(57)【要約】  本発明は、集束レーザ光（Ｌ）によって接続領域を形成するために材料粉末（Ｐ）を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを機械加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械（１）に関する。当該機械（１）は、プロセスチャンバドア（１１）によって閉鎖され、プロセス空間（１２）を取り囲むプロセスチャンバ（１０）と、材料粉末（Ｐ）を貯蔵するため、ドアによって閉鎖され得る材料粉末容器キャビネット（７）と、吸出システムとを備える。当該吸出システムは、空気流を生成するためのファン（２）と、プロセス空間（１２）から外部へ粒子を吸出すため、第１排気ダクト（３ａ）を介してファン（２）に流体接続された第１吸出装置と、材料粉末容器キャビネット（７）から外部へ粒子を吸出すため、第２排気ダクト（３ｂ）を介してファン（２）に流体接続された第２吸出装置と、を有する。本発明によれば、第１吸出装置は、第１吸出装置の吸出力を制御するための手段（４ａ）を有し、及び／又は、第２吸出装置は、第２吸出装置の吸出力を制御するための手段（４ｂ）を有する。【選択図】図２
2020533483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束レーザ光（Ｌ）によって接続領域を形成するために材料粉末（Ｐ）を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを機械加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械（１）であって、
プロセスチャンバドア（１１）によって閉鎖され、プロセス空間（１２）を取り囲むプロセスチャンバ（１０）と、
材料粉末（Ｐ）を貯蔵するため、ドアによって閉鎖され得る材料粉末容器キャビネット（７）と、
空気流を生成するためのファン（２）と、前記プロセス空間（１２）から外部へ粒子を吸出すため、第１排気ダクト（３ａ）を介して前記ファン（２）に流体接続された第１吸出装置と、前記材料粉末容器キャビネット（７）から外部へ粒子を吸出すため、第２排気ダクト（３ｂ）を介して前記ファン（２）に流体接続された第２吸出装置と、を有する吸出システムと、を備え、
前記第１吸出装置は、該第１吸出装置の吸出力を制御するための手段（４ａ）を有し、及び／又は、
前記第２吸出装置は、該第２吸出装置の吸出力を制御するための手段（４ｂ）を有する、ことを特徴とする機械（１）。
【請求項２】
前記第１吸出装置及び／又は前記第２吸出装置の吸出力を制御する手段（４ａ、４ｂ）は、それぞれアクチュエータを備える、請求項１記載の機械（１）。
【請求項３】
前記第１排気ダクト（３ａ）に流体的に接続された給気口（５ｂ）及び排気口（５ａ）が前記プロセス空間（１２）内に配置され、前記集束レーザ光（Ｌ）の焦点を横切って空気流（Ｆ）が生成される、請求項１又は２記載の機械（１）。
【請求項４】
前記給気口（５ｂ）及び前記排気口（５ａ）は、前記空気流（Ｆ）が水平方向に生成されるように配置されている、ことを特徴とする請求項３記載の機械（1）。
【請求項５】
前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を制御する手段（４ａ、４ｂ）は、前記プロセスチャンバドア（１１）の開放状態および／または前記材料粉末容器キャビネット（７）のドアの開放状態に応じて、前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を調整するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の機械（１）。
【請求項６】
前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を制御する手段（４ａ、４ｂ）は、前記機械（１）の機械加工プロセスおよび／または製造プロセスに応じて、前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を調整するように構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械（１）。
【請求項７】
前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を制御する手段（４ａ、４ｂ）は、使用される前記材料粉末（Ｐ）の材料および／または材料組成に応じて、前記第１吸出装置および／または前記第２吸出装置の前記吸出力を調整するように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の機械（１）。
