FI84329C - Foerfarande och apparat foer framstaellning av en detalj. - Google Patents

Description

1 84329

Menetelmä ja laite kappaleen valmistamiseksi

Keksintö liittyy menetelmään ja laitteeseen, joka käyttää suunnattua energiasädettä jauheen sintraamiseksi 5 selektiivisesti kappaleen valmistamiseksi. Erityisesti keksintö liittyy tietokoneavusteiseen laserlaitteeseen, joka sintraa perätysten useita jauhekerroksia halutun kappaleen rakentamiseksi kerros kerrokselta.

Tavanomaisten osavalmistuksen menetelmien talou-10 dellisuus liittyy yleensä suoraan tuotettavien osien määrään ja valmiille osille haluttuihin materiaalisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi suurimittainen teollinen valaminen ja suulakepuristustekniikka ovat usein hinnaltaan kilpailukykyisiä, mutta yleensä mahdottomia hyväksyä pie-15 nille määrille, ts. varaosille tai prototyyppien valmistukseen. Monet sellaiset tavanomaiset osavalmistuksen menetelmät edellyttävät kalliiden, osakohtaisten työkalujen valmistusta. Myös jauhemetallurgiassa tarvitaan muotti jauheen muotoilemiseksi, mikä tekee jauhemetallurgian vä-20 hemmän houkuttelevaksi menetelmäksi valmistettaessa pieni määrä osia.

Silloin, kun halutaan pieni määrä osia, niiden valmistamiseen käytetään yleensä tavanomaisia valmistusmenetelmiä, joihin sisältyy materiaalia poistavia työstö-25 menetelmiä. Sellaisissa poistavissa menetelmissä materiaalia leikataan pois lähtökappaleesta mutkikkaamman muodon tuottamiseksi. Esimerkkejä poistavista työstömenetelmistä ovat jyrsiminen, poraus, hionta, sorvaus, polttoleikkaus, kipinätyöstö jne. Vaikka tällaiset tavanomaiset 30 poistavat työstömenetelmät ovat usein tehokkaita halutun osan valmistuksessa, ne ovat monessa suhteessa puutteellisia.

Ensiksi tällaiset tavanomaiset perustuvat poistavat työstömenetelmät tuottavat suuren määrän hukkamateri-35 aalia, josta on päästävä eroon. Lisäksi tällaisiin työstömenetelmiin liittyy tavallisesti suuri alkukustannus 2 84329 sopivien työstöohjeiden laatimisessa ja koneiden asettamisessa. Asetteluaika ei sinänsä tule pelkästään kalliiksi, vaan se on myös suurelta osin ihmisen arviointikyvyn ja asiantuntemuksen varassa. Nämä ongelmat tietenkin vain 5 pahenevat, kun on määrä valmistaa vain pieni määrä osia.

Toinen vaikeus, joka liittyy tällaisiin tavanomaisiin työstömenetelmiin, on koneiden kuluminen, joka ei näy ainoastaan koneiden uusimiskustannuksina, vaan myös huonontaa työstön tarkkuutta. Toisena rajoituksena minkä 10 hyvänsä tavanomaisilla työstömenetelmillä valmistetun osan tarkkuuden ja toleranssien osalta ovat tietylle työstökoneelle ominaiset toleranssirajät. Esimerkiksi tavanomaisissa jyrsinkoneissa ja sorveissa johtoruuvi ja ohjaimet on valmistettu tiettyihin toleransseihin, mikä 15 rajoittaa saavutettavissa olevia toleransseja, kun osa valmistetaan kyseisessä työstökoneella. Saavutettavissa olevat toleranssit luonnollisesti huononevat työstökoneen vanhetessa.

Tällaisiin tavanomaisiin poistaviin työstömenetel-20 miin liittyvänä vaikeutena on lopulta se, että monien osien muotojen valmistaminen on vaikeaa tai mahdotonta. Toisin sanoen tavanomaiset työstömenetelmät soveltuvat tavallisesti parhaiten symmetristen osien ja sellaisten osien, joissa vain ulkopintaa työstetään, valmistamiseen. 25 Silloin, kun haluttu osa on muodoltaan epäsäännöllinen, tai siinä on sisäisiä muotoja, työstö tulee vaikeammaksi, ja melko usein kappale täytyy jakaa lohkoihin valmistusta varten. Monissa tapauksissa tietty osan muoto ei ole mahdollinen johtuen rajoituksista, jotka asettaa työkalun 30 sijoittaminen osan suhteen. Työstävän työkalun koko ja rakenne eivät salli työkalun pääsyä valmistamaan haluttuja rakenteita.

On olemassa myös muita työstömenetelmiä, jotka ovat lisääviä: esimerkiksi pinnoitus, päällystäminen ja 35 jotkut hitsausmenetelmät ovat lisääviä sillä tavoin, että materiaalia lisätään lähtöalustalle. Viime vuosina on ke- 3 84329 hitetty myös muita lisäystyyppisiä työstömenetelmiä, joissa käytetään lasersädettä materiaalin pinnoittamiseksi tai kerrostamiseksi lähtökappaleen pinnalle. Esimerkkejä näistä ovat US-patentit 4 117 302, 4 474 861, 5 4 300 474 ja 4 323 756. Nämä laserin viimeaikaiset käyt tötavat rajoittuvat ensisijaisesti pinnoitteen lisäämiseen aikaisemmin valmistetulle kappaleelle. Sellaisia la-serpinnoitusmenetelmiä on käytetty usein tiettyjen metallurgisten ominaisuuksien kehittämiseen, jotka ovat saavu-10 tettavissa vain sellaisilla pinnoitusmenetelmillä. Näissä laserpinnoitusmenetelraissä lähtökappaletta tyypillisesti pyöritetään ja laser suunnataan kiinteään kohtaan samalla, kun pinnoitusmateriaalia suihkutetaan kappaleen päälle, niin että laser sulattaa pinnoitteen kappaleelle.

15 Keksinnön mukaiselle menetelmälle ja laitteelle on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksinnön menetelmä ja laite ratkaisevat enimmiltä osiltaan edellä hahmotellut ongelmat. Keksintö sisältää 20 suunnatun energiasäteen - esimerkiksi laserin - ja soveltuu melkein minkä tahansa kolmiulotteisen kappaleen valmistamiseen. Keksinnön menetelmä on lisäävä prosessi, jossa jauhe levitetään kohdealueelle, missä laser selektiivisesti sintraa jauheen sintratun kerroksen tuottami-25 seksi. Keksinnön prosessi on kerroksittainen; kerroksia liitetään yhteen, kunnes valmis kappale on muodostunut. Keksinnön menetelmä ei rajoitu erityiseen jauhetyyppiin, vaan sen sijaan sitä voidaan soveltaa muovi-, metalli-, polymeeri- ja keraamisille jauheille tai sekamateriaa-30 leille.

