DE112021007775T5

DE112021007775T5 - Vorrichtung zur additiven fertigung und verfahren zur additiven fertigung

Info

Publication number: DE112021007775T5
Application number: DE112021007775.9T
Authority: DE
Inventors: Daiji Morita; Nobuhiro Shinohara; Takashi Yuzawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2022254671A1; CN117337222A; JPWO2022254671A1; JP7023431B1

Abstract

Eine Vorrrichtung zur additiven Fertigung, die ein geneigtes geformtes Objekt (500), das ein geformtes Objekt ist, das in einer schrägen Richtung in Bezug auf eine senkrechte Richtung geneigt ist, auf einer Additivzielfläche (22) eines Basissubstrats (17), auf die Aufbaumaterial aufzubringen ist, ausbildet, beinhaltet eine Materialzufuhreinheit, die das Aufbaumaterial einem Bearbeitungsbereich der Additivzielfläche (22) zuführt, eine Aussendeeinheit, die einen Laserstrahl auf den Bearbeitungsbereich aussendet, um das Aufbaumaterial zu schmelzen, und eine Steuereinrichtung, welche die Ausbildung des geneigten geformten Objekts (500) durch Steuern der Materialzufuhreinheit und der Aussendeeinheit steuert. Die Steuereinrichtung bewirkt, dass eine erste Neigungsraupe (301a) auf einer oberen Fläche einer unteren Neigungsraupenschicht (351) ausgebildet wird, und bewirkt dann, dass eine zweite Neigungsraupe (301b) in Kontakt mit der oberen Fläche der unteren Neigungsraupenschicht (351) und einer Seitenfläche der ersten Neigungsraupe (301a) an einer Position ausgebildet wird, an der ein Teil der unteren Fläche der zweiten Neigungsraupe (301b) keinen Kontakt mit der unteren Neigungsraupenschicht (351) aufweist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Fertigung und ein Verfahren zur additiven Fertigung zum Herstellen eines dreidimensionalen geformten Objekts.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine bekannte herkömmliche Technologie zum Herstellen eines dreidimensionalen geformten Objekts ist eine Technologie, die additive Fertigung (additive manufacturing - AM) genannt wird. Unter mehreren Arten von Techniken zur additiven Fertigung ist eine Technik zur gerichteten Energieabscheidung (directed energy deposition - DED) aufgrund von Faktoren, wie etwa einer kürzeren Formungszeit, eines einfacheren Wechselns zwischen Schichtungsmaterialien und weniger Einschränkungen hinsichtlich des Basismaterials als bei anderen Techniken, vorteilhaft. Außerdem verbraucht die DED-Technik nur die Menge an Material wie für die Herstellung des geformten Objekts verwendet wird, was zu einer geringeren Materialverschwendung als bei anderen Techniken führt. Vorrichtungen zur additiven Fertigung zur Verwendung in der DED-Technik können als Material sowohl ein Pulver als auch einen Draht verwenden, indem die Konfiguration des Bearbeitungskopfs nach Bedarf geändert wird. Wenn eine Vorrichtung zur additiven Fertigung zur Verwendung in der DED-Technik als Material einen Draht verwendet, erlaubt die Anwendbarkeit eines gebrauchsfertigen Schweißdrahts, dass die Materialbeschaffungskosten reduziert werden und das Material leicht beschafft werden kann.
Das Abscheidungssystem aus Patentliteratur 1 beinhaltet eine Materialzufuhreinrichtung, eine Energiequelle zum Erzeugen eines Schweißenergiestrahls, der eine Querschnittsfläche aufweist, und einen Metalleinsatzstoff. Dieses Abscheidungssystem scheidet lineare Reihen des Metallmaterials auf der Außenfläche der Struktur ab, indem weniger als 30 % der Querschnittsfläche des Schweißenergiestrahls auf eine aktuell abgeschiedene der linearen Reihen ausgesendet werden.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: US 9835114
Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Wenn jedoch eine geneigte Wand auszubilden ist, erlaubt die Technologie der vorstehenden Patentliteratur 1, dass sich eine geschmolzene Metallraupe durch die Wirkung der Schwerkraft bei Auftreten einer geringsten Abweichung der Bestrahlungsposition des Strahls nach unten biegt, wodurch bewirkt wird, dass das dreidimensionale geformte Objekt seine Form verliert. Dies erfordert, dass die Technologie aus der vorstehenden Patentliteratur 1, die Bestrahlungsposition des Strahls genau zu steuern hat, um zu verhindern, dass sich die geschmolzenen Metallraupen aufgrund der Schwerkraft nach unten biegen. Dies stellt ein Problem in Bezug auf die Schwierigkeit bei der Ausbildung einer geneigten Wand dar.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts des Vorstehenden entwickelt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Vorrichtung zur additiven Fertigung bereitzustellen, die in der Lage ist, leicht eine geneigte Wand auszubilden.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das Problem zu lösen und die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, richtet sich die vorliegende Offenbarung auf eine Vorrichtung zur additiven Fertigung zum Ausbilden eines geneigten geformten Objekts auf einer Additivzielfläche eines Werkstücks, auf die Aufbaumaterial aufzubringen ist, wobei das geneigte geformte Objekt ein geformtes Objekt ist, das in einer schrägen Richtung schräg in Bezug auf eine vertikale Richtung geneigt ist, wobei die Vorrichtung zur additiven Fertigung Folgendes beinhaltet: eine Materialzufuhreinheit zum Zuführen des Aufbaumaterials zu einem Bearbeitungsbereich der Additivzielfläche; eine Aussendeeinheit zum Aussenden eines Laserstrahls auf den Bearbeitungsbereich, um das Aufbaumaterial zu schmelzen; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ausbildung des geneigten geformten Objekts durch Steuern der Materialzufuhreinheit und der Aussendeeinheit. Die Steuereinrichtung bewirkt, dass eine untere Raupenschicht geschichtet wird, und bewirkt dann, dass eine obere Raupenschicht geschichtet wird, wobei die untere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine erste Raupe und eine zweite Raupe beinhaltet, die abgeschieden sind, wobei die obere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine dritte Raupe und eine vierte Raupe beinhaltet, die auf einer oberen Fläche der unteren Raupenschicht abgeschieden sind. Die Steuereinrichtung bewirkt, dass die obere Raupenschicht geschichtet wird, indem sie bewirkt, dass die dritte Raupe auf der oberen Fläche der unteren Raupenschicht ausgebildet wird, und dann bewirkt, dass die vierte Raupe an einer Position ausgebildet wird, an der ein Teil einer unteren Fläche der vierten Raupe keinen Kontakt mit der unteren Raupenschicht aufweist, wobei die vierte Raupe mit der oberen Fläche der unteren Raupenschicht und mit einer Seitenfläche der dritten Raupe in Kontakt steht.
Wirkungen der Erfindung
Eine Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist hinsichtlich der Fähigkeit, leicht eine geneigte Wand auszubilden, vorteilhaft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine schematische Darstellung, die einen Bearbeitungsprozess veranschaulicht, der durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Hardware-Konfiguration einer Steuereinrichtung veranschaulicht, die in der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet ist.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
6 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das auf einem geneigten Basissubstrat durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
7 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines geneigten geformten Objekts, das durch eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Vergleichsbeispiels ausgebildet wird.
8 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein geformtes Objekt veranschaulicht, das durch eine Kombination der geneigten geformten Objekte durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet wird.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildet wird.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf veranschaulicht, wenn eine kugelförmige Raupe durch eine Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer vierten Ausführungsform ausgebildet wird.
15 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen einer kugelförmigen Raupe, die durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform herzustellen ist.
16 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Vorrichtung zur additiven Fertigung und ein Verfahren zur additiven Fertigung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine schematische Darstellung, die einen Bearbeitungsprozess veranschaulicht, der durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. 2 veranschaulicht schematisch einen Bearbeitungsbereich 26, der von einer Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung zu verwenden ist.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist eine Werkzeugmaschine, die ein dreidimensionales geformtes Objekt, das ein dreidimensionales Objekt ist, durch additive Bearbeitung herstellt, bei der ein durch Aussenden eines Strahls geschmolzenes Material auf eine Additivzielfläche eines Werkstücks aufgebracht wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet ein geneigtes geformtes Objekt, bei dem es sich um ein geformtes Objekt handelt, das in einer schrägen Richtung schräg in Bezug auf die vertikale Richtung geneigt ist, auf der Additivzielfläche des Werkstücks, auf die Aufbaumaterial aufgebracht wird, aus.
In der ersten Ausführungsform ist ein Laserstrahl 24 der Strahl und ein Draht 5, der ein drahtförmiges Metallmaterial ist, ist das Aufbaumaterial. Es ist anzumerken, dass das Aufbaumaterial ein anderes Material als ein Metall sein kann. Das Aufbaumaterial kann ein beliebiges Material sein, das eine beliebige Form aufweist und einer Bearbeitungsposition in Form eines Drahtmaterials zugeführt wird und geschmolzen wird, um zu erlauben, dass eine Raupe ausgebildet wird. Das Aufbaumaterial kann ein beliebiges Material sein, das zum Beispiel einen bestimmten Grad an Steifigkeit aufweist, um einer beabsichtigten Position zuleitbar zu sein, ohne wesentlich nach unten zu sinken, bis das Aufbaumaterial um eine bestimmte Länge gestreckt wird, wenn das Aufbaumaterial gestreckt wird, wobei ein Ende davon fixiert ist. Beispiele für die Form des Drahts 5 beinhalten Formen, die einen kleinen Vorsprung in einer Richtung senkrecht zu der Länge des Drahts aufweisen, wie etwa eine Form eines Strangs aus zwei Drähten, und eine nicht kreisförmige Querschnittsform. Außerdem kann das Aufbaumaterial eine andere Form als eine Drahtform aufweisen. Das Aufbaumaterial kann zum Beispiel auch ein Metall in Pulverform oder ein Harz in Pulverform sein.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung scheidet mehrere Raupen auf einem Basissubstrat 17 ab, um eine Abscheidung 18 auszubilden, die aus dem Metallmaterial auf einer Fläche des Basissubstrats 17 ausgebildet wird. Jede der Raupen ist ein Objekt, das durch Erstarrung des Drahts 5, der geschmolzen wurde, ausgebildet wird und ist die Abscheidung 18. Das Basissubstrat 17 wird auf einer Plattform 15 platziert. Das Werkstück ist ein Objekt, auf das ein geschmolzenes Material aufgebracht wird, und bezieht sich auf das Basissubstrat 17 oder auf die Abscheidung 18. Das geformte Objekt ist die Abscheidung 18, die durch Aufbringung des Materials gemäß einem Bearbeitungsprogramm hergestellt wurde. Das in 1 veranschaulichte Basissubstrat 17 ist ein Plattenmaterial. Das Basissubstrat 17 kann ein anderes als ein Plattenmaterial sein.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet einen Bearbeitungskopf 10, der relativ zu dem Werkstück bewegt wird. Der Bearbeitungskopf 10 beinhaltet eine Strahldüse 11, eine Drahtdüse 12 und eine Gasdüse 13. Die Strahldüse 11 sendet einen Laserstrahl 24 in Richtung des Werkstücks aus. Der Laserstrahl 24 ist eine Wärmequelle zum Schmelzen des Drahts 5. Die Drahtdüse 12 bewegt den Draht 5 vorwärts zu der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf dem Werkstück. Die Gasdüse 13 stößt Schutzgas zum Verhindern der Oxidation der Abscheidung 18 und zum Kühlen von Raupen, wie etwa kugelförmigen Raupen, auf das Werkstück aus.
