TWI621739B - 沉積設備與沉積方法 - Google Patents
沉積設備與沉積方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI621739B TWI621739B TW105119326A TW105119326A TWI621739B TW I621739 B TWI621739 B TW I621739B TW 105119326 A TW105119326 A TW 105119326A TW 105119326 A TW105119326 A TW 105119326A TW I621739 B TWI621739 B TW I621739B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- carrier
- deposition
- lasers
- liquid
- deposition apparatus
- Prior art date
Links
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 122
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 97
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 25
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 33
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 8
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/22—Direct deposition of molten metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
- B22F12/45—Two or more
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
- B22F12/53—Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
- B23K26/0619—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams with spots located on opposed surfaces of the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
- B23K26/702—Auxiliary equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/37—Process control of powder bed aspects, e.g. density
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
一種沉積設備與沉積方法。此沉積設備包含承裝件、複數個雷射器以及承載體。承裝件配置以裝載材料。雷射器設於承載件之周圍，且配置以同時對此材料發射複數個雷射光束來將此材料熔化成沉積液。承載體設於承裝件與雷射器之下方，且配置以承接沉積液。
Description
本發明是有關於一種沉積設備與沉積方法，且特別是有關於一種直接沉積設備與直接沉積方法。
直接金屬沉積(DMD)技術係一種雷射製造工藝，可用以生產各種形狀的高精度模具與精密零件，亦可應用於工程變更、或修補工具與零件。目前常見的一種直接金屬沉積技術係以工業雷射束聚焦到工件基材上，而在工件基材上形成熔池，再利用設於工業雷射器周圍的噴嘴將金屬粉末注入到熔池中。於製程期間，控制系統根據預設之幾何圖案移動雷射光束，雷射光束在移動時將金屬顆粒/粉末熔化成液態金屬，而液態金屬直接沉積在工件基材上進而形成所需之零件。
在這樣的直接金屬沉積技術中，由於噴嘴為傳送金屬顆粒/粉末到熔池的組件，因此對於沉積層之冶金性能、沉積效率、沉積過程的一致性與精確性、以及沉積層之表面光潔度具有直接的影響，故噴嘴在沉積設備中為相當關鍵的組件。
然而，現有沉積設備的噴嘴在金屬顆粒/粉末沉積或雷射熔覆程序上具有非常低的效率，且容易造成金屬顆粒/粉末的沉積，而造成原料的浪費。此外，目前的雷射直接金屬沉積技術大多使用高功率雷射，而高功率雷射的造價極高，導致雷射直接金屬沉積加工的成本高昂。
因此，本領域亟需可有效減少液態金屬與金屬粉末飛濺，而可減少原料浪費之低成本且高效率的直接沉積設備與直接沉積方法。
因此，本發明之一目的就是在提供一種沉積設備與沉積方法，其係利用多個雷射器來同時對承載件所供應之材料發射多道雷射光束。由於可同時對沉積材料施加多道雷射光束，因此無需使用高功率雷射器即可順利將沉積材料熔化成沉積液，故大幅降低雷射器的成本，進而可減少直接沉積製程的成本。
本發明之另一目的是在提供一種沉積設備與沉積方法，其可以金屬焊條取代金屬顆粒或粉末，因此可解決金屬顆粒或粉末飛濺的問題，而可提高沉積材料的利用率，降低沉積材料的浪費，並可提升沉積的一致性與精確性與沉積層表面的光潔度。
根據本發明之上述目的，提出一種沉積設備。此沉積設備包含承裝件、複數個雷射器以及承載體。承裝件配置以裝載材料。雷射器設於承載件之周圍，且配置以同時
對此材料發射複數個雷射光束來將此材料熔化成沉積液。承載體設於承裝件與雷射器之下方，且配置以承接沉積液。
依據本發明之一實施例，上述之材料為焊條，且上述之承裝件為夾具而適用以夾持焊條。
依據本發明之一實施例，上述之承裝件係一可動裝置，且適用以相對於承載體移動。
依據本發明之一實施例，上述之承載體係一可動裝置，且適用以相對於承裝件移動。
依據本發明之一實施例，上述之雷射器之功率為約30W至約1000W。
依據本發明之一實施例，上述之雷射器在承裝件之周圍上等距設置。
