JP5981474B2 - ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法 - Google Patents

ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5981474B2
JP5981474B2 JP2014054369A JP2014054369A JP5981474B2 JP 5981474 B2 JP5981474 B2 JP 5981474B2 JP 2014054369 A JP2014054369 A JP 2014054369A JP 2014054369 A JP2014054369 A JP 2014054369A JP 5981474 B2 JP5981474 B2 JP 5981474B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
energy beam
optical system
laser beam
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014054369A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015174420A (ja
Inventor
小原 隆
隆 小原
直忠 岡田
直忠 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2014054369A priority Critical patent/JP5981474B2/ja
Priority to US15/102,795 priority patent/US20160311059A1/en
Priority to CN201480076810.3A priority patent/CN106061668B/zh
Priority to PCT/JP2014/074239 priority patent/WO2015141030A1/ja
Priority to DE112014006472.6T priority patent/DE112014006472T5/de
Publication of JP2015174420A publication Critical patent/JP2015174420A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5981474B2 publication Critical patent/JP5981474B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/144Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本発明の実施形態は、ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法に関する。
従来、積層造形物を製造する方法として、金属材料からなる粉体状の材料を噴射し、材料にレーザ光を照射して溶融させることで層を形成するとともに、このような工程を繰り返し行い、層を積層させて三次元形状の積層造形物を製造する、所謂指向性エネルギー堆積法と呼ばれる技術が知られている。
また、このような積層造形物を造形する積層造形装置として、材料を噴射可能、且つ、レーザ光を照射可能なノズルを、移動装置によって移動させることで、所定の形状の層を形成可能な技術も知られている。
特開2007−301980号公報
本発明が解決しようとする課題は、材料の供給位置からずれて供給された材料を溶融することが可能なノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法を提供することにある。
実施形態のノズル装置は、実施形態のノズル装置は、ノズルと、光学系と、移動装置と、制御装置と、を備える。ノズルは、対象物に対して材料を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成される。光学系は、前記エネルギー線の照射位置を変更可能に設けられる。移動装置は、前記ノズルを前記対象物に対して移動させる。制御装置は、前記移動装置を制御して前記ノズルを移動させるとともに、前記光学系を制御して前記エネルギー線の照射位置を変更可能に設けられる。
一実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に示す説明図。 同積層造形装置の要部構成を模式的に示す説明図。 同積層造形装置を用いた積層造形物の製造の一例を示す説明図。 同積層造形装置を用いた積層造形物の製造の一例を示す説明図。
以下、第1の実施形態に係る積層造形装置1及び積層造形物100の製造方法を、図1乃至図4を用いて説明する。