Die Strahldüse 11, die Drahtdüse 12 und die Gasdüse 13 sind an dem Bearbeitungskopf 10 befestigt und weisen somit feste Positionsbeziehungen zueinander auf. Das heißt, die Beziehungen relativer Positionen unter der Strahldüse 11, der Gasdüse 13 und der Drahtdüse 12 werden durch den Bearbeitungskopf 10 festgelegt.
Ein Laseroszillator 2, der die Strahlenquelle ist, oszilliert den Laserstrahl 24. Der Laserstrahl 24 von dem Laseroszillator 2 breitet sich durch ein Faserkabel 3, das eine optische Übertragungsleitung ist, zu dem Bearbeitungskopf 10 aus. Der Laseroszillator 2, das Faserkabel 3 und der Bearbeitungskopf 10 bilden zusammen eine Aussendeeinheit aus, die den Laserstrahl 24 zum Schmelzen des Drahts 5 auf das Werkstück aussendet.
Der Laserstrahl 24, der von der Strahldüse 11 auf das Werkstück ausgesendet wird, kann nicht koaxial oder koaxial zu einer Mittelachse CW des Drahts 5 sein. Die Verwendung eines ringförmigen Strahls, der zu einer ringförmigen Form geformt ist, als Laserstrahl 24 oder die Verwendung einer Gruppe von verzweigten, mehreren Laserstrahlen als Laserstrahl 24 ermöglicht es, dass der Laserstrahl 24, der von der Strahldüse 11 auf das Werkstück ausgesendet wird, koaxial zu der Mittelachse CW des Drahts 5 ausgerichtet wird. Es ist anzumerken, dass die erste Ausführungsform in Bezug auf einen Fall beschrieben wird, in dem der Laserstrahl 24, der von der Strahldüse 11 auf das Werkstück ausgesendet wird, nicht koaxial zu der Mittelachse CW des Drahts 5 ist.
Eine Gaszufuhreinrichtung 7 führt der Gasdüse 13 Inertgas 25 durch ein Rohr 8 zu. Die Gaszufuhreinrichtung 7, das Rohr 8 und die Gasdüse 13 bilden zusammen eine Gaszufuhreinheit aus, die das Inertgas 25 in Richtung des Bearbeitungsbereichs 26 ausstößt.
Eine Drahtspule 6, die den Draht 5 beinhaltet, der um diese gewickelt ist, ist die Materialzufuhrquelle. Die Drahtspule 6 dreht sich als Reaktion auf das Antreiben eines Drehmotors 4, der ein Servomotor ist, wodurch bewirkt wird, dass der Draht 5 von der Drahtspule 6 abgewickelt wird. Der von der Drahtspule 6 abgewickelte Draht 5 wird durch die Drahtdüse 12 geführt und der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 zugeführt. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist zudem dazu in der Lage, den Draht 5, welcher der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 zugeführt wird, von der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 aus zu strecken, indem der Drehmotor 4 in einer Richtung gedreht wird, die zu der Richtung zum Abwickeln des Drahts 5 von der Drahtspule 6 entgegengesetzt ist. In diesem Fall wird ein Teil des von der Drahtspule 6 abgewickelten Drahts 5 nahe der Drahtspule 6 auf die Drahtspule 6 aufgewickelt. Der Drehmotor 4, die Drahtspule 6 und die Drahtdüse 12 bilden zusammen eine Drahtzufuhreinheit 19, die eine Materialzufuhreinheit ist, aus.
Es ist anzumerken, dass die Drahtdüse 12 einen Betriebsmechanismus zum Strecken des Drahtes 5 von der Drahtspule 6 aus beinhalten kann. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung beinhaltet mindestens eines von dem Drehmotor 4 für die Drahtspule 6 und dem Betriebsmechanismus der Drahtdüse 12 und kann dadurch den Draht 5 der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 zuführen. In 1 wird auf die Veranschaulichung des Betriebsmechanismus der Drahtdüse 12 verzichtet.
Eine Kopfantriebseinheit 14 bewegt den Bearbeitungskopf 10 entlang jeder Richtung einer Richtung der X-Achse, einer Richtung der Y-Achse und einer Richtung der Z-Achse. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind drei zueinander senkrechte Achsen. Die X-Achse und die Y-Achse sind Achsen, die zu den horizontalen Richtungen parallel sind. Die Richtung der Z-Achse ist eine vertikale Richtung. Die Kopfantriebseinheit 14 beinhaltet einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in der Richtung der X-Achse darstellt, einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in der Richtung der Y-Achse darstellt, und einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 in der Richtung der Z-Achse darstellt. Die Kopfantriebseinheit 14 ist ein Betriebsmechanismus, der eine translatorische Bewegung entlang jeder Richtung der drei Achsen ermöglicht. In 1 wird auf die Veranschaulichung der Servomotoren verzichtet. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, die Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf das Werkstück durch Bewegen des Bearbeitungskopfs 10 unter Verwendung der Kopfantriebseinheit 14 zu bewegen. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann die Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf das Werkstück durch Bewegen der Plattform 15 bewegen.
In dem in 1 veranschaulichten Bearbeitungskopf 10 bewirkt die Strahldüse 11, dass sich der Laserstrahl 24 von der Strahldüse 11 in der Richtung der Z-Achse bewegt. Die Drahtdüse 12 ist an einer von der Strahldüse 11 getrennten Position auf der XY-Ebene angeordnet und bewirkt, dass sich der Draht 5 in einer schrägen Richtung in Bezug auf die Z-Achse vorwärtsbewegt. Es ist anzumerken, dass die feste Richtung der Drahtdüse 12 an dem Bearbeitungskopf 10 geändert werden kann, um zu bewirken, dass sich der Draht 5 in einer Richtung parallel zu der Z-Achse vorwärtsbewegt. Die Drahtdüse 12 begrenzt die Vorwärtsbewegung des Drahtes 5, um zu erlauben, dass der Draht 5 der gewünschten Position zugeführt wird.
In dem Bearbeitungskopf 10 ist die Gasdüse 13 so angeordnet, dass sie koaxial zu der Strahldüse 11 und auf der XY-Ebene außen umlaufend in Bezug auf die Strahldüse 11 ist. Die Gasdüse 13 stößt das Inertgas 25 aus, um zu bewirken, dass das Inertgas 25 einer Mittelachse CL des Laserstrahls 24 folgt, der von der Strahldüse 11 ausgesendet wird. Das heißt, die Strahldüse 11 und die Gasdüse 13 sind so angeordnet, dass sie koaxial zueinander sind. Es ist anzumerken, dass die Gasdüse 13 das Inertgas 25 in einer schrägen Richtung in Bezug auf die Z-Achse ausstoßen kann. Das heißt, die Gasdüse 13 kann das Inertgas 25 in einer schrägen Richtung in Bezug auf die Mittelachse CL des Laserstrahls 24, der von der Strahldüse 11 ausgesendet wird, ausstoßen.
Ein Drehmechanismus 16 ist ein Betriebsmechanismus, der eine Drehung der Plattform 15 um eine erste Achse und eine Drehung der Plattform 15 um eine zweite Achse, die senkrecht zu der ersten Achse ist, ermöglicht. Bei dem in 1 veranschaulichten Drehmechanismus 16 ist die erste Achse eine Achse, die parallel zu der X-Achse ist, und ist die zweite Achse eine Achse, die parallel zu der Y-Achse ist. Der Drehmechanismus 16 beinhaltet einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Drehen der Plattform 15 um die erste Achse darstellt, und einen Servomotor, der einen Betriebsmechanismus zum Drehen der Plattform 15 um die zweite Achse darstellt. Der Drehmechanismus 16 ist ein Betriebsmechanismus, der eine Drehbewegung um jede der zwei Achsen ermöglicht. In 1 wird auf die Veranschaulichung der Servomotoren verzichtet.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, die Ausrichtung oder die Position des Werkstückes durch Drehen der Plattform 15 unter Verwendung des Drehmechanismus 16 zu verändern. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, die Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 auf das Werkstück durch Drehen der Plattform 15 zu bewegen. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist zudem dazu in der Lage, unter Verwendung des Drehmechanismus 16 eine komplexe Form, die eine konische Form aufweist, auszubilden.
Die Steuereinrichtung 1 steuert die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung gemäß dem Bearbeitungsprogramm. Die Steuereinrichtung 1 ist zum Beispiel eine numerische Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung 1 steuert die Materialzufuhreinheit, die Aussendeeinheit und die Gaszufuhreinheit, um dadurch eine Steuerung bereitzustellen, um unter Verwendung mehrerer kugelförmiger Raupen oder dergleichen, die durch Schmelzen des Drahts 5 ausgebildet werden, ein geformtes Objekt auszubilden.
Die Steuereinrichtung 1 gibt einen Bewegungsbefehl an die Kopfantriebseinheit 14 aus, um dadurch das Antreiben der Kopfantriebseinheit 14 zu steuern. Somit bewirkt die Steuereinrichtung 1, dass die Kopfantriebseinheit 14 den Bearbeitungskopf 10 bewegt, um die Position des Bearbeitungskopfs 10 zu steuern. Die Steuereinrichtung 1 gibt einen Befehl an den Laseroszillator 2 aus, der von einer Anforderung hinsichtlich der Strahlausgangsleistung, wie etwa einer Strahlintensität, abhängig ist, um dadurch die Laseroszillation zu steuern, die durch den Laseroszillator 2 bereitgestellt wird.
Die Steuereinrichtung 1 gibt einen Befehl an den Drehmotor 4 aus, der von einer Anforderung hinsichtlich der Materialzufuhrmenge abhängig ist, um dadurch das Antreiben des Drehmotors 4 zu steuern. Die Steuereinrichtung 1 stellt die Geschwindigkeit des Drahtes 5, der sich von der Drahtspule 6 zu der Bestrahlungsposition bewegt, ein, indem sie eine Steuerung des Antreibens des Drehmotors 4 bereitstellt. Eine derartige Geschwindigkeit kann im Folgenden als Zufuhrgeschwindigkeit bezeichnet werden. Die Zufuhrgeschwindigkeit stellt die Materialzufuhrmenge pro Zeiteinheit dar.
