JP2017515678A - ハイブリッド付加・除去加工センタの処理ヘッド - Google Patents

Abstract

工作機械の移動可能な工具ホルダとともに使用される処理ヘッドアセンブリが提供される。処理ヘッドアセンブリは、移動可能な工具ホルダに連結され、ソケットを画定する本体と、本体に連結され、供給紛体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給紛体／プロペラントポートとを有する上部処理ヘッドを含む。処理ヘッドアセンブリは、さらに、ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベースと、ベースに連結され、供給紛体／プロペラントポート及びノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された供給紛体／プロペラントインタフェースを画定するノズルとを有する下部処理ヘッドを含む。

Description

本開示は、概して、コンピュータ数値制御加工センタに関し、特に、付加加工手順及び除去加工手順の両方を実施可能なハイブリット加工センタに関する。

従来、荒加工技術（例えば、鋳造、転造、鍛造、押出し、スタンピング）と仕上げ加工技術（例えば、機械加工、溶接、はんだ付け、研磨）の組み合わせにより材料を所望の形状や組立部品に処理している。最終的な使用可能な形態（「ネットシェイプ」）の複雑な組立部品の製造は、適切な形状の所望の材料で部品を形成することだけでなく、部品に所望の冶金的特性（例えば、様々な熱処理、加工硬化、複雑な微細構造）の組み合わせを与えることも必要とする場合があり、通常、時間、工具及び労力の点でかなりの投資が必要である。

上記荒処理及び仕上げ処理のうちの１つ以上は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械といった加工センタを用いて実施することができる。このような工作機械には、旋盤、フライス加工機、研削加工機や他の種類の工作機械が含まれる。最近では、複数の種類の工具を有し、複数の異なる機械加工処理を実施可能な単一の機械を提供するマシニングセンタが開発されている。マシニングセンタは、通常、主軸保持部や１つ以上の工具を保持するタレット保持部などの１つ以上の工具保持部と、一組のチャックといったワーク保持部を含むことができる。ワーク保持部は、工具がワークに接触して、ワークから材料が除去される除去加工処理が行われる間、静止していても移動（並進移動及び／または回転）してもよい。

原価、費用、複雑さやその他の要因から、最近では、従来の材料加工手順の一部またはすべてを付加加工技術で置き換えることができる代替技術に関心が集まっている。ワークから材料を精密に除去することにフォーカスした除去加工処理とは対照的に、付加加工処理は、通常はコンピュータ制御環境において、材料を精密に付加するものである。付加加工技術は、従来の加工技術を用いた場合は複数の構成部品から組み立てなくてはならないような複雑な構造を継ぎ目なく構成することを可能にするなどして、加工可能性を拡大しながら、効率を高めて無駄を減らすことができる。本明細書及び添付の請求項においては、「複数」という語は、常に、「二つ以上」を意味すると解釈される。除去処理を付加技術で置き換える機会は、付加処理での使用が可能な材料の範囲、付加技術を用いて達成可能なサイズ及び表面仕上げ、材料の付加が可能な速度などのいくつかの要因に依存する。付加処理は、すぐに使用できる状態の複雑な精密ネットシェイプ構成要素の加工が可能であることが有利であろう。しかしながら、付加処理は、ある程度の仕上げ処理を必要とする「ニアネットシェイプ」製品を生成できる場合もある。

概して、付加処理技術と除去処理技術は、実質的にそれぞれ独立して発展してきたため、これら２種類の性質が異なる処理やこれらを行うための装置を組み合わせることにより得られる相乗効果が見落とされてきた。

本開示の一態様によれば、工作機械の移動可能な工具ホルダとともに使用される処理ヘッドアセンブリが提供される。この処理ヘッドアセンブリは、移動可能な工具ホルダに連結された上部処理ヘッドを含み、該上部処理ヘッドは、ソケットを画定する本体と、該本体に連結され、供給粉体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給粉体／プロペラントポートとを有する。処理ヘッドアセンブリは、さらに、前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベースと、該ベースに連結されたノズルとを有し、該ノズルは、前記供給粉体／プロペラントポート及びノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された供給粉体／プロペラントインタフェースを画定する下部処理ヘッドを含む。

本開示の別の態様によれば、供給粉体／プロペラント供給装置及び加工エネルギー供給装置とともに使用される工作機械が提供される。この工作機械は、基板を支持する第１工具ホルダと、第２工具ホルダと、処理ヘッドアセンブリとを含む。処理ヘッドアセンブリは、第２工具ホルダに連結された上部処理ヘッドを含み、該上部処理ヘッドは、ソケットを画定する本体と、該本体に連結され、供給粉体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給粉体／プロペラントポートとを含む。処理ヘッドアセンブリは、さらに、前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベースと、該ベースに連結され、供給粉体／プロペラントインタフェースを画定するノズルとを有し、該供給紛体／プロペラントインタフェースは、前記供給粉体／プロペラントポート及び、該供給粉体／プロペラントインタフェースと流体連通するノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された下部処理ヘッドを含む。加工エネルギー供給装置には、加工エネルギー出口が動作可能に連結されている。機械制御回路が第１工具ホルダ、第２工具ホルダ及び加工エネルギー出口に動作可能に連結されており、該機械制御回路は、１つ以上の中央処理装置と１つ以上のメモリデバイスとを備え、該１つ以上のメモリデバイスには、前記１つ以上の中央処理装置により実行されると、機械制御回路に、第１工具ホルダ、第２工具ホルダ及び加工エネルギー出口を相対的に移動させることにより、加工エネルギー及び供給粉体／プロペラントを基板上の対象領域に向けて、基板に材料が付加される付加加工処理を行わせる指示が格納されている。

