IT201600103310A1

IT201600103310A1 - Macchina operatrice laser per la produzione additiva tramite trattamento termico laser, in particolare fusione, e relativo procedimento

Info

Publication number: IT201600103310A1
Application number: IT102016000103310A
Authority: IT
Inventors: Chirico Michele De
Original assignee: Prima Ind Spa
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-04-14
Also published as: ES2906100T3; US20190314932A1; WO2018069808A1; EP3525960A1; EP3525960B1; CN110312583B; CN110312583A

Description

"Macchina operatrice laser per la produzione additiva tramite trattamento termico laser, in particolare fusione, e relativo procedimento"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente descrizione si riferisce a una macchina operatrice laser per la produzione additiva tramite processo di trattamento termico laser di polveri metalliche, in particolare tramite fusione, di oggetti, comprendente un struttura di trasporto, mobile in uno spazio di lavoro comprendente un piano di lavorazione, detta macchina operando secondo un primo sistema di assi di movimentazione cartesiano ed essendo configurata per supportare un equipaggio mobile che comprende uno o più ugelli per l’emissione di getti di polvere da trattare termicamente, un substrato di lavoro e un gruppo ottico laser per convogliare un raggio laser in uno spot laser focalizzato su detto substrato di lavoro per operare il trattamento termico su dette polveri.

Varie forme di attuazione possono essere applicate al controllo termico del profilo di fusione e al contemporaneo direzionamento degli ugelli.

Sfondo tecnologico

Il processo di produzione additiva per fusione laser consiste nella deposizione di strati successivi di polveri metalliche da trattare termicamente, tramite fusione oppure tramite un analogo trattamento termico ad alta temperatura quale la sinterizzazione, in modo da comporre forme geometriche complesse. Diversi settori di produzione manifatturiera, come per esempio quello dell’automotive e dell’aerospazio, stanno considerando tali processi per la realizzazione di oggetti complessi di grandi dimensioni in metallo o leghe metalliche. Le tecniche di accrescimento attualmente impiegate, in particolare quelle per deposizione di polveri metalliche e successiva fusione laser, mostrano dei limiti rispetto alle caratteristiche degli oggetti prodotti (non uniformità, porosità, presenza di micro-fratture che alterano le caratteristiche di resistenza)

La tecnologia per deposizione di polveri di metallo è un’evoluzione di quella utilizzata per il rivestimento metallico, o cladding. Un ugello per cladding allineato al raggio di una macchina per lavorazione laser fornisce il getto di polvere metallica necessario alla fusione.

In tale processo di fusione di polveri metalliche, gradienti di temperatura non controllati che si formino tra la zona dove è già stata operata la fusione (fase di postriscaldamento), che è in raffreddamento rispetto a una temperatura di fusione, la zona dove si sta effettuando la fusione (fase di fusione), che si trova a temperatura di fusione, e la zona dove si opera successivamente la fusione (fase di pre-riscaldamento), nuovamente a temperatura più bassa della temperatura di fusione, possono provocare una qualità peggiore di deposizione in termini di uniformità e porosità ma soprattutto la formazione di micro-fratture e cricche provocate dal rilascio non controllato delle tensioni generate nel processo. In generale: il processo di additive manufacturing portando a fusione il materiale nella melt pool, o pozza fusa determina un cambio di fase (fusione) nello stato del materiale. Generalmente la fase fusa ha volume maggiore della fase solida, per cui in fase di solidificazione vi è una contrazione del materiale che determina, tra l’altro, la nascita di deformazioni e tensioni interne. Quando queste tensioni non sono più sopportate dal materiale, si generano delle fratture e conseguenti cricche. Le conseguenze possono dunque essere sia di tipo estetico che di tipo strutturale (maggiore fragilità, difformità rispetto a caratteristiche stabilite in sede progettuale).

I trattamenti di pre-riscaldamento post-riscaldamento hanno lo scopo di consentire al materiale di “rilasciare”le tensioni, così da diminuirle e ridurre sia le tensioni interne (e quindi le deformazioni) sia evitare le fratture. Un controllo del profilo energetico applicato alle fasi di pre-riscaldamento, fusione e post-riscaldamento per minimizzare tali gradienti di temperatura dunque è migliorativo della qualità del processo, tuttavia tale controllo, che può essere ottenuto tramite profili di variazione dei parametri di direzione, focalizzazione e potenza del fascio laser di fusione è di difficile implementazione nelle macchine note. Dalla domanda di brevetto italiano n. 102014902266229 a nome della medesima Richiedente è nota una macchina per produzione additiva che impiega un telaio di ugelli, permettendo il passaggio del raggio laser al suo interno. Il raggio laser può essere quindi spostato all'interno di tale telaio, permettendo diverse modalità d'impiego e profili energetici. Tuttavia la libertà di impostare i profili energetici del raggio laser rispetto alle zone di pre-riscaldamento e postriscaldamento è limitata dalla presenza del telaio e degli ugelli, che non permette di indirizzare il fascio laser in qualsivoglia posizione. Si può avere interferenza sia rispetto all’ugello che rispetto al getto di polvere. Inoltre, questo tipo di limitazione fa sì che la posizione e orientamento relativi tra traiettoria di deposizione e ugelli cambino in funzione della posizione sulla traiettoria stessa, e questo può influire sulla deposizione stessa, in termini di quantità e qualità.

Rischi di intercettazione degli ugelli possono naturalmente derivare anche da altri tipi di processo a trattamento termico e controllo delle traiettorie, oltre a ai trattamenti di pre-riscaldamento e post-riscaldamento qui descritti.

Scopo e sintesi

Le forme di attuazione qui descritte hanno lo scopo di migliorare i procedimenti e sistemi secondo la tecnica nota come discussi in precedenza.

Varie forme di attuazione raggiungono tale scopo grazie ad una macchina operatrice laser per la produzione additiva tramite trattamento termico laser di polveri metalliche, in particolare tramite fusione, di oggetti avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.

Varie forme di attuazione si riferiscono anche a un corrispondente procedimento per la produzione additiva tramite trattamento termico laser di polveri metalliche, in particolare tramite fusione, di oggetti.

Le rivendicazioni formano una parte integrale degli insegnamenti tecnici qui somministrati in relazione all'invenzione.

Breve descrizione delle figure

Varie forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, in cui:

- la figura 1 mostra una vista schematica prospettica di una macchina operatrice laser,

- la figura 2 mostra una vista prospettica di un equipaggio mobile della macchina di figura 1,

- la figura 3 mostra una vista laterale dell’equipaggio mobile di figura 2;

- la figura 4 mostra una vista in pianta dell’equipaggio mobile di figura 2;

- la figura 5 mostra una vista prospettica di un dettaglio della parte inferiore dell’ equipaggio mobile di figura 2;

- la figura 6 mostra una vista in pianta dal basso del dettaglio di figura 5;

- le figure 7A e 7B mostrano il dettaglio di figura 5 in due diverse posizioni operative

- le figure 8A e 8B rappresentano un primo tipo di tratto di lavorazione operato dalla macchina operatrice di figura 1;

- la figura 9 rappresenta un secondo tipo di tratto di lavorazione operato dalla macchina operatrice di figura 1;

- la figura 10 rappresenta percorsi di lavorazione operati dalla macchina operatrice di figura 1

- la figura 11 rappresenta un’architettura di controllo della macchina operatrice descritta.