Yleisesti ottaen laite sisältää laserin tai jonkin muun suunnattavan energialähteen, jonka säde voidaan lähettää valikoiden kohdealueelle, jossa kappaletta valmistetaan. Jauheen levitysjärjestelmä kerrostaa jauhetta 35 kohdealueelle. Laserin ohjausmekanismi siirtää lasersä teen 4 84329 kohdistuspistettä ja moduloi laseria sintraamaan kohdealueelle levitettyä jauhekerrosta selektiivisesti. Ohjausjärjestelmä sintraa selektiivisesti vain määriteltyjen rajojen sisäpuolelle levitetyn jauheen kappaleen halutun 5 kerroksen tuottamiseksi. Ohjausjärjestelmä käyttää laseria peräkkäisten jauhekerrosten selektiiviseen sintraamiseen tuottaen valmiin kappaleen, joka sisältää useita yhteen sintrattuja kerroksia. Kunkin kerroksen määritellyt rajat vastaavat kappaleen vastaavia poikkileikkausalueita. Suosi-10 teltavaa on, että ohjausmekanismi sisältää tietokoneen, esimerkiksi CAD/CAM-järjestelmän, kullekin kerrokselle määriteltävien rajojen määräämiseksi. Toisin sanoen, kun kappaleen kokonaismitat ja muoto on annettu, tietokone määrää kullekin kerrokselle määriteltävät rajat ja käyttää 15 laserin ohjausjärjestelmää määriteltyjen rajojen mukai sesti. Vaihtoehtoisesti tietokoneeseen voi olla aluksi ohjelmoitu kunkin kerroksen määritellyt rajat.

Ensisijaisessa muodossaan laserin ohjausmekanismi sisältää mekanismin lasersäteen suuntaamiseksi kohdealu-20 eella ja mekanismin lasersäteen moduloimiseksi päälle ja pois kohdealueella olevan jauheen sintraamiseksi selektiivisesti. Eräässä sovellutusmuodossa suuntausmekanismi liikuttaa lasersäteen kohdistuspistettä pyyhkien jatkuvasti rasterissa kohdealuetta. Modulointimekanismi kytkee 25 lasersädettä päälle ja pois, niin että jauhe sintrautuu vain silloin, kun lasersäteen kohdistuspiste on tietylle kerrokselle määriteltyjen rajojen sisäpuolella. Vaihtoehtoisesti suuntausmekanismi kohdistaa lasersäteen vain tietyn kerroksen määriteltyjen rajojen sisäpuolelle, niin 30 että lasersäde voidaan jättää päälle jatkuvasti jauheen sintraamiseksi tietylle kerrokselle määriteltyjen rajojen sisäpuolella.

Ensisijaisessa sovellutusmuodossa suuntausmekanismi liikuttaa lasersädettä pyyhkien kohdealuetta toistuvasti 35 rasterissa kahden peilin avulla, joita ohjaavat galvano- 5 84329 metrit. Ensimmäinen peili heijastaa lasersäteen toiseen peiliin, joka heijastaa säteen kohdealueelle. Galvanomet-rin aikaansaama ensimmäisen peilin siirtoliike siirtää lasersädettä yleensä yhteen suuntaan kohdealueella. Samal-5 la tavoin toisen peilin siirtoliike, jonka sen galvanomet- ri saa aikaan, siirtää lasersädettä kohdealueella toiseen suuntaan. Peilit on suunnattu toisiinsa nähden suositel-tavimmin siten, että ensimmäinen ja toinen suunta ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Sellainen järjestely sal-10 lii monet erityyppiset lasersäteen pyyhkäisykuviot kohde alueella, mukaan lukien keksinnön ensisijaisen sovellu-tusmuodon rasteripyyhkäisykuvion.

Keksinnön osavalmistuksen menetelmä sisältää vaiheen, jossa kerrostetaan ensimmäinen annos jauhetta kohdepin-15 nalle, vaiheen, jossa suunnattua energiasädettä (ensisi jaisesti laseria) pyyhitään kohdepinnan yli, ja vaiheen, jossa ensimmäisen jauheannoksen muodostama ensimmäinen kerros kohdepinnalla sintrataan. Ensimmäinen kerros vastaa kappaleen ensimmäistä poikkileikkausaluetta. Jauhe 20 sintrataan käyttämällä suunnattua energialähdettä, kun säteen kohdistuspiste on niiden rajojen sisällä, jotka määrittelevät ensimmäisen kerroksen. Toinen annos jauhetta kerrostetaan ensimmäisen sintratun kerroksen päälle, ja lasersäteen kohdistuspistettä pyyhitään ensimmäisen sint-25 ratun kerroksen yli. Toisen jauheannoksen muodostama toi nen kerros sintrataan käyttämällä suunnattua enrgialäh-dettä, kun säteen kohdistuspiste on niiden rajojen sisällä, jotka määrittelevät toisen kerroksen. Toisen kerroksen sintraaminen liittää myös ensimmäisen ja toisen 30 kerroksen koossa pysyväksi materiaaliksi. Peräkkäiset an nokset jauhetta kerrostetaan aikaisemmin sintrattujen kerrosten päälle, ja kukin kerros vuorollaan sintrataan. Eräässä sovellutusmuodossa jauhetta kerrostetaan kohteeseen jatkuvasti.

6 84329

Ensisijaisessa sovellutusmuodossa lasersädettä moduloidaan rasteripyyhkäisyn aikana päälle ja pois, niin että jauhe sitnrataan, kun säteen kohdistuspiste on suunnattu kyseisen kerroksen rajojen sisäpuolelle. Laseria 5 ohjataan mieluimmin tietokoneella, ja tietokone saattaa sisältää CAD/CAM-järjestelmän, jolloin tietokoneelle annetaan valmistettavan kappaleen kaikki mitat ja muoto ja tietokone määrää kappaleen kunkin poikki leikkausalueen rajat. Määrättyjä rajoja käyttäen tietokone ohjaa kunkin kerroksen 10 sintrausta kappaleen poikkileikkausalueita vastaaviksi.

Vaihtoehtoisessa sovellutusmuodossa tietokoneeseen on yksinkertaisesti ohjelmoitu kappaleen kunkin poikkileikkaus-alueen rajat.

Lisäksi keksinnön toinen sovellutusmuoto sisältää 15 laitteen jauheen levittämiseksi kerroksena kohdealueen yli. Levityslaite sisältää ensisijaisesti rummun, mekanismin rummun liikuttamiseksi alueen yli ja mekanismin rummun pyörittämiseksi vastasuuntaan, kun sitä liikutetaan alueen yli. Rummun liikutuslaite pitää rummun suositeltavimmin 20 halutulla etäisyydellä alueen yläpuolella, jotta jauheker- rokselle saadaan haluttu paksuus. Kun rumpu pyörii vasta-suuntaan ja liikkuu alueen yli, se työntää jauhetta eteenpäin liikkeen suunnassa ja jättää taakseen jauhekerroksen, jolla on haluttu paksuus.

25 Keksinnön vielä eräässä sovellutusmuodossa on jau heen lämötilan säätämiseksi pohjavetomekanismi, joka sisältää kohdealueen määrittelevän tukirakenteen, mekanismin ilman suuntaamiseksi kohdealueelle ja mekanismin ilman lämpötilan säätämiseksi, ennen kuin se saavuttaa koh-30 dealueen. Tukirakenne sisältää mieluummin huokoisen mate riaalin, jolle jauhe on kerrostettu, sekä tyhjän tilan huokoisen materiaalin alapuolella, siten lämpötilaltaan säädetty ilma on suunnattu kohdealueella olevaan jauheeseen ja auttaa säätämään sintratun ja sintraamattoman jau-35 heen lämpötilaa kohdealueella.

7 84329

Kuten edellä olevasta yleisestä kuvauksesta voidaan havaita, keksinnön menetelmä ja laite ratkaisevat monet tunnettuihin osavalmistuksen menetelmiin liittyvät ongelmat. Ensiksi keksintö soveltuu hyvin prototyyppikappaleit-5 ten tai varaosien valmistamiseen rajoitetuissa määrissä.

