JP2004506097A - 精密な形状の工作物を製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、精密な形状と高い表面品質の工作物、特に所要の形に仕上げる切刃を製造するための方法および装置に関するものである。望ましくは、コンピュータ制御により、工作物は、他の層の上に形成された多くの粉末層を凝固することによって構成されている。粉末の凝固の後は、表面の機械的仕上げに続き、形成される工作物は全処理工程の間、粉末の出発物質によって覆われている。

Description

本発明は、層に形成される粉末の出発物質の、電磁放射あるいは粒子放射を用いた連続的凝固、そして、連続して行われる機械的表面仕上げによって、正確な配列と高い表面品質をもつ工作物、特に、工具の製造方法に関する発明であり、同様にそのような工作物を製造するための装置に関するものである。
【０００１】
上に述べた形式の方法は、ＤＥ １９５ ３３ ９６０ Ｃ２から知られている。先の既知の方法の場合には、１つの物質層はそれぞれ、軌跡を残すように土台に形成され、続いて、レーザー光線を用いて、個々に融合されるか凝固される。続いて、第２の層が形成および凝固され、同様に、工作物の所望の高さに合わせて、レーザー光線によっていくつかの層が形成、凝固される。新しい層を形成すると、この新しい層は、すでに形成された層の表面と常に結合する。粉末冶金の工作物の製造は、その後、切断プロセスを用いることによって、側面および表面の両方の仕上げ処理へと続く。既知の方法の場合においては、常に、溶かされていないパウダーが、吹きつけ、または吸引によって、作業エリアから除去されるように注意される。
【０００２】
既知の製造方式では、放射装置および機械的な処理装置がコンピューターコントロールされる場合、比較的短い製造時間で、正確な精度で工作物を製造することができる。既知の製造方式の問題は、製造された工作物の端部、すなわち、側面部では、不均一の物質構成が生成され、特に、孔隙率が生じるうることにある。この問題を解決すべく、冒頭に述べた文献は、後の機械的な処理によって、所望の輪郭寸法を越える物質を融合し、かつ工作物において目立つように突き出る端を除去することを示唆している。この手順によって、確かに、側面部の多くの物質を除去し、均質な物質構成の実現が可能である。しかしながら、これは、製作時間および製作道具のコストの両方に関して、好ましくなく高く、製作費用が高くつくことになる。
【０００３】
このように、本発明の目的は、除去された物質量の量を考慮して機械的な表面仕上げを最小限にすること、および製造工具に特に要求される、優れた表面の質を同時に達成するような、冒頭に述べた形式の方法と装置を提供することにある。
【０００４】
本発明によれば、上記の目的は以下のように解決される。すなわち、請求項１の前文による方法では、形成される工作物は、その製造の間、粉末の出発物質によって囲まれる。好ましくは、この方法の特徴は、土台上で工作物の輪郭を上回る領域を覆う層厚にて形成される粉末の出発物質、および、放射の作用範囲に対応した幅の軌跡を残すように実行さる凝固によって実現される。このように、凝固光線、つまり電磁ビームあるいは粒子光線を正確に制御することで工作物の輪郭部分の物質特性を調節することが可能となる。
【０００５】
よく知られているように、物質の溶解された面の比率は、単位部分あたりのビーム出力あるいは供給エネルギーの増加によって増大し、その結果、物質の圧縮性が高まるとともに、機械特性が良好になる。しかしながら、工作物の直接的な端部、すなわち側面の表面領域において、このような粉末物質の凝固は、機械的後処理にかかわらず、間隙率を増加させ、所望の高い品質を達成することなく、物質構造を間隙率の高いものにする原因となる。もし、本発明による方法の好ましい実施の形態によれば、工作物の端部での凝固は、同じ粉末層を繰り返し放射することによって達成され、既存の粉末ベッドからの粉末は、連続する放射において、低いビーム強度にて最小の厚さで工作物の輪郭部において凝固される。したがって、連続する機械的な処理は、低く維持されても良い。第１の放射は、工作物の最終輪郭線に沿って、放射の作用範囲が正確に内部に拡張するような高いエネルギー密度で実行されるのが好ましく、第２の放射は、第１の放射に対して外側に配置され、所望の工作物の最終輪郭線を覆う。
【０００６】
これは、工作物の側壁の機械的仕上げが、粉末の出発物質に囲まれて実行される場合に、提示された目的を実現するための特別の利点である。この中で、周囲の粉末は、研磨剤および側面部の既存の間隙率の充填因子の両方として使用される。粉末の粒子は、このように、低温溶接による孔の間隙充填に用いられる一方で、エネルギー線によって既に凝固された、突出した結合粒子を削除するための研磨剤として用いられる。したがって、再び高い供給割合を可能とする、最小の機械的な作業高さが十分であることが示されている。上述したような周囲の粉末の効果は、機械的仕上げがホブ切りあるいは周辺の研磨処理であるときに、特に有利な態様にて実現される。
