(57)【要約】本発明は、予め仕上げられた下部分（２）と、金属粉末焼結プロセス、好ましくはレーザ焼結、によってこの下部分の上に取り付けられる上部分（３）とから成り、下部分（２）が、中実の金属部材から製造された、切削加工によって形状形成された部分ワークピースであり、上部分（３）と共に使用状態に仕上がったワークピース（１）を構成する金属のワークピース（１）に関する。
2005531692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め仕上げられた下部分（２）と、金属粉末焼結プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分（３）とから成る金属のワークピース（１）において、
下部分（２）が、中実の金属部材から切削又は腐食加工又はレーザ除去加工によって又は鋳造技術で製造される形状形成された部分ワークピースであり、上部分（３）と共に使用状態に仕上がったワークピース（１）を構成することを特徴とするワークピース。
【請求項２】
下部分（２）が、上部分（３）と同じ金属の構成要素を備えることを特徴とする請求項１に記載のワークピース。
【請求項３】
下部分（２）が、その上へと上部分（３）が焼結可能である担体層（４）を備えることを特徴とする請求項１に記載のワークピース。
【請求項４】
担体層（４）が、上部分（３）と同じ金属の構成要素を備えることを特徴とする請求項３に記載のワークピース。
【請求項５】
ワークピース上部分（３）及びワークピース下部分（２）の表面（６，７）が、レーザ光線（８）による除去加工によって改良されて、特に過フュージングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項６】
焼結された上部分（３）の材料の熱伝導率が、下部分（２）の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項７】
下部分（２）の材料の機械的な負荷容量が、上部分（３）の機械的な負荷容量よりも高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項８】
下部分（２）内に、少なくとも１つの特に切削加工によって導入される冷却路（９）が配設されており、この冷却路が、上部分（３）に隣接する表面（６）に合流し、上部分（３）の焼結構造内で継続していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項９】
上部分（３）の外側に位置する輪郭と内側に位置する冷却路（９）の壁部とが、完全にフュージングされているか、取付け工程の際に、露光すべき全ての層が、完全に再フュージングされていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１０】
上部分（３）に隣接する下部分の表面（７）が、焼結レーザによって完全にフュージングされた１つ又は複数の中間層を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１１】
下部分（２）が、緊張ボルト調心装置を収容するための少なくとも１つの切欠き部（２１）を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１２】
ワークピースが、工具インサートとして形成されており、この工具インサートが、マスター射出成形工具（２０）内へと挿入可能であり、そこで下部分（２）の領域内に保持されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１３】
予め仕上げられた下部分と、金属粉末焼結プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分とから成る金属のワークピースを製造するための方法において、
この方法が、以下の方法ステップ、即ち、
ａ）中実の金属ブロックから切削及び／又は腐食加工によって下部分を製造するステップと、
ｂ）レーザ焼結機械の取付けチャンバ内へと仕上げられ形状形成された下部分を挿入するステップと、
ｃ）レーザ焼結材料で上方へと指向する下部分の領域をコーティングするステップと、
ｄ）焼結材料を固化し、上方へと指向する下部分の表面と結合するための焼結工程を実施し、これにより、上部分が、層状に構成されるステップと
から成ることを特徴とする方法。
【請求項１４】
製造ステップａ）の後、仕上げられ形状形成された下部分が、測定機械によって測定され、測定データが、レーザ焼結機械の取付けチャンバ内に仕上げられ形状形成された下部分を挿入するために考慮されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
コーティングブレードに対する上方へと指向する下部分の表面の間隔が、取付けチャンバ内に配設された間隔センサ又はプローブを介して設定されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
金属のワークピースが、輪郭フライス加工、旋盤加工、穿孔、腐食及び／又は溶接によって、その表面及び形状に関して最終加工されることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
上方へと指向するレーザ焼結材料で覆われた下部分の表面が、レーザ焼結材料の固化を実施する際に、完全又は部分的にフュージングされることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
ワークピース上部分及び／又はワークピース下部分のエッジ部及び／又は外側に位置する面が、レーザ焼結工程の際又はその後に、レーザ光線によって過フュージングされることを特徴とする請求項１３〜１７いずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
