JP7364392B2 - 部品取り外しアセンブリを備えた付加製造装置およびシステム、ならびにその使用方法 - Google Patents

部品取り外しアセンブリを備えた付加製造装置およびシステム、ならびにその使用方法 Download PDF

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Description

本開示は、一般に、部品を製造するための装置、システム、および方法に関し、より具体的には、航空機部品などの部品の付加製造のための装置、システム、および方法に関する。
付加製造(AM)プロセスを使用して、様々な航空機部品を製造することができる。付加製造プロセスは、コンピュータ制御付加製造(AM)機械もしくは装置、およびコンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアなどのコンピュータソフトウェアを用いて、粉末などの構築材料のレイヤーオンレイヤーを付加することにより、3次元(3D)部品または対象物を作製または製造するために使用される。
特に、金属製の航空機部品は、高出力レーザーまたは電子ビームを使用して金属粉末などの構築材料を溶融および融着し、構築作業により1つまたは複数の部品を構築チャンバ内の層ごとに付加的に構築するAMプロセスを使用して製造することができる。構築作業で構築される1つまたは複数の部品は、通常、構築材料と同じまたは類似の材料で作られた構築プレート上に構築される。このようなAMプロセスの構築作業中に、構築プレートに形成された1つまたは複数の部品は、レーザーで構築プレートに融着または溶接され、構築プレートを別の1つまたは複数の部品の構築に使用する前に構築プレートから取り外したり除去したりする必要がある。
構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外して除去するための公知の方法および装置には、付加製造(AM)装置内から1つまたは複数の付属部品を使用して構築プレートを手動で取り外すこと、1つまたは複数の付属部品を備えた構築プレートをAM装置から切断または機械加工装置、例えばバンドソー、旋盤、または放電加工(EDM)装置まで手動で運搬すること、ならびに、切断または機械加工装置を使用して、構築プレートから1つまたは複数の部品を機械的に切断して、取り外したり除去したりすること、が含まれる。しかし、バンドソーや旋盤などの切断または機械加工装置を機械的に使用することにより、構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外したり分離したりするときに、1つまたは複数の部品の底部または基部を正確に、さらには切断することさえ困難な場合がある。さらに、AM装置から切断または機械加工装置まで、1つまたは複数の付属部品を備えた構築プレートを手動で取り外して運搬すること、ならびに、1つまたは複数の部品を機械的に切断または機械加工して、構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外すことは、時間と労力がかかり、製造コストが増加する可能性がある。
したがって、上記の問題の1つまたは複数を考慮に入れて、AM装置から機械的切断または機械加工装置への、取り付けられた1つまたは複数の部品を備えた構築プレートの手動による取り外しおよび運搬を回避し、機械的な切断または機械加工装置を使用して、構築プレートから部品を機械的に切断して、取り外しまたは除去することを回避し、そして、公知の装置、システム、および方法に勝る利点を提供するAM装置、システム、および方法があれば有利であろう。
本開示の例示的な実施態様は、既存の装置、システム、および方法を超える有意な利点を提供する付加製造(AM)装置、システム、および方法を提供する。
一バージョンでは、付加製造プロセスのための付加製造装置が提供される。付加製造装置は、構築作業中に粉末を用いて構築された1つまたは複数の部品を支持するための構築プレートを含む構築チャンバを含む。付加製造装置は、1つまたは複数の部品を構築するために使用される粉末を溶融および融着するために、溶融レーザービームを送出するように動作可能なレーザーアセンブリをさらに含む。
付加製造装置は、レーザーアセンブリから分離され、切断作業のために動作可能な部品取り外しアセンブリをさらに含む。部品取り外しアセンブリは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置を含み、各々が切断レーザービームを送出するように動作可能である。部品取り外しアセンブリは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置をさらに含む。部品取り外しアセンブリは、構築作業後に、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とが1つまたは複数の部品に隣接する位置にあるように移動するように動作可能である。
切断作業中に、部品ホルダー装置は、1つまたは複数の部品を保持し、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々は、切断レーザービームを送出し、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外す。
別のバージョンでは、付加製造プロセス用の付加製造システムが提供される。付加製造システムは付加製造装置を含む。付加製造装置は、構築作業中に粉末を用いて構築された1つまたは複数の部品を支持するための構築プレートを含む構築チャンバを収容するハウジング構造を含む。ハウジング構造は、溶融レーザービームを送出し、1つまたは複数の部品を構築するために使用される粉末を融解および融着するように動作可能なレーザーアセンブリをさらに収容する。
ハウジング構造はさらに、レーザーアセンブリから分離され、切断作業のために動作可能な部品取り外しアセンブリを収容する。部品取り外しアセンブリは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置を含み、各々が切断レーザービームを送出するように動作可能である。部品取り外しアセンブリは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置をさらに含む。部品取り外しアセンブリは、構築作業後に、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とが1つまたは複数の部品に隣接する位置にあるように移動するように動作可能である。
部品取り外しアセンブリは、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とに結合された電磁作動システムをさらに含む。電磁作動システムは、切断作業中に1つまたは複数のレーザービーム送出装置を回転させるように動作可能である。
切断作業中に、部品ホルダー装置は、1つまたは複数の部品を保持し、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々は、切断レーザービームを送出し、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外す。
別のバージョンでは、付加製造プロセス中に構築された1つまたは複数の部品を自動的に取り外すために、部品取り外しアセンブリを有する付加製造装置を使用する方法が提供される。本方法は、付加製造装置の構築チャンバ内の構築プレート上に1つまたは複数の部品を構築するステップを含む。1つまたは複数の部品は粉末を用いて構築され、構築作業中にレーザーアセンブリを用いて構築プレートに融着される。
本方法は、作動システムを介して、付加製造装置内に結合された部品取り外しアセンブリを、収容位置から完全延伸位置まで展開するステップをさらに含む。部品取り外しアセンブリは、レーザーアセンブリとは別個の1つまたは複数のレーザービーム送出装置を含む。部品取り外しアセンブリは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置をさらに含む。
本方法は、1つまたは複数の部品に隣接する位置に部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とを配置するステップをさらに含む。本方法は、1つまたは複数の部品のうちの1つまたは複数に対して圧縮し、1つまたは複数の部品を所定の位置に保持するために、作動システムを介して、部品ホルダー装置を作動させるステップをさらに含む。本方法は、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を自動的に取り外すために、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々を介して、切断レーザービームを送出することにより、切断作業を実行するステップをさらに含む。
説明された形態、機能および利点は、開示の様々な実施形態において独立して達成することができるか、またはさらに他の実施形態において組み合わせることができ、そのさらなる詳細は以下の説明および図面を参照して理解することができる。
本開示は、好適で例示的なバージョンまたは実施形態を示す添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解することができるが、図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。
本開示の付加製造装置の例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。 本開示の付加製造システムの例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。 本開示の付加製造装置の例示的なバージョンを備えた付加製造システムの例示的なバージョンの正面断面図を示す概略図であり、収容位置にある部品取り外しアセンブリと、レーザーヘッド装置の形態のレーザービーム送出装置を示す。 図2Aの付加製造システムおよび付加製造装置の正面断面図であり、完全延伸位置にあり、切断作業中の部品取り外しアセンブリを示す。 図2Bの付加製造システムおよび付加製造装置の正面断面図であり、切断作業を受けた後に、部分延伸位置にある部品取り外しアセンブリおよび構築プレートから取り外された部品を示す。 本開示の付加製造装置の例示的なバージョンを備えた付加製造システムの例示的なバージョンの正面断面図を示す概略図であり、完全延伸位置にある部品取り外しアセンブリと、光学装置の形態のレーザービーム送出装置を示す。 構築部品を保持する作動位置にある部品ホルダー装置の例示的なバージョンの、図2Bの線2E-2Eに沿った拡大断面図である。 図2Eの部品ホルダー装置の拡大断面図であり、構築部品が取り外された収容位置にある部品ホルダー装置を示す。 本開示の付加製造装置および付加製造システムのバージョンと共に使用され得る電磁作動システムの例示的なバージョンの上部断面図である。 部品ホルダー装置に取り付けられ、かつレーザービーム送出装置に取り付けられた、図3Aの電磁作動システムの拡大した左側部分断面図である。 本開示の付加製造システムのバージョンと共に使用され得る作動システムの例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。 構築部品を構築プレートから取り外すために切断レーザービームを送出するレーザービーム送出装置の例示的なバージョンの上面概略図である。 複数の構築部品を構築プレートから取り外すために図5Aの切断レーザービームを送出するレーザービーム送出装置の上面概略図である。 本開示の方法の例示的なバージョンのステップのフローチャートである。 本開示の付加製造装置および付加製造システムの例示的なバージョンを使用して製造された1つまたは複数の部品を組み込む航空機の斜視図である。 例示的な航空機の製造および保守点検方法の流れ図である。 航空機の例示的なブロック図である。
本開示に示す図面は、提示される実施形態の様々な態様を表し、違いのみが詳細に説明される。
開示されたバージョンまたは実施形態は、添付の図面を参照して以下でより完全に説明されるが、添付の図面には、開示されたバージョンのすべてではなく一部が示されている。実際、いくつかの異なるバージョンが提供されてもよく、本明細書に記載のバージョンに限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらのバージョンは、この開示が徹底され、当業者に本開示の範囲を完全に伝えるように提供される。
ここで図面を参照すると、図1Aは、本開示の付加製造(AM)装置10の例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。図1Bは、本開示の付加製造(AM)システム14の例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。図2Aは、本開示のAM装置10の例示的なバージョンを有するAMシステム14の例示的なバージョンの正面断面図を示す概略図であり、収容位置174にある部品取り外しアセンブリ80と、レーザーヘッド装置96の形態のレーザービーム送出装置90を示す。
本開示の一バージョンでは、付加製造(AM)プロセス12(図1A~図1Bを参照)のための付加製造(AM)装置10(図1A~図1B、図2Aを参照)が提供される。AM装置10は、選択的レーザー融解(SLM)AM装置11(図1A~図1Bを参照)を含むことが好ましく、AMプロセス12は、選択的レーザー融解(SLM)AMプロセス13(図1A~図1Bを参照)を含むことが好ましく、AMシステム14(図1Bを参照)は、選択的レーザー焼結(SLS)システム16(図1Bを参照)を含むことが好ましい。しかし、AM装置10、AMプロセス12、およびAMシステム14は、SLM AM装置11、SLM AMプロセス13、およびSLM AMシステム16に限定されず、他のAM装置10、他のAMプロセス12、および他のAMシステム16、例えば、直接金属レーザー焼結または選択的レーザー焼結(SLS)装置およびプロセスなどのレーザー焼結、直接金属蒸着装置やプロセスなどのレーザー金属蒸着、指向性光製造装置およびプロセス、レーザー加工ネットシェーピング(LENS)装置およびプロセス、融着堆積モデリング(FDM)装置およびプロセス、3D印刷装置およびプロセス、あるいは別の適切な付加製造装置およびプロセスを使用してもよい
本明細書で使用される「付加製造(AM)プロセス」は、3次元対象物を製造するための任意のプロセスを意味し、材料、例えば金属材料の連続層が、例えばコンピュータ制御下で載置され、対象物の設計は、コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアなどのコンピュータソフトウェアによってデジタルで定義される。
図1A~図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14のAM装置10(図1Bを参照)は、AMプロセス12の構築作業26において、粉末24などの構築材料23を用いて、1つまたは複数の構築部品22a、または構築対象物に層44(図2Aを参照)を用いて構築された1つまたは複数の部品22または対象物を支持する構築チャンバ20を備えた構築アセンブリ18を含む。未使用粉末24a(図1A~図1B、図2Aを参照)などの未使用の構築材料23a(図1A~図1B、図2Aを参照)は、構築作業26中に構築チャンバ20に蓄積し、追加部品22を構築する前に、構築チャンバ20から取り外す必要があり、切断作業84(図1A~図1Bを参照)が構築部品22aに対して実行される前に除去する必要がある。例えば、真空装置48(図1Bを参照)、または別の粉末除去装置またはシステムを使用して、構築作業26後に構築チャンバ20から未使用粉末24aなどの未使用の構築材料23aを除去することができる。