【請求項８】
集束レーザ光（Ｌ）によって接続領域を形成するために材料粉末（Ｐ）を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械（１）のプロセスチャンバ（１０）内のプロセス空間（１２）から外部へ粒子を吸出すための方法であって、
前記機械（１）が機械加工プロセスを開始する前にプロセスチャンバドア（１１）をロックするステップと、
前記機械（１）が前記機械加工プロセスを実行している間、スロットル調整された出力で前記プロセス空間（１２）から外部へ粒子を吸出すために第１吸出装置を作動させるステップと、
機械加工プロセスが中断または終了した後、規定された時間（ΔＴ）の間、最大出力で前記プロセス空間（１２）から外部へ粒子を吸出すために前記第１吸出装置を作動させるステップと、
前記規定された時間（ΔＴ）が経過した後、前記プロセスチャンバドア（１１）のロックを解除するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
材料粉末容器キャビネット（７）から外部へ粒子を吸出すために第２吸出装置を作動ささえるステップを更に備え、前記材料粉末容器キャビネット（７）のドアが開いているか閉じているかに応じて、前記第２吸出装置の吸出力が調整される、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束レーザ光によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを機械加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械に関し、この機械は、粒子を外部へ吸い出すための吸出システムを有する。
【０００２】
本発明は、さらに、集束レーザ光によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械の、プロセスチャンバドアによって閉鎖され得るプロセスチャンバ内のプロセス空間から外部へ粒子を吸い出すための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的な機械は、特に、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結またはレーザ蒸着溶接の原理に従って成形体を製造するための機械である。特に、金属、プラスチックまたはセラミックからなる材料粉末を使用することができる。以下では、レーザ工作機械または単に機械という用語は、レーザ光を用いてワークピースまたは成形体を機械加工／生成／製造するための様々なタイプの機械を集約するために使用される。
【０００４】
選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、またはレーザ蒸着溶接の方法では、機械部品、工具、人工装具、宝飾品片などの成形体を、対応する成形体の形状記述データに従って、例えば、金属材料粉末、セラミック材料粉末、又はプラスチック粉末から層状構造によって製造または加工することができる。製造工程では、材料粉末は、集束レーザ光によって加熱された、当該集束レーザ光の焦点に粉末ノズルによって導かれ、これにより、当該材料粉末が照射領域で再溶融され、接続された固化領域が形成される。冷却後、機械的に加工することができる材料の層が形成される。
【０００５】
選択的レーザ溶融の分野における最新技術については、例えば、ＤＥ１０２０１５５２２６８９Ａ１を参照されたい。さらに、上述のタイプのレーザ工作機械は、例えばＥＰ２０５２８４５Ａ２から知られている。金属被覆のための工作機械は、例えば、特許出願ＤＥ１０２０１３２２４６４９Ａ１に記載されている。
【０００６】
Ｎｏｗｏｔｎｙらによる論文「Laser-Einheit macht Auftragsschweissen auf Bearbeitungszentrum moeglich」（レーザユニットは、マシニングセンタ上の金属被覆を実現可能にする）は、ＣＮＣ機械のフライス加工スピンドルに急峻なテーパを介して挿入されるレーザ加工光学系について記載する雑誌「MM Das Industriemagazin」、17／2009、42頁以降に掲載されている。溶接金属（材料粉末）は、粉末ノズルを介してレーザ焦点に供給される。同じ機械でワークピースをフライス加工することができる。
【０００７】