Descrizione dettagliata

Nella descrizione che segue vengono forniti numerosi dettagli specifici al fine di consentire la massima comprensione delle forme di attuazione esemplificative. Le forme di attuazione possono essere messe in pratica con o senza dettagli specifici, oppure con altri procedimenti, componenti, materiali, etc. In altre circostanze, strutture materiali od operazioni ben noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di mettere in ombra aspetti delle forme di attuazione. Il riferimento nel corso di questa descrizione ad "una forma di attuazione" significa che una particolare peculiarità, struttura o caratteristica descritta in connessione con la forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Dunque, il ricorrere della frase "in una forma di attuazione" in vari punti nel corso di questa descrizione non è necessariamente riferito alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari peculiarità, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un qualunque modo conveniente in una o più forme di attuazione.

Le intestazioni ed i riferimenti sono qui forniti solo per convenienza del lettore e non definiscono la portata od il significato delle forme di attuazione.

In breve, la macchina operatrice laser proposta comprende una struttura di trasporto, mobile in uno spazio di lavoro comprendente un piano di lavorazione, tale macchina operando secondo un primo sistema di assi di movimentazione cartesiano ed essendo configurata per supportare un equipaggio mobile che comprende uno o più ugelli per l’emissione di getti di polvere da trattare termicamente, in particolare tramite fusione, su un substrato di lavoro e un gruppo ottico laser per convogliare un raggio laser in uno spot laser focalizzato su tale substrato di lavoro per trattare termicamente dette polveri, in particolare fonderle, in cui tale equipaggio mobile comprende una porzione superiore associata in modo fisso a tale struttura di trasporto, in tale porzione superiore essendo disposto tale gruppo ottico laser, una porzione inferiore, ruotabile attorno a un asse parallelo a un asse verticale di tale primo sistema di assi cartesiani, in cui è disposto un telaio porta utensile, sul quale sono disposti detti uno o più ugelli per l’emissione di getti di polvere, tale gruppo ottico laser essendo disposto nell'equipaggio mobile in modo da inviare il fascio laser sul piano di lavorazione passando all’interno di un perimetro individuato da tale pluralità di ugelli di emissione di getti di polvere.

In figura 1 è dunque mostrata una vista schematica prospettica di una forma realizzativa della macchina operatrice laser, indicata complessivamente con il riferimento numerico 10, che comprende una struttura di trasporto 11, atta a spostare un supporto 11d, cui è associato solidalmente un equipaggio mobile 12, lungo una prima pluralità d’assi, specificamente tre assi cartesiani X, Y, Z.

Tale struttura di trasporto 11 a tal scopo comprende una struttura di guida 11a che comprende un basamento 11m e sulla parte superiore dei binari 11h, che si estendono lungo l’asse orizzontale X. Su tali binari 11h è posizionata una slitta 11c libera di scorrere lungo la direzione dell’asse X. Su tale slitta 11c poggia un estremo di una trave 11b a sbalzo che si estende in direzione orizzontale, lungo l’asse Y, ortogonale all’asse X. Tale estremo della trave 11b è a sbalzo ed è associato in maniera scorrevole lungo l’asse Y alla slitta 11c, sulla quale poggia. L’altro estremo libero della trave 11b presenta un supporto 11k con guide verticali 11j lungo le quali scorre, per effetto di un motore 11f, lungo l’asse Z ortogonale al piano XY, quindi verticale, il supporto 11d che reca l’equipaggio mobile 12.

I movimenti della trave 11b rispetto alla slitta 11c e della slitta 11c rispetto alla struttura di guida 11a sono anch’essi attuati tramite motori, che non sono però mostrati in figura 1.

Come mostrato in figura 1, per effetto di tale configurazione, lo spostamento dell’equipaggio mobile 12 avviene in un volume di lavoro 100, essenzialmente un parallelepipedo le cui dimensioni sono definite dalle corse dell’equipaggio mobile 12 lungo gli assi X e Y, orizzontali, e Z, verticale. In figura 1 è inoltre indicato un piano di lavorazione 110 che corrisponde sostanzialmente alla faccia inferiore del volume di lavoro 100. Tale piano di lavoro 110 è il piano, o substrato di lavoro, a partire dal quale, come descritto nel seguito, vengono trattate termicamente ad alta temperature, specificamente nell’esempio preferito qui descritto fuse, in maniera additiva le sezioni di un oggetto da realizzare. In forme varianti il trattamento termico può essere una sinterizzazione. Si noti che in forme varianti sul piano di lavoro 110, inteso come superficie piana ad esempio di un banco, è presente un supporto al di sopra del quale si depongono le polveri e si effettua la fusione, oppure anche un elemento su cui tramite il processo si accresce una struttura metallica tramite il processo qui descritto. Dunque, in generale con piano di lavorazione si intende il piano alla quota su cui si esegue il processo, in particolare il piano, sia esso anche del supporto o dell’elemento su cui si accresce sul quale si depositano le polveri. Alternativamente la struttura di trasporto 11 può essere ad esempio del tipo a portale.

L’equipaggio mobile 12, come meglio illustrato nel seguito, comprende un gruppo ottico laser 20 e ugelli 34 per iniettare polvere da fondere. Pertanto la macchina 10 comprende ad esempio una catenaria, non mostrata in figura 1, che comprende cavi in fibra ottica, che si connettono in particolare a una cablatura 50 dell’equipaggio mobile 12, per convogliare la radiazione originata da una sorgente di radiazione laser, disposta remota rispetto all’equipaggio mobile 12, ai componenti nell’equipaggio mobile 12 e in un gruppo ottico laser 20, mostrato in figura 3, che comprende un dispositivo di collimazione adattiva e uno scanner ottico. In varie forme di attuazione l’equipaggio mobile 12 può includere la sorgente laser stessa.

Tale catenaria può addurre eventualmente anche gas di supporto, quale argon o azoto, per la fusione. Tale catenaria comprende condotti per addurre le polveri di fusione da rispettivi dispositivi di alimentazione disposti remoti rispetto alla macchina 10. Inoltre tale catenaria comprende cavi elettrici per comando e controllo ed eventuali tubi di adduzione raffreddamento

In figura 2 è rappresentato l’equipaggio mobile 12 ingrandito in vista prospettica. Tale equipaggio mobile 12 comprende una porzione superiore 12a che sostanzialmente alloggia il gruppo ottico laser 20. A tale porzione superiore 12a è connessa infatti la cablatura 50 che comprende al suo interno una fibra ottica che reca un raggio o fascio laser L emesso da una sorgente laser disposta remota, dunque non mostrata in figura 2.