好ましくは、1つまたは複数の部品22を構築するために使用される粉末24などの構築材料23は、金属粉末24bである(図1A~図1Bを参照)。金属粉末24bは、粉末形態の任意の金属または合金を含んでもよい。一例として、金属粉末24bは部品22と同じ材料を含む。例えば、金属粉末24bは、追加の充填材料を有さない純粋な材料であってもよい。あるいは、金属粉末24bは、追加の充填材料を含んでもよい。しかしながら、別の適切な種類の構築材料23または粉末24が使用されてもよい。
AMプロセス12によって製造された構築部品22aは、組立作業に必要なステップの数を大幅に減らすことができる。さらに、AMプロセス12は、複雑な幾何学的構造および形状を有する構築部品22aを生成することができる。一例として、AM装置10を利用するAMプロセス12は、開口部、留め具穴、内部格子構造などの部品固有の特徴を有する構築部品22aを生成することができ、これにより、構築部品22aにそのような特徴を機械加工および/または設置する組立ステップが実質的に削減されるか、または排除されることさえあり得る。
図1A~図1Bおよび図2Aに示すように、構築アセンブリ18は構築プレート28を含む。1つまたは複数の部品22は、構築プレート28に取り付けられ、構築プレート28に直接または間接的に融着されて、構築プレート28に取り付けられた1つまたは複数の構築部品22aを得る。一バージョンでは、構築部品22aのベース32(図1A~図1B、図2Aを参照)は、構築プレート28に直接取り付けられるか、または結合される。別のバージョンでは、構築部品22aのベース32(図1A~図1B、図2Aを参照)は、構築プレート28上の粉末24などの構築材料23で構築または形成された1つまたは複数の支持構造33を介して、構築プレート28に間接的に取り付けまたは結合され、レーザーアセンブリ60(図1A~図1B、図2Aを参照)で構築プレート28に融着することができる。1つまたは複数の支持構造33(図1A~図1Bを参照)は、1つまたは複数の支柱33a(図1A~図1B、図2Aを参照)、1つまたは複数のペグ33b(図1A~図1B、図2Aを参照)、1つまたは複数の突起33c(図1A~図1B、図2Aを参照)、または構築プレート28上の1つまたは複数の部品22を支持するための別の適切なタイプの支持構造33を含むことができる。1つまたは複数の支持構造33は、構築される1つまたは複数の部品22上の突出部分または延伸部分を保持するのを支援するために使用されてもよく、ならびに/あるいは1つまたは複数の支持構造33を使用して、切断作業84(図1A~図1Bを参照)中に1つまたは複数の部品22の切断または取り外しを容易にすることができ、1つまたは複数の支持構造33は、内部が中空または実質的に中空であってもよく、これにより、切断レーザービーム92(図1A~図1Bを参照)による切断が容易になる。構築される部品22のサイズに応じて、部品22を支持するために、1つの支持構造33または複数の支持構造33を構築プレート28上に構築することができる。
図1Bおよび図2Aに示すように、構築アセンブリ18は、構築プラットフォーム30をさらに含む。構築プレート28(図1B、図2Aを参照)は、構築プラットフォーム30(図1B、図2Aを参照)の上部に結合または取り付けられ、構築プレート28は、AM装置10からの取り外しのために構築プラットフォーム30から除去可能または取り外し可能であってもよい。図2Aに示すように、構築チャンバ20は、内部部分34a、外部部分34b、および壁36を有する。好ましくは、構築チャンバ20は4つの壁36を有する。
構築プラットフォーム30(図1B、図2Aを参照)は、構築チャンバ20の内部部分34aに配置された構築ピストン38(図1B、図2Aを参照)に結合または取り付けられている。構築ピストン38は、構築プラットフォーム30を上下させる、または上下させるように構成される。構築ピストン38は、1つまたは複数の部品22が粉末24などの構築材料23で構築される際に、構築ピストン38を下向き方向42a(図2Aを参照)などのように下向きに、そして、1つまたは複数の部品22が組み立てられた後に、あるいは、1つまたは複数の部品22が構築され、未使用粉末24aなどの未使用の構築材料23aが構築チャンバ20から除去された後に、上向き方向42b(図2Bを参照)に上向きに、移動または作動させる、あるいは移動または作動させるように構成された構築ピストンアクチュエータ40(図2Aを参照)に結合されることが好ましい。
構築プラットフォーム30および構築ピストン38はエレベータのように機能し、粉末24の各層44が追加された後に下方に移動して、層44ごとに1つまたは複数の部品22を構築する。1つまたは複数の部品22は、粉末24などの構築材料23で構築され、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22は、1つまたは複数の部品22が構築部品22aに構築される際に粉末床46(図1B、図2A)に取り囲まれてもよい。
図1A~図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14のAM装置10(図1Bを参照)は、好ましくは、ハウジング構造50をさらに含む。ハウジング構造50(図1A~図1B、図2Aを参照)は、構築アセンブリ18を構築チャンバ20と共に収容するか、または収容するように構成され、AMプロセス12の構築作業26中に、粉末24で構築された1つまたは複数の部品22を支持する。
図2Aに示すように、ハウジング構造50は、内部52、外部54、ならびに1つまたは複数のハウジング開口部56を有する。ハウジング開口部56(図2Aを参照)は、第1のハウジング開口部56a(図2Aを参照)、第2のハウジング開口部56b(図2Aを参照)、第3のハウジング開口部56c(図2Aを参照)、第4のハウジング開口部56d(図2Dを参照)、および必要に応じて追加のハウジング開口部56を含んでもよい。ハウジング開口部56は、ハウジング構造50の外部54の一部58(図2A、図2Dを参照)を貫通して形成される。特に指定のない限り、「第1の」、「第2の」、「第3の」、および「第4の」という用語は、ここでは単なるラベルとして使用され、これらの用語が言及するアイテムに順序、位置、または階層的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、例えば「第2の」アイテムへの言及は、例えば「第1の」もしくはより低い番号のアイテム、および/または、例えば「第3の」もしくはより高い番号のアイテムの存在を必要としないまたは排除しない。
図1A~図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14のAM装置10(図1Bを参照)は、レーザーアセンブリ60をさらに含む。これは、好ましくは、構築チャンバ20の上方および構築されている1つまたは複数の部品22の上方の箇所71(図2Aを参照)に配置される。ハウジング構造50(図2Aを参照)は、レーザーアセンブリ60(図2Aを参照)を収容する。レーザーアセンブリ60は、構築作業26中に、1つまたは複数の部品22を構築するために使用される構築チャンバ20内で、粉末24などの構築材料23を溶融するか、または溶融するように構成される。
図1Bおよび図2Aにさらに示すように、レーザーアセンブリ60は、構築作業26中に1つまたは複数の部品22を構築するために使用される、粉末24などの構築材料23を溶融および融着させるために、溶融レーザービーム64aなどのレーザービーム64を送出する、または送出するように構成されたレーザー装置62およびスキャナシステム66を含む。レーザー装置62は、好ましくは、COレーザー62a(図2Aを参照)、または別の適切なレーザー装置62を含む。好ましくは、レーザー装置62は、100W(100ワット)から1kW(1キロワット)の範囲のレーザー出力またはレーザー強度を有する。あるいは、電子ビーム(EB)を放出または生成して、構築チャンバ20内で粉末24などの構築材料23を溶融する電子ビーム(EB)装置を使用してもよい。スキャナシステム66は、好ましくは、走査ミラー68(図1A~図1B、図2Aを参照)、例えば、XY走査ミラー、または別の適切な走査要素を含み、好ましくは、1つまたは複数の焦点レンズ70(図1A~図1B、図2Aを参照)をさらに含む。
図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14は、AMシステム14のAM装置10の様々な構成要素に電力を供給する電力システム72をさらに含むことが好ましい。電力システム72は、好ましくは、1つまたは複数の接続要素75(図2Aを参照)を介してAM装置10に結合または接続される。電力システム72は、好ましくは、電源73(図1B、図2Aを参照)、または別の適切な電源を含む。接続要素75は、有線電力接続要素または無線電力接続要素を含むことができる。
図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14は、AMシステム14のAM装置10の様々な構成要素を制御するための制御システム74をさらに含むことが好ましい。制御システム74は、好ましくは、1つまたは複数の接続要素75(図2Aを参照)を介してAM装置10に結合または接続される。制御システム74は、CAD(コンピュータ支援設計)、3D CAD(3次元コンピュータ支援設計)、または別の適切なソフトウェアプログラム78などのソフトウェアプログラム78(図1A~図1B、図2Aを参照)を備えたコンピュータ76(図1A~図1B、図2Aを参照)を含むことが好ましい。図2Aに示すように、電力システム72に接続され、制御システム74に接続された1つまたは複数の接続要素75は、ハウジング構造50の外部54を貫通して形成された第1のハウジング開口部56aなどのハウジング開口部56を通じてレーザー装置62に接続されてもよい。SLM AMプロセス13などのAMプロセス12は、例えば、コンピュータ76(図1B、図2Aを参照)を備えた制御システム74(図1B、図2Aを参照)による制御下で、金属粉末24b(図1Bを参照)などの粉末24を層44(図1Bを参照)ごとにレーザービーム64(図1A~図1B、図2Aを参照)で溶融することにより部品22を製造する。SLM AMプロセス13などのAMプロセス12は、金属粉末24bを完全に溶融して固体の均一な金属塊にする。
AMシステム14(図1B、図2A~図2Cを参照)のAM装置10(図1A~図1B、図2A~図2Cを参照)は、部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1Bおよび図2A~図2Cを参照)をさらに含む。図2A~図2Cは、部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80を示す。図2Aは、収容位置174にある部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80と、レーザーヘッド装置96の形態のレーザービーム送出装置90を示す。図2Bは、図2AのAMシステム14およびAM装置10の正面断面図であり、完全延伸位置176にある部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80を示し、切断作業84を行って、構築部品22aなどの部品22を構築プレート28から切断し取り外す。図2Cは、図2BのAMシステム14およびAM装置10の正面断面図であり、部分延伸位置178にある、部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80を示し、切断作業84(図2Bを参照)を受けた後に、構築プレート28から取り外された構築部品22aなどの部品22を示す。
図2Dは、部品取り外しアセンブリ80bの形態などの部品取り外しアセンブリ80を示す。図2Dは、本開示の例示的なバージョンのAM装置10を備えた例示的なバージョンのAMシステム14の正面断面図を示す概略図であり、完全延伸位置176にある部品取り外しアセンブリ80bの形態などの部品取り外しアセンブリ80と、光学装置110の形態のレーザービーム送出装置90を示す。
図2Aに示すように、部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80は、AM装置10内のレーザーアセンブリ60から分離されている。部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80は、好ましくは、構築チャンバ20の上方で、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の上方の箇所82に配置される。図2Aにさらに示すように、部品取り外しアセンブリ80aの形態などの部品取り外しアセンブリ80は、収容位置174にあり、収容位置174にあるとき、レーザーアセンブリ60の上方に配置される。ハウジング構造50(図2A~図2Dを参照)は、部品取り外しアセンブリ80(図2A~図2Dを参照)を収容する。部品取り外しアセンブリ80は、AMプロセス12の切断作業84(図1A~図1B、図2Bを参照)のために動作可能である。
図1A~図1Bおよび図2A~図2Dに示すように、部品取り外しアセンブリ80は、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90を含む。各レーザービーム送出装置90は、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の各々のベース32を切断して、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を構築プレート28から取り外すために、あるいは、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を、構築プレート28上に構築され得る1つまたは複数の支持構造33(図1A~図1Bを参照)から取り外すために、AM装置10内で切断レーザービーム92(図1A~図1B、図2B、図2Dを参照)を送出するように動作可能であって送出し、1つまたは複数の支持構造33は、構築プレート28上に構築されてもよく、構築プレート28から上方に突出し、各構築部品22aなどの各部品22のベース32と構築プレート28の構築面との間に隣接して、またはそれに配置される。
1つのバージョンでは、図2A~図2Cに示すように、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90は、1つまたは複数のレーザーヘッド装置96を含んでもよく、各レーザーヘッド装置96は、切断レーザービーム92(図2Bを参照)が送出または伝送されるレーザーヘッドチップ97(図2A~図2Bを参照)を有する。図2A~図2Cは、第1のレーザーヘッド装置96aおよび第2のレーザーヘッド装置96bを示す。しかしながら、以下で詳細に説明される図5A~図5Bに示すように、4つのレーザービーム送出装置90などの追加のレーザーヘッド装置96が使用されてもよい。レーザーヘッド装置96などのレーザービーム送出装置90の各々は、取り外しまたは切断される1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に向かって、かつそれらから離間して配置される。2つ以上のレーザービーム送出装置90がある場合には、各レーザービーム送出装置90は、別のレーザービーム送出装置90と離間関係102(図1Aを参照)にある。
1つまたは複数のレーザーヘッド装置96(図2A~図2Cを参照)は、1つまたは複数の光ファイバ98(図1A~図1B、図2A~図2Cを参照)に結合されることが好ましい。例えば、各レーザーヘッド装置96は、好ましくは1本の光ファイバ98に結合される。図2A~図2Cに示すように、第1のレーザーヘッド装置96aなどのレーザーヘッド装置96は、第1の光ファイバ98aなどの光ファイバ98に結合され、第2のレーザーヘッド装置96bなどのレーザーヘッド装置96は、第2の光ファイバ98bなどの光ファイバ98に結合される。各光ファイバ98は、レーザー切断装置94(図1A~図1Bを参照)に直接結合されてもよく、または各光ファイバ98(図2A~図2Cを参照)は、光ファイバスプリッタ装置99(図1A、図2A~図2Cを参照)を介してレーザー切断装置94(図2A~図2Cを参照)に間接的に結合されてもよい。
