JP2022064947A - 生産システムのための支持システム及びそのワークピースホルダ - Google Patents
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Abstract
Description
- 550℃までの耐熱性
- 45から68HRC(ロックウェル硬度C)の範囲の硬度
の2つの特性のうちの少なくとも1つを示すことができる。
- アルミニウム合金:約200℃から約500℃、好ましくは約400℃から約540℃の範囲の加熱処置
- チタン合金:約400℃から約995℃(合金の種類による)、好ましくは約480℃から約730℃の範囲の加熱処置
・側壁95の傾斜:1°から11°、好ましくは3°から9°、5°から7°、又は約6°。角度が大きいと、特に、製造に利用可能な表面積の著しい低減を伴う。角度が小さいと、粉末の詰まりを伴い、一般的に効果のないものとなる。特に、角度が小さすぎる場合、粉末は、やはり間隙に閉じ込められ、熱膨張により間隙が減少すると、上方に逃れることがもはやできない。
・上方部57の高さは、パレットの全体の高さの1/4から3/4になる。しかしながら、パレットの高さの最大半分の高さが好ましい。
・把持溝97の側壁98はそれぞれ、把持溝97の底部に対して、10°から40°、好ましくは10°から20°、より好ましくは15°から20°傾斜するが、好ましい値は約15°である。把持溝の深さは、3mmから6mmの間で構成され得、好ましい値は4mmである。1mmが最下限と想定され得る。
・パレットの高さ:25mmから35mm。
・位置決めパーツ(ソケット28、42;下方部59;又、可能であればベース支持体6)の硬度:約45から約68HRC(ロックウェル硬度C)、好ましくは約50から約55HRC。
・ベース支持体6は、詳細には、丸みのある角を有する構築シリンダ壁とパレットの鋭い角との間の移行部を提供する外周縁を備えることができ、従って、さもなければパレットの側壁と構築シリンダ壁との間に結果として生じる比較的大きな隙間を満たすために充填されなければならない構築材料を節約する。
・本文脈中では、着脱可能又は非着脱可能な連結が考えられる。
・回転抑制の供給は、少なくとも2つの位置決め手段(陥凹部14)を有するパレットでは省略されてもよい。
・パレット8は、例えば、1方より多い側に、好ましくは両側に1つより多い把持溝97を有する、又は、1方側に1つより多い溝97を有する。1方側に1つより多い溝97を有することが、大きめのパレットの場合は有利であり得る。パレットの角に把持溝を設ける、即ち、把持溝を有する少なくとも1つの角を設けることも考えられる。
・把持溝の代わりに、逆の手段、即ち、一定の幅、又は、パレット本体に向かって減少する幅を有する隆起が設けられる。
・第2の位置決め装置では、長穴71は、その幅よりも最大0.4mm大きい長さを有し、より大きい直径を有する穴(長穴71に対する追加的、又は代替え的な「第3の位置決め穴」)は、第1の(位置決め)穴67よりも最大0.4mm大きい直径を有する。
1.)CADからのパーツのインポート
2.)パレット載置システム(palletizing system)/支持システムによる付加製作機械の構成
3.)付加製造のためのパーツの準備(ステップS1を含む)
4.)更なる除去処置のためのパーツの準備
5.)必要な機械制御ファイルの生成(付加及び除去の両方)
6.)品質保証基準の定義
7.)全ての製造プロセスの開始(ステップS2を含む)
本方法は、対応するCAD(コンピュータ支援設計)プログラム、又は、接続されたPLM(製品ライフサイクル管理)システムからそれぞれデジタルパーツをインポートすることから始まる。この目的のために、ネイティブファイル形式、軽量データ、及び、ニュートラル交換形式の両方が使用され得る。例として、*.prt、*.CATPart、*.step、*.igs、*.stl、JT、PVXなどの形式を挙げることができる。後に、この幾何形状に基づき、付加構築プロセスの準備が、除去的後処理の見地からステップ3.)において続く。これには、特定の後処理に基づく、既存のCADパーツの変更の可能性が含まれる(例えば、後処理を実装することを考慮したオーバーサイズ許容値)。
CADパーツ又は製造されるパーツの幾何学的特徴に従って、付加製造機械の実行可能な構築空間が構成される。ワークピースホルダ8及びベース支持体6の実施例に関して論じられたサイズ及び材料の変形例を、選択のために利用することができる。構築空間の構成は、ガスフロー、塗布機の方向、及びスキャンストラテジーの見地から、付加製造の要件に従ってカスタマイズされ得る。この構成は、プロセスの最適化のために、工業ロボットを使用する自動化されたアナログプロセスチェーンを考慮することも含む(例えば、上述の把持溝97の向き)。
付加製造のためのパーツの準備は、構築空間でのパーツの位置(ステップS1に従う)及び対応するパレット載置を定義するステップと、パーツを付加製造するための実行可能な支持材を定義するステップと、付加製造プロセスの暴露ストラテジー及び層厚を定義するステップとを含む。