依據本發明之一實施例，上述之沉積設備更包含罩體，此罩體配置以罩覆住承裝件與雷射器。
依據本發明之一實施例，上述之沉積設備更包含電荷耦合元件設於承裝件上，此電荷耦合元件配置以監控沉積液。
依據本發明之一實施例，上述之沉積設備更包含至少一氣體噴嘴，其中承裝件之底部具有材料供應孔，此至少一氣體噴嘴設於承裝件之底部且位於材料供應孔之外圍，此至少一氣體噴嘴配置以噴射鈍氣而在材料供應孔之外圍形成氣牆。
根據本發明之上述目的，另提出一種沉積方法。在此方法中，利用承裝件之底部之材料供應孔供應一材
料。於承裝件之底部之下方對此材料同時發射複數個雷射光束，以將此材料熔化成沉積液。利用一承載體承接此沉積液。
依據本發明之一實施例，上述之材料為焊條，且上述之承裝件為夾具，此焊條夾設於材料供應孔中。
依據本發明之一實施例，上述之材料為粉末，且上述之承裝件為噴頭，粉末從材料供應孔噴放。
依據本發明之一實施例，對上述之材料同時發射雷射光束包含利用複數個雷射器發射這些雷射光束，且這些雷射器之功率為約30W至約1000W。
依據本發明之一實施例，上述之雷射器設於承裝件之周圍，且在此周圍上等距設置。
依據本發明之一實施例，上述之沉積方法更包含利用罩體罩覆住承裝件與雷射器。
依據本發明之一實施例，上述供應材料時包含利用至少一噴嘴噴射鈍氣，以在材料供應孔之外圍形成氣牆。
依據本發明之一實施例，上述利用承載體承接沉積液時包含根據一預設圖案而相對於承裝件移動承載體。
依據本發明之一實施例，上述利用承載體承接沉積液時包含根據一預設圖案而相對於承載體移動承裝件。
依據本發明之一實施例，上述利用承載體承接沉積液時包含利用電荷耦合元件監控沉積液。
100‧‧‧沉積設備
102‧‧‧承裝件
104‧‧‧雷射器
106‧‧‧承載體
108‧‧‧材料
110‧‧‧底部
112‧‧‧材料供應孔
114‧‧‧氣體噴嘴
116‧‧‧周圍
118‧‧‧雷射光束
120‧‧‧沉積物
122‧‧‧罩體
124‧‧‧電荷耦合元件
200‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積設備之裝置示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積設備之承載件與雷射器之下視示意圖；以及〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積方法的流程圖。
請參照圖1與圖2，其中圖1係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積設備之裝置示意圖、以及圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積設備之承載件與雷射器之下視示意圖。在本實施方式中，沉積設備100可為直接沉積設備，其可將沉積原料熔化而直接沉積在所需物件上。在一些例子中，沉積設備100主要可包含承裝件102、複數個雷射器104以及承載體106。
承裝件102主要係配置以裝載並供應沉積用的材料108。舉例而言，材料108可為金屬、或金屬與非金屬材料的組合。如圖2所示，承裝件102之底部110可具有材料供應孔112。在一些例子中，如圖1所示，材料108可為焊條，且承裝件102為夾具，因此承裝件102可將焊條夾在材料供應孔112中。焊條可例如為金屬焊條。當材料108為焊條時，
可解決粉末材料飛濺的問題，而可提高材料108的利用率，減少材料108的浪費，並可提升沉積的一致性與精確性與沉積層表面的光潔度。
在一些例子中，如圖2所示，沉積設備100更可選擇性地包含一或多個氣體噴嘴114。此外，氣體噴嘴114設於承裝件102之底部110，且位於材料供應孔112的外圍。舉例而言，沉積設備100可包含多個氣體噴嘴114，且這些氣體噴嘴114分布在材料供應孔112的外圍。這些氣體噴嘴114可以等距的方式排列，亦可以非等距的方式排列。這些氣體噴嘴114之尺寸可相同，亦可不同。此外，這些氣體噴嘴114之形狀可相同，亦可不同。在一些特定例子中，沉積設備100可僅包含一個氣體噴嘴114，此氣體噴嘴114可為環狀而圍繞在材料供應孔112的外圍。氣體噴嘴114可用以噴射鈍氣，而在材料供應孔112的外圍形成氣牆。
由於氣體噴嘴114的設置，因此在一些特定例子中，材料108亦可選用粉末，且承裝件102為噴頭，而承裝件102可從底部110之材料供應孔112噴放這些粉末。粉末可例如為金屬粉末。氣體噴嘴114噴出鈍氣所形成之氣牆不僅可導引粉末狀的材料108噴出的流向，防止粉末狀的材料108四處飛濺，亦可導引材料108熔化後所形成之沉積液滴落的方向，更可冷卻沉積液。如此一來，可改善材料108飛濺所造成之汙染問題，且可提高材料108的利用率，並可提高沉積製程的準確性，更可提升沉積效率。
請再次參照圖1與圖2，雷射器104設置在承裝件102之周圍116，其中承裝件102之周圍116在圖2中以虛線表示。這些雷射器104可同時對承裝件102之底部110的材料供應孔112所供應的材料108發射雷射光束118。由於多道雷射光束118同時照射在材料108上，因此這些雷射光束118的能量一起對材料108加熱，故雷射器104採用低功率雷射器即可將材料108順利熔化成沉積液。舉例而言，雷射器104之功率可為約30W至約1000W。這些雷射器104之功率可均相同、可部分相同而另一部分不同、或可彼此均不相同。在一些例子中，這些雷射器104可在承裝件102之周圍116上等距設置，以使材料108可獲得較均勻的加熱。當然，在其他例子中，這些雷射器104可非等距地設置在承裝件102之周圍116上。
透過多個雷射器104的設置，可同時對材料108施加多道雷射光束，因此雷射器104可無需採用高功率雷射器，故可大幅降低雷射器104的成本，進而可減少直接沉積製程的成本。
如圖1所示，承載體106設置在承裝件102與雷射器104的下方，且可承接材料108被雷射器104所射出之雷射光束118熔化後形成之沉積液。這些沉積在承載體106上的沉積液經固化後，在承載體106上形成沉積物120。承裝件102與承載體106之間可相對移動。在一些例子中，承裝件102為可動裝置，承載體106為固定裝置，承裝件102可相對於承載體106移動。在另一些例子中，承載體106為