レーザー切断装置94(図1A、図2A~図2Cを参照)は、好ましくは、ネオジムイットリウム-アルミニウム-ガーネット(YAG)レーザー95(図2A~図2Cを参照)、または別の適切な高出力レーザー切断装置94を含む。ネオジムYAGレーザー95などのレーザー切断装置94は、好ましくは6kW(6キロワット)から10kW(10キロワット)の範囲のレーザー出力106(図1Aを参照)を有する。レーザー切断装置94(図1A、図2A~図2Cを参照)は、電源108a(図2A~図2Cを参照)などのレーザー電源108(図1A、図2A~図2Cを参照)、または別の適切なレーザー電源108によって電力供給される。
別のバージョンでは、図1A~図1Bおよび図2Dに示すように、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90は、1つまたは複数の光学装置110を含む。1つまたは複数の光学装置110は、好ましくは、1つまたは複数のミラー111(図1A、図2Dを参照)、または別の適切な光学装置110を含む。図2Dは、第1の光学装置110aおよび第2の光学装置110bを示す。しかしながら、追加の光学装置110が使用されてもよい。
一例では、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90は、取り外されるまたは切断される1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に向かって配置され、その周りに離間して配置されるミラー111の形態などの4つの光学装置110を含む4つのレーザービーム送出装置90を含むことができる。ミラー111などの4つの光学装置110の各々は、互いに90°(90度)の離間関係102a(図1Aを参照)などの離間関係102(図1Aを参照)、90°の間隔であってもよい。別の例では、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90は、取り外されるまたは切断される1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に向かって配置され、その周りに離間して配置されるミラー111の形態などの2つの光学装置110を含む2つのレーザービーム送出装置90を含んでもよい。2つの光学装置110の各々は、180°(180度)の離間関係102b(図1Aを参照)などの離間関係102(図1Aを参照)にあり、互いに180°(180度)離間してもよい。
図2Dに示すように、ミラー111の形態などの各光学装置110は、第1の側面112aおよび第2の側面112bを有し、それぞれ、ボルトおよびヒンジ装置あるいは別の適切なタイプの取り付け要素113などの取り付け要素113などを介して部品ホルダー装置120に結合されてもよい。図2Dに示すように、各光学装置110は、傾斜位置114に配置されるように操作可能である。例えば、第1の光学装置110aは第1の傾斜位置114a(図2Dを参照)で示され、第2の光学装置110bは第2の傾斜位置114b(図2Dを参照)で示される。
1つまたは複数の光学装置110の各々は、好ましくは、1つまたは複数の光学装置110の上方に配置されたレーザービームスプリッタ装置116(図1A~図1B、図2Dを参照)の1つまたは複数の入射角115(図1Aを参照)に対して角度が付けられている。レーザービームスプリッタ装置116は、ネオジムYAGレーザー95(図2Dを参照)などのレーザー切断装置94(図2Dを参照)から切断レーザービーム92(図2Dを参照)を受け取るように角度が付けられ、切断レーザービーム92を、1つまたは複数の光学装置110の各々の第1の側面112aに伝送する。図2Dに示すように、レーザー切断装置94は、切断レーザービーム92をレーザービームスプリッタ装置116に伝送する。図2Dにさらに示すように、レーザービームスプリッタ装置116は、切断レーザービーム92を、第1の光学装置110aの第1の側面112aで反射された第1の分割切断レーザービーム92aと、第2の光学装置110bの第2の側面112bで反射された第2の分割切断レーザービーム92bと、に分割し、第1の分割切断レーザービーム92aおよび第2の分割切断レーザービーム92bの両方が、構築部品22aなどの部品22のベース32を切断し、構築部品22aなどの部品22を構築プレート28から取り外す。
レーザービームスプリッタ装置116(図1A~図1B、図2Dを参照)は、キューブビームスプリッタ116a(図1A、図2Dを参照)、プレートビームスプリッタ116b(図1Aを参照)、または別の適切なタイプのレーザービームスプリッタ装置116を含んでもよい。図2Dに示すように、レーザービームスプリッタ装置116は、電気ターンテーブル装置118に結合または接続されてもよく、これにより、レーザービームスプリッタ装置116が回転方向119に回転または移動することが可能になる。レーザービームスプリッタ装置116は、好ましくは、電気ターンテーブル装置118またはレーザービームスプリッタ装置116を回転させるように構成された別の適切な回転装置に接続される。切断作業84(図1A~図1B、図2Dを参照)中、レーザービームスプリッタ装置116は、以下でさらに詳しく説明するように、電磁作動システム160(図1A~図1B、図3A~図3Bを参照)により、光学装置110が部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2Dを参照)の中心121(図1A、図2Fを参照)の周りで同時に回転するにつれて、ミラー111などの光学装置110と一緒に、電気ターンテーブル装置118を介して回転するか、回転するように動作可能である。
図1A~図1Bおよび図2A~図2Dに示すように、部品取り外しアセンブリ80は、1つまたは複数のボルト、ねじ、ポスト、あるいは別の適切な接続部材123などの、1つまたは複数の接続部材123(図2A~図2Dを参照)を介して、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90に結合される部品ホルダー装置120をさらに含む。図1Aおよび図2A~図2Dに示すように、部品ホルダー装置120は、外側静止部分124および内側可動部分134を含む。外側静止部分124は、ステンレス鋼などの金属材料、または別の適切な金属材料で作られてもよく、または硬質プラスチック材料で作られてもよい。図1Aに示すように、内側可動部分134は、変形可能材料136で作られることが好ましい。変形可能材料136は、例えば、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、粘弾性発泡体、または別の適切な発泡体材料136aなどの発泡体材料136a(図1Aを参照)を含んでもよく、あるいは、変形可能材料136は、ゴム材料136b(図1Aを参照)、または別の適切な変形可能材料136を含んでもよい。
内側可動部分134は移動可能であり、内側可動部分134に結合された複数のピストン150(図1Aを参照)で作動させることができる。図1Aに示すように、複数のピストン150は、複数の空気圧空気ピストン150a、複数の油圧ピストン150b、または別の適切なタイプのピストン150を含むことができる。複数のピストン150は、AM装置10に結合された作動システム190(図1B、図2A~図2Dを参照)を介して作動されることが好ましい。図1Bに示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a、油圧式作動システム190b、または別の適切なタイプの作動システム190を含んでもよい。作動システム190については、図4に関して以下で詳細に説明する。
図1Aに示すように、部品ホルダー装置120は、中心121と幾何学的構成122を有する。幾何学的構成122は、リング構成122a(図1A、図2Eを参照)、正方形構成122b(図1Aを参照)、三角形構成122c(図1Aを参照)、長方形構成122d(図1Aを参照)、または別の適切な幾何学的構成122を含んでもよい。部品ホルダー装置120は、図2Eおよび図2Fに関して以下でさらに詳細に説明する。
図1A~図1Bおよび図2A~図2Dに示すように、部品取り外しアセンブリ80は、部品ホルダー装置120に結合され、かつ1つまたは複数のレーザービーム送出装置90に結合された電磁作動システム160をさらに含む。電磁作動システム160は、切断作業84(図1A~図1B、図2B、図2Dを参照)中に、部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)の中心121(図1A、図2Fを参照)の周りで1つまたは複数のレーザービーム送出装置90(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)を回転または移動させるように動作可能である。電磁作動システム160については、図3Aおよび図3Bに関して以下でさらに詳細に説明する。
図1A~図1Bおよび図2Aに示すように、部品取り外しアセンブリ80は、ハウジング構造50に結合され、さらに部品ホルダー装置120に結合された2つ以上の伸縮構造170をさらに含んでもよい。2つ以上の伸縮構造170の各々は、伸縮構成172(図1A、図2A~図2Dを参照)を有する。図2A~図2Dに示すように、伸縮構造170は、第1の伸縮構造170aと第2の伸縮構造170bを含み、各々が第1の端部180a(図2B、図2Dを参照)でハウジング構造50(図2B、図2Dを参照)に結合され、各々が第2の端部180b(図2B、図2Dを参照)で部品ホルダー装置120(図2B、図2Dを参照)に結合されている。図2Dに示すように、伸縮構造170は、第1の端部180aでハウジング構造50に結合され、かつ第2の端部180bでレーザービームスプリッタ装置116に結合された第3の伸縮構造170cをさらに含んでもよい。
2つ以上の伸縮構造170の各々は、複数の円筒状伸縮部分184(図2B~図2Dを参照)を含む本体182(図2B、図2Dを参照)を有する。図2Cに示すように、複数の円筒状伸縮部分184は、第1の円筒状伸縮部分184a、第2の円筒状伸縮部分184b、第3の円筒状伸縮部分184c、および第4の円筒状伸縮部分184dを含んでもよい。複数の円筒状伸縮部分184は、4つ以上の円筒状伸縮部分184を含んでもよく、あるいは2つまたは3つの円筒状伸縮部分184を含んでもよい。図2Bに示すように、2つ以上の伸縮構造170の各々は、外部186a、内部186b、および伸縮構造170の内部186bの長さを通して形成された内部チャネル188(図2Dも参照)をさらに有する。レーザービーム送出装置90(図2A~図2Cを参照)を光ファイバスプリッタ装置99に結合する光ファイバ98(図2A~図2Cを参照)は、各伸縮構造170の内部チャネル188を通して挿入することができる。各伸縮構造170の作動中もしくは展開中、および各伸縮構造170の格納または収容中に、圧縮空気198a(図4を参照)または油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)のハウジング構造50(図2Aを参照)の内部52(図2Aを参照)への漏れまたは放出を防ぐために、各伸縮構造170は、内部チャネル188に沿っておよび/または伸縮構造170の他の部分に位置する1つまたは複数のシール208(図1Aを参照)を有することができる。1つまたは複数のシール208は、ポリクロロトリフルオロエチレン熱可塑性材料などの熱可塑性材料を含んでもよく、ネオプレンまたは別の適切なシール材料を含んでもよい。
図2Aに示すように、構築作業26中に、各伸縮構造170を含むなどの部品取り外しアセンブリ80は、収容位置174にあり、レーザーアセンブリ60は、溶融レーザービーム64aなどのレーザービーム64を送出して、粉末24などの構築材料23を溶融および融着させ、構築プレート28に取り付けられた部品22を直接的または間接的に構築する。部品22が構築されて、構築部品22a(図2Aを参照)が得られると、そして、未使用粉末24a(図2Aを参照)などの未使用の構築材料23a(図2Aを参照)が構築チャンバ20および構築プラットフォーム30から除去されると、部品取り外しアセンブリ80が展開され、切断作業84が実行されてもよい。
図2Bに示すように、各伸縮構造170を含むことができる部品取り外しアセンブリ80は、構築作業26の後に、切断作業84のために収容位置174(図2Aを参照)から完全延伸位置176に移動し、部品ホルダー装置120ならびに1つまたは複数のレーザービーム送出装置90を、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に隣接し、整列した位置210に配置するように、動作可能である。伸縮構造170(図2Bを参照)は、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に対して下方に作動し、構築される各部品22に対して所定の距離189(図1Bを参照)を作動する。伸縮構造170(図2Bを参照)は、作動システム190(図2Bを参照)を介して下方に作動することができる。圧縮空気198a(図4を参照)、油圧流体198b(図4を参照)、または別の適切な流体198などの流体198(図4を参照)は、作動システム190(図2B、図4を参照)から、空気圧入力ライン194a(図2A~図2D、図4を参照)または油圧入力ライン194b(図4を参照)などの入力ライン194(図2A~図2D、図4を参照)を通って流れ、伸縮構造170(図2A~図2D、図4を参照)を移動または作動させる。一バージョンでは、各伸縮構造170は、流体198と一緒に押し下げられるか、または一緒に下に移動され、各伸縮構造170は、真空ポンプ200a(図4を参照)などのポンプ装置200(図4を参照)と一緒に引っ張られるか、または上に戻される。別のバージョンでは、各伸縮構造170は、伸縮構造170に結合され、伸縮構造170を作動させるアクチュエータ192を作動させる流体198を介して下方に作動される。好ましくは、2つ以上の伸縮構造170は同時に作動する。各伸縮構造170は、真空ポンプ200a(図4を参照)などのポンプ装置200(図4を参照)と共に一斉に引っ張られ、または上方に戻される。
2つ以上の伸縮構造170は、作動システム190を介して、収容位置174から完全延伸位置176まで下方に移動し、完全延伸位置176から収容位置174まで上方に移動する。図1Bに示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a、油圧式作動システム190b、または別の適切な作動システム機構または装置を含んでもよい。
伸縮構造170が、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に隣接する位置210(図2Bを参照)で所定の距離189に達して、かつ、部品取り外しアセンブリ80が完全延伸位置176にある(図2Bを参照)と、各伸縮構造170の内部チャネル188は、圧縮空気198a(図4を参照)、油圧流体198b(図4を参照)、または別の適切な流体198などの流体198(図4を参照)が、複数のピストン150(図1A、図2Eを参照)を作動させるために、部品ホルダー装置入力ライン158a(図2E、図4を参照)を通って流入157a(図2Eを参照)として流れることを可能にし、複数のピストン150は、内側可動部分134(図2B、図2Eを参照)を内側に動かして、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を圧縮し、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を所定の位置に保持する。図2Bに示すように、内側可動部分134は、内側方向145aに作動位置146まで内側に移動され、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の外側部分148は、作動位置146で内側可動部分134によって所定の位置に保持される。