レーザ光、特に選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、またはレーザ蒸着溶接によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化し、これにより  ワークピースを機械加工するためのおよび／また成形体を製造するため、基本的に２つのタイプの機械が知られている。機械のタイプは、とりわけ、材料粉末が提供される方法において異なる。第１のタイプの機械では、粉末層が層状に形成される。第２のタイプの機械では、材料粉末は、加工位置に粉末ノズルによって提供される。本発明は、特に、材料粉末が粉末ノズルによってレーザの焦点に供給される機械に関する。レーザ加工ヘッド及び／又はワークピースを移動させるための機械的セットアップは、例えば、公知の５軸マシニングセンタのように行うことができ、この場合、機械加工ツールの代わりにレーザ加工ヘッドが設けられる。ここ数年の間、例えばフライス工具を用いたレーザ加工及び金属切削の両方を可能にする工作機械も市場で入手可能であった。このようなハイブリッドマシニングセンタでは、レーザ加工ヘッドを工具用のスピンドルホルダに取り付けることができる。
【０００８】
溶接煙霧が、上述のプロセス中に特にレーザ蒸着溶接中に生成され、当該溶接煙霧は人間の健康に有害であり得るものであり、何故なら、それら溶接煙霧が、発癌性であり得る吸引可能な粒子を含んでおり、かなりの健康上の危険がそのような粒子から生じ得るからである。溶接煙霧粒子は、例えば、数マイクロメートルまたはマイクロメートルの数十分の１の大きさであってもよい。したがって、それらは微細ダスト粒子とも呼ばれる。人々に起こり得る健康上の危険性のために、このような機械の操作者は、粒子の吸引から保護されなければならない。第１保護手段として、機械のオペレータは、保護マスクを着用することができる。しかしながら、マスクによって提供される保護は、不十分であり得る。さらに、機械の近くにいる他の人々は保護されない。従って、健康上有害な粒子による機械の周囲空気の汚染をできるだけ回避するために、レーザ工作機械は、通常、プロセス空間から外部へ粒子を吸い出すための吸出装置を有する。
【０００９】
レーザ工作機械は、通常、プロセスチャンバドアによって閉鎖され、プロセス空間を囲むプロセスチャンバを有する。吸出装置によってプロセスチャンバ内に真空を構築することができ、これにより、少なくともプロセスチャンバが閉じられているときに、粒子は周囲に放出されない。吸出装置を作動させるとき、空気の流れは、一方では、粒子の最も効率的な吸出が確保されるように調節されなければならない。他方では、プロセス空間で生成された空気流は、プロセスそのものを妨害してはならない。例えば、強すぎる空気流は、粉末ノズルを通じて流れる搬送ガスによって生成される材料粉末の流れを乱すことがあり、その結果、十分な量の材料粉末または材料粉末の不均一な分布がレーザ光の焦点に到達しない。材料粉体の流れの乱れを避けるために、吸出装置は、通常、吸出力を調節するために手動で調節可能なスロットルバルブ（絞り弁）を有する。スロットル（絞り）の調整は、通常、機械の設置またはメンテナンス中に１回行われる。
【００１０】
しかしながら、吸出力が明らかに減少するため、プロセスが終了した後に、プロセス空間から外部へ粒子を吸出すために、全吸出力をもはや使用することができない。従って、プロセスチャンバのドアを開ける前に、プロセスチャンバ内のすべての空気が少なくとも１回は完全に交換されるまで不必要に長く待機する必要があり、これにより、粒子による周囲の汚染または粒子による機械のオペレータの汚染を可能な限り排除することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のことから、本発明の基本となる目的は、吸出力が調整可能な吸出システムを備えた機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１の総称に係る機械によって解決される。本発明によれば、第１吸出装置は、第１吸出装置の吸出力を制御する手段を有し、および／または第２吸出装置は、第２吸出装置の吸出力を制御する手段を有する。
【００１３】