可動裝置，承裝件102為固定裝置，承載體106可相對於承裝件102移動。在一些特定例子中，承裝件102與承載體106均為可動裝置，且承裝件102與承載體106均可根據沉積製程的需求而相對移動。
在本實施方式中，沉積設備100之承裝件102、承載體106、或承裝件102及承載體106可與控制定位系統，例如電腦數值控制(CNC)系統連結。在沉積過程中，控制定位系統根據欲沉積之結構圖案，來移動承裝件102、承載體106、或承裝件102及承載體106，藉此調整承裝件102與承載體106之間的相對位置，而使沉積液依照此結構圖案沉積在承載體106上。
在一些例子中，請再次參照圖1，沉積設備100可選擇性地包含罩體122。罩體122罩覆住承裝件102與雷射器104，以避免材料108或沉積液噴濺而汙染或損害到外部設備、或傷及工作人員，並降低外界空氣對沉積製程的影響。在一些例子中，如圖1所示，罩體122之下緣與承載體106之間具有間距，以利氣體噴嘴114噴出之鈍氣排出罩體122。鈍氣排出罩體122時，可將部分未被熔化之材料108，例如粉末，帶出罩體122。
在一些例子中，沉積設備100更可選擇性地包含監控元件，例如電荷耦合元件124。如圖1所示，此電荷耦合元件124設於承裝件102上。在沉積製程期間，線上工作人員可利用此電荷耦合元件124監控沉積的過程有無異狀。例如，可利用電荷耦合元件124監控沉積液的滴落位置。
請同時參照圖1至圖3，其中圖3係繪示依照本發明之一實施方式的一種沉積方法的流程圖。本實施方式之沉積方法可為直接沉積方法，其可利用上述實施方式之沉積設備100來進行。在一些例子中，可先進行步驟200，以利用沉積設備100之承裝件102之底部110的材料供應孔112來供應材料108。在一些例子中，材料108為焊條，且承裝件102為夾具，因此承裝件102供應材料108之方式係將焊條夾在材料供應孔112中。在一些特定例子中，材料108為粉末，且承裝件102為噴頭，因此承裝件102可從底部110之材料供應孔112噴放而供應這些粉末。在一些示範例子中，供應材料108時，更可利用設於承裝件102之底部110的噴嘴來噴射鈍氣，以在材料供應孔112的外圍形成氣牆。對於材料108為粉末的例子中，氣體噴嘴114噴出鈍氣所形成之氣牆可導引這些粉末噴出的流向，防止粉末狀的材料108四處飛濺。因此，氣體噴嘴114較佳係以等距的方式排列，以提供均勻分布的氣流。
接下來，可進行步驟202，以於承裝件102供應材料108時，利用沉積設備100之雷射器104同時對所供應之材料108發射雷射光束118，以同時利用這些雷射光束118將材料108熔化成沉積液。由於本方法係同時利用多道雷射光束118照射材料108，且這些雷射光束118的能量同時對材料108加熱，因此雷射器104採用低功率雷射器即可將材料108順利熔化成沉積液。故，本方法無需採用高功率的雷射器。在一些示範例子中，這些雷射器104之功率為約
30W至約1000W。如圖2所示，這些雷射器104較佳係在承裝件102之周圍116上等距設置，以使材料108可獲得較均勻的加熱。當然，在其他例子中，這些雷射器104可非等距地設置在承裝件102之周圍116上。
接著，可進行步驟204，以利用沉積設備100中的承載體106來承接熔化而滴落的沉積液。沉積液經固化後，在承載體106上形成沉積物120。在沉積設備100中，承裝件102與承載體106之間可相對移動。此外，承裝件102、承載體106、或承裝件102及承載體106可與控制定位系統，例如電腦數值控制系統連結。在一些例子中，承裝件102為可動裝置，承載體106為固定裝置，因此利用承載體106承接沉積液時，可利用控制定位系統而根據一預設圖案相對承載體106來移動承裝件102，以使沉積液依照此預設圖案沉積在承載體106上。在另一些例子中，承載體106為可動裝置，承裝件102為固定裝置，因此利用承載體106承接沉積液時，可利用控制定位系統而根據一預設圖案相對承裝件102來移動承載體106。在又一些例子中，承裝件102與承載體106均為可動裝置，且利用承載體106承接沉積液時，可利用控制定位系統而根據一預設圖案來移動承裝件102及/或承載體106。
在一些示範例子中，利用承載體106承接沉積液時更可選擇性地包含利用沉積設備100之電荷耦合元件124來監控沉積液在沉積的過程有無異狀。舉例而言，可利用電荷耦合元件124來監控沉積液的滴落位置。
在本實施方式中，利用沉積設備100進行沉積時，更可選擇性地利用罩體罩122覆住承裝件102與雷射器104，以避免材料108或沉積液噴濺而汙染或損害到外部設備、或傷及工作人員，並降低外界空氣對沉積製程的影響。在一些例子中，如圖1所示，罩體122之下緣與承載體106之間具有間距，如此氣體噴嘴114所噴出之鈍氣可從罩體122與承載體106之間的間隙排出罩體122。在鈍氣排出罩體122的同時，可將部分未被熔化之材料108帶出罩體122。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之沉積設備與沉積方法係利用多個雷射器來同時對承載件所供應之材料發射多道雷射光束。由於可同時對沉積材料施加多道雷射光束，因此無需使用高功率雷射器即可順利將沉積材料熔化成沉積液，故大幅降低雷射器的成本，進而可減少直接沉積製程的成本。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之沉積設備與沉積方法可以金屬焊條取代金屬顆粒或粉末，因此可解決金屬顆粒或粉末飛濺的問題，而可提高沉積材料的利用率，降低沉積材料的浪費，並可提升沉積的一致性與精確性與沉積層表面的光潔度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (18)
