PT2909007T

PT2909007T - Dispositivo e procedimento para manufactura geradora de componentes

Info

Publication number: PT2909007T
Application number: PT147412027T
Authority: PT
Inventors: Eibl Florian; Hagedorn Yves-Christian; Jauer Lucas; Meiners Wilhelm
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2017-12-11
Also published as: EP2909007B1; EP2909007A1; DE102013011676A1; WO2015003804A1; JP6505022B2; US9827632B2; JP2016507377A; US20160114427A1

Description

DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PARA MANUFACTURA GERADORA DE COMPONENTES"

Dominio técnico de aplicação A presente invenção diz respeito a um dispositivo, bem como a um procedimento, para manufactura geradora de componentes baseada em laser.

Um exemplo para um procedimento de manufactura geradora baseada em laser é a assim chamada fusão selectiva a laser (SLM: Selectiv Laser Melting), com a qual podem ser fabricados camada-a-camada componentes funcionais. A fusão selectiva a laser e semelhantes procedimentos de manufactura geradora oferecem a possibilidade de manufacturar componentes com complexas geometrias (internas) que não podem ser fabricados com convencionais procedimentos de manufactura, como por exemplo procedimentos tecnológicos de fundição ou de maquinagem.

Na fusão selectiva a laser, o componente - com origem num modelo CAD 3D - é fatiado em camadas (tipicamente < 100 μΐη) por intermédio de um software especial. As informações do componente a ser assim produzido são então disponibilizadas à instalação de SLM através de formatos de dados estandardizados, e servem como base para o processo de manufactura. Como material de partida é geralmente utilizado um material em pó de grão fino, cujo tamanho de grão dso corresponde de preferência a um valor < 100 μΐη. Como materiais em pó, podem por exemplo ser usados metais, materiais cerâmicos ou plásticos. O material em pó é aplicado sobre uma plataforma de construção, através de uma unidade de revestimento, na requerida espessura de camada. Subsequentemente, as informações de camada digitalmente presentes do componente a ser produzido são transferidas para o leito em pó produzido, por intermédio de radiação laser focada, de modo a que somente sejam fundidas e solidificadas zonas definidas. Através de um abaixamento da plataforma de construção e de repetidas aplicações e fusões do pó, é produzido um componente tridimensional. Nas regiões não irradiadas, o pó mantém-se de forma não consolidada e pode ser purificado e reutilizado após conclusão do processo.

Tecnologia antecedente

Um exemplo para um dispositivo e um procedimento destinados a fusão selectiva a laser pode ser nomeadamente retirado do documento DE 196 45 865 Cl. Neste e noutros dispositivos já conhecidos, o raio laser para exposição luminosa das regiões das camadas de pó a serem fundidas é guiado, em relação ao plano de processamento, por intermédio de um scanner-galvanómetro. Como regra geral, a focagem ocorre através de uma lente F-Teta a jusante, ou através de um assim chamado Vario-Optics a montante do scanner. Até à data, as instalações disponibilizam tipicamente uma potência laser máxima de 400 W e dimensões de espaço de instalação nas direcções x e y iguais a 250 mm x 250 mm. No entanto, para uma ampla utilização industrial de um procedimento de manufactura deste tipo, tornam-se em primeiro lugar necessárias mais elevadas taxas de edificação, mais reduzidos tempos de trabalho não produtivo e maiores espaços de instalação.