La cablatura 50 fa il suo ingresso in un corpo scatolato 12c, che è posto sulla parete superiore di un ulteriore corpo scatolato 12d.

Il corpo scatolato 12c, come meglio visibile in figura 3, che mostra l'equipaggio mobile 12 in vista laterale e con alcuni componenti ottici resi visibili, ospita al suo interno un dispositivo di collimazione adattiva 22, che riceve il fascio laser L lungo un asse parallelo all’asse verticale Z.

Il corpo scatolato 12d ospita al suo interno mezzi di scansione ottica 21 che indirizzano il fascio laser L in uscita dalla porzione superiore 12a.

L'equipaggio mobile 12 comprende quindi una porzione inferiore 12b, disposta al di sotto della porzione superiore 12a e ad essa associata, in particolare associata tramite una proprio parete di tetto a una parete di fondo del corpo scatolato 12d che ospita i mezzi di scansione ottica 21.

Tale porzione inferiore 12b comprende un condotto passante 12e, il cui asse principale è parallelo all'asse verticale Z, ma sfalsato nel piano orizzontale XY rispetto all’asse del dispositivo di collimazione adattiva 22. Il condotto passante 12e, che è preferibilmente pressurizzato, è di forma tubolare ed è associato a un suo estremo aperto al corpo scatolato 12b attraverso un sistema di attuazione rotativo 12f, associato a motori di attuazione non mostrati in figura, che permette di ruotare il condotto passante 12e intorno al proprio asse principale.

L'altro estremo aperto del condotto passante 12e -almeno da un punto di vista ottico, in quanto per mantenere la pressurizzazione può essere disposto un elemento di chiusura a tenuta trasparente alla lunghezza d’onda delle radiazioni laser - affacciato alla zona di lavoro 100, è connesso in modo fisso a un utensile terminale rappresentato da una pluralità di ugelli per l’emissione di polvere da fondere 34 montati su un telaio portautensile 30. Tale telaio portautensile 30 è associato fissamente a detto estremo aperto del condotto passante 12e.

Come meglio visibile in figura 5, che mostra una vista prospettica della parte terminale del condotto 12e, sempre rendendo visibili i componenti ottici all’interno, e del telaio 30, tale telaio portautensile 30 ha forma di corona circolare, sicché definisce un perimetro corrispondentemente in forma di circonferenza individuante un’area di passaggio circolare al suo interno. Gli ugelli 34 nell'esempio qui descritto sono in numero di quattro, posti ciascuno a un angolo di 90 gradi dall'altro lungo la circonferenza del telaio portautensile 30. Il telaio portautensile 30 è posizionato parallelo alla superficie di lavoro 110, ossia il suo perimetro e la sua area sono paralleli al piano XY.

Gli ugelli 34 sono preferibilmente disposti, rispetto a un asse verticale parallelo all'asse Z che congiunge la corona del telaio 30 al piano di lavorazione 110, avendo dei loro assi di emissione, longitudinali, di ugello U inclinati verso un asse di iniezione I passante per il centro del perimetro del telaio 30, formando cioè un angolo di inclinazione β acuto con tale asse sicché tali assi di ugello U si intersecano in un punto PD di deposizione delle polveri. Secondo una forma realizzativa preferita, uno o più di tali ugelli 34 è un ugello per spruzzare gas di supporto. Secondo un’altra forma realizzativa preferita, uno o più di tali ugelli 34 è un ugello per spruzzare polveri da fondere circondate da un gas di protezione.

Come accennato, nelle figure 3 e 4 sono mostrate rispettivamente una vista laterale e una in pianta dall’alto dell’equipaggio mobile 12 e del gruppo ottico laser 20 in cui sono resi visibili i componenti ottici all'interno delle porzioni superiore 12a e inferiore 12b.

Nella vista laterale di figura 3, in cui l’asse X punta in direzione uscente dal piano della figura, si può osservare come il corpo scatolato 12d comprenda al suo interno lo scanner ottico 21 che convoglia e focalizza una radiazione laser L in uno spot laser S nel volume di lavoro 100, tale radiazione laser L provenendo da un elemento di collimazione adattiva 22 che consente di variare diametro e punto di focalizzazione di detto spot laser S a partire da una radiazione laser, con caratteristiche di potenza adatte alla fusione, convogliata da una sorgente laser remota attraverso la fibra ottica nella cablatura 50, o alternativamente, tramite una catena ottica o una sorgente di radiazione laser co-locata nell’equipaggio mobile 12. A valle del collimatore adattivo 22, lungo un asse verticale di propagazione della radiazione laser L, uno specchio stazionario 23 deflette perpendicolarmente, ossia in direzione orizzontale, la radiazione laser L. Tale specchio preferibilmente ha caratteristiche di selezione in frequenza, ossia è ad esempio uno specchio dicroico, in modo da operare un monitoraggio della radiazione non riflessa, proveniente dalla sorgente o dalla zona di lavorazione 110. In particolare, la radiazione riflessa generata dalla pozza fusa (indicata con PM in figura 8A) durante la lavorazione percorre a ritroso il cammino ottico. Lo specchio dicroico seleziona alcune frequenze, lasciandosi attraversare, e le invia verso un elemento o un sistema di monitoraggio non mostrato). Lo scanner ottico 21 è costituito da due specchi orientatori 24 e 25 mobili attraverso rispettivi attuatori galvanometrici, non mostrati in figura, per ruotare i due specchi, e quindi il fascio laser L da esso deflesso, lungo due assi di rotazione mutuamente perpendicolari, ossia un primo asse di rotazione θ corrispondente alla rotazione lungo l’asse longitudinale dello specchio 24, e un secondo asse di rotazione ω per lo specchio 25 ad esso perpendicolare e parallelo all’asse X, come visibile in figura 4. Muovendo gli specchi orientatori 24 e 25 lungo tali assi è possibile spostare rispetto a un asse normale di incidenza I della radiazione laser L, ad esempio fino a direzioni limite I1, I2 (asse ω) mostrate in figura 3. Corrispondenti direzioni limite sono identificabili rispetto all’asse θ, sicché in questo modo si sposta il fascio laser L all’interno di uno spazio conico definito da tali direzione limite, nonché lo spot laser S sul piano di lavoro 110 nelle direzioni X e Y. Poiché lo spot laser S per effetto degli assi di rotazione θ e ω si muoverebbe più precisamente lungo una calotta sferica, tuttavia tramite il controllo dell’azione dell’elemento di collimazione adattiva 22 è possibile compensare spostando il punto di focalizzazione (spostamento lineare α), ossia lo spot laser S in modo da ottenere spostamenti dello stesso su una superficie piana. E’ chiaro che l’elemento di collimazione adattiva 22 permette inoltre di spostare lo spot laser S focalizzato lungo l’asse Z anche in modo indipendente dall’effetto degli assi di rotazione θ e ω.

