Änderung der Leistung P und die Änderung der Geschwindigkeit V bei der vierten Ausführungsform sind ähnlich der Änderung der Leistung P bzw. der Änderung der Geschwindigkeit V der in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform. Hierbei wird der Betrieb des Bearbeitungskopfs 10 unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. Die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in die Richtung weg von dem bearbeiteten Objekt wird zu einem vierten Zeitpunkt zwischen der Zeit M1, welches ein Zeitpunkt ist, wenn die Verzögerung der Zuführung des Drahts 5 gestartet wird, und einer Zeit M2 liegt, welches der dritte Zeitpunkt ist, wenn die Zuführung des Drahts 5 gestoppt wird und das Zurückziehen des Drahts 5 gestartet wird, durchgeführt. In 12 ist die Richtung weg von dem bearbeiteten Objekt die positive Z-Richtung. Der vierte Zeitpunkt kann gleichzeitig zur Zeit M1 sein. Zudem liegt der vierte Zeitpunkt vor dem dritten Zeitpunkt.
12 zeigt einen Zustand bevor der Bearbeitungskopf 10 in die positive Z-Richtung bewegt wird, und einen Zustand, nachdem der Bearbeitungskopf 10 in die positive Z-Richtung bewegt wurde. Bevor der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, ist das Vorderende 5a des Drahts 5 tief innerhalb des Schmelzbads 53, und zwar auf eine Weise, die der in dem in 7 gezeigten Zustand zur Zeit M1 ähnlich ist. Zum vierten Zeitpunkt bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 von diesem Zustand um eine Strecke ΔZ in die positive Z-Richtung. Als Folge davon wird die Position des Vorderendes 5a des Drahts 5 mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 um die Strecke ΔZ in die positive Z-Richtung von der Position während der Bearbeitung angehoben und erreicht eine Position an dem oberen Ende des Schmelzbads 53. Für den vorangehend beschriebenen Betrieb erzeugt die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 einen Achsenbefehl zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 um die Strecke ΔZ in die positive Z-Richtung an dem vierten Zeitpunkt. Die Kopfantriebseinheit 14 bewegt den Bearbeitungskopf 10 in Übereinstimmung mit dem Achsenbefehl am vierten Zeitpunkt in die Richtung weg von dem bearbeiteten Objekt.
Am vierten Zeitpunkt kann man sagen, dass der Draht 5 in Kontakt mit dem oberen Ende des Schmelzbads 53 ist. Zur Zeit M2 nach dem vierten Zeitpunkt startet das Zurückziehen des Drahts 5. Da das Zurückziehen des Drahts 5 aus dem Zustand gestartet wird, in dem der Draht 5 in Kontakt mit dem oberen Ende des Schmelzbads 53 ist, kann die 3D-Druckvorrichtung 100 das Material reduzieren, das von dem Schmelzbad 53 an dem Draht 5 anhaftet, und zwar im Vergleich zu dem Fall, wo der Draht 5 von tief innerhalb des Schmelzbads 53 zurückgezogen wird. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verschlechterung der Genauigkeit der Gestalt an dem Endbereich 54 reduzieren. Zudem kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 reduzieren.
Es sei angemerkt, dass die 3D-Druckvorrichtung 100 die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Temperatur des bearbeiteten Objekts auf eine Weise ähnlich der zweiten Ausführungsform durchführen kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Maschinenbedingung auf eine Weise ähnlich der dritten Ausführungsform durchführen.
Gemäß der vierten Ausführungsform bewegt die 3D-Druckvorrichtung 100 den Bearbeitungskopf 10 in die Richtung weg von dem bearbeiteten Objekt, bevor die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben umschaltet, was die Verschlechterung der Genauigkeit der Gestalt des Endbereichs 54 reduzieren kann. Zudem kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Bildung eines Klumpens an dem Vorderende 5a des Drahts 5 reduzieren. Als Folge davon ermöglicht die 3D-Druckvorrichtung 100 die Verbesserung der Bearbeitungsqualität.
Fünfte Ausführungsform.
13 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform ändert die Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem zu bearbeitenden Objekt durch das Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 oder das Drehen des zu bearbeitenden Objekts an eine Position, wo die Hinzufügung des geschmolzenen Materials gestoppt wird. Die Position, wo die Hinzufügung des geschmolzenen Materials gestoppt wird, ist eine Position des Endpunkts 52 eines Wulstes 50. In der fünften Ausführungsform sind Komponenten, welche denen der ersten bis dritten Ausführungsform, welche vorangehend beschrieben wurden, gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden vornehmlich Merkmale beschrieben, die von denen der ersten bis vierten Ausführungsform verschieden sind.