【０００７】
必要な工作時間を増加させることのない、表面品質のさらなる改良点は、側面の機械的仕上げが、常に最後に形成される物質層（ｎ層からｎ−ｘ層）のいくつかを含む、ということにある。結果として、その端部が工作物の側面表面を形成する、個々の層の側面表面は、機械的に数回処理される。
【０００８】
この発明の方法は、記載の図面中の例によって、説明される。
【０００９】
ここで、図１は、本発明の方法を形成するための本発明の装置の概略図であり、図２は、粉末圧縮および機械的仕上げの概略図によって製造される工作物の上部平面図である。
【００１０】
図１における構成では、製造される工作物は１で表示される。その製造は、正確に予定された層厚の粉末の出発物質３が、リフト装置７によって矢印２７方向に上下に垂直に移動される工作テーブル５上において、形成されることで、効果が発生する。出発層の層厚は、図面中の層ｎ、層ｎ‐１あるいは層ｎ‐２の層厚に等しい。形成される粉末の出発物質の領域は、所望される工作物の最終輪郭を超過しなければならない。
【００１１】
処理ユニット２０は、工作テーブル５上において、図面の平面と略垂直な方向である矢印２９の方向に、全体として移動可能に配置される。処理ユニット２０の動作は、工作テーブル５のリフト動作をも同時に制御する制御装置１１によってコンピュータ制御される。処理ユニット２０は、実質的に、放射源６、作動ユニット１０によって作動される１枚あるいはいくつかの鏡、または所望の部品の輪郭に合致する工作テーブル５を統一的に制御することによって、放射源６から発散する光線１８を導けるように工夫されたガイド装置類似物を含む。放射装置６、８、１０に加えて、処理ユニット２０は、さらに機械的仕上げのための処理装置を含む。これは、図示された実施例においては、制御装置１１によってさらに制御される適切な駆動ユニット９を備えたフライス工具２である。最後に、ドレッシングバー４は、処理ユニット２０に設けられており、工作テーブル５に形成される粉末の出発物質３は、工作テーブル５を横断するように処理ユニット２０が移動することにより、一定の層厚に分配されることができる。ドレッシングバー４は、同時に、粉末の出発物質３のための供給装置として設計されることができる。
【００１２】
工作テーブル５上の粉末の出発物質３の第１の層を形成した後に、出発物質は、光線１８の制御に対応して、そして、必要な時は、さらに処理ユニット２０を工作テーブル５に関して移動することによって、所望の軌跡に圧縮される。放射および粉末の出発物質の圧縮に続いて、ホブ切りを実行するフライス工具２は、工作物の最終輪郭に対応する移動座標によって、第１の圧縮された物質層の側面の端を処理することができる。第２の層の製造において、フライス工具２は、最後に製造される２つの物質層が側面方向に仕上げされるような高さに調整される。最後に形成される２層のみの代わりとして、工具もまた、いくつかの層を含めるように調節されることができる。しかしながら、これは、含まれる層の数によっては、固定されていない工具の軸長を増加させることとなるため、個々の層に対する複合処理の数は制限されるべきである。放射と物質層の凝固と可能な処理の工作工程の後に、粉末の出発物質の次の層は、ドレッシングバー４あるいは供給装置を介して、別々に形成される。続いて、次の物質層（複数の層）が凝固する。１つの層が形成され、凝固されるたびに、工作テーブル５は、リフト装置７によって１つの層厚にまで下げられる。圧縮光線と、処理装置２０とを適切な場所に調整することによって、非常に複雑な形をした工作物、特に、深い切り込みと溝を持った工作物を形成することができる。
【００１３】
図２の上面図は、実質的に長方形の輪郭をもった工作物の端部の生成を示している。この工作物は最終輪郭線１４を有している。最終輪郭線１４に相応する側面表面の高い表面品質を得るために、工作物部分の端部は繰り返し放射を受け、第１の放射は、軌跡１６に従って高いエネルギー密度において実行され、放射を作用させる範囲、すなわち軌跡幅は、最終輪郭線１４の内部に拡張する。望ましくは低いエネルギー密度の第２の放射は、軌跡１７に対応し、第１の放射に対して外側に配置され、所望の、工作物の最終輪郭線１４を覆う。凝固軌跡１７は第１の軌跡１６より明確に狭い。軌跡１７はエネルギー密度が低いので、図示されたフライス工具２による連続するホブ切り処理によって、最終輪郭線１４に沿った側面表面を非常に高い表面品質にするために、軌跡１７は、最終輪郭線１４を少しでも超過しなければならない。同様の状況が、工作物１の中央領域における狭い溝あるいは凹部で達成することができる。
【００１４】
続いて、最上部の物質層を形成し、凝固した後に、工作物のカバー表面の機械的仕上げを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の方法を実行するための本発明の装置の概略図である。
【図２】
粉末圧縮および機械的仕上げの概略図によって製造される工作物に関する上面図である。

