CN105817621A - 用于加工材料的方法 - Google Patents

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F.罗伊里格
T.伊特
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Abstract

公开一种用于材料加工的方法，方法包括应用激光射束(5)，将激光射束引导到加工部位(6)以熔化加工部位处的材料(3)，以及提供保护气体流(8)。取决于加工部位位置、加工前进向量和加工轨线中的至少一个来控制保护气体流。

Description

用于加工材料的方法
技术领域
本公开涉及根据权利要求1的前序部分的用于加工材料的方法。本公开进一步涉及独立的设备权利要求中描述的用于加工材料的机器。
背景技术
用于加工材料的基于激光的方法在本领域中是众所周知的。在诸如例如选择性激光熔化(也称为SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)的方法中，或者在激光焊接中，将高强度激光射束引导到材料上，特别是金属，以便熔化材料。SLM例如用来用金属粉末制造实心构件。由于应用的激光功率高，所以加工部位处的局部温度可轻易地达到金属合金的蒸发点。如果烟雾或蒸气与激光射束相互作用且减弱激光射束，则来自熔化池的烟雾或蒸气可大大降低加工品质。当激光射束减弱时，局部加工温度将下降，烟雾或蒸气的形成将衰退，局部加工温度进而将上升，再次促进烟雾和蒸气的产生等等。如将理解的那样，将导致激光功率交替入射在材料上，并且因而将产生交替的局部加工温度。在许多这样的加工中，加工部位被限定为激光射束在材料上的入射点，加工部位将沿着加工轨线前进。将变得显而易见的是，在沿着所述轨线的具***置处应用的局部加工温度将改变，这导致材料结构不均匀，而且进而导致构件或焊接品质低劣。
另一个影响是如果未对加工腔室执行充分吹扫，则烟雾或蒸气可能污染加工腔室。例如，光学构件可能被弄脏，而且激光射束在充满烟雾的加工腔室内部大体可散开和减弱。
例如在选择性激光熔化机中，使用保护气体流来吹扫烟雾。基于操作者判断人工地调节保护气体的流率。在本领域中已知一种方法，它包括取决于诸如例如过滤器退化程度的参数来控制保护气体流强度。另外，取决于加工部位的位置、激光射束在材料上的移动和激光射束方向，烟雾可吹向它们将与激光射束相互作用的方向。例如这可在以下情况中出现：如果保护气体流向量与入射激光射束的方向相反，或者被引导到激光射束在材料上前进的方向，或者换句话说，沿着加工前进向量。
在加工腔室的其中发现不利的几何状况的区域中(例如接近保护气体入口的地方)执行加工，可避免问题，以及选择加工轨线和/或加工前进向量，以便避免激光射束前进到烟雾中。但是，这将使得大部分加工腔室无法使用，而且使生产步骤不灵活，这将增加加工时间，且因此提高加工成本。
发明内容
本公开的目标是提供一种用于基于激光的材料加工的方法。更特别地，本公开的一个目标是提供一种用于基于激光的材料加工的方法，其克服现有技术的缺点。本公开的另一个目标是提供一种将增加生产循环的输出且降低加工成本的方法。本公开的另一个目标是分别提高和保持加工品质，或者源自加工的产品的品质。
另外，公开一种用于执行本文描述的加工的机器。
鉴于以下描述，本文描述的方法和机器的另外的作用或好处将变得显而易见，无论明确地提及与否。
无论在本文描述与否，这些目标和另外的目标都由权利要求1中声明的方法实现，以及由独立的设备权利要求中声明的机器实现。
根据本公开的一种用于材料加工的方法包括应用激光射束，将激光射束引导到加工部位，以熔化加工部位处的材料，以及提供保护气体流。方法进一步包括取决于加工部位位置、加工前进向量和加工轨线中的至少一个，来控制保护气体流。
方法可特别地包括选择性激光熔化加工。方法可还包括激光焊接加工或其中使用激光射束来熔化材料的任何其它加工。