Podem, em principio, ser alcançadas mais elevadas taxas de edificação através da utilização de mais elevadas potências laser. Quando a potência do laser é aumentada, ocorre no entanto a vaporização do material, devido à elevada intensidade no local de processamento, com a consequentemente forte formação de salpicos e fuligem, bem como soldadura em profundidade, o que conduz a um processo instável e correspondente má qualidade do componente. Por conseguinte, só poderão ser usadas potências laser mais elevadas em conjugação com maiores diâmetros de feixe. No entanto, isso leva à redução da qualidade superficial e da resolução em termos de detalhes. Por esse motivo, tem sido até à data usado o chamado principio de separação núcleo-invólucro ("Húlle-Kern-Prinzip") para utilização de mais elevadas potências laser. Neste caso, o invólucro do componente é processado com baixa potência laser (máximo de 400 W) e pequeno diâmetro de feixe (aproximadamente 100 μΐη) , para obtenção das requeridas qualidade superficial e resolução em termos de detalhes. O núcleo do componente é processado com maior diâmetro de feixe (aproximadamente 700 μΐη) e maior potência laser (lkW), para obtenção de maiores taxas de edificação. No entanto, uma mais elevada taxa de edificação só pode ser alcançada, com esta técnica, para componentes maciços com significativos volumes de núcleo. Além disso, esta técnica exige que os parâmetros de procedimento tenham de ser de novo estabelecidos para cada material, a fim de dimensionar à escala o processo relativamente à maior potência, respectivamente para cada nova classe de potência e cada novo diâmetro de feixe. Ao usar mais elevadas potências laser, pode também acontecer que já não se consigam manter constantes as altas velocidades de varrimento - superiores a 2 m/s - para este fim necessárias, devido à inércia dos espelhos de varrimento. Além disso, a intensidade da radiação laser sobre os componentes ópticos usados, aquando da utilização de lasers de modo único ("Single-Mode") de 1 kw, situa-se quase nos limites de destruição especificados pelo fabricante. Isso tem influência num considerável deslocamento térmico da posição do ponto focal, no tamanho do comprimento de Rayleigh.

No caso das instalações até à data conhecidas, um aumento do espaço de instalação requer uma ampliação do campo de varrimento. No entanto, o campo de varrimento dos scanners utilizados encontra-se basicamente limitado pelo ângulo de rotação máximo do espelho, bem como pela distância focal da lente de focagem utilizada. Só se conseguem portanto cobrir maiores espaços de instalação ao longo de múltiplos campos de varrimento com um scanner deslocável, ou com múltiplos scanners dispostos uns ao lado dos outros. No entanto, isso requer o desenvolvimento de novas estratégias de varrimento para construção sem defeitos de componentes em regiões de sobreposição dos campos de varrimento individuais, e significa uma parcela de custos significativamente maior para os componentes ópticos, no que diz respeito a maiores espaços de instalação.

Tanto o aumento da potência laser como a proliferação dos sistemas ópticos para ampliação dos espaços de instalação seguem a abordagem que consiste em encurtar o tempo de fabricação de componentes SLM, pelo facto de ser reduzido o efectivo tempo de exposição luminosa e, consequentemente, o tempo operacional do processo. No entanto, permanece neste caso constante o tempo de trabalho não produtivo, o qual corresponde essencialmente à soma da duração das aplicações individuais de pó. Este tempo de trabalho não produtivo é dimensionado à escala, aquando da convencional fusão selectiva a laser, com o número das camadas e a dimensão do espaço de instalação na direcção da aplicação do pó, e não pode ser usado para a exposição luminosa. 0 documento US 2003/0214571 Al descreve um dispositivo para manufactura geradora de componentes, em que são direccionados sobre um plano de processamento - uns ao lado dos outros - múltiplos raios laser separados uns dos outros, através de uma cabeça de processamento. Através de um dispositivo de movimentação, pode ser produzida uma deslocação relativa entre cabeça de processamento e plano de processamento, em planos paralelos entre si. Neste dispositivo, os raios laser separados uns dos outros são modulados em termos da intensidade através de um sistema de comando e de um dispositivo de modulação, de forma independente uns dos outros e em função da predeterminada geometria de componente. 0 objectivo da presente invenção consiste portanto em proporcionar um dispositivo, bem como um procedimento, para manufactura geradora de componentes baseada em laser, o que permite uma melhorada capacidade de dimensionamento à escala da cadeia de processamento, em relação à potência laser e tamanho do espaço de instalação, com menores custos do que as soluções até à data conhecidas.

Apresentação da Invenção 0 objectivo é alcançado com o dispositivo e o procedimento de acordo com as reivindicações 1 e 12. Vantajosas configurações do dispositivo bem como do procedimento constituem a matéria de facto das reivindicações dependentes, ou podem ser retiradas da descrição que se vai seguir, assim como dos modelos de realização exemplificativos.

