JP7243167B2 - 付加製造装置 - Google Patents
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Description
前記基台に対し前記粉末材料を噴射して供給する粉末供給装置と、
前記基台における前記粉末材料の供給部に対し光ビームを照射する光照射装置と、
前記粉末供給装置の粉末供給及び前記光照射装置の光照射を制御するとともに、前記基台に対する前記光ビームの相対的な走査を制御する制御装置と、
を備え、
前記光照射装置は、前記粉末材料の供給部の中央に前記光ビームとして中央光ビームを照射する中央光ビーム照射部、及び、前記中央光ビームの照射と同時に照射する外側光ビームであって前記中央光ビームの外側に前記光ビームとして外側光ビームを照射する外側光ビーム照射部を有し、
前記制御装置は、
前記粉末材料の光ビーム吸収率に応じて、前記中央光ビーム照射部の出力条件と前記外側光ビーム照射部の出力条件を独立して制御することで、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークと前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを調整して前記造形物を付加し、
前記粉末材料の光ビーム吸収率が比較的高い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減し、
前記粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、その後に前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、付加製造装置にある。
前記複数種の粉末材料の成分比を調整可能な成分比調整装置を有し、前記基台に対し前記成分比が調整済の粉末材料を噴射して供給する粉末供給装置と、
前記基台における前記成分比が調整済の粉末材料の供給部に対し光ビームを照射する光照射装置と、
前記粉末供給装置の粉末供給及び前記光照射装置の光照射を制御するとともに、前記基台に対する前記光ビームの相対的な走査を制御する制御装置と、
を備え、
前記光照射装置は、前記成分比が調整済の粉末材料の供給部の中央に前記光ビームとして中央光ビームを照射する中央光ビーム照射部、及び、前記中央光ビームの照射と同時に照射する外側光ビームであって前記中央光ビームの外側に前記光ビームとして外側光ビームを照射する外側光ビーム照射部を有し、
前記制御装置は、
前記基台の表面に前記成分比が厚さ方向に徐変する徐変造形物を付加する際、前記徐変造形物の光ビーム吸収率に応じて、前記中央光ビーム照射部の出力条件と前記外側光ビーム照射部の出力条件を独立して制御することで、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークと前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを調整し、
前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的高い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減し、
前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合、前期処理として、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、後期処理として、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、付加製造装置にある。
本発明の実施形態に係る付加製造装置の概要について説明する。付加製造装置は、LMD法により1種又は複数種の粉末材料を用いて基台に造形物を付加する。粉末材料と基台は、異なる種類の材料でもよく、同一種類の材料でもよい。
次に、造形物の付加方法について説明する。ここで、発明の解決課題で述べたように、LMD法では、基台と造形物のレーザ吸収性(光ビーム吸収率、熱伝導率)が異なる場合、造形物を基台に安定して付加することが困難であるという問題がある。
次に、付加製造装置100により基台Bの一方の円筒部材B2の周面B2Sに中間造形物FC及び上部造形物FFを付加する動作について図3のフローチャートを参照して説明する。なお、第1ホッパ111及び第2ホッパ112には、第1粉末材料P1及び第2粉末材料P2がそれぞれ貯蔵されているものとする。
上記実施形態では、光照射装置120は、中央光ビーム照射部121、中央光ビーム光源122、外側光ビーム照射部123及び外側光ビーム光源124を備える構成とした。しかし、図6に示すように、光照射装置120は、外側光ビーム照射部123及び外側光ビーム光源124の代わりに、前側光ビーム照射部(外側光ビーム照射部)125、前側光ビーム光源126、後側光ビーム照射部(外側光ビーム照射部)127、後側光ビーム光源128を備える構成としてもよい。
Claims (7)
- 粉末材料を用いて基台に造形物を付加する付加製造装置であって、
前記基台に対し前記粉末材料を噴射して供給する粉末供給装置と、
前記基台における前記粉末材料の供給部に対し光ビームを照射する光照射装置と、
前記粉末供給装置の粉末供給及び前記光照射装置の光照射を制御するとともに、前記基台に対する前記光ビームの相対的な走査を制御する制御装置と、
を備え、
前記光照射装置は、前記粉末材料の供給部の中央に前記光ビームとして中央光ビームを照射する中央光ビーム照射部、及び、前記中央光ビームの照射と同時に照射する外側光ビームであって前記中央光ビームの外側に前記光ビームとして外側光ビームを照射する外側光ビーム照射部を有し、
前記制御装置は、
