(57)【要約】      （修正有）【課題】刃面を研磨し又は研ぐ必要性をなくし、予め形成された各々の歯に刃面を形成することができる切刃を形成する方法を提供する。【解決手段】粉末床２０内に予め形成された歯を有する細長いストリップ３０の第１の部分を配置するステップと、粉末床２０上で粉末の層を堆積させ、堆積させた粉末にレーザービーム２４をスキャンして、粉末を予め形成された歯に融合させるステップを繰り返すことにより、予め形成された歯の各々に刃面を作成するために、コーティング層を層ごとに形成するステップとを具備する、選択的レーザー溶融を用いて切刃を形成する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末床に予め形成された歯を有する細長いストリップの第１の部分を配置するステップと、前記粉末床上で粉末の層を堆積させ、前記堆積させた粉末にレーザービームをスキャンすることで予め形成された歯に粉末を融合させるステップを繰り返すことにより、予め形成された各々の歯に刃面を作成するために、コーティング層を層ごとに形成するステップと、を具備する選択的レーザー溶融を使用して切刃を形成する方法。
【請求項２】
前記方法は、前記刃面を作成した後、前記細長いストリップを前記粉末床を通って移動させ、前記コーティング層を形成する準備ができた予め形成された歯を有する前記細長いストリップの隣接部分を供給するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の切刃を形成する方法。
【請求項３】
前記刃面は実質的に２次元であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切刃を形成する方法。
【請求項４】
前記刃面は実質的に３次元であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切刃を形成する方法。
【請求項５】
前記粉末床内に複数の細長いストリップを配置するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の切刃を形成する方法。
【請求項６】
前記ストリップは間隔を空けて互いに平行になっていることを特徴とする請求項５に記載の切刃を形成する方法。
【請求項７】
前記粉末は金属マトリックス中に超硬質粒子を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の切刃を形成する方法。
【請求項８】
不活性ガスの流れが前記粉末床に生じていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の切刃を形成する方法。
【請求項９】
前記粉末床は真空中又は不活性ガスで満たされたチャンバー内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の切刃を形成する方法。
【請求項１０】
前記刃面はすぐに使用できる最終的な刃の外形となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の切刃を形成する方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法により形成されたことを特徴とする切刃。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の方法により形成された３次元の刃面を有することを特徴とする切刃。
【請求項１３】
選択的レーザー溶融を使用して切刃を形成する装置であって、前記装置はレーザー及び粉末床を具備し、前記粉末床の対向する第１及び第２の対向する壁には、切刃がスリットを通過することを可能にする一方、前記粉末床からの粉末の損失を防止するために、各スリットの周りに配置されたシール要素を備えた少なくとも１対の対向するスリットが設けられていることを特徴とする切刃を形成する装置。
【請求項１４】
複数の切刃を一度に処理できるようにすると共に、各スリットがシール要素によって粉末の損失を防止するためにシールされている複数の対向するスリットの対が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の切刃を形成する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的レーザー溶融を使用して切刃を形成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