例如可在控制保护气体流强度和/或保护气体流向量(即，保护气体流往的方向)时控制保护气体流。但将理解的是，特别是在应用选择性激光熔化加工中，存在某些关于保护气体流强度的限制，以便不吹走金属粉末。
在一方面，本文公开的方法和设备的目标是提供保护气体流，保护气体流吹扫从加工部位散发出的烟雾烟缕、蒸气和火花，使得避免或最大程度地减小与激光射束的相互作用。换句话说，控制保护气体流，使得可能与激光射束相互作用的烟雾或其它加工副产物或者至少其最大部分在已经凝固的材料上吹过，并且因而在加工循环期间不会影响加工。激光射束不会前进到烟缕中。
控制在本公开内不应理解为闭环控制，但还可表示取决于某些参数来进行调节。
保护气体可为例如氩、氦、氮或它们的组合。
大体上，虽然此说明决不意于为限制性的，但激光射束不仅应用于一个加工部位，而且将沿着材料上的轨线前进，使得加工部位位置沿着所述轨线前进。在一些实施例中，诸如例如在选择性激光熔化的应用中，加工部位位置典型地可按100mm/s至大约10000mm/s的前进速度前进，并且可特别地在大约500mm/s至3000mm/s，或500mm/s至2000mm/s的范围中。
在各个加工部位位置处，前进向量限定加工部位位置将沿着加工轨线前进的方向。换句话说，前进向量与所述轨线上的各个点有关。从数学上说，前进向量可由从所述轨线上的一个点到轨线上的下一个点的激光射束入射位置或者换句话说加工部位位置的无极移动限定。但是，在技术***中，轨线可由有限数量的点限定，而且前进向量因此可由加工控制***将使加工部位前进的方向和速度提供。
在本公开的一方面，方法包括：使加工部位位置沿着轨线前进，其中前进向量与沿着所述轨线的各个位置有关；以及提供具有保护气体流向量的保护气体流。前进向量和保护气体流向量形成角。方法包括控制保护气体流向量，使得角大于或等于45度。在执行方法的较具体模式中，选择保护气体流向量，使得所述角大于或等于60度，大于或等于75度、80度或85度中的一个，特别地大于或等于90度或大于或等于120度，并且更特别地大于或等于135度。更一般而言，气体流和前进向量将不在同一方向上，使得烟雾不会与前进激光射束相互作用。角越大，将更可靠地避免任何射束/烟雾相互作用；另一方面，允许角更小将提供更高的加工灵活性。关于角在本公开内的定义，将始终表示可在两个向量之间测得的两个可行角中的较小的角。
要理解的是，加工可包括多个独立轨线，即例如，激光射束目标点后续移动到多个加工循环起点，并且沿着轨线从所述起点移动。要理解的是，优选地，激光射束将关闭，将减弱，或者将偏离，使得在激光射束目标点从一个轨线端点前进到连续的轨线起点时，不实现材料熔化。此外要理解的是，在加工部位沿着任何给定轨线移动时，激光射束不必入射或者不必以全部功率入射。注意，在当激光射束减弱、关闭、偏离或者另外在使得不实现材料熔化的模式中的阶段期间，执行加工的机器的光学构件所蕴涵的轨线可为任意的。要理解的是，在材料未发生熔化的时期期间，前进向量和保护气体流向量之间的角是无关的。也就是说，在激光射束关闭、偏离或者另外在使得不实现材料熔化的模式中的时期期间，不必满足本文叙述的前进向量和保护气体向量之间的关系，但这不偏离本公开的教导，因为不会产生烟雾。在另一方面，可声明将轨线限定为材料熔化的两个连续点之间的直接连接；当激光射束关闭、偏离或者在使得不实现材料熔化的模式中时，不认为任何额外的射束移动(无论是真实的还是机器的光学构件所隐含的)是加工轨线的一部分，因为这种额外的移动对加工结果没有贡献。
在本公开的语境中，加工循环可理解为通过熔化金属粉末和后续使金属粉末凝固，来将一层凝固材料添加到待制造的一个构件上。也就是说，例如，当用例如选择性激光熔化加工同时制造多个构件时，对一个金属粉末层执行多个加工循环，它们各自具有单独和独立的加工轨线和加工循环起始点和终点。在一个粉末层中的所有加工循环都已经结束之后，同时对一个建造工作内的所有构件重新涂覆，即，淀积新的金属粉末层，并且对新淀积的粉末开始新的熔化再凝固循环。