1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22が、部品ホルダー装置120の内側可動部分134によって所定の位置に保持されると、レーザー切断装置94(図2Bを参照)をオンにすることができ、切断レーザービーム92(図2Bを参照)が、レーザーヘッド装置96(図2Bを参照)などの各レーザービーム送出装置90(図2Bを参照)に送出され、切断作業84(図2Bを参照)を実行する。図2Bに示すように、切断作業84中に、部品ホルダー装置120は、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を保持し、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90の各々は、切断レーザービーム92を送出して、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の各々のベース32を切断し、AM装置10内の構築プレート28から、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を取り外す。あるいは、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90は、切断レーザービーム92を送出して、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の各々のベース32を切断し、支柱33a、ペグ33b、突起33c、またはAM装置10内の構築プレート28上に構築された別の適切な支持構造33の形態などの1つまたは複数の支持構造33(図1A~図1Bを参照)から、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を取り外す。
切断作業84中に、レーザーヘッド装置96(図2Bを参照)などのレーザービーム送出装置90(図2Bを参照)の各々は、好ましくは、電磁作動システム160(図2B、図3A~図3Bを参照)を備えた部品ホルダー装置120(図2B、図2Fを参照)の中心121(図1A、図2Fを参照)の周りで回転または移動する。さらに、切断作業84中に、レーザー切断装置94のみの電源がオンになり、レーザーアセンブリ60の電源がオフになる。
切断作業84の前に、AM装置10から1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22が取り付けられた構築プレート28の手動除去218(図1A~図1Bを参照)を回避するために、かつ、AM装置10の外側の構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の機械的取り外し214(図1A~図1Bを参照)を回避するために、部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1B、図2Bを参照)は、構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の自動取り外し212(図1A~図1Bを参照)を提供する。
さらに、部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1B、図2Cを参照)は、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を構築プレート28からの自動除去216(図1A~図1Bを参照)を提供する。図2Cに示すように、伸縮構造170を含む部品取り外しアセンブリ80は、部分延伸位置178にあり、伸縮構造170は収容位置174(図2Aを参照)に向かって後退している。図2Cは、内側可動部分134が作動位置146にある取り外し作業86を示しており、伸縮構造170が上方に収縮するにつれて、切断作業84(図2Bを参照)の後に構築プレート28から取り外された構築部品22aなどの部品22の外側部分148を保持している。ユーザは、AM装置10のハウジング構造50の内部52にアクセスし、部品ホルダー装置120から構築部品22aなどの部品22を取り出すことができる。あるいは、内側可動部分134は、収容位置147(図2Fを参照)に後退し、構築プレート28から構築プレート28に取り外された構築部品22aなどの部品22を解放することができ、ユーザは、AM装置10のハウジング構造50の内部52にアクセスし、構築プレート28から構築部品22aなどの部品22を取り出すことができる。
図1Bおよび図2Aに示すように、AM装置10を有するAMシステム14は、粉末24などの構築材料23を構築アセンブリ18に供給するための粉末送出アセンブリ220をさらに含んでもよい。図1Bおよび図2Aにさらに示すように、粉末送出アセンブリ220は、粉末24の粉末供給部224を含む粉末リザーバ222を含む。粉末送出アセンブリ220は、粉末24などの構築材料23を、水平粉末供給方向228(図2Aを参照)で、粉末供給プラットフォーム234(図2Aを参照)を横切って構築チャンバ20に送出または供給するために、ローラー装置、レーキ装置、または他の適切なレベリング装置の形態などの粉末レベリング装置226(図1B、図2Aを参照)をさらに含んでもよい。図2Aに示すように、粉末送出アセンブリ220は、粉末24などの構築材料23を粉末供給プラットフォーム234まで移動させるために、上方粉末供給方向232に移動する粉末供給ピストン230をさらに含んでもよい。粉末供給ピストン230は、必要に応じて上方および下方に移動する。
図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14は、好ましくは、粉末オーバーフローチャンバ236をさらに含み、構築チャンバ20から粉末オーバーフローチャンバ236に溢れた粉末24などの構築材料23を保存することができる。図2Aに示すように、粉末オーバーフローチャンバ236は、ハウジング構造50の内部52内に収容または収納される。
図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14は、好ましくは、環境制御アセンブリ238をさらに含んでもよい。図2Aに示すように、環境制御アセンブリ238はまた、ハウジング構造50の内部52内に収容または収納されてもよい。環境制御アセンブリ238は、AM装置10内、特に、構築チャンバ20内、構築プラットフォーム30および粉末床46上の温度を制御することができる。さらに、環境制御アセンブリ238は、AM装置10内、特に構築チャンバ20内の酸素のレベルを選択されたレベル内に維持することができる。さらに、環境制御アセンブリ238は、作動システム190(図4を参照)の真空ポンプ200a(図4を参照)などのポンプ装置200(図4を参照)の真空レベルを制御することができる。
図2Aに示すように、AMシステム14のAM装置10のハウジング構造50は、構築アセンブリ18、構築チャンバ20、レーザーアセンブリ60、部品取り外しアセンブリ80、粉末送出アセンブリ220、粉末オーバーフローチャンバ236、および環境制御アセンブリ238を収容または収納する。
図1Bおよび図2Aに示すように、AMシステム14は、部品取り外しアセンブリ80を作動させるために、AM装置10に結合された作動システム190をさらに含んでもよい。図1Bおよび図2Aにさらに示すように、AMシステム14は、AM装置10に電力を供給するためにAM装置10に結合された電力システム72をさらに含む。図1Bおよび図2Aにさらに示すように、AMシステム14は、AM装置10を制御するためにAM装置10に結合された制御システム74をさらに含んでもよい。
ここで図2Eおよび図2Fを参照すると、図2Eは、構築部品22aの外側部分148を保持する作動位置146にある部品ホルダー装置120の例示的なバージョンの、図2Bの線2E-2Eに沿った拡大断面図である。図2Fは、図2Eの部品ホルダー装置120の拡大断面図であり、構築部品22a(図2Eを参照)が取り外された収容位置147にある部品ホルダー装置120を示している。部品ホルダー装置120(図2E、図2Fを参照)は、中心121(図2Fを参照)と、リング構成122a(図2Eを参照)などの幾何学的構成122(図2Eを参照)と、を有する。しかしながら、上述のように、部品ホルダー装置120は別の適切な幾何学的構成122を有してもよい。
図2Eおよび図2Fに示すように、部品ホルダー装置120は、静止していて動かない外側静止部分124を含む。外側静止部分124(図2E、図2Fを参照)は、外側静止リング124a(図2E、図2Fを参照)、または別の適切な構成の形態であってもよい。外側静止リング124aなどの外側静止部分124は、外径126(図2Fを参照)、内径128(図2Fを参照)、ならびに外側131a(図2E、図2Fを参照)、内側131b(図2E、図2Fを参照)、および幅132(図2Fを参照)を有する本体130(図2E、図2Fを参照)を有する。外側静止部分124は、ステンレス鋼などの金属材料、または別の適切な金属材料で作られてもよく、または剛性プラスチック材料で作られてもよい。
図2Eおよび図2Fに示すように、部品ホルダー装置120は、内側可動部分134をさらに含む。内側可動部分134(図2E、図2Fを参照)は、内側可動リング134a(図2E、図2Fを参照)、または別の適切な構成の形態であってもよい。上述のように、内側可動部分134は、変形可能材料136(図1Aを参照)で作られることが好ましく、変形可能材料136は、発泡体材料136a(図1Aを参照)、例えば、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、粘弾性発泡体、または別の適切な発泡体材料136aを含んでもよく、あるいは、ゴム材料136b(図1Aを参照)、または別の適切な変形可能材料136を含んでもよい。
図2Eおよび図2Fに示すように、内側可動リング134aなどの内側可動部分134は、外径138、内径140、ならびに外側143a、内側143b、および幅144を有する本体142を有する。図2Eに示すように、部品ホルダー装置120が作動位置146にある場合には、外径138は第1の外径138aを含み、内径140は第1の内径140aを含み、本体142は第1の幅144aを含む。図2Fに示すように、部品ホルダー装置120が収容位置147にある場合には、外径138は第2の外径138bを含み、内径140は第2の内径140bを含み、本体142は第2の幅144bを含む。内側可動部分134の第2の幅144b(図2Fを参照)は、作動位置146(図2Eを参照)にある部品ホルダー装置120と比較して、部品ホルダー装置120が収容位置147(図2Fを参照)にある場合には、内側可動部分134の第1の幅144a(図2Eを参照)より大きい。
内側可動部分134は移動可能であり、内側可動部分134の外側143aに結合された複数のピストン150(図1A、図2E、図2Fを参照)で作動する。複数の空気圧空気ピストン150a(図2E、図2Fを参照)などの複数のピストン150は、好ましくは、内側可動部分134の外側143aの部分に、接着材料または別の適切な結合材料もしくは要素で結合される。複数のピストン150は、複数の空気圧空気ピストン150a(図1A、図2E、図2Fを参照)、複数の油圧ピストン150b(図1Aを参照)、または別の適切なタイプのピストン150を含んでもよい。複数のピストン150は、AM装置10に結合された作動システム190(図1B、図4を参照)を介して作動されることが好ましい。作動システム190(図1B、図4を参照)は、空気圧式作動システム190a(図1B、図4を参照)、油圧式作動システム190b(図1B、図4を参照)、または図4に関して以下で詳細に説明する別の適切な作動システム190を含んでもよい。例えば、複数のピストン150は、圧縮空気198a(図4を参照)、油圧流体198b(図4を参照)、または別の適切な流体198などの流体198(図4を参照)で作動させることができる。流体198は、作動システム190から伸縮構造170の内部チャネル188を通り、部品ホルダー装置入力ライン158a(図4を参照)を通って流入157a(図2E、図2Fを参照)として部品ホルダー装置120に導入される。圧縮空気198a、油圧流体198b、または別の流体198などの流体198が部品ホルダー装置出力ライン158b(図4を参照)を通って流出157b(図2E、図2Fを参照)として部品ホルダー装置120から引き出されるか、または流出すると、複数のピストン150が引き込まれ得る。
図2Eに示すように、内側可動部分134は、複数のピストン150によって作動されると、内側方向145aに可動であり、内側可動部分134の内側143bは、構築部品22aの外側部分148に対して圧縮するか、または圧力を加える。1つまたは複数の構築部品22aのうちの1つまたは複数の外側部分148は、部品ホルダー装置120の内側可動部分134によって保持されることが好ましい。図2Eに示すように、複数のピストン150は作動位置156aにある。図2Fに示すように、内側可動部分134は、複数のピストン150が収容位置156bに後退し、1つまたは複数の構築部品22a(図2Eを参照)を解放すると、外側方向145bに移動可能である。
図2Eおよび図2Fに示すように、複数のピストン150は、好ましくは、内側可動部分134の外側143aと外側静止部分124の内側131bとの間の部品ホルダー装置120のピストン領域部分152に配置され得る。図2Eおよび図2Fにさらに示すように、複数の空気圧空気ピストン150aなどの複数のピストン150の各々は、内側可動部分134の外側143aに結合されたヘッド部分154aと、ヘッド部分154aに結合されたシリンダ部分154bとを有する。シリンダ部分154bは、作動位置156a(図2Eを参照)から収容位置156b(図2Fを参照)まで、格納可能または折り畳み可能、または高さを減少させる能力を有することができる。
ここで図3A~図3Bを参照すると、図3Aは、本開示のAM装置10(図1A~図1B、図2A、図2Dを参照)のバージョンで使用できる電磁作動システム160の例示的なバージョンの上部断面図である。図3Bは、部品ホルダー装置120に取り付けられ、レーザービーム送出装置90に取り付けられた図3Aの電磁作動システム160の拡大した左側部分断面図である。
部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)は、部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2A~図2D、図3A~図3Bを参照)の外側静止部分124(図1A~図1B、図2A~図2D、図3A~図3Bを参照)の下部または底部に結合された電磁作動システム160(図1A~図1B、図2A~図2D、図3A~図3Bを参照)をさらに含んでもよい。電磁作動システム160はさらに、1つまたは複数の接続部材123(図2A~図2D、図3Bを参照)を介して、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90(図1A~図1B、図2A~図2D、図3Bを参照)の各々に結合される。電磁作動システム160は、切断作業84(図1A~図1B、図2B、図2Dを参照)中に、部品ホルダー装置120の中心121(図1A、図2Eを参照)の周りに特定の距離で1つまたは複数のレーザービーム送出装置90を回転させるように動作可能である。
図3A~図3Bに示すように、電磁作動システム160は、部品ホルダー装置120に結合されたボールねじアセンブリ161を含む。ボールねじアセンブリ161は、単一の単一部品から構成されてもよく、あるいは一緒に接続または溶接されたいくつかの部品から構成されてもよい円形ボールねじ162(図3A~図3Bを参照)を含む。各円形ボールねじ162は、プラスチック製ボールねじ162a(図3A~図3Bを参照)、金属製ボールねじ、または別の適切なタイプのボールねじを含んでもよい。図3A~図3Bにさらに示すように、各円形ボールねじ162は、円形ボールねじ162の長さまたは円周に沿って形成された複数のねじ山163を含む。複数のねじ山163は、複数のボールベアリング164が円形ボールねじ162に結合されるように、複数のボールベアリング164を保持する、または保持するように構成される。複数のボールベアリング164は、窒化ケイ素ボールベアリング164a(図3Bを参照)、金属ボールベアリング、または別の適切なタイプのボールベアリング164を含んでもよい。
