JP2018130763A - レーザアレイによって部品を製作するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザアレイ(12)の各々のレーザ装置(102)は、粉末状の材料の層内に溶融物プールを生成する。アクチュエータシステム(24)が、レーザアレイ(12)を粉末状の材料の層を横切って移動させる。コントローラ(16)が、各々のレーザ装置(102)の出力を独立して制御する制御信号(38)を生成する。コントローラ(16)は、溶融物プールを生成すべく複数のレーザ装置(102)のうちの複数の選択されたレーザ装置(102)から複数のエネルギビーム(22)を放射するために各々のレーザ装置(102)へと制御信号(38)を送信する。コントローラは、複数の選択されたレーザ装置(102)から非一様なエネルギ強度プロファイル(1000,1100,1300)を生成する。非一様なエネルギ強度プロファイル(1000,100,1300)は、所定の特性を有する溶融物プールを生成する。
【選択図】図1
Description
[実施態様1]
粉末床(20)において部品(14)を製作する方法であって、
複数のレーザ装置(102)を含んでいるレーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップと、
前記複数のレーザ装置(102)の各々のレーザ装置の出力を独立して制御するステップと、
前記複数のレーザ装置(102)のうちの複数の選択されたレーザ装置(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射し、溶融物プールを生成するステップと、
前記複数の選択されたレーザ装置から(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)非一様なエネルギ強度プロファイル(1000;1100;1200;1300)を生成するステップと
を含んでおり、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000;1100;1200;1300)は、所定の特性を有する溶融物プールの生成を容易にする、方法。
[実施態様2]
前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップは、前記レーザアレイ(100)の1回の掃引での前記部品(14)の層の製作を容易にするように前記部品(14)の形状によって定まる中心点を中心にして前記レーザアレイ(100)を旋回させることを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップは、前記レーザアレイ(100)を直線状の経路にて移動させること、前記レーザアレイ(100)を曲線状の経路にて移動させること、前記レーザアレイ(100)を回転させること、または前記レーザアレイ(100)の前記粉末床(20)に対する向きを調整することのうちの1つ以上を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様4]
前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップは、前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)に対して移動させることを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様5]
前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップは、前記粉末床(20)を静止しているレーザアレイ(100)に対して移動させることを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様6]
前記複数の選択されたレーザ装置(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射するステップは、前記レーザアレイ(100)の隣接するレーザ装置のサブセットから複数のエネルギビームを放射することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様7]
非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)を生成するステップは、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの1対の外側レーザ装置(1002、1016)の出力を、第1の出力を生じるように制御すると同時に、
前記1対の外側レーザ装置(1002、1016)の間に位置する少なくとも1つのレーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)の出力を、前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるように制御すること
を含み、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)は、第1の外側領域と、第2の外側領域と、前記第1および第2の外側領域の間の中央領域とを含み、前記中央領域の出力は、前記第1および第2の外側領域と比べて小さい、実施態様6に記載の方法。
[実施態様8]
非一様なエネルギ強度プロファイル(1100)を生成するステップは、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第1のレーザ装置(1102)の出力を、第1の出力を生じるように制御すると同時に、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第2のレーザ装置(1104)の出力を、前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるように制御し、さらに同時に、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第3のレーザ装置(1106)の出力を、前記第2の出力よりも小さい第3の出力を生じるように制御すること
を含む出力勾配の生成を含む、実施態様6に記載の方法。
[実施態様9]
前記複数の選択されたレーザ装置(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)の各々のレーザ装置の出力を独立して制御するステップは、前記複数の選択されたレーザ装置の各々のレーザ装置の持続時間、平均出力、パルス幅、およびパルス持続時間のうちの1つ以上を独立して制御することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様10]
各々のレーザ装置の出力を独立して制御するステップは、各々のレーザ装置の出力を各々のレーザ装置の絶対位置に基づいて独立して制御することを含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様11]