Die Steuereinrichtung 1 gibt einen Befehl an die Gaszufuhreinrichtung 7 aus, der von der Gaszufuhrmenge abhängig ist, um dadurch die Menge des Inertgases 25 zu steuern, die der Gasdüse 13 von der Gaszufuhreinrichtung 7 zuzuführen ist. Die Steuereinrichtung 1 gibt einen Drehbefehl an den Drehmechanismus 16 aus, um dadurch das Antreiben des Drehmechanismus 16 zu steuern. Das heißt, die Steuereinrichtung 1 steuert die gesamte Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung durch Ausgeben dieser Befehle. Somit steuert die Steuereinrichtung 1 die Drahtzufuhreinheit 19, die Aussendeeinheit, die Gaszufuhreinheit, die Kopfantriebseinheit 14 und den Drehmechanismus 16, um dadurch zu bewirken, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung Raupen ausbildet.
Das geformte Objekt wird durch Abscheiden eines geschmolzenen Drahts 21 in dem Bearbeitungsbereich 26 unter Verwendung des Laserstrahls 24, der von der Strahldüse 11 ausgesendet wird, ausgebildet. Wie in 2 veranschaulicht, führt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung den Draht 5 dem Bearbeitungsbereich 26 zu und sendet den Laserstrahl 24 auf den Draht 5 aus.
Außerdem wird eine Additivzielfläche 22, die aus der Fläche des Basissubstrats 17 oder der Fläche der Abscheidung 18 ausgebildet wird, in dem Bearbeitungsbereich 26 geschmolzen, wodurch ein Schmelzbad 23 ausgebildet wird. Dann wird in dem Bearbeitungsbereich 26 der geschmolzene Draht 21, der durch Schmelzen des Drahts 5 hergestellt wird, an das Schmelzbad 23 geschweißt. Die Additivzielfläche 22 ist eine Fläche, die durch additive Bearbeitung zu bearbeiten ist, an die der geschmolzene Draht 21 geschweißt wird und an der die Abscheidung 18 ausgebildet wird. Der Bearbeitungsbereich 26 ist ein zu bearbeitender Bereich, in dem additive Bearbeitung an der Additivzielfläche 22 durchgeführt wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung scheidet den geschmolzenen Draht 21 in dem Bearbeitungsbereich 26 ab.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bewegt den Bearbeitungskopf 10 und die Plattform 15, indem sie bewirkt, dass die Kopfantriebseinheit 14 und der Drehmechanismus 16 zusammenwirken, um dadurch die Position des Bearbeitungsbereichs 26 zu ändern. Dies ermöglicht es, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, ein geformtes Objekt, das eine gewünschte Form aufweist, erlangt.
Nunmehr wird eine Hardware-Konfiguration der Steuereinrichtung 1 beschrieben. Die in 1 veranschaulichte Steuereinrichtung 1 wird derartig umgesetzt, dass ein Steuerprogramm, das ein Programm zum Durchführen einer Steuerung der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist, in Hardware ausgeführt wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Hardware-Konfiguration der Steuereinrichtung veranschaulicht, die in der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet ist. Die Steuereinrichtung 1 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU) 41, die verschiedene Verarbeitungsaufgaben durchführt, einen Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM) 42, der einen Datenspeicherbereich beinhaltet, und einen Festwertspeicher (read-only memory - ROM) 43, der ein nichtflüchtiger Speicher ist. Die Steuereinrichtung 1 beinhaltet zudem eine externe Speichereinrichtung 44 und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 zum Eingeben von Informationen in die Steuereinrichtung 1 und zum Ausgeben von Informationen aus der Steuereinrichtung 1. Diese in 3 veranschaulichten Komponenten sind über einen Bus 46 miteinander verbunden.
Die CPU 41 führt ein Steuerprogramm aus, das in dem ROM 43 oder in der externen Speichereinrichtung 44 gespeichert ist. Die Steuereinrichtung 1 steuert die gesamte Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung durch Verwendung der CPU 41.
Die externe Speichereinrichtung 44 ist ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive - HDD) oder ein Halbleiterlaufwerk (solid state drive - SSD). Die externe Speichereinrichtung 44 speichert ein Steuerprogramm und verschiedene Daten. Der ROM 43 speichert einen Bootloader, wie etwa ein Basic Input Output System (BIOS) oder eine Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), wobei es sich um ein Programm zur Steuerung handelt, das als Grundlage für einen Computer oder eine Steuerung, welche die Steuereinrichtung 1 ist, dient, wobei der Bootloader Software oder ein Programm zum Steuern von Hardwareelementen ist. Es ist anzumerken, dass das Steuerprogramm in dem ROM 43 gespeichert sein kann.
Die in dem ROM 43 und in der externen Speichereinrichtung 44 gespeicherten Programme werden in den R_AM 42 geladen. Die CPU 41 setzt das Steuerprogramm in dem RAM 42 ein und führt verschiedene Verarbeitungsaufgaben durch. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 ist eine Verbindungsschnittstelle mit einer Einrichtung außerhalb der Steuereinrichtung 1. Das Bearbeitungsprogramm wird in die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 eingegeben. Außerdem gibt die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 45 verschiedene Arten von Befehlen aus. Die Steuereinrichtung 1 kann Eingabeeinrichtungen, wie etwa eine Tastatur und eine Zeigeeinrichtung, und eine Ausgabeeinrichtung, wie etwa eine Anzeige, beinhalten.
Das Steuerprogramm kann ein Programm sein, das in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist. Die Steuereinrichtung 1 kann das auf einem Speichermedium gespeicherte Steuerprogramm in der externen Speichereinrichtung 44 speichern. Das Speichermedium kann ein tragbares Speichermedium sein, das eine Diskette ist, oder einen Flash-Speicher sein, der ein Halbleiterspeicher ist. Das Steuerprogramm kann auf einem Computer oder einer Steuerung, die als die Steuereinrichtung 1 zu fungieren hat, von einem anderen Computer oder von einer Servereinrichtung über ein Kommunikationsnetz installiert werden.
Die Funktionalität der Steuereinrichtung 1 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein, die ein dediziertes Hardwareelement zum Steuern der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist. Die Verarbeitungsschaltung ist eine Einzelschaltung, ein Satz mehrerer Schaltungen, ein programmierter Prozessor, ein programmierter Parallelprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (field-programmable gate array - FPGA) oder eine Kombination daraus. Eine Funktionalität der Steuereinrichtung 1 kann teilweise in einem dedizierten Hardware-Element und teilweise in Software oder Firmware umgesetzt werden.
Als Nächstes wird ein Betrieb der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 5 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird ein Fall beschrieben, in dem Neigungsraupenschichten 351 parallel zu der YZ-Ebene ausgebildet werden. Das heißt, ein geneigtes geformtes Objekt 500 wird auf eine solche Weise ausgebildet, dass die Neigungsraupenschichten 351, die sich in einer positiven Y-Richtung erstrecken, entlang einer positiven Z-Richtung übereinander geschichtet werden. Das geneigte geformte Objekt 500 wird so ausgebildet, dass es eine Form aufweist, bei der eine obere Schicht in einer positiven Y-Richtung weiter vorn positioniert wird. Dies bewirkt, dass das geneigte geformte Objekt 500 in der positiven Y-Richtung geneigt ist. 5 veranschaulicht als einen Neigungswinkel A1 den Neigungswinkel, welcher der Winkel ist, der zwischen dem geneigten geformten Objekt 500 und der positiven Z-Richtung ausgebildet wird.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet eine Basisraupenschicht 251, die aus Basisraupen 201 ausgebildet ist, auf der Additivzielfläche 22 des Basissubstrats 17 (Schritt S10) aus. Bei diesem Vorgang führt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung während der Aussendung des Laserstrahls 24 auf die Additivzielfläche 22 den Draht 5 der Bestrahlungsposition zu und treibt gleichzeitig den Bearbeitungskopf 10 unter Verwendung der Steuereinrichtung 1 an. Somit werden die Basisraupen 201 ausgebildet. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung schweißt den Draht 5, während sie den Bearbeitungskopf 10 antreibt, wodurch bewirkt wird, dass die Basisraupen 201 eine lineare Form aufweisen. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung schweißt den Draht 5, während sie den Bearbeitungskopf 10 linear bewegt, wodurch sie die Basisraupen 201 während deren Ausbildung linear zusammenfügt.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung wiederholt die Ausbildung von jeder der Basisraupen 201, um jede der Basisraupenschichten 251, die eine gewünschte Form und eine gewünschte Größe aufweisen, auszubilden (Schritt S20). Somit werden die Basisraupen 201 von oberhalb der XY-Ebene betrachtet linear.
Es ist anzumerken, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die Basisraupen 201 in einer linearen Form oder in einer gekrümmten Form ausbilden kann. Außerdem kann die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die Basisraupenschicht 251 durch eine einzige Basisraupe 201 oder durch mehrere Basisraupen 201 ausbilden. Wenn die Basisraupenschicht 251 durch mehrere Basisraupen 201 auszubilden ist, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die Basisraupen 201 derart aus, dass die unmittelbar zuvor ausgebildeten Basisraupen 201 und die als Nächstes auszubildenden Basisraupen 201 miteinander verbunden sind.
Wie vorstehend beschrieben, werden die Basisraupen 201 so angeordnet, dass sie linear ausgerichtet sind, wenn die Basisraupenschicht 251 aus mehreren Basisraupen 201 ausgebildet wird. 5 veranschaulicht einen Fall, in dem zwei Basisraupen 201 auf der Additivzielfläche 22 entlang einer Linie ausgebildet werden, die sich in der Richtung der Y-Achse erstreckt.
Es ist anzumerken, dass sich der Begriff „Basisraupenschicht 251“ auf die erste Schicht des geneigten geformten Objekts 500 beziehen kann, die auf der Additivzielfläche 22 ausgebildet wird, oder sich auf ein geformtes Basisobjekt 400 (nachstehend beschrieben) zum Abscheiden eines geneigten geformten Objekts 501 (nachstehend beschrieben) beziehen kann.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet zunächst eine erste Neigungsraupe 301a aus, die in einer der Neigungsrichtung entgegengesetzten Richtung in der Neigungsraupenschicht 351 am weitesten entfernt positioniert ist, um somit die Ausbildung der Neigungsraupenschicht 351, die in 5 veranschaulicht ist, zu beginnen (Schritt S30).
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet zum Beispiel, wie in 5 veranschaulicht, eine erste Schicht der Neigungsraupenschichten 351 als die Schicht auf der Basisraupenschicht 251 aus. Bei diesem Vorgang bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung nacheinander Neigungsraupen in einer Reihenfolge von der Neigungsraupe an der am weitesten entfernten Position in der Richtung, die zu der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, entgegengesetzt ist, aus, um die erste Neigungsraupenschicht 351 auszubilden. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet Neigungsraupen, die sich in der positiven Y-Richtung erstrecken, in einer Reihenfolge von der am weitesten entfernten Position in der negativen Y-Richtung aus.
5 veranschaulicht einen Fall, in dem die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung zuerst die erste Neigungsraupe 301a ausbildet, welche die erste Neigungsraupe ist, wenn die Neigungsraupenschicht 351 ausgebildet wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die erste Neigungsraupe 301a aus, um zu bewirken, dass die untere Fläche der ersten Neigungsraupe 301a mit den oberen Flächen der Basisraupen 201 verbunden wird.