図3A~図3Bに示すように、電磁作動システム160は、1つまたは複数のボールナット165aなどの1つまたは複数のナット165をさらに含む。1つまたは複数のボールナット165aなどの1つまたは複数のナット165の各々は、1つまたは複数の円形ボールねじ162に結合される。各ナット165の端部は、円形ボールねじ162の部分と接触して円形ボールねじ162までの壁を形成し、ナット165に囲まれた円形ボールねじ162領域内に複数のボールベアリング164を保持する。1つまたは複数のナット165は、好ましくは、ナット165の1つに結合され、円形ボールねじ162の一部に結合されたモーターおよびレゾルバ装置167(図3A~図3Bを参照)によって作動または移動される。ナット165の1つが、円形ボールねじ162に沿ったボールベアリング164の一部上でモーターおよびレゾルバ装置167によって作動または移動されると、他のナット165が円形ボールねじ162に沿ってボールベアリング164の他の部分上で一斉に移動する。
図3A~図3Bに示すように、電磁作動システム160は、1つまたは複数のナット165の各端部に隣接し、円形ボールねじ162の上方に、円形ボールねじ162と整列して配置される1つまたは複数のスペーサバー166をさらに含む。1つまたは複数のスペーサバー166は、円形ボールねじ162に沿った1つまたは複数のナット165の動きの制御を支援する。例えば、ナット165が2つ以上ある場合、1つのナット165が移動し、ナット165の一端に隣接するスペーサバー166に対して移動すると、スペーサバー166は、次に、円形ボールねじ162に沿って次の連続するナット165に対して移動し、次に次のスペーサバー166に対して移動し、以下同様に移動するので、他のすべてのナット165およびスペーサバー166も移動するか、一斉に、または一緒に移動するように構成される。
図3A~図3Bに示すように、電磁作動システム160に電力を供給するために、電磁作動システム160は、AMシステム14のAM装置10のための、接続要素75を介して、電源73などを有する電力システム72(図1B、図2Aを参照)に接続される電力線接続168をさらに含む。図3A~図3Bに示すように、電磁作動システム160は、接続要素75を介して、制御システム74(図1B、図2Aを参照)のソフトウェアプログラム78を有するコンピュータ76(図1B、図2Aを参照)と通信するために、第1の通信線169aおよび第2の通信線169bを含む1つまたは複数の通信線169をさらに含む。
図3Bは、接続部材123を介してナット165に取り付けられた、レーザーヘッド装置96の形態などのレーザービーム送出装置90をさらに示している。ナット165がモーターおよびレゾルバ装置167によって動かされるとき、それは同時に、例えばレーザーヘッド装置96の形態で、レーザービーム送出装置90も動かし、所定のパス数100(図1Aを参照)について、第1の掃引方向104aで、次に第2の掃引方向104bで反対方向に戻り、構築プレート28(図2Bを参照)に取り付けられた構築部品22a(図2Bを参照)などの部品22(図2Bを参照)のベース32(図2Bを参照)を切断する。
図3Bは、圧縮空気198a(図4を参照)または油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)の流入157aをさらに示し、部品ホルダー装置入力ライン158a、および部品ホルダー装置120の流路159を通って流れ、ピストン150を内側可動部分134に対して作動させる。図3Bは、ピストン150のヘッド部分154aおよびシリンダ部分154bを示している。ピストン150(図3Bを参照)が作動位置156a(図2Eを参照)から収容位置156b(図2Fを参照)に移動すると、流体198(図4を参照)は、流路159を通り、流出157bとして部品ホルダー装置出力ライン158bを通って流出する。
ここで図4を参照すると、図4は、本開示のAMシステム14(図1Bを参照)のバージョンと共に使用され得る作動システム190の例示的なバージョンを示す機能ブロック図である。図4に示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190aまたは油圧式作動システム190bを含んでもよい。しかしながら、作動システム190はこれらの作動システムに限定されず、他の適切な作動システムが使用されてもよい。
図4に示すように、作動システム190は、部品ホルダー装置120に結合された2つ以上の伸縮構造170に結合されている。図4にさらに示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a用の2つ以上の空気圧アクチュエータ192a(図2A~図2Dも参照)、または油圧式作動システム190b用の2つ以上の油圧アクチュエータ192bなどの、2つ以上のアクチュエータ192(図2A~図2Dも参照)を含む。図2Aに示すように、1つの空気圧アクチュエータ192aなどの1つのアクチュエータ192は、ハウジング構造50の外部54の一部58を貫通して形成された第2のハウジング開口部56bなどのハウジング開口部56を介して第1の伸縮構造170aに結合されている。図2Aにさらに示すように、別の空気圧アクチュエータ192aなどの別のアクチュエータ192は、ハウジング構造50の外部54の一部58を貫通して形成された第3のハウジング開口部56cなどのハウジング開口部56を介して第2の伸縮構造170bに結合されている。
図4に示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a用の空気圧入力ライン194a(図2A~図2Dも参照)などの、または油圧式作動システム190b用の油圧入力ライン194bなどの、入力ライン194(図2A~図2Dも参照)をさらに含む。入力ライン194(図2A、図4を参照)は、アクチュエータ192に結合されている。
図4に示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a用の空気圧出力ライン196a(図2A~図2Dも参照)などの、または油圧式作動システム190b用の油圧出力ライン196bなどの、出力ライン196(図2A~図2Dも参照)をさらに含む。出力ライン196(図2A、図4を参照)もアクチュエータ192に結合されている。
図4に示すように、作動システム190は、不要な材料または粒子を除去するために、出力ライン196に結合された1つまたは複数のフィルタ203をさらに含んでもよい。図4に示すように、作動システム190は、空気圧式作動システム190a用の圧縮空気198a、または油圧式作動システム190b用の油圧流体198bなどの流体198をさらに含む。流体198は、供給タンク197(図4を参照)に貯蔵されてもよい。例えば、圧縮空気198aは、圧縮機201(図4を参照)によって圧縮され、空気供給タンク197a(図4を参照)に貯蔵されてもよい。あるいは、空気圧式作動システム190a(図4を参照)は周囲環境から空気を取り入れることができ、周囲空気は圧縮機201(図4を参照)で圧縮され、圧縮空気198aを得ることができ、圧縮空気198aは空気圧式作動システム190aによって直接使用される。油圧式作動システム190bは、油圧流体198bを貯蔵するための油圧流体供給タンク197b(図4を参照)を含んでもよい。
図4に示すように、作動システム190は、圧縮空気198aまたは油圧流体198bなどの流体198を作動システム190から送り出し、圧縮空気198aまたは油圧流体198bなどの流体198を作動システム190に引き戻すための、真空ポンプ200aなどのポンプ装置200をさらに含んでもよい。真空ポンプ200aなどのポンプ装置200は、モーター202(図4を参照)、または別の適切な動力装置または装置で作動させることができる。モーター202は、電源205a(図4を参照)などの電源205(図4を参照)、または別の適切な電源205で電力を供給され得る。
図4に示すように、作動システム190は、ポンプ装置200、入力ライン194、およびコントローラー206に結合された複数のバルブ204をさらに含んでもよい。図4に示すように、複数のバルブ204は、制御バルブ204aとリリーフバルブ204bとを含む。しかしながら、追加のバルブ204も含まれてもよい。電気コントローラー206a(図4を参照)などのコントローラー206、または別の適切なタイプのコントローラー206は、バルブ204の開閉を制御し、作動システム190の他の動作を制御することができる。
構築作業26(図2Aを参照)の後に、作動システム190(図2B、図4を参照)は、アクチュエータ192(図2B、図4を参照)により、2つ以上の伸縮構造170(図2B、図4を参照)を収容位置174(図2Aを参照)から完全延伸位置176(図2Bを参照)まで下向きに作動させる。特に、圧縮空気198a(図4を参照)または油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)は、入力ライン194(図2B、図4を参照)を通って流れてアクチュエータ192(図2B、図4を参照)作動させ、伸縮構造170の内部チャネル188(図2Bを参照)を通って流れて、円筒状伸縮部分184が完全に延伸して伸縮構造170が完全延伸位置176(図2Bを参照)になるまで、各伸縮構造170の円筒状伸縮部分184(図2Bを参照)を下方に作動させ、延伸させ、移動させる。
2つ以上の伸縮構造170が完全延伸位置176(図2Bを参照)にあると、内部チャネル188は、部品ホルダー装置120に対して開くように制御され、空気圧式作動システム190a(図4を参照)の圧縮空気198a(図4を参照)、または油圧式作動システム190b(図4を参照)の油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)が流入157a(図3Bを参照)として部品ホルダー装置入力ライン158a(図3B、図4を参照)に流入して、流路159(図3Bを参照)を流れ、空気圧式作動システム190a用の複数の空気圧空気ピストン150a(図2E、図4を参照)、または油圧式作動システム190b用の複数の油圧ピストン150b(図4を参照)などの複数のピストン150(図2E、図4を参照)を作動位置156a(図2Eを参照)へ作動させることを可能にする。圧縮空気198aまたは油圧流体198bなどの十分な量の流体198が部品ホルダー装置120に導入され、複数のピストン150を作動位置156a(図2Eを参照)に作動させて、部品ホルダー装置120を作動位置146(図2Eを参照)に作動させると、内部チャネル188は、流入157aを止めるために部品ホルダー装置120に接近するように制御されてもよい。作動位置156aでは、複数のピストン150が移動して、部品ホルダー装置120の内側可動部分134(図2B、図2Eを参照)を圧縮するので、内側可動部分134が構築部品22a(図2Eを参照)の外側部分148(図2Eを参照)を圧縮し、必要に応じて、切断作業84(図2B、図2Dを参照)中および切断作業84後に、所定の位置に構築部品22aまたは複数の構築部品22c(図5Bを参照)を保持する。
切断作業84(図2B、図2Dを参照)の後に、作動システム190(図2B、図4を参照)は、ポンプ装置200(図4を参照)で伸縮構造170の内部チャネル188(図2Cを参照)を介して圧縮空気198a(図4を参照)または油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)を引き出すかまたは引き込み、これにより、伸縮構造170は、完全延伸位置176(図2Bを参照)から部分延伸位置178(図2Cを参照)まで上方に移動し、収容位置174(図2Aを参照)に戻る。圧縮空気198a(図4を参照)または油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)は、出力ライン196(図2C、図4を参照)から流出し、1つまたは複数のフィルタ203でフィルタリングされ、空気供給タンク197a(図4を参照)または油圧流体供給タンク197b(図4を参照)などの供給タンク197(図4を参照)に貯蔵される。あるいは、圧縮空気198aを排出してもよい。
部品ホルダー装置120の内側可動部分134が、保持されている構築部品22a(図2C、図2Eを参照)または複数の構築部品22c(図5Bを参照)を解放することが望ましい場合、各伸縮構造170(図2Cを参照)の内部チャネル188(図2Cを参照)は、部品ホルダー装置120に対して開き、空気圧式作動システム190a(図4を参照)用の圧縮空気198a(図4を参照)、または油圧式作動システム190b(図4を参照)用の油圧流体198b(図4を参照)などの流体198(図4を参照)が流路159(図3Bを参照)を通り、部品ホルダー装置出力ライン158b(図3B、図4を参照)を通り、部品ホルダー装置120から流出157b(図3Bを参照)として流出することを可能にするように制御され得る。圧縮空気198aまたは油圧流体198bなどの流体198を含む流出157bは、ポンプ装置200(図4を参照)で引き込まれるかまたは引き上げられ、内部チャネル188を通って逆流し、出力ライン196(図2C、図4を参照)を通って流れ、1つまたは複数のフィルタ203でフィルタリングされ、空気供給タンク197a(図4を参照)または油圧流体供給タンク197b(図4を参照)などの供給タンク197(図4を参照)に貯蔵される。あるいは、圧縮空気198aを排出してもよい。圧縮空気198aまたは油圧流体198bなどの流体198が部品ホルダー装置120から除去されると、空気圧式作動システム190a用の複数の空気圧空気ピストン150a(図2E、図4を参照)、または油圧式作動システム190b用の複数の油圧ピストン150b(図4を参照)などの複数のピストン150(図2F、図4を参照)は、収容位置156b(図2Fを参照)に戻り、内側可動部分134(図2Fを参照)は膨張して非圧縮形状に戻り、その結果、構築部品22a(図2C、図2Eを参照)、または複数の構築部品22c(図5Bを参照)が解放される。部品ホルダー装置120(図2Fを参照)は収容位置147(図2Fを参照)に戻る。
ここで図5A~図5Bを参照すると、図5Aは、各々が送出する4つのレーザーヘッド装置96の形態など、4つのレーザービーム送出装置90の例示的なバージョンの上面概略図であり、各々が切断レーザービーム92を送出し、単一の構築部品22bなどの構築部品22aを構築プレート28から取り外す。図5Bは、図5Aの4つのレーザーヘッド装置96の形態などの4つのレーザービーム送出装置90の上面概略図であり、各々が切断レーザービーム92を送出し、構築プレート28から複数の構築部品22cなどの構築部品22aを取り外す。
図5A~図5Bに示すように、レーザーヘッド装置96の形態などの各レーザービーム送出装置90は、光ファイバ98の一端に結合される。例えば、4つのレーザーヘッド装置96は、4つの光ファイバ98に結合され、第1の光ファイバ98aに結合された第1のレーザーヘッド装置96aと、第2の光ファイバ98bに結合された第2のレーザーヘッド装置96bと、第3の光ファイバ98cに結合された第3のレーザーヘッド装置96cと、第4の光ファイバ98dに結合された第4のレーザーヘッド装置96dと、を含む。4つの光ファイバ98は、他端で光ファイバスプリッタ装置99(図5A~図5Bを参照)に結合されている。光ファイバスプリッタ装置99は、ネオジムYAGレーザー95(図5A~図5Bを参照)の形態などのレーザー切断装置94(図5A~図5Bを参照)に結合されている。レーザー切断装置94は、電源108a(図5A~図5Bを参照)などのレーザー電源108(図5A~図5Bを参照)に結合されている。あるいは、例えば、複数のレーザー切断装置94が使用される場合、または光ファイバスプリッタ装置99が必要でない場合、各光ファイバ98は個々のレーザー切断装置94に直接結合されてもよい。
