JP2016179499A - Method and system for additive manufacture using high energy source and hot wire - Google Patents

Method and system for additive manufacture using high energy source and hot wire Download PDF

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イー.デニー ポール
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ナラヤナン バドリ
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system for additive manufacture using a high energy source and a hot wire.SOLUTION: A method and a system for manufacturing a workpiece use: a high-intensity energy source to form a molten pool through use of the high-intensity energy source; and at least one wire which is heated to a melting point or a temperature close thereto through resistive heating and accumulated in the melting pool as a droplet.SELECTED DRAWING: None

Description

優先権
本願は、2014年1月24日に出願された米国特許出願第14/163,367号明細書の一部継続出願で、その優先権を主張するものであり、同出願の全文を参照によって本願に援用する。
This application is a continuation-in-part of US Patent Application No. 14 / 163,367, filed on January 24, 2014, and claims the priority thereof. See the full text of the application. Is incorporated herein by reference.

特定の実施形態は付加製造応用に関する。より詳しくは、特定の実施形態は、付加製造応用のためのコンビネーションフィラワイヤ送給およびエネルギー源システムを使用するシステムと方法に関する。   Certain embodiments relate to additive manufacturing applications. More particularly, certain embodiments relate to systems and methods that use a combination filler wire delivery and energy source system for additive manufacturing applications.

付加製造の利用は近年、各種の方法を用いて成長している。しかしながら、既知の方法には様々な欠点がある。例えば、ある工程では金属粉末が使用されるが、これは一般に低速であり、かなりの量の粉末が無駄になる可能性がある。それ以外のアーク溶接を利用する方法もまた低速で、高精密な成形品を製造できない。したがって、高精密で高速動作が可能な付加製造工程とシステムが必要である。   The use of additive manufacturing has grown in recent years using various methods. However, the known methods have various drawbacks. For example, some processes use metal powder, which is generally slow and can cause a significant amount of powder to be wasted. Other methods using arc welding are also slow and cannot produce highly precise molded products. Therefore, there is a need for an additional manufacturing process and system capable of high precision and high speed operation.

従来の、伝統的な、提案されている方式のその他の限界と欠点は、このような方式を、図面に関して本願の残りの部分に記載されている本発明の実施形態と比較することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。   Other limitations and shortcomings of the traditional, proposed schemes can be obtained by comparing such schemes with the embodiments of the present invention described in the remainder of this application with respect to the drawings. It will be clear to the contractor.

米国特許出願第13/212,025号明細書US patent application Ser. No. 13 / 212,025

本発明の実施形態は、高エネルギー装置が加工物の表面に高エネルギー放電を照射して加工物の表面に溶融池を形成する付加製造のためのシステムと方法を含む。ワイヤ送給装置がワイヤを溶融池に送給し、電源が加熱信号をワイヤに供給するのであるが、この加熱信号は複数の電流パルスを含み、電流パルスの各々はワイヤの先端に溶滴を形成し、それが溶融池内に堆積させられる。電流パルスの各々は、ワイヤ送給装置がワイヤの先端を前記溶融池と接触させた後にピーク電流レベルに到達し、加熱信号は複数の電流パルス間で電流を持たない。ワイヤフィーダはワイヤの動きを、ワイヤの先端が電流パルスの連続するピーク電流レベル間では溶融池と接触しないように制御し、電源は加熱電流を、電流パルス中にワイヤと加工物との間でアークが発生しないように制御する。   Embodiments of the present invention include systems and methods for additive manufacturing in which a high energy device irradiates a surface of a workpiece with a high energy discharge to form a molten pool on the surface of the workpiece. A wire feeder delivers the wire to the molten pool, and a power supply supplies a heating signal to the wire, which includes a plurality of current pulses, each of which has a droplet at the tip of the wire. Forming and depositing it in the molten pool. Each of the current pulses reaches a peak current level after the wire feeder has brought the tip of the wire into contact with the molten pool, and the heating signal has no current between the plurality of current pulses. The wire feeder controls the movement of the wire so that the tip of the wire is not in contact with the weld pool between successive peak current levels of the current pulse, and the power source provides heating current between the wire and the workpiece during the current pulse. Control to prevent arcing.

本発明の上記および/またはその他の態様は、以下のような添付の図面に関して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することにより、より明らかとなるであろう。   These and / or other aspects of the invention will become more apparent from the detailed description of exemplary embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:

図1は本発明の付加製造システムのある例示的実施形態の概略ブロック図を示す。FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of the additive manufacturing system of the present invention. 図2A−Dは、本発明のある実施形態による溶滴堆積工程を示す。2A-D illustrate a droplet deposition process according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明のある例示的実施形態による溶滴堆積工程の別の図を示す。FIG. 3 shows another view of a droplet deposition process according to an exemplary embodiment of the present invention. 図4A−Bは、本発明の実施形態に使用可能な代表的な電流波形を示す。4A-B show typical current waveforms that can be used in embodiments of the present invention. 図5は、本発明の電圧と電流波形の代表的な実施形態を示す。FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the voltage and current waveforms of the present invention. 図6A−Bは、溶滴堆積を助けるためのレーザの利用を示す。6A-B illustrate the use of a laser to assist droplet deposition. 図7は、本発明のある態様によるワイヤ加熱システムのある例示的実施形態を示す。FIG. 7 illustrates an exemplary embodiment of a wire heating system according to certain aspects of the present invention. 図8Aは、図7のシステムに使用可能な電流波形のある例示的実施形態を示す。FIG. 8A shows an exemplary embodiment of a current waveform that can be used in the system of FIG. 図8Bは、本発明のある実施形態のための電流、電圧、ワイヤ送給速度およびレーザ出力の波形のある例示的実施形態を示す。FIG. 8B shows an exemplary embodiment of current, voltage, wire feed rate, and laser power waveforms for an embodiment of the present invention. 図9は、本発明のワイヤ加熱システムの他の例示的実施形態を示す。FIG. 9 illustrates another exemplary embodiment of the wire heating system of the present invention. 図10は、複数のワイヤを使用する本発明の別の例示的実施形態を示す。FIG. 10 illustrates another exemplary embodiment of the present invention that uses multiple wires. 図11は、本発明のシステムの他の例示的実施形態を示す。FIG. 11 illustrates another exemplary embodiment of the system of the present invention. 図12は、本発明のある実施形態による電源供給システムを示す。FIG. 12 illustrates a power supply system according to an embodiment of the present invention. 図13は、一度に複数の溶着材料を使用するシステムのある実施形態を示す。FIG. 13 illustrates an embodiment of a system that uses multiple welding materials at a time. 図14は、図13のシステムの他の実施形態を示す。FIG. 14 shows another embodiment of the system of FIG. 図15は、図13に示されているシステムの別の例示的実施形態を示す。FIG. 15 shows another exemplary embodiment of the system shown in FIG. 図16は、非接着製造基板のある例示的実施形態を示す。FIG. 16 illustrates an exemplary embodiment of a non-adhesive manufacturing substrate. 図17A−Cは、非接着製造基板の別の例示的実施形態を示す。17A-C show another exemplary embodiment of a non-adhesive manufacturing substrate. 図18Aは、冷却システムを有する非接着基板のある実施形態を示す。FIG. 18A shows an embodiment of a non-bonded substrate having a cooling system. 図18Bは、本発明の実施形態の実施形態に使用可能な製造トラス構造のある例示的実施形態を示す。FIG. 18B shows an exemplary embodiment of a manufacturing truss structure that can be used in an embodiment of an embodiment of the present invention. 図19A−Cは、本明細書中に記載のシステムに使用可能な編組型付加製造用溶着材料の例示的実施形態を示す。19A-C illustrate an exemplary embodiment of a braided additive manufacturing weld material that can be used in the system described herein. 図20A−Bは、本発明の実施形態による、変形後のある例示的編組型溶着材料を示す。FIGS. 20A-B illustrate an exemplary braided weld material after deformation, according to an embodiment of the present invention. 図20Cは、本明細書中に記載のデュアルワイヤ堆積コンタクトチップのある実施形態を示す。図20Dは、本発明のデュアルワイヤコンタクトチップの別の例示的実施形態を示す。FIG. 20C illustrates an embodiment of a dual wire deposited contact tip as described herein. FIG. 20D shows another exemplary embodiment of the dual wire contact tip of the present invention. 図21A−Bは、堆積工程中に供給するために溶着材料を変形させるのに使用可能な本発明のある例示的コンタクトチップアセンブリを示す。FIGS. 21A-B illustrate certain exemplary contact tip assemblies of the present invention that can be used to deform the weld material for delivery during the deposition process. 図22は、本発明の他の例示的溶着材料を示す。FIG. 22 shows another exemplary welding material of the present invention. 図23は、本明細書中に記載の付加製造用溶着材料の別の例示的実施形態を示す。FIG. 23 illustrates another exemplary embodiment of the additive manufacturing welding material described herein. 図24A−Dは、本発明の実施形態に使用可能な付加製造用溶着材料のまた別の例示的実施形態を示す。Figures 24A-D illustrate another exemplary embodiment of an additive manufacturing welding material that can be used in embodiments of the present invention.

ここで、添付の図面を参照することにより、本発明の例示的実施形態を以下に説明する。説明されている例示的実施形態は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明の範囲を如何様にも限定しないものとする。全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を示す。   Exemplary embodiments of the present invention will now be described below with reference to the accompanying drawings. The described exemplary embodiments are intended to aid the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the invention in any way. Like reference numerals refer to like elements throughout.

「付加製造」という用語は、本明細書では広い意味で使用されており、物体または構成要素の構築、構成、または創出を含むあらゆる用途を指す可能性がある。   The term “additional manufacturing” is used herein in a broad sense and may refer to any application that involves the construction, construction, or creation of objects or components.

図1は、付加製造を実行するためのコンビネーションフィラワイヤフィーダおよびエネルギー源システム100のある例示的実施形態の機能的概略ブロック図を示している。システム100は、レーザビーム110を加工物115に合焦させて、加工物115を加熱することのできるレーザサブシステムを含む。レーザサブシステムは、高強度エネルギー源である。レーザサブシステムは、いかなる種類の高エネルギーレーザ源であってもよく、これには二酸化炭素、Nd:YAG、Yb−ディスク、YB−ファイバ、ファイバ伝送またはダイレクトダイオードレーザシステムが含まれ、これらに限定されない。システムの他の実施形態は、高強度エネルギー源として機能する電子ビーム、プラズマアーク溶接サブシステム、ガスタングステンアーク溶接サブシステム、ガス金属アーク溶接サブシステム、フラックス入りワイヤアーク溶接サブシステム、およびサブマージアーク溶接サブシステムのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。以下の明細では、レーザシステム、ビームおよび電源について繰り返し言及されているが、いかなる高強度エネルギー源でも使用できるため、この言及は例にすぎないと理解するべきである。例えば、高強度エネルギー源は、少なくとも500W/cmを供給できる。レーザサブシステムは、相互に動作的に接続されたレーザ装置120とレーザ電源130を含む。レーザ電源130は、レーザ装置120を動作させるための電源を供給する。 FIG. 1 shows a functional schematic block diagram of an exemplary embodiment of a combination filler wire feeder and energy source system 100 for performing additive manufacturing. System 100 includes a laser subsystem that can focus laser beam 110 onto workpiece 115 and heat workpiece 115. The laser subsystem is a high intensity energy source. The laser subsystem may be any type of high energy laser source, including but not limited to carbon dioxide, Nd: YAG, Yb-disk, YB-fiber, fiber transmission or direct diode laser systems. Not. Other embodiments of the system include an electron beam that functions as a high intensity energy source, a plasma arc welding subsystem, a gas tungsten arc welding subsystem, a gas metal arc welding subsystem, a flux cored wire arc welding subsystem, and a submerged arc welding. At least one of the subsystems may be included. In the following specification, reference will be made repeatedly to laser systems, beams and power supplies, but it should be understood that this reference is only an example as any high intensity energy source can be used. For example, high-strength energy source capable of supplying at least 500 W / cm 2. The laser subsystem includes a laser device 120 and a laser power supply 130 that are operatively connected to each other. The laser power source 130 supplies power for operating the laser device 120.

システム100はまた、ホットフィラワイヤフィーダも含み、これは少なくとも1つの抵抗フィラワイヤ140を供給して、レーザビーム110の近傍にある加工物115と接触させることができる。もちろん、当然のことながら、本明細書において、加工物115に言及する場合は溶融池も加工物115の一部であると考えられ、それゆえ、加工物115との接触への言及は溶融池との接触を含む。ワイヤフィーダサブシステムは、フィラワイヤフィーダ150、コンタクトチューブ160、および電源170を含む。動作中、フィラワイヤ140はコンタクトチューブ160と加工物115との間に動作的に接続されている電源170からの電流によって抵抗加熱される。本発明のある実施形態によれば、電源170はパルス直流(DC)電源であるが、交流(AC)またはその他の種類の電源もまた利用可能である。ワイヤ140は、フィラワイヤフィーダ150からコンタクトチューブ160を通じて加工物115に向かって送給され、チューブ160より先まで延びる。ワイヤ140の延長部分は、延長部分が加工物上の溶融池と接触する前に融点に近付くか、到達するように抵抗加熱される。レーザビーム110は、加工物115のベースメタルの一部を溶融させて溶融池を形成する役割を果たし、またワイヤ140を加工物115上に溶融させるためにも使用できる。電源170は、フィラワイヤ140を抵抗溶融させるために必要なエネルギーを供給する。後で詳しく説明するように、いくつかの実施形態において、電源170は必要なエネルギーのすべてを供給するが、他の実施形態では、レーザまたはその他の高エネルギー熱源がエネルギーの一部を供給することもできる。本発明の他の特定の実施形態によれば、フィーダサブシステムは、1本または複数のワイヤを同時に供給できてもよい。これについては後でより詳しく説明する。   The system 100 also includes a hot filler wire feeder that can supply at least one resistive filler wire 140 to contact the workpiece 115 in the vicinity of the laser beam 110. Of course, it should be understood that when reference is made herein to the workpiece 115, the molten pool is also considered to be part of the workpiece 115, and thus any reference to contact with the workpiece 115 is referred to as a molten pool. Including contact with. The wire feeder subsystem includes a filler wire feeder 150, a contact tube 160, and a power source 170. During operation, the filler wire 140 is resistively heated by current from a power source 170 that is operatively connected between the contact tube 160 and the workpiece 115. According to some embodiments of the present invention, power supply 170 is a pulsed direct current (DC) power supply, although alternating current (AC) or other types of power supplies can also be utilized. The wire 140 is fed from the filler wire feeder 150 through the contact tube 160 toward the workpiece 115 and extends beyond the tube 160. The extension of wire 140 is resistively heated so that the extension approaches or reaches the melting point before it contacts the molten pool on the workpiece. The laser beam 110 serves to melt a portion of the base metal of the workpiece 115 to form a molten pool, and can also be used to melt the wire 140 onto the workpiece 115. The power source 170 supplies energy necessary for resistance melting of the filler wire 140. As will be described in detail later, in some embodiments, the power source 170 provides all of the required energy, while in other embodiments, a laser or other high energy heat source provides a portion of the energy. You can also. According to other particular embodiments of the invention, the feeder subsystem may be capable of supplying one or more wires simultaneously. This will be described in more detail later.

システム100は、運動制御サブシステムをさらに含み、これはレーザビーム110(エネルギー源)と抵抗フィラワイヤ140を加工物115に沿って同じ方向125(少なくとも相対的な意味で)に移動させて、レーザビーム110と抵抗フィラワイヤ140が相互に関して固定された関係のままであるようにすることができる。各種の実施形態によれば、加工物115とレーザ/ワイヤの組合せとの間の相対運動は、加工物115を実際に移動させることによって、またはレーザ装置120とワイヤフィーダサブシステムを移動させることによって実現されてもよい。図1において、運動制御サブシステムは、ロボット190に動作的に接続された運動コントローラ180を含む。運動コントローラ180は、ロボット190の運動を制御する。ロボット190は加工物115に動作的に接続され(例えば、機械的に固定され)、加工物115を方向125に動かして、レーザビーム110とワイヤ140が加工物115に沿って有効に移動するようにする。本発明の代替的実施形態によれば、レーザ装置120とコンタクトチューブ160が単独のヘッドに統合されてもよい。ヘッドは、ヘッドに動作的に接続された運動制御サブシステムを介して加工物115に沿って移動されてもよい。   The system 100 further includes a motion control subsystem that moves the laser beam 110 (energy source) and the resistive filler wire 140 along the workpiece 115 in the same direction 125 (at least in a relative sense) to provide a laser beam. 110 and resistive filler wire 140 may remain in a fixed relationship with respect to each other. According to various embodiments, the relative motion between the workpiece 115 and the laser / wire combination can be achieved by actually moving the workpiece 115 or by moving the laser device 120 and the wire feeder subsystem. It may be realized. In FIG. 1, the motion control subsystem includes a motion controller 180 operatively connected to a robot 190. The motion controller 180 controls the motion of the robot 190. The robot 190 is operably connected to the workpiece 115 (eg, mechanically fixed) and moves the workpiece 115 in the direction 125 so that the laser beam 110 and the wire 140 are effectively moved along the workpiece 115. To. According to an alternative embodiment of the present invention, the laser device 120 and the contact tube 160 may be integrated into a single head. The head may be moved along the workpiece 115 via a motion control subsystem operatively connected to the head.

一般に、高強度エネルギー源/ワイヤを加工物に関して移動できるいくつかの方法がある。例えば、加工物が丸い場合、高強度エネルギー源/ワイヤは静止していてもよく、加工物を高強度エネルギー源/ワイヤの下で回転させてもよい。あるいは、ロボットアームまたはリニアトラクタを丸い加工物に平行に移動させてもよく、加工物を回転させながら、高強度エネルギー源/ワイヤを連続的に移動させるか、1回転で1ステップずつ移動させて、例えば丸い加工物の表面に肉盛りしてもよい。加工物が平坦であるか、または少なくとも丸くない場合、加工物を図1に示されるように高強度エネルギー源/ワイヤの下で移動させてもよい。しかしながら、ロボットアームまたはリニアトラクタも、あるいはビーム取付キャリッジであっても、高エネルギー源/ワイヤを加工物に関して移動させるために使用してよい。   In general, there are several ways in which a high intensity energy source / wire can be moved relative to the workpiece. For example, if the workpiece is round, the high intensity energy source / wire may be stationary and the workpiece may be rotated under the high intensity energy source / wire. Alternatively, the robot arm or linear tractor may be moved parallel to the round workpiece, while the workpiece is rotated, the high-strength energy source / wire is moved continuously or moved one step at a time. For example, the surface of a round workpiece may be piled up. If the workpiece is flat or at least not round, the workpiece may be moved under a high intensity energy source / wire as shown in FIG. However, a robot arm or linear tractor or even a beam mounting carriage may be used to move the high energy source / wire relative to the workpiece.

システム100は感知および電流制御サブシステム195をさらに含み、これは加工物115とコンタクトチューブ160に動作的に接続され(すなわち、電源170の出力に有効に接続され)、加工物115とワイヤ140を通る電流(I)間の電位差(すなわち、電圧V)を測定できる。感知および電流制御サブシステム195はさらに、測定された電圧と電流から抵抗値(R=V/I)および/または電力値(P=VI)を計算できる。一般に、ワイヤ140が加工物115と接触しているとき、ワイヤ140と加工物115との間の電位差はゼロボルトであるか、ゼロボルトに極めて近い。その結果、感知および電流制御サブシステム195は、より詳しくは本明細書において後で説明するように、抵抗フィラワイヤ140が加工物115と接触していることを感知でき、電源170に動作的に接続されていて、感知に応答して抵抗フィラワイヤ140を通じた電流の流れを制御することもさらにできる。本発明の他の実施形態によれば、感知および電流コントローラ195は電源170の一体部分であってもよい。 The system 100 further includes a sensing and current control subsystem 195 that is operatively connected to the workpiece 115 and the contact tube 160 (ie, operatively connected to the output of the power source 170) and that connects the workpiece 115 and the wire 140. The potential difference (ie voltage V) between the currents (I) passing through can be measured. The sensing and current control subsystem 195 can further calculate a resistance value (R = V / I) and / or a power value (P = V * I) from the measured voltage and current. In general, when the wire 140 is in contact with the workpiece 115, the potential difference between the wire 140 and the workpiece 115 is zero volts or very close to zero volts. As a result, the sensing and current control subsystem 195 can sense that the resistive filler wire 140 is in contact with the workpiece 115 and is operatively connected to the power supply 170, as will be described in more detail later herein. It is further possible to control the flow of current through the resistive filler wire 140 in response to sensing. According to other embodiments of the present invention, the sense and current controller 195 may be an integral part of the power supply 170.

本発明のある実施形態によれば、運動コントローラ180はさらに、レーザ電源130および/または感知および電流コントローラ195に動作的に接続されていてもよい。このようにして、運動コントローラ180とレーザ電源130は相互に通信して、それによってレーザ電源130は加工物115が移動していることがわかり、運動コントローラ180はレーザ装置120が作動中であるか否かがわかる。同様に、このようにして、運動コントローラ180と感知および電流コントローラ195は相互に通信していてもよく、それによって感知および電流コントローラ195は加工物115が移動していることがわかり、運動コントローラ180はフィラワイヤフィーダサブシステムが作動中であるか否かがわかる。このような通信は、システム100の各種のサブシステム間で動作を調整するために使用されてもよい。   According to certain embodiments of the invention, motion controller 180 may further be operatively connected to laser power supply 130 and / or sensing and current controller 195. In this way, motion controller 180 and laser power source 130 communicate with each other so that laser power source 130 knows that workpiece 115 is moving and motion controller 180 determines whether laser device 120 is in operation. I know if it's not. Similarly, in this manner, motion controller 180 and sensing and current controller 195 may be in communication with each other so that sensing and current controller 195 knows that workpiece 115 is moving and motion controller 180 Indicates whether the filler wire feeder subsystem is in operation. Such communication may be used to coordinate operation between the various subsystems of system 100.

一般に知られているように、付加製造は、材料を加工物の上に堆積させ、所望の製造品を創出する工程である。いくつかの用途において、成形品は非常に複雑でありうる。しかしながら、付加製造に使用される既知の方法とシステムは、低速で、その性能が限定的であるという傾向がある。本発明の実施形態は、高速かつ高精度の付加製造方法およびシステムを提供することにより、これらの領域に対処する。   As is generally known, additive manufacturing is the process of depositing material on a workpiece to create the desired product. In some applications, the molded article can be very complex. However, known methods and systems used for additive manufacturing tend to be slow and have limited performance. Embodiments of the present invention address these areas by providing high speed and high accuracy additive manufacturing methods and systems.

図1に示されているシステム100は、ワイヤ140を繰り返し溶滴状に溶融して加工物の上に堆積させることによって所望の形状を作るような例示的システムである。この工程は図2A〜2Dに例示的に示されている。これらの図面に示されているように。図2Aに示されているように、加工物の表面にレーザビーム110(またはその他の熱源)が照射され、その間、ワイヤ140は加工物と接触していない。ビーム110は、加工物の表面上に溶融池Aを形成する。ほとんどの用途において、溶融池Aは小さい面積を有し、溶け込み程度は、他の動作、例えば溶接または接合等に必要なほどではない。むしろ、溶融池Aは、加工物の表面を、ワイヤ140からの溶滴を受け、それと十分に結合できるような状態にする。それゆえ、ビーム110のビーム密度は、加工物上に小さい溶融池だけが形成されて、加工物への入熱量が多すぎる、または大きすぎる溶融池が形成されることがないような密度である。溶融池が形成されると、ワイヤが溶融池Aへと進められる間に溶滴Dがワイヤ140の先端に形成されて、溶融池Aと接触する(図2B参照)。接触後、溶滴Dは溶融池Aと工作物上に堆積する(図2C参照)。この工程が繰り返されて、所望の加工物が形成される。図2Dには任意選択のステップが示されており、ここではビーム110が堆積した溶滴Dに、それがワイヤ140から分離された後に向けられる。このような実施形態において、ビーム110は加工物の表面を平滑にし、および/または溶滴Dを加工物と十分に一体化できるようにするために使用できる。さらに、ビームは、加工物をさらに成形するために使用できる。   The system 100 shown in FIG. 1 is an exemplary system that creates the desired shape by repeatedly melting the wire 140 into droplets and depositing them on the workpiece. This process is exemplarily shown in FIGS. As shown in these drawings. As shown in FIG. 2A, the surface of the workpiece is irradiated with a laser beam 110 (or other heat source) while the wire 140 is not in contact with the workpiece. The beam 110 forms a weld pool A on the surface of the workpiece. In most applications, the weld pool A has a small area and the extent of penetration is not as great as necessary for other operations, such as welding or joining. Rather, the weld pool A brings the surface of the workpiece into a state where it can receive and sufficiently bond with the droplets from the wire 140. Therefore, the beam density of the beam 110 is such that only a small weld pool is formed on the work piece, so that a heat input to the work piece is not too large or too large. . When the molten pool is formed, a droplet D is formed at the tip of the wire 140 while the wire is advanced to the molten pool A, and comes into contact with the molten pool A (see FIG. 2B). After the contact, the droplet D is deposited on the molten pool A and the workpiece (see FIG. 2C). This process is repeated to form the desired workpiece. An optional step is shown in FIG. 2D, in which the beam 110 is directed to the droplet D after it has been separated from the wire 140. In such an embodiment, the beam 110 can be used to smooth the surface of the workpiece and / or to allow the droplet D to be fully integrated with the workpiece. In addition, the beam can be used to further shape the workpiece.

図3は、ワイヤ140からの溶滴Dの例示的な堆積工程を示している。図3の左端の画像は、加工物と接触するワイヤ140を描いたものである。この接触が電源170によって検出され、するとこれが、ワイヤ140に加熱電流を供給して、ワイヤをワイヤ140の融点まで、またはその付近まで加熱する。加工物とワイヤ140との間の接触を検出するために使用される検出回路は、溶接電源の中で使用される既知の検出回路と同様に構成され、同様に動作でき、したがって、回路の動作と構造の詳細な説明はここでは不要である。電源170からの加熱電流は非常に急速に立ち上げられて、ワイヤ140の端から溶滴Dを溶融するために必要なエネルギーを供給する。しかしながら、電流は、ワイヤ140と加工物との間にアークが発生しないように慎重に制御される。アークの発生は、加工物を破壊することが判明する可能性があり、それゆえ望ましくない。それゆえ、電流はアークの形成を防止するような方法で制御されることになる(さらに後述する)。   FIG. 3 illustrates an exemplary deposition process for droplet D from wire 140. The image at the left end of FIG. 3 depicts the wire 140 in contact with the workpiece. This contact is detected by the power source 170, which then supplies a heating current to the wire 140 to heat the wire to or near the melting point of the wire 140. The detection circuit used to detect contact between the workpiece and the wire 140 is configured and can be operated similarly to known detection circuits used in welding power sources, and therefore the operation of the circuit A detailed description of the structure is not necessary here. The heating current from the power supply 170 is ramped up very rapidly to supply the energy necessary to melt the droplet D from the end of the wire 140. However, the current is carefully controlled so that no arcing occurs between the wire 140 and the workpiece. The occurrence of an arc can prove to destroy the workpiece and is therefore undesirable. Therefore, the current is controlled in such a way as to prevent arc formation (described further below).

図3に戻ると、ワイヤ140が加工物と接触し、電源170が溶融電流を供給する(1)。いくつかの例示的実施形態において、開放電圧OCVを接触前にワイヤ140に印加することができる。接触後、電流を急速に立ち上げ、ワイヤ140の端を溶融させて堆積させるべき溶滴Dを形成する(2)。電流により、ワイヤ140は溶滴Dのすぐ上でくびれ、溶滴Dをワイヤ140から分離できるようになる(3)。しかしながら、電流は、ワイヤ140がくびれつつある時に電流が切断されるか、または大幅に低減させられ、ワイヤ140が溶滴Dから分離した時にワイヤ140と加工物との間にアークか発生しないように制御される(4)。いくつかの例示的実施形態において、ワイヤ140は、溶滴Dとワイヤ140との間の接続を切る間、またはその直前に加工物から後退させることができる。溶滴Dは溶融池と接触しているため、溶融池の表面張力が溶滴をワイヤ140から切り離すのを助ける。溶滴がワイヤ140から分離されたら、ワイヤ140が繰り出されて工程が繰り返され、また別の溶滴が堆積する。ワイヤ140は、同じ位置で繰り出すことができ、および/または次の溶滴を何れの所望の位置に堆積させることもできる。   Returning to FIG. 3, the wire 140 is in contact with the workpiece and the power source 170 supplies the melt current (1). In some exemplary embodiments, an open circuit voltage OCV can be applied to the wire 140 prior to contact. After contact, the current is rapidly raised to melt the end of the wire 140 to form a droplet D to be deposited (2). The electric current causes the wire 140 to be constricted immediately above the droplet D, so that the droplet D can be separated from the wire 140 (3). However, the current is cut or greatly reduced when the wire 140 is constricted so that no arcing occurs between the wire 140 and the workpiece when the wire 140 separates from the droplet D. (4). In some exemplary embodiments, the wire 140 can be retracted from the workpiece during or shortly before disconnecting the droplet D and the wire 140. Since the droplet D is in contact with the molten pool, the surface tension of the molten pool helps to separate the droplet from the wire 140. When the droplet is separated from the wire 140, the wire 140 is unwound and the process is repeated, and another droplet is deposited. The wire 140 can be paid out at the same location and / or the next droplet can be deposited at any desired location.

前述のように、レーザビーム110はまた、溶滴Dが加工物上に堆積し、堆積後に加工物を平滑化し、またはそれ以外に成形するためにも利用できる。さらに、ビーム110は堆積工程中にさらに利用できる。すなわち、いくつかの例示的実施形態において、ビーム110を使ってワイヤ140をさらに加熱し、溶滴の形成および/または溶滴Dのワイヤ140からの分離を助けることができる。これについてはさらに後述する。   As described above, the laser beam 110 can also be used to deposit the droplet D on the workpiece, smooth the workpiece after deposition, or otherwise shape the workpiece. Furthermore, the beam 110 can be further utilized during the deposition process. That is, in some exemplary embodiments, the beam 110 can be used to further heat the wire 140 to help form a droplet and / or separate the droplet D from the wire 140. This will be further described later.

次に、図4Aおよび4Bを参照すると、各々が本発明の例示的実施形態に利用可能な例示的電流波形を示している。図4Aにおいて、わかるように、波形400は複数のパルス401を持ち、各パルスはワイヤ140からの溶滴Dの移動を表す。電流パルス401は、ワイヤ140が接触した時から始まる。電流は次に、立ち上がり部分402を使ってピーク電流レベル403まで増大され、これはワイヤ140と溶滴Dとの間の分離の直前に発生する。この実施形態において、立ち上がり部分402で電流は継続的に増大して、溶滴が形成され、分離前にワイヤでくびれが生じる。溶滴Dの分離前に、電流は立ち下がり部分404で急速に低減され、分離時にアークが発生しないようにされる。図4Aの波形400の中で、電流は切断されて、ゼロまで下がる。しかしながら、本発明の他の例示的実施形態においては、電流をより低い分離レベルまで下げ、分離が起こるまで完全に切断することを不要とすることができる。このような実施形態において、より低い分離電流レベルがワイヤ140を加熱し続けるため、溶滴Dの切り離しを助ける。   Referring now to FIGS. 4A and 4B, each illustrates an exemplary current waveform that can be utilized in an exemplary embodiment of the invention. As can be seen in FIG. 4A, the waveform 400 has a plurality of pulses 401, each pulse representing the movement of the droplet D from the wire 140. Current pulse 401 begins when wire 140 contacts. The current is then increased using the rising portion 402 to the peak current level 403, which occurs just before the separation between the wire 140 and the droplet D. In this embodiment, the current continuously increases at the rising portion 402, forming droplets and constricting the wire before separation. Prior to the separation of the droplet D, the current is rapidly reduced at the falling portion 404 to prevent arcing during separation. In waveform 400 of FIG. 4A, the current is cut and drops to zero. However, in other exemplary embodiments of the present invention, it may be unnecessary to reduce the current to a lower isolation level and completely disconnect until isolation occurs. In such an embodiment, the lower separation current level continues to heat the wire 140, thus assisting in the detachment of the droplet D.