In 13 sind eine erste Bewegungsrichtung 81, welches die positive X-Richtung ist, und eine zweite Bewegungsrichtung 82, welches die negative Y-Richtung ist, Beispiele für die Richtung, in die der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, wenn der Bearbeitungskopf 10 die Position an dem Endpunkt 52 eines Wulstes 50 erreicht hat. Eine Drehrichtung 83 ist ein Beispiel für die Richtung, in die das zu bearbeitende Objekt durch den Antrieb der Drehantriebseinheit 16 gedreht wird, wenn der Bearbeitungskopf 10 die Endposition an dem Endpunkt 52 des Wulstes 50 erreicht hat. Die Drehrichtung 83 ist eine Richtung, in welche der relative Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Objekt und dem Vorderende 5a größer wird.
Die Änderung der Leistung P und die Änderung der Geschwindigkeit V in der fünften Ausführungsform sind ähnlich der Änderung der Leistung P und der Änderung der Geschwindigkeit V in der in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform. Hier werden die Bewegung des Bearbeitungskopfes 10 und das Drehen des zu bearbeitenden Objekts unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. In einem Fall, in dem die Richtung, in die der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, vorab auf die erste Bewegungsrichtung 81 eingestellt wird, bewegt sich der Bearbeitungskopf 10 in die positive X-Richtung, welches die gleiche Richtung ist, wie die Bewegungsrichtung während der Bildung des Wulstes 50, zur Zeit M2. In einem Fall, in dem die Richtung, in welche der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, vorab auf die zweite Bewegungsrichtung 82 gesetzt wird, stoppt der Bearbeitungskopf 10 in der positiven X-Richtung und startet die Bewegung in die negative Y-Richtung zur Zeit M2.
Für diese Operationen erzeugt die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23, welches eine zweite Befehlserzeugungseinheit ist, einen Achsenbefehl zum Bewegen des Maschinenkopfes 10 in die voreingestellte Richtung an der Position des Endpunkts 52. Die Kopfantriebseinheit 14 bewegt den Maschinenkopf 10 in Übereinstimmung mit dem Achsenbefehl. Als ein Ergebnis des Zurückziehens des Drahts 5 durch den Drehantriebsmotor 4 und die Bewegung des Bearbeitungskopfes 10, wird das Vorderende 5a von dem bearbeiteten Objekt getrennt.
In einem Fall, in dem die Richtung, in die das bearbeitete Objekt gedreht wird, vorab auf die Drehrichtung 83 eingestellt ist, stoppt der Bearbeitungskopf 10 die Bewegung in die positive X-Richtung. Die Drehantriebseinheit 16 dreht das bearbeitete Objekt in die Drehrichtung 83. Für diesen Betrieb erzeugt die Achsenbefehlserzeugungseinheit 23 einen Drehbefehl zum Drehen des bearbeiteten Objekts in die voreingestellte Richtung an der Position des Endpunkts 52. Die Drehantriebseinheit 16 dreht den Objekttisch 15 in Übereinstimmung mit dem Drehbefehl. Als ein Ergebnis des Zurückziehens des Drahts 5 durch den Drehantriebsmotor 4 und das Drehen des bearbeiteten Objekts wird das Vorderende 5a von dem bearbeiteten Objekt entfernt.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 ändert die Position des Bearbeitungskopfes 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt, wenn der Draht 5 hin zu der Drahtspule 6 zurückgezogen wird. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die an der Endposition 54 eines Wulstes 50 verbleibende Gestalt an eine Gestalt anpassen, die für die Bearbeitung eines modellierten Gegenstands geeignet ist. Als Folge davon kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Gestaltgenauigkeit verbessern.