Dann bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung entlang der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, so viele Neigungsraupen aus, wie für die erste Neigungsraupenschicht 351 benötigt werden (Schritt S40). Das heißt, bei Bedarf bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung so viele Neigungsraupen (nachfolgend in dieser Schrift jeweils als Zwischenneigungsraupen bezeichnet) zwischen der ersten Neigungsraupe 301a und einer zweiten Neigungsraupe 301b (nachfolgend beschrieben), welche die letzte Neigungsraupe der ersten Schicht ist, aus, wie benötigt werden.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet eine erste Zwischenneigungsraupe aus, um zu bewirken, dass die erste Zwischenneigungsraupe mit den entsprechenden der Basisraupen 201 und mit der ersten Neigungsraupe 301a verbunden wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet eine L-te (wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist) Zwischenneigungsraupe aus, um zu bewirken, dass die L-te Zwischenneigungsraupe mit den entsprechenden der Basisraupen 201 und mit der (L-1)-ten Zwischenneigungsraupe verbunden wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die erste Neigungsraupe 301a und die Zwischenneigungsraupen aus, um zu bewirken, dass die erste Neigungsraupe 301a und die Zwischenneigungsraupen auf der Basisraupenschicht 251, wie von oberhalb der XY-Ebene betrachtet, linear zusammengefügt werden.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet schließlich die zweite Neigungsraupe 301b aus, die in der Neigungsrichtung unter den Neigungsraupen der ersten Schicht am weitesten entfernt positioniert ist, um somit die erste Neigungsraupenschicht 351 auszubilden (Schritt S50). Die erste Neigungsraupe 301a und die zweite Neigungsraupe 301b weisen eine gleiche Höhe auf. Die zweite Neigungsraupe 301b ist relativ zu den Basisraupen 201 in der positiven Y-Richtung vorn angeordnet. Das heißt, die zweite Neigungsraupe 301b ist so auf der entsprechenden der Basisraupen 201 angeordnet, um zu bewirken, dass der Maximalwert der Y-Koordinate der zweiten Neigungsraupe 301b größer als der Maximalwert der Y-Koordinate der entsprechenden Basisraupe 201 ist. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die zweite Neigungsraupe 301b so aus, dass sie in Bezug auf die Basisraupen 201 hervorsteht. Anders ausgedrückt, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b an einer Position aus, an der ein Teil der unteren Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b keinen Kontakt zu der oberen Fläche der Basisraupen 201 hat.
5 veranschaulicht einen Fall, in dem die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die erste Neigungsraupe, d. h. die erste Neigungsraupe 301a, und dann die letzte Neigungsraupe, d. h. die zweite Neigungsraupe 301b, ausgebildet hat, um die erste Neigungsraupenschicht 351 auszubilden. In diesem Fall bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b an einer Position aus, an der die zweite Neigungsraupe 301b mit der oberen Fläche der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der Seitenfläche der ersten Neigungsraupe 301a in Kontakt kommt. Anders ausgedrückt, bewirkt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, dass die zweite Neigungsraupe 301b mit der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der ersten Neigungsraupe 301a verbunden wird.
Wenn außerdem mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wurde, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b an einer Position aus, an der die zweite Neigungsraupe 301b mit der oberen Fläche der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der Seitenfläche der Zwischenneigungsraupe in Kontakt kommt. Anders ausgedrückt, wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wurde, bewirkt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, dass die zweite Neigungsraupe 301b mit der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der Zwischenneigungsraupe verbunden wird.
Nach dem Ausbilden der ersten Neigungsraupenschicht 351 bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite und die nachfolgenden Neigungsraupenschichten 351 unter Verwendung eines Prozesses ähnlich dem Prozess, der für die erste Neigungsraupenschicht 351 verwendet wird, aus. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet eine (N+1)-te (wobei N eine natürliche Zahl ist) Neigungsraupenschicht 351 als Schicht auf einer N-ten Neigungsraupenschicht 351 aus. Bei diesem Vorgang bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung nacheinander Neigungsraupen in einer Reihenfolge von der Neigungsraupe an der am weitesten entfernten Position in der Richtung, die zu der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, entgegengesetzt ist, aus, um die (N+1)-te Neigungsraupenschicht 351 auszubilden. Dann bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung entlang der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, so viele Zwischenneigungsraupen aus, wie für die (N+1)-te Neigungsraupenschicht 351 benötigt werden. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet dann schließlich die zweite Neigungsraupe 301b aus, um die (N+1)-te Neigungsraupenschicht 351 auszubilden.
Wenn keine Zwischenneigungsraupe auszubilden ist, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht an einer Position aus, an der die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht mit der oberen Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht und mit der Seitenfläche der ersten Neigungsraupe 301a der (N+1)-ten Schicht in Kontakt kommt. Anders ausgedrückt, bewirkt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, dass die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht mit der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht und mit der ersten Neigungsraupe 301a der (N+1)-ten Schicht verbunden wird.
Wenn außerdem mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wurde, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht an einer Position aus, an der die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht mit der oberen Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht und mit der Seitenfläche der Zwischenneigungsraupe der N-ten Schicht in Kontakt kommt. Anders ausgedrückt, wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wurde, bewirkt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, dass die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht mit der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht und mit der Zwischenneigungsraupe der (N+1)-ten Schicht verbunden wird.
Die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht ist relativ zu der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht in der positiven Y-Richtung vorn angeordnet. Das heißt, die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht ist so auf der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht angeordnet, um zu bewirken, dass der Maximalwert der Y-Koordinate der zweiten Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht größer als der Maximalwert der Y-Koordinate der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht ist. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Einrichtung aus, um in Bezug auf die zweite Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht hervorzustehen. Anders ausgedrückt, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht an einer Position aus, an der ein Teil der unteren Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht keinen Kontakt zu der oberen Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht hat.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung wiederholt die Ausbildung der Neigungsraupenschicht 351, um das geneigte geformte Objekt 500, das eine gewünschte Form und eine gewünschte Größe aufweist, auszubilden (Schritt S60) .
Wenn keine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wird, ist die erste Neigungsraupe 301a der N-ten Schicht eine erste Raupe und ist die zweite Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht eine zweite Raupe. Wenn keine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wird, ist außerdem die erste Neigungsraupe 301a der (N+1)-ten Schicht eine dritte Raupe und ist die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht eine vierte Raupe.
Wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wird, ist die zuletzt gebildete Zwischenneigungsraupe unter den Zwischenneigungsraupen der N-ten Schicht die erste Raupe und ist die zweite Neigungsraupe 301b der N-ten Schicht die zweite Raupe. Wenn außerdem mindestens eine Zwischenneigungsraupe ausgebildet wird, ist die zuletzt gebildete Zwischenneigungsraupe unter den Zwischenneigungsraupen der (N+1)-ten Schicht die dritte Raupe und ist die zweite Neigungsraupe 301b der (N+1)-ten Schicht die vierte Raupe.
Darüber hinaus ist die N-te Neigungsraupenschicht 351 eine untere Raupenschicht und die (N+1)-te Neigungsraupenschicht 351 eine obere Raupenschicht.
Die zweite Neigungsraupe 301b ist auf der Basisraupenschicht 251 oder auf der darunter ausgebildeten Neigungsraupenschicht 351 positioniert und grenzt an eine Raupe an, wie etwa an die erste Neigungsraupe 301a, wodurch bewirkt wird, dass die zweite Neigungsraupe 301b in einem großen Bereich mit anderen Raupen außer der zweiten Neigungsraupe 301b in Kontakt kommt. Somit wird die zweite Neigungsraupe 301b mit großer Kraft durch die Wirkung der Oberflächenspannung derartiger anderen Raupen in die Richtung derartiger anderer Raupen gestreckt. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, die Neigungsraupenschicht 351 auszubilden, ohne es der Neigungsraupenschicht 351 zu erlauben, sich in Richtung der Schwerkraft erheblich nach unten zu biegen. Das heißt, die Ausbildung der Neigungsraupenschicht 351 unter Verwendung eines derartigen Verfahrens erlaubt es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, die Neigungsraupenschicht 351 auszubilden, ohne es der zweiten Neigungsraupe 301b zu erlauben, sich in Richtung der Schwerkraft erheblich nach unten zu biegen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung in der Lage, die Neigungsraupenschicht 351 auszubilden, ohne zu erlauben, dass sich die zweite Neigungsraupe 301b nach unten biegt, selbst wenn weder die Basisraupenschicht 251 noch die Neigungsraupenschicht 351, die eine ausreichende Größe aufweisen, unmittelbar unter der zweiten Neigungsraupe 301b ausgebildet werden und ein Teil der zweiten Neigungsraupe 301b hervorsteht, um in der Luft zu schweben.
Nunmehr wird ein geneigtes geformtes Objekt beschrieben, das durch die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ausgebildet wird, wenn das Basissubstrat 17 geneigt ist. 6 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das auf einem geneigten Basissubstrat durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
Die folgende Beschreibung wird in Zusammenhang mit einem geneigten geformten Objekt 501 bereitgestellt, das auf einem oberen Basissubstrat 31 durch die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ausgebildet wird, wenn das obere Basissubstrat 31 auf dem geneigten Basissubstrat 17 ausgebildet wird.
Das Basissubstrat 17 ist aus einem plattenförmigen Element ausgebildet. Die obere Fläche des plattenförmigen Elements ist in Bezug auf die XY-Ebene, die eine horizontale Ebene ist, geneigt. Der Drehmechanismus 16 neigt das Basissubstrat 17 durch Drehen der Plattform 15.
Das obere Basissubstrat 31 weist eine Form auf, die eine Auskehlung 38 in einem Teil eines rechteckigen Parallelepipeds aufweist. Das obere Basissubstrat 31 weist eine untere Fläche auf, die an die obere Fläche des Basissubstrats 17 angefügt ist. Die Auskehlung 38 ist auf der oberen Fläche des oberen Basissubstrats 31 ausgebildet. Aufgrund einer derartigen Konfiguration ist die obere Fläche des oberen Basissubstrats 31 parallel zu der oberen Fläche des Basissubstrats 17. Das heißt, die obere Fläche des oberen Basissubstrats 31 ist in Bezug auf die XY-Ebene, die eine horizontale Ebene ist, geneigt. Somit ist die obere Fläche der rechteckigen parallelepipedförmigen Region, in der die Auskehlung 38 ausgebildet ist, in Bezug auf die XY-Ebene ebenfalls geneigt. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet das geneigte geformte Objekt 501 aus, um die Auskehlung 38 abzudecken, die in dem oberen Basissubstrat 31 ausgebildet ist. Die obere Fläche der rechteckigen parallelepipedförmigen Region, in der die Auskehlung 38 ausgebildet ist, dient als die Additivzielfläche 22.
In diesem Fall stellt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ein geformtes Basisobjekt 400 auf der oberen Fläche des oberen Basissubstrats 31 her und bildet unter Verwendung des basisförmigen Objekts 400 als das Fundament das geneigte geformte Objekt 501 aus. Konkret schichtet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung Basisraupenschichten 251, die jeweils aus mehreren Basisraupen 201 ausgebildet werden, entlang der Richtung der Z-Achse übereinander, um somit im Voraus das geformte Basisobjekt 400 zur Abscheidung des geneigten geformten Objekts 501 auszubilden. Auf diese Art und Weise bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung das geformte Basisobjekt 400 nach Bedarf aus.
