HU209081B - Berendezés és eljárás háromdimenziós munkadarab előállítására por alapanyag szelektív tömbösítésével, valamint berendezés tárgyfelületre kijuttatott por anyag réteges szétterítésére - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya berendezés és eljárás háromdimenziós munkadarab előállítására por (22) alapanyag szelektív tömbösítésével. A berendezés az előállítandó munkadarabot tartó tárgyfelülettel (26), a por (22) alapanyagot a tárgyfelületre (26) kijuttató, a tárgyfelület (26) fölött elrendezett adagolószerkezettel, a tárgyfelülethez (26) képest rögzítetten elhelyezett, lézernyalábot (64) kibocsátó lézerforrással (12), a lézernyalábot (64) a tárgyfelületre (26) irányító, lencséket (36, 38) és tükröket (46, 47) tartalmazó, a lézerforrás (12)

Description

és a tárgyfelület (26) közé iktatottan működtetőelemeken mozgathatóan felszerelt optikai elemekkel, az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényeinek paramétereit és a lézernyalábbal (64) a tárgyfelületet (26) végigpásztázó optikai elemeket mozgató működtetőelemeket vezérlő programot tartalmazó számítógéppel (40), és a lézerforrás (12) az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelően elektromosan be- és kikapcsoló egységgel (32) rendelkezik, amely csatlakozó felületen át a számítógéppel (40) áll összeköttetésben, és a tárgyfelületre (26) kijuttatott por (22) alapanyagot előmelegítő gázáramot hevítő fűtőegységgel, és ahhoz csatlakoztatott, a gázáram tárgyfelületre (26) irányításával a por (22) alapanyag hőmérsékletét beállító egységgel van ellátva.

Az eljárás során az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét alkotó por (22) alapanyag réteget tárgyfelületre (26) juttatunk, a tárgyfelületet (26) lézernyalábbal (64) végigpásztázzuk és a port (22) a létrehozandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelő területen hő alkalmazásával megolvasztva tömbösítjük és ezzel az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét létrehozzuk, ezt követően az első hőkezelt rétegre következő por (22) alapanyag réteget juttatunk és azt az ismertetett módon tömbösítjük és ezzel létrehozzuk az előállítandó munkadarab következő keresztmetszeti szelvényét, és ezzel egyidőben az előző réteggel is tömbösítjük, és a munkadarabot az ismertetett módon rétegenként tömbösítjük. Az egyes rétegeket alkotó port (22) megolvasztása előtt a megolvasztott és a megolvasztandó por (22) részek hőmérsékletkülönbségének befolyásolására olvadáspont alatti hőmérsékletre hevítjük.

A találmány tárgya továbbá tárgy felületre kijuttatott por (22) anyag réteges szétterítésére szolgáló berendezés, amelynek a tárgyfelület (26) fölött, attól távközzel elválasztottan és a tárgyfelület mentén végigmozgathatóan elrendezett terítőeleme van, és a tárgyfelület (26) egyik végére kijuttatott port (22) szétterítő terítőelemet dob alkotja, amely haladási irányával ellentétes irányban forgathatóan ágyazva mozgatószerkezeten van felszerelve.

A találmány tárgya berendezés és eljárás háromdimenziós munkadarab előállítására por alapanyag szelektív tömbösítésével. A berendezés az előállítandó munkadarabot tartó tárgyfelülettel, a por alapanyagot a tárgyfelületre kijuttató, a tárgyfelület fölött elrendezett adagolószerkezettel, a tárgyfelülethez képest rögzítetten elhelyezett, lézernyalábot kibocsátó lézerforrással, a lézernyalábot a tárgyfelületre irányító, lencséket és tükröket tartalmazó, a lézerforrás és a tárgyfelület közé iktatottan működtetőelemeken mozgathatóan felszerelt optikai elemekkel, az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényeinek paramétereit és a lézernyalábbal a tárgyfelületet végigpásztázó optikai elemeket mozgató működtetőelemeket vezérlő programot tartalmazó számítógéppel, és a lézerfonást az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelően elektromosan be- és kikapcsoló egységgel rendelkezik, amely csatlakozó felületen át a számítógéppel áll összeköttetésben. Az eljárás során az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét alkotó por alapanyag réteget tárgyfelületre juttatunk, a tárgyfelületet lézernyalábbal végigpásztázzuk és a port a létrehozandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelő területen hő alkalmazásával megolvasztva tömbösítjük és ezzel az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét létrehozzuk, ezt követően az első hőkezelt rétegre következő por alapanyag réteget juttatunk és azt az ismertetett módon tömbösítjük és ezzel létrehozzuk az előállítandó munkadarab következő keresztmetszeti szelvényét, és ezzel egyidőben az előző réteggel is tömbösítjük.

A találmány tárgya továbbá tárgyfelületre kijuttatott por anyag réteges szétterítésére szolgáló berendezés, amelynek a tárgyfelület fölött, attól távközzel elválasztottan és a tárgyfelület mentén végigmozgathatóan elrendezett terítőeleme van.

A hagyományos munkadarab- és alkatrészgyártó eljárásokkal összefüggő gazdasági előnyök főleg közvetlenül az így előállítható munkadarab mennyiségre és az elkészített munkadarab kívánt anyagjellemzőinek megbízhatóságára irányulnak. Például a nagyipari öntési és hengerlési eljárások általában költségigényesek, ugyanakkor ezek a termelési módszerek alapjában alkalmatlanok kis mennyisége, például pótlások vagy prototípusok előállítására. Számos ilyen hagyományos munkadarab előállító eljárás igen drága gyártószerszámot igényel. Még a porkohászati technika is külön edényeket igényel a por alapanyag alakítására, ily módon gazdaságtalanná, szinte lehetetlenné téve néhány munkadarab előállítását.

Ha csupán egy vagy néhány munkadarabra van szükség, akkor az ilyen feladatok megoldásánál előtérben állnak a hagyományos gyártási módszerek, beleértve a forgácsoló gépi megmunkáló eljárásokat is. Néhány anyagforgácsoló eljárásban a kiindulási alapanyag tömbről a felesleges anyagmennyiséget egyszerűen leválasztják, és így állítanak elő komplex alakzatokat. A leválasztó gépi megmunkáló módszerek közül megemlíthetjük a marást, a fúrást, köszörülést, esztergálást, lángvágást, elektroeróziós megmunkálást, stb. Ezek a hagyományos gépi forgácsoló megmunkálások igen hatékonyak a kívánt munkadarab előállítására, ugyanakkor számos hátránnyal rendelkeznek.

Elsősorban a hagyományos gépi megmunkáló eljárások igen nagy mennyiségű hulladékot termelnek. Másodszor, ezek a gépi megmunkálási eljárások általában igen sok kezdeti anyagi ráfordítást igényelnek a megfelelő berendezés és szerszám üzembehelyezésé2

HU 209 081 Β hez. Mint ilyen, az üzembehelyezési idő nem csupán drága, hanem nagy szakértelmet és gyakorlatot követel meg az üzembehelyezőtől. Ezek a problémák természetesen élesebben jelentkeznek akkor, ha csupán egy vagy csak néhány munkadarab előállításáról van szó.

Az ismert hagyományos gépi megmunkálási technikákkal összefüggő további nehézség a szerszám kopásában jelentkezik, amely nem csupán a csere költségét foglalja magában, hanem a szerszám kopásával egyidejűleg csökkenti a gépi megmunkálás pontosságát is. Ugyancsak határt szab a gépi megmunkálás pontosságának és az így előállított munkadarab tűrésének a szóbanforgó megmunkálógép meglévő tűrési pontossága is. Például egy hagyományos marógépen vagy esztergán a vezetőcsavarok és megvezetések mindenképpen bizonyos ráhagyással, tűréssel készültek, amely már önmagában meghatározza a szóbanforgó megmunkálógéppel elérhető pontosságot. A pontosság, illetve a megmunkálás során elért tűrés értéke a megmunkálóberendezés életkorával arányosan csökken.