切刃は、通常は、予め形成された歯を備えた細長いストリップまたはディスク上に研磨切削材を堆積させることにより形成される。一般に、研磨材を堆積させた後、歯を研磨する必要又は研ぐ必要がある。このことにより、製造に必要な時間が増加する。さらに、刃面が歯に適切に付着することを確実にするために、巻取り材料を慎重に選択する必要があり、このことにより処理はさらに複雑になる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の態様によれば、粉末床に予め形成された歯を有する細長いストリップの第１の部分を配置するステップと、粉末床上で粉末の層を堆積させ、堆積させた粉末にレーザービームをスキャンすることで予め形成された歯に粉末を融合させるステップを繰り返すことにより、予め形成された各々の歯に刃面を作成するために、コーティング層を層ごとに形成するステップと、を具備する選択的レーザー溶融を使用して切刃を形成する方法が提供される。これにより、刃面を研磨し又は研ぐ必要性をなくして、予め形成された各々の歯に刃面を形成することができる。さらに、過剰な粉末が再使用のために粉末床内に保持されるため、粉末の浪費が避けられる。
【０００４】
好ましくは、この方法は、刃面を作成した後、細長いストリップを、粉末床を通って移動させ、コーティング層の形成の準備ができた予め形成された歯を有する細長いストリップの隣接部分を提供するステップをさらに具備する。
【０００５】
刃面は、細長い鋸刃または切断ディスクに必要とされるような、実質的に２次元とすることができる。あるいは、刃面は３次元とすることもできる。選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）の使用により、刃面の形状を刃面の好ましい外形にカスタマイズすることが可能である。選択的レーザー融合は、刃面の形状をカスタマイズができるようなレーザービームの動作を制御するソフトウェアとして、プログラムすることができる。
【０００６】
この方法は、さらに粉末床内に複数の細長いストリップを配置するステップを具備することができる。これにより、全体的なスループットが向上する。通常、ストリップは間隔を空けて互いに平行になる。
【０００７】
粉末は、金属マトリックス中に超硬質粒子を具備することが好ましい場合がある。超硬粒子は、例えば、コバルトを含むタングステンカーバイド、ホウ化物、又は酸化アルミニウムを含んでもよい。マトリックスは、コバルト、クロム、チタン、又はこれらの材料の混合物を具備することができる。
【０００８】
細長いストリップは通常、鋼鉄などの金属で形成される。
【０００９】
堆積は、粉末床に不活性ガスを流しながら行われる。あるいは、粉末床は、真空中又は不活性ガスで満たされたチャンバー内に配置してもよい。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、上述の方法及び好ましいその方法のステップに従って形成された切刃が提供される。
【００１１】
本発明のさらなる態様によれば、上記の方法及び好ましいその方法のステップに従って形成された３次元刃面を有する切刃が提供される。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、選択的レーザー溶融を使用して切刃を形成する装置が提供され、この装置は、レーザー及び粉末床を具備し、粉末床の対向する第１及び第２の壁には、切刃がスリットを通過することを可能にする一方、粉末床からの粉末の損失を防止するために、各スリットの周りに配置されたシール要素を備えた少なくとも１対の対向するスリットが設けられる。
【００１３】
複数の切刃を一度に処理できるようにすると共に、各スリットがシール要素によって粉末の損失を防止するためにシールされているような、複数の対向するスリットの対を設けることができる。壁に沿って延びる１つの細長いシール要素を、その壁に沿ったすべてのスリットをシールするために用いることもでき、又は、個々のシール要素を個々のスリットに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明を、例示的に、添付の図面を参照して説明する。
【図１】鋸刃を使う処理装置の概略図を示す。
【図２】（ａ）から（ｄ）は装置によって行われる処理の概略図を示す。
【図３】さまざまな３次元の鋸の歯の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、プロセッサ又はコンピュータ１６の制御下にあるレーザーモジュール１２及び粉末ディスペンサ１４と、開口部を備えたエッジシール２２、２２’を含む粉末床２０とを具備する選択的レーザー融解に用いられる装置１０の概略図を示す。レーザーモジュール１２は、レーザービーム照射システム２５の一部を形成するガルバノメータースキャナー２３と組み合わされたレーザーを生成するための器具を具備し、高度に集束したレーザービーム２４を粉末床２０全長にわたって移動させる。粉末床２０は、粉末がスリット２８から放出されることなく、処理を必要とする金属ストリップ３０が粉末床２０を通過できるように開口部を備えたエッジシール２２で覆った複数の垂直スリット２８により形成された対向する縁壁２６、２７を有する、実質的に長方形である。一般的に粉末床２０は、レーザーモジュール１２のスキャン領域が限られているので２００ｍｍの幅と長さを有する。付加的なレーザーとスキャナーを使用して、スループットを向上させたり、粉体ベッドのサイズを大きくしたりできる。