図4Bは、他の例示的実施形態による電流波形410を示す。しかしながら、この実施形態では、パルス411には立ち上がり部分402があり、これは図のように、複数の異なるランプレート部分を利用する。図の実施形態において、立ち上がり部分402は、溶滴Dの分離前に3つの異なるランプレート402A、402B、および402Cを利用している。第一のランプレート402Aは非常に急峻で急速な電流増加であり、ワイヤ140を素早く加熱し、できるだけ早く溶融工程を開始させる。電流が第一のレベル405に到達した後、電流ランプレートは第一のランプレートより低い第二のランプレート402Bに変更される。いくつかの例示的実施形態において、第一の電流レベルはパルスのピーク電流レベル413の35〜60%の範囲内にある。ランプレート402Bは、初期ランプレート402Aより低く、電流制御を助け、アーク、またはマイクロアークの形成を防止する。図の実施形態において、第二のランプレートは溶滴Dがワイヤ140の先端において形成され始めるまで維持される。図の実施形態において、溶滴Dが形成され始めると、電流ランプレートは、第二のランプレート402Bより低い第三のランプレート402Cへと再び変更される。ここでも、ランプレートの低下は、電流をさらに制御して、アークが意図せず生成されるのを防止できるようにする。電流が急速に増大しすぎると、分離が検出された時に電流を急速に低下させて、アークの生成を防止することが困難となりうる(システムのインダクタンス等、各種の問題による)。いくつかの例示的実施形態において、第二および第三のランプレート間の移行点407は、パルス411のピーク電流レベル413の50〜80%の範囲内にある。図4Aのパルスと同様に、電流は、溶滴の分離が検出されると大幅に減少させられ、これについては後でより詳しく説明する。また、本発明の他の実施形態では異なるランプレートプロファイルを利用することができ、これも本発明の範囲と主旨から逸脱しない点にも留意するべきである。例えば、パルスには2つの異なるランプレート部分があってもよく、または3つ以上あってもよい。さらに、パルスは常に変化する立ち上がりを利用することができる。例えば、電流は、ピーク電流レベルまで逆放物線を描いてもよく、または異なる構成の組合せを利用でき、この場合、ワイヤ接触から第一の電流レベル405までは一定のランプレートを使用し、その後、その地点からは逆放物曲線を使用できる。   FIG. 4B shows a current waveform 410 according to another exemplary embodiment. However, in this embodiment, the pulse 411 has a rising portion 402, which utilizes a plurality of different ramp rate portions as shown. In the illustrated embodiment, the rising portion 402 utilizes three different ramp plates 402A, 402B, and 402C prior to droplet D separation. The first ramp rate 402A is very steep and has a rapid current increase, heating the wire 140 quickly and starting the melting process as soon as possible. After the current reaches the first level 405, the current ramp rate is changed to a second ramp rate 402B that is lower than the first ramp rate. In some exemplary embodiments, the first current level is in the range of 35-60% of the peak current level 413 of the pulse. The ramp rate 402B is lower than the initial ramp rate 402A and assists in current control and prevents arc or micro arc formation. In the illustrated embodiment, the second ramp rate is maintained until droplet D begins to form at the tip of wire 140. In the illustrated embodiment, when the droplet D begins to form, the current ramp rate is changed again to the third ramp rate 402C, which is lower than the second ramp rate 402B. Again, the ramp rate reduction provides further control of the current to prevent unintentional generation of arcs. If the current increases too quickly, it can be difficult to prevent the generation of arcs by rapidly decreasing the current when separation is detected (due to various problems such as system inductance). In some exemplary embodiments, the transition point 407 between the second and third ramp rates is in the range of 50-80% of the peak current level 413 of the pulse 411. Similar to the pulse of FIG. 4A, the current is greatly reduced when droplet separation is detected, as will be described in more detail later. It should also be noted that other embodiments of the present invention can utilize different ramp rate profiles, which do not depart from the scope and spirit of the present invention. For example, the pulse may have two different ramp rate portions, or more than two. In addition, the pulses can take advantage of constantly changing rising edges. For example, the current may draw a reverse parabola to the peak current level, or a combination of different configurations may be utilized, in which case a constant ramp rate is used from wire contact to the first current level 405, then A reverse parabolic curve can be used from that point.

本明細書で説明されているように、パルス401/411のピーク電流レベルはアーク発生レベルより低いが、各パルス中に溶滴Dを溶融させるのに十分であるものとする。本発明の例示的実施形態は、ピーク電流レベルのための異なる制御方法を利用できる。いくつかの例示的実施形態において、ピーク電流レベルはピーク電流閾値とすることができ、これは付加製造作業前に入力される各種のユーザ入力パラメータにより決定される。このようなパラメータとしては、ワイヤ材料の種類、ワイヤ径、ワイヤの種類(コア入りか中実か)、および1インチ当たりの溶滴数(DPI(droplets−per−inch))が含まれる。もちろん、その他のパラメータも利用できる。この入力情報を受けたところで、電源170および/またはコントローラ195は、ルックアップテーブル等の各種の制御方法を利用して、その作業のためのピーク電流値を決定できる。あるいは、電源170は、電源170からの出力電流、電圧、および/または電力をモニタして、分離が起こったことを判断し、それに応じて電流を制御することができる。例えば、dv/dt、di/dt、および/またはdp−dtをモニタでき(予測回路またはその他を使用)、分離が起こったと判断されると、電流が切断されるか、または低減される。これについては、後でより詳しく説明する。   As described herein, the peak current level of pulses 401/411 is lower than the arc generation level, but is assumed to be sufficient to melt droplet D during each pulse. Exemplary embodiments of the present invention can utilize different control methods for peak current levels. In some exemplary embodiments, the peak current level can be a peak current threshold, which is determined by various user input parameters that are entered prior to additional manufacturing operations. Such parameters include the type of wire material, the wire diameter, the type of wire (whether cored or solid), and the number of droplets per inch (DPI (droplets-per-inch)). Of course, other parameters can be used. Upon receiving this input information, the power supply 170 and / or the controller 195 can determine the peak current value for the operation using various control methods such as a lookup table. Alternatively, the power source 170 can monitor the output current, voltage, and / or power from the power source 170 to determine that isolation has occurred and control the current accordingly. For example, dv / dt, di / dt, and / or dp-dt can be monitored (using a prediction circuit or others), and if it is determined that separation has occurred, the current is cut or reduced. This will be described in more detail later.

以下は、本発明の例示的実施形態の使用と動作に関する説明である。付加製造工程の開始時に、電源170は、電源170を介したワイヤ140と加工物115との間に感知電圧を印加できる。感知電圧は電源170により、感知および電流コントローラ195の命令の下で印加されてもよい。いくつかの実施形態において、印加された感知電圧はワイヤ140を大きく加熱するほどのエネルギーを供給しない。感知電圧が印加されると、ワイヤ140の先端が加工物115に向かって繰り出される。すると、レーザ120はビーム110を放出して、加工物115の表面を加熱し、ワイヤ140を受ける溶融池を形成する。繰り出しは、ワイヤフィーダ150により行われ、加工物との接触は、ワイヤ140の先端が最初に加工物115と接触した時に検出される。例えば、コントローラ195は、電源170に対し、非常に低レベルの電流(例えば3〜5アンペア)をワイヤ140の中に供給するように命令してもよい。感知は、感知および電流コントローラ195がワイヤ140(例えば、コンタクトチューブ160を介する)と加工物115との間の約ゼロボルト(例えば0.4V)の電位差を測定することによって行われてもよい。フィラワイヤ140の先端が加工物115と短絡されると(すなわち、加工物と接触すると)、フィラワイヤ140と加工物115との間に大きな電圧レベル(ゼロボルトより高い)は存在しないかもしれない。   The following is a description of the use and operation of an exemplary embodiment of the present invention. At the start of the additive manufacturing process, the power source 170 can apply a sensing voltage between the wire 140 and the workpiece 115 via the power source 170. The sense voltage may be applied by power supply 170 under the command of sense and current controller 195. In some embodiments, the applied sense voltage does not provide enough energy to heat the wire 140 significantly. When the sensing voltage is applied, the tip of the wire 140 is drawn out toward the workpiece 115. The laser 120 then emits a beam 110 to heat the surface of the workpiece 115 and form a molten pool that receives the wire 140. The feeding is performed by the wire feeder 150, and the contact with the workpiece is detected when the tip of the wire 140 first contacts the workpiece 115. For example, the controller 195 may instruct the power supply 170 to provide a very low level of current (eg, 3-5 amps) into the wire 140. Sensing may be performed by sensing and current controller 195 measuring a potential difference of about zero volts (eg, 0.4V) between wire 140 (eg, via contact tube 160) and workpiece 115. When the tip of the filler wire 140 is shorted to the workpiece 115 (ie, in contact with the workpiece), there may not be a large voltage level (greater than zero volts) between the filler wire 140 and the workpiece 115.

接触後、感知に応答して、電源170を所定の時間間隔(例えば数ミリ秒)にわたり切断できる。すると、所定の時間間隔の終了時に電源170を再びオンにして、加熱電流の流れがワイヤ140へと印加されるようにする。また、接触が感知された後、ビーム110をオフにして、溶融池または加工物115がさらに加熱されすぎないようにすることができる。いくつかの実施形態において、レーザビーム110をオンのままにして、溶滴Dの加熱と分離を助けることができる。これについては後でより詳しく説明する。   After contact, in response to sensing, the power source 170 can be disconnected for a predetermined time interval (eg, several milliseconds). Then, at the end of the predetermined time interval, the power supply 170 is turned on again so that the flow of the heating current is applied to the wire 140. Also, after contact is sensed, the beam 110 can be turned off to prevent the molten pool or workpiece 115 from being heated further. In some embodiments, the laser beam 110 can be left on to assist in heating and separating the droplet D. This will be described in more detail later.

本発明のいくつかの例示的実施形態において、工程は、感知に応答してワイヤの繰り出しを止めるステップと、所定の時間間隔の終了時にワイヤ140の繰り出しを再開するステップ(すなわち、再繰り出しするステップ)と、加熱電流の流れを印加する前、または加熱電流が印加され、溶滴Dが形成された後に、フィラワイヤ140の先端が加工物115と依然として接触していることを確認するステップと、を含むことができる。感知および電流コントローラ195は、ワイヤフィーダ150に送給を停止するように命令し、システム100に待機する(例えば数ミリ秒)ように命令してもよい。このような実施形態において、感知および電流コントローラ195は、ワイヤフィーダ150に動作的に接続されて、ワイヤフィーダ150に開始と停止を命令する。感知および電流コントローラ195は、電源170に対し、上述のようにワイヤ140を加熱するための加熱電流パルスを印加するように命令してもよく、この工程を繰り返して複数の溶滴を加工物の上に堆積させることができる。   In some exemplary embodiments of the present invention, the steps include stopping wire unwinding in response to sensing and resuming wire 140 unwinding at the end of a predetermined time interval (ie, rewinding). And confirming that the tip of the filler wire 140 is still in contact with the workpiece 115 before applying the heating current flow or after the heating current is applied and the droplet D is formed. Can be included. The sense and current controller 195 may instruct the wire feeder 150 to stop feeding and may instruct the system 100 to wait (eg, several milliseconds). In such an embodiment, the sense and current controller 195 is operatively connected to the wire feeder 150 and commands the wire feeder 150 to start and stop. The sensing and current controller 195 may instruct the power supply 170 to apply a heating current pulse to heat the wire 140 as described above, and this process may be repeated to transfer a plurality of droplets to the workpiece. Can be deposited on top.

動作中、高強度エネルギー源(例えばレーザ装置120)とワイヤ140を加工物115に沿って移動させて、所望の液滴を提供することができる。運動コントローラ180はロボット190に対し、加工物115をレーザビーム110とワイヤ140に関して移動させるように命令する。レーザ電源130は、レーザ装置120を動作させてレーザビーム110を形成するための電力を供給する。別の実施形態において、レーザ装置120は、加工物の衝撃面上のレーザビーム110の形状を変化させるように調整できる光学部品を含む。実施形態は、ビームの形状を利用して、堆積工程の形状を制御することができ、すなわち、長方形、長円形、または楕円形のビームを使用することによって、比較的狭い堆積を行うことができ、それゆえ、より薄い壁の構造ができる。さらに、ビームの形状を利用して、溶滴が溶着材料から分離された後の堆積物を成形することができる。   In operation, a high intensity energy source (eg, laser device 120) and wire 140 can be moved along workpiece 115 to provide the desired droplets. Motion controller 180 commands robot 190 to move workpiece 115 relative to laser beam 110 and wire 140. The laser power source 130 supplies power for operating the laser device 120 to form the laser beam 110. In another embodiment, the laser device 120 includes optical components that can be adjusted to change the shape of the laser beam 110 on the impact surface of the workpiece. Embodiments can utilize the shape of the beam to control the shape of the deposition process, i.e., use a rectangular, oval, or elliptical beam to perform a relatively narrow deposition. Therefore, a thinner wall structure is possible. Furthermore, the shape of the beam can be used to shape the deposit after the droplets have been separated from the deposited material.

前述のように、パルス電流は、ワイヤ140と溶滴Dとがまもなく切り離されると判断された時に切断されるか、または大幅に減少される。これは、様々な方法で実現できる。例えば、このような感知は、感知および電流コントローラ195内の予測回路が、ワイヤ140と加工物115間の電位差(dv/dt)、それらを通る電流(di/dt)、それらの間の抵抗(dr/dt)、またはそれらを通る電力(dp/dt)のうちの1つの変化率を測定することによって実現されてもよい。変化率が所定の数値を超えると、感知および電流コントローラ195は接触喪失が起こりそうであることを正式に予測する。このような予測回路はアーク溶接の業界でよく知られており、それらの構造と機能の詳しい説明はここでは不要である。   As described above, the pulse current is cut or greatly reduced when it is determined that the wire 140 and the droplet D are about to be separated soon. This can be achieved in various ways. For example, such sensing may involve sensing and predicting circuitry in current controller 195 where the potential difference (dv / dt) between wire 140 and workpiece 115, the current through them (di / dt), the resistance between them ( It may be realized by measuring the rate of change of one of dr / dt) or the power passing through them (dp / dt). When the rate of change exceeds a predetermined number, the sense and current controller 195 formally predicts that contact loss is likely to occur. Such prediction circuits are well known in the arc welding industry and a detailed description of their structure and function is not necessary here.

ワイヤ140の先端が加熱によって十分に溶融すると、先端がワイヤ140から加工物115へとくびれ切れ始める。例えば、その時点で、ワイヤの先端の断面積が、そのくびれ切れる際に急速に減少するため、電位差または電圧が増大する。したがって、このような変化率を測定することにより、システム100は先端がまもなくくびれ切れ、加工物115との接触が失われることを予想できる。   When the tip of the wire 140 is sufficiently melted by heating, the tip starts to be constricted from the wire 140 to the workpiece 115. For example, at that point, the potential difference or voltage increases because the cross-sectional area of the tip of the wire rapidly decreases as it narrows. Thus, by measuring such a rate of change, the system 100 can predict that the tip will soon be constricted and contact with the workpiece 115 will be lost.

前述のように、溶滴の分離が感知されると、電流は電源170によって切断されるか、大幅に減少させられることができる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、電流はパルスのピーク電流値の95〜85%の範囲となるように低減される。例示的実施形態において、この電流減少は、ワイヤと溶融池との間の分離前に起こる。   As previously described, when droplet separation is sensed, the current can be cut off or greatly reduced by the power source 170. For example, in some exemplary embodiments, the current is reduced to be in the range of 95-85% of the peak current value of the pulse. In the exemplary embodiment, this current reduction occurs before the separation between the wire and the weld pool.

例えば、図5は、本願の付加製造工程に関連して、1対の電圧および電流波形、それぞれ510および520を示している。電圧波形510は、コンタクトチューブ160と加工物115との間の感知および電流コントローラ195によって測定される。電流波形520は、感知および電流コントローラ195によって、ワイヤ140と加工物115の中で測定される。   For example, FIG. 5 shows a pair of voltage and current waveforms, 510 and 520, respectively, in connection with the additive manufacturing process of the present application. The voltage waveform 510 is measured by the sensing and current controller 195 between the contact tube 160 and the workpiece 115. Current waveform 520 is measured in wire 140 and workpiece 115 by sensing and current controller 195.

ワイヤ140の先端が加工物115との接触を喪失しそうになるたびに、電圧波形510の変化率(すなわち、dv/dt)が所定の閾値を越え、くびれ切れがまもなく発生することを示す(波形510の点511における傾斜を参照)。あるいは、ワイヤ140と加工物115を通る電流の変化率(di/dt)、それらの間の抵抗の変化率(dr/dt)、またはそれらを通る電力の変化率(dp/dt)をその代わりに使ってくびれ切れがまもなく発生することを示してもよい。このような変化率による予測方法は当業界でよく知られている。その時点で、感知および電流コントローラ195は電源170に、ワイヤ140を通る電流の流れを切断するように(または少なくとも大幅に低下させるように)命令する。   Each time the tip of the wire 140 is about to lose contact with the workpiece 115, the rate of change of the voltage waveform 510 (ie, dv / dt) exceeds a predetermined threshold, indicating that constriction will soon occur (waveform (See slope at 510, point 511). Alternatively, the rate of change of current through wire 140 and workpiece 115 (di / dt), the rate of change of resistance between them (dr / dt), or the rate of change of power through them (dp / dt) instead May be used to indicate that the constriction is about to occur. Such a prediction method based on the rate of change is well known in the art. At that point, the sensing and current controller 195 instructs the power supply 170 to cut (or at least significantly reduce) the flow of current through the wire 140.

感知および電流コントローラ195が、ある時間間隔530の後にフィラワイヤ140の先端が加工物115と再び十分に接触したことを感知すると(例えば、電圧レベルが点512で再び約ゼロボルトまで下がる)、感知および電流コントローラ195は電源170に対し、抵抗フィラワイヤ140を通る電流の流れを所定の出力電流レベル550へと立ち上がらせるように命令する。時間間隔530は所定の時間間隔とすることができる。本発明のある実施形態において、立ち上がりは定点値540から始まる。エネルギー源120とワイヤ140が加工物115に関して移動している間に、またワイヤ140がワイヤフィーダ150により加工物115に向かって繰り出される際にこの工程が繰り返されて、複数の溶滴が所望の位置に堆積する。このようにして、ワイヤ140の先端と加工物115との間のアークの形成が防止される。加熱電流の立ち上がりは、電圧変化率を、くびれ切れの状態またはアーク状態が存在しない時に、予期せずそれらの状態として解釈するのを防止するのに役立つ。大きな電流変化は、加熱回路内のインダクタンスによって、誤った電圧読取が行われる原因となるかもしれない。電流が徐々に立ち上がると、インダクタンスの影響が低減する。   When the sense and current controller 195 senses that the tip of the filler wire 140 is again in full contact with the workpiece 115 after a certain time interval 530 (eg, the voltage level drops again to about zero volts at point 512), the sense and current Controller 195 commands power supply 170 to cause the current flow through resistive filler wire 140 to rise to a predetermined output current level 550. The time interval 530 can be a predetermined time interval. In one embodiment of the invention, the rise begins at a fixed point value 540. This process is repeated while the energy source 120 and the wire 140 are moving with respect to the workpiece 115 and as the wire 140 is unwound toward the workpiece 115 by the wire feeder 150 so that a plurality of droplets can be formed as desired. Accumulate in position. In this way, arc formation between the tip of the wire 140 and the workpiece 115 is prevented. The rise of the heating current helps to prevent the rate of voltage change from being interpreted unexpectedly when there are no constricted or arc conditions. Large current changes may cause false voltage readings due to inductance in the heating circuit. When the current rises gradually, the influence of inductance decreases.

前述のように、電源170は加熱電流をフィラワイヤ140に供給する。電流はコンタクトチップ160からワイヤ140に、次に加工物へと通過する。この抵抗加熱電流により、チップ160と加工物との間のワイヤ140が使用されているフィラワイヤ140の融点の、またはその付近の温度に到達する。もちろん、フィラワイヤ140の融点に到達するために必要な熱は、ワイヤ140のサイズと性質によって異なる。したがって、製造中にワイヤの所望の温度に到達するための熱は、ワイヤ140によって異なる。後でさらに説明するように、フィラワイヤの所望の動作温度は、システムへのデータ入力として、所望のワイヤ温度が製造中に保持されるようにすることができる。何れにせよ、ワイヤの温度は、ワイヤ140が溶滴を溶融池に堆積させることができるような温度にするべきである。   As described above, the power source 170 supplies a heating current to the filler wire 140. Current passes from contact tip 160 to wire 140 and then to the workpiece. This resistance heating current reaches a temperature at or near the melting point of the filler wire 140 where the wire 140 between the tip 160 and the workpiece is used. Of course, the heat required to reach the melting point of the filler wire 140 depends on the size and nature of the wire 140. Thus, the heat to reach the desired temperature of the wire during manufacture varies from wire 140 to wire 140. As described further below, the desired operating temperature of the filler wire can be used as a data input to the system so that the desired wire temperature is maintained during manufacturing. In any case, the temperature of the wire should be such that the wire 140 can deposit droplets in the molten pool.

本発明の例示的実施形態において、電源170は電流を供給し、それによってワイヤ140の先端の少なくとも一部がその融点の約90%の、またはそれより高い温度になる。例えば、融点が約2,000°Fのフィラワイヤ140を使用する時、ワイヤの、それが接触する時の温度は約1,800°Fとすることができる。もちろん、当然のことながら、それぞれの融点と所望の動作温度は、少なくともフィラワイヤ140の合金、組成、直径、および送給速度によって異なる。別の例示的実施形態において、ワイヤの一部はワイヤの温度に保持され、これはその融点の95%またはそれより高い。もちろん、いくつかの実施形態において、ワイヤの先端は加熱電流によってその融点の少なくとも99%まで加熱される。それゆえ、加熱された溶滴がレーザにより形成された溶融池と接触すると、溶融池からの熱がワイヤ140をさらに加熱して、ワイヤ140の端に溶融滴を十分に形成し、ワイヤ140が引き戻された時に溶滴が溶融池に付着し、そこに留まるようにする。フィラワイヤ140をその融点に近い温度またはその融点に保持することによって、ワイヤ140は熱源/レーザ120により形成される溶融池へと容易に溶け込むか、取り込まれる。すなわち、ワイヤ140は、ワイヤ140が溶融池と接触した時に溶融池を著しく急冷することにならない温度である。ワイヤ140は高温であるため、ワイヤは溶融池と接触すると素早く溶融する。他の例示的実施形態において、ワイヤはその融点の75%まで、またはそれより高い温度まで加熱できる。しかしながら、75%に近い温度まで加熱した時、溶滴を移動に十分な溶融状態とするためにさらに加熱することが必要となる可能性があり、これについては後でさらに説明する。   In an exemplary embodiment of the invention, the power source 170 supplies current, which causes at least a portion of the tip of the wire 140 to be at a temperature of about 90% or higher of its melting point. For example, when using a filler wire 140 with a melting point of about 2,000 ° F., the temperature of the wire when it contacts can be about 1,800 ° F. Of course, it will be appreciated that the respective melting point and desired operating temperature will depend at least on the filler wire 140 alloy, composition, diameter, and feed rate. In another exemplary embodiment, a portion of the wire is held at the temperature of the wire, which is 95% or higher of its melting point. Of course, in some embodiments, the wire tip is heated to at least 99% of its melting point by a heating current. Therefore, when the heated droplet contacts the molten pool formed by the laser, the heat from the molten pool further heats the wire 140 to sufficiently form a molten droplet at the end of the wire 140, and the wire 140 When pulled back, the droplets adhere to the molten pool so that they remain there. By holding the filler wire 140 at or near its melting point, the wire 140 is easily melted or taken into the molten pool formed by the heat source / laser 120. That is, the wire 140 is at a temperature that does not significantly quench the molten pool when the wire 140 contacts the molten pool. Since the wire 140 is hot, the wire melts quickly when it comes into contact with the molten pool. In other exemplary embodiments, the wire can be heated to 75% of its melting point or higher. However, when heated to a temperature close to 75%, further heating may be necessary to bring the droplets into a molten state sufficient for movement, which will be further described later.

前述のように、いくつかの例示的実施形態において、ワイヤ140の完全な溶融は、ワイヤ140を溶融池に進入させることによってのみ容易にすることができる。しかしながら、他の例示的実施形態では、ワイヤ140は加熱電流と、溶融池と、ワイヤ140の一部に衝突するレーザビーム110との組合せによって完全に溶融できる。すなわち、ワイヤ140の加熱/溶融にはレーザビーム110が援用されて、ビーム110がワイヤ140の加熱に貢献する。しかしながら、多くのフィラワイヤ140が反射可能な材料で作られるため、反射レーザタイプが使用される場合、ワイヤ140をある温度まで加熱して、その表面反射を減少させ、ビーム110がワイヤ140の加熱/溶融に貢献できるようにするべきである。この構成の例示的実施形態において、ワイヤ140とビーム110は、ワイヤ140が溶融池に入る点で交差する。これは、図6Aおよび6Bに示されている。   As described above, in some exemplary embodiments, complete melting of the wire 140 can only be facilitated by allowing the wire 140 to enter the molten pool. However, in other exemplary embodiments, the wire 140 can be completely melted by a combination of a heating current, a molten pool, and a laser beam 110 that impinges on a portion of the wire 140. That is, the laser beam 110 is used for heating / melting the wire 140, and the beam 110 contributes to the heating of the wire 140. However, since many filler wires 140 are made of a reflective material, when a reflective laser type is used, the wire 140 is heated to a certain temperature to reduce its surface reflection and the beam 110 is heated / heated to the wire 140. Should be able to contribute to melting. In an exemplary embodiment of this configuration, wire 140 and beam 110 intersect at the point where wire 140 enters the molten pool. This is illustrated in FIGS. 6A and 6B.

図6Aに示されているように、いくつかの例示的実施形態において、ビーム110は、溶滴Dを加工物115に堆積させるのを助けるために使用できる。すなわち、ビーム110は、ワイヤ140の先端をさらに加熱し、溶融滴を生成するために使用できる。このような実施形態において、電源からの加熱電流をアーク発生レベルより十分に低いレベルに保持することができ、それゆえ、アークは生成されず、適正な溶滴移動を実現できることが確実になる。このような実施形態では、ビームを、それが溶滴Dのみに衝突するように方向付けることができ、または他の実施形態では、ビーム110を、それが少なくとも溶滴の一部および溶融池の少なくとも一部に衝突することによって溶融池をさらに加熱し続け、溶滴Dを受けるように、十分に大きくし、そのような形状にし、またはそのような方法でラスタ式に照射する。例示的実施形態において、工程中のこの段階のビーム110のエネルギー密度は一般に、加工物115上に溶融池を形成するために使用される時のビームのエネルギー密度より低い。   As shown in FIG. 6A, in some exemplary embodiments, beam 110 can be used to help deposit droplet D on workpiece 115. That is, the beam 110 can be used to further heat the tip of the wire 140 and generate molten droplets. In such an embodiment, the heating current from the power source can be kept at a level well below the arc generation level, thus ensuring that no arc is generated and proper droplet movement can be achieved. In such embodiments, the beam can be directed so that it impinges only on droplet D, or in other embodiments, beam 110 can be directed to at least a portion of the droplet and the molten pool. The molten pool continues to be heated further by impacting at least a portion and is made large enough to receive the droplet D, shaped in such a way, or irradiated in a raster fashion in such a way. In the exemplary embodiment, the energy density of beam 110 at this stage in the process is generally lower than the energy density of the beam when used to form a weld pool on workpiece 115.

図6Bは、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中ではビーム110がワイヤ140の、溶滴のすぐ上に衝突し、それがワイヤから分離するのを助ける。このような実施形態において、ワイヤ140が溶滴の上でくびれたことが感知または判断されると、ビーム110はワイヤの、溶滴Dとワイヤ140との間の接続部へと向けられて、ビーム110がこれら2つの分離を助ける。このような実施形態は、アークの生成の防止を助け、それは、分離を制御するために加熱電流を使用する必要がないからである。いくつかの例示的実施形態において、ビーム110は、溶融池を最初に生成するために使用されたものと同じレーザ120から発せられてもよい。しかしながら、他の実施形態において、図6Bのビームはまた、第二の別のレーザから発せられてもよく、これもまたコントローラ195により制御される。それゆえ、このような実施形態において、コントローラおよび/または電源が溶滴の形成または溶滴Dがまもなく分離されることを検出すると、電源170の出力電流を低下させることができ、その間にレーザビームがワイヤ140へと向けられて、所望の通りに分離させる。   FIG. 6B illustrates another exemplary embodiment of the present invention, in which the beam 110 impinges on the wire 140 just above the droplet and helps it separate from the wire. In such an embodiment, when the wire 140 is sensed or determined to be constricted on the droplet, the beam 110 is directed to the connection between the droplet D and the wire 140 of the wire, A beam 110 helps to separate these two. Such an embodiment helps prevent arc generation because it is not necessary to use a heating current to control the separation. In some exemplary embodiments, beam 110 may be emitted from the same laser 120 that was used to initially create the weld pool. However, in other embodiments, the beam of FIG. 6B may also be emitted from a second separate laser, which is also controlled by the controller 195. Thus, in such an embodiment, if the controller and / or power source detects that a droplet has formed or droplet D is about to separate, the output current of power source 170 can be reduced while the laser beam Is directed to the wire 140 and separated as desired.