根据本公开的方法可包括选择轨线，使得与轨线上的任何位置相关的任何前进向量与和轨线上的任何位置相关的各个其它前进向量所包括的最大角小于或等于270度，在更具体的实施例中，小于或等于210度，并且特别地选择该最大角，使得所有前进向量都位于第一和第二象限中，即，包括在与轨线相关的任何两个前进向量之间的最大角小于或等于180度。换句话说，发现与轨线相关的任何位置的所有前进向量都是半圆形。方法进一步包括控制保护气体流向量，使得形成于前进向量和保护气体流向量之间的角大于或等于45度。在执行方法的更具体的模式中，可选择保护气体流向量，使得所述角大于或等于60度或75度，大于或等于80度、85度或90度的任何值，并且特别地大于或等于120度或135度。虽然允许范围较窄角可提高加工品质，但选择较大范围将在执行加工时提供更大的灵活性。
在根据本公开的方法的实施例中，控制保护气体流向量，使得形成于与特定轨线相关的各个前进向量和保护气体流向量之间的角大于或等于45度，并且特别是大于或等于60度或75度。可特别地选择保护气体流向量，使得包括在保护气体流向量和各个所述前进向量之间的角大于或等于80度或大于或等于85度。在更具体的实施例中，保护气体流向量位于第三和第四象限中的一个中。换句话说，虽然所有前进向量都可位于半圆形中，但保护气体流向量位于互补的半圆形中，并且可特别地将所述互补的半圆形分成两半。在执行方法的更具体的模式中，选择保护气体流向量，使得所述角大于或等于90度，特别地大于或等于120度，并且更特别地大于或等于135度。如果方法进一步包括确定在加工循环期间或在沿着加工轨线前进的同时应用的所有前进向量，调节保护气体流向量，以及在加工循环期间或在沿着加工轨线前进的同时使保护气体流向量保持恒定，可发现这个实施例特别有利。因此，在加工部位沿着加工轨线前进时，保护气体流向量不变，而且可发现合乎需要的是在沿着轨线的各个位置处实现关于形成于保护气体流向量和前进向量之间的角的状况。
在根据本公开的又一个实施例中，可对加工循环限定平均前进向量，并且可调节保护气体流，使得包括在平均前进向量和保护气体流向量之间的角大于或等于90度，特别地大于或等于120度，更特别地大于或等于135度，而且在具体实施例中至少大约等于180度。
作为一般声明，可为合乎需要的是选择保护气体流向量尽可能与加工前进向量相反，尽可能可靠地避免激光射束前进到烟雾烟缕、火花等中，这可能会减弱激光射束。
虽然已经在上面描述了取决于加工轨线和/或加工前进向量来控制保护气体流，但将在下面更详细地描述取决于入射激光射束的方向来进行控制。在这方面，方法可包括确定激光射束在平面上的投影和所述平面上的激光射束方向投影，所述激光射束方向投影从激光射束源在所述平面上的投影指向加工部位在所述平面上的投影。要理解的是，激光射束源未必表示激光器本身，而是自由且笔直的激光射束从此处指向加工部位的位置。在这方面，激光射束源可为例如镜子或光纤的端部。方法进一步包括提供具有保护气体流向量的保护气体流，激光射束方向投影和保护气体流向量形成角，以及控制保护气体流向量，使得角小于或等于135度，特别地小于或等于120度，而且更特别地小于或等于90度。在甚至更特别的实施例中，可控制保护气体流向量，使得角小于或等于75度，小于或等于60度，并且特别地小于或等于45度。虽然允许范围较窄的角可提高加工品质，但选择较大范围将对执行加工提供更高的灵活性。
在本公开的又一方面，方法可包括在加工循环期间使加工部位沿着轨线前进，在所述加工循环期间确定所有激光射束方向，在执行加工循环之前控制保护气体流向量以及调节保护气体流向量，以及选择保护气体流向量，使得保护气体流向量和激光射束方向投影之间的角小于或等于135度，特别地小于或等于120度，小于或等于90度，小于或等于75度，更特别地小于或等于60度，而且甚至更特别地小于或等于45度。
