NO824350L - Fremgangsmaate for fremstilling av produkter ved bruk av holografiteknikk og innretning derfor - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en prosess for direkte fremstilling av ønskede produkter ved bruk av holografiteknikk som muliggjør geometrisk sammenstilling av informasjoner og også til en innretning derfor.

Konvensjonelle maskinverktøy som tidligere er frem-kommet har vært basert på fremstillingsprosesser hvor et mine-ralsk råmateriale smeltes og rafineres for å fremstille et material, som støpes til en bestemt form og deretter maskine-res ved hjelp av snittverktøy eller laser og selve maskinverk-tøyene har hatt en begrenset mulighet til utførelse av arbei-det. Noen konvensjonelle maskinverktøy. har derfor gitt vans-keligheter ved å fremstille produkter med kompliserte indre utforminger eller topologiske konstruksjoner direkte på grunn av de iboende begrensninger ved konstruksjonstrinnet.

Denne oppfinnelse har løst ulempene som de konvensjonelle maskinverktøy har innebygget. Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny prosess og innretning for fremstilling av produkter ved å benytte konstruksjonsinformasjonen for produktene som en dobbeltkrum energidistri-busjon ved bruk holografi, dvs. teknologien i forbindelse med datorbasert holografi som valgfritt kan realisere romfordelingen av bølgeenergier som eksempelvis elektromagnetiske og lydbølger og ved realisering av konstruksjonsinformasjonen som er gjort i rommet ved bruk av forskjellen mellom nivåene for bølgeenergien i romfordelingen, vanligvis den resulterende temperaturdifferanse som forårsaker sublimasjon av det ønskede materiale i gassform. Ved den foreliggende oppfinnelse kan produkter med kompliserte indre konstruksjoner eller topologiske konstruksjoner eller meget små produkter fremstilles på en enkel og direkté måte.

Figur 1 viser et perspektivriss av et søyleformet produkt som er valgt som et reelt bilde for datorstyrt holografi, figur 2 viser et perspektivriss av romformen av et produkt som en invers romform av et holografisk bilde, figur 3 viser et perspektivriss med fremgangsmåten for tverrlag, figur 4 viser forstørret et tverrsnitt av den indre konstruksjon på figur 3, figur 5 viser et tverrsnitt av en utførelse av innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse, tilsvarende A-A på figur 6, figur 6 viser et vertikalsnitt av innretningen ifølge oppfinnelsen, figur 7 viser et frontriss av en annen utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen og figur 8 viser et snitt langs linjen B-B på figur 7.

Den foreliggende oppfinnelse vil tydeliggjøres av den etterfølgende beskrivelse i henhold til tegningen.

Generelt kan holografi ved bruk av laser syntetisere tredimensjonale reelle bilder i rommet. Den foreliggende oppfinnelse er basert på dette prinsipp hvor konstruksjonsdata for et produkt bearbeides av en dator for å frembringe et fik-sert, temporært eller kontinuerlig varierende hologram ved å innføre konstruksjonsdata, idet hologrammet tillates å være et reelt bilde som et hologram betegnet som datorhologram ved eksempelvis å utstråle et koherent lys i det tredimensjonale rom som informasjon om produktets virkelige geometriske stør-relse og det valgte produkt fremstilles ved å omforme det reelle bilde til et virkelig stoff.

Fremstillingen av hologram og utstrålingen av et koherent lys til hologrammet er kun en fremgangsmåte for å repro-dusere konstruksjonsdata for produktet i det ønskede tredimensjonale rom og det er også mulig å benytte andre fremgangsmåter for å realisere disse konstruksjonsdata.

Det grunnleggende prinsipp for å materialisere det virkelige bilde som en geometrisk informasjon er bruken av temperaturdifferansen i rommet som fremkommer av holografiet. Her har den del av laserstrålen som har lav densitet en relativt lav temperatur og den del som har høy densitet har en relativt høy temperatur. Når derfor laserstrålers temperaturdifferanse fremstilles i vakuum ved hjelp av holografi og det gassformede materiale som fylles i disse rom, avkjøles fra en side, sublimeres materialet, eller krystalliseres,-i rommet ved en relativt lav temperatur og i det vesentlige som rommets form. Da her rommet hvor materialet substansieres tilsvarer rommet med en lav temperatur, vil det inverse rom 3 av det reelle holografibilde (den virkelige billeddel har en høy temperatur på grunn av at laserstrålen har en høy densitet) være rommet med en lav temperatur. Dette vil si at det virkelige bilde igjen av produktet (rommet med en høy temperatur) fremstilles i det virkelige bilde.

Når det fordampede materiale krystalliseres må det sikres at dampen sublimeres (fra gass til faststoff) og ikke smelter (eller overføres til væskeform) i krystallisasjons-prosessen. Dette av to grunner. For det første er det van-skelig å styre væsken ved prosessen og innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Den andre grunn er at krystallene etter å ha passert væsketilstanden har andre egenskaper enn materialet.