Es sei angemerkt, dass die Richtung, in die der Bearbeitungskopf 10 bewegt wird, und die Richtung, in die das bearbeitete Objekt gedreht wird, nicht auf diejenigen beschränkt sind, die in 13 gezeigt sind und jegliche andere Richtung verwendet werden kann. Die Änderung der Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt muss nicht gleichzeitig mit dem Umschalten von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben, welches durch die Antriebseinheit durchgeführt wird, erfolgen. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt ändern bevor umgeschaltet wird, oder sie kann die Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem Objekt ändern, nachdem umgeschaltet wird.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann das Zurückziehen des Drahts 5 durch die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 ausführen, ohne das Zurückziehen des Drahts 10 durch den Drehantriebsmotor 4 auszuführen. Das Zurückziehen des Drahts 5 durch die Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 bezieht sich darauf, dass das Vorderende 5a von dem bearbeiteten Objekt hin zu der Drahtspule 6 separiert wird, und zwar durch die Änderung der Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt. In diesem Fall wirkt der Drehantriebsmotor 4 als eine Antriebseinheit, die das erste Antreiben zur Zuführung des Materials hin zu dem bearbeiteten Objekt von einem Vorrat durchführt. Die Kopfantriebseinheit 14 wirkt als eine Antriebseinheit, welche das zweite Antreiben zum Zurückziehen des zugeführten Materials hin zu dem Vorrat durchführt. Der Drehantriebsmotor 4 und die Kopfantriebseinheit 14 schalten von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben basierend auf dem Bearbeitungsprogramm um. Das erste Antreiben bezieht sich auf das Zuführen des Drahts 5 von der Drahtspule 6 hin zu dem bearbeiteten Objekt durch den Drehantriebsmotor 4. Das zweite Antreiben bezieht sich auf das Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 durch die Kopfantriebseinheit 14, um die vorangehend beschriebene Relativposition zu ändern. Auch auf diese Weise kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Gestaltgenauigkeit verbessern und die Bearbeitungsqualität verbessern.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann das Zurückziehen des Drahts 5 durch Drehen des bearbeiteten Objekts ausführen, ohne das Zurückziehen des Drahts 5 durch den Drehantriebsmotor 4 auszuführen. Das Zurückziehen des Drahts 5 durch das Drehen des bearbeiteten Objekts bezieht sich darauf, dass das Vorderende 5a von dem bearbeiteten Objekt relativ separiert wird bezüglich der Drahtspule 6, indem die Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt geändert wird. In diesem Fall wirkt der Drehantriebsmotor 4 als eine Antriebseinheit, welche das erste Antreiben zur Zuführung des Materials hin zu dem bearbeiteten Objekt von dem Vorrat durchführt. Die Drehantriebseinheit 16 wirkt als eine Antriebseinheit, welche das zweite Antreiben zum Zurückziehen des zugeführten Materials hin zu dem Vorrat durchführt. Der Drehantriebsmotor 4 und die Drehantriebseinheit 16 schalten basierend auf dem Bearbeitungsprogramm von dem ersten Antreiben in das zweite Antreiben um. Das erste Antreiben bezieht sich auf das Zuführen des Drahts 5 von der Drahtspule 6 hin zu dem bearbeiteten Objekt durch den Drehantriebsmotor 4. Das zweite Antreiben bezieht sich auf das Drehen des bearbeiteten Objekts durch die Drehantriebseinheit 16, um die vorangehend beschriebene Relativposition zu ändern. Auch in diesem Fall kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Gestaltgenauigkeit verbessern, und sie kann die Bearbeitungsqualität verbessern.
Es sei angemerkt, dass die 3D-Druckvorrichtung 100 die Änderung der Relativposition gemäß der fünften Ausführungsform zusammen mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs 10 in die Z Richtung gemäß der vierten Ausführungsform durchführen kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Temperatur des bearbeiteten Objekts auf eine Weise durchführen, die der der zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann das Anpassen des dritten Zeitpunkts basierend auf der Bearbeitungsbedingung auf eine der dritten Ausführungsform ähnliche Weise durchführen.
Gemäß der fünften Ausführungsform kann die 3D-Druckvorrichtung 100 die Gestaltgenauigkeit verbessern, indem sie die Position des Bearbeitungskopfs 10 relativ zu dem bearbeiteten Objekt an der Position ändert, wo die Hinzufügung des geschmolzenen Materials gestoppt wird. Im Ergebnis erzeugt die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Verbesserung der Bearbeitungsqualität.
Sechste Ausführungsform.
14 ist ein Diagramm, welches den Betrieb einer 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die 3D-Druckvorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform hält die Leistung des Laserstrahls 55 während einer Zeitperiode konstant, die den Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, enthält. In der sechsten Ausführungsform werden Komponenten, die denen der ersten bis fünften Ausführungsform, welche vorangehend beschrieben wurden, gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden vornehmlich Merkmale beschrieben, die von denen der ersten bis fünften Ausführungsform verschieden sind.