本開示の別の態様によれば、供給粉体／プロペラント供給装置及び加工エネルギー供給装置とともに使用される工作機械が提供される。この工作機械は、基板に連結された第１工具ホルダと、第２工具ホルダと、処理ヘッドアセンブリとを含む。処理ヘッドアセンブリは、第２工具ホルダに連結された上部処理ヘッドを含み、該上部処理ヘッドは、ソケットを画定する本体と、該本体に連結され、供給粉体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給粉体／プロペラントポートと、前記本体に連結され、加工エネルギー供給装置に操作可能に連結された加工エネルギーポートとを有する。処理ヘッドアセンブリは、さらに、前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベースと、該ベースに連結され、前記加工エネルギーポートに着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェースと、前記ベースに連結されたノズルと、光学機器チャンバと、集束光学機器とを有し、前記ノズルは、前記供給粉体／プロペラントポートに着脱自在に連結するように構成された供給粉体／プロペラントインタフェース、該供給粉体／プロペラントインタフェースと流体連通するノズル出口開口部、及び前記加工エネルギーインタフェースに操作可能に連結された加工エネルギー出口を画定し、前記光学機器チャンバは、前記加工エネルギーインタフェースと前記加工エネルギー出口の間に配設され、前記集束光学機器は、前記光学機器チャンバ内に配設された下部処理ヘッドを含む。機械制御回路が第１工具ホルダ、第２工具ホルダ及び加工エネルギー出口に動作可能に連結されており、該機械制御回路は、１つ以上の中央処理装置と１つ以上のメモリデバイスとを備え、該１つ以上のメモリデバイスには、前記１つ以上の中央処理装置により実行されると、機械制御回路に、第１工具ホルダと第２工具ホルダを相対的に移動させることにより、加工エネルギー及び供給粉体／プロペラントを基板上の対象領域に向けて、基板に材料が付加される付加加工処理を行わせる指示が格納されている。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、上部処理ヘッドは、さらに、本体に連結され、加工エネルギー供給装置に操作可能に連結された加工エネルギーポートを含むことができ、下部処理ヘッドは、さらに、ベースに連結され、前記加工エネルギーポートに着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェースと、加工エネルギー出口と、前記加工エネルギーインタフェースと前記加工エネルギー出口の間に配設された光学機器チャンバと、該光学機器チャンバ内に配設された集束光学機器とを含むことができる。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、ノズルは、さらに、ノズル出口開口部を画定する。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、ノズル出口開口部は、加工エネルギー出口を取り囲む。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、上部処理ヘッドは、さらに、本体に連結され、シールドガス供給装置に操作可能に連結されたシールドガスポートを含み、下部処理ヘッドは、さらに、ベースに連結され、前記シールドガスポートに着脱自在に連結するように構成されたシールドガスインタフェースを含む。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、上部処理ヘッドは、さらに、本体に連結され、クーラント供給装置に操作可能に連結されたクーラントポートを含み、下部処理ヘッドは、さらに、ベースに連結され、前記クーラントポートに着脱自在に連結するように構成されたクーラントインタフェースを含む。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、供給粉体／プロペラントインタフェース、シールドガスインタフェース、クーラントインタフェース及び加工エネルギーインタフェースは、ベースがソケットに連結されるのと同時に、それぞれ供給粉体／プロペラントポート、シールドガスポート、クーラントポート及び加工エネルギーポートに連結するように構成される。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、上部処理ヘッドは、さらに、本体に連結され、加工エネルギーポートを画定する筐体と、該筐体内に配設され、加工エネルギーポートに光学的に連結された第１ミラーを含み、下部処理ヘッドは、さらに、光学機器チャンバ内に配設された第２ミラーを含み、該第２ミラーは、下部処理ヘッドのベースが上部処理ヘッドのソケットに連結されるときに前記第１ミラーと光学的に連結するように構成される。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、加工エネルギー供給装置はレーザである。

本開示の、ここに特定される他の態様のうちの１つ以上と組み合わせることができる別の態様によれば、上部処理ヘッドは工作機械の主軸である。

開示される方法及び装置をより完全に理解するために、添付の図面においてより詳細に示される実施形態を参照すべきである。

本開示の一実施形態にかかるコンピュータ数値制御機械を、安全扉を閉じた状態で示した正面立面図である。 図１に示したコンピュータ数値制御機械を、安全扉を開いた状態で示した正面立面図である。 図１及び図２に示したコンピュータ数値制御機械のある内部構成要素の斜視図であり、加工主軸、第１チャック、第２チャック及びタレットを図示している。 図３を拡大した斜視図であり、加工主軸並びに、主軸を並進移動させる際に用いることができる水平に配設されたレール及び垂直に配設されたレールを示している。 図１に示したマシニングセンタの第１チャック、加工主軸及びタレットの側面図である。 図５と同様の図であるが、加工主軸をＹ軸方向に並進移動させた図である。 図１に示したコンピュータ数値制御機械の主軸、第１チャック及び第２チャックの正面図であり、主軸の回転移動の許容経路を表す線を含む。 図３に示した第２チャックの斜視図であり、図３を拡大したものである。 図２に示した第１チャック及びタレットの斜視図であり、図２におけるタレットの位置に対する、タレット及びタレット台のＺ軸方向の移動を図示している。 図１のコンピュータ数値制御機械の、正面扉を開いた状態の正面図である。 図１の機械の例示的な工具交換装置の斜視図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、図１１の工具交換装置の動作を示した斜視図である。 図１のコンピュータ数値制御機械とともに使用される材料堆積アセンブリの概略説明図である。 取り外し可能な堆積ヘッドを有する材料堆積アセンブリの側面立面図である。 取り外し可能な堆積ヘッドを有する材料堆積アセンブリの代替実施形態の側面立面図である。 図１４の材料堆積アセンブリで使用される下部処理ヘッドを、一部断面で示した側面立面図である。

各図面は必ずしも同じ縮尺で示されていないこと、開示される実施形態は、図式的に、また、部分的な図で示される場合があることが理解されるべきである。ある例では、開示される方法及び装置の理解に必要でない、または他の詳細の認知を困難にする詳細は省略されていることもある。当然のことながら、本開示は、ここに説明される特定の実施形態に限定されるものではないことが理解されるべきである。

任意の適切な装置をここに開示される方法と合わせて採用することができる。いくつかの実施形態では、図１乃至図１０に概略的に示すコンピュータ数値制御機械を用いて方法が実施される。コンピュータ数値制御機械自体は他の実施形態において提供される。図１乃至図１０に示す機械１００は、複数のバージョンを本願の譲受人であるＤＭＧ／Ｍｏｒｉ Ｓｅｉｋｉ ＵＳＡから入手可能であるＮＴシリーズの機械である。あるいは、ＤＭＧ／Ｍｏｒｉ ＳｅｉｋｉのＤＭＵ−６５工作機械（５軸立形工作機械）や様々な向きのまたは多数の軸を有する他の工作機械をここに開示される装置及び方法と合わせて用いることができる。

