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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung, die Schichten mit einem geschmolzenen Material bildet, um ein geformtes Objekt zu erzeugen.
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Hintergrund
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Lichtbogenschweißen wird bekanntlich in einem additiven Herstellungsverfahren durch Schichtung von aus geschmolzenem Material gebildeten Wülsten verwendet, um ein geformtes Objekt zu erzeugen. Lichtbogenschweißen verwendende additive Herstellung weist Probleme auf, wie zum Beispiel eine niedrige Verarbeitungsgeschwindigkeit und Schwierigkeit von Hochpräzisionsformung. Dementsprechend verwendet eine additive Herstellungstechnik, die dazu entwickelt wurde, beschleunigte Verarbeitung und Hochpräzisionsformung zu ermöglichen, einen Strahl zusätzlich zu einem Lichtbogen.
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Eine in Patentliteratur 1 offenbarte Vorrichtung zur additiven Herstellung erhitzt ein Werkstück durch Laserbestrahlung und erhitzt einen als Material dienenden Draht, indem Strom durch den Draht fließt. Gemäß Patentliteratur 1 bildet die Vorrichtung zur additiven Herstellung ein Schmelzbad auf einer Oberfläche des Werkstücks durch die Laserbestrahlung und führt dann den erhitzten Draht dem Schmelzbad zu. Wenn ein geschmolzener Tropfen des Drahts das Schmelzbad berührt, wird der geschmolzene Draht dem Werkstück hinzugefügt. Die in Patentliteratur 1 beschriebene Vorrichtung zur additiven Herstellung wiederholt diesen Betrieb, um einen Wulst auf der Oberfläche des Werkstücks zu bilden.
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Die Patentliteratur 2 offenbart eine Vorrichtung zur additiven Herstellung, mit der eine additive Herstellung mit einer Aluminiumlegierung in verbesserter Weise durchgeführt werden kann.
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Die Patentliteratur 3 offenbart eine handbetriebene Vorrichtung zur additiven Herstellung, wobei eine Schweißspannung überwacht wird, um die Laserleistung zur Verbesserung der Sicherheit auszuschalten, wenn die handbetriebene Vorrichtung zu weit vom Werkstück entfernt ist.
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Die Patentliteratur 4 offenbart eine abgestimmte Steuerung verschiedener Schweißparameter bei einer additiven Herstellung, durch die ein vorzeitiges Schmelzen des Zuführmaterials durch den Laserstrahl beim Start des Schweißens verhindert wird.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Offenlegung der japanischen Patentanmeldung Nummer JP 2016- 179 501 A
- Patentliteratur 2: CN 107283061 A
- Patentliteratur 3: EP 1 824 634 B1
- Patentliteratur 4: JP 2004-017059 A
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Überblick über die Erfindung
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Technisches Problem
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Mit der obigen in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik erhöht die Laserbestrahlung, die dazu verwendet wird das Schmelzbad zu formen, die dem Werkstück zugeführte Wärme, so dass ein geformtes Objekt starke Dehnungen aufgrund von thermischer Schrumpfung nach der Formung aufweisen wird. Das geformte Objekt wird eine verringerte Genauigkeit der Form aufweisen und Hochpräzisionsformung ist demnach schwierig.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen gemacht und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zu erhalten, die zu Hochpräzisionsformung fähig ist.
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Lösung des Problems
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Um das oben genannte Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, bildet eine Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung Schichten mit einem geschmolzenen Material, um ein geformtes Objekt zu erzeugen. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 2 und 4 auf. Vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche 3 und 5 beschrieben. Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zur additiven Herstellung: eine Stromversorgung, um einen Strom an das Material anzulegen, wobei der Strom dazu genutzt wird, das dem Werkstück zugeführte Material zu erhitzen; eine Strahlquelle, um einen Strahl zu erzeugen, mit dem das Werkstück bestrahlt wird; und eine Antriebseinheit, um eine Zuführstelle für das Material an dem Werkstück und eine Bestrahlungsstelle für den Strahl an dem Werkstück zu verschieben. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung verschiebt die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, wobei die Bestrahlungsstelle in einem Bewegungspfad der Zuführstelle beabstandet von der Zuführstelle führt.
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Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt eine Wirkung dahingehend, dass es möglich ist, Hochpräzisionsformung durchzuführen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das eine Funktionsanordnung eines Steuergeräts, das in der in 1 gezeigten Vorrichtung zur additiven Herstellung umfasst wird, zeigt.
- 3 ist ein Diagramm, das die in 1 gezeigte Vorrichtung zur additiven Herstellung beim Bilden eines Wulstes zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel einer Hardwareanordnung des Steuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Hardwareanordnung des Steuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das zeigt, wie eine Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet.
- 7 ist ein Diagramm, das ein Zuführen von Draht in der Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
- 8 ist eine Seitenansicht eines Bearbeitungskopfes einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 9 ist ein Diagramm, das eine Zuführstelle und eine Bestrahlungsstelle in einer Draufsicht auf den in 8 gezeigten Bearbeitungskopf zeigt.
- 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, das die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, die in 9 gezeigt sind, in einem Bewegungspfad der Zuführstelle zeigt.
- 11 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, die in 10 gezeigt sind, verschoben werden.
- 12 ist ein Diagramm, das eine Funktionsanordnung eines Steuergeräts zeigt, das von einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst wird.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden wird eine Beschreibung von Vorrichtungen zur additiven Herstellung gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen geliefert. Es ist anzumerken, dass diese Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht beschränken.
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Erste Ausführungsform.
