JP2004516166A - 電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置、特にレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機に関する。前記装置は、機器ハウジング（２）内に収容された構成空間（３）を備え、その中もしくは上には、導光装置、特に、焼結エネルギー源のビームが結合するスキャナ（４）と、垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、供給コンテナ（８）から加工物台（７）上方の処理領域内へ焼結物質を供給する機能を果たすコーター（９）を備えた物質供給装置とが配置されている。前記加工物台（７）は交換可能な素子として構成空間（３）から取り外すことができる。垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、前記供給コンテナ（８）と、前記コーター（９）とが、接続した状態のまま、構成空間（３）から取り外すことができる交換可能処理台ユニット（１０）として構成されている。類似の、または、別の処理操作を行うために、同一、または、異なる設計の他の交換可能処理台ユニット（１０）を構成空間（３）に導入することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
本発明は、電磁放射線束によって焼結、物質除去および／またはラベリングを行う装置に関する。特に、請求項１の前提部分（ｐｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ ｃｌａｕｓｅ）に記載の追加的特徴を有するレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機に関する。
【０００２】
上部領域に焼結レーザのビームが結合するスキャナが配置されている、レーザ焼結機はドイツ特許１９８４６４７８号により公知である。前記スキャナの下には、垂直方向に移動可能な物質作業台があり、その近隣には、物質供給装置が設けられている。該物質供給装置は、粉末、ペーストまたは液体の焼結物質を、供給コンテナから物質作業台の上の処理領域へ供給する機能を果たすコーターを備えている。加工物台は、交換可能な素子として、構成空間から取り外すことができる。この装置では焼結処理だけを行うことができる。さらに、加工物の調製後、未焼結、疎結合の粉体を、ふるいを用いて手動で供給チャンバに戻さなければならない。加工物を別の焼結物質で作製する前に、供給コンテナならびにコーターを洗浄しなければならず、２つの構成操作間の停止時間がかなり長くなる。
【０００３】
本発明の目的は、２つの構成処理間の停止時間を大幅に短縮し、装置をより柔軟に使用することができるように、特許請求の範囲１のさらなる特徴を備えた装置を開発することである。この目的は、請求の範囲１の教示全体によって達成される。有利な更なる構成はサブクレーム２〜２６によって達成される。
【０００４】
本発明の核は、まず、垂直方向に移動可能な加工物台と、供給コンテナと、コーターとが１つの処理台／交換可能ユニットとして、構成空間から取り外される構成と、また、類似または別の処理操作を行うために、同一もしくは類似の構成を持つ、例えば、供給コンテナやコーターを備えていない、他の処理台／交換可能ユニットを前記構成空間に配置することができるという点である。したがって、レーザと結合する光学部品を用いて、処理すべき加工物、またはより正確には、必要な焼結物質から、レーザを適切に分離して取り出すことができる。それゆえに、焼結処理、または他のいくつかの加工物操作の終了直後に、処理台／交換可能なユニットを交換するだけで、次の処理操作を行うことができる。前記完全に分離したユニットは、レーザを異なる操作のために用いることができるという更なる利点がある。さらに、処理すべき加工物の領域内に毀損した部品が生じた場合、例えば、コーターが不良である場合など、長い停止時間なしに、レーザ機を使用し続けることができる。本発明の装置全体は、したがって、きわめて柔軟に使用することができ、それによって２つの処理操作の間は、交換可能ユニットを交換するための停止時間が極めて短くなり、そのため処理レーザを最大限に使用できる。
【０００５】
構造の異なる別の処理台／交換可能ユニットは、テーブル状の取り付け面と、それとともに動作する加工物用の取り付け素子とを備えている。取り付け面は加工物台の上に配置される。この台は、例えば、レーザによるラベリング、除去、溶接、または、距離測定に好適である。交換可能なユニットと一体化した加工物台、もしくは、むしろ取り付け面は、例えば、スキャナまでの必要な距離を正確に設定するために、垂直方向に移動可能に実際に構成することができる。しかしながら、実際は、スキャナも全ての方向、したがって垂直方向にも移動可能である。
【０００６】
