JP7486440B2 - Am装置に使用されるdedノズルおよびdedノズルに着脱可能なアダプタ - Google Patents
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Description
制御装置170は、AM装置100の各種の動作機構、たとえば上述のDEDヘッド200、各種の動作機構220などの動作を制御するように構成される。制御装置170は、一般的なコンピュータまたは専用コンピュータから構成することができる。
粉体を吹き飛ばさないように、DEDノズル250から供給するキャリアガスの圧力を小さくして、低速で粉体材料を供給しようとすると、造形点253に適切に粉体材料を供給できないという問題が生じる。
垂直距離:y[m]
水平距離:x[m]
重力加速度:g[m/s2]
DEDノズル250から粉体材料が出射する角度:θ[deg]
DEDノズル250から粉体材料が出射する速度:V[m/s]
とすると、ある粉体粒子が粉体口254aから出射され、時間t[s]後の粉体粒子の位置は、
x=X(t)=Vt×sin(θ)
y=Y(t)=-{(g/2)t2+Vtcos(θ)}
ただし、t=0は粉体粒子がDEDノズル250の粉体口254aを出射するとき
と表すことができる。なお、DEDノズル250から粉体材料が出射する速度Vは、キャリアガスが粉体口254aから放出される速度に等しいと仮定している。また、粉体材料が出射する角度θは、鉛直方向に対する角度である。
x=X(t)=Vt×sin(θ)
y=Y(t)=-Vtcos(θ)
となる。具体的には、図4の破線で示されるように、レーザー251が通る第1通路252および粉体材料が通る第2通路254の延長線が造形点253で交差するように設計される。
x=X(t)=Vt×sin(θ)
y=Y(t)=-{(g/2)t2+Vtcos(θ)}
となり、具体的には図4の一点鎖線で示されるようになる。そのため、DEDノズル250から粉体材料が出射する速度V[m/s]が小さい場合、粉体粒子は、意図している造形点253に供給されず、造形点253よりも下方の位置に供給されることになる。
垂直距離:-20mm
水平距離:7.25mm
に設計された従来のDEDノズルにおいて、
粒子の速度:V=20[m/s]
粒子の出射角度:θ=20[deg]
重力加速度:g=9.8[m/s2]
としたときの、粉体粒子の軌跡が図5に示されている。また、図5は、同条件で粒子の速度:V=1.0[m/s]としたときの粉体粒子の軌跡を示している。
おいて出射されたレーザー251に粉体材料が供給されて、適切な造形を行うことができる。これは、比較的に粉体粒子が高速で出射されるために、造形点253に到達するまでに重量の影響をあまり受けないからである。
垂直距離:-20mm
水平距離:7.25mm
の位置とし、
DEDノズル250から粉体材料が出射する速度:V=1.0[m/s]
とする場合、θ=22[deg]とすれば、造形点253でレーザーと粉体粒子とが交差する。図6は、かかる条件のときの粉体粒子の軌道を示すグラフである。
垂直距離:-20mm
水平距離:7.25mm
の位置とし、
DEDノズル250から粉体材料が出射する速度:V=0.5[m/s]
とする場合、θ=27[deg]とすれば、造形点253でレーザーと粉体粒子とが交差する。図7は、かかる条件のときの粉体粒子の軌道を示すグラフである。
垂直距離:-20mm
水平距離:7.25mm
の位置とし、
DEDノズル250から粉体材料が出射する速度:V=0.2[m/s]
とする場合、θ=45[deg]とすれば、造形点253でレーザーと粉体粒子とが交差する。図8は、かかる条件のときの粉体粒子の軌道を示すグラフである。
垂直距離:-20mm
水平距離:7.25mm
の位置とし、
DEDノズル250から粉体材料が出射する速度:V=0.15[m/s]
とする場合、θ=59[deg]とすれば、造形点253でレーザーと粉体粒子とが交差する。図9は、かかる条件のときの粉体粒子の軌道を示すグラフである。
ダプタ粉体通路304を備える。DEDノズル250の第1通路252およびアダプタ300のアダプタレーザー通路302を通ったレーザー251は、アダプタ300のアダプタレーザー口302aから放出される。また、DEDノズル250の第2通路254およびアダプタ300のアダプタ粉体通路304を通ったキャリアガスおよび粉体材料は、アダプタ300のアダプタ粉体口304aから放出される。
[形態1]形態1によれば、AM装置に使用されるDEDノズルが提供され、かかるDEDノズルは、DEDノズル本体と、前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射させるためのレーザー口と、前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射させるための粉体口と、前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、前記粉体通路および前記粉体口の向きは、前記粉体口から造形点までの距離、前記粉体口から出射される粉体材料の速度、および、重力加速度、に基づいて決定されている。