図5A~図5Bにさらに示すように、各レーザーヘッド装置96は、単一の構築部品22b(図5Aを参照)のベース32(図5Bを参照)、または複数の構築部品22c(図5Bを参照)のベース32(図5Bを参照)に向けられ、切断レーザービーム92を向けるレーザーヘッドチップ97(図5A~図5Bを参照)を有する。4つのレーザーヘッド装置96(図5A~図5Bを参照)は、切断される単一の構築部品22b(図5Aを参照)、または複数の構築部品22c(図5Bを参照)に向けて間隔を空けて配置される。図5A~図5Bに示すように、4つのレーザーヘッド装置96の各々は、互いに90°(90度)離間した90°(90度)離間関係102aを含む離間関係102にある。別の例では、レーザービーム送出装置90は、切断される1つまたは複数の構築部品22aに向かって、その周りに間隔を空けて配置された2つのレーザーヘッド装置96を含む2つのレーザービーム送出装置90を含むことができる。2つのレーザーヘッド装置96の各々は、180°(180度)の離間関係102b(図1Aを参照)などの離間関係102(図1Aを参照)にあり、互いに180°(180度)離間してもよい。
図5A~図5Bにさらに示すように、レーザーヘッド装置96の形態などの各レーザービーム送出装置90は、接続部材123(図2A~図2Dも参照)に結合される。次に、接続部材123は、部品ホルダー装置120(図3Bを参照)に結合された電磁作動システム160(図3Bを参照)に接続される。4つのレーザーヘッド装置96は、好ましくは、それぞれ、接続部材123を介して、部品ホルダー装置120に接続された電磁作動システム160に結合される。4つのレーザーヘッド装置96の形態などの4つのレーザービーム送出装置90により、電磁作動システム160(図3Bを参照)は、レーザーヘッド装置96(図5A~図5Bを参照)の形態などの各レーザービーム送出装置90(図5A~図5Bを参照)を45°(45度)の弧の第1の掃引方向104a(図5A~図5Bを参照)に回転または移動させ、45°(45度)の弧で第2の掃引方向104b(図5A~図5Bを参照)の反対方向に戻り、90°(90度)の総掃引を行うように動作可能である。電磁作動システム160(図1A~図1B、図3Bを参照)は、好ましくは、4つのレーザーヘッド装置96のそれぞれを所定のパス数100(図1Aを参照)だけ+/-45°(プラスまたはマイナス45度)同時に回転させて、1つまたは複数の構築部品22a(図5A~図5Bを参照)の各々のベース32(図5A~図5Bを参照)を切断するように動作可能である。
レーザーヘッド装置96(図5A~図5Bを参照)の代わりに、レーザービーム送出装置90は、ミラー111(図1A、図2Dを参照)などの光学装置110(図1A~図1B、図2Dを参照)の形態であってもよく、各々は、取り付け要素113(図2Dを参照)を介して、部品ホルダー装置120(図2Dを参照)に結合された電磁作動システム160(図2Dを参照)に結合される。光学装置110(図1A、図2Dを参照)は、好ましくは、切断される1つまたは複数の構築部品22a(図1A、図2Dを参照)の周りに配置される。
レーザービーム送出装置90が、4つのミラー111(図1Aを参照)などの4つの光学装置110(図1A~図1Bを参照)の形態の4つのレーザービーム送出装置90を含む場合、4つのミラー111などの4つの光学装置110は、好ましくは互いに90°(90度)の離間関係102a(図1Aを参照)などの離間関係102(図1Aを参照)、90°の間隔である。電磁作動システム160、4つのミラー111のそれぞれを所定のパス数100(図1Aを参照)だけ+/-45°(プラスまたはマイナス45度)同時に回転させて、1つまたは複数の構築部品22a(図1Aを参照)の各々のベース32(図1Aを参照)を切断するように動作可能である。レーザービームスプリッタ装置116(図1A、図2Dを参照)は、電気ターンテーブル装置118(図2Dを参照)を介して、4つのミラー111(図1Aを参照)が4つのミラー111と同時に回転する。
レーザービーム送出装置90が2つのミラー111などの2つの光学装置110を含む2つのレーザービーム送出装置90を含む場合、2つのミラー111の各々は、180°(180度)の離間関係102b(図1Aを参照)などの離間関係102(図1Aを参照)にあり、互いに180°(180度)離間してもよい。
ここで図6を参照すると、図6は、本開示の方法240の例示的なバージョンのステップのフローチャートである。図6のブロックは、動作および/またはその一部を表し、様々なブロックを接続する線は、動作またはその一部の特定の順序または依存性を意味しない。図6および本明細書に記載の方法240のステップの開示は、ステップが実行されるシーケンスを必ずしも決定すると解釈されるべきではない。むしろ、1つの例示的な順序が示されているが、適切な場合にステップのシーケンスが変更され得ることを理解されたい。したがって、特定の作業は、異なる順序で、または同時に実行されてもよい。
別のバージョンでは、選択的レーザー融解(SLM)AMプロセス13(図1A~図1Bを参照)、または別の適切なAMプロセス12などの付加製造(AM)プロセス12(図1A~図1Bを参照)中に構築された1つまたは複数の構築部品22a(図2B、図2Dを参照)などの1つまたは複数の部品22を自動的に取り外すための、部品取り外しアセンブリ80a(図2A~図2Cを参照)または部品取り外しアセンブリ80b(図2Dを参照)の形態などの部品取り外しアセンブリ80を備えたAM装置10a(図1Bを参照)などの付加製造(AM)装置10(図1A~図1Bを参照)を使用する方法240(図6を参照)が提供される。
図6に示すように、方法240は、AM装置10(図1A~図1B、図2Aを参照)の構築チャンバ20(図1A~図1B、図2Aを参照)の構築プレート28(図1A~図1B、図2Aを参照)上に1つまたは複数の部品22(図1A~図1B、図2Aを参照)を構築するステップ242を含む。AMプロセス12の構築作業26(図1A~図1B、図2Aを参照)中に、1つまたは複数の部品22(図1A~図1B、図2Aを参照)が粉末24(図1A~図1B、図2Aを参照)で構築される。一バージョンでは、1つまたは複数の部品22は、構築作業26中にレーザーアセンブリ60(図1A~図1B、図2Aを参照)で構築プレート28(図1A~図1B、図2Aを参照)上に構築され融着されて、構築プレート28に取り付けられた1つまたは複数の構築部品22a(図1A~図1B、図2Aを参照)を得る。1つまたは複数の部品22が構築チャンバ20に構築された後に、構築チャンバ20からの未使用粉末24a(図1A~図1B、図2Aを参照)などの未使用の構築材料23a(図1A~図1B、図2Aを参照)が構築チャンバ20から除去され、真空装置48(図1Bを参照)などの粉末除去装置、または別の適切な粉末除去装置またはシステムで構築部品22aから除去される。
構築プレート28上に1つまたは複数の部品22を構築するステップ242は、粉末24(図1A~図1Bを参照)で構築され、レーザーアセンブリ60(図1A~図1B、図2Aを参照)で構築プレート28(図1A~図1B、図2Aを参照)に融着された1つまたは複数の支持構造33(図1A~図1Bを参照)上に1つまたは複数の部品22を構築することをさらに含んでもよい。1つまたは複数の支持構造33(図1A~図1Bを参照)は、1つまたは複数の支柱33a(図1A~図1B、図2Aを参照)、1つまたは複数のペグ33b(図1A~図1B、図2Aを参照)、1つまたは複数の突起 33c(図1A~図1B、図2Aを参照)、または構築プレート28上の1つまたは複数の部品22を支持するための別の適切なタイプの支持構造33を含んでもよい。
図6に示すように、方法240は、作動システム190(図1B、図2A~図2D、図4を参照)を介して、付加製造装置10のハウジング構造50(図1A~図1B、図2Aを参照)内に結合された部品取り外しアセンブリ80(図1B、図2A~図2Dを参照)を、収容位置174(図2Aを参照)から完全延伸位置176(図2Bを参照)まで展開するステップ244をさらに含む。上記で詳細に説明したように、部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)は、レーザーアセンブリ60とは別個の1つまたは複数のレーザービーム送出装置90(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)を含む。部品取り外しアセンブリ80は、さらに、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90に結合された部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)を含む。
部品取り外しアセンブリ80は、部品ホルダー装置120に結合され、さらに1つまたは複数のレーザービーム送出装置90にさらに結合された電磁作動システム160(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)をさらに含んでもよい。部品取り外しアセンブリ80は、部品ホルダー装置120に結合され、AM装置10のハウジング構造50にさらに結合された2つ以上の伸縮構造170(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)をさらに含んでもよい。
作動システム190(図4を参照)を介して部品取り外しアセンブリ80を展開するステップ244(図6を参照)は、空気圧式作動システム190a(図4を参照)および油圧式作動システム190b(図4を参照)のうちの1つを含む作動システム190を展開するステップを含む。
図6に示すように、方法240はさらに、部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2Bを参照)と1つまたは複数のレーザービーム送出装置90(図1A~図1B、図2Bを参照)を、1つまたは複数の構築部品22a(図2Bを参照)などの1つまたは複数の部品22(図2Bを参照)に隣接する位置210(図2Bを参照)に位置決めするステップ245を含む。
図6に示すように、方法240は、1つまたは複数の部品 22(図2Bを参照)の1つまたは複数に対して圧縮して1つまたは複数の部品22を定位置に保持するために、作動システム190(図2Bを参照)を介して部品ホルダー装置120(図2Bを参照)を作動させるステップ246をさらに含む。
部品ホルダー装置120を作動させるステップ246(図6を参照)は、1つまたは複数の部品22(図2Eを参照)の1つまたは複数の外側部分148(図2Eを参照)に対して内側可動部分134を圧縮して切断作業84(図1A~図1B、図2Bを参照)中に1つまたは複数の部品22を所定の位置に保持するために、部品ホルダー装置120(図2Eを参照)の内側可動部分134(図2Eを参照)に結合された複数のピストン150(図2Eを参照)を作動させるステップを含んでもよい。
図6に示すように、方法240は、好ましくは、1つまたは複数の構築部品22a(図2B、図2Dを参照)などの1つまたは複数の部品22(図2B、図2Dを参照)の各々のベース32(図2B、図2Dを参照)を切断して、AM装置10(図2B、図2Dを参照)内の構築プレート28(図2B、図2Dを参照)から1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を自動的に取り外すために、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90(図2B、図2Dを参照)の各々を介して切断レーザービーム92(図2B、図2Dを参照)を送出することにより、切断作業84(図2Bを参照)を実行するステップ248をさらに含む。
切断レーザービーム92を送出することにより、切断作業84(図1A~図1B、図2Bを参照)を実行するステップ248(図6を参照)は、レーザー切断装置94(図2Bを参照)に結合された1つまたは複数のレーザーヘッド装置96(図2Bを参照)、あるいは1つまたは複数の光学装置110(図2Dを参照)の上方に配置されたレーザービームスプリッタ装置116(図2Dを参照)に対して角度が付けられた1つまたは複数の光学装置110のうちの1つを含む1つまたは複数のレーザービーム送出装置90の各々を介して、切断レーザービーム92を送出することにより、切断作業84を実行するステップ248を含む。レーザービームスプリッタ装置116(図2Dを参照)は、レーザー切断装置94(図2Dを参照)から切断レーザービーム92(図2Dを参照)を受け取るように角度が付けられている。
切断作業84(図1A~図1B、図2Bを参照)を実行するステップ248(図6を参照)は、1つまたは複数のレーザービーム送出装置90の各々を所定のパス数100(図1Aを参照)で同時に回転させて、1つまたは複数の構築部品22a(図1Aおよび図1Bを参照)などの1つまたは複数の部品22の各々のベース32(図1A~図1Bを参照)を切断するために、電磁作動システム160(図1A~図1B、図3A~図3Bを参照)を使用するステップをさらに含む。
切断作業84を実行するステップ248(図6を参照)は、切断作業84(図1A~図1Bを参照)の前に、AM装置10(図1A~図1Bを参照)からの1つまたは複数の構築部品22aが取り付けられた構築プレート28の手動除去218(図1A~図1Bを参照)を回避し、AM装置10の外側の、構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aの機械的取り外し214(図1A~図1Bを参照)を回避するために、構築プレート28(図1A~図1Bを参照)からの1つまたは複数の構築部品22a(図1A~図1Bを参照)の自動取り外し212(図1A~図1Bを参照)を提供するステップをさらに含む。
ここで図7を参照すると、図7は、航空機250aの形態などの航空機250の斜視図であり、本開示の付加製造(AM)プロセス12(図1A~1Bを参照)のための付加製造(AM)装置10(図1A~図1Bを参照)および付加製造(AM)システム14(図1Bを参照)の例示的なバージョンを使用して製造された、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を組み込む。
図7に示すように、航空機250aの形態などの航空機250は、胴体252、機首254、操縦室256、翼部258、エンジン260、ならびに水平スタビライザ264および垂直スタビライザ266を含む尾部262を含む。航空機250a(図7を参照)の形態などの航空機250(図7を参照)は、航空機250a内に設置された、あるいはエンジン260、翼部258、尾部262、または航空機250aの他の適切な領域に設置された、構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を含む。
ここで図8および9を参照すると、図8は、例示的な航空機の製造および保守点検方法300の流れ図であり、図9は、航空機316の例示的なブロック図である。図8、図9を参照すると、本開示のバージョンは、図8に示すような航空機の製造および保守点検方法300と、図9に示すような航空機316との関連で説明することができる。
生産前に、例示的な航空機の製造および保守点検方法300は、航空機316の仕様および設計302および材料調達304を含んでもよい。製造中に、航空機316の構成要素および部分組立品の製造306およびシステム統合308が行われる。その後に、航空機316は、認証および搬送310を経て、就航312される。顧客による就航312の間に、航空機316は、定期的な整備および保守点検314(修正、再構成、改修、および他の適切な保守点検を含んでもよい)のために予定されてもよい。