図1は一実施形態に係る積層造形装置1の構成を模式的に示す説明図、図2は積層造形装置1のノズル装置12の構成を模式的に示す説明図、図3は積層造形装置1を用いた積層造形物100の製造の一例を示す説明図、図4は積層造形装置1を用いた積層造形物100の製造の一例を示す説明図である。
図1に示すように、積層造形装置1は、ステージ11と、ノズル装置12と、移動装置13と、材料供給装置14と、ガス供給装置15と、光源16と、制御装置20と、を備えている。積層造形装置1は、ステージ11上に設けられる対象物110に、ノズル装置12及び材料供給装置14からレーザ光120とともに供給される材料121を用いることで、所定の形状の積層造形物100を造形可能に形成されている。積層造形装置1は、例えば、ステージ11及びノズル装置12が処理槽内に配置され、不活性ガス雰囲気下において、積層造形物100の造形が行われる。
なお、対象物110とは、その上面に積層造形物100を造形するためのベース110a又は積層造形物100の一部を構成する層110bである。対象物110は、ノズル装置12によって材料121を供給する対象である。
材料121とは、粉体状の金属材料であって、単数の金属材料又は複数の異なる金属材料が用いられる。
ステージ11は、その上部に対象物110を支持可能に形成されている。
ノズル装置12は、材料121を所定の量だけステージ11上の対象物110に選択的に供給可能、且つ、材料121を溶融させるエネルギー線としてレーザ光120を出射可能に形成されている。具体的には、ノズル装置12は、外郭体21と、外郭体21内に収容されるノズル22と、外郭体21内に収容される光学系23と、を備えている。
外郭体21は、移動装置13に接続され、ステージ11に対して移動可能に形成されている。ノズル22は、材料供給装置14、ガス供給装置15及び光学系23、に接続されている。ノズル22は、材料供給装置14及びガス供給装置15に供給管97を介してそれぞれ接続される。ノズル22は、光学系23から出射されたレーザ光120を通過させる光通路部31と、その先端から材料121を噴射する材料噴射口32と、その先端からガス122を噴射するガス噴射口33と、を備えている。
図1に示すように、光通路部31は、レーザ光120を通過可能、且つ、レーザ光120が所定の角度範囲で光学系23から対象物110に照射可能な内径に形成されている。換言すると、光通路部31は、その軸心が重力方向に沿う円柱状の孔であって、その軸心に対して所定の角度だけ傾斜したレーザ光120を通過可能に形成されている。なお、ここで、レーザ光120の所定の角度範囲とは、後述するように、対象物110に照射するレーザ光120の照射範囲120aに、レーザ光120を照射する角度範囲である。
材料噴射口32は、例えば複数設けられ、材料供給装置14から供給された材料121を対象物110に噴射可能、且つ、噴射された材料121が所定の領域において収束するように、光通路部31に対して傾斜して形成される。なお、噴射された材料121が収束する所定の領域とは、対象物110上であって、且つ、層110bを形成する位置である。
ガス噴射口33は、例えば複数設けられ、ガス供給装置15から供給されたガスを噴射可能、且つ、噴射されたガス122が所定の領域において収束するように、光通路部31に対して傾斜して形成される。ガス噴射口33は、材料噴射口32よりも光通路部31を中心として外側に配置され、材料噴射口32から噴射された材料121が収束する位置で、噴射されたガス122が収束するように構成される。
光学系23は、光源16にケーブル、例えば光ファイバ98を介して接続されている。なお、光学系23の説明において、光源16から出射されるレーザ光120の出射方向に対して光源16側を一次側とし、光学系23によりレーザ光120を照射する対象物110側を二次側として、以下説明する。光学系23は、光ファイバ98の二次側(出射側)に設けられたレンズ装置41と、レンズ装置41の二次側(出射側)に設けられたガルバノスキャナ42と、ガルバノスキャナ42の二次側(出射側)に設けられたFθレンズ43と、を備えている。
レンズ装置41は、光源16から光ファイバ98を介して出射されたレーザ光120を平行光に変換可能、且つ、変換したレーザ光120をガルバノスキャナ42に出射可能に形成されている。
ガルバノスキャナ42は、ガルバノミラー42a及びガルバノミラー42aを所定の角度範囲で回動可能なモータ42bを備えている。ガルバノスキャナ42は、制御装置20に信号線99を介して接続されている。ガルバノスキャナ42は、モータ42bにより所定の角度範囲でガルバノミラー42aを傾斜させ、入射したレーザ光120を所定の反射角で反射させて、Fθレンズ43に出射可能に形成されている。なお、例えば、ガルバノスキャナ42は、水平方向に沿った、X方向及びX方向に直交するY方向の2軸を有する。