Com o dispositivo proposto, o processamento respectivamente, a exposição luminosa - do material deixa de ocorrer por intermédio de um raio laser individualmente focado, mas sim por intermédio de múltiplos raios laser que podem ser modulados em termos de intensidade independentemente uns dos outros, os quais são direccionados sobre o plano de processamento através da cabeça de processamento, sendo de preferência focados no plano de processamento. Sob a designação de focagem, entende-se aqui uma redução da seção transversal de radiação do raio laser, em que o foco de radiação - isto é, a menor seção transversal de radiação - se pode situar do lado de dentro, ou até do lado de fora do plano de processamento. Graças à deslocação da cabeça de processamento em relação ao plano de processamento - ou do plano de processamento em relação à cabeça de processamento - os raios laser são colectivamente deslocados ao longo do plano de processamento, com o auxilio do dispositivo de movimentação. Através de correspondente modulação da potência, para diâmetro de focagem constante, e uma dai resultante modulação da intensidade dos raios laser individuais durante esta deslocação de exposição luminosa, nomeadamente ligando e desligando os respectivos raios laser, as dimensões do banho de fusão presente no plano de processamento são de tal maneira influenciadas que as regiões de material expostas à luz, após a sua solidificação, correspondem à geometria da região de componente a ser produzida.

De preferência, os raios laser individuais são direccionados sobre o plano de processamento, através da cabeça de processamento, de tal maneira que é globalmente obtida uma distribuição de intensidades estendendo-se longitudinalmente no plano de processamento. De acordo com a invenção, com a cabeça de processamento é gerada uma coerente distribuição de intensidades a partir dos raios laser, quando todos os raios laser forem ligados através do sistema de comando. Esta coerente distribuição de intensidades é de preferência concretizada sob a forma de uma linha laser, a qual é deslocada ao longo do plano de processamento por intermédio do dispositivo de movimentação, através de deslocamento da cabeça de processamento numa direcção perpendicular à linha laser. Sob a designação de uma coerente distribuição de intensidades, entende-se neste caso que a intensidade dentro da região exposta à luz não cairá para valores inferiores a 10% da intensidade máxima nesta região. Para este efeito, o dispositivo de movimentação apresenta de preferência um ou dois eixos de translação que correm perpendicularmente entre si, que podem por exemplo ser concretizados como eixos lineares e tornam possível uma correspondente deslocação da cabeça de processamento paralelamente ao plano de processamento. A cabeça de processamento também pode alternativamente ser deslocada em relação ao plano de processamento através de outros dispositivos de movimentação, por exemplo com auxílio de um braço robô. Por outro lado, em vez da cabeça de processamento, também o plano de processamento pode ser correspondentemente deslocado sob a cabeça de processamento.

Nestas circunstâncias, o conceito de exposição luminosa do dispositivo proposto encontra-se baseado no principio de uma cabeça de impressão, com a qual, através dos múltiplos raios laser dispostos uns ao lado dos outros, se provoca impacto numa área no plano de processamento, que é aumentada em relação à utilização de um único raio laser. Durante a deslocação da cabeça de processamento ou cabeça de impressão em correspondência com a desejada geometria de exposição luminosa, os raios laser individuais são dinamicamente modulados em termos da sua intensidade ou potência, sendo nomeadamente ligados e desligados de forma correspondente.

Graças a esta estrutura do dispositivo, pode-se dimensionar à escala de forma quase arbitrária a potência laser utilizada na cadeia de processamento, para aumento da taxa de edificação. 0 aumento da potência laser tem neste caso lugar através do aumento do número de raios laser simultaneamente utilizados e, consequentemente, através da ampliação - em particular alargamento - da distribuição de intensidades gerada no plano de processamento, através da cabeça de processamento. Um aumento no número de raios laser está associado a uma correspondente ampliação da cabeça de processamento. 0 aumento da taxa de edificação também pode ser conseguido pelo facto de se colocarem várias cabeças de processamento, umas ao lado das outras. Em ambos os casos, é aumentada a potência laser global, sem aumentar a potência - e, portanto, a intensidade - de uma localização laser ("Laser-Spot") individualmente gerada no plano de processamento por um raio laser. Como resultado, a taxa de edificação para cada material pode ser aumentada linearmente com a potência laser a ser instalada, sem terem de ser novamente estabelecidos os respectivos parâmetros de procedimento. Ao serem dispensados sistemas de varrimento com espelhos móveis, pode ser coberto qualquer desejado formato de espaço de instalação (por exemplo, quadrado, rectangular) com qualquer dimensão, sem adaptação do sistema óptico nem despesa adicional para componentes ópticos complexos. A adaptação ao tamanho do espaço de instalação ocorre simplesmente através da adaptação das distâncias de percurso do dispositivo de movimentação - por exemplo os eixos lineares de um dispositivo que trabalhe com eixos lineares - e/ou através do aumento do número dos raios laser e correspondente ampliação da cabeça de processamento. Nestas circunstâncias, a distribuição de intensidades gerada com a cabeça de processamento - de preferência, uma distribuição de intensidades em forma de linha - também pode ser produzida ao longo de toda a largura do espaço de instalação, de modo que, por exemplo no caso da fusão selectiva a laser, a exposição luminosa da camada de pó - através do percurso da cabeça de processamento - possa ter lugar com apenas um eixo de translação ao longo do eixo longitudinal do espaço de instalação. Mesmo no caso de uma distribuição de intensidades que não se estenda ao longo de toda a largura do espaço de instalação, existe a possibilidade de deslocar a cabeça de processamento ao longo do espaço de instalação numa única direcção. A deslocação da distribuição de intensidades na direcção que lhe é perpendicular pode então ocorrer através de um sistema de varrimento disposto na cabeça de processamento, em particular uma unidade móvel de deflexão de radiação (por exemplo, um espelho de scanner), que orienta a distribuição de intensidades nesta direcção ao longo do espaço de instalação.