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1 ist ein Diagramm, das eine Anordnung einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 betrifft ein Maschinenwerkzeug, das Schichten aus geschmolzenem Material bildet, um ein geformtes Objekt zu erzeugen. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 führt additive Herstellung durch, die Lichtbogenschweißen und Bestrahlung verwendet.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 führt einen Draht 6, der als ein Material dient, dem Werkstück zu und schichtet Wülste, die aus dem Material gebildet wurden, das geschmolzen wurde, auf ein Basismaterial 18. Durch Schichten der Wülste auf das Basismaterial 18 baut die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ein geformtes Objekt 19 auf dem Basismaterial 18. Das Basismaterial 18 ist auf einer Plattform 20 platziert. In der ersten Ausführungsform ist das Werkstück ein Objekt, zu dem ein geschmolzenes Material hinzugefügt wird, und betrifft das Basismaterial 18 und das geformte Objekt 19. Das in 1 gezeigte Basismaterial 18 ist eine Platte. Das Basismaterial 18 kann ein Material verschieden von der Platte sein.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst einen Laseroszillator 2, der als eine Strahlquelle dient. Der Laseroszillator 2 erzeugt einen Laserstrahl 5, mit dem das Werkstück bestrahlt wird. Der Laserstrahl 5 verläuft zu einem Bearbeitungskopf 4 durch einen Lichtwellenleiter 3, der als ein optischer Übertragungspfad dient. Der Bearbeitungskopf 4 strahlt den Laserstrahl 5 in Richtung des Werkstücks ab.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst einen Zuführmechanismus 7, der den Draht 6 dem Werkstück zuführt. Eine Drahtspule 9, von der der Draht 6 bereitgestellt wird, ist mit dem Draht 6 umwickelt. Der Zuführmechanismus 7 umfasst einen Drehmotor 8, der die Drahtspule 9 rotiert, und eine Kontaktspitze 10, durch die der Draht 6 von der Drahtspule 9 weitergegeben wird. Der Drehmotor 8 wird betrieben, um zu veranlassen, dass der Draht 6 von der Drahtspule 9 dem Werkstück zugeführt wird, und wird betrieben, um zu veranlassen, dass der Draht 6 zu der Drahtspule 9 zurückgezogen wird.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst eine Kaltmetalltransfer-Stromversorgung (CMT-Stromversorgung) 11, die eine Stromversorgung ist, die Strom an den Draht 6 anlegt, um den Draht 6 zu erhitzen, der dem Werkstück zugeführt wird. Die CMT-Stromversorgung 11 ist mit der Kontaktspitze 10 und der Plattform 20 verbunden. Wenn die Kontaktspitze 10 den Draht 6 berührt, ist die CMT-Stromversorgung elektrisch mit dem Draht 6 verbunden. Wenn die Plattform 20 das Basismaterial 18 berührt, ist die CMT-Stromversorgung 11 mit dem Werkstück elektrisch verbunden. Die CMT-Stromversorgung 11 legt einen Spannungspuls zwischen dem Draht 6 und dem Werkstück an.
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Wenn der Draht 6 von dem Werkstück wegbewegt wird, ergibt sich ein Lichtbogen von dem Spannungspuls, der durch die CMT-Stromversorgung 11 angelegt ist. Die CMT-Stromversorgung 11 steuert den Strom, so dass sich der Strom erhöht, wenn ein Kurzschluss zwischen dem Draht 6 und dem Werkstück aufgelöst wird, verglichen damit, wenn der Kurzschluss zwischen dem Draht 6 und dem Werkstück geschlossen wird. Die CMT-Stromversorgung 11 heizt auch den Draht 6 durch ein Verlaufen des Stroms durch den Draht 6.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst ein Gaseinspritzungsgerät 14, das ein Gas 16 zum Einspritzen auf das Werkstück zur Verfügung stellt. Das Gas 16 von dem Gaseinspritzungsgerät 14 fließt durch ein Rohr 15 zu dem Bearbeitungskopf 4 und wird auf das Werkstück von einem Gasauslass in dem Bearbeitungskopf 4 eingespritzt. Der Gasauslass ist nicht in 1 gezeigt. Durch Einspritzung des Gases 16 verhindert oder reduziert die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 eine Oxidation des geformten Objekts 19 und kühlt den Wulst/die Wülste.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst eine Kopfantriebseinheit 13, die den Bearbeitungskopf 4 und die Kontaktspitze 10 als eine Antriebseinheit bewegt. Die Kopfantriebseinheit 13 betrifft einen Bewegungsmechanismus, der eine translationale Bewegung entlang jeder von drei Achsen zur Verfügung stellt. Die Kopfantriebseinheit 13 verschiebt eine Zuführstelle für den Draht 6 an dem Werkstück und eine Bestrahlungsstelle für den Laserstrahl 5 an dem Werkstück. In der ersten Ausführungsform verschiebt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, wobei die Bestrahlungsstelle in einem Bewegungspfad der Zuführstelle beabstandet zur Zuführstelle, das heißt, entfernt von der Zuführstelle, führt.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst rotierende Schäfte 17, die als ein Bewegungsmechanismus dienen, um eine Rotation um jede von zwei Achsen zur Verfügung zu stellen. Die rotierenden Schäfte 17 rotieren die Plattform 20. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 kann das Werkstück dazu veranlassen, eine für die Verarbeitung günstige Position durch Rotieren des Werkstücks mit der Plattform 20 einzunehmen.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst ein Steuergerät 12, das die gesamte Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 steuert. Das Steuergerät 12 steuert die Kopfantriebseinheit 13 durch Ausgeben eines Achsenbefehls 21 an die Kopfantriebseinheit 13. Das Steuergerät 12 steuert die rotierenden Schäfte 17 durch Ausgeben eines Rotationsbefehls 22 an die rotierenden Schäfte 17. Das Steuergerät 12 steuert den Laseroszillator 2 durch Ausgeben eines Laserausgabebefehls 23 an den Laseroszillator 2. Das Steuergerät 12 steuert den Drehmotor 8 durch Ausgeben eines Zuführbefehls 24 an den Drehmotor 8. Das Steuergerät 12 steuert die CMT-Stromversorgung 11 durch Ausgeben eines Strombefehls 25 an die CMT-Stromversorgung 11. Das Steuergerät 12 steuert das Gaseinspritzungsgerät 14 durch Ausgeben eines Gasversorgungsbefehls 26 an das Gaseinspritzungsgerät 14.