Lisäksi keksinnön menetelmällä ja laitteella pystytään valmistamaan muodoltaan mutkikkaita osia, joita ei saada valmistetuksi tavanomaisilla valmistusmenetelmillä. Keksintö eliminoi edelleen työstökoneen kulumisen ja koneen suun-10 nittelun rajoittavina tekijöinä kappaleen valmistuksessa saavutettavien toleranssien suhteen. Lopuksi keksinnön laitteella, joka on liitetty CAD/CAM-ympäristöön, suuri määrä varaosia voidaan ohjelmoida tietokoneelle, ja niitä voidaan valmistaa helposti vähällä asettelutyöllä ja ihmi-15 sen puuttumisella asiaan.

Kuvio 1 on kaavamainen esitys keksinnön laitteesta;

Kuvio 2 on kaavio, joka esittää osaa keksinnön mukaisesti valmsitetun kappaleen kerrostetusta rakentamisesta ja kuvaa lasersäteen rasteripyyhkäisykuvion kohde-20 alueella;

Kuvio 3 on lohkokaavio, joka kuvaa keksinnön mukaista liitäntälaitteistoa tietokoneen, laserin ja gal-vanometrien välillä;

Kuvio 4 on perspektiivikuva keksinnön mukaisesti 25 valmistetusta esimerkkikappaleesta;

Kuvio 5 on kuviossa 4 kuvatun kappaleen leikkaus- kuva, josta on osia murrettu pois ja osia esitetty haamu-kuvana ;

Kuvio 6 on keksinnön mukaisen datanannosteluohjelman 30 vuokaavio;

Kuvio 7 on kuvion 4 kohdasta 7-7 otettu leikkauskuva;

Kuvio 8 kuvaa piirroksen muodossa korrelaatiota laserin yhden pyyhkäisyn kuvion 7 pinnan yli ja keksinnön mukaisten ohjaussignaalien välillä; 8 84329

Kuvio 9 on kaavamainen, pystysuuntainen leikkaus-kuva keksinnön pulverinlevityslaitteesta, joka on levittämässä jauhetta kerrokseksi valmistettavalle kappaleelle?

Kuvio 10 on kaavamainen perspektiivikuva keksinnön 5 pulverinlevityslaitteesta? ja

Kuvio 11 on kaavakuva keksinnön mukaisesta laitteesta jauheen lämpötilan tasoittamiseksi.

Palaten nyt kuvioihin, kuvio 1 kuvaa yleisesti keksinnön mukaista laitetta 10. Yleisesti ottaen laite 10 10 sisältää laserin 12, jauheenlevittimen 14 ja laserin oh jauslaitteen 16. Yksityiskohtaisemmin jauheenlevitin 14 sisältää suppilon 20, jossa on jauhe 22, ja joka on varustettu suuaukolla 24. Suuaukko 24 on suunnattu ajatellen jauheen levittämistä kohdealueelle 26, jonka kuvios-15 sa 1 yleisesti määrittelee rajoittava rakenne 28. Jauheen 22 levittämiselle on tietysti olemassa monia vaihtoehtoja.

Laserin 12 osat on esitetty kuviossa 1 jossain määrin kaavamaisesti, ja niihin lukeutuvat laserpää 30, tur-vasuljin 32 ja peilikokoonpano 34. Käytettävän laserin 20 tyyppi riippuu monista tekijöistä ja erityisesti sintrat- tavan jauheen 22 tyypistä. Kuvion 1 sovellutusmuodossa käytettiin Nd:YAG-laseria (Lasermetries 9500Q), joka voi toimia jatkuvasti tai pulssattuna ulos saatavan maksimi-tehon ollessa jatkuvassa toimintamuodossa sata wattia.

25 Laserin 12 antaman lasersäteen aallonpituus on noin 1060 nm, joka on lähellä infrapunaa.

Kuviossa 1 kuvattu laser 12 sisältää sisäisen puls-sigeneraattorin, jonka taajuus voidaan valita noin yhden kilohertzin ja neljänkymmenen kilohertzin väliseltä alueel-30 ta, ja jonka pulssinkesto on noin kuusi nanosekuntia. Jo ko jatkuvassa tai pulssatussa toimintamuodossa laseria voidaan moduloida päälle tai pois, jotta tuotetaan selektiivinen lasersäde, joka kulkee yleisesti esitettynä kuviossa 1 nuolilla osoitettua reittiä pitkin.

9 84329

Lasersäteen kohdistamiseksi lasersäteen kulkutielle on sijoitettu hajottava linssi 36 ja kokoava linssi 38, kuten kuviossa 1 on esitetty. Käytettäessä pelkästään kokoavaa linssiä 38 todellisen polttopisteen sijoittumista 5 ei ole helppo ohjata muuttamalla kokoavan linssin 38 ja laserin 12 välistä etäisyyttä. Laserin 12 ja kokoavan linssin 38 väliin sijoitettu hajottava linssi 36 tuottaa näennäisen polttopisteen hajottavan linssin 36 ja laserin 12 välille. Kokoavan linssin 38 ja näennäisen polttopis-10 teen välisen etäisyyden muutteleminen antaa mahdollisuuden ohjata todellisen polttopisteen sijoittumista lasersäteen kulkutiellä laserista 12 kauempana olevalla kokoavan linssin 38 puolella. Viime vuosina optiikan alalla on tapahtunut monida edistysaskeleita, ja tiedetään, että la-15 sersäteen kohdistamiseksi tehokkaasti tunnettuun kohtaan on käytettävissä monia vaihtoehtoja.

Yksityiskohtaisemmin tarkasteltuna laserin ohjauslaite 16 sisältää tietokoneen 40 ja pyyhkäisyjärjestelmän 42. Ensisijaisessa sovellutusmuodossa tietokone 40 sisäl-20 tää mikroprosessorin laserin 12 ohjamiseksi ja CAD/CAM-jär-jestelmän datan kehittämiseksi. Kuviossa 1 kuvatussa sovellutusmuodossa on käytetty henkilökohtaista tietokonetta (Commodore 64), jonka tärkeimpiin ominaisuuksiin kuuluvat käytettävissä oleva laiteliitäntä ja lippuyhteys, joka 25 kehittää peittymättömän keskeytyksen.

Kuten nähdään kuviosta 1, pyyhkäisyjärjestelmä 42 sisältää prisman 44 lasersäteen kulkutien suuntaamiseksi uudelleen. Laitteen 10 fyysistä suunnittelua on tarkasteltava tietysti ensisijaisesti päätettäessä, tarvitaanko yk-30 si prisma vai useampia prismoja 44 lasersäteen kulkultien ohjaamiseksi. Pyyhkäisyjärjestelmä 42 sisältää myös parin peilejä 46 ja 47, joita ohjaavat vastaavat galvanometrit 48 ja 49. Galvanometrit 48 ja 49 on kytketty vastaaviin peileihin 46 ja 47 niiden suuntaamiseksi selektiivisesti.

35 Galvanometrit 48 ja 49 on sijoitettu kohtisuoraan toisiin- ίο 84329 sa nähden siten, että peilit 46 ja 47 sijoittuvat nimellisesti suoraan kulmaan toisiinsa nähden. Funktiogeneraat-toriohjain 50 ohjaa galvanometrin 48 liikkeitä (galvano-metri 49 on alisteinen galvanometrin 48 liikkeille) siten, 5 että lasersäteen (joka on esitetty nuolilla kuviossa 1) kohdistuspistettä voidaan ohjata kohdealueella 26. Ohjain 50 on kytketty toiminnallisesti tietokoneeseen 40, kuten on esitetty kuviossa 1. On huomattava, että pyyhkäisy-järjestelmänä 42 on käytettävissä vaihtoehtoisia pyyhkäi-10 symenetelmiä, mukaan lukien akustis-optiset pyyhkäisimet, pyörivät monikulmaiset peilit ja värähtelevän peilin käyttöön perustuvat pyyhkäisimet.