Aquando da utilização do dispositivo proposto para procedimento de manufactura baseado em pó, como a fusão selectiva a laser, também podem ser significativamente reduzidos os tempos de trabalho não produtivo. Relativamente ao principio até agora conhecido, a aplicação de uma nova camada em pó ocorre, após a exposição luminosa de uma camada de componente, por intermédio de um dispositivo de aplicação de pó separado. Durante a aplicação de pó, não ocorre qualquer exposição luminosa e a fonte de radiação não é produtiva. Com o dispositivo aqui proposto e o procedimento associado, a aplicação de pó pode ocorrer em simultâneo com a exposição luminosa, pelo facto de a cabeça de processamento ser acoplada ao eixo para revestimento com pó, ou seja ao dispositivo de aplicação de pó. A cabeça de processamento segue para este efeito o eixo da aplicação de pó a uma distância fixa, de modo a que a aplicação de pó ocorra em simultâneo com a exposição luminosa, ou seja o processamento. Os tempos de trabalho não produtivo podem assim ser completamente eliminados.

Em comparação com os sistemas baseados em scanner conhecidos até à data, com o dispositivo proposto e com o procedimento associado o dimensionamento à escala do tamanho do espaço de instalação e da potência laser está associado a custos significativamente menores para o sistema óptico. Para o dimensionamento à escala do espaço de instalação, somente acrescem os custos adicionais para eixos lineares correspondentemente mais compridos, destinados à deslocação da cabeça de processamento. 0 dimensionamento à escala da potência laser é também significativamente mais económico de concretizar, através do aumento do número das fontes de radiação. Enquanto para o conceito baseado em scanner conhecido até à data, a qualidade de radiação dos lasers de modo único se torna necessária para alcançar o tamanho de foco requerido, para campo de varrimento tão grande quanto possível (através de grandes distâncias focais da lente de focagem), no dispositivo proposto a focagem pode ocorrer com menores distâncias focais das lentes, de modo que se oferece a possibilidade de utilização de lasers de díodo de baixo custo, como fontes de radiação. 0 dimensionamento à escala da potência laser pode ocorrer linearmente em unidades de um laser de díodo. Não são adicionalmente necessários componentes ópticos para o dimensionamento à escala. Para certas aplicações, por exemplo para a sinterização a laser de polímeros, também podem ser usados lasers semicondutores de emissão superficial (VCSEL: Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) para concretização da distribuição de intensidades, respectivamente de um campo de localizações.

No dispositivo proposto, a montagem de lasers também pode ser basicamente integrada directamente na cabeça de processamento, especialmente aquando da utilização de lasers de diodo. 0 dispositivo proposto e o procedimento associado também oferecem a possibilidade de sucessivamente gerar múltiplas linhas laser ou localizações de linha na direcção de deslocação da cabeça de processamento, e por conseguinte constituir uma correspondente distribuição de intensidades, respectivamente um campo de localizações. Com essa distribuição de intensidades pode então ser ajustada e ser produzida no material, durante o cruzamento de um local de processamento com as múltiplas localizações colocadas umas após as outras, uma mais desejável curva temperatura-tempo. Uma curva temperatura-tempo deste tipo pode por exemplo ser usada para o processamento de materiais susceptiveis de rotura, que até à data não podiam ser processados sem roturas - aquando do processamento com um único ponto -devido às tensões induzidas termicamente.