有利なさらなる開発においては、このさらなる処理台ユニットおよび／または一体化された加工物台は、自動的に少なくとも１つの垂直軸を中心として回転可能であり、および／または、水平軸を中心として回動可能である。これによって加工物台上に配置された加工物を極めて柔軟に処理することができ、それによって、特に、その端縁表面、面取りをした表面、または下部を切り取られた面を、均等にレーザビームを当てながら簡単な方法で処理することができる。水平軸および／または垂直軸を中心とした、この回転および傾斜は、装置のプロセスコンピュータによって実際に制御しうるモーター駆動装置によって可能となる。したがって、加工物台の最適位置への正確かつ迅速で再生可能な設定が可能となる。
【０００７】
異なる処理台／交換可能ユニットを、正確な最小限の範囲内で、規定の処理位置へ導入することができるように、リミット（ストップ）素子を構成空間に設けることができる。特に有利な一変更例においては、処理台／交換可能なユニットは、装置のレーザ素子によって認識され得るコーディングを有する（ｄｉｓｐｌａｙ）ことができ、その結果、処理台の正確で、自動的に実行可能な位置決めが可能となる。さらに、前記コーディングによって、装置のプロセスコンピュータは、例えば、焼結／溶融および／またはラベリング、除去、溶接、距離測定等の処理プログラムを選択することができる。このように、例えば、放射エネルギーおよび特定の処理に対するレーザビームのフォーカシングを自動設定することもできる。
【０００８】
前記処理台／交換可能ユニットは、実際には、固定用素子によって、構成空間内のそれらの処理位置に固定させることができる。自動的に処理台／交換可能ユニットを処理位置に自動的に並べるために、固定用素子はモーター駆動される。
【０００９】
処理台／交換可能ユニットを迅速かつ容易に交換するために、交換可能なユニットを、キャスターの付いた、構成空間内に配置可能なローリングモジュールとして構成することができる。安定なユニットを得るために、前記処理台／交換可能ユニットは、同時に外部からの影響（例えば、異物混入または機構的影響）に対する保護被覆物にもなる箱状ハウジングを有している。箱状ハウジング内にはまた、加工物台の位置もしくは配置を変更するためのモーター駆動装置を配置することもできる。
【００１０】
加工物の最適な処理を保証するために、処理台／交換可能ユニットを構成空間に導入する際、装置と交換可能ユニットの間に電気接続および／または（流体）流路接続を自動的に生成することができる。それによって、レーザ装置と処理装置とは１つのユニットとしてともに動作する。前記流路は、構成空間内の不活性ガスを通気し、加工物または操作物質がレーザ処理中に酸化するのを防止する。この場合、流路は、不活性ガス、例えば、アルゴンを注入および除去することによって、構成空間内に規定の層状の流れを生成するように配置することが好ましい。既に構成空間に流れていた不活性ガスを処理し、構成空間に再供給することが特に好ましい。流路の端部内または端部に、ガス流を浄化するフィルターを配置することができる。
【００１１】
さらに、各処理台／交換可能ユニットは、別々のプロセス装置とすることができ、そこでは、データは構成空間に設けられたデータ転送手段を介してレーザ装置へ転送される。レーザの誘導ならびに処理台の動きは、互いに最適に同期され、その結果、正確なレーザビームを正確に誘導することができる。前記データ転送手段は、光学的インターフェースとして構成することができ、したがって、焼結物質の形状の混入物に大いに依存することになる。この非接触型データ転送手段の他に、これらの手段は追加的に、または代替的にプラグ接触とすることもできる。
【００１２】
特に好適には、処理台／交換可能ユニットのための位置認識装置を構成空間に配置することができ、それによって、装置のプロセスコンピュータからの台の位置または配置を認識し、適用可能な処理技術を続行させたり、止めたりする際に考慮することができる。
【００１３】
さらに、前記取り付け素子は、プロセスコンピュータを介して制御され、それによって、加工物を正確に所望の位置に保持することができるマニピュレーターと関連させることができる。
【００１４】
取り付けられた加工物の位置を自動的に認識することができることが有利である。このように、加工物の正確な処理を、それを事前に手動で位置決めすることなしに実行することができる。
【００１５】
１つの特別な実施形態においては、加工物台の近くの疎結合および／または未焼結の粉体の除去装置を処理台／交換可能ユニット上に配置することができる。実際、前記除去装置は、処理台／交換可能ユニットと一体化することができる。余剰粉体がこのように自動的に除去されることによって、機械の使用者が粉体に触れることを確実に防ぐことができるようになる。
【００１６】
前記除去装置は、プラットフォーム／交換可能ユニットの下部に設けることが有利である。構成処理後、加工物台は下降し、そこで未焼結粉体を除去することができるからである。
【００１７】
