本发明涉及一种3d形状制造用粉末供给装置(apparatusforsupplyingpowderformanufacturingthreedimensionalshapes)，更具体而言，涉及重复实施如下作业来制造3d形状的3d形状制造用粉末供给装置，即一边向熔池供给粉末一边照射激光束来熔敷粉末，从而形成粉末层。
背景技术
通常，3d打印是指在计算机上沿一个方向对将要制造的产品的cad数据进行切片，并将切片后的二维截面形状依次打印层积来制造3d形状的装置。
3d打印主要用于新产品投放市场前的样品制作，以检测及纠正实际产品中存在什么问题，最近，随着3d打印工序及材料属性的发展，3d打印制造出的产品的耐用性和尺寸精度得到提高，其应用领域逐渐扩大。
3d打印可以分为：通过喷嘴或孔口选择性地挤压材料来进行层积的方法；利用喷墨头滴下材料墨水来进行层积的方法；向液体树脂或涂敷的粉末状材料照射紫外光或激光束，使其硬化或熔敷来进行层积的方法；利用喷墨头将液体状态的粘合剂选择性地洒向粉末材料上进行层积的方法；向熔池供给粉末来层积粉末层的方法等，所述熔池通过将激光束或电子束聚焦在基底部表面而获得。
图1是示出通过照射激光束l来熔敷所供给的粉末p来形成粉末层1的方法中的利用加工头来形成粉末层的现有方法的图。
参照图1，加工头10由激光照射部11和粉末喷射部12构成，激光照射部11用于照射激光束l，所述激光束l用于熔融向基底部2上形成的熔池3供给的粉末p；粉末喷射部12用于喷射要向熔池3供给的粉末p。
通过重复如下动作，即，一边使加工头10向一方向移动，一边将粉末p向基底部2上形成的熔池3喷射，并且从加工头10照射激光束l来熔融固化粉末层1，从而将粉末层1层积多层进而形成3d形状。
然而，一直以来，在沿着加工路径移动加工头10的过程中，无论加工头10的移动速度如何，均向熔池3供给等量粉末p，因此粉末层1的高度在局部上会有所不同，产生粉末层1的表面不均匀的问题。
例如，如果加工路径由直线部和拐角部组合构成，则加工头10d在直线部的移动速度相对较快，在拐角部的移动速度相对较慢。如此地，如果对加工头10的移动速度快的位置s1和慢的位置s2同等地供给粉末p，则在加工头10的移动速度慢的位置s2层积的粉末p的量会变多，导致相应位置上的粉末层1的高度变得相对高。
为了形成3d形状，需要将粉末层1层积多层，但是如果使粉末层1的高度偏差继续重复积累在同一位置上，则会导致最终制得的产品尺寸不良。
另外，当已层积的粉末层1的一部分高度形成得相对高时，如果继续供给等量的粉末p，则在最终制得的产品的相应部位高度形成得相对也高，导致产品尺寸不良。
技术实现要素：
本发明的一方面提供一种3d形状制造用粉末供给装置，通过接收用于喷射粉末的加工头的移动速度或粉末层的高度数据来控制供给至熔池的粉末的量，从而能够均匀地形成粉末层的表面，并且能够提高最终制得的产品的尺寸精度。
本发明的一实施例的3d形状制造用粉末供给装置包括：加工头，具有激光照射部和粉末喷射部，所述激光照射部用于照射激光束，以熔融供给于熔池的粉末，所述粉末喷射部设置在所述激光照射部的外侧，用于喷射要向所述熔池供给的粉末；速度检测部，沿着加工路径检测所述加工头的移动速度；控制部，从所述速度检测部接收所述加工头的移动速度数据，当所述加工头的移动速度降低时，使所述加工头或所述粉末喷射部上升，以减少向所述熔池供给的粉末的量。
所述激光束通过所述加工头的中央部照射至所述粉末从而形成所述熔池，所述粉末在所述激光束的周围朝向所述熔池倾斜喷射,当要减少供给至所述熔池的粉末的量时，使所述粉末收敛的粉末收敛点位于比所述熔池的表面高的位置。