A hagyományos gépi megmunkálóberendezésekkel összefüggő további nehézséget az jelenti, hogy számos munkadarab alakzat előállítása nehézkes, vagy egyszerűen lehetetlen. Ez azért van így, mert a hagyományos gépi módszerek leginkább szimmetrikus alkatrészek gyártására lettek kifejlesztve, ahol csupán a munkadarab külső részének megmunkálását végezték el. Azonban szokatlan alakú munkadarab, vagy belső üregekkel rendelkező munkadarab megmunkálására ezek a megmunkálóberendezések vagy alkalmatlanok, vagy pedig a megmunkálás érdekében a munkadarabokat több részre kell bontani, külön-külön megmunkálni, majd a már megmunkált munkadarabokat összeilleszteni és rögzíteni. Számos esetben pedig azért nem lehet a munkadarab kívánt alakját létrehozni, mert a megmunkálóberendezés egyszerűen nem alkalmas arra, hogy a kívánt műveleteket a munkadarabba benyúlva annak belsejében is végrehajtsa. Ily módon a vágószerszám mérete és konfigurációja számos esetben nem teszi lehetővé, hogy a munkadarab kívánt alakját létrehozhassuk.

Természetesen ismertek más gépi megmunkáló eljárások is, például galvanizálás, bevonás, néhány hegesztőeljárás, amelyben anyagot juttatunk a kiinduló munkadarab hordozójára. Az utóbbi években több, additív jellegű gépi eljárás fejlődött ki, amelyek lézersugarat használnak fel arra, hogy a kiindulási hordozóra a szükséges anyagmennyiséget felvigyék. Ilyen típusú eljárást, illetve berendezést ismertetnek a 4 117 302, a 4 474 861, a 4 300 474 és a 4 323 756 lajstromszámú US szabadalmi leírások. A lézer újabban történő felhasználása elsősorban arra szorítkozik, hogy az előzőleg gépi megmunkálással előkészített munkadarabra járulékos réteget olvasztanak a lézernyaláb segítségével. Az ilyen lézeres öntési eljárást gyakran azért alkalmazzák, hogy néhány olyan metallurgiai tulajdonságot biztosítsanak a munkadarabnak, amely csupán ilyen bevonatot biztosító eljárással valósítható meg. Az ismert eljárásokra jellemző módon az ilyen lézerbevonatos megmunkálások során a kiinduló munkadarab forog, és a lézernyaláb rögzített pontra irányul, míg a bevonatot alkotó anyagot a munkadarab felületére szórják úgy, hogy a lézernyaláb ezt a rászórt anyagot olvasztja rá a munkadarab felületére.

Ennek a technikának a továbbfejlesztését képviseli az US 4 247 508 számú szabadalmi leírásban ismertetett eljárás és az azt megvalósító berendezés. Az eljárás a háromdimenziós munkadarabot egymás után rétegenként állítja elő, az egyes rétegek szelektív megolvasztásával. Ennek során egy rácsszerű formába por alakban kijuttatja az alapanyag port és az azt helyzetében megtartó kitöltőanyag port, és ezt a műveletet minden rétegben megismétli. Az elhelyezett alapanyag por így az elkészítendő munkadarab keresztmetszeti szelvényeit alkotja az egyes rétegekben, és az összeállított forma egybedolgozása, összeszinterelése során egységes munkadarab alakul ki.

Az eljárást megvalósító berendezésnek poranyagot tárgyfelületre kijuttató eszközei, a tárgyfelületet végigpásztázni képes lézer fényforrása, valamint olyan vezérlőegysége van, amely előre beprogramozottan tartalmazza az előállítandó munkadarab egyes keresztmetszeti szelvényeinek méretinformációit, a vezérlőegységgel kapcsolatban álló tükrei vannak, amelyek a lézer fényforrás által létrehozott nyalábot az előállítandó munkadarab egyes keresztmetszeti szelvényeinek megfelelően mozgatják, és a lézer fényforrást ugyancsak annak megfelelően be-, illetve kikapcsoló engedélyezőegysége van.

Az eljárás hátrányául az róható fel, hogy az egységes munkadarab létrehozása csupán az eljárás utolsó fázisában történik meg, és nehezen biztosítható a teljes keresztmetszetre vonatkozó azonos paraméterek kialakítása, illetve ellenőrzése. Ez helyi gyenge pontokhoz, előre programozott törési helyekhez vezethet, amit csak úgy lehet kivédeni, hogy a végső egységesítési lépésben alkalmazott hőt és időt túlméretezzük.

A találmánnyal célunk egyrészt olyan eljárás, másrészt olyan berendezés létrehozása, amellyel háromdimenziós munkadarabokat az ismert megoldások előnyeinek megtartásával, azonban hiányosságaiknak kiküszöbölésével tudunk egyszerűbben, gyorsabban, a teljes munkadarab keresztmetszeten egyenletes paraméterekkel előállítani. Részben ezt is szolgálja az a további kitűzött cél, hogy az egyes keresztmetszeti szelvényeket alkotó rétegeket egyenletes vastagsággal és tömörséggel juttassuk ki a munkadarab előállítását segítő tárgyfelületre.

Felismertük, hogy akkor kapunk „egyenszilárdságú” munkadarabot, ha az alakosan kijuttatott por alapanyag tömbösítését nem egyszerre végezzük el, hanem a munkadarabot alkotó egyes keresztmetszeti szelvények rétegenkénti tömbösítésével egyidejűleg a következő, tömbösödő réteget „ránövesztjük” az azt megelőző rétegre, és az egyes rétegeket a lehető legegyenletesebb vastagságban és tömörséggel tudjuk a tárgyfelületen szétteríteni.

A kitűzött feladat megoldása során olyan, por alapanyag szelektív tömbösítésével háromdimenziós munkadarab előállítására alkalmas berendezésből indultunk

HU 209 081 Β ki, amely az előállítandó munkadarabot tartó tárgyfelülettel, a por alapanyagot a tárgyfelületre kijuttató, a tárgyfelület fölött elrendezett adagolószerkezettel, a tárgyfelülethez képest rögzítetten elhelyezett, lézernyalábot kibocsátó lézerforrással, a lézernyalábot a tárgyfelületre irányító, lencséket és tükröket tartalmazó, a lézerforrás és a tárgyfelület közé iktatottan működtetőelemeken mozgathatóan felszerelt optikai elemekkel, az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényeinek paramétereit és a lézernyalábbal a tárgyfelületet végigpásztázó optikai elemeket mozgató működtetőelemeket vezérlő programot tartalmazó számítógéppel, a lézerforrást az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelően elektromosan be- és kikapcsoló egységgel rendelkezik, mely utóbbi csatlakozó felületen át a számítógéppel áll összeköttetésben. Ezt a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy a tárgyfelületre kijuttatott por alapanyagot előmelegítő gázáramot hevítő futőegységgel, és ahhoz csatlakoztatott, a gázáram tárgyfelületre irányításával a por alapanyag hőmérsékletét beállító egységgel van ellátva.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakja értelmében hogy a futőegység a gázáramot a tárgyfelület tartományából elvezető elszívóegységet tartalmaz.

A találmány szerinti berendezés egy további előnyös kiviteli alakja értelmében az elszívóegység a tárgyfelület alatt van elrendezve.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha az adagolószerkezet por alapanyagot kibocsátó kiömlőnyílása a tárgyfelület egyik vége fölött van elrendezve, és a tárgyfelülettel az arra kihelyezett por alapanyagot egyenletes rétegben elterítő, a tárgyfelület mentén végigmozgatott és mozgásirányával ellentétes irányban forgó dob van társítva.