For å få dampen til å sublimere er det derfor nød-vendig å sikre nøyaktig å styre "kjølekontrollen" og "oppvarmingskontrollen". Dette er også viktig for å oppnå nøyaktig form av produktet, dvs. at dersom den materialiserte del av produktet vokser i en irregulær form i uønskede soner, sublimeres en slik del, eller overføres til gassform ved oppvarming for å opprettholde den regulære form.

Kjølekontrollen styres som følger: Ledningsevnen utnyttes for å kjøle den krystalliserte sone og krystallene som dannes kjøles fra én ende. Den relative kjøleeffekt kan oppnås ved å unngå å tilføre laserstråler eller gassformede materialer til sonen.

Oppvarmingskontrollen styres på følgende måte: Opp-varmingen utføres i den virkeliggjorte del av laserstrålens holografi. I dette tilfellet benyttes fremgangsmåten for "begrenset romoppvarming" som en fremgangsmåte for energispa-ring ved oppvarming for å hindre irregulær vekst av krystallene i allerede materialiserte deler. Som figur 4 viser^kan veksten av irregulære krystaller styres ved oppvarming av rommet 10 som omgir den krystalliserte del 9. Når den delvise svekkelse av laserstråler fra ulike retninger må unngås på grunn av gjensidig interferens, benyttes fremgangsmåten med "pulslaserstråler" eller fremgangsmåten med "etterfølgende åvsøking for forskyvning av det oppvarmede rom", eller en kom-binasjon av disse.

Der foreligger to fremgangsmåter for å tilføre laserstråler til det ønskede rom. Den første metode er "fremgangsmåten ved ultrakortbølge-laserholografi, som eksempelvis gamma-stråleholografi" og det virkelige bilde kan fremstilles i det ønskede rom hvor den trenger gjennom allerede krystallisert og materialisert rom ved bruk av slik holograf i. som har permeabilitet..

Den andre metode er "fremgangsmåte ved bruk av reflek-terte stråler mot overflaten av den materialiserte del". Som figur 4 viser reflekteres strålene med lys 11 som faller inn fra åpningen som omgir produktet, fra overflaten av de indre krystaller og når ulike deler. Grunnen til at denne fremgangsmåte er effektiv er at laserstrålenes bane som reflekteres, kan beregnes på grunn av den form som er frembragt av dator-laserholografiet i form av konstruksjonsinformasjon.

"Tverrlamingeringsmetoden" er hensiktsmessig for produkter med kompliserte indre konstruksjoner eller store produkter. Som figur 3 viser er dette fremgangsmåten for fremstilling av produktet 4 ved materialisering av tverrsnittene 5 med en tykkelse på A z og ved å la disse tverrsnitt vokse suksessivt som størkningssøyle. Denne fremgangsmåte er også effektiv for å justere krystallenes kvalitet ved ensartet å tilføre gassformet materiale og ved å styre krystallisasjons-hastigheten.

For å lette bearbeidningen kreves anordninger for å hindre vibrasjoner for å kunne fremstille et nøyaktig bilde i fastlagt område av rommet og å kunne la.materialet krystal-lisere på dette.sted. For å tilfredsstille disse krav har konstruksjonen en antivibrasjons-støttemekanisme med bruk av tredimensjonalt oppheng (patentsøknad 56-025421) som mulig-gjør ekspansjon og sammentrekning med en tilbakeførende kraft til tredimensjonale retninger.

Et eksempel på holografiske maskinverktøy som bruker de ovenfor beskrevne fremgangsmåter beskrives i det etterføl-gende i henhold til tegningen. -

Figur 5 viser et riss med hoveddelen av eksemplet

(et riss ifølge A-A av eksemplet vist på figur 6) og figur 6 viser et vertikalsnitt av samme. Et bord 13 på hvilket produktet 18 er plassert, er installert i midten av et arbeidskammer 12 (dvs. et -vakuumkammer) . Produktets konstruks jons-inf ormas jon er romfordelt ved hjelp av laserstråler 21 som stråler ut fra laserholografilinser 15 installert på kammerets 12 indre vegg og det gassformede materiale stråles ut fra matemunnstykket 16 for gassformet materiale mot det spesifiserte rom. Det gassformede materiale oppsamles i oppsamlingsmunn-stykket 17 for gassformet materiale og stråles igjen ut fra

matemunnstykket 16 for gassformet materiale etter justering av temperaturen. Figur 5 og 6 viser fremgangsmåten ved en materialisering av en del av en tykkelse på A z ved hjelp av "tverrlaminasjonsmetoden" og for å la delen vokse som størk-ningssøyler. Figur 6 viser produktet i tre deler: den del 20 som allerede er materialisert, deri del 19 som materialiseres og den del 18 som skal materialiseres. Lederen 14 er forbundet med den del 20 som allerede er materialisert for å kjøle produktet. Bordet 13 beveges opp og ned for justering av produktets plassering og virker også som en heis for å ta ut produketet fra arbeidskammeret 12.. Når produktet fremstilles av flere materialer som eksempelvis legeringer, benyttes gassformede, blandede materialer. Når en del av produktet fremstilles av. et annet materiale mates de gassformede materialer med en tidsdifferanse, eller ved en annen fremgangsmåte,,tilføres de gassformede mate-"rialer til ulike rom.