付加製造ステップの定義の後に、周知のストラテジーに従ったCAM(コンピュータ支援製造)パスの定義が続く。この目的のために、付加処理されるワークピースの選択された向き、及び、定義された工具のリストを参照する。個々の処理パス内で得られた変位パスは、有効性がチェックされ、ニュートラルGコードとして生成される。
定義された付加及び除去プロセスステップに基づき、対応する機械制御ファイルが生成される。これは、対応する付加製造機械のための構築ファイルの生成と、特定の除去処理機械、又はその制御システムに必要なフォーマットに、ニュートラルGコードをそれぞれ変換することとの両方を含む。これらのステップの定義は、除去的後処理ステップに限定されず、触覚的又は光学的な測定方法に同様に適用され得る。従って、このプロセスステップは、後処理ステップの定義、及び、自動化された品質保証測定の定義の両方を可能にする。
前述のステップの他に、更なる品質保証基準の定義も可能である。これは、
a.)QRコード(登録商標)、構造的適合(structural adaptation)などによる明確な識別の形態での、それぞれのパーツ又はパレット/ワークピースホルダの、特定の製造タスクへの明確な割り当ての定義。
b.)付加製造、及び、それにより得られるパーツ品質の付随するモニタリングのための、プロセス関連センサデータ(アナログ、デジタル、光学的など)の収集と評価。
c.)付加製造されるブランクの自動測定のための測定点の定義。この測定は、デジタルターゲットとの比較と組み合され、その結果、必要に応じて除去的後処理の再校正を行う。
最後に、製造が始まり、ステップS2に従って、付加製造プロセス(例えば選択的ビーム溶融)が最初に実行される。この目的のために、予め定義されたデータが使用される。次いで、任意に、熱的後処理ステップ、及び、最終的にワークピースの少なくとも1つの除去的後処理ステップが続く。例示的な実施例では、ワークピースは、付加製造中及び除去的後処理中、ワークピースホルダの上にとどまる。ワークピースホルダは、先に記載された第1から第3の実施例のワークピースホルダのうちの1つであり得る。
Claims (26)
- 製造システムのための支持システムであって、
前記製造システムのプロセスチャンバに取り付けられるように配置され、少なくとも1つの位置決め要素を備える、ベース支持体(6)と、
ワークピースホルダ(8)であって、粉末状の原材料の積層塗布を含む製造プロセスに従って、ワークピースがその上で製作され得る、ワークピースホルダ(8)と
を備える、支持システムであり、
前記ワークピースホルダ(8)が、下方側(12)と、前記下方側(12)の実質的反対側に位置する、前記ワークピースホルダ(8)の上方側(11)としての構築側とを有し、
前記ワークピースホルダ(8)は、前記下方側(12)に、前記支持システムの前記ベース支持体(6)へ前記ワークピースホルダ(8)を解放可能に、位置的に正確に装着するために、少なくとも1つの第1の位置決め装置を有し、
前記少なくとも1つの位置決め要素(10)及び前記少なくとも1つの第1の位置決め装置(14)は、相補的な様式に設計され、ピンと穴とを備えるピン/穴の対を形成し、
前記ピンの少なくとも1つの部位(87)が、第1の熱膨張係数を有する第1の材料から作製され、前記穴の、位置決め精度に対して決め手となる保持部位(28、42、91)が、第2の熱膨張係数を有する第2の材料から作製され、
前記第2の熱膨張係数が前記第1の熱膨張係数よりも小さいため、前記製造プロセス中に前記支持システムの温度が上昇した場合に、前記ピンの前記部位(87)の膨張に起因し、前記ピンと取り囲む前記穴との間にクランプ効果が生じる、又は、
前記第1の熱膨張係数が前記第2の熱膨張係数よりも小さいため、前記製造プロセス中に前記支持システムの温度が上昇した場合に、前記穴の前記保持部位(28、42、91)の膨張に起因し、前記ピンと取り囲む前記穴との間にクランプ効果が生じる、支持システム。 - 粉末状の原材料の積層塗布を含む付加製造プロセスに従って、ワークピースが前記ワークピースホルダの上で製作され得、
前記ワークピースホルダ(8)が、前記下方側(12)と、前記下方側(12)の実質的反対側に位置する、前記ワークピースホルダ(8)の前記上方側(11)としての前記構築側とを有し、
前記ワークピース支持体(8)は、前記下方側(12)に、前記製造装置の前記ベース支持体(6)へ前記ワークピース支持体(8)を解放可能に、位置的に正確に装着するために、前記少なくとも1つの第1の位置決め装置(14)を有し、
前記ワークピースホルダ(8)が、プレート形状の上方要素(57)と、プレート形状の下方要素(59)とを備え、
前記上方要素が前記上方側(11)を備え、前記下方要素が前記下方側(59)を備え、
前記上方要素(57)が、前記下方要素(59)とは異なる材料から作製される、請求項1に記載の支持システムのためのワークピースホルダ(8)。 - 粉末状の原材料の積層塗布を含む付加製造プロセスに従って、ワークピースが前記ワークピースホルダの上で製作され得、