前記複数のレーザ装置(102)のうちの前記複数の選択されたレーザ装置(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射するステップは、
前記複数の選択されたレーザ装置の第1の組(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)から、前記レーザアレイ(100)の第1の位置における前記部品(14)の第1のビルドパラメータに対応する第1のエネルギ強度プロファイル(1218)を有する複数のエネルギビームを放射することと、
前記複数の選択されたレーザ装置の第2の組(1206、1208、1210、1212)から、前記レーザアレイ(100)の第2の位置における前記部品(14)の第2のビルドパラメータに対応する第2のエネルギ強度プロファイル(1220)を有する複数のエネルギビームを放射することと
を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様12]
非一様なエネルギ強度プロファイル(1300)を生成するステップは、前記レーザアレイ(100)の第1のレーザ装置(1302、1316)の出力と前記レーザアレイ(100)の第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)の出力とを独立して制御することを含み、前記第1のレーザ装置(1302、1316)と前記第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)とは、異なる装置を含む、実施態様1に記載の方法。
[実施態様13]
複数のレーザ装置を備えており、該複数のレーザ装置の各々のレーザ装置は、粉末状の材料の層において溶融物プールを生成するように構成されているレーザアレイ(12)と、
前記レーザアレイ(12)を前記粉末状の材料の層を横切って移動させるように構成されたアクチュエータシステム(24)と、
コントローラ(16)であって、
前記各々のレーザ装置の出力を独立して制御するための制御信号(38)を生成し、
前記溶融物プールを生成すべく前記複数のレーザ装置のうちの複数の選択されたレーザ装置から複数のエネルギビームを放射するように前記各々のレーザ装置へと前記制御信号(38)を送信し、
所定の特性を有する前記溶融物プールの生成を容易にする非一様なエネルギ強度プロファイルを前記複数の選択されたレーザ装置から生成する
ように構成されている、
コントローラ(16)
を備える、付加製造システム(10)。
[実施態様14]
前記レーザアレイ(12)に結合されたマウントシステム(18)をさらに備えており、前記アクチュエータシステム(24)は、前記マウントシステム(18)へと接続され、前記レーザアレイ(12)の1回の掃引での部品(14)の層の製作を容易にするように、前記部品(14)の形状によって定まる中心点を中心にして前記レーザアレイ(12)を旋回させるように構成されている、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様15]
粉末床(20)および該粉末床(20)に接続された支持構造体(26)をさらに備えており、前記アクチュエータシステム(24)は、前記支持構造体(26)へと接続され、前記粉末床(20)を前記レーザアレイ(12)に対して移動させるように構成されている、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様16]
前記コントローラ(16)は、前記各々のレーザ装置の持続時間、平均出力、パルス幅、およびパルス持続時間のうちの1つ以上を含む前記制御信号(38)を送信するようにさらに構成されている、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様17]
前記複数のレーザ装置は、1対の外側レーザ装置(1002、1016)と、該1対の外側レーザ装置(1002、1016)の間に位置する少なくとも1つの内側レーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)とを備え、前記コントローラ(16)は、
前記1対の外側レーザ装置(1002、1016)へと第1の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信すると同時に、
前記内側レーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)へと前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成され、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)は、第1の外側領域と、第2の外側領域と、前記第1および第2の外側領域の間の中央領域とを含み、前記中央領域の出力は、前記第1および第2の外側領域と比べて小さい、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様18]
前記複数のレーザ装置は、少なくとも3つのレーザ装置を含み、前記コントローラ(16)は、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第1のレーザ装置(1102)へと第1の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信すると同時に、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第2のレーザ装置(1104)へと前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信し、さらに同時に、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第3のレーザ装置(1106)へと前記第2の出力よりも小さい第3の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成されている、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様19]
前記コントローラ(16)は、
前記複数の選択されたレーザ装置の第1の組(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)へと、前記レーザアレイ(12)の第1の位置における部品(14)の第1のビルドパラメータに対応する第1のエネルギ強度プロファイル(1218)を有する複数のエネルギビームを放射するための前記制御信号(38)を送信し、
前記複数の選択されたレーザ装置の第2の組(1206、1208、1210、1212)へと、前記レーザアレイ(12)の第2の位置における前記部品(14)の第2のビルドパラメータに対応する第2のエネルギ強度プロファイル(1220)を有する複数のエネルギビームを放射するための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成されている、実施態様13に記載のシステム(10)。