Fθレンズ43は、所定の角度範囲で入射したレーザ光120を、光通路部31に出射する。Fθレンズ43は、レーザ光120の焦点を調整可能に形成されている。また、Fθレンズ43は、入射したレーザ光120の角度がガルバノスキャナ42によって変更されても、その焦点の高さ方向の位置の精度の確保が容易に可能に形成されている。換言すると、Fθレンズ43は、対象物110上に焦点を合わせた状態でレーザ光120を照射し、当該照射中にガルバノスキャナ42によってレーザ光120の照射角度が変更されたときに、対象物110上に焦点が位置するように、焦点位置を維持可能に形成されている。
移動装置13は、制御装置20に信号線99を介して接続される。移動装置13は、ノズル装置12を、層110bを形成するための送り方向Fに移動可能に形成されている。
材料供給装置14は、制御装置20に信号線99を介して接続される。材料供給装置14は、材料121を貯蔵するタンク14aと、タンク14aから材料121をノズル22に所定の量だけ供給する供給手段14bと、を備えている。タンク14aに貯蔵される材料121は、粉体状の金属材料である。供給手段14bは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク14a内の材料121をノズル22に供給可能に形成されている。また、供給手段14bは、供給する材料121の供給量及びノズル22から噴射する材料121の噴射速度(供給速度)を調整可能に形成されている。
ガス供給装置15は、制御装置20に信号線99を介して接続される。ガス供給装置15は、ガス122を貯蔵するタンク15aと、タンク15aからガス122をノズル22に所定の量だけ供給する供給手段15bと、を備えている。タンク15aに貯蔵されるガス122は、窒素やアルゴン等の不活性ガスである。ガス供給装置15で供給されるガス122は、対象物120上にノズル22から噴射された材料121を溶融させて層110bを形成するときに、層110bの酸化又はガスと反応した化合物の形成を防止可能に形成されている。
供給手段15bは、ガス122をノズル22に供給可能に形成されている。また、供給手段15bは、供給するガス122の供給量及びノズル22から噴射するガス122の噴射速度(供給速度)を調整可能に形成されている。
光源16は、発振素子を有し、材料121を溶融可能なパワー密度のレーザ光120を光ファイバ98に出射可能に形成された、レーザ光120の供給源である。また、光源16は、出射するレーザ光120のパワー密度を変更可能に形成されている。
制御装置20は、移動装置13、材料供給装置14、ガス供給装置15、光源16及びモータ42bに信号線99を介して電気的に接続されている。
制御装置20は、移動装置13を制御することで、ノズル22をX方向、Y方向、並びに、X方向及びY方向と直交するZ方向の3軸方向に移動可能に形成されている。制御装置20は、材料供給装置14を制御することで、材料121の供給、材料121の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
制御装置20は、ガス供給装置15を制御することで、ガス122の供給、ガス122の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置20は、光源16を制御することで、光源16から出射されるレーザ光120のパワー密度を調整可能に形成されている。
制御装置20は、ガルバノスキャナ42のモータ42bを制御することで、ガルバノミラー42aの傾斜角度を調整し、ノズル22(ガルバノスキャナ42)から出射されるレーザ光120の出射角度を調整可能に形成されている。
また、制御装置20は、記憶部20aを備えている。記憶部20aには、閾値として、造形する積層造形物100の形状が記憶されている。
また、制御装置20は、以下の機能(1)乃至(2)を有している。
(1)ノズル22から材料121を噴射する機能。
(2)ノズル22からレーザ光120を所定の範囲に照射する機能。
次に、これら機能(1)乃至機能(2)について説明する。
機能(1)は、記憶部20aに記憶された積層造形物100の各層110bを形成する材料121に基づいて、ノズル22から材料121の供給量及び供給速度を調整して噴射するとともに、形成する層110bの形状に合わせてノズル22を移動させる機能である。
具体的には、積層造形物100の所定の層110bを形成するときに、移動装置13を制御し、図2及び図3に示す送り方向Fに沿って、対象物110に対してノズル装置12を所定の送り方向Fに移動させる。また、ノズル装置12の移動に合わせて、材料供給装置14を制御し、層110bを形成する材料121を所定の供給量及び供給速度にて、対象物110に対してノズル22から噴射する。また、同時に、ガス供給装置15を制御し、パージガスであるガス122を、所定の供給量及び供給速度にて、対象物110に対してノズル22から噴射する。このように、機能(1)は、ノズル22を所定の軌跡で移動させるとともに、材料121及びガス122を対象物110に供給させる機能である。
