DE112020007684T5

DE112020007684T5 - Verfahren zur additiven fertigung, vorrichtung zur additiven fertigung und system zur additiven fertigung

Info

Publication number: DE112020007684T5
Application number: DE112020007684.9T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Shinohara; Daiji Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2023-08-03
Also published as: WO2022079849A1; JP6989059B1; CN116323083A; US20230321914A1; JPWO2022079849A1

Abstract

Zum Durchführen einer hochpräzisen additiven Fertigung beinhaltet ein Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Temperaturmessschritt zum Messen der Temperatur eines Bearbeitungsobjekts (sc) oder eines Formmaterials (pm) und Ausgeben der gemessenen Temperatur als Temperaturdaten (td), einen Steuerschritt zum Korrigieren von Grundbefehlen (bcv) auf Grundlage eines Grundbearbeitungsprogramms (bpr), das die Grundbefehle und Bearbeitungsbedingungen (pc) beinhaltet, und der Temperaturdaten und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen (ccv), die einen Materialzufuhrbefehl (md), einen Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl (hc), einen Antriebsbefehl (dc) und einen Gaszufuhrbefehl (gc) beinhalten, einen Formmaterialzufuhrschritt zum Zuführen des Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls, einen Wärmequellenzufuhrschritt zum Zuführen einer Wärmequelle (hs) zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls, einen Antriebsschritt zum Ändern der relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls und einen Gaszufuhrschritt zum Zuführen eines Schutzgases (g), um die Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung und ein System zur additiven Fertigung zum Schmelzen und Aufschichten eines Formmaterials in Schichten.
Hintergrund
Als Technik zum Bilden eines Formerzeugnisses ist eine additive Fertigung (Additive Manufacturing - AM) genannte Technik bekannt, bei der ein Formmaterial erwärmt und geschmolzen wird und das geschmolzene Formmaterial unter Bildung eines Formerzeugnisses erstarrt, das an ein Grundmaterial oder dergleichen angefügt ist. Zu den Techniken zur additiven Fertigung gehört ein Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung (Directed Energy Deposition - DED) genanntes Verfahren (nachfolgend als DED bezeichnet), bei dem ein Formmaterial einem Formabschnitt zugeführt wird und gleichzeitig das zugeführte Formmaterial unter Verwendung eines gerichteten Energiestrahls, wie etwa Laserlichts, eines Elektronenstrahls oder eines Plasmabogens, geschmolzen wird.
Patentliteratur 1 offenbart eine Lernmodellerzeugungsvorrichtung zur additiven Fertigung, die ein Lernmodell zum Bestimmen von Fertigungsbedingungen oder Schätzen des Zustands eines Formerzeugnisses durch maschinelles Lernen unter Verwendung des Zustands des Formerzeugnisses bei Bestrahlung des Formerzeugnisses mit einem Lichtstrahl oder nach Bestrahlung mit einem Lichtstrahl und der Fertigungsbedingungen als Lerndaten erzeugt. Die in Patentliteratur 1 beschriebene Lernmodellerzeugungsvorrichtung zur additiven Fertigung wird auf ein Verfahren zur Fertigung eines Formerzeugnisses durch Bestrahlen von Metallpulver, das in einer Schicht platziert ist, mit einem Lichtstrahl und Erwärmen des Metallpulvers angewandt. Die in Patentliteratur 1 beschriebene Lernmodellerzeugungsvorrichtung zur additiven Fertigung soll eine Lernmodellerzeugungsvorrichtung zur additiven Fertigung bereitstellen, die imstande ist, Fertigungsbedingungen für ein Formerzeugnis leicht zu bestimmen und den Zustand eines Formerzeugnisses leicht abzuschätzen und dergleichen.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2020-15944
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Gemäß der in Patentliteratur 1 beschriebenen Lernmodellerzeugungsvorrichtung zur additiven Fertigung werden Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung eines Zustandsschätzmodells auf Grundlage von maschinellem Lernen ausgewählt. Daher kommt es in einem Formmaterial oder einem Formabschnitt zu einer Störung, wenn die Menge an Wärmeeintrag in das Formmaterial, die in dem Formabschnitt gespeicherte Wärmemenge oder dergleichen je nach der Form jeder ein Formerzeugnis bildenden Schicht und den Fertigungsbedingungen geändert wird. Zu Beispielen für die Störung gehören Entzündung, schnelles Verdampfen des Formmaterials oder des Formabschnitts aufgrund von Überhitzung und Verformung des Formmaterials oder des Formabschnitts aufgrund von Überhitzung. Es besteht also das Problem, dass eine Störung, eine Temperaturabweichung eines Formabschnitts oder dergleichen eine Abnahme der Fertigungspräzision eines additiv gefertigten Objekts bewirkt.
Lösung des Problems
Ein Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: einen Temperaturmessschritt zum Messen einer Temperatur eines Bearbeitungsobjekts oder eines Formmaterials und Ausgeben der gemessenen Temperatur als Temperaturdaten; einen Steuerschritt zum Korrigieren von Grundbefehlen auf Grundlage eines Grundbearbeitungsprogramms, das die Grundbefehle und Bearbeitungsbedingungen beinhaltet, und der Temperaturdaten und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen, die einen Materialzufuhrbefehl, einen Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl, einen Antriebsbefehl und einen Gaszufuhrbefehl beinhalten; einen Formmaterialzufuhrschritt zum Zuführen des Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls; einen Wärmequellenzufuhrschritt zum Zuführen einer Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls; einen Antriebsschritt zum Ändern einer relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls; und einen Gaszufuhrschritt zum Zuführen eines Schutzgases, um eine Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls.
Eine Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: eine Temperaturmesseinheit zum Messen einer Temperatur eines Bearbeitungsobjekts oder eines Formmaterials und Ausgeben der gemessenen Temperatur als Temperaturdaten; eine Steuereinheit zum Korrigieren von Grundbefehlen auf Grundlage eines Grundbearbeitungsprogramms, das die Grundbefehle und Bearbeitungsbedingungen beinhaltet, und der Temperaturdaten und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen, die einen Materialzufuhrbefehl, einen Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl, einen Antriebsbefehl und einen Gaszufuhrbefehl beinhalten; eine Formmaterialzufuhreinheit zum Zuführen des Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls; eine Wärmequellenzufuhreinheit zum Zuführen einer Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls; eine Antriebseinheit zum Ändern einer relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls; und eine Gaszufuhreinheit zum Zuführen eines Schutzgases, um eine Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegender Offenbarung kann eine hochpräzise additive Fertigung durchgeführt werden.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration der Umgebung eines Bearbeitungskopfs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für einen Drehmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Programmerzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration zum Umsetzen von Funktionen der Steuereinheit durch eine Verarbeitungsschaltung und eine Speichereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration zum Umsetzen von Funktionen der Steuereinheit durch eine dedizierte Verarbeitungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Formerzeugnis veranschaulicht, das durch das System zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung additiv gefertigt wird.
9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verteilung der Temperatur eines Formerzeugnisses veranschaulicht, das durch das System zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung additiv gefertigt wird.
10 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verteilung der Temperatur eines Bearbeitungsobjekts bei Wiederaufnehmen einer additiven Fertigung, die unterbrochen wurde, unter Erwärmen eines Fertigungswiederaufnahmeabschnitts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 ist eine Darstellung, die Wärmeströme in einer Grundplatte und einem Formerzeugnis in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
14 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
16 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuereinheit gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
18 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des Systems zur additiven Fertigung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es ist anzumerken, dass es sich bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen um Beispiele handelt und der Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht eingeschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration der Umgebung eines Bearbeitungskopfs gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Richtungen der Achsen der in den 1 und 2 veranschaulichten dreiachsigen direkten Koordinatensysteme stimmen überein. Ein System 1000 zur additiven Fertigung beinhaltet eine Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung und eine Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigungen ist eine DED-Vorrichtung zur additiven Fertigung. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 erzeugt ein Grundbearbeitungsprogramm bpr. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung führt eine additive Bearbeitung durch, bei der ein Formmaterial pm erwärmt und durch eine Wärmequelle hs geschmolzen wird und das geschmolzene Formmaterial pm zu einem Grundmaterial bm oder dergleichen hinzugefügt wird.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet eine Steuereinheit 1, welche die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigungen steuert, eine Wärmequellenzufuhreinheit 2, welche die Wärmequelle hs zuführt, einen Wärmequellenweg 3, der die Wärmequelle hs von der Wärmequellenzufuhreinheit 2 zu einem Bearbeitungskopf 6 führt, und eine Gaszufuhreinheit 4, die ein Schutzgas g zuführt. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet ein Rohr 5, das die Gaszufuhreinheit 4 mit dem Bearbeitungskopf 6 verbindet und durch welches das Schutzgas g strömt. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet den Bearbeitungskopf 6, der die Wärmequelle hs und das Bearbeitungsgas g einer Bearbeitungsposition p zuführt.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet ferner eine Bearbeitungskopfantriebseinheit 71, die den Bearbeitungskopf 6 bewegt, eine Formmaterialzufuhreinheit 8, die das Formmaterial pm der Bearbeitungsposition p zuführt, eine Temperaturmesseinheit 9, die Temperatur misst, einen Tisch 10, an dem das Grundelement bm befestigt ist, einen Tischdrehmechanismus 72, der den Tisch 10 dreht, und einen Staubsammler 12, der Rauch, Staub usw. absaugt. Das Formmaterial pm in 1 wird als drahtförmiges Metall beschrieben.
Bei dem in 2 veranschaulichten Konfigurationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform ist der Tisch 10 an dem Tischdrehmechanimus 72 befestigt. Das Grundmaterial bm ist an dem Tisch 10 befestigt. Mit dem Grundmaterial bm als Substrat wird dem Grundmaterial bm zum Zeitpunkt der additiven Fertigung eine Raupe hinzugefügt. Hierbei bezieht sich eine Raupe auf ein durch das Formmaterial pm gebildetes Objekt, das erstarrt, nachdem es durch die Zufuhr der Wärmequelle hs geschmolzen und einem Bearbeitungsobjekt oder dergleichen hinzugefügt wurde. Ein Formerzeugnis sc wird durch eine oder mehrere Raupen gebildet.
Raupen können Kugelraupen, Linienraupen usw. einschließen. Hier wird eine halbkugelförmige Raupe als Kugelraupe bezeichnet und wird eine stabförmige, d. h. lineare, Raupe als Linienraupe bezeichnet. Ein Prozess zum Formen einer Kugelraupe wird als Punktformen bezeichnet und ein Prozess zum Formen einer Linienraupe wird als Linienformen bezeichnet. Die Bearbeitungsposition p bezieht sich auf eine Position auf dem Formerzeugnis sc, zu der das System 1000 zur additiven Fertigung zu jedem Zeitpunkt eine Raupe hinzufügt. Das System 1000 zur additiven Fertigung kann eine additive Fertigung nur durch Punktformen durchführen oder kann eine additive Fertigung nur durch Linienformen durchführen oder kann eine additive Fertigung sowohl durch Punktformen als auch durch Linienformen durchführen.
Das in den 1 und 2 veranschaulichte Grundmaterial bm weist eine Plattenform auf, die Form des Grundmaterials bm ist jedoch nicht auf eine Plattenform beschränkt. Das Formerzeugnis sc bezieht sich auf ein Formerzeugnis, das auf dem Grundmaterial bm durch additive Fertigung gebildet wird. Das Grundmaterial bm und das Formerzeugnis sc werden zusammen als das Bearbeitungsobjekt op bezeichnet. Eine Oberfläche des Bearbeitungsobjekts op, auf der eine Raupe hinzugefügt wird, wird als Zieloberfläche ts bezeichnet. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung führt die Wärmequelle hs zum Schmelzen des Formmaterials pm zu. Parallel dazu ändert eine Antriebseinheit 7 die relative Position zwischen der Bearbeitungsposition p und dem Formerzeugnis sc auf Grundlage eines Antriebsbefehls dc. Die Antriebseinheit 7 beinhaltet die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 und den Tischdrehmechanismus 72. Die Bearbeitungsposition p wird durch die Drehung des Tisch 10 durch den Tischdrehmechanismus 72 und die Bewegung des Bearbeitungskopfs 6 durch die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 geändert. Somit wird eine Raupe der Zieloberfläche ts hinzugefügt, um das Formerzeugnis sc additiv zu fertigen.
Die Wärmequellenzufuhreinheit 2 führt die Wärmequelle hs auf Grundlage eines Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls lc zu. Eine Wärmequellenzufuhröffnung 14 in 2 gibt die Wärmequelle hs, die eine Wärmequelle zum Erwärmen und Schmelzen des Bearbeitungsmaterials ist, an das Bearbeitungsobjekt op ab. Die Wärmequelle hs kann alles sein, was das Formmaterial pm erwärmen kann. Zu Beispielen für die Wärmequelle hs gehören ein Laserstrahl, ein Elektronenstrahl und eine Lichtbogenentladung. Die Wärmequellenzufuhreinheit 2 und der Bearbeitungskopf 6 sind durch den Wärmequellenweg 3 verbunden. Die durch die Wärmequellenzufuhreinheit 2 erzeugte Wärmequelle hs wird über den Wärmequellenweg 3 dem Wärmequellenzufuhrkanal 14 zugeführt.
