JP2001504549A - 原料のレーザー融解を用いる高速製造システム - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.レーザーなどのエネルギー源で、付着およびもしくは溶接することにより各 種の縦断面図を持つ金属および非金属材料の薄層原料を既存の層に融解し、一方 原料断面を事実上もとの形状に保持することを含む一つの製品構築方法。 2.請求の範囲第1項に記載の方法であって、更にX−Y平面にある基板を移動 し望ましい部品の各断面域の境界および内部をトレースすることを含むことを特 徴とする方法。 3.請求の範囲第2項に記載の方法であって、更に原料分配ノズルをレーザー光 線軸の周りで回転させることを含むことを特徴とする方法。 4.請求の範囲第3項に記載の方法であって、更に原料送達軸をモデルの境界曲 率に接線の方向に連続して位置決めすることを含むことを特徴とする方法。 5.請求の範囲第1項に記載の方法であって、更に、同時に原料を送り一方では 原料を融解することを含むことを特徴とする方法。 6.一つの三次元製品構築方法であって、各種の縦断面図を持つ金属および非金 属材料薄層原料を原料分配ノズルを通じて望ましい位置に送り、既存の融解層に 原料の信頼できるスポットあるいは連続溶接に十分な局所限定熱入力を産出する サイズと出力密度のレーザー光線で原料を融解し、一方原料断面を事実上もとの 形状に維持し、また三次元モデル生成物の高精度および寸法安定性ならびに良好 な表面品質を産出することを含む三次元製品構築方法。 7.請求の範囲第6項に記載の方法であって、更にその上でレーザー光線を横断 する平面上で層が産出される基板をX−Y方向に移動し、また原料の送り部の下 側で望ましい部品の各断面域の境界および内部をトレースし、原料分配ノズルを レーザー光線の軸の周りで回転させ、また原料が既存の層に融解される点で境界 曲率に接線の方向で原料の送達軸を連続的に位置決めすることを含むことを特徴 とする方法。 8.請求の範囲体7項に記載の方法であって、更にレーザー源からの線形偏光光 線を移相ミラーに向けることによりレーザー光線を形成し、ミラーで線形偏光光 線を円形偏光光線に転換し、また円形偏光光線をレンズに向けレンズで光線を原 料上のスポットに焦点を集めることを含むことを特徴とする方法。 9.請求の範囲第7項記載の方法であって、更に原料をスプールに貯蔵し、原料 をスプールから取り出し原料を原料駆動装置で分配ノズルに押し込み、原料をノ ズルから放出する前に分配ノズル間で原料を曲線に曲げ、ガスをノズル内に導入 しガスを原料近くのノズルから放出することを含むことを特徴とする方法。 10.請求の範囲第9項に記載の方法であって、更にスプール、原料駆動装置、 ノズルおよびレンズをアセンブリとしてレーザー光線軸の周りで回転させ、原料 が融解される線に沿ってレーザー光線軸およびアセンブリを相対的に移動し、ア センブリを線曲線としての軸周りで回転させ、またレンズを移動かつ原料を溶接 し切断するために原料を横切り光線スポットを横断させることをと含むことを特 徴とする方法。 11.一つの製品構築装置であって、フレーム、フレームに配設されたレーザー 光線源、フレームに配設された光線エキスパンダおよびミラー、およびフレーム に配設された原料送達モジュール支持体、原料送達モジュール支持体に配設され た回転ステージおよび回転ステージに配設された回転アーム、回転アームに配設 された原料送り装置および回転アームに配設されたレーザー光線焦点レンズ、回 転アームに配設された原料貯蔵スプールおよびスプールに貯蔵された平角線原料 、スプールと送り装置から原料を受け入れるためまたノズルの先端部から原料を 拡張するために回転アームに接続された原料ノズル、ここでこのノズルの先端部 はレーザー源からミラーにまた支持体、回転アームと回転ステージとレンズを通 じて投射されるレーザー光線と整列され、原料の連続層を付着し融解することで モデルを構築するために、ノズル先端部から拡張する原料を受け入れ基板あるい は原料の既存の融解層に原料を融解するようにフレームと関連してX−Y方向で のステージの相対的な移動に従って予め定められたパターンで原料を受け入れる ノズルの下に位置決めされた直角可動ステージを含む製品構築装置。 12.請求の範囲第11項に記載の装置であっで、ここでスプールおよび回転ス テージならびにレンズがレーザー光線軸と整列されることを特徴とする装置。 13.請求の範囲第11項に記載の装置であって、ここで原料送り装置がステッ パーモーターで駆動されるピンチローラーを含むことを特徴とする装置。 14.請求の範囲第11項に記載の装置であって、ここでレン ズがレーザー光線軸を横切り旋回心軸回転される取付け台に配設され、更に回転 アームに配設されかつ原料を溶接し切断するための原料を横切りレーザー光線ス ポットを横断するため旋回心軸に沿ってレンズ取付け台を移動させるようにレン ズ取付け台に接続された駆動装置を含むことを特徴とする装置。 15.請求の範囲第11項に記載の装置であって、更に原料の融解の間原料とレ ーザー光線の交差部を不活性ガスで一杯にするためにノズルに配設された不活性 ガス通路を含むことを特徴とする装置。 16.請求の範囲第11項に記載の装置であって、ここでレーザー源が線形偏光 光線を産出し、またここでミラーが線形偏光光線を円形偏光光線に転換し、更に またここで円形偏光光線が光ズルから放出されたばかりの原料にレンズを通して 通過する光とを特徴とする装置。 17.請求の範囲第11項に記載の装置であって、ここでノズルが、基板あるい は原料の既存の融解層と接線方向に原料を放出するために半径内に原料を曲げノ ズルの原料路内に半径を持つ原料通路を持つことを特徴とする装置。 18.請求の範囲第11項に記載の装置であって、更に直角可動ステージ、回転 ステージおよび原料送り機構を制御するための多軸制御装置を持つコンピュータ を含むことを特徴とする装置。 19.