ここで図7を参照すると、加熱システム700とコンタクトチップアセンブリ707のある例示的実施形態が示されている。一般に、本発明の実施形態は、コンタクトチップ160と、ホットワイヤまたはある溶接システムに関してよく知られている抵抗加熱システムを利用することができ、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しないことに留意する。しかしながら、他の例示的実施形態では、図7に示されているシステム700を使用できる。このシステム700において、コンタクトチップアセンブリは2つの導電部分701および703からなり、これらは何れの誘電材料でも作製できる絶縁部分705によって相互から電気的に絶縁されている。もちろん、他の実施形態において、チップ部分701および703が相互に電気的に絶縁されるかぎり、絶縁部分はなくてもよい。システム700はまた、切換え回路710も含み、これは電源170への/からの電流経路をコンタクトチップ部分701と加工物115との間で切り換える。いくつかの実施形態において、製造工程中、ワイヤ140が加工物115と接触していない間にワイヤ140をある閾値温度に保持することが望ましいかもしれない。ワイヤ140が加工物115と接触していないと(例えば、位置変更中)、ワイヤ140には電流が流れず、そのため抵抗加熱が停止する。もちろん、残留熱が依然として存在するが、素早く低下しうる。この実施形態により、ワイヤ140は、それが加工物115と接触していなくても引き続き加熱される。図のように、電源からの1本のリードがコンタクトチップアセンブリ707の上側部分703に連結される。動作中、ワイヤ140が加工物と接触している時、スイッチ710は、電流経路が上側部分703からワイヤ140と加工物を通り、電源170に戻るように位置付けられる(スイッチ710の中の破線)。しかしながら、溶滴Dがワイヤ140から分離して加工物115と接触が切り離されると、スイッチ710は、電流がコンタクトチップ部分703からコンタクトチップ部分701に至り、電源170へと戻るように切り替えられる。これによって、少なくとも一部の加熱電流がワイヤを通り、引き続きワイヤをあるバックグラウンド加熱レベルに抵抗加熱できる。このような構成により、ワイヤをその所望の堆積レベルまでより素早く加熱できる。これは特に、ワイヤが冷える可能性のある、毎回の溶滴堆積間の期間が長い場合に当てはまる。それゆえ、例示的実施形態において、スイッチ710が、加工部品を通るように電流を向ける第一の位置(第一の電流経路)にあるとき、電源170は電流パルス(複数の場合もある)を(概して本明細書中で説明するように)供給し、その後、スイッチが、コンタクトチップの両方の部分701/703を通り、毎回の溶滴移動間でワイヤを加熱された状態に保つように電流を向ける第二の位置(第二の電流経路)にあるとき、電源170はバックグラウンドまたは加熱電流(これは、例えば一定の電流とすることができる)を供給する。いくつかの実施形態において、スイッチは、各溶滴移動パルス間で切り換えることができ、他の実施形態では、スイッチは、複数の溶滴移動パルスの後で切り換えることができる。例示的実施形態において、バックグラウンド/加熱電流レベルは、ワイヤを所望の、溶融しない温度に保持するレベルになるように選択される。温度が高すぎると、ワイヤを溶融池の中へと押し進めるのが難しくなる可能性がある。いつかの例示的実施形態において、バッググラウンド/加熱電流は溶滴移動パルス中に到達するピーク電流レベルの10〜70%の範囲内にある。   Referring now to FIG. 7, an exemplary embodiment of a heating system 700 and contact tip assembly 707 is shown. In general, embodiments of the present invention may utilize a contact tip 160 and a resistance heating system well known for hot wires or certain welding systems, which also does not depart from the spirit or scope of the present invention. To do. However, in other exemplary embodiments, the system 700 shown in FIG. 7 can be used. In this system 700, the contact tip assembly consists of two conductive portions 701 and 703, which are electrically isolated from each other by an insulating portion 705, which can be made of either dielectric material. Of course, in other embodiments, as long as the chip portions 701 and 703 are electrically isolated from each other, there may be no insulating portions. The system 700 also includes a switching circuit 710 that switches the current path to / from the power supply 170 between the contact tip portion 701 and the workpiece 115. In some embodiments, it may be desirable to maintain the wire 140 at a certain threshold temperature during the manufacturing process while the wire 140 is not in contact with the workpiece 115. If the wire 140 is not in contact with the workpiece 115 (eg, during a position change), no current will flow through the wire 140, so resistance heating stops. Of course, residual heat is still present, but can be quickly reduced. According to this embodiment, the wire 140 continues to be heated even if it is not in contact with the workpiece 115. As shown, one lead from the power source is coupled to the upper portion 703 of the contact chip assembly 707. In operation, when the wire 140 is in contact with the workpiece, the switch 710 is positioned so that the current path passes from the upper portion 703 through the wire 140 and the workpiece and back to the power source 170 (dashed line in the switch 710). . However, when the droplet D is separated from the wire 140 and disconnected from the workpiece 115, the switch 710 is switched so that the current reaches the contact tip portion 701 from the contact tip portion 703 and returns to the power source 170. This allows at least a portion of the heating current to pass through the wire and subsequently resistively heat the wire to some background heating level. With such a configuration, the wire can be heated more quickly to its desired deposition level. This is especially true when the period between droplet depositions is long, where the wire can cool. Thus, in the exemplary embodiment, when switch 710 is in a first position (first current path) that directs current through the work piece, power supply 170 causes a current pulse (s). (As generally described herein) and then the switch passes through both portions 701/703 of the contact tip and current to keep the wire heated between each droplet transfer Is in the second position (second current path), the power supply 170 supplies background or heating current (which can be, for example, a constant current). In some embodiments, the switch can be switched between each droplet transfer pulse, and in other embodiments, the switch can be switched after multiple droplet transfer pulses. In an exemplary embodiment, the background / heating current level is selected to be a level that maintains the wire at a desired, non-melting temperature. If the temperature is too high, it can be difficult to push the wire into the molten pool. In some exemplary embodiments, the background / heating current is in the range of 10-70% of the peak current level reached during the droplet transfer pulse.

図7において、スイッチ710は、電源170の外に示されていることに留意する。しかしながら、この図は明瞭にするためにすぎず、スイッチは電源170の中にあってもよい。あるいは、スイッチはまた、コンタクトチップアセンブリ707の中にあってもよい。絶縁部分705は、いかなる種類の絶縁型材料で作製することも、または単純に構成要素701および703間の絶縁ギャップとすることもできる。スイッチは、所望の構成に応じて、コントローラ195によって制御することも(図のとおり)、または電源170によって直接制御することもできる。   Note that in FIG. 7, switch 710 is shown outside power supply 170. However, this figure is for clarity only and the switch may be in the power source 170. Alternatively, the switch may also be in the contact tip assembly 707. Insulating portion 705 can be made of any type of insulating material or simply an insulating gap between components 701 and 703. The switch can be controlled by the controller 195 (as shown) or directly by the power supply 170, depending on the desired configuration.

他の例示的実施形態において、ワイヤ予熱装置をアセンブリ707の上流に位置付けることができ、これはワイヤ140を、それがチップ707に入る前に予熱する。例えば、予熱装置は誘導加熱装置とすることができ、これは、ワイヤ140を加熱するためにワイヤ140を流れる電流を必要としない。もちろん、抵抗加熱システムもまた使用できる。この予熱装置は上述のように、ワイヤをある温度に保持するために使用できる。さらに、予熱はまた、ワイヤ140から、それが堆積される前に不要な水分のすべてを除去するためにも使用できる(これはTiを使用する時に特に重要である)。このような予熱システムは一般に知られており、詳しい説明は不要である。予熱装置はワイヤ140を、ワイヤがチップアセンブリ707に入る前に所定の温度に加熱するように設定でき、それゆえ、電源170からの電流を使って堆積工程を完了させるのに十分な電流を供給できる。留意するべき点として、予熱装置はワイヤ140をワイヤ140に損傷を与えるレベルまで加熱して、ワイヤ140を適正にチップ707の中で押し進めることができるようにするべきである。すなわち、ワイヤ140が熱すぎると、これは過剰に柔軟になる可能性があり、それによって押し進められている時にワイヤ140の応答性を低下させうる。   In other exemplary embodiments, a wire preheater can be positioned upstream of the assembly 707, which preheats the wire 140 before it enters the tip 707. For example, the preheating device can be an induction heating device, which does not require a current through the wire 140 to heat the wire 140. Of course, resistance heating systems can also be used. This preheating device can be used to keep the wire at a certain temperature, as described above. In addition, preheating can also be used to remove all of the unwanted moisture from the wire 140 before it is deposited (this is particularly important when using Ti). Such preheating systems are generally known and do not require detailed description. The preheater can be set to heat the wire 140 to a predetermined temperature before the wire enters the chip assembly 707, and therefore provides sufficient current to complete the deposition process using the current from the power source 170. it can. It should be noted that the preheater should heat the wire 140 to a level that will damage the wire 140 so that the wire 140 can be properly pushed through the tip 707. That is, if the wire 140 is too hot, it can become overly flexible, thereby reducing the responsiveness of the wire 140 when being pushed forward.

図8Aは、図7のシステム700に使用可能な例示的な製造電流波形800を示している。図8Aにおいて、2つの成分、すなわちパルス部分801とバックグラウンド部分803を含む基本の電流波形800が示されている。パルス部分は、本明細書で説明されているように溶滴を堆積させるために使用される電流パルスからなる。これらのパルス中に、電流はチップ部分703から加工物115を通るように向けられる。しかしながら、バックグラウンド部分では、電流はチップ部分703から部分701に向けられて、ワイヤ140を、それが加工物115と接触していない時に加熱する。もちろん、留意するべき点として、図7に示されているような、コンタクトチップ部分701/703が正および負の電源端子に接続されるのは例であり、接続は所望のシステムセットアップと性能に基づいて逆転させることができる。前述のように、パルス801間のバックグラウンド電流レベル803は、毎回の溶滴堆積間にワイヤを持続温度に保持するために使用される。本発明のいくつかの例示的実施形態において、バックグラウンド電流はワイヤ140を、ワイヤ140の融点の40〜90%の範囲内の温度に保持する。他の例示的実施形態において、電流803はワイヤ140を、ワイヤ140の融点の50〜80%の範囲内の温度に保持する。   FIG. 8A shows an exemplary manufacturing current waveform 800 that can be used in the system 700 of FIG. In FIG. 8A, a basic current waveform 800 is shown that includes two components: a pulse portion 801 and a background portion 803. The pulse portion consists of a current pulse that is used to deposit droplets as described herein. During these pulses, current is directed from the tip portion 703 through the workpiece 115. However, in the background portion, current is directed from tip portion 703 to portion 701 to heat wire 140 when it is not in contact with workpiece 115. Of course, it should be noted that the contact tip portions 701/703, as shown in FIG. 7, are examples connected to the positive and negative power supply terminals, and the connection depends on the desired system setup and performance. Can be reversed on the basis. As described above, the background current level 803 between pulses 801 is used to keep the wire at a sustained temperature between each droplet deposition. In some exemplary embodiments of the invention, the background current keeps the wire 140 at a temperature in the range of 40-90% of the melting point of the wire 140. In other exemplary embodiments, the current 803 keeps the wire 140 at a temperature in the range of 50-80% of the melting point of the wire 140.

さらに、各パルス801間で常にバックグラウンド電流に切り換えることが望ましくない、または不要であるかもしれないことに留意する。これは特に、高速溶滴堆積時に当てはまる。すなわち、高速溶滴堆積中に、ワイヤ140は溶滴間で高温レベルに保持される。それゆえ、いくつかの例示的実施形態において、バッグラウンド加熱電流の切り換え(前述のとおり)は、ある期間が経過してから、または液滴パルス間の期間が時間の閾値を超えた時にのみ行われる。例えば、いくつかの実施形態において、パルス間の時間が1sを超えることになる場合、システム700は前述のように、切り換えおよびバックグラウンド加熱電流を使用する。すなわち、採用される製造方法が所定の閾値周波数より高いパルス周波数を有する場合、上記の切り換えが使用される。本発明の例示的実施形態において、この閾値はパルス間で0.5〜2.5sの範囲にある。他の実施形態において、システム700はタイマ(コントローラ195および/または電源170の内部にある)を利用でき、これはパルス間の時間をモニタし、時間が閾値の量を超えた場合、上述の切り換えおよびバックグラウンド加熱電流が利用される。例えば、システム700が、パルス間のレイテンシが閾値の時間限度(例えば1s)を超えたと判断すると、バッググラウンド加熱電流が利用されて、ワイヤが所定の温度に保持される。このような実施形態は、設定された閾値時間が経過した、すなわち、実時間でシステム700が、時間限度が経過したと判断する実施形態において利用されても、またはシステム700が、次のパルスは時間限度が経過する前には発生しないと予測した時に使用されてもよい。例えば、システム700(例えば、コントローラ195)が、(例えば、加工物115および/またはワイヤ140の移動によって)次のパルスは時間限度が経過する前には発生しないとは判断した場合、システム700は直ちに上述の切り換えおよびバックグラウンド加熱電流を開始できる。本発明の例示的実施形態において、この持続時間閾値は0.5〜2.5秒の範囲内にある。   Furthermore, note that it may not be desirable or necessary to always switch to background current between each pulse 801. This is especially true during high speed droplet deposition. That is, during high speed droplet deposition, the wire 140 is held at a high temperature level between droplets. Therefore, in some exemplary embodiments, switching the background heating current (as described above) is performed only after a period of time has elapsed or when the period between droplet pulses exceeds the time threshold. Is called. For example, in some embodiments, if the time between pulses will exceed 1 s, the system 700 uses switching and background heating current as described above. That is, when the manufacturing method employed has a pulse frequency higher than a predetermined threshold frequency, the above switching is used. In an exemplary embodiment of the invention, this threshold is in the range of 0.5 to 2.5 s between pulses. In other embodiments, the system 700 can utilize a timer (which is internal to the controller 195 and / or power supply 170) that monitors the time between pulses and switches the above-described switching if the time exceeds a threshold amount. And background heating current is utilized. For example, if the system 700 determines that the latency between pulses exceeds a threshold time limit (eg, 1 s), a background heating current is utilized to hold the wire at a predetermined temperature. Such an embodiment may be utilized in embodiments where a set threshold time has elapsed, i.e., in real time, the system 700 determines that the time limit has elapsed, or the system 700 may It may be used when it is predicted that it will not occur before the time limit has passed. For example, if system 700 (eg, controller 195) determines that the next pulse will not occur before the time limit elapses (eg, due to movement of workpiece 115 and / or wire 140), system 700 may The switching and background heating currents described above can be started immediately. In an exemplary embodiment of the invention, this duration threshold is in the range of 0.5 to 2.5 seconds.

図8Bは、本発明の例示的実施形態に使用して、本明細書において説明されているように溶滴を堆積させることのできる例示的波形を示している。例示的波形は、本発明の実施形態による1つの溶滴の移動に関するものである。図の波形は、レーザ出力810、ワイヤ送給速度820、付加ワイヤ加熱電流830、および電圧840に関するものである。理解するべき点として、図の波形は例示のためのものであり、本発明の他の実施形態は、図示され、または本明細書中で説明されているものとは異なる特性を有するその他の波形を使用することもできる。図のように、溶滴移動サイクルは811で始まり、ここで、レーザ出力が加工物に向けられ、ピークレーザ出力レベル813まで上昇させられる(812)。持続時間Tpの後、レーザは点814で加工物上に溶融池を形成する。この時点でワイヤフィーダは付加ワイヤを溶融池に向かって駆動し始める。溶融池が814で形成された後に、ワイヤ送給速度はピークワイヤ送給速度822まで上昇する(821)。本発明の例示的実施形態において、ワイヤ送給速度は、ワイヤの先端が溶融池と接触する(821’)のと略同時にそのピークレベル822に到達する。しかしながら、他の例示的実施形態において、ワイヤ送給速度はワイヤが接触する前にそのピークレベル822に到達できる。図のように、ワイヤ送給工程の開始と同時に、開放電圧がワイヤに印加され(841)、それは、ワイヤが溶融池と接触する前のある時点でピーク電圧レベル842に到達する。また、ワイヤが溶融池と接触すると、加熱電流830が(点831で)流れ始め、電圧840が低下し始める(843)。電圧は、それより高いとアークが生成されたと判断されるアーク検出電圧848より低いレベル844まで下がる。   FIG. 8B illustrates an exemplary waveform that can be used in an exemplary embodiment of the present invention to deposit droplets as described herein. The exemplary waveform relates to the movement of one droplet according to an embodiment of the present invention. The waveforms in the figure relate to laser output 810, wire feed rate 820, additional wire heating current 830, and voltage 840. It should be understood that the waveforms in the figure are for illustrative purposes, and other embodiments of the present invention are other waveforms that have different characteristics than those shown or described herein. Can also be used. As shown, the droplet transfer cycle begins at 811 where the laser power is directed to the workpiece and raised to a peak laser power level 813 (812). After a duration Tp, the laser forms a molten pool on the workpiece at point 814. At this point, the wire feeder starts driving the additional wire toward the molten pool. After the weld pool is formed at 814, the wire feed rate increases to the peak wire feed rate 822 (821). In an exemplary embodiment of the invention, the wire feed rate reaches its peak level 822 at approximately the same time as the wire tip contacts the molten pool (821 '). However, in other exemplary embodiments, the wire feed rate can reach its peak level 822 before the wire contacts. As shown, simultaneously with the beginning of the wire feeding process, an open voltage is applied to the wire (841), which reaches a peak voltage level 842 at some point before the wire contacts the molten pool. Also, when the wire comes into contact with the molten pool, the heating current 830 begins to flow (at point 831) and the voltage 840 begins to decrease (843). The voltage drops to a level 844 that is lower than the arc detection voltage 848 above which it is determined that an arc has been generated.

ワイヤが溶融池と接触した後に、レーザ出力810、ワイヤ送給速度820および電流830はある期間Taにわたり、それぞれのピークレベルに保持され、その間に、ワイヤの溶滴が溶融池内に堆積する。加熱電源によって制御される所定の期間とすることができる堆積期間Taが(815で)経過すると(例えば、タイマ回路を使用)、レーザ出力は、ワイヤ供給速度の立下り(823)と共に立ち下がる(816)。加熱電流830は、期間Taの経過後のある期間にわたり(上の点834)そのピークレベル833に保持され、その間にレーザ出力とワイヤ送給速度は低下する。これは、溶滴をワイヤから分離するのに役立つ。溶滴付加期間Taの後、ワイヤ引き戻し期間Trが始まる。電流830がその立下り835(点834で始まる)を開始すると、ワイヤ送給速度は(点827で)ゼロまで下がり、ワイヤフィーダはピーク後退速度825でワイヤを引き戻す(824)ように制御される。また、引き戻し期間中、電流830はバーンバック電流レベル836まで下がり、これはワイヤのバーンバックを、それが溶融池から引き出される際に提供するために使用される。ワイヤ引き戻し期間Tr中、電流830は、溶融池からワイヤが分離されることによって(これが電流を低下させ、電圧を上昇させる)電圧が点845においてアーク検出電圧レベル848に到達するか、これを通過するまでバーンバック電流レベル836に保持される。電圧レベル848に到達すると、アーク抑制ルーチン847が始まり、アークの生成が防止される。この期間中、電圧はピークレベル846に上昇する。   After the wire comes into contact with the molten pool, the laser power 810, the wire feed rate 820, and the current 830 are held at their respective peak levels for a period of time Ta, during which time droplets of the wire accumulate in the molten pool. When the deposition period Ta, which can be a predetermined period controlled by the heating power source (at 815) elapses (eg, using a timer circuit), the laser output falls with the fall of the wire feed rate (823) ( 816). The heating current 830 is held at its peak level 833 for a period of time after the lapse of the period Ta (upper point 834), during which the laser power and wire feed rate decrease. This helps to separate the droplet from the wire. After the droplet addition period Ta, the wire pull-back period Tr starts. When current 830 begins its fall 835 (starting at point 834), the wire feed rate drops to zero (at point 827) and the wire feeder is controlled to pull back the wire at the peak retraction rate 825 (824). . Also, during the pullback period, the current 830 drops to a burnback current level 836, which is used to provide wire burnback as it is drawn from the molten pool. During the wire pullback period Tr, the current 830 causes the voltage to reach or pass the arc detection voltage level 848 at point 845 due to the wire being separated from the weld pool (which reduces the current and increases the voltage). Until then, the burnback current level 836 is maintained. When voltage level 848 is reached, arc suppression routine 847 begins and arc generation is prevented. During this period, the voltage rises to the peak level 846.

アーク検出電圧レベル848は、電源および/またはシステムコントローラが、後退するワイヤと加工物との間にアークが確実に発生しないようにするために使用する所定のレベルである。アーク検出電圧レベル848は電源および/またはシステムコントローラによって各種の使用者入力に基づいて設定され、これにはワイヤの種類、ワイヤ径、加工物の材料の種類、1インチあたりの溶滴数の入力、1分あたりの溶滴数の入力が含まれるが、これらに限定されない。   Arc detection voltage level 848 is a predetermined level used by the power supply and / or system controller to ensure that no arcing occurs between the retracting wire and the workpiece. The arc detection voltage level 848 is set by the power supply and / or system controller based on various user inputs, including input of wire type, wire diameter, workpiece material type, number of droplets per inch. This includes, but is not limited to, entering the number of droplets per minute.

(845で)アーク検出電圧レベル848に到達すると、電流830は電源によって切断され(837)、ワイヤの引き戻しが停止し(826)、点817で溶滴移動サイクルが終了し、その時、電流830とワイヤ送給速度820はそれぞれ0となる。図の実施形態において、レーザ出力810もまた、点817におけるサイクル終了時に切断されるように示されている。他の例示的実施形態において、レーザ出力810は、(点845で)アーク電圧閾値848に到達した時に切断される。その後、このサイクルは複数回の溶滴堆積のために繰り返される。   When the arc detection voltage level 848 is reached (at 845), the current 830 is cut by the power source (837), the wire withdrawal is stopped (826), and the droplet transfer cycle is terminated at point 817, at which time the current 830 and The wire feeding speed 820 is 0 respectively. In the illustrated embodiment, laser power 810 is also shown to be disconnected at the end of the cycle at point 817. In another exemplary embodiment, the laser output 810 is disconnected when the arc voltage threshold 848 is reached (at point 845). This cycle is then repeated for multiple droplet depositions.

いくつかの例示的実施形態において、(図示しない)レーザ出力パルスを毎回の溶滴移動サイクル間に開始して(図8Bに示す)、毎回の溶滴移動間に加工物を滑らかにする、またはそれ以外に加工物にエネルギーを追加するのを助けることができる。例えば、レーザ出力パルスを各溶滴移動サイクル間に開始することができ、または他の実施形態において、レーザ出力パルスを必要に応じてn回の溶滴移動サイクルの後に開始することができる。   In some exemplary embodiments, a laser output pulse (not shown) is initiated between each droplet transfer cycle (shown in FIG. 8B) to smooth the workpiece between each droplet transfer, or Besides that, it can help to add energy to the work piece. For example, a laser output pulse can be initiated between each droplet transfer cycle, or in other embodiments, a laser output pulse can be started after n droplet transfer cycles as needed.

図9は、本発明の他の例示的システム900を示している。システム900はバックグラウンド電源170’とパルス電源170を含む。このシステムは上述のものとよく似た方法で動作するが、例外は、バックグラウンド加熱電流が別の電源170’によって供給されることである。それゆえ、いくつかの実施形態において、バックグラウンド電源170’は製造中に一定の加熱電流を供給でき、上述の切り換えを提供する必要がない。パルス電源170は、本明細書中の他の箇所で説明したように動作するが、例外は、電源170’によって追加の加熱/電流が供給されるため、ピーク出力電流を下げることができることである。このような実施形態において、パルス電源170を用いた場合の制御または精密度レベルを向上させることができる。すなわち、パルス電源170は、電源170への電流需要がより少なくなるため、そのピークパルスレベルにより高速に到達できる。もちろん、電流の低下についても同じことが当てはまる。電源170/170’の各々はコントローラ195によって制御されても、または一般に知られているマスタ/スレーブ関係に構成されてもよい。さらに、これらの電源は明瞭にするために別々に示されているが、これらを単独のユニットの中に格納することもでき、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。   FIG. 9 illustrates another exemplary system 900 of the present invention. System 900 includes a background power supply 170 ′ and a pulse power supply 170. This system operates in a manner very similar to that described above, with the exception that background heating current is supplied by another power source 170 '. Thus, in some embodiments, the background power supply 170 'can provide a constant heating current during manufacture and need not provide the switching described above. The pulsed power supply 170 operates as described elsewhere in this specification, with the exception that additional heating / current is provided by the power supply 170 ', thus reducing the peak output current. . In such an embodiment, the control or precision level when using the pulse power supply 170 can be improved. In other words, the pulse power supply 170 can reach the peak pulse level at a higher speed because the demand for current to the power supply 170 becomes smaller. Of course, the same is true for the current drop. Each of the power supplies 170/170 'may be controlled by a controller 195 or configured in a generally known master / slave relationship. Further, although these power supplies are shown separately for clarity, they can also be stored in a single unit, which also does not depart from the spirit or scope of the present invention.

また、図9には他のコンタクトチップアセンブリ900も示されており、これは導電部分901および905と絶縁部分903を有する。この実施形態において、導電部分905は、加熱電流がワイヤ140の露出先端にできるだけ近い箇所に伝送されるように構成される。このような構成は、ワイヤの加熱が先端にできるだけ近い箇所で保持され、バックグラウンド加熱の効果が最適化されるのを確実にするのに役立つ。別の実施形態において、コンタクトチップ910からのワイヤ140の先端の突出部Xは最小距離に保たれる。突出部Xが長すぎる状態に保持されると、バックグラウンド加熱電流からの加熱効果は不利な影響を与える可能性がある。それゆえ、いくつかの例示的実施形態において、突出部Xは0.1〜0.5インチの範囲内に保持される。他の例示的実施形態において、突出部は0.2〜0.4インチの範囲内に保持される。さらに、他の例示的実施形態において、バックグラウンド加熱からさらに利益を得るために、溶滴パルス間でワイヤ140がコンタクトチップ910の中に完全に、または略完全に引き戻され、突出部Xが0〜0.15インチの範囲内となるようにする。このような実施形態は、ワイヤ140の先端を所望のバックグラウンド加熱温度に保持し、ワイヤ140の、先端に近くないその他の部分を過熱しないようにすることができる。他の例示的実施形態において、突出距離は、特により大径の溶着材料を使用する場合、より長くすることができる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、突出距離は0.75〜2インチの範囲内とすることができる。もちろん、いくつかの他の実施形態においては、より長い突出部を利用できる。   Also shown in FIG. 9 is another contact tip assembly 900 having conductive portions 901 and 905 and an insulating portion 903. In this embodiment, the conductive portion 905 is configured so that the heating current is transmitted as close as possible to the exposed tip of the wire 140. Such a configuration helps to ensure that the heating of the wire is held as close as possible to the tip and that the effect of background heating is optimized. In another embodiment, the protrusion X at the tip of the wire 140 from the contact tip 910 is kept at a minimum distance. If the protrusion X is held too long, the heating effect from the background heating current may adversely affect it. Therefore, in some exemplary embodiments, the protrusion X is held in the range of 0.1 to 0.5 inches. In other exemplary embodiments, the protrusions are held in the range of 0.2 to 0.4 inches. Furthermore, in another exemplary embodiment, to further benefit from background heating, the wire 140 is pulled completely or nearly completely back into the contact tip 910 between droplet pulses, and the protrusion X is zero. Be in the range of ~ 0.15 inches. Such an embodiment may keep the tip of the wire 140 at a desired background heating temperature and avoid overheating other portions of the wire 140 that are not near the tip. In other exemplary embodiments, the protrusion distance can be longer, especially when using larger diameter weld materials. For example, in some exemplary embodiments, the protrusion distance can be in the range of 0.75 to 2 inches. Of course, in some other embodiments, longer protrusions can be utilized.

ここで図10を参照すると、他の例示的システム1000が描かれており、その中で、コンタクトチップアセンブリ1010は複数のワイヤ140/140’を加工物115に供給できる。ある付加製造作業では、製造の異なる部分ごとに異なるワイヤを利用することが望ましいかもしれない。システム1000は、その製造にとって何が望ましいかに応じて、異なるワイヤ間で切り換えることができる。図示しないが、各ワイヤ140/140’は、それぞれのワイヤ送給装置に連結されて、製造中に必要に応じてそれぞれのワイヤ140/140’を繰り出し、または引き戻すことができる。それゆえ、製造中、コントローラ195はコンタクトチップアセンブリ1010を、適切なワイヤが製造に使用されるように位置付けることができる。例えば、第一の特性を有する第一の溶着材料140で基礎を構築し、次に、その基礎に、異なる特性を有するワイヤ140’で作られた層を追加して、所望の製造結果を実現することが望ましいかもしれない。例えば、ワイヤ140/140’は、所望の製造パラメータに基づいて、異なるサイズ、形状、および/または組成を有することができる。コンタクトチップアセンブリは2本のワイヤ140/140’のみで示されているが、本発明の実施形態は、1つのコンタクトチップアセンブリ、または様々な種類の溶着材料を提供するための別々のコンタクトチップを利用することができる点にも留意するべきである。本発明の実施形態は、この点において限定されない。   Referring now to FIG. 10, another exemplary system 1000 is depicted in which the contact tip assembly 1010 can supply a plurality of wires 140/140 'to the workpiece 115. In some additive manufacturing operations, it may be desirable to utilize different wires for different parts of the manufacturing. The system 1000 can switch between different wires depending on what is desired for its manufacture. Although not shown, each wire 140/140 'can be coupled to a respective wire feeder so that the respective wire 140/140' can be unwound or pulled back as needed during manufacture. Thus, during manufacturing, the controller 195 can position the contact tip assembly 1010 such that the appropriate wire is used in manufacturing. For example, build a foundation with a first weld material 140 having a first characteristic, and then add to that foundation a layer made of wires 140 'having different characteristics to achieve the desired manufacturing result It may be desirable to do. For example, the wires 140/140 'can have different sizes, shapes, and / or compositions based on the desired manufacturing parameters. Although the contact tip assembly is shown with only two wires 140/140 ′, embodiments of the present invention may include a single contact tip assembly or separate contact tips to provide various types of welding materials. It should also be noted that it can be used. Embodiments of the present invention are not limited in this respect.

さらに、図10のコンタクトチップアセンブリ1010は、ワイヤ140/140’が相互に絶縁されていないように示されている。このような実施形態において、適当なワイヤが堆積のために加工物115に向かって繰り出され、そのため、電源170からの電流がそのワイヤの中へと向けられ、堆積させられる。ワイヤが変更されるとき、他方のワイヤが、もう一方が引き戻されている間に繰り出されて、今度は電流経路が他方のワイヤを通る。他の例示的実施形態において、コンタクトチップアセンブリ1010は、ワイヤ140/140’が相互から電気気に絶縁されるように構成できる。このような実施形態において、図7に関して述べたような切り換えを利用できる。いくかの例示的実施形態において、レーザビーム(図10では示さず)が、ワイヤ140および140’間で、これら2本のワイヤ間をスキャニングすることによって溶融池中のエネルギー分布に影響を与えるか、それ以外に変更することができる。   Further, the contact tip assembly 1010 of FIG. 10 is shown such that the wires 140/140 'are not insulated from each other. In such an embodiment, a suitable wire is routed toward the workpiece 115 for deposition so that current from the power source 170 is directed into the wire and deposited. As the wire is changed, the other wire is unwound while the other is pulled back, this time through the current path through the other wire. In other exemplary embodiments, contact tip assembly 1010 can be configured such that wires 140/140 'are electrically isolated from each other. In such an embodiment, switching as described with respect to FIG. 7 may be utilized. In some exemplary embodiments, does the laser beam (not shown in FIG. 10) affect the energy distribution in the weld pool by scanning between the two wires 140 and 140 ′? Other than that, it can be changed.

コンタクトチップアセンブリ1010の、加工物115に関する位置決めと移動は、様々な手段によっても行うことができる。具体的には、何れの既知のロボットまたは運動制御システムも使用でき、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。すなわち、適当なワイヤ140/140’は、ロボットシステムを含めた何れの既知の手段または方法を使って位置決めでき、コントローラ195によって制御できる。例えば、コンタクトチップアセンブリ1010は、3本またはそれ以上の異なるワイヤを含むことができ、適当なツーリングを利用できるように回転され、位置決めされる既知の計算機数値制御(CNC)機械加工ヘッドと同様に構成し、利用できる。このようなシステムと制御ロジックを本発明の実施形態で使用することによって、所望のワイヤの所望の位置決めを提供できる。   The positioning and movement of the contact tip assembly 1010 relative to the workpiece 115 can also be performed by various means. In particular, any known robot or motion control system can be used, which does not depart from the spirit or scope of the present invention. That is, the appropriate wire 140/140 'can be positioned and controlled by the controller 195 using any known means or method, including robotic systems. For example, the contact tip assembly 1010 can include three or more different wires, as well as known computer numerical control (CNC) machining heads that are rotated and positioned to utilize appropriate tooling. Configure and use. Such systems and control logic can be used in embodiments of the present invention to provide the desired positioning of the desired wires.

本発明の実施形態で使用されるワイヤ(すなわち溶着材料)は、特定の製造作業のために必要なサイズと性質を有することになる。一般に、ワイヤは円形の断面を有するが、他の実施形態ではこのように限定されない。他の例示的実施形態は、製造方法と製造工程に基づいて、非円形の断面を有するワイヤを利用できる。例えば、ワイヤは多角形、楕円形、または長円形を有し、所望の製造基準を実現することができる。円形の断面のワイヤは、0.010〜0.045インチの範囲の直径を有することができる。もちろん、希望に応じて、より大きい範囲(例えば、最大5mm)を使用できるが、直径が大きくなるにつれて溶滴制御が難しくなる。本明細書中で説明されているレーザと加熱制御方式の使用により、本発明の実施形態は非常に精密な製造を提供できる。これは、より小径のワイヤ、例えば0.010〜0.020インチの範囲のものを利用する実施形態に特に当てはまる。このような小径を使用することにより、大きいDPI(droplets per inch)比を実現でき、それゆえ、高精度の詳細な製造を提供する。ワイヤの性質は、製造される構成部品に望まれる特性を提供するように選択されることになる。さらに、利用されるワイヤは、中実または金属コア型の何れであってもよい。コア入りワイヤは、複合材料の構造物を作るために使用できる。例えば、アルミニウム外被と酸化アルミニウムコアを有するコア入りワイヤを使用できる。   The wire (ie, the welding material) used in the embodiments of the present invention will have the size and properties necessary for a particular manufacturing operation. Generally, the wire has a circular cross section, but in other embodiments it is not so limited. Other exemplary embodiments can utilize a wire having a non-circular cross-section based on the manufacturing method and manufacturing process. For example, the wire can have a polygonal shape, an elliptical shape, or an oval shape to achieve a desired manufacturing standard. The circular cross-section wire can have a diameter in the range of 0.010 to 0.045 inches. Of course, a larger range (eg, 5 mm maximum) can be used if desired, but droplet control becomes more difficult as the diameter increases. Through the use of the laser and heating control scheme described herein, embodiments of the present invention can provide very precise manufacturing. This is especially true for embodiments that utilize smaller diameter wires, such as those in the range of 0.010 to 0.020 inches. By using such a small diameter, a large DPI (Droplets Per Inch) ratio can be realized, thus providing high-precision detailed manufacturing. The nature of the wire will be selected to provide the desired properties for the component being manufactured. Furthermore, the wires utilized may be either solid or metal core type. The cored wire can be used to make a composite structure. For example, a cored wire having an aluminum jacket and an aluminum oxide core can be used.