【００１６】
ストリップ３０は、図２に見られるように予め形成された歯３２が形成された細長い鋼鉄製ストリップである。予め形成された歯３２は、外形が実質的に長方形であるように示されているが、必要に応じて他の外形を採用することができる。ストリップ３０の処理手順は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示されている。
【００１７】
図２（ａ）に示すように処理の開始時に、予め形成されたストリップ３０の一部３４が粉末床２０内に配置され、通常は焼結され凝集した粉体となった金属マトリックス内の約０．０５〜０．１０ｍｍの超硬粒子の薄層３６は、予め形成された歯３２の上にのせるためにこの粉末床の上端面に広げられる。この超硬粒子は、タングステンカーバイドとコバルト、通常は８０％のタングステンカーバイドと２０％のコバルト、又はホウ化物、又は酸化アルミニウムの混合物とすることができる。マトリックスは、コバルト、クロム、チタン、又はこれらの材料の混合物である。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、レーザーモジュール１２の一部を形成するガルバノメータースキャナー２３は、高度に集束したレーザービーム２４を粉末床２０全長にわたって移動させ、粉末を予め形成された歯３２の各々に融合させて第１のコーティング層を形成する。次に、粉末の新しい層３８が、融合した第１のコーティング層全体に広がり（図２（ｃ）を参照）、そして、レーザービーム２４の走査と粉末の融合が再び繰り返される。これは、刃先３９が所望の高さに達し及び刃先３９の所望の外形が達成されるまで、コーティング層について層ごとに連続して構築が続けられる。次いで、ストリップのコーティングされた部分３４は、粉末床２０から出て移動し（図２（ｄ）を参照）、ステップ（ａ）から（ｄ）までを繰り返すために隣接する次のストリップのセクションが粉末床２０に送りこまれる。
【００１９】
図１に示されるように、複数のストリップ３０を同時に処理することができ、粉末床内の細長いストリップのこの部分３４は１回の操作で処理される。処理が完了すると、ストリップは粉末床の幅に等しい距離だけ移動し、次いで、ストリップの次の隣接領域を処理する。これにより連続自動処理を無人で行うことが可能となる。
【００２０】
プロセッサ１６は、異なる刃面の外形でプログラムすることができ、これらは、実質的に予め形成された歯３２の延長を表す２次元とすること、又は予め形成された歯の上にカスタマイズされた３次元形状を作成するための３次元とすることができる。図３は、実現可能な鋸歯の３次元刃先の断面であり、４０は予め形成された歯の上部の逆円錐台形状、４２は五角形断面形状、４４は実質的にＶ字型の断面を有する二股形状、４６は３つの円錐台形部分を有する積層構造を示す。
【００２１】
コーティング層を積層することで形成された刃面の構成をカスタマイズすることができるので、顧客の要求に応じて複雑な刃の形状を作成することができ、コーティング層に修正を加えて目的の外形を実現するように、プロセッサ１６内のソフトウェアを構成することができる。
【００２２】
選択的溶融プロセスを使用することで、必要に応じて、研磨し又は研ぐ必要性をなくし、すぐに使用できる最終的な刃の外形に刃面を形成することができる。これにより、超硬材料をコーティング層として堆積させて切削面を作成でき、切面を作成するための最小限の研磨や研ぎすら必要とせず、ＳＬＭ（選択的レーザー溶融）処理によりすぐに使用可能な最終的な刃面が直接形成される。ときどき、少しの研磨や研ぎがまだ必要となるかもしれないが、この必要性は極めて少なく、従来の切刃の製造において必要となる場合よりはるかに少ない。
【００２３】
粉末床を使用すると、非常に高価となることがある粉末を無駄にすることなくすべての粉末を製造プロセスで使用できる。ＳＬＭ処理は、はるかに硬い材料にも対応できるため、使用できる粉末の範囲が広がり、より硬い刃先を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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