前記除去装置は、垂直方向に移動可能な加工物台の下部に排出装置を設けることができ、そこで疎結合の粉体の大部分が吸い出される。粉体を供給コンテナに輸送するための搬送装置を該排出装置に結合させることもできる。搬送装置をウォームドライブとしてここに構成することができる。この粉体を供給コンテナに戻す方法では、まず粉体が混在するのを確実に防ぐ。さらに、粉体の自動返送装置は、極めて不便な手動で粉体をすくい出す方法に代わって、特に時間を節約する処理工程を提示するものである。
【００１８】
実施形態の好適な実施例によって、図を用いて本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明にかかる装置を非常に簡略化して示した斜視図である。
【００２０】
図２は、本発明にかかる装置の側面を簡略化して示した断面図である。
【００２１】
図３は、本発明にかかる別の処理台／交換可能ユニットの側面を簡略化して示した断面図である。
【００２２】
１は、電磁的放射線束によって、焼結、除去および／またはラベリングを行うための装置の全体を示す。装置１は、レーザ焼結および表面処理機であって、それは、機器ハウジング２内に収容された構成空間３を備え、その上部には、スキャナ４が配置されている。スキャナには、焼結エネルギー源のビームが結合している。５は、スキャナ４から出射されるレーザビームを示している。スキャナ４は、クロススライドサポート（ｃｒｏｓｓ ｓｌｉｄｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）６によって、全ての方向に移動可能である。連結されたユニットとして構成空間３から取り外すことができる処理台／交換可能ユニット１０として構成される、垂直に移動可能な加工物台７と、供給コンテナ８と、コーター９とがステレオグラフィックな構成処理を行うための構成空間内に配置されている。同様もしくは他の操作を行うために、設計が同じ、もしくは異なる処理台／交換可能ユニット１０（例えば、図３参照）を、構成空間３に導入することができる。処理台／交換可能ユニット１０によって、レーザ、あるいは、より正確には光成分ならびに処理すべき成分を分離して取り出すことができる。その結果、装置１はまず、より柔軟に使用することができ、さらに、それぞれの処理操作間の停止時間、例えば、計器の洗浄あるいは冷却処理等のための停止時間をかなり減少させることができる。
【００２３】
図２の処理台／交換可能ユニット１０は、本質的に立体画法的な構成処理を行う機能を果たす。概略図によれば、加工物台７は、シザースジヤッキ１８［原文のまま］によって、垂直方向に移動させることができる。
【００２４】
図３による他の処理台／交換可能ユニット１０は、テーブル状の取り付け面１１と、それとともに動作する取り付け素子１２とを含む。該取り付け素子１２によって、処理すべき加工物は、特に処理操作中、位置決めされ、確実に保持される。この交換可能なユニット１０の場合の加工物台７も同様に、シザースジヤッキ１８［原文のまま］によって垂直方向に移動可能に構成される。シザースジヤッキ１８［原文のまま］の他にも、垂直方向への移動を可能とするものはもちろん存在する。例えば、油圧式または空気圧駆動式ユニットがあげられる。処理台／交換可能ユニット１０はまた、垂直軸１４を中心として自動的に回転することができ、それによって、スキャナ４および加工物１３の互いに関連する動きが増加し、加工物１３の最適な処理が保証されることになる。他の処理台／交換可能ユニット１０では、複数の水平軸（例えば、図３においては、水平軸１５が図示されている）を中心として傾けることができる。さらに、処理台／交換可能ユニット１０が対角線の軸を中心として傾くこともある。処理台／交換可能ユニット１０および／または加工物台７を傾けることができれば、例えば、加工物の斜面もしくは下部を切り取られた面の好適な処理が保証される。水平軸１５および／または垂直軸１４を中心とした、この回転および傾斜は、処理台／交換可能ユニット１０もしくは加工物７の正確な設定（調整）を行うことができる装置１のプロセスコンピュータによって実際に制御するモーター駆動装置によって可能となる（図には詳しく示していない）。
【００２５】
図１からわかるように、異なる処理台／交換可能ユニット１０を規定の処理位置に導入することができるように、構成空間３にストップ素子１６を設ける。
【００２６】
さらに、各処理台／交換可能ユニット１０は、装置１のレーザ素子によって認識されるコーディングを備えている（ｄｉｓｐｌａｙ）。このコーディングによって、装置１のプロセスコンピュータは異なる処理プログラム、例えば、焼結／溶融および／またはラベリング、除去、溶接、距離測定等を選択することができる。したがって、加工物１３は、交換可能なユニット１０に設定したすぐ後に処理され、事前にプロセスコンピュータをプログラムしておく必要もない。
【００２７】
処理操作の間、設定位置に留めておくために、処理台／交換可能ユニット１０を構成空間内３にストップ素子で固定しておくことができる。ストップ素子はここでは、処理台／交換可能ユニット１０を操作位置に自動的に調整するためのモーター駆動装置である。しかしながら、図には、ストップ素子の詳細は示されていない。
【００２８】
