JP2019063860A - 構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。
本構成の製造システム100は、積層造形装置11と、鋳造装置13と、積層造形装置11を統括制御するコントローラ15と、を備える。コントローラ15は、鋳造装置13を含めて制御するものであってもよい。
溶接ロボット19は、多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ17には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。トーチ17の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能となっている。
図2に示すように、内側空間45に鋳湯25を流し込むと、積層壁部Wは、流し込まれた鋳湯25によって昇温され、鋳湯25は、積層壁部Wへ熱が伝達されることで降温される。降温される鋳湯25は、凝固温度T0に達することで、凝固を開始し、その後、積層壁部Wとともに降温して硬化する(図2における一点鎖線参照)。これにともない、外殻55からなる積層壁部Wは、内側空間45に流し込まれた鋳湯25によって一旦温度上昇した後、鋳湯25とともに降温する(図2における実線参照)。
図3は構造体51の概略斜視図である。
図4Aに示すように、ベースプレート41上に第1層目の移動軌跡に沿ってトーチ17を移動させ、第1層目の溶着ビード43を形成する。
この場合、溶加材Mとベースプレート41がアークにより溶融して、溶加材Mがベースプレート41上に隆起して盛り付けられる。ベースプレート41上の外殻55となる第1層目は、軌道演算部33により求めた適宜な順序で形成される。
図6は、第2実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間45に鋳湯25を流し込んだ際の積層壁部Wの温度(図6における実線及び点線)及び鋳湯25の温度(図6における一点鎖線及び二点鎖線)の変化を示すグラフ図である。
図7は、第3実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間45に鋳湯25を流し込んだ際の積層壁部Wの温度(図7における実線及び点線)及び鋳湯25の温度(図7における一点鎖線)の変化を示すグラフ図である。
図8は、他の構造体51Aの概略斜視図である。
(1) 構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、溶着ビードの積層によって積層壁部を成形するので、鋳造のための型作製が不要となり、鋳造工数や型材料のコストを低減できると共に、構造体を製造するリードタイムが短縮される。また、比較的高価な積層材料の使用が積層壁部だけで済み、材料費を抑えて製造コストを低減できる。
また、温度制御処理によって、鋳湯が凝固する際の積層壁部の温度と鋳湯の凝固温度との温度差を減少させることで、凝固する鋳湯と積層壁部との熱収縮量の差を極力抑えることができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体を製造することができる。
(2) 前記積層壁部は、前記外殻の内側に形成された内殻を備え、
前記積層造形工程は、前記ベース上に、前記外殻及び前記内殻の形状に沿って前記溶着ビードを積層して、前記外殻及び前記内殻を積層造形し、
前記鋳造工程は、前記外殻と前記内殻との間の前記内側空間に前記鋳湯を流し込む(1)に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、温度制御処理によって、鋳湯が凝固する際の外殻及び内殻からなる積層壁部の温度と鋳湯の凝固温度との温度差を減少させることで、凝固する鋳湯と積層