さらに、本明細書中で説明されている工程ではアークが使用されないため、本発明のほとんどの用途において、いかなる種類のシールドガスも不要である。しかしながら、ある用途では、酸化防止のため、またはその他の目的のためにシールドガスを使用することが望ましいかもしれない。   Further, since no arc is used in the processes described herein, no type of shielding gas is required in most applications of the present invention. However, in some applications it may be desirable to use a shielding gas for oxidation prevention or for other purposes.

図11は、本発明のまた別の例示的実施形態を示している。図11は、図1に示されるものと同様の実施形態を示している。しかしながら、特定の構成要素と接続は、明瞭にするために描かれていない。図11は、システム1100を示しており、その中ではワイヤ140の温度をモニタするために、熱センサ1110が利用されている。熱センサ1110はワイヤ140の温度を検出できるいかなる既知の種類のものとすることもできる。センサ1110は、ワイヤの温度を検出するように、ワイヤ140と接触しても、またはチップ160に連結されてもよい。本発明の他の例示的実施形態において、センサ1110は、ワイヤ140と接触せずに、小さい物体、例えばフィラワイヤの直径の温度を検出できるレーザまたは赤外線ビームを使用するタイプである。このような実施形態において、センサ1110は、ワイヤ140の温度をワイヤ140の突出部、すなわちチップ160の先端と溶融池との間のある地点で検出できるように位置付けられる。センサ1110はまた、ワイヤ140のためのセンサ1110が溶融池の温度を検出しないように位置付けられるべきである。   FIG. 11 illustrates yet another exemplary embodiment of the present invention. FIG. 11 shows an embodiment similar to that shown in FIG. However, specific components and connections are not drawn for clarity. FIG. 11 shows a system 1100 in which a thermal sensor 1110 is utilized to monitor the temperature of the wire 140. The thermal sensor 1110 can be of any known type that can detect the temperature of the wire 140. Sensor 1110 may be in contact with wire 140 or coupled to chip 160 to detect the temperature of the wire. In another exemplary embodiment of the present invention, sensor 1110 is of the type that uses a laser or infrared beam that can detect the temperature of the diameter of a small object, such as a filler wire, without contacting wire 140. In such an embodiment, the sensor 1110 is positioned so that the temperature of the wire 140 can be detected at some point between the protrusion of the wire 140, ie, the tip of the chip 160 and the molten pool. Sensor 1110 should also be positioned so that sensor 1110 for wire 140 does not detect the temperature of the weld pool.

センサ1110は、検出および制御ユニット195(図1に関して説明)に連結され、それによって温度フィードバック情報を電源170および/またはレーザ電源130に供給し、システム1100の制御を最適化できるようにすることが可能となる。例えば、電源170の電力または電流出力は、少なくともセンサ1110からのフィードバックに基づいて調整可能である。すなわち、本発明のある実施形態において、使用者が(ある製造作業および/またはワイヤ140のための)所望の温度設定を入力できるか、または感知および制御ユニット195は、他の使用者入力データ(電極の種類その他)に基づいて所望の温度を設定でき、その後、感知および制御ユニット195が少なくとも電源170を制御してその所望の温度を保持するようにすることができる。   The sensor 1110 is coupled to a detection and control unit 195 (described with respect to FIG. 1), thereby providing temperature feedback information to the power supply 170 and / or the laser power supply 130 so that the control of the system 1100 can be optimized. It becomes possible. For example, the power or current output of the power supply 170 can be adjusted based at least on feedback from the sensor 1110. That is, in certain embodiments of the present invention, a user can enter a desired temperature setting (for certain manufacturing operations and / or wires 140) or the sensing and control unit 195 can receive other user input data ( The desired temperature can be set based on the electrode type, etc., and then the sensing and control unit 195 can control at least the power supply 170 to maintain that desired temperature.

このような実施形態において、レーザビーム110がワイヤ140に、ワイヤが溶融池に入る前に衝突することによって起こりうるワイヤ140の加熱を説明することが可能である。本発明の実施形態において、ワイヤ140の温度は、ワイヤ140内の電流を制御することによって、電源170を介してのみ制御できる。しかしながら、前述のように、他の実施形態において、ワイヤ140の加熱の少なくとも一部は、ワイヤ140の少なくとも一部に衝突するレーザビーム110から得られる。そのため、電源170からの電流または電力だけではワイヤ140の温度を表せないかもしれない。それゆえ、センサ1110の利用は、電源170および/またはレーザ電源130の制御を通じてワイヤ140の温度の制御を助けることができる。   In such an embodiment, it is possible to account for the heating of the wire 140 that may be caused by the laser beam 110 impinging on the wire 140 before the wire enters the molten pool. In an embodiment of the present invention, the temperature of the wire 140 can only be controlled via the power source 170 by controlling the current in the wire 140. However, as described above, in other embodiments, at least a portion of the heating of the wire 140 is derived from the laser beam 110 impinging on at least a portion of the wire 140. Therefore, the temperature of the wire 140 may not be represented only by the current or power from the power source 170. Thus, the use of sensor 1110 can help control the temperature of wire 140 through control of power supply 170 and / or laser power supply 130.

他の実施形態において(これも図11に示す)、温度センサ1120は、溶融池の温度を感知するように向けられる。この実施形態において、溶融池の温度はまた、感知および制御ユニット195にも連結される。しかしながら、他の例示的実施形態において、センサ1120はレーザ電源130に直接連結できる。センサ1120からのフィードバックは、レーザ電源130/レーザ120からの出力を制御するために使用される。すなわち、レーザビーム110のエネルギー密度を調整して、確実に所望の溶融池温度を実現できる。   In other embodiments (also shown in FIG. 11), the temperature sensor 1120 is directed to sense the temperature of the molten pool. In this embodiment, the molten pool temperature is also coupled to a sensing and control unit 195. However, in other exemplary embodiments, sensor 1120 can be directly coupled to laser power supply 130. Feedback from sensor 1120 is used to control the output from laser power supply 130 / laser 120. That is, by adjusting the energy density of the laser beam 110, a desired molten pool temperature can be reliably realized.

本発明のさらにまた別の例示的実施形態において、センサ1120を溶融池に向けるのではなく、これを加工物115の、溶融池に隣接する領域に向けることができる。具体的には、加工物115の、堆積位置の付近への入熱が確実に最小限となるようにすることが望ましいかもしれない。センサ1120は、この温度敏感領域をモニタするように位置付けて、堆積位置の付近で閾値温度を超えないようにすることができる。例えば、センサ1120は、加工物の温度をモニタして、ビーム110のエネルギー密度を検出された温度に基づいて下げることができる。このような構成により、堆積位置付近の入熱が確実に所望の閾値を超えなくなるであろう。このような実施形態は、加工物への入熱が重要な精密製造作業において利用できる。   In yet another exemplary embodiment of the present invention, rather than directing the sensor 1120 to the molten pool, it can be directed to a region of the workpiece 115 adjacent to the molten pool. In particular, it may be desirable to ensure that the heat input of the workpiece 115 to the vicinity of the deposition position is minimal. The sensor 1120 can be positioned to monitor this temperature sensitive region so that the threshold temperature is not exceeded near the deposition location. For example, the sensor 1120 can monitor the temperature of the workpiece and reduce the energy density of the beam 110 based on the detected temperature. Such a configuration will ensure that the heat input near the deposition location does not exceed the desired threshold. Such an embodiment can be used in precision manufacturing operations where heat input to the workpiece is important.

本発明の他の例示的実施形態において、感知および制御ユニット195は、ワイヤ送給機構(図示せず−ただし、図1の150参照)に連結される送給力検出ユニット(図示せず)に連結できる。送給力検出ユニットは既知であり、ワイヤ140に、それが加工物115へと送給されている時に加えられる送給力を検出する。例えば、このような検出ユニットは、ワイヤフィーダ150の中のワイヤ送給モータにより加えられるトルク、およびそれゆえ、ワイヤ140の先端と加工物115との間の接触に関するパラメータをモニタできる。これは、電流および/または電圧のモニタに連結されて、溶融池との接触後にワイヤの送給を停止して、溶滴Dの分離を可能にするために使用できる。もちろん、前述のように、コントローラ195は、ワイヤ140と溶融池との間の接触を検出するためだけに電圧および/または電流感知を使用でき、この情報だけで、接触時に所望によりワイヤの送給を停止できる。   In another exemplary embodiment of the invention, the sensing and control unit 195 is coupled to a feed force detection unit (not shown) that is coupled to a wire feed mechanism (not shown—but see 150 in FIG. 1). it can. The feed force detection unit is known and detects the feed force applied to the wire 140 as it is fed to the workpiece 115. For example, such a detection unit can monitor parameters applied to the torque applied by the wire feed motor in the wire feeder 150 and hence the contact between the tip of the wire 140 and the workpiece 115. This can be coupled to a current and / or voltage monitor and can be used to stop the delivery of the wire after contact with the molten pool and allow the separation of the droplet D. Of course, as described above, the controller 195 can use voltage and / or current sensing only to detect contact between the wire 140 and the weld pool, and this information alone can be used to deliver the wire as desired upon contact. Can be stopped.

別の例示的実施形態において、センサ1120は、加工物上の溶融池の大きさを検出するために使用できる。このような実施形態において、センサ1120は、加熱センサまたは視覚センサの何れかで、溶融池の縁をモニタし、溶融池の大きさおよび/または位置をモニタするために使用できる。コントローラ195はすると、検出された溶融池に関する情報を使って、上述のようにシステムの動作を制御する。   In another exemplary embodiment, sensor 1120 can be used to detect the size of the molten pool on the workpiece. In such embodiments, sensor 1120 can be used to monitor the weld pool edge and monitor the size and / or position of the weld pool, either with a heating sensor or a visual sensor. Controller 195 then controls the operation of the system as described above using the detected information about the molten pool.

以下に、本発明の各種の実施形態に使用可能な加熱パルス電流の制御に関してさらに説明する。前述のように、ワイヤ140の先端が溶融池/加工物115と接触すると、これら2つの間の電圧は0ボルトまたはその付近となりうる。しかしながら、本発明の他の例示的実施形態において、アークを形成せずに0ボルトより高い電圧レベルにできるようなレベルの電流を提供することが可能である。より高い電流の数値を利用することにより、ワイヤ140を電極の融点付近により近い高い温度に、より速く到達させることが可能である。これによって、製造工程をより高速に進めることができる。本発明の例示的実施形態において、電源170は電圧をモニタし、電圧が0ボルトより高い何何れかの点の電圧値に到達または接近すると、電源170はワイヤ140への電流の流れを止めて、アークが形成されないようにする。電圧閾値レベルは一般に、少なくとも一部に、使用されているワイヤ140の種類によって異なる。例えば、本発明のいくつかの例示的実施形態において、閾値電圧レベルは6ボルトまたはそれ未満である。他の例示的実施形態において、閾値レベルは9ボルトまたはそれ未満である。別の例示的実施形態において、閾値レベルは14ボルトまたはそれ未満であり、別の例示的実施形態において、閾値レベルは16ボルトまたはそれ未満である。例えば、軟鋼ワイヤを使用する場合、電圧の閾値レベルはより低いタイプのものであり、ステンレス鋼製造用であるワイヤは、アークが形成される前により高い電圧を扱うことができる。それゆえ、このようなシステムは、電圧をモニタし、電圧を電圧設定点と比較することによって加熱電流を制御でき、それによって電圧が電圧設定点を超えると、またはそれを超えることが予測されると、電流が切断されるか、または減少される。   The following further describes control of the heating pulse current that can be used in various embodiments of the present invention. As described above, when the tip of the wire 140 contacts the weld pool / workpiece 115, the voltage between the two can be at or near zero volts. However, in other exemplary embodiments of the invention, it is possible to provide a level of current that can be at a voltage level higher than 0 volts without forming an arc. By utilizing higher current values, it is possible to cause the wire 140 to reach a higher temperature near the melting point of the electrode faster. Thereby, a manufacturing process can be advanced at higher speed. In an exemplary embodiment of the invention, the power supply 170 monitors the voltage and when the voltage reaches or approaches a voltage value at any point above 0 volts, the power supply 170 stops flowing current to the wire 140. , So that no arc is formed. The voltage threshold level generally depends, at least in part, on the type of wire 140 being used. For example, in some exemplary embodiments of the invention, the threshold voltage level is 6 volts or less. In other exemplary embodiments, the threshold level is 9 volts or less. In another exemplary embodiment, the threshold level is 14 volts or less, and in another exemplary embodiment, the threshold level is 16 volts or less. For example, when using mild steel wire, the threshold level of voltage is of the lower type, and wires intended for stainless steel production can handle higher voltages before the arc is formed. Therefore, such a system can control the heating current by monitoring the voltage and comparing the voltage to the voltage set point, thereby predicting that the voltage exceeds or exceeds the voltage set point. And the current is cut or reduced.

別の例示的実施形態において、上述のように、電圧レベルを閾値未満に保持するのではなく、電圧は動作範囲に保持される。このような実施形態において、電圧を最低値より高く保持し、すなわちワイヤをその融点に、またはその付近に保持するのに十分に高い電流を確保し、かつ、アークが発生しないように、ある電圧レベル未満に保持することが望ましい。例えば、電圧は1〜16ボルトの範囲内に保持できる。別の例示的実施形態において、電圧は6〜9ボルトの範囲内に保持される。他の例では、電圧は12〜16ボルトの間に保持できる。もちろん、所望の動作範囲は、製造作業に使用されるワイヤ140によって影響を受ける可能性があり、それによって、ある作業のために使用される範囲(または閾値)は、少なくとも一部に、使用されるワイヤまたは使用されるワイヤの特性に基づいて選択される。このような範囲の利用において、範囲の下限はワイヤを溶融池の中に十分に堆積させることができるような電圧に設定され、範囲の上限はアークの生成が回避されるような電圧に設定される。   In another exemplary embodiment, as described above, the voltage is held in the operating range rather than holding the voltage level below a threshold. In such an embodiment, a certain voltage is used to keep the voltage above the minimum value, i.e., to ensure a sufficiently high current to hold the wire at or near its melting point and to avoid arcing. It is desirable to keep it below the level. For example, the voltage can be held in the range of 1-16 volts. In another exemplary embodiment, the voltage is held in the range of 6-9 volts. In other examples, the voltage can be held between 12-16 volts. Of course, the desired operating range may be affected by the wires 140 used in the manufacturing operation, so that the range (or threshold) used for a certain operation is used at least in part. Selected based on the characteristics of the wire to be used or used. In using such a range, the lower limit of the range is set to a voltage that allows the wire to be sufficiently deposited in the molten pool, and the upper limit of the range is set to a voltage that avoids arc generation. The

前述のように、電圧が所望の閾値電圧を超えると、加熱電流が電源170によって切断されて、アークが生成されない。それゆえ、このような実施形態において、電流は所定の、または選択された立ち上がり速度(複数の場合もある)に基づいて、電圧閾値に到達するまで駆動でき、その後、電圧はアーク生成を防止するために切断され、または低減される。   As described above, when the voltage exceeds the desired threshold voltage, the heating current is cut by the power source 170 and no arc is generated. Thus, in such an embodiment, the current can be driven based on a predetermined or selected rise rate (s) until a voltage threshold is reached, after which the voltage prevents arcing. To be cut or reduced.

上述の多くの実施形態の中で、電源170は上述のように電圧をモニタし、保持すために利用される回路を含む。このようなタイプの回路の構成は、当業者の間で知られている。しかしながら、従来、このような回路は電圧をアーク溶接のために特定の閾値より高い電圧を保持するために利用されている。   In many of the embodiments described above, the power supply 170 includes circuitry utilized to monitor and maintain the voltage as described above. Such types of circuit configurations are known to those skilled in the art. Conventionally, however, such circuits are utilized to maintain the voltage above a certain threshold for arc welding.

前述のように、加熱電流はまた、電源170によってモニタし、および/または調整できる。これは、代替案として、電圧、電力、または電圧/アンペア数特性のあるレベルをモニタすることに加えて他に行うことができる。すなわち、電流は、ワイヤ140が溶融池内に適正に堆積されるように適切な温度に、しかもアーク形成電流レベルより低い温度に保持されることを確実にする所望のレベルに駆動するか、または保持できる。例えば、このような実施形態において、電圧および/または電流は、確実に何れか一方または両方が指定の範囲内または所望の閾値より低くなるようにモニタされている。すると、電源170は、アークは生成されず、所望の動作パラメータは保持されることが確実となるように、供給される電流を調整する。   As described above, the heating current can also be monitored and / or adjusted by the power supply 170. This can alternatively be done in addition to monitoring certain levels of voltage, power, or voltage / amperage characteristics. That is, the current is driven to or maintained at a desired level to ensure that the wire 140 is properly deposited in the weld pool and at a temperature below the arc forming current level. it can. For example, in such embodiments, the voltage and / or current is monitored to ensure that either or both are within a specified range or below a desired threshold. The power source 170 then adjusts the supplied current so that no arc is generated and the desired operating parameters are maintained.

本発明のさらにまた別の例示的実施形態において、加熱電力(V×I)もまた、電源170によってモニタし、調整できる。具体的には、このような実施形態において、加熱電力のための電圧と電流がモニタされて、所望のレベルまたは所望の範囲に保持される。それゆえ、電源はワイヤへの電圧または電流を調整するだけでなく、電流と電圧の両方を調整できる。このような実施形態において、ワイヤへの加熱電力は、上限閾値レベルまたは最適な動作範囲に設定でき、それによって電力が閾値レベルより下か、所望の範囲内に保持されることになる(電圧に関する前述の説明と同様)。再び、閾値または範囲の設定は、ワイヤと実行されている製造の特性に基づき、また、少なくとも一部に、選択されたフィラワイヤに基づくことができる。例えば、直径0.045’’の軟鋼電極にとって最適な電力設定は、1,950〜2,050ワットの範囲内であると判断されるかもしれない。電源は、電圧と電流を、電力がこの動作範囲へと駆動されるように調整する。同様に、出力閾値が2,000ワットに設定された場合、電源は電圧と電流を調整して、電力レベルがこの閾値を超えないが、これに近くなるようにする。   In yet another exemplary embodiment of the present invention, the heating power (V × I) can also be monitored and adjusted by the power supply 170. Specifically, in such an embodiment, the voltage and current for the heating power is monitored and held at a desired level or range. Thus, the power supply can not only adjust the voltage or current to the wire, but can adjust both current and voltage. In such embodiments, the heating power to the wire can be set to an upper threshold level or an optimal operating range, so that the power is below the threshold level or within a desired range (with respect to voltage). As described above). Again, the threshold or range setting can be based on the characteristics of the wire and the manufacturing being performed, and at least in part on the selected filler wire. For example, an optimal power setting for a 0.045 "diameter mild steel electrode may be determined to be in the range of 1,950-2,050 watts. The power supply adjusts the voltage and current so that power is driven to this operating range. Similarly, if the output threshold is set to 2,000 watts, the power supply will adjust the voltage and current so that the power level does not exceed this threshold but is close to it.

本発明の別の例示的実施形態において、電源170は、加熱電圧(dv/dt)、電流(di/dt)、および/または電力(dp/dt)の変化率をモニタする回路を含む。このような回路はしばしば、予測回路と呼ばれ、その一般的な構成は知られている。このような実施形態において、電圧、電流および/または電力の変化率がモニタされて、変化速度が特定の閾値を超えると、ワイヤ140への加熱電流が切断される。   In another exemplary embodiment of the present invention, power supply 170 includes circuitry that monitors the rate of change of heating voltage (dv / dt), current (di / dt), and / or power (dp / dt). Such a circuit is often called a prediction circuit, and its general configuration is known. In such an embodiment, the rate of change of voltage, current and / or power is monitored and the heating current to wire 140 is cut when the rate of change exceeds a certain threshold.

本発明の他の例示的実施桁において、抵抗(dr/dt)の変化もまたモニタされる。このような実施形態において、ワイヤ内のコンタクトチップと溶融池との間の抵抗がモニタされる。前述のように、ワイヤは加熱されるとくびれ始め、これはアークを形成する傾向を生じさせる可能性があり、その間に、ワイヤ内の抵抗が次数関数的に増大する。この増大が検出されると、本明細書に記載されているように電源の出力が切断され、アークは生成されない。実施形態は、電圧、電流またはその両方を調整して、確実にワイヤ内の抵抗が所望のレベルに保持されるようにする。   In other exemplary implementations of the invention, changes in resistance (dr / dt) are also monitored. In such an embodiment, the resistance between the contact tip in the wire and the molten pool is monitored. As previously mentioned, when a wire is heated, it begins to constrict, which can cause a tendency to form an arc, during which time the resistance in the wire increases in order. When this increase is detected, the output of the power source is cut as described herein and no arc is generated. Embodiments adjust the voltage, current, or both to ensure that the resistance in the wire is held at the desired level.

図12は、加熱電流をワイヤ140に供給するために使用可能な例示的システム1200を示している。(レーザシステムは明瞭にするために示していない点に留意するべきである。)システム1200は、電源1210(これは、図1において170として示したものと同様のタイプとすることができる)を有するように示されている。電源1210は、既知の溶接/加熱電源構成、例えばインバータ型電源とすることができる。このような電源の設計、動作および構成は既知であるため、これらについては本明細書で詳しく説明しない。電源1210は、使用者入力1220を含み、これによって使用者はデータを入力でき、これにはワイヤの種類、ワイヤ径、所望の電力レベル、所望ワイヤ温度、電圧および/または電流レベルが含まれるが、これらに限定されない。もちろん、必要に応じてその他の入力バラメータも使用できる。ユーザインタフェース1220は、CPU/コントローラ1230に連結され、これは使用者からの入力データを受け取り、この情報を使ってパワーモジュール1250に必要な動作上の設定点または範囲を決める。パワーモジュール1250は、既知の何れの種類または構成とすることもでき、これにはインバータまたは変圧器型モジュールを含む。これらの構成要素のうちのいくつか、例えば使用者入力1220はコントローラ195上にもありうることに留意する。   FIG. 12 shows an exemplary system 1200 that can be used to supply heating current to the wire 140. (It should be noted that the laser system is not shown for the sake of clarity.) System 1200 includes a power supply 1210 (which can be of a type similar to that shown as 170 in FIG. 1). Shown to have. The power source 1210 can be a known welding / heating power source configuration, such as an inverter type power source. The design, operation and configuration of such power supplies are known and will not be described in detail herein. The power supply 1210 includes a user input 1220 that allows the user to enter data, including the type of wire, wire diameter, desired power level, desired wire temperature, voltage and / or current level. However, it is not limited to these. Of course, other input parameters can be used as required. User interface 1220 is coupled to CPU / controller 1230, which receives input data from the user and uses this information to determine the operational set points or ranges required for power module 1250. The power module 1250 can be of any known type or configuration, including an inverter or transformer type module. Note that some of these components, such as user input 1220, may also be on the controller 195.

CPU/コントローラ1230は、ルックアップテーブルを含む様々な方法で所望の動作パラメータを決定できる。このような実施形態において、CPU/コントローラ1230は入力データ、例えばワイヤ径およびワイヤの種類を利用して、出力のための所望の電流レベル(ワイヤ140を適切に加熱するため)および閾値電圧または電力レベル(または電圧または電力の容認可能な動作範囲)を決定する。これは、ワイヤ140を適切な温度まで加熱するのに必要な電流が少なくとも入力パラメータに基づくからである。すなわち、アルミニウムワイヤ140は、軟鋼電極より低い融点を有するかもしれず、それゆえ、ワイヤ140を溶融させるために必要な電流/電力が少なくて済む。これに加えて、より小径のワイヤ140は、より大径のワイヤより必要な電流/電力が小さい。また、製造速度(およびしたがって堆積速度)の増大に伴い、ワイヤを溶融させるのに必要な電流/電力レベルが高くなるかもしれない。   The CPU / controller 1230 can determine the desired operating parameters in a variety of ways, including a look-up table. In such an embodiment, the CPU / controller 1230 utilizes input data, eg, wire diameter and wire type, to produce the desired current level for output (to properly heat the wire 140) and threshold voltage or power. Determine the level (or acceptable operating range of voltage or power). This is because the current required to heat the wire 140 to the appropriate temperature is based at least on the input parameters. That is, the aluminum wire 140 may have a lower melting point than the mild steel electrode, and therefore less current / power is required to melt the wire 140. In addition, the smaller diameter wire 140 requires less current / power than the larger diameter wire. Also, as the production rate (and hence the deposition rate) increases, the current / power level required to melt the wire may increase.

同様に、入力データはCPU/コントローラ1230によって、アークの生成が回避されるように、動作の電圧/電力閾値および/または範囲(例えば、電力、電流、および/または電圧)を決定するために使用される。例えば、直径が0.045インチの軟鋼電極の電圧範囲設定は6〜9ボルトとすることができ、パワーモジュール1250は電圧を6〜9ボルトに保持するように駆動される。このような実施形態において、電流、電圧、および/または電力は、確実に電流/電力が電極を適切に加熱するのに十分に高くなる最低6ボルトに保持し、電圧を9ボルトまたはそれ未満に保持して、確実にアークが生成されず、ワイヤ140の融点を超過しないように駆動される。もちろん、その他の設定点パラメータ、例えば電圧、電流、電力または抵抗率変化もまた、CPU/コントローラ1230によって所望に応じて設定できる。   Similarly, input data is used by CPU / controller 1230 to determine voltage / power thresholds and / or ranges of operation (eg, power, current, and / or voltage) such that arc generation is avoided. Is done. For example, the voltage range setting for a 0.045 inch diameter mild steel electrode can be 6-9 volts, and the power module 1250 is driven to hold the voltage at 6-9 volts. In such embodiments, the current, voltage, and / or power is held at a minimum of 6 volts to ensure that the current / power is high enough to properly heat the electrode, and the voltage is 9 volts or less. It is held so that no arc is generated reliably and the melting point of the wire 140 is not exceeded. Of course, other set point parameters, such as voltage, current, power, or resistivity change, can also be set by the CPU / controller 1230 as desired.

図のように、電源1210の正の端子1221はシステムのコンタクトチップ160に連結され、電源の負の端子は加工物Wに連結される。それゆえ、加熱電流は正の端子1221を通じてワイヤ140に供給され、負の端子1222を通じて戻る。このような構成は一般に知られている。   As shown, the positive terminal 1221 of the power source 1210 is coupled to the system contact chip 160 and the negative terminal of the power source is coupled to the workpiece W. Thus, the heating current is supplied to wire 140 through positive terminal 1221 and returns through negative terminal 1222. Such a configuration is generally known.

フィードバック感知リード1223もまた電源1210に連結される。このフィードバック感知リードは、電圧をモニタして、検出された電圧を電圧検出回路1240に供給することができる。電圧検出回路1240は、検出された電圧および/または検出された電圧変化率をCPU/コントローラ1230に通信し、これがモジュール1250を相応に制御する。例えば、検出された電圧が所望の動作範囲より低い場合、CPU/コントローラ1230はモジュール1250に、検出された電圧が所望の動作範囲内になるまでその出力(電流、電圧、および/または電力)を増大させるように指示する。同様に、検出された電圧が所望の閾値であるか、またはそれより高い場合、CPU/コントローラ1230はモジュール1250に、チップ160への電流の流れを切断し、アークを生成しないように指示する。電圧が下がって所望の閾値より低くなると、CPU/コントローラ1230はモジュール1250に、電流もしくは電圧を、またはその両方を供給して製造工程を継続するように指示する。もちろん、CPU/コントローラ1230はまた、モジュール1250に、所望の電力レベルを保持するか、または供給するように指示することもできる。もちろん、同様の電流検出回路を利用できるが、明瞭にするために図示されていない。このような検出回路は一般に知られている。   Feedback sensing lead 1223 is also coupled to power supply 1210. The feedback sensing lead can monitor the voltage and provide the detected voltage to the voltage detection circuit 1240. The voltage detection circuit 1240 communicates the detected voltage and / or detected voltage change rate to the CPU / controller 1230, which controls the module 1250 accordingly. For example, if the detected voltage is lower than the desired operating range, the CPU / controller 1230 sends the output (current, voltage, and / or power) to the module 1250 until the detected voltage is within the desired operating range. Instruct to increase. Similarly, if the detected voltage is at or above the desired threshold, the CPU / controller 1230 instructs the module 1250 to cut off current flow to the chip 160 and not generate an arc. When the voltage drops below the desired threshold, the CPU / controller 1230 instructs the module 1250 to supply current and / or voltage to continue the manufacturing process. Of course, the CPU / controller 1230 can also instruct the module 1250 to maintain or supply the desired power level. Of course, a similar current detection circuit can be utilized, but is not shown for clarity. Such a detection circuit is generally known.

検出回路1240とCPU/コントローラ1230は、図1に示されているコントローラ195と同様の構成と動作を有することができる。本発明の例示的実施形態において、サンプリング/検出レートは少なくとも10KHzである。他の例示的実施形態において、検出/サンプリングレートは100〜200KHzの範囲内にある。   The detection circuit 1240 and the CPU / controller 1230 can have the same configuration and operation as the controller 195 shown in FIG. In an exemplary embodiment of the invention, the sampling / detection rate is at least 10 KHz. In other exemplary embodiments, the detection / sampling rate is in the range of 100-200 KHz.

図1および11の各々において、レーザ電源130、電源170および感知および制御ユニット195は、明瞭にするために別々に示されている。しかしながら、本発明の実施形態において、これらの構成要素は単独のシステム内に統合させることができる。本発明の態様では、先に個別に説明された構成要素が別々の物理的ユニットまたは自立型構造として保持される必要はない。   In each of FIGS. 1 and 11, laser power supply 130, power supply 170, and sensing and control unit 195 are shown separately for clarity. However, in an embodiment of the invention, these components can be integrated into a single system. In aspects of the invention, the components individually described above need not be held as separate physical units or freestanding structures.

上述のいくつかの例示的実施形態において、システムは、クラディングおよび上述のような溶滴堆積を組み合わせるような方法で使用できる。すなわち、加工物の構成中に、例えば支持基盤の作製中等、高精密の構成を有することが常に必要とはかぎらない。この構成段階中に、ホットワイヤクラディング工程を使用できる。このような工程(およびシステム)は、特許文献1に記載されており、その全文を引用によって本願に援用する。より具体的には、同出願は、それがクラディングまたはその他の種類の肉盛溶接作業の中でホットワイヤシステムを使用した材料の堆積に使用されるシステム、使用方法、制御方法その他を説明しているかぎりにおいて、本願に十分に援用される。その後、その加工物の構成に、より精度の高い堆積方法が望まれるようになったら、コントローラ195は上述の溶滴堆積方法に切り換える。コントローラ195は、本明細書中で説明されているシステムを制御して、溶滴堆積とクラディング堆積工程を必要に応じて利用して、所望の構成を実現できる。   In some exemplary embodiments described above, the system can be used in a manner that combines cladding and droplet deposition as described above. That is, it is not always necessary to have a highly precise configuration during the construction of the workpiece, such as during the production of a support base. A hot wire cladding process can be used during this configuration phase. Such a process (and system) is described in Patent Document 1, and the entire text thereof is incorporated herein by reference. More specifically, the application describes a system, method of use, control method, etc. that is used to deposit material using a hot wire system in cladding or other types of overlay welding operations. As long as they are fully incorporated herein by reference. Thereafter, when a more accurate deposition method is desired for the workpiece configuration, the controller 195 switches to the droplet deposition method described above. The controller 195 can control the system described herein to utilize the droplet deposition and cladding deposition processes as needed to achieve the desired configuration.

