(57)【要約】【課題】ビーム７を処理槽の内部に伝達する光学素子である連接窓９で、処理槽の内側に有する窓面９ａの光学面の清潔さをより効果的に維持し、ビーム偏向を極力回避できる。【解決手段】連接窓９の周囲壁部１２にあって、連接窓の一方の側に設けられ、第１ガス１８が連接窓の窓面９ａ上で実質的に接線方向に流れ込むように策定された第１注入口１６と、第２ガス２５が第１ガスの流れと実質的に同一方向で前記窓面から距離を隔てて流れ込むように策定されて設けられた第２注入口２３とを備え、二つのガス流を形成することで、窓面付近での汚染物を吹き飛ばすと共に、ビーム経路の温度勾配を形成させない。【選択図】図２
2008542550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射の指向性ビームによる原料処理のための処理槽において、
ビーム（７）を処理槽（１０）の内部に結び付ける光学素子で、その処理槽の内側に窓面（９ａ）を有する連接窓（９）と、
前記連接窓周囲の壁部（１２）と、
前記連接窓（９）の一方の側に設けられ、第１ガス（１８）が前記連接窓の窓面（９ａ）上で実質的に接線方向に流れ込むように策定された第１注入口（１６）と、
第２ガス（２５）が前記第１ガス（１８）の流れと実質的に同一方向で前記窓面（９ａ）から距離を隔てて流れ込むように策定されて設けられた第２注入口（２３）と、
を備えることを特徴とする処理槽。
【請求項２】
請求項１に記載の処理槽において、前記注入口（１６，２３）は互に離れた位置に設けられることを特徴とする処理槽。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の処理槽において、第１ガス（１８）と第２ガス（２５）とは実質的に薄層流であることを特徴とする処理槽。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのうちの一つに記載の処理槽において、第１注入口（１６）および第２注入口（２３）の一方または両方がスリット形状を有することを特徴とする処理槽。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのうちの一つに記載の処理槽において、処理槽（１０）の壁部（１２）は、第２注入口（２３）を介して流れ込むガスが前記窓面（９ａ）から離れた方向に推進力が得られるように策定されて設けられる方向変換構造部（１２ｂ）を有することを特徴とする処理槽。
【請求項６】
請求項５に記載の処理槽において、前記方向変換構造部（１２ｂ）は溝のような形状を有することを特徴とする処理槽。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の処理槽において、前記第２注入口の作用上の位置は前記第１注入口から離れた位置であることを特徴とする処理槽。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのうちの一つに記載の処理槽において、前記指向性ビームがレーザ光であることを特徴とする処理槽。
【請求項９】
レーザ（６）と請求項１から請求項８までのうちの一つに記載の処理槽とを有することを特徴とするレーザ焼結装置。
【請求項１０】
電磁放射の指向性ビームによる原料処理のための方法において、
電磁放射の指向性ビーム（７）を、処理槽（１０）の内側に窓面（９ａ）を有する連接窓（９）を介して処理槽の内部に方向付けするステップと、
前記窓面（９ａ）上に実質的に接しかつ撫でて一方から流れ込むように注入される第１ガス（１８）を前記処理槽に供給するステップと、
前記第１ガス（１８）の流れと実質的に同一方向で前記窓面（９ａ）から距離を隔てて流れ込むように注入される第２ガス（２５）を前記処理槽に供給するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、処理槽内の原料をレーザ光によって処理するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の方法において、請求項１から請求項８までのうちの一つに記載の処理槽を用いることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０から請求項１２までのうちの一つに記載の方法において、その方法がレーザ焼結法であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射の指向性ビームによる原料処理のための処理槽、それを有するレーザ装置、およびその処理方法に関し、特に、レーザ焼結装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ焼結装置は、周知のように、レーザおよび処理槽を有し、勿論、レーザ光をその処理槽内に結び付ける連接窓を有する。処理槽では、被加工物が形成処理される。