機能(2)は、機能(1)で材料121を対象物110に供給するときに、レーザ光120を対象物110の所定の範囲に照射し、溶融プール130を形成して材料121を溶融させる機能である。なお、溶融プール130とは、レーザ光120が照射されることで溶融した材料121及び対象物100により形成される溶融部である。
具体的には、まず、移動装置13が材料121を噴射しながらノズル装置12を所定の送り方向Fに移動させる場合において、ガルバノスキャナ42を制御し、レーザ光120を材料121及びガス122の供給位置に照射して当該供給位置に溶融プール130を形成する。また、ガルバノスキャナ42を制御し、ガルバノミラー42aを所定の角度範囲で連続的に回動させることで、レーザ光120を所定の照射範囲120aに連続的に照射するように、レーザ光120の照射位置を変化させて、当該供給位置及び送り方向Fにおける当該供給位置の一次側に照射する。
換言すると、材料121の供給位置、及び、ノズル22が通った軌跡の一部に交互に照射する。さらに換言すると、ガルバノスキャナ42を所定の周波数で連続的に所定の角度範囲で角度調整を繰り返し行い、レーザ光120の掃引方向Gにレーザ光120を所定の周波数で振れさせることで、材料121の供給位置と、送り方向Fにおける供給位置の一次側にレーザ光120を照射する。これにより、レーザ光120の照射範囲120aに溶融プール130が形成される。
なお、ここで、ノズル22(ノズル装置12)の送り方向Fとは、所定の形状の層110bを形成するためのノズル22の移動方向である。また、掃引方向Gとは、ガルバノミラー42aを回動することにより、送り方向Fに沿ってレーザ光120を振る方向である。
より具体的に機能(2)について、対象物110上の任意の位置におけるレーザ光120の照射を、図2乃至図4を用いて説明する。まず、送り方向Fに沿ってノズル22を移動させ、任意の位置において、図4の上部に示すように材料の供給を開始する。ノズル22が移動すると、材料121の供給量は、所定の量となるまで漸次増加する。
次に、ノズル22を移動させ材料121の供給位置を移動させるとともに、ガルバノスキャナ42を所定の角度範囲で角度調整を繰り返し行う。これにより、レーザ光120は材料供給位置とその一次側にレーザ光120を繰り返し照射することになる。さらにノズル22を移動させると、材料供給位置に供給しようとした材料121の一部が飛散して、一次側に供給されることがある。その場合、レーザ光120は、材料供給位置の一次側へも照射されることから、ノズル22が通過した一次側に材料121が飛散しても、レーザ光120が照射されて溶融されることになる。
このように、機能(2)は、レーザ光120を所定の照射範囲120aで掃引方向Gに連続的に振れさせることで、材料121の供給位置及びその一次側にレーザ光120を照射して、材料121を溶融し、供給された材料121により、積層造形物100を構成する層110bを形成する機能である。
次に、積層造形装置1を用いた積層造形物100の製造方法を、図3及び図4を用いて説明する。
まず、制御装置20は、材料供給装置14及びガス供給装置15を制御し、所定の供給量及び供給速度で材料121及びガス122をノズル22から積層造形物100を造形する対象物110上に供給する。また、制御装置20は、光源16及び光学系23を制御して、供給した材料121にレーザ光120を照射して材料121を溶融させる。
また、制御装置20は、移動装置13を制御して、形成する層110bの形状に合わせて設定された送り方向Fに沿ってノズル装置12を移動させる。制御装置20は、ノズル装置12の移動開始後に、ガルバノスキャナ42を制御し、所定の角度範囲でガルバノミラー42aの傾斜角度を調整し、所定の周波数でレーザ光120を掃引方向Gに振れさせて、所定の照射範囲120aにレーザ光120を照射させる。この状態でノズル装置12が移動することで、ノズル22の下方の材料121の供給位置及び当該供給位置の一次側にレーザ光120が照射される。これにより、図2に示すように、溶融プール130が形成され、ノズル22から供給された材料121及び送り方向Fにおける材料121の供給位置の一次側に飛散した材料121がレーザ光120によって溶融される。
さらに、制御装置20は、継続してノズル装置12を送り方向Fに沿って移動させて、材料121及びガス122を供給するとともに、掃引方向Gに沿って対象物110及び供給した材料121にてレーザ光120を照射して、所定の層110bを形成する。制御装置20は、記憶部20aに記憶された積層造形物100の形状となるまで、繰り返し層110bを形成して積層させることで、積層造形物100が造形される。
このように構成された積層造形装置1は、光学系23を制御してレーザ光120を掃引方向Gに振ることで、供給した材料121及び材料121の供給位置のノズル装置12の送り方向Fにおける一次側にレーザ光120を照射することが可能となる。