所述激光照射部和所述粉末喷射部被设置为能够在上下方向上进行相对移动；当所述加工头的移动速度降低时，所述控制部使所述粉末喷射部相对所述激光照射部上升，从而减少供给至所述熔池的粉末的量。
所述激光照射部和所述粉末喷射部一体形成；当所述加工头的移动速度降低时，所述控制部使所述激光照射部和所述粉末喷射部一同上升来减少供给至所述熔池的粉末的量。
本发明的另一实施例的3d形状制造用粉末供给装置包括：加工头，具有激光照射部和粉末喷射部，所述激光照射部用于照射激光束，以熔融供给于熔池的粉末，所述粉末喷射部设置在所述激光照射部的外侧，用于喷射要向所述熔池供给的粉末；高度检测部，沿着加工路径检测基底部的高度或所述粉末熔敷所形成的粉末层的高度；控制部，从所述高度检测部接收所述基底部的高度或所述粉末层的高度数据，当所述基底部的高度或所述粉末层的高度增加时，使所述加工头或所述粉末喷射部上升，来减少供给至所述熔池的粉末的量。
所述激光束通过所述加工头的中央部照射至所述粉末从而形成所述熔池，所述粉末在所述激光束的周围朝向所述熔池倾斜喷射；当要减少供给至所述熔池的粉末的量时，使所述粉末收敛的粉末收敛点位于比所述熔池的表面高的位置。
所述激光照射部和所述粉末喷射部被设置为能够在上下方向上进行相对移动；当所述基底部的高度或所述粉末层的高度增加时，所述控制部使所述粉末喷射部相对所述激光照射部上升，从而减少供给至所述熔池的粉末的量。
所述激光照射部和所述粉末喷射部一体形成；当所述基底部的高度或所述粉末层的高度增加时，所述控制部使所述激光照射部和所述粉末喷射部一同上升来减少供给至所述熔池的粉末的量。
本发明的一实施例的3d形状制造用粉末供给装置能够均匀地形成粉末层的表面，并且能够提高最终制得的产品的尺寸精度。
另外，能够实时控制粉末层的高度。
附图说明
图1是示出利用加工头来形成粉末层的现有方法的图。
图2是示意性地显示本发明一实施例的3d形状制造用粉末供给装置的图。
图3是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的原理而示出的图。
图4是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的加工头的工作状态的图。
图5是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的加工头的变形例的工作状态的图。
图6是示意性地显示本发明的另一实施例的3d形状制造用粉末供给装置的图。
图7是用于说明图6的3d形状制造用粉末供给装置的原理而示出的图。
附图标记说明
100：3d形状制造用粉末供给装置
110：加工头
111：激光照射部
112：粉末喷射部
120：速度检测部
130：控制部
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例，以使本领域技术人员能够容易实施。本发明可以以各种形态体现，但并不限于此处说明的实施例。
为了明确说明本发明，因此在附图中省略与说明无关的部分，在整个说明书中对相同或相似的构成要素采用相同的附图标记。
在整个说明书中，某个部分与另一部分“连接”包括“直接连接”的情况和通过另一构件“间接连接”的情况。另外，如果没有其他特别的说明，某一部分“包括”某个构成要素是指还可以包括其他构成要素而不是排除其他构成要素。
以下，参照附图详细说明本发明的3d形状制造用粉末供给装置的实施例。
图2是示意性地显示本发明一实施例的3d形状制造用粉末供给装置的图。
参照图2，本实施例的3d形状制造用粉末供给装置100用于重复实施如下作业来制造3d形状，即，一边向熔池供给粉末一边照射激光束来熔敷粉末，从而形成粉末层，所述粉末供给装置100包括加工头110、速度检测部120和控制部130。