航空機の製造および保守点検方法300の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、および/またはオペレーター(例えば、顧客)によって実行または実施されてもよい。この説明の目的上、システムインテグレータには、任意の数の航空機メーカーおよび主要システムの下請業者を含めることができるが、これらに限定されない。第三者には、任意の数のベンダー、下請業者、およびサプライヤーが含まれてもよいが、これらに限定されない。オペレーターには、航空会社、リース会社、軍隊、サービス組織、およびその他の適切なオペレーターが含まれてもよい。
図9に示すように、例示的な航空機の製造および保守点検方法300によって製造された航空機316は、複数のシステム320および内部322を有する機体318を含むことができる。複数のシステム320の例は、推進システム324、電気システム326、油圧システム328、および環境システム330のうちの1つまたは複数を含むことができる。任意の数の他のシステムを含めることができる。航空宇宙の例が示されているが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用することができる。
本明細書で具体化される方法およびシステムは、航空機の製造および保守点検方法300の任意の1つまたは複数の段階に使用されてもよい。例えば、構成要素および部分組立品の製造306に対応する構成要素または部分組立品は、航空機316が就航中312に製造された構成要素または部分組立品と同様の方法で製作または製造することができる。また、1つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせは、例えば、航空機316のアセンブリの実質的な迅速化またはコストの低減によって、構成要素および部分組立品の製造306およびシステム統合308の際に用いることができる。同様に、航空機316の就航中312に、例えば、限定ではないが、整備および保守点検314に、装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組み合わせの1つまたは複数を利用することができる。
両方とも部品取り外しアセンブリ80(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)を有する付加製造(AM)装置10(図1Aを参照)および付加製造(AM)システム14、ならびに方法240(図6を参照)の開示されたバージョンは、例えば、レーザーヘッド装置96などのレーザービーム送出装置90のアレイ、または例えば、ミラー111の形態でAM装置10の内部に配置され、かつ取り外しまたは切断される1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22に直接隣接して配置された光学装置110の追加を提供し、レーザービーム送出装置90のアレイによって送出される1つまたは複数の切断レーザービーム92により、AM装置10内で、構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の取り外しまたは切断を可能にする。レーザービーム送出装置90は、好ましくは、光ファイバを介して、AM装置10の内部またはAM装置10の外部に配置され得るネオジムYAGレーザー95などの高出力レーザー切断装置94に結合される。
加えて、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22は、構築プレート28上に持ち上げられ、1つまたは複数の支柱33a(図1Aを参照)などの1つまたは複数の支持構造33(図1Aを参照)、構築プレート28上に構築された1つまたは複数のペグ33b(図1Aを参照)、あるいは1つまたは複数の突起33c(図1Aを参照)上に構築することができ、ベース32(図2Bを参照)または各構築部品22aなどの各部品22の底部は、各切断レーザービーム92および切断レーザービーム経路に明確に露出され得る。1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22、ならびに/あるいはレーザービーム送出装置90のアレイのいずれかは、切断されている各構築部品22aなどの各部品22のベース32などの部分が、所定のパス数100(図1Aを参照)などの複数のレーザーパスに曝されるように構成されることが好ましい。
AMシステム14のAM装置10の構築チャンバ20(図2Aを参照)の構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22のその場および現場での取り外しおよび除去が可能である。切断作業84(図1A~1B)の前に、AM装置10から1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22が取り付けられた構築プレート28の手動除去218(図1A~図1Bを参照)を回避するために、かつ、AM装置10の外側の構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の機械的取り外し214(図1A~図1Bを参照)を回避するために、部品取り外しアセンブリ80(図2A~図2Dを参照)は、構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22の自動取り外し212(図1A~図1Bを参照)を提供する。さらに、部品取り外しアセンブリ80は、構築プレート28からの1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を機械的に切断または分離するために、取り付け構築部品22aなどの取り付け部品22を備えた構築プレート28を旋盤、切削工具、または他の機械加工工具に搬送する必要を回避する。
さらに、AM装置10(図1Aを参照)およびAMシステム16および方法240(図6を参照)の開示されたバージョンは、部品取り外しアセンブリ80の一部として部品ホルダー装置120(図1A~図1B、図2A~図2Dを参照)を提供し、切断作業84(図1A~図1B、図2B、図2Dを参照)の間および/または後に、1つまたは複数の構築部品22a(図2B、図2Dを参照)などの1つまたは複数の部品22(図2B、図2Dを参照)を保持または固定して、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22を所定の位置に保持し、1つまたは複数の構築部品22aなどの1つまたは複数の部品22が、切断作業84の間および/または後に転倒しないようにする。
さらに、本開示は、以下の項による実施形態を含む。
第1項.付加製造プロセス用の付加製造装置であって、付加製造装置は、
構築作業中に、粉末を用いて構築された1つまたは複数の部品を支持するための構築プレートを含む構築チャンバと、
1つまたは複数の部品を構築するために使用される粉末を溶融および融着させるために、溶融レーザービームを送出するように動作可能なレーザーアセンブリと、
レーザーアセンブリから分離され、切断作業のために動作可能な部品取り外しアセンブリと、を含み、部品取り外しアセンブリは、
各々が切断レーザービームを送出するように動作可能な1つまたは複数のレーザービーム送出装置と、
1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置と、を含み、部品取り外しアセンブリは、構築作業後に、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置が1つまたは複数の部品に隣接する位置にあるように移動するように動作可能であり、
切断作業中に、部品ホルダー装置は、1つまたは複数の部品を保持し、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々は、切断レーザービームを送出して、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外す、付加製造装置。
第2項.構築チャンバ、レーザーアセンブリ、および部品取り外しアセンブリを収容するハウジング構造をさらに含む、第1項に記載の付加製造装置。
第3項.部品取り外しアセンブリは、ハウジング構造に結合され、部品ホルダー装置にさらに結合された2つ以上の伸縮構造をさらに含む、第2項に記載の付加製造装置。
第4項.部品取り外しアセンブリは、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とに結合された電磁作動システムをさらに含み、電磁作動システムは、切断作業中に1つまたは複数のレーザービーム送出装置を回転させるように動作可能である、第1項に記載の付加製造装置。
第5項.1つまたは複数のレーザービーム送出装置は、1つまたは複数のレーザーヘッド装置を含み、1つまたは複数のレーザーヘッド装置の各々は光ファイバに結合され、各光ファイバは、レーザー切断装置、またはレーザー切断装置に結合された光ファイバスプリッタ装置のうちの一方に結合される、第1項に記載の付加製造装置。
第6項.レーザー切断装置が、6kW(6キロワット)から10kW(10キロワット)の範囲のレーザー出力を有するネオジムイットリウム-アルミニウム-ガーネット(YAG)レーザーを含む、第5項に記載の付加製造装置。
第7項.1つまたは複数のレーザービーム送出装置は、取り外される1つまたは複数の部品の周りに配置された4つのレーザーヘッド装置を含む4つのレーザービーム送出装置を含み、4つのレーザーヘッド装置の各々は、互いに90°(90度)離間している、第1項に記載の付加製造装置。
第8項.4つのレーザーヘッド装置は、部品ホルダー装置に接続された電磁作動システムに結合され、電磁作動システムは、4つのレーザーヘッド装置の各々を所定のパス数で+/-45°(プラスまたはマイナス45度)同時に回転させ、1つまたは複数の部品の各々のベースをカットすることができる、第7項に記載の付加製造装置。
第9項.1つまたは複数のレーザービーム送出装置は、1つまたは複数の光学装置を含み、各々が1つまたは複数の光学装置の上方に位置するレーザービームスプリッタ装置の1つまたは複数の入射角に対して角度が付けられおり、さらに、レーザービームスプリッタ装置は、レーザー切断装置から切断レーザービームを受け取り、1つまたは複数の光学装置に切断レーザービームを伝送するように角度が付けられている、第1項に記載の付加製造装置。
第10項.1つまたは複数の光学装置は、取り外される1つまたは複数の部品の周りに配置された4つのミラーを含み、4つのミラーの各々は互いに90°(90度)離間し、さらに、レーザービームスプリッタ装置は、電気ターンテーブル装置に接続されている、第9項に記載の付加製造装置。
第11項.4つのミラーは、部品ホルダー装置に接続された電磁作動システムに結合され、電磁作動システムは、4つのミラーの各々を同時に回転させるように動作可能であり、さらに、4つのミラーが同時に回転するときに、レーザービームスプリッタ装置は、電気ターンテーブル装置を介して、4つのミラーと一致して回転する、第10項に記載の付加製造装置。
第12項.部品ホルダー装置は、1つまたは複数の部品を所定の位置に保持するために、外側静止部分と、1つまたは複数の部品のうちの1つまたは複数に対して圧縮するように移動可能な内側可動部分と、を含み、内側可動部分は、内側可動部分に結合された複数のピストンと共に移動可能であり、複数のピストンは、作動システムを介して作動する、第1項に記載の付加製造装置。
第13項.部品取り外しアセンブリは、構築プレートからの1つまたは複数の部品の自動取り外しを提供して、切断作業の前に、付加製造装置から取り付けられた1つまたは複数の部品を有する構築プレートの手動による取り外しを回避し、付加製造装置の外側で、構築プレートからの1つまたは複数の部品の機械的取り外しを回避する、第1項に記載の付加製造装置。
第14項.付加製造プロセスのための付加製造システムであって、付加製造システムはハウジング構造を含み、ハウジング構造は、構築作業中に、粉末を用いて構築された1つまたは複数の部品を支持するための構築プレートを含む構築チャンバと、1つまたは複数の部品を構築するために使用される粉末を溶融および融着させるために、溶融レーザービームを送出するように動作可能なレーザーアセンブリと、レーザーアセンブリから分離され、切断作業のために動作可能な部品取り外しアセンブリと、を含み、部品取り外しアセンブリは、各々が切断レーザービームを送出するように動作可能な1つまたは複数のレーザービーム送出装置と、1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置と、を含み、部品取り外しアセンブリは、構築作業後に、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置が1つまたは複数の部品に隣接する位置にあるように移動するように動作可能であり、部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とに結合された電磁作動システムをさらに含み、電磁作動システムは、切断作業中に1つまたは複数のレーザービーム送出装置を回転させるように動作可能であり、切断作業中に、部品ホルダー装置は、1つまたは複数の部品を保持し、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々は、切断レーザービームを送出し、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を取り外す、付加製造システム。
第15項.付加製造システムは選択的レーザー溶解(SLM)付加製造システムを含み、付加製造装置は選択的レーザー溶解(SLM)付加製造装置を含む、第14項に記載の付加製造システム。
第16項.1つまたは複数のレーザービーム送出装置は、レーザー切断装置に結合された1つまたは複数のレーザーヘッド装置、あるいは、1つまたは複数の光学装置の上に配置されたレーザービームスプリッタ装置に対して角度が付けられた1つまたは複数の光学装置のうちの1つを含み、レーザービームスプリッタ装置は、レーザー切断装置から切断レーザービームを受け取るように角度が付けられている、第14項に記載の付加製造システム。
第17項.部品取り外しアセンブリは、ハウジング構造に結合され、部品ホルダー装置にさらに結合された2つ以上の伸縮構造をさらに含む、第14項に記載の付加製造システム。
第18項.部品取り外しアセンブリを作動させるために、付加製造装置に結合された作動システムをさらに含む、第14項に記載の付加製造システム。
第19項.付加製造プロセス中に構築された1つまたは複数の部品を自動的に取り外すために、部品取り外しアセンブリを有する付加製造装置を使用する方法であって、方法は、付加製造装置の構築チャンバ内の構築プレート上に1つまたは複数の部品を構築するステップであって、1つまたは複数の部品は、粉末を用いて構築され、構築作業中にレーザーアセンブリで構築プレートに融着されるステップと、作動システムを介して、付加製造装置内に結合された部品取り外しアセンブリを、収容位置から完全延伸位置まで展開するステップであって、部品取り外しアセンブリは、レーザーアセンブリとは別個の1つまたは複数のレーザービーム送出装置と、1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された部品ホルダー装置と、を含む、ステップと、1つまたは複数の部品に隣接する位置に部品ホルダー装置と1つまたは複数のレーザービーム送出装置とを配置するステップと、1つまたは複数の部品のうちの1つまたは複数に対して圧縮し、1つまたは複数の部品を所定の位置に保持するために、作動システムを介して、部品ホルダー装置を作動させるステップと、付加製造装置内の構築プレートから1つまたは複数の部品を自動的に取り外すために、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々を介して、切断レーザービームを送出することにより、切断作業を実行するステップと、を含む方法。
第20項.作動システムを介して、部品取り外しアセンブリを展開するステップは、空気圧式作動システムおよび油圧式作動システムのうちの一方を含む作動システムを介して展開するステップを含む、第19項に記載の方法。