Die Gaszufuhreinheit 4 führt das Schutzgas g auf Grundlage eines Gaszufuhrbefehls gc der Bearbeitungsposition p zu. Hierbei ist das Schutzgas g ein Gas zum Verhindern der Reaktion des Formmaterials pm. Beispielsweise kann das Schutzgas g ein Gas sein, das eingeblasen wird, um eine chemische Reaktion zwischen in der Luft vorhandenem Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff und dem Formmaterial pm zu verhindern. Zu Beispielen für das Schutzgas g gehören Inertgase wie etwa Helium, Neon und Argon. Stickstoff kann verwendet werden, um eine Verbrennung, also die Reaktion mit Sauerstoff, zu verhindern. Die Gaszufuhreinheit 4 und der Bearbeitungskopf 6 sind durch das Rohr 5 verbunden. Die Gaszufuhreinheit 4 führt das Schutzgas g aus einer Gasdüse 13 auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls gc dem Bearbeitungsobjekt op zu. Das Schutzgas g kann an der Bearbeitungsposition p auf die Zieloberfläche ts ausgestoßen werden, um zum Beispiel eine Oxidation des Formerzeugnisses sc zu verhindern, eine chemische Reaktion mit in der Luft enthaltenem Wasserstoff, Stickstoff usw. zu verhindern und/oder eine Raupe abzukühlen. Zum Zeitpunkt der Kugelraupenformung kann beispielsweise die Düsenspitze näher an eine Raupe gebracht werden, um die Abkühlgeschwindigkeit und/oder eine die Oxidation verhindernde Wirkung zu erhöhen. Die Wärmequellenzufuhröffnung 14, eine Drahtdüse 80 und die Gasdüse 13 können einstückig an dem Bearbeitungskopf 6 befestigt sein, um die Positionsbeziehungen zwischen der Wärmequellenzufuhröffnung 14, der Drahtdüse 80 und der Gasdüse 13 zu fixieren. Bei dieser Konfiguration können Änderungen der Bearbeitungsbedingungen pc aufgrund von Änderungen der Positionsbeziehungen dazwischen verhindert werden, um eine stabile Bearbeitung zu erreichen. Das Rohr 5 kann mit der Wärmequellenzufuhröffnung 14 verbunden sein, sodass sowohl die Wärmequelle hs als auch das Schutzgas g aus der Wärmequellenzufuhröffnung 14 ausgegeben werden. Bei dieser Konfiguration ist die Gasdüse 13 in die Wärmequellenzufuhröffnung 14 integriert, sodass die Fertigungskosten der Gasdüse 13 und der Wärmequellenzufuhröffnung 14 im Vergleich zu denen bei der Konfiguration aus 1 verringert werden können.
Die Formmaterialzufuhreinheit 8 führt das Formmaterial pm der Bearbeitungsposition p zu. In dem Beispiel aus 1 führt die Formmaterialzufuhreinheit 8 einen Draht als das Formmaterial pm zu. Das Formmaterial ist nicht auf einen Draht beschränkt. Zu Beispielen für die Form des Formmaterials pm gehören eine lineare Form, eine Pulverform und eine flüssige Form. Zu Beispielen für das Material des Formmaterials pm gehören Metall und Harz. In dem Beispiel aus 1 dreht eine Spulenantriebsvorrichtung 82 eine Drahtspule 81 auf Grundlage eines durch die Steuereinheit 1 bestimmten Materialzufuhrbefehls md, um den Draht als das Formmaterial pm von der Drahtspule 81 abzulassen. Das von der Drahtspule 81 abgelassene Formmaterial pm durchläuft die Drahtdüse 80 und wird der Bearbeitungsposition p zugeführt. In der folgenden Beschreibung wird die Geschwindigkeit des Formmaterials pm, das sich von der Drahtspule 81 zu einer Bestrahlungsposition bewegt, teilweise als Drahtzufuhrvolumenstrom bezeichnet.
In dem Beispiel aus 1 wird die Wärmequelle hs von der Wärmequellenzufuhröffnung 14 des Bearbeitungskopfs 6 in Richtung der z-Achse zugeführt.
In dem Beispiel aus 1 befindet sich der Auslass der Drahtdüse 80 in einer x-y-Ebene von der Wärmequellenzufuhröffnung 14 entfernt. Wenn das Formmaterial pm die Drahtdüse 80 durchläuft, wird das Formmaterial pm nicht parallel zu der Wärmequelle hs vorgeschoben. Die Steuereinheit 1 kann die Laufrichtung des Formmaterials pm, die Bearbeitungsposition p, an der das Formmaterial pm hinzugefügt wird, usw. durch Ändern des Winkels zwischen einer Mündung der Drahtdüse 80, durch die der Draht hindurchtritt, und der Wärmequellenzufuhrrichtung steuern.
Die Drahtdüse 80 kann koaxial zu der Wärmequellenzufuhröffnung 14 installiert sein. Beispielsweise sind die äußeren Formen der Drahtdüse 80, der Gasdüse 13 und der Wärmequellenzufuhröffnung 14 in Form der Seitenflächen von Kegelstümpfen ausgebildet. Die Drahtdüse 80 kann in der Mitte angeordnet sein und die Gasdüse 13 und die Wärmequellenzufuhröffnung 14 können um die Drahtdüse 80 herum angeordnet sein. Die Wärmequellenzufuhröffnung 14 kann in der Mitte angeordnet sein und eine Vielzahl von Drahtdüsen 80 kann um die Wärmequellenzufuhröffnung 14 herum angeordnet sein, um die Laserabtastrichtung und die Richtung, in der das Formmaterial pm zugeführt wird, anzugleichen. Es kann eine Vielzahl von Auslässen des Formmaterials pm bereitgestellt sein, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Formmaterialen pm aus den jeweiligen Auslässen einzuspeisen.
Als das Formmaterial pm kann ein Metallpulver aus der Düse an einer Erwärmungsposition ausgestoßen werden. Wenn ein Metallpulver als das Formmaterial pm verwendet wird, kann ein Verfahren unter Verwendung des Unterdrucks des Schutzgases g, ein Verfahren zum Druckzerstäuben des Metallpulvers aus einem Pulverförderschlauch, in dem das Metallpulver zu einem Formzeitpunkt gefördert wird, usw. verwendet werden. Die Düse zum Ausstoßen des Metallpulvers kann so angeordnet sein, dass die Richtung und Position des ausgestoßenen Metallpulvers im Wesentlichen mit denen des drahtförmigen Formmaterials pm übereinstimmen, das der in 2 veranschaulichten Bearbeitungsposition p zugeführt wird. Bei dem Verfahren, das den Unterdruck des Schutzgases g verwendet, ist beispielsweise eine Ausstoßöffnung für das Schutzgas um die Mündung einer Pulverdüse herum angeordnet. Somit kann ein Strahl des Schutzgases das aus der Mündung der Pulverdüse austretende Pulver im Wesentlichen parallel zu dem Pulver umströmen.
2 veranschaulicht Querschnitte der Gasdüse 13 und der Wärmequellenzufuhröffnung 14. Die äußere Form der Gasdüse 13 und der Wärmequellenzufuhröffnung 14 sind beide die Formen der Seitenflächen von Kegelstümpfen. Wenn die äußere Form der Gasdüse 13 als erster Kegelstumpf bezeichnet wird und die äußere Form der Wärmequellenzufuhröffnung 14 als zweiter Kegelstumpf bezeichnet wird, sind die Durchmesser der Deckfläche und der Grundfläche des zweiten Kegelstumpfs kleiner als die Durchmesser der Deckfläche bzw. der Grundfläche des ersten Kegelstumpfs. Der erste Kegelstumpf und der zweite Kegelstumpf weisen Formen auf, die in Bezug auf eine Drehachse rotationsobjektiv sind. Somit können die Gasdüse 13 und die Wärmequellenzufuhröffnung 14 Formen aufweisen, die in Bezug auf eine Drehachse rotationsobjektiv sind. Die Wärmequelle hs und das Schutzgas g können auf einer Achse der Bearbeitungsposition p zugeführt werden. Das Schutzgas g kann derart ausgestoßen werden, dass das Schutzgas g eine Position umgibt, an der die Wärmequelle hs auf die Bearbeitungsposition p trifft. Es kann ein Winkelanpassungsmechanismus für den Bearbeitungskopf 6 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Bearbeitungskopf 6 an einem Schwenktisch befestigt sein, der den Bearbeitungskopf 6 mit einer Richtung parallel zur x-Achse als Drehachse dreht. Wenn der Schwenktisch verwendet wird, kann der Bearbeitungskopf 6 die Neigungswinkel von A- und B-Achsen bei einem fünfachsigen Antrieb anpassen, sodass die Notwendigkeit entfällt, das Formerzeugnis sc zu kippen. Wenn das Formerzeugnis sc ein großes, schweres Objekt ist, kann sich durch Kippen des Formerzeugnisses sc die Trägheit der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung erhöhen, wodurch es schwierig wird, sich bei hohen Geschwindigkeiten präzise zu bewegen. Durch die Bereitstellung eines Drehmechanismus für den Bearbeitungskopf 6 entfällt die Notwendigkeit, den Winkel des Formerzeugnisses sc zu ändern, wodurch eine präzisere Bearbeitung bei höheren Geschwindigkeiten möglich ist.
Die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 bewegt den Bearbeitungskopf 6 auf Grundlage des Antriebsbefehls dc. Die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 in 1 bewegt den Bearbeitungskopf 6 sowohl in Richtung der x-Achse, in Richtung der y-Achse als auch in Richtung der z-Achse, die senkrecht zueinander sind. Die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 kann ein Bewegungsmechanismus sein, der eine translatorische Bewegung in den Richtungen der drei Achsen ermöglicht. Beispielsweise kann die Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 Servomotoren beinhalten, die den Bearbeitungskopf 6 sowohl in Richtung der x-Achse, in Richtung der y-Achse als auch in Richtung der z-Achse bewegen. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann die Bestrahlungsposition der Wärmequelle hs auf der Zieloberfläche ts ändern, indem sie die relative Position zwischen der Bearbeitungsposition p und dem Formerzeugnis sc unter Verwendung der Bearbeitungskopfantriebseinheit 71 und des Tischdrehmechanismus 72 ändert.
Der Tischdrehmechanismus 72 dreht den Tisch 10 auf Grundlage des Antriebsbefehls dc. 3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für den Tischdrehmechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Der Tisch 10 ist auf einem Drehelement 16a des Tischdrehmechanismus 72 angebracht. Der Tischdrehmechanismus 72 dreht das Drehelement 16a, den Tisch 10 und das Bearbeitungsobjekt op um eine erste Achse oder eine zweite Achse auf Grundlage des durch die Steuereinheit 1 bestimmten Antriebsbefehls dc. Hierbei ist die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse.
Beim Drehen des Tischs 10 ändern sich der relative Winkel, die relative Position usw. zwischen dem Bearbeitungsobjekt op und dem Bearbeitungskopf. Beispielsweise kann der Tischdrehmechanismus 72 das Drehelement 16a beinhalten, das sich in 3 um eine c-Achse und eine a-Achse als Drehachsen dreht. Der Tisch 10 kann an dem Drehelement 16a befestigt sein. Ferner kann der Tischdrehmechanismus 72 das Drehelement 16a und den Tisch 10 auf Grundlage des Antriebsbefehls dc drehen.
Beispielsweise kann der Tischdrehmechanismus 72 derart ausgelegt sein, dass er in der Lage ist, zwei unabhängige Drehungen des Drehelements 16a in einer Drehrichtung rc mit der c-Achse als die Drehachse und in einer Drehrichtung ra mit der a-Achse als die Drehachse durchzuführen. Die Richtungen der a-Achse und der c-Achse können beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann die a-Achse parallel zu der x-Achse sein und kann die c-Achse parallel zu der z-Achse sein. Beispielsweise kann der Tischdrehmechanismus 72 Servomotoren beinhalten, um die beiden Drehungen in der Drehrichtung ra und der Drehrichtung rc durchzuführen. Durch die Verwendung des Tischdrehmechanismus 72 kann beispielsweise eine komplexe Form, wie etwa eine sich verjüngende Form, additiv gefertigt werden.
Die Temperaturmesseinheit 9 in dem Beispiel aus den 1 und 2 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Temperaturmesseinrichtung und misst die Temperatur der Bearbeitungsposition p, des Bearbeitungsobjekts op, des Formmaterials pm usw. und gibt die gemessene Temperatur als Temperaturdaten td aus.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet den Staubsammler 12, der an der Bearbeitungsposition p erzeugten Staub durch Absaugen einer Atmosphäre um die Bearbeitungsposition p herum sammelt. Dadurch können während der additiven Fertigung um die Bearbeitungsposition p herum vorhandene herumfliegende Objekte, Rauch usw. entfernt oder verringert werden. Dabei können herumfliegende Objekte, rauchende Objekte usw. zusammen mit dem Schutzgas g abgesaugt werden. Die herumfliegenden Objekte, der Rauch und das Schutzgas g, die abgesaugt wurden, können in einem Sammelkasten kastengesammelt werden. Wenn es sich bei dem Formmaterial pm oder etwas um eine Substanz mit hoher Oxidierbarkeit oder eine Substanz mit hoher Reaktivität handelt, kann ein mit einem Inertgas gefüllter Sammelkasten verwendet werden, um eine Entzündung, Explosion usw. zu verhindern. Es ist auch möglich, das Verfahren zur additiven Fertigung ohne einen Absaugschritt zum Sammeln von erzeugtem Staub von der Bearbeitungsposition p durch Absaugen einer Atmosphäre um die Bearbeitungsposition p herum durchzuführen. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann ohne den Staubsammler 12 konstruiert sein. Um jedoch eine Entzündung, Explosion usw. zu verhindern, beinhaltet das Verfahren zur additiven Fertigung der vorliegenden Offenbarung wünschenswerterweise den Absaugschritt. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet wünschenswerterweise den Staubsammler 12.
Die Steuereinheit 1 bestimmt den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, den Materialzufuhrbefehl md, den Gaszufuhrbefehl gc und den Antriebsbefehl dc als Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage des Grundbearbeitungsprogramms bpr und der Temperaturdaten td. 4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Steuereinheit 1 beinhaltet eine Steuerung 52, einen Differenzrechner 53 und eine Ausgabeeinheit 54. Die Steuereinheit 1 erfasst das Grundbearbeitungsprogramm bpr von der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200. Hierbei beinhaltet das Grundbearbeitungsprogramm bpr Grundbefehle bcv zum Durchführen einer additiven Fertigung und Bearbeitungsbedingungen pc zum Durchführen der additiven Fertigung. Die Grundbefehle bcv sind Befehle, bevor die Steuereinheit 1 eine Korrektur durchführt, und sind ein Vorkorrekturbefehl für die Wärmequellenzufuhreinheit, ein Vorkorrekturbefehl für die Materialzufuhr, ein Vorkorrekturbefehl für die Gaszufuhr und ein Vorkorrekturbefehl für den Antrieb.