- 一種沉積設備，包含：一承裝件，配置以裝載一材料；複數個雷射器，設於該承裝件之一周圍，且配置以從該承裝件外同時對該材料發射複數個雷射光束來將該材料熔化成一沉積液，其中該些雷射器在該承裝件之該周圍上等距設置；以及一承載體，設於該承裝件與該些雷射器之下方，且配置以承接該沉積液。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，其中該材料為一焊條；以及該承裝件為一夾具，適用以夾持該焊條。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，其中該材料為一粉末；以及該承裝件為一噴頭，適用以噴放該粉末。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，其中該承裝件係一可動裝置，且適用以相對於該承載體移動。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，其中該承載體係一可動裝置，且適用以相對於該承裝件移動。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，其中該些雷射器之功率為30W至1000W。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，更包含一罩體，配置以罩覆住該承裝件與該些雷射器。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，更包含一電荷耦合元件，設於該承裝件上，且配置以監控該沉積液。
- 如申請專利範圍第1項之沉積設備，更包含至少一氣體噴嘴，其中該承裝件之一底部具有一材料供應孔，該至少一氣體噴嘴設於該承裝件之該底部且位於該材料供應孔之外圍，該至少一氣體噴嘴配置以噴射一鈍氣而在該材料供應孔之外圍形成一氣牆。
- 一種沉積方法，包含：利用一承裝件之一底部之一材料供應孔供應一材料；利用複數個雷射器從該承裝件外對該材料供應孔所供應之該材料同時發射複數個雷射光束，以將該材料熔化成一沉積液，其中該些雷射器設於該承裝件之一周圍，且在該周圍上等距設置；以及利用一承載體承接該沉積液。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中該材料為一焊條，且該承裝件為一夾具，該焊條夾設於該材料供應孔中。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中該材料為一粉末，且該承裝件為一噴頭，該粉末從該材料供應孔噴放。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中該些雷射器之功率為30W至1000W。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，更包含利用一罩體罩覆住該承裝件與該些雷射器。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中供應該材料時包含利用至少一噴嘴噴射一鈍氣，以在該材料供應孔之外圍形成一氣牆。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中利用該承載體承接該沉積液時包含根據一預設圖案而相對於該承裝件移動該承載體。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中利用該承載體承接該沉積液時包含根據一預設圖案而相對於該承載體移動該承裝件。
- 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中利用該承載體承接該沉積液時包含利用一電荷耦合元件監控該沉積液。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105119326A TWI621739B (zh) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 沉積設備與沉積方法 |
| CN201610576824.2A CN107520444A (zh) | 2016-06-20 | 2016-07-21 | 沉积设备与沉积方法 |
| US15/253,901 US20170361404A1 (en) | 2016-06-20 | 2016-09-01 | Deposition apparatus and deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105119326A TWI621739B (zh) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 沉積設備與沉積方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201800591A TW201800591A (zh) | 2018-01-01 |
| TWI621739B true TWI621739B (zh) | 2018-04-21 |
Family
ID=60661077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105119326A TWI621739B (zh) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 沉積設備與沉積方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170361404A1 (zh) |
| CN (1) | CN107520444A (zh) |
| TW (1) | TWI621739B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11072039B2 (en) * | 2018-06-13 | 2021-07-27 | General Electric Company | Systems and methods for additive manufacturing |