上部分及び／は下部分のエッジ部又は外側に位置する面が、焼結工程の間又はその後に、焼結レーザによって少なくとも部分的に除去加工されることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
下部分から上部分に達する冷却路の移行壁部領域が、完全又は部分的にレーザ焼結工程の際又はその後にフュージングされることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
線又は棒状の材料を上部分又は下部分の空いている領域に供給し、この材料を焼結レーザによって溶接することを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
ワークピースに溶接された材料が、焼結レーザによって少なくとも部分的に除去加工されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上部分の材料特性が、熱伝導率及び強度に関して、相応の特性を有する粉末を適切に選択することによって個々に調整されることを特徴とする請求項１６〜２２のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
特許文献１から、予め仕上げられた下部分と、金属粉末焼結プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分とから成る金属のワークピースを製造することが公知である。下部分は、予め焼結されたプレートであり、このプレートは、その表面に構造材料が固化の際に付着する材料から構成されている。
【０００２】
公知の方法の場合に製造される３次元の対象を使用できるようにするためには、予め仕上げられた下層を焼結された対象から剥離させることが必要である。何故なら、予め仕上げられた下層は、専ら、装置内での３次元の対象の製造時間を短縮するために使用されるからである。
【０００３】
対象を使用できるようにするために、予め仕上げられた下層は、本来の対象から分離される。
【特許文献１】独国特許第１９５  １１  ７７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基本にある課題は、焼結装置の取付け空間から取り出した直後に使用可能であり、上部分及び下部分の材料特性がワークピースに提出される要求に関して自由に選択可能である、予め仕上げられた下部分と、金属粉末焼結／溶解プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分とから成る金属のワークピースを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１の全ての教えによって解決される。金属のワークピースに関する有利な発展構成は、下位の請求項２〜１２から明らかになり、請求項１３〜２３には、有利な製造方法が記載されている。
【０００６】
本発明の核心として、下部分として、中実の金属部材から製造された、切削又は同等の加工によって形状形成された部分ワークピースを備え、次に、その上に、金属粉末又は溶解プロセスによって上部分を構成し、その際、焼結／溶解プロセスの直後に仕上がったワークピースが存在することが、先ず考慮される。
【０００７】
このようなワークピースは、特にマスター工具に挿入することができる射出成形工具インサートとして適している。通常、このような工具の下部分は、ユニット化されており、比較的簡単な、大抵はシリンダ状又は立方体の形状又は形状部分を備える。従って、下部分は、中実の金属ブロックから切削又は同等の加工によって容易に製造可能であり、利点として、このようなブロック状の下部分が高い強度を備えることを伴う。これに反して射出成形工具インサートの上部分は、しばしば金銀線細工のように形成されている。加えて、上部分は、複雑に延在する冷却路を備えていなければならず、これらの冷却路は、上部分の内側で、しばしば鋭く走るワークピース領域にまで延在する。このようなワークピース部分を製造するために、金属粉末焼結方法が適しており、この金属粉末焼結方法は、特に有利な方式で、初めて、予め仕上げられた部分ワークピース、即ちブロック上の下部分と組み合わされる。従って、得られる全利点は、短縮された取付け時間に見られるばかりでなく、個々のワークピース部分の特性をそれぞれ与えられた要求に適合させる可能性にも見られる。ワークピース下部分の領域では、高い力を受け止めなければならない。これは、完全な材料からフライス加工で得られた中実の部分によって、特にうまくいく。金銀線細工状の形状及び複雑に延在する冷却路を有する上部分は、他の強さをもって、しかしながらまた例えば改善された熱伝導特性をもって製造することができる。
【０００８】
下部分は、その上へと上部分が焼結可能である担体層を備えることができる。担体層として、上部分に存在するものと同じ金属の構成要素を設けることができ、これにより、特に緊密な結合が上部分と下部分の間に得られる。
【０００９】
焼結方法の間又は後、ワークピース上部分の表面も、予め仕上げられたワークピース下部分も、レーザ光線で除去加工又は過溶解することによって改良することが可能である。上部分に隣接する下部分の表面は、第１の粉末層を焼結する際に、多少完全に共に溶解することができ、従って、この措置によっても、特に緊密な結合が、上部分と下部分との間に得ることができる。
【００１０】
下部分が、切削加工によって導入される冷却路を備える場合が有利である。これらの冷却路は、比較的迅速に導入することができ、比較的簡単な経過を下部分に有することができる。冷却路は、上部分の焼結構造内に継続しており、ここでは、冷却路が焼結される。移行領域では、通路の壁部が、上部分の領域でも、下部分の領域でも、取付け工程の前に焼結レーザによってフュージングされることが可能である。同じことが、上部分と下部分との間の移行領域内の外側に位置する輪郭に対しても通じる。これにより、移行領域を支持する外側領域が得られ、これにより、上部分と下部分との間の結合は、更により改善されている。
【００１１】