一つの製品構築装置であって、製品が構築されるステージ、レーザー光線 を製品に向けるレーザーシステム、不活性ガスで一杯にするためにステージから 間隔を置いた不活性ガスノ ズル、製品に対するレーザー光線の衝突、ステージから間隔を置いた複数の材料 貯蔵所、ガスノズルを支持するステージから間隔を置いた支持体、ここで材料貯 蔵所はこの支持体に配置され、支持体に配設され製品にレーザー光線の衝突の際 に製品に材料を送るための複数の材料貯蔵所に接続された複数の送り装置、材料 貯蔵所を回転させ製品に関連して供給するために支持体に接続された回転子、お よびステージあるいは支持体およびレーザーシステムをX−Y−Z方向で前後、 左右および上下に相対的に移動させるためにステージあるいは支持体に接続され た機械装置を含む一つの製品構築装置。 20.請求の範囲第19項に記載の装置であって、更に支持体に配設されたミル 駆動装置、および製品が構築されあるいは原料が送達されて製品あるいは原料の 表面がミル化されることに対してミル工具を位置決めするためにミル駆動装置に 接続されたミル工具を含むことを特徴とする装置。 21.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここで材料貯蔵所が第1およ び第2もしくは多重貯蔵スプールを含み、また第1および第2もしくは多重材料 が貯蔵スプールに貯蔵された材料の第1および第2もしくは多重リボンを含むこ とを特徴とする装置。 22.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここでレーザーシステムが更 にレーザー光線を生産し、レーザー光線を拡張し、またレーザー光線を製品に再 指向するためにレーザーヘッド、光線エキスパンダおよび移相ミラーを含むこと を特徴とする装置。 23.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここで支持体が固定操作架台 、固定操作架台と関連して移動する固定操作架台に接続された可動操作架台、お よび固定操作架台に関連して可動操作架台を移動させるために固定操作架台と可 動操作架台の間で接続された駆動装置を含むことを特徴とする装置。 24.請求の範囲第19項に記載の装置であって、更にレーザー光線を構築され る製品に焦点を集めるために支持体に接続されたレンズを含むことを特徴とする 装置。 25.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここで材料が連続融解され、 焼結されまた密度を高められた平らな未焼結セラミック繊維原料であり一方部品 の幾何学的形状は構築され、未結晶原料の焼結縮みは最終部品精度の増加した完 全に密な複合体セラミック構成材の生産を可能にする制御された送り機構により 補償されることを特徴とする装置。 26.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここで金属および非金属の単 一多重材料が使用されることを特徴とする装置。 27.請求の範囲第19項に記載の装置であって、ここで製品が同一もしくは補 助送り装置で同一の層に突き合わせ溶接された異なった材料の隣接条片から構築 されることを特徴とする装置。 28.請求の範囲第20項に記載の装置であって、ここで製品が横方向移動層で 構築され、また生成階段が滑らかな移行のために研磨されることを特徴とする装 置。 29.前もって送り込まれ融解された材料層に異なった材料の 層を交互に送り込み融解することにより、条片材料の薄層を送り込み融解するこ とにより構築される一つの多層製品。 30.エネルギー量を少なくして結合材料あるい他の材料の前もって融解された 層に原料の結合を可能にする結合材料で被覆された非金属平角原料を送り込むこ とにより構築される一つの多層製品。 31.請求の範囲第30項に記載の製品であって、ここで製品が滑らかに研磨さ れた傾斜外壁を持つことを特徴とする製品。 32.請求の範囲第30項に記載の製品であって、ここで製品が先行する層と関 連して角度で相殺される層を持つことを特徴とする製品。 33.形状を持つ製品を生成する一つの方法であって、第1材料の第1条片を製 品の望ましい位置に送り込み更に第1材料を製品上に置き、一方適所にある材料 を同時にエネルギーを与え固定し、材料条片を繰返しあるいは連続して移動する ことにより材料条片を曲げ、一方材料を送り込み材料条片を製品の新しい位置ま でエネルギーを与え固定し、材料の第1の条片を切断し、第2材料の第2条片を 製品に送り込み、材料の第1の条片にエネルギーを与え製品に固定し、材料の第 2条片を移動することで第2条片を曲げ、更に材料の第2条片を曲げ、エネルギ ーを与えかつ製品上の更に先の位置で固定することを含む方法。 34.請求の範囲第33項に記載の方法であって、更に材料の異なった層を製品 で変更することを含むことを特徴とする方法。 35.請求の範囲第33項に記載の方法であって、更にエンドミル工具を製品と 接触するように進め製品の側面を研磨することを含むことを特徴とする方法。 36.請求の範囲第35項に記載の方法であって、更にレーザーシステムおよび 操作架台を製品から間隔をあけた固定位置で支持し、回転操作架台を固定操作架 台上で支持し、多重材料条片の材料供給量を回転操作架台上で支持し、またエン ドミル工具を持つミリング機器を回転操作架台上で支持することを含むことを特 徴とする方法。 37.請求の範囲第36項に記載の方法であって、更に区別された材料条片の研 磨および製品への送り出しを制御し、条片送り出し装置の動きを制御しまたコン ピュータ内の多機能多軸制御装置により製品の動きを制御することを含むことを 特徴とする方法。 38.請求の範囲第33項に記載の方法であって、ここで、同一層に横方向に隣 接する製品に交互に並ぶ条片を送り出しまた融解し、および同時に隣接条片を融 解することを含むことを特徴とする方法。
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