このため、ノズル装置12が通過した後も対象物110にレーザ光120が照射されている間は溶融プール130が形成されることから、材料121の供給時に、ノズル装置12の送り方向Fにおける材料121の供給位置の一次側に飛散して供給された材料121を溶融することが可能となる。即ち、材料121の所定の供給位置から一次側にずれて供給された材料121を溶融することが可能となる。
これにより、未溶融の材料121が軟化している層110bに付着し、そのまま層110bが固化して未溶融の材料121が残存することを防止でき、確実に供給された材料121を溶融することが可能となる。結果、形成された層110b及び積層造形物100の表面粗さを向上させることが可能となる。
具体的に説明すると、レーザ光120が照射されることで対象物110に形成される溶融プール130はレーザ光120が照射されなくなると、自然冷却により次第に固化し層110bを形成する。このとき、層110bは軟化状態を経て固化するため、軟化状態の層110bに材料121が飛散すると、軟化した層110bに材料121が付着し、未溶融の状態で材料121が層110bに固定される。このため、形成された層110b又は積層造形物100は、当該未溶融の材料121が表面に設けられることとなり、表面粗さが粗くなる虞がある。
しかし、積層造形装置1によれば、ノズル22が通過した軌跡にレーザ光120を照射することで、即ち、ノズル装置12の送り方向Fにおける材料121の供給位置の一次側にレーザ光120を照射することで、ノズル22が通過した層110bに飛散した材料121をレーザ光120により溶融することが可能となる。これにより、未溶融の状態で材料121が層110bに付着して、層110bが固化することを防止できる。このため、造形された積層造形物1を良好な表面粗さとすることができる。
また、積層造形装置1は、対象物110上に照射するレーザ光120の焦点の領域を大きくすることなく、レーザ光120をノズル22の送り方向Fに沿った掃引方向Gに振ることで、実際にレーザ光120を照射する照射範囲120aを広くする構成である。このため、レーザ光120の焦点の形状を大きくする必要がないことから、微細な造形が可能となる。
上述したように本実施形態に係る積層造形装置1を用いた積層造形物100の製造方法によれば、材料121の供給時に、供給位置からずれた位置であって、且つ、溶融又は軟化した層110bに材料121が供給されても、レーザ光120を材料121の供給位置から所定の幅だけ振れさせて対象物110に照射させることで、当該材料121を確実に溶融させることが可能となる。
なお、本実施形態に係る積層造形装置1及び積層造形物100の製造方法は、上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、制御装置20は、ガルバノスキャナ42を制御して、ノズル22から供給する材料121の供給位置及びノズル装置12の送り方向Fにおける供給位置の一次側にレーザ光120を照射する構成を説明したがこれに限定されない。他の実施例として、制御装置20は、ガルバノスキャナ42を制御して、ノズル装置12の送り方向Fにおける材料121の供給位置の一次側及び二次側にレーザ光120を振ることが可能に形成されていてもよい。このような積層造形装置1によれば、送り方向Fに沿って材料121の供給位置の一次側及び二次側にレーザ光120が照射されることから、材料121の供給位置及びその一次側に溶融プール130を形成して、供給位置に供給された材料121及び供給位置の一次側に飛散した材料121を溶融可能となる。また、送り方向Fにおけるノズル22の二次側の対象物110をレーザ光120によって予め加熱することが可能となり、ノズル22がさらに移動したときに、溶融プール130を短時間で形成することが可能となる。
さらに、上述した例では、レーザ光120を照射して対象物110及び材料121を溶融させる構成を説明したが、これに限定されない。対象物110及び材料121を溶融可能であって、且つ、溶融する範囲を掃引方向Gに振れさせることが可能であれば、レーザ光120でなく、他のエネルギー線で溶融させる構成であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…積層造形装置、11…ステージ、12…ノズル装置、13…移動装置、14…材料供給装置、14a…タンク、14b…供給手段、15…ガス供給装置、15a…タンク、15b…供給手段、16…光源、20…制御装置、20a…記憶部、21…外郭体、22…ノズル、23…光学系、31…光通路部、32…材料噴射口、33…ガス噴射口、41…レンズ装置、42…ガルバノスキャナ、42a…ガルバノミラー、42b…モータ、43…レンズ、97…供給管、98…光ファイバ、99…信号線、100…積層造形物、110…対象物、110a…ベース、110b…層、120…レーザ光(エネルギー線)、120a…照射範囲、121…材料、122…ガス、130…溶融プール、F…送り方向、G…掃引方向。