在又一方面，方法可包括在加工循环期间使加工部位沿着轨线前进，在所述加工循环期间确定所有激光射束方向，选择轨线，使得所有激光射束方向投影都位于第一和第二象限中。在另一方面，可控制保护气体流向量，使得保护气体流向量位于第一和第二象限中的一个中。换句话说，所有激光射束方向投影彼此包括180度或更小的角。将发现所有激光射束方向投影在半圆形内，但发现保护气体流向量在相同的半圆形中，而且可特别地将所述半圆形分成两半。
大体上，发现可能合乎需要的是引导保护气体流向量使其尽可能平行，以及指向与激光射束方向投影相同的方向。但是，必须考虑其它因素，诸如(但不限于)激光射束方向投影的变化速度和关于形成于保护气体流向量和加工部位前进向量之间的角的约束，使得必须提供其中可实现良好结果的一系列角。
在本公开的某些方面，方法可包括选择性激光熔化加工和激光焊接加工中的至少一个。
特别地对于选择性激光熔化加工，在已经在上面提到的基准平面的程度上，选择的激光熔化加工粉末床的顶层表面可提供基准平面。
特别地对于选择性激光熔化加工，可将加工循环限定为使加工部位位置沿着加工轨线前进，从而熔化且后续使金属粉末层凝固，并且使构件形成一个材料层。在淀积新的金属粉末层之后将执行连续加工循环。例如，当同时制造多个构件时，对一个金属粉末层执行多个加工循环。
根据本公开的方法可进一步包括提供至少一个可动保护气体流入喷嘴和/或出口喷嘴，以及在使保护气体流入喷嘴和/或出口喷嘴中的至少一个移动时控制保护气体流。特别地，可在使所述喷嘴沿着弓形轨线移动时，以及更特别地在使所述喷嘴沿着部分圆形轨线或圆形轨线移动时，控制保护气体流向量。
在执行根据本公开的方法的另一个模式中，方法可包括提供按各种方向定向的多个保护气体流入喷嘴和/或按各种方向定向的多个保护气体出口喷嘴中的至少一个，以及在选择性地控制通过按至少一个选择方向定向的喷嘴的气体流时控制保护气体流。控制流可包括选择性地打开或关闭通过所述喷嘴的气体流，使得保护气体选择性地流过规定的特定喷嘴，但也可包括选择性地减少或增加通过选择的喷嘴的流。这表示，提供指向不同方向的多个喷嘴。可在控制通过这些喷嘴中的选择的喷嘴的流时控制保护气体流。因而可在不移动喷嘴的情况下控制保护气体流。作为好处，可注意到的是，可较快地实现对保护气体流的控制，而且不必提供可动喷嘴。另一方面，可能需要提供更多喷嘴。
方法可进一步包括提供保护气体流作为一片保护气体，特别是在提供保护气体流层时。在这方面，可在形状和布置上恰当地设置至少一个喷嘴。例如，至少一个保护气体流入喷嘴可包括槽口，或者多个槽口，槽口至少基本布置在一个平面上，并且/或者槽口可包括彼此至少基本布置在一个平面上的多个孔，并且/或者至少一个保护气体流入喷嘴可具有流入槽口，使得一片保护气体从至少一个喷嘴中散发出。特别地，所述保护气体片或层在选择性激光熔化加工中可平行于粉末床的顶表面。
另外，可提供可动保护气体出口，并且控制保护气体流可包括调节保护气体出口的位置和/或方向。
公开一种用于执行用于加工材料的基于激光的方法的机器，机器包括用于在加工部位上产生保护气体流的器件，其特征在于，机器包括用于改变保护气体流强度和/或保护气体流方向中的至少一个的器件。要理解的是，可认为保护气体流方向是保护气体流向量的同义表达。进一步理解的是，加工部位是其中材料在加工期间熔化且因而可改变的位置。保护气体可持续地再循环，即，保护气体可从加工腔室中抽出，在过滤器或其它适当的装置中净化，并且重新引入到机器的加工腔室中。
要理解的是，所述机器典型地可包括加工腔室和用于将激光射束引入到所述加工腔室中且用于将激光射束引导到加工腔室内的不同加工部位的器件。
机器还可包括控制逻辑，以基于加工部位和/或加工轨线和/或加工前进向量中的至少一个来控制保护气体流和/或强度。
机器特别地可为用于执行选择性激光熔化加工的机器。然后机器可包括建造平台，所述建造平台包括制造侧部。在建造平台的制造侧上建设任何构件。加工部位位于建造平台的制造侧部上。可提供保护气体入口装置，以便提供保护气体流，而且提供气体入口装置特别是为了在建造平台的制造侧部上提供保护气体流。可进一步提供保护气体出口装置。