【０００３】
レーザが局所的に粉状原料に命中しそしてその粉末原料が熱せられた際には、その原料の少量が蒸発するであろう。その過程で、蒸発の原料、それと同様の成分、または化学反応生成物が処理槽の大気中に浮遊する塵埃も同様に、連接窓に堆積する。このことは、連接窓の透過性の低減を、そしてそのためにレーザ光強度の減少を引き起こす。
【０００４】
特許文献１（ＷＯ−９７／０６９１８）によるレーザ焼結装置が知られている。その装置では、連接窓に吹き付けるガスを導入するノズルが備えられ、ノズルは連接窓の処理槽に面する側で連接窓を環状に包囲している。そのガスは、連接窓の表面に接線方向に流れている。
【０００５】
しかしながら、その周知の装置では、連接窓の表面全面で清浄な状態を維持してはいない。また、連接窓での一方の吹付けガスと他方の処理槽内部のガスとの間の温度勾配が、ビーム偏向への干渉を引き起こす。吹付けガスは、第２の問題を緩和するため、一方向から供給してもよい。しかしながら、このことは、連接窓の上面での汚れのより高速な堆積を引き起こす。
【０００６】
また、特許文献２（ＤＥ−１９８５３９４７−Ｃ１）による選択的レーザ溶融用処理槽が知られている。その処理槽では、保護ガスが第１注入口を介して処理槽に導入され、その作用表面を流れている。環状に供給される第２のライターガス用の第２注入口は処理槽の活性化領域に設けられ、その活性化領域には連接窓が配置されている。その結果、その活性化領域内で、第２のライターガスの一種の緩衝空間が形成され、その作用区域に発生する蒸気は連接窓から隔離される。しかしながら、これによっても、温度勾配に起因するビーム偏向への干渉問題は解決されない。
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ−９７／０６９１８
【特許文献２】ＤＥ−１９８５３９４７−Ｃ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電磁放射の指向性ビームによる原料処理のための処理槽、それを有するレーザ装置、およびその処理方法を提供することであり、特に、レーザ焼結装置のためのものである。
【０００９】
そして、解決しようとする課題は、その装置の連接窓を汚染から効果的に防御すること、および、連接窓近辺の温度勾配によるビーム偏向問題を最小にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による電磁放射の指向性ビームによる材料処理のための処理槽は、その目的を達成するため、
ビーム（７）を処理槽（１０）の内部に結び付ける光学素子で、その処理槽の内側に窓面（９ａ）を有する連接窓（９）と、
前記連接窓周囲の壁部（１２）と、
前記連接窓（９）の一方の側に設けられ、第１ガス（１８）が前記連接窓の窓面（９ａ）上で実質的に接線方向に流れ込むように策定された第１注入口（１６）と、
第２ガス（２５）が前記第１ガス（１８）の流れと実質的に同一方向で前記窓面（９ａ）から距離を隔てて流れ込むように策定されて設けられた第２注入口（２３）と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、その方法は、
電磁放射の指向性ビーム（７）を、処理槽（１０）の内側に窓面（９ａ）を有する連接窓（９）を介して処理槽の内部に方向付けするステップと、
前記窓面（９ａ）上に実質的に接しかつ撫でて一方から流れ込むように注入される第１ガス（１８）を前記処理槽に供給するステップと、
前記第１ガス（１８）の流れと実質的に同一方向で前記窓面（９ａ）から距離を隔てて流れ込むように注入される第２ガス（２５）を前記処理槽に供給するステップと、
を有することを特徴とする。
【００１２】
更に、従属項によりその発明の成果を記載した。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明における処理槽を有する装置は、第２ガスが連接窓から離れた方向で流れているので、処理面から発生する汚れを取り込んだガスを連接窓から引き離すという改善が可能である。それによって、連接窓の光学面は、清潔さをより効果的に維持することができる。更に、ビーム偏向については、流動ガスと処理槽ガスとの間の温度勾配があっても、広範囲になることが回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施例について図１に示すレーザ焼結装置を参照して説明する。