この問題は、さらに、集束レーザ光によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化し、これによりワークピースを加工するためおよび／又は成形体を製造するための機械のプロセスチャンバドアによって閉鎖することができるプロセスチャンバ内のプロセス空間から粒子を吸出す方法によって解決される。第１方法ステップにおいて、機械が機械加工プロセスを開始する前に、プロセスチャンバのドアがロックされる。これにより、機械加工中にプロセスチャンバドアを開けることができなくなる。別の方法ステップにおいて、機械が機械加工プロセスを実施している間、第１吸出装置を作動させて、低減された出力でプロセス空間から外部へ粒子を吸出す。出力のスロットル（絞り）調整は、例えば、使用される材料粉末に応じて、または材料粉末の流れに応じて行われる。これにより、吸出しによって生成される空気流が材料粉末の流れに影響を及ぼすことが防止される。さらなる方法ステップでは、機械加工プロセスが中断または終了した後、プロセス空間から外部へ粒子を吸出すための第１吸出装置が、規定された期間、最大出力で作動される。これにより、有利には、全ての有害粒子又は少なくとも大部分の有害粒子が、プロセスチャンバドアが開放される前に、プロセスチャンバから外部へ吸出されることが可能になる。当該規定された期間は、プロセス空間内の全ての空気が当該期間内に少なくとも１回完全に交換されるように決定される。最終的な方法ステップでは、指定された時間が経過した後、プロセスチャンバドアのロックが解除される。プロセス空間から外部へ全ての粒子が吸出されるとすぐに、プロセスチャンバドアを再度開けることができる。もはや、機械の作業者または機械の周囲空気が有害な粒子で汚染される危険はない。
【００１４】
スロットル（絞り）調整された出力という用語は、最大吸出力よりも低い吸出力を意味する。吸出しのための空気流は、好ましくは一定の出力で作動されるファンによって生成される。次いで、吸出装置の吸出力は、例えばスロットルバルブ（絞り弁）によって空気流を制限することによってスロットル（絞り）調整されることが好ましい。スロットルバルブ（絞り弁）は、例えば、送風機に流体接続された吸出装置の排気ダクト内に配置することができる。
【００１５】
個々にまたは互いに組み合わせて使用することができる好ましい構成およびさらなる発展形態は、従属請求項の主題である。
【００１６】
好ましくは、第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を制御するための手段は、それぞれアクチュエータを有する。アクチュエータは、好ましくは、機械制御によって別々に制御することができる。従って、第１吸出装置の吸出力及び／又は第２吸出装置の吸出力を完全に自動的に調整し、プロセスシーケンスに統合することができる。また、機械の状態に応じて吸出力を調整することができる。
【００１７】
機械の好ましい構成では、プロセス空間内において、第１排気ダクトに給気口及び排気口が接続されている。給気口及び排気口は、集束レーザ光の焦点を横切って空気流が発生するように配置されることが好ましい。発生した空気流がレーザ光の焦点を横切って通過すると、発生した溶接煙霧を非常に効率的に吸出すことができる。なぜなら、溶接煙霧はレーザ光の焦点またはその近傍で発生するからである。さらに、溶接煙霧が発生する位置を空気流が通過する場合、第１吸出装置はより低い吸出力で運転することができる。
【００１８】
特に、給気口及び排気口は、空気流が水平方向に発生するように配置されている。このような構成は、レーザ加工ヘッドが集束レーザ光をワークピース上に垂直に放射する場合に特に有利である。その後、水平方向に発生した空気の流れは、妨げられずにワークを通過することができる。
【００１９】
第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を制御する手段は、プロセスチャンバドアの開放状態および／または材料粉末容器のドアの開放状態に応じて、第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を調整するように構成されることが好ましい。プロセスチャンバドアが開いているとき、または材料粉末容器のドアが開いているとき、粒子による周囲の汚染を防止するためにより高い吸出力が必要とされる。言い換えれば、プロセス空間または材料粉末容器内の真空を維持するために、ドアがそれぞれにおいて閉じられているときよりも高い吸出力が必要とされる。特に、プロセスチャンバのドアは、機械による機械加工プロセスが終了または中断された場合にのみ開くことができる。これは、第１吸出装置は、プロセスチャンバドアを開けた状態で、粉末の流れに悪影響を及ぼすリスクなしに、全出力で作動させることができることを意味する。機械制御は、機械加工プロセスの進行中にプロセスチャンバドアをロックするように設定することができる。プロセスを終了または中断した後、プロセスチャンバドアは、安全上の理由から、規定された期間ロックされたままであることができ、その間に、生成された溶接煙霧の吸出しが実行される。吸出力が増大されると、この規定された期間を短縮することができる。
【００２０】