机器在实施例中可包括用于在加工部位上提供保护气体流的保护气体入口装置和保护气体出口装置，其中保护气体入口装置是可动的，并且特别是可在弓形轨线上移动，而且更特别地在部分圆形轨线或圆形轨线上移动，以便调节保护气体流方向或向量。特别地，可进一步提供可动保护气体出口装置，以进一步控制跨过建造平台和在加工位点上的保护气体流方向或向量。保护气体出口装置和保护气体入口装置可按固定的关系或者彼此独立地联接或移动。
在机器的又一个实施例中，保护气体入口装置和/或保护气体出口装置中的至少一个包括对准不同方向的多个喷嘴。所述喷嘴的至少一部分配备有允许控制通过选择的喷嘴和/或喷嘴组的流的器件，并且/或者与其处于流体连接。因而，可选择性地控制通过对准选择的方向的选择的喷嘴或喷嘴组的保护气体流，并且可特别地选择性地打开或关闭，以便调节保护气体流方向或向量。
要理解的是，本文公开的机器的实施例可彼此结合。
要理解的是，上面提到的各种实施例和特征可彼此结合。要进一步理解的是，本文未明确提到的作用和好处可为本公开的方法所固有的，而且现在或将来可轻易地对本领域技术人员变得显而易见。
附图说明
现在借助于示例性实施例和参照附图，更仔细地阐明本公开的主题。附图显示
图1是选择性激光熔化加工的示意图；
图2是具有加工轨线的选择性激光熔化加工的示意性俯视图；
图3是在两个连续层中的示例性加工轨线和保护气体流的示意图；
图4是执行根据本公开的方法的另一个模式的示意图；
图5是公开的方法的根本方向关系；
图6是保护气体流向量可处于的角范围和加工轨线的示例性实施例。
示意图是示意性的，而且为了便于理解和描绘，已经省略了理解不需要的元件。
部件列表
1建造平台
2外壳
3金属粉末
4激光***
5激光射束
6加工部位；激光射束入射点
7实心构件
8保护气体
9保护气体流入喷嘴
10保护气体出口
11烟缕；烟雾和/或蒸气
12加工轨线
13加工轨线起点
14加工轨线终点
15前进向量
16角
51激光射束投影
81保护气体流向量
121扫描线
122过渡轨线
123隐含的射束移动
151平均前进向量
I第一象限
II第二象限
III第三象限
IV第四象限
A不合适的角范围
B可接受的角范围
C合乎需要的角范围。
具体实施方式
现在借助于示例性实施例在选择性激光熔化加工的语境中更详细地标出根据本公开的方法。要理解的是，选择这个示例性加工不意于为限制性的，而是在示例性实施例中显示或描述的任何特征都意于为说明性的。
图1显示选择性激光熔化加工和设备的示意图。建造平台1布置在外壳2中。建造平台可沿竖向方向调节。一层一层将金属粉末3置于建造平台上，从而形成金属粉末床。激光***4例如包括功率足够的激光器和用于使射束偏离和导引射束的光学***，激光***4用来将激光射束5引导到金属粉末的顶层。选择足够高的激光功率来熔化金属粉末。优选地激光功率足以在几秒钟内熔化位于金属粉末床的顶表面上的激光射束的入射点处的加工部位6处的金属粉末。激光射束5，以及因此加工部位6，沿着金属粉末床的顶表面沿着预定规定的轨线前进。金属粉末熔化，然后凝固，从而沿着所述轨线形成实心元件。在所述加工循环都结束之后，新的金属粉末层淀积在金属粉末床的顶部上，并且开始新的加工循环。因而，实心构件7一层一层地形成。在通过至少一个保护气体流入喷嘴9引入保护气体(诸如例如氩或氮)，以及在保护气体出口10处抽取所述保护气体时，提供保护气体流8。由于激光功率高，成烟缕11的烟雾和/或蒸气从加工部位6中散发出，并且被保护气体流8吹扫。将理解的是，如果所述烟缕与激光射束相互作用，则激光射束将减弱，而且没有那么多激光功率将到达加工部位6。如上面已经描述过的那样，这可导致实心构件不均匀，并且因此导致实心构件7的材料品质低劣。
