CN116490316A - 层叠计划作成方法 - Google Patents

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Abstract

根据层叠造型物的三维形状数据来设定目标形状，并将所设定的目标形状分割为与熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型。根据熔敷焊道的焊接条件来预测分割出的焊道模型上下重叠的焊道层叠部中的焊道形成时的填充材料向下层的垂落量。根据该预测车的垂落量来修正焊道层叠部中的焊道模型各自的焊道高度。使用包括焊道高度被修正了的焊道模型的多个焊道模型来作成对层叠造型物进行造型的所述层叠计划。

Description

层叠计划作成方法
技术领域
本发明涉及将熔敷焊道层叠而形成的层叠造型物的层叠计划作成方法。
背景技术
近年来，作为生产手段而使用3D打印机的造型的需求不断提高，面向使用金属材料的造型的实用化正在推进研究开发。对金属材料进行造型的3D打印机使用激光或电子束以及电弧等热源，使金属粉末体或金属丝熔融，并使熔融金属层叠，从而制作层叠造型物。
例如，在专利文献1中公开了一种层叠设计方法，通过模拟来评价层叠造型物的制造过程，调整最佳的焊接道次以及焊接条件，并以调整后的条件控制焊接装置而进行造型。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2010-201474号公报
发明内容
发明要解决的课题
在利用电弧焊接将多个熔敷焊道层叠而进行造型时，有时熔敷焊道由于重力而向前层垂落，在该情况下，所形成的熔敷焊道的焊道高度比预定的高度低。这样的熔敷焊道的下垂即使利用基于专利文献1的层叠设计方法也无法定量地预测，因此，完成的层叠造型物的形状有时与目标形状产生偏差。
于是，本发明的目的在于提供考虑了层叠熔敷焊道时的焊道的垂落而能够进行高精度的层叠造型的层叠计划作成方法。
用于解决课题的方案
本发明由下述的结构构成。
一种层叠计划作成方法，作成将使填充材料熔融以及固化得到的熔敷焊道层叠而对层叠造型物进行造型时的、设定有所述熔敷焊道的焊道形成道次以及焊接条件的层叠计划，其中，
所述层叠计划作成方法具有如下工序：
根据所述层叠造型物的三维形状数据设定目标形状；
将所设定的所述目标形状分割为与所述熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型；
根据所述熔敷焊道的焊接条件来预测所述多个焊道模型中的所述焊道模型彼此上下重叠的焊道层叠部中的焊道形成时的所述填充材料向下层的垂落量；
根据预测出的所述垂落量来修正所述焊道层叠部中的所述焊道模型各自的焊道高度；以及
使用包括所述焊道高度被修正了的焊道模型的所述多个焊道模型来作成对所述层叠造型物进行造型的所述层叠计划。
发明效果
根据本发明，能够作成考虑了层叠熔敷焊道时的焊道的垂落而能够进行高精度的层叠造型的层叠计划。
附图说明
图1是示出层叠造型物的制造装置的概要结构图。
图2是示出层叠造型物的概要形状的立体图。
图3是示出与熔敷焊道的形成方向正交的截面中的焊道模型的基本形状的概要说明图。
图4是示出焊道彼此重叠的焊道层叠部中的焊道模型的概要说明图。
图5是在(A)、(B)示出焊道模型的下垂部的大小根据条件而增减的情形的说明图。
图6是使填充材料进给速度与焊接速度分别变化而层叠熔敷焊道的情况下的各熔敷焊道的预想轮廓的说明图。
图7是在图6所示的各焊接条件下对熔敷焊道示出各层叠层的焊道高度的变化的说明图。
图8是示出填充率相对于焊接速度的变化的情形的图表。
图9是示出与熔敷焊道的形成方向正交的截面中的上层的焊道模型以及下层的焊道模型的形状的说明图
图10是对焊道层叠部应用焊道模型的情况下的熔敷焊道的示意性的说明图。
图11是示出层叠计划的作成流程的流程图。
图12是示出将多个焊道模型配置多列而成为块状的形态的焊道模型的示意图。