In diesem Fall bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung außerdem auf dem geformten Basisobjekt 400 die erste Neigungsraupe 301a aus, die in der Neigungsraupenschicht 351 in einer der Neigungsrichtung entgegengesetzten Richtung, in der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, am weitesten entfernt positioniert ist.
Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung so viele Zwischenneigungsraupen entlang einer Verlängerungslinie der ersten Neigungsraupe 301a, wie benötigt werden. 6 veranschaulicht einen Fall, in dem die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung Zwischenneigungsraupen 310 entlang einer Verlängerungslinie von jeder der ersten Neigungsraupen 301a ausgebildet hat.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet dann die zweite Neigungsraupe 301b aus, die in der Neigungsrichtung in der Neigungsraupenschicht 351, in der positiven Y-Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, am weitesten entfernt positioniert ist. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die Neigungsraupen aus, um zu bewirken, dass die Neigungsraupen von der ersten Neigungsraupe 301a zu der zweiten Neigungsraupe 301b linear miteinander verbunden werden. Somit wird die Neigungsraupenschicht 351 linear ausgebildet.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung wiederholt den Prozess des Ausbildens einer Neigungsraupenschicht 351, die sich erstreckt, um in der positiven Y-Richtung in Bezug auf die untere Neigungsraupenschicht 351 hervorzustehen, auf der unteren Neigungsraupenschicht 351, um dadurch das geneigte geformte Objekt 500 oder 501, das eine gewünschte Form und eine gewünschte Größe aufweist, auszubilden. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, das geneigte geformte Objekt 500 oder 501 zu formen, ohne eine wesentliche Abwärtsbiegung in Richtung der Schwerkraft zu bewirken, selbst wenn die Ausbildungsrichtung schräg ist.
Als Nächstes wird eine Vorrichtung zur additiven Fertigung in einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 7 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines geneigten geformten Objekts, das durch eine Vorrichtung zur additiven Fertigung eines Vergleichsbeispiels ausgebildet wird. Die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels schichtet nacheinander Raupen 101 übereinander, um ein geneigtes geformtes Objekt 510 auszubilden. Bei diesem Vorgang schichtet die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels die Raupen 101 mit einer kleinen Positionsverschiebung in der positiven Y-Richtung Richtung, welche die Neigungsrichtung ist, übereinander. Das heißt, die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels bildet eine (M+1)-te (wobei M eine natürliche Zahl ist) Schicht aus, um zu bewirken, dass die (M+1)-te Schicht in Bezug auf die M-te Schicht in der positiven Y-Richtung vorn positioniert wird, wenn die Raupe 101 der (M+1)-ten Schicht als die Schicht auf der Raupe 101 der M-ten Schicht ausgebildet wird.
Wenn die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels das Ausmaß der Positionsverschiebung der Raupe 101 erhöht, um den Neigungswinkel A1 zu erhöhen, weist die geschichtete Raupe 101 eine reduzierte Kontaktfläche mit der Raupe 101 der unmittelbar unteren Schicht auf. Dies bewirkt, dass die geschichtete Raupe 101 einer Kraft ausgesetzt wird, welche die geschichtete Raupe 101 aufgrund der Schwerkraft, die größer ist als die Kraft, welche die geschichtete Raupe 101 aufgrund der Oberflächenspannung in eine Richtung parallel zu der XY-Ebene streckt, in die negative Z-Richtung streckt. Dies bewirkt, dass sich die geschichtete Raupe 101 nach unten biegt.
Die Bond-Zahl Bo, die durch die unten stehende Gleichung (1) ausgedrückt wird, ist eine Metrik, die angibt, welche Kraft größer ist, wenn die Schwerkraft und die Oberflächenspannung verglichen werden. In Gleichung (1) ist Δρ eine Dichtedifferenz (kg/m²), ist g die Schwerkraft, ist L ein charakteristischer Längenmaßstab (m) und ist σ die Oberflächenspannung (N/m). $Bo = Δ ρ {gL}^{2} / σ$
Die Gleichung (1) bedeutet, dass eine kleinere Bond-Zahl Bo eine größere Oberflächenspannung im Vergleich zur Schwerkraft angibt. Wie in Gleichung (1) gezeigt, hängen, wenn ein Vergleich zwischen der Intensität der Schwerkraft und der Intensität der Oberflächenspannung erfolgt, die Intensität der Schwerkraft und die Intensität der Oberflächenspannung von einem physischen Eigenschaftswert, der für das beim Ausbilden verwendete Material spezifisch ist, oder von der Größe der Raupe ab. Zum Beispiel ist bekannt, dass die Verwendung eines Neigungswinkels A1 von 60 Grad oder mehr mit der Verwendung eines Materials, wie etwa einer Legierung auf Nickelbasis, einer Titanlegierung oder einer Legierung aus rostfreiem Stahl, das häufig von einer Vorrichtung zur additiven Fertigung für Metalle verwendet wird, bewirkt, dass die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels eine Abwärtsbiegung aufgrund der Schwerkraft nicht verhindern kann und dass das geneigte geformte Objekt 501 einem Formverlust unterliegt. Es ist ebenfalls bekannt, dass die Verwendung eines Neigungswinkels, der bewirkt, dass die Raupe 101 um 40 % oder mehr der Breite der Raupe 101 in der Erstreckungsrichtung (d. h. der Breite in der Richtung der Y-Achse) in Bezug auf die Raupe 101 der unmittelbar unteren Schicht hervorsteht, bewirkt, dass die Vorrichtung zur additiven Fertigung des Vergleichsbeispiels eine Abwärtsbiegung aufgrund der Schwerkraft nicht verhindern kann und dass das geneigte geformte Objekt 501 einem Formverlust unterliegt.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der ersten Ausführungsform bildet die zweite Neigungsraupe 301b aus, um zu bewirken, dass die zweite Neigungsraupe 301b mit der ersten Neigungsraupe 301a oder mit der Zwischenneigungsraupe 310 verbunden wird, und kann somit einen Formverlust des geneigten geformten Objekts 500 verhindern.
Es ist anzumerken, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung maschinelles Lernen verwenden kann, um eine Bedingung bei der additiven Fertigung zum Verhindern einer Abwärtsbiegung oder eine Bedingung in der additiven Fertigung zum Reduzieren einer Abwärtsbiegung zu bestimmen. 8 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Systems zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Ein System 200 zur additiven Fertigung beinhaltet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung und eine Maschinenlernvorrichtung 120.
Die Maschinenlernvorrichtung 120 ist mit der Steuereinrichtung 1 der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung verbunden. Die Maschinenlernvorrichtung 120 beinhaltet eine Zustandsbeobachtungseinheit 71, die als Zustandsgrößen eine Bedingung bei der additiven Fertigung und Zustände, wie etwa Streulicht bei der additiven Fertigung, eine auf den Draht 5 bei der additiven Fertigung ausgeübte Last und die Höhe des geneigten geformten Objekts 500 oder 501 erlangt; und eine Lerneinheit 72, die auf Grundlage der Zustandsgrößen eine Beziehung zwischen der Bedingung bei der additiven Fertigung und einem Ergebnis der additiven Fertigung lernt.
Beispiele für die Bedingung bei der additiven Fertigung beinhalten das Material des Aufbaumaterials, den Neigungswinkel, das Intervall zwischen oder die Breite der ersten Neigungsraupen 301a oder der zweiten Neigungsraupen 301b, für die Gaszufuhreinrichtung 7 eingestellte Parameter, für den Laseroszillator 2 eingestellte Parameter und einen Parameter, der die Antriebswelle betrifft, wie etwa die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 24. Die für den Laseroszillator 2 eingestellten Parameter sind zum Beispiel die Laserausgangsleistung, der Strahldurchmesser und/oder dergleichen.
Beispiele für Fertigungsergebnisse beinhalten das Ausmaß der Abwärtsbiegung der zweiten Neigungsraupe 301b, ein Ergebnis einer Messung bezüglich der Form des geneigten geformten Objekts 500, welches das endgültige geformte Objekt ist, und ein Ergebnis einer Messung der Temperatur während des Ausbildens und dergleichen.
Die Steuereinrichtung 1 kann zudem einen erlernten Learner beinhalten, der ein Ergebnis des Lernens verwendet, das von der vorstehend beschrieben Lerneinheit 72 durchgeführt wird. Beispiele für das Ergebnis des Lernens beinhalten ein Modell, das durch Lernen erhalten wird, und Daten, die durch Lernen erhalten werden.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann die geneigten geformten Objekte 500 kombinieren, um ein tunnelförmiges geformtes Objekt, das eine hohle Struktur aufweist, auszubilden. 9 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein geformtes Objekt veranschaulicht, das durch eine Kombination der geneigten geformten Objekte durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, ein tunnelförmiges geneigtes geformtes Objekt 502, das eine hohlen Struktur aufweist, auszubilden, indem zwei oder mehr vorstehend beschriebene geneigte geformte Objekte 500 kombiniert werden. In diesem Fall bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die geneigten geformten Objekte 500, um zu bewirken, dass die obersten Schichten der Neigungsraupenschichten 351 der jeweiligen geneigten geformten Objekte 500 miteinander verbunden werden.
Zum Beispiel verbindet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung das geneigte geformte Objekt 500, das eine Neigungsrichtung in der positiven Y-Richtung aufweist, und das geneigte geformte Objekt 500, das eine Neigungsrichtung in der negativen Y-Richtung aufweist, an den obersten Schichten der Neigungsraupenschichten 351, um somit das tunnelförmige geneigte geformte Objekt 502 auszubilden. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet das tunnelförmige geneigte geformte Objekt 502 durch Verbinden des Endabschnitts in der positiven Y-Richtung der obersten Schicht des geneigten geformten Objekts 500, das eine Neigungsrichtung in der positiven Y-Richtung aufweist, und des Endabschnitts in der negativen Y-Richtung der obersten Schicht des geneigten geformten Objekts 500, das eine Neigungsrichtung in der negativen Y-Richtung aufweist, miteinander aus.
Somit bildet in dieser ersten Ausführungsform die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b an einer Position aus, an der die zweite Neigungsraupe 301b mit der ersten Neigungsraupe 301a verbunden ist, und die zweite Neigungsraupe 301b hat keinen Kontakt mit der unmittelbar unteren der Neigungsraupenschichten 351, wenn die Neigungsraupenschicht 351 gebildet wird. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann dementsprechend verhindern, dass sich die zweite Neigungsraupe 301b, die eine abgeschiedene geschmolzene Raupe ist, aufgrund der Schwerkraft nach unten biegt. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, ohne Weiteres eine geneigte Wand mit einer einfachen Konfiguration auszubilden und die geneigten geformten Objekte 500 bis 502 mit hoher Präzision auszubilden, ohne die Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 genau zu steuern.