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Der Draht 6 der in 1 gezeigten Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 wird schräg relativ zu einer Richtung des Laserstrahls 5, der von dem Bearbeitungskopf 4 abgestrahlt wird, zugeführt. Der Draht 6 der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 kann in dieselbe Richtung zugeführt werden, wie die Richtung, in die der Laserstrahl 5 abgestrahlt wird. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 kann einen von dem Laserstrahl 5 verschiedenen Strahl für die Bestrahlung bei der Durchführung einer additiven Herstellung nutzen, wie zum Beispiel einen Elektronenstrahl.
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2 ist ein Diagramm, das eine Funktionsanordnung des Kontrollgeräts zeigt, das von der in 1 gezeigten Vorrichtung zur additiven Herstellung umfasst wird. Ein Verarbeitungsprogramm 31 wird in das Steuergerät 12 eingegeben. Das Verarbeitungsprogramm 31 ist ein numerisches Steuerprogramm (NC-Programm), das durch ein computergestütztes Herstellungsgerät (CAM-Gerät) erzeugt wurde. Das Steuergerät 12 umfasst eine Verarbeitungsbedingungstabelle 33, die Daten zu verschiedenen Verarbeitungsbedingungen speichert. Das Verarbeitungsprogramm 31 umfasst eine Anweisung zur Auswahl von Verarbeitungsbedingungen aus den in der Verarbeitungsbedingungstabelle 33 gespeicherten Verarbeitungsbedingungen.
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Das Steuergerät 12 umfasst eine Programmanalyseeinheit 32, die das Verarbeitungsprogramm 31 analysiert, eine Bedingungseinstelleinheit 34, die die Verarbeitungsbedingung einstellt, und eine Befehlserzeugungseinheit 35. Auf Basis von Verarbeitungsinhalten, die in dem Verarbeitungsprogramm 31 beschrieben sind, analysiert die Programmanalyseeinheit 32 den Bewegungspfad, entlang dessen die Zuführstelle verschoben werden soll. Die Programmanalyseeinheit 32 gibt Daten zu dem analysierten Bewegungspfad an die Befehlserzeugungseinheit 35 aus.
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Die Programmanalyseeinheit 32 erhält Informationen von dem Verarbeitungsprogramm 31 und gibt Informationen an die Bedingungseinstelleinheit 34 aus, wobei die Informationen die Verarbeitungsbedingungen spezifizieren. Auf Basis der Information von der Programmanalyseeinheit 32 liest die Bedingungseinstelleinheit 34 Daten zu den in dem Verarbeitungsprogramm 31 spezifizierten Verarbeitungsbedingungen von der Verarbeitungsbedingungstabelle 33. Auf diese Weise stellt die Bedingungseinstelleinheit 34 die Verarbeitungsbedingungen für die additive Herstellung ein. Die Bedingungseinstelleinheit 34 gibt die Daten zu den Verarbeitungsbedingungen aus, die auf die Befehlserzeugungseinheit 35 eingestellt wurden.
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Das Steuergerät 12 kann die Daten zu den spezifizierten Verarbeitungsbedingungen von dem Verarbeitungsprogramm 31 erhalten, das eine Beschreibung der Daten zu den Verarbeitungsbedingungen enthält, statt von den vorgespeicherten Daten zu den verschiedenen Verarbeitungsbedingungen in der Verarbeitungsbedingungstabelle 33. In diesem Fall erhält die Programmanalyseeinheit 32 des Steuergeräts 12 die Daten zu den Verarbeitungsbedingungen durch Analyse des Verarbeitungsprogramms 31.
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Die Befehlserzeugungseinheit 35 umfasst eine Achsenbefehlserzeugungseinheit 36, die den Achsenbefehl 21 und den Rotationsbefehl 22 erzeugt, eine Laserausgabebefehlserzeugungseinheit 37, die den Laserausgabebefehl 23 erzeugt, eine Zuführbefehlserzeugungseinheit 38, die den Zuführbefehl 24 erzeugt, eine Strombefehlserzeugungseinheit 39, die den Strombefehl 25 erzeugt, und eine Gasversorgungsbefehlserzeugungseinheit 40, die den Gaserzeugungsbefehl 26 erzeugt. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 erzeugt den Achsenbefehl 21 basierend auf den Daten zu dem Bewegungspfad. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 erzeugt den Rotationsbefehl 22 gemäß Anweisungen in dem Verarbeitungsprogramm 31. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 gibt den erzeugten Achsenbefehl 21 an die Kopfantriebseinheit 13 aus. Die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 gibt den erzeugten Rotationsbefehl 22 an die rotierenden Schäfte 17 aus.
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Die Laserausgabebefehlserzeugungseinheit 37 erzeugt den Laserausgabebefehl 23 in Übereinstimmung mit den Verarbeitungsbedingungen und gibt den erzeugten Laserausgabebefehl 23 an den Laseroszillator 2 aus. Die Zuführbefehlserzeugungseinheit 38 erzeugt den Zuführbefehl 24 in Übereinstimmung mit den Verarbeitungsbedingungen und gibt den erzeugten Zuführbefehl 24 an den Drehmotor 8 aus. Die Strombefehlserzeugungseinheit 39 erzeugt den Strombefehl 25 in Übereinstimmung mit den Verarbeitungsbedingungen und gibt den erzeugten Strombefehl 25 an die CMT-Stromversorgung 11 aus. Die Gasversorgungsbefehlserzeugungseinheit 40 erzeugt den Gasversorgungsbefehl 26 in Übereinstimmung mit den Verarbeitungsbedingungen und gibt den erzeugten Gasversorgungsbefehl 26 an das Gaseinspritzungsgerät 14 aus.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung geliefert, wie die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 einen Wulst bildet. 3 ist ein Diagramm, das die Vorrichtung zur additiven Herstellung von 1 bei der Formung eines Wulstes zeigt. Der Wulst 41 ist ein lineares erhärtetes Objekt, das aus dem geschmolzenen Draht 6 gebildet ist. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 schichtet eine Mehrzahl von Wülsten 41 auf das Basismaterial 18 und formt demnach das geformte Objekt 19. 3 zeigt ein Bilden des ersten Wulstes 41 auf dem Basismaterial 18.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 verschiebt die Zuführstelle, während wiederholtem Zuführen und Zurückziehen des Drahtes 6 zu und von der Zuführstelle an dem Basismaterial 18. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 verschiebt die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, wobei die Bestrahlungsstelle in einer Bewegungsrichtung 44, entlang der die Zuführstelle verschoben wird, beabstandet von der Zuführstelle führt.