Előnyös továbbá a találmány értelmében, ha a por alapanyag hőmérsékletét beállító egység a gázáramot a tárgyfelületre irányító ventilátort és azt követően a gázáram útjába helyezett, a futőegység által felhevített gázáram hőmérsékletét növelő futőellenállást tartalmaz.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a tárgyfelületet tartóidom támasztja alá.

A kitűzött feladat megoldása során továbbá olyan, por alapanyag szelektív tömbösítésével háromdimenziós munkadarab előállítására alkalmas eljárást vettünk alapul, amelynek során az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét alkotó por alapanyag réteget tárgyfelületre juttatunk, a tárgyfelületet lézernyalábbal végigpásztázzuk és a port a létrehozandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelő területen hő alkalmazásával megolvasztva tömbösítjük és ezzel az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényét létrehozzuk, ezt követően az első hőkezelt rétegre következő por alapanyag réteget juttatunk és azt az ismertetett módon tömbösítjük és ezzel létrehozzuk az előállítandó munkadarab következő keresztmetszeti szelvényét, és ezzel egyidőben az előző réteggel is tömbösítjük, és a munkadarabot az ismertetett módon rétegenként tömbösítjük, és újszerű módon az egyes rétegeket alkotó port megolvasztása előtt a megolvasztott és a megolvasztandó porrészek hőmérsékletkülönbségének befolyásolására olvadáspont alatti hőmérsékletre hevítjük.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja értelmében a por alapanyag megolvasztásához szükséges hőt a porra irányított lézernyalábbal és a por olvadáspontja alatti hőmérsékletre hevítésével együttesen hozzuk létre.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha az egyes rétegeket alkotó port a tárgyfelületen hevítjük.

Előnyös a találmány értelmében továbbá, ha az egyes rétegeket alkotó port a tárgyfelületre irányított forró gázárammal hevítjük.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a tárgyfelületre irányított forró gázáramot elvezetjük a tárgyfelületről.

Előnyös továbbá a találmány értelmében, ha a forró gázáramot a tárgyfelület alól vezetjük el.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha az egyes rétegeket alkotó por hevítését minden egyes réteg tárgyfelületre juttatása után végrehajtjuk.

Előnyös továbbá a találmány értelmében, ha az egyes rétegeket az őket alkotó por hevítése közben juttatjuk ki a tárgyfelületre.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha az egyes rétegeket alkotó por megolvasztás előtti hevítésével a megolvasztott és a megolvasztandó porrészek hőmérsékletkülönbségét csökkentjük.

A találmány szerinti eljárás egy további előnyös foganatosítási módja értelmében a tárgyfelületre juttatott por alapanyag réteget a tárgyfelület fölött forgási irányával ellentétes irányban végigvezetett forgó dobbal egyenletesen szétterítjük a tárgyfelületen.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a dobot a tárgyfelület fölött az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvény rétegvastagságával azonos távközzel mozgatjuk.

Előnyös a találmány értelmében továbbá, ha a dobot a sík tárgyfelület fölött állandó távközzel mozgatjuk.

A kitűzött feladatot ezen túlmenően tárgyfelületre kijuttatott por anyag réteges szétterítésére alkalmas berendezéssel oldottuk meg, amelynek a tárgyfelület fölött, attól távközzel elválasztottan és a tárgyfelület mentén végigmozgathatóan elrendezett terítőeleme van. Javaslatunk értelmében a tárgyfelület egyik végére kijuttatott port szétterítő terítőelemet dob alkotja, amely haladási irányával ellentétes irányban forgathatóan ágyazva mozgatószerkezeten van felszerelve.

A találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakja értelmében a tárgyfelület és a dob közötti távköz állandó.

A találmány szerinti berendezés egy további előnyös kiviteli alakja értelmében a sík tárgyfelület és az azzal párhuzamosan elrendezett dob közötti távköz állandó.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a dob teljes hosszában azonos keresztmetszetű hengerként van kialakítva.

HU 209 081 Β

Előnyös továbbá a találmány értelmében, ha a dob felülete barázdált.

Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a port a tárgyfelület végében kijuttató eszköze a tárgyfelület méretéhez igazított hosszúságú kiömlőnyílással ellátott portartály.

A javasolt eljárás nem kizárólag por alapanyag, hanem más műanyag, fém, polimer, kerámiapor vagy kompozit anyagok tömbösítésére is előnyösen használható.

A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismertetjük részletesebben. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy lehetséges kiviteli alakjának elvi vázlata, a

2. ábra az előállítandó munkadarab rétegelt felépítésének elvi vázlata és a tárgyfelületen meghatározott letapogatási háló mentén mozgatott lézernyaláb mozgásiránya látható,

3. ábra a találmány szerinti berendezés számítógépe, lézerfonása és tükrei közötti fizikai kapcsolat elvi felépítése, a

4. ábra a találmány szerinti eljárással készített példakénti munkadarab axonometrikus képét tüntettük fel, az

5. ábra a 4. ábra szerinti munkadarab részben metszett magyarázó vázlata látható, a

6. ábra a találmány szerinti eljárásban alkalmazott adatmérési program folyamatábrája, a

7. ábra a 4. ábra szerinti munkadarab 7-7 vonal mentén vett metszete, a

8. ábrán a 7. ábra szerinti munkadarab szelvényen egyirányban áthaladó lézernyaláb és az azt mozgató javasolt berendezés vezérlőjelei közötti összefüggést tüntettük fel, a

9. ábra a találmány szerinti berendezés poradagolójának elvi vázlatos keresztmetszete, a

10. ábrán a poradagoló lehetséges kiviteli alakjának vázlatos rajza látható és a

11. ábra a találmány szerinti por hőmérsékletét befolyásoló egység elvi vázlatos keresztmetszetét mutatja.

Áttérve az egyes ábrák ismertetésére, az 1. ábrán a találmány szerinti 10 berendezés egy előnyös, példakénti kiviteli alakját tüntettük fel vázlatosan. A 10 berendezésnek 12 lézerforrása, 14 poradagolója és 16 lézervezérlője van. A 14 poradagolónak az alapanyag 22 port tartalmazó 20 portartálya van, amelynek 24 kiömlőnyílása úgy helyezkedik el, hogy a 22 port az 1. ábrán csupán jelképesen 28 határoló alakzattal jelölt 26 tárgyfelületre juttatja. A 22 por kiadagolására számos egyenértékű változat is elképzelhető.

A 12 lézerfonás egyes alkotóelemei némiképp vázlatosan az 1. ábrán láthatók. A 12 lézerforrás 30 lézerfejet, a 12 lézerforrást az előállítandó 52 munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelően elektromosan be- és kikapcsoló egységként alkalmazott 32 zárat és 34 tükör szerelvényt tartalmaz. Az alkalmazott lézer típusa számos tényezőtől függ, különösen a tömbösítendó 22 por anyagától. Az 1. ábrán bemutatott kiviteli alaknál Nd:YAG lézert alkalmaztunk (típusa: Lesermetrics 9500Q), amely folyamatos vagy impulzus üzemmódban dolgozik, folyamatos üzemmódban 100 watt körüli maximális kimenő teljesítménnyel. A 12 lézerforrás 64 lézernyalábjának hullámhossza hozzávetőleg 1060 nm, ami közel esik az infravörös tartományhoz. Az 1. ábrán bemutatott 12 lézerforrás belső impulzus ütemgenerátort tartalmaz, amely 1—40 kHz frekvenciatartományban megválasztható, hozzávetőlegesen 6 ns impulzushosszúságú kimenőjelet szolgáltat. Akár impulzus, akár folyamatos üzemmódban, a 12 lézerforrás modulálható, azaz be- és kikapcsolható, ily módon szelektíven sugárzó 12 lézerforrást kapunk, amely lényegében az 1. ábrán nyíllal jelölt utat járja be. A 64 lézernyaláb fókuszálása érdekében 36 szórólencse és 38 gyűjtőlencse van a 64 lézernyaláb 1. ábrán feltüntetett útjába helyezve. Ha csak a 38 gyűjtőlencsét használjuk, a fókuszpont tényleges helyzete igen nehezen szabályozható a 38 gyűjtőlencse és a 12 lézerforrás közötti távolság változtatásával. A 36 szórólencse 30 lézerfej és 38 gyűjtőlencse közé helyezésével virtuális fókuszpontot hozunk létre a 36 szórólencse és a 12 lézerforrás között. A 38 gyűjtőlencse és a virtuális fókuszpont közötti távolság változtatásával a tényleges fókuszpont könnyen szabályozható a 64 lézernyaláb által megtett úton, a 38 gyűjtőlencse 30 lézerfejjel ellentétes oldalán. Erre az utóbbi években számos előnyös megoldás született az optika területén, így a 12 lézerforrás 64 lézernyalábjának beállítására és szabályozására számos ismert megoldás alkalmazható.