予め仕上げられた下部分と、金属粉末焼結プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分とから成る金属のワークピースを製造するための請求項１３による方法は、以下のことを行なう方法ステップの経過を特徴とする。
【００１２】
先ず、中実の金属ブロックから切削又は同等の加工によって金属のワークピースの下部分が製造されるが、その際、この加工は、十分な最終加工であり、即ち、下部分の基本形状は、例えばフライス加工され、その際、冷却路、切欠き部、保持部等が、並びに緊張ボルト調心装置のための切欠き部も設けられる。十分に仕上げられたこの下部分は、それからレーザ焼結機械の取付けチャンバ内へと挿入され、そこで、再現可能に位置決めされ、これは、例えば、レーザ焼結装置内に設けられ、かつ緊張ボルトで準備された下部分の切欠き部内に係合する緊張ボルト調心装置又は触知システムによって行なうことができる。それから、レーザ焼結材料で上方へと指向する下部分の領域がコーティングされ、次いで、焼結材料が固化され、同時に上方へと指向する下部分の表面との結合が行なわれる焼結工程が実施される。
【００１３】
この方法の発展構成にあっては、上方へと指向するレーザ焼結材料で覆われた下部分の表面が、レーザ焼結材料の固化を実施する際に、少なくとも部分的にフュージングされるようにすることができる。これにより、特にしっかりとした中間層が形成される。更に、ワークピース上部分及び／又はワークピース下部分のエッジ部並びに場合によってはその外側に位置する面も、レーザ焼結工程の際に、レーザ光線によってもう一度過フュージングすることが可能である。これは、特に外側に位置する面が請求される場合には、当然、本来の取付け工程の終了後に行なうこともできる。
【００１４】
上部分のエッジ部及び面の微細除去加工を行なうこと、いわばワークピースの面及びエッジ部をレーザ光線によって、もう一度「過仕上げ」することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、図面の図における実施例を基にして詳細に説明する。
【００１６】
ワークピース１は、予め仕上げられた下部分２と、金属粉末焼結プロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分３とから成る。上部分３と下部分２との間には、担体層４が設けられており、この担体層は、下部分２として他の金属の組成を有するか、他の構造を備えるかのいずれかをすることができる。何故なら、担体層４は、例えば下部分の表面の完全なフュージングによって製造することができるからである。上部分３の表面６も、下部分２の表面７も、レーザ焼結設備のレーザ光線８によって過フュージングすることができる。
【００１７】
上部分３の材料の熱伝導率は、下部分２の熱伝導率よりも高く、しかしながら、下部分２の機械的な負荷容量は、上部分３の機械的な負荷容量よりも高い。しかしながらまた、上部分３と下部分２とをほぼ同じ特性を有する同じ材料から製造することも可能である。
【００１８】
下部分２内に、切削加工によって導入された冷却（液体）路９が設けられており、これらの冷却路は、上部分３に隣接する下部分２の表面に合流し、上部分３の焼結構造内で継続している。
【００１９】
冷却路壁部の移行領域１０も、外側に位置する表面６，７の移行領域１１も、それぞれの材料領域の緊密な結合及び硬い構造を得るために、過フュージングすることができる。
【００２０】
更に、下部分２の下側には、緊張ボルト調心装置を収容するための切欠き部１２が設けられている。
【００２１】
図面の図１及び２に図示されたワークピース１は、マスター射出成形工具２０の切欠き部２１内へと挿入することができ、かつそこでその下部分２でもって保持されている工具インサートである。しかしながらまた、例えばプロトタイプマスターとして、ワークピースの他の挿入領域も考慮可能であり、その際、下部分２は、そこで形状形成されたソケットとして、即ち圧縮又はプレス工具等として使用することができる。
【００２２】
前述のように、本発明を、実施例として工具インサートを基にして説明した。しかしながらまた、例えば、下部分とフュージングされた上部分とから成る機能部分を本発明による方法で製造することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるワークピースの斜視図を示す。
【図２】マスター射出成形工具内に挿入されている工具インサートの形のワークピースを示す。
【符号の説明】
【００２４】
１      ワークピース
２      下部分
３      上部分
４      担体層
６      上部分の表面
７      下部分の表面
８      レーザ光線
９      冷却（液体）路
１０    移行領域
１１    移行領域
１２    切欠き部
２０    マスター射出成形工具
２１    切欠き部
【図１】
2005531692.tif 000003
【図２】
2005531692.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月7日(2005.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め仕上げられた下部分（２）と、金属粉末焼結又は金属粉末フュージングプロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分（３）とから成る金属のワークピース（１）において、
下部分（２）が、中実の金属部材から切削又は腐食加工又はレーザ除去加工によって又は鋳造技術で製造される形状形成された部分ワークピースであり、上部分（３）と共に使用状態に仕上がったワークピース（１）を構成し、並びに下部分（２）内に、少なくとも１つの特に切削加工によって導入される冷却路（９）が配設されており、この冷却路が、上部分（３）に隣接する表面（６）に合流し、上部分（３）の焼結又はフュージング構造内で継続していることを特徴とするワークピース。
【請求項２】