Claims (8)

1. 水平な複数の層をなすように形成される粉末の出発物質（３）の電子放射あるいは粒子放射を用いた連続的凝固による工作物の製造方法であって、
   個々の層は、２つのほぼ垂直な側面表面と、潜在的な次層の基礎を形成するほぼ水平の上部表面とを含み、
   上記の２つの垂直な側壁の少なくとも１つは、層に水平に形成される上記粉末の出発物質（３）の凝固に連続する機械的仕上げの対象となり、
   形成される工作物（１）は、製造の間、粉末の出発物質（３）に囲まれていることを特徴とする製造方法。
2. 上記粉末の出発物質（３）は、土台上で工作物の輪郭を上回る領域を覆う層厚にて形成され、
   上記凝固は、放射（１８）の作用範囲に対応した幅の軌跡を残すように実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工作物の端部の凝固は、同じ粉末層の繰り返される放射によって実現されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 高いエネルギー密度の第１の放射は、工作物の最終輪郭線（１４）に沿って、放射の作用範囲が正確に内部に拡張するように実行され、
   第２の放射は、第１の放射に対して外側に配置され、所望される工作物の最終輪郭線（１４）を覆うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 上記側面表面の機械的仕上げは、粉末の出発物質（３）に囲まれて行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 処理過程は、ホブ切り過程あるいは周辺研磨過程（工具２）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 上記側面表面（２４）の機械的仕上げは、最後に形成される物質層（ｎ層からｎ−ｘ層）のいくつかを常に含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 工作物の製造に関する装置、特に、請求項１から７のいずれか１項による方法を行うことによる工作物の製造に関する装置であって、
   粉末の出発物質（３）によって覆われることができるように下げられる工作テーブル（５）と、垂直方向、水平方向に移動可能であって、制御装置（１１）と動作を連動されうる処理ユニット（２０）とから構成され、
   上記処理ユニット（２０）は、少なくとも１つの放射源（６）と、作動ユニット（１０）によって制御可能な少なくとも１つのミラーユニット（８）とを備え、
   上記放射源（６）から発射される光線（１８）は、少なくともミラーユニット（８）の１つを介して工作テーブル（５）に導かれ、
   ミラーユニット（８）は、所望の構成要素の輪郭に対応して、２つの統一的制御によって制御可能であって、
   上記の処理ユニットは、さらに、ほぼ垂直面の機械的仕上げのための処理装置を備えていることを特徴とする装置。

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