图13的(A)、(B)是示出将具有悬伸的层叠造型物的形状分割为多个焊道模型的形态的焊道模型的示意图。
图14是示出层叠造型物为具有悬伸的层叠造型物的情况下的焊道模型的说明图。
图15是示出焊道模型的重叠部以及间隙部的焊道模型的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。
<层叠造型物的制造装置>
图1是示出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具备层叠造型装置11、综合控制层叠造型装置11的控制器13以及电源装置15。层叠造型装置11具有在前端轴设置有焊炬17的焊接机器人19以及向焊炬17供给填充材料(焊丝)M的填充材料供给部21。该层叠造型装置11利用电弧使填充材料M熔融以及固化而在基板23上形成熔敷焊道B，并将熔敷焊道B依次层叠，从而对层叠造型物25进行造型。在此示出的层叠造型物的制造装置100只不过是一结构例，也可以是其他结构。
焊接机器人19是多关节机器人，被支承为能够向安装于机械臂的前端轴的焊炬17连续供给填充材料M。焊炬17的位置以及姿态能够在机械臂的自由度的范围内三维地任意设定。
焊炬17具有未图示的保护喷嘴，并从保护喷嘴供给保护气体。作为在此使用的电弧焊接法，可以是覆盖电弧焊接以及二氧化碳气体电弧焊接等消耗电极式和TIG焊接以及等离子体电弧焊接等非消耗电极式中的任一个，也可以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，被供给熔融电流的填充材料M保持于导电嘴。焊炬17一边保持填充材料M，一边在保护气体气氛下从填充材料M的前端产生电弧。填充材料M通过安装于机械臂等的未图示的送出机构，而从填充材料供给部21向焊炬17进给。并且，当一边使焊炬17移动一边使连续进给的填充材料M熔融以及凝固时，在基板23上形成填充材料M的熔融凝固体即线状的熔敷焊道B，由此对由该熔敷焊道B构成的层叠造型物25进行造型。
控制器13具有CAD/CAM部31、轨道运算部33、存储部35以及将它们连接的控制部37。该控制器13由具备CPU、内存以及存储装置等的计算机装置构成。
CAD/CAM部31输入或作成欲制作的层叠造型物25的三维形状数据(CAD数据等)。
轨道运算部33基于三维形状数据生成成为目标形状的形状模型，并将所得到的形状模型分解为与熔敷焊道B的高度相应的多个熔敷焊道层。并且，针对分解出的形状模型的各层，作成确定焊道形成道次(用于形成熔敷焊道B的焊炬17的轨道)以及形成熔敷焊道B的焊接条件(包括用于得到焊道宽度、焊道层叠高度等的焊接电流、焊接电压等加热条件、或焊接条件等)的层叠计划。即，将作为目标形状的形状模型分割为与熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型，并决定分割出的各个焊道模型的焊道形成道次以及焊接条件。作成的层叠计划作为驱动层叠造型装置11的各部分的驱动程序而存储于存储部35。需要说明的是，也可以将必要的信息向与控制器13不同的其他计算机装置输入，并在其他计算机装置生成驱动程序。在该情况下，生成的驱动程序经由LAN等适当的通信机构而向控制器13的存储部35输入。
需要说明的是，基板23由钢板等金属板构成，基本上使用比层叠造型物25的底面(最下层的面)大的金属板。该基板23并不限于板状，也可以是块体或棒状等其他形状的基座。
作为填充材料M，能够使用任意市售的焊丝。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(JIS Z 3312)或软钢、高张力钢以及低温用钢用电弧焊接药芯焊丝(JIS Z 3313)等规定的焊丝。
另外，作为使填充材料M熔融的热源，并不限定于上述的电弧。例如，也可以采用并用电弧与激光的加热方式、使用等离子体的加热方式、使用电子束或激光的加热方式等基于其他方式的热源。在利用电子束或激光加热的情况下，能够更精细地控制加热量，能够更适当地维持熔敷焊道的状态，从而能够有助于层叠造型物的进一步的品质提高。