タ粉体口から出射された粉体およびアダプタレーザー口から出射されたレーザーが造形点で交差する、または、造形点より高い位置で交差する、ように構成されている。
250…DEDノズル
251…レーザー
252…第1通路
253…造形点
254…第2通路
259…ノズル本体
300…アダプタ
302…アダプタレーザー通路
304…アダプタ粉体通路
252a…レーザー口
254a…粉体口
302a…アダプタレーザー口
304a…アダプタ粉体口
Claims (13)
- AM装置に使用されるDEDノズルであって、
DEDノズル本体と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられたレーザー光を出射させるためのレーザー口と、
前記レーザー口に連通する、前記DEDノズル本体内をレーザー光が通過するためのレーザー通路と、
前記DEDノズル本体の先端に設けられた粉体材料を出射させるための粉体口と、
前記粉体口に連通する、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための粉体通路と、を有し、
前記粉体通路および前記粉体口の向きは、
前記粉体口から造形点までの距離、
前記粉体口から出射される粉体材料の速度、および
重力加速度、
に基づいて決定されている、
DEDノズル。 - 請求項1に記載のDEDノズルであって、
前記粉体口から出射される粉体材料の速度が0.3m/s以下として前記粉体通路および前記粉体口の向きが決定されている、
DEDノズル。 - 請求項1または2に記載のDEDノズルであって、
前記粉体口から出射された粉体およびレーザー口から出射されたレーザーは造形点で交差する、または、造形点より高い位置で交差する、ように構成されている、
DEDノズル。 - AM装置に使用されるDEDノズルに着脱可能なアダプタであって、
前記DEDノズルに取り付けられたときに、前記DEDノズルのレーザー通路に連通する、アダプタレーザー通路と、
前記アダプタレーザー通路を通ったレーザーを出射させるためのアダプタレーザー口と、
前記DEDノズルに取り付けられたときに、前記DEDノズルの粉体通路に連通する、アダプタ粉体通路と、
前記アダプタ粉体通路を通った粉体材料を出射させるためのアダプタ粉体口と、を有し、
前記アダプタ粉体通路および前記アダプタ粉体口の向きは、
前記アダプタ粉体口から造形点までの距離、
前記アダプタ粉体口から出射される粉体材料の速度、および
重力加速度、
に基づいて決定されている、
アダプタ。 - 請求項4に記載のアダプタであって、
前記アダプタ粉体口から出射される粉体材料の速度が0.3m/s以下として前記アダプタ粉体通路および前記アダプタ粉体口の向きが決定されている、
アダプタ。 - 請求項4または5に記載のアダプタであって、
前記アダプタ粉体口から出射された粉体およびアダプタレーザー口から出射されたレーザーが造形点で交差する、または、造形点より高い位置で交差する、ように構成されている、
アダプタ。 - AM装置に使用されるDEDノズルの設計方法であって、
DEDノズル本体の先端に設けられる粉体材料を出射するための粉体口の向き、および、前記DEDノズル本体内を粉体材料が通過するための、前記粉体口に連通する粉体通路の向きを、
前記粉体口から造形点までの距離、
前記粉体口から出射される粉体材料の速度、および
重力加速度、
に基づいて決定する、
方法。 - 請求項7に記載の方法であって、
前記粉体口から出射される粉体材料の速度が0.3m/s以下として前記粉体通路および前記粉体口の向きを決定する、
方法。 - 請求項7または8に記載の方法であって、
前記粉体口から出射された粉体およびレーザー口から出射されたレーザーは造形点で交差する、または、造形点より高い位置で交差する、ように前記粉体通路および前記粉体口の向きを決定する、
方法。 - AM装置に使用されるDEDノズルに着脱可能なアダプタの設計方法であって、
DEDノズル本体の先端に取り付けられた状態で、粉体材料を出射するためのアダプタ粉体口の向き、および、前記アダプタ粉体口に連通するアダプタ粉体通路の向きを、
前記アダプタ粉体口から造形点までの距離、
前記アダプタ粉体口から出射される粉体材料の速度、および
重力加速度、
に基づいて決定する、
方法。 - 請求項10に記載の方法であって、
前記アダプタ粉体口から出射される粉体材料の速度が0.3m/s以下として前記アダプタ粉体通路および前記アダプタ粉体口の向きを決定する、
方法。 - 請求項10または11に記載の方法であって、
前記アダプタ粉体口から出射された粉体およびアダプタレーザー口から出射されたレーザーが造形点で交差する、または、造形点より高い位置で交差する、ように前記アダプタ粉体通路および前記アダプタ粉体口の向きを決定する、
方法。 - 請求項1から3のいずれか一項のDEDノズル、または請求項4から6のいずれか一項のアダプタ、を有するAM装置。
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