Der Antriebsbefehl dc gibt einen Bearbeitungsweg vor. Der Bearbeitungsweg ist ein Bewegungsweg zum Ändern der relativen Position zwischen dem Bearbeitungsobjekt und dem Bearbeitungskopf 6. Der Bearbeitungsweg kann ein Weg sein, um das Formerzeugnis sc in drei Dimensionen zu bilden. Der Bearbeitungsweg kann ein Weg sein, auf dem sich die Bestrahlungsposition der Wärmequelle hs bewegt. Die Steuereinheit 1 kann beispielsweise eine numerische Steuereinrichtung sein. Die Bearbeitungsbedingungen pc sind Bedingungen oder Parameter bei der Bearbeitung, die durch die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung durchgeführt werden.
Zu Beispielen für die Bearbeitungsbedingungen pc in der vorliegenden Ausführungsform gehören ein festgelegter Sollwert der Temperatur der Bearbeitungsposition p, ein festgelegter Sollwert der Temperatur des der Bearbeitungsposition p zugeführten Formmaterials pm, ein festgelegter Sollwert der Temperatur der ts und ein festgelegter Sollwert der Zufuhrmenge des Formmaterials pm pro Zeiteinheit. Die Bearbeitungsbedingungen pc können je nach dem Status der additiven Fertigung und der Bearbeitungsposition p auf dem Formerzeugnis sc auf unterschiedliche Werte festgelegt werden.
Die Steuereinheit 1 erfasst die Temperaturdaten td von der Temperaturmesseinheit 9. Der Differenzrechner 53 berechnet eine Differenz d zwischen den Bearbeitungsbedingungen pc und den Temperaturdaten td. Die Steuerung 52 bestimmt ein Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr auf Grundlage der berechneten Differenz d. Das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr ist ein Programm mit der gleichen Struktur wie das Grundbearbeitungsprogramm bpr und beinhaltet die Bearbeitungsbedingungen pc und die Nachkorrekturbefehle ccv für die einzelnen Einheiten. Die Ausgabeeinheit 54 bestimmt die Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage des Nachkorrekturbearbeitungsprogramms ppr. Die Nachkorrekturbefehle ccv sind Befehle nach der Korrektur durch die Steuereinheit 1 und beinhalten den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, den Materialzufuhrbefehl md, den Gaszufuhrbefehl gc und den Antriebsbefehl dc.
Die Funktionsweise der Steuereinheit 1 in 4 wird an einem Beispiel beschrieben. Der Differenzenrechner 53 berechnet, als die Differenz d, eine Differenz zwischen der in den Temperaturdaten td beinhalteten Temperatur der Bearbeitungsposition p und einem anhand des Schmelzpunkts, Siedepunkts oder dergleichen des Formmaterials pm bestimmten Solltemperaturwert. Die Steuerung 52 bestimmt das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr auf Grundlage der berechneten Differenz d. Die Ausgabeeinheit 54 gibt den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc aus. Folglich kann parallel zu der additiven Fertigung die Temperatur der Bearbeitungsposition p gemäß dem überwachten Temperaturwert der Bearbeitungsposition p gesteuert werden. Somit kann die Temperatur der Bearbeitungsposition p, des Formmaterials pm, des Bearbeitungsobjekts op usw. auf einem Wert nahe dem eingestellten Sollwert der in den Bearbeitungsbedingungen pc beinhalteten Temperatur gehalten werden.
Beispielsweise kann die Temperatur des Formmaterials pm auf einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt und der Zündtemperatur des Formmaterials pm gehalten werden. Dies ermöglicht die Vermeidung einer Entzündung oder die Verringerung des Auftretens einer Entzündung während der Ausführung der additiven Fertigung, wodurch eine Verbesserung der Präzision der additiven Fertigung ermöglicht wird. Die Temperatur des Formmaterials pm kann auf einer Temperatur gehalten werden, bei der das Formmaterial pm eine Viskosität aufweist, die ausreicht, um dessen Tröpfchenbildung zu verhindern. Hierbei bezieht sich Tröpfchenbildung auf einen Zustand, in dem das geschmolzene Formmaterial pm an Viskosität abnimmt und Tröpfchen bildet, wodurch die Bearbeitungspräzision verringert wird. Somit kann, da Tröpfchenbildung während der Ausführung der additiven Fertigung verhindert werden kann, die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden. Weiterhin kann die Häufigkeit davon, dass die additive Fertigung 100 aufgrund von Entzündung, Tröpfchenbildung usw. gestoppt wird, verringert werden, sodass die Geschwindigkeit und Effizienz der additiven Fertigung verbessert werden können.
Hierbei kann die Steuereinheit 1 als Beispiel für einen Vorgang zum Steuern der Temperatur des Formmaterials pm, der Bearbeitungsposition p oder der Zieloberfläche ts den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc zum Steuern der Zufuhrmenge der Wärmequelle hs bestimmen. Die Steuereinheit 1 kann den Gaszufuhrbefehl gc zum Steuern der Menge des Schutzgases g bestimmen. Ein Verfahren zum Erwärmen oder Abkühlen ist nicht auf die Menge der Wärmequelle hs bzw. den Durchsatz des Schutzgases g beschränkt. Beispielsweise kann die Menge an Wärmeeintrag in das Formmaterial pm pro Einheitsmenge durch Ändern des Winkels der Drahtdüse 80 angepasst werden. Die Menge an Wärmeeintrag oder die Menge an Wärmeabgabe kann durch Ändern der Reihenfolge der Formgebung durch Ändern des Bearbeitungswegs, Ändern der durch den Staubsammler 12 abgesaugten Luftmenge usw. angepasst werden. Die Steuereinheit 1 kann die Temperatur des Formerzeugnisses sc, des Formmaterials pm usw. durch eine Kombination der oben als Beispiele beschriebenen Parameter steuern.
Wenn die Temperatur der Bearbeitungsposition p gesenkt werden soll, kann mindestens eines von Erhöhen des Durchsatzes des Schutzgases g, Verringern der Zufuhrmenge der Wärmequelle hs, Erhöhen der Zufuhrmenge des Formmaterials pm oder Verringern der Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsposition p durchgeführt werden. Wenn die Temperatur der Bearbeitungsposition p angehoben werden soll, kann einer der folgenden Vorgänge durchgeführt werden. Das heißt, es kann mindestens eines von Verringern des Durchsatzes des Schutzgases g, Erhöhen der Zufuhrmenge der Wärmequelle hs, Verringern der Zufuhrmenge des Formmaterials pm oder Erhöhen der Bewegungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsposition p durchgeführt werden. Wenn eine Entzündung auf Grundlage der Temperaturdaten td festgestellt wird, können die oben beschriebenen Vorgänge zum Senken der Temperatur durchgeführt werden, um die Entzündung zu unterdrücken.
Die oben beschriebene Steuerung jeder Einheit der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung auf Grundlage der Temperaturdaten td, die durch die Steuereinheit 1 durchgeführt wird, kann zudem in Kombination mit der Absaugung von Rauch, herumfliegenden Objekten und Staub durch den Staubsammler 12 durchgeführt werden. Da das Auftreten einer Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion usw. durch den Betrieb des Staubsammlers 12 verhindert wird, wird die Präzision der Steuerung des Bearbeitungszustands durch die Steuereinheit 1 weiter verbessert. Beispielsweise kann die Genauigkeit der Temperatur der Bearbeitungsposition p verbessert werden. Ferner ist es möglich, die Abweichung jeder Raupe, die ein additiv gefertigtes Objekt ausbildet, von einer Sollform zu verringern. Weiterhin kann die Temperaturmesseinheit 9 die genaueren Temperaturdaten td aufgrund der Verhinderung des Auftretens einer Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion usw., welche die Messung der Temperaturdaten td als Rauschen beeinflussen, ausgeben. Folglich wird die Präzision der Steuerung jeder Einheit der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung auf Grundlage der Temperaturdaten td, die durch die Steuereinheit 1 durchgeführt wird, verbessert, wodurch eine additive Fertigung mit höherer Präzision durchgeführt werden kann.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 kann ein System für rechnergestützte Fertigung (Computer-Aided Manufacturing - CAM) sein, welches das Grundbearbeitungsprogramm bpr zum Steuern der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung erzeugt. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 beinhaltet eine Dateneingabeeinheit 201, die Daten von außerhalb der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 erfasst, eine Datenspeichereinheit 202, welche die Daten speichert, eine Bearbeitungswegerzeugungseinheit 203, die einen Bearbeitungsweg erzeugt, und eine Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204, die das Grundbearbeitungsprogramm bpr erzeugt. Bei der in 5 veranschaulichten Konfiguration ist ein Datenübertragungsweg in einer Richtung veranschaulicht, wobei jedoch die Komponenten der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 derart ausgelegt sein können, dass sie in der Lage sind, Daten untereinander zu übertragen und zu empfangen.
Die Dateneingabeeinheit 201 erfasst von außerhalb der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 in die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 eingegebene Daten 300 für rechnergestützte Konstruktion (Computer-Aided Design - CAD) und Aufschichtungsbedingungsdaten 400. Die Datenspeichereinheit 202 erfasst die CAD-Daten 300 und die Aufschichtungsbedingungsdaten 400 zur Speicherung von der Dateneingabeeinheit 201. Bei den CAD-Daten 300 kann es sich um Daten der gebildeten Form handeln, welche die fertige Form des durch die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung additiv zu fertigen Formerzeugnisses sc angeben. Es kann sein, dass nur die CAD-Daten 300 verwendet werden. Bei den Daten der gebildeten Form kann es sich beispielsweise um Daten handeln, welche die Kontur der fertigen Form des Formerzeugnisses sc durch Zahlenwerte wiedergeben.
Die Daten der gebildeten Form sind nicht auf das hier veranschaulichte Datenformat beschränkt. Bei den CAD-Daten 300 kann es sich um beliebige Daten handeln, solange die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 das Grundbearbeitungsprogramm bpr auf Grundlage der CAD-Daten 300 erzeugen kann. Die Dateneingabeeinheit 201 kann zusätzlich zu den CAD-Daten 300 die Aufschichtungsbedingungsdaten 400 erfassen und die Daten an die Datenspeichereinheit 202 ausgeben. Die Aufschichtungsbedingungsdaten 400 können Informationen zu Raupen sein. Zu Beispielen für die Informationen zu Raupen gehören Informationen darüber, ob es sich bei zu bildenden Raupen um Kugelraupen oder Linienraupen handelt, und Informationen über die Größe, Form, Vorgaben usw. von Raupen. Informationen, die angeben, dass die Form von Linienraupen bei der Erzeugung des Grundbearbeitungsprogramms bpr zu verwenden ist, werden als Linienraupenbildungsinformationen bezeichnet. Informationen, die angeben, dass die Form von Kugelraupen bei der Erzeugung des Grundbearbeitungsprogramms bpr zu verwenden ist, werden als Kugelraupenbildungsinformationen bezeichnet. Beispielsweise können ein Sollwert für die Breite von Linienraupen, ein Sollwert für die Höhe von Linienraupen usw. zu den Aufschichtungsbedingungsdaten 400 als die Linienraupenbildungsinformationen hinzugefügt werden. Ferner können beispielsweise ein Sollwert für den Durchmesser von Kugelraupen, ein Sollwert für die Höhe von Kugelraupen usw. zu den Aufschichtungsbedingungsdaten 400 hinzugefügt werden.
Die Datenspeichereinheit 202 speichert die von der Dateneingabeeinheit 201 übertragenen CAD-Daten 300 und Aufschichtungsbedingungsdaten 400. Die Bearbeitungswegerzeugungseinheit 203 empfängt die CAD-Daten 300 und die Aufschichtungsbedingungsdaten 400 von der Dateneingabeeinheit 201. Dann erzeugt die Bearbeitungswegerzeugungseinheit 203 einen Bearbeitungsweg auf Grundlage der CAD-Daten 300 und der Aufschichtungsbedingungsdaten 400. Die Bearbeitungswegerzeugungseinheit 203 kann die CAD-Daten 300 und die Aufschichtungsbedingungsdaten 400 analysieren und einen Bearbeitungsweg auf Grundlage der Analyseergebnisse erzeugen.
Hierbei ist ein Bearbeitungsweg ein Weg, auf dem eine additive Bearbeitung von Linienraupen oder Kugelraupen durchgeführt wird, und kann beispielsweise ein Werkzeugweg des Bearbeitungskopfs 6 sein. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204 erfasst den Bearbeitungsweg. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204 erzeugt das Grundbearbeitungsprogramm bpr anhand des erfassten Bearbeitungswegs. Das Grundbearbeitungsprogramm bpr kann den Bearbeitungsweg durch Vorgeben einer Bahn des Bearbeitungskopfs 6 zum Bilden von Linienraupen oder Kugelraupen vorgeben. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204 kann den Bearbeitungsweg auf Grundlage von in den Aufschichtungsbedingungsdaten beinhalteten Raupeninformationen in Abschnitte, in denen eine additive Bearbeitung unter Verwendung von Kugelraupen durchgeführt wird, und in Abschnitte, in denen eine additive Bearbeitung unter Verwendung von Linienraupen durchgeführt wird, sortieren. Die Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204 kann den Bearbeitungsweg unter Verwendung von Bestimmungskriterien für die ordnungsgemäße Verwendung von darin gehaltenen Linienraupen und Kugelraupen sortieren. Wie in 4 veranschaulicht, erfasst die Steuereinheit 1 das Grundbearbeitungsprogramm bpr von der Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 204. Das Vorstehende ist ein Beispiel für die Konfiguration der Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit 200.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration zum Umsetzen der Funktionen der Steuereinheit 1 durch eine Verarbeitungsschaltung und eine Speichereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Steuereinheit 1 wird beispielsweise unter Verwendung eines Steuerprogramms, also eines Programms zum Durchführen der Steuerung der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, umgesetzt. Die Steuereinheit 1 beinhaltet eine Zentraleinheit (CPU) 41, die verschiedene Arten von Bearbeitung ausführt, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 42 mit einem Datenspeicherbereich, einen Festwertspeicher (ROM) 43, der ein nichtflüchtiger Speicher ist, eine externe Speichereinrichtung 44 und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 45 zum Eingeben von Informationen in die Steuereinheit 1 und Ausgeben von Informationen aus der Steuereinheit 1. Die in 4 veranschaulichten Einheiten sind über einen Bus 46 miteinander verbunden.
