JP7359877B2 - 技術的及び/又は装飾的機能を有する機械部品のレーザビーム付加製造の方法、並びに技術的及び/又は装飾的機能を有する機械部品 - Google Patents
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Description
‐レーザビームを提供するステップであって、上記レーザビームの動作は、コンピュータを用いて制御され、上記コンピュータには、所望の上記機械部品の上記構造体に対応する2次元CADコンピュータファイル、又は重ね合わせたときに所望の上記機械部品の上記構造体を形成できる複数の2次元層に切断された3次元CADコンピュータファイル、上記レーザビームの動作パラメータを内包した別のコンピュータファイルが導入される、ステップ;
‐レーザ付加製造に関わる温度よりも高い溶融温度を有するセラミック材料製の、基板を提供するステップ;
‐上記基板を、製造用エンクロージャのプラットフォーム上に配置するステップ;
‐上記製造用エンクロージャを閉鎖し、この製造用エンクロージャ内に中性ガスの雰囲気を生成するステップ;
‐上記基板上に、溶融対象の少なくとも1つの第1の金属材料の粉末の、少なくとも1つの第1のレイヤーを堆積させるステップ;
‐溶融対象の上記第1の金属材料の上記第1のレイヤーを、この第1のレイヤーが略均一な厚さを有するように均すステップ;
‐上記レーザビームを起動し、このレーザビームを用いて、上記第1の金属材料の上記第1のレイヤーを、所望の上記機械部品の上記構造体の上記二次元層に対応する上記CADコンピュータファイルに従った、選択的溶融ステップに供するステップ;
‐上記基板上に、上記第1のレイヤーを製造した材料と同一の材料の金属粉末の、又は上記第1の金属材料とは異なる第2の金属材料の、少なくとも1つの第2のレイヤーを堆積させるステップ;
‐上記第2のレイヤーを均し、この第2のレイヤーを、上記CADコンピュータファイルの次の2次元層に応じて、上記レーザビームを用いて選択的に溶融させるステップに供するステップ;
‐上記基板と、レーザ付加製造によって上記基板上に形成される上記構造体とからなる、上記所望の機械部品が得られるまで、必要に応じてこれらの作業を繰り返すステップ;
‐上記機械部品を上記製造用エンクロージャから取り出し、余剰の上記金属材料を除去し、組立体を清掃するステップ;並びに
‐必要に応じて、上記部品を研磨等の仕上げ作業に供するステップ
を含む。
‐上記粉末材料のレイヤーを選択的に溶融する上記ステップの前に、上記基板を表面処理に供することができ;
‐上記表面処理は、イオン注入作業、プラズマトーチ処理、又は物理蒸着処理によるものであり;
‐上記基板は、上記粉末材料のレイヤーを選択的に溶融する上記ステップの前に予熱され;
‐上記基板は、400℃を超えない温度まで予熱され;
‐上記基板の厚さは少なくとも100μmであり;
‐上記中性ガスはアルゴンであり、上記製造用エンクロージャ内の酸素の体積濃度は0.5%未満であり;
‐上記セラミック材料は、ボロシリケートガラス、アルミナ、サファイア、二ホウ化チタン、酸化チタンTiO2、炭化チタン、炭化タングステン、窒化ケイ素、ジルコニア、エメラルド、ルビー、及びダイアモンドからなる群から選択され;
‐上記金属材料は、アルミニウム、鋼鉄、チタン、ジルコニウム、パラジウム、白金、銀、及び金からなる群から選択され;
‐上記基板上に堆積される材料のレイヤーの厚さは、20μm~45μmであり;
‐上記レーザビームはNd:YAGタイプのものであり;
‐上記レーザビームの最大出力は、100ワット~300ワットであり;
‐上記所望の機械部品の上記2次元層は、少なくとも1つの表面の範囲を画定する輪郭を有し;
‐上記粉末を形成する粒子のサイズは、5μm~63μmであり;
‐使用される材料の上記粉末は、D10~D90タイプのものであり、即ちこれらの粉末を形成する粒子の90%が63μm未満の直径を有し、これらの粒子の10%が5μm未満の直径を有する。
2 製造用エンクロージャ
4 プラットフォーム
6 基板
8 第1のピストン
10 第1のリザーバ
12 第2のリザーバ
14 第2のピストン
16 レーザビーム
18 移送ヘッド
20 印刷面
22 ある量の粉末
24 第1のスクレーパー
26 第2のスクレーパー
28 粉末材料のレイヤー
30 構造体
32 機械部品
34 真空クリーナー
36 プラズマトーチ
Claims (17)
- 技術的及び/又は装飾的機能を有する機械部品(32)のレーザ付加製造の方法であって、前記機械部品(32)は、基板(6)と、前記基板(6)上にレーザ付加製造によって形成される構造体(30)とで構成され、
前記方法は:
‐レーザビーム(16)を提供するステップであって、前記レーザビーム(16)の動作は、コンピュータを用いて制御され、前記コンピュータには、重ね合わせたときに所望の前記機械部品の前記構造体を形成できる1つ以上の層に切断されたCADコンピュータファイル、前記レーザビームの動作パラメータを内包した別のコンピュータファイルが導入される、ステップ;
‐レーザ付加製造に関わる温度よりも高い溶融温度を有するセラミック材料製の、前記基板(6)を提供するステップ;
‐前記基板(6)を、製造用エンクロージャ(2)内のプラットフォーム上に配置するステップ;
‐前記製造用エンクロージャ(2)を閉鎖し、前記製造用エンクロージャ(2)内に中性ガスの雰囲気を生成するステップ;
‐前記基板(6)上に、溶融対象の少なくとも1つの第1の金属材料の粉末の、少なくとも1つの第1のレイヤー(28)を堆積させるステップ;
‐溶融対象の前記第1の金属材料の前記第1のレイヤー(28)を、前記第1のレイヤー(28)が略均一な厚さを有するように均すステップ;
‐前記レーザビーム(16)を起動し、前記レーザビーム(16)を用いて、前記第1の金属材料の前記第1のレイヤーを、所望の前記機械部品(32)の前記構造体(30)の2次元層に対応する前記CADコンピュータファイルに従った、選択的溶融ステップに供するステップ;