Nella vista di figura 3 è visibile inoltre il telaio 30 che reca gli ugelli 34 e il condotto 12e pressurizzato all’interno dei quali passa il raggio laser L. Tale telaio 30, come detto, è movimentato secondo una rotazione intorno asse telaio ζ verticale, parallelo all’asse Z, e passante per il centro del perimetro definito dagli ugelli 34, tramite un attuatore non mostrato in figura. In generale l’asse telaio ζ coincide l’asse normale di incidenza I. Nella forma realizzativa di esempio il tubo pressurizzato 12e è solidale al telaio 30, e tubo 12e e telaio 30 ruotano solidalmente rispetto alla porzione superiore 12a, che invece è solidale al supporto 11d, ossia è mobile solo lungo la prima pluralità di assi di movimentazione X, Y, Z del sistema di trasporto 11. Questo significa che anche il gruppo ottico 20 è mobile solo lungo la prima pluralità di assi di movimentazione X, Y, Z del sistema di trasporto 11. In una forma realizzativa alternativa il tubo pressurizzato 12e è solidale alla parte superiore 12a, mentre il telaio 30 è invece associato all'estremo inferiore del condotto 12e in modo ruotabile intorno all'asse longitudinale del condotto 12e, che corrisponde all'asse principale di inerzia del telaio, se inteso come disco o corona, verticale. Mezzi di attuazione in questo caso possono essere disposti all'interno del condotto 12 per ruotare il telaio 30.

Secondo un ulteriore aspetto della soluzione qui descritta, gli assi longitudinali U degli ugelli 34, che corrispondono alla direzione in cui è iniettata la polvere, possono variare il proprio angolo di inclinazione β attraverso l'azione di rispettivi cinematismi e attuatori. La forma di attuazione mostrata in figura 5 prevede che la variazione degli ugelli 34 sia operata attraverso un cinematismo che comprende due telai. Un primo telaio è rappresentato dal telaio 30, cui gli ugelli 34 sono fissati in modo ruotabile attraverso perni di rotazione 35. In particolare, i perni di rotazione 35 sono fissati sul telaio 30 in modo da poter ruotare intorno a un asse sostanzialmente tangente al perimetro del telaio 30, in modo da variare solo l’angolo di inclinazione β rispetto all’asse I. I perni di rotazione 35 sono fissati agli ugelli 34 in una posizione ad esempio a metà della loro lunghezza, al telaio 30. Gli ugelli 34 comprendono inoltre asole 37 passanti di forma oblunga, il cui asse principale è allineato all’asse ugello U, in modo tale da permettere a un perno 36 che scorre in una rispettiva asola 37 di spostarsi lungo l'asse U dell'ugello 34.

Un secondo telaio 31, sempre circolare e con un diametro maggiore rispetto al telaio 30, è disposto al di sopra di tale telaio 30 in modo concentrico. Il secondo telaio 31 comprende sul suo perimetro esterno delle sedi 38, ossia degli incavi nel perimetro, per ospitare gli ugelli 34. Negli incavi 38 sono disposti i perni 36 anch’essi in modo da poter ruotare intorno a un asse sostanzialmente tangente al perimetro del secondo telaio 31. Poiché i perni 36 impegnano le asole 37 di rispettivi ugelli 34, muovendo in modo relativo, lungo un asse verticale, il secondo telaio 31 rispetto al telaio 30, tramite un rispettivo attuatore motorizzato non visibile nelle figure, si provoca lo scorrimento dei perni 36 nell’asola 37 e la contemporanea variazione dell’ angolo di inclinazione β degli ugelli 34, come visibile nelle figure 7A e 7B.

In particolare, in figura 7A il secondo telaio 31 è in posizione abbassata determinando un angolo di inclinazione β maggiore, di 30 gradi. Le parti estremali inferiori degli ugelli 34 sono più vicine nel piano orizzontale XY, lasciando un passaggio di area più piccola per il raggio laser L, e i getti di polvere PJ si incontrano in un punto di deposizione polveri PD più vicino al telaio 30 e di dimensione inferiore. Infatti, il getto di polvere PJ non è perfettamente cilindrico, ma ha una forma conica in uscita dall’ugello 34, per cui più lontano dal telaio 30 si incontrano i getti maggiore è il diametro della spot polveri, corrispondente al punto di deposizione polveri PD, da essi formata e definita. Si noti che si parla di punto di deposizione polveri PD, ma esso ha un’area con dimensione, come appena detto, che può essere variata. Aumentando sia la dimensione dello spot polveri sia la portata di polveri, unitamente ad un aumento della dimensione del diametro del fascio laser è possibile aumentare la capacità di deposizione nel tempo, ovvero la produttività. Viceversa, diminuendo dimensioni di spot polveri, spot laser e portata polveri si migliora la precisione del processo e la qualità superficiale del manufatto, chiaramente a scapito della produttività. La soluzione complessiva, quindi, consente una flessibilità ed adattabilità di processo funzione delle esigenze del prodotto finito. In figura 7B il secondo telaio 31 è stato portato in posizione più elevata, facendo ruotare gli ugelli 34 intorno ai rispettivi perni 35 e 36 e determinando un angolo di inclinazione β minore, di 20 gradi. Le parti estremali inferiori degli ugelli 34 sono più lontane nel piano orizzontale XY, lasciando un passaggio di area più grande per il raggio laser L, e getti di polvere PJ si incontrano in un punto di deposizione polveri PD più lontano rispetto al telaio 30.

E’ chiaro che varie possono essere le forme di attuazione del cinematismo che varia l’angolo di inclinazione β. In una forma semplificata, ad esempio, è presente solo il telaio 30, che fa ruotare, tramite rispettivi attuatori, i perni 35, sempre disposti secondo assi tangenziali al perimetro del telaio 30, sicché gli ugelli 34 ruotano solo intorno all’asse dei perni 35.

In figura 6 è mostrata una vista in pianta dal basso del cinematismo che comprende i telai 30 e 31, dove sono meglio apprezzabili le posizioni dei perni 35 e 36. Fra le parti estremali inferiori degli ugelli 34, sul prolungamento dei rispettivi assi ugello U è mostrato il punto di deposizione polveri PD.

Dunque, il sistema descritto fino ad ora permette di operare delle movimentazioni sugli ugelli 34, in particolare una rotazione intorno all'asse Z e una variazione del loro angolo di inclinazione β rispetto all'asse normale di incidenza I, che permettono degli ulteriori spostamenti agli ugelli 34 rispetto a quelli imposti dal sistema di trasporto 11.

Si noti che la macchina operatrice descritta può anche essere configurata per operare solo le movimentazioni sugli ugelli 34, tramite una rotazione intorno all'asse Z senza una variazione del loro angolo di inclinazione β, ossia può operare con ugelli fissi.

La possibilità di inclinare gli ugelli 34 e dunque i fasci di deposizione polveri PJ viene impiegata, oltre che per evitare l’interferenza con il raggio laser, per evitare ingombri presenti nel volume di lavorazione, come attrezzi su cui si accresce il pezzo o parti già accresciute per esempio, per variare a forma del punto di deposizione delle polveri e per variare l’altezza del punto di deposizione PD al fine di effettuare delle correzioni, ad esempio secondo un controllo in catena chiusa rispetto a quanto comandato da un part program, o sequenza di istruzioni, come descritto meglio nel seguito.