A 16 lézervezérlő 40 számítógépet és 42 letapogatórendszert tartalmaz. A berendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a 40 számítógép 12 lézerforrást vezérlő mikroprocesszort, valamint adatokat előállító és feldolgozó CAD/CAM rendszert tartalmaz. Az 1. ábrán bemutatott kiviteli alaknál 40 számítógépként széles körben ismert és elterjedt mikroszámítógépet (Commodore 64) használunk, amelynek számunkra lényeges jellemzője a felhasználói csatlakozási felület (interfész) és az NMI jelet (nem maszkolható megszakítás) előállító jel vonal.

Mint az 1. ábrán látható, a 42 letapogatórendszer a lézernyaláb irányát megváltoztató 44 prizmát tartalmaz. Elsősorban a 10 berendezés fizikai kialakítása határozza meg, hogy egyetlen, vagy több 44 prizmát kell alkalmaznunk a 64 lézernyaláb útjának megfelelő irányítására. A 42 letapogatórendszer ezen kívül 46,47 tükröket tartalmaz, amelyek 48, 49 galvanométerekkel állnak összeköttetésben. A 48, 49 galvanométerek a hozzájuk tartozó 46, 47 tükröket elforgathatóan vannak kialakítva, és úgy vannak elrendezve, hogy a 46, 47 tükrök egymásra merőlegesen helyezkedjenek el. 50 jelgenerátoros meghajtó vezérli a 48 galvanométer mozgását, míg a 49 galvanométer a 48 galvanométer mozgásának van alárendelve. Ezek segítségével a 64 lézernyaláb (amelyet az 1. ábrán a nyilak jelölnek) végig mozgatható a 26 tárgyfelület mentén. Az 50 jelgenerátoros meghajtó az 1. ábrán látható módon van a 40 számítógéphez csatlakoztatva. Erre a részmegoldásra is érvényes, hogy a 42 letapogatórendszer megvalósításánál más, ismert letapogatási módszerek és

HU 209 081 Β letapogató berendezések is használhatók, amelyek akusztooptikai letapogatókat, forgó sokszögtükröket és rezonáns tükörletapogatókat tartalmaznak.

A 2. ábrán 52 munkadarab egy részét látjuk, amelyet 54, 57 rétegek alkotnak. A 64 lézernyaláb 66 letapogatási háló mentén mozog. A 64 lézernyaláb megjelölést csupán az irányított energianyaláb jelölése érdekében használjuk, mely kifejezés nem különbözteti meg a 12 lézerforrás modulációs állapotát, azaz azt, hogy a 64 lézernyaláb aktív, bekapcsolt vagy pedig passzív, kikapcsolt állapotú-e. Az egyszerűbb megértés érdekében 68 tengelyt gyors letapogatási tengelynek, 70 tengelyt pedig lassú letapogatási tengelynek nevezzük. 72 tengely az 52 munkadarab felépülésének irányát jelöli.

A 9. és 10. ábrákon a találmány szerinti berendezés 14 poradagolójának egy további lehetséges kialakítása látható. A 64 lézernyaláb 102 tárgyfelületre van fókuszálva (lásd az 1. ábrát). 104 portartály 106 port 108 kiömlőnyíláson keresztül juttatja és adagolja a 102 tárgyfelületre. A rajzon nem látható adagológörgő úgy van a 108 kiömlőnyílásban elhelyezve, hogy forgása révén a szükséges mennyiségű port juttatja ki a 102 tárgyfelület 110 vége vonalában.

114 szintbeállitó szerkezet 126 mozgatószerkezetet tartalmaz, amely 116 dobot mozgat a 102 tárgy felület 110 vége és 112 vége között. A 126 mozgatószerkezet X-Y asztalt tartalmaz, amelyen 120 oszlop függőleges és vízszintes irányban mozog. Ebben az esetben 128 tábla rögzített helyzetű, míg 130 lap a 128 táblához viszonyítva elmozgathatóan van felszerelve.

All. ábra a találmány szerinti berendezésnek a kijuttatott 106 por hőmérsékletét mérő és szabályozó egysége látható. Az előállítandó 52 munkadarab nem kívánt módon zsugorodik, ha a még nem színtereit porrészek és a már színtereit rétegek között jelentős hőmérsékletkülönbség lép fel. Ezért a 102 tárgy felületre irányított, szabályozott hőmérsékletű légáram használatával a nem kívánt hőmérsékletkülönbséget csökkenthetjük. All. ábrán látható 132 gázáramos kezelő egység csökkenti, illetve megszünteti az 52 munkadarab termikus zsugorodását oly módon, hogy hőátadást biztosít a szabályozott hőmérsékletű levegő és a szinterelésre váró porrészecskék legfelső rétege között. Ez a hőátadás megváltoztatja a szinterelendő porrészecskék legfelső rétegének hőmérsékletét, szabályozza a legfelső réteg átlagos hőmérsékletét és elvonja az előállítandó 52 munkadarabból a felesleges hőt, ily módon csökkenti annak hőmérsékletét és megakadályozza, hogy a már kész 52 munkadarab rész beleolvadjon a rájuttatott, de még nem szintereit porba. A belépő levegő hőmérsékletét úgy szabályozzuk, hogy a por lágyulási hőmérséklete feletti, de a szinterelésre jellemző hőmérsékleti pont alatti legyen.

A 132 gázáramos kezelő egység 134 tartóidommal meghatározott 136 tárgy felületet, arra gázáramként levegőt irányító elemeket, valamint a belépő levegő hőmérséketét módosító eszközt, például 142 futőellenállást tartalmaz. A levegőt irányító elemek a 134 tartóidomot körülvevő 138 kamrából valamint 140 és/vagy

141 ventilátorból állnak. A 64 lézernyaláb bejutását a 136 tárgyfelületre 144 ablak teszi lehetővé. Az ábrán fel nem tüntetett poradagoló szerkezet, mint amilyen például az 1. vagy 10. ábrákon is látható 14 poradagoló szerkezet, legalább is részben a 138 kamrában van elhelyezve, hogy a 106 port a 136 tárgyfelületre juttassa. A 134 tartóidom előnyösen 146 szűrőt (például kispórusú papírszűrőt) tartalmaz a méhsejtszerű porózus 148 síklap tetején. A levegőt 152 kijárat a 141 ventilátorral, vagy más levegőt továbbító szerkezeti elemmel van társítva a szükséges depresszió létrehozása céljából.

Jelen találmány az 52 munkadarab rétegenkénti előállításának alapgondolatát hasznosítja. (Ez azt jelenti, hogy az 52 munkadarab nagyszámú, különálló keresztmetszeti szelvényből áll, amelyek együttesen az előállítandó 52 munkadarab háromdimenziós alakját adják ki, lásd leírásunk bevezető részét). Minden egyes keresztmetszeti szelvény kétdimenziós területet határoz meg, és mindegyik keresztmetszeti szelvény egymástól független alakzatú lehet. Célszerű mindenesetre, ha az egyes keresztmetszeti szelvények vastagsága, azaz a bemutatott példánál az 54, 55, 56, 57 réteg vastagsága 72 tengely irányában nézve azonos értékű.