根据上述结构的层叠造型物的制造装置100，控制部37执行存储于存储部35的驱动程序，而驱动焊接机器人19以及电源装置15。即，控制器13按照驱动程序中设定的流程驱动焊接机器人19，而使焊炬17沿着焊道形成道次移动。在该焊炬17的移动的同时，在焊炬前端利用电弧加热填充材料M，将熔融了的填充材料M堆积于基板27上。由此，得到在基板27上形成有多个线状的熔敷焊道B的层叠造型物25。
图2是示出层叠造型物25的概要形状的立体图。
作为一例示出的层叠造型物25具有将熔敷焊道B层叠多次而成的焊道层叠部41。在焊道层叠部41中，初层的熔敷焊道BP与在初层的熔敷焊道BP上层叠的其他熔敷焊道B各自的焊道高度hP(以及焊道宽度wP)未必恒定。因此，难以准确地预测层叠有各熔敷焊道的焊道层叠部41的合计高度H。这是因为，在形成熔敷焊道时，被加热了的熔融金属向下层垂落，与该垂落了的熔融金属的容积相应地焊道高度变低。
于是，在作成具有上述那样的焊道层叠部的层叠造型物25的层叠计划时，预测熔敷焊道的垂落，并以反映由该垂落引起的熔敷焊道的形状变化的方式作成层叠计划。以下，对考虑了熔敷焊道的垂落的层叠造型物的层叠计划的作成方法进行说明。
<层叠计划的作成>
为了作成设定用于对层叠造型物进行造型的焊道形成道次以及焊接条件的层叠计划，首先，将基于层叠造型物的三维形状数据得到的目标形状分割为与熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型。
图3是示出与熔敷焊道B的形成方向正交的截面中的焊道模型BM的基本形状的概要说明图。
基本形状的焊道模型BM在与焊道形成方向(图3的进深方向)正交的截面中具有从焊道形成面45(在最下层为基板23，在上层为下层的焊道模型的上表面)隆起的残留部47以及比焊道形成面45向下方垂落的下垂部49。残留部47呈与示意性地由虚线表示的熔敷焊道B的截面形状近似的多边形形状，在此成为具有互相平行的上边51与下边53以及一对侧边55、57的梯形的区域。需要说明的是，关于形成于基板23上的初层的熔敷焊道，设为不产生上述的垂落，不在焊道模型BM设置下垂部49。
由残留部47的点P1-P2表示的下边53的长度w比由点P3-P4表示的上边51的长度u长。另外，下垂部49是包含残留部47的下边53的两端P1、P2且在比焊道形成面45靠下方的位置形成有顶点K的一个或两个三角形的区域。在图3中，在残留部47的下边53的两端部配置有两个下垂部49R、49L，但根据层叠形态也有时仅在任一方的端部配置有下垂部。另外，一对下垂部49L、49R的三角形的面积分别相等，但也存在不同的情况。关于这些情况在后述叙述。
图4是示出熔敷焊道彼此重叠的焊道层叠部41中的焊道模型的概要说明图。
在焊道层叠部41中，在基板23层叠有多层的熔敷焊道。当将上述多层的熔敷焊道在焊道形成方向的垂直面中模型化时，成为在与初层的熔敷焊道对应的焊道模型BM1之上依次层叠焊道模型BM2、BM3、…、BMn(n是表示熔敷焊道的总层数的整数)而成的模型。
在初层的焊道模型BM1不存在下垂部，在从第二层起的焊道模型BM2、BM3、…、BMn分别形成有下垂部49R、49L。下垂部49R、49L的形状根据该焊道模型的残留部47中的下边53的两端(图3的P1、P2)、在其下层配置的焊道模型的残留部47中的上边51的两端(与图3的P3、P4对应。)的位置、侧边55、57以及形成熔敷焊道的焊接条件而决定。
图5是在(A)、(B)中示出焊道模型的下垂部的大小根据条件而增减的情形的说明图。
在下层的熔敷焊道之上层叠有熔敷焊道的情况下，在上层的熔敷焊道产生朝向下层垂下的下垂部。当利用模型表示该下垂部时，成为图5的(A)所示那样。即，在下层的焊道模型BMn-1的上层设置有焊道模型BMn的情况下，在上层的焊道模型BMn向下方延伸设置下垂部49R、49L。
在此，将下层的焊道模型BMn-1中的残留部47的下边设为Q1-Q2，将上边设为Q3-Q4。另外，将上层的焊道模型BMn中的残留部47的下边设为P1-P2，将上边设为P3-P4。