第21項.作動システムを介して、部品取り外しアセンブリを展開するステップは、部品ホルダー装置に結合され、かつ1つまたは複数のレーザービーム送出装置に結合された電磁作動システムをさらに含み、部品ホルダー装置に結合され、付加製造装置のハウジング構造にさらに結合された2つ以上の伸縮構造をさらに含む、部品取り外しアセンブリを展開するステップを含む、第19項に記載の方法。
第22項.切断作業を実行するステップは、1つまたは複数の部品の各々のベースを切断するために、所定の数のパスについて、1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々を同時に回転させるように電磁作動システムを使用するステップをさらに含む、第21項に記載の方法。
第23項.切断レーザービームを送出することにより切断作業を実行するステップは、レーザー切断装置に結合された1つまたは複数のレーザーヘッド装置、あるいは1つまたは複数の光学装置の上方に配置されたレーザービームスプリッタ装置に対して角度が付けられた1つまたは複数の光学装置のうちの1つを含む1つまたは複数のレーザービーム送出装置の各々を介して、切断レーザービームを送出することにより、切断作業を実行するステップを含み、レーザービームスプリッタ装置は、レーザー切断装置から切断レーザービームを受け取るように角度が付けられている、第19項に記載の方法。
第24項.構築プレート上に1つまたは複数の部品を構築するステップは、粉末を用いて構築され、レーザーアセンブリを用いて構築プレートに融着された1つまたは複数の支持構造上に1つまたは複数の部品を構築するステップをさらに含み、1つまたは複数の支持構造は、1つまたは複数の支柱、1つまたは複数のペグ、あるいは1つまたは複数の突起を含む、第19項に記載の方法。
前述の説明および関連する図面に提示された教示の利点を有する、本開示に関係する当業者には、本開示の多くの改変および他のバージョンが想到されるであろう。本明細書に記載されたバージョンは例示的なものであり、限定的または網羅的であることを意図するものではない。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されていない。
10 付加製造(AM)装置
11 選択的レーザー融解(SLM)AM装置
14 AMシステム
16 選択的レーザー焼結(SLS)システム
18 構築アセンブリ
20 構築チャンバ
22 取り付け部品
23 構築材料
24 粉末
28 構築プレート
30 構築プラットフォーム
32 ベース
33 支持構造
36 壁
38 構築ピストン
40 構築ピストンアクチュエータ
44 層
46 粉末床
48 真空装置
50 ハウジング構造
56 ハウジング開口部
60 レーザーアセンブリ
62 レーザー装置
64 レーザービーム
66 スキャナシステム
68 走査ミラー
70 焦点レンズ
71 箇所
72 電力システム
73 電源
74 制御システム
75 接続要素
76 コンピュータ
80 部品取り外しアセンブリ
90 レーザービーム送出装置
94 高出力レーザー切断装置
95 ネオジムYAGレーザー
96 レーザーヘッド装置
97 レーザーヘッドチップ
98 光ファイバ
99 光ファイバスプリッタ装置
110 光学装置
111 ミラー
116 レーザービームスプリッタ装置
120 部品ホルダー装置
124 外側静止部分
134 内側可動部分
150 ピストン
160 電磁作動システム

Claims (15)

  1. 付加製造プロセス(12)用の付加製造装置(10)であって、前記付加製造装置(10)は、
    構築作業(26)中に、粉末(24)を用いて構築される1つまたは複数の部品(22)を支持するための構築プレート(28)を含む構築チャンバ(20)と、
    前記1つまたは複数の部品(22)を構築するために使用される前記粉末(24)を溶融および融着させるために、溶融レーザービーム(64a)を送出するように動作可能なレーザーアセンブリ(60)と、
    前記レーザーアセンブリ(60)とは別個の、切断作業(84)のために動作可能な部品取り外しアセンブリ(80)と、を含み、前記部品取り外しアセンブリ(80)は、
    各々が切断レーザービーム(92)を送出するように動作可能な1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)と、
    前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)に結合された部品ホルダー装置(120)と、を含み、前記部品取り外しアセンブリ(80)は、前記構築作業(26)後に、前記部品ホルダー装置(120)と前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)が前記1つまたは複数の部品(22)に隣接する位置(210)にあるように移動するように動作可能であり、
    前記切断作業(84)中に、前記部品ホルダー装置(120)は、前記1つまたは複数の部品(22)を保持し、前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)の各々は、切断レーザービーム(92)を送出して、前記付加製造装置(10)内の前記構築プレート(28)から前記1つまたは複数の部品(22)を取り外す、付加製造装置(10)。
  2. 前記構築チャンバ(20)、前記レーザーアセンブリ(60)、および前記部品取り外しアセンブリ(80)を収容するハウジング構造(50)をさらに含み、前記部品取り外しアセンブリ(80)は、前記ハウジング構造(50)に結合され、前記部品ホルダー装置(120)にさらに結合された2つ以上の伸縮構造(170)をさらに含む、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  3. 前記部品取り外しアセンブリ(80)は、前記部品ホルダー装置(120)と前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)とに結合された電磁作動システム(160)をさらに含み、前記電磁作動システム(160)は、前記切断作業(84)中に前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)を前記部品ホルダー装置(120)の中心の周りで回転させるように動作可能である、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  4. 前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)は、1つまたは複数のレーザーヘッド装置(96)を含み、前記1つまたは複数のレーザーヘッド装置(96)の各々は光ファイバ(98)に結合され、各光ファイバ(98)は、レーザー切断装置(94)、または前記レーザー切断装置(94)に結合された光ファイバスプリッタ装置(99)のうちの一方に結合される、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  5. 前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)は、取り外される前記1つまたは複数の部品(22)の周りに配置された4つのレーザーヘッド装置(96)を含む4つのレーザービーム送出装置(90)を含み、前記4つのレーザーヘッド装置(96)の各々は、互いに90度離間している、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  6. 前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)は、1つまたは複数の光学装置(110)およびレーザー切断装置(94)を含み、各々が前記1つまたは複数の光学装置(110)の上方に位置するレーザービームスプリッタ装置(116)の1つまたは複数の入射角(115)に対して角度が付けられおり、さらに、前記レーザービームスプリッタ装置(116)は、レーザー切断装置(94)から前記切断レーザービーム(92)を受け取り、前記1つまたは複数の光学装置(110)に前記切断レーザービーム(92)を伝送するように角度が付けられ、前記1つまたは複数の光学装置(110)は、1つまたは複数のミラーを含む、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  7. 前記1つまたは複数の光学装置(110)は、取り外される前記1つまたは複数の部品(22)の周りに配置された4つのミラー(111)を含み、前記4つのミラー(111)の各々は互いに90度離間し、さらに、前記レーザービームスプリッタ装置(116)は、電気ターンテーブル装置(118)に接続されている、請求項6に記載の付加製造装置(10)。
  8. 前記4つのミラー(111)は、前記部品ホルダー装置(120)に接続された電磁作動システム(160)に結合され、前記電磁作動システム(160)は、前記4つのミラー(111)の各々を同時に回転させるように動作可能であり、さらに、前記4つのミラー(111)が同時に回転する場合に、前記レーザービームスプリッタ装置(116)は、前記電気ターンテーブル装置(118)を介して、前記4つのミラー(111)と一致して回転する、請求項7に記載の付加製造装置(10)。
  9. 前記部品ホルダー装置(120)は、前記1つまたは複数の部品(22)を所定の位置に保持するために、外側静止部分(124)と、前記1つまたは複数の部品(22)のうちの1つまたは複数に対して圧縮するように移動可能な内側可動部分(134)と、を含み、前記内側可動部分(134)は、前記内側可動部分(134)に結合された複数のピストン(150)と共に移動可能であり、前記複数のピストン(150)は、作動システム(190)を介して作動する、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  10. 前記部品取り外しアセンブリ(80)は、前記構築プレート(28)からの前記1つまたは複数の部品(22)の自動取り外し(212)を提供し、前記切断作業(84)の前に、前記付加製造装置(10)から取り付けられた1つまたは複数の部品(22)を有する前記構築プレート(28)の手動の取り外し(218)を回避し、前記付加製造装置(10)の外側で、前記構築プレート(28)からの前記1つまたは複数の部品(22)の機械的取り外し(214)を回避する、請求項1に記載の付加製造装置(10)。
  11. 付加製造プロセス(12)中に構築された1つまたは複数の部品(22)を自動的に取り外すために、部品取り外しアセンブリ(80)を有する付加製造装置(10)を使用する方法(240)であって、前記方法(240)は、
    前記付加製造装置(10)の構築チャンバ(20)内の構築プレート(28)上に1つまたは複数の部品(22)を構築するステップ(242)であって、前記1つまたは複数の部品(22)は、粉末(24)を用いて構築され、構築作業(26)中にレーザーアセンブリ(60)で前記構築プレート(28)に融着されるステップ(242)と、
    作動システム(190)を介して、前記付加製造装置(10)内に結合された前記部品取り外しアセンブリ(80)を、収容位置(174)から完全延伸位置(176)まで展開するステップ(244)であって、前記部品取り外しアセンブリ(80)は、
    前記レーザーアセンブリ(60)とは別個の1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)と、
    前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)に結合された部品ホルダー装置(120)と、を含む、ステップ(244)と、
    前記1つまたは複数の部品(22)に隣接する位置(210)に前記部品ホルダー装置(120)と前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)とを配置するステップ(245)と、
    前記1つまたは複数の部品(22)のうちの1つまたは複数に対して圧縮し、前記1つまたは複数の部品(22)を所定の位置に保持するために、前記作動システム(190)を介して、前記部品ホルダー装置(120)を作動させるステップ(246)と、
    前記付加製造装置(10)内の前記構築プレート(28)から前記1つまたは複数の部品(22)を自動的に取り外すために、前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)の各々を介して、切断レーザービーム(92)を送出することにより、切断作業(84)を実行するステップ(248)と、
    を含む方法(240)。
  12. 前記作動システム(190)を介して、前記部品取り外しアセンブリ(80)を展開するステップ(244)は、空気圧式作動システム(190a)および油圧式作動システム(190b)のうちの一方を含む前記作動システム(190)を介して展開するステップ(244)を含む、請求項11に記載の方法(240)。
  13. 前記作動システム(190)を介して、前記部品取り外しアセンブリ(80)を展開するステップ(244)は、前記部品ホルダー装置(120)に結合され、かつ前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)に結合された電磁作動システム(160)をさらに含み、前記部品ホルダー装置(120)に結合され、前記付加製造装置(10)のハウジング構造(50)にさらに結合された2つ以上の伸縮構造(170)をさらに含む、前記部品取り外しアセンブリ(80)を展開するステップ(244)を含み、前記切断作業(84)を実行するステップ(248)は、前記1つまたは複数の部品(22)の各々のベース(32)を切断するために、所定の数のレーザーパス(100)について、前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)の各々を前記部品ホルダー装置(120)の中心の周りで同時に回転させるように前記電磁作動システム(160)を使用するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法(240)。
  14. 前記切断レーザービーム(92)を送出することにより前記切断作業(84)を実行するステップ(248)は、前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)の各々を介して、前記切断レーザービーム(92)を送出することにより、前記切断作業(84)を実行するステップ(248)を含み、前記1つまたは複数のレーザービーム送出装置(90)は、レーザー切断装置(94)に結合された1つまたは複数のレーザーヘッド装置(96)、あるいは1つまたは複数の光学装置(110)の上方に配置されたレーザービームスプリッタ装置(116)に対して角度が付けられた前記1つまたは複数の光学装置(110)のうちの1つを含、前記レーザービームスプリッタ装置(116)は、前記レーザー切断装置(94)から前記切断レーザービーム(92)を受け取るように角度が付けられ、前記1つまたは複数の光学装置(110)は、1つまたは複数のミラーを含む、請求項11に記載の方法(240)。
  15. 前記構築プレート(28)上に前記1つまたは複数の部品(22)を構築するステップ(242)は、前記粉末(24)を用いて構築され、前記レーザーアセンブリ(60)を用いて前記構築プレート(28)に融着された1つまたは複数の支持構造(33)上に前記1つまたは複数の部品(22)を構築するステップ(242)をさらに含み、前記1つまたは複数の支持構造(33)は、1つまたは複数の支柱(33a)、1つまたは複数のペグ(33b)、あるいは1つまたは複数の突起(33c)を含む、請求項11に記載の方法(240)。
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