JP6151436B2 - 三次元積層造形用ノズル、光加工ヘッド及び三次元積層造形装置 - Google Patents
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Description
光源から発せられ加工材料としての粉体を溶融するための光線が加工面に向けて通過できるように設けられた光線経路と、
前記光線経路の周囲に設けられ、前記粉体を搬送するキャリアガスを前記加工面に向けて射出するための流路構造と、
を備え、
前記流路構造は、
前記キャリアガスを流入させる第1流入口、前記第1流入口から流入した前記キャリアガスを保持する第1流路、および、前記第1流路内のキャリアガスを流出させる第1通過孔を備えた第1流路層と、
前記第1通過孔から前記キャリアガスを流入させる第2流入口、前記第2流入口から流入した前記キャリアガスを保持する第2流路、および、前記第2流路内のキャリアガスを流出させる第2通過孔を備えた第2流路層と、
前記第2通過孔を通過した前記キャリアガスを前記加工面に向けて射出する射出口と、
を少なくとも含み、
前記第1通過孔は、前記第1流入口よりも数が多く、前記第1流入口に対し、空間的に対称になるように設けられ、
前記第2通過孔は、前記第2流入口よりも数が多く、前記第2流入口に対し、空間的に対称になるように設けられ、
前記射出口は、前記光線経路から射出される光線の光軸に対して空間的に対称に設けられたことを特徴とする三次元積層造形用ノズル。
上述の三次元積層造形用ノズルと、
光源からの光を集光して加工面に射出する集光光学系装置と、
を含むことを特徴とする。
上記三次元積層造形用光加工ヘッドと、
光源と、
前記光源から射出された光を前記光加工ヘッドに伝送する光伝送部と、
前記キャリアガスを収容するキャリアガス収容装置と、
前記キャリアガスを前記三次元積層造形用ノズルに供給するキャリアガス供給部と、
を備えた三次元積層造形装置。
本発明の第1実施形態としての光加工用ノズルについて、図1を用いて説明する。図1は、光加工装置のヘッド先端に取り付けられる光加工用ノズル100の構成を示している。この光加工用ノズル100は、光線経路101と流路構造102とを含む。
次に本発明の第2実施形態としての光加工用ノズルについて、図2および図3を用いて説明する。図2は、光加工用ノズル200の内部構成を示す図である。
となる。つまり、上式を満たす径Dの通過孔を設ければ、少ない層数で、流体を最も等方化することができる。
次に本発明の第3実施形態に係る光加工用ノズル500について、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態に係る光加工用ノズル500の構成を説明するための一部透過斜視図である。本実施形態に係る光加工用ノズル500は、上記第2実施形態と比べると、カバー255を有さない点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
次に本発明の第4実施形態に係る光加工用ノズル800について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態に係る光加工用ノズル800の構成を説明するための一部透過斜視図である。本実施形態に係る光加工用ノズル800は、上記第3実施形態と比べると、流路層240から下流側に延びた8本のパイプ状の通過孔842を有し、その開口端を射出口853としている点で異なる。その他の構成および動作は、第3実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
次に本発明の第5実施形態に係る光加工用ノズル900について、図9を用いて説明する。図8は、本実施形態に係る光加工用ノズル900の構成を説明するための一部透過斜視図である。本実施形態に係る光加工用ノズル900は、上記第2実施形態と比べると、流路層240から下流側に少し延びたパイプ状の通過孔942を有している点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
本発明の第6実施形態としての光加工装置(Optical Machining apparatus)1000について、図10を用いて説明する。光加工装置1000は、上述の実施形態で説明した光加工用ノズル100、200、500、800、900のいずれかを含み、三次元的な造形物(あるいは肉盛溶接)を生成する装置である。ここでは一例として、光加工用ノズル200を備えた光加工装置1000について説明する。