Außerdem bildet, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung das geformte Basisobjekt 400 zum Ausbilden des geneigten geformten Objekts 501 über dem Aussparungs- oder Auskehlungsabschnitt aus und kann somit das geneigte geformte Objekt 501 ausbilden, das den Aussparung- oder Auskehlungsabschnitt abdichtet.
Zweite Ausführungsform.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird die zuletzt ausgebildete Neigungsraupe jeder der Neigungsraupenschichten 351 durch Schichten mehrerer Raupen übereinander ausgebildet. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der zweiten Ausführungsform ist ähnlich wie die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der ersten Ausführungsform konfiguriert.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. 11 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet wird. Unter den in 10 veranschaulichten Vorgängen werden Vorgänge, die den Vorgängen ähnlich sind, die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurden, nicht beschrieben.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform führt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die Vorgänge von Schritt S10 bis Schritt S40 durch. Dann bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b aus, die in der Neigungsrichtung unter den Neigungsraupen der ersten Schicht am weitesten entfernt positioniert ist (Schritt S110).
Wenn keine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wurde, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b aus, um zu bewirken, dass die zweite Neigungsraupe 301b mit der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der ersten Neigungsraupe 301a verbunden wird. Es ist anzumerken, dass wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wurde, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite Neigungsraupe 301b ausbildet, um zu bewirken, dass die zweite Neigungsraupe 301b mit der jeweiligen Basisraupe 201 und mit der Zwischenneigungsraupe 310 verbunden wird.
Die zweite Neigungsraupe 301b weist in der zweiten Ausführungsform eine geringere Dicke auf als die Dicke der zweiten Neigungsraupe 301b in der ersten Ausführungsform. Das heißt, die zweite Neigungsraupe 301b in der zweiten Ausführungsform weist eine Höhe auf, die geringer als die Höhe der zweiten Neigungsraupe 301b in der ersten Ausführungsform ist.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet eine dritte Neigungsraupe 301c auf (in der positiven Z-Richtung) der zweiten Neigungsraupe 301b aus, um die erste Neigungsraupenschicht 351 auszubilden (Schritt S120). Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die dritte Neigungsraupe 301c aus, um die obere Fläche der zweiten Neigungsraupe 301b zu bedecken.
Wie vorstehend beschrieben, schichtet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c auf die zweite Neigungsraupe 301b, um die zuletzt ausgebildete Neigungsraupe von jeder der Neigungsraupenschichten 351 unter Verwendung mehrerer Raupenschichten auszubilden.
Die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c weisen zusammen eine kombinierte Höhe auf, die der Höhe der ersten Neigungsraupe 301a entspricht. Außerdem weist die dritte Neigungsraupe 301c eine Länge in der positiven Y-Richtung (d. h. Breite) auf, die größer als die Länge der zweiten Neigungsraupe 301b in der positiven Y-Richtung ist. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die dritte Neigungsraupe 301c weiter in der positiven Y-Richtung als die zweite Neigungsraupe 301b.
Wenn keine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wurde, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c aus, um zu bewirken, dass die dritte Neigungsraupe 301c mit der jeweiligen Basisraupe 201, mit der ersten Neigungsraupe 301a und mit der zweiten Neigungsraupe 301b in Kontakt kommt. Alternativ bildet, wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wurde, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c aus, um zu bewirken, dass die dritte Neigungsraupe 301c mit der jeweiligen Basisraupe 201, mit der Zwischenneigungsraupe 310 und mit der zweiten Neigungsraupe 301b verbunden wird.
11 veranschaulicht einen Fall, in dem die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die erste Neigungsraupe, d. h. die erste Neigungsraupe 301a, und dann die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c ausgebildet hat, um die erste Neigungsraupenschicht 351 auszubilden.
Nach dem Ausbilden der ersten Neigungsraupenschicht 351 bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die zweite und die nachfolgenden Neigungsraupenschichten 351 unter Verwendung eines Prozesses ähnlich dem Prozess, der für die erste Neigungsraupenschicht 351 verwendet wird, aus. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung wiederholt die Ausbildung der Neigungsraupenschicht 351, um ein geneigtes geformtes Objekt 503, das eine gewünschte Form und eine gewünschte Größe aufweist, auszubilden (Schritt S130). Wie vorstehend beschrieben, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung das geneigte geformte Objekt 503, das eine Neigung aufweist, unter Verwendung von zwei Raupen, d. h. der zweiten Neigungsraupe 301b und der dritten Neigungsraupe 301c, aus.
Wenn keine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wird, ist die erste Neigungsraupe 301a der N-ten Schicht die erste Raupe und sind die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c der N-ten Schicht jeweils die zweite Raupe. Wenn außerdem keine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wird, ist die erste Neigungsraupe 301a der (N+1)-ten Schicht die dritte Raupe und sind die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c der (N+1)-ten Schicht jeweils die vierte Raupe.
Wenn mindestens eine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wird, ist die zuletzt gebildete Zwischenneigungsraupe 310 unter den Zwischenneigungsraupen 310 der N-ten Schicht die erste Raupe und sind die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c der N-ten Schicht jeweils die zweite Raupe. Wenn außerdem mindestens eine Zwischenneigungsraupe 310 ausgebildet wird, ist die zuletzt gebildete Zwischenneigungsraupe 310 unter den Zwischenneigungsraupen 310 der (N+1)-ten Schicht die dritte Raupe und sind die zweite Neigungsraupe 301b und die dritte Neigungsraupe 301c der (N+1)-ten Schicht jeweils die vierte Raupe.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, die zweite Neigungsraupe 301b aufgrund der Anziehungskraft von nahegelegenen Raupen, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, zu schichten, ohne eine Abwärtsbiegung zu bewirken. Es kann jedoch in Abhängigkeit von der Metallart schwierig sein, vollständig zu verhindern, dass die zweite Neigungsraupe 301b in einen Raum unter der zweiten Neigungsraupe 301b fließt. Selbst in einem derartigen Fall ist die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der zweiten Ausführungsform dazu in der Lage, die dritte Neigungsraupe 301c mit einer Menge auszubilden, die der Menge der zweiten Neigungsraupe 301b entspricht, die unter die zweite Neigungsraupe 301b geflossen ist. In diesem Fall weist die zweite Neigungsraupe 301b eine Raupenhöhe auf, die geringer als die Raupenhöhe der ersten Neigungsraupe 301a ist, welche eine nahe gelegene Raupe ist, aber die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, den Abschnitt, der die reduzierte Höhe aufweist, unter Verwendung der dritten Neigungsraupe 301c zu kompensieren. Das heißt, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c zum Kompensieren des Abschnitts ausbildet, der die reduzierte Höhe der zweiten Neigungsraupe 301b aufweist.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann ein Abwärtsbiegen der zweiten Neigungsraupe 301b aufgrund einer Wirkung, die der Wirkung der ersten Ausführungsform ähnlich ist, verhindern, wodurch die Notwendigkeit entfällt, die dritte Neigungsraupe 301c zur Höhenkorrektur als die Höhe der zweiten Neigungsraupe 301b aufzuschichten. Es ist ausreichend, dass die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c, die eine Höhe von etwa der Hälfte der Höhe der zweiten Neigungsraupe 301b aufweist, auf der zweiten Neigungsraupe 301b ausbildet.
Beim Schichten der dritten Neigungsraupe 301c, die eine Höhe von etwa der Hälfte der Höhe der zweiten Neigungsraupe 301b aufweist, stellt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine Steuerung bereit, um die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 24 zu erhöhen und/oder um die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 zu reduzieren. Das heißt, wenn die dritte Neigungsraupe 301c geschichtet wird, verwendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung zum Beispiel eine höhere Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 24 als diejenige, wenn die zweite Neigungsraupe 301b geschichtet wird. Alternativ oder zusätzlich verwendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, wenn die dritte Neigungsraupe 301c geschichtet wird, zum Beispiel eine niedrigere Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 als diejenige, wenn die zweite Neigungsraupe 301b geschichtet wird.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die dritte Neigungsraupe 301c nicht an der genau gleichen Position wie die zweite Neigungsraupe 301b aus, sondern verschiebt die Schichtungsposition um die Raupenhöhe der zweiten Neigungsraupe 301b in der positiven Z-Richtung bei der Ausbildung der dritten Neigungsraupe 301c. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, zu verhindern, dass der Draht 5 die zweite Neigungsraupe 301b stört.
Außerdem ist die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ähnlich der ersten Ausführungsform zudem in der Lage, das geneigte geformte Objekt 501, das die in 6 veranschaulichte Struktur aufweist, oder das geneigte geformte Objekt 502, das die in 9 veranschaulichte Struktur aufweist, auszubilden.
Wie vorstehend beschrieben schichtet gemäß der zweiten Ausführungsform die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die dritte Neigungsraupe 301c auf die zweite Neigungsraupe 301b und kann somit den Höhenunterschied von einer Raupe in der Nähe der zweiten Neigungsraupe 301b korrigieren. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, das geneigte geformte Objekt 503 mit höherer Präzision auszubilden als in der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform.
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird die erste Neigungsraupe 301a so ausgebildet, dass sie kürzer als die zweite Neigungsraupen 301b ist. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der dritten Ausführungsform ist ähnlich wie die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der ersten Ausführungsform konfiguriert.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. 13 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der dritten Ausführungsform ausgebildet wird. Unter den in 12 veranschaulichten Vorgängen werden Vorgänge, die den Vorgängen ähnlich sind, die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurden, nicht beschrieben.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die Basisraupenschicht 251, die aus den Basisraupen 201 ausgebildet ist, auf der Additivzielfläche 22 des Basissubstrats 17 (Schritt S10) aus. Bei diesem Vorgang bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die Basisraupe 201 aus, die in einer der Neigungsrichtung entgegengesetzten Richtung positioniert ist, so dass sie kürzer als die Basisraupe 201, die in der Neigungsrichtung zu positionieren ist, aus. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die Basisraupe 201 in der negativen Y-Richtung so aus, dass sie kürzer ist als die Basisraupe 201 in der positiven Y-Richtung. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die Basisraupenschicht 251 unter Verwendung eines Prozesses aus, der dem Prozess der ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung wiederholt die Ausbildung von jeder der Basisraupen 201, um die Basisraupenschicht 251, die eine gewünschte Form und eine gewünschte Größe aufweisen, auszubilden (Schritt S20). Dann führt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung einen Vorgang aus Schritt S35 anstelle des Vorgangs aus Schritt S30 durch.
Konkret bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung nach dem Durchführen des Vorgangs aus Schritt S20 die erste Neigungsraupe 301a kürzer als die zweite Neigungsraupe 301b an der am weitesten entfernten Position in der der Neigungsrichtung entgegengesetzten Richtung in der Neigungsraupenschicht 351 aus, um so die Ausbildung der Neigungsraupenschicht 351 zu starten, die in 13 veranschaulicht ist (Schritt S35). Die erste Neigungsraupe 301a ist eine Raupe, die in der Richtung der Y-Achse eine kürzere Breite aufweist als die entsprechende Breite der zweiten Neigungsraupe 301b.