上述の実施形態は、高速溶滴堆積を行うことができる。例えば、本発明の実施形態は、10〜200Hzの範囲内の溶滴堆積を実現できる。もちろん、動作のパラメータによって、別の範囲も実現できる。いくつかの実施形態において、溶滴堆積周波数は、動作のパラメータのいくつかによって、200Hzより高くすることができる。例えば、大径ワイヤは一般に、200Hz未満の堆積周波数を使用し、その一方で、例えば0.010〜0.020インチの範囲の小径のワイヤは、より速い周波数を実現できる。溶滴堆積周波数に影響を与えるその他の要素には、レーザ出力、加工物の大きさと形状、ワイヤのサイズ、ワイヤの種類、移動速度その他が含まれる。   The above-described embodiments can perform high-speed droplet deposition. For example, embodiments of the present invention can achieve droplet deposition in the range of 10-200 Hz. Of course, other ranges can also be realized depending on the operating parameters. In some embodiments, the droplet deposition frequency can be higher than 200 Hz, depending on some of the operating parameters. For example, large diameter wires typically use deposition frequencies below 200 Hz, while small diameter wires, for example in the range of 0.010 to 0.020 inches, can achieve faster frequencies. Other factors that affect droplet deposition frequency include laser power, workpiece size and shape, wire size, wire type, travel speed, and others.

図13は、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中では複数の溶着材料を同時に堆積させることができる。図の実施形態では、4つの溶着材料が堆積される。しかしながら、何れの数でも利用できるため、実施形態はこの点において限定されない。このような実施形態において、加工物の構築は、複数の溶着材料を1回のパスで堆積させることができるため加速できる。以下でさらに説明するように、このような構成に対するその他の利点も得られる。   FIG. 13 illustrates another exemplary embodiment of the present invention in which a plurality of welding materials can be deposited simultaneously. In the illustrated embodiment, four welding materials are deposited. However, since any number can be used, embodiments are not limited in this respect. In such embodiments, workpiece construction can be accelerated because multiple weld materials can be deposited in a single pass. Other advantages to such a configuration are also obtained, as will be described further below.

例示的システム1300に示されているように、コンタクトチップアセンブリ1305には、複数のコンタクトチップ1303、1303’、1303’’、1303’’’が格納され、その各々が(それぞれ)溶着材料140、140’、140’’、140’’’を形成中の加工物に供給する。図の実施形態において、コンタクトチップの各々は相互から電気的に絶縁され、それによって各コンタクトチップは堆積に使用される別々の電流波形を受け取ることができる。例えば、例示的システム1300の中に示されているように、電源は各コンタクトチップに電気的に連結されて、各溶着材料のための電流波形を別々に供給し、制御する。留意点として、システムコントローラ195はこの図には示されていない。しかしながら、システム1300は、本明細書中で前述したようなコントローラ195を含むことができ、これは電源の各々の動作ならびに作業を制御する。図の実施形態において、電源システム1310は個別の電源モジュールP.S.#1からP.S.#4(1311、1312、1313および1314)を有するように示されており、その各々は溶着材料を堆積させるための異なる電流を出力できる。電流の各々は、異なるパラメータその他を有する、本明細書中で説明されている例示的波形と同様とすることができる。さらに、電源1311〜1314の各々は、図1〜12に関して本明細書中で説明されている電源と同様に構成し、動作させることができる。いくつかの例示的実施形態において、電源1311〜1314の各々は、例えば単独の筐体内にある、単独の電源システム1310の中の別々の電源モジュールとすることができる。他の例示的実施形態において、電源1311〜1314の各々は、別々の異なる電源とすることができ、これらを相互に連結して、それらの動作を同期させ、それ以外に制御することができる。   As shown in exemplary system 1300, contact tip assembly 1305 stores a plurality of contact tips 1303, 1303 ′, 1303 ″, 1303 ″ ″, each of which is (respectively) welded material 140, 140 ′, 140 ″, 140 ″ ′ are fed to the workpiece being formed. In the illustrated embodiment, each of the contact tips is electrically isolated from each other so that each contact tip can receive a separate current waveform used for deposition. For example, as shown in exemplary system 1300, a power source is electrically coupled to each contact chip to provide and control the current waveform for each welding material separately. Note that the system controller 195 is not shown in this figure. However, system 1300 can include a controller 195 as previously described herein, which controls the operation and operation of each of the power supplies. In the illustrated embodiment, the power supply system 1310 includes individual power supply modules P.A. S. # 1 to P.I. S. # 4 (1311, 1312, 1313 and 1314), each of which can output a different current for depositing the weld material. Each of the currents can be similar to the exemplary waveforms described herein having different parameters and the like. Further, each of the power supplies 1311-1314 can be configured and operated similarly to the power supplies described herein with respect to FIGS. In some exemplary embodiments, each of the power supplies 1311-1314 can be a separate power supply module in a single power supply system 1310, eg, in a single enclosure. In other exemplary embodiments, each of the power supplies 1311-1314 can be separate and different power supplies, which can be interconnected to synchronize their operation and otherwise control.

動作中、システム1300は、1回のパスで複数の層を堆積させることによって、基板S上に加工物を形成できる。図13の実施形態の中で、各溶着材料140〜140’’’は別々の層L#1、L#2、L#3、L#4を形成しており、各々の追従する溶着材料が先行する層の上に層を形成する。これは、図のように、チップ1303〜1303’’’を移動方向に相互に一列に並べることによって実現される。堆積中、先行する溶着材料140が基板Sの上に堆積して第一の層L#1を形成し、追従する溶着材料140’が前の層L#1の上に堆積して第二の層L#2を形成し、以下同様である。層を異なる高さで形成できるようにするために、コンタクトチップアセンブリ1305は、コンタクトチップを基板Sの表面に関して異なる高さに位置付けることができる。図13に示されているように、コンタクトチップは、層の積み重ねを可能にするために、互い違いまたは階段状に形成される。他の例示的実施形態において、コンタクトチップをその表面に関して同じ高さとすることができるが、その場合、溶着材料の突出距離を適切に調節して、所望の積層を実現できる。   In operation, the system 1300 can form a workpiece on the substrate S by depositing multiple layers in a single pass. In the embodiment of FIG. 13, each welding material 140-140 ′ ″ forms a separate layer L # 1, L # 2, L # 3, L # 4, with each following welding material being A layer is formed on the preceding layer. This is realized by arranging the chips 1303 to 1303 ″ ″ in a line in the moving direction as shown in the figure. During deposition, the preceding welding material 140 is deposited on the substrate S to form the first layer L # 1, and the following welding material 140 ′ is deposited on the previous layer L # 1 to form the second layer L # 1. Layer L # 2 is formed, and so on. The contact chip assembly 1305 can position the contact chip at different heights with respect to the surface of the substrate S so that the layers can be formed at different heights. As shown in FIG. 13, the contact tips are staggered or stepped to allow for layer stacking. In other exemplary embodiments, the contact tip can be level with respect to its surface, in which case the protrusion distance of the welding material can be adjusted appropriately to achieve the desired stacking.

本発明の例示的実施形態において、(移動方向への)溶着材料間の間隔は、後続の層を前に堆積された層の上に適切に構成できるような間隔とする。例示的実施形態において、間隔は、溶着材料が同じ溶融池内に堆積しないような間隔である。すなわち、追従する溶着材料は先行する溶融池と接触しない。しかしながら、それぞれの溶融池は加工物上で相互に隣接する。すなわち、例示的実施形態において、溶融池は相互に隣接しているか、近く、その一方で、その溶融部分は相互に接触しない。もちろん、溶融池を異なる高さレベルにとすることができ(例えば図13参照)、溶融池間の堆積物の温度は非常に高いが、溶融部分は相互に接触しない。   In an exemplary embodiment of the invention, the spacing between the weld materials (in the direction of movement) is such that subsequent layers can be appropriately configured over previously deposited layers. In the exemplary embodiment, the spacing is such that the weld material does not deposit in the same molten pool. That is, the following welding material does not contact the preceding molten pool. However, each molten pool is adjacent to each other on the workpiece. That is, in the exemplary embodiment, the weld pools are adjacent to or close to each other, while the molten portions do not contact each other. Of course, the molten pools can be at different height levels (see, eg, FIG. 13), and the temperature of the deposit between the molten pools is very high, but the molten portions do not contact each other.

図13には示されていないが、システム1300もまた、上記の例示的実施形態の中で説明されているようなレーザまたは入熱システムを使用できる。具体的には、システム1300はレーザを使って溶融池を形成し、および/または溶着材料の溶融を助けることができる。いくつかの例示的実施形態において、個別のビームを各々の別の溶着材料堆積工程に向けて、それぞれの堆積工程の各々について個別に制御できる。個別のビームは、別のレーザ発生装置から生成することができ、または単独のレーザ発生装置から発生させることもできるが、光学部品とレーザスプリッタ等を介して別々のビームに分割される。個別の溶着材料140〜140’’’の各々の堆積は、前述のように制御できる。あるいは、他の例示的実施形態において、単独のレーザ/熱源を使用でき、これは、堆積工程中に溶着材料間にラスタ式に照射されて、各溶着材料堆積工程のための所望の入熱を提供する。例えば、レーザビームは、各溶着材料140〜140’’’の堆積物にラスタ式に照射でき、各溶着材料の位置における相互作用時間が、各堆積動作のための所望の入熱量を実現するように制御される。   Although not shown in FIG. 13, the system 1300 can also use a laser or heat input system as described in the exemplary embodiment above. In particular, the system 1300 can use a laser to form a weld pool and / or help melt the weld material. In some exemplary embodiments, a separate beam can be directed to each separate deposition material deposition step and individually controlled for each respective deposition step. The individual beams can be generated from separate laser generators or can be generated from a single laser generator, but are split into separate beams via optical components, laser splitters, and the like. The deposition of each individual weld material 140-140 "" can be controlled as described above. Alternatively, in other exemplary embodiments, a single laser / heat source can be used, which is irradiated in a raster fashion between the weld materials during the deposition process to provide the desired heat input for each weld material deposition process. provide. For example, a laser beam can be applied to the deposits of each welding material 140-140 ′ ″ in a raster fashion so that the interaction time at each welding material location provides the desired amount of heat input for each deposition operation. To be controlled.

本発明の例示的実施形態の中で、溶着材料140〜140’’’の種類、サイズ、および組成は、加工物の所望の特性に基づいて選択される。いくつかの実施形態において、溶着材料140〜140’’’の各々は同じであり、同じ直径と組成を有する。しかしながら、他の例示的実施形態では、溶着材料は異なる特性を有していてもよい。例えば、溶着材料140〜140’’’は異なる直径を有していてもよく、これによって層L#1〜L#4は、異なる径の溶着材料を使用することにより、異なる幅で形成できる。さらに、溶着材料は異なる組成を有して、場所によって異なる物理的/組成的特性を有する加工物の形成を可能にできる。このような実施形態において、製造中の加工物の組成は、「その場で」変更できる。すなわち、第一の材料を使って加工物の特定の部分を形成し(いくつかのコンタクトチップを使用)、その後、停止せずにシステムは所望の通りに異なる、または追加の材料を堆積させることができる。   Within the exemplary embodiments of the present invention, the type, size, and composition of the welding materials 140-140 "" are selected based on the desired properties of the workpiece. In some embodiments, each of the welding materials 140-140 "" is the same and has the same diameter and composition. However, in other exemplary embodiments, the welding material may have different properties. For example, the welding materials 140-140 "" may have different diameters so that the layers L # 1-L # 4 can be formed with different widths by using different diameter welding materials. Further, the welding material can have different compositions to allow the formation of workpieces having different physical / compositional characteristics from place to place. In such embodiments, the composition of the workpiece being manufactured can be changed “in place”. That is, the first material is used to form a specific part of the workpiece (using several contact tips) and then the system can deposit different or additional materials as desired without stopping. Can do.

例えば、本発明の例示的実施形態は、ステンレス鋼と軟鋼の混合物を使って構造物または加工物を製造するために使用できる。さらに、このような構造物は、ニッケル材料を追加して構築できる。もちろん、これらは例にすぎず、本発明の実施形態により、複数の材料の混合物で所望の構造物を構築できる。他の例示的実施形態において、非磁性材料/金属の帯または層を、加工物の測定を含む様々な理由で加工物に追加できる。材料をオーステナイトステンレス鋼に変換するために、異なる材料も使用できる。   For example, exemplary embodiments of the present invention can be used to produce a structure or workpiece using a mixture of stainless steel and mild steel. Furthermore, such a structure can be constructed by adding nickel material. Of course, these are only examples, and embodiments of the present invention allow a desired structure to be constructed from a mixture of materials. In other exemplary embodiments, non-magnetic material / metal bands or layers can be added to the workpiece for a variety of reasons, including workpiece measurements. Different materials can also be used to convert the material to austenitic stainless steel.

溶着材料の特性/種類を変えることに加えて、本発明の実施形態は、溶着材料140〜140’’’を異なるワイヤ送給速度で供給できる。すなわち、いくつかの実施形態において、溶着材料のすべてのワイヤ送給速度が同じである。しかしながら、他の実施形態においては、ワイヤ送給速度を変化させることが望ましいかもしれない。これは、コントローラ195と溶着材料のそれぞれのワイヤ送給システム(明瞭にするために図示せず)を介して行うことができる。それぞれのワイヤ送給速度を変化させることによって、形成中の加工物の物性に影響を与えることができる。例えば、層L#1〜L#4のうちの少なくとも1つを残りの層より薄くすることが望ましいかもしない。このような実施形態において、より薄い層のそれぞれの溶着材料のワイヤ送給速度を低速にして、より薄い層とすることができる。   In addition to changing the properties / kinds of the welding material, embodiments of the present invention can supply the welding material 140-140 "" at different wire feed rates. That is, in some embodiments, all wire feed rates of the welding material are the same. However, in other embodiments, it may be desirable to change the wire feed rate. This can be done via the controller 195 and the respective wire delivery system of the weld material (not shown for clarity). By changing the respective wire feed speeds, the physical properties of the workpiece being formed can be affected. For example, it may be desirable to make at least one of the layers L # 1-L # 4 thinner than the remaining layers. In such an embodiment, the wire feed rate of each of the thinner layers of the welding material can be reduced to a thinner layer.

さらに、例示的実施形態において、溶着材料140〜140’’’に異なる電流波形を供給できる。図のシステム1300において、溶着材料にそれぞれの堆積電流を供給する別々の電源モジュール1311〜1314がある。いくつかの実施形態では電流の各々を同じにすることができ、他の実施形態では電流波形を違えて、異なる周波数、ピーク電流レベル、その他を持たせることができる。これは、異なるワイヤ送給速度および/または異なる溶着材料を使って適正な堆積を確実に行う場合に当てはまる。   Further, in the exemplary embodiment, different current waveforms can be provided to the welding materials 140-140 "". In the illustrated system 1300, there are separate power modules 1311-1314 that supply respective deposition currents to the weld material. In some embodiments, each of the currents can be the same, and in other embodiments, the current waveforms can be different to have different frequencies, peak current levels, etc. This is true when ensuring proper deposition using different wire feed rates and / or different welding materials.

溶着材料140〜140’’’の何れかの堆積の局面を変えることにより、システム1300は層L#1〜L#4の形成を大幅に柔軟にできる。すなわち、例示的実施形態において、溶着材料の種類、組成、直径、ワイヤ送給速度、および堆積電流波形の何れか1つまたは組合せを、他の溶着材料と変えることにより、層または堆積工程の所望の特性を実現できる。それゆえ、本発明の実施形態により、加工物を迅速に構成または構築し、しかも溶着材料の何れかの層の構成または堆積において大きな柔軟性と精度を持たせることができる。すなわち、異なる層が、異なる組成/溶着材料特性の使用に基づいて、異なる厚さ、幅、形状、その他を有することができる。   By changing the deposition aspect of any of the welding materials 140-140 "", the system 1300 can greatly increase the formation of the layers L # 1-L # 4. That is, in an exemplary embodiment, any one or combination of the type, composition, diameter, wire feed rate, and deposition current waveform of the welding material can be changed from the other welding materials to achieve the desired layer or deposition process. The characteristics can be realized. Thus, embodiments of the present invention allow a workpiece to be rapidly configured or constructed and yet have great flexibility and accuracy in the configuration or deposition of any layer of the welding material. That is, different layers can have different thicknesses, widths, shapes, etc. based on the use of different composition / weld material properties.

図14は、図13に示されるシステム1300の別の図を示している。図のように、また前述のように、コンタクトチップ1303と1303’は、コンタクトチップアセンブリ1305に取り付けられ、これがコンタクトチップを所望の通りに向き付け、保持し、移動させる。さらに、前述のように、コンタクトチップは互い違いに、または階段状に保持されて、図のように、上へ上へと層を形成できる。このような実施形態において、それぞれの溶着材料140、140’の各々の突出部Xは略同じ距離に保持される。しかしながら、他の実施形態において、これは同じでなくてもよい。すなわち、それぞれの溶着材料140、140’の各々に関する突出距離Xを変化させて、所望の堆積性能を実現することができる。実際に、いくつかの実施形態において、コンタクトチップ1303、1303’は、それぞれの先端面が基板Sの表面に関して相互に共平面である。このような構成では、追従する溶着材料(例えば140’)の突出距離Xは、層L#1、L#2が図のように構成される場合、先行する各溶着材料(例えば140)より小さくなるであろう。   FIG. 14 shows another view of the system 1300 shown in FIG. As shown and as described above, contact tips 1303 and 1303 'are attached to a contact tip assembly 1305, which directs, holds and moves the contact tips as desired. Further, as described above, the contact tips can be held in a staggered or stepped fashion to form layers up as shown. In such an embodiment, each protrusion X of each welding material 140, 140 'is held at approximately the same distance. However, in other embodiments this may not be the same. In other words, the desired deposition performance can be realized by changing the protrusion distance X for each of the welding materials 140 and 140 ′. Indeed, in some embodiments, the contact tips 1303, 1303 'are coplanar with respect to the surface of the substrate S, respectively. In such a configuration, the protruding distance X of the following welding material (for example, 140 ′) is smaller than each preceding welding material (for example, 140) when the layers L # 1 and L # 2 are configured as shown in the figure. It will be.

さらに、図のように、いくつかの実施形態において、コンタクトチップ1303、1303’はコンタクトチップアセンブリ1305の中で移動可能である。このような実施形態において、ローラ、アクチュエータ、その他のアクチュエータ機構1320を使って、コンタクトチップ1303、1303’をコンタクトチップアセンブリ1305から出入りするように移動させることにより、構成中の加工物の所望の突出および/または形状を提供できる。アクチュエータ1320はまた、コントローラ195(図14には図示せず)によって、コンタクトチップを堆積工程中に「その場で」移動できるように制御できる。例えば、堆積中、コンタクトチップの相対的高さおよび/または溶着材料の突出距離Xを調整して、製造中の加工物の所望の形状を実現できる。この移動は、上述の様々な方法で生じさせることができる。例えば、サーボ、モータ制御ローラ、リニアアクチュエータ等を使って、コンタクトチップを所望により移動させることができる。このような制御は、システム1300の製造能力の柔軟性を向上させる。   Further, as shown, in some embodiments, contact tips 1303, 1303 ′ are movable within contact tip assembly 1305. In such an embodiment, the desired protrusion of the workpiece being constructed is achieved by moving the contact tips 1303, 1303 ′ out of and into the contact tip assembly 1305 using a roller, actuator, or other actuator mechanism 1320. And / or shapes can be provided. Actuator 1320 can also be controlled by controller 195 (not shown in FIG. 14) to move the contact tip “in place” during the deposition process. For example, during deposition, the relative height of the contact tips and / or the protrusion distance X of the weld material can be adjusted to achieve the desired shape of the workpiece being manufactured. This movement can occur in various ways as described above. For example, the contact chip can be moved as desired using a servo, a motor control roller, a linear actuator, or the like. Such control increases the flexibility of the manufacturing capabilities of the system 1300.

図13および14はコンタクトチップアセンブリ1305を、溶着材料が移動/堆積方向に一列であるように描かれているが、コンタクトチップアセンブリ1305はまた、横方向の構成で位置付けることもでき、するとコンタクトチップは移動方向に垂直な直線状であることに留意する。すなわち、コンタクトチップは横並びにして、幅の広い材料を堆積できる。このような実施形態において、溶着材料は図13および14に示されるように上へ上へとではなく、相互に隣接して堆積される。もちろん、他の例示的実施形態において、コンタクトチップアセンブリ1305は、コンタクトチップが移動方向に関して斜めに向けられるように向きとすることができる。本発明の実施形態は、この点において限定されない。   Although FIGS. 13 and 14 depict the contact tip assembly 1305 such that the welding material is in line in the movement / deposition direction, the contact tip assembly 1305 can also be positioned in a lateral configuration, so that the contact tip Note that is a straight line perpendicular to the direction of movement. That is, the contact tips can be arranged side by side and a wide material can be deposited. In such an embodiment, the welding material is deposited adjacent to each other, rather than upwards as shown in FIGS. Of course, in other exemplary embodiments, the contact tip assembly 1305 can be oriented so that the contact tip is oriented obliquely with respect to the direction of travel. Embodiments of the present invention are not limited in this respect.

図15は、他の例示的実施形態を示しており、その中ではコンタクトチップアセンブリ1305は堆積工程の移動方向に関して回転可能でもある。この上から下に向かう図に示されるように、第一の位置Aにおいて、溶着材料は図13および14に示されように一列に堆積される。コンタクトチップアセンブリ1305は移動を続けながら新たな位置Bへと回転され、それによって層の堆積が図のように形状を変える。コンタクトチップアセンブリ1305は、例えばステップモータ、モータ、または他のあらゆる既知のシステム(例えば、ロボット溶接において移動と回転を制御し/容易にするために使用されるシステム)を使用すること等、何れの既知の装置と方法でも制御し、回転させることができる。コントローラ195を使って、コンタクトチップアセンブリ1305の基板Sに関する回転/移動を制御できる。アセンブリ1305を回転可能にすることにより、加工物の形状を必要に応じて作ることができる。例えば、加工物の壁厚を必要に応じて増減できる。さらに、アセンブリ1305の回転中に、溶着材料の何れかのワイヤ送給速度、電流波形、突出部および/またはコンタクトチップ位置のうちの何れか1つまたは組合せを調整できる。例えば、図15に示されるように、位置Aの前に、溶着材料の1つのみが図のように堆積されて、層L#1を形成する。これは、アセンブリ内の先頭の溶着材料とすることができる。アセンブリ1305が回転されると、第二の溶着材料140’が第二の層L#2のために堆積され始め、堆積物L#2が第一の層L#1に連結され、その上に追加される。これは、望ましくない高さを追加することなく、形成中の加工物の幅だけを増大させるように行うことができる。同様に、アセンブリ1305が所望の位置Bまで回転されると、後続の溶着材料140’’および140’’’が同様に、逐次的に堆積され始める。同様に、この運動は、加工物上のレッジまたはオーバハングを形成するために使用でき、オーバハングのための追加の支持は不要である。このような実施形態において、アセンブリ1305の回転と溶着材料の何れか1つまたは全部の堆積の調整(前述のとおり)によって、オーバハングを比較的容易に形成できる。例えば、送給速度および/または突出部/コンタクトチップ深さの位置決めを調整することにより、レッジを比較的簡単に作ることができる。   FIG. 15 illustrates another exemplary embodiment in which the contact tip assembly 1305 is also rotatable with respect to the direction of travel of the deposition process. As shown in this top-to-bottom view, at a first location A, the weld material is deposited in a row as shown in FIGS. The contact tip assembly 1305 is rotated to a new position B while continuing to move, so that the layer deposition changes shape as shown. The contact tip assembly 1305 may be any device, such as using a step motor, motor, or any other known system (eg, a system used to control / facilitate movement and rotation in robotic welding). It can also be controlled and rotated by known devices and methods. Controller 195 can be used to control rotation / movement of contact tip assembly 1305 relative to substrate S. By making the assembly 1305 rotatable, the shape of the workpiece can be made as needed. For example, the wall thickness of the workpiece can be increased or decreased as necessary. Further, during rotation of assembly 1305, any one or combination of any of the wire feed rates, current waveforms, protrusions and / or contact tip positions of the weld material can be adjusted. For example, as shown in FIG. 15, before position A, only one of the welding materials is deposited as shown to form layer L # 1. This can be the leading weld material in the assembly. As the assembly 1305 is rotated, the second weld material 140 'begins to be deposited for the second layer L # 2, and the deposit L # 2 is coupled to the first layer L # 1 and above it Added. This can be done to increase only the width of the workpiece being formed without adding an undesirable height. Similarly, as the assembly 1305 is rotated to the desired position B, subsequent weld materials 140 "and 140" "begin to be deposited sequentially as well. Similarly, this motion can be used to form a ledge or overhang on the workpiece, and no additional support for the overhang is required. In such an embodiment, the overhang can be formed relatively easily by rotating the assembly 1305 and adjusting the deposition of any one or all of the welding materials (as described above). For example, a ledge can be made relatively easily by adjusting the feed rate and / or positioning of the protrusion / contact tip depth.

したがって、システム1300は、本明細書で説明する付加製造工程およびシステムの製造柔軟性を大幅に増大させる。   Thus, the system 1300 significantly increases the manufacturing flexibility of the additive manufacturing processes and systems described herein.

図16、17A〜Cおよび18Aは、本明細書中に記載されている方法とシステムに使用可能な基板1600の例示的実施形態を示している。基板1600は、導電性であり、堆積電流/波形のための電流経路を提供するが、非結合面1610も有し、それによって製造工程完了後に基板1600から加工物を比較時取り外しやすい。   16, 17A-C, and 18A illustrate an exemplary embodiment of a substrate 1600 that can be used in the methods and systems described herein. The substrate 1600 is conductive and provides a current path for the deposition current / waveform, but also has a non-bonded surface 1610 that facilitates removal of the workpiece from the substrate 1600 for comparison after the manufacturing process is complete.

一般に、付加製造において、構成中の加工物は、導電性であって溶着材料加熱電流のための適正な電流経路を提供する基板または表面上に設置される。しかしながら、基板は導電性である(すなわち、金属)であるため、加工物は基板と結合する。すなわち、加工物の初期製造中に、最初に形成される層は堆積工程を通じて基板に付着する。そのため、加工物を基板から取り外し、おそらく基板材料の一部を最終的な加工物から取り外すために、追加の加工ステップが必要となる。これによって、追加の加工が加わるだけでなく、加工物への損傷の危険性が生じる。当業者であればわかるように、加工物と基板との間の結合は一般に、加工物と基板との間の融合がある場合に発生し、それによって基板上の混入領域において加工物からの材料が基板の材料と混合し、これは接合技術と同じである。本発明の実施形態は、この問題に対処する。   In general, in additive manufacturing, the workpiece being constructed is placed on a substrate or surface that is conductive and provides a proper current path for the welding material heating current. However, since the substrate is conductive (ie, metal), the workpiece is bonded to the substrate. That is, during the initial fabrication of the workpiece, the initially formed layer adheres to the substrate through a deposition process. As such, additional processing steps are required to remove the workpiece from the substrate and possibly remove some of the substrate material from the final workpiece. This not only adds additional processing, but also creates a risk of damage to the workpiece. As will be appreciated by those skilled in the art, the bond between the workpiece and the substrate generally occurs when there is a fusion between the workpiece and the substrate, thereby causing material from the workpiece in the contaminated area on the substrate. Is mixed with the substrate material, which is the same as the bonding technique. Embodiments of the present invention address this issue.

図16は、導電性材料で作製される例示的基板1600を示しており、これによって電流がそこを通過するが、加工物110はそこに結合しないようになる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、基板は銅または黒鉛から作製でき、これらは導電性であるが、アルミニウムまたは鋼鉄の加工物と結合しない。他の例示的実施形態において、基板1600は多数の異なる材料のマトリクスとして作製できる。例えば、基板1600は、非導電性セラミックまたはクレイ材料のマトリクス材料から作製でき、これはセラミックまたはクレイマトリクス内で分散された導電性(例えば金属)材料を有して、導電経路を作る。図16に示されるように、非導電性マトリクス1603は、その中全体に導電性粒子1605が分散されて、電流経路が表面1610からアース点1625まで作られ、そこに電源からのリード線を接続できる。いくつかの例示的実施形態において、基板1600は主に、その中に銅粒子1605が分散されたセラミックとすることができ、基板の加工物表面から、アースまたは電流ケーブルが固定される基板の他の箇所まで電流を伝送できる銅濃度を提供するのに十分な量の銅を有する。導電性材料1605は、銅とすることができ、粉末、粒状、糸状、またはリボン状の何れかとすることができる。しかしながら、導電性材料は、導電経路が基板1600からアース点125まで形成されるように分散させるべきである。アース点125は、基板1600上のどこに位置付けることもできる。いくつかの例示的実施形態において、導電性材料を基板構造1600全体にわたって均等に分散させる必要はないが、加工物表面1610全体に、加工物が基板表面1610上に位置付けられるか、またはそこで開始される場所から電流経路を提供するのに十分に分散させるべきであることに留意する。マトリクス材料1603は、加工物と結合しない何れの材料または材料の組合せとすることもできる。材料は、非電導性で高い融点を有し、基板上への加工物の形成中にマトリクス1603の表面が溶融しないものとすることができる。前述のように、マトリクス材料はクレイ、セラミックのうちの何れの1つでも、またはそれらの組合せでもよい。その他の材料としては、炭素含有率の高い鋳鉄または、基板上で付加工程が実行された時に脆化するその他のあらゆる合金を含むことができる。前述のように、付加工程における混入は(あったとしても)比較的低レベルであるため、基板から構築物への合金の伝播は最小限となる。しかしながら、伝播は、構築物の第一の層が脆化し、その一方で、同時に導電性が保たれるようなものとすることができる。構築物が完成すると、使用者は脆い界面を容易に曲げて、壊し、構築物を基板から分離できる。前述のように、セラミック材料を基板に都用できる。このようなセラミックは高い融点を有するべきであり、例えばAl、またはその他同様のセラミックである。他の例において、軟鋼の構築物のための基板として、アルミニウム材料または合金を使用できる。 FIG. 16 shows an exemplary substrate 1600 made of a conductive material, which allows current to pass therethrough but prevents the work piece 110 from being coupled thereto. For example, in some exemplary embodiments, the substrates can be made from copper or graphite, which are electrically conductive but do not bond to an aluminum or steel workpiece. In other exemplary embodiments, the substrate 1600 can be made as a matrix of many different materials. For example, the substrate 1600 can be made from a matrix material of a non-conductive ceramic or clay material, which has a conductive (eg, metal) material dispersed within the ceramic or clay matrix to create a conductive path. As shown in FIG. 16, the non-conductive matrix 1603 has conductive particles 1605 dispersed throughout it, creating a current path from the surface 1610 to the ground point 1625, to which leads from the power source are connected. it can. In some exemplary embodiments, the substrate 1600 may be primarily a ceramic having copper particles 1605 dispersed therein, from the workpiece surface of the substrate, to the other of the substrate to which the ground or current cable is secured. A sufficient amount of copper to provide a copper concentration capable of transmitting current to The conductive material 1605 can be copper and can be either powder, granular, thread-like, or ribbon-like. However, the conductive material should be distributed so that a conductive path is formed from the substrate 1600 to the ground point 125. The ground point 125 can be located anywhere on the substrate 1600. In some exemplary embodiments, the conductive material need not be evenly distributed throughout the substrate structure 1600, but the workpiece surface 1610 may be positioned on or initiated on the workpiece surface 1610. Note that it should be well distributed to provide a current path from the location. The matrix material 1603 can be any material or combination of materials that does not bond to the workpiece. The material can be non-conductive and have a high melting point so that the surface of the matrix 1603 does not melt during the formation of the workpiece on the substrate. As described above, the matrix material may be any one of clay, ceramic, or a combination thereof. Other materials can include cast iron with a high carbon content or any other alloy that becomes brittle when an additional step is performed on the substrate. As mentioned above, the contamination in the addition process is at a relatively low level (if any), so that the propagation of the alloy from the substrate to the construction is minimal. However, the propagation can be such that the first layer of the structure becomes brittle while at the same time maintaining electrical conductivity. When the structure is complete, the user can easily bend and break the fragile interface and separate the structure from the substrate. As described above, a ceramic material can be used for the substrate. Such ceramics should have a high melting point, such as Al 2 O 3 or other similar ceramics. In other examples, an aluminum material or alloy can be used as a substrate for a mild steel construction.