Das Erniedrigen der Leistung des Laserstrahls 55 wird zur Zeit M1 gestartet. Die Leistung des Laserstrahls 55 erreicht L1, welches ein voreingestellter Leistungswert ist, zu einem Zeitpunkt vor der Zeit M2. L1 ist ein Leistungswert, der niedriger ist als P1 und größer als null. Die Leistung des Laserstrahls 55 wird von dem Zeitpunkt, wenn die Leistung L1 erreicht, bis zur Zeit M3 auf L1 gehalten. Es wird angenommen, dass L1 ein Leistungswert ist, bei dem der geschmolzene Zustand des Schmelzbads 53 in einem solchen Zustand gehalten werden kann, in dem der Draht 5 von dem Wulst 50 weggezogen werden kann. Die Leistung des Laserstrahls 55 erniedrigt sich nach der Zeit M3 wieder und erreicht null. Wie vorangehend beschrieben hält die 3D-Druckvorrichtung 100 die Leistung des Laserstrahls 55 während der Zeit M2, welches der dritte Zeitpunkt ist, enthaltenden Periode konstant. Für den vorangehend beschriebenen Betrieb erzeugt die Ausgabebefehlserzeugungseinheit 27 einen Ausgabebefehl, um die Leistung L1 erreichen zu lassen, bevor die Zeit M2 erreicht ist, und um die Leistung bis zur Zeit M3 auf L1 zu halten.
Die 3D-Druckvorrichtung 100 führt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 55 auf L1 während der Zeitdauer durch, die den dritten Zeitpunkt enthält, was das Zurückziehen des Drahts 5 aus dem Schmelzbad 53 in dem geschmolzenen Zustand ermöglicht. Die 3D-Druckvorrichtung 100 hält das Schmelzbad 53 in dem geschmolzenen Zustand, was das Anheften des Drahts 5 an dem Wulst 5 vermindern kann. Es sei angemerkt, dass die 3D-Druckvorrichtung 100 nur das Schmelzbad 53 in dem geschmolzenen Zustand halten muss, während der Draht 5 zurückgezogen wird, und dass die Länge der Zeitdauer, während der der Leistungswert konstant gehalten wird, auf geeignete Weise geändert werden kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann das Erniedrigen der Leistung von L1 zu einem Zeitpunkt vor M3 starten. L1 kann basierend auf einem Detektionsergebnis der Temperatur des bearbeiteten Objekts eingestellt werden. L1 kann basierend auf der Schmelzbarkeit des Drahts 5 angepasst werden.
Es sei angemerkt, dass die 3D-Druckvorrichtung 100 das Anpassen des dritten Zeitpunkts basierend auf der Temperatur des zu bearbeitenden Objekts auf eine der zweiten Ausführungsform ähnliche Weise durchführen kann. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann die Anpassung des dritten Zeitpunkts basierend auf der Bearbeitungsbedingung auf eine der dritten Ausführungsform ähnliche Weise durchführen. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann den Bearbeitungskopf 10 auf eine der vierten Ausführungsform ähnliche Weise bewegen. Die 3D-Druckvorrichtung 100 kann den Bearbeitungskopf 10 bewegen oder das zu bearbeitende Objekt drehen, und zwar auf eine der fünften Ausführungsform ähnliche Weise.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kam die 3D-Druckvorrichtung 100 das Anhaften des Drahts 5 an dem Wulst 50 vermindern, indem sie die Leistung des Laserstrahls 55 während der Zeitdauer, die den Zeitpunkt enthält, wenn die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, konstant hält. Als Folge davon ermöglicht die 3D-Druckvorrichtung 100 eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit.