Wie vorstehend beschrieben, bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die erste Neigungsraupe 301a so aus, dass sie eine Breite aufweist, die kürzer ist als die Breite der zweiten Neigungsraupe 301b. Das heißt, die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet die erste Neigungsraupe 301a so aus, dass sie eine Breite in der Erstreckungsrichtung aufweist, die kürzer ist als die Breite in der Erstreckungsrichtung der zweiten Neigungsraupe 301b.
Die durch die erste Neigungsraupe 301a auf die zweite Neigungsraupe 301b wirkende Anziehungskraft hängt hauptsächlich von der Größe der Fläche der zweiten Neigungsraupe b, die in Kontakt mit der ersten Neigungsraupe 301a steht, ab. Dies erlaubt es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, die Neigungsraupenschicht 351 auszubilden, ohne die Wirkung des Verhinderns einer Abwärtsbiegung der zweiten Neigungsraupe 301b zu verringern, selbst wenn die erste Neigungsraupe 301a so ausgebildet wird, dass sie kürzer als die zweite Neigungsraupe 301b ist.
Wenn die erste Neigungsraupe 301a so auszubilden ist, dass sie kürzer als die zweite Neigungsraupe 301b ist, stellt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine Steuerung bereit, um die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 24 zu erhöhen und/oder, um die Laserausgangsleistung zu reduzieren. Das heißt, wenn die erste Neigungsraupe 301a ausgebildet wird, verwendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung zum Beispiel eine höhere Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls 24 als diejenige, wenn die zweite Neigungsraupe 301b ausgebildet wird. Wenn die erste Neigungsraupe 301a ausgebildet wird, verwendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung alternativ oder zusätzlich zum Beispiel eine niedrigere Laserausgangsleistung als diejenige, wenn die zweite Neigungsraupe 301b ausgebildet wird.
Nach dem Ausbilden der ersten Neigungsraupe 301a führt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die Vorgänge von Schritt S40 bis Schritt S60 durch. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet somit ein geneigtes geformtes Objekt 504 aus, das in 13 veranschaulicht ist.
Gemäß der dritten Ausführungsform bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, wie vorstehend beschrieben, die erste Neigungsraupe 301a so aus, dass sie kürzer als die zweite Neigungsraupe 301b ist und kann somit die Breite der Neigungsraupenschicht 351 verringern. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, das geneigte geformte Objekt 504 so auszubilden, dass es eine reduzierte Breite aufweist, und kann somit ein geneigtes geformtes Hochpräzisionsobjekt 504 bilden.
Vierte Ausführungsform.
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 beschrieben. In der vierten Ausführungsform bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ein geneigtes geformtes Objekt (z. B. das geneigte geformte Objekt 500), unter Verwendung einer kugelförmigen Raupe. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der vierten Ausführungsform ist ähnlich wie die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der ersten Ausführungsform konfiguriert. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung der vierten Ausführungsform bildet ein geneigtes geformtes Objekt auf eine ähnliche Weise aus wie der Vorgang und die Verarbeitung, die in Bezug auf die erste bis dritte Ausführungsform beschrieben sind. Die folgende Beschreibung beschreibt einen Vorgang und eine Verarbeitung, wenn die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform eine kugelförmige Raupe ausbildet.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf veranschaulicht, wenn eine kugelförmige Raupe durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wird. 15 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen einer kugelförmigen Raupe, die durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform herzustellen ist. 16 ist eine schematische Darstellung, die ein geneigtes geformtes Objekt veranschaulicht, das durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung gemäß der vierten Ausführungsform ausgebildet wird. 16 veranschaulicht eine Unteransicht einer kugelförmigen Raupe 32, wenn die kugelförmige Raupe 32 von der negativen Z-Richtung aus betrachtet wird.
Der Bearbeitungskopf 10 wird zu einer vorbestimmten ersten Position über dem Bearbeitungsbereich 26 auf der Additivzielfläche 22 des Basissubstrats 17 bewegt (Schritt S410) und dann gestoppt. Konkret wird der Bearbeitungskopf 10 zu der ersten Position bewegt, wobei die Mittelachse CL des Laserstrahls 24, der von der Strahldüse 11 ausgesendet wird, mit der mittleren Position des Bearbeitungsbereichs 26 auf der Additivzielfläche 22 zusammenfällt (Zustand 141). Die Additivzielfläche 22 ist in dieser Situation eine Fläche, auf der die kugelförmige Raupe 32 auf dem Basissubstrat 17 abgeschieden wird, und ist die obere Fläche des Basissubstrats 17, das auf der Plattform 15 platziert ist.
Als Nächstes lässt die Drahtdüse 12 den Draht 5 in Richtung der Additivzielfläche 22 zu einer gewünschten Position aus (Schritt S420). Konkret lässt die Drahtdüse 12 den Draht 5 in einer schrägen Richtung von oberhalb des Bearbeitungsbereichs 26 in Richtung des Bearbeitungsbereichs 26 auf der Additivzielfläche 22 aus (Zustand 142).
Der Vorgang des Auslassens des Drahtes 5, der durch die Drahtdüse 12 durchgeführt wird, ist ein Vorgang des Vorwärtsbewegens des Drahtes 5 von der Drahtdüse 12 in Richtung der Bestrahlungsposition des Laserstrahls 24 in dem Bearbeitungsbereich 26 der Additivzielfläche 22, um dadurch den Draht 5 zu der Bestrahlungsposition vorwärtszubewegen. Die Drahtdüse 12 bringt dadurch die Spitze des Drahtes 5 in Kontakt mit der Additivzielfläche 22. Bei diesem Vorgang kreuzen sich die Mittelachse CW des Drahtes 5, der aus der Drahtdüse 12 ausgelassen wird und mit der Additivzielfläche 22 in Kontakt steht, und die Mittelachse CL des Laserstrahls 24, der auf den Bearbeitungsbereich 26 ausgestrahlt wird, auf der Fläche der Additivzielfläche 22. Die Mittelachse CW des Drahts 5 kreuzt vorzugsweise die Fläche der Additivzielfläche 22 an einer Position innerhalb eines Strahlradius des Laserstrahls 24 auf der Seite, die sich von der Mittelachse CL des Laserstrahls 24, der auf den Bearbeitungsbereich 26 ausgesendet wird, näher an der Drahtdüse 12 befindet. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, auf der Additivzielfläche 22 die kugelförmige Raupe 32 in einem Bereich um den Kreuzungspunkt zwischen der Mittelachse CW des Drahts 5 und der Mittelachse CL des Laserstrahls 24, der auf den Bearbeitungsbereich 26 ausgesendet wird, auszubilden.
Als Nächstes sendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung den Laserstrahl 24 in Richtung des Bearbeitungsbereichs 26 auf der Additivzielfläche 22 aus, um somit den Draht 5, der in dem Bearbeitungsbereich 26 platziert ist, auf der Additivzielfläche 22 mit dem Laserstrahl 24 zu bestrahlen (Schritt S430) (Zustand 143).
Außerdem beginnt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung mit dem Ausstoßen des Inertgases 25 aus der Gasdüse 13 in den Bearbeitungsbereich 26 zusammen mit dem Aussenden des Laserstrahls 24. Bei diesem Vorgang stößt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung das Inertgas 25 vorzugsweise für einen bestimmten vorbestimmten Zeitraum aus der Gasdüse 13 aus, bevor sie den Laserstrahl 24 auf die Additivzielfläche 22 aussendet. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, in der Gasdüse 13 verbleibendes Aktivgas, wie etwa Sauerstoff, aus dem Inneren der Gasdüse 13 zu spülen.
Als Nächstes beginnt die Drahtdüse 12, den Draht 5 dem Bearbeitungsbereich 26 zuzuführen (Schritt S440). Das heißt, die Drahtdüse 12 lässt den Draht 5 ferner in Richtung der Additivzielfläche 22 aus. Dies bewirkt, dass der geschmolzene Draht 21 an die Additivzielfläche 22 geschweißt wird, wobei der geschmolzene Draht 21 ein Produkt des Schmelzens des Drahts 5, der zuvor in dem Bearbeitungsbereich 26 platziert wurde, und des Drahts 5, der dem Bearbeitungsbereich 26 nach dem Beginn der Aussendung des Laserstrahls 24 (Zustand 144) zugeführt wird, ist. Das heißt, in dem Bearbeitungsbereich 26 wird die Additivzielfläche 22 geschmolzen, um das Schmelzbad 23 auszubilden, und der geschmolzene Draht 21 wird an das Schmelzbad 23 geschweißt. Dies bildet die kugelförmige Raupe 32, welche die Abscheidung 18 ist, in dem Bearbeitungsbereich 26 der Additivzielfläche 22 aus. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung fährt danach mit dem Zuführen des Drahts 5 zu dem Bearbeitungsbereich 26 für einen vorbestimmten Zufuhrzeitraum fort.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung betätigt die Kopfantriebseinheit 14 während des Schmelzens des Drahtes 5 nicht und bewirkt, dass die Kopfantriebseinheit 14 in dieser Position bleibt, um den Draht 5 zu schmelzen, um die kugelförmige Raupe 32 auszubilden. Wie in 16 veranschaulicht, weist die kugelförmige Raupe 32 eine Kreisform auf, wenn sie von der negativen Z-Richtung aus betrachtet wird, und eine Breite Wx und eine Breite Wy unterscheiden sich hinsichtlich der Länge in einem Bereich eines Verhältnisses der Breite Wx/Breite Wy von etwa 0,5 bis 2,0 voneinander. Die Breite Wx ist eine Abmessung der kugelförmigen Raupe 32 in der X-Richtung. Die Breite Wy ist eine Abmessung der kugelförmigen Raupe 32 in der Y-Richtung.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist dazu in der Lage, die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 durch die Drehzahl des Drehmotors 4 einzustellen. Die Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 wird durch die Ausgangsleistung des Laserstrahls 24 begrenzt. Das heißt, es besteht eine Korrelation zwischen der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtes 5, um geeignetes Schweißen des geschmolzenen Drahtes 21 an den Bearbeitungsbereich 26 zu erlauben, und der Ausgangsleistung des Laserstrahls 24. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann die Geschwindigkeit des Ausbildens der kugelförmigen Raupe 32, die eine Raupe ist, die eine Kugelform aufweist, durch Erhöhen der Ausgangsleistung des Laserstrahls 24 erhöhen.
