JPWO2020194149A5

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Publication number: JPWO2020194149A5
Application number: JP2021547262A
Authority: JP
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2040-03-20

Description

好ましい例では、歳差運動に実質的に対応する周期的な振動の動きがレーザービームに付与される。そのような歳差運動の各サイクルにでは、レーザービームの焦点スポットが、例えば、円形パターン、楕円形パターン、線形パターン、および８の字形状のパターンから選択される予め設定されたパターンを描く。上記パターンのリストは、ここで議論されている解決策が、得られるトレースの深さと幅とが切り離されるように、トレースの幅に実質的に対応する幅を有する見かけのスポットにより生産されたものと等しいトレースの幅を得るために、動的な動きを付与するのに適した任意の他のパターンの使用方法を教示している限りにおいて、単に例示であることに留意されたい。

図８に例示されているように、例えば、
部分Ａ）に示されているように、速度Ｖで並進したときに、エピサイクロイド光路ＬＰ_Ａを形成する円形パターンｌを得ることができる。このような円形パターンは、例えば、第１ミラーＭ１を正弦関数に従って動かし、第２ミラーＭ２を余弦関数に従って動かす（またはその逆）ことで得られる；
部分Ｂ）に示されているように、速度Ｖで並進したときに、並進された楕円の形状を有する螺旋状の光路ＬＳ_Ｂを形成するエピサイクロイド光路パターンＬ_Ｂを得ることができる；
部分Ｃ）に示されるように、速度Ｖで並進したときに、Ｖ形状の光路ＬＳ_Ｃを形成する線形パターンＬ_Ｃを得ることができる。このような線形パターンは、例えば、２つのミラーのうちの１つだけ、例えば第２ミラーＭ２だけを、ミラーの向きを変えられる２つの最大角度の間のすべての位置を取り得るように動かすことで得られる。；
部分Ｄ）に示されるように、速度Ｖで並進したときに、二重螺旋を形成する８の字形状のパターンＬＰ _Ｄが得られる。