Med hensyn til arbeidskammerets 12 og andre delers varmemotstand når det gassformede materiales densitet som eksempelvis et metall, er liten, kreves ikke høy varmemotstand på grunn av en liten varmemengde. Ettersom produksjonshastigheten imidlertid øker kreves større varmemotstand.

Utførelsen av innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter: (1) en innretning for fremstilling av produkter i et spesielt arbeidskammer 12, dvs. et vakuumkammer som vist på figur

5 og 6,

(2) en innretning for fremstilling i vanlig atmosfære eller i vakuumrom uten bruk av et vakuumarbeidskammer, og (3) en innretning med ét topologisk vakuum-arbeidskammer mellom ovenfor nevnte punkter (1) og (2) på figur 7 og 8.

Utførelser av prosessen for å.materialisere det virkelige bilde av et hologram som styrer krystalliseringen av gassformede materialer omfatter: (1) En fremgangsmåte som benytter elektromagnetisk holografi, (2) en fremgangsmåte som benytter lydbølgeholografi (da lyd-bølger ikke beveger seg i et vakuum, benyttes et medium som eksempelvis en inertgass eller en del av det produkt som allerede er materialisert, som leder for lydbølgene), (3) en fremgangsmåte som benytter elektro-stråleholografi.

Innretningen ifølge deri foreliggende oppfinnelse er hensiktsmessig som et maskinverktøy som gir enkel og ønsket produksjon av ender med' kompliserte indre konstruksjoner eller topologiske konstruksjoner, eller små produkter som det ikke har vært mulig å fremstille ved hjelp av konvensjonelle maskin-verktøy. Ved bruk av den foreliggende oppfinnelse kan det for-ventes frihet og variasjon innenfor produktenes konstruksjons-utforming.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av produkter ved bruk av holograf iteknikk., karakterisert ved å benytte konstruksjonsinformasjonen for produktene som tredimen-sjonal distribusjon av energi ved bruk av holografiteknikk som kan etablere den romlige distribusjon av bølgeenergier som eksempelvis elektromagnetiske og lydbølger i et spesielt tredimensjonalt romområde, og materilisasjon av den romlige konstruksjonsinformasjon for produktene ved sublimasjon av et materiale i gassform ved bruk av en forskjell i energinivåene for bølge-energiene i den romlige distribusjon, vanligvis temperaturdifferansen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å benytte en teknologi kjent som datorholografi som holografisk teknologi.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved å hindre vekst av irregulære krystaller i den materialiserte del ved oppvarming av det begrensede område som omgir kun den krystalliserte del.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved å unngå delvis svekkelse av laserstrålene som utstråles fra. ulike retninger på grunn av interferens ved bruk av pulslåserstråler eller avsøkningsanordninger som suksessivt kan skifte mellom oppvarmingsområder, eller en kombi-nasjon derav.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved å danne et korrekt bilde i rommet som allerede er krystallisert og materialisert ved bruk av laserholo-grafi med ultrakorte bølger, som eksempelvis gammastrålelaser-holografi.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved å danne et konkret bilde i det ønskede rom ved bruk av stråler som reflekteres fra overflaten av den materialiserte del.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved . at materialiseringen av produkter foregår ved suksessiv sublimering av et gassformet materiale som stør-kede søyler ved bruk av tverrlamineringsmetoden.

8. Innretning for fremstilling av produkter ved bruk av holografiteknikk, karakterisert ved at et bord (13) for plassering.av produktet er anordnet tilnærmet i senter av et arbeidskammer (12), en eller flere laserhologra-fiske strålingsanordninger (15) for stråling av laserstråler (21) inn i arbeidskammeret (12)•er anordnet på indre vegger av arbeidskammeret . (12) at en eller flere matemunnstykker (16) for gassformet materiale er anordnet for innsprøyting av et gassformet materiale mot det ønskede rom og at en eller flere oppsamlingsmunnstykker (17) for gassformet materiale er anordnet for oppsamling av overskytende gassformet materiale i rommet, idet bordet (13) har en leder (14) for styring av kjøl-ingen.

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at arbeidskammeret er et vakuumarbeidskammer.

10. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at arbeidskammeret er et topologisk vakuumarbeidskammer.