可在一个金属粉末床上并行地制造多个实心构件。然后加工可包括多个独立轨线，即，例如，激光射束目标点后续移动到多个加工循环起点，并且从所述起点沿着轨线移动。各个起点和各个轨线可与待制造的一个构件有关。但是，可能的情况是制造构件在某些位置处可能还需要沿着多个加工轨线进行加工。要理解的是，优选地激光射束将关闭，将减弱，或者将偏离，使得在激光射束目标点从一个轨线终点前进到连续轨线起点的同时，材料不熔化。
此外要理解的是，在加工部位沿着轨线前进时，激光射束不必入射或以全部功率入射，而是可暂时关闭、偏离或减弱。
图2在金属粉末床3的俯视图中示意性地描绘加工。加工部位沿着加工轨线12从起点13前进到终点14。在轨线12的各个位置处，存在有关前进向量15，从而限定激光射束的入射点从轨线的一个点移动到轨线的连续点所遵循的方向。
参照图3，示出在金属粉末床3的连续层中执行加工循环的示例性模式。在图3a)中，激光射束的入射点置于金属粉末层上，并且在所述层的顶表面上沿着加工轨线从起点13前进到终点14。加工轨线由扫描线121和过渡轨线122组成。加工部位从轨线起点13前进到轨线终点14，如轨线上的箭头指示的那样。在加工循环期间，控制激光射束，使得仅在加工部位沿着多个平行或至少大约平行的扫描线121前进时才发生熔化。扫描线可为等距的。在使加工部位从一个扫描线转移到下一个扫描线时，激光射束关闭、减弱、偏离或者另外被控制，使得材料不发生熔化。实际上，机器的光学构件的移动可能所隐含的激光射束移动可能遵从任意隐含的射束移动线123。但是，因为在这个隐含移动期间不发生熔化，所以这与本公开的主题无关。加工轨线要理解为在发生熔化的两个连续点之间的连接。因而，在本公开的意义上的加工轨线由扫描线121和过渡轨线122限定。对图3a)中描绘的加工循环，可限定平均前进向量151，它基本是扫描线121沿着其交错的向量。在所述加工循环之后，淀积新的金属粉末层。如图3b)中描绘的那样，对所述连续层中的加工循环选择轨线，使得两个连续加工循环的加工轨线彼此交叉。特别地，选择连续层加工循环中的扫描线121，以便与图3a)中描绘的前一加工循环的扫描线交叉。特别地，选择它们以便使它们彼此至少以大约直角交叉。因而，连续层中的平均前进向量151也彼此交叉，并且特别地彼此至少以大约直角交叉。因而，避免在实心构件中出现层状结构。此外显示了保护气体流8具有保护气体流向量81。如所看到的那样，保护气体流的方向从一个层到连续层有所改变。大体而言，保护气体流向量定向成包括从轨线起点14朝轨线起点13的向量分量，并且选择保护气体流向量，使得逆流或至少垂直于沿着轨线的所有前进向量的流得到保持。特别地，在提供的示例中，保护气体流向量81与各个层的平均前进向量相反。因此，烟缕始终被吹离轨线上连续加工部位。
注意，在这个示例中，保护气体向量在加工循环期间保持恒定。要理解的是，理想地保护气体流向量将跟随轨线上的局部前进向量，以始终提供逆流。但是，由于沿着轨线的前进速度高，这可能难以实现，如果技术上完全可行的话。因而，在这个方法中，淀积金属粉末层，确定加工循环的轨线，并且调节保护气体流方向，以便始终与沿着所述轨线的各个前进方向形成合适的角，而且仅在连续的金属粉末层淀积到适合连续加工循环的方向上时调节保护气体流方向。但是，在加工循环期间，或者在加工部位沿着加工轨线前进时，控制和改变保护气体流向量在本公开的完全范围内。
图4描绘执行根据本公开的方法的另一个模式。在四幅不同的图的俯视图中显示金属粉末床3。加工部位6或待建造的实心构件7位于建造平台的不同位置上。因此，激光射束或其在金属粉末床3上的投影51分别具有不同的定向。保护气体流由保护气体流入喷嘴9提供。保护气体流入喷嘴9的位置和定向适应激光射束方向。在某些实施例中，保护气体流8将沿着激光射束投影51且指向加工部位6。但是，可能合乎需要的是将加工部位布置在离保护气体流入喷嘴9不那么远处。因而，选择折衷，并且将保护气体流入喷嘴9布置和定向成使得保护气体流8大约垂直于(即，包括90度角)激光射束投影51。如所看到的那样，这将烟缕11吹离开激光射束，使得激光射束不会受烟缕影响，或者其影响可忽略。要理解的是，加工轨线将主要与保护气体流方向相反。