Claims

付加製造のための方法であって、
付加製造ヘッド（１２）が、粉末、特に金属粉末の１以上の粉末ジェット（ＰＪ）を作業面（１１０）の領域（ＰＤ）に向けることと、
前記付加製造ヘッド（１２）が、前記領域（ＰＤ）にレーザービーム（Ｌ）を同時に向けて、前記領域（ＰＤ）上に前記レーザービーム（Ｌ）の焦点スポット（ＬＳ）を形成することと、
前記粉末ジェット（ＰＪ）および前記レーザービーム（Ｌ）を前記領域（ＰＤ）に向けている間に、前記焦点スポット（ＬＳ）により前記粉末に伝達されるパワー（Ｄ）の結果として前記粉末が溶融することにより得られるトレース（ＭＰＰ）を生じさせるように、前記付加製造ヘッド（１２）が前記レーザービーム（Ｌ）の方向と交差する方向に同時に並進（１０１２）することと
を含み、
前記交差する方向における前記付加製造ヘッド（１２）の並進（１０１２）の間に、前記付加製造ヘッド（１２）に対する動的な動きがヘッド（１２）により放射される前記レーザービーム（Ｌ）に付与（１０１４）され、
前記動的な動きは、前記レーザービーム（Ｌ）の前記焦点スポット（ＬＳ）の大きさに依存せず、前記トレース（ＭＰＰ）の幅（ｃ）に対応する幅を有する見かけのスポットの単純な並進によって生成されるものと同等の前記トレース（ＭＰＰ）の幅（ｃ）が得られるように、構成されており、
前記動的な動きは、前記レーザービーム（Ｌ）によって前記トレース（ＭＰＰ）に伝達されるパワー（Ｄ）の分布が前記トレース（ＭＰＰ）の幅（ｃ）の方向に沿って変化するように、構成されている、方法。
前記レーザービーム（Ｌ）に付与された動きは、前記粉末が前記トレース（ＭＰ，ＭＰ’）の中央領域においてより高いレベル（ｑ、ｑ’）で蓄積される傾向があるにも関わらず、前記幅（ｃ）と比較して相対的に小さく、予め設定され制御された深さ（ｈ）を有する前記トレース（ＭＰＰ）が得られるように、前記トレースの中央領域が前記レーザービーム（Ｌ）から、前記トレースの側方領域よりも低いパワーを受けるようになっている、請求項１に記載の方法。
前記レーザービーム（Ｌ）に付与（１０１４）された前記動的な動きは、各サイクルにおいて前記レーザービーム（Ｌ）の前記焦点スポット（ＬＳ）が予め設定されたパターン（ＬＰ）を描くような周期運動である、請求項１または２に記載の方法。
前記レーザービーム（Ｌ）に付与（１０１４）された前記動的な動きは、動的な振動（ω）の運動である、請求項１または２に記載の方法。
前記レーザービーム（Ｌ）に付与（１０１４）された前記動的な動きは、歳差運動に実質的に対応する振動（ω）の周期運動であり、前記歳差運動の各サイクルにおいて、前記レーザービーム（Ｌ）の前記焦点スポット（ＬＳ）は、予め設定されたパターン（ＬＰ）を描く、請求項４に記載の方法。
前記予め設定されたパターンは、円形パターン（Ｌ_Ａ，ＬＰ_Ａ）、楕円形パターン（Ｌ_Ｂ，ＬＰ_Ｂ）、線形パターン（Ｌ_Ｃ，ＬＰ_Ｃ）、および８の字形状のパターン（Ｌ_Ｄ，ＬＰ_Ｄ）を備える複数のパターンの中から選択される、請求項３または５に記載の方法。
前記付加製造ヘッド（１２）の並進速度（Ｖ）および／または前記レーザービーム（Ｌ）の前記焦点スポット（ＬＳ）が前記レーザービーム（Ｌ）の振動の各サイクルにおけるパターン（ＬＰ）を描くときの速度（ω）は、前記トレース（ＭＰＰ）の前記幅（ｃ）の方向において、前記レーザービーム（Ｌ）により前記トレース（ＭＰＰ）に伝達される所望のパワー（Ｄ）の分布が得られるように、予め決定されている、請求項１に記載の方法。
前記パターン（ＬＰ）、前記付加製造ヘッド（１２）の並進速度（Ｖ）、および／または前記レーザービーム（Ｌ）の前記焦点スポット（ＬＳ）が前記レーザービーム（Ｌ）の振動の各サイクルにおける前記パターン（ＬＰ）を描くときの速度（ω）は、前記トレース（ＭＰＰ）の前記幅（ｃ）の方向に対して、前記レーザービーム（Ｌ）により前記トレース（ＭＰＰ）に伝達される所望のパワーのプロファイル（Ｄ）が生じるように、選択される、請求項７に記載の方法。
付加製造のためのシステムであって、
作業面（１１０）の領域（ＰＤ）に１以上の金属粉末のジェット（ＰＪ）を向けるための１以上のノズル（３４）と、前記金属粉末のジェットを向けるのと同時に前記領域（ＰＤ）にレーザービーム（Ｌ）を向けて前記領域（ＰＤ）にレーザービーム焦点スポット（ＬＳ）を形成するレーザービーム集光・方向付け装置とを有する付加製造ヘッド（１２）を備え、
前記付加製造ヘッド（１２）は、前記金属粉末のジェット（ＰＪ）および前記レーザービーム（Ｌ）を向けている間に、前記レーザービームの放射方向の横方向に並進（１０１４）するように構成されており、
前記付加製造ヘッド（１２）は、
放射する前記レーザービームを方向付けるレーザービーム方向付け装置（１２ｄ）と、
前記付加製造ヘッド（１２）の並進（１０１４）の動きを制御し、前記レーザービーム方向付け装置（１２ｄ）を制御する少なくとも１つの電子コントローラと
を備え、
前記少なくとも１つの電子コントローラは、前記横方向における前記付加製造ヘッド（１２）の並進の間に、前記付加製造ヘッド（１２）により放射された前記レーザービーム（Ｌ）に前記付加製造ヘッド（１２）に対する動的な動きを付与（１０１４）するために、前記レーザービーム方向付け装置（１２ｄ）を制御するように構成されており、
付与された動的な動き（１０１４）は、前記レーザービーム（Ｌ）の焦点スポット（ＬＳ）の大きさに依存せず、トレースの幅（ｃ）に対応する幅を有する見かけのスポットの単純な並進によって生成されるものと同等の前記トレースの幅（ｃ）が得られるように、構成されており、
付与された動的な動きは、前記レーザービーム（Ｌ）によって前記トレース（ＭＰＰ）に伝達されるパワー（Ｄ）の分布が前記トレース（ＭＰＰ）の幅（ｃ）の方向に沿って変化するように、構成されている、システム。
前記レーザービーム（Ｌ）に付与（１０１４）された前記動的な動きは、動的な振動（ω）であり、
前記動的な動き（ω）は、前記レーザービーム（Ｌ）の焦点スポット（ＬＳ）の大きさに依存せず、前記トレース（ＭＰＰ）の幅（ｃ）に対応する幅を有する見かけのスポットにより生成されるものと同等の金属トレースの幅（ｃ）を得るように構成されており
前記動的な動き（ω）は、前記レーザービーム（Ｌ）から前記トレース（ＭＰＰ）に伝達されるパワー（Ｄ）の分布が前記トレースの幅（ｃ）の方向に沿って変化するように構成されて９いる、請求項９に記載のシステム。
前記レーザービーム方向付け装置（１２ｄ）は、
前記レーザービーム（Ｌ）の光路に沿って順に配置され、互いに直交する軸（α，β）を中心にそれぞれ揺動するように取り付けられた一対のミラー（Ｍ１，Ｍ２）と、
前記ミラー（Ｍ１，Ｍ２）のそれぞれの揺動運動をそれぞれ制御する２つのアクチュエータ装置（Ａ１，Ａ２）と
を備える、請求項９に記載のシステム。
前記１以上のノズル（３４）は、各アクチュエータを介して方向付けられる、請求項９に記載のシステム。
前記レーザービーム方向付け装置（１２ｄ）は、好ましくは回転プリズムおよび／または適応型コリメーターを含む複数の光学部品を備える、請求項９に記載のシステム。