Siirtyen piirustusten kuvioon 2, siinä kuvataan kaavamaisesti osa kappaleesta 52 ja esitetään neljä ker-15 rosta 54-57. Lasersäteen kohdistuspistettä, joka on merkitty kuviossa 2 viitenumerolla 64, suunnataan rasteripyyh-käisykuviossa, esimerkiksi viitenumerolla 66 esitetyn kaltaisessa. Termiä "kohdistuspiste" käytetään tässä neutraalina terminä, joka osoittaa suuntaa, mutta ci määrit-20 tele laserin 12 modulointitilaa. Mukavuussyistä akselia 68 nimitetään tässä nopean pyyhkäisyn akseliksi, kun taas akseliin 70 viitataan hitaan pyyhkäisyn akselina. Akseli 72 osoittaa kappaleen rakentamisen suuntaan.

Siirtyen kuvioihin 9 ja 10, niissä on kuvattu jau-25 heenlevittimen 20 vaihtoehtoinen muoto. Yleisesti ottaen tukirakenne 100 määrittelee kohdealueen 102, johon säteen 64 kohdistuspiste on suunnattu (katso kuviota 1). Suppilo 104 levittää jauhetta 106 aukon 108 kautta kohdealueelle 102. Mittausrulla (ei ole esitetty) on sijoitettu auk-30 koon 108 siten, että kun mittausrullaa pyöritetään, se päästää mitatun määrän pulveria suoraksi valliksi kohdealueen 102 päätyyn 110.

Tasoitusmekanismi 114 levittää pulverivallin 106 kohdealueen päädystä 110 toiseen päätyyn 112. Tasoitus-35 mekanismi 114 sisältää sylinterimäisen rummun 116, jonka li n 84329 ulkopinta on pyälletty. Moottori 118, joka on asennettu tankoon 120, on kytketty rumpuun 116 hihnapyörän 122 ja hihnan 124 välityksellä pyörittämään rumpua.

Tasoitusmekanismi 114 sisältää myös mekanismin 5 126 rummun 116 liikuttamiseksi kohdealueen päätyjen 110 ja 112 välillä. Mekanismi 126 sisältää X/Y-pöydän tangon 120 liikuttamiseksi vaakasuunnassa ja pystysuunnassa. Toisin sanoen pöytä 128 on kiinteä, kun taas levy 130 on selektiivisesti liikuteltavissa pöydän 128 suhteen.

10 Kuviossa 11 on esitetty vielä eräs sovellutusmuo- to valmistettavan kappaleen lämpötilan säätämiseksi. Valmistettavassa kappaleessa on havaittu tapahtuvan epätoivottavaa kutistumista johtuen niiden hiukkasten lämpötilan, joita ei ole vielä pyyhkäisty kohdistetulla ener-15 giasäteellä ja aikaisemmin pyyhkäistyn kerroksen lämpöti lan välisistä eroista. On havaittu, että säädetyn lämpöisen ilman alaspäin suuntautuva virtaus kohdealueen läpi pystyy tasoittamaan sellaiset epätoivottavat lämpötilaerot. Kuvion 11 säädetyn lämpöistä ilmaa toimittava 20 pöhjavetojärjestelmä vähentää termistä kutistumista huo lehtimalla lämmön siirtymisestä säädetyn lämpöisen ilman ja sintrattavan ylimmän jauhekerroksen hiukkasten välillä. Tämä lämmönsiirto tasoittaa sintrattavien hiukkasten muodostaman ylimmän kerroksen lämpötilaa, säätää ylimmän ker-25 roksen keskimääräistä lämpötilaa ja poistaa lämpöä valmis tettavasta kappaleesta alentaen siten sen lämpötilaa ja estäen kappaleta kasvamasta sintraamattomaan materiaaliin. Tulevan ilman lämpötila asetetaan jauheen pehmenemispisteen yläpuolelle, mutta alle lämpötilan, jossa merkittä-30 vää sintraantumista tapahtuu.

Pohjavetojärjstelmä 132 sisältää yleisesti ottaen tukirakenteen 134, joka määrittelee kohdealueen 136, laitteen ilman ohjaamiseksi kohdealueelle ja mekanismin tulevan ilman lämpötilan säätämiseksi, kuten esimerkiksi 35 lämmitysvastuksen 142. Ilmansuuntauslaite sisältää kam- i2 8 4 329 mion 138, joka ympäröi tukirakennetta 134, puhaltimen 140 ja/tai imurin 141. Ikkuna 144 päästää säteen 64 (kuvio 1) kohdealueelle 136. Jauheenlevitysjärjestelmä (ei ole esitetty), esimerkiksi kuvioissa 1 tai 10 kuva-5 tun kaltainen, on sijoitettu ainakin osittain kammioon 138 jauheen levittämiseksi kohdealueelle 136.

Tukirakenne 134 sisältää mieluimmin sudatinmateriaa-lin 146 (esimerkiksi pienihuokoisen paperin) solumaisen huokoisen aineen 148 päällä. Tyhjä tila 150 on sijoitet-10 tu kokoamaan ilmaa poistolle 152 johtavana kulkutienä.

Poisto 152 on tietysti kytketty imuriin 141 tai muuhun ilmanvaihtolaitteeseen.

Toiminta

Keksinnön perusajatus on kappaleen rakentaminen 15 kerros kerrokselta. Toisin sanoen kappaletta tarkastellaan useina erillisinä poikkileikkausalueina, jotka kumulatiivisesti käsittävät kappaleen kolmiulotteisen muodon. Kullakin erillisellä poikkileikkausalueella on määritellyet kaksiulotteiset rajat, ja kullakin alueella voi tietenkin 20 olla pelkästään sille ominaiset rajat. Kunkin kerroksen paksuus (akselin 72 suuntainen dimensio) on suositeltavim-min vakio.

Menetelmässä ensimmäinen annos jauhetta 22 kerrostetaan kohdealueelle 26 ja sintrataan selektiivisesti 25 lasersäteellä 64 ensimmäisen sintratun kerroksen 54 (kuvio 2) tuottamiseksi. Ensimmäinen sintrattu kerros 54 vastaa halutun kappaleen ensimmäistä poikkileikkausaluetta. Lasersäde sintraa selektiivisesti vain sen kerrostetun jauheen 22, joka on määriteltyjen rajojen sisäpuolella.

30 Tietenkin on olemassa vaihtoehtoisia menetelmiä jauheen 22 sintraamiseksi selektiivisesti. Eräs menetelmä on säteen kohdistuspisteen suuntaaminen "vektorin" tavoin, ts. siten, että säde jäljentää halutun kappaleen kunkin poikkileikkausalueen ääriviivat ja sisäosan.

35 Vaihtoehtoisesti säteen 64 kohdistuspistettä pyyhkäistään is 84329 toistuvana kuviona ja laseria 12 moduloidaan. Kuviossa 2 käytetään rasteripyyhkäisykuviota 66, joka on edullinen vektoritoimintamuotoon nähden sen toteutuksen yksinkertaisuuden vuoksi. Toinen mahdollisuus on yhdistää vekto-5 ri- ja rasteripyyhkäisymenetelmät niin, että halutut ker roksen rajat jäljennetään vektoritoimintamuodossa ja sisäosa säteilytetään rasteripyyhkäisytoimintamuodossa. Valittuun menetelmään liittyy luonnollisesti seka hyviä että huonoja puolia. Esimerkiksi rasteritoimintamuodossa 10 on vektoritoimintamuotoon verrattuna se haittapuoli, että kaaret ja viivat, jotka eivät ole yhdensuuntaisia lasersäteen 64 rasterikuvion 66 akseleiden 68 ja 70 kanssa, tehdään vain likimääräisesti. Siten kappaleen valmistustarkkuus voi joissakin tapauksissa huonontua, kun kap-15 pale valmistetaan rasterikuviotoimintamuodossa. Raste- ritoimintamuoto on kuitenkin edullinen vektoritoimintamuotoon nähden toteutuksensa yksinkertaisuudessa.