| US10919115B2 (en) * | 2018-06-13 | 2021-02-16 | General Electric Company | Systems and methods for finishing additive manufacturing faces with different orientations |
| CN111690928B (zh) * | 2020-06-28 | 2021-03-12 | 南京中科煜宸激光技术有限公司 | 锅炉水冷壁管排高效低稀释率涂层的制备方法 |
| CN114192805B (zh) * | 2022-02-15 | 2022-04-29 | 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 | 一种金属高效率增材制造装置及方法 |
| CN114875351A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-09 | 中国舰船研究设计中心 | 一种降低热喷涂非晶合金涂层氧化的装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020051853A1 (en) * | 1998-01-22 | 2002-05-02 | Keicher David M. | Multiple beams and nozzles to increase deposition rate |
| US20070122560A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-05-31 | Honeywell International, Inc. | Solid-free-form fabrication process including in-process component deformation |
| US20140265047A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Matterfab Corp. | Laser sintering apparatus and methods |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4395217B2 (ja) * | 1999-05-17 | 2010-01-06 | 株式会社アマダエンジニアリングセンター | レーザ溶接用複合ヘッド |
| US6504127B1 (en) * | 1999-09-30 | 2003-01-07 | National Research Council Of Canada | Laser consolidation methodology and apparatus for manufacturing precise structures |
| JP3686317B2 (ja) * | 2000-08-10 | 2005-08-24 | 三菱重工業株式会社 | レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置 |
| JP2003251480A (ja) * | 2002-03-01 | 2003-09-09 | Toyota Motor Corp | レーザクラッド装置およびレーザ照射装置 |
| EP1500484B1 (en) * | 2002-03-12 | 2011-07-13 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Method and system for machining fragile material |
| DE102004025873A1 (de) * | 2004-05-27 | 2005-12-22 | Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Schweißen oder Löten vermittels Laserstrahlung |
| CN101774084A (zh) * | 2010-01-09 | 2010-07-14 | 苏州大学 | 一种光、粉、气同轴输送激光熔覆成形制造的方法及装置 |
| CN101733550B (zh) * | 2010-01-09 | 2012-04-25 | 苏州大学 | 一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置 |
| CN104289811A (zh) * | 2013-07-18 | 2015-01-21 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 一种多光束中心送丝激光加工头及其加工方法 |
| JP6840540B2 (ja) * | 2014-11-14 | 2021-03-10 | 株式会社ニコン | 造形装置 |
| CN104772462B (zh) * | 2015-03-19 | 2016-08-24 | 南京邮电大学 | 一种基于激光熔融的打印喷头装置 |
-
2016
- 2016-06-20 TW TW105119326A patent/TWI621739B/zh not_active IP Right Cessation
- 2016-07-21 CN CN201610576824.2A patent/CN107520444A/zh active Pending
- 2016-09-01 US US15/253,901 patent/US20170361404A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020051853A1 (en) * | 1998-01-22 | 2002-05-02 | Keicher David M. | Multiple beams and nozzles to increase deposition rate |