Claims (15)

  1. 対象物に対して材料を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズルと、
    前記エネルギー線の照射位置を変更可能に設けられた光学系と、
    前記ノズルを前記対象物に対して移動させる移動装置と、
    前記移動装置を制御して前記ノズルを移動させるとともに、前記光学系を制御して前記エネルギー線の照射位置を変更可能に設けられた制御装置と、
    を備えることを特徴とするノズル装置。
  2. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記材料を供給する位に対して、前記エネルギー線の照射位置を制御することを特徴とする請求項1に記載のノズル装置。
  3. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの一次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項1または2に記載のノズル装置。
  4. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの二次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のノズル装置。
  5. 前記制御装置は、連続的に前記エネルギー線の照射位置を変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のノズル装置。
  6. 対象物に対して材料を選択的に供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、及び、ノズルに前記エネルギー線を出射可能、且つ、前記エネルギー線の照射位置を変更可能に設けられた光学系を備えるノズル装置と、
    前記ノズルを前記対象物に対して移動させる移動装置と、
    前記光学系に前記エネルギー線を供給する光源と、
    前記ノズルに前記材料を供給する材料供給装置と、
    前記移動装置を制御して前記材料を供給する前記ノズルを移動させるとともに、前記光学系を制御して前記エネルギー線の掃引方向に沿って前記ノズルから出射される前記エネルギー線を振ることが可能に形成された制御装置と、
    を備えることを特徴とする積層造形装置。
  7. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記材料を供給する位に対して、前記エネルギー線の照射位置を制御することを特徴とする請求項6に記載の積層造形装置。
  8. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの一次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項6または7に記載の積層造形装置。
  9. 前記制御装置は、前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの二次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載の積層造形装置。
  10. 前記制御装置は、連続的に前記エネルギー線の照射位置を変化させることを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載の積層造形装置。
  11. 材料をノズルから対象物上に供給し、
    移動装置によって前記ノズルを前記対象物に対して移動させるとともに、光学系により、前記ノズルから照射されるエネルギー線の照射位置を変化させる
    ことを特徴とする積層造形物の製造方法。
  12. 前記光学系を制御して、前記材料を前記ノズルから供給する位に対して、前記エネルギー線の照射位置を制御することを特徴とする請求項11に記載の積層造形物の製造方法。
  13. 前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの一次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項11または12に記載の積層造形物の製造方法。
  14. 前記光学系を制御して、前記エネルギー線の掃引方向における前記ノズルの二次側に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の積層造形物の製造方法。
  15. 連続的に前記エネルギー線の照射位置を変化させて、前記材料に前記エネルギー線を照射することを特徴とする請求項11から14のいずれか1項に記載の積層造形物の製造方法。
JP2014054369A 2014-03-18 2014-03-18 ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法 Active JP5981474B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014054369A JP5981474B2 (ja) 2014-03-18 2014-03-18 ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法
US15/102,795 US20160311059A1 (en) 2014-03-18 2014-09-12 Nozzle device and manufacturing method of layered object
CN201480076810.3A CN106061668B (zh) 2014-03-18 2014-09-12 喷嘴装置以及层叠造型物的制造方法
PCT/JP2014/074239 WO2015141030A1 (ja) 2014-03-18 2014-09-12 ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法
DE112014006472.6T DE112014006472T5 (de) 2014-03-18 2014-09-12 Düseneinrichtung, Vorrichtung zur Herstellung eines Schichtobjekts und Verfahren zur Herstellung eines Schichtobjekts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014054369A JP5981474B2 (ja) 2014-03-18 2014-03-18 ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015174420A JP2015174420A (ja) 2015-10-05
JP5981474B2 true JP5981474B2 (ja) 2016-08-31