Palaten kuvioon 1, lasersäteen 64 kohdistuspistettä pyyhkäistään kohdealueella 26 jatkuvassa rasterikuviossa.

20 Yleisesti ottaen ohjain 50 ohjaa galvanometrejää 48 ja 49 rasterikuvion 66 (katso kuvio 2) muodostamiseksi. Peilin 46 siirtoliike ohjaa lasersäteen 64 liikkumista nopean pyyhkäisyn akselilla 68 (kuvio 2), kun taas peilin 47 liike ohjaa lasersäteen 64 kohdistuspisteen liikettä 25 hitaan pyyhkäisyn akselilla 70.

Säteen 64 kohdistuspisteen asema syötetään ohjaimen 50 kautta takaisin tietokoneelle 40 (katso kuvio 3). Kuten jatkossa yksityiskohtaisemmin kuvataan, tietokoneella 40 on käytettävissään tiedot, jotka liittyvät silloin val-30 mistettavana olevan kappaleen haluttuun poikkileikkaus- alueeseen. Toisin sanoen annos irtonaista jauhetta 22 levitetään kohdealueelle 26, ja lasersäteen 64 kohdistuspistettä liikutetaan jatkuvassa rasterikuviossaan. Tietokone 40 moduloi laseria 12 lasersäteen tuottamiseksi selek-35 tiivisesti halutuilla jaksoilla rasterikuviossa 66. Tällä i4 84329 tavalla laserin 12 suunnattu säde sintraa selektiivisesti jauhetta 22 kohdealueella 26 halutun sintratun kerroksen tuottamiseksi halutun poikkileikkausalueen määriteltyjen rajojen mukaan. Tämä prosessi toistetaan kerros kerroksel-5 ta yksittäisten kerrosten sintrautuessa yhteen koossa pysy vän kappaleen - esimerkiksi kuvion 2 kappaleen 52 - tuottamiseksi .

Kuviossa 1 kuvatun laserpään 30 suhteellisen alhaisen antotehon vuoksi jauhe 22 on muovimateriaalia (esimer-10 kiksi ABS-muovia), jolla on useimpiin muihin muoveihin nähden alhainen sulamislämpö, mikä on soveliasta pienitehoista laseria käytettäessä. Monenlaiset jälkikäsittelyt keksinnön laitteella 10 valmistetuille kappaleille ovat mahdollisia. Jos valmistettua kappaletta on tarkoitus 15 käyttää esimerkiksi vain prototyyppimallina tai muottina hiekkavalussa tai vahamallikaavauksessa, niin silloin jälkikäsittely ei ehkä ole tarpeen. Joissakin tapauksissa valmistettujen kappaleiden tietyt pinnat voi olla suunniteltu tiukkoihin toleransseihin, jolloin on suoritettava jonkin-20 lainen jälkikäsittelytyöstö. Vaihtoehtoissti jotkut valmis- tetyypit voivat vaatia tiettyjä materiaalisia ominaisuuksia, jotka voidaan kehittää kappaleen lämpökäsittelyllä ja/tai kemiallisella käsittelyllä. Esimerkiksi jauheen 22 hiukkaskoko voisi olla sellainen, että valmistettava kappa-25 le on avoimesti huokoinen, ja epoksi tai vastaava materiaa li, jota ruiskutetaan kappaleeseen, voisi kehittää halutut materiaaliset ominaisuudet, esimerkiksi puristuslujuuden, kulumiskestävyyden, homogeenisuuden jne.

Useiden jauheen 22 ominaisuuksien on havaittu 30 parantavan menetelmän toimintaa. Ensiksi energian absorp tiota jauheeseen voidaan säätää lisäämällä väriainetta, esimerkiksi hiilimustaa. Lisäaineen pitoisuuden ja koostumuksen säätäminen säätää jauheen absoroptiokerrointa K. Energian absorptiota hallitsee eksponentiaalinen vaimene-35 missuhde: is 84329 I(z) = I exp (K Z) missä I(z) on valonsäteilyn voimakkuus (teho pinta-alayksikköä kohti) jauheessa etäisyydellä z kohtisuoraan pinnasta mitattuna, I on I:n pinta-arvo (voimakkuus pinnal-5 la) ja K on absorptiokerroin. Absorptiokertoimen K säätä minen ja kerroksen paksuuden säätämienn sellaiseksi, että annettu osuus säteen energiasta absorboituu, antavat mahdollisuuden säätää kokonaisuudessaan prosessissa absorboituvaa energiaa.

10 Toinen tärkeä jauheen ominaisuus on sen hiukkasten muotosuhde (ts. hiukkasen maksimidimension suhde sen mi-nimidimensioon). Toisin sanoen hiukkaset, joilla on tietyt muotosuhteet, pyrkivät käyristymään kappaleen kutistuessa. Hiukkasilla, joilla on pienet muotosuhteet, jotka 15 toisin sanoen ovat lähes pyöreitä, kappaleen kutistuminen on enemmän kolmiulotteista ja tuottaa voimakkaamman käyristymisen. Kun käytetään hiukkasia, joilla on suuret muoto-suhteet (esimerkiksi liuskamaisia tai sauvamaisia hiukkasia) , kutistuminen on ensisijaisesti vertikaalista ja vä-20 hentää tai eliminoi kokonaan kappaleen käyristymisen. Us kotaan, että hiukkasilla, joilla on suuri muotosuhde, on suurempi vapaus mukautua sidosten muodostumisessa, ja hiukkasten väliset liitospinnat suuntautuvat ensisijaisesti vaakasuoriin tasoihin, mistä johtuu kutistumisen 25 tapahtuminen ensisijaisesti vertikaalisessa suunnassa.

Siirtyen nyt kuvioihin 9 ja 10, levitysmekanismin 114 on havaittu tuottavan hallitun, tasaisen jauheker-roksen kohdealueelle 102 vaurioitumatta kappaletta, jota ollaan valmistamassa. Mitattu määrä jauhetta sijoitetaan 30 kohdealueen 102 päätyyn 110. Rumpu 116 on siirretty etääm mälle päädystä 110 silloin, kun jauhe 106 annostellaan. Kuviossa 10 kuvatussa järjstelmässä levyä 130 ja tankoa 120 (sekä niihin liittyviä mekanismeja) nostetaan pystysuunnassa sen jälkeen, kun jauhe on annosteltu valliksi.

35 Levyn 130 liike suppiloa 104 kohti tuo rummun 116 pikin päätyä 110 vedetyn jauhevallin viereen. Rumpu 116 laske- ie 84329 taan koskettamaan jauhevallia, ja se viedään vaakasuorasti kohdepinnan 102 yli jauhevallin levittämseksi sileäksi, tasaiseksi kerrokseksi. Levyn 130 tarkkaa sijaintia pöydän 128 suhteen voidaan teitysti ohjata, niin että rummun 5 116 ja kohdepinnan 102 välistä etäisyyttä voidaan säätää tarkasti halutun paksuuden saamiseksi jauhekerrokselle. Rummun 116 ja kohdealueen 102 välinen etäisyys on suosi-teltavimmin vakio, jolloin liike säilyy yhdensuuntaisena, mutta muitakin etäisyysvaihtoehtoja voidaan käyttää.