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Die CMT-Stromversorgung 11 erzeugt einen Lichtbogen zwischen dem Draht 6 und dem Basismaterial 18 durch Anlegen eines Spannungspulses zwischen dem Draht 6 und dem Basismaterial 18. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 schmilzt das Basismaterial 18 mit dem Lichtbogen und bildet demnach ein Schmelzbad 42 in dem Basismaterial 18. Der Zuführmechanismus 7 führt den Draht 6 dem Schmelzbad 42 synchronisiert mit der Lichtbogenerzeugung zu. Der Draht 6 wird mit dem Durchfluss des Stroms durch den Draht 6 erhitzt. Der Lichtbogen erlischt, wenn ein geschmolzener Tropfen des Drahtes 6 das Schmelzbad 42 berührt. Wenn der Lichtbogen erlischt, verringert die CMT-Stromversorgung 11 den Strom auf ein Minimum.
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Nachdem der Tropfen das Schmelzbad 42 berührt, zieht der Zuführmechanismus 7 den Draht 6 zurück. Das Zurückziehen des Drahtes 6 trennt den das Schmelzbad 42 berührenden Tropfen von dem Draht 6. Wenn der Tropfen von dem Draht 6 getrennt wird, wird ein Kurzschluss zwischen dem Basismaterial 18 und dem Draht 6 aufgelöst und die CMT-Stromversorgung 11 erhöht den Strom zur Lichtbogenerzeugung. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 wiederholt diesen Betrieb während sie die Zuführstelle für den Draht 6 verschiebt und bildet demnach den Wulst 41 auf dem Basismaterial 18. Wenn ein anderer Wulst 41 auf dem obigen Wulst 41 gebildet wird, führt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 einen ähnlichen Betrieb zu dem aus, den die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ausführt, wenn der obige Wulst 41 auf dem Basismaterial 18 gebildet wird.
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Da der Wulst 41 durch Zuführen des geschmolzenen Drahtes 6 zu dem Schmelzbad 42 gebildet wird, ist die Breite des Wulstes 41 proportional zu der Größe des Schmelzbades 42. Je größer das Schmelzbad 42, desto breiter der Wulst 41. Wenn ein Schneidprozess der den Draht 6 nutzenden additiven Herstellung folgen soll, benötigt das geformte Objekt 19 eine verringerte Wanddicke zum Zweck der Verringerung eines Widerstands beim Schneiden. Demnach können Wärmezufuhrbedingungen angewendet werden, um den Wulst 41 dünner zu machen. Ein Problem in diesem Fall ist, dass das Schmelzbad 42 flacher wird, wenn das Basismaterial 18 eine größere Wärmekapazität hat oder wenn Wärme von dem Basismaterial 18 mit einer schnelleren Rate entzogen wird, was es dem Wulst 41 leichter macht, sich zu lösen.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 heizt einen Bereich 43 des Basismaterials 18 durch Bestrahlung des Basismaterials 18 mit dem Laserstrahl 5 vor, was als eine zusätzliche Wärmequelle dient. Durch Vorheizen des Basismaterials 18 verbessert die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Benetzbarkeit des Basismaterials 18. Durch Verbessern der Benetzbarkeit des Basismaterials 18 ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 dazu imstande, die Trennung des Wulstes 41 zu steuern. Folglich ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 zur stabilen Bildung des dünneren Wulstes 41 imstande, selbst wenn das Schmelzbad 42 kleiner ist.
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Hier wird eine Beschreibung der Beziehung zwischen der Zuführstelle für den Draht 6 und der Bestrahlungsstelle für den Laserstrahl 5 geliefert. Wenn das Schmelzbad 42 direkt mit dem Laserstrahl 5 bestrahlt wird, wird dem Basismaterial 18 erhöhte Wärme zugeführt, was das Schmelzbad 42 größer macht. Mit dem größeren Schmelzbad 42 ist der gebildete Wulst 41 dicker. Darüber hinaus wird die Wärme von dem Basismaterial 18 an den Draht 6 übertragen, wenn der Draht 6 das Schmelzbad 42 berührt, wodurch der Draht 6 übermäßig schmilzt. Das übermäßige Schmelzen des Drahtes 6 macht kontrolliertes Zuführen und Zurückziehen des Drahtes 6 schwierig, so dass der Draht 6 nicht stabil zugeführt und zurückgezogen wird. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 bestrahlt die Stelle vor der Zuführstelle in der Bewegungsrichtung 44 mit dem Laserstrahl 5 und verbessert demnach die Benetzbarkeit und verhindert übermäßige Hitzezufuhr in das Basismaterial 18.
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Ein Abstand L bezeichnet einen Abstand zwischen einem Zentrum der Zuführstelle für den Draht 6 und einem Zentrum der Bestrahlungsstelle für den Laserstrahl 5. Wenn der Abstand L zu klein ist wird das Schmelzbad 42 problematisch größer und der Draht 6 schmilzt problematisch übermäßig. Wenn der Abstand L zu lang ist, erzielt das Vorheizen des Basismaterials 18 eine unzureichende Wirkung. Demnach liegt der Abstand L in einem Bereich von dem 1,0- bis zum 2,0-fachen eines Fleckdurchmessers des Laserstrahls 5 an dem Werkstück. Dies ermöglicht der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ein kleineres Schmelzbad 42 zu bilden und verhindert ein übermäßiges Schmelzen des Drahtes 6. Der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ist es auch möglich, die Benetzbarkeit durch Vorheizen des Basismaterials 18 zu verbessern. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ist zu einer genauen Positionssteuerung des vorzuheizenden Bereichs 43 imstande. Durch die genaue Positionssteuerung des Bereichs 43 ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 dazu imstande, die Benetzbarkeit des Basismaterials 18 zu verbessern während des Steuerns der Wärmezufuhr zu dem gesamten Basismaterial 18.