概して、図１乃至図３に示したＮＴシリーズの機械を参照すると、適切なコンピュータ数値制御機械１００は、少なくとも、それぞれ工具保持部（主軸１４４にかかる主軸保持部またはタレット１０８にかかるタレット保持部等）またはワーク保持部（チャック１１０，１１２等）とすることができる第１保持部及び第２保持部を有する。上記図に示した実施形態では、コンピュータ数値制御機械１００は、主軸１４４と、タレット１０８と、第１チャック１１０と、第２チャック１１２とを備える。コンピュータ数値制御機械１００は、以下により詳細に説明するように、第１保持部及び第２保持部を制御するためにこれらに動作可能に連結されたコンピュータ制御システムも有する。一部の実施形態では、コンピュータ数値制御機械１００は上記構成要素のすべてを含んでいなくてもよく、他の実施形態では、コンピュータ数値制御機械１００はここに指定される構成要素以外の付加的な構成要素を含むことができることが理解される。

図１及び図２に示すように、コンピュータ数値制御機械１００は、通常はワーク（図示せず）に対して様々なオペレーションが行われる機械チャンバ１１６を有する。主軸１４４、タレット１０８、第１チャック１１０及び第２チャック１１２は、それぞれその全体または一部を機械チャンバ１１６内に設けることができる。図示の実施形態では、２つの可動安全扉１１８によりユーザと機械チャンバ１１６とを隔ててユーザの負傷やコンピュータ数値制御機械１００の動作への干渉を防止している。図２に示すように、安全扉１１８は、機械チャンバ１１６にアクセスさせるために開くことが可能である。コンピュータ数値制御機械１００は、ここでは、図４に図示され以下により詳細に説明される直交に方向づけられた３つの直線軸（Ｘ、Ｙ及びＺ）に関して説明される。Ｘ、Ｙ及びＺ軸を中心とした回転軸は、それぞれ“Ａ”、“Ｂ”及び“Ｃ”回転軸とする。

コンピュータ数値制御機械１００は、該コンピュータ数値制御機械内の様々手段を制御するためのコンピュータ制御システムを備える。図示の実施形態では、機械は、ユーザインタフェースシステム（図１において１１４で概略的に示す）からなる第１コンピュータシステムと、該第１コンピュータシステムに動作可能に接続された第２コンピュータシステム（図示せず）の２つの相互連結されたコンピュータシステムを備える。第２コンピュータシステムは、機械の主軸、タレット及びその他の手段の動作を直接制御し、一方、ユーザインタフェース１１４は、オペレータに第２コンピュータシステムを制御させるものである。全体として、機械制御システム及びユーザインタフェースシステムは、機械におけるオペレーションの制御のための様々な機構と併せて、１つのコンピュータ制御システムと考えることができる。

コンピュータ制御システムは、メインメモリに接続された中央処理装置（ＣＰＵ）を有する機械制御回路を含むことができる。ＣＰＵは、ＩｎｔｅｌやＡＭＤにより作られたものなどの任意の適切なプロセッサを含むことができる。一例として、ＣＰＵは、マスタプロセッサ、スレーブプロセッサ及びセカンダリまたはパラレルプロセッサを含む複数のマイクロプロセッサを含むことができる。ここで用いられるような機械制御回路は、バスや別のコンピュータ、プロセッサ、装置、サービスまたはネットワークと連通するように、またはこれらと機械１００との間のデータの転送を制御するように構成された、機械１００内外に配設されるハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアの任意の組み合わせからなる。機械制御回路、より具体的にはＣＰＵは、１つ以上のコントローラまたはプロセッサからなり、このような１以上のコントローラまたはプロセッサは、互いに隣接して配設される必要はなく、異なる装置内または異なる場所に設けることができる。機械制御回路、より具体的にはメインメモリは、互いに隣接して配設される必要がなく異なる装置内または異なる場所に設けることができる１つ以上のメモリデバイスからなる。機械制御回路は、ここに開示される様々な工作機械方法及び他の処理のすべてを実行するように操作することが可能である。

一部の実施形態では、ユーザがユーザインタフェースシステムを操作して機械にプログラミングを伝え、他の実施形態では、外部ソースを用いて機械にプログラムをロードまたは転送することが可能である。例えば、プログラムは、ＰＣＭＣＩＡインタフェース、ＲＳ−２３２インタフェース、ユニバーサルシリアルバスインタフェース（ＵＳＢ）またはネットワークインタフェース、特にＴＣＰ／ＩＰネットワークインタフェースを用いてロードすることができると考えられる。他の実施形態では、機械は、従来のＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）機構（図示せず）を用いて制御することができる。

図１及び図２にさらに示すように、コンピュータ数値制御機械１００は、工具マガジン１４２と工具交換装置１４３とを有することができる。これらは、主軸１４４と協働して、該主軸が複数の工具のうちのいずれか１つとともに動作することを可能にする。通常、多種多様な工具を設けることができ、一部の実施形態では、同じ種類の工具を多数設けることができる。

図１１及び図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に、工具交換装置３００の例示的な実施形態をより詳細に示す。工具交換装置３００は、複数の工具を保持する工具マガジン３０２を含む。工具マガジン３０２は、マガジンベース３０４と、マガジンベース３０４に対して回転するように支持されたエンドレスキャリア３０６を含むことができる。複数の工具ポット３０８が所定のピッチでエンドレスキャリア３０６に連結されており、各工具ポット３０８は、関連の工具を着脱自在に受けるように構成されている。回転モータ３１０がエンドレスキャリア３０６に操作可能に連結されており、要望通りに工具マガジン３０２を割り出す。

工具交換装置３００は、工具マガジン３０２の工具受け渡し位置Ａから次工具Ｔ２を抽出してこれを工具交換位置Ｂに搬送する工具キャリア３１２も含む。図１１及び図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）に最良に示すように、工具キャリア３１２は、マガジンベース３０４に連結され、工具受け渡し位置Ａから工具交換位置Ｂまで延びる搬送レール３１４を含むことができる。搬送支持体３１６が搬送レール３１４に摺動可能に連結されており、該搬送支持体３１６は工具受け渡し位置Ａにある次工具Ｔ２に係合して工具ポット３０８から外すように構成されている。搬送モータ３１８が搬送支持体３１６に操作可能に連結されており、工具受け渡し位置Ａと工具交換位置Ｂとの間で搬送支持体３１６を往復移動させて次工具Ｔ２を工具ポット３０８から取り出す。