所述加工头110用于照射激光束l并喷射粉末p，包括激光照射部111和粉末喷射部112。
激光照射部111照射激光束l以熔融供给于熔池3的粉末p。激光照射部111设置在加工头110的中央部，内部可设有聚光透镜(未图示)，用于使从激光输出部(未图示)输出传送的激光束l聚焦。
粉末喷射部112用于喷射要向熔池3供给的粉末p，且设置在激光照射部111的外侧。从单独设置在外部的粉末供给装置(未图示)供给来的粉末p经由粉末喷射部112的喷嘴112a喷向熔池3。激光束l照射在熔池3上供给的粉末p，通过照射的激光束l的热能，使粉末p熔敷而形成粉末层1。
粉末喷射部的喷嘴112a可形成为多个喷射孔的形态，所述多个喷射孔沿着激光照射部111周围隔开规定角度配置，也可形成为围绕激光照射部111周围的环形喷射孔形态。
所述速度检测部120沿着加工路径检测加工头110的移动速度。
本说明书中的加工路径是指，一边照射激光束l并喷射粉末p，一边移动加工头110以层积与最终制得的产品形状相应形成的粉末层1的路径。
如上所述，加工头110在整个加工路径上不以相同的移动速度进行移动。例如，当加工路径由直线部和拐角部组合构成时，通常在直线部上加工头110的移动速度相对快，而在拐角部上加工头110的移动速度相对慢。
加工头110沿着加工路径移动的期间，速度检测部120实时检测加工路径上的加工头110的移动速度，并将检测的移动速度数据向后述的控制部130侧传送。
所述控制部130从速度检测部120接收加工头110的移动速度数据，当加工头110的移动速度降低时，减少向熔池3供给的粉末p的量。
如果对加工头110的移动速度快的位置s1和慢的位置s2同等地供给粉末p，则在加工头110的移动速度慢的位置s2向熔池3供给的粉末p的量变多，导致相应位置的粉末层1的高度相对变高。
因此，在本发明中，与加工头110的移动速度快的位置s1上向熔池3供给的粉末p的量相比，减少在加工头110的移动速度慢的位置上的向熔池3供给的粉末p的量，从而能够在整个加工路径上使粉末层1的高度均匀地形成。
本发明的特征在于，当加工头110的移动速度降低时，使加工头110或粉末喷射部112上升，从而减少向熔池3供给的粉末p的量。
作为减少加工头110的移动速度慢的位置s2上向熔池3供给的粉末p的量的方法，也可以考虑控制从单独设置在外部的粉末供给装置(未图示)向粉末喷射部112供给的粉末p的量的方法。
然而，当运用这种方法时，实时检测加工头110的移动速度的时刻和控制外部上设置的粉末供给装置以使粉末喷射部112喷射控制后的量的粉末p的时刻之间产生延迟，导致在加工头110的移动速度慢的位置s2并没有喷射减量后的粉末p，而是在过了应喷射减量后的粉末p的位置后，在其他位置上喷射减量后的粉末p。
因此，为了实时将加工头110的移动速度和供给于熔池3的粉末p的量关联起来，优选地，对加工头110的移动速度进行检测并在加工头110的移动速度慢的位置s2直接使加工头110或粉末喷射部112上升，从而减少向熔池3供给的粉末p的量。
图3是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的原理而示出的图。
参照图3，激光束l通过加工头110的中央部照射至粉末p从而形成熔池3，粉末p在激光束l的周围朝向熔池3倾斜喷射，从而在基底部2上形成粉末层1。
如图3(a)所示，在加工头110的移动速度快的位置s1，激光束的焦点lf和粉末喷射部112喷射的粉末p收敛的粉末收敛点pc汇聚在熔池3。由于粉末p是在激光束l的周围朝向下侧倾斜喷射，因此粉末p收敛的粉末收敛点pc表示粉末p的供给量相对多的位置。在这种状态下，向熔池3供给的粉末p的量相对多。