別の例示的実施形態において、基板は、基板が構築加工物のための所望の導電性と物理的支持を提供するような濃度の金属粉末から作製できる。このような実施形態において、粉末は、完成後に構築部品から容易に払い落とすことができる。さらに別の例示的実施形態において、基板は、基礎材料中に導電性材料を持っていてもいなくてもよい、セラミック等の非導電性材料の基礎の上に設置される導電層(例えば、銅、カーボン、鉄、その他)からなっていてもよい。基礎材料上の薄い層を使用することによって、基板内への食い込みを最小限にすることができ、それゆえ、基板との結合が確実に生じない。   In another exemplary embodiment, the substrate can be made from a concentration of metal powder such that the substrate provides the desired electrical conductivity and physical support for the build workpiece. In such embodiments, the powder can be easily removed from the construction part after completion. In yet another exemplary embodiment, the substrate is a conductive layer (eg, copper) that is placed on a foundation of a non-conductive material, such as a ceramic, that may or may not have a conductive material in the base material. , Carbon, iron, etc.). By using a thin layer on the base material, bite into the substrate can be minimized, and therefore bonding to the substrate does not occur reliably.

図16に示されるように、いくつかの例示的実施形態において、基板1600は接触領域1620を有することができ、その中に導電性材料が存在し、その外側には導電性材料が存在しないか、より少ない程度で存在して、基板1600が接触領域1620の外側では導電性が低いか、非導電性である。このような実施形態において、加工物110は表面1610上で開始されるか、その上に設置されて、接触領域1620と接触して十分な電気的接触が確実に得られるが、これは接触領域1620の外側には導電性がほとんど、またはまったくないからである。このような実施形態において、接触領域1620の面積は表面1610の面積より小さい。さらに、接触領域1620は何れの所望の形状にも形成できる。それゆえ、例示的実施形態において、付加製造工程を開始するために、工程は表面1610の接触領域1620から始めて、加工物のための電流経路が確実に得られるようにする。加工物110を構成する際、加工物の一部は、加工物が一体部品で、それゆえ連続する電流経路を有するかぎり、表面1610上の、接触領域1620の外に形成することもできる。それゆえ、製造工程用の電流経路が常に提供され、加工物110を加工物110と結合しない導電性表面1610上に形成でき、それによって加工物の取り外しと加工が容易になる。   As shown in FIG. 16, in some exemplary embodiments, the substrate 1600 can have a contact region 1620 with conductive material present therein and no conductive material present outside thereof. , To a lesser extent, the substrate 1600 is less conductive or non-conductive outside the contact region 1620. In such an embodiment, the workpiece 110 is initiated on or placed on the surface 1610 to make contact with the contact area 1620 to ensure sufficient electrical contact, which is the contact area. This is because there is little or no conductivity outside the 1620. In such an embodiment, the area of contact region 1620 is less than the area of surface 1610. Further, the contact area 1620 can be formed in any desired shape. Thus, in the exemplary embodiment, to begin the additive manufacturing process, the process begins with the contact area 1620 of the surface 1610 to ensure that a current path for the workpiece is obtained. In constructing the workpiece 110, a portion of the workpiece can also be formed outside the contact area 1620 on the surface 1610 as long as the workpiece is an integral part and thus has a continuous current path. Therefore, a current path for the manufacturing process is always provided and the workpiece 110 can be formed on a conductive surface 1610 that does not couple to the workpiece 110, thereby facilitating removal and processing of the workpiece.

図17Aは、他の例示的実施形態を示しており、その中で基板1600は導電性材料の格子1630を有し、それが基板100の表面1610上にグリッド構造を形成する。銅等の導電性材料から作製される格子1630は、セラミック、クレイまたはその他の非導電性材料とすることのできる基板1600の材料の中に埋め込まれる。格子1630は、グリッド構造が表面1610上に形成されて、形成される予定の加工物110の大きさまたは向きに関係なく、加工物が格子1630の少なくとも一部と接触して必要な導電経路が提供されるように形成できる。格子1630は、基板1600上に作られる予定の加工物の大きさにとって望ましい間隔を提供するようなメッシュサイズを有することになる。いくつかの実施形態において、格子1630は基板1600を貫通する深さを有することができ、他の実施形態においては、格子1630の深さは基板1600全体にわたるわけではない。さらに、格子構造1630は、構造全体が導電性であり、加工物がどこで格子構造1630と接触するかを問わず、アース点1625まで電気経路ができるように形成される。さらに、例示的実施形態において、格子構造1630は、図16に関して説明したものと同様に、基板1600上の接触領域においてのみ存在できる。すなわち、表面1610で露出する格子構造は、表面1610の個別部分(すなわち接触領域)の中にのみあり、格子はアース点1625に連結される。このような実施形態において、加工物の一部が接触領域の中にあって格子1630の一部と接触するかぎり、電流経路が存在して、加工物の製造が可能である。しかしながら、再び、表面1610のほとんどが非導電性で非結合性であるため、加工物の取り外しと加工は既知の基板と比較して容易である。   FIG. 17A illustrates another exemplary embodiment, in which substrate 1600 has a grid 1630 of conductive material that forms a grid structure on surface 1610 of substrate 100. A grid 1630 made of a conductive material such as copper is embedded in the material of the substrate 1600, which can be a ceramic, clay or other non-conductive material. The grid 1630 has a grid structure formed on the surface 1610 so that the work piece contacts at least a portion of the grid 1630 to provide the necessary conductive path regardless of the size or orientation of the work piece 110 to be formed. Can be configured as provided. The grid 1630 will have a mesh size that provides the desired spacing for the size of the workpiece to be made on the substrate 1600. In some embodiments, the grating 1630 can have a depth that penetrates the substrate 1600, and in other embodiments, the depth of the grating 1630 does not span the entire substrate 1600. Further, the grid structure 1630 is formed such that the entire structure is conductive and an electrical path is provided to the ground point 1625 regardless of where the workpiece contacts the grid structure 1630. Further, in the exemplary embodiment, the lattice structure 1630 can exist only in contact areas on the substrate 1600, similar to that described with respect to FIG. That is, the grid structure exposed at surface 1610 is only in the discrete portions (ie, contact areas) of surface 1610 and the grid is coupled to ground point 1625. In such an embodiment, as long as a portion of the workpiece is in the contact area and contacts a portion of the grid 1630, a current path exists and the workpiece can be manufactured. However, again, because most of the surface 1610 is non-conductive and non-bonding, removal and processing of the workpiece is easier compared to known substrates.

図17Bは、本明細書において説明されている装置に使用可能な基板1600の他の例示的実施形態を示している。この実施形態において、基板1600は、基板1600の面積全体にわたって分散される複数の個別のアース点1651/1652/1653等を含む。点は、格子パターン等のあるパターンで分散させて、それらのそれぞれの位置がその基板を用いるあらゆるシステムのコントローラからわかるようにすることができる。アース点は導電性材料から作製され、ワイヤ、ピン、その他とすることができ、基板1600を貫通して、それらの各々を基板1600の他の表面上で露出させることができる。図17Bに示されている実施形態において、アース点は基板1600を貫通して、その反対の端が基板1600の底面上で露出する。他の実施形態において、反対の端は希望により、側面から出すことができる。アース点1651、1652、1653等は、切り換え回路1660に電気的に接続され、これもまたシステムと、後述のように回路1660内でのアーススイッチの動作を制御するコントローラにも電気的に連結される。アース点の位置がわかっているため、付加工程を、付加工程のための最初のアース経路として機能するアース点のうちの1つ(例えば、点1651)で開始できる。工程が始まると、溶融池は、それが次のアース点1652に到達するまで表面1610に沿って移動できる。切り換え回路1660により、コントローラは構築工程のアース点を連続する付加工程に最も近いアース点に切り換えることができる。すなわち、工程のコンタクトチップが移動されると、アース点は作業に最も近いアース経路を提供するように切り換えられることができる。さらに、他の例示的実施形態において、切り換え回路1660は、複数のアース点を通じて、複数のアース経路を開き、工程に使用可能な電流の量を増大させることができる。さらに、例示的実施形態において、切り換え回路1660は、アース電流経路を異なる位置へと駆動して、堆積工程を制御するために使用できる。例えば、構築工程が基板1600の縁に接近すると、スイッチ1660は基板1600の中心により近いアース点に切り換わり、堆積工程と溶融池の制御を助けることができる。これはまた、堆積工程中に何れかのアークが形成される場合に、アークの方向の制御を助けるためにも使用できる。   FIG. 17B shows another exemplary embodiment of a substrate 1600 that can be used in the apparatus described herein. In this embodiment, the substrate 1600 includes a plurality of individual ground points 1651/1652/1653, etc. distributed over the entire area of the substrate 1600. The points can be distributed in a pattern, such as a grid pattern, so that their respective positions are visible to the controller of any system that uses the substrate. The ground point can be made of a conductive material and can be a wire, pin, or the like, and can penetrate through the substrate 1600 and expose each of them on the other surface of the substrate 1600. In the embodiment shown in FIG. 17B, the ground point penetrates the substrate 1600 and its opposite end is exposed on the bottom surface of the substrate 1600. In other embodiments, the opposite end can be extended from the side as desired. The ground points 1651, 1652, 1653, etc. are electrically connected to the switching circuit 1660, which is also electrically connected to the system and a controller that controls the operation of the earth switch in the circuit 1660 as described below. The Since the location of the ground point is known, the additional process can begin at one of the ground points (eg, point 1651) that serves as the initial ground path for the additional process. When the process begins, the weld pool can move along the surface 1610 until it reaches the next ground point 1652. The switching circuit 1660 allows the controller to switch the ground point of the construction process to the ground point closest to the continuous additional process. That is, as the process contact tip is moved, the ground point can be switched to provide the ground path closest to the job. Furthermore, in other exemplary embodiments, the switching circuit 1660 can open multiple ground paths through multiple ground points to increase the amount of current available for the process. Further, in the exemplary embodiment, switching circuit 1660 can be used to drive the ground current path to a different position to control the deposition process. For example, as the build process approaches the edge of the substrate 1600, the switch 1660 can switch to a ground point that is closer to the center of the substrate 1600 to help control the deposition process and the weld pool. It can also be used to help control the direction of the arc if any arc is formed during the deposition process.

図17Cは、本発明の別の例示的実施形態を示しており、その中で基板1600は、アース点1651、1652、1653等のすべてを電気的に連結する導体1670をさらに含み、導体1670は電源に連結されて、堆積電流のためのアース経路が完成する。このような実施形態において、上述の切り換え回路1660を使用する必要がない。図の実施形態において、導体1670は、基板1600の表面に取り付けられた導電性プレートまたは層であり、そこにすべてのアース点が連結される。もちろん、導体1670は底面上になくてもよく、基板1600の他の表面上にあってもよい。使用中、構築構造が複数のアース点1651等と接触すると、導体1670に追加のアース経路が提供されて、これもまた、工程中により多くの電流を使用することを可能にする。上記の実施形態の何れにおいても、堆積工程に使用されるコントローラ/電源は、何れのアース点に関する容認可能な電流レベルも超えないように堆積電流レベルを制御できる。すなわち、構築工程の開始時に、アース点1651が1つだけ使用されている場合、電流は、電流レベルが1つのアース点1651にとって容認可能なレベルを超えないように制御される。そうすることは、アース点への損傷の原因となる。しかしながら、構築が他のアース点まで進むと、コントローラは電流レベルを上昇させることができ、これは他のアース点と接触するから、すなわち、導体1670までのアース経路の数が増えるからである。したがって、このような実施形態において、コントローラにはアース点の各々の位置がわかるため、するとコントローラは、複数のアース点が利用される時に電流を増大させることができる。このような実施形態において、堆積電流は、それぞれのアース点の各々の接触ごとに段階的に増大させることができ、または適当な数のアース点と接触した時に1回で増大させることもできる。例えば、200アンペアの堆積電流の場合、コントローラは、このような電流レベルには最低4つのアース点が必要であると(保存された情報を使って)判断できる。コントローラ/電源は、第一の、より低い電流レベル(例えば50アンペア)を、少なくとも4つのアース点が接触するまで利用でき、この時点で堆積電流が最適レベルまで増大される。他の実施形態において、電流は、必要最小限のアース点が接触するまで、新しいアース点が接触するたびに段階的に増大させることができる。例えば、電流は、所望の堆積電流レベルに到達するまで、連続するアース点ごとに50アンペアずつ増大させることができる。電流増大ステップは、システムのコントローラ内で事前設定/事前プログラムすることができる。   FIG. 17C illustrates another exemplary embodiment of the present invention in which the substrate 1600 further includes a conductor 1670 that electrically connects all of the ground points 1651, 1652, 1653, etc. Connected to the power supply, the ground path for the deposition current is completed. In such an embodiment, it is not necessary to use the switching circuit 1660 described above. In the illustrated embodiment, conductor 1670 is a conductive plate or layer attached to the surface of substrate 1600 to which all ground points are coupled. Of course, the conductor 1670 may not be on the bottom surface and may be on another surface of the substrate 1600. In use, when the construction structure contacts multiple ground points 1651, etc., an additional ground path is provided to the conductor 1670, which also allows more current to be used during the process. In any of the above embodiments, the controller / power supply used in the deposition process can control the deposition current level so as not to exceed an acceptable current level for any ground point. That is, if only one ground point 1651 is used at the start of the build process, the current is controlled such that the current level does not exceed an acceptable level for one ground point 1651. Doing so causes damage to the grounding point. However, as construction proceeds to other ground points, the controller can increase the current level because it contacts other ground points, ie, the number of ground paths to conductor 1670 increases. Thus, in such an embodiment, the controller knows the location of each ground point, so the controller can increase the current when multiple ground points are utilized. In such embodiments, the deposition current can be increased in steps for each contact of each ground point, or it can be increased once when it contacts the appropriate number of ground points. For example, for a 200 amp deposition current, the controller can determine (using stored information) that such a current level requires a minimum of four ground points. The controller / power supply can utilize the first, lower current level (eg, 50 amps) until at least four ground points touch, at which point the deposition current is increased to an optimal level. In other embodiments, the current can be increased in steps each time a new ground point touches, until the minimum required ground point touches. For example, the current can be increased by 50 amperes for each successive ground point until the desired deposition current level is reached. The current increase step can be pre-set / pre-programmed in the system controller.

本発明の例示的実施形態において、アース点は、平均径が使用されるワイヤ径のそれより大きい平均径を有するワイヤまたはピンである。例示的実施形態において、アース点は、使用される最大ワイヤ径より少なくとも20%大きい平均径を有するピンである。いくつかの例示的実施形態において、直径は、最大径のワイヤの直径より20〜80%大きい。さらに、図17Cに示されるように、ピンは、加工物との接触をさらに大きくするために、図のように、より大きいヘッド領域を有することができる。すなわち、ピンは、基板の接触面において、より大きいヘッド領域(例えば、釘その他のように)を有することができ、例えば図17Cを参照されたい。ピン1651その他が図17Cに示される形状を有するかぎり、より大きなヘッド領域は、上述のピンの平均径を決定する上で考慮されない。   In an exemplary embodiment of the invention, the ground point is a wire or pin having an average diameter that is greater than that of the wire diameter used. In an exemplary embodiment, the ground point is a pin having an average diameter that is at least 20% greater than the largest wire diameter used. In some exemplary embodiments, the diameter is 20-80% greater than the diameter of the largest diameter wire. Further, as shown in FIG. 17C, the pins can have a larger head area as shown to further increase contact with the workpiece. That is, the pin can have a larger head area (eg, a nail or the like) at the contact surface of the substrate, see for example FIG. 17C. As long as the pins 1651 and others have the shape shown in FIG. 17C, the larger head area is not considered in determining the average pin diameter described above.

別の例示的実施形態において、アース点1651等(例えば、ピン、ワイヤ、ロッド、その他)は、基板1600の中で取り外し可能かつ交換可能である。例えば、図17Cに示されているように、ピンは単純に基板内の穴の中に嵌り、上述のアース点として機能する。混入を通じてピンは加工物に、その構築時に固定され、完成後に加工物は固定されたピンと共に取り外される。すると、ピン/ロッド、その他は機械加工工程を介して取り外すことができ、次の工程のために基板1600内で新しいピンを交換できる。取り外し可能ピン1651等は、基板上に構築中の加工物および接触プレート1670と接触して、適正なアース電流経路を形成できるように十分な長さであるべきである。   In another exemplary embodiment, ground point 1651 etc. (eg, pins, wires, rods, etc.) are removable and replaceable within substrate 1600. For example, as shown in FIG. 17C, the pins simply fit into holes in the substrate and function as the ground point described above. Through mixing, the pins are fixed to the work piece at the time of construction, and after completion, the work piece is removed together with the fixed pins. The pins / rods, etc. can then be removed via a machining process and new pins can be replaced in the substrate 1600 for the next process. The removable pins 1651 and the like should be long enough to contact the workpiece being built on the substrate and the contact plate 1670 to form a proper ground current path.

図18Aは、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中で基板1600は少なくとも1つの冷却チャネル1640を含み、加工物の製造中、または少なくとも加工物の初期製造中に冷媒がその中を通過できる。冷媒は、気体または液体とすることができ、基板を、表面1610の何れの部分も溶融しないように、またはそれ以外に加工物に付着しないように、ある温度に保持するために使用される。冷却マニホルド/チャネル1640の使用を通じて基板1600を冷却することによって、基板1610を低温に保持でき、表面1610上の導電性材料(例えば、格子構造、導電性粒子、その他)のすべてを低温に保持して、表面1610上に形成される加工物の何れの層も溶融しないか、またはそれ以外に基板1610上の導電性構成要素に結合しないようにすることができる。その他の実施形態は他の冷却方法/工程を使用でき、これも本発明の範囲または主旨から逸脱しない。例えば、受動ヒートパイプを使用できる。   FIG. 18A illustrates another exemplary embodiment of the present invention in which the substrate 1600 includes at least one cooling channel 1640 where the coolant is present during manufacture of the workpiece, or at least during initial manufacture of the workpiece. You can pass through it. The refrigerant can be a gas or a liquid and is used to keep the substrate at a temperature so that none of the surface 1610 melts or otherwise adheres to the workpiece. By cooling the substrate 1600 through the use of a cooling manifold / channel 1640, the substrate 1610 can be held at a low temperature, keeping all of the conductive material (eg, lattice structure, conductive particles, etc.) on the surface 1610 at a low temperature. Thus, any layer of the workpiece formed on the surface 1610 may not melt or otherwise bond to conductive components on the substrate 1610. Other embodiments may use other cooling methods / steps, which do not depart from the scope or spirit of the invention. For example, a passive heat pipe can be used.

それゆえ、例示的実施形態において、必要な導電性を提供するが、製造後の加工物の取り外しと加工がより容易になるように非結合性表面を提供する基板が提供される。   Thus, in an exemplary embodiment, a substrate is provided that provides the necessary electrical conductivity, but provides a non-bonded surface so that removal and processing of the workpiece after fabrication is easier.

図18Bは、本明細書中で説明されている例示的な付加製造工程に使用可能なまた別の構造を示している。本明細書中で説明されている付加製造工程は、複雑で繊細な加工物を製造するために使用できる。このような構成要素の容易な製造は、製造工程を水平ではない従来の基板または作業台表面から開始することによって支援される。例えば、加工物を吊り下げ方式で製造することが有利であるもしれない。すなわち、加工物の初期層/堆積物が吊り下げられ、これが、従来の下から上に向かう平坦な表面基板と反対に、基板の底から延びるような加工物のほうが製造しやすいかもしれない。図18Bに示される実施形態は、このような状況で使用可能な例示的なトラス構造1800を示している。トラス構造1800は、複数の支持構成要素1810および1820を有することができ、これらは相互に電気的に接続されて電流を流す。トラス構造1800は、加工物がその加工物について望ましい、構造物1800の何れの点からも開始できる。例えば、加工物を上下反対に、または上から下の工程で製造するほうが容易であれば、その部品は、本明細書中で説明されている工程によって、部材1810および1820の一方のある地点から開始し、下に向かって構築することができる。もちろん、使用されるトラス構造とトーチ/コンタクトチップは、チップをトラス構造1800内に適正に位置付けることができるように設計するべきである。その後、この部品は、構造1810/1820から、必要に応じて基板1600の表面に向かって下方へと構築できる。図のように、トラス構造1800は、それ自体のアース接点1825を有することができ、または単純に全体を導電性とすることができる。さらに、いくつかの例示的実施形態において、トラス構造は接触用突起1830を有していてもよく、そこに部品または加工物の開始部分が固定されて、構築作業が始まる。これらの突起1830はコンタクトノードとして機能し、そこから加工物の開始部分が開始される。これらの突起は製造工程を開始しやすくすることができ、最終的な部品をトラス構造から分離しやすくすることができ、製造された部品に損傷を与えない。突起1830は、構造1800の部品1810/1820と一体に作製できる。他の実施形態では、突起1830は構造と異なる材料で作製でき、および/またはそこから容易に分離できる。例えば、突起1830は、ヘッドまたは突起部分を有するピンまたはその他の固定具型構成要素とすることができ、そこに、製造工程を行うための部品を固定し、そこから開始できる。完成後、ピンをトラス構造から取り外すことができ、それによって製造された部品を取り外しやすくなる。トラス構造1800は、ある製造工程にとって望ましい何れの形状または構成をとることもできる。   FIG. 18B shows yet another structure that can be used in the exemplary additive manufacturing process described herein. The additive manufacturing process described herein can be used to produce complex and delicate workpieces. Easy manufacture of such components is aided by starting the manufacturing process from a non-horizontal conventional substrate or workbench surface. For example, it may be advantageous to manufacture the workpiece in a suspended manner. That is, an initial layer / deposit of the workpiece may be suspended, which may be easier to manufacture with a workpiece that extends from the bottom of the substrate, as opposed to a conventional flat surface substrate from bottom to top. The embodiment shown in FIG. 18B shows an exemplary truss structure 1800 that can be used in such a situation. The truss structure 1800 can have a plurality of support components 1810 and 1820 that are electrically connected to each other to conduct current. The truss structure 1800 can begin at any point on the structure 1800 where the work piece is desired for the work piece. For example, if it is easier to manufacture the workpiece upside down or in a top-down process, the part can be removed from a point on one of members 1810 and 1820 by the process described herein. You can start and build down. Of course, the truss structure and torch / contact tip used should be designed so that the tip can be properly positioned within the truss structure 1800. This part can then be built down from the structure 1810/1820 as needed toward the surface of the substrate 1600. As shown, the truss structure 1800 can have its own ground contact 1825 or can simply be entirely conductive. Further, in some exemplary embodiments, the truss structure may have a contact projection 1830 on which the starting portion of the part or workpiece is secured and the building operation begins. These protrusions 1830 function as contact nodes, from which the starting part of the workpiece is started. These protrusions can facilitate the start of the manufacturing process, can facilitate the separation of the final part from the truss structure, and do not damage the manufactured part. The protrusion 1830 can be made integral with the part 1810/1820 of the structure 1800. In other embodiments, the protrusion 1830 can be made of a material different from the structure and / or can be easily separated therefrom. For example, the protrusion 1830 can be a pin or other fixture-type component having a head or protrusion portion on which a part for performing a manufacturing process can be fixed and started. After completion, the pin can be removed from the truss structure, thereby facilitating removal of the manufactured part. The truss structure 1800 can take any shape or configuration desirable for a manufacturing process.

例示的実施形態において、トラス構造1800は金属構造とすることができ、それによって電流を、前述の実施形態の何れとすることもできる基板1600に伝達できる。他の例示的実施形態において、トラス構造は、図16および17に関して先に概して説明したように、非結合性であるが、導電性の材料で作製できる。何れの場合も、構造1800は、それが基板1600またはアース点1825の何れかに電流経路を提供して、加熱電流が適正に流れることができるように構成するべきである。   In the exemplary embodiment, truss structure 1800 can be a metal structure, whereby current can be transferred to substrate 1600, which can be any of the previous embodiments. In other exemplary embodiments, the truss structure is non-bonded but can be made of a conductive material, as generally described above with respect to FIGS. In any case, structure 1800 should be configured such that it provides a current path to either substrate 1600 or ground point 1825 so that the heating current can flow properly.

図19A、19Bおよび19Cは本明細書中で説明されている本発明の実施形態に使用可能な付加製造用溶着材料1900の例示的実施形態を示している。一般に理解されている点として、大径の中実溶着材料には、この溶着材料を溶融させるのにより多くの電流/エネルギーが必要となる。しかしながら、より小径の溶着材料であれば、溶融に必要な電流/エネルギーがより少なくてよく、それによって、集合的に、1本のより大径の中実のワイヤと同じ断面積を有する複数の小径の溶着材料を溶融させるのに必要な電流/エネルギーの量も少なくてよい。それゆえ、本発明のいくつかの実施形態において使用される溶着材料は、複数のワイヤ1903が編み組まれたものから作られる編組溶着材料である。いくつかの実施形態において、ワイヤ1903は同じであり、同じ直径と組成を有する。しかしながら、他の例示的実施形態では、ワイヤ1903は相互に異なっていてもよい。例えば、いつくかの実施形態において、2つの異なるワイヤの種類を使って編組溶着材料1900を作ることができる。このような実施形態において、ワイヤは、直径および/または組成に基づいて異なっていてもよい。例えば、中央のワイヤは第一の直径と組成を有することができ、周辺のワイヤ1903はどちらも第一の直径と組成とは異なる第二の直径と組成を有する。これによって、特定の製造工程に合わせてカスタム化された特性を有する溶着材料1900の使用が可能となる。留意するべき点として、本明細書中で説明された、中実またはコア入り溶着材料を堆積させるための方法とシステムは、図19Aに示されるような編組溶着材料を堆積させるために使用できる。   19A, 19B, and 19C illustrate an exemplary embodiment of an additive manufacturing welding material 1900 that can be used in the embodiments of the invention described herein. It is generally understood that large diameter solid weld materials require more current / energy to melt the weld material. However, smaller diameter welding materials may require less current / energy for melting, thereby collectively having multiple cross-sectional areas having the same cross-sectional area as a single larger diameter solid wire. The amount of current / energy required to melt the small diameter welding material may also be small. Therefore, the welding material used in some embodiments of the present invention is a braided welding material made from a braid of a plurality of wires 1903. In some embodiments, the wires 1903 are the same and have the same diameter and composition. However, in other exemplary embodiments, the wires 1903 may be different from each other. For example, in some embodiments, two different wire types can be used to make braided weld material 1900. In such embodiments, the wires may vary based on diameter and / or composition. For example, the central wire can have a first diameter and composition, and the peripheral wires 1903 both have a second diameter and composition that is different from the first diameter and composition. This allows the use of a weld material 1900 having properties customized for a particular manufacturing process. It should be noted that the method and system for depositing a solid or cored weld material described herein can be used to deposit a braided weld material as shown in FIG. 19A.

さらに、図19Aに示される実施形態において、中央のワイヤ1903’は、編組でないワイヤであり、ワイヤ1903の外周は中央のワイヤ1903’の周囲に編み組まれる。編組は、溶着材料1900の長さに沿って概して螺旋状のパターンで作ることができる。   Further, in the embodiment shown in FIG. 19A, the central wire 1903 'is a non-braided wire and the outer periphery of the wire 1903 is braided around the central wire 1903'. The braid can be made in a generally spiral pattern along the length of the weld material 1900.

いくつかの例示的実施形態において、溶着材料1900の編組は、ある種類の溶着材料の相対的なワイヤ送給速度を上げるために使用できる。例えば、図19Aに示されるように、中央の溶着材料1903は第一の種類/素材のものとすることができ、周囲のワイヤ1903は、異なる種類/素材のものとすることができる。周囲の(外側の)ワイヤの長さは中央のワイヤより長いため、ある長さの溶着材料1900について、それぞれのワイヤの種類の各々の有効堆積速度は異なる。異なるワイヤの種類の有効な相対的堆積速度は、また、あるバンドル内のワイヤの種類の相対的な数によっても影響を受ける可能性がある。それゆえ、本発明の実施形態は堆積の性質の柔軟性を高めることができる。   In some exemplary embodiments, a braid of welding material 1900 can be used to increase the relative wire delivery speed of a type of welding material. For example, as shown in FIG. 19A, the central welding material 1903 can be of the first type / material, and the surrounding wire 1903 can be of a different type / material. Because the length of the surrounding (outer) wire is longer than the center wire, for a length of welding material 1900, the effective deposition rate of each of the respective wire types is different. The effective relative deposition rate of different wire types can also be affected by the relative number of wire types in a bundle. Therefore, embodiments of the present invention can increase the flexibility of the nature of the deposition.

図19Bおよび19Cは、本発明の実施形態に使用可能な溶着材料の他の例示的実施形態を示している。しかしながら、図19Aの溶着材料1900とは異なり、図19Bおよび19Cの溶着材料1900は溶着材料のコアに空隙1910を有し、コア1910は複数の編組ワイヤ1903によって取り囲まれる。この中空の溶着材料構成によって、堆積中に溶着材料1900を圧縮して「成形」し、堆積工程をカスタム化できるようにすることが可能となる。これについては、後でより詳しく説明する。   19B and 19C illustrate other exemplary embodiments of welding materials that can be used in embodiments of the present invention. However, unlike the welding material 1900 of FIG. 19A, the welding material 1900 of FIGS. 19B and 19C has a void 1910 in the core of the welding material, and the core 1910 is surrounded by a plurality of braided wires 1903. This hollow weld material configuration allows the weld material 1900 to be compressed and “shaped” during deposition, allowing the deposition process to be customized. This will be described in more detail later.

溶着材料1900の外側を形成するワイヤ1903の編組は、既知のワイヤ編組方法と同様に、概して螺旋状パターンで行われるが、空隙1910が溶着材料1900のコアに保持される。図19Aと同様に、ワイヤ1903はいくつかの実施形態において、同じ直径と組成を有することができ、他の実施形態において、ワイヤ1903は異なる特性を有することができる。この例が図19Cに示されており、その中では、編組が、第一の直径と組成を有する第一の種類のワイヤ1903と、第二の直径と組成を有する第二の種類のワイヤ1905を含む。もちろん、いくつかの実施形態において、ワイヤ1903/1905の直径は異なっていても、組成を同じにすることができる。図19Cに示されているように、異なるワイヤ1903/1905が溶着材料1900の断面の周囲を交互に覆う。別の例示的実施形態において、ワイヤ1903/1905は、異なる融点を有することができ、これらよって必要に応じて堆積形状と層形成をカスタム化できる。   The braiding of the wire 1903 forming the outside of the welding material 1900 is performed in a generally spiral pattern, similar to known wire braiding methods, but the void 1910 is retained in the core of the welding material 1900. Similar to FIG. 19A, the wire 1903 can have the same diameter and composition in some embodiments, and in other embodiments, the wire 1903 can have different properties. An example of this is shown in FIG. 19C, in which the braid is a first type of wire 1903 having a first diameter and composition, and a second type of wire 1905 having a second diameter and composition. including. Of course, in some embodiments, the wire 1903/1905 can have the same composition even though the diameters are different. As shown in FIG. 19C, different wires 1903/1905 alternately cover the periphery of the cross-section of the weld material 1900. In another exemplary embodiment, the wires 1903/1905 can have different melting points so that the deposition shape and layer formation can be customized as needed.