参照图5，显示了加工前进向量15或激光射束投影51和保护气体流向量81彼此形成角16。可选择角16尽可能接近180度，但45度角或更大的角也是可接受的。对于图3中描绘的加工循环，有益的是选择在加工循环期间出现的或者沿着加工轨线的所有前进向量，使它们位于第一象限I和第二象限II中。保护气体流向量81可位于第三象限III和第四象限IV中的一个中，并且特别地可位于第三和第四象限之间的边界线上。
图6最后描绘了示例性加工轨线12，加工部位沿着它从起点13前进到终点14，而且图6描绘了保护气体向量在沿着所述轨线加工时所处的角范围。明白地说，所有前进向量定向成从上到下，反之亦然，以及定向成朝右边。在这样的扫描过程中，在从一个“垂直”扫描线移动到连续扫描线时，激光射束可关闭、减弱或偏离或被覆盖。在图6的右边，显示了圆，保护气体流向量81位于该圆中。区域A描绘其中保护气体流向量81被认为不充分的角范围。区域B代表其中发现保护气体流向量81可接受的角范围。区域C代表保护气体流向量81针对加工轨线12上的所有加工部位和前进向量的定向的优选角范围。取决于激光射束定向和保护气体流入喷嘴的可实现位置，可能需要选择折衷，以选择保护气体流向量81的特定定向。要理解的是，区域A、B和C之间的定界仅是示例性的，而且可针对具体情况改变，而且实际上该定界是平滑过渡而非硬性边界。
虽然根据示例性实施例来描述了根据本公开的方法，但显而易见的是方法和装置的特征在于，权利要求不局限于这些实施例。特别地，虽然已经在选择性激光熔化方法的语境中描述了本公开的细节，但对本领域技术人员显而易见的是，本公开的教导可轻易地应用于其它基于激光的材料加工方法，诸如(但不限于)激光焊接。显示示例性实施例仅仅是为了更好地理解本发明，而且决不意于限制要求保护的发明。所显示的在本公开的教导内的示例性实施例的偏差和变化对本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种用于材料加工的方法，所述方法包括应用激光射束(5)，将所述激光射束引导到加工部位(6)以熔化所述加工部位处的材料(3)，以及提供保护气体流(8)，其特征在于，取决于加工部位位置、加工前进向量(15)和加工轨线(12)中的至少一个，来控制所述保护气体流。
2.根据权利要求1所述的方法，包括使所述加工部位位置沿着加工轨线(12)前进，提供具有保护气体流向量(81)的保护气体流(8)，前进向量(15)与沿着所述轨线的各个位置有关，所述前进向量(15)和所述保护气体流向量(81)形成角(16)，其特征在于，所述方法包括控制所述保护气体流向量，使得所述角(16)大于或等于45度。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括使所述加工部位位置沿着加工轨线(12)前进，前进向量(15)与沿着所述轨线的各个位置有关，其特征在于，选择所述轨线，使得所有前进向量都位于第一象限和第二象限(I，II)中，以及控制所述保护气体流向量，使得形成于前进向量(15)和所述保护气体流向量(81)之间的角(16)大于或等于45度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制所述保护气体流向量(81)，使得形成于沿着轨线的各个前进向量(15)和所述保护气体流向量(81)之间的角(16)大于或等于45度，并且特别地，所述保护气体流向量(81)位于第三象限和第四象限(III，IV)中的一个中。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其特征在于，控制所述保护气体流向量(81)，使得所述角(16)大于或等于60度，特别是大于或等于90度，而且更特别地大于或等于135度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，控制所述保护气体流包括确定在加工循环期间应用的所有前进向量(15)，调节所述保护气体流向量(81)，以及在所述加工循环期间使所述保护气体流向量保持恒定。