第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を制御するための手段は、機械の機械加工および／または製造プロセスに応じて、第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を調整するように構成されてもよい。特に、粉末ノズルからの材料粉末の流れへの影響を避けるために、機械加工および／または製造プロセスの間、第１吸出装置の吸出力はスロットル（絞り）調整される。機械加工および／または製造プロセスが中断または終了した場合、第１吸出装置の吸出力を最大値に設定することができる。
【００２１】
第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を制御するための手段は、材料粉末の材料および／または材料組成に応じて、第１吸出装置および／または第２吸出装置の吸出力を調整するように構成されてもよい。異なる材料を使用する場合、材料組成に応じて異なる溶接煙霧が生成され、当該溶接煙霧は、組成、汚染物質粒子、汚染物質濃度または煙濃度、および含有される汚染物質の毒性において異なるように形成される。したがって、この例示的な構成は、生成される溶接煙霧に応じて吸出力を調整することができるという利点を有し、この場合、溶接煙霧中の汚染物質濃度が比較的高い材料および／または含有される汚染物質の毒性がより高い材料については、より高い吸出力に調整されることが好ましく、溶接煙霧中の汚染物質濃度が比較的低い材料および／または含有される汚染物質の毒性がより低い材料については、より低い吸出力に調整されることが好ましい。
【００２２】
吸出方法は、材料粉末容器用のハウジング（例えば、材料粉末キャビネットまたは材料粉末容器キャビネット）から外部へ粒子を吸出すため第２吸出装置を作動させるステップをさらに含むことができる。第２吸出装置の吸出力は、ハウジングのドアまたは材料粉末キャビネットが開いているか閉じているかに応じて調整することができる。１つまたは複数の材料粉末容器が配置され得る材料粉末キャビネット（または材料粉末容器キャビネット）のドアが開いているとき、第２吸出装置は全吸出力で作動することができ、これにより、材料粉末容器から周囲への材料粉末の漏洩が防止されるか、または少なくとも低減される。材料粉体キャビネットのドアを閉じると、材料粉体キャビネット内で十分に高い真空を発生させるために全出力が必要とされないので、第２吸出装置は、低減された吸出力で運転することができる。
【００２３】
以下、本発明を限定するものではないが、図面に示す実施形態に基づいて、さらに好ましい構成をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】集束レーザ照射によって成形体を製造又はワークピースを機械加工するための工作機械の構造を示す。
【図２】吸出システムを有するレーザ工作機械の一例を示す斜視図である。
【図３】図２の実施形態に係るレーザ工作機械の排気ダクト及びスロットルバルブ（絞り弁）を示す詳細図である。
【図４】一実施形態に係るレーザ工作機械のプロセス空間を示す斜視図である。
【図５】吸出しの例示的な時間シーケンスを示す。
【図６】レーザ蒸着溶接の動作原理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の好ましい実施形態の以下の説明において、同一の参照符号は、同一または同等の構成要素を示す。
【００２６】
図１は、レーザ照射によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化して、これにより、ワークピースを機械加工するためのおよび／または成形体を製造するための機械１の概略図を示す。機械１は、機械フレーム２１を備え、機械フレーム２１には、一方にワークピーステーブル２０が、他方に粉末ノズル１５を有するレーザ加工ヘッド２３が、中間調整軸２２を介して間接的に取り付けられている。当該調整軸２２は、各々幾つかの並進（Ｘ、Ｙ、Ｚ）軸又は回転（φ、λ、θ）軸を有することができ、これらの軸は機械制御に従って調整され得る。例えば、レーザ加工ヘッド２３が、１つ、２つ、または３つの並進調整軸２２（Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺ）を介して機械フレーム２１に固定されており、他方、ワークピーステーブル２０が、１つ、２つ、または３つの回転調整軸２２を介して機械フレーム２１に取り付けられるような構成とすることができる。
【００２７】