空隙1910は、溶着材料1900’が堆積工程中に比較的安定したままであるような寸法にするべきである。空隙が大きすぎると、溶着材料は不安定となり、堆積工程中、その完全性を保たない。例示的実施形態において、空隙1910の直径は溶着材料1900’の有効径の5〜40%の範囲内にある。「空隙1910の直径」とは、図19Cにおいて破線の円で示されるように、空隙1910の中にフィットする最大の円形の断面の直径である。溶着材料1900’の「有効径」は、溶着材料1900’を構成するワイヤ1903/1905の全部の合計の断面積と同じ断面積を有する円の直径である。   The void 1910 should be dimensioned such that the weld material 1900 'remains relatively stable during the deposition process. If the voids are too large, the weld material becomes unstable and does not maintain its integrity during the deposition process. In the exemplary embodiment, the diameter of void 1910 is in the range of 5-40% of the effective diameter of weld material 1900 '. “Diameter of gap 1910” is the diameter of the largest circular cross-section that fits into gap 1910, as shown by the dashed circle in FIG. 19C. The “effective diameter” of the welding material 1900 ′ is the diameter of a circle having the same cross-sectional area as the total cross-sectional area of all the wires 1903/1905 constituting the welding material 1900 ′.

前述のように、中央の空隙1910を有する溶着材料1900は、堆積工程中に、溶着材料の堆積特性を変化させることが可能であるような形状とすることができる。これは図20Aおよび20Bの中に概して示されており、その中で、溶着材料1900は溶着材料の移動方向に関して、体積の所望の幅を実現できるような方向に圧縮されている。本明細書中で説明されているように、本発明の工程とシステムは、付加製造を通じて複雑な形状を作るために使用できる。それゆえ、厚さその他が変化する加工物と形状を作ることができる。図19Bおよび19Cに示される溶着材料1900によれば、空隙によって、これらの複雑な形状と異なる厚さを容易に作ることができる。図20Aにおいて、溶着材料は移動方向に垂直な方向に圧縮されて、溶着材料1900は移動方向に関して狭くなっている。こうすることによって、結果として得られる堆積物は、溶着材料の当初の直径より狭くなる。同様に、図20Bは、同じ溶着材料1900が移動方向に沿った方向に圧縮されていることを示しており、これによって溶着材料1900は移動方向に関して幅広となる。それゆえ、このような圧縮により、必要に応じてより広く堆積を行うことができる。前述のように、空隙1910は、溶着材料1900の変形によってその非圧縮状態と比較してその相対的な幅を変えることができるような大きさ/直径であるべきである。   As described above, the welding material 1900 having the central void 1910 can be shaped such that the deposition characteristics of the welding material can be changed during the deposition process. This is shown generally in FIGS. 20A and 20B, in which the weld material 1900 is compressed in a direction that can achieve the desired width of the volume with respect to the direction of movement of the weld material. As described herein, the process and system of the present invention can be used to create complex shapes through additive manufacturing. Therefore, workpieces and shapes with varying thicknesses and the like can be made. According to the welding material 1900 shown in FIGS. 19B and 19C, these complex shapes and different thicknesses can easily be created by the voids. In FIG. 20A, the welding material is compressed in a direction perpendicular to the moving direction, and the welding material 1900 becomes narrower with respect to the moving direction. By doing this, the resulting deposit is narrower than the original diameter of the weld material. Similarly, FIG. 20B shows that the same weld material 1900 is compressed in a direction along the direction of movement, which causes the weld material 1900 to be wider with respect to the direction of movement. Therefore, such compression allows more extensive deposition as needed. As described above, the void 1910 should be sized / diametered such that deformation of the weld material 1900 can change its relative width compared to its uncompressed state.

いくつかの例示的実施形態において、空隙1910には、堆積に必要な所望の性質のフラックスまたは粉末を充填できる。これは、ワイヤにしにくい、またはワイヤの溶融を通じて移動可能な所望の材料を構築物へと供給するのを助けることができる。例えば、耐摩耗パウダをフラックスとして追加できる。   In some exemplary embodiments, the void 1910 can be filled with a desired property of flux or powder required for deposition. This can help deliver the desired material to the construct that is difficult to wire or move through melting of the wire. For example, an abrasion resistant powder can be added as a flux.

図20Cは、本発明の実施形態に使用可能なコンタクトチップアセンブリ2000と溶着材料供給システムおよび方法の他の例示的実施形態を示している。この実施形態においては、少なくとも2つの溶着材料2010および2020がコンタクトチップアセンブリ2000とコンタクトチップ2040へと向けられ、コンタクトチップ2040は穴2030を有し、両方の溶着材料がそこを通過できる。上述の実施形態と異なり、溶着材料2010および2020は編み組まれていない。これらは、同じ溶着材料供給源(スプール、リール、その他)から供給することも、または別々の供給源から供給することもできる。さらに、これらは同じ寸法と組成を有する同じ溶着材料とすることも、またはある製造作業にとって望ましいように違えることもできる。別の例示的実施形態において、溶着材料2010および2020は、異なる速度で送給でき、いくつかの実施形態において、送給速度は堆積工程中、「その場で」変更可能である。このような実施形態は、堆積工程中に構築物に合わせて合金をカスタム化できるようにする。例えば、工程の第一の部分において、溶着材料2010および2020を同じ速度で送給するが、構築工程の別の段階では、溶着材料2010の速度を必要に応じて増減させることにより、所望の堆積性質を持たせる。   FIG. 20C illustrates another exemplary embodiment of a contact tip assembly 2000 and welding material supply system and method that can be used in embodiments of the present invention. In this embodiment, at least two welding materials 2010 and 2020 are directed to contact tip assembly 2000 and contact tip 2040, which has a hole 2030 through which both welding materials can pass. Unlike the embodiments described above, the welding materials 2010 and 2020 are not braided. They can be supplied from the same welding material source (spool, reel, etc.) or from different sources. Further, they can be the same weld material having the same dimensions and composition, or they can be different as desired for certain manufacturing operations. In another exemplary embodiment, the welding materials 2010 and 2020 can be delivered at different rates, and in some embodiments, the delivery rate can be changed “in place” during the deposition process. Such an embodiment allows the alloy to be customized to the construct during the deposition process. For example, in the first part of the process, the welding materials 2010 and 2020 are delivered at the same rate, but at another stage of the build process, the desired deposition rate can be increased by increasing or decreasing the speed of the welding material 2010 as needed. Give nature.

さらに、2つの溶着材料が示されているが、他の実施形態では必要に応じて3つまたはそれ以上を使用することができる。図の実施形態において、溶着材料2010および2020は、穴2030(これは、楕円形または、溶着材料を収容できる他の何れの形状とすることもできる)に供給され、その後、既知の溶着材料供給システムを使って加工物へと向けられる。堆積中、コンタクトチップ2040は、溶着材料が所望の堆積物の輪郭を提供するような向きとされる。さらに、コンタクトチップ2040は(上述の実施形態と同様に)回転可能であり、溶着材料を設計通りの向きにして、堆積工程の形状または輪郭を所望の通りに変更できる。例えば、図のように、左側の向きは一列の向きを示しており、これは加工物上に狭い堆積物を提供するが、溶着材料が移動方向に一列であるため、高さはより高い。すると、必要に応じて、コンタクトチップ2040を右側に示される位置に回転させることができる。回転は、コントローラ195とモータ、その他によって実行でき、堆積方向の変更中に使用可能であり、トーチの向きを変える必要がない。右側の位置は、移動方向に堆積物の幅を増大させることが望ましい時に使用できる。また、いくつかの実施形態において、両方の溶着材料2010および2020を同時に送給しなくてもよいかもしれないことに留意する。このような実施形態において、溶着材料2010および2020は、別々のワイヤフィーダ(図示せず)によって送給され、コントローラ195が溶着材料のうちのどれが送給されているか、またはこれらが同時に送給されるか否かを制御できる。このような実施形態において、送給されていない溶着材料は穴2030から抜き取る必要がなく、それゆえ、送給されている溶着材料の位置を保持するために使用できる。このような実施形態において、溶着材料の送給は、コントローラ195によって制御でき、これは、工程中のある瞬間に、必要に応じて溶着材料の何れか一方または両方を送給する。   In addition, although two welding materials are shown, other embodiments can use three or more as needed. In the illustrated embodiment, the welding materials 2010 and 2020 are fed into holes 2030 (which can be oval or any other shape that can accommodate the welding material), followed by a known welding material feed. Directed to the workpiece using the system. During deposition, the contact tip 2040 is oriented such that the welding material provides the desired deposit profile. In addition, the contact tip 2040 is rotatable (similar to the embodiment described above) and the deposition material can be oriented as designed to change the shape or contour of the deposition process as desired. For example, as shown, the left orientation indicates a single row orientation, which provides a narrow deposit on the workpiece, but the height is higher because the weld material is in a row in the direction of travel. Then, the contact tip 2040 can be rotated to the position shown on the right side as necessary. Rotation can be performed by the controller 195, motor, etc., and can be used during the change of the deposition direction, without changing the torch orientation. The right position can be used when it is desirable to increase the width of the deposit in the direction of travel. Note also that in some embodiments, both welding materials 2010 and 2020 may not be delivered simultaneously. In such an embodiment, the welding materials 2010 and 2020 are fed by separate wire feeders (not shown) and the controller 195 feeds which of the welding materials is being fed or they are fed simultaneously. Can be controlled. In such an embodiment, undelivered weld material need not be extracted from hole 2030 and can therefore be used to hold the position of the weld material being delivered. In such an embodiment, the delivery of the welding material can be controlled by the controller 195, which delivers one or both of the welding materials as needed at a certain moment in the process.

さらに、図20Cに示されている実施形態において、溶着材料2010および2020の各々は、これらが1つの穴2030を通じて方向付けられるため、同じ電流を共有している。このような実施形態において、電流は単独の電源から供給でき、電流は各溶着材料により共有される。しかしながら、図20Dは、異なる例示的実施形態を示している。図20Dに示される実施形態において、コンタクトチップアセンブリ2000は、電気的に絶縁された2つのコンタクトチップ部分2015および2025を含む。チップ部分2015および2025は、それぞれ溶着材料2010および2020を供給する。しかしながら、アセンブリ2000は切り換え装置または機構2050を含み、これはチップ部分2015および2025を相互に電気的に連結して、これらが電流を共有するようにでき、またはチップ部分を相互に電気的に絶縁できる。ある例示的実施形態において、チップ部分2015および2025の各々は、別々の電源(PS#1およびPS#2)に連結される。スイッチ2050が開位置にあるとき、それぞれの電源は各々、それぞれの溶着材料に別の異なる加熱電流を供給できる。このような実施形態において、溶着材料は異なる速度で堆積させることも、またはサイズと組成を違えることもできる。これは、複数の溶着材料を使って上述と同様の実施形態として制御し、使用できる。しかしながら、この実施形態において、必要に応じて、コントローラ195はスイッチを閉じることができ、この時、コンタクトチップ部分2015および2025は電気的に連結され、電源P.S.#1またはP.S.#2の一方からの単独の電流信号を共有できる。このような実施形態においては、電力使用量を減少させ、および/または信号同期の必要性をなくすために、ある作業のために単独の電源を動作させるだけでよくすることができる。このような実施形態において、スイッチ2050を閉じることができ、それによって今度はチップ部分2015および2025の各々を相互に連結でき、溶着材料2010および2020が単独の供給源からの同じ信号を共有する。スイッチ2050が開くと、チップ部分は(誘電材料またその他適当な手段を通じて)相互に電気的に絶縁され、両方の溶着材料を堆積させる予定の場合、これらは別々の電源から別々の信号を受け取る。あるいは、堆積作業中のある時点で、単独の溶着材料を堆積させればよいかもしれない。それゆえ、1つの電源だけが動作するが、スイッチ2050は安全のために開いて他方の溶着材料を絶縁する。切り換え機構2050は、チップ部分2015および2025を絶縁および接続できる何れのスイッチ構造とすることもでき、また、チップアセンブリ2000に統合しても、または希望によりアセンブリ2000から離してもよい。   Further, in the embodiment shown in FIG. 20C, each of the welding materials 2010 and 2020 shares the same current because they are directed through one hole 2030. In such an embodiment, the current can be supplied from a single power source and the current is shared by each welding material. However, FIG. 20D shows a different exemplary embodiment. In the embodiment shown in FIG. 20D, contact tip assembly 2000 includes two contact tip portions 2015 and 2025 that are electrically isolated. Tip portions 2015 and 2025 supply welding materials 2010 and 2020, respectively. However, assembly 2000 includes a switching device or mechanism 2050 that can electrically connect tip portions 2015 and 2025 to each other so that they share current or electrically isolate the tip portions from each other. it can. In an exemplary embodiment, each of chip portions 2015 and 2025 are coupled to separate power supplies (PS # 1 and PS # 2). When the switch 2050 is in the open position, each power source can each supply a different heating current to its respective welding material. In such embodiments, the welding material can be deposited at different rates or can be different in size and composition. This can be controlled and used as an embodiment similar to that described above using a plurality of welding materials. However, in this embodiment, if desired, the controller 195 can close the switch, at which time the contact tip portions 2015 and 2025 are electrically coupled and the power supply P.P. S. # 1 or P.I. S. A single current signal from one of # 2 can be shared. In such embodiments, it may be sufficient to operate a single power supply for certain tasks to reduce power usage and / or eliminate the need for signal synchronization. In such an embodiment, the switch 2050 can be closed, which in turn allows each of the tip portions 2015 and 2025 to be interconnected, with the welding materials 2010 and 2020 sharing the same signal from a single source. When switch 2050 is opened, the chip portions are electrically isolated from each other (through dielectric material or other suitable means) and if they are to deposit both deposited materials, they receive separate signals from separate power sources. Alternatively, a single weld material may be deposited at some point during the deposition operation. Therefore, while only one power supply is operating, switch 2050 opens for safety and insulates the other weld material. The switching mechanism 2050 can be any switch structure that can insulate and connect the chip portions 2015 and 2025 and can be integrated into the chip assembly 2000 or separated from the assembly 2000 as desired.

ここで、図21Aおよび21Bを参照すると、図19Bの溶着材料1900を使用する代表的なコンタクトアチップセンブリ1950の概略図が示されている。図21Aおよび21Bは、コンタクトチップアセンブリ1950の出口部分を見た図を示しており、図21Aは、圧縮されていない状態の溶着材料を示し、図21Bは圧縮された状態の溶着材料1900を示す。留意するべき点として、コンタクトチップアセンブリ1950に関する以下の説明は例示のためであり、当業者であれば、付加製造工程中に所望の堆積を実現するように所望により溶着材料1900を成形するために、他の構成と設計も使用できることがわかるであろう。   Referring now to FIGS. 21A and 21B, there is shown a schematic diagram of a representative contact tip assembly 1950 that uses the welding material 1900 of FIG. 19B. FIGS. 21A and 21B show views of the exit portion of contact tip assembly 1950, FIG. 21A shows the weld material in an uncompressed state, and FIG. 21B shows the weld material 1900 in a compressed state. . It should be noted that the following description of the contact tip assembly 1950 is for illustrative purposes, and those skilled in the art will be able to shape the welding material 1900 as desired to achieve the desired deposition during the additive manufacturing process. It will be appreciated that other configurations and designs can be used.

図のように、コンタクトチップアセンブリ1950は溶着材料用開口部1951を有し、その中を溶着材料が通過する。開口部1951は正方形として示されているが、本発明の実施形態はこの点において限定されず、溶着材料1900がその圧縮された状態と圧縮されていない状態のどちらでも通過できるかぎり、他の形状も使用できる。図の実施形態において、アセンブリ1950は2対のコンタクトプランジャ1953および1955を有する。プランジャは図のように開口部1951に関して移動可能であり、それによってこれらは開口部の中へと延び、それゆえ、圧縮力を溶着材料1900に加えることができる。コンタクトプランジャ1953および1955は、1対のプランジャ1953が他の組のプランジャ1955の移動方向に対して垂直な方向に移動可能であるような向きとされる。それゆえ、図21Bに示されているように、プランジャ1953/1955は、所望の形状を実現するために望ましい方向に溶着材料1900を圧縮できる。プランジャの各組は、既知のアクチュエータ装置1956、例えばリニアアクチュエータその他を通じて移動させることができ、コントローラ195(これらの図には示さず)により制御できる。さらに、プランジャ1953/1955の各々は、溶着材料1900に加熱電流波形を供給するように構成され、それによって加熱電流がプランジャを介して溶着材料1900に供給される。1つのアクチュエータ1956とバイアス1957が図に示されているが、例示的実施形態はプランジャの各々について同様の構成要素を有するであろうことに留意する。   As shown, the contact tip assembly 1950 has a welding material opening 1951 through which the welding material passes. Although the opening 1951 is shown as a square, embodiments of the present invention are not limited in this regard, as long as the weld material 1900 can pass through either in its compressed state or in its uncompressed state. Can also be used. In the illustrated embodiment, the assembly 1950 has two pairs of contact plungers 1953 and 1955. The plungers are movable with respect to the opening 1951 as shown, so that they extend into the opening and therefore a compressive force can be applied to the welding material 1900. Contact plungers 1953 and 1955 are oriented such that a pair of plungers 1953 can move in a direction perpendicular to the direction of movement of the other set of plungers 1955. Therefore, as shown in FIG. 21B, the plunger 1953/1955 can compress the weld material 1900 in the desired direction to achieve the desired shape. Each set of plungers can be moved through a known actuator device 1956, such as a linear actuator, and can be controlled by a controller 195 (not shown in these figures). Further, each of the plungers 1953/1955 is configured to supply a heating current waveform to the welding material 1900, whereby a heating current is supplied to the welding material 1900 via the plunger. Note that although one actuator 1956 and bias 1957 are shown in the figure, the exemplary embodiment will have similar components for each of the plungers.

図21Aに示されるように、圧縮されていない状態では、プランジャ1953/1955の各々は、溶着材料1900と接触して加熱電流を供給する。プランジャ1953/1955は、開口部1951に関して、溶着材料1900が確実にその自然な状態に保持されるような位置に保持される。すると、堆積中、(例えばコントローラによって)所望の堆積構成を実現するために溶着材料の幅を変更するべきである、すなわち必要に応じて溶着材料をより広く、またはより狭くするべきであると判断される。この情報に基づき、コントローラ195は、プランジャ1955を(アクチュエータ1956を介して)作動させ、図21Bに示されているように内側に移動して溶着材料1900を圧縮する。これに加えて、溶着材料1900の形状の変化に対応できるように、プランジャ1953を引き戻し、溶着材料の形状を変更できるようにする。しかしながら、例示的実施形態において、引き戻されたプランジャ1953はまだ溶着材料1900と接触しており、溶着材料1900を適正な位置に保持し、加熱電流を供給する。   As shown in FIG. 21A, in the uncompressed state, each of the plungers 1953/1955 contacts the welding material 1900 to provide a heating current. The plunger 1953/1955 is held in a position that ensures that the welding material 1900 is held in its natural state with respect to the opening 1951. It is then determined that during deposition, the width of the weld material should be changed to achieve the desired deposition configuration (eg, by the controller), ie, the weld material should be wider or narrower as needed. Is done. Based on this information, the controller 195 activates the plunger 1955 (via the actuator 1956) and moves inward to compress the weld material 1900 as shown in FIG. 21B. In addition to this, the plunger 1953 is pulled back so that the shape of the welding material 1900 can be changed so as to cope with the change in the shape of the welding material 1900. However, in the exemplary embodiment, the retracted plunger 1953 is still in contact with the weld material 1900, holding the weld material 1900 in place and providing a heating current.

堆積工程中、溶着材料1900の形状は、プランジャを移動させることによって「その場で」変更し、所望の形状を実現できる。例えば、コントローラ195は、堆積中にプランジャ1953/1955を制御して、必要に応じて後退および伸展させ、溶着材料1900の形状を広い堆積から狭い堆積へと、またその逆へと、堆積工程を止めずに変更できる。   During the deposition process, the shape of the weld material 1900 can be changed “in place” by moving the plunger to achieve the desired shape. For example, the controller 195 controls the plunger 1953/1955 during deposition to retract and extend as necessary to change the shape of the weld material 1900 from wide to narrow and vice versa. You can change without stopping.

前述のように、プランジャ1953/1955の移動/作動は、既知の何れのアクチュエータによっても実現でき、移動装置が所望の運動を起こさせる。いくつかの例示的実施形態において、プランジャの各対の(ここでは図示されない)各プランジャは、相互に機械的に連結して、その相対的な運動が相互に一貫した状態に保持されるようにすることができる。このような実施形態においては、各プランジャのために別々のアクチュエータを有するのではなく、単独のアクチュエータをそれぞれの対の各々について使用でき、機械的連結によってプランジャの各々が適切に移動する。   As described above, movement / actuation of the plungers 1953/1955 can be achieved by any known actuator, and the moving device causes the desired movement. In some exemplary embodiments, each plunger (not shown here) of each pair of plungers is mechanically coupled to each other so that their relative motion is kept consistent with each other. can do. In such an embodiment, rather than having a separate actuator for each plunger, a single actuator can be used for each respective pair, and each of the plungers is moved appropriately by mechanical coupling.

さらに、前述のように、コントローラ195は構成するべき所望の形状に基づいてプランジャの作動を制御できる。別の例示的実施形態において、アセンブリ1950は堆積作業中に所望により回転させて、所望の形状を実現できる。すなわち、アセンブリ1950は回転モータおよび/またはロボットアーム(またはその他同様の運動装置)に連結でき、コントローラ195(またはその他のシステムコントローラ)は、アセンブリを必要に応じて回転させ、プランジャのうちの何れかを作動させて所望の溶着材料、およびそれゆえ堆積物、形状を実現できる。   Further, as described above, the controller 195 can control the operation of the plunger based on the desired shape to be constructed. In another exemplary embodiment, assembly 1950 can be rotated as desired during the deposition operation to achieve the desired shape. That is, the assembly 1950 can be coupled to a rotary motor and / or a robotic arm (or other similar motion device), and the controller 195 (or other system controller) can rotate the assembly as needed and either of the plungers Can be activated to achieve the desired welding material, and hence the deposit, shape.

図22は、本発明の例示的実施形態に使用可能な溶着材料2000の他の例示的実施形態を示している。溶着材料2000は、前述のものと同様の空間2010を有するワイヤ2003の編組構造を含むが、外被2015も含む。外被2015は、溶接またはろう着用の溶着材料に使用される既知の外被構造と同様に構成、形成できる。図のように、この実施形態において、外被2015はワイヤ2003を完全に取り囲み、継ぎ目2017を有し、これはバットシームである。外被2015は、加工物の上に堆積させたい何れの材料で作製することもできる。いくつかの実施形態において、外被2015はワイヤ2003と同じ材料とすることができ、他の実施形態では、外被は異なる材料で作製する/異なる組成を有することが可能である。外被2015はまた、溶着材料2000が、図21Aおよび21Bのコンタクトチップアセンブリの中のプランジャによって変形された後にその形状を保持するのも助けることができる。具体的には、穴1951を通るワイヤを圧縮することにより、外被2015は可塑変形し、それゆえ、溶着材料2000は所望の形状をより保ちやすくなる。これにより、堆積工程中に溶着材料2000の突出部分を大きくすることができる。   FIG. 22 illustrates another exemplary embodiment of a welding material 2000 that can be used in an exemplary embodiment of the present invention. The welding material 2000 includes a braided structure of a wire 2003 having a space 2010 similar to that described above, but also includes a jacket 2015. The jacket 2015 can be configured and formed in the same manner as known jacket structures used for welding materials for welding or brazing. As shown, in this embodiment, the jacket 2015 completely surrounds the wire 2003 and has a seam 2017, which is a butt seam. The jacket 2015 can be made of any material that is desired to be deposited on the workpiece. In some embodiments, the jacket 2015 can be the same material as the wire 2003, and in other embodiments, the jacket can be made of a different material / have a different composition. The jacket 2015 can also help maintain the shape of the weld material 2000 after being deformed by the plunger in the contact tip assembly of FIGS. 21A and 21B. Specifically, by compressing the wire passing through the hole 1951, the jacket 2015 is plastically deformed, and therefore the welding material 2000 is more easily maintained in a desired shape. Thereby, the protrusion part of the welding material 2000 can be enlarged during a deposition process.

図23は、本発明の実施形態に使用可能な他の例示的溶着材料2100を示している。溶着材料2100は、外被2110とコア2120を含み、その中で外被2110の融点はコア2120より低い。このような異なる融点を有することによって、溶着材料2100の実施形態は、構成要素の製造をよりよく制御できる。溶着材料が全体に概して同じ温度で溶融する実施形態において、形成される溶融池のダイナミクスは堆積および構築工程において重要な役割を果たす。特定の例において、溶融池の制御は、特に高精密製造工程中、または構成中の加工物の厚さが非常に薄い場合に困難でありうる。このような用途では、溶融池のダイナミクスは、制御と説明が難しい場合がある。しかしながら、溶着材料2100を使用する場合、外被2110がコア2120より前に溶ける。すると、溶融した外被の材料は溶融マトリクスを提供して、コア材料を加工物に接着させる。このような用途では溶融池の重要性が減少し、場合によっては、溶融池を排除できる。さらに、代替的実施形態において、溶融池の大きさおよび/または深さを減少させることができ、これは溶融池と溶融した外被材料が協働してコア材料を加工物に付着させるからである。それゆえ、溶着材料2100を使用した場合、溶融池のダイナミクスの重要性をより低くすることができる。   FIG. 23 illustrates another exemplary welding material 2100 that can be used in embodiments of the present invention. The welding material 2100 includes a jacket 2110 and a core 2120, and the melting point of the jacket 2110 is lower than that of the core 2120. By having such different melting points, embodiments of the welding material 2100 can better control the manufacture of the components. In embodiments where the weld material is generally melted generally at the same temperature, the dynamics of the weld pool formed plays an important role in the deposition and build process. In certain instances, control of the weld pool can be difficult, especially during high precision manufacturing processes or when the thickness of the workpiece being constructed is very thin. In such applications, the molten pool dynamics can be difficult to control and explain. However, when the welding material 2100 is used, the outer cover 2110 is melted before the core 2120. The melted jacket material then provides a molten matrix to adhere the core material to the workpiece. In such applications, the importance of the weld pool is reduced, and in some cases the weld pool can be eliminated. In addition, in an alternative embodiment, the size and / or depth of the weld pool can be reduced because the weld pool and molten jacket material cooperate to adhere the core material to the workpiece. is there. Therefore, when the welding material 2100 is used, the importance of the dynamics of the weld pool can be further reduced.

例示的実施形態において、コア2120は中実のコアとすることができ、他の実施形態では、コア2120は所望の材料の粉末または粒子とすることができる。このような実施形態において、溶着材料2100は(前述のように)所望の堆積を実現するような形状とすることができる。すなわち、コア2120は粉末または粒状とすることができるため、溶着材料2100の外側を成形、圧縮して、所望の溶着材料輪郭を実現できる。他の実施形態では、溶着材料は少なくとも図22に示されているように構成でき、その中では外被が複数の個別のワイヤを取り囲み、また、ワイヤ2003のうちの少なくともいくつか(または全部)の融点は外被2015より高い。実際には、このような実施形態のいくつかにおいて、ワイヤ2003は相互に関して異なる融点を有することができる。例えば、第一の数のワイヤ2003は、第一の融点(外被の融点より高い)を有することができ、第二の数のワイヤ2003が、第一の数のワイヤ2003の融点より高いか低い融点を有することができる。このような実施形態は、溶着材料の溶融および構築輪郭における柔軟性を向上できる。さらに、いくつかの実施形態において、熱源(例えばレーザ)および/または電流は、コア2120の少なくともいくつかが堆積工程中に溶融するように制御される。しかしながら、他の実施形態においては、コア2120の材料は堆積工程中に溶融しない。すなわち、外被2110が溶融し、液状の外被材料が、溶融していないコア材料を加工物に固定するために使用される。このような実施形態において、加工物は、溶融した外被材料とコア材料とが交互になる層状に形成される。図23は溶着材料2100が円形の断面を有するように描いているが、本発明の実施形態はこの点において限定されないことに留意する。溶着材料2100はまた、希望に応じて加工物の構成に有利な何れの望ましい形状を有することもできる。例えば、溶着材料2100は正方形、長方形、多角形、または長円形の断面を有することができる。もちろん、その他の形状も使用できる。   In the exemplary embodiment, core 2120 can be a solid core, and in other embodiments, core 2120 can be a powder or particles of the desired material. In such an embodiment, the welding material 2100 can be shaped to achieve the desired deposition (as described above). That is, since the core 2120 can be powdered or granular, the outer side of the welding material 2100 can be molded and compressed to achieve a desired welding material profile. In other embodiments, the welding material can be configured at least as shown in FIG. 22, in which a jacket surrounds a plurality of individual wires and at least some (or all) of the wires 2003. The melting point of is higher than that of the jacket 2015. In fact, in some of such embodiments, the wires 2003 can have different melting points with respect to each other. For example, the first number of wires 2003 can have a first melting point (which is higher than the melting point of the jacket), and is the second number of wires 2003 higher than the melting point of the first number of wires 2003? Can have a low melting point. Such an embodiment can improve the flexibility in melting and construction profile of the weld material. Further, in some embodiments, the heat source (eg, laser) and / or current is controlled such that at least some of the core 2120 melts during the deposition process. However, in other embodiments, the core 2120 material does not melt during the deposition process. That is, the jacket 2110 is melted and the liquid jacket material is used to fix the unmelted core material to the workpiece. In such an embodiment, the workpiece is formed in a layered manner in which the melted jacket material and core material alternate. Although FIG. 23 depicts the welding material 2100 as having a circular cross-section, it is noted that embodiments of the present invention are not limited in this respect. The weld material 2100 can also have any desired shape that favors the configuration of the workpiece, as desired. For example, the welding material 2100 can have a square, rectangular, polygonal, or oval cross section. Of course, other shapes can be used.

例示的実施形態において、外被2110とコア2120の材料は、外被2110が、コア材料のそれより5〜45%低い温度で溶融するように選択される。別の例示的実施形態において、外被2110の融点はコア材料のそれより10〜35%低い。もちろん、外被とコアの各々の材料の正確な組成は、構築中の加工物の所望の組成と構成に基づいて選択されることになる。   In the exemplary embodiment, the material of the jacket 2110 and the core 2120 is selected such that the jacket 2110 melts at a temperature 5 to 45% lower than that of the core material. In another exemplary embodiment, the melting point of the jacket 2110 is 10-35% lower than that of the core material. Of course, the exact composition of the jacket and core materials will be selected based on the desired composition and configuration of the workpiece being built.

図24Aは他の例示的実施形態を示しており、その中で溶着材料2200は非円形の断面を有し、外被材料2210は溶着材料2200の全周に沿っては延びていない。すなわち、溶着材料2200は非対称の断面を有する。例えば、図の実施形態において、外被材料2210は溶着材料のコア材料2220の片側にのみある。図24Bは、他のこのような例示的実施形態を示しており、その中で溶着材料の全体形状が六角形であり、外被材料2210’はコア2220’の六角形の断面の5辺のみを被覆する。もちろん、溶着材料の所望の性能と堆積特性に基づいて、他の形状や被覆範囲を使用できる。図24Cは他の例示的実施形態であり、これは対称の断面を有するが、外被材料2210’とコア材料2220’’の分布が対称でない溶着材料2200’’を示している。この構成によって、溶着材料を一般的な対称の溶着材料のために設計されたコンタクトチップと機器と共に使用できるが、溶着材料そのものは非対称である。このような実施形態において、外被材料2210は溶融して、溶着材料のコア部分2220のための接着手段を提供するが、溶着材料全周からは溶融しない。このような実施形態において、溶着材料は堆積工程中、接着前に所望の向きにすることができる。外被材料は接着材料として機能し、これがコア材料を加工物に接着させ、または結合する。さらに、このような実施形態において、電流入力/入熱は、外被材料の所望の溶融が、コア材料を完全に溶融させずに実現できるように制御される。   FIG. 24A shows another exemplary embodiment in which the weld material 2200 has a non-circular cross-section and the jacket material 2210 does not extend along the entire circumference of the weld material 2200. That is, the welding material 2200 has an asymmetric cross section. For example, in the illustrated embodiment, the jacket material 2210 is only on one side of the core material 2220 of the welding material. FIG. 24B illustrates another such exemplary embodiment, in which the overall shape of the weld material is hexagonal and the jacket material 2210 ′ is only five sides of the hexagonal cross section of the core 2220 ′. Coating. Of course, other shapes and coverages can be used based on the desired performance and deposition characteristics of the weld material. FIG. 24C shows another exemplary embodiment, which shows a weld material 2200 ″ that has a symmetric cross-section, but the distribution of jacket material 2210 ′ and core material 2220 ″ is not symmetric. This configuration allows the weld material to be used with contact tips and equipment designed for general symmetric weld materials, but the weld material itself is asymmetric. In such an embodiment, the jacket material 2210 melts to provide an adhesive means for the core portion 2220 of the weld material, but does not melt from the entire circumference of the weld material. In such embodiments, the welding material can be oriented in a desired manner prior to bonding during the deposition process. The jacket material functions as an adhesive material, which adheres or bonds the core material to the workpiece. Further, in such an embodiment, the current input / heat input is controlled such that the desired melting of the jacket material can be achieved without completely melting the core material.

図24Dは、本発明の実施形態に使用可能な溶着材料2200’’の別の例示的実施形態である。溶着材料2200’’は上述のものと同様であるが、例外は、外被層2210’’が層状の構造である点である。このような実施形態において、外被層2210’’は、中実材料でも、フラックスでもよい。実際には、上述の実施形態の何れにおいても、外被層はフラックスとすることができる。これらの実施形態において、幾つかの用途では、堆積工程中に溶融するべきではない(または溶融が最小化される)材料をフラックス外被の中に入れることが望ましいかもしれない。これを実現するために、いくつかの実施形態では、層状の外被/フラックス2210’’’が使用され、その中で、コア2220’’’の表面Sに対するフラックスの組成は、フラックスの外縁におけるフラックスの性質とは異なる。これは図24Dにおいて、層AおよびBとして示されており、層Aは第一の組成を有し、層Bは第二の組成を有する。これらの層の形成には、既知の堆積方法を使用でき、その説明は本明細書においては不要である。このタイプの構成により、層Bの材料を、そうでなければ層Bの中の成分を溶融させるコア2220’’’の直接的な熱から外すことができる。例えば、溶融池内にタングステンカーバイドを堆積させることが望ましいかもしれず、これは、これらがコア2220’’’と直接接触した時に溶融しやすい可能性がある。この実施形態において、層Aは遮熱手段として機能し、層Bの材料をほとんど、またはまったく溶融せずに堆積させることが可能となる。もちろん、理解するべき点として、2つの層AおよびBとの間の境界は明瞭で精密な線である必要はなく、1つの構成要素から他の構成要素への移行部とすることができる。さらに、層Bの、層Aに関する形状と相対的な断面積は、その用途に望ましい構成に基づいて決定できる。図24Dはある例示的実施形態として示されており、これ以外の形状と構成も使用でき、それも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。   FIG. 24D is another exemplary embodiment of a welding material 2200 '' that can be used in embodiments of the present invention. The welding material 2200 '' is similar to that described above, with the exception that the envelope layer 2210 '' has a layered structure. In such an embodiment, the envelope layer 2210 ″ may be a solid material or a flux. In practice, in any of the embodiments described above, the jacket layer can be a flux. In these embodiments, in some applications, it may be desirable to place material in the flux jacket that should not melt (or minimize melting) during the deposition process. To accomplish this, in some embodiments, a layered envelope / flux 2210 '' 'is used, in which the flux composition relative to the surface S of the core 2220' '' is at the outer edge of the flux. Different from the nature of the flux. This is shown in FIG. 24D as layers A and B, where layer A has a first composition and layer B has a second composition. For the formation of these layers, known deposition methods can be used, the description of which is not necessary here. This type of configuration allows the material of layer B to be removed from the direct heat of the core 2220 ′ ″ that would otherwise melt the components in layer B. For example, it may be desirable to deposit tungsten carbide in the molten pool, which may be susceptible to melting when they are in direct contact with the core 2220 '' '. In this embodiment, layer A functions as a thermal barrier, allowing the material of layer B to be deposited with little or no melting. Of course, it should be understood that the boundary between the two layers A and B need not be a clear and precise line, but can be a transition from one component to another. Further, the shape and relative cross-sectional area of layer B relative to layer A can be determined based on the configuration desired for the application. FIG. 24D is shown as an exemplary embodiment, and other shapes and configurations may be used, without departing from the spirit or scope of the present invention.

コンピュータに連結されたユーザインタフェースは、本明細書中で説明されたシステムと方法を支持するように構成された1つの考えうるハードウェア構成を示しており、これにはコントローラ195または、本明細書中で説明されたシステムを制御し、および/または動作させるために使用される同様のシステムが含まれる。本発明の各種の態様に関するさらに説明するために、以下の記述は、本発明の各種の態様を実行できる適当なコンピューティング環境の簡単な一般的説明を提供するものである。当業者であればわかるように、本発明を他のプログラムモジュールと組み合わせても、および/またはハードウェアとソフトウェアの組合せとしても実施できる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造、その他を含む。   A user interface coupled to a computer illustrates one possible hardware configuration configured to support the systems and methods described herein, including the controller 195 or the present specification. Similar systems used to control and / or operate the systems described therein are included. In order to further illustrate various aspects of the present invention, the following description provides a brief general description of a suitable computing environment in which various aspects of the invention may be implemented. As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be implemented in combination with other program modules and / or as a combination of hardware and software. Generally, program modules include routines, programs, components, data structures, etc. that perform particular tasks or implement particular abstract data types.

さらに、当業者であればわかるように、本発明の方法は、シングルプロセッサまたはマルチプロセッサコンピュータシステム、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、およびパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能民生用電子機器、およびその他を含み、それらの各々が1つまたは複数の関連する機器に動作的に連結されていてもよい他のコンピュータシステム構成で実施されてもよい。説明されている本発明の態様はまた、特定のタスクが通信ネットワークを通じて連結されたリモート処理デバイスによって実行される、分散型コンピューティング環境で実施されてもよい。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールがローカルおよびリモートの両方のメモリ記憶装置内にあってもよい。   Furthermore, as will be appreciated by those skilled in the art, the method of the present invention is applicable to single processor or multiprocessor computer systems, minicomputers, mainframe computers, and personal computers, handheld computing devices, microprocessor-based or programmable consumer electronics. It may be implemented in other computer system configurations, including devices, and others, each of which may be operatively coupled to one or more associated devices. The described aspects of the invention may also be practiced in distributed computing environments where certain tasks are performed by remote processing devices that are linked through a communications network. In a distributed computing environment, program modules may be in both local and remote memory storage devices.

コントローラ195は、コンピュータを含む、本発明の各種の態様を実装するための例示的環境を利用でき、その中で、コンピュータは処理ユニット、システムメモリ、およびシステムバスを含む。システムバスは、システムメモリを含むがこれに限定されないシステムコンポーネントを処理ユニットに連結する。処理ユニットは、各種の市販のプロセッサの何れであってもよい。デュアルマイクロプロセッサおよびその他のマルチプロセッサアーキテクチャもまた、処理ユニットとして利用できる。   The controller 195 can utilize an exemplary environment for implementing various aspects of the invention, including a computer, in which the computer includes a processing unit, a system memory, and a system bus. The system bus couples system components, including but not limited to system memory, to the processing unit. The processing unit may be any of various commercially available processors. Dual microprocessors and other multiprocessor architectures are also available as processing units.

システムバスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、市販の各種のバスアーキテクチャのうちの何れかを使用するローカルバスを含むいくつかの種類のバス構造の何れとすることもできる。システムメモリとしては、Read Only Memory(ROM)とRandom Access Memory(RAM)を含むことができる。起動時等にコンピュータ内の要素間の情報伝送を支援する基本ルーチンを含むBasic Input/Output System(BIOS)はROM内に保存される。   The system bus can be any of several types of bus structures including a memory bus or memory controller, a peripheral bus, and a local bus using any of a variety of commercially available bus architectures. The system memory can include a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM). A basic input / output system (BIOS) including a basic routine for supporting information transmission between elements in the computer at the time of startup or the like is stored in the ROM.

コントローラ195は、ハードディスクドライブと、例えばリムーバブルディスクからの読取りまたはそこへの書込みを行うための磁気ディスクと、例えばCD−ROMディスクを読み取るため、または他の光学媒体から読み取り、またはそこに書き込むための光ディスクドライブをさらに含むことができる。コントローラ195は、少なくともある形態のコンピュータ読取可能媒体を含むことができる。コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータがアクセスできる何れの入手可能な媒体とすることもできる。例えば、コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータ記憶媒体と通信媒体を含んでいてもよいが、これらに限定されない。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読取可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータといった情報を保存するための何れかの方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不能媒体を含む。コンピュータ記憶媒体には、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、CD−ROM、Digital Versatile Disk(DVD)、またはその他の磁気記憶装置、または所望の情報を保存し、コントローラ195に連結されたユーザインタフェースよってアクセス可能な他のあらゆる媒体が含まれるが、これらに限定されない。   The controller 195 is for reading from or writing to a hard disk drive, for example, a magnetic disk for reading from or writing to a removable disk, for example, a CD-ROM disk, or from other optical media. An optical disk drive can be further included. The controller 195 can include at least some form of computer readable media. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer. For example, computer readable media may include, but is not limited to, computer storage media and communication media. Computer storage media include volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technique for storing information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. . Computer storage media stores RAM, ROM, EEPROM, flash memory or other memory technology, CD-ROM, Digital Versatile Disk (DVD), or other magnetic storage device, or any desired information and is coupled to controller 195 Including, but not limited to, any other medium that can be accessed by a customized user interface.

通信媒体は一般に、コンピュータ読取可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータを搬送波またはその他の搬送機構等の変調データ信号で具現化し、ある情報搬送媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、その特徴群の1つまたは複数を有するか、情報を信号内で符号化するような方法で変更された信号を意味する。例えば、ただしこれらに限定されないが、通信媒体は、有線媒体、例えば有線ネットワークまたは直線有線接続と、無線媒体、例えば音響、RF、赤外線およびその他の無線媒体を含む。上記のあらゆるものの組合せもまた、コンピュータ読取可能媒体の範囲内に含めるべきである。   Communication media typically embodies computer readable instructions, data structures, program modules or other data in a modulated data signal such as a carrier wave or other transport mechanism and includes some information delivery media. The term “modulated data signal” means a signal that has one or more of its characteristics set or changed in such a manner as to encode information in the signal. For example, but not limited to, communication media includes wired media such as a wired network or straight-line connection, and wireless media such as acoustic, RF, infrared and other wireless media. Combinations of any of the above should also be included within the scope of computer-readable media.

多数のプログラムモジュールがドライブとRAMの中に保存されてもよく、これにはオペレーティングシステム、1つまたは複数のアプリケーションプログラム、その他のプログラムモジュール、およびプログラムデータが含まれる。コンピュータまたはユーザインタフェー300の中のオペレーティングシステムは、各種の市販のオペレーティングシステムの何れとすることもできる。   A number of program modules may be stored in the drive and RAM, including the operating system, one or more application programs, other program modules, and program data. The operating system in the computer or user interface 300 can be any of various commercially available operating systems.

これに加えて、使用者はコマンドと情報を、キーボードや、マウス等のポインティングデバイスを通じてコンピュータに入力してもよい。その他の入力デバイスには、マイクロフォン、IRリモートコントローラ、トラックボール、ペン入力デバイス、ジョイスティック、ゲームパッド、デジタイジングタブレット、衛星テレビ受信用アンテナ、スキャナ、またはその他が含まれていてもよい。これらおよびその他の入力デバイスはしばしば、システムバスに連結されるシリアルポートインタフェースを通じて処理ユニットに接続されるが、例えばパラレルポート、ゲームポート、Universal Serial Bus(「USB」)、IRインタフェース、および/または各種の無線技術等、他のインタフェースによって接続されてもよい。モニタまたはその他の種類の表示装置もまた、ビデオアダプタ等のインタフェースを介してシステムバスに接続されてもよい。映像出力もまた、Remote Desktop Protocol、VNC、X−Window Systemその他のリモートディスプレイネットワークプロトコルを通じて実現されてもよい。映像出力のほかに、コンピュータは一般に、その他の周辺出力デバイス、例えばスピーカ、プリンタ、その他を含む。   In addition, the user may input commands and information into the computer through a keyboard or a pointing device such as a mouse. Other input devices may include a microphone, IR remote controller, trackball, pen input device, joystick, game pad, digitizing tablet, satellite TV receiving antenna, scanner, or others. These and other input devices are often connected to the processing unit through a serial port interface coupled to the system bus, eg, parallel port, game port, Universal Serial Bus (“USB”), IR interface, and / or various It may be connected by other interfaces such as wireless technology. A monitor or other type of display device may also be connected to the system bus via an interface, such as a video adapter. Video output may also be implemented through Remote Desktop Protocol, VNC, X-Window System, and other remote display network protocols. In addition to video output, computers typically include other peripheral output devices such as speakers, printers, and the like.

ディスプイはコントローラ195に連結されたユーザインタフェースと共に利用されて、処理ユニットから電子的に受け取ったデータを表示できる。例えば、ディススプレイは、電子的にデータを表示するLCD、プラズマ、CRT、その他のモニタとすることができる。その代わりに、またはそれに加えて、ディスプレイはプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等、受け取ったデータをハードコピーフォーマットで表示できる。ディスプレイは、データを何れの色でも表示でき、何れの無線またはハードワイヤプロトコルおよび/または規格によってもデータをユーザインタフェースから受け取ることができる。   The display can be used with a user interface coupled to the controller 195 to display data received electronically from the processing unit. For example, the display can be an LCD, plasma, CRT, or other monitor that electronically displays data. Alternatively or additionally, the display can display received data in a hardcopy format, such as a printer, facsimile, plotter, etc. The display can display data in any color and can receive data from the user interface by any wireless or hardwire protocol and / or standard.

コンピュータは、リモートコンピュータ等、1つまたは複数のリモートコンピュータとの論理的または物理的接続を使用するネットワーク環境で動作できる。リモートコンピュータは、ワークステーション、サーバコンピュータ、ルータ、パーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサベースのエンターテインメント機器、ピアデバイスまたはその他の共通ネットワークノードとすることができ、一般にコンピュータに関して説明される要素の多くまたは全部を含む。図の論理的接続は、Local Area Network(LAN)とWide Area Network(WAN)を含む。このようなネットワーク環境はオフィス、企業内コンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにおいては一般的である。   The computer can operate in a network environment using logical or physical connections with one or more remote computers, such as a remote computer. The remote computer can be a workstation, server computer, router, personal computer, microprocessor-based entertainment device, peer device or other common network node, and generally includes many or all of the elements described with respect to the computer. The logical connections in the figure include a local area network (LAN) and a wide area network (WAN). Such network environments are commonplace in offices, corporate computer networks, intranets, and the Internet.

LANネットワーク環境で使用される場合、コンピュータはネットワインタフェーまたはアダプタを通じてローカルネットワークに接続される。WANネットワーキング環境で使用される場合、コンピュータは一般にモデムを含むか、またはLAN上の通信サーバに接続されるか、またはインターネット等、WAN上での通信を確立するためのその他の手段を有する。ネットワーク環境では、コンピュータに関して記されたプログラムモジュール、またはその一部が、リモートメモリ記憶装置に保存されてもよい。当然のことながら、本明細書中で説明されているネットワーク接続は、例示のためであり、コンピュータ間の通信リンクを確立するための他の何れの手段が使用されてもよい。   When used in a LAN network environment, the computer is connected to the local network through a net winder fader or adapter. When used in a WAN networking environment, the computer typically includes a modem or is connected to a communication server on the LAN or has other means for establishing communications over the WAN, such as the Internet. In a network environment, program modules written for a computer, or portions thereof, may be stored on a remote memory storage device. Of course, the network connections described herein are exemplary and any other means for establishing a communication link between the computers may be used.

本発明を特定の実施形態に関して説明したが、当業者であればわかるように、本発明の範囲から逸脱することなく、各種の変更を加えてもよく、また、均等物に置き換えてもよい。それに加えて、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させるために、その範囲から逸脱することなく、多くの改良を加えてもよい。したがって、本発明は開示されている特定の実施形態に限定されるのではなく、本発明は付属の特許請求の範囲に当てはまる全ての実施形態を含むことが意図される。   Although the invention has been described with respect to particular embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the scope thereof. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments disclosed, but is intended to include all embodiments that fall within the scope of the appended claims.

100 エネルギー源システム
110 レーザビーム
115 加工物
120 レーザ装置
130 レーザ電源
140 フィラワイヤ
150 フィラワイヤフィーダ
160 コンタクトチューブ
170 電源
195 電流コントローラ
700 加熱システム
707 コンタクトチップアセンブリ
710 スイッチ
800 製造電流波形
900 コンタクトチップアセンブリ
910 コンタクトチップ
1000 システム
1010 コンタクトチップアセンブリ
1200 システム
1210 電源
1230 CPU/コントローラ
1240 電圧検出回路
1250 パワーモジュール
1300 システム
1305 コンタクトチップアセンブリ
1600 基板
1610 基板表面
1900 溶着材料
2000 コンタクトチップアセンブリ、溶着材料
2010 溶着材料
2020 溶着材料
2040 コンタクトチップ
2050 スイッチ
2100 溶着材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Energy source system 110 Laser beam 115 Work piece 120 Laser apparatus 130 Laser power supply 140 Filler wire 150 Filler wire feeder 160 Contact tube 170 Power supply 195 Current controller 700 Heating system 707 Contact chip assembly 710 Switch 800 Manufacturing current waveform 900 Contact chip assembly 910 Contact chip 1000 system 1010 contact chip assembly 1200 system 1210 power supply 1230 CPU / controller 1240 voltage detection circuit 1250 power module 1300 system 1305 contact chip assembly 1600 substrate 1610 substrate surface 1900 welding material 2000 contact chip assembly, welding material 2010 welding material 2020 adhesion material 2040 contact tip 2050 switch 2100 adhesion material

Claims (18)

加工物の表面に高エネルギー放電を照射して、前記加工物の表面上に第一と第二の溶融池を形成する高エネルギー装置と、
第一の加熱信号を第一のワイヤに供給する第一の電源であって、前記第一の加熱信号が複数の第一の電流パルスを含み、前記第一の加熱信号の前記第一の電流パルスの各々が前記第一のワイヤの先端に溶融滴を形成し、これが前記第一の溶融池の中に堆積されるような第一の電源と、
第二の加熱信号を第二のワイヤに供給する第二の電源であって、前記第二の加熱信号は複数の第二の電流パルスを含み、前記第二の加熱信号の前記第二の電流パルスの各々が前記第二のワイヤの先端に溶融滴を形成し、これが前記第二の溶融池の中に堆積されるような第二の電源と、
を含む付加製造システムにおいて、
前記第一の電流パルスの各々は、前記ワイヤの先端が前記第一の溶融池と接触した後にピーク電流レベルに到達し、
前記第一の加熱信号は、前記複数の第一の電流パルス間で電流を持たず、
前記第一のワイヤの前記先端は、前記第一の電流パルスの連続するピーク電流レベル間で前記第一の溶融池と接触せず、
前記第一の電源は前記第一の加熱電流を制御して、前記第一の電流パルス中に前記第一のワイヤと前記加工物との間にアークが生成されないようにし、
前記第一と第二の溶融池は異なる溶融池であることを特徴とする付加製造システム。
A high energy device that irradiates a surface of the workpiece with a high energy discharge to form first and second molten pools on the surface of the workpiece;
A first power supply for supplying a first heating signal to a first wire, wherein the first heating signal includes a plurality of first current pulses, and the first current of the first heating signal. A first power source such that each pulse forms a molten drop at the tip of the first wire, which is deposited in the first molten pool;
A second power supply for supplying a second heating signal to the second wire, wherein the second heating signal includes a plurality of second current pulses, and the second current of the second heating signal. A second power source such that each pulse forms a molten drop at the tip of the second wire, which is deposited in the second molten pool;
In addition manufacturing system including
Each of the first current pulses reaches a peak current level after the tip of the wire contacts the first molten pool;
The first heating signal has no current between the plurality of first current pulses,
The tip of the first wire does not contact the first molten pool between successive peak current levels of the first current pulse;
The first power source controls the first heating current so that no arc is generated between the first wire and the workpiece during the first current pulse;
The additive manufacturing system, wherein the first and second molten pools are different molten pools.
請求項1に記載のシステムにおいて、前記異なる溶融池の各々が前記加工物の上で相互に隣接することを特徴とするシステム。   The system of claim 1, wherein each of the different weld pools is adjacent to each other on the workpiece. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一と第二のワイヤは移動方向に一列に配置され、前記第二のワイヤは前記第一のワイヤに追従し、前記第二のワイヤは、それが前記第一のワイヤにより形成された層の上に堆積するように位置付けられることを特徴とするシステム。   2. The system of claim 1, wherein the first and second wires are arranged in a line in the direction of movement, the second wire follows the first wire, and the second wire is A system positioned to deposit on a layer formed by the first wire. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一のワイヤは前記第二のワイヤとは異なる組成を有することを特徴とするシステム。   The system of claim 1, wherein the first wire has a different composition than the second wire. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一のワイヤは第一のワイヤ送給速度を有し、前記第二のワイヤは、前記第一のワイヤ送給速度とは異なる第二のワイヤ送給速度を有することを特徴とするシステム。   The system of claim 1, wherein the first wire has a first wire feed rate and the second wire is a second wire feed that is different from the first wire feed rate. A system characterized by having a speed. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一のワイヤのための第一のコンタクトチップと前記第二のワイヤのための第二のコンタクトチップをさらに含み、前記第一と第二のコンタクトチップはそれぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給し、前記第一と第二のコンタクトチップは相互に関して移動可能であることを特徴とするシステム。   The system of claim 1, further comprising a first contact tip for the first wire and a second contact tip for the second wire, wherein the first and second contact tips are A system for supplying said first and second heating signals to said first and second wires, respectively, wherein said first and second contact tips are movable relative to each other. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一のワイヤのための第一のコンタクトチップと前記第二のワイヤのための第二のコンタクトチップをさらに含み、前記第一と第二のコンタクトチップはそれぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給し、前記第一のワイヤは、前記第二のワイヤの第二の突出距離とは異なる第一の突出距離を有することを特徴とするシステム。   The system of claim 1, further comprising a first contact tip for the first wire and a second contact tip for the second wire, wherein the first and second contact tips are Supplying the first and second heating signals to the first and second wires, respectively, wherein the first wire has a first protruding distance different from a second protruding distance of the second wire; A system characterized by comprising. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一のワイヤのための第一のコンタクトチップと前記第二のワイヤのための第二のコンタクトチップであって、それぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給する第一と第二のコンタクトチップと、前記第一と第二のコンタクトチップを相互に連結するコンタクトチップアセンブリであって、前記第一と第二のワイヤの移動方向に関して回転可能であるコンタクトチップアセンブリと、をさらに含むことを特徴とするシステム。   The system of claim 1, wherein the first contact tip for the first wire and the second contact tip for the second wire are the first and second heating signals, respectively. First and second contact tips for supplying the first and second wires, and a contact tip assembly for interconnecting the first and second contact tips, the first and second wires A contact tip assembly that is rotatable with respect to the direction of wire movement. 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第一の電源は、前記第一のワイヤが前記第一の溶融池と接触している時に前記第一の加熱信号の電圧をモニタし、前記電圧をアーク検出電圧レベルと比較することを特徴とするシステム。   The system of claim 1, wherein the first power source monitors the voltage of the first heating signal when the first wire is in contact with the first molten pool and arcs the voltage. A system characterized by comparing with a detected voltage level. 加工物の表面に高エネルギー放電を照射して、前記加工物の表面上に第一と第二の溶融池を形成するステップと、
第一の加熱信号を第一のワイヤに供給するステップであって、前記第一の加熱信号が複数の第一の電流パルスを含み、前記第一の加熱信号の前記第一の電流パルスの各々が前記第一のワイヤの先端に溶融滴を形成し、これが前記第一の溶融池の中に堆積されるようなステップと、
第二の加熱信号を第二のワイヤに供給するステップであって、前記第二の加熱信号は複数の第二の電流パルスを含み、前記第二の加熱信号の前記第二の電流パルスの各々が前記第二のワイヤの先端に溶融滴を形成し、これが前記第二の溶融池の中に堆積されるようなステップと、
を含む付加製造方法において、
前記第一の電流パルスの各々は、前記ワイヤの先端が前記第一の溶融池と接触した後にピーク電流レベルに到達し、
前記第一の加熱信号は、前記複数の第一の電流パルス間で電流を持たず、
前記第一のワイヤの前記先端は、前記第一の電流パルスの連続するピーク電流レベル間で前記第一の溶融池と接触せず、
前記第一の加熱電流は、前記第一の電流パルス中に前記第一のワイヤと前記加工物との間にアークが生成されないように制御され、
前記第一と第二の溶融池は異なる溶融池であることを特徴とする付加製造方法。
Irradiating a surface of the workpiece with a high energy discharge to form first and second molten pools on the surface of the workpiece;
Supplying a first heating signal to the first wire, wherein the first heating signal includes a plurality of first current pulses, each of the first current pulses of the first heating signal; Forming a molten droplet at the tip of the first wire, which is deposited in the first molten pool;
Supplying a second heating signal to a second wire, wherein the second heating signal includes a plurality of second current pulses, each of the second current pulses of the second heating signal. Forming a molten droplet at the tip of the second wire, which is deposited in the second molten pool;
In an additive manufacturing method including:
Each of the first current pulses reaches a peak current level after the tip of the wire contacts the first molten pool;
The first heating signal has no current between the plurality of first current pulses,
The tip of the first wire does not contact the first molten pool between successive peak current levels of the first current pulse;
The first heating current is controlled so that no arc is generated between the first wire and the workpiece during the first current pulse;
The additive manufacturing method, wherein the first and second molten pools are different molten pools.
請求項10に記載の方法において、前記異なる溶融池の各々が前記加工物の上で相互に隣接することを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein each of the different weld pools is adjacent to each other on the workpiece. 請求項10に記載の方法において、前記第一と第二のワイヤは移動方向に一列に配置され、前記第二のワイヤは前記第一のワイヤに追従し、前記第二のワイヤは、それが前記第一のワイヤにより形成された層の上に堆積するように位置付けられることを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the first and second wires are arranged in a line in the direction of movement, the second wire follows the first wire, and the second wire is A method characterized in that it is positioned to deposit on a layer formed by said first wire. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤは前記第二のワイヤとは異なる組成を有することを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the first wire has a different composition than the second wire. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤは第一のワイヤ送給速度で送給され、前記第二のワイヤは前記第一のワイヤ送給速度とは異なる第二のワイヤ送給速度で送給されることを特徴とする方法。   12. The method of claim 10, wherein the first wire is fed at a first wire feed rate and the second wire is a second wire feed different from the first wire feed rate. A method characterized by being fed at a speed. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤを第一のコンタクトチップの中に通し、前記第二のワイヤを第二のコンタクトチップの中に通すステップであって、前記第一と第二のコンタクトチップは、それぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給するステップと、前記第一と第二のコンタクトチップを相互に関して移動させるステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the first wire is passed through a first contact tip and the second wire is passed through a second contact tip, the first and first A second contact tip further comprising: supplying the first and second heating signals to the first and second wires, respectively; and moving the first and second contact tips relative to each other. A method characterized by comprising. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤを第一のコンタクトチップの中に通し、前記第二のワイヤを第二のコンタクトチップの中に通すステップであって、前記第一と第二のコンタクトチップは、それぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給するステップをさらに含み、前記第一のワイヤは、前記第二のワイヤの第二の突出距離度とは異なる第一の突出距離に保持されることを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the first wire is passed through a first contact tip and the second wire is passed through a second contact tip, the first and first The second contact tip further includes supplying the first and second heating signals to the first and second wires, respectively, wherein the first wire is a second protrusion of the second wire. The method is characterized in that the first protrusion distance is different from the distance degree. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤを第一のコンタクトチップの中に通し、前記第二のワイヤを第二のコンタクトチップの中に通すステップであって、前記第一と第二のコンタクトチップは、それぞれ前記第一と第二の加熱信号を前記第一と第二のワイヤに供給するステップと、前記付加製造中に前記第二のコンタクトチップを前記第一のコンタクトチップに関して回転させるステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the first wire is passed through a first contact tip and the second wire is passed through a second contact tip, the first and first A second contact tip for supplying the first and second heating signals to the first and second wires, respectively, and the second contact tip with respect to the first contact tip during the additional manufacturing. And further comprising the step of rotating. 請求項10に記載の方法において、前記第一のワイヤが前記第一の溶融池と接触している時に前記第一の加熱信号の電圧をモニタするステップと、前記電圧をアーク検出電圧レベルと比較するステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein monitoring the voltage of the first heating signal when the first wire is in contact with the first molten pool and comparing the voltage to an arc detection voltage level. And further comprising the step of:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016210068A (en) * 2015-05-07 2016-12-15 学校法人金沢工業大学 Three-dimensionally shaping apparatus
CN108672893A (en) * 2018-05-21 2018-10-19 天津工业大学 A kind of control method of asymmetry angle joint penetration form and fusion penetration
CN114178546A (en) * 2021-11-25 2022-03-15 清华大学 Method and device for monitoring transition state of deposited molten drops of dual-channel electron beam fuse

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6936580B2 (en) * 2017-02-08 2021-09-15 株式会社神戸製鋼所 Stacking control device, stacking control method and program
CN107116290B (en) * 2017-06-08 2019-04-30 南华大学 The method of mariages plasma arc surfacing manufacture particles reiforced metal-base composition
CN107225314B (en) * 2017-06-22 2022-07-26 华南理工大学 Additive manufacturing system of reversed polarity plasma arc robot and implementation method thereof
CN108098112A (en) * 2017-12-14 2018-06-01 上海工程技术大学 A kind of method of electric arc increasing material manufacturing heterogeneity aluminum alloy composite material
CN110446581B (en) * 2018-03-02 2020-11-20 三菱电机株式会社 Additive manufacturing apparatus and additive manufacturing method
US11014185B2 (en) * 2018-09-27 2021-05-25 Illinois Tool Works Inc. Systems, methods, and apparatus for control of wire preheating in welding-type systems
JP6877576B2 (en) * 2018-10-19 2021-05-26 三菱電機株式会社 Additional manufacturing equipment and additional manufacturing method
CN111434434A (en) * 2019-01-10 2020-07-21 天津大学 High-strength metal laminated material and preparation method thereof
KR102157874B1 (en) * 2019-03-20 2020-09-18 조선대학교산학협력단 Power feeding device for metal additive manufacturing process using a plasma electron beam
CN111112793B (en) * 2019-12-30 2021-06-01 北京理工大学 Electric arc additive manufacturing method of magnesium alloy structural part and equipment used by electric arc additive manufacturing method
CN112643205A (en) * 2020-11-12 2021-04-13 西安增材制造国家研究院有限公司 Laser joule composite heat source metal filament additive manufacturing device and method
CN112793154B (en) * 2020-12-19 2022-06-14 湖北工业大学 Laser melt electrostatic direct writing device and method applied to high-melting-point material
CN113732444B (en) * 2021-10-18 2023-06-23 兰州理工大学 Accurate forming method and accurate forming system for TIG arc additive manufacturing process

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2527336A (en) * 1949-11-03 1950-10-24 Republic Steel Corp Control of plural arc welding
US20130327749A1 (en) * 2009-01-13 2013-12-12 Lincoln Global Inc. Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding aluminum to steel
CN102922150B (en) * 2012-11-08 2015-03-04 哈尔滨工业大学 Wire fusing method of laser liquid filling welding
CN203062064U (en) * 2013-02-05 2013-07-17 昆山安意源管道科技有限公司 Semi-automatic hot wire argon arc welding machine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016210068A (en) * 2015-05-07 2016-12-15 学校法人金沢工業大学 Three-dimensionally shaping apparatus
CN108672893A (en) * 2018-05-21 2018-10-19 天津工业大学 A kind of control method of asymmetry angle joint penetration form and fusion penetration
CN114178546A (en) * 2021-11-25 2022-03-15 清华大学 Method and device for monitoring transition state of deposited molten drops of dual-channel electron beam fuse

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