図示の工具交換装置３００は、さらに、主軸１４４に保持された前工具Ｔ１を工具交換位置Ｂに提示された次工具Ｔ２と交換する工具交換アセンブリ３２０を含む。工具交換アセンブリ３２０は、マガジンベース３０４に支持され、マガジンベース３０４に対して回転可能である交換シャフト３２２と、交換シャフト３２２に連結された交換アーム３２４とを含むことができる。交換シャフト３２２を軸方向及び回転方向の両方向に移動させる交換駆動部３２６が交換シャフト３２２に操作可能に連結されている。

動作中、工具交換装置３００を用いて、主軸１４４に連結された工具を交換することができる。工具マガジン３０２は、図１２（ａ）に示すように、次工具Ｔ２を回転割出ししてこれを工具受け渡し位置Ａに置く。搬送支持体３１６が、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、工具受け渡し位置Ａに置かれた次工具Ｔ２に係合してこれを工具交換位置Ｂに搬送する。次に、交換アーム３２４が、図１２（ｄ）に示すように、主軸１４４に装着された前工具Ｔ１を搬送支持体３１６に保持された次工具Ｔ２と交換する。その後、前工具Ｔ１を工具マガジン３０２の工具ポット３０８のうちの所定の１つに戻し、主軸１４４に装着された次工具Ｔ２を次の処理で用いることができる。

主軸１４４は、Ｘ軸及びＺ軸に沿った並進移動を可能にする往復台アセンブリ１２０及び、該主軸１４４をＹ軸方向に移動させるラム１３２に取り付けられる。ラム１３２には、以下により詳細に記述されるように、主軸のＢ軸方向の回転を可能にするモータが備え付けられている。図に示すように、往復台アセンブリは第１往復台１２４を有し、第１往復台１２４は、２つのねじ状の垂直レール（一方のレールを１２６で示す）に沿って移動し、第１往復台１２４及び主軸１４４をＸ軸方向に並進移動させる。往復台アセンブリは第２往復台１２８も含んでおり、第２往復台１２８は、２つの水平に配設されたねじ状のレール（一方を図３に１３０で示す）に沿って移動し、第２往復台１２８及び主軸１４４をＺ軸方向に移動させる。各往復台１２４，１２８は、複数ボールねじ装置を介してレールに係合しており、これにより、レール１２６，１３０を回転させると、往復台がそれぞれＸ方向またはＺ方向に並進移動する。レールには、それぞれ、水平に配設されたレール及び垂直に配置されたレールのためのモータ１７０及び１７２が備え付けられている。

主軸１４４は、主軸接続部及び工具保持部１０６により工具１０２を保持する。主軸接続部１４５（図２に示す）は、主軸１４４に接続されており、主軸１４４内に収容されている。工具保持部１０６は、主軸接続部に接続されており、工具１０２を保持する。当該技術分野では様々なタイプの主軸接続部が知られており、これらをコンピュータ数値制御機械１００とともに用いることが可能である。通常、主軸接続部は、主軸の寿命の間、主軸１４４内に収容されている。主軸１４４へのアクセスプレート１２２を図５及び図６に示す。

第１チャック１１０は爪１３６を備えており、コンピュータ数値制御機械１００のベース１１１に対して静止している台１５０に配設されている。第２チャック１１２も爪１３７を備えているが、第２チャック１１２はコンピュータ数値制御機械１００のベース１１１に対して移動可能である。具体的には、機械１００は、前述のようにボールねじ機構を用いて第２台１５２をＺ方向に並進移動させるためのねじ状のレール１３８及びモータ１３９を備えている。削り屑の除去を補助するために、第２台１５２は、傾斜遠心面１７４と、Ｚ方向傾斜面１７７，１７８を有するサイドフレーム１７６とを備えている。チャック１１０，１１２のための油圧制御手段及び関連のインジケータ、例えば図１及び図２に示す圧力計１８２及び制御つまみ１８４を設けることができる。各台は、チャックを回転させるためのモータ（それぞれ１６１，１６２）を備えている。

タレット１０８も、図５、図６及び図９に最良に図示するように、レール１３８に係合し、同様にボールねじ装置を用いてＺ方向に並進移動させることができるタレット台１４６（図５）に取り付けられている。タレット１０８は、図９に図示するように、様々なタレットコネクタ１３４を備えている。各タレットコネクタ１３４は、工具保持部１３５または工具を接続するための他の接続部に接続することが可能である。タレット１０８は多種多様なタレットコネクタ１３４及び工具保持部１３５を有することが可能であるため、多種多様な異なる工具をタレット１０８により保持して操作することが可能である。タレット１０８をＣ’軸方向に回転させて、工具保持部のうちの様々な工具保持部（ひいては、多くの実施形態では、様々な工具）をワークに対して提示することができる。

かくして、広範囲の汎用的動作を行うことができることが分かる。工具保持部１０６に保持された工具１０２については、このような工具１０２をチャック１１０及び１１２の一方または両方に保持されたワーク（図示せず）の上から押しつけることができる。工具１０２の交換が必要なまたは望ましいときは、交換用の工具１０２を工具交換装置１４３を使って工具マガジン１４２から取り出すことができる。図４及び図５については、主軸１４４をＸ及びＺ方向（図４に示す）並びにＹ方向（図５及び図６に示す）に並進移動させることができる。図７にＢ軸方向の回転が示されており、図示の実施形態は、垂直線の両側に１２０度の範囲での回転が可能となっている。Ｙ方向の移動及びＢ軸方向の回転は、往復台１２４の裏に設けられたモータ（図示せず）により動力供給される。

通常、図２及び図７に見られるように、機械は、機械チャンバ１１６の壁を画定するとともに削り屑がこのチャンバから出ないようにするための複数の垂直に配設された板１８０及び水平に配設された板１８１を備えている。

機械１００の構成要素は前述した構成要素に限定されない。例えば、一部の例では、付加的なタレットを設けることができる。他の例では、付加的なチャック及び／または主軸を設けることができる。通常、機械は、クーラント液を機械チャンバ１１６内に導入するための１つ以上の機構を備えている。

図示の実施形態では、コンピュータ数値制御機械１００は多くの保持部を備えている。チャック１１０が爪１３６と合わさって保持部を形成しており、同様にチャック１１２は爪１３７と合わさって保持部を形成している。多くの例では、これらの保持部はワークを保持するためにも用いられるだろう。例えば、チャック及びその関連の台は、旋盤状の態様では、回転するワークのための主軸台及び任意的な心押台として機能するだろう。主軸１４４及び主軸接続１４５が別の保持部を形成している。同様に、タレット１０８は、複数タレットコネクタ１３４が備えつけられた場合、複数の保持部（図９に示す）を提供する。