Die CPU 41 führt in dem ROM 43 und der externen Speichereinrichtung 44 gespeicherte Programme aus. Die Steuerung der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung durch die Steuereinheit 1 wird unter Verwendung der CPU 41 umgesetzt. Die externe Speichereinrichtung 44 ist ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Halbleiterlaufwerk (SSD). Die externe Speichereinrichtung 44 speichert ein Steuerprogramm und verschiedene Daten. Der ROM 43 speichert Software oder ein Programm zum Steuern von Hardware, die ein Bootloader ist, wie etwa das Basic Input/Output System (BIOS) oder das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), also ein Programm zur Grundsteuerung eines Computers oder einer Steuerung, also der Steuereinheit 1. Das Steuerprogramm kann in dem ROM 43 gespeichert sein.
Die in dem ROM 43 und der externen Speichereinrichtung 44 gespeicherten Programme werden in den RAM 42 geladen. Die CPU 41 entwickelt das Steuerprogramm in dem R_AM 42 und führt die verschiedenen Arten von Bearbeitung aus. Die Ein-/Ausgabeschnittstelle 45 ist eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer Vorrichtung außerhalb der Steuereinheit 1. Das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm bpr wird in die Ein-/Ausgabeschnittstelle 45 eingegeben. Die Ein-/Ausgabeschnittstelle 45 gibt verschiedene Befehle aus. Die Steuereinheit 1 kann Eingabeeinrichtungen, wie etwa eine Tastatur und eine Zeigeeinrichtung, und eine Ausgabeeinrichtung, wie etwa eine Anzeige, beinhalten. Das Steuerprogramm kann in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Die Steuereinheit 1 kann das in dem Speichermedium gespeicherte Steuerprogramm in der externen Speichereinrichtung 44 speichern. Das Speichermedium kann ein tragbares Speichermedium, also eine Diskette, oder ein Flash-Speicher ist, also ein Halbleiterspeicher, sein. Das Steuerprogramm kann auf einem Computer oder einer Steuerung, also der Steuereinheit 1, von einem anderen Computer oder einer Servereinrichtung über ein Kommunikationsnetz installiert werden.
7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration zum Umsetzen der Funktionen der Steuereinheit 1 durch eine dedizierte Verarbeitungsschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Funktionen der Steuereinheit 1 können zudem durch eine Verarbeitungsschaltung 47, also eine in 5 veranschaulichte dedizierte Hardware, umgesetzt werden. Die Verarbeitungsschaltung 47 ist eine einzelne Schaltung, eine kombinierte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination aus diesen. Ein Teil der Funktionen der Steuereinheit 1 kann durch dedizierte Hardware umgesetzt werden und der andere Teil kann durch Software oder Firmware umgesetzt werden.
Die Funktionen der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 können durch Hardware mit der in 6 veranschaulichten Konfiguration umgesetzt werden, die ein Steuerprogramm, also ein Programm zum Durchführen der Steuerung der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200, ausführt. Alternativ können die Funktionen der Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 durch das Steuerprogramm unter Verwendung der Verarbeitungsschaltung 47, also der in 7 veranschaulichten dedizierten Hardware, umgesetzt werden.
Als Nächstes wird die Fertigungspräzision bei der additiven Fertigung beschrieben. 8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Formerzeugnis veranschaulicht, das durch das System zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform additiv gefertigt wird. 9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verteilung der Temperatur des Formerzeugnisses veranschaulicht, das durch das System zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform additiv gefertigt wird. Ein Formerzeugnis sc1 in 9 ist gleich dem in 8 veranschaulichten Formerzeugnis sc1. Das Formerzeugnis sc1 weist eine zylindrische Form auf und wird in Schichten in der positiven Richtung der z-Achse eines in der Figur veranschaulichten dreiachsigen direkten Koordinatensystems aufgeschichtet. In der folgenden Beschreibung wird die positive Richtung der z-Achse mitunter als Richtung von unten nach oben bezeichnet. Das Formerzeugnis sc1 beinhaltet eine Vielzahl von Schichten senkrecht zu der z-Achse. Zwischen den Schichten sind durchgezogene Linien eingezeichnet.
Die obere Oberfläche in 9 ist mit Schwarz gefüllt, was darauf hinweist, dass die Wärmequelle hs der oberen Oberfläche zugeführt wird, wodurch die obere Oberfläche erwärmt wird. In 9 ist die Temperaturverteilung durch Schraffur usw. angegeben. Wie durch diese Temperaturverteilung angegeben, unterscheidet sich die Temperatur des Formerzeugnisses sc1 sowohl je nach einem Formabschnitt, also der Bearbeitungsposition p, als auch einer Formhöhe, also der Höhe der Bearbeitungsposition p. In dem Beispiel aus 9 nimmt mit zunehmender Formhöhe die an das Grundmaterial bm abgegebene Wärme ab und nimmt die in dem Formerzeugnis sc1 gespeicherte Wärme zu. Dadurch weist, wenn die Aufschichtung nacheinander mit Wärmeeintrag durch die Wärmequelle hs und Wärmeabgabe durch das Schutzgas g, die auf gleichem Niveaus gehalten werden, ein oberer Schichtabschnitt des Formerzeugnisses sc1 oft höhere Temperaturen als ein unterer Schichtabschnitt auf. In diesem Fall weist, wenn die Nachkorrekturbefehle ccv gemäß dem Zustand der unteren Schichten bestimmt werden, der obere Schichtabschnitt Temperaturen auf, die höher als eine entsprechende Temperatur sind, d. h., neigt er zur Überhitzung.
Wenn sich das Formerzeugnis sc1 überhitzt hat, kann es aufgrund einer Abnahme der Viskosität des Formerzeugnisses pm zu Tröpfchenbildung, Durchhängen des Formerzeugnisses pm oder dergleichen kommen, wodurch eine Abweichung von einer Sollform in der Form des Formerzeugnisses sc1 entsteht. Wenn beispielsweise die in dem Grundbearbeitungsprogramm bpr beinhalteten Grundbefehle bcv so verwendet werden, wie sie sind, ohne dass sie gemäß den Nachkorrekturbefehlen ccv korrigiert werden, kann die vorstehende Abweichung auftreten. Selbst wenn eine Höhenabweichung pro Schicht bei der additiven Fertigung gerade mal einige pm im einstelligen oder zweistelligen Bereich beträgt, kann die additive Fertigung, bei der einige hundert Schichten aufgeschichtet werden, zu einer großen Differenz zwischen einer endgültigen aufgeschichteten Form und einer Sollform führen.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet das Verfahren zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform einen Temperaturmessschritt zum Messen der Temperatur des Bearbeitungsobjekts op oder des Formmaterials pm und Ausgeben der gemessenen Temperatur als die Temperaturdaten td, einen Steuerschritt zum Korrigieren der Grundbefehle bcv auf Grundlage des Grundbearbeitungsprogramms bpr, das die Grundbefehle und die Bearbeitungsbedingungen pc und die Temperaturdaten td beinhaltet, und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen, die den Materialzufuhrbefehl md, den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, den Antriebsbefehl dc und den Gaszufuhrbefehl gc beinhaltet, einen Formmaterialzufuhrschritt zum Zuführen eines Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls md, einen Wärmequellenzufuhrschritt zum Zuführen einer Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls lc, einen Antriebsschritt zum Ändern der relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls dc und einen Gaszufuhrschritt zum Zuführen eines Schutzgases, um die Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls gc.
Das Verfahren zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ferner einen Absaugschritt zum Absaugen einer Atmosphäre um die Bearbeitungsposition herum.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Temperaturmesseinheit 9, welche die Temperatur des Bearbeitungsobjekts op oder des Formmaterials pm misst und die gemessene Temperatur als die Temperaturdaten td ausgibt, die Steuereinheit 1, welche die Grundbefehle bcv auf Grundlage des Grundbearbeitungsprogramms bpr, das die Grundbefehle bcv und die Bearbeitungsbedingungen pc und die Temperaturdaten td beinhaltet, korrigiert und Nachkorrekturbefehle, die den Materialzufuhrbefehl md, den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, den Antriebsbefehl dc und den Gaszufuhrbefehl gc beinhalten, bestimmt, die Formmaterialzufuhreinheit 8, die das Formmaterial einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls md zuführt, eine Wärmequellenzufuhreinheit, die eine Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls lc zuführt, die Antriebseinheit 7, welche die relative Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls dc geändert, und die Gaszufuhreinheit 4, die der Bearbeitungsposition ein Schutzgas, also ein Gas, das die Reaktion des Formmaterials verhindert, der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls gc zuführt.
Das System 1000 zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung und die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200, die das Grundbearbeitungsprogramm bpr erzeugt.
Die Steuereinheit 1 bestimmt die Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage des Grundbearbeitungsprogramms bpr und der Temperaturdaten td, sodass die Temperatur der Bearbeitungsposition p näher an einen Sollwert gebracht werden kann. Ferner ist es möglich, das Auftreten von Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion usw. verhindert werden. Folglich kann die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden. Dadurch, dass die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 beinhaltet ist, kann das Grundbearbeitungsprogramm bpr gemäß den Daten der gebildeten Form, die eine fertige Form angeben, erzeugt werden, sodass die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden kann.
Ferner können gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass der Staubsammler 12 beinhaltet ist, der eine Staub, Rauch usw. enthaltende Atmosphäre absaugt, eine Entzündung, Explosion usw. verhindert werden. Folglich kann die Bearbeitungspräzision weiter verbessert werden. Weiterhin ist die Gaszufuhreinheit 4, die das Schutzgas g der Bearbeitungsposition p zuführt, beinhaltet. Somit wird eine additive Fertigung unter einer Atmosphäre des Schutzgases g durchgeführt, sodass eine Oxidation, Entzündung, Explosion usw. während der Fertigung verhindert werden können. Dann wird das Auftreten von Fertigungsmängeln aufgrund von Oxidation, Entzündung, Explosion usw. während der Fertigung verhindert, sodass die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden kann. Da durch die Zufuhr des Schutzgases g eine Entzündung, Explosion usw. verhindert werden können, kann die Temperaturmesseinheit 9 die Temperaturdaten td mit höherer Genauigkeit erfassen.
Weiterhin ist es möglich, die Erzeugung von Schwingungen, abrupten Temperaturschwankungen, plötzlichen Änderungen in der Atmosphäre usw. zu verhindern, sodass die Bestimmung der Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage der durch die Steuereinheit 1 durchgeführten Temperaturdaten td mit höherer Präzision durchgeführt werden kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann es möglich sein, da das Schutzgas g, die Temperatursteuerung usw. durchgeführt werden, ein Material, bei dem es aufgrund der Möglichkeit, dass es eine Staubexplosion verursacht, schwierig ist, es als das Formmaterial pm zu verwenden, als das Formmaterial pm verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
Zweite Ausführungsform.
10 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform sind Komponenten, Signale und Sonstiges, die mit den Komponenten, Signalen und Sonstigem der ersten Ausführungsform identisch sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Vorrichtung 100a zur additiven Fertigung beinhaltet neben der Konfiguration der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine Lichterkennungseinheit 17. Die Vorrichtung 100a zur additiven Fertigung beinhaltet eine Steuereinheit 1a anstelle der Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform.
Die Lichterkennungseinheit 17 erkennt Streulicht, also von der Bearbeitungsposition p erzeugtes Licht oder von außen zugeführtes Licht, das gestreut wird, Durchlicht oder dergleichen und gibt das erkannte Licht als Lichterkennungsergebnis lr aus. Das Lichterkennungsergebnis lr kann ein die Lichtintensität quantitativ angebender Zahlenwert sein. Die Lichterkennungseinheit 17 kann ein Signal ausgeben, welches das Vorliegen einer Lichterkennung angibt, wenn Licht einer Intensität, die höher als oder gleich einem bestimmten Schwellenwert ist, erzeugt wird, und ein Signal ausgeben, welches das Fehlen einer Lichterkennung angibt, wenn die Intensität niedriger als oder gleich dem Schwellenwert ist. Es kann eine Vielzahl von Lichtintensitätsschwellwerten in Stufen bereitgestellt werden. Die Lichterkennungseinheit 17 kann bei jeder Stufe ein unterschiedliches Signal ausgeben, je nachdem, ob die Vielzahl von Schwellenwerten überschritten wird oder nicht. Die Steuereinheit 1a kann einen Vorgang gemäß dem ausgegebenen Signal durchführen. Zu Beispielen für das Streulicht gehört durch das Formmaterial pm gestreutes Licht, ein herumfliegendes Objekt, Rauch usw. Zu Beispielen für das Durchlicht gehört durch Rauch, das Schutzgas, die Atmosphäre usw. durchgelassenes Licht.