Family

ID=54144028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014054369A Active JP5981474B2 (ja) 2014-03-18 2014-03-18 ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160311059A1 (ja)
JP (1) JP5981474B2 (ja)
CN (1) CN106061668B (ja)
DE (1) DE112014006472T5 (ja)
WO (1) WO2015141030A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3167997A1 (de) * 2015-11-10 2017-05-17 Siemens Aktiengesellschaft Laser-auftragschweissverfahren und -vorrichtung mit oszillierender laserstrahlung innerhalb der düse
DE102015222083A1 (de) * 2015-11-10 2017-05-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum Laserstrahl-Auftragschweißen mit Pendelbewegung
JP6544218B2 (ja) * 2015-11-30 2019-07-17 株式会社デンソー 電極製造方法
US11731216B2 (en) * 2016-04-14 2023-08-22 Plasmatreat Gmbh Device for working a surface of a workpiece by means of a laser beam and method for operating the device
US10596662B2 (en) * 2017-04-10 2020-03-24 General Electric Company Adaptive melting beam configuration for additive manufacturing
KR101966954B1 (ko) * 2017-04-18 2019-04-09 한국기계연구원 3차원 형상 제조를 위한 분말공급장치
JP7063670B2 (ja) * 2018-03-26 2022-05-09 技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構 ノズルおよび積層造形装置
IL277809B1 (en) * 2018-04-06 2024-02-01 Paxis Llc Device for additive manufacturing, system and method
DE112018008046T5 (de) * 2018-11-09 2021-06-24 Mitsubishi Electric Corporation Vorrichtung zur additiven fertigung
JP7046256B1 (ja) * 2021-07-16 2022-04-01 Dmg森精機株式会社 レーザ積層造形方法及びレーザ積層造形装置
DE102022100173A1 (de) 2022-01-05 2023-07-06 Chiron Group Se Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0698506B2 (ja) * 1986-12-08 1994-12-07 トヨタ自動車株式会社 金属基体上への分散合金層の形成方法
IL92427A0 (en) * 1989-02-08 1990-07-26 Gen Electric Laser welding apparatus and process
US5961862A (en) * 1995-11-30 1999-10-05 The Regents Of The University Of California Deposition head for laser
JP3454124B2 (ja) * 1997-11-28 2003-10-06 三菱マテリアル株式会社 肉盛溶接機
US7300619B2 (en) * 2000-03-13 2007-11-27 Objet Geometries Ltd. Compositions and methods for use in three dimensional model printing
EP1424158B1 (en) * 2002-11-29 2007-06-27 Alstom Technology Ltd A method for fabricating, modifying or repairing of single crystal or directionally solidified articles
JP2007301980A (ja) * 2006-04-10 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ積層方法およびレーザ積層装置
DE102007043146B4 (de) * 2007-09-05 2013-06-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bearbeitungskopf mit integrierter Pulverzuführung zum Auftragsschweißen mit Laserstrahlung
JP5468471B2 (ja) * 2010-06-09 2014-04-09 株式会社東芝 ガスタービン翼の補修方法及びガスタービン翼
US20130316183A1 (en) * 2011-01-13 2013-11-28 Anand A. Kulkarni, JR. Localized repair of superalloy component
DE102011100456B4 (de) * 2011-05-04 2015-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißverfahren
JP2013075308A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Hitachi Ltd パウダ供給ノズルおよび肉盛溶接方法
RU2539135C2 (ru) * 2012-02-27 2015-01-10 Юрий Александрович Чивель Способ получения объемных изделий из порошков и устройство для его осуществления
CN102554471B (zh) * 2011-12-13 2014-09-03 西安交通大学 用于激光直接成形的角度可调式四管送粉喷嘴
FR2998819B1 (fr) * 2012-11-30 2020-01-31 Association Pour La Recherche Et Le Developpement De Methodes Et Processus Industriels "Armines" Procede de fusion de poudre avec chauffage de la zone adjacente au bain