コンピュータ数値制御機械１００は、当該技術分野において既知の、または適当であると認められる、種類の異なる多数の工具のいずれかを使用することができる。例えば、工具１０２は、フライス加工工具、穴あけ加工工具、研削加工工具、ブレード工具、ブローチ加工工具、旋削加工工具等の切削工具、または、コンピュータ数値制御機械１００との関連で適切であると見なされる他の種類の切削工具とすることができる。加えて、または代わりに、工具は、以下により詳細に論じるように、付加加工技術用に構成されていてもよい。いずれにしても、コンピュータ数値制御機械１００は、一種類以上の工具を備えることができ、主軸１４４に、工具交換装置１４３及び工具マガジン１４２の機構を用いて工具を交換させることができる。同様に、タレット１０８は１つ以上の工具１０２を備えることができ、オペレータは、タレット１０８を回転させて新たなタレットコネクタ１３４を適切な位置に持ってくることにより、工具１０２を入れ替えることができる。

図１０に、コンピュータ数値制御機械１００を安全扉が開いた状態で図示する。図のように、コンピュータ数値制御機械１００は、少なくとも、主軸１４４に配設された工具保持部１０６と、タレット１０８と、１つ以上のチャックまたはワーク保持部１１０，１１２と、コンピュータ数値制御機械１００のコンピュータ制御システムとインタフェース接続するように構成されたユーザインタフェース１１４とを備えることができる。工具保持部１０６、主軸１４４、タレット１０８及びワーク保持部１１０，１１２は、それぞれ、加工領域１９０内に配設することができ、選択的に回転可能及び／または、様々な軸のうちの１つ以上に沿って相対的に移動可能とすることができる。

図１０に示すように、例えば、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は直交する移動方向を示すことができ、一方、Ａ、Ｂ及びＣ軸は、それぞれＸ、Ｙ及びＺ軸を中心とした回転方向を示すことができる。これらの軸は３次元空間での移動の説明を容易にするために提供されるものであり、よって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく他の座標方式を用いることができる。加えて、移動の説明にこれらの軸を用いることは、実際の物理的な軸と、仮想的な軸とを包含することを意図している。尚、実際の物理的な軸は互いに直交しており、一方、仮想的な軸は物理的に直交していない場合もあるが、工具経路は、該仮想的な軸方向に、これらの軸が物理的に直交であるかのように動作するようにコントローラにより操作される。

図１０に示した軸に関して、工具保持部１０６は、これを支持している主軸１４４のＢ軸を中心として回転させることができ、一方、主軸１４４自体は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動可能とすることができる。タレット１０８は、実質的にＸ軸に平行なＸＡ軸と、実質的にＺ軸に平行なＺＡ軸に沿って移動可能とすることができる。ワーク保持部１１０，１１２は、Ｃ軸を中心として回転可能とすることができ、さらに、加工領域１９０に対して１つ以上の軸に沿って独立して並進移動可能とすることができる。コンピュータ数値制御機械１００は６軸機械として示されているが、当該機械は、特許請求の範囲から逸脱することなく、６軸より少ない軸方向に移動可能としても多い軸方向に移動可能としてもよいため、上記移動軸の数は単なる例であることが理解される。

コンピュータ数値制御機械１００は、付加加工処理を行うための材料堆積アセンブリを含むことができる。例示的な材料堆積アセンブリ２００を、基板２０４に向けることができる加工エネルギー光線２０２を含めて図１３に概略的に図示する。基板２０４は、１つ以上のワーク保持部、例えばチャック１１０，１１２により支持することができる。材料堆積アセンブリ２００は、さらに、集中エネルギー光線２０８を基板２０４に向けることができる光学機器２０６を含むことができるが、該光学機器２０６は、集中エネルギー光線２０８が十分に高いエネルギー密度を有する場合は省略することができる。加工エネルギー光線２０２は、レーザビーム、電子ビーム、イオンビーム、クラスタビーム、中性粒子ビーム、プラズマジェットまたは単純放電（アーク）とすることができる。集中エネルギー光線２０８は、蒸発、飛び散り、浸食、衝撃波干渉、または他の動的作用により基板材料を失わないように、成長表面基板２０４の小部分を溶解してメルトプール２１０を形成するのに十分なエネルギー密度を有することができる。集中エネルギー光線２０８は、連続的であっても断続的にパルス化されてもよい。

メルトプール２１０は、基板２０４から液化された材料と、追加された供給材料を含むことができる。供給材料は、１つ以上のノズル２１４から吐出される供給紛体／プロペラントガス混合物２１２の状態でメルトプール２１０に向けられる供給紛体として提供することができる。ノズル２１４は、供給粉体貯留槽２１６及びプロペラントガス貯留槽２１８に流体連通することができる。ノズル２１４は、供給粉体がメルトプール２１０に組み込まれるように物理的断面が最小である頂点２１５または領域に実質的に集束することができる供給粉体／プロペラントガス混合物２１２のフローパターンを作る。材料堆積アセンブリ２００は基板２０４に対して移動されるため、該アセンブリは基板２０４上のビーズ層を形成する工具経路を通過する。最初のビーズ層に隣接してまたはその上面にさらにビーズ層を形成して、固体の３次元物体を加工することができる。

使用される材料及び求められる物体公差によって、多くの場合、ネットシェイプ物体、または意図された適用のためにさらなる加工を必要としない（研磨等は許容される）物体を形成することが可能である。材料堆積アセンブリ２００により得られるものより精密な公差が求められるのであれば、除去的な仕上げ処理を用いることができる。付加的な仕上げ処理が必要な場合は、このような仕上げ前の材料堆積アセンブリ２００により生成された物体をここでは「ニアネットシェイプ」と称し、加工処理を完了するには若干の材料または加工が必要であることを示す。

図１４に最良に示すように、材料堆積アセンブリ２００はコンピュータ数値制御機械１００に組み込むことができる。この例示的な実施形態では、材料堆積アセンブリ２００は、上部処理ヘッド２１９ａと下部処理ヘッド２１９ｂとを有する処理ヘッドアセンブリ２１９を含む。下部処理ヘッド２１９ｂは上部処理ヘッド２１９ａに着脱自在に連結され、上部処理ヘッド２１９ａを様々な下部処理ヘッド２１９ｂとともに使用することが可能になっている。下部処理ヘッド２１９ｂを変更可能であることは、様々な堆積特性が求められる場合、例えば、様々な形状及び／または様々な加工エネルギー光線２０２の密度及び／または様々な供給粉体／プロペラントガス混合物２１２が必要な場合などに有利であろう。