De preferência, no caso do dispositivo proposto é utilizada uma cabeça de processamento que apresenta uma ou mais ópticas de focagem, ou seja, uma ou mais lentes de focagem ou sistemas de lentes, através das quais são focados os raios laser no plano de processamento. De preferência, a cabeça de processamento apresenta para esse fim um conector de fibra óptica para cada um dos raios laser, o qual pode então ser ligado com a montagem de lasers através de uma fibra óptica. A montagem de lasers pode por exemplo apresentar múltiplos lasers de díodo acoplados a fibras, para geração dos raios laser separados uns dos outros. Obviamente que também são possíveis outros tipos de lasers para a geração de raios laser. 0 controlo da intensidade ou potência nos raios laser individuais é então efectuado através de comando do correspondente laser. Existe também a possibilidade de dividir o raio laser de uma fonte de radiação individual em várias radiações parciais, as quais são então direccionadas sobre o plano de processamento através da cabeça de processamento. Torna-se então neste caso necessário um adicional elemento de modulação em cada uma das trajectórias de radiação dos raios laser individuais, a fim de obter a correspondente modulação. Uma divisão de um raio laser em várias radiações parciais também pode ocorrer na própria cabeça de processamento.

No dispositivo proposto, está previsto um equipamento para alimentação e/ou aspiração de gás de protecção, por cima do plano de trabalho, transportado conjuntamente com a cabeça de processamento. A fusão do material em pó durante a fusão selectiva a laser tem lugar numa câmara fechada que é atravessada pelo escoamento de um gás inerte. 0 gás inerte impede a oxidação do material fundido. 0 escoamento provoca adicionalmente uma remoção de emissões (salpicos, fuligem) para fora da região de interacção. Para uma mesma qualidade de componente e independentemente da posição do componente no espaço de instalação, torna-se necessário um escoamento homogéneo ao longo de todo o espaço de instalação. A concretização desta medida torna-se cada vez mais dispendiosa à medida que os espaços de instalação vão crescendo. Através do acoplamento do equipamento para alimentação e/ou aspiração de gás de protecção na cabeça de processamento, pode ser alcançado um adequado escoamento local na região de interacção. 0 equipamento para alimentação e/ou aspiração de gás de protecção pode para esse efeito apresentar, por exemplo, um ou mais bocais, e está de preferência fixado na cabeça de processamento. Basicamente, também podem ainda outros elementos ser localmente transportados conjuntamente com a cabeça de processamento, por exemplo sistemas para monitorização de processo on-line, a qual, nos dispositivos conhecidos até à data, teria de ser dispendiosamente executada através de disposição coaxial em relação ao sistema óptico dos lasers de processamento.

No procedimento proposto que é implementado com o dispositivo proposto, é portanto gerada num plano de processamento uma distribuição de intensidades - a partir de múltiplos raios laser separados - que se estende longitudinalmente e se desloca perpendicularmente à extensão longitudinal ao longo do plano de processamento. Os raios laser individuais são para esse efeito modulados em termos da intensidade - nomeadamente, ligados e desligados - durante a deslocação, em função do processamento desejado e de forma independente uns dos outros. Através da disposição escolhida para as localizações laser individuais, do seu diâmetro e da modulação da potência, a distribuição de densidade de potência que foi provocada irá variar em termos de espaço e de tempo, de tal maneira que, no campo de temperaturas ajustado no material, as dimensões do banho de fusão resultante estão adaptadas à geometria do componente a ser produzido. Em contraste com a tecnologia antecedente, torna-se possível através da invenção proposta que as dimensões do banho de fusão - nos valores de comprimento, largura e profundidade - sejam ajustadas de forma independente umas das outras, e sejam dinamicamente alteradas durante o processamento.