Also Published As

Publication number Publication date
CN106061668A (zh) 2016-10-26
WO2015141030A1 (ja) 2015-09-24
US20160311059A1 (en) 2016-10-27
JP2015174420A (ja) 2015-10-05
CN106061668B (zh) 2017-12-12
DE112014006472T5 (de) 2016-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5981474B2 (ja) ノズル装置、積層造形装置及び積層造形物の製造方法
US10759002B2 (en) Stack forming apparatus and manufacturing method of stack formation
JP6017400B2 (ja) 積層造形装置及び積層造形物の製造方法
US11135680B2 (en) Irradiation devices, machines, and methods for producing three-dimensional components
KR102359288B1 (ko) 광빔을 사용하는 적층 제조를 위한 방법 및 시스템
JP5931948B2 (ja) ノズル、積層造形装置、および積層造形物の製造方法
US11396128B2 (en) Stack forming apparatus and manufacturing method of stack formation
EP3102389B1 (en) An additive manufacturing system with a multi-laser beam gun and method of operation
JP2015178191A (ja) ノズルおよび積層造形装置
US10589508B2 (en) Additive manufacturing systems and methods
US11534968B2 (en) Nozzle and additive manufacturing apparatus
US20180369961A1 (en) Treatment of solidified layer
JP6227080B2 (ja) 積層造形装置及び積層造形物の製造方法
JPWO2019116454A1 (ja) 処理装置、処理方法、マーキング方法、及び、造形方法
JP7010308B2 (ja) 処理装置及び処理方法
KR102340525B1 (ko) 등가적층 체적높이 제어방법
JP2019130886A (ja) 3次元の物体を付加製造する装置
KR101794279B1 (ko) 라인 스캔 조형이 가능한 선형 노즐을 구비한 3차원 구조물 조형 장치 및 그 방법
JP6170239B1 (ja) 3次元積層造形装置、3次元積層造形装置の制御方法および3次元積層造形装置の制御プログラム
JP2019019364A (ja) 積層造形装置
JP2019130887A (ja) 3次元の物体を付加製造する装置
WO2023042341A1 (ja) 造形システム
KR20180003295A (ko) 3차원 프린터
JP2018111849A (ja) 造形物の製造装置、及び製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD07 Notification of extinguishment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427

Effective date: 20151001

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20151002

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151002

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160315

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160425

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160628

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160728

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5981474

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151