前記ワークピースホルダ(8)が、前記下方側(12)と、前記下方側(12)の実質的反対側に位置する、前記ワークピースホルダ(8)の前記上方側(11)としての前記構築側とを有し、
前記ワークピース支持体(8)は、前記下方側(12)に、前記製造装置の前記ベース支持体(6)へ前記ワークピース支持体(8)を解放可能に、位置的に正確に装着するために、前記少なくとも1つの第1の位置決め装置(14)を有し、
前記上方側(11)は、少なくともその表面が、前記付加製造プロセスのパーツ構築材料と親和性のある構築キャリア材料から構成されるため、ワークピースは、前記上方側の前記表面に連結されながら、前記ワークピースホルダ(8)の上で前記構築材料から付加的に製作され得、前記ワークピースホルダ(8)は、前記ベース支持体(6)から前記ワークピースと共に取り外すことができる、請求項2に記載のワークピースホルダ(8)又は請求項1に記載の支持システムのためのワークピースホルダ(8)。 - 前記下方要素(59)及び前記上方要素(57)は、互いに着脱可能に連結され、任意に互いに螺合される、請求項2又は3に記載のワークピースホルダ。
- 前記上方側(11)から始まり、前記ワークピースホルダ(8)の高さの少なくとも1/4が、前記上方要素(57)を形成し、前記下方側(12)から始まり、最大で前記上方要素(57)まで、前記下方要素(59)が延在し、前記下方要素(59)には、前記第1の位置決め装置(14)の少なくとも一部が穴の形態で提供される、請求項2から4までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記第2の材料が、
- 550℃までの耐熱性、
- 45から68HRC(ロックウェル硬度C)の範囲の硬度
の2つの特性のうちの少なくとも1つを示す、請求項2から5までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。 - 第2の位置決め装置(67、71、65、69)が、前記上方要素(57)及び前記下方要素(59)に設けられ、前記上方要素(57)及び前記下方要素(59)を位置的に正確に互いに固定することができるように、互いに相補的な構成を有し、前記第2の位置決め装置(67、71、65、69)は、第1の穴(67)と少なくとも1つの第2の穴(71)とを含む、少なくとも2つの穴(67、71)の対を備え、前記第2の穴が長穴として形状付けされるため、そこに挿入される前記第2の位置決め装置の位置決めボルト(71)が、前記下方要素(59)に対する前記上方要素(57)の熱的寸法変化を補償するために、少なくとも1つの方向に変位可能である、請求項2から6までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記第1の位置決め装置が実質的に前記穴(14)であり、前記穴の前記保持部位(28、42、91)が、実質的に前記穴の内壁の環状部分を表し、押し込まれる又は螺合される少なくとも1つのリング(28、42)を穴毎に任意に備える、請求項2から7までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記第1の位置決め装置が実質的に前記穴(14)であり、円形断面を有し、前記穴(14)に対し中心をずらして配置された第2の陥凹部(18)が、前記ワークピースホルダ(8)に設けられるため、又は、前記穴(14)が楕円形、長円形、又は多角形断面を有するため、前記ワークピースホルダ(8)は、相補的な構成の前記少なくとも1つの位置決め要素(10)を有する前記ベース支持体(6)の上に置かれると、回転が抑制される、請求項8に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記下方要素(59)が前記第2の材料から作製される、請求項8又は9に記載のワークピースホルダ。
- 前記ワークピースホルダ(8)の、前記下方側(12)と前記上方側(11)との間の側面(95)が傾斜しているため、前記ワークピースホルダ(8)が、前記下方側(12)から前記上方側(11)に向かって細くなる、請求項2から10までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記ワークピースホルダ(8)の少なくとも1つの前記側面が、溝又は隆起の形態の少なくとも1つの把持手段を備えることができる、請求項2から11までのいずれか一項に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記把持手段(97)が、あり継ぎ断面を有する溝の形態に設計される、請求項12に記載のワークピースホルダ(8)。
- 前記ワークピースホルダ(8)が、請求項2から13のいずれか一項に従って設計される、請求項1に記載の支持システム。
- 粉末状の原材料の積層塗布を含む製造プロセスを用いる付加形式の製造装置であって、構築ステージと、請求項1又は14に記載の支持システムとを備え、前記製造装置の前記構築ステージが、前記支持システムの前記ベース支持体(6)を備える、製造装置。