在该情况下，下垂部49L成为以P1-Q3为一边且沿着下层的焊道模型BMn-1中的残留部47的侧边55(Q3-Q1)设定顶点的三角形。下垂部49R也同样地成为以P2-Q4为一边且沿着下层的焊道模型BMn-1中的残留部47的侧边57(Q4-Q2)设定顶点的三角形。
下垂部49L能取的最大的面积是将一边设为P1-Q3并将下边53的一端Q1设为顶点K的三角形的面积。如图5的(B)所示那样，顶点K越从Q1接近Q3，则下垂部49L的面积越减少。下垂部49R也同样地，顶点K在Q2的位置成为能取的最大的面积，顶点K越从Q2靠近Q4，则下垂部49R的面积越减少。
焊道模型BMi(i为表示熔敷焊道的层数的整数)的截面积在将填充材料M的供给量设为恒定的焊接条件之下设定为相同。这样，图5的(A)所示的焊道模型BMi的截面积与图5的(B)所示的焊道模型BMi的截面积等，因此，图5的(B)所示的焊道模型的残留部47的高度hi比图5的(A)所示的高度hi高。这样的下垂部49R、49L的形状以及面积根据焊接条件等而变化。
为了定量地表示上述的下垂部49R、49L的形状以及面积，在将图5的(A)所示的下垂部49R、49L的最大面积设为Sfmax并将图5的(B)所示的下垂部49R、49L的面积的Sf的情况下，将Sfmax与Sf的面积比设为定量值。即，将实际下垂的区域的截面积相对于预想为向下层下垂的最大的三角形区域所占的比例定义为填充率α[％](＝Sf/Sfmax×100)。
已知填充率α根据焊接条件而变化。以下，说明在使焊接条件变化了的各个情况下求出填充率α的一例。
图6是示出使填充材料进给速度以及焊接速度分别变化而层叠了熔敷焊道的情况下的各熔敷焊道的预想轮廓的说明图。
通过模拟预测出在将填充材料进给速度设为Va、1.2Va以及1.5Va并将焊接速度设为Vb、2Vb以及3Vb(仅在填充材料供给速度为1.5Va的情况下)的各个条件下层叠了合计11层的情况下的各熔敷焊道的形状。
如图6所示那样，在填充材料进给速度为Va的情况下，当使焊接速度从Vb向2Vb增加时，熔敷焊道的焊道宽度变窄，并且层叠高度变低。在填充材料进给速度为1.2Va、1.5Va的情况下也是同样的。
图7是在图6所示的各焊接条件中对熔敷焊道示出各层叠层的焊道高度的变化的说明图。
对于图7所示的焊道高度而言，将第一层的焊道高度设为基准值(＝1)而以相对于第一层的焊道高度的比率表示第二层以后的焊道高度。
各层的熔敷焊道的焊道高度取决于条件，但例如在3层以下的范围内存在变高的倾向，在4层以上大致恒定。焊接速度越慢则该倾向越显著。另一方面，几乎观察不到由填充材料进给速度的差异引起的焊道高度的差异。另外，填充材料进给速度越快，则熔敷焊道的形状越不稳定。这样，可知关于各种焊接条件中的尤其是焊接速度，具有与熔敷焊道的焊道高度的相关性。
图8是示出填充率相对于焊接速度的变化的情形的图表。
在图8中示出将图6、图7所示的各焊接条件下的第三层以后的熔敷焊道的形状近似为图3所示的焊道模型近似并通过运算求出该近似的焊道模型的下垂部的填充率α的结果。另外，在该图表中示出对在各焊接条件下求出的填充率α利用最小自乘法求出的近似曲线LM。根据图8，焊接速度越快，则熔敷焊道的下垂量越少，填充率α越小。另外，焊接速度越慢，则熔敷焊道的下垂量越多，填充率α越大。
通过预先将图8所示那样的填充率相对于焊接速度的变化特性登记于数据库，从而若熔敷焊道形成时的焊接速度确定，则能够参照该登记的数据库简单地求出与焊接速度对应的填充率α。
接着，对焊道模型的形状的算出式进行说明。
图9是示出与熔敷焊道的形成方向正交的截面中的上层的焊道模型BMi与下层的焊道模型BMi-1的形状的说明图。图9所示的符号的意义如下。
S：上层的焊道模型BMi的总截面积(包括残留部47以及下垂部49R、49L)
S。：焊道模型BMi的残留部47的面积
Sf：焊道模型BMi的下垂部49R、49L的合计面积