‐前記基板(6)上に、前記第1のレイヤー(28)を製造した材料と同一の金属材料の粉末の、又は前記第1の金属材料とは異なる第2の金属材料の、少なくとも1つの第2のレイヤーを堆積させるステップ;
‐前記第2のレイヤーを均し、前記第2のレイヤーを、前記CADコンピュータファイルの次の前記2次元層に応じて、前記レーザビーム(16)を用いて選択的に溶融させるステップに供するステップ;
‐前記基板(6)と、レーザ付加製造によって前記基板(6)上に形成される前記構造体(30)とからなる、前記所望の機械部品(32)が得られるまで、必要に応じてこれらの作業を繰り返すステップ;
‐前記機械部品(32)を前記製造用エンクロージャ(2)から取り出し、余剰の前記金属材料を除去し、組立体を清掃するステップ;並びに
‐必要に応じて、前記機械部品(32)を仕上げ作業に供するステップ
を含み、
前記第1のレイヤー(28)を堆積させるステップは、前記基板(6)に隣接して配置された粉末リザーバ(10)の前記第1の金属材料の粉末を、選択的に上昇及び下降が可能な第1、第2のスクレーパー(24,26)であって前記基板(6)に近位の第1のスクレーパー(24)及び前記基板(6)に遠位の第2のスクレーパー(26)を備えた粉末移送ヘッド(18)によって前記基板(6)上に移送することであって、前記第1のスクレーパー(24)を上昇させるとともに前記第2のスクレーパー(26)を下降させて前記粉末リザーバ(10)の前記第1の金属材料の粉末を前記第2のスクレーパー(24)で保持させながら前記粉末移送ヘッド(18)を前記基板(6)を越えるまで移動させることによって前記第1の金属材料の粉末を前記基板(6)上に移送させて前記第1のレイヤー(28)を堆積させることを含み、
前記第1のレイヤー(28)を均すステップは、前記移送ヘッド(18)が前記基板(6)を越えた位置で前記第1のスクレーパー(24)を下降させるとともに前記第2のスクレーパー(26)を上昇させて前記移送ヘッド(18)を前記基板(6)上を移動させることによって前記下降された前記第1のスクレーパー(24)で前記基板(6)上に堆積された前記第1の金属材料の粉末からなる前記第1のレイヤー(28)を均すことを含み、
前記基板は前記機械部品と一体であり、本方法の最後にレーザ付加製造によって得られる構造体から分離されない、方法。 - 前記粉末材料のレイヤー(28)を選択的に溶融する前記ステップの前に、前記基板(6)を表面処理に供することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記表面処理は、イオン注入作業、プラズマ処理、又は物理蒸着処理によるものであることを特徴とする、請求項2に記載の製造方法。
- 前記基板(6)は、前記粉末材料のレイヤー(28)を選択的に溶融する前記ステップの前に予熱されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記基板(6)は、400℃を超えない温度まで予熱されることを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
- 前記基板(6)の厚さは少なくとも100μmであることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記中性ガスはアルゴンであり、前記製造用エンクロージャ内の酸素の体積濃度は0.5%未満であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記セラミック材料は、ボロシリケートガラス、アルミナ、サファイア、二ホウ化チタン、酸化チタンTiO2、炭化チタン、炭化タングステン、窒化ケイ素、ジルコニア、エメラルド、ルビー、及びダイヤモンドからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記金属材料は、アルミニウム、鋼鉄、白金、金、銀、パラジウム、ジルコニウム、及びチタンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 6061アルミニウム粉末が使用され、前記6061アルミニウム粉末の粒子が5~63μmの直径を有することを特徴とする、請求項9に記載の製造方法。
- 18カラット750パーミルの金の粉末が使用され、前記金の粉末の粒子は、5~45μmの直径を有することを特徴とする、請求項9に記載の製造方法。
- 使用される材料の前記粉末は、D10~D90タイプのものであり、即ちこれらの粉末を形成する粒子の90%が63μm未満の直径を有し、これらの粒子の10%が5μm未満の直径を有することを特徴とする、請求項10又は11に記載の製造方法。
- 前記基板(6)上に堆積される前記材料のレイヤーの厚さは、10μm~50μmであることを特徴とする、請求項1~12のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記基板上に堆積させられる前記材料のレイヤーの数は、10~20であることを特徴とする、請求項13に記載の製造方法。
- 前記レーザビームの出力は、10~35ワットの動作値に設定されること、及び
前記レーザビームの、前記基板(6)の表面上での移動速度は、100~700mm/秒であること
を特徴とする、請求項8~14のいずれか1項に記載の製造方法。 - 前記レーザビーム(16)はYb:YAGタイプのものであることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
- 前記所望の機械部品(32)の前記2次元層は、少なくとも1つの表面の範囲を画定する輪郭を有することを特徴とする、請求項8~16のいずれか1項に記載の製造方法。
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