Graças à modulação da intensidade dos raios laser individuais, de forma independente uns dos outros, é alcançada a desejada geometria de exposição luminosa no plano de processamento. São assim expostos ao longo do leito de pó, no caso de fusão selectiva a laser ou sinterização a laser e durante a deslocação da distribuição de intensidades que se estende longitudinalmente, somente cada um daqueles pontos, ou pequenas áreas através de localizações laser, que se localizam no interior de uma região de pó pertencente ao sector de componente a ser fabricado na camada actual. A modulação da intensidade ou da potência também pode ser implementada de tal forma que a intensidade no plano de processamento, em vez de ser desligada, seja apenas reduzida a um valor suficientemente baixo para o qual já não ocorra qualquer fusão do material. 0 procedimento também pode em princípio ser implementado com um dispositivo que possa conduzir, em relação ao plano de processamento, a linha laser constituída a partir dos raios laser individuais, por intermédio de um sistema de varrimento - por exemplo constituído a partir de espelhos móveis. Isso reduz de facto o tamanho do espaço de instalação trabalhável, tendo embora a vantagem de aumentar a potência laser e encurtar o processo de edificação. A distribuição de intensidades que se gera estendendo-se longitudinalmente, em particular a linha laser, pode para esse efeito estender-se com o seu eixo longitudinal paralelamente à direcção de aplicação de pó, daqui em diante identificada como direcção y, sendo então de preferência deslocada em forma de meandros em relação ao leito de pó. A distribuição de intensidades também pode ocupar - com seu eixo longitudinal - toda a largura do espaço de instalação, necessitando portanto de apenas uma deslocação em linha recta perpendicular ao eixo longitudinal, isto é, uma deslocação na direcção y (direcção da aplicação de pó), em relação ao leito de pó. Pode neste caso ocorrer a aplicação de pó paralelamente à exposição luminosa, através de um dispositivo de aplicação de pó desviado da direcção de deslocação. Mesmo no caso de uma menor expansão da distribuição de intensidades, pode ocorrer uma simultânea aplicação de pó deste tipo. A deslocação do dispositivo de aplicação de pó está para este efeito acoplada com o componente y da deslocação da distribuição de intensidades, ou seja, da cabeça de processamento. 0 procedimento proposto pode ser principalmente usado no domínio dos procedimentos de manufactura geradora baseados em pó, por exemplo destinados à fusão selectiva a laser ou sinterização a laser. No que diz respeito aos domínios de aplicação, referem-se em particular a produção de componentes metálicos, componentes em material cerâmico, ou componentes em polímeros, destinados às indústrias aeroespacial, automóvel e energética, bem como à tecnologia médica e à fabricação de ferramentas.

Breve Descrição dos Desenhos 0 dispositivo proposto e o procedimento associado serão seguidamente e mais uma vez explicados em maior detalhe, fazendo referência a exemplificativos modelos de realização em ligação com os desenhos. Nos desenhos: a Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma cabeça de processamento do dispositivo proposto, para geração de uma distribuição de intensidades num plano de processamento a partir de múltiplas localizações laser; a Figura 2 mostra um exemplo para uma estrutura do dispositivo proposto; a Figura 3 mostra uma representação esquemática da exposição luminosa de uma camada de componente, com o dispositivo proposto; e a Figura 4 mostra um outro exemplo para uma estrutura do dispositivo proposto.