A találmány szerinti eljárás értelmében egy első 22 por adagot 26 tárgyfelületre kihelyezünk, majd a 64 lézernyaláb segítségével szelektíven tömbösítjük és így egy első egybefüggő 54 réteget kapunk (lásd a 2. ábrán). Az első tömbösített 54 réteg az előállítani kívánt 52 munkadarab első keresztmetszeti szelvényének felel meg. A 64 lézernyaláb ilyenkor a 26 tárgyfelületre kihelyezett 22 port csupán meghatározott területen, azaz szelektíven tömbösíti.

A 22 por tömbösítésére más, azonos eredményt szolgáltató eljárások is alkalmazhatók. Jóllehet leírásunkban többször használjuk a „szinterelés” kifejezést is, ebbe a műveletbe más, a 22 port egyetlen egybefüggő testté változtató módszert is beleértünk. Ilyen módszer, ha a 64 lézernyalábot vektorosan, tehát az előállítandó 52 munkadarab minden egyes keresztmetszeti szelvényének körvonala mentén és belső része teljes területén folyamatosan vezetjük végig. Alternatív megoldásként szóba jöhet az a változat is, ahol a 64 lézersugarat 66 letapogatási háló mentén mozgatjuk, amelynek alakja és kiterjedése állandó, és a 12 lézerforrást moduláljuk, tehát bekapcsoljuk és kikapcsoljuk ahhoz, hogy a 66 letapogatási hálón belül az 52 munkadarab keresztmetszeti szelvényének meghatározott területén következzen csak be a 22 por szinterelése. A 2. ábrán a másodikként említett letapogatásos és 12 lézerforrás modulációs változatot mutatjuk be vázlatosan, amely egyszerűségében és gyorsaságában felülmúlja az első, vektoros eljárást. A két változat egymással kombinálható úgy, hogy a keresztmetszeti szelvény meghatározott területét, pontosabban annak körvonalát vektorosan, a terület belsejét pedig a 66 letapogatási háló mentén szintereljük. Mindegyik szinterelési változat számos előnnyel és hátránnyal jár. Például a raszterháló mentén történő 64 lézernyaláb mozgatás esetében összehasonlítva a vektoros módszerrel azok az ívek

HU 209 081 Β és vonalak, amelyek a 68, 70 tengelyek egyikével sem párhuzamosak, csupán csak közelítéssel követhetők nyomon a 64 lézersugárral. így bizonyos esetekben az 52 munkadarab felületi érdességgé túlságosan nagy, ha a szinterelést a 64 lézernyaláb letapogatásos mozgatásával végezzük. Előnye viszont az eljárásnak, hogy megvalósítása a vektoros szintereléssel szemben sokkal egyszerűbb.

Visszatérve az 1. ábrára, a 64 lézernyalábot a 26 tárgyfelületen raszteresen mozgatjuk végig. Ez azt jelenti, hogy az 50 jelgenerátoros meghajtó a 48, 49 galvanométereket vezérli, és így állítja elő a 66 letapogatási hálót (amely a 2. ábrán jobban látható). A 46 tükör eltolásával a 64 lézernyalábot a gyors letapogatási 68 tengelyirányában mozgathatjuk, míg a 47 tükör mozgatásával a 64 lézernyaláb lassú letapogatási 70 tengely mentén történő elmozgatását biztosítjuk.

A 64 lézernyaláb pillanatnyi helyzete az 50 jelgenerátoros meghajtón keresztül a 40 számítógépbe van visszacsatolva (lásd a 3. ábrát). Mint azt később részletesebben ismertetjük, a 40 számítógép szolgáltatja az információt az elkészítendő munkadarab kívánt keresztmetszeti szelvényéhez. Ezek szerint 22 por adagot rájuttatunk a 26 tárgyfelületre, majd a 64 lézernyalábot folyamatosan a 66 letapogatási háló mentén mozgatjuk végig. A 40 számítógép a 12 lézerforrást úgy modulálja, hogy az szelektíven szintereli a 22 port a 26 tárgyfelület kiválasztott területein és így létrehozza az elkészítendő munkadarab aktuális keresztmetszeti szelvényét. Ez az eljárási lépés rétegenként ismétlődik, és az egyes 54-57 rétegek egymással egybeolvadva végső soron kialakítják a kívánt 52 munkadarabot.

Mivel az 1. ábrán látható 30 lézerfej kimenő teljesítménye viszonylag alacsony, a 22 por előnyösen műanyagpor, például ABS műanyagpor, amelynek alacsony olvadási hőmérséklete igazodik a 12 lézerforrás kis teljesítményéhez. A találmány szerinti 10 berendezéssel elkészített 52 munkadarabokat tetszés szerinti alakító eljárással utókezelésnek vethetjük alá. Például, ha az elkészített 52 munkadarabot prototípusként, vagy homoköntvény vagy viaszöntvény szerszámaként kívánjuk felhasználni, akkor utólagos megmunkálásra nincs szükség. Bizonyos esetekben az elkészített munkadarab némelyik felületét a kívánt tűréspontosság érdekében meg kell munkálni, és ekkor a gépi utómegmunkálás elkerülhetetlen. Másik esetben az elkészített 52 munkadarab olyan anyagtulajdonságokat kell felmutasson, amelyek például csak utólagos hőkezeléssel és/vagy vegyi kezeléssel érhetők el. Például a 22 por szemcsemérete akkora lehet, hogy nyitott, porózus szerkezetet ad, és a belsejébe injektált epoxi vagy más anyag biztosítja a kívánt anyagtulajdonságokat, például nyomásszilárdságot, kopásállóságot, homogenitást stb.

A 22 por néhány jellemzője erőteljesen meghatározza az elkészített 52 munkadarab tulajdonságait. így például a 22 por által elnyelt energia festékkel, például feketeszén hozzáadagolásával módosítható. Az adalék koncentrációjának és összetételének megválasztásával a 22 por K elnyelési tényezőjét szabályozhatjuk. Általánosságban igaz, hogy a 22 por energiaelnyelése az alábbi exponenciális összefüggés szerint számítható:

I(z) = I_oexp(KZ) ahol I(z) a 22 por optikai intenzitása (por/területegység) a felületre merőleges z távolságban; I_o az I intenzitás felületi értéke, és K az elnyelési állandó.

A K elnyelési állandónak, valamint annak a rétegvastagságnak a beállítása, amelyben a 64 lézernyaláb egy adott része elnyelődik, lehetővé teszi az eljárásban felhasznált energia szabályozását.

A 22 por további fontos jellemzője az anyagrészecskék méretaránya (tehát a legnagyobb és a legkisebb anyagrészecske méret közötti arány). így meghatározott méretarányú anyagrészecskék hajlamosak a munkadarab zsugorodása következtében a csavarodásra. Alacsony méretarányú, tehát közel gömb alakú anyagrészecskéknél az 52 munkadarab zsugorodása inkább háromdimenziósnak tekinthető, ilyenkor nagyobb elcsavarodás, deformáció jön létre. Nagy méretarányú anyagrészecskék, például rudak vagy lapocskák esetén a zsugorodás elsősorban függőleges irányú, ily módon az 52 munkadarab deformációja kis mértékű, vagy nem észrevehető. Fentiekből az következik, hogy a nagy méretarányú anyagrészecskék nagyobb szabadságfoknak a belső kötések tekintetében és a részecskék közötti érintkezés elsősorban vízszintes síkokban érvényesül, ily módon függőleges zsugorodást idézve elő.