下部分（２）が、上部分（３）と同じ金属の構成要素を備えることを特徴とする請求項１に記載のワークピース。
【請求項３】
下部分（２）が、その上へと上部分（３）が焼結及び／又はフュージング可能である担体層（４）を備えることを特徴とする請求項１に記載のワークピース。
【請求項４】
担体層（４）が、上部分（３）と同じ金属の構成要素を備えることを特徴とする請求項３に記載のワークピース。
【請求項５】
ワークピース上部分（３）及びワークピース下部分（２）の表面（６，７）が、レーザ光線（８）による除去加工によって改良されて、特に過フュージングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項６】
焼結及び／又はフュージングされた上部分（３）の材料の熱伝導率が、下部分（２）の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項７】
下部分（２）の材料の機械的な負荷容量が、上部分（３）の機械的な負荷容量よりも高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項８】
上部分（３）の外側に位置する輪郭と内側に位置する冷却路（９）の壁部とが、完全にフュージングされているか、取付け工程の際に、露光すべき全ての層が、完全に再フュージングされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項９】
上部分（３）に隣接する下部分の表面（７）が、焼結レーザによって完全にフュージングされた１つ又は複数の中間層を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１０】
下部分（２）が、緊張ボルト調心装置を収容するための少なくとも１つの切欠き部（２１）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１１】
ワークピースが、工具インサートとして形成されており、この工具インサートが、マスター射出成形工具（２０）内へと挿入可能であり、そこで下部分（２）の領域内に保持されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のワークピース。
【請求項１２】
予め仕上げられた下部分と、金属粉末焼結又は金属粉末フュージングプロセスによってこの下部分の上に取り付けられる上部分とから成る金属のワークピースを製造するための方法において、
この方法が、以下の方法ステップ、即ち、
ａ）中実の金属ブロックから切削及び／又は腐食加工によって下部分を製造するステップと、
ｂ）レーザ焼結機械の取付けチャンバ内へと仕上げられ形状形成された下部分を挿入するステップと、
ｃ）レーザ焼結又はレーザフュージング材料で上方へと指向する下部分の領域をコーティングするステップと、
ｄ）材料を固化し、上方へと指向する下部分の表面と結合するための焼結又はフュージング工程を実施し、これにより、上部分が、層状に構成されるステップと、その際、
ｅ）上方へと指向するレーザ焼結又はレーザフュージング材料で覆われた下部分の表面が、レーザ焼結又はレーザフュージング材料の固化を実施する際に、完全又は部分的にフュージングされることを特徴とする方法。
【請求項１３】
製造ステップａ）の後、仕上げられ形状形成された下部分が、測定機械によって測定され、測定データが、レーザ焼結機械の取付けチャンバ内に仕上げられ形状形成された下部分を挿入するために考慮されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
コーティングブレードに対する上方へと指向する下部分の表面の間隔が、取付けチャンバ内に配設された間隔センサ又はプローブを介して設定されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
金属のワークピースが、輪郭フライス加工、旋盤加工、穿孔、腐食及び／又は溶接によって、その表面及び形状に関して最終加工されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
ワークピース上部分及び／又はワークピース下部分のエッジ部及び／又は外側に位置する面が、レーザ焼結及び／又はレーザフュージング工程の際又はその後に、レーザ光線によって過フュージングされることを特徴とする請求項１２〜１５いずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
上部分及び／は下部分のエッジ部又は外側に位置する面が、焼結及び／又はフュージング工程の間又はその後に、焼結レーザによって少なくとも部分的に除去加工されることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
下部分から上部分に達する冷却路の移行壁部領域が、完全又は部分的にレーザ焼結及び／又はレーザフュージング工程の際又はその後にフュージングされることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
線又は棒状の材料を上部分又は下部分の空いている領域に供給し、この材料を焼結レーザによって溶接することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
ワークピースに溶接された材料が、焼結レーザによって少なくとも部分的に除去加工されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上部分の材料特性が、熱伝導率及び強度に関して、相応の特性を有する粉末を適切に選択することによって個々に調整されることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【国際調査報告】
2005531692.tif 000005
2005531692.tif 000006
2005531692.tif 000007
2005531692.tif 000008