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述激光射束(5)在平面上的投影(51)和所述平面上的激光射束方向投影，所述激光射束方向投影从激光射束源在所述平面上的投影指向所述加工部位在所述平面上的投影；提供具有保护气体流向量(81)的保护气体流(8)，所述激光射束方向投影和所述保护气体流向量形成角；以及控制所述保护气体流向量，使得所述角小于或等于135度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，控制所述保护气体流向量(81)，使得所述角小于或等于120度，特别是小于或等于90度，而且更特别地小于或等于45度。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在加工循环期间使所述加工部位(6)沿着轨线前进，在所述加工循环期间确定所有激光射束方向，在执行所述加工循环之前控制所述保护气体流向量(81)以及调节所述保护气体流向量，以及选择所述保护气体流向量，使得所述角小于或等于135度，特别是小于或等于120度，更特别地小于或等于90度，而且甚至更特别地小于或等于45度。
10.根据任何要求7至9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在加工循环期间使所述加工部位(6)沿着轨线(12)前进，在所述加工循环期间确定所有激光射束方向，选择所述轨线(12)，使得所有激光射束方向投影都位于第一象限和第二象限(I，II)中，而且特别是控制所述保护气体流向量(81)，使得所述保护气体流向量位于所述第一象限和所述第二象限(I，II)中的一个中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供至少一个可动保护气体流入喷嘴(9)和/或出口喷嘴，以及在使所述保护气体流入喷嘴和/或所述保护气体出口喷嘴中的至少一个移动时，特别是在使所述至少一个喷嘴在弓形轨线上移动时，而且更特别地使所述喷嘴在部分圆形或圆形轨线上移动时，控制所述保护气体流(8)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供按各种方向定向的多个保护气体流入喷嘴和/或按各种方向定向的多个保护气体出口喷嘴中的至少一个，以及在选择性地控制通过按至少一个选择方向定向的喷嘴的气体流时，控制所述保护气体流。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供可动保护气体出口(10)，其中控制所述保护气体流包括调节所述保护气体出口的位置和/或方向。
14.一种用于执行基于激光的方法来加工材料的机器，所述机器包括用于在加工部位上产生保护气体流的器件，其特征在于，所述机器包括用于改变保护气体流强度和/或保护气体流方向中的至少一个的器件。
15.根据权利要求14所述的机器，包括用于加工部位上提供保护气体流(8)的保护气体入口装置(9)，以及保护气体出口装置(10)，其特征在于，所述保护气体入口装置和/或所述保护气体出口装置中的至少一个是可动的，并且特别是可在弓形轨线上移动，而且更特别地可在部分圆形或圆形轨线上移动，以便调节保护气体流向量(81)且因而调节所述保护气体流方向，并且/或者其中所述保护气体入口装置和/或所述保护气体出口装置中的至少一个包括指向不同方向的多个喷嘴，其中可选择性地控制和/或切换通过所选择的喷嘴和/或喷嘴组的流，以便调节保护气体流向量(81)且因而调节所述保护气体流方向。
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