A 9. és 10. ábrákon közelebbről megismerhető a 22 port adagoló szerkezet, amelynek segítségével 102 tárgyfelületen szabályozott vastagságú 22 por réteg alakítható ki az előállítandó 52 munkadarab károsítása nélkül. 106 por meghatározott mennyiségét a 102 tárgy felület 110 vége tartományában kihelyezzük, ezt követően a 116 dobot mozgásba hozzuk. A 10. ábrán bemutatott esetben 130 lap és 120 oszlop (és a hozzájuk tartozó szerkezeti elemek) függőlegesen felemelkednek, miután a 106 port a 102 tárgyfelületre kijuttattuk. A 130 lap 104 portartály irányában történő mozgása a 116 dobot a 110 vég tartományában elhelyezkedő 106 porral határos helyzetbe viszi. Ezt követően a 116 dob lesüllyed, érintkezik a 106 por halommal, majd vízszintesen végighalad a 102 tárgyfelület fölött, így a 106 port vékony egyenletes rétegben elteríti. Természetesen a 130 lap pontos helyzete a 128 táblához viszonyítva beállítható, úgyhogy a 116 dob és a 102 tárgyfelület közötti távolság precízen meghatározható, így a kívánt rétegvastagságot kapjuk. A 116 dob és a 102 tárgyfelület közötti távolságot előnyösen konstans értéken tartjuk a 116 dob 102 tárgyfelülettel párhuzamos mozgatásával, de bizonyos esetekben más távolságtartó eljárások is felhasználhatók.

Miközben a 116 dob a 102 tárgyfelület felett vízszintesen halad annak egyik 110 végétől másik 112 végéig, 118 motor a haladási iránnyal ellentétes forgásiránnyal forgatja a 116 dobot. Mint a 9. ábrán látható, ez az „ellenforgás” azt jelenti, hogy a 116 dob R irányban forog, miközben vízszintesen a 102 tárgyfelület felett M irányban mozog.

A 116 dob elég nagy sebességgel forog a haladási

HU 209 081 Β iránnyal ellentétes irányban ahhoz, hogy a 106 port 160 érintkező felületével a szükséges mértékben felkaphassa, és a 106 por ekkor M irányban mozog oly módon, hogy a mozgó anyagrészecskék a 106 por homlokoldali 162 élére hullanak vissza. Mint az a 9. ábrán kiválóan látható, vékony, egyenletes, sima 164 porréteg marad vissza a haladó és forgó 116 dob mögött, a 116 dob és a 110 vég között.

A 9. ábrán ezen kívül vázlatosan azt is feltüntettük, hogy a 106 por a 102 tárgyfelületen az előzőleg színtereit 166 porréteg vagy pedig szintereletlen 168 porréteg megkárosítása nélkül is szétteríthető. Ez azért van így, mert a 116 dob a 102 tárgyfelület fölött az előzőleg kialakított rétegekre nyíró igénybevételt nem jelentve halad végig, és így sem a kész, sem a félkész rétegekre nem hat káros erő. A nyíró igénybevétel elmaradása lehetővé teszi, hogy igen vékony 106 porréteget hozzunk létre az adott esetben törékeny hordozó 102 tárgyfelületén, amely akár színtereit, akár szintereletlen 166, 168 porréteg lehet.

A találmány szerinti 10 berendezés fizikai csatlakozó felületei operatív módon kapcsolják össze a 40 számítógépet a 12 lézerforrással és a 48, 49 galvanométerekkel. A 40 számítógép kimeneti csatlakozója (lásd az

1. és 3. ábrát) közvetlenül a 12 lézerforráshoz csatlakozik és azt szelektíven modulálja. Impulzus üzemmódban a 12 lézerforrás könnyen vezérelhető digitális impulzusokkal, amelyeket a 12 lézerforrás kapuimpulzus bemenetére juttatunk. A 48 galvanométert az 50 jelgenerátoros meghajtó hajtja, amellyel a 64 lézernyaláb a gyors letapogatási 68 tengely mentén mozgatható, függetlenül a 40 számítógéptől érkező vezérlőjelektől. A galvanométer helyzetét meghatározó visszacsatolójel a 3. ábrán látható módon 74 feszültségkomparátorhoz van vezetve, amelynek másik bemenete 76 digitál/analóg átalakító kimenetére van csatlakoztatva. A 76 digitál/analóg átalakító a 40 számítógép felhasználói kapujának hat legkisebb helyiértékű bitjét (0-5. bit) jelzi ki. Mint a 3. ábrán látható, a 74 feszültségkomparátor kimenete a 40 számítógép felhasználói kapujának jelvonalára (flag-line) csatlakozik. Ha a 74 feszültségkomparátor észleli, hogy a 48 galvanométerből érkező visszacsatolási jel keresztezi a 76 digitál/analóg átalakítóból érkező jelet, a jelvonal szintje alacsony értékre vált és nem maszkolható megszakítást (NMI) okoz. Mint azt később részletezzük, ennek hatására kerül ki a következő adatszó a 40 számítógép felhasználói kapujára.

Végül, ugyancsak a 3. ábrán nyomon követhetően, a 49 galvanométer szolgál a 64 lézernyaláb lassú letapogatási 70 tengely mentén történő mozgatására, és a galvanométert további 78 digitál/analóg átalakító vezérli. A 78 digitál/analóg átalakítót 79 számláló hajtja, amely a 64 lézernyaláb gyors letapogatási 68 tengely mentén történő minden egyes elmozdulásával növeli értékét. A nyolcbites 79 számláló a gyors letapogatási 68 tengely 256. letapogatása után túlcsordul és új ciklust vagy új rasztersort kezd el a 66 letapogatási hálóban.

A vezérlő információk (tehát a keresztmetszeti szelvény területek) célszerűen minden egyes 66 letapogatási háló részére CAD rendszenei határozhatók meg, amely megadja az elkészítendő 52 munkadarab méreteit és alakját. Akár programozottan, akár kézi vezérléssel, minden egyes 66 letapogatási hálóhoz tartozó vezérlő információ a 40 számítógép memóriájában, nyolcbites szavak alakjában van rögzítve. Az adatformátum tartalmazza a 12 lézerforrás modulációját biztosító „be” és „ki” állapotokat és a 64 lézernyaláb által bejárt 66 letapogatási háló útvonalat. Az adatot a 40 számítógép törésponti térkép formában tárolja, ahol az adatok a 66 letapogatási háló rasztervonalai közötti távolságokat jelzik, amelyeknél a 64 lézersugarat modulálni, azaz bekapcsolni vagy kikapcsolni kell. A 40 számítógép természetesen bit-térkép alakjában is tárolhatja az adatokat, a törésponti térkép alakzatot azonban hatékonyabbnak találtuk az 52 munkadarabok finomabb felbontású előállításához.

Minden egyes nyolcbites szónál a hat legkisebb helyiértékű bit a következő töréspont helyzetét, tehát a 12 lézerforrás következő modulációváltásának helyét jelzi. A következő bit kijelzi, hogy a 12 lézerforrás bekapcsolt vagy kikapcsolt helyzetű-e a töréspont elérése előtt. A legnagyobb helyiértékű bit (MSB, a nyolcadik bit) a 64 lézernyaláb lassú letapogatási 70 tengely mentén történő mozgását vezérli. Mivel az itt 40 számítógépként alkalmazott Commodore 64-nek korlátozott a tárkapacitása, ciklusokat kellett alkalmazni, ami egyúttal azt jelenti, hogy nagyobb tárkapacitású 40 számítógép alkalmazása mellett a ciklusutasítások elhagyhatók.