Wenn eine andere Wärmequelle hs als ein Laserstrahl verwendet wird, kann Vorrichtung 100a zur additiven Fertigung eine Beobachtungslichtquelle hinzugefügt werden und kann die Lichterkennungseinheit 17 Licht von der Beobachtungslichtquelle erkennen. Wenn die Beobachtungslichtquelle verwendet wird, kann die Steuereinheit 1a die Erzeugung von Rauch oder dergleichen anhand einer Verringerung, Variation oder dergleichen in Streulicht erkennen. Alternativ kann Licht von einer externen Lichtquelle in die Nähe der Bearbeitungsposition p, um durch das Aufschichtungsmaterial pm gestreutes Licht zu erkennen, oder einer Raupe, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Tröpfchenbildung anhand einer Änderung des Streulichts zu erkennen, abgegeben werden. Obwohl 10 einen Fall veranschaulicht, bei dem die Lichterkennungseinheit 17 das Lichterkennungsergebnis lr durch drahtlose Kommunikation an die Steuereinheit 1a überträgt, kann die Lichterkennungseinheit 17 das Lichterkennungsergebnis lr durch drahtgebundene Kommunikation an die Steuereinheit 1a übertragen.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die in 11 veranschaulichte Steuereinheit 1a unterscheidet sich von der Steuereinheit 1 dadurch, dass anstelle der Steuerung 52 der Steuereinheit 1 eine Steuerung 52a beinhaltet ist. Während die Steuereinheit 1 in 1 nur die Temperaturdaten td erfasst, erfasst die Steuereinheit 1a in 11 zusätzlich zu der Differenz d das Lichterkennungsergebnis lr. Auf Grundlage des Lichterkennungsergebnisses lr erkennt die Steuereinheit 1a das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion, Rauchen usw. oder den Zustand von Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion, Rauch usw. Nachfolgend wird ein Zustand, in dem die Steuereinheit 1a das Auftreten von Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion, Rauchen usw. nicht erkennt, als stationärer Zustand bezeichnet. Ein Fall, in dem die Steuereinheit 1a das Auftreten von Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion, Rauchen usw. erkennt, wird als anormaler Zustand bezeichnet.
Wie in 11 veranschaulicht, arbeitet die Steuereinheit 1a wie die Steuereinheit 1, wenn die Steuereinheit 1a den stationären Zustand festgestellt hat. Das heißt, wie die Steuerung 52 gibt die Steuerung 52a das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr auf Grundlage der Temperaturdaten td aus. Die Ausgabeeinheit 54 gibt Befehle auf Grundlage des Nachkorrekturbearbeitungsprogramms ppr aus. Das heißt, die Ausgabeeinheit 54 bestimmt die Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage des Nachkorrekturbearbeitungsprogramms ppr.
Dahingegen bestimmt auch dann, wenn der anormale Zustand auf Grundlage des Lichterkennungssignals lr festgestellt wurde, die Steuerung 52a das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr, wobei sich die Nachkorrekturbefehle ccv im anormalen Zustand jedoch von den Nachkorrekturbefehlen ccv im normalen Zustand unterscheiden. Wenn beispielsweise eine Entzündung aufgetreten ist, kann die Bearbeitung gestoppt werden. Bei den Nachkorrekturbefehlen ccv im anormalen Zustand kann es sich um Befehle handeln, um die Temperatur der Bearbeitungsposition p zu verringern, um die Entzündung zu unterdrücken, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Nachkorrekturbefehle ccv können den anormalen Zustand widerspiegeln. Beispielsweise werden zusätzlich zu den Nachkorrekturbefehlen ccv im normalen Zustand, in dem Rauch, Entzündung oder dergleichen nicht vorliegt, die Nachkorrekturbefehle ccv im anormalen Zustand, in dem Rauch, Entzündung oder dergleichen vorliegt, im Voraus in dem Grundbearbeitungsprogramm bpr gespeichert. Ferner kann in dem Grundbearbeitungsprogramm bpr ein bedingter Abzweig gesetzt werden, um entweder die Nachkorrekturbefehle ccv im normalen Zustand oder die Nachkorrekturbefehle ccv im anormalen Zustand auszuwählen und auszuführen.
Die Steuerung 52a kann einen Befehl, der zwischen den Nachkorrekturbefehlen ccv im normalen Zustand und den Nachkorrekturbefehlen ccv im anormalen Zustand zu ändern ist, aus dem Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, dem Materialzufuhrbefehl md, dem Gaszufuhrbefehl gc und dem Antriebsbefehl dc auswählen. Zum Zeitpunkt der Auswahl können ein oder mehrere der vorstehenden Befehle gemäß den Temperaturdaten td und dem Lichterkennungsergebnis lr ausgewählt werden. Es können ein oder mehrere zwischen den Grundbefehlen bcv und den Nachkorrekturbefehlen ccv zu ändernde Befehle gemäß den Temperaturdaten td und dem Lichterkennungsergebnis lr ausgewählt werden. Die Steuerung 52a kann einen oder mehrere Befehl, die zwischen den Nachkorrekturbefehlen ccv im normalen Zustand und den Nachkorrekturbefehlen ccv im anormalen Zustand zu ändern sind, gemäß dem Zustand der Bearbeitungsposition p auf dem Bearbeitungsweg auswählen. Die Steuerung 52a kann einen oder mehrere Befehl, die zwischen den Grundbefehlen bcv und den Nachkorrekturbefehlen ccv zu ändern sind, gemäß dem Zustand der Bearbeitungsposition p auf dem Bearbeitungsweg auswählen.
Zu Beispielen für den oben beschriebenen Zustand der Bearbeitungsposition p auf dem Bearbeitungsweg gehören beispielsweise ein Fall, bei dem sich die Bearbeitungsposition p an einem Endpunkt einer Linienraupe befindet, ein Fall, bei dem sich die Bearbeitungsposition p am Schnittpunkt von Linienraupen befindet, und ein Fall, bei dem sich die Bearbeitungsposition p an einer Biegung eines Linienraupe befindet. Dem Grundbearbeitungsprogramm bpr kann ein Änderungsbefehl hinzugefügt werden, sodass die Steuereinheit 1 den Änderungsbefehl automatisch gemäß dem durch das Grundbearbeitungsprogramm bpr angegebenen Zustand der Bearbeitungsposition p auswählt. Alternativ kann der Steuereinheit 1a eine Eingabeeinheit zum Eingeben eines Änderungsbefehls von außen bereitgestellt werden, sodass die Steuereinheit 1a den Änderungsbefehl gemäß der Eingabe von außen auswählt.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet das Verfahren zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform einen Lichterkennungsschritt zum Erkennen von Licht von der Bearbeitungsposition p und Ausgeben des erkannten Lichts als das Lichterkennungsergebnis lr. In dem Steuerschritt werden die Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage des Grundbearbeitungsprogramms bpr, der Temperaturdaten td und des Lichterkennungsergebnisses lr bestimmt. In diesem Steuerschritt wird eine Anomalie auf Grundlage des Lichterkennungsergebnisses lr erkannt. Wenn eine Anomalie erkannt wird, wird mindestens eines von Erhöhen der Zufuhrmenge des Schutzgases g, Verringern der Zufuhrmenge der Wärmequelle hs, Erhöhen der Zufuhrmenge des Formmaterials pm oder Verringern der Änderungsrate in der relativen Position durchgeführt. Dadurch kann das Auftreten eines anormalen Zustandes, wie etwa Entzündung, verhindert werden.
Somit kann die Steuereinheit 1a den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, den Materialzufuhrbefehl md, den Gaszufuhrbefehl gc, den Antriebsbefehl dc usw. gemäß dem Lichterkennungsergebnis lr steuern. Dann kann die Steuereinheit 1a einen anormalen Zustand, wie etwa Entzündung, Tröpfchenbildung, Explosion oder Rauchen, erkannt werden, der durch die Überhitzung der Bearbeitungsposition p verursacht wird, und die Zufuhrmenge der Wärmequelle h, die Zufuhrrate des Formmaterials pm, den Durchsatz des Schutzgases g, die Bewegung des Bearbeitungskopfs 6, die Drehung des Tischs 10 usw. steuern. Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
Dritte Ausführungsform.
Die Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform ist gleich dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen System 1000 zur additiven Fertigung. Somit erfolgt die Beschreibung unter Verwendung der Bezugszeichen, die den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Komponenten, Signalen und Sonstigem zugewiesen sind. Wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, erwärmt die Steuereinheit 1 der vorliegenden Ausführungsform das Bearbeitungsobjekt op, das vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildet wurde, auf Grundlage der Temperaturdaten td wieder. Nach dem Wiedererwärmen wird die additive Fertigung wieder aufgenommen.
In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass dem Grundbearbeitungsprogramm bpr eine Option der Nachkorrekturbefehle ccv zum Zeitpunkt des Wiedererwärmens und ein bedingter Abzweig zum Auswählen der Option hinzugefügt werden und die Steuereinheit 1 die Nachkorrekturbefehle ccv bestimmt, wenn sie durch das Grundbearbeitungsprogramm bpr angewiesen wird, ein Wiedererwärmen durchzuführen. Andererseits ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf diesen Vorgang beschränkt. Beispielsweise können die Nachkorrekturbefehle ccv zum Zeitpunkt des Wiedererwärmens im Voraus in der Steuereinheit 1 gespeichert werden. Der Zeitpunkt, zu dem die Nachkorrekturbefehle ccv zum Zeitpunkt des Wiedererwärmens gemäß dem Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr zum Zeitpunkt des Wiedererwärmens ausgegeben werden, kann dem Grundbearbeitungsprogramm bpr hinzugefügt werden oder kann der Zeitpunkt sein, zu dem die Steuereinheit 1 gemäß den Temperaturdaten td oder dergleichen bestimmt, dass ein Wiedererwärmen durchgeführt werden wird. Dem Grundbearbeitungsprogramm bpr kann ein bedingter Abzweig zum Ändern einer Aktion gemäß den Temperaturdaten td hinzugefügt werden, sodass die Steuereinheit 1 ein anderes Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr gemäß den Temperaturdaten td ausführt.
Die Wiederaufnahme der additiven Fertigung ist ein Vorgang zum Wiederaufnehmen der Zufuhr des Formmaterials pm zu der Bearbeitungsposition p und Durchführen der Zufuhr der Wärmequelle hs zu dem Bearbeitungspunkt p. Neben zur Wiederaufnahme der Zufuhr des Formmaterials pm und der Wärmequelle hs zu dem Bearbeitungspunkt p kann die Änderung der relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition p und dem Formerzeugnis sc wieder aufgenommen werden. Wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, kann der Bearbeitungskopf 6 aus der Nähe des Bearbeitungsobjekts op zu dem Zweck bewegt und zurückgezogen werden, um eine Kollision zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildeten Bearbeitungskopf usw. zu vermeiden. In diesem Fall kann zu Beginn des Erwärmens während der Unterbrechung der additiven Fertigung oder zu Beginn der additiven Fertigung der Bearbeitungskopf 6 in die Nähe des Bearbeitungsobjekts op zurückgeführt werden oder kann die relative Position zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem Formerzeugnis sc zu dem Zeitpunkt der Unterbrechung in einen Zustand zurückgeführt werden. Dann kann mit dem Erwärmen oder Wiederaufnehmen der additiven Fertigung begonnen werden.
Die Bearbeitungsposition p zum Zeitpunkt des Wiederaufnehmens der Fertigung wird als Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp bezeichnet. 12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verteilung der Temperatur eines Bearbeitungsobjekts, wenn der Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der unterbrochenen additiven Fertigung erwärmt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 12 veranschaulicht die Wärmequellenzufuhröffnung 14 und einen Pfeil, der die Zufuhrrichtung der Wärmequelle hs angibt. Zudem wird ein Bahnbefehl tc veranschaulicht, der die Bewegungsbahn der im Grundbearbeitungsprogramm bpr beinhalteten Bearbeitungsposition p angibt. Bei dem in 12 veranschaulichten Bahnbefehl tc handelt es sich um eine in einem einzigen Zug gezeichnete Bahn ohne Bremse und ohne Rückwärtsbewegung, mit anderen Worten eine einzügige Bahn. Der Bahnbefehl tc ist nicht auf die Form in 12 beschränkt und ist nicht auf eine in einem einzigen Zug gezeichnete Bahn beschränkt. 12 veranschaulicht die Temperaturverteilung mittels Schraffur. Bei dem Formerzeugnis sc ist die Temperatur an und nahe dem Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp hoch und nimmt die Temperatur mit zunehmendem Abstand davon ab. Das Formerzeugnis sc beinhaltet eine Vielzahl von Schichten. Die Grenzen zwischen der Vielzahl von Schichten sind durch durchgezogene Linien senkrecht zur z-Achse veranschaulicht. Das Formerzeugnis sc wird Schicht für Schicht von unten nach oben additiv gefertigt.
Die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 bestimmt in der vorliegenden Ausführungsform den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc in dem Bearbeitungsprogramm bpr auf Grundlage der Position des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp in dem Bearbeitungsobjekt op und der Querschnittsform des Bearbeitungsobjekts op zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Fertigung. Mit anderen Worten passt die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 die Vorgaben zur Zufuhr der Wärmequelle hs auf Grundlage der Querschnittsform des Bearbeitungsobjekts op bei unterbrochener Fertigung an. Folglich kann die Menge an Wärmeeintrag auf Grundlage der Querschnittsform des Bearbeitungsobjekts op bei unterbrochener Fertigung gesteuert werden, um die Zeit zu verringern, die zum Wiederaufnehmen der additiven Fertigung erforderlich ist. Zum Zeitpunkt eines Punktformens kann Menge an Wärmeeintrag durch kurzzeitiges Zuführen der Wärmequelle fein angepasst werden, um die Präzision der additiven Fertigung weiter zu verbessern.
Zu Beispielen für den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, wenn die Wärmequelle hs ein Laserstrahl ist, mit anderen Worten die Vorgaben der Wärmequelle hs gehören beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls und der Durchmesser des Laserstrahls. Um eine Abnahme der Präzision der Fertigung des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp zum Zeitpunkt des Wiederaufnehmens der Bearbeitung zu verhindern, ist es wünschenswert, die Erwärmungstemperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp auf die thermische Sättigungstemperatur des Formabschnitts zu erhöhen. Hierbei bezieht sich die thermische Sättigungstemperatur auf eine für die additive Fertigung geeignete Temperatur, bei der das Gleichgewicht zwischen Wärmeeintrag durch die Wärmequelle unter den Bearbeitungsbedingungen pc für die nächste Schicht, also eine aufzuschichtende Schicht, und Wärmeabfuhr im gesamten Formbereich stetig wird.