In figura 6 è inoltre mostrata, tratteggiata in quanto risiede sul piano di lavorazione 110, un’area di lavorazione 120, che è sostanzialmente quadrata inscritta all’interno del telaio 30. In essa sono definiti dei tratti di percorso di lavorazione WB, ossia dei tratti di percorso di lavorazione percorsi dallo spot laser S, per operare le fasi di fusione, pre-riscaldamento e post-riscaldamento, come descritto meglio nel seguito con riferimento alla figura 8.

Come si può vedere, in figura 6 è indicato un tratto di lavorazione WB, disposto secondo una direzione di avanzamento D, rispetto alla quale la proiezione degli assi ugello U sul piano di lavorazione 110 è posta a 45 gradi. Quando gli ugelli 34 sono disposti in questo modo rispetto ai tratti di lavorazione WB non c’è possibilità che lo spot S incontri né i getti di polvere né gli ugelli 34 che li determinano. In figura è anche indicata una seconda direzione di avanzamento D ortogonale alla prima, con la quale pure gli assi ugello U formano un angolo di 45 gradi.

La macchina finora descritta permette perciò di migliorare il controllo dei profili energetici applicati nelle tre fasi di pre-riscaldamento, fusione e postriscaldamento.

In figura 8A è mostrato un tratto di lavorazione WB nel quale il raggio laser L (ossia il suo spot S) comandato dal gruppo ottico 20 esegue una traiettoria laser interna lp a zig-zag. Per traiettoria laser interna lp si intende qui una traiettoria eseguita dallo spot laser S all’interno del tratto di lavorazione WB. Il tratto di lavorazione WB corrisponde poi a un segmento di un percorso di fusione laser LP, come meglio descritto con riferimento a figura 10. La traiettoria laser interna lp può essere un percorso a zig-zag come in figura 8A o un percorso che ricalca il tratto di lavorazione come in figura 9. In generale la traiettoria laser interna lp, dove per traiettoria si intendono le coordinate cinematiche che descrivono nel tempo il moto dello spot laser S, al fine di operare oltre alla fusione, il pre-riscaldamento e il post-riscaldamento, si muove nel tempo avanti e indietro lungo il percorso della traiettoria.

In figura 8A il tratto di lavorazione WB è associato a una direzione di avanzamento D dell’equipaggio mobile 12, che giace nel piano di lavorazione 110, che è la direzione in cui progredisce e una pozza fusa PM di deposizione del materiale fuso. Lungo tale tratto di lavorazione WB è definita una posizione d lungo il tratto di lavorazione WB. Come si vede in figura 8A è anche rappresentato un diagramma che riporta un’energia di lavorazione E, ossia l’energia associata allo spot laser S, in funzione della posizione d. L’asse della posizione d è allineato alla direzione di avanzamento D del tratto WB, sicché è possibile indicare sull’asse della posizione d delle posizioni d1, d2, d3, d4, fra le quali sono definite le fasi di pre-riscaldamento FP (intervallo d1-d2), fusione FS (intervallo d2-d3) e post-riscaldamento FR (intervallo d3-d4).

In figura 8A sono visibili in modo schematizzato i quattro getti di polvere PJ, allineati agli assi ugello U. Come si può vedere essi sono inclinati a 45 gradi rispetto alla direzione di avanzamento D, sicché lo spot laser S, finché si muove all’interno del tratto di lavorazione WB, non può intercettarli.

Come si può osservare in figura 8A, l’energia di lavorazione E, ossia l’energia dello spot laser L, viene variata in funzione della posizione d lungo il tratto di lavorazione WB. Tale energia di lavorazione E è alta e costante nella fase di fusione FS, mentre è bassa e crescente nella fase di pre-riscaldamento FP, bassa e decrescente nella fase di post-riscaldamento FR. Il profilo energetico è determinato sulla base delle caratteristiche del materiale da fondere e comunque operando un controllo del gradiente termico generato secondo quanto richiesto dalla lavorazione tecnologica che si intende attuare. La direzione di avanzamento D della lavorazione è rappresentata opposta a quella di percorrenza della traiettoria interna lp da parte dello spot S, anche se in generale il laser S in altri intervalli di tempo inverte il moto tornando indietro, dunque muovendosi secondo la direzione di avanzamento D. In forme varianti, vengono eseguite più passate avanti e indietro sullo stesso tratto di pre-riscaldamento, fusione e post-riscaldamento.

In figura 8B è invece mostrato il tratto di lavorazione WB in due istanti successivi t e t-1, e le due rispettive pozze fuse PM(t) e PM(t-1). Come si può osservare il tratto di lavorazione WB, con le rispettive fasi di pre-riscaldamento, fusione e post-riscaldamento, avanza lungo la direzione di avanzamento D.

In figura 9 è mostrato un tratto di lavorazione WB’ che impiega uno spot laser S con larghezza pari a quella di tale tratto di lavorazione WB’, quindi coincidente con il diametro della pozza fusa PM. Dunque, è previsto di far coincidere il diametro della pozza fusa PM e la dimensione laterale del tratto di lavorazione WB, ossia del tratto di pre-riscaldamento e post-riscaldamento con il diametro di focalizzazione dello spot laser S, tramite inclinazioni degli assi U degli ugelli 34 e regolazione dei parametri di collimazione dello spot laser S, tramite l’adattatore 22.

In figura 9, in maniera analoga alla figura 8A, è anche mostrato il profilo di energia di lavorazione E rispetto alla posizione d, corrispondente al tratto di lavorazione WB’ che impiega uno spot laser S con larghezza pari a quella di tale tratto di lavorazione WB mostrato nella stessa figura. In questo caso la traiettoria interna lp prevede che lo spot laser compia una determinata sequenza di spostamenti lungo l’asse della direzione di avanzamento D. E’ previsto in generale che la traiettoria interna lp possa prevedere di muoversi avanti e indietro lungo l’asse della direzione di avanzamento, anche più volte, variando a ogni passaggio l’apporto energetico. Anche la pozza di fusione PM può essere spostata progressivamente lungo il tratto di lavorazione WB variando l’apporto energetico fra i passaggi.