A 6. ábra az adamérő program algoritmusát mutatja. Az adatmérő program minden egyes alkalommal lefut, ha a jelvonal jelszintje alacsonyra vált és ezzel nem maszkolható megszakítást eredményez (lásd a 3. ábrát). A megszakítás a 40 számítógép mikroproceszszorát arra készteti, hogy lekérdezzen egy két bájt hosszúságú megszakítás vektort, amely a memóriának arra a pontjára mutat, ahová a programvezérlés a megszakítás hatására átadódik. Mint a 6. ábrán nyomon követhető, az adatmérő program először elmenti a regiszterek tartalmát a verembe, majd a következő adatbájtot beviszi az akkumulátorba. Az adatszó megjelenik a 40 számítógép felhasználói kapuján is, ahol az adatszó legnagyobb helyiértékű bitje a 12 lézerforrást fogja modulálni.

Mint azt a 6. ábrán bemutattuk, az adatszó legnagyobb helyiértékű bitjét az akkumulátorban megvizsgáljuk, és ha a legnagyobb helyiértékű bit értéke 1, ami azt jelenti, hogy a ciklus vége még nem érkezett el, akkor az adatmutató értéke eggyel megnő, a regiszterek eredeti értéküket visszakapják a veremből, és az adatmérő program véget ér, visszaadva a vezérlést a megszakítás helyén a mikroprocesszornak. Ha az akkumulátorban lévő legnagyobb helyiértékű bit értéke 0, akkor az adatszó az utolsó szó a hurokban és ebben az esetben a memóriában lévő bit hurokszámláló bit lesz, és a következő két bájt a hurok kezdetére mutató vektor lesz. Mint a 6. ábrám látható, amikor a nagyobb helyiérétékű bit értéke 0 (a hurok végén), a hurokszám8

HU 209 081 Β látó (következő bit) értékét eggyel csökkentjük, majd kielemezzük. Ha a hurokszámláló értéke még mindig nagyobb nullánál, az adatmutató átveszi a hurokszámlálót követő két memóriabájt értékét, a regiszterek eredeti értéke visszaáll a veremből és a programvezérlés visszatér a megszakítás előtti helyre. Ha a hurokszámláló értéke 0, akkor az adatmutató értékét 3-mai megnöveljük, és a hurokszámlálót 10-re állítjuk vissza, mielőtt a programot befejezzük. Ez az egész ciklusutasításos programszervezés feleslegessé válik abban az esetben, ha a 10 számítógép tárkapacitása elegendően nagy.

A 4. és 5. ábrán a találmány szerinti eljárással és berendezéssel készített 52 munkadarab látható. A példa kedvéért az 52 munkadarab nem szimmetrikus alakos test, amelyet hagyományos gépi megmunkálási eljárásokkal igen nehéz lenne előállítani. Referencia célokra az 52 munkadarabnak 80 külső héja van, amelyen belül 82 belső üreg és abban 84 oszlop helyezkedik el. Az 5. ábra az 52 munkadarab elhelyezkedését és kialakulását mutatja a 28 határoló alakzaton belül, amely az 1. ábrán a 26 tárgy felületnek felel meg. Mint az 5. ábrán látható, a 22 por adott része eredeti állapotában, laza maradt, míg a 22 por maradék része szelektíven színtereit, és ez a rész alkotja az 52 munkadarab testét. Az 5. ábra az 52 munkadarabot részben függőlegesen metszve mutatja, míg szaggatott vonallal jelöltük a kész 52 munkadarab végleges alakját.

A 7. ábra a 4. ábrán bemutatott 52 munkadarab 7-7 vonal mentén vett keresztmetszetét mutatja. A 7. ábra egyetlen különálló 86 réteget ábrázol, amely egyébként az elkészített 52 munkadarab többi rétegével egybefüggő egyetlen testet alkot. Mint ilyen, a 7. ábrán bemutatott 86 réteg a 2. ábrán bemutatott 66 letapogatási háló, méghozzá egyetlen 66 letapogatási háló terméke.

Referencia célokra az ábrán bemutatott színtereit 86 rétegen keresztül haladó 64 lézernyaláb utat L betűvel jelöltük. A 8. ábra a találmány szerinti berendezés 40 számítógépe fizikai és programozott csatlakozó felületének működését mutatja be, mialatt a 64 lézernyaláb bejárja az Lutat. A 8. ábra legfelső 8a grafikonja az első 76 digitál/analóg átalakító kimenőjelét, valamint a 48 galvanométertől érkező visszacsatoló jel értékének változását mutatja (vesd össze a 3. ábrával). A 74 feszültségkomparátor a 40 számítógép jelvonalán kimenőjelet állít elő minden egyes alkalommal, amikor a visszacsatolójel és a 76 digitál/analóg átalakító kimenőjele egybeesik.

A 8. ábrán az említett egybeeső pontokat T töréspontként jelöltük. Mint a 8d ábra grafikonján látható, a jelzővonal jelszintje a T töréspontokkal összefüggésben állítja elő a nem maszkolható megszakítás jeleket. Minden egyes adatszó hatodik bitjét kiértékeljük, így a hatodik bit a 12 lézerforrás aktuális állapotát fogja kijelezni. A 8c ábra grafikonja a 7. ábra L útjára vonatkozó 64 lézernyaláb modulációs jelet mutatja be, míg a 8b ábrán a nyolcbites adatszó legnagyobb helyiértékű bitjének felfutó éle egybeesik a 64 lézernyaláb minden egyes megtett L útjának végével a gyors letapogatási 68 tengely mentén. A 3. s 6. ábrából kideríthető, hogy a számláló tartalmát felfutó élű jel növeli, és a jelet a második 78 digitál/analóg átalakítón keresztül adja ki a lézernyalábot a lassú letapogatási 70 tengely mentén mozgató 49 galvanométerre.

Mint a rajzok segítségével bemutatott kiviteli alakok és foganatosítási példák kapcsán látható, a javasolt eljárással és berendezéssel igen könnyen állítható elő bonyolult, komplex alakú 52 munkadarabok. Szakemberek számára kézenfekvő, hogy a 4. ábrán bemutatott 52 munkadarab hagyományos eljárással és berendezéssel igen körülményesen, nehézkesen és drágán állítható csak elő. Különösen a 82 belső üreg és a 84 oszlop kimunkálása bonyolult, hiszen kis méretű 52 munkadarab esetén gyakorlatilag nem lehet az említett 82 belső üregben hozzáférni.

A szerszám bejuttatási és hozzáférési probléma elkerülésén túlmenően további előny, hogy a gyártási pontosság nem függ a felhasznált megmunkálógép elhasználtsági fokától és a megmunkálógépek mechanikai alkatrészeinek pontosságától. Ez annyit jelent, hogy a javasolt eljárással és berendezéssel előállított 52 munkadarabok pontossága és tűrése elsődlegesen az alkalmazott elektronika, optika és a felhasználói program minőségétől függ. A keletkező hő és a felhasznált anyagjellemzői is beleszólnak a találmánnyal elérhető méretpontosságba.

A szakterületen jártas szakember számára ugyancsak könnyen felismerhető előny, hogy a hagyományos eljárásokkal és berendezésekkel óhatatlanul egybeeső magas szakmai követelmények a találmány hasznosítása során nem jelentkeznek. Hagyományos gépi megmunkáló eljárásnál, például marásnál komoly szaktudást igényel a megfelelő szerszám megválasztása, a gyártandó 52 munkadarab szegmensekre bontása, a szegmensek száma stb. Ezek a döntések még nagyobb jelentőségűek, ha számjegy vezérelt szerszámgép vezérszalagját kell elkészíteni. Ezzel szemben a találmány szerinti berendezés csupán az elkészítendő 52 munkadarab egyes keresztmetszeti szelvényeinek adatait kéri, és ezek az adatok könnyen beprogramozhatok a 40 számítógépbe, főleg abban az esetben, ha az CAD/CAM rendszerbe van bekapcsolva. Akkor a 40 számítógép CAD/CAM rendszert támogató része a kívánt 52 munkadarab betáplált általános méreteiből és alakjából kiszámítja a szükséges keresztmetszeti szelvények számát és az egyes keresztmetszeti szelvényekhez tartozó meghatározott területek kiteijedését és méreteit. Ily módon az 52 munkadarabra jellemző méretek a keresztmetszeti szelvényekre bontva elhatárolhatók a 40 számítógépben és onnan bármikor, tetszőleges variációban előhívhatók. A 10 berendezés a kívánt 52 munkadarabot így felszerszámozási és előkészítési idő, speciális, 52 munkadarabra vonatkoztatott szerszámok és emberi szaktudás nélkül azonnal előállítja. A porkohászatban és a hagyományos öntési technikában alkalmazott bonyolult és drága öntőszerszámokra sincs többé szükség.