具体的には、上部処理ヘッド２１９ａは主軸１４４を含むことができる。複数のポートを主軸１４４に連結させることができ、これらのポートは接続時に下部処理ヘッド２１９ｂとインタフェース接続するように構成される。例えば、主軸１４４は、供給粉体貯留槽及びプロペラント貯留槽を含むことができる供給粉体供給装置（図示せず）と流体連通する供給粉体／プロペラントポート２２０を支持することができる。加えて、主軸１４４は、シールドガス供給装置（図示せず）と流体連通するシールドガスポート２２２及びクーラント供給装置（図示せず）と流体連通するクーラントポート２２４を支持することができる。供給粉体／プロペラントポート２２０、シールドガスポート２２２及びクーラントポート２２４は、個別に、または導管アセンブリ２２６のようなハーネスでまとめられた導管を介して、それぞれの供給装置に接続することができる。

上部処理ヘッド２１９ａは、さらに、加工エネルギー供給装置（図示せず）に動作可能に連結された加工エネルギーポート２２８を含むことができる。図示の実施形態では、加工エネルギー供給装置は、主軸１４４のハウジング内を延びるレーザファイバ２３０により加工エネルギーポート２２８に接続されたレーザである。レーザファイバ２３０は主軸１４４の本体内を進むことができ、この場合、加工エネルギーポート２２８は主軸１４４の下部に形成されたソケット２３２内に設けることができる。したがって、図１４の実施形態では、加工エネルギーポート２２８はソケット２３２内に配設され、一方、供給粉体／プロペラントポート２２０、シールドガスポート２２２及びクーラントポート２２４はソケット２３２に隣接して配設される。上部処理ヘッド２１９ａは、さらに、コリメーションレンズ、部分反射ミラーまたは曲面ミラーなどの、エネルギー光線を形づけるための付加的な光学機器を含むことができる。

上部処理ヘッド２１９ａは、複数の下部処理ヘッド２１９ｂのうちの１つに選択的に連結することができる。図１４に示すように、例示的な下部処理ヘッド２１９ｂは、通常、ベース２４２と、光学機器チャンバ２４４と、ノズル２４６とを含むことができる。加えて、ノズル調整アセンブリを設けて、ノズル２４６をエネルギー光線に対して並進移動または回転させる、あるいはノズル２４６の位置及び／または向きをエネルギー光線に対して調整することができる。ベース２４２は、下部処理ヘッド２１９ｂと上部処理ヘッド２１９ａとが解除可能に係合できるようにソケット２３２内に密接に嵌合するように構成されている。図１４の実施形態では、ベース２４２は、加工エネルギーポート２２８に着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェース２４８も含む。光学機器チャンバ２４４は、空であっても、最終光学装置、例えば所望の集中エネルギー光線を提供するように構成された集束光学機器２５０を含んでいてもよい。下部処理ヘッド２１９ｂは、さらに、それぞれ供給粉体／プロペラントポート２２０、シールドガスポート２２２及びクーラントポート２２４と動作可能に連結するように構成された供給粉体／プロペラントインタフェース２５２、シールドガスインタフェース２５４及びクーラントインタフェース２５６を含むことができる。

ノズル２４６は、供給粉体／プロペラントを所望の対象領域に向けるように構成することができる。図１６に図示した実施形態では、ノズル２４６は、内側ノズル壁２７２から間隔を隔てた外側ノズル壁２７０を含み、該外側ノズル壁２７０と内側ノズル壁２７２との間の空間に供給粉体／プロペラントチャンバ２７４を画定している。供給粉体／プロペラントチャンバ２７４は、一端が供給粉体／プロペラントインタフェース２５２と流体連通しており、反対端はノズル出口開口部２７６となっている。例示的な実施形態では、ノズル出口開口部２７６は環状形であるが、他のノズル出口開口部２７６は、本開示の範囲を逸脱することなく他の形状を有することができる。供給粉体／プロペラントチャンバ２７４及びノズル出口開口部２７６は、１つ以上の供給粉体／プロペラントジェットを所望の集束角度で提供するように構成することができる。図示の実施形態のノズル２４６は、１つの円錐形の供給粉体／プロペラントガスジェットを供給することができる。しかしながら、ノズル出口開口部２７６は、複数の個別の供給粉体／プロペラントガスジェットを提供するように構成することもできることが認識されるであろう。さらに、生じる供給粉体／プロペラントガスジェットは、円錐形以外の形状を有することができる。

ノズル２４６は、さらに、加工エネルギー光線が対象領域に向けて進む際にノズル２４６内を通過できるように構成することができる。図１６に最良に示すように、内側ノズル壁２７２は、光学機器チャンバ２４４及び任意で設けられる集束光学機器２５０と一直線に並ぶ加工エネルギー出口２８２を有する中央チャンバ２８０を画定する。かくして、このノズル２４６により、加工エネルギーの光線はノズル２４６内を通過して下部処理ヘッド２１９ｂから出ていくことが可能になる。

代替実施形態では、図１５に最良に示すように、上部処理ヘッド２１９ａ’は、主軸１４４のハウジングの外に設けられた加工エネルギーポート２２８を有することができる。この実施形態では、加工エネルギーポート２２８は、主軸１１４の横に設けられた筐体２６０上に設けられており、よって、上記の実施形態とは異なり、このポートはソケット２３２内に設けられていない。筐体２６０は、加工エネルギーを主軸１４４のソケット２３２の下方の地点に向けるための第１ミラー２６２を含む。代替の下部処理ヘッド２１９ｂ’は、加工エネルギー容器２６４を含む光学機器チャンバ２４４を含み、加工エネルギーは加工エネルギー容器２６４を通って筐体２６０から光学機器チャンバ２４４の内部まで進むことができる。光学機器チャンバ２４４は、さらに、ノズル２４６を通過して所望の対象場所に向かう加工エネルギーの方向を変えるための第２ミラー２６６を含む。

例示的な実施形態は、加工エネルギーを処理ヘッドアセンブリ２１９に組み込んでいるが、加工エネルギーは、処理ヘッドアセンブリ２１９から独立して設けることができることが認識されるであろう。すなわち、タレット１０８、第１チャック１１０、第２チャック１１２、または機械１００が設けられた専用ロボットのような分離したアセンブリを用いて加工エネルギーを基板２０４に向けることができる。この代替実施形態では、処理ヘッドアセンブリ２１９は、加工エネルギギーポート、加工エネルギーインタフェース、加工エネルギー出口、光学機器チャンバ及び集束光学機器を省略することになる。