如图3(b)所示，在加工头110的移动速度慢的位置s2，加工头110或粉末喷射部112上升，从而粉末p收敛的粉末收敛点pc位于比熔池3的表面高的位置。从粉末喷射部112喷射的粉末p在粉末收敛点pc收敛后，在粉末收敛点pc的下侧分散，因此即使从粉末喷射部112喷射的粉末p的量相同，但实际进入熔池3的粉末p的量相对少。
从而，通过调节粉末收敛点pc的位置，在加工头110的移动速度快的位置s1，使供给至熔池3的粉末p的量相对多，而在加工头110的移动速度慢的位置s2，使供给至熔池3的粉末p的量相对少，从而使沿着加工路径形成的粉末层1的高度整体维持均匀。
之后，如果加工头110的移动速度再次增加，当然也可通过使加工头110或粉末喷射部112下降来增加供给于熔池3的粉末p的量。
本实施例的3d形状制造用粉末供给装置的加工头可以如下构成。
图4是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的加工头的工作状态的图。
参照图4，构成加工头110的激光照射部111和粉末喷射部112被设置为能够在上下方向上进行相对移动。
在加工头110的移动速度快的位置s1，激光照射部111和粉末喷射部112配置在相同高度，从而粉末收敛点pc汇聚在熔池3进而供给至熔池3的粉末p的量相对变多。在加工头110的移动速度慢的位置s2，使粉末喷射部112相对激光照射部111上升，从而粉末收敛点pc位于比熔池3的表面高的位置，从而供给至熔池3的粉末p的量相对变少。
使粉末喷射部112相对激光照射部111升降的结构可通过在激光照射部111和粉末喷射部112之间设置直线运动单元来实现，关于这种直线运动单元的结构由于是本领域技术人员普遍知晓的技术，因此省略详细说明。
另一方面，加工头110也可构成为图5所示的结构。图5是用于说明图2的3d形状制造用粉末供给装置的加工头的变形例的工作状态的图。
参照图5，构成加工头110’的激光照射部111’和粉末喷射部112’可一体形成。
在加工头110’的移动速度快的位置s1，激光照射部111’和粉末喷射部112’位于高度相同的位置，从而粉末收敛点pc汇聚在熔池3进而供给至熔池3的粉末p的量相对变多。在加工头110’的移动速度慢的位置s2，使激光照射部111’与粉末喷射部112’一同上升，从而粉末收敛点pc位于比熔池3的表面高的位置，从而供给至熔池3的粉末p的量相对变少。
激光束l的焦点lf具有规定长度的焦深(depthoffocus)。因此，即使如上所述般激光照射部111’与粉末喷射部112’一同上升，该上升高度也在焦深范围内，因此能够恒定维持照射至熔池3的激光束l的强度(intensity)。
使激光照射部111’与粉末喷射部112’一同升降的结构可通过在加工头110’设置直线运动单元来实现，关于这种直线运动单元的结构由于是本领域技术人员普遍知晓的技术，因此省略详细说明。
另一方面，图6是示意性地显示本发明的另一实施例的3d形状制造用粉末供给装置的图，图7是用于说明图6的3d形状制造用粉末供给装置的原理而示出的图。
参照图6及图7，本实施例的3d形状制造用粉末供给装置200包括加工头210、速度检测部220和控制部230。
所述加工头210是用于照射激光束l且喷射粉末p的构件，具有激光照射部211和粉末喷射部212。
激光照射部211照射从激光输出部201输出传送的激光束l，以熔融供给至熔池3的粉末p，粉末喷射部212设置在激光照射部211的外侧用于喷射要向熔池3供给的粉末p。