例えば、機械１は、レーザ照射によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化して、これにより成形体を製造するための５軸レーザ工作機械であることができる。ワークピースは、機械加工のためにワークピーステーブル２０に解放可能に取り付けることができる。あるいは、成形体は、材料粉末を位置選択的に硬化して、これにより、ワークピーステーブル２０上にレイヤー毎に構築することができる。
【００２８】
このようなレーザ工作機械１は、通常、密閉されたプロセスチャンバ１０を有し、このチャンバ内では吸出システムによって真空を生成することができ、これにより、溶接煙霧または他の粒子、例えば材料粉末による汚染から機械１の周囲が保護される。プロセスチャンバ１０はプロセス空間１２を取り囲んでおり、当該プロセス空間１２は、プロセスチャンバドア１１を介してアクセス可能である。プロセスチャンバドア１１は、機械加工プロセスに応じて作動させることができるロック機構を備えることができる。これにより、実行中の機械加工プロセス中にプロセスチャンバドア１１が開放されることを防止することができる。
【００２９】
吸出システムは排気口５ａを介してプロセス空間１２から空気を吸い込むことができる。排気口５ａは、第１排気ダクト３ａを介してファン２に流体接続されている。給気ダクト３ｄに流体接続された給気口５ｂを介して、新鮮な空気がプロセス空間１２に供給され得る。プロセス空間１２内での給気口５ｂ及び排気口５ａの適切な位置決めによって、空気流Ｆがレーザ工作機械１の動作点を基本的に水平に通過するように、プロセスチャンバ１２内での空気流Ｆの方向を調節することができ、この場合、集束レーザ光Ｌが粉末ノズル１５を通して供給される材料粉末Ｐをワークピースと融合させる。レーザ蒸着溶接の動作原理を、図６を参照して以下により詳細に説明する。空気流Ｆは、図１において点線の矢印で示されている。別の点線の矢印は、給気ダクト３ｄを通る給気流と、第１排気ダクト３ａを通る排気流とを示している。
【００３０】
本発明の代替構成では、給気口５ｂを省略することもできる。次いで、周囲からの新鮮な空気を、プロセスチャンバ１０におけるスロット及び／又はジョイントを通じて、又はプロセスチャンバ１０とプロセスチャンバドア１１との間を通じて、供給することができる。しかしながら、給気口５ｂを設けることには、空気流Ｆの方向をより正確に規定することができ、これにより基本的に層状の水平流を機械１の動作点を介して発生させることができるという利点がある。代替構成では、１つ以上の給気口５ｂおよび／または１つ以上の排気口５ａを設けることができる。さらに、空気流Ｆは、水平ではなく、他の任意の流れ方向、例えば垂直に生成することもできる。
【００３１】
一実施形態に係るレーザ照射によって接続領域を形成するために材料粉末を位置選択的に固化して、これにより成形体を製造するための本発明に係る５軸レーザ工作機械１の斜視図を図４に示す。図示の実施形態は、基本的に、図１に概略的に示す機械１に対応している。しかしながら、図４には、調整軸２２に固定されたレーザ加工ヘッド２３は示されていない。
【００３２】
ワークピーステーブル２０は、プロセスチャンバ１０（プロセスキャビン）内に配置されており、当該プロセスチャンバ１０は、プロセスチャンバドア１１によって閉じることができ、かつプロセス空間１２を取り囲んでいる。プロセスチャンバ１０の外側に配置された制御ユニット１３は、オペレータと機械制御との間のインターフェースとして機能する。例えば、測定値及び／又は警告メッセージ及び／又は制御アプリケーションを制御ユニット１３のディスプレイに表示することができる。プロセス空間１２内には、排気口５ａが左側に配置されている。点線の矢印は、吸出システムによって生成される空気流Ｆを示している。プロセスチャンバドア１１によって覆われているため、図４において給気口５ｂは視認されない。
【００３３】
図２は、本発明の５軸レーザ工作機械１の斜視後面図を示す。図２は、図４に示されていない吸出システムのさらなる詳細を示す。機械１は、材料粉末容器キャビネット７を含み、当該材料粉末容器キャビネット７における１つ以上の材料粉末容器内に材料粉末が貯蔵される。材料粉末容器キャビネット７はドア（図示せず）を有しており、このドアを介して、オペレータは、図示しない材料粉末容器に材料粉末を充填することができる。材料粉末容器キャビネット７からは、材料粉末を粉末ノズル１５に導くラインが設けられている。搬送ガス、例えばアルゴンは、材料粉末を搬送するために使用される。
【００３４】