Eine zu hohe Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 in Bezug auf die Ausgangsleistung des Laserstrahls 24 führt zu einem unvollständigen Schmelzen und Übrigbleiben des Drahts 5. Eine geringere Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 in Bezug auf die Ausgangsleistung des Laserstrahls 24 bewirkt, dass der Draht 5 übermäßig erwärmt wird und der geschmolzene Draht 21 tropfenweise vom Draht 5 fällt, wodurch verhindert wird, dass der Draht 5 in einer gewünschten Form geschweißt wird. Um dementsprechend den Draht 5, der dem Bearbeitungsbereich 26 zugeführt wird, vollständig zu schmelzen und den geschmolzenen Draht 21 in einer gewünschten Form zu schweißen, stellt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine Zufuhrgeschwindigkeit des Drahts 5 auf eine angemessene Geschwindigkeit in Bezug auf die Ausgangsleistung des Laserstrahls 24 ein.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist zudem dazu in der Lage, die Größe der kugelförmigen Raupe 32 durch Ändern des Zeitraums zum Zuführen des Drahts 5 und des Zeitraums zum Aussenden des Laserstrahls 24 anzupassen. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann eine kugelförmige Raupe 32, die einen großen Durchmesser aufweist, durch Erhöhen des Zeitraums zum Zuführen des Drahts 5 und des Zeitraums zum Aussenden des Laserstrahls 24 ausbilden. Im Gegensatz dazu kann die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine kugelförmige Raupe 32, die einen kleinen Durchmesser aufweist, durch Verringern des Zeitraums zum Zuführen des Drahts 5 und des Zeitraums zum Aussenden des Laserstrahls 24 ausbilden.
Nach der Fortsetzung der Zufuhr des Drahtes 5 zu dem Bearbeitungsbereich 26 für einen vorbestimmten Zufuhrzeitraum streckt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung den Draht 5 von dem Bearbeitungsbereich 26 aus (Schritt S450) (Zustand 145).
Als Nächstes stoppt die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung den Laseroszillator 2, um das Aussenden des Laserstrahls 24 auf den Bearbeitungsbereich 26 zu beenden (Schritt S460) (Zustand 146). Die kugelförmige Raupe 32 ist somit ausgebildet. Bei diesem Vorgang stoppt die Gasdüse 13 nicht und fährt fort, das Inertgas 25 in Richtung des Werkstückes auszustoßen. Das heißt, nach dem Stoppen des Laseroszillators 2 stößt die Gasdüse 13 weiterhin das Inertgas 25 für eine vorbestimmte Fortsetzungszeit in Richtung des Bearbeitungsbereichs 26 aus.
Die Fortsetzungszeit, während der das Inertgas 25 weiterhin von der Gasdüse 13 in Richtung des Werkstücks ausgestoßen wird, ist eine Zeit, bei der die Temperatur der kugelförmigen Raupe 32, die an den Bearbeitungsbereich 26 geschweißt ist, nach dem Stoppen des Laseroszillators 2 auf eine vorbestimmte Temperatur abnimmt. Diese Fortsetzungszeit wurde durch auf der Grundlage von Bedingungen wie etwa dem Material des Drahtes 5 und der Größe der kugelförmigen Raupe 32 bestimmt und wird im Voraus in der Steuereinrichtung 1 gespeichert. Nachdem die vorbestimmte Fortsetzungszeit seit dem Stoppen des Laseroszillators 2 verstrichen ist, beendet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung dann das Ausstoßen des Inertgases 25 aus der Gasdüse 13 in den Bearbeitungsbereich 26. Somit ist die Ausbildung einer kugelförmigen Raupe 32 abgeschlossen.
In der vierten Ausführungsform bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung eine Neigungsraupe unter Verwendung der kugelförmigen Raupe 32 aus, wodurch erlaubt wird, dass die Neigungsraupenschicht 351 nicht nur eine kurze Breite aufweist, sondern auch eine kleine Abmessung in der Tiefenrichtung (X-Richtung) aufweist. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung kann somit das geneigte geformte Objekt 500, das eine Stabform aufweist, die sich in der Y-Richtung erstreckt, ausbilden.
Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung ist zudem dazu in der Lage, ein dreidimensionales geformtes Objekt, das eine komplexe Form aufweist, wie etwa eine netzartige Struktur, auszubilden, indem mehrere geneigte geformte Objekte 500 kombiniert werden, die jeweils eine Stabform aufweisen. Zu diesem Zweck bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die mehreren geneigten geformten Objekte 500, die jeweils eine Stabform aufweisen, aus, damit sie parallel zu der Richtung der Y-Achse ausgerichtet werden. Somit bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung dreidimensionale geformte Objekte, die sich in der Längsrichtung erstrecken, aus den dreidimensionalen geformten Objekten, die eine netzartige Struktur ausbilden, aus. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet ferner mehrere geformte Objekte, die jeweils eine Stabform aufweisen, um parallel zu der Richtung der X-Achse ausgerichtet zu werden, über den mehreren dreidimensionalen geformten Objekten, die sich in der Längsrichtung erstrecken, aus. Somit bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung die geformten Objekte, die sich in der Querrichtung erstrecken, aus den dreidimensionalen geformten Objekten, die eine netzartige Struktur ausbilden, aus. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung bildet dreidimensionale geformte Objekte, die eine netzartige Struktur ausbilden, aus, indem sie diese dreidimensionalen geformten Objekte, die sich in der Längsrichtung erstrecken, und diese geformten Objekte, die sich in der Querrichtung erstrecken, kombiniert.
Somit bildet die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung in der vierten Ausführungsform ein dreidimensionales geformtes Objekt unter Verwendung der kugelförmigen Raupe 32. Dies ermöglicht es der Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung, ein geformtes Objekt mit einer höheren Ausbildungsauflösung herzustellen, als wenn die Einzelraupe eine lineare Raupe ist, und somit die Präzision der Ausbildung zu erhöhen.
Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele. Diese Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden und es können Konfigurationen unterschiedlicher Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Darüber hinaus kann ein Teil derartiger Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Geist davon abzuweichen.
Liste der Bezugszeichen
1 Steuereinrichtung; 2 Laseroszillator; 3 Faserkabel; 4 Drehmotor; 5 Draht; 6 Drahtspule; 7 Gaszufuhreinrichtung; 8 Rohr; 10 Bearbeitungskopf; 11 Strahldüse; 12 Drahtdüse; 13 Gasdüse; 14 Kopfantriebseinheit; 15 Plattform; 16 Drehmechanismus; 17 Basissubstrat; 18 Abscheidung; 19 Drahtzufuhreinheit; 21 geschmolzener Draht; 22 Additivzielfläche ; 23 Schmelzbad; 24 Laserstrahl; 25 Inertgas; 26 Bearbeitungsbereich; 31 oberes Basissubstrat; 32 kugelförmige Raupe; 38 Auskehlung; 41 CPU; 42 RAM; 43 ROM; 44 externe Speichereinrichtung; 45 Eingabe-/Ausgabeschnittstelle; 46 Bus; 71 Zustandsbeobachtungseinheit; 72 Lerneinheit; 100 Vorrichtung zur additiven Fertigung; 120 Maschinenlernvorrichtung; 101 Raupe; 201 Basisraupe; 251 Basisraupenschicht; 310 Zwischenneigungsraupe; 351 Neigungsraupenschicht; 400 geformtes Basisobjekt; 500-504, 510 geneigtes geformtes Objekt; A1 Neigungswinkel; CL, CW Mittelachse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9835114 [0004]

Claims

Vorrichtung zur additiven Fertigung zum Ausbilden eines geneigten geformten Objekts auf einer Additivzielfläche eines Werkstücks, auf die Aufbaumaterial aufzubringen ist, wobei das geneigte geformte Objekt ein geformtes Objekt ist, das in einer schrägen Richtung schräg in Bezug auf eine vertikale Richtung geneigt ist, wobei die Vorrichtung zur additiven Fertigung Folgendes umfasst: eine Materialzufuhreinheit zum Zuführen des Aufbaumaterials zu einem Bearbeitungsbereich der Additivzielfläche; eine Aussendeeinheit zum Aussenden eines Laserstrahls auf den Bearbeitungsbereich, um das Aufbaumaterial zu schmelzen; und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ausbildung des geneigten geformten Objekts durch Steuern der Materialzufuhreinheit und der Aussendeeinheit, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass eine untere Raupenschicht geschichtet wird, und dann bewirkt, dass eine obere Raupenschicht geschichtet wird, wobei die untere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine erste Raupe und eine zweite Raupe beinhaltet, die abgeschieden sind, wobei die obere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine dritte Raupe und eine vierte Raupe beinhaltet, die auf einer oberen Fläche der unteren Raupenschicht abgeschieden sind, wobei die obere Raupenschicht geschichtet wird, indem sie bewirkt, dass die dritte Raupe auf der oberen Fläche der unteren Raupenschicht ausgebildet wird, und dann bewirkt, dass die vierte Raupe an einer Position ausgebildet wird, an der ein Teil einer unteren Fläche der vierten Raupe keinen Kontakt mit der unteren Raupenschicht aufweist, wobei die vierte Raupe mit der oberen Fläche der unteren Raupenschicht und mit einer Seitenfläche der dritten Raupe in Kontakt steht.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 1, wobei das Aufbaumaterial eine Drahtform aufweist.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass eine Vielzahl von Raupen übereinander geschichtet wird, um die vierte Raupe auszubilden.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass die dritte Raupe in einer Erstreckungsrichtung eine Breite aufweist, die kürzer als eine Breite der vierten Raupe in einer Erstreckungsrichtung ist.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Laserausgangsleistung zum Ausbilden der dritten Raupe geringer als die Laserausgangsleistung zum Ausbilden der vierten Raupe ist.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass eine Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls zum Ausbilden der dritten Raupe höher als eine Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls zum Ausbilden der vierten Raupe ist.
Vorrichtung zur additiven Fertigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass die dritte Raupe und die vierte Raupe unter Verwendung einer kugelförmigen Raupe ausgebildet werden.
Verfahren zur additiven Fertigung zum Ausbilden eines geneigten geformten Objekts auf einer Additivzielfläche eines Werkstücks, auf die Aufbaumaterial aufzubringen ist, wobei das geneigte geformte Objekt ein geformtes Objekt ist, das in einer schrägen Richtung schräg in Bezug auf eine vertikale Richtung geneigt ist, wobei das Verfahren zur additiven Fertigung Folgendes umfasst: einen Materialzufuhrschritt zum Zuführen des Aufbaumaterials zu einem Bearbeitungsbereich der Additivzielfläche durch eine Vorrichtung zur additiven Fertigung; und einen Aussendeschritt zum Aussenden eines Laserstrahls auf den Bearbeitungsbereich, um das Aufbaumaterial zu schmelzen, durch die Vorrichtung zur additiven Fertigung, wobei die Vorrichtung zur additiven Fertigung bewirkt, dass eine untere Raupenschicht geschichtet wird, und dann bewirkt, dass eine obere Raupenschicht geschichtet wird, wobei die untere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine erste Raupe und eine zweite Raupe beinhaltet, die abgeschieden sind, wobei die obere Raupenschicht eine Raupenschicht ist, die eine dritte Raupe und eine vierte Raupe beinhaltet, die auf einer oberen Fläche der unteren Raupenschicht abgeschieden sind, wobei die obere Raupenschicht geschichtet wird, indem sie bewirkt, dass die dritte Raupe auf der oberen Fläche der unteren Raupenschicht ausgebildet wird, und dann bewirkt, dass die vierte Raupe an einer Position ausgebildet wird, an der ein Teil einer unteren Fläche der vierten Raupe keinen Kontakt mit der unteren Raupenschicht aufweist, wobei die vierte Raupe mit der oberen Fläche der unteren Raupenschicht und mit einer Seitenfläche der dritten Raupe in Kontakt steht.