Míg a nagyüzemi gyártás, és egyes munkadarab jellemzők továbbra is gazdaságosabban és jobban biztosíthatók néhány hagyományos eljárással és berende9

HU 209 081 Β zéssel, a találmány szerinti eljárás és berendezés számos tekintetben előnyös. Különösen prototípus modelleknél és öntési mintáknál célszerű használatuk. Ha a kívánt 52 munkadarab mennyiség alacsony, akkor az ilyen, általában pótlási célokra szolgáló 52 munkadarabokat a 10 berendezés előnyösen és gyorsan képes elkészíteni. Végül, de nem utolsósorban a 10 berendezés alkalmazása előnyös kényszerhelyzetekben, például a világűrben.

Claims (24)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés háromdimenziós munkadarab előállítására por alapanyag szelektív tömbösítésével, az előállítandó munkadarabot tartó tárgyfelülettel, a por alapanyagot a tárgyfelületre kijuttató, a tárgyfelület fölött elrendezett adagolószerkezettel, a tárgyfelülethez képest rögzítetten elhelyezett, lézernyalábot kibocsátó lézerforrással, a lézernyalábot a tárgyfelületre irányító, lencséket és tükröket tartalmazó, a lézerforrás és a tárgyfelület közé iktatottan működtetőelemeken mozgathatóan felszerelt optikai elemekkel, az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényeinek paramétereit és a lézernyalábbal a tárgyfelületet végigpásztázó optikai elemeket mozgató működtetőelemeket vezérlő programot tartalmazó számítógéppel, a lézerforrást az előállítandó munkadarab keresztmetszeti szelvényének megfelelően elektromosan be- és kikapcsoló egységgel, amely csatlakozó felületen át a számítógéppel áll összeköttetésben, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelületre (26) kijuttatott por (22) alapanyagot előmelegítő gázáramot hevítő fűtőegységgel, és ahhoz csatlakoztatott, a gázáram tárgyfelületre (26) irányításával a por (22) alapanyag hőmérsékletét beállító egységgel van ellátva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fűtőegység a gázáramot a tárgyfelület (26) tartományából elvezető elszívóegységet tartalmaz.
3. 3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az elszívóegység a tárgyfelület (26) alatt van elrendezve.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az adagolószerkezet por (22) alapanyagot kibocsátó kiömlőnyílása (24) a tárgyfelület (26) egyik vége (110) fölött van elrendezve, és a tárgyfelülettel (26) az arra kihelyezett por (22) alapanyagot egyenletes rétegben elterítő, a tárgyfelület (26) mentén végigmozgatott és mozgásirányával ellentétes irányban forgó dob (116) van társítva.
5. 5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a por (22) alapanyag hőmérsékletét beállító egység a gázáramot a tárgyfelületre (26) irányító ventilátort (140, 141) és azt követően a gázáram útjába helyezett, a fütőegység által felhevített gázáram hőmérsékletét növelő fűtőellenállást (142) tartalmaz.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelületet (136) tartóidom (134) támasztja alá.
7. 7. Eljárás háromdimenziós munkadarab előállítására po alapanyag szelektív tömbösítésével, amelynek során az előállítandó munkadarab (52) keresztmetszeti szelvényét alkotó por (22, 106) alapanyag réteget (54) tárgyfelületre (26, 102) juttatunk, a tárgyfelületet (26,102) lézernyalábbal (64) végigpásztázzuk és a port (22, 106) a létrehozandó munkadarab (52) keresztmetszeti szelvényének megfelelő területen hő alkalmazásával megolvasztva tömbösítjük és ezzel az előállítandó munkadarab (52) keresztmetszeti szelvényét létrehozzuk, ezt követően az első hőkezelt rétegre (54) következő por (22, 106) alapanyag réteget juttatunk és azt az ismertetett módon tömbösítjük és ezzel létrehozzuk az előállítandó munkadarab (52) következő keresztmetszeti szelvényét, és ezzel egyidőben az előző réteggel (54) is tömbösítjük, és a munkadarabot (52) az ismertetett módon rétegenként (54-57) tömbösítjük, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) alkotó port (22,106) megolvasztása előtt a megolvasztott és a megolvasztandó por (22, 106) részek hőmérsékletkülönbségének befolyásolására olvadáspont alatti hőmérsékletre hevítjük.
8. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a por (22, 106) alapanyag megolvasztásához szükséges hőt a porra (22, 106) irányított lézernyalábbal (64) és a por (22, 106) olvadáspontja alatti hőmérsékletre hevítésével együttesen hozzuk létre.
9. 9. A 7. vagy 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) alkotó port (22, 106) a tárgyfelületen (26, 102) hevítjük.
10. 10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) alkotó port (22, 106) a tárgyfelületre (26, 102) irányított forró gázárammal hevítjük.
11. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelületre (26, 102) irányított fonó gázáramot elvezetjük a tárgy felületről.
12. 12. A11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forró gázáramot a tárgyfelület (26, 102) alól vezetjük el.
13. 13. A 7-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) alkotó por (22, 106) hevítését minden egyes réteg (5457) tárgyfelületre (26,102) juttatása után végrehajtjuk.
14. 14. A 7-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) az őket alkotó por hevítése közben juttatjuk ki a tárgyfelületre (26, 102).
15. 15. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyes rétegeket (54-57) alkotó por (22, 106) megolvasztás előtti hevítésével a megolvasztott és a megolvasztandó por (22, 106) részek hőmérsékletkülönbségét csökkentjük.
16. 16. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelületre (26, 102) juttatott por (22, 106) alapanyag réteget (54) a tárgyfelület (26, 102) fölött forgási irányával ellentétes irányban végigvezetett forgó dobbal (116) egyenletesen szétterítjük a tárgyfelületen (26, 102).
17. 17. A 16. igénypont szerinti eljárás, azzal jelle10

    HU 209 081 Β mezve, hogy a dobot (116) a tárgyfelület (102) fölött az előállítandó munkadarab (52) keresztmetszeti szelvény rétegvastagságával azonos távközzel mozgatjuk.
18. 18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dobot (116) a sík tárgyfelület (102) fölött állandó távközzel mozgatjuk.
19. 19. Berendezés tárgyfelületre kijuttatott por anyag réteges szétterítésére, amelynek a tárgyfelület fölött, attól távközzel elválasztottan és a tárgyfelület mentén végigmozgathatóan elrendezett terítóeleme van, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelület (102) egyik végére (110) kijuttatott port (106) szétterítő terítőelemet dob (116) alkotja, amely haladási irányával (M) ellentétes irányban (R) forgathatóan ágyazva mozgatószerkezeten (126) van felszerelve.
20. 20. A 19. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a tárgyfelület (102) és a dob (116) közötti távköz állandó.
21. 21. A 19. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a sík táigyfelület (102) és az azzal párhuzamosan elrendezett dob (116) közötti távköz állandó.
22. 22. A 19-21. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a dob (116) teljes hosszában azonos keresztmetszetű hengerként van kialakítva.
23. 23. A 19-22. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a dob (116) felülete barázdált.
24. 24. A 19-23. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a port (106) a tárgyfelület (102) végében (110) kijuttató eszköze a tárgyfelület (102) méretéhez igazított hosszúságú kiömlőnyílással (108) ellátott portartály (104).