[実施態様20]
前記複数のレーザ装置は、第1のレーザ装置(1302、1316)および第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)を備え、前記第1のレーザ装置(1302、1316)は、前記第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)とは異なるレーザ装置を備える、実施態様13に記載のシステム(10)。
12 レーザアレイ、ファイバアレイ
14 部品
16 コントローラ
18 マウントシステム
20 粉末床
22 エネルギビーム
24 アクチュエータシステム
26 支持構造体
28 光ファイバ、光ファイバアレイ
30 自由端
32 部品最上層
34 バンドル
36 中心点
38 制御信号
40 アレイ光学系
42 ダブレット
44 ダブレット
60 メモリデバイス
62 プロセッサ
64 提示インターフェース
66 ユーザ
68 ユーザ入力インターフェース
70 通信インターフェース
100 レーザアレイ
102 レーザ装置、エミッタ
104 エネルギビーム
106 レンズ
108 光ファイバ
110 バンドル
112 自由端
114 コア
116 クラッド層
118 コーティング層
200 レーザアレイ
202 レンズ
204 平行なエネルギビーム
300 レーザアレイ
302 レンズ
304 発散エネルギビーム
400 レーザアレイ
402 ピグテール
404 スプライス
406 Fシータレンズ
408 エネルギビーム
900 アレイ配置
902 中心線
904 中心線
906 ピッチ距離
950 行オフセットアレイ配置
952 中心線
954 中心線
956 ピッチ距離
958 中心線
960 ピッチ距離
1000 一様なエネルギ強度プロファイル、非一様なエネルギ強度プロファイル、出力強度プロファイル
1002 レーザ装置
1004 レーザ装置
1006 レーザ装置
1008 レーザ装置
1010 レーザ装置
1012 レーザ装置
1014 レーザ装置
1016 レーザ装置
1020 第1の外側領域
1022 第2の外側領域
1024 中央部、中央領域
1100 出力強度プロファイル、エネルギ強度プロファイル
1102 レーザ装置
1104 レーザ装置
1106 レーザ装置
1108 レーザ装置
1110 レーザ装置
1112 レーザ装置
1114 レーザ装置
1116 レーザ装置
1118 中心点
1200 切り替え方法
1202 レーザ装置
1204 レーザ装置
1206 レーザ装置
1208 レーザ装置
1210 レーザ装置
1212 レーザ装置
1214 レーザ装置
1216 レーザ装置
1218 エネルギ強度プロファイル
1220 エネルギ強度プロファイル
1300 エネルギ強度プロファイル
1302 レーザ装置
1304 レーザ装置
1306 レーザ装置
1308 レーザ装置
1310 レーザ装置
1312 レーザ装置
1314 レーザ装置
1316 レーザ装置
Claims (15)
- 複数のレーザ装置を備えており、該複数のレーザ装置の各々のレーザ装置は、粉末状の材料の層において溶融物プールを生成するように構成されているレーザアレイ(12)と、
前記レーザアレイ(12)を前記粉末状の材料の層を横切って移動させるように構成されたアクチュエータシステム(24)と、
コントローラ(16)であって、
前記各々のレーザ装置の出力を独立して制御するための制御信号(38)を生成し、
前記溶融物プールを生成すべく前記複数のレーザ装置のうちの複数の選択されたレーザ装置から複数のエネルギビームを放射するように前記各々のレーザ装置へと前記制御信号(38)を送信し、
所定の特性を有する前記溶融物プールの生成を容易にする非一様なエネルギ強度プロファイルを前記複数の選択されたレーザ装置から生成する
ように構成されている、
コントローラ(16)
を備える、付加製造システム(10)。 - 前記レーザアレイ(12)に結合されたマウントシステム(18)をさらに備えており、前記アクチュエータシステム(24)は、前記マウントシステム(18)へと接続され、前記レーザアレイ(12)の1回の掃引での部品(14)の層の製作を容易にするように、前記部品(14)の形状によって定まる中心点を中心にして前記レーザアレイ(12)を旋回させるように構成されている、請求項1に記載のシステム(10)。
- 粉末床(20)および該粉末床(20)に接続された支持構造体(26)をさらに備えており、前記アクチュエータシステム(24)は、前記支持構造体(26)へと接続され、前記粉末床(20)を前記レーザアレイ(12)に対して移動させるように構成されている、請求項1に記載のシステム(10)。
- 前記コントローラ(16)は、前記各々のレーザ装置の持続時間、平均出力、パルス幅、およびパルス持続時間のうちの1つ以上を含む前記制御信号(38)を送信するようにさらに構成されている、請求項1に記載のシステム(10)。
- 前記複数のレーザ装置は、1対の外側レーザ装置(1002、1016)と、該1対の外側レーザ装置(1002、1016)の間に位置する少なくとも1つの内側レーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)とを備え、前記コントローラ(16)は、
前記1対の外側レーザ装置(1002、1016)へと第1の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信すると同時に、
前記内側レーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)へと前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成され、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)は、第1の外側領域と、第2の外側領域と、前記第1および第2の外側領域の間の中央領域とを含み、前記中央領域の出力は、前記第1および第2の外側領域と比べて小さい、請求項1に記載のシステム(10)。 - 前記複数のレーザ装置は、少なくとも3つのレーザ装置を含み、前記コントローラ(16)は、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第1のレーザ装置(1102)へと第1の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信すると同時に、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第2のレーザ装置(1104)へと前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信し、さらに同時に、
前記少なくとも3つのレーザ装置のうちの第3のレーザ装置(1106)へと前記第2の出力よりも小さい第3の出力を生じるための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成されている、請求項1に記載のシステム(10)。 - 前記コントローラ(16)は、