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Durch Steuern der Wärmezufuhr zu dem Basismaterial 18 verhindert oder verringert die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 Dehnungen des geformten Objekts 19 durch thermische Schrumpfung nach der Formung. Da die Dehnungen in dem geformten Objekt 19 verhindert oder verringert werden, ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 zu Hochpräzisionsformungen imstande. Der Laseroszillator 2 der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ist nicht notwendigerweise ein Hochleistungslaseroszillator zur Formung des Schmelzbads 42. Je höher die Ausgabeleistung ist, desto teurer ist der Laseroszillator. Demnach ist es der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1, die keinen Hochleistungslaseroszillator benötigt, möglich, eine kostengünstige Anordnung zu haben.
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Schmelzen des Drahtes 6 durch Bestrahlung des Drahtes 6 mit dem Laserstrahl 5 kann Probleme dahingehend aufweisen, dass der Draht 6 schwierig zu schmelzen ist, wenn der Draht 6 eine niedrige Absorption für den Laserstrahl 5 aufweist. In der ersten Ausführungsform wird der Draht 6 durch den Durchfluss des Stroms durch den Draht 6 geschmolzen, so dass das Problem vermeidbar ist. Ein gegebenes Beispiel des Drahtes 6, der eine niedrige Absorption für den Laserstrahl 5 aufweist, ist zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer gemacht.
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Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Hardwareanordnung des Steuergeräts 12 geliefert. Das Steuergerät 12 ist funktionell mit einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt. Die Verarbeitungsschaltung ist dedizierte Hardware, die in dem Kontrollgerät 12 eingebaut ist. Die Verarbeitungsschaltung kann ein Prozessor sein, der in einem Speicher gespeicherte Programme ausführt.
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4 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel der Hardwareanordnung des Steuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der in 4 gezeigten Hardwareanordnung ist das Kontrollgerät 12 funktionell mit dedizierter Hardware umgesetzt. Das Kontrollgerät 12 umfasst eine Verarbeitungsschaltung 51, die verschiedene Prozesse ausführt, eine Schnittstelle 52, die eine Verbindung mit einem externen Gerät zu dem Steuergerät 12 zur Verfügung stellt, oder Informationen ein- und ausgibt, und ein externes Speichergerät 53, das Informationen speichert.
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Die Verarbeitungsschaltung 51 dient als die dedizierte Hardware und ist eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallelprogrammierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein programmierbares Logikgatter („Field-Programmable Gate Array“, FPGA), oder eine Kombination dieser. Die Programmanalyseeinheit 32, die Bedingungseinstelleinheit 34 und die Befehlserzeugungseinheit 35, die in 2 gezeigt sind, sind funktionell mit der Verarbeitungsschaltung 51 umgesetzt. Das Verarbeitungsprogramm 31 und die Verarbeitungsbedingungstabelle 33 sind in dem externen Speichergerät 53 gespeichert. Die verschiedenen Befehle, die von der Befehlserzeugungseinheit 35 erzeugt werden, werden von der Schnittstelle 52 an die jeweiligen Teile ausgegeben.
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5 ist ein Diagramm, das ein zweites Beispiel einer Hardwareanordnung des Steuergeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der in 5 gezeigten Hardwareanordnung ist das Steuergerät 12 funktionell mit Hardware umgesetzt, die Programme ausführt.
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Ein Prozessor 54 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine arithmetische Einheit, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Die Programmanalyseeinheit 32, die Bedingungseinstelleinheit 34 und die Befehlserzeugungseinheit 35, die in 2 gezeigt sind, sind funktionell mit dem Prozessor 54 und Software, Firmware, oder einer Kombination von Software und Firmware umgesetzt. Die Software oder die Firmware ist als die Programme beschrieben und ist in einem Speicher 55 gespeichert, der als ein eingebauter Speicher dient. Der Speicher 55 ist ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) (eingetragene Handelsmarke).
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der ersten Ausführungsform verschiebt die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, wobei die Bestrahlungsstelle in einem Bewegungspfad der Zuführstelle beabstandet von der Zuführstelle führt. Demnach erzeugt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 eine Wirkung dahingehend, dass es möglich ist, Hochpräzisionsformungen durchzuführen.
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Zweite Ausführungsform.
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6 ist ein Diagramm, das zeigt, wie eine Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird. 7 ist ein Diagramm, das eine Drahtzufuhr in der Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Der Betrieb der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf die oben beschriebene Anordnung der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
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6 zeigt, wie sich zwischen dem Draht 6 und dem Werkstück angelegte Spannung, durch den Draht 6 fließender Strom, Drahtgeschwindigkeit, und Laserausgabeleistung verändern. Die Drahtgeschwindigkeit bezeichnet die Zuführgeschwindigkeit des Drahtes 6. Die Laserausgabeleistung bezeichnet die Ausgabeleistung des Laserstrahls 5 von dem Laseroszillator 2. Während 6 die Zeitpunkte T1 bis T6 zeigt, zeigt 7 Zustandsänderungen des Drahtes 6 zwischen dem Zeitpunkt T2 und dem Zeitpunkt T6. 7 zeigt nicht den Wulst 41, der gebildet wird, wenn der Draht 6 zugeführt wird.
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Die Ausgabe des Laserstrahls 5 von dem Laseroszillator 2 und das Zuführen des Drahtes 6 durch den Zuführmechanismus 7 erfolgen zur selben Zeit vor dem Zeitpunkt T1. Hier ist der Draht 6 noch nicht mit dem Basismaterial 18 in Berührung. Bevor der Draht 6 mit einer Oberfläche 18a des Basismaterials 18 in Berührung kommt, legt die CMT-Stromversorgung 11 die Spannung zwischen dem Draht 6 und dem Basismaterial 18 zum Zeitpunkt T1 an.