10 Kun rumpua 116 liikutetaan vaakasuorasti kohdealueen 102 yli päädystä 110 päätyyn 112, moottori 118 käynnistetään pyörittämään rumpua 116 vastasuuntaan. Kunte kuviosta 9 nähdään, "vastasuuntaan pyörittäminen" tarkoittaa sitä, että rumpua 116 pyöritetään suuntaan R, joka on vas-15 taan rummun 116 vaakasuoran liikkeen suuntaa M kohdealueen 102 yli.

Yksityiskohtaisemmin (kuvio 9) rumpua 116 pyöritetään vastasuuntaan suurella nopeudella sen koskettaessa jauhevallin 106 takareunaa 160. Rummun mekaaninen vaikutus 20 jauheeseen heittää sitä liikkeen suuntaan M, niin että heitetyt hiukkaset putoavat jauheen etureunan 162 alueelle. Kuten kuviossa 9 on kuvattu, rummun 116 taakse (rummun 116 ja päädyn 110 välille) jää sileä, tasainen jauhekerros, kuten osoittaa viitenumero 164.

25 Kuvio 9 kuvaa myös kaavamaisesti, että jauhe 106 voidaan levittää kohdealueelle vaurioittamatta aikaisemmin sintrattua jauhetta 166 tai sintraamatonta jauhetta 168. Toisin sanoen rumpua 116 liikutetaan kohdealueen 102 yli välittämättä leikkausjännityksiä aikaisemmin rakennettui-30 hin kerroksiin ja vaurioittamatta kappaletta sen valmistus vaiheessa. Sellaisten leikkausjännitysten puuttuminen mahdollistaa sileän jauhekerroksen 106 levittämisen hauraalle alustalle kohdealueella, joka sisältää sekä sintrattu-ja hiukkasia 166 että sintraamattomia hiukkasia 168.

i7 8 4 329

Liitäntälaitteisto ja ohjelmisto

Liitäntälaitteisto kytkee toiminnallisesti tietokoneen 40 laseriin 12 ja galvanometreihin 47 ja 48. Tietokoneen 40 käyttöliitäntä (katso kuvioita 1 ja 3) on kytket-5 ty suoraan laserille 12 sen moduloimiseksi selektiviisesti.

Kun laseria 12 käytetään pulssatussa toimintamuodossa, sitä on helppo ohjata digitaalisilla signaaleilla laserin pulssinohjauksen ottoliitäntään. Funktiogeneraattoriohjäin 50 ohjaa galvanometriä 48 säteen ohjaamiseksi nopean pyyh-10 käisyn akselilla 68 riippumatta tietokoneelta 40 tulevista ohjaussignaaleista. Aseman takaisinkytkentäsignaali gal-vanometriltä 48 syötetään kuitenkin jännitekomparaattorille 74, kuten on esitetty kuviossa 3. Komparaattorin toinen otto on kytketty digitaalianalogiamuuntimelle 76, joka 15 ilmaisee tietokoneen 40 käyttöliitännän kuusi vähiten merkitsevää bittiä (bitit 0-5). Kuten kuviossa 3 esitetään, jännitekomparaattorin 74 anto on kytketty tietokoneen 40 käyttöliitännän lippuyhteydelle. Kun jännitekomparaattori toteaa, että galvanometriltä 48 tuleva takaisinkytkentä-20 signaali ylittää digitaalianalogiamuuntimelta 76 tulevan signaalin, singaali lippuyhteydellä putoaa alas aiheuttaen peittämättömän keskeytyksen. Kuten edellä on todettu, peittämätön keskeytys saa tietokoneen 40 käyttöliitännän syöttämään ulos seuraavan datatavun.

25 Lopulta, kuten kuviossa 3 on esitetty, toinen digitaalianalogiamuunnin 78 ohjaa galvanometriä 49, joka ohjaa lasersäteen 64 kohdistuspistettä hitaan pyyhkäisyn akselilla 70. Digitaalianalogiamuunninta 78 ohjaa laskuri 79, joka kasvaa jokaisella lasersäteen 64 kohdistuspisteen 30 pyyhkäisyllä nopean pyyhkäisyn akselilla 68. Kahdeksanbit tinen laskuri on suunniteltu vuotamaan yli 256 pyyhkäisyn jälkeen nopean pyyhkäisyn akselilla 68 uuden jakson tai rasterin pyyhkäisykuvion 66 aloittamiseksi.

Ensisijaisesti ohjaustiedot (ts. poikkileikkaus-35 alueiden määritellyt rajat) sisältävän datan kullekin ie 84329 rasterikuviolle 66 määrittää CAD-järjestelmä, jolle on annettu valmistettavan kappaleen kaikki mitat ja muoto.

Joko ohjelmoituna tai johdettuna ohjaustiedot sisältävä data kullekin rasterikuviolle 66 tallennetaan tietoko-5 neen muistiin sarjana kahdeksanbittisiä sanoja. Data edustaa muodoltaan laserin 12 "päällä"- ja "pois"-alueiden kuviota säteen 64 kohdistuspisteen rasterikuviota 66 pitkin kulkeman matkan suhteen. Data tallennetaan "käänne-piste " -muotoisena , jolloin data edustaa sitä etäisyyttä 10 pitkin kutakin pyyhkäisykuviota 66, jolla laseria modu loidaan (ts. kytketään päältä pois tai takaisin päälle). Vaikka "bittikartta"-muotoa voitaisiin käyttää, käänne-pistemuoto on havaittu tehokkaammaksi valmistettaessa suurta tarkkuutta edellyttäviä osia.

15 Kussakin kahdeksanbittisessä sanassa kuusi vähiten merkitsevää bittiä (bitit 0-5) edustavat seuraavan käänne-pisteen sijaintia, ts. seuraavaa paikkaa, jossa laseria 12 moduloidaan. Seuraaba bitti (bitti 6) ilmoittaa, onko laser päälle- vai poiskytkettynä välittömästi ennen kään-20 nepistettä, jonka kuusi vähiten merkitsevää bittiä määrää vät. Eniten merkitsevää hbittiä (MSB tai bitti 7) käytetään silmukointiin ja ohjaamaan säteen 64 kohdistuspistettä hitaan pyyhkäisyn akselilla 70. Koska Commodore 64:ssä on rajoitettu muisti, tarvittiin silmukointia, vaikka on 25 selvää, että tietokone 40, jossa on enemmän muistia, ei vaadi silmukointia.

Kuvio 6 esittää datanannosteluohjelman vuokaavion. Datanannosteluohjelma ajetaan, milloin hyvänsä lippuyh-teyden signaali putoaa alas aiheuttaen peittämättömän 30 keskeytyksen (katso kuvio 3). Keskeytys saa tietokoneen 40 mikroprosessorin hakemaan kahden tavun keskeytysvekto-rin, joka osoittaa muistipaikan, johon ohjelman ohjaus siirretään keskeytyksen tullessa. Kuten kuviossa 6 esitetään, datanannosteluohjelma tallentaa ensiksi rekisterit 35 pinomuistiin ja lataa sitten seuraavan datatavun akkuun.

i9 84329

Datasana syötetään myös käyttöliitäntään, ja sen kuudetta bittiä käytetään moduloimaan laseria \2 (kuvio 3).