- 前記ベース支持体(6)が、位置決め要素の配列を備え、前記位置決め要素の配列が、前記ピン(10)を含み、少なくとも1つ、好ましくは全ての前記ピン(10)が、円形断面と、追加的にそれぞれ少なくとも1つの回転抑制ピン(20)とを有するか、又は、前記ワークピースホルダ(8)が前記ベース支持体(6)の上に置かれたときに回転が抑制されるように、楕円形、長円形、又は多角形断面を有する、請求項15に記載の製造装置。
- 請求項1又は14に記載の支持システムの前記ワークピースホルダ(8)を、付加形式の製造装置の前記支持システムの前記ベース支持体(6)の上に置くステップであって、前記少なくとも1つの位置決め要素(10)及び前記少なくとも1つの位置決め装置(14)が、相補的な様式に設計され、前記ピンと前記穴とを備える前記ピン/穴の対を形成し、前記ピンが前記穴に係合する、ステップと、
前記製造装置によって前記ワークピースホルダ(8)の上でワークピースの付加製造を実行するステップであって、前記支持システムの温度が前記製造プロセス中に上昇し、前記ピンの前記部位(87)の前記膨張に起因し、又は、前記穴の前記保持部位(28、42、91)の前記膨張に起因し、前記ピンと取り囲む前記穴との間にクランプ効果が生じる、ステップと、
前記支持システムを冷却し、それにより前記クランプ効果が解除されるステップと、
前記ワークピースホルダ(8)を、その上で製作された前記ワークピースと一緒に前記ベース支持体(6)から係合解除するステップと、
前記ワークピースの除去的後処理のための設備の支持体の上に前記ワークピースホルダ(8)を配置するステップであって、前記支持体の位置決め要素(10)と前記ワークピースホルダ(8)の前記位置決め装置(14)が互いに係合する、ステップと
を含む、ワークピースを製作するための方法。 - 前記除去的後処理のための設備の前記支持体の上に前記ワークピースホルダ(8)を置く前記ステップに先立ち、
前記ワークピースの熱的後処理のための設備の支持体の上に前記ワークピースホルダ(8)を置くステップを更に含む、請求項17に記載の方法。 - 係合解除する前記ステップが、
前記ワークピースホルダ(8)の前記側面に配置された前記把持手段(97)において、前記ワークピースホルダ(8)を把持具によって把持するステップを含む、請求項17又は18に記載の方法。 - 複数のワークピースホルダ(8)が、前記製造装置の前記ベース支持体(6)の上に並べて配置される、請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
- 付加形式の製造プロセスに従ってワークピースを製作するための方法であって、
製作されるワークピースの、前記ワークピースが上で付加製造されるワークピースホルダ(8)に対する位置及び/又は向きを、前記ワークピースの幾何形状を定義するデジタルパーツデータを考慮し、前記ワークピースの除去的後処理ステップによって定義される条件を考慮して決定するステップと、
決定された前記ワークピースの位置及び/又は向きに基づき、前記ワークピースホルダ(8)の上で前記ワークピースの付加製造を実行するステップと
を含む、方法。 - 前記ワークピースの前記除去的後処理によって定義される前記条件を考慮して、前記ワークピースのための少なくとも1つの支持構造を含む支持幾何形状を決定するステップを更に含み、
付加製造を実行する前記ステップが、前記支持構造の付加製造を含む、請求項21に記載の方法。 - 前記ワークピースの前記除去的後処理によって定義される前記条件が、前記除去的後処理で使用される工具のフライス力、前記除去的後処理で使用される前記工具のフライストルク、前記除去的後処理中の振動、前記除去的後処理で使用される前記工具による前記ワークピース及び/又は前記支持構造の前記幾何形状の達成の可能性、前記除去的後処理で使用される前記工具の機械運動学、前記除去的後処理で使用される前記工具の工具幾何形状、前記除去的後処理で使用される前記工具の工具連携のうちの少なくとも1つの条件を含む、請求項21又は22に記載の方法。
- 前記ワークピースの前記付加製造のための製造装置の利用可能な構築空間を構成するステップを更に含む、請求項21から23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ワークピースの幾何形状を定義する前記デジタルパーツデータを考慮し、前記ワークピースの前記除去的後処理によって定義される前記条件を考慮して、前記付加製造の層厚を決定するステップ、及び/又は、前記付加製造のための暴露ストラテジーを決定するステップを更に含む、請求項17から24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、請求項1に記載の支持システムを提供するステップを更に含み、前記ワークピースホルダ(8)が、前記支持システムの前記ワークピースホルダ(8)である、請求項21から25のいずれか一項に記載の方法。
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