ui：焊道模型BMi的残留部47的上边51的长度
wi：焊道模型BMi的残留部47的下边53的长度
hi：焊道模型BMi的残留部47的高度
θi：焊道模型BMi的残留部47的底角(下边53与侧边55、57所成的角)
θi-1：焊道模型BMi-1的残留部47的底角(下边53与侧边55、57所成的角)
hR：焊道模型BMi的下垂部49R的高度
hL：焊道模型BMi的下垂部49L的高度
wR：焊道模型BMi的下垂部49R的宽度
hL：焊道模型BMi的下垂部49L的宽度
在该情况下，下垂部49R的填充率αR[％]与下垂部49L中的填充率αL[％]分别能够由(1)式和(2)式表示。
[数学式1]
在此，填充率αR与αL设为相等，汇总地表示为α(α＝αR＝αL)。
残留部的面积Se能够根据焊道模型BMn整体的面积S以及下垂部49的面积Sf由(3)式表示。
[数学式2]
另外，残留部47的底角θi与wi、ui、hi具有(4)式的关系。
[数学式3]
根据上述的(3)、(4)式，第n层的残留部47中的上边51的长度ui与高度hi能够由(5)、(6)式表示。
[数学式4]
根据以上内容，在层叠计划中决定了形成熔敷焊道的焊接条件之后，参照前述的数据库求出与其焊接条件相应的填充率α，将所得到的填充率α与熔敷焊道的层数i相应地设定为αi。并且，求出根据由层叠计划求出的已知的参数即S、wi、tanθi-1、hi-1以及Sf等计算的φ、wR、wL、hR、hL的各值，并将上述各参数以及所设定的填充率αi代入(5)、(6)式，而求出焊道模型BMi的残留部47中的上边51的长度ui、高度hi。由此，能够将焊道模型BMi的形状决定为与下垂部49R、49L相应的更准确的高度以及宽度。
图10是对焊道层叠部41应用焊道模型的情况下的熔敷焊道B的示意性的说明图。
在此，例示为了得到层叠造型物的目标形状61在基板23上将熔敷焊道B层叠多层而对焊道层叠部41进行造型的情况。
例如，在不考虑下垂的影响而作成能够得到目标形状61的层叠计划的情况下，设为若层叠5层的熔敷焊道B，则在计算上能够得到目标形状的高度Hb以上的层叠高度。在该情况下，在实际的熔敷焊道B形成有前述的下垂部49，因此各层的焊道高度h1～h5与产生的下垂的容积相应地焊道高度发生变化。这样，将5层的熔敷焊道B的高度合计得到的层叠高度Ha比目标形状的高度Hb低。在该情况下，无法将焊道层叠部41造型为完整的形状。
在这样的情况下，追加熔敷焊道Ba直到层叠高度Hc比目标形状的高度Hb高。即，在最上层的焊道模型之上进一步追加新的焊道模型。由此，得到即使在产生了下垂的情况下也能够可靠地确保目标形状的高度Hb的层叠计划。
当将以上的层叠计划的作成流程汇总时，如以下那样。
图11是示出层叠计划的作成流程的流程图。
首先，取得层叠造型物的三维形状数据，并设定目标形状(S1)。
设想在基板上层叠造型所设定的目标形状，将目标形状分割为梯形形状等简易焊道模型，并决定简易焊道模型的各尺寸以及焊接条件(S2)。
根据熔敷焊道的焊接条件来预测多个简易焊道模型中的简易焊道模型彼此上下重叠的焊道层叠部41中的焊道形成时的填充材料向下层的垂落量(S3)。在此，根据所决定的简易焊道模型的配置以及焊接条件，使用前述的数学式求出向前层的下垂，将简易焊道模型的形状设为具有残留部47以及下垂部49(也有不存在下垂部49的模型)的图3所示的焊道模型BM的形状。
以熔敷焊道B的熔敷量不依赖于焊接条件而是不变作为制约条件，各焊道模型BM的面积恒定。另外，下垂部49的面积Sf使用填充率α而决定。该填充率α参照根据焊接条件预先实验性地求出的填充率α的数据库而求出。填充率α的数据库可以是前述的图8所示那样的表示与焊接速度相应的填充率α的关系的近似曲线的数学式，也可以是焊接速度与填充率α的对应表。
根据预测出的垂落量而修正焊道层叠部41中的焊道模型各自的焊道高度(S4)。
接着，求出将焊道层叠部41中的焊道模型BM的各焊道高度合计而得到的层叠高度Ha(S5)。然后，判断求出的层叠高度Ha是否比目标形状的高度Hb高(S6)。如图10所示那样，在层叠高度Ha比目标形状的高度Hb低的情况下，追加至少一个焊道模型BMa直到超过目标形状的高度(S7)。
然后，在焊道模型BM的层叠高度Hc超过了目标形状的高度Hb的情况下，使用包括新追加的焊道模型的总焊道模型BM来作成层叠计划(S8)。作成的层叠计划作为驱动图1所示的层叠造型装置11的各部分的驱动程序而存储于存储部35。
根据这样作成的层叠计划，在层叠多层的熔敷焊道的焊道层叠部41中，即使在层叠高度由于在焊道形成时产生的下垂而变化的情况下，也考虑下垂而设定焊道模型，因此能够可靠地造型为目标形状的高度以上的层叠高度。因而，能够不受下垂的影响地进行高精度的层叠造型。
<其他焊道模型的排列>
接着，说明熔敷焊道的各种形态下的焊道模型的排列。
图12是示出将多个焊道模型BM1、BM2、BM3配置多列而设为块状的形态的焊道模型的示意图。
各焊道模型BM1、BM2、BM3在相邻的焊道模型彼此之间具有重叠部地排列，在多列中的两端的列的焊道模型BM1、BM2、BM3设置下垂部49R、49L。在该情况下，比两端的列靠内侧的焊道模型BM1、BM2、BM3相互具有重叠部，因此即使产生下垂，焊道高度也几乎不变化。然而，两端的列的焊道模型BM1、BM2、BM3受到下垂的影响。
于是，仅在尤其由下垂引起的高度变化较大的两端的列的焊道模型BM1、BM2、BM3设置下垂部49R、49L，根据下垂部49R、49L的大小而修正残留部47的高度。由此，仅实施局部的高度修正即可，能够效率良好地作成准确的层叠计划。
图13的(A)、(B)是示出将具有悬伸的层叠造型物的形状分割为多个焊道模型BM的形态的焊道模型的示意图。
在图13的(A)中，示出层叠的焊道模型BM1、BM2、BM3倾斜地层叠且在比层叠于上层的焊道模型的下边53的两端靠内侧的位置配置下层的焊道模型的上边51的情况。在该情况下，在焊道模型BM2、MB3分别在下边53的两端设置下垂部49R、49L，并求出残留部47的高度。
另一方面，如图13的(B)所示那样，在层叠于上层的焊道模型的下边53的一方的端部配置于比下层的焊道模型的上边51的两端靠内侧的位置的情况下，仅在配置于上层的焊道模型的下边53的另一方的端部侧设置下垂部(在此为49L)，并求出残留部47的高度。
在该情况下，根据前述的(1)式、(4)式以及(6)式的关系，得到(7)式。
[数学式5]
并且，将下垂部49R、49L合计而得到的面积Sf能够由(8)式、(9)式表示。在此，Sfp为与周围的焊道模型的重叠部63的面积，Sc为在相邻的焊道模型之间产生的间隙部65的面积(参照后述的图15)。
[数学式6]
Sf＝Sfa-Sfp…(8)
Sfa＝0.5WRhR+0.5WLhgL+Sc…(9)
图14是示出层叠造型物具有悬伸的情况下的焊道模型的说明图。图15是示出重叠部以及间隙部的焊道模型的说明图。
以(7)式、(8)式、(9)式为基础，与前述同样地根据前述的(5)式、(6)式求出焊道模型BMi的残留部47中的上边51的长度ui、高度hi。由此，即使在下垂部49R、49L相互非对称或仅存在任一方的情况下，也能够求出准确的焊道模型的形状。
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以及本领域技术人员基于说明书的记载和周知的技术进行变更、应用也是本发明的预定，包含于请求保护的范围。
如以上那样，在本说明书中公开了如下事项。
(1)一种层叠计划作成方法，作成将使填充材料熔融以及固化得到的熔敷焊道层叠而对层叠造型物进行造型时的、设定有所述熔敷焊道的焊道形成道次以及焊接条件的层叠计划，其中，
所述层叠计划作成方法具有如下工序：
根据所述层叠造型物的三维形状数据设定目标形状；
将所设定的所述目标形状分割为与所述熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型；
根据所述熔敷焊道的焊接条件来预测所述多个焊道模型中的所述焊道模型彼此上下重叠的焊道层叠部中的焊道形成时的所述填充材料向下层的垂落量；
根据预测出的所述垂落量来修正所述焊道层叠部中的所述焊道模型各自的焊道高度；以及
使用包括所述焊道高度被修正了的焊道模型的所述多个焊道模型来作成对所述层叠造型物进行造型的所述层叠计划。
(2)根据(1)所述的层叠计划作成方法，其中，
在修正所述焊道高度的工序中，根据形成所述熔敷焊道的焊接速度来修正所述垂落量。
根据该层叠计划作成方法，通过根据具有与垂落量的相关性的焊接速度来修正垂落量，能够准确地设定焊道模型的焊道高度。
(3)根据(2)所述的层叠计划作成方法，其中，
所述层叠计划作成方法还具有准备数据库的工序，所述数据库包括表示所述焊道形成时的焊接速度与所述焊道形成时的所述填充材料的垂落量的关系的信息，
在修正所述焊道高度的工序中，参照所述数据库，求出与所述焊道形成时的焊接速度对应的所述垂落量，并将所述焊道模型的焊道高度修正为与所述垂落量相应的高度。
根据该层叠计划作成方法，通过参照预先准备的数据库求出垂落量，能够效率良好地修正焊道高度。
(4)根据(3)所述的层叠计划作成方法，其中，
在多层范围内层叠的所述焊道模型在与焊道形成方向正交的截面中具有表示从焊道形成面隆起的区域的残留部以及表示仅在具有与所述焊道形成面相比向下方垂落的下垂区域的情况下设置的所述下垂区域的下垂部，
所述残留部是具有相互平行的上边和下边以及一对侧边且所述下边比所述上边长的梯形形状的区域，
所述下垂部是配置于比第i层的所述焊道模型的所述残留部的下边靠下侧的位置、且沿着在所述第i层的焊道模型的下层配置的第i-1层的焊道模型的所述残留部中的一方的侧边或两方的侧边形成的一个或两个三角形形状的区域，
针对所述第i层的焊道模型，将焊道模型总面积设为S，将所述残留部的面积设为Se，将所述下垂部的合计面积设为Sf，将所述残留部的上边的长度设为ui，将下边的长度设为wi，将高度设为hi，将底角设为θi，
针对第i-1层的所述焊道模型，将所述残留部的上边的长度设为un-1，将下边的长度设为wi-1，将高度设为hi-1，
将所述下垂部的面积相对于所述下垂部能够取得的最大的合计面积的比率设为α，使用下述式来决定所述焊道模型的形状。
[数学式7]
根据该层叠计划作成方法，能够使用具有梯形形状的残留部以及三角形的下垂部的焊道模型，通过几何学的运算预测准确的焊道高度。
(5)根据(4)所述的层叠计划作成方法，其中，
在所述焊道模型上下重叠的焊道层叠部悬伸地层叠的情况下，
在与熔敷焊道的形成方向正交的截面中，
在将所述焊道模型与周围的其他焊道模型的重叠部的面积设为fp，
在所述残留部的下边的一端部形成所述下垂部的情况下，将该下垂部的三角形的底边的长度设为WR，将从底边到顶点的高度设为hR，
在所述残留部的下边的另一端部形成所述下垂部的情况下，将该下垂部的三角形的底边的长度设为WL，将从底边到顶点的高度设为hL，将与周围焊道的重叠部的面积设为Sfp，且
将形成于彼此相邻的所述残留部彼此之间的间隙面积设为Sc时，
使用下述式来决定所述第i层的焊道模型的形状。
[数学式8]
Sf＝Sfa-Sfp
Sfa＝0.5WRhR+0.5WLhL+Sc
根据该层叠计划作成方法，即使在熔敷焊道悬伸地倾斜层叠的情况下，也能够求出准确的焊道高度。
(6)根据(4)或(5)所述的层叠计划作成方法，其中，
在所述焊道层叠部中的所述焊道高度被修正了的多个焊道模型的层叠高度比与所述焊道层叠部对应的所述目标形状的高度低的情况下，在所述焊道层叠部进一步追加所述焊道模型直到超过所述目标形状的高度。
根据该层叠计划作成方法，即使在由于下垂的影响而层叠后的焊道高度不满预定的高度的情况下，也能够准确地预测焊道高度，因此追加形成熔敷焊道而形成为在可靠方面必要的熔敷焊道的层叠高度。
需要说明的是，本申请基于2020年10月28日申请的日本专利申请(特愿2020-180780)，其内容在本申请之中作为参照而被引用。
附图标记说明
11 层叠造型装置
13 控制器
15 电源装置
17 焊炬
19 焊接机器人
21 填充材料供给部
23 基板
25 层叠造型物
31 CAD/CAM部
33 轨道运算部
35 存储部
37 控制部
41 焊道层叠部
45 焊道形成面
47 残留部
49 下垂部
51 上边
53 下边
55 侧边
57 侧边
61 目标形状
63 重叠部
65 间隙部
100 层叠造型物的制造装置。

Claims (6)

1.一种层叠计划作成方法，作成将使填充材料熔融以及固化得到的熔敷焊道层叠而对层叠造型物进行造型时的、设定有所述熔敷焊道的焊道形成道次以及焊接条件的层叠计划，其中，
所述层叠计划作成方法具有如下工序：
根据所述层叠造型物的三维形状数据设定目标形状；
将所设定的所述目标形状分割为与所述熔敷焊道对应的形状的多个焊道模型；
根据所述熔敷焊道的焊接条件来预测所述多个焊道模型中的所述焊道模型彼此上下重叠的焊道层叠部中的焊道形成时的向所述填充材料的下层的垂落量；
根据预测出的所述垂落量来修正所述焊道层叠部中的所述焊道模型各自的焊道高度；以及
使用包括所述焊道高度被修正了的焊道模型的所述多个焊道模型来作成对所述层叠造型物进行造型的所述层叠计划。
2.根据权利要求1所述的层叠计划作成方法，其中，
在修正所述焊道高度的工序中，根据形成所述熔敷焊道的焊接速度来修正所述垂落量。
3.根据权利要求2所述的层叠计划作成方法，其中，
所述层叠计划作成方法还具有准备数据库的工序，所述数据库包括表示所述焊道形成时的焊接速度与所述焊道形成时的所述填充材料的垂落量的关系的信息，
在修正所述焊道高度的工序中，参照所述数据库，求出与所述焊道形成时的焊接速度对应的所述垂落量，并将所述焊道模型的焊道高度修正为与所述垂落量相应的高度。
4.根据权利要求3所述的层叠计划作成方法，其中，
在多层范围内层叠的所述焊道模型在与焊道形成方向正交的截面中具有表示从焊道形成面隆起的区域的残留部以及表示仅在具有比所述焊道形成面向下方垂落的下垂区域的情况下设置的所述下垂区域的下垂部，
所述残留部是具有相互平行的上边和下边以及一对侧边且所述下边比所述上边长的梯形形状的区域，
所述下垂部是配置于比第i层的所述焊道模型的所述残留部的下边靠下侧的位置、且沿着在所述第i层的焊道模型的下层配置的第i-1层的焊道模型的所述残留部中的一方的侧边或两方的侧边形成的一个或两个三角形形状的区域，
针对所述第i层的焊道模型，将焊道模型总面积设为S，将所述残留部的面积设为Se，将所述下垂部的合计面积设为Sf，将所述残留部的上边的长度设为ui，将下边的长度设为wi，将高度设为hi，将底角设为θi，
针对第i-1层的所述焊道模型，将所述残留部的上边的长度设为un-1，将下边的长度设为wi-1，将高度设为hi-1，
将所述下垂部的面积相对于所述下垂部能够取得的最大的合计面积的比率设为α，
使用下述式来决定所述焊道模型的形状，
[数学式1]
5.根据权利要求4所述的层叠计划作成方法，其中，
在所述焊道层叠部悬伸地层叠的情况下，
在与所述熔敷焊道的形成方向正交的截面中，
在将所述焊道模型与周围的其他焊道模型的重叠部的面积设为fp，
在所述残留部的下边的一端部形成所述下垂部的情况下，将该下垂部的三角形的底边的长度设为WR，将从底边到顶点的高度设为hR，
在所述残留部的下边的另一端部形成所述下垂部的情况下，将该下垂部的三角形的底边的长度设为WL，将从底边到顶点的高度设为hL，
将与周围焊道的重叠部的面积设为Sfp，且
将形成于彼此相邻的所述残留部彼此之间的间隙面积设为Sc时，
使用下述式来决定所述第i层的焊道模型的形状，
[数学式2]
Sf＝Sfa-Sfp
Sfa＝0.5WRhR+0.5WLhL+Sc。
6.根据权利要求4或5所述的层叠计划作成方法，其中，
在所述焊道层叠部中的所述焊道高度被修正了的多个焊道模型的层叠高度比与所述焊道层叠部对应的所述目标形状的高度低的情况下，在所述焊道层叠部进一步追加所述焊道模型直到超过所述目标形状的高度。
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