In figura 8 e 9 sono stati mostrati i tratti di lavorazione WB o WB’, al’interno dei quali in generale il punto di deposizione polveri PD si sposta linearmente lungo la direzione di avanzamento D, trascinato dal sistema di trasporto 11 che trascina il telaio 30. La posizione nel piano orizzontale del punto di deposizione polveri PD non varia con le rotazioni intorno all’asse telaio ζ, quindi dipende solo dal movimento orizzontale della struttura di trasporto 11. All’interno dei tratti WB o WB’ come detto vengono attuate traiettorie interne lp degli spot laser L per eseguire le fasi di pre-riscaldamento, fusione e postriscaldamento. Questo in generale vale per tratti di lavorazione WB, che corrispondono alla somma delle tre zone pre-riscaldamento, fusione e post-riscaldamento, brevi e che hanno una direzione di avanzamento D. La somma di tali tratti di lavorazione WB, WB1, WB2… che possono avere direzione di avanzamento D che cambia nel tempo, determina dei percorsi di lavorazione, che seguono il percorso di deposizione delle polveri. Come mostrato in figura 10, dato un percorso di lavorazione per ottenere una determinata sezione di un oggetto tramite fusione, è previsto di impostare un percorso di emissione delle polveri PP e un percorso di fusione LP dello spot laser S focalizzato sul piano di lavoro 110. In particolare secondo quanto indicato in figura 10, il percorso di emissione delle polveri PP e il percorso di fusione LP sono, in varie forme di realizzazione, sostanzialmente congruenti da un punto di vista delle coordinate spaziali. Il percorso di fusione LP e il percorso di emissione PP possono essere seguiti dal telaio 30 e dallo scanner ottico 20 contemporaneamente, ossia lo spot laser S e il punto di deposizione PD sono allineati incrociandosi in un punto di lavorazione. Tuttavia, per effettuare anche il pre-riscaldamento e postriscaldamento, è previsto che lo spot laser S sia comandato a inseguire, secondo la traiettoria interna lp, con un determinato anticipo e un determinato ritardo, corrispondenti alle posizioni d dei diagrammi di figura 8 e 9, rispettivamente secondo il percorso di fusione LP il percorso di emissione polveri PP.

In figura 11 è riportato uno schema di principio dell’architettura di un’unità di controllo numerico 60 per gestire il controllo degli attuatori, ossia i motori della struttura di trasporto 11 che movimentano gli assi X, Y, Z, dell’equipaggio mobile 12, i motori che movimentano il sistema ottico 20 ossia l’attuatore galvanometrico degli assi di rotazione θ e ω e l’adattatore 22 che controlla l’asse di traslazione α del punto di focalizzazione, quindi della posizione verticale dello spot S, nonché il motore che movimenta la rotazione intorno all’asse telaio ζ del telaio 30 e/o i motori che movimentano la variazione dell’angolo di inclinazione β. Tale unità 60 comprende due personal computer 61 e 62. Il personal computer 61 opera quale interfaccia utente per inviare istruzioni e comandi al secondo personal computer 62, il quale preferibilmente comprende un sistema operativo 62a associato a estensioni di tipo Real Time 62b per la gestione della macchina. Il sistema operativo può essere ad esempio di tipo Linux, WinCE, o essere ottenuto tramite soluzioni proprietarie. Il personal computer 62 fornisce quindi le traiettorie da eseguire a una scheda di servo controllo 63 di tipo DSP PCI per il controllo degli attuatori.

Nel personal computer 62 e nella scheda di servo controllo 63 sono implementate procedure di gestione degli assi della macchina laser 10, in particolare di gestione degli assi su indicati, X, Y, Z, α, θ, ω, ζ, β, che verranno meglio dettagliate nel seguito.

L’unità di controllo numerico 60, secondo procedure di per sé note nello stato dell’arte, genera una sequenza di istruzioni P, corrispondente a un cosiddetto ‘part program’, o programma di parte, per una macchina “virtuale” con determinate specifiche di accelerazione e velocità. Tale sequenza di istruzioni P proviene dal personal computer 51, e ed è originata da un programma apposito, per impostare fuori linea (offline) le traiettorie e i movimenti della macchina. Ad essa viene applicata una funzione di interpolazione che provvede, sulla base della sequenza di istruzioni P alla generazione di una traiettoria della macchina operatrice. Tale traiettoria della macchina operatrice corrisponde alle coordinate cinematiche che descrivono nel tempo il moto di un punto della macchina operatrice, ad esempio un giunto o un terminale, o Tool Center point (TCP). Tale interpolazione opera in risposta a un codice di preparazione, o G-Code, inviato nell’ambito della sequenza di istruzioni P. L’operazione di interpolazione viene implementata via software all’interno del personal computer 62.

Si noti che nella macchina operatrice laser descritta inoltre l’unità 60 è configurata per inviare ulteriori comandi relativi ad esempio alla portata dei getti di polvere di fusione, alla portata del gas di supporto, alle caratteristiche della radiazione laser (potenza, modalità continua/impulsata/altro, eventuale frequenza e duty, forma del profilo di radiazione gaussiana/tophat/altro) e alle caratteristiche del raggio laser (diametro, focalizzazione, altro). Tali comandi possono essere associati alla sequenza di istruzioni P in modo da occorrere in determinati punti e istanti definiti dalla traiettoria della macchina operatrice.

I comandi relativi alle caratteristiche della radiazione laser e alle caratteristiche del raggio laser possono venire controllati per regolare il profilo termico, ad esempio variando la potenza e/o il diametro e/o la focalizzazione dello spot laser nei tratti di percorso di lavorazione WB.

Si precisa qui ancora che con una traiettoria che opera secondo determinati assi si intende ad esempio una funzione di variabili cinematiche corrispondenti a detti assi. Agli assi X, Y, Z, sono associate variabili cinematiche lineari corrispondenti (spostamenti, velocità, accelerazioni), cosi come all’asse di traslazione α, che determina lo spostamento del fuoco del laser L, mentre agli assi di rotazione θ, ω, ζ, β, sono associate corrispondenti variabili cinematiche angolari (angoli di rotazione, velocità e accelerazioni angolari).

Le forme realizzative della macchina 10 descritte consentono vantaggiosamente di sfruttare la velocità e le proprietà di controllo focale del gruppo ottico 20 per conferire energia alla zona dove si è già operato il trattamento termico laser, in particolare la fusione, e la zona dove si andrà a operare il trattamento termico laser.

La sorgente laser, lo scanner ottico 21 e il collimatore adattivo 22 controllano l'energia applicata sul segmento di percorso relativo alla pre-fusione, ossia relativo alla fase di pre-riscaldamento, e di post-fusione, ossia relativo alla fase di post-riscaldamento. Poiché le variazioni di percorso di fusione possono portare alla situazione in cui il laser durante il pre-riscaldamento e il post-riscaldamento intercetti i fasci di polvere prima del punto PD, o, peggio, gli ugelli 34, con la macchina descritta è previsto di ruotare il telaio 30 per seguire il percorso di fusione LP, formato da una pluralità di tratti di lavorazione WB, in modo da rendere le porzioni da preriscaldare e post-riscaldare sempre accessibili al direzionamento del fascio laser L e relativo spot di focalizzazione S, come mostrato in figura 6.