処理台／交換可能ユニット１０の迅速かつ容易な交換を保証するために、それらは、構成空間内を移動することができる、キャスター１７の付いたローリングモジュールとして構成することができる。
【００２９】
前記処理台／交換可能ユニット１０は、シザースジャッキ１９と、処理台／交換可能ユニット１０および／または加工物板７の位置もしくは配置を再設定するためのモーター駆動装置とが配列された箱状のハウジング１８を備えている。
【００３０】
処理台／交換可能ユニット１０を構成空間３内に導入するとき、装置１と交換可能ユニット１０の間に電気接続および／または流路接続が自動的に生成される。さらに、各処理台／交換可能ユニット１０は、個別の処理装置とすることができ、そこでは、データが構成空間３内に配置されたデータ転送手段によって転送される。前記データ転送手段は、例えば、特に異物混入に敏感な、光学的インターフェースとして構成することができる。さらに、構成空間３には、さらに、処理台／交換可能ユニット１０のための位置認識装置が配置されている。これによって、あらゆる処理台の配置および位置が装置１のプロセスコンピュータによって認識される。特に特定のプロセス技術を使わないときに考慮される。流路２０は、不活性ガス（例えば、アルゴン）を構成空間３に導く機能を果たす。流路２０では消費されたガスが、例えば、フィルターなどによって処理され、構成空間３に再供給される。不活性ガスを導き、回収するための流路２０が図２の概略図においては、交換可能ユニット１０だけに示されている。当然、流路２０も、図３の処理台／交換可能ユニット１０と一体形成されてもよく、これによって加工物１３の除去、ラベリングが行われる。さらに、加工物が位置付けられる構成空間３が外部から遮蔽されることが有利である。
【００３１】
この他に、取り付け素子１２は、プロセスコンピュータによって制御され、取り付け加工物１３を好適な処理位置に導入し、処理中は、そこに保持するマニュピュレータ上に配置される。さらに、取り付け加工物１３の配置は、（例えば、位置認識装置によって）自動的に認識することができる。その結果、特に高価な位置測定装置を用いなくても正確な処理を行うことができる。
【００３２】
図２の処理台／交換可能ユニット１０は、加工物台７の領域に落ちる疎結合の粉体および／または未焼結の粉体のための除去装置２１をさらに備えている（ｄｉｓｐｌａｙ）。除去装置２１は、処理台／交換可能ユニット１０の下部領域に設けられている。焼結加工物の構成処理の後、加工物台７は下降する。そこで、疎結合の粉体および／または完全に焼結されていない粉体が吸引装置２２によって除去装置２１の方へ吸い出される。粉体を供給コンテナに運ぶ搬送装置２３が吸引装置２２に結合している。自動的に粉体が戻されることによって、時間の短縮を図ることができ、また、戻された粉体の混入が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる装置を非常に簡略化して示した斜視図である。
【図２】本発明にかかる装置の側面を簡略化して示した断面図である。
【図３】本発明にかかる別の処理台／交換可能ユニットの側面を簡略化して示した断面図である。

Claims (26)

1. 電磁放射線束によって焼結、除去および／またはラベリングを行う装置、特にレーザ焼結機および／またはレーザ表面処理機であって、機器ハウジング（２）内に収容された構成空間（３）を備え、その中もしくは上には、透光装置、特に、焼結エネルギー源のビームが結合するスキャナ（４）と、垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、供給コンテナ（８）から加工物台（７）上方の処理領域内へ焼結物質を供給する機能を果たすコーター（９）を備えた物質供給装置とが配置され、前記加工物台（７）は交換可能な素子として構成空間（３）から取り外すことができる装置であって、前記垂直方向に移動可能な加工物台（７）と、前記供給コンテナ（８）と、前記コーター（９）とが、接続した状態のまま、構成空間（３）から取り外すことができる処理台／交換可能ユニット（１０）として構成されており、類似の、または、別の処理操作を行うために、同一、または、異なる設計の他の処理台／交換可能ユニット（１０）を前記構成空間（３）に導入することができる装置。
2. 設計の異なる別の処理台／交換可能ユニット（１０）が、テーブル状の取り付け面（１１）と、前記取り付け面と一緒に動作する加工物（１３）のための取り付け素子とを備えた（ｄｉｓｐｌａｙｓ）、請求項１に記載の装置。
3. 前記加工物台（７）、処理台／交換可能ユニット（１０）または取り付け面（１１）が垂直方向に移動可能に構成されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
4. 別の処理台／交換可能ユニット（１０）、加工物台（７）または取り付け面（１１）が、少なくとも１つの垂直軸（１４）を中心として自動的に回転可能である、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