前記複数の選択されたレーザ装置の第1の組(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)へと、前記レーザアレイ(12)の第1の位置における部品(14)の第1のビルドパラメータに対応する第1のエネルギ強度プロファイル(1218)を有する複数のエネルギビームを放射するための前記制御信号(38)を送信し、
前記複数の選択されたレーザ装置の第2の組(1206、1208、1210、1212)へと、前記レーザアレイ(12)の第2の位置における前記部品(14)の第2のビルドパラメータに対応する第2のエネルギ強度プロファイル(1220)を有する複数のエネルギビームを放射するための前記制御信号(38)を送信する
ようにさらに構成されている、請求項1に記載のシステム(10)。 - 前記複数のレーザ装置は、第1のレーザ装置(1302、1316)および第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)を備え、前記第1のレーザ装置(1302、1316)は、前記第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)とは異なるレーザ装置を備える、請求項1に記載のシステム(10)。
- 粉末床(20)において部品(14)を製作する方法であって、
複数のレーザ装置(102)を含んでいるレーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップと、
前記複数のレーザ装置(102)の各々のレーザ装置の出力を独立して制御するステップと、
前記複数のレーザ装置(102)のうちの複数の選択されたレーザ装置(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射し、溶融物プールを生成するステップと、
前記複数の選択されたレーザ装置から(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)非一様なエネルギ強度プロファイル(1000;1100;1200;1300)を生成するステップと
を含んでおり、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000;1100;1200;1300)は、所定の特性を有する溶融物プールの生成を容易にする、方法。 - 前記レーザアレイ(100)を前記粉末床(20)を横切って移動させるステップは、前記レーザアレイ(100)の1回の掃引での前記部品(14)の層の製作を容易にするように前記部品(14)の形状によって定まる中心点を中心にして前記レーザアレイ(100)を旋回させることを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記複数の選択されたレーザ装置(1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016;1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、1116;1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216;1302、1304、1306、1308、1310、1312、1314、1316)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射するステップは、前記レーザアレイ(100)の隣接するレーザ装置のサブセットから複数のエネルギビームを放射することを含む、請求項9に記載の方法。
- 非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)を生成するステップは、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの1対の外側レーザ装置(1002、1016)の出力を、第1の出力を生じるように制御すると同時に、
前記1対の外側レーザ装置(1002、1016)の間に位置する少なくとも1つのレーザ装置(1004、1006、1008、1010、1012、1014)の出力を、前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるように制御すること
を含み、
前記非一様なエネルギ強度プロファイル(1000)は、第1の外側領域と、第2の外側領域と、前記第1および第2の外側領域の間の中央領域とを含み、前記中央領域の出力は、前記第1および第2の外側領域と比べて小さい、請求項11に記載の方法。 - 非一様なエネルギ強度プロファイル(1100)を生成するステップは、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第1のレーザ装置(1102)の出力を、第1の出力を生じるように制御すると同時に、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第2のレーザ装置(1104)の出力を、前記第1の出力よりも小さい第2の出力を生じるように制御し、さらに同時に、
前記隣接するレーザ装置のサブセットのうちの第3のレーザ装置(1106)の出力を、前記第2の出力よりも小さい第3の出力を生じるように制御すること
を含む出力勾配の生成を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記複数のレーザ装置(102)のうちの前記複数の選択されたレーザ装置(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)から複数のエネルギビーム(104;204;304)を放射するステップは、
前記複数の選択されたレーザ装置の第1の組(1202、1204、1206、1208、1210、1212、1214、1216)から、前記レーザアレイ(100)の第1の位置における前記部品(14)の第1のビルドパラメータに対応する第1のエネルギ強度プロファイル(1218)を有する複数のエネルギビームを放射することと、
前記複数の選択されたレーザ装置の第2の組(1206、1208、1210、1212)から、前記レーザアレイ(100)の第2の位置における前記部品(14)の第2のビルドパラメータに対応する第2のエネルギ強度プロファイル(1220)を有する複数のエネルギビームを放射することと
を含む、請求項9に記載の方法。 - 非一様なエネルギ強度プロファイル(1300)を生成するステップは、前記レーザアレイ(100)の第1のレーザ装置(1302、1316)の出力と前記レーザアレイ(100)の第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)の出力とを独立して制御することを含み、前記第1のレーザ装置(1302、1316)と前記第2のレーザ装置(1304、1306、1308、1310、1312、1314)とは、異なる装置を含む、請求項9に記載の方法。
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