光加工装置1000は、光源1001、光伝送部1002、冷媒供給装置1003、冷媒供給部1004、ステージ1005、流体収容装置1006、流体供給部1030、ガス供給装置1008、ガス供給部1040および光加工ヘッド1020を備えている。そして、光加工用ノズル200は、光加工ヘッド1020の一部として、その先端に取り付けられている。
次に、光加工装置1000の動作について説明する。造形物1010は、ステージ1005の上で作成される。光加工ヘッド1020から射出される射出光は、造形物1010上の加工面260において集光される。加工面260は、集光によって昇温され、溶融され、一部に溶融プールを形成する。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範疇で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
Claims (10)
- 三次元積層造形用ノズルであって、
光源から発せられ加工材料としての粉体を溶融するための光線が加工面に向けて通過できるように設けられた光線経路と、
前記光線経路の周囲に設けられ、前記粉体を搬送するキャリアガスを前記加工面に向けて射出するための流路構造と、
を備え、
前記流路構造は、
前記キャリアガスを流入させる第1流入口、前記第1流入口から流入した前記キャリアガスを保持する第1流路、および、前記第1流路内のキャリアガスを流出させる第1通過孔を備えた第1流路層と、
前記第1通過孔から前記キャリアガスを流入させる第2流入口、前記第2流入口から流入した前記キャリアガスを保持する第2流路、および、前記第2流路内のキャリアガスを流出させる第2通過孔を備えた第2流路層と、
前記第2通過孔を通過した前記キャリアガスを前記加工面に向けて射出する射出口と、
を少なくとも含み、
前記第1通過孔は、前記第1流入口よりも数が多く、前記第1流入口に対し、空間的に対称になるように設けられ、
前記第2通過孔は、前記第2流入口よりも数が多く、前記第2流入口に対し、空間的に対称になるように設けられ、
前記射出口は、前記光線経路から射出される光線の光軸に対して空間的に対称に設けられたことを特徴とする三次元積層造形用ノズル。 - 前記第1通過孔が、前記光線の光軸を含み前記第1流入口の中心を通る面を挟んで、面対称に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の三次元積層造形用ノズル。
- それぞれ同じ形状を有する前記射出口が前記光軸を中心に回転対称となる位置に少なくとも2つ設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の三次元積層造形用ノズル。
- 前記射出口は円環状または円弧状のスリットであることを特徴とする請求項1または2に記載の三次元積層造形用ノズル。
- 前記第1通過孔が、前記第1流入口から等距離に配置された一対の通過孔を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元積層造形用ノズル。
- 前記流路構造は、さらに、
前記第2通過孔から前記キャリアガスを流入させる第3流入口、前記第3流入口から流入した前記キャリアガスが通過する少なくとも2つの第3通過孔、および、前記キャリアガスを前記第3流入口から前記第3通過孔に導く第3流路を備えた第3流路層を含み、
前記第3通過孔は、前記第3流入口よりも数が多く、前記第3流入口に対し、空間的に対称になるように設けられたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の三次元積層造形用ノズル。 - 第1、第2および第3流路層において、第1、第2および第3流入口のそれぞれに対して2つの通過孔を設け、
前記射出口の光軸からの平均距離をRとし、
前記射出口に接続される通過孔の径をDとし、
前記流路層の総数をMとした場合に、
- 最下流に位置する流路層から前記射出口までの流路は、下流側に向けて先細りする形状であることを特徴とする請求項6または7に記載の三次元積層造形用ノズル。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の三次元積層造形用ノズルと、
光源からの光を集光して加工面に射出する集光光学系装置と、
を含むことを特徴とする三次元積層造形用光加工ヘッド。 - 請求項9に記載の光加工ヘッドと、
光源と、
前記光源から射出された光を前記光加工ヘッドに伝送する光伝送部と、
前記キャリアガスを収容するキャリアガス収容装置と、
前記キャリアガスを前記三次元積層造形用ノズルに供給するキャリアガス供給部と、
を備えた三次元積層造形装置。
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