| US20070122560A1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-05-31 | Honeywell International, Inc. | Solid-free-form fabrication process including in-process component deformation |
| US20140265047A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Matterfab Corp. | Laser sintering apparatus and methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201800591A (zh) | 2018-01-01 |
| US20170361404A1 (en) | 2017-12-21 |
| CN107520444A (zh) | 2017-12-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI621739B (zh) | 沉積設備與沉積方法 | |
| US20220266370A1 (en) | Method and apparatus for fabrication of articles by molten and semi-molten deposition | |
| US6534745B1 (en) | Nozzle particularly suited to direct metal deposition | |
| KR102310151B1 (ko) | 빌드―업 용접을 위한 공작 기계 | |
| US11027488B2 (en) | Three-dimensional laminating and shaping apparatus, control method of three-dimensional laminating and shaping apparatus, control program of three-dimensional laminating and shaping apparatus, and jig | |
| TW201742742A (zh) | 三維選擇性燒結修補系統、設備及其應用方法 | |
| US20200114425A1 (en) | Suction device for additive production | |
| US20210146613A1 (en) | Systems and Methods for Solidification Rate Control During Additive Manufacturing | |
| JP2011212730A (ja) | 肉盛溶接方法およびレーザ肉盛溶接装置 | |
| JP2021042472A (ja) | 工作物を金属コーティングするコーティング・デバイスおよび方法 | |
| KR101358332B1 (ko) | 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법 | |
| KR20150116951A (ko) | 가스 금속 아크 용접 방식의 ３ｄ 프린터 | |
| JP5432993B2 (ja) | 溶接トーチヘッドを自動補修するための方法、装置及び水性分散系の使用 | |
| KR100964220B1 (ko) | 멀티노즐 용사코팅 장치 | |
| CN107052576B (zh) | 流道腔体无飞溅高功率激光熔透焊的方法 | |
| US20220362857A1 (en) | Method and apparatus for fabrication of articles by molten and semi-molten deposition | |
| JP6509483B2 (ja) | 溶断装置 | |
| Nowotny et al. | Generative manufacturing and repair of metal parts through direct laser deposition using wire material | |
| US20220258266A1 (en) | Method and apparatus for fabrication of articles by molten and semi-molten deposition | |
| US20220266339A1 (en) | Method and apparatus for fabrication of articles by molten and semi-molten deposition | |
| Jayanth et al. | Modeling of laser based direct metal deposition process | |
| CN111132792B (zh) | 用于对毛刺和/或材料堆积部进行倒圆的方法和设备 | |
| KR102180725B1 (ko) | 용사 코팅 장치 | |
| Heinrich et al. | Impact of Nozzle Condition on Powder Catchment Efficiency for Coaxial Powder Direct Energy Deposition | |
| JP2023089860A (ja) | 粉体塗装方法、粉体塗装治具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |