CN112368099A - 层叠造型物的制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

对将三维形状数据的形状层分解而得到的各层制作层叠计划，该层叠计划确定使金属熔融并凝固而形成的形成轨道以及金属的加热条件。在根据该层叠计划对层叠造型物进行造型的情况下，对层叠计划进行校正，直到在层叠后热收缩的层叠造型物的形状与三维形状数据的形状的差量落入预先确定的允许范围。基于差量落入所述允许范围的层叠计划，来对层叠造型物进行层叠造型。

Description

层叠造型物的制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及层叠造型物的制造方法以及制造装置。

背景技术

已知有制作立体的造型物的层叠造型装置。在该种层叠造型装置中，输入表示造型物的目标形状的三维形状数据，生成将该三维形状数据以规定的厚度进行了层分割的分割层的形状数据。然后，层叠造型装置反复依次形成并层叠与分割层的形状数据对应的形状，从而造型三维的层叠造型物。

层叠造型装置的造型方式在是将使造型材料加热熔融并凝固而得到的层依次下一层叠的方式的情况下，造型后的造型物的最终形状由于造型材料的热收缩而发生变化。于是，在专利文献1中公开了如下方法：根据造型后的造型物的形状来预测变形，修正三维形状数据以降低该变形，并使用修正后的形状数据来对造型物进行造型。根据该方法，对于造型后的造型物，降低相对于原来的三维形状数据所确定的目标形状的变形，优选以抵消变形的方式修正形状数据。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2017-205975号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在使造型材料加热熔融并凝固的情况下，由于造型时的加热条件，向造型材料输入的热量输入量发生变化，因此造型物的热收缩量产生偏差。在专利文献1的技术中，仅根据几何学上的形状数据来修正三维形状数据，因此不能消除由加热条件引起的热量输入量的偏差的影响。其结果是，在造型后的造型物中，由于加热条件的不同，依然产生相对于目标形状的偏移。

于是，本发明的目的在于，提供即使在造型物产生与造型时的加热条件相应的热收缩，也能够使造型后的造型物的形状高精度地成为目标形状的层叠造型物的制造方法以及制造装置。

用于解决课题的方案

本发明由下述的结构构成。

(1)一种层叠造型物的制造方法，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造方法包括：

取得所述三维形状数据的工序；

制作层叠计划的工序，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量的工序；

变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内的工序；以及

基于所述差量落入所述允许范围的层叠计划，来对所述层叠造型物进行层叠造型的工序。

(2)一种层叠造型物的制造装置，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造装置具备：

输入部，其取得所述三维形状数据；

层叠计划制作部，其制作层叠计划，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

变形量计算部，其在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量；以及

控制部，其变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内。

发明效果

根据本发明，即使在造型物产生与造型的加工条件相应的热收缩，也能够使造型后的造型物的形状为目标形状。

附图说明

图1是本发明的层叠造型物的制造装置的概要结构图。

图2A是层叠造型物的俯视图。

图2B是层叠造型物的侧视图。

图3是示出利用多个焊道对层叠造型物进行造型的情形的工序说明图。

图4是示出层叠造型物的层叠计划和制造方法的步骤的流程图。

图5是示出圆筒状的层叠造型物的立体图。

图6是示出对图5所示的层叠造型物进行造型的情况下的形状模型的说明图。

图7是示出层叠造型物由于热收缩而从形状模型的形状发生变形的情形的说明图。

图8是示出由于热收缩而发生了变形的层叠造型物的与形状模型的差量的示意性的说明图。

图9是示意性地示出对形状模型进行校正的情形的说明图。

图10是示意性地示出对形状模型进行校正而得到的校正形状模型的说明图。

图11是示出使用焊炬对层叠造型物进行层叠造型的情形的说明图。

图12是示出热收缩后的层叠造型物的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

＜层叠造型物的制造装置＞

图1是本发明的层叠造型物的制造装置的概要结构图。

本结构的层叠造型物的制造装置100具备造型部11、综合控制造型部11的造型控制器13、以及电源装置15。

造型部11具有作为在前端轴设置有电弧焊接用的焊炬17的焊炬移动机构的焊接机器人19、以及向焊炬17供给填充材料(焊丝)Fm的填充材料供给部21。

焊接机器人19例如是具有6轴的自由度的多关节机器人，在安装于机械臂的前端轴的焊炬17以能够连续供给的方式支承有填充材料Fm。焊炬17的位置、姿态在机械臂的自由度的范围内能够三维地任意设定。

焊炬17一边保持填充材料Fm，一边在保护气体环境下从填充材料Fm的前端产生电弧。焊炬17具有未图示的保护喷嘴，并从保护喷嘴向焊炬前端供给保护气体。作为电弧焊接法，可以是覆盖电弧焊接、二氧化碳气体电弧焊接等消耗电极式、TIG焊接、等离子体电弧焊接等非消耗电极式中的任一个，根据制作的层叠造型物而适当选定。例如，在消耗电极式的情况下，在保护喷嘴的内部配置导电嘴，供给熔融电流的填充材料Fm保持于导电嘴。

填充材料Fm能够使用所有出售的焊丝。例如，能够使用由软钢、高张力钢以及低温用钢用的MAG焊接以及MIG焊接实心焊丝(JISZ3312)、软钢、高张力钢以及低温用钢用电弧焊接药芯焊丝(JISZ3313)等规定的焊丝。

填充材料Fm通过安装于焊接机器人19的机械臂等的未图示的抽出机构，而从填充材料供给部21向焊炬17进给。并且，根据来自造型控制器13的指令来驱动机械臂，由此焊炬17沿着所希望的焊接线移动。另外，连续进给的填充材料Fm通过在焊炬17的前端产生的电弧而在保护气体环境下熔融并凝固。由此，形成作为填充材料Fm的熔融凝固体的焊道25。这样，造型部11是将填充材料Fm的熔融金属层叠的层叠造型装置，通过在基材23上多层状地层叠焊道25，从而将层叠造型物27造型。

作为使填充材料Fm熔融的热源，并不限于上述的电弧。例如，也可以采用由同时采用了电弧和激光的加热方式、使用等离子体的加热方式、使用电子束、激光的加热方式等其他方式产生的热源。在使用电弧的情况下，能够确保保护性，并且能够与材料、结构无关地简单形成焊道。在通过电子束、激光来加热的情况下，能够进一步精细地控制加热量，并能够更加适当地维持熔敷焊道的状态而有助于层叠造型物的进一步的品质提升。

造型控制器13具有层叠计划制作部31、变形量计算部33、程序制作部35、存储部37、输入部39、以及连接上述各部分的控制部41。从输入部39向控制部41输入表示要制作的层叠造型物的形状的三维形状数据(CAD数据等)、各种指示信息。

本结构的层叠造型物的制造装置100使用所输入的三维形状数据将层叠造型物27生成焊道形成用的模型，并制作焊炬的移动轨迹、焊接条件等层叠计划。层叠造型物27的最终形状由于在焊道的层叠后产生的热收缩而发生变化。于是，在本结构的制造装置100中，层叠造型物27的最终形状按照在后叙述详细情况的步骤对层叠计划进行校正，以使得与所输入的三维形状数据的形状一致。控制部41制作与校正了的层叠计划相应的动作程序，并按照该动作程序来驱动各部分，对所希望的形状的层叠造型物27进行层叠造型。

层叠计划制作部31将所输入的三维形状数据的形状的模型分解为与焊道25的高度相应的多个层。并且，对分解后的模型的各层，制作确定用于形成焊道25的焊炬17的轨道(形成轨道)、以及形成焊道25加热条件(包括用于得到焊道宽度、焊道层叠高度等的焊接条件等)的层叠计划。

变形量计算部33解析地求出在按照所制作的层叠计划对层叠造型物27进行造型的情况下，由在层叠造型物27产生的热收缩引起的变形量，求出与三维形状数据的模型形状的差量(尺寸差)。求出的尺寸差反映于层叠计划，并进行校正以使得该尺寸差成为允许范围内。

程序制作部35制作驱动造型部11的各部分而设定层叠造型物的造型步骤并使计算机执行该步骤的动作程序。所制作的动作程序存储于存储部37。

在存储部37，除了存储有动作程序以外，还存储有造型部11所具有的各种驱动部的规格、填充材料Fm的材料的信息等，在程序制作部35中制作动作程序时、执行动作程序时等，适当参照所存储的信息。该存储部37由存储器、硬盘等存储介质构成，能够进行各种信息的输入输出。

包括控制部41的造型控制器13是具备CPU、存储器、I/O接口等的计算机装置。造型控制器13具有读取在存储部37存储的数据、程序、执行数据的处理、动作程序的功能、以及驱动控制造型部11的各部分的功能。控制部41根据基于来自输入部39的操作、通信等的指示，而进行动作程序的制作、执行。

当控制部41执行程序时，按照已编程的规定的步骤驱动焊接机器人19、电源装置15等的各部分。焊接机器人19根据来自造型控制器13的指令，使焊炬17沿着已编程的轨道轨迹移动，并且在规定的时机通过电弧使填充材料Fm熔融，从而在所希望的位置形成焊道25。

层叠计划制作部31、变形量计算部33、程序制作部35等的各运算部设置于造型控制器13，但并不限于此。虽未图示，但例如也可以与层叠造型物的制造装置100分体地，在经由网络等通信单元、存储介质而分离地配置的服务器、终端等外部计算机设置上述的运算部。通过在外部计算机设置上述的运算部，能够无需层叠造型物的制造装置100地制作所希望的动作程序，程序制作作业不会变得繁杂。另外，通过将制作了的动作程序向造型控制器13的存储部37转送，能够与在造型控制器13中制作动作程序的情况同样地使造型部11动作。

＜基本的层叠造型的步骤＞

接下来，简单地说明针对作为简单的模型而例示的图示例的层叠造型物27的层叠造型的步骤。

图2A是层叠造型物27的俯视图，图2B是层叠造型物27的侧视图。

图示例的层叠造型物27呈圆筒状，通过在预先设置的基材23从下层朝向上层依次层叠焊道25而进行造型。

换句话说，图1所示的焊接机器人19按照动作程序，使焊炬17沿着所指示的轨道移动，在该焊炬17的移动的同时产生电弧。由此，沿着焊炬移动的轨道形成焊道25。焊道25使填充材料Fm熔融以及凝固而形成，在形成了的焊道层反复层叠下一层的焊道层。

在图2A、图2B中，示出了由一根焊道25形成一层的量的焊道层的例子，但用由多根焊道形成焊道层。

图3是示出利用多个焊道对层叠造型物进行造型的情形的工序说明图。

在该情况下，使焊炬17向图3的进深方向(纸面垂直方向)移动，通过在保护气体G环境中产生的电弧，在基材23相邻地形成焊道25A、25B、25C。通过产生的电弧将焊道形成的目标位置附近加热，通过加热而熔融了的填充材料Fm在目标位置凝固，由此形成第一层的各焊道25A、25B、25C。第二层的焊道层H2在第一层的焊道层H1的焊道25A与焊道25B之间形成焊道25D，进一步与焊道25D相邻地形成焊道25E。这样，反复进行焊道形成。

在该情况下，将焊炬17向从基材23的板面法线L0倾斜了规定的焊炬角度θ的方向L1倾斜。焊炬角度θ能够设为图中点Pc处的两个焊道表面的切线的二等分线。

另外，层叠造型物的造型除了由焊道形成其全部形状以外，还可以在一部分使用粗形材料，并在粗形材料的表面形成焊道而成为层叠造型物的形状。在该情况下，使用所输入的三维形状数据，将层叠造型物的外形区分为成为层叠造型物的基体的粗形材料区域、以及形成于基体上的成为层叠造型物的外形的层叠造型区域，而在层叠造型区域形成焊道。根据该方式，能够减轻造型工序。

＜层叠造型物的层叠计划和层叠条件＞

接下来，详细地说明在图2A、图2B中作为一例而示出的层叠造型物27的层叠计划的制作和层叠造型步骤。

图4是示出层叠造型物的层叠计划和制造方法的步骤的流程图。以下，使用该流程图来依次说明各步骤。

首先，图1所示的造型控制器13从输入部39取得要造型的层叠造型物的三维形状数据(S1)。

造型控制器13的层叠计划制作部31根据所取得的三维形状数据的形状，制作由焊道形成其形状的层叠计划(S2)。在层叠计划中包括制作表示使焊炬17移动的轨道的轨道计划、设定以电弧为加热源来形成焊道时的焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊炬角度等焊接条件。

具体而言，如图5所示，在对从中心轴Lc以恒定半径r形成的圆筒状的层叠造型物27进行造型的情况下，如图6所示将层叠造型物27的形状沿垂直方向分割为多层(在图示例中为10层)，生成具有多个分割层43_S1、43_S2、43_S3、···、43_S10的形状模型43。与各分割层43_S1、43_S2、43_S3、···、43_S10的模型对应地，分别求出使焊炬17(参照图1)移动的轨道。在轨道的决定中，由基于规定的算法的运算等来决定。作为轨道的信息，在图示例的情况下，包括使焊炬17移动的路径的空间坐标、路径的半径、路径长度等路径的信息、形成的焊道的焊道宽度、焊道高度等焊道信息等。分割层的高度根据由焊接条件设定的焊道高度来决定。

接下来，图1所示的变形量计算部33解析地求出将所制作的轨道计划在所设定的焊接条件下实施了的情况下的由在层叠造型物产生的热收缩引起的变形量(S3)。该变形量能够使用热弹塑性解析、固有应变法解析、热弹性解析中的任一个来求出。例如，通过使用了有限元法的解析(FEM解析)，选择性地指定上述任一个理论来进行解析，由此能够推定在造型后冷却到常温的状态下的层叠造型物的最终形状。需要说明的是，在存储部37中存储有与填充材料Fm的材质相应的物性信息等，在解析中适当使用这些信息。

图7是示出层叠造型物27A由于热收缩而从形状模型43的形状发生变形的情形的说明图。

图1所示的造型部11通过执行与形状模型43对应的动作程序，从而按照形状模型43的形状形成焊道25。在该焊道25的层叠后，完成后的层叠造型物从由于加热而成为高温的状态向常温冷却。这样一来，如图7所示层叠造型物27由于热收缩而变形为最终形状。在图示例的层叠造型物27A中，在最远离基材23的最终层27A₁₀中成为最大的变形量，从形状模型43的形状沿径向产生ΔL的变形。

这样，当以形状模型43为目标形状制作层叠计划而进行层叠造型时，完成后的层叠造型物由于热收缩而变形为与形状模型43不同的形状。于是，在本结构的层叠造型物的制造装置100中，对层叠计划进行校正以消除由产生的热收缩引起的变形。

图8是示出由于热收缩而发生了变形的层叠造型物27A的与形状模型43的差量的示意性的说明图。

在此，使以图7所示的层叠造型物27A的中心轴Lc为中心的径向的变形量ΔL与形状模型43的各分割层43_S1、43_S2、43_S3、···，43_S10对应地示出为ΔLi(ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、···、ΔL₁₀)。

接下来，将作为目标形状的形状模型从原来的形状模型43变更为预见了解析地求出的变形量ΔLi的形状的校正形状模型(S4)。

校正形状模型45是以使进行层叠造型并热收缩后的层叠造型物的形状成为原来的形状模型43的形状的方式对形状模型43使用变形量ΔLi进行校正而得到的模型。

作为设定校正形状模型45的具体的方法，能够采用各种方法。在此作为一例，说明将变形量ΔLi沿与变形方向反向的方向加在原来的形状模型43的形状的方法。

图9是示意性地示出对形状模型43进行校正的情形的说明图。

原来的形状模型43(也参照图6)具有层分解而得到的分割层43_S1～43_S10。各分割层43_S1～43_S10均为形成同径的圆筒体的一部分的形状。校正形状模型45通过对各分割层43_S1～43_S10的模型实施向与变形方向(朝向径向内侧的方向)反向的方向(朝向径向外侧的方向)延伸变形量ΔLi的校正而得到。

换句话说，在分割层43_S1的位置，作为将分割层43_S1朝向径向外侧延伸了变形量ΔL1而得到的扩径了的环形状，设定于校正形状模型45的分割层45_S1。对于分割层43_S2～43_S10也同样地，将向径向外侧延伸了对应的变形量ΔL2～ΔL10而得到的形状设定于校正形状模型45的分割层45_S2～45_S10。

图10是示意性地示出对形状模型43进行校正而得到的校正形状模型45的说明图。

对形状模型43的各分割层43_S1～43_S10(参照图9)的形状进行校正而得到的校正形状模型45具有根据变形量ΔLi的大小而扩径了的倒圆锥形的侧面形状。

使用该校正形状模型45，与图4所示的S2的工序同样地制作(校正)层叠计划(S5)。此时，可以仅校正轨道计划，但也可以根据需要而进行加热条件的再设定。例如，对进行焊接电流增减控制而变更热量输入量，由此能够调整焊道宽度、焊道高度等各种形状参数。在该情况下，能够扩大调整量，能够效率良好地进行最佳的对层叠计划的校正。

然后，与前述的S3的情况同样地解析地求出在基于对校正形状模型45进行校正而得到的层叠计划进行层叠造型的情况下产生的变形量ΔL(S6)。

根据以变更后的校正形状模型45的形状为目标形状而进行层叠造型的校正轨道计划，如图11所示，在刚进行焊炬17的层叠造型的后，得到沿着校正形状模型45的形状的层叠造型物27B。当该层叠造型物27B冷却到常温时，如图12所示产生由热收缩引起的变形，解析地求出最终成为层叠造型物27C的形状的情况。

在此，求出图12所示的以解析地求出的变形量ΔLi变形了的层叠造型物27C的形状与最初的形状模型43的形状(所输入的三维形状数据的形状)的差量Δd，判断该差量Δd是否落入预先确定的允许范围内ε(S7)。

在差量Δd超过了允许范围ε的情况下，返回前述的S4的工序，再度变更作为目标形状的校正形状模型47。

在再度变更校正形状模型47的情况下，使用在S6的工序中求出的变形量ΔLi，来再度制作层叠计划。此时，除了轨道计划以外，也还可以再设定加热条件。并且，解析地求出在根据校正后的层叠计划实施了层叠造型的情况下在层叠造型物产生的变形量ΔLi。求出以求出的变形量ΔLi变形了的层叠造型物的形状与最初的形状模型43的形状(三维形状数据的形状)的差量Δd，反复进行S4～S7的工序，直到该差量Δd落入预先确定的允许范围内ε。

在差量Δd落入允许范围ε的情况下，程序制作部35(参照图1)基于在上述的S6中校正后的层叠计划(轨道计划、加热条件)，来制作表示形成焊道的步骤的动作程序(S8)。

在此所说的动作程序是用于由图1所示的造型部11实施根据所输入的层叠造型物的三维形状数据通过规定的运算而设计出的焊道的形成步骤的命令代码。控制部41通过执行存储于存储部37的动作程序，从而利用造型部11来制造层叠造型物。换句话说，控制部41从存储部37读取所希望的动作程序，并按照该动作程序，使图1所示的焊炬17通过焊接机器人19的驱动而移动，并且从焊炬17前端产生电弧。由此，在基材23反复形成焊道25，能够造型成为与形状模型43高精度地相同的形状的层叠造型物。

在上述例子中，将层叠造型物设为简单的圆筒形状，但层叠结构物的形状并不限于此。层叠结构物越是更加复杂的形状，由上述的层叠计划以及制造方法产生的效果越显著，因此能够适当地应用。

如以上说明的那样，根据本结构的层叠造型物的制造装置100，实际上不对层叠造型物进行层叠造型，而解析地求出由热收缩引起的变形量来制作层叠计划，因此短缩层叠计划的制作时间而能够进行高效率的层叠造型物的制造。

另外，根据本层叠计划方法，通过反复进行变形量ΔL的计算与形状模型43的形状的比较，能够不使用特别的算法而将双方的形状差向缩小的方向可靠地调整。

并且，通过基于热弹塑性解析来进行由热收缩引起的变形量ΔL的计算，从而进行加上了塑性变形的变形解析，能够高精度地预测变形量。另外，通过基于固有应变法解析来进行，从而利用每个层叠条件下的固有应变进行解析，因此能够更加简便地进行短时间的解析。并且，通过基于热弹性解析来进行，并通过输入推定的收缩应变，能够短时间且简易地预测变形。另外，在未产生到塑性区域的变形的小规模的变形的情况下等，能够使解析工序更加简单化，即使是低成本的硬件也能够进行高精度的解析。

需要说明的是，在上述例子中，将层叠造型物的完成形状与形状数据的形状之差量作为尺寸差而进行了说明，但例如，也可以使用使层叠造型物的完成形状与形状数据的形状重叠际的重叠区域的体积(或者面积)来判断是否是允许范围。换句话说，作为判断是否是允许范围的参数，是能够判断形状差的参数即可。

这样，本发明并不限定于上述的实施方式，将实施方式的各结构相互组合、本领域技术人员基于说明书的记载、以及公知的技术而进行变更、应用也是本发明所预定的，并包括在请求保护的范围。

例如，本技术并不限于通过焊接而制作层叠造型物的情况，例如，也能够适当应用于如下情况，将使与粉体材料对置的加工头进行扫描而使粉体材料选择性地熔融、凝固而得到的层层叠，从而得到三维形状的层叠造型物。

如以上那样，在本说明书中公开了如下事项。

(1)一种层叠造型物的制造方法，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造方法包括：

取得所述三维形状数据的工序；

制作层叠计划的工序，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量的工序；

变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内的工序；以及

基于所述差量落入所述允许范围的层叠计划，来对所述层叠造型物进行层叠造型的工序。

根据该层叠造型物的制造方法，制作层叠计划，该层叠计划除了包括根据目标形状使金属熔融并凝固而进行层叠的形成轨道以外，还包括形成熔融金属的加热条件，因此能够正确地求出与造型时的热量输入量相应的热收缩量。其结果是，能够正确地掌握在层叠造型物产生的变形量，能够进行更高的形状精度的层叠造型物的制造。

(2)根据(1)所述的层叠造型物的制造方法，其中，通过运算而求出所述差量的工序使用热弹塑性解析、固有应变法解析、热弹性解析中的任一个来求出由所述热收缩引起的变形量。

根据该层叠造型物的制造方法，通过热弹塑性解析、固有应变法解析、热弹性解析，能够进行高精度的变形量的预测。

(3)根据(1)或(2)所述的层叠造型物的制造方法，所述层叠计划的校正向与由所述热收缩引起的变形产生的方向相反的方向变更所述形成轨道。

根据该层叠造型物的制造方法，能够无需复杂的运算而简单地消除产生的变形。

(4)根据(1)～(3)中任一个所述的层叠造型物的制造方法，其中，由使填充材料熔融以及凝固而得到的多个焊道形成焊道层，并在该形成的焊道层反复层叠下一层的焊道层，从而造型所述层叠造型物。

根据该层叠造型物的制造方法，能够制造由焊接的焊道形成的高强度的层叠造型物。

(5)根据(4)所述的层叠造型物的制造方法，其中，利用从在多轴机器人的机械臂的前端支承的焊炬产生的电弧，使所述填充材料熔融而形成所述焊道。

根据该层叠造型物的制造方法，能够以高的自由度制造任意形状的层叠造型物。

(6)根据(5)所述的层叠造型物的制造方法，其中，所述加热条件包括形成所述焊道的焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊炬角度中的至少任一个。

根据该层叠造型物的制造方法，能够正确地掌握向层叠造型物输入的热量输入量，能够正确地预测产生的热收缩量。由此，能够制造更高的形状精度的层叠造型物。

(7)一种层叠造型物的制造装置，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造装置具备：

输入部，其取得所述三维形状数据；

层叠计划制作部，其制作层叠计划，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

变形量计算部，其在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量；以及

控制部，其变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内。

根据该层叠造型物的制造装置，制作层叠计划，该层叠计划除了包括根据目标形状使金属熔融并凝固而进行层叠的形成轨道以外，还包括形成熔融金属的加热条件，因此能够正确地求出与造型时的热量输入量相应的热收缩量。其结果是，能够正确地掌握在层叠造型物产生的变形量，能够进行更高的形状精度的层叠造型物的制造。

本申请基于2018年6月27日申请的日本专利申请(特愿2018-122324)，其内容在本申请中作为参照而被引用。

附图标记说明：

11 造型部(层叠造型装置)

13 造型控制器

17 焊炬

19 焊接机器人

25、25A、25B、25C、25D、25E 焊道

27、27A、27B 层叠造型物

31 层叠计划制作部

33 变形量计算部

35 程序制作部

39 输入部

41 控制部

43 形状模型

45 校正形状模型

100 层叠造型物的制造装置。

Claims (8)

1.一种层叠造型物的制造方法，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造方法包括：

取得所述三维形状数据的工序；

制作层叠计划的工序，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量的工序；

变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内的工序；以及

基于所述差量落入所述允许范围的层叠计划，来对所述层叠造型物进行层叠造型的工序。

2.根据权利要求1所述的层叠造型物的制造方法，其中，

通过运算而求出所述差量的工序使用热弹塑性解析、固有应变法解析、热弹性解析中的任一个来求出由所述热收缩引起的变形量。

3.根据权利要求1所述的层叠造型物的制造方法，其中，

所述层叠计划的校正向与由所述热收缩引起的变形产生的方向相反的方向变更所述形成轨道。

4.根据权利要求2所述的层叠造型物的制造方法，其中，

所述层叠计划的校正向与由所述热收缩引起的变形产生的方向相反的方向变更所述形成轨道。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的层叠造型物的制造方法，其中，

由使填充材料熔融以及凝固而得到的多个焊道形成焊道层，并在该形成的焊道层反复层叠下一层的焊道层，从而造型所述层叠造型物。

6.根据权利要求5所述的层叠造型物的制造方法，其中，

利用从在多轴机器人的机械臂的前端支承的焊炬产生的电弧，使所述填充材料熔融而形成所述焊道。

7.根据权利要求6所述的层叠造型物的制造方法，其中，

所述加热条件包括形成所述焊道的焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊炬角度中的至少任一个。

8.一种层叠造型物的制造装置，其根据目标形状的三维形状数据，使金属熔融并凝固而进行层叠，其中，

所述层叠造型物的制造装置具备：

输入部，其取得所述三维形状数据；

层叠计划制作部，其制作层叠计划，所述层叠计划确定由所述金属形成将所述三维形状数据的形状进行层分解而得到的各层的形成轨道以及所述金属的加热条件；

变形量计算部，其在根据所述层叠计划对所述层叠造型物进行造型的情况下，通过运算而求出因层叠后的冷却而热收缩的所述层叠造型物的形状与所述三维形状数据的形状的差量；以及

控制部，其变更所述形成轨道以及所述加热条件以校正所述层叠计划，直到所述差量落入预先确定的允许范围内。

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