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Zum Zeitpunkt T2 berührt ein führendes Ende des Drahtes 6 die Oberfläche 18a. Wenn der Draht 6 die Oberfläche 18a berührt, fließt der Strom durch den Draht 6. Zum Zeitpunkt T2 verringert der Laseroszillator 2 die Laserausgabeleistung. Alternativ kann der Laseroszillator 2 die Laserausgabeleistung zum Zeitpunkt T2 stoppen. Auf diese Weise kann die Ausbreitung von überschüssiger Wärme von dem Laserstrahl 5 zu dem Draht 6 durch das Basismaterial 18 in der Gegenwart eines Kurzschlusses zwischen dem Draht 6 und dem Basismaterial 18 verhindert werden. Ob die Laserausgabeleistung zum Zeitpunkt T2 verringert oder gestoppt wird kann in Übereinstimmung mit der Wärmekapazität des Basismaterials 18 oder einer Rate, mit der Wärme von dem Basismaterial 18 entzogen wird, bestimmt werden. Zum Zeitpunkt T2 schaltet der Zuführmechanismus 7 seinen Betrieb vom Zuführen des Drahtes 6 zum Zurückziehen des Drahtes 6 um. Ab dem Zeitpunkt T2 wird der Draht 6 allmählich mit der angelegten Spannung zurückgezogen. Von dem Zeitpunkt T2 zum Zeitpunkt T3 schließen der Draht 6 und das Basismaterial 18 kurz.
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Zum Zeitpunkt T3 wird ein Lichtbogen 45 zwischen dem führenden Ende des Drahtes 6 und der Oberfläche 18a erzeugt. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 erzeugt den Lichtbogen 45, um das Schmelzbad 42 in dem Basismaterial 18 zu bilden. 7 zeigt das Schmelzbad 42 nicht. Zum Zeitpunkt T3 erhöht die CMT-Stromversorgung 11 den Strom. Zum Zeitpunkt T3 erhöht der Laseroszillator 2 die Laserausgabeleistung. Wenn der Lichtbogen 45 erzeugt werden soll, erhöht der Laseroszillator 2 die Laserausgabeleistung in Verbindung mit einem Anstieg der angelegten Spannung zwischen dem Werkstück und dem Draht 6. Das Steuergerät 12 kann eine Steuerung zur Verfügung stellen, die die Laserausgabeleistung erhöht, wenn der Anstieg der Spannung erfasst wird. Der Anstieg der Spannung wird durch die CMT-Stromversorgung 11 erfasst.
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Zum Zeitpunkt T3 schaltet der Zuführmechanismus 7 seinen Betrieb vom Zurückziehen des Drahtes 6 zum Zuführen des Drahtes 6 um. Da das führende Ende des Drahtes 6 von der Oberfläche 18a getrennt ist, breitet sich die Wärme des Laserstrahls 5 nicht durch das Basismaterial 18 zu dem Draht 6 aus. Wegen des durch den Draht 6 fließenden Stroms wird der Draht 6 erhitzt. Der Draht 6 schmilzt und bildet demnach einen Tropfen, der mit dem Schmelzbad 42 in Berührung kommt. Das Basismaterial 18 wird durch den Laserstrahl 5 vorgeheizt, so dass die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 es ermöglicht, dass der auf dem Basismaterial 18 zu bildende Wulst 41 verbesserte Benetzbarkeit aufweist.
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Wenn der Draht 6 schmilzt, erhöht sich ein Abstand zwischen dem Basismaterial 18 und dem Draht 6. Entsprechend erhöht die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Drahtgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt einer Verringerung der Spannung. Zum Zeitpunkt T4 berührt das führende Ende des Drahtes 6 die Oberfläche 18a. Der Lichtbogen 45 endet zum Zeitpunkt T4. Zum Zeitpunkt T4 verringert oder stoppt der Laseroszillator 2 die Laserausgabeleistung, wie es der Laseroszillator 2 zum Zeitpunkt T2 getan hat. Zum Zeitpunkt T4 schaltet der Zuführmechanismus 7 seinen Betrieb vom Zuführen des Drahtes 6 zum Zurückziehen des Drahtes 6 um, wie es der Zuführmechanismus 7 zum Zeitpunkt T2 getan hat. Der Lichtbogen 45 tritt zwischen dem Zeitpunkt T3 und dem Zeitpunkt T4 auf.
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Ab dem Zeitpunkt T5 wiederholt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 den Betrieb, den die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 von dem Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T4 durchgeführt hat. Von dem Zeitpunkt T4 bis zum Zeitpunkt T5 schließen der Draht 6 und das Basismaterial 18 kurz. Der Lichtbogen 45 tritt zwischen dem Zeitpunkt T5 und dem Zeitpunkt T6 auf.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform verringert die Laserausgabeleistung, wenn der Draht 6 das Werkstück berührt und erhöht die Laserausgabeleistung, wenn der Draht 6 von dem Werkstück getrennt wird. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ist dazu imstande, die Ausbreitung von überschüssiger Wärme von dem Laserstrahl 5 zu dem Draht 6 durch das Basismaterial 18 zu verhindern. Demnach erzeugt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 eine Wirkung dahingehend, dass es möglich ist, Hochpräzisionsformungen durchzuführen.
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Dritte Ausführungsform.
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8 ist eine Seitenansicht eines Bearbeitungskopfes einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist ein Diagramm, das eine Zuführstelle und eine Bestrahlungsstelle in einer Draufsicht auf den in 8 gezeigten Bearbeitungskopf zeigt. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist dazu imstande, die Bestrahlungsstelle für den Laserstrahl 5 entlang eines Umfangs eines Kreises zu verschieben, der die Zuführstelle für den Draht 6 in seinem Zentrum hat. In der dritten Ausführungsform haben mit denen in den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen identisch einzelne Elemente dieselben Bezugszeichen und es wird hauptsächlich eine Beschreibung der Unterschiede von der ersten und zweiten Ausführungsform geliefert. 9 zeigt einen Querschnitt des der Zuführstelle zugeführten Drahtes 6 und einen Fleck des Laserstrahls 5 an der Bestrahlungsstelle.