Die thermische Sättigungstemperatur ändert sich je nach der Form, der Querschnittsform, den Bearbeitungsbedingungen pc usw. des Bearbeitungsobjekts op zum Zeitpunkt des Wiederaufnehmens der Fertigung. Daher kann es schwierig sein, den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc vor Beginn der Bearbeitung zu bestimmen. Dahingegen gibt die Temperaturmesseinheit 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Temperaturdaten td zu dem Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp aus, sodass die Steuereinheit 1 bestimmen kann, ob die Temperatur der Bearbeitungsposition p die thermische Sättigungstemperatur überschreitet oder nicht. Beispielsweise kann die Steuereinheit 1 gemäß dem Bestimmungsergebnis den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc, der davon abhängig ist, ob die thermische Sättigungstemperatur überschritten wird oder nicht, unter Verwendung eines in dem Grundbearbeitungsprogramm bpr beinhalteten bedingten Abzweig bestimmen. Die Steuereinheit 1 bestimmt wünschenswerterweise den Antriebsbefehl dc so, dass die Bearbeitungsposition p erst bei Erreichen der thermischen Sättigungstemperatur bewegt wird. Die Steuereinheit 1 kann die Temperatur der Bearbeitungsposition p zum Zeitpunkt der Unterbrechung der additiven Fertigung speichern und die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp nahe an die zum Zeitpunkt der Unterbrechung der additiven Fertigung vor dem Wiederaufnehmen der additiven Fertigung bringen. Es wird ein Beispiel für einen Vorgang zum Wiederaufnehmen der additiven Fertigung beschrieben. Beispielsweise kann der Antriebsbefehl dc im Nachkorrekturbearbeitungsprogramm bpr derart bestimmt werden, dass sich die Bearbeitungsposition p zu bewegen beginnt, wenn die Differenz zwischen der Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp und der Temperatur der Bearbeitungsposition p zum Zeitpunkt der Unterbrechung der additiven Fertigung kleiner oder gleich einem bestimmten Wert wird. Somit ist es wünschenswert, die additive Fertigung wieder aufzunehmen, indem die relative Position zwischen der Bearbeitungsposition p und dem Formerzeugnis sc ändert wird, nachdem die Temperatur der Bearbeitungsposition p, des Fertigungsobjekts op oder des Formmaterials pm auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde. Es sei ein Fall betrachtet, bei dem ein Formerzeugnis, das eine Vielzahl von Schichten beinhaltet, Schicht für Schicht entlang eines Formwegs additiv gefertigt wird. In diesem Fall wird bei Unterbrechung der additiven Fertigung ein Wiederaufnahmeformweg erwärmt, der ein Formweg auf einer Schicht, auf der die additive Fertigung wieder aufgenommen wird, des vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildeten Bearbeitungsobjekts op ist. Nachdem die Temperatur des Wiederaufnahmeformwegs auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, kann die additive Fertigung wieder aufgenommen werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, den gesamten Wiederaufnahmeformweg auf die vorbestimmte Temperatur oder höher zu erwärmen. Zum Zeitpunkt des Erwärmens kann die relative Position zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem Formerzeugnis sc geändert werden, während die Wärmequelle hs dem Wiederaufnahmeformweg auf dem vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildeten Bearbeitungsobjekts op zugeführt wird.
13 ist eine Darstellung, die Wärmeströme in einer Grundplatte und einem Formerzeugnis in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die obere Oberfläche des Formerzeugnisses sc in 13 ist mit Schwarz gefüllt, um anzugeben, dass die Oberfläche durch die Zufuhr der Wärmequelle hs erwärmt wird. Das Formerzeugnis sc in 13(a) weist eine Schicht auf. Das Formerzeugnis sc in 13(b) weist sechs Schichten auf. Das heißt, 13(b) veranschaulicht einen Zustand, in dem fünf Schichten ausgehend von dem Zustand in 13(a) additiv gefertigt wurden. Durchgezogene Linien senkrecht zur z-Achse in 13 geben Grenzen zwischen den Schichten wieder. ist. In 13 sind Wärmeströme in einer Grundplatte bp und in dem Formerzeugnis sc durch Pfeile angegeben. In den 13(a) und 13(b) wird die Wärmequelle hs dem Formerzeugnis sc in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der z-Achse zugeführt, d. h. von einer Position, an welcher der Wert der z-Achse groß ist, zu einer Position, an welcher der Wert der z-Achse klein ist. In 13(b) ist der Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp weiter von der Grundplatte bp entfernt als in 13(a). Daher ist die Wärmeabgabeleistung von dem Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp an die Grundplatte bp bei der Konfiguration aus 13(a) hervorragender als bei der Konfiguration aus 13(b). Infolgedessen ist die Zeit, bis die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp die thermische Sättigungstemperatur erreicht, bei der Konfiguration aus 13(a) länger als bei der Konfiguration aus 13(b). Somit ist die Zeit, bis die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitt die thermische Sättigungstemperatur erreicht, von dem Abstand zwischen dem Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp und der Grundplatte bp, der Wärmekapazität des Formerzeugnisses sc usw. abhängig.
Die Temperaturmesseinheit 9 misst die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp oder des Formerzeugnisses sc und gibt die gemessene Temperatur als die Temperaturdaten td aus. Die Steuereinheit 1 bestimmt den Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc auf Grundlage der Temperaturdaten td zum Steuern der Wärmequellenzufuhreinheit 2 und führt eine Steuerung durch, um die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp nahe an die thermische Sättigungstemperatur zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert, die Ausgangssteuerung der Wärmequelle so lange durchzuführen, bis der Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp die thermische Sättigungstemperatur erreicht, während Entzündung und Tröpfchenbildung verhindert werden. Neben dem Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc kann die Steuereinheit 1 den Gaszufuhrbefehl gc auf Grundlage der Temperaturdaten td bestimmen und eine Steuerung durchführen, um die Temperatur der Bearbeitungsposition p nahe an die thermische Sättigungstemperatur zu bringen. Wenn die Differenz zwischen der Temperatur der Bearbeitungsposition p und der thermischen Sättigungstemperatur nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs gelangt ist, kann die Steuereinheit 1 den Antriebsbefehl dc so bestimmen, dass die Bearbeitungsposition p nicht bewegt wird. Bis die Differenz von der thermischen Sättigungstemperatur innerhalb des bestimmten Bereichs in dem gesamten Weg auf der Schicht, auf der die Fertigung wieder aufgenommen wird, gelangt, kann der gesamte Weg auf der Schicht, auf der die Fertigung wieder aufgenommen wird, wiederholt nachgezogen werden, um erwärmt zu werden, während der Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl lc nacheinander geändert wird, um die Wärmequelle hs dem Bearbeitungsweg zuzuführen. Die thermische Sättigungstemperatur kann auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Formmaterials pm eingestellt werden. Der Benutzer kann es ermöglicht werden, die thermische Sättigungstemperatur in die Steuereinheit 1 oder die Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung 200 gemäß den Bearbeitungsbedingungen pc einzugeben.
Bei der additiven Fertigung wird häufig nach der additiven Bearbeitung eine Fertigbearbeitung wie etwa Schleifen und Polieren durchgeführt. Wenn ein Fehler zwischen einer Sollform und einer erhaltenen Form groß ist, erhöht sich die Last auf einen nachgeschalteten Prozess. Somit ist es wünschenswert, dass der Fehler kleiner ist. Während der additiven Fertigung ist es wünschenswert, die additive Fertigung ohne Unterbrechungen vom Beginn bis zum Abschluss der Fertigung durchzuführen. Je nach einer additiv gefertigten Menge, dem Formmaterial pm, dem Bearbeitungsweg usw. können jedoch ein langzeitiger Wärmeeintrag und eine langzeitige Fertigungsarbeit schwierig sein, was zu einer Unterbrechung zwischen dem Beginn und dem Abschluss der additiven Fertigung führt. In diesem Fall ist zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der additiven Fertigung die Oberfläche abgekühlt und die Oxidation der Oberfläche ist im Vergleich zu der vor der Unterbrechung fortgeschritten. Darüber hinaus hat sich das Gleichgewicht zwischen Wärmeeintrag und Wärmeabfuhr im Vergleich zu dem vor der Unterbrechung geändert und braucht es Zeit, die Bearbeitung zu stabilisieren. Aus den vorstehenden Gründen kann sich die Fertigungspräzision eines Abschnitts, in dem die additive Fertigung unterbrochen wurde, verschlechtern.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dem Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, das Formmaterial pm durch einen Formmaterialerwärmungsschritt auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird. Bei dem Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, das vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildete Bearbeitungsobjekt op auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird. Bei dem Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn das Formerzeugnis sc aus einer Vielzahl von Schichten besteht und die additive Fertigung Schicht für Schicht entlang eines Formwegs tc durchgeführt wird, der Formweg tc, entlang dessen die additive Fertigung nach Wiederaufnahme der additiven Fertigung zuerst durchzuführen ist, auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird. Das Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ferner einen Rückziehschritt zum Zurückziehen, von dem Bearbeitungsobjekt op, des Bearbeitungskopfs 6, der die Wärmequellenzufuhröffnung 14 beinhaltet, damit diese eine Austrittsöffnung wird, durch welche die Wärmequelle hs der Bearbeitungsposition p zugeführt wird, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, und einen Rückführschritt zum Zurückführen des zurückgezogenen Bearbeitungskopfs 6 zu dem Bearbeitungsobjekt op, bevor die Wiederaufnahme durchgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Unterbrechung der additiven Fertigung auftritt und ferner die additive Fertigung wieder aufgenommen wird, ein Erwärmen des Formerzeugnisses sc vor der additiven Fertigung durchgeführt. Folglich wird die Temperatur des Fertigungswiederaufnahmeabschnitts rp oder des Formwegs tc auf einer Wiederaufnahmeschicht nahe an die zum Zeitpunkt der Unterbrechung der additiven Fertigung gebracht, wodurch es ermöglicht wird, eine hochpräzise additive Fertigung durchzuführen. Während des Erwärmens wird die Temperatur auf Grundlage der Temperaturdaten td gesteuert. Folglich kann eine Steuerung durchgeführt werden, um die Temperatur der Bearbeitungsposition p nahe an die thermische Sättigungstemperatur zu bringen. Darüber hinaus können Rauchen, Entzündung, Tröpfchenbildung usw. verhindert werden. Dies ermöglicht es, dass eine hochpräzise additive Fertigung durchgeführt wird, wenn eine Unterbrechung der additiven Fertigung auftritt. Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden. Darüber hinaus ermöglicht der Rückziehschritt die Vermeidung von Kollisionen zwischen dem Bearbeitungskopf 6 und dem Bearbeitungsobjekt op.
Vierte Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Formmaterial PM unter Verwendung einer jouleschen Erwärmung erwärmt. 14 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform sind Komponenten, Signale und Sonstiges, die mit den Komponenten, Signalen und Sonstigem der ersten Ausführungsform identisch sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Vorrichtung 100b zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltetet neben den Komponenten der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform eine Leistungszufuhr 55 und einen Kontaktchip 56. Die Vorrichtung 100b zur additiven Fertigung beinhaltet eine Steuereinheit 1b anstelle der Steuereinheit 1 der ersten Ausführungsform. Die Leistungszufuhr 55 ist elektrisch mit dem Kontaktchip 56 und dem Grundmaterial bm durch Drähte verbunden. Die Leistungszufuhr 55 legt eine Spannung an den Kontaktchip 56 und das Grundmaterial bm an und ist nacheinander elektrisch vom Kontaktchip 56 mit dem Formmaterial pm, vom Formmaterial pm mit dem Formerzeugnis sc und vom Formerzeugnis sc mit dem Grundmaterial bm verbunden. Durch einen durch den vorstehenden Weg fließenden Strom erhöht sich die Temperatur des Formmaterials pm durch joulesche Erwärmung. Dieses Phänomen wird verwendet, um das Formmaterial pm zu erwärmen.
Die Leistungszufuhr 55 kann mit der Steuereinheit 1b kommunizieren. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Beispielsweise können die Leistungszufuhr 55 und die Steuereinheit 1b über eine Signalleitung verbunden sein. Die Steuereinheit 1b bestimmt das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr auf Grundlage der Temperaturdaten td. Das Grundbearbeitungsprogramm bpr und das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr der vorliegenden Ausführungsform beinhalten einen Strombefehl cc, also einen Befehl für einen durch die Leistungszufuhr 55 zu erzeugenden Strom. Die Steuereinheit 1b unterscheidet sich von der Steuereinheit 1 dadurch, dass die Steuereinheit 1b den Strombefehl cc bestimmt. Der Unterschied zwischen einer Steuerung 52b und der Steuerung 52 besteht darin, dass die Steuerung 52b den Strombefehl cc auf Grundlage der Differenz d bestimmt. Ein Verfahren zum Bestimmen des Strombefehls cc kann dem eines anderen Befehls ähneln. Die Leistungszufuhr 55 leitet einen Strom durch das Formmaterial pm auf Grundlage des Strombefehls cc.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 1b den Strombefehl cc berechnen, um den Betrag eines Stroms der Leistungszufuhr 55, die Stromwellenform usw. anhand der in den Bearbeitungsbedingungen pc des Grundbearbeitungsprogramms bpr beinhalteten Differenz d zwischen dem Schmelzpunkt, dem Siedepunkt oder dergleichen des Formmaterials pm und der Temperaturdaten td vorzugeben, und den Strombefehl cc an die Leistungszufuhr 55 senden. Folglich kann der Einfluss von Wärme auf das Formerzeugnis sc während der additiven Fertigung begrenzt werden. Weiterhin kann das Formmaterial pm unabhängig von der Erwärmung des Formerzeugnisses sc durch die Ausgabe der Wärmequelle hs zur Temperatursteuerung erwärmt werden. Folglich kann die Fertigungspräzision verbessert werden.