Vias para Realização da Invenção

No dispositivo proposto, é utilizada uma cabeça de processamento, com a qual são direccionados sobre um plano de processamento múltiplos raios laser separados uns dos outros e parcialmente sobrepostos. É com isso gerada uma distribuição de intensidades no plano de processamento, que é conjuntamente estabelecida a partir de localizações individuais dos raios laser. Para esse efeito, tais localizações podem-se situar umas ao lado das outras no plano de processamento, de tal forma que dai resulte uma linha laser interrompida ou coerente. Em caso de necessidade, também pode ser gerado um campo bidimensional de localizações laser. 0 exemplo seguinte descreve, em conjunto com as Figuras 1 a 3, um dispositivo exemplificativo com uma cabeça de processamento, na qual são utilizados cinco raios laser e são direccionados sobre o plano de processamento usando a cabeça de processamento, de modo a ser obtida uma linha laser a partir das cinco localizações laser situadas umas ao lado das outras, a qual pode por exemplo ser utilizada para a fusão selectiva a laser. Neste caso, a exposição luminosa do leito de pó deixa de ter lugar por intermédio de um único raio laser focado, mas sim por intermédio da linha feita a partir dos raios laser focados, que podem ser controlados independentemente uns dos outros, a qual prossegue atravessando o feixe de pó. A Figura 1 mostra para tal um exemplo de uma cabeça de processamento 1, com a qual são geradas cinco localizações laser 2 formando uma linha laser no plano de processamento. Para este efeito, cada uma das localizações laser 2 é constituída a partir de lasers de díodo 5 acoplados a fibras, cuja radiação é guiada - na cabeça de processamento 1 através das fibras ópticas 3 - em direcção a elementos de focagem ópticos 4, sendo focada com estes elementos de focagem 4 sobre o plano de processamento. No caso da fusão selectiva a laser, o plano de processamento corresponde à superfície do leito de pó. No presente exemplo, a cabeça de processamento 1 prossegue linha-a-linha nas direcções x e y, por intermédio de eixos lineares, em relação ao plano de processamento. A Figura 2 mostra para esse efeito um exemplo para o dispositivo com os correspondentes lasers de díodo 5 acoplados a fibras, os quais estão ligados com a cabeça de processamento 1 através das fibras ópticas 3. 0 dispositivo representado na Figura 2 compreende uma plataforma de construção 6 deslocável em termos de altura num receptáculo de construção sobre a qual o componente é edificado. Através de um dispositivo de aplicação de pó 7, por exemplo uma gaveta de distribuição, é respectivamente distribuída uma nova camada de pó proveniente de uma alimentação de pó, relativamente à plataforma de construção, tal como é já sabido a partir dos dispositivos conhecidos da tecnologia antecedente. A Figura também mostra os três eixos lineares 9, através dos quais a cabeça de processamento 1 se pode deslocar nas direcções x e y, em relação à parte do leito de pó 8 localizado por cima da plataforma de construção. As direcções de deslocação estão identificadas na Figura com setas duplas. No presente exemplo, o dispositivo de aplicação de pó 7 está rigidamente acoplado com o eixo linear, para deslocação na direcção y.

No dispositivo proposto, o comando para exposição luminosa das zonas a serem fundidas é realizado de forma análoga a um programa de controlo ("driver") de impressora, ou seja, cada localização laser individual é ligada quando é cruzada uma zona da camada de pó a ser fundida, e é desligada no caso de zonas que não fazem parte do componente. Isto está esquematicamente representado em conformidade com a Figura 3, que mostra a linha laser feita a partir das cinco localizações laser 2, bem como a camada de componente 10 a ser exposta à luz. Neste exemplo, a linha com as localizações laser 2 é deslocada na direcção x ao longo do plano de processamento, ou seja do leito de pó. As setas a cheio indicam as zonas onde a correspondente localização laser está ligada, as linhas a traço interrompido indicam as zonas onde a correspondente localização laser está desligada. A Figura 4 mostra um outro exemplo para uma configuração do dispositivo proposto, na qual é também perceptivel o volume de alimentação de pó 11, para além do receptáculo de construção com a plataforma de construção 6. Neste exemplo, a montagem de lasers é constituída por múltiplas fontes de raios laser 12, em cujas trajectórias de radiação estão dispostos correspondentes dispositivos de modulação 13. A cabeça de processamento 1 estende-se neste caso ao longo de toda a largura do espaço de instalação. À cabeça de processamento 1 está acoplado o equipamento de aspiração 14, o qual faz afluir o correspondente gás de protecção, assim como faz a aspiração de eventuais salpicos e fuligem para fora da região de interacção. Nesta configuração, também o dispositivo de aplicação de pó 7 pode ser deslocado com a cabeça de processamento na mesma direcção, simultaneamente com a deslocação da cabeça de processamento 1 na direcção y, a fim de se alcançar desta maneira a exposição luminosa em simultâneo com a aplicação de pó. Fica assim completamente eliminado o tempo de trabalho não produtivo para a aplicação de pó.

Lista de números de referência 1 Cabeça de processamento 2 Localizações laser 3 Fibras ópticas 4 Elemento de focagem óptica 5 Laser de diodo acoplado a fibras 6 Plataforma de construção 7 Dispositivo de aplicação de pó 8 Leito de pó 9 Eixos lineares 10 Camada de componente a ser exposta à luz 11 Volume de alimentação de pó 12 Fontes de raios laser 13 Dispositivos de modulação 14 Equipamento de aspiração