複数の下部処理ヘッド２１９ｂのうちのいずれか１つと選択的に連結するように構成された上部処理ヘッド２１９ａを有する処理ヘッドアセンブリ２１９であれば、コンピュータ数値制御機械１００を、速やかに且つ容易に様々な付加加工技術用に構成し直すことができる。工具マガジン１４２は一組の下部処理ヘッド２１９ｂを保持することができ、各下部処理ヘッドは特定の付加加工処理に適した独自の仕様を有する。例えば、下部処理ヘッドは、基板上に材料を堆積させる態様を変える様々なタイプの光学機器、インタフェース及びノズル角度を有することができる。ある部分を様々な付加加工技術を用いて形成しなくてはならない場合（または、複数の異なる技術を使うとより速く効率的に形成することができる場合）、工具交換装置１４３を用いて、主軸１４４に連結された堆積ヘッドを速やかに且つ容易に交換することができる。図１４及び図１５に図示した例示的な実施形態では、単一の取り付け工程を用いてエネルギー供給装置、供給粉体／プロペラントガス供給装置、シールドガス供給装置及びクーラント供給装置を堆積ヘッドに接続することができる。同様に、取り外しも単一の切り離し工程で行われる。かくして、機械１００は、より速やかに且つより容易に様々な材料堆積技術に合わせて変更することができる。

供給時、装置は、工具またはワークを備えていても備えていなくてもよい。工具及びワークを受けるように構成された装置は、ここに挙げられる請求項の範囲に含まれると見なされる。加えて、すでに工具及びワークを備えた装置も添付の請求項の範囲に含まれると見なされる。特に請求されている場合を除いて、各請求項はここに示されたいずれかの工具に限定されるとは見なされない。

ここで引用される、公開公報、特許出願及び特許を含むすべての参照文献は、言及により編入されるものとする。ある実施形態を「好ましい」実施形態とする記述及び、その他の、実施形態、特徴または範囲を好ましいものとする言及は、限定的なものとは見なされず、本願請求項は、本開示では好ましさが劣ると考えられる実施形態も包含すると見なされる。ここに開示されるすべての方法は、ここに別段の指示がない限り、または文脈により明らかに否定されない限り、あらゆる適切な順序で実施可能である。ここに提供されるすべての例または例示的な文言（例えば、「等」）の使用は、開示される主題をわかりやすくすることを意図したものであり、本願請求項の範囲を限定するものではない。ここでの、例示的な実施形態の性質または利益に関する記載は、限定的であることを意図したものではなく、添付の請求項は、このような記載により限定されると見なされるべきではない。より一般的には、本明細書中すべての文言は、請求されていない要素を、請求された主題の実施に必要不可欠であると示していると解釈されるべきでない。本願請求項の範囲は、適用可能な法律により認められているように、そこに挙げられた主題のあらゆる変更形態及び同等形態を含む。さらに、ここに別段の指示がない限り、または文脈により明らかに否定されない限り、すべての可能な変形形態における上述の要素のあらゆる組み合わせが本願請求項に包含される。ここでの参照文献または特許の記述は、それが「先行」と特定されていても、このような参照文献または特許が本開示に対する先行技術として利用可能であるという容認となることを意図したものではない。

Claims (20)