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Ein Bearbeitungskopf 61 umfasst einen Strahlauslass 62, der den Laserstrahl 5 in Richtung eines Werkstücks abstrahlt. Der Bearbeitungskopf 61 weist eine zylindrische Form auf. Der Bearbeitungskopf 61 rotiert um eine zentrale Achse der zylindrischen Form. Der Draht 6 wird dem Werkstück entlang dieser zentralen Achse zugeführt. Die Zuführstelle für den Draht 6 wird mit der zentralen Achse ausgerichtet. Der Laserstrahl 5 von dem Strahlauslass 62 wird schräg relativ zu dieser zentralen Achse abgestrahlt. Während der Bearbeitungskopf 61 dreht, bewegt sich der Strahlauslass 62 entlang des Umfangs des Kreises, der die Zuführstelle für den Draht 6 im Zentrum hat. Mit anderen Worten verschiebt der Bearbeitungskopf 61 die Bestrahlungsstelle durch Rotieren. Der Bearbeitungskopf 61 bewegt sich entlang jeder der drei Achsen wie in der ersten Ausführungsform. Wie in der ersten Ausführungsform verschiebt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, wobei die Bestrahlungsstelle in einer Bewegungsrichtung 44, entlang der die Zuführstelle verschoben wird, beabstandet von der zu Zuführstelle führt.
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10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, das die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, die in 9 gezeigt sind, in einem Bewegungspfad der Zuführstelle zeigt. 10 zeigt den Querschnitt des zur Zuführstelle zugeführten Drahtes 6 und den Fleck des Laserstrahls 5 an der Bestrahlungsstelle. Der in 10 gezeigte Bewegungspfad 63 umfasst eine Biegung.
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In einem geraden Teil des Bewegungspfads 63 wird die Bestrahlungsstelle in derselben Richtung verschoben, wie die Richtung, in die die Zuführstelle durch die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 verschoben wird, wobei die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Bestrahlungsstelle vor der Zuführstelle verschiebt. In der Biegung des Bewegungspfads 63 muss die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Richtung ändern, in die die Bestrahlungsstelle relativ zu der Richtung, in die die Zuführstelle verschoben wird, verschoben wird, um die Bestrahlungsstelle entlang des Bewegungspfads 63 zu verschieben. Wenn eine Bewegungsrichtung 64 wie in der Biegung variiert, wird der Bearbeitungskopf 61 der Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 rotiert, um die Bestrahlungsstelle in Übereinstimmung mit der variierenden Bewegungsrichtung 64 zu verschieben.
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11 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle, die in 10 gezeigt sind, verschoben werden. 11 zeigt den Querschnitt des zu der Zuführstelle zugeführten Drahtes 6 und den Fleck des Laserstrahls 5 an der Bestrahlungsstelle. Ein oberer Teil von 11 zeigt die Bestrahlungsstelle, die die Biegung erreicht, während sie vor der Zuführstelle in der Bewegungsrichtung 64 verschoben wird. Der Bearbeitungskopf 61 rotiert, während er seine Bewegung in Richtung der Biegung zusammen mit der Zuführstelle fortsetzt. Ein mittlerer Teil von 11 zeigt die Bestrahlungsstelle, wie sie in der variierten Richtung wandert, die mit der variierten Bewegungsrichtung 64 übereinstimmt. Demnach verschiebt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Bestrahlungsstelle entlang des Bewegungspfads 63.
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Ein unterer Teil von 11 zeigt die Zuführstelle, die die Biegung erreicht. Wenn die Zuführstelle die Biegung erreicht, hört der Bearbeitungskopf 61 auf zu rotieren. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 verändert die Richtung, in die der Bearbeitungskopf 61 bewegt wird, um mit der variierten Richtung, in die die Zuführstelle verschoben werden soll, übereinzustimmen. Demnach wird die Bestrahlungsstelle in dieselbe Richtung verschoben, wie die Richtung, in die die Zuführstelle durch die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 verschoben wird. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 ist auch dazu imstande, einen fixen Abstand zwischen der Bestrahlungsstelle und der Zuführstelle zu halten, während die Bestrahlungsstelle und die Zuführstelle entlang der Biegung verlaufen.
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Von dem Zeitpunkt, zu der die Bestrahlungsstelle die Biegung erreicht, zu dem Zeitpunkt, zu der die Zuführstelle die Biegung erreicht, verschieben sich die Bestrahlungsstelle und die Zuführstelle mit gleicher Geschwindigkeit. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 steuert die Rotation des Bearbeitungskopfes 61, so dass die Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Bearbeitungskopfes 61 eine Geschwindigkeitskomponente „rsin θ/t“ in der Bewegungsrichtung 64 umfasst, die der Verschiebungsgeschwindigkeit der Zuführstelle gleicht. Hier repräsentiert „r“ einen Rotationsradius, „θ“ repräsentiert einen Rotationswinkel und „t“ repräsentiert die Zeit.
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Die Befehlserzeugungseinheit 35 des Steuergeräts 12 umfasst eine Rotationsbefehlserzeugungseinheit, die einen Rotationsbefehl zum Rotieren des Bearbeitungskopfes 61 in Übereinstimmung mit der variierenden Bewegungsrichtung 64 erzeugt. Die Rotationbefehlserzeugungseinheit gibt den erzeugten Rotationsbefehl an den Bearbeitungskopf 61 aus. Die Rotationsbefehlserzeugungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform ist nicht gezeigt.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist dazu imstande, die Bestrahlungsstelle entlang des Umfangs des Kreises zu verschieben, der die Zuführstelle in seinem Zentrum hat, so dass die Bestrahlungsstelle entlang der variierenden Bewegungsrichtung 64 verschoben wird. Demnach ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 dazu imstande, die Zuführstelle und die Bestrahlungsstelle zu verschieben, wobei die Bestrahlungsstelle in einem Bewegungspfad 63 der Zuführstelle beabstandet von der Zuführstelle führt.