【００１５】
図１は、三次元被加工物を層毎に製造するためのデバイスであるレーザ焼結装置の、本発明による一実施例を示す説明図である。
【００１６】
レーザ焼結装置は容器１を備える。容器１は、頂上部が開放され、容器１内で垂直方向に移動可能で、形成される被加工物３を支える支持具２を有する。支持具２は、被加工物層が固体化される際に加工平面４に在るように、垂直方向に調整される。更に、構築材料に作用する作用器５が備えられる。構築材料は粉末形状であり、電磁放射によって固形化される。その装置はレーザ６もまた備える。レーザによって生成されるレーザ光７は、偏向器８によって連接窓９に方向付けられ、連接窓９により処理槽１０に伝送されて加工平面４内の所定点で焦点合わせされる。
【００１７】
例えば、連接窓９を、処理槽１０の上面壁に装着することができる。その場合、レーザ光が上面から処理槽に注入されるように配備され、被加工物３は垂直方向で生産される。その連接窓９は、レーザ光が透過するガラスまたは透明プラスチックのような材質でできている。処理槽１０には、図示されていないが、加工平面の特定な環境を維持するために、例えば窒素のような不活性ガス用の注入口を有することができる。
【００１８】
制御設備１１もまた装備される。制御設備１１によって、装置の構成要素が製造工程の実行に際して協調的に制御される。
【００１９】
図２は、連接窓９の周囲での一部領域の断面を斜視により示した処理槽１０における拡大説明図である。この例示される連接窓９は矩形に形成されている。連接窓９は、それ自身が加工平面でレーザ光を焦点合わせするレンズまたはレンズシステムのような光学素子とすることができる。しかしながら、連接窓９は、レーザ光に対して透明で、その後ろに位置する光学素子を保護する保護窓にもなる。
【００２０】
連接窓９は、処理槽の上面壁の壁部１２に、上部領域で処理槽を厳重に密閉するように装着される。連接窓９は、加工平面４に対面する窓面９ａをもまた有する。
【００２１】
図２で見られるように、壁部１２は第１傾斜部１２ａを有する。第１傾斜部１２ａは連接窓の縦方向側部１３に隣接し、そこでは、第１傾斜部１２ａの傾斜面が連接窓９から角度をもって延在している。方向変換構造部１２ｂは、実質的には中空円筒でありまたは中空円筒の断面形状を有し、第１傾斜部１２ａに隣接して設けられる。この円筒軸は、連接窓の縦方向側部１３に平行に延在する。中空円筒部の頂上部１４は、好ましくは、第１傾斜部１２ａのエッジ部１５より高く位置している。それゆえ、方向変換構造部１２ｂは、溝のような構造を有している。第１傾斜部１２ａおよび方向変換構造部１２ｂのそれぞれは、縦方向側部１３に沿って実質的に全体か、またはそれを少々越えた位置まで延在している。
【００２２】
連接窓９に面した壁部１２における第１傾斜部１２ａの端部に、ギャップ形状の第１注入口１６が設けられる。第１注入口１６は、実質的に連接窓の縦方向側部１３の横方向に沿って延在し、第１ガスを供給する第１注入穴１７に接続される。第１ガスの供給は、例えばバルブによって停止可能なように策定される。第１注入口１６は、供給された第１ガス１８が一つの縦方向側部１３から反対側の縦方向逆側部２０まで連接窓の窓面９ａ上を接して流動するように調整された幅と形状を有する。
【００２３】
処理槽の壁部１２はまた実質的に水平な横方向壁部２１を備える。横方向壁部２１は、これに接続する第２傾斜部２２と共に、第１注入口１６の反対側の領域で連接窓の縦方向逆側部２０に隣接している。それにより、第１注入口１６を介して流入する第１ガス１８は、連接窓の窓面９ａ上の全体で実質的に接線方向に流れ込み、そして第２傾斜部２２によって実質的に連接窓から引き離される。
【００２４】
第２の壁部である方向変換構造部１２ｂには、ギャップ形状の第２注入口２３が備えられる。第２注入口２３は、第１注入口１６に平行に、そして実質的には連接窓の縦方向側部１３の全体かまたはそれを越える位置まで延在する。第２注入口２３は第２注入穴２４に接続され、第２注入穴２４から第２ガス２５が供給される。第２ガスの供給もまた、供給停止可能なように策定される。第２注入口２３は方向変換構造部１２ｂに備えられる。方向変換構造部１２ｂは、断面が中空円筒形状を有し、連接窓から離れた領域に位置するので、第２注入口２３から流出する第２ガス２５は中空円筒形状の断面により形成される溝部内に最初に流入する。第２注入口２３は、鉛直方向で連接窓９が加工平面４の上部にある場合、第１注入口１６より下に位置する。
【００２５】