前記粉末材料の光ビーム吸収率に応じて、前記中央光ビーム照射部の出力条件と前記外側光ビーム照射部の出力条件を独立して制御することで、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークと前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを調整して前記造形物を付加し、
前記粉末材料の光ビーム吸収率が比較的高い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減し、
前記粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、その後に前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、付加製造装置。 - 前記制御装置は、
前記造形物の付加の前処理としての予熱処理として、前記粉末材料の供給を行わない状態で、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、請求項1に記載の付加製造装置。 - 光ビーム吸収率が異なる複数種の粉末材料を用いて基台に造形物を付加する付加製造装置であって、
前記複数種の粉末材料の成分比を調整可能な成分比調整装置を有し、前記基台に対し前記成分比が調整済の粉末材料を噴射して供給する粉末供給装置と、
前記基台における前記成分比が調整済の粉末材料の供給部に対し光ビームを照射する光照射装置と、
前記粉末供給装置の粉末供給及び前記光照射装置の光照射を制御するとともに、前記基台に対する前記光ビームの相対的な走査を制御する制御装置と、
を備え、
前記光照射装置は、前記成分比が調整済の粉末材料の供給部の中央に前記光ビームとして中央光ビームを照射する中央光ビーム照射部、及び、前記中央光ビームの照射と同時に照射する外側光ビームであって前記中央光ビームの外側に前記光ビームとして外側光ビームを照射する外側光ビーム照射部を有し、
前記制御装置は、
前記基台の表面に前記成分比が厚さ方向に徐変する徐変造形物を付加する際、前記徐変造形物の光ビーム吸収率に応じて、前記中央光ビーム照射部の出力条件と前記外側光ビーム照射部の出力条件を独立して制御することで、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークと前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを調整し、
前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的高い場合、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減し、
前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合、前期処理として、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、後期処理として、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、付加製造装置。 - 前記制御装置は、
前記徐変造形物の付加の前処理としての予熱処理として、前記粉末材料の供給を行わない状態で、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、請求項3に記載の付加製造装置。 - 前記徐変造形物の前記成分比は、前記基台の表面側ほどレーザ吸収率の比較的高い粉末材料が多く、前記基台の表面から離れるほどレーザ吸収率の比較的低い粉末材料が少なくなり、
前記制御装置は、
前記徐変造形物の厚み方向の初期において、前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的高い場合に対応することにより、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減し、
前記徐変造形物の厚み方向の中期において、前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合における前記前期処理に対応することにより、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、
前記徐変造形物の厚み方向の終期において、前記成分比が調整済の粉末材料の光ビーム吸収率が比較的低い場合における前記後期処理に対応することにより、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、請求項3又は4に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、
さらに前記徐変造形物の表面に前記複数種の粉末材料のうち光ビーム吸収率が比較的低い1種類の前記粉末材料で成る上部造形物を付加する際、前記上部造形物の光ビーム吸収率に応じて、前記中央光ビーム照射部の出力条件と前記外側光ビーム照射部の出力条件を独立して制御することで、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークと前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを調整し、
前記上部造形物の造形において、前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも増加し、その後に前記中央光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークを前記外側光ビームのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークよりも低減する、請求項3~5の何れか一項に記載の付加製造装置。 - 前記外側光ビーム照射部は、前記外側光ビームとしてリング状の光ビームを照射する、請求項1~6の何れか一項に記載の付加製造装置。
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