Sostanzialmente, in base a quanto descritto, è previsto di impiegare la macchina operatrice laser 10 per la produzione additiva per fusione laser di oggetti come segue:

impostare un percorso di emissione polveri PP per emettere tramite detti ugelli 34 in detto telaio 30 polveri di un materiale da fondere sul piano di lavorazione 110 secondo un percorso di emissione delle polveri PP,

impostare un percorso di fusione laser LP per inviare tramite detto gruppo ottico 20 uno spot S focalizzato di un raggio laser L secondo un percorso di fusione laser LP su dette polveri emesse secondo detto percorso di emissione PP per operarne la fusione, detto percorso di fusione laser LP comprendendo di spostare, secondo la traiettoria interna lp, detto spot S anche ad anticipare, in una fase di preriscaldamento FP o inseguire, in una fase di postriscaldamento FR, il punto di deposizione PD di tali polveri,

comandare attuatori della macchina operatrice laser associati ad assi della macchina tramite l’unità di controllo numerico 60 e un modulo di servo controllo 63 a compiere traiettorie tramite rispettivi assi per eseguire detti percorsi di fusione LP e di emissione PP in cui, detta operazione di comandare attuatori comprende una modalità di funzionamento in cui detti attuatori di detto equipaggio mobile 12 sono comandati per movimentare detto telaio portautensile in modo mobile rispetto a detto gruppo ottico 20, ruotandolo almeno intorno all’asse telaio verticale ζ in modo da evitare che la posizione degli ugelli 34 intercetti lo spot laser S comandato secondo il percorso di fusione laser LP e il percorso interno lp.

In particolare, l’operazione di comandare attuatori prevede di ruotare detto telaio 30 in modo che tutti gli assi U degli ugelli 34, o la loro proiezione sul piano di lavorazione 110, in ogni momento non intercettino la direzione di avanzamento D del tratto di lavorazione, dunque tali assi U o la loro proiezione formi un angolo maggiore di zero rispetto alla direzione di avanzamento D. L’angolo minimo degli assi U o loro proiezione dipende dalle dimensioni degli ugelli 34 e getti di polvere PJ e dev’essere tale il fascio laser non interferisca con essi. La condizione ottima che determina l’angolo tra gli ugelli 34 e la direzione D da utilizzare è che la bisettrice dell’angolo formato dagli ugelli stessi sia tangente al percorso LP e quindi alla direzione D.

In particolare, nel caso del telaio 30 con quattro ugelli 34, in ogni momento gli assi ugello U formano un angolo di 45 gradi rispetto alla direzione di avanzamento D. In caso di due ugelli 34 si potranno mantenere gli assi a 90 gradi, mentre in caso di otto ugelli si potranno mantenere a 22,5 gradi, ossia in generale gli assi ugello vengono mantenuti a un angolo pari all’angolo piatto diviso per il numero degli ugelli 34. Peraltro, si tratta di casi ottimi, in modo da massimizzare la distanza fra assi ugello U e direzione di avanzamento, mentre è chiaro che in generale l’angolo potrà anche avere valori inferiori, fintanto che l’asse dell’ugello al di fuori del punto di deposizione PD non intercetta la direzione di avanzamento D. In generale, comunque, e l’allontanamento dall’angolo “ottimo”, nell’esempio di 45 gradi, potrebbe può essere richiesto per anticipare un cambio di direzione della fusione o per evitare ingombri presenti nel volume di lavorazione (attrezzi su cui si accresce il pezzo o parti già fuse per esempio).

Dunque, da quanto descritto risulta chiara la soluzione descritta e i relativi vantaggi.

La macchina operatrice laser secondo l’invenzione è in grado di operare in modo flessibile grazie al fatto che gli ugelli per l’emissione di polvere sono mobili rispetto al gruppo ottico laser secondo un asse verticale. Ciò è vantaggioso, particolarmente quando gli ugelli sono molto inclinati per la presenza di ingombri da evitare ed è quindi alto il rischio di intercettazione e dunque la possibilità di ruotare il telaio di ugelli consente anche in questo caso il corretto pre-riscaldamento e postriscaldamento.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo rilevante, rispetto a quanto qui descritto a puro titolo di esempio, senza discostarsi dall'ambito di protezione. Tale ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.

In varie forme di attuazione, diverse strategie di utilizzo del sistema descritto potranno essere attuate in relazione al profilo di controllo energetico da applicare e alle tempistiche di applicazione, entrambi legati alla tipologia di polveri, materiali e forme da trattare termicamente, in particolare fondere. In particolare, come mostrato anche in figura 8, la soluzione descritta consentirà di applicare il profilo energetico in più passate o utilizzando movimenti lineari o a zig-zag o oscillanti (wobbling) con un fascio focalizzato di diametro inferiore rispetto alle dimensioni del punto di deposizione polveri PD o della pozza fusa: PM ciò è possibile regolando le dimensioni e la forma dello spot di applicazione delle polveri tramite il sistema di inclinazione degli ugelli e relativo flusso di deposizione e il diametro di focalizzazione dello spot laser S.

Alternativamente come mostrato in figura 8 e 9 sarà possibile far coincidere il diametro della pozza fusa e la dimensione laterale del tratto di pre-riscaldamento e postriscaldamento con il diametro di focalizzazione dello spot laser S, tramite opportune inclinazioni degli ugelli e regolazione dei parametri di collimazione dello spot laser S.

La configurazione del gruppo laser 20 consente inoltre di variare durante la lavorazione le caratteristiche di focalizzazione tra le diverse zone e pertanto è possibile operare la fusione con uno spot laser S focalizzato con lo stesso diametro della pozza di saldatura e invece per applicare energia nei tratti di pre-riscaldamento e postriscaldamento utilizzare un raggio laser de-focalizzato che intercetti il tratto di lavorazione WB di interesse con un opportuno diametro. La configurazione del gruppo laser consente inoltre di applicare energia in modo controllato utilizzando velocità di passaggio diverse nei tratti di fusione, pre-heating e post-heating.