第１傾斜部１２ａが中空円筒形状の方向変換構造部１２ｂに対してなす角度は、ビーム経路を損なうことのないように設定される。
【００２６】
更に、図示されていないが、処理槽にガス放出用開口が備えられ、そこに吸引機構が接続されるであろう。
【００２７】
第１ガスおよび第２ガスとして窒素が用いられるであろう。しかしながら、適用領域にある他種のガスも使用可能である。第１がスと第２ガスとは互に相違するものであってもよい。
【００２８】
処理槽の壁部は、連接窓の短辺側と定めており、実質的に横方向である。そのため、ギャップ形状の第１注入口と第２注入口とから生じるガス流が構造によって渦巻くことはない。
【００２９】
オプションとして制御が供給される。制御は、ガス１８、２５の流量および／または速度を、独立させて、または相互に関連付けて制御する。
【００３０】
動作としては、３次元被加工物がレーザ光で層ごとに粉末構築材料を固形化することによって生成される。ギャップ形状の第１注入口１６および第２注入口２３にガスが供給され、第１注入口１６および第２注入口２３から処理槽内に流れ込む。第１注入口１６からの第１ガス１８は、連接窓９の加工平面に対向する窓面９ａで実質的に接線方向に沿って流れ、その反対側で引き離される。それによって、第１ガスは、連接窓の窓面９ａへの停滞を防ぐことができ、そして、窓面９ａの表面を清潔に維持できる。
【００３１】
第２ガス２５は、第２注入口２３の設備設計に起因して第２注入口２３から流出するものであって、実質的に中空円筒形状の方向変換構造部１２ｂの内壁に沿って流れ、第１傾斜部１２ａと方向変換構造部１２ｂとで形成するエッジ部１５に到達した際には、加工平面ほうこうである下方向への加勢を得る。第２ガス２５は、エッジ部１５を通過した後、実質的に窓面９ａから距離を置いてその表面に沿って平行に流れる。方向変換構造部１２ｂが溝状に形成されることにより、下側の第２ガス２５は、連接窓の表面から隔てられた距離を維持して流れる。それ故、二つの実質的に薄い層を成すガス流はほとんど混合しない。その結果、加工平面から生じたガスのような汚濁されたガスの分離が強化される。このようなガスは凝縮物および／または塵埃粒子またはその他の汚染物を含む。上記ガス流は、このような汚濁ガスが光学素子である連接窓まで進むことを阻止する。更に、温度勾配に起因するビーム偏向は下方の第２ガス２５の流れにより顕著に低減される。それ故、窓面９ａは十分に清潔に維持され、また、ビーム偏向は最小化される。
【００３２】
器具の変更が可能である。連接窓は長方形に形成される必要はない。むしろ、例えば、正方形、円形、若しくは楕円形が可能であり、または他の形状でもよい。しかしながら、ガスが供給される注入口のギャップと連接窓の対応側面とが実質的に平行であるとき、その効果は向上させられる。ギャップ形状の第１注入口１６および第２注入口２３は連接窓の縦方向側面よりやや広い幅が好ましい。しかしながら、それらはまたより短くてもよい。そのときにはエッジでのガス流による一掃が不十分であるけれど。
【００３３】
壁部である第１傾斜部１２ａと方向変換構造部１２ｂとの形状もまた、相違したデザインでよい。第１傾斜部１２ａは、例えば、処理槽の内側で凸状であってもよい。溝状の方向変換構造部１２ｂは、円筒断面形状である必要はない。むしろ、ガス流に対して溝が形成されるような形状が用いられてよい。
【００３４】
溝状壁部の方向変換構造部１２ｂをなしで済ますことも可能である。その代わり、第２注入口２３のギャップは、流出ガスが連接窓から離れた方向に加勢されるように形成される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、例えば、レーザ融解デバイスのような、３次元被加工物を層ごとに製造するためのデバイスに適用可能である。そのようなデバイスでは、他の処理デバイスと同様、ほとんどの場合に金属性の粉末状である構築材料がレーザによって精錬される。そのため、これらの処理デバイスでは、ガスまたは蒸気が処理槽内に発生し、連接窓を汚染する。しかし、本発明により汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるレーザ焼結装置の一実施例をブロック構成で示した説明図である。
【図２】図１の連接窓を含む処理槽の一部領域断面を処理槽内部側からの斜視により示した説明図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2008542550.tif 000008
2008542550.tif 000009
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