5. 別の処理台／交換可能ユニット（１０）、加工物台（７）または取り付け面（１１）が、水平軸（１５）を中心として傾斜可能である、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
6. 水平軸（１５）を中心とした回転および／または傾斜は、モーター駆動装置によって達成することができる、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記モーター駆動装置は、前記装置（１）のプロセスコンピュータによって制御される、請求項６に記載の装置。
8. 異なる処理台／交換可能ユニット（１０）を規定の処理位置に配置することができるように、構成空間内にストップ素子（１６）を設けた、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
9. 各処理台／交換可能ユニット（１０）は、前記装置（１）の読み出し素子によって認識され得るコーディングを含む（ｄｉｓｐｌａｙｓ）、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記装置（１）のプロセスコンピュータのコーディングによって、異なる処理プログラム（焼結、溶融および／またはラベリング、除去、溶接、距離測定）を選択することができる、請求項９に記載の装置。
11. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）が、ストップ素子によって前記構成空間（３）内のそれらの動作位置に固定される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）をそれらの処理位置に自動的に調節することができるように、前記ストップ素子をモーター駆動することができる、請求項１１に記載の装置。
13. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）が、キャスター１７の付いた、構成空間（３）内に配置され得るローリングモジュールとして構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）が、箱状のハウジング（１８）を含む（ｄｉｓｐｌａｙ）、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）の位置もしくは配置を再設定するためのモーター駆動装置が、前記箱状のハウジング（１８）内に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）を前記構成空間（３）内に導入する際、前記装置（１）と前記処理台／交換可能ユニット（１０）との間に、電気接続および／または流路（２０）が自動的に生成される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
17. 各処理台／交換可能ユニット（１０）が別々の処理装置であり（ｄｉｓｐｌａｙｓ）、データの転送が前記構成空間（３）内に配置されたデータ転送手段を介して行われる、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記データ転送手段が光学インターフェースとして構成される、請求項１７に記載の装置。
19. 前記データ転送手段がプラグコンタクトを含む（ｄｉｓｐｌａｙ）、請求項１７または１８に記載の装置。
20. 取り付けられた加工物（１３）の配置が自動的に認識される、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）のための配置認識装置が前記構成空間内（３）に配置されており、あらゆる処理台の配置または位置を、前記装置（１）のプロセスコンピュータによって認識することができ、特定の処理技術（焼結／溶融、および／またはラベリング、除去、溶接、距離測定）を行う場合が考慮にいれられている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記取り付け素子（１２）が前記プロセスコンピュータによって制御され得る、マニュピュレータ上に配置された、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記処理台／交換可能ユニット（１０）上に、加工物台（７）近くにある疎結合の粉体および／または完全に焼結されていない粉体を除去するための除去装置（２１）が配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
24. 前記除去装置（２１）が、処理台／交換可能ユニット（１０）の下部に設けられている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記除去装置（２１）が、吸引装置（２２）を含む、請求項２３または２４に記載の装置。
26. 前記除去装置（２１）が、前記粉体を供給コンテナ（８）に搬送するための搬送装置（２３）を含む、請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の装置。