Die in den obigen Ausführungsformen gezeigten Konfigurationen sind Beispiele der vorliegenden Erfindung und können mit anderen bekannten Techniken kombiniert werden oder können teilweise weggelassen oder abgewandelt werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1, 60, 70: NC-Gerät;

2: Laser;
3: Faserkabel;
4: Drehantriebsmotor;
5: Draht;
5a: Vorderende;
6: Drahtspule;
7: Gaszuführungsvorrichtung;
8: Rohre;
9: Temperatursensor;
10: Bearbeitungskopf;
11: Strahldüse;
12: Drahtdüse;
14: Kopfantriebseinheit;
15: Objekttisch;
16: Drehantriebseinheit;
17: Basismaterial;
18: Abscheidungen;
20: Bearbeitungsprogramm;
21: Bearbeitungsbedingungstabelle;
22: Programmanalyseeinheit;
23: Achsenbefehlserzeugungseinheit;
24: Bedingungseinstelleinheit;
25: Bedingungsanpassungseinheit;
26: Bedingungsbefehlserzeugungseinheit;
27: Ausgabebefehlserzeugungseinheit;
28: Zuführungsbefehlserzeugungseinheit;
31,: 33 Servoverstärker;
32: Lasersteuereinheit;
41: CPU;
42: RAM;
43: ROM;
44: externe Speichervorrichtung;
45: Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle;
46: Bus;
50: Wulst,
51: Startpunkt;
52: Endpunkt;
53: Schmelzbad;
54: Endbereich;
55: Laserstrahl;
81: erste Bewegungsrichtung;
82: zweite Bewegungsrichtung;
83: Drehrichtung;
100: 3D-Druckvorrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001105163 [0005]

Claims

3D-Druckvorrichtung zum Herstellen eines modellierten Objekts durch Hinzufügen eines durch Bestrahlung mit einem Strahl geschmolzenen Materials zu einem zu bearbeitenden Objekt, wobei die 3D-Druckvorrichtung umfasst: eine Strahlquelle, um den Strahl auszugeben; und eine Antriebseinheit, um eine Relativposition zwischen dem Material, das von einem Vorrat an dem Material zugeführt wird, und dem zu bearbeitenden Objekt zu ändern, wobei die Antriebseinheit in der Lage ist, ein erstes Antreiben zum Zuführen des Materials von dem Vorrat hin zu dem zu bearbeitenden Objekt und ein zweites Antreiben zum Zurückziehen des zugeführten Materials zu dem Vorrat durchzuführen, und von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben basierend auf einem Bearbeitungsprogramm umschaltet.
3D-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben zu einem Zeitpunkt umschaltet, der zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Strahlquelle die Erniedrigung einer Leistung der Strahlquelle startet, und einem Zeitpunkt liegt, zu dem die Ausgabe der Strahlquelle gestoppt wird.
3D-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebseinheit das Material zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ausgabe der Strahlquelle gestoppt wird, nach außerhalb eines Bereichs bewegt, der durch den Strahl beleuchtet wird.
3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, basierend auf einer Temperatur des zu bearbeitenden Objekts angepasst wird.
3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, basierend auf einer Bearbeitungsbedingung angepasst wird.
3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: einen Bearbeitungskopf, der eine Düse zum Vorschieben des von dem Vorrat zugeführten Materials hin zu dem zu bearbeitenden Objekt umfasst; und eine Kopfantriebseinheit, um den Bearbeitungskopf zu bewegen, wobei die Kopfantriebseinheit den Bearbeitungskopf vor dem Zeitpunkt, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet, in eine Richtung weg von dem zu bearbeitenden Objekt bewegt.
3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: einen Bearbeitungskopf, der eine Düse zum Vorschieben des von dem Vorrat zugeführten Materials hin zu dem zu bearbeitenden Objekt umfasst, wobei eine Position des Bearbeitungskopfs relativ zu dem zu bearbeitenden Objekt an einer Position geändert wird, wo das Hinzufügen des geschmolzenen Materials gestoppt wird.
3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Antriebseinheit eine Kopfantriebseinheit zum Bewegen des Bearbeitungskopfs umfasst.
3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Antriebseinheit eine Drehantriebseinheit zum Drehen des zu bearbeitenden Objekts umfasst.
3D-Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Strahlquelle eine Leistung des Strahls während einer Zeitdauer konstant hält, die den Zeitpunkt enthält, zu dem die Antriebseinheit von dem ersten Antreiben zu dem zweiten Antreiben umschaltet.
Numerisches Steuergerät zum Steuern einer 3D-Druckvorrichtung zum Herstellen eines modellierten Objekts durch Hinzufügen eines durch Bestrahlung mit einem Strahl geschmolzenen Materials zu einem zu bearbeitenden Objekt, wobei das numerische Steuergerät umfasst: eine erste Befehlserzeugungseinheit, um einen ersten Befehl zum Steuern einer Leistung des Strahls von einer Strahlquelle zu steuern; und eine zweite Befehlserzeugungseinheit, um einen zweiten Befehl zum Ändern einer Relativposition zwischen dem Material, das von einem Vorrat an dem Material zugeführt wird, und dem zu bearbeitenden Objekt zu erzeugen, wobei die erste Befehlserzeugungseinheit den ersten Befehl erzeugt, um den Start der Erniedrigung der Leistung des Strahls von einer Leistung in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung zu einem ersten Zeitpunkt zu veranlassen, und wobei die zweite Befehlserzeugungseinheit den zweiten Befehl erzeugt, um das Zurückziehen des Materials hin zu dem Vorrat zu einem dritten Zeitpunkt basierend auf einem Bearbeitungsprogramm zu starten.