Das Formmaterial pm weist wünschenswerterweise eine Form und ein Material auf, die den Durchgang von Strom und die Steuerung der jouleschen Erwärmung ermöglichen. Beispielsweise ist für die Form eine Drahtform wünschenswerter als ein pulverförmiges Material. Wenn das Formmaterial pm einer Drahtform verwendet wird, ist das Formmaterial pm ein dünner Draht und weist somit einen größeren Widerstandswert als das Formerzeugnis sc, das Grundmaterial bm usw. auf. Daher ist durch joulesche Erwärmung auf dem Formerzeugnis sc und dem Grundmaterial bm durch den Durchgang von Strom von der Leistungszufuhr 55 erzeugte Wärme kleiner als die auf dem Formerzeugnis pm erzeugte Wärme. Somit kann nur ein Spitzenabschnitt des Formmaterials pm nahe der Bearbeitungsposition p auf eine Solltemperatur erwärmt werden, bevor er der Bearbeitungsposition p zugeführt wird. Dann kann die Erwärmung durch die Wärmequelle hs während der additiven Fertigung kleiner gemacht werden.
Durch Steuern der Temperatur des Formmaterials pm kann die Temperatur der Bearbeitungsposition p in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten werden und kann eine additive Fertigung mit begrenzten Temperaturänderungen in anderen Abschnitten als der Bearbeitungsposition p durchgeführt werden. Somit können wärmebeeinflusste Bereiche in dem Formerzeugnis sc, dem Grundmaterial bm usw. verringert werden. Folglich kann ein Wölben, Biegen und dergleichen des Formerzeugnisses sc, des Grundmaterials bm usw. aufgrund von Wärmeausdehnung, Kontraktion und dergleichen des Formerzeugnisses sc, des Grundmaterials bm usw. verhindert werden. Somit kann das Auftreten von Ermüdung, thermischer Verformung und dergleichen des Formerzeugnisses sc, des Grundmaterials bm usw. aufgrund des Anstiegs und Abfalls der Temperatur verhindert werden, um das Formerzeugnis sc herzustellen.
Die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform kann mit der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Lichterkennungseinheit 17 in 10 versehen sein, um das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr als Reaktion auf das Auftreten von Entzündung, Explosion, Rauchen oder dergleichen wie in der zweiten Ausführungsform zu ändern. In Kombination mit der vorliegenden Ausführungsform kann zusätzlich die in der dritten Ausführungsform beschriebene Verarbeitung der Steuereinheit 1 zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Bearbeitung durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die additive Fertigung zwischen dem Beginn und dem Ende der additiven Fertigung unterbrochen wird, wird das Formmaterial pm durch joulesche Erwärmung erwärmt, ohne dass das Formmaterial pm der Bearbeitungsposition p zugeführt wird, wie dies in der dritten Ausführungsform beschrieben ist. Nachdem das Formmaterial pm auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, wird das Formmaterial pm der Bearbeitungsposition p zugeführt. Dann kann die Wärmequelle hs der Bearbeitungsposition p zugeführt werden, um die additive Fertigung wieder aufzunehmen. Somit kann das Formmaterial pm während der Unterbrechung der Bearbeitung durch joulesche Erwärmung erwärmt werden.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet das Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Formmaterialerwärmungsschritt zum Erwärmens des Formmaterials pm durch joulesche Erwärmung unter Verwendung des Formmaterials pm einer Drahtform. Bei dem Verfahren zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, das Formmaterial pm durch den Formmaterialerwärmungsschritt auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
Fünfte Ausführungsform.
16 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform sind Komponenten, Signale und Sonstiges, die mit den Komponenten, Signalen und Sonstigem der ersten Ausführungsform identisch sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Ein System 1000c zur additiven Fertigung beinhaltet eine Steuereinheit 1c anstelle der Steuereinheit 1 des Systems 1000 zur additiven Fertigung in der ersten Ausführungsform. 17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Steuereinheit 1c veranschaulicht.
Die Steuereinheit 1c beinhaltet eine Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen und eine Entscheidungseinheit 530. Die Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen beinhaltet eine Zustandswertbeobachtungseinheit 510 und eine Lerneinheit 520. Die Zustandswertbeobachtungseinheit 510 erfasst einen Zustandswert st, der ein Wert ist, der mindestens das Grundbearbeitungsprogramm bpr und die Temperaturdaten td beinhaltet, und ein Wert ist, der sich auf den Zustand der additiven Fertigung bezieht.
Zu Beispielen für den Zustandswert st gehören die Grundbefehle bcv, die Nachkorrekturbefehle ccv, die Temperaturdaten td, das in der zweiten Ausführungsform beschriebene Lichterkennungsergebnis lr, der in der dritten Ausführungsform beschriebene Fertigungswiederaufnahmeabschnitt rp zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme nach der Unterbrechung der additiven Fertigung, der in der vierten Ausführungsform beschriebene Strombefehl cc, die Form des Formerzeugnisses sc zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme nach der Unterbrechung der additiven Fertigung, ein Bearbeitungsweg, eine Querschnittsform, ein Erkennungsergebnis während der Bearbeitung usw. Zu Beispielen für das Erkennungsergebnis während der Bearbeitung gehören die Temperaturdaten td, das Lichterkennungsergebnis lr und ein Ergebnis einer Erkennung durch einen die Höhe der Bearbeitungsposition p messenden Höhensensor. Darüber hinaus kann das Material des Formmaterials pm, das Material des Grundmaterials bm, eine gebildete Form, eine Laserleistung, eine Bestrahlungszeit, eine Abkühlzeit, ein Bearbeitungsweg, eine Staubsammelleistung, eine Erwärmungszeit usw. Beispiele für den in den Bearbeitungsbedingungen pc beinhalteten Zustandswert sein.
Die Lerneinheit 520 lernt die Nachkorrekturbefehle ccv zum Bilden eines additiv gefertigten Formerzeugnisses gemäß einem Trainingsdatensatz, der auf Grundlage des durch die Zustandswertbeobachtungseinheit 510 erfassten Zustandswerts st erzeugt wird. Hierbei kann die Lerneinheit 520 ein Lernen zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv zum Bilden eines additiv gefertigten Formerzeugnisses anhand des Grundbearbeitungsprogramms bpr und der Temperaturdaten td gemäß dem Trainingsdatensatz durchführen. Die Lerneinheit 520 kann ein Lernen zum Bestimmen des Nachkorrekturbearbeitungsprogramms ppr durchführen. In diesem Fall wird, da die Nachkorrekturbefehle ccv in dem Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr beinhaltet sind, das Lernen zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv durchgeführt.
Die Lerneinheit 520 kann einen beliebigen Lernalgorithmus verwenden. Als ein Beispiel wird ein Fall beschrieben, bei dem bestärkendes Lernen angewandt wird. Das bestärkende Lernen ist ein Verfahren, bei dem ein Agent in einer bestimmten Umgebung den aktuellen Zustand beobachtet und eine vorzunehmende Aktion bestimmt. Der Agent erhält eine Belohnung von der Umgebung, indem er eine Aktion auswählt, und erlernt eine Richtlinie, um die meiste Belohnung durch eine Reihe von Aktionen zu erhalten. Als typische Verfahren zum bestärkenden Lernen sind Q-Lernen und TD-Lernen bekannt. Beispielsweise wird im Falle des Q-Lernens eine typische Aktualisierungsgleichung (Aktionswerttabelle) der Aktionswertfunktion Q(s,a) durch die folgende Zahlenformel (1) ausgedrückt.
Formel 1: $Q (s_{t}, a_{t}) \leftarrow Q (s_{t}, a_{t}) + a (r_{t + 1} + γ max_{a} Q (s_{t + 1}, a) - Q (s_{t}, a_{t}))$
In der Zahlenformel (1) gibt t eine Umgebung zu einem Zeitpunkt t wieder und gibt at eine Aktion zum Zeitpunkt t wieder. Die Aktion at ändert die Umgebung zu s_t+1. r_t+1 gibt eine Belohnung wieder, die aufgrund der Umweltänderung erteilt wird, γ gibt einen Diskontierungsfaktor wieder und α gibt eine Lernrate wieder. Wenn das Q-Lernen angewandt wird, sind die Bearbeitungsbedingungen pc und der Bearbeitungsweg die Aktion at. γ kann Werte im Bereich von 0<γ≤1 annehmen und α kann Werte im Bereich von 0<α≤1 annehmen.
In der durch die Zahlenformel (1) wiedergegebenen Aktualisierungsgleichung wird, wenn der Aktionswert der besten Aktion a zum Zeitpunkt t+1 größer als der Wert der Aktionswertfunktion Q der zum Zeitpunkt t durchgeführten Aktion a ist, der Wert der Aktionswertfunktion Q erhöht. Im umgekehrten Fall wird der Wert der Aktionswertfunktion Q verringert. Mit anderen Worten wird die Aktionswertfunktion Q(s,a) derart aktualisiert, dass sich der Wert der Aktionswertfunktion Q der Aktion a zum Zeitpunkt t dem besten Aktionswert zum Zeitpunkt t+1 nähert. Somit wird der beste Aktionswert in einer bestimmten Umgebung nacheinander auf die Aktionswerte in den vorherigen Umgebungen propagiert.
Eine Belohnungsberechnungseinheit 521 berechnet eine Belohnung r auf Grundlage des Zustandswerts st. Beispielsweise kann die Belohnungsberechnungseinheit 521 die Belohnung r erhöhen, wenn ein Fehler, der eine Höhendifferenz zwischen einer gebildeten Sollform und einer gebildeten Istform in jeder Schicht ist, klein ist, und die Belohnung r verringern, wenn der Fehler groß ist. Beispielsweise kann die Belohnungsberechnungseinheit 521 eine Belohnung von 1 erteilen, wenn sie eine große Belohnung erteilt, und eine Belohnung von -1 erteilen, wenn sie eine kleine Belohnung erteilt. Eine Funktionsaktualisierungseinheit 522 aktualisiert die Aktionswertfunktion Q gemäß der durch die Belohnungsberechnungseinheit 521 berechneten Belohnung r. Die Entscheidungseinheit 530 bestimmt die Nachkorrekturbefehle ccv unter Verwendung der Aktionswertfunktion Q. Beispielsweise kann im Falle des Q-Lernens die durch die Zahlenformel (1) wiedergegebene Aktionswertfunktion Q(s_t, a_t) als Funktion zum Bestimmen eines Bearbeitungswegs verwendet werden.
18 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des Systems zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Der in 18 veranschaulichte Vorgang kann bei jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt werden, wenn die Vorrichtung 100b zur additiven Fertigung eine Bearbeitung zur additiven Fertigung an dem Bearbeitungsobjekt op durchführt. Die Entscheidungseinheit 530 bestimmt die Nachkorrekturbefehle ccv für die Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung unter Verwendung der durch die Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen bestimmten Aktionswertfunktion Q.
Die Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung führt die Bearbeitung zur additiven Fertigung gemäß den bestimmten Nachkorrekturbefehlen ccv durch. Dann erfasst die Zustandswertbeobachtungseinheit 510 in Schritt s101 den Zustandswert st. Als ein Beispiel kann der Zustandswert st ein Messwert einer Raupenhöhe an einem Formabschnitt in jeder durch den Höhensensor erhaltenen Schicht sein. In Schritt s102 berechnet die Belohnungsberechnungseinheit 521 die Belohnung r auf Grundlage des Zustandswerts st.
Beispielsweise berechnet die Belohnungsberechnungseinheit 521 einen Fehler zwischen in jeder Schicht erkannten der Höhe des Formerzeugnisses sc und der Höhe einer Sollform und bestimmt, ob der Fehler kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist oder den Schwellenwert überschreitet. Wenn der Fehler kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, erteilt die Belohnungsberechnungseinheit 521 eine große Belohnung. Wenn der Fehler hingegen den Schwellenwert überschreitet, erteilt die Belohnungsberechnungseinheit 521 eine kleine Belohnung. Durch dieses Berechnen der Belohnung wird ein Lernen zum Durchführen einer additiven Fertigung durchgeführt und kann die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
In Schritt s103 aktualisiert die Funktionsaktualisierungseinheit 522 die Aktionswertfunktion auf Grundlage der Belohnung r. In Schritt s104 bestimmt die Entscheidungseinheit 530 die Nachkorrekturbefehle ccv auf Grundlage der aktualisierten Aktionswertfunktion. Hierbei kann die Entscheidungseinheit 530 das Nachkorrekturbearbeitungsprogramm ppr bestimmen.
Die Zustandswertbeobachtungseinheit 510 erfasst das in der zweiten Ausführungsform beschriebene Lichterkennungsergebnis lr als den Zustandswert st. Wenn die Häufigkeit von Tröpfchenbildung, Entzündung, Rauchen usw. hoch ist, kann die durch die Belohnungsberechnungseinheit 521 zu erteilende Belohnung r verringert werden. Wenn die Häufigkeit von Tröpfchenbildung, Zündung, Rauchen usw. gering ist, kann die Belohnungsberechnungseinheit 521 die zu erteilende Belohnung r erhöhen. Dies ermöglicht die Durchführung des Lernens zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv, die eine geringe Häufigkeit von Tröpfchenbildung, Entzündung, Rauchen usw. verursachen. Somit kann eine additive Fertigung mit hoher Fertigungspräzision durchgeführt werden. In einem Fall, bei dem die additive Fertigung unterbrochen wird, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, kann eine große Belohnung erteilt werden, wenn die Präzision der additiven Fertigung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme hoch ist, und kann eine kleine Belohnung erteilt werden, wenn die Präzision der additiven Fertigung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme gering ist. Die Lerneinheit 520 kann das Lernen zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv zum Durchführen einer hochpräzisen additiven Fertigung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der additiven Fertigung durchführen. Der in der vierten Ausführungsform beschriebene Strombefehl cc kann in dem Zustandswert beinhaltet sein und es kann ein Lernen zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv durchgeführt werden, das den Strombefehl cc beinhaltet.