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para manufactura geradora de componentes, em particular destinada a uma fusão selectiva a laser ou sinterização a laser, compreendendo: - uma cabeça de processamento (1), com a qual são direccionados sobre um plano de processamento múltiplos raios laser, separados uns dos outros, parcialmente sobrepostos, - uma montagem de fontes de raios laser (5, 12), através da qual podem ser gerados os raios laser separados uns dos outros, um dispositivo (7) para disponibilizar um material no plano de processamento, - um dispositivo de movimentação (9), com o qual pode ser produzida uma deslocação relativa entre cabeça de processamento (1) e plano de processamento, em planos mutuamente paralelos, e - um sistema de comando, com o qual pode ser controlado o dispositivo de movimentação (9) de modo a produzir a deslocação relativa, podendo os raios laser sobrepostos ser modulados em termos da sua intensidade, de forma independente uns dos outros, em que a cabeça de processamento (1): - apresenta uma ou mais ópticas de focagem (4), através das quais os raios laser podem ser focados em direcção ao plano de processamento, e - os raios laser são assim direccionados sobre os planos de processamento, de modo a ser obtida no plano de processamento uma coerente distribuição de intensidades, a partir dos raios laser, e em que o sistema de comando é concebido de modo a modular a intensidade de cada um dos raios laser, em função de uma predeterminada geometria de componente.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cabeça de processamento (1) direccionar os raios laser sobre o plano de processamento, de maneira a ser obtida no plano de processamento uma distribuição de intensidades que se estende longitudinalmente, a partir dos raios laser.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a coerente distribuição de intensidades consistir numa linha laser.
4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o sistema de comando ser concebido de modo a ligar e desligar a intensidade dos raios laser, com finalidades de modulação.
5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o dispositivo de movimentação (9) apresentar um eixo da translação, ou dois eixos de translação mutuamente perpendiculares através dos quais a cabeça de processamento (1) se pode deslocar num plano paralelo ao plano de processamento.
6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o dispositivo de movimentação (9) apresentar um eixo da translação, através do qual a cabeça de processamento (1) se pode deslocar numa direcção paralela ao plano de processamento, em que a cabeça de processamento (1) apresenta um sistema de varrimento, através do qual os raios laser podem ser guiados em relação ao plano de processamento na direcção que lhes é perpendicular.
7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por estar presente um espaço de instalação para a manufactura de componentes com um determinado comprimento e uma determinada largura, apresentando o dispositivo de movimentação (9) um eixo de translação através do qual a cabeça de processamento (1) pode ser deslocada num plano paralelo ao plano de processamento ao longo do comprimento do espaço de instalação, estendendo-se a cabeça de processamento (1) ao longo de toda a largura do espaço de instalação.
8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a cabeça de processamento (1) apresentar uma conexão de fibra óptica para cada um dos raios laser, a qual pode ser ligada através de uma fibra óptica (3) com a montagem de fontes de raios laser (5, 12).
9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o dispositivo (7) para disponibilização de um material no plano de processamento estar acoplado com a cabeça de processamento (1), de modo que o dispositivo (7) para disponibilização de um material no plano de processamento se desloque no plano de processamento em simultâneo com o componente móvel numa direcção de deslocação da cabeça de processamento (1).
10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a montagem de fontes de raios laser (5, 12) compreender múltiplos lasers de diodo (5) acoplados a fibras, para geração dos raios laser separados uns dos outros.
11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterlzado por um equipamento para uma alimentação de gás e/ou aspiração de gás (14) estar acoplado com a cabeça de processamento (1), ou estar fixado na cabeça de processamento (1), o qual por conseguinte se desloca em simultâneo com esta.
12. Procedimento para manufactura geradora de componentes com um dispositivo de acordo com qualquer uma das precedentes reivindicações, em que um material em pó destinado ao componente é fundido camada-a-camada, através de radiação com raios laser num plano de processamento, mediante formação de um banho de fusão, em que, para a radiação do material, é gerada uma distribuição de intensidades que se estende longitudinalmente no plano de processamento, a partir de localizações laser de múltiplos raios laser separados, os quais são focados em direcção ao plano de processamento, e é deslocada em relação ao plano de processamento, e em que os raios laser individuais são modulados em termos da sua intensidade - nomeadamente sendo ligados e desligados - durante a deslocação, de modo que o banho de fusão que surge no plano de processamento seja ajustado em termos das suas dimensões e da geometria da região de componente a ser respectivamente produzida.
13. Procedimento de acordo com a reivindicação 12, caracterlzado por a distribuição de intensidades que se estende longitudinalmente ser gerada ao longo de toda a largura de um espaço de instalação utilizado para a manufactura do componente.