Come discusso, il trattamento termico laser opera preferibilmente una fusione laser delle polveri, ma la macchina e il procedimento qui descritto si applicano anche alla sinterizzazione laser e ad altri procedimenti di trattamento termico laser compatibili con le caratteristiche del procedimento e macchina come descritti e rivendicati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Macchina operatrice laser per la produzione additiva tramite processo di trattamento termico laser di polveri metalliche, in particolare tramite fusione, di oggetti, comprendente un struttura di trasporto (11), mobile in uno spazio di lavoro (100) comprendente un piano di lavorazione (110), detta macchina (10) operando secondo un primo sistema di assi di movimentazione (X, Y, Z) cartesiano ed essendo configurata per supportare un equipaggio mobile (12) che comprende uno o più ugelli (34) per l’emissione di getti di polvere da trattare termicamente, un substrato di lavoro (100, 110) e un gruppo ottico laser (20) per convogliare un raggio laser (L) in uno spot laser (S) focalizzato su detto substrato di lavoro (100, 110) per operare il trattamento termico su dette polveri, caratterizzata dal fatto che detto equipaggio mobile (12) comprende una porzione superiore (12a) associata in modo fisso a detta struttura di trasporto (11), in detta porzione superiore (12a) essendo disposto detto gruppo ottico laser (20), una porzione inferiore (12b) in cui è disposto un telaio porta utensile (30), sul quale sono disposti detti uno o più ugelli (34) per l’emissione di getti di polvere, detta porzione inferiore essendo configurata per ruotare detto telaio (30) attorno a un asse telaio (ζ) parallelo a un asse verticale (Z) di detto primo sistema di assi cartesiani (X, Y, Z), detto gruppo ottico laser (20) essendo disposto nell'equipaggio mobile (12) in modo da inviare il fascio laser (L) sul piano di lavorazione (110) passando all’interno di un perimetro individuato da detta pluralità di ugelli di emissione di getti di polvere (34).
2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta porzione inferiore (12b) comprende un condotto (12e) orientato in direzione dello spazio di lavoro (110) e che detto gruppo ottico (20) è configurato per inviare il raggio laser (L) attraverso detto condotto (12e) e successivamente attraverso il perimetro degli ugelli(34).
3. Macchina secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto gruppo ottico laser (20) comprende mezzi di scansione ottica (21) per posizionare detto spot laser (S) nello spazio di lavoro (100) operanti secondo un rispettivo insieme di assi di movimentazione (α, θ, ω).
4. Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti ugelli (34) sono disposti su detto telaio (30) in modo che loro assi longitudinali (U) formino un angolo di inclinazione (β) rispetto a detto asse verticale (I) tale che getti (PJ) di detti ugelli (34) si intersechino in un punto di deposizione della polvere (PD).
5. Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che comprende mezzi attuatori per variare detto angolo di inclinazione (β) di detti assi longitudinali (U) di detti uno o più ugelli (34).
6. Macchina secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi attuatori comprendono attuatori rotativi per ruotare gli ugelli (34) intorno a un asse tangente al telaio portautensile (30).
7. Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi attuatori comprendono una prima corona (30) sulla quale è incernierato ciascun ugello (34) e una seconda corona (32) mobile in direzione verticale (Z) comprendente un rispettivo perno di rotazione (36) impegnato in un’asola (37) ricavata sull’ugello (34).
8. Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto telaio (30) e detta disposizione di una pluralità di ugelli (34) individuano un perimetro circolare.
9. Macchina secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti ugelli (34, 34a) comprendono mezzi di preriscaldamento e/o mezzi per iniettare un gas di supporto e protezione del processo.
10. Macchina secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detto rispettivo insieme di assi di movimentazione (α, θ, ω) comprende due assi di rotazione (θ, ω) di un asse (I) del fascio laser (L) incidente sul piano di lavorazione (110), fra loro perpendicolari, e un asse di traslazione (α) lungo detto asse (I) dello spot laser (S).
11. Macchina secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di scansione ottica (21) comprendono due specchi di orientamento (243, 25), per orientare il raggio laser (L) in uno spazio conico definito da detti due assi di rotazione (θ, ω), e un elemento di collimazione adattiva (22) per variare il diametro e un punto di focalizzazione dello spot laser (S) lungo detto asse di traslazione (α) e il suo diametro di focalizzazione all'interno di tale spazio conico, e uno specchio stazionario (23) che dirige, in particolare orizzontalmente, verso gli specchi di orientamento il fascio laser verticale proveniente dall’elemento di collimazione adattiva.
12. Macchina secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che una sorgente laser per il processo di trattamento termico è co-locata con il sistema di collimazione e scansione.
13. Procedimento per la produzione additiva tramite processo di trattamento termico laser di polveri metalliche, in particolare tramite fusione, di oggetti tramite una macchina operatrice laser secondo le rivendicazioni da 1 a 12, comprendente impostare un percorso di emissione polveri (PP) per emettere tramite detti ugelli (34) in detto telaio (30) polveri di un materiale da trattare termicamente sul piano di lavorazione (110) secondo un percorso di emissione delle polveri PP, impostare un percorso di trattamento termico laser (LP) per inviare tramite detto gruppo ottico (20) uno spot (S) focalizzato di un raggio laser (L) secondo un percorso di trattamento termico laser (LP) su dette polveri emesse secondo detto percorso di emissione (PP) per operarne la trattamento termico, detto percorso di trattamento termico laser (LP) comprendendo di spostare, secondo una traiettoria interna (lp), detto spot S anche ad anticipare, in una fase di pre-riscaldamento (FP) o inseguire, in una fase di post-riscaldamento (FR), il punto di deposizione (PD) di tali polveri in cui viene effettuata una fase di trattamento termico (FS), comandare attuatori della macchina operatrice laser (10) associati ad assi della macchina tramite l’unità di controllo numerico (60) e un modulo di servo controllo (63) a compiere traiettorie tramite rispettivi assi per eseguire detti percorsi di trattamento termico (LP) e di emissione (PP) in cui, detta operazione di comandare attuatori comprende una modalità di funzionamento in cui detti attuatori di detto equipaggio mobile (12) sono comandati per movimentare detto telaio portautensile (30) in modo mobile rispetto a detto gruppo ottico 20, ruotandolo almeno intorno all’asse telaio verticale (ζ) in modo da evitare che la posizione degli ugelli (34) intercetti lo spot laser (S) comandato secondo il percorso di trattamento termico laser (L) e la traiettoria interna (lp).
14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che l’operazione di comandare attuatori prevede di ruotare detto telaio (30) in modo che tutti gli assi (U) degli ugelli (34), o la loro proiezione sul piano di lavorazione (110), in ogni momento non intercettino la direzione di avanzamento (D) del tratto di lavorazione, dunque tali assi (U) o la loro proiezione formi un angolo maggiore di zero rispetto alla direzione di lavorazione (D).
15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che gli assi ugello (U) vengono mantenuti in ogni momento a un angolo pari all’angolo piatto diviso per il numero degli ugelli (34) o tale che la bisettrice dell’angolo formato dagli ugelli stessi sia tangente al percorso di lavorazione (LP).
16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che gli assi ugello (U) vengono mantenuti a un angolo pari all’angolo piatto diviso per il numero degli ugelli (34) o tale che la bisettrice dell’angolo formato dagli ugelli stessi sia tangente al percorso di lavorazione (LP), eseguendo scostamenti rispetto a tale angolo in corrispondenza di cambi di direzione o per evitare ingombri.
17. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti da 13 a 16, caratterizzata dal fatto che comprende disporre detti ugelli (34) su detto telaio (30) in modo che loro assi longitudinali (U) formino un angolo di inclinazione (β) rispetto a detto asse verticale (I) tale che getti (PJ) di detti ugelli (34) si intersechino in un punto di deposizione della polvere (PD), detto procedimento comprendendo inoltre di variare detto angolo di inclinazione (β) di detti assi longitudinali (U) di detti uno o più ugelli (34).
18. Procedimento secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto di variare detto angolo di inclinazione (β) di detti assi longitudinali (U) di detti uno o più ugelli (34) per soddisfare una o più delle seguenti condizioni: evitare ingombri presenti nel volume di lavorazione, variare la forma del punto di deposizione delle polveri variare l’altezza del punto di deposizione (PD).
19. Procedimento secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto procedimento di trattamento termico è un processo di fusione.