本实施例的加工头210实际上与图2示出的实施例的加工头110功能相同，因此省略重复说明。
所述高度检测部220沿着加工路径检测基底部2的高度或粉末熔敷所形成的粉末层1的高度。
在加工头210沿着加工路径移动的期间，基底部2的高度或粉末层1的高度可能不会在整个加工路径上均匀地形成。在加工路径的一些位置上虽然按期望的高度h1形成了粉末层1，但是在其他位置上由于加工条件等误差导致粉末层的高度h2形成得相对高。
在加工头210沿着加工路径移动的期间，高度检测部220实时检测加工路径上的基底部2的高度或粉末层1的高度，并将检测的高度数据向后述的控制部230侧传输。
所述控制部230从高度检测部220接收基底部2的高度或粉末层1的高度数据，当基底部2的高度或粉末层1的高度增加时，减少向熔池3供给的粉末p的量。
如果对粉末层1的高度正常的位置h1和高的位置h2同等地供给粉末p，则会持续层积相同厚度的粉末层1，从而最终制得的产品中粉末层1的高度高的位置h2的部分相比其他部分会突出形成。
因此，本发明中，与粉末层1的高度正常的位置h1上向熔池3供给的粉末p的量相比，减少在粉末层1的高度高的位置h2上的向熔池3供给的粉末p的量，从而能够在整个加工路径上使粉末层1的高度均匀地形成。
本发明的特征在于，当基底部2的高度或粉末层1的高度增加时，使加工头210或粉末喷射部212上升，从而减少向熔池3供给的粉末p的量。
为了实时将基底部2的高度或粉末层1的高度和供给于熔池3的粉末p的量关联起来，对基底部2的高度或粉末层1的高度进行检测并在基底部2的高度或粉末层1的高度高的位置h2直接使加工头210或粉末喷射部212上升，从而减少向熔池3供给的粉末p的量。
参照图7，激光束l通过加工头210的中央部照射至粉末p从而形成熔池3，粉末p在激光束l的周围朝向熔池3倾斜喷射，从而在基底部2上形成粉末层1。
如图7(a)所示，在粉末层1的高度正常的位置h1，激光束的焦点lf和粉末喷射部112喷射的粉末p收敛的粉末收敛点pc汇聚在熔池3。在这种状态下，向熔池3供给的粉末p的量相对多。
如图7(b)所示，在粉末层1的高度高的位置h2，加工头210或粉末喷射部212上升，从而粉末p收敛的粉末收敛点pc位于比熔池3的表面高的位置。在这种状态下，向熔池3供给的粉末p的量相对少。
从而，通过调节粉末收敛点pc的位置，在粉末层1的高度正常的位置h1，使供给至熔池3的粉末p的量相对多，而在粉末层1的高度高的位置h2，使供给至熔池3的粉末p的量相对少，从而使沿着加工路径形成的粉末层1的高度整体维持均匀。
之后，如果基底部2的高度或粉末层1的高度再次减少，当然也可通过使加工头210或粉末喷射部212下降来增加供给于熔池3的粉末p的量。
本实施例的加工头210也可如图4及图5所示般构成，省略详细说明。
图3、图4、图5及图7中示出了采用激光束的焦点lf配置并聚焦在熔池3的激光束l的例子，但是用于照射熔池3的激光束l可以以聚焦的状态或散焦的状态中一种状态进行照射。
如上所述构成的本发明的3d形状制造用粉末供给装置，通过接收用于喷射粉末的加工头的移动速度或粉末层的高度数据来控制供给至熔池的粉末的量，从而具有能够均匀地形成粉末层的表面，并且能够提高最终制得的产品的尺寸精度的效果。
另外，如上所述构成本发明的3d形状制造用粉末供给装置能够仅调节粉末收敛的粉末收敛点的高度就控制供给至熔池的粉末的量，所以具有能够实时控制粉末层高度的效果。
本发明权利要求的范围并非由上述实施例及变形例限定，在附加的权利要求书范围内能够以各种形态的实施例体现。在不脱离权利要求书所要保护的本发明的主旨的情况下，本领域技术人员所进行的各种变形均属于本发明的权利要求的保护范围内。