Kuten kuviossa 6 on esitetty, akue-a olevan data-sanan eniten merkitsevää bittiä (MSB tai bitti 7) tutki-5 taan. Jos eniten merkitsevän bitin arvo on yksi, se tar koittaa, että silmukan loppua ei ole saavutettu; siksi osoitinta kasvatetaan, pinomuistia puretaan rekistereihin ja datanannosteluohjelmasta poistutaan ohjauksen palautuessa mikroprosessorille kohdassa, jossa keskeytys 10 on tapahtunut. Jos eniten merkitsevä bitti akussa on nol la, datasana on silmukan viimeinen sana. Jos datasana on silmukan viimeinen sana, seuraava bitti muistissa on sil-mukkalaskuri, ja seuraavat kaksi tavua muodostavat vektorin, joka osoittaa silmukan alkuun. Kuten kuviosta 6 voi-15 daan nähdä, jos eniten merkitsevä bitti on nolla (silmu kan loppu), silmukkalaskuria (seuraava bitti) vähennetään ja analysoidaan. Jos silmukkalaskuri on edelleen suurempi kuin nolla, osoitin saa arvon kahdesta silmukkalaskuria seuraavasta muistin tavusta, pinomuistia pure-20 taan rekistereihin ja ohjelman ohjaus palaa koskeytyskoh- taan. Jos silmukkalaskuri toisaalta on nolla, osoitinta lisätään kolmella ja silmukkalaskurin arvoksi asetetaan kymmenen, ennen kuin poistutaan ohjelmasta. On huomattava, että tällaisen silmukoinnin tarve vältetään, jos tie-25 tokoneen 40 muistin koko on riittävä.

Esimerkki

Kuvioissa 4 ja 5 on kuvattu esimerkkikappale 52. Kuten piirustuksista voidaan nähdä, esimerkkikappaleella 52 on epätavallinen muoto sikäli, että se ei ole symmet-30 rinen, ja se olisi vaikea valmistaa tavanomaisia työstö menetelmiä käyttäen. Vertailutarkoituksessa kappale 52 sisältää ulkoisen runkorakenteen 80, jossa on sisällä syvennys 82 ja syvennyksessä pylväs 84 (katso kuvio 4). Kuvio 5 esittää kappaletta 52 rajoittavan rakenteen 28 35 sisällä, joka määrittelee kuviossa 1 kuvatun kohde- 20 8 4 329 alueen 26. Kuten kuviosta 1 nähdään, osa jauheesta 22 on irtonaista, kun taas loppuosa jauheesta on sintrattu selektiivisesti muodostamaan kappaleen 52 rakenne. Kuvio 5 on esitetty vertikaalisena poikkileikkauksena osia mur-5 rettuna pois ja osittain haamukuvaksi piirrettynä kappa leen 52 sintrattujen osien havainnollistamiseksi.

Kuvio 7 kuvaa vaakatasossa kuvion 4 kohdasta 7-7 otettua poikkileikkausaluetta. Kuvio 7 esittää yksittäistä kerrosta 86, joka vastaa valmistettavan kappaleen 10 tiettyä poikkilei kkausaluetta. Sinänsä kuvion 7 sintrat tu kerros 86 on yhden, kuviossa 2 kuvatun, rasterikuvion 66 tuote.

Vertailutarkoituksessa pyyhkäisyviiva sintratun kerroksen 86 yli on varustettu merkinnällä "L". Kuvio 8 15 kuvaa ohjelmiston ja laitteiston toimintaa pyyhkäisyn L

aikana. Ylin piirros esittää nopean akselin galvunomet-riltä 48 saatua takaisinkytkentäs.ignaalia ja ensimmäisen digitaalianalogiamuuntimen 76 antosignaalia (vertaa kuviota 3). Jännitekomparaattori 74 kehittää antosignaa-20 Iin tietokoneen 40 lippuyhteydelle joka kerta, kun takai- sinkytkentäsignaali ja ensimmäisen D/A-muuntimen antosig-naali kohtaavat.

Kuvion 8 ylimmässä piirroksessa nämä kohdat on varustettu merkinnällä T käännepisteiden esittämiseksi. Ku-25 ten kuvion 8 alimmasta piirroksesta voidaan nähdä, lippu- yhteys kehittää peittämättömän keskeytyksen vastaten jokaista käännepistettä T. Kunkin datasanan kuudes bitti analysoidaan, ja laserin 12 kulloinenkin tila saatetaan vastaamaan bitin arvoa. Kuvion 8 toiseksi alimmainen 30 piirros esittää laserin modulointisignaalia kuvion 7 pyyh- käisyllä L. Kuvion 8 toiseksi ylin piirros osoittaa, että eniten merkitsevän bitin nouseva reuna tulee vastaan lasersäteen 64 kohdistuspisteen kunkin pyyhkäisyn lopussa nopean pyyhkäisyn akselilla 68. Kuten kuvioissa 3 ja 6 35 on esitetty, laskuri 79 kasvaa nousevalla reunalla ja 2i 84329 syöttää signaalin toiselle digitaalianalogramuuntimelle 78 hitaan akselin galvanometrin 49 ohjamiseksi.

Kuten piirustukissa kuvatusta esimerkistä voidaan nähdä, muodoltaan mutkikas kappale voidaan valmistaa suh-5 teellisen helposti. Alan asiantuntijat havaitsevat, että kuviossa 4 kuvattu kappale 52 olisi vaikea valmistaa tavanomaisia työstömenetelmiä käyttäen. Erityisesti työstökoneen rajoitettu pääsy ahtaisiin paikkoihin tekisi syvennyksen 82 ja pylvään 84 valmistamisen vaikeaksi, ellei mahdot-10 tomaksi, jos kappale 52 olisi suhteellisen pientä kokoa.

Pääsyongelman välttämisen lisäksi on huomattava, että valmistuksen tarkkuus ei riipu työstökoneen kulumisesta eikä tavanomaisissa työstökoneissa olevien mekaanisten osien valmistustarkkuudesta. Toisin sanoen keksinnön mene-15 telmällä ja laitteella valmistettujen kappaleiden tarkkuus ja toleranssit ovat ensisijaisesti elektroniikan, optiikan ja toteuttavan ohjelmiston laadun funktio. Lämmönsiirto ; materiaalinäkökohdat vaikuttavat tietenkin saavutettaviin toleransseihin.

20 Alan asiantuntijat ovat tietoisia siitä, että tavan omaiset työstömenetelmät edellyttävät huomattavaa ihmisen suorittamaa arviointia ja puuttumista työn suoritukseen. Esimerkiksi sellainen tavanomainen työstömenetelmä kuin jyrsintä edellyttää luovuutta tehtäessä päätöksiä esimer-25 kiksi työkalun valinnasta, kappaleen lohkomisesta, työstöjen järjestyksestä jne. Sellaiset päätökset voivat olla vielä tärkeämpiä tuotettaessa ohjausnauhaa nauhaohjatulle jyrsinkoneelle. Keksinnön laite toisaalta edellyttää vain valmistettavan kappaleen kuhunkin poikkileikkausalueeseen 30 liittyviä tietoja. Vaikka sellaiset tiedot voidaan helposti ohjelmoida tietokoneelle 40, tietokone 40 sisältää suosi-teltavimmin CAD/CAM-järjestelmän. Tämä tarkoittaa sitä, että tietokoneen 40 CAD/CAM-osalle annetaan valmistettavan kappaleen kaikki mitat ja muoto, ja tietokone 40 mää-35 rää kappaleen kunkin yksittäisen poikki leikkausalueen rajat.