吸出システムは、空気流を生成するためのファン２と、プロセス空間１２から外部へ粒子を吸出すための第１吸出装置と、材料粉末容器キャビネット７から外部へ粒子を吸出すための第２吸出装置とを備える。第１吸出装置は第１排気ダクト３ａを備え、この排気ダクト３ａを介して、プロセス空間１２内に位置する排気口５ａがファン２に接続されている。第２吸出装置は第２排気ダクト３ｂを備え、この排気ダクト３ｂを介して、材料粉末容器キャビネット７内に配置された排気口（図示せず）がファン２と流体接続されている。第１排気ダクト３ａ及び第２排気ダクト３ｂは、Ｔ字状部品を介して、ファン２に流体接続された第３排気ダクト３ｃに接続されている。
【００３５】
第１吸出装置及び第２吸出装置の夫々は、吸出力を調整するための手段４ａ、４ｂを有する。図３の詳細図は、第１排気ダクト３ａ及び第２排気ダクト３ｂを第３排気ダクト３ｃと接続するＴ字状部品を示す。図３は、吸出力を調整する手段を、第１排気ダクト３ａ内のスロットルバルブ（絞り弁）４ａ及び第２排気ダクト３ｂ内のスロットルバルブ（絞り弁）４ｂとして示している。スロットルバルブ４ａ、４ｂは、アクチュエータ６ａ、６ｂを介して制御することができる。特に、アクチュエータ６ａ、６ｂは機械制御によって制御される。スロットルバルブの開度を調節することにより、第１吸出装置及び／又は第２吸入装置を通る空気流を調節することができる。特に、第１吸出装置および／または第２吸出装置を通る空気流は、プロセスに応じて、および／またはプロセスチャンバドア１１の状態に応じて、および／または材料粉末容器７のドアの状態に応じて調整することができる。スロットルバルブ４ａ、４ｂがアクチュエータ６ａ、６ｂによって制御されることから、吸出力の調整は、機械制御によって完全に自動的に制御されたプロセスシーケンスに組み込むことができる。
【００３６】
ファン２は、空気流から取り出された粒子を濾過するための１つまたは複数のフィルタを有することができる。例えば、ファンは、除塵を伴うカテゴリＣのフィルタを有することができる。空気から濾過された粒子は、別個の容器に収集され、廃棄のために除去され得る。濾過された空気流は、外部の排気ダクトを介して通過させることもできるし、機械１の周囲に向けることもできる。特に、濾過された空気流が機械１の周囲に向けられる場合には、空気ができるだけ健康に有害な粒子を含まないことが保証されなければならない。この目的のために、ファンは、懸濁粒子用の１つ以上のフィルタ、特にＨＥＰＡフィルタ、例えばカテゴリＨ１３のフィルタおよび／またはカテゴリＨ１４のフィルタを有することができる。
【００３７】
図２に示す以外に、遠方に位置するファン２を用いて排気流を生成することもできる。例えば、ファン２は、機械１が設置される建物の外部に配置することができる。したがって、排気を外部に直接排出することができ、その結果、排気を室内に排出する場合よりも、排気の濾過に対する要求を低くすることができる。
【００３８】
ここで、図５を用いて、吸出しのための例示的な時間シーケンスを説明する。図５の一番上の線は、プロセスが「オン」または「オフ」状態にあるかどうか、すなわち、レーザ蒸着溶接プロセスが現在実行中であるかどうかを示す。２番目の線は、材料粉末容器キャビネット７へのドアの状態、すなわち、当該ドアが現在開放されているか閉鎖されているかを示す。３番目のラインは、プロセス空間１２の吸出しが全出力で作動しているか、スロットル（絞り）調整された出力で作動しているか、全く作動していないかを示す。最下の線は、材料粉末容器キャビネット７の吸出しが全出力で作動しているか、低減した出力で作動しているか、全く作動していないかを示す。プロセスチャンバドア１１の状態は図５には示されていない。図５の下端には、時間軸が示されており、当該時間軸には、時間Ｔ１〜Ｔ５の５つの点が示されており、これらは以下で説明される。
【００３９】
時間Ｔ１において、機械１でレーザ蒸着溶接プロセスが開始される。材料粉末容器キャビネット７へのドア及びプロセスチャンバドア１１は閉じられている。時間Ｔ１におけるプロセスの開始とともに、プロセス空間１２の吸出し及び材料容器キャビネット７の吸出しがそれぞれ開始される。プロセス空間１２の吸出しと材料粉末容器７の吸出しの両方がスロットル（絞り）調整された出力で実施される。粉末ノズル１５からの材料粉末の意図しない吸出しによってプロセスが乱されないように、プロセス空間１２の吸出力がスロットル（絞り）調整されている。材料粉末容器キャビネット７の吸出システムの出力は、ドアが閉じられているときにスロットル（絞り）調整された出力で作動させることができる。なぜならば、ここでは、材料粉末が機械１の周囲に漏れ出るのを防止するのに十分な真空を維持することだけが要求されるからである。
【００４０】