Obwohl vorstehend das Beispiel unter Verwendung von bestärkendem Lernen beschrieben wurde, kann die Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen ein maschinelles Lernen gemäß einem anderen bekannten Verfahren, wie etwa einem neuronalen Netz, einer genetischen Programmierung, einer funktionalen theoretischen Programmierung oder einer Stützvektormaschine, durchführen.
Ferner kann die Steuereinheit 1c teilweise oder ganz mit einem anderen Abschnitt als der Steuereinheit 1c in der Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung beispielsweise über ein Netz verbunden sein. Weiterhin kann die Steuereinheit 1c teilweise oder ganz auf einem Cloud-Server vorhanden sein.
Eine trainierte Lernmaschine, die bereits ein Lernen durch die Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen durchgeführt hat, kann auf eine andere Vorrichtung zur additiven Fertigung als eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die das Lernen durchgeführt hat, angewandt werden. Beispielsweise kann die andere Vorrichtung zur additiven Fertigung eine Zustandswerterfassungseinheit 310 beinhalten, die den Zustandswert st, also einen Wert, der sich auf den Zustand der additiven Fertigung bezieht, einschließlich zumindest des Grundbearbeitungsprogramms bpr und der Temperaturdaten td, in einer von der Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung verschiedenen Vorrichtung zur additiven Fertigung beobachtet. Dann kann die andere Vorrichtung zur additiven Fertigung die trainierte Lernmaschine, die das Lernen zum Bestimmen der Nachkorrekturbefehle ccv durchgeführt hat, zum Bilden eines additiv gefertigten Formerzeugnisses anhand des Grundbearbeitungsprogramms bpr und der Temperaturdaten td auf Grundlage des Zustandswerts st beinhalten.
Bei der trainierten Lernmaschine kann es sich beispielsweise um die Entscheidungseinheit 530 mit der aktualisierten Aktionswertfunktion Q handeln, deren Aktualisierung durchgeführt wurde. Durch die Verwendung der trainierten Lernmaschine kann die Vorrichtung zur additiven Fertigung, auf der die trainierte Lernmaschine installiert ist, die Nachkorrekturbefehle ccv bestimmen, um ein additiv gefertigtes Formerzeugnis zu bilden, ohne ein neues Lernen durchzuführen, und eine hochpräzise additive Fertigung durchzuführen. Es kann eine Vorrichtung zum maschinellen Lernen konstruiert werden, bei der die Entscheidungseinheit 530 von der Steuereinheit 1c in 17 weggelassen ist. Dadurch, dass diese Vorrichtung zum maschinellen Lernen wiederholt den Zustandswert st von außerhalb erfasst und wiederholt ein Lernen durchführt, kann eine trainierte Lernmaschine konstruiert werden, auf der die Lernergebnisse installiert sind.
In 16 bildet die Steuereinheit 1c eine Vorrichtung zur additiven Fertigung aus, jedoch kann die Vorrichtung 500 zum maschinellen Lernen mit mechanischen Einrichtungsabschnitten einer Vielzahl von Vorrichtungen zu additiven Fertigung verbunden sein. Hierbei beziehen sich die mechanischen Einrichtungsabschnitte auf andere Abschnitte als die Einrichtung zum maschinellen Lernen, beispielsweise Abschnitt der Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung, aus denen die Einrichtung 500 zum maschinellen Lernen entfernt wurde, usw. Der Zustandswert st kann anhand der mechanischen Einrichtungsabschnitte der mit der Einrichtung 500 zum maschinellen Lernen verbundenen Vielzahl von Vorrichtungen zur additiven Fertigung erfasst werden. Die mechanischen Einrichtungsabschnitte können eine Vielzahl von Einrichtungen sein, die am gleichen Ort verwendet wird, oder können unabhängig voneinander an verschiedenen Orten betriebene Einrichtungen sein.
Ferner können mechanische Einrichtungsabschnitte, von denen die Einrichtung 500 zum maschinellen Lernen einen Datensatz erhebt, den Subjekten mittendrin bei der Erhebung des Datensatzes hinzugefügt werden oder können von den Subjekten mittendrin entfernt werden. Weiterhin kann eine Einrichtung zum maschinellen Lernen, die ein Lernen an einer bestimmten maschinellen Einrichtung durchgeführt hat, an einem anderen maschinellen Einrichtungsabschnitt angebracht sein und erneut ein Lernen durchführen kann, um die Lernergebnisse zu aktualisieren.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet die Vorrichtung 100c zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zustandswertbeobachtungseinheit 510, die einen Wert, der sich auf die additive Fertigung bezieht, einschließlich zumindest der Grundbefehle bcv, der Bearbeitungsbedingungen pc und der Temperaturdaten td, als den Zustandswert st beobachtet, und die Lerneinheit 520, welche die Nachkorrekturbefehle ccv zum Durchführen der additiven Fertigung anhand der Grundbefehle bcv, der Bearbeitungsbedingungen pc und der Temperaturdaten td auf Grundlage des Zustandswerts st erlernt. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zustandswertbeobachtungseinheit 510, die einen Wert, der sich auf die additive Fertigung bezieht, einschließlich zumindest der Grundbefehle bcv, der Bearbeitungsbedingungen pc und der Temperaturdaten td, als den Zustandswert st beobachtet, und eine trainierte Lerneinrichtung, welche die Nachkorrekturbefehle ccv zum Durchführen der additiven Fertigung anhand der Grundbefehle bcv, der Bearbeitungsbedingungen pc und der Temperaturdaten td auf Grundlage des Zustandswerts st erlernt hat.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Nachkorrekturbefehle ccv unter Verwendung der Ergebnisse aus dem Durchführen des Lernens bestimmt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Präzision der additiven Fertigung verbessert werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinheit;
2: Wärmequellenzufuhreinheit;
3: Wärmequellenweg;
4: Gaszufuhreinheit;
5: Rohr;
6: Bearbeitungskopf;
7: Antriebseinheit;
8: Formmaterialzufuhreinheit;
9: Temperaturmesseinheit;
10: Tisch;
12: Staubsammler;
13: Gasdüse;
14: Wärmequellenzufuhröffnung;
16a: Drehelement;
17: Lichterkennungseinheit;
41: CPU;
42: RAM;
43: ROM;
44: externe Speichereinrichtung;
45: Ein-/Ausgabeschnittstelle;
46: Bus;
47: Verarbeitungsschaltung;
52, 52a: Steuerung;
53: Differenzrechner;
54: Ausgabeeinheit;
55: Leistungszufuhr;
56: Kontaktchip;
71: Bearbeitungskopfantriebseinheit;
72: Tischdrehmechanismus;
80: Drahtdüse;
81: Drahtspule;
82: Spulenantriebsvorrichtung;
100, 100a, 100b, 100c: Vorrichtung zur additiven Fertigung;
200: Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung;
201: Dateneingabeeinheit;
202: Datenspeichereinheit;
203: Bearbeitungswegerzeugungseinheit;
204: Bearbeitungsprogrammerzeugungseinheit;
300: CAD-Daten;
400: Aufschichtungsbedingungsdaten;
500: Einrichtung fürmaschinelles Lernen;
510: Zustandswertbeobachtungseinheit;
520: Lerneinheit;
521: Belohnungsberechnungseinheit;
522: Funktionsaktualisierungseinheit;
530: Entscheidungseinheit;
1000,1000a, 1000b, 1000c: System zur additiven Fertigung;
bm: Grundmaterial;
bcv: Grundbefehl;
bpr: Grundbearbeitungsprogramm;
ccv: Nachkorrekturbefehl;
ppr: Nachkorrekturbearbeitungsprogramm;
dc: Antriebsbefehl;
g: Schutzgas;
gc: Gaszufuhrbefehl;
hs: Wärmequelle;
lr: Lichterkennungsergebnis;
md: Materialzufuhrbefehl;
lc: Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl;
op: Bearbeitungsobjekt;
p: Bearbeitungsposition;
pc: Bearbeitungsbedingung;
pm: Formmaterial;
sc: Formerzeugnis;
st: Zustandswert;
td: Temperaturdaten;
ts: Zieloberfläche.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020015944 [0004]

Claims

Verfahren zur additiven Fertigung, umfassend: einen Temperaturmessschritt zum Messen einer Temperatur eines Bearbeitungsobjekts oder eines Formmaterials und Ausgeben der gemessenen Temperatur als Temperaturdaten; einen Steuerschritt zum Korrigieren von Grundbefehlen auf Grundlage eines Grundbearbeitungsprogramms, das die Grundbefehle und Bearbeitungsbedingungen beinhaltet, und der Temperaturdaten und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen, die einen Materialzufuhrbefehl, einen Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl, einen Antriebsbefehl und einen Gaszufuhrbefehl beinhalten; einen Formmaterialzufuhrschritt zum Zuführen des Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls; einen Wärmequellenzufuhrschritt zum Zuführen einer Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls; einen Antriebsschritt zum Ändern einer relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls; und einen Gaszufuhrschritt zum Zuführen eines Schutzgases, um eine Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 1, umfassend einen Absaugschritt zum Absaugen einer Atmosphäre um die Bearbeitungsposition herum.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: einen Lichterkennungsschritt zum Erkennen von Licht von der Bearbeitungsposition und Ausgeben des erkannten Lichts als ein Lichterkennungsergebnis, wobei in dem Steuerschritt die Nachkorrekturbefehle auf Grundlage des Lichterkennungsergebnisses bestimmt werden.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 3, wobei in dem Steuerschritt, wenn eine Anomalie auf Grundlage des Lichterkennungsergebnisses erkannt wird, mindestens eines von Erhöhen einer Zufuhrmenge des Schutzgases, Verringern einer Zufuhrmenge der Wärmequelle, Erhöhen einer Zufuhrmenge des Formmaterials oder Verringern einer Änderungsrate der relativen Position durchgeführt wird.
Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen Formmaterialerwärmungsschritt zum Erwärmen des Formmaterials einer Drahtform durch joulesche Erwärmung.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 5, wobei, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, das Formmaterial durch den Formmaterialerwärmungsschritt auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird.
Verfahren zur additiven Fertigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenn die additive Fertigung unterbrochen wird, ein vor der Unterbrechung der additiven Fertigung gebildetes Bearbeitungsobjekt auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, bevor die additive Fertigung wieder aufgenommen wird.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 7, wobei das Formerzeugnis eine Vielzahl von Schichten beinhaltet, die additive Fertigung entlang eines Formwegs für jede Schicht durchgeführt wird und der Formweg, entlang dessen die additive Fertigung nach Wiederaufnahme der additiven Fertigung zuerst durchzuführen ist, auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, bevor die Wiederaufnahme durchgeführt wird.
Verfahren zur additiven Fertigung nach Anspruch 7 oder 8, umfassend: einen Rückziehschritt zum Zurückziehen, von dem Bearbeitungsobjekt, eines Bearbeitungskopfs, der eine Wärmequellenzufuhröffnung beinhaltet, damit diese eine Austrittsöffnung wird, durch welche die Wärmequelle der Bearbeitungsposition zuzuführen ist, wenn die additive Fertigung unterbrochen wird; und einen Rückführschritt zum Zurückführen des zurückgezogenen Bearbeitungskopfs zu dem Bearbeitungsobjekt, bevor die Wiederaufnahme durchgeführt wird.
Vorrichtung zur additiven Fertigung, umfassend: eine Temperaturmesseinheit zum Messen einer Temperatur eines Bearbeitungsobjekts oder eines Formmaterials und Ausgeben der gemessenen Temperatur als Temperaturdaten; eine Steuereinheit zum Korrigieren von Grundbefehlen auf Grundlage eines Grundbearbeitungsprogramms, das die Grundbefehle und Bearbeitungsbedingungen beinhaltet, und der Temperaturdaten und Bestimmen von Nachkorrekturbefehlen, die einen Materialzufuhrbefehl, einen Wärmequellenzufuhreinheitenbefehl, einen Antriebsbefehl und einen Gaszufuhrbefehl beinhalten; eine Formmaterialzufuhreinheit zum Zuführen des Formmaterials zu einer Bearbeitungsposition auf einer Zieloberfläche eines Formerzeugnisses auf Grundlage des Materialzufuhrbefehls; eine Wärmequellenzufuhreinheit zum Zuführen einer Wärmequelle zum Schmelzen des der Bearbeitungsposition zugeführten Formmaterials zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Wärmequellenzufuhreinheitenbefehls; eine Antriebseinheit zum Ändern einer relativen Position zwischen der Bearbeitungsposition und dem Formerzeugnis auf Grundlage des Antriebsbefehls; und eine Gaszufuhreinheit zum Zuführen eines Schutzgases, um eine Reaktion des Formmaterials an der Bearbeitungsposition zu verhindern, zu der Bearbeitungsposition auf Grundlage des Gaszufuhrbefehls.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 10, umfassend: eine Zustandswertbeobachtungseinheit zum Beobachten eines Werts, der sich auf die additive Fertigung bezieht und zumindest die Grundbefehle, die Bearbeitungsbedingungen und Temperaturdaten beinhaltet, als einen Zustandswert; und eine Lerneinheit zum Erlernen der Nachkorrekturbefehle zum Durchführen der additiven Fertigung anhand der Grundbefehle, der Bearbeitungsbedingungen und der Temperaturdaten auf Grundlage des Zustandswerts.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 10, umfassend: eine Zustandswertbeobachtungseinheit zum Beobachten eines Werts, der sich auf die additive Fertigung bezieht und zumindest die Grundbefehle, die Bearbeitungsbedingungen und Temperaturdaten beinhaltet, als einen Zustandswert; und eine trainierte Lerneinrichtung, welche die Nachkorrekturbefehle zum Durchführen der additiven Fertigung anhand der Grundbefehle, der Bearbeitungsbedingungen und der Temperaturdaten auf Grundlage des Zustandswerts erlernt hat.
System zur additiven Fertigung, umfassend: die Vorrichtung zur additiven Fertigung nach einem der Ansprüche 10 bis 12; und eine Bearbeitungsprogrammerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen des Grundbearbeitungsprogramms.