1. 工作機械の移動可能な工具ホルダとともに使用される処理ヘッドアセンブリであって、
   前記移動可能な工具ホルダに連結され、
   ソケットを画定する本体、
   前記本体に連結され、供給紛体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給紛体／プロペラントポート
   を含む上部処理ヘッドと、
   前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベース、
   前記ベースに連結されたノズルであって、前記供給紛体／プロペラントポート及びノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された供給紛体／プロペラントインタフェースを画定するノズル
   を含む下部処理ヘッドと
   を備える処理ヘッドアセンブリ。
2. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、加工エネルギー供給装置に操作可能に連結された加工エネルギーポートを含み、
   前記下部処理ヘッドは、さらに、
   前記ベースに連結され、前記加工エネルギーポートに着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェース、
   加工エネルギー出口、
   前記加工エネルギーインタフェースと前記加工エネルギー出口の間に配設された光学機器チャンバ、
   前記光学機器チャンバ内に配設された集束光学機器
   を含む請求項１記載の処理ヘッドアセンブリ。
3. 前記ノズルは、さらに、前記ノズル出口開口部を画定する請求項２記載の処理ヘッドアセンブリ。
4. 前記ノズル出口開口部は前記加工エネルギー出口を取り囲む請求項３記載の処理ヘッドアセンブリ。
5. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、シールドガス供給装置に操作可能に連結されたシールドガスポートを含み、
   前記下部処理ヘッドは、さらに、前記ベースに連結され、前記シールドガスポートに着脱自在に連結するように構成されたシールドガスインタフェースを含む請求項２記載の処理ヘッドアセンブリ。
6. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、クーラント供給装置に操作可能に連結されたクーラントポートを含み、
   前記下部処理ヘッドは、さらに、前記ベースに連結され、前記クーラントポートに着脱自在に連結するように構成されたクーラントインタフェースを含む請求項５記載の処理ヘッドアセンブリ。
7. 前記供給紛体／プロペラントインタフェース、前記シールドガスインタフェース、前記クーラントインタフェース及び前記加工エネルギーインタフェースは、前記ベースが前記ソケットに連結されるのと同時に、それぞれ前記供給紛体／プロペラントポート、前記シールドガスポート、前記クーラントポート及び前記加工エネルギーポートに連結するように構成された請求項６記載の処理ヘッドアセンブリ。
8. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、前記加工エネルギーポートを画定する筐体と、前記筐体内に配設され、前記加工エネルギーポートに光学的に連結された第１ミラーを含み、
   前記下部処理ヘッドは、さらに、前記光学機器チャンバ内に配設された第２ミラーを含み、前記第２ミラーは、前記下部処理ヘッドの前記ベースが前記上部処理ヘッドの前記ソケットに連結されるときに前記第１ミラーを光学的に連結するように構成された請求項２記載の処理ヘッドアセンブリ。
9. 前記加工エネルギー供給装置はレーザである請求項２記載の処理ヘッドアセンブリ。
10. 前記上部処理ヘッドは前記工作機械の主軸である請求項１記載の処理ヘッドアセンブリ。
11. 供給紛体／プロペラント供給装置及び加工エネルギー供給装置とともに使用される工作機械であって、
    基板を支持する第１工具ホルダと、
    第２工具ホルダと、
    前記第２工具ホルダに連結された上部処理ヘッドであって、ソケットを画定する本体と、前記本体に連結され、前記供給紛体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給紛体／プロペラントポートとを含む上部処理ヘッド、
    前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベースと、前記ベースに連結され、供給紛体／プロペラントインタフェースを画定するノズルとを含み、前記供給紛体／プロペラントインタフェースは、前記供給紛体／プロペラントポート及び、前記供給紛体／プロペラントインタフェースと流体連通するノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された下部処理ヘッド
    を含む処理ヘッドアセンブリと、
    前記加工エネルギー供給装置に動作可能に連結された加工エネルギー出口と、
    前記第１工具ホルダ、前記第２工具ホルダ、及び前記加工エネルギー出口に動作可能に連結され、１つ以上の中央処理装置と１つ以上のメモリデバイスとを備える機械制御回路と
    を備え、
    前記１つ以上のメモリデバイスには、前記１つ以上の中央処理装置により実行されると、前記機械制御回路に、前記第１工具ホルダ、前記第２工具ホルダ及び前記加工エネルギー出口を相対的に移動させることにより、加工エネルギー及び供給粉体／プロペラントを前記基板上の対象領域に向けて、前記基板に材料が付加される付加加工処理を行わせる指示が格納されている工作機械。
12. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、前記加工エネルギー供給装置に操作可能に連結された加工エネルギーポートを含み、
    前記加工エネルギー出口は前記下部処理ヘッドに組み込まれ、
    前記下部処理ヘッドは、さらに、
    前記ベースに連結され、前記加工エネルギーポートに着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェースと、
    前記加工エネルギーインタフェースと前記加工エネルギー出口の間に配設された光学機器チャンバと、
    前記光学機器チャンバ内に配設された集束光学機器と
    を含む請求項１１記載の工作機械。
13. 前記ノズルは、さらに、前記ノズル出口開口部を画定し、前記ノズル出口開口部は前記加工エネルギー出口を取り囲む請求項１２記載の工作機械。
14. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、シールドガス供給装置に操作可能に連結されたシールドガスポートを含み、
    前記下部処理ヘッドは、さらに、前記ベースに連結され、前記シールドガスポートに着脱自在に連結するように構成されたシールドガスインタフェースを含む請求項１２記載の工作機械。
15. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、クーラント供給装置に操作可能に連結されたクーラントポートを含み、
    前記下部処理ヘッドは、さらに、前記ベースに連結され、前記クーラントポートに着脱自在に連結するように構成されたクーラントインタフェースを含む請求項１４記載の工作機械。
16. 前記供給紛体／プロペラントインタフェース、前記シールドガスインタフェース、前記クーラントインタフェース及び前記加工エネルギーインタフェースは、前記ベースが前記ソケットに連結されるのと同時に、それぞれ前記供給紛体／プロペラントポート、前記シールドガスポート、前記クーラントポート及び前記加工エネルギーポートに連結するように構成された請求項１５記載の工作機械。
17. 前記上部処理ヘッドは、さらに、前記本体に連結され、前記加工エネルギーポートを画定する筐体と、前記筐体内に配設され、前記加工エネルギーポートに光学的に連結された第１ミラーを含み、
    前記下部処理ヘッドは、さらに、前記光学機器チャンバ内に配設された第２ミラーを含み、前記第２ミラーは、前記下部処理ヘッドの前記ベースが前記上部処理ヘッドの前記ソケットに連結されるときに前記第１ミラーと光学的に連結するように構成された請求項１２記載の工作機械。
18. 前記上部処理ヘッドは主軸である請求項１１記載の工作機械。
19. 工具交換装置アセンブリと、
    前記工具交換アセンブリに支持され、
    前記ソケットに解除可能に連結されるように構成された第２ベース、
    前記第２ベースに連結された第２ノズルであって、前記供給紛体／プロペラントポート及び第２ノズル出口開口部に着脱自在に連結するように構成された第２供給紛体／プロペラントインタフェースを画定する第２ノズル
    を含む第２下部処理ヘッドと
    をさらに備え、
    前記機械制御回路は、さらに、前記工具交換装置アセンブリに動作可能に連結され、前記指示は、さらに、前記機械制御回路に、前記第２工具ホルダ及び前記工具交換装置アセンブリを操作することにより、自動的に、前記下部処理ヘッドを前記ソケットから取り外し、前記第２下部処理ヘッドを前記ソケットに取り付けさせる請求項１１記載の工作機械。
20. 供給紛体／プロペラント供給装置及び加工エネルギー供給装置とともに使用される工作機械であって、
    基板に連結された第１工具ホルダと、
    第２工具ホルダと、
    前記第２工具ホルダに連結され、
    ソケットを画定する本体、
    前記本体に連結され、前記供給紛体／プロペラント供給装置に操作可能に連結された供給紛体／プロペラントポート、
    前記本体に連結され、前記加工エネルギー供給装置に操作可能に連結された加工エネルギーポート
    を含む上部処理ヘッドと、
    前記ソケットに解除可能に連結されるように構成されたベース、
    前記ベースに連結され、前記加工エネルギーポートに着脱自在に連結するように構成された加工エネルギーインタフェース、
    前記ベースに連結されたノズルであって、前記供給紛体／プロペラントポートに着脱自在に連結するように構成された供給紛体／プロペラントインタフェース、前記供給紛体／プロペラントインタフェースと流体連通するノズル出口開口部、及び前記加工エネルギーインタフェースに操作可能に連結された加工エネルギー出口を画定するノズル、
    前記加工エネルギーインタフェースと前記加工エネルギー出口の間に配設された光学機器チャンバ、
    前記光学機器チャンバ内に配設された集束光学機器
    を含む下部処理ヘッドと
    を含む処理ヘッドアセンブリと、
    前記第１工具ホルダ、前記第２工具ホルダ及び前記加工エネルギー出口に動作可能に連結され、１つ以上の中央処理装置と１つ以上のメモリデバイスとを備える機械制御回路と
    を備え、
    前記１つ以上のメモリデバイスには、前記１つ以上の中央処理装置により実行されると、前記機械制御回路に、前記第１工具ホルダと前記第２工具ホルダを相対的に移動させることにより、加工エネルギー及び供給紛体／プロペラントを前記基板上の対象領域に向けて、前記基板に材料が付加される付加加工処理を行わせる指示が格納されている工作機械。
    

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