時間Ｔ２において、材料粉末容器キャビネット７へのドアは、材料粉末を補充するために機械１のオペレータによって開かれる。ドアが開いている状態でも材料粉末ができるだけ周囲に漏れ出ないようにするため、材料粉末容器７から外部への吸出力が最大出力まで高められる。オペレータが材料粉末容器７を再充填した後、オペレータは時間Ｔ３で再びドアを閉じる。ここで、材料粉末容器キャビネット７から外部への吸出しは、スロットル（絞り）調整された出力で継続することができる。
【００４１】
時間Ｔ４において、レーザ蒸着溶接プロセスは、機械１において完了する。このＴ４において、プロセス空間１２を溶接煙霧や他の粒子からできるだけ完全に清浄化するために、プロセス空間１２から外部への吸出力が最大値まで増加される。これにより、プロセスチャンバドア１１が開放されているときに、有害な粒子が周囲に漏れ出ることが防止される。最大出力での吸出しは、プロセス空間１２から外部への吸出、及び材料粉末容器キャビネット７から外部への吸出がオフに切り換えられる時間Ｔ４までの規定された期間ΔＴの間に実行される。規定された期間ΔＴは、規定された期間ΔＴの終わりに、できるだけ多くの有害粒子がプロセス空間１２から外部へ吸出されるように選択される。プロセスチャンバドア１１は時間Ｔ５までロックされることができ、これにより、機械１のオペレータは、プロセスチャンバドア１１を、大部分の有害粒子、又は可能であれば全ての有害粒子がプロセス空間１２から外部へ吸出されたことが確実にされたときにのみ開放することができる。
【００４２】
上述した方法は、例えば、好ましくは制御ユニット１３を介して操作可能な機械１の機械制御によって制御することができる。図示したシーケンスの代わりに、吸出しを時間Ｔ５の後に継続することもできる。しかしながら、騒音を低減し、エネルギーを節約するためには、規定された期間ΔＴの後に、スロットルを絞るか、または吸出しを完全にオフにすることが有利である。
【００４３】
レーザ蒸着溶接の動作原理を図６により示す。図６は、機械加工されるワークピースＷ近傍の粉末ノズル１５を示す。レーザ加工ヘッドからの集束レーザ光Ｌは、粉末ノズル１５と同軸に走行し、ワークピースＷ上又はワークピースＷの直上の動作点に集束される。材料粉末Ｐは、粉末ノズル１５を通って0レーザ光Ｌと同軸に導かれ、ワークピースＷ上のレーザ光Ｌの焦点に至る。アルゴンなどの保護ガス又は搬送ガスＧもまた、粉末ノズル１５を通って流れ、材料粉末Ｐを搬送する。保護ガスＧは、加熱された材料粉末ＰやワークピースＷと大気中の酸素との不要な反応を防止する役割も果たす。溶接プロセス中、溶接煙霧Ｓが発生することがある。当該溶接煙霧は、上述した吸出システムによって機械１の動作空間１２から除去される。この目的のために、吸出システムは、点線の矢印で示される空気流Ｆを生成し、これは好ましくは、ワークピースＷを水平の層流として通過し、それによって溶接煙霧Ｓを当該空気流Ｆとともに搬送する。空気流Ｆの強さは、当該空気流Ｆが搬送ガスＧを含む材料粉末Ｐの流れを乱さないように調整する必要がある。空気流Ｆを強く設定しすぎると、粉末ノズル１５で材料粉末Ｐを吸出してプロセスを乱すことになる。
【００４４】
プロセス空間から外部への吸出しの最大出力の典型的な数値は、約１０００ｍ3／時である。スロットル（絞り）調整された運転では、毎時約２００〜６００m3が吸い出される。これと比較して、レーザ溶接プロセス中、材料粉末、例えばアルゴンを有する搬送ガスの約３〜６リットル／分の流れが、典型的には粉末ノズル１５を通って流れる。２つの値を比較する場合、粉末流（材料粉末を有する搬送ガス）の流速が通常は空気流Ｆの流速よりも少なくとも１桁大きくなるように、排気流Ｆははるかに大きな直径を有することに留意されたい。
【００４５】
発明の詳細な説明、特許請求の範囲、および図面に開示された特徴は、本発明を、その様々な構成で、個別に、または任意の組合せで実現することに関連し得る。
【符号の説明】
【００４６】
１  レーザ工作機械
２  ファン
３ａ  第１排気ダクト
３ｂ  第２排気ダクト
３ｃ  第３排気ダクト
３ｄ  給気ダクト
４ａ  第１スロットルバルブ
４ｂ  第２スロットルバルブ
５ａ  排気口
５ｂ  給気口
６ａ  第１アクチュエータ
６  第２アクチュエータ
７  材料粉末容器キャビネット
１０  プロセスチャンバ
１１  プロセスチャンバドア
１２  プロセス空間
１３  制御ユニット
１５  粉末ノズル
２０  ワークピーステーブル
２１  機械フレーム
２２  調整軸
２３  レーザ加工ヘッド
Ｌ  レーザ光
Ｗ  ワークピース
Ｐ  ワークピース粉末
Ｇ  保護ガスおよび／または搬送ガス
Ｓ  溶接煙霧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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