22 84329

Siten valtavaa määrää kappaletta koskevia tietoja voidaan tallentaa ja syöttää tietokoneelle 40 valikoivasti. Laite 10 valmistaa valitun kappaleen tarvitsematta asetusaikaa, erityisiä työkaluja kappaletta varten tai 5 ihmisen puuttumista asiaan. Jopa mutkikkaat ja kalliit muotit, jotka liittyvät jauhemetallurgiaan ja tavanomaisiin valumenetelmiin, vältetään.

Kun suuret valmistussarjat ja tiettyjen osien materiaaliset ominaisuudet saattaa olla edullisinta 10 tuottaa tavanomaisia valmistusmenetelmiä käyttäen, keksin nön menetelmä ja laite 10 ovat käyttökelpoisia monissa yhteyksissä. Erityisesti prototyyppimallien ja valumuottien valmistaminen on helppoa ja halpaa. Esimerkiksi hiekkavalussa, vahamallikaavauksessa ja muissa valumene-15 telmissä käytettävät muotit on helppo valmistaa. Lisäksi silloin, kun halutut määrät ovat hyvin pieniä, kuten esimerkiksi vanhentuneiden varaosien kohdalla, sellaisten varaosien valmistamisella keksinnön laitetta 10 käyttäen on monia etuja. Lopulta laitteen 10 käyttö voi olla hyö-20 dyllistä silloin,, kun valmistuslaitteiden koko on tär kein rajoittava tekijä, esimerkiksi laivassa tai ulkoavaruudessa .

II

Claims (16)

23 84329

1. Laite kappaleen valmistamiseksi, tunnet-t u siitä, että se sisältää: 5 laserlaitteen lasersäteen lähettämiseksi selektii visesti; rakenteen kohdealueen aikaansaamiseksi kappaleen valmistamista varten; laitteen jauhekerroksen levittämiseksi sanotulle 10 kohdealueelle; laserin ohjauslaitteen lasersäteen kohdistuspis-teen liikuttamiseksi ja laserin moduloimiseksi sintraa-maan selektiivisesti kappaleen halutun poikkileikkauspinnan mukaan ja määriteltyjen rajojen sisäpuolella sanotul-15 le kohdealueelle levitetyn jauhekerroksen, ohjauslaitteen toteuttaessa useiden peräkkäisten jauhekerrosten selektiivisen sintraamisen vastaavien määriteltyjen rajojen sisäpuolella, jolloin saavutetaan jauhekerroksen selektiivinen sintraus edellisen kerroksen 20 sintrattuun osaan kappaleen tuottamiseksi, joka sisältää useita yhteen sintrattuja kerroksia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ohjauslaite sisältää laitteen lasersäteen kohdistuspisteen suuntaamiseksi sanotulla koh- 25 dealueella sekä laitteen laserin moduloimiseksi kääntä mällä säde päälle ja pois päältä kohdealueella olevan jauheen sintraamiseksi selektiivisesti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että suuntauslaite liikuttaa lasersä- 30 teen kohdistuspistettä pyyhkäisyrasterissa kohdealueella.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että suuntauslaite sisältää pyyhkäisy-järjestelmän lasersäteen kohdistuspisteen liikuttamiseksi sanotulla kohdistusalueella toistuvana kuviona.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n - 24 8 4 32 9 n e t t u siitä, että se sisältää laitteen säädetyn lämpöisen ilman suuntaamiseksi kappaleeseen kappaleen lämpötilan tasoittamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n -5 n e t t u siitä, että ohjauslaite sisältää tietokoneen ja liitäntälaitteiston lasersäteen kytkemiseksi päälle ja pois päältä, kun säteen kohdistuspiste liikkuu kohdealueella.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n - | 10. e t t u siitä, että jauheenlevityslaite sisältää suppilon jauheen vastaanottamiseksi, mitoitetun suuaukon jauheen ohjaamiseksi kohdealueelle ja vastasuuntaan pyörivän rummun, jota liikutetaan kohdealueen yli jauheen levittämiseksi kohdealueelle.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tun nettu siitä, että levityslaitteen sisältämä jauhe on muovi-, keraami-, polymeeri- tai metallijauhetta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää laitteen sint- 20 rattavan jauheen lämpötilan tasoittamiseksi kohdealueella, joka laite sisältää tukirakenteen, joka määrittelee kohdealueen ja sisältää ilman läpäisevän huokoisen aineen ja tyhjän tilan ilman kulun suuntaamiseksi poispäin kohdealueesta aineen 25 läpi; laitteen ilman suuntaamiseksi kohdealueelle; ja laitteen ilman lämpötilan säätämiseksi, ennenkuin se saavuttaa kohdealueen.

10. Menetelmä kappaleen valmistamiseksi, t u n -30 n e t t u siitä, että se sisältää vaiheet, joissa: kerrostetaan ensimmäinen annos jauhetta kohdealueelle; pyyhitään suunnatun energiasäteen kohdistuspistet-tä kohdepinnan yli; 35 sintrataan ensimmäisen jauheannoksen muodostama II 25 8 *329 ensimmäinen kerros, joka vastaa kappaleen ensimmäistä poikkileikkausaluetta, käyttämällä sädettä, kun säteen kohdistuspiste on sanotun ensimmäisen poikkileikkaus-alueen määritteleminen rajojen sisäpuolella; 5 kerrostetaan toinen annos jauhetta ensimmäiselle sintratulle kerrokselle; pyyhitään suunnatun energiasäteen kohdistuspistet-tä ensimmäisen sintratun kerroksen yli; sintrataan toisen jauheannoksen muodostama toinen 10 kerros kappaleen toista poikkileikkausaluetta vastaavasti käyttämällä sädettä, kun säteen kohdistuspiste on sanotun toisen poikkileikkausalueen määritteleminen rajojen sisäpuolella, ensimmäisen ja toisen kerroksen liittyessä toisiinsa sanotun toisen kerroksen sintraamisen aikana; ja 15 kerrostetaan seuraavat jauheannokset aikaisemmin sintrattujen kerrosten päälle, ja kunkin seuraavan annoksen muodostama kerros sintrataan kappaleen tuottamiseksi, joka sisältää useita sintrattuja kerroksia.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi vaiheet, joissa: ohjauslaite kytketään toiminnallisesti suunnattua energiaa tuottavaan mekanismiin; ja toimitetaan ohjauslaitteelle kappaleen kunkin 25 poikkileikkausalueen rajat.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vielä vaiheet, joissa: otetaan käyttöön ohjauslaite, jossa on tietokone; 30 ja toimitetaan kappaleen kaikki mitat tietokoneelle tietokoneen määrätessä kappaleen kunkin poikkileikkaus-alueen rajat.

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että pyyhkimis- ja sintraamisvai- 26 8 4 329 heet sisältävät vaiheet, joissa säteen kohdistuspistettä liikutetaan pyyhkäisyrasterissa ja kytketään säde päälle, kun kohdistuspiste tulee rajojen sisälle, ja pois päältä, kun kohdistuspiste poistuu rajojen sisältä.

14. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää kappaleen kyllästämisen liima-aineella.

15. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhetta kerrostetaan kohde- 10 pinnalle jatkuvasti.

16. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerrostusvaihe sisältää ala-vaiheet, joissa: jauhevalli annostellaan kohdepinnan toisen päädyn 15 viereen; ja vastasuuntaan pyörivää rumpua liikutetaan sanotusta toisesta päädystä kohdepinnan toiseen päätyyn koskettaen jauhevallia ja jättäen jauhekerroksen liikkuvan rummun taakse. 27 8 4 329