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Vierte Ausführungsform.
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12 ist ein Diagramm, das eine Funktionsanordnung eines Steuergeräts zeigt, das von einer Vorrichtung zur additiven Herstellung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst wird. Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der vierten Ausführungsform regelt ein Heizen eines Werkstücks durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl 5 auf Basis eines Temperaturmessergebnisses des Werkstücks. In der vierten Ausführungsform haben einzelne mit denen in den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen identische Elemente dieselben Bezugszeichen und es wird hauptsächlich eine Beschreibung der Unterschiede zu der ersten bis dritten Ausführungsform geliefert.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 umfasst einen Temperatursensor 70, der eine Temperatur des Werkstücks misst. Der Temperatursensor 70 misst die Temperatur des Werkstücks an der Zuführstelle für den Draht 6 oder einer Stelle vor der Zuführstelle in der Bewegungsrichtung 44 oder 64 für die Zuführstelle. Der zu verwendende Temperatursensor 70 kann ein Gerät wie zum Beispiel ein Strahlungsthermometer oder ein Infrarotthermographiegerät sein.
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Der Temperatursensor 70 gibt das Temperaturmessergebnis an die Befehlserzeugungseinheit 35 aus. Wenn das Messergebnis von dem Temperatursensor 70 kleiner als ein Schwellwert ist, passt die Befehlserzeugungseinheit 35 seinen Befehl an, um die in das Werkstück eingeführte Wärme zu erhöhen. Wenn das Messergebnis des Temperatursensors 70 höher als ein Schwellwert ist, passt die Befehlserzeugungseinheit 35 ihren Befehl an, um die in das Werkstück eingeführte Wärme zu verringern. Der Schwellwert ist voreingestellt.
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Wenn die in das Werkstück eingeführte Wärme erhöht werden soll, erzeugt die Laserausgabebefehlserzeugungseinheit 37 den Laserausgabebefehl 23, der die Laserausgabeleistung erhöht. Wenn die in das Werkstück eingeführte Wärme verringert werden soll, erzeugt die Laserausgabebefehlserzeugungseinheit 37 den Laserausgabebefehl 23, der die Laserausgabeleistung verringert. Wenn die in das Werkstück eingeführte Wärme erhöht werden soll, erzeugt alternativ die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 den Achsenbefehl 21, der den Bearbeitungskopf 4 und die Kontaktspitze 10 verlangsamt. Wenn die in das Werkstück eingeführte Wärme verringert werden soll, erzeugt alternativ die Achsenbefehlserzeugungseinheit 36 den Achsenbefehl 21, der den Bearbeitungskopf 4 und die Kontaktspitze 10 beschleunigt. Wie oben beschrieben regelt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Heizung des Werkstücks durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl 5 auf Basis der Temperatur des Werkstücks. Durch Regeln der Heizung des Werkstücks ist die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 zur stabilen Bildung des Wulstes 41 imstande.
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Die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 gemäß der vierten Ausführungsform regelt die Heizung des Werkstücks auf Basis der Temperatur des Werkstücks und ist demnach dazu imstande, den Wulst 41 stabil zu bilden. Demnach erzielt die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 eine Wirkung dahingehend, dass es möglich ist, Hochpräzisionsformungen durchzuführen. Wenn die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 den rotierbaren Bearbeitungskopf 61 wie in der dritten Ausführungsform aufweist, kann die Vorrichtung zur additiven Herstellung 1 die Heizung eines Werkstücks basierend auf einem Temperaturmessergebnis des Werkstücks regeln.
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Die obigen in den Ausführungsformen gezeigten Anordnungen veranschaulichen den Inhalt der vorliegenden Erfindung, können mit anderen öffentlich bekannten Techniken kombiniert werden und können teilweise ausgelassen oder verändert werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur additiven Herstellung;
- 2
- Laseroszillator;
- 3
- Lichtwellenleiter;
- 4, 61
- Bearbeitungskopf;
- 5
- Laserstrahl;
- 6
- Draht;
- 7
- Zuführmechanismus;
- 8
- Drehmotor;
- 9
- Drahtspule;
- 10
- Kontaktspitze;
- 11
- CMT-Stromversorgung;
- 12
- Steuergerät;
- 13
- Kopfantriebseinheit;
- 14
- Gaseinspritzungsgerät;
- 15
- Rohr;
- 16
- Gas;
- 17
- rotierende Schäfte;
- 18
- Basismaterial;
- 18a
- Oberfläche;
- 19
- geformtes Objekt;
- 20
- Plattform;
- 21
- Achsenbefehl;
- 22
- Rotationsbefehl;
- 23
- Laserausgabebefehl;
- 24
- Zuführbefehl;
- 25
- Strombefehl;
- 26
- Gasversorgungsbefehl;
- 31
- Verarbeitungsprogramm;
- 32
- Programmanalyseeinheit;
- 33
- Verarbeitungsbedingungstabelle;
- 34
- Bedingungseinstelleinheit;
- 35
- Befehlserzeugungseinheit;
- 36
- Achsenbefehlserzeugungseinheit;
- 37
- Laserausgabebefehlserzeugungseinheit;
- 38
- Zuführbefehlserzeugungseinheit;
- 39
- Strombefehlserzeugungseinheit;
- 40
- Gasversorgungsbefehlserzeugungseinheit;
- 41
- Wulst;
- 42
- Schmelzbad;
- 43
- Bereich;
- 44, 64
- Bewegungsrichtung;
- 45
- Lichtbogen;
- 51
- Verarbeitungsschaltung;
- 52
- Schnittstelle;
- 53
- externes Speichergerät;
- 54
- Prozessor;
- 55
- Speicher;
- 62
- Strahlauslass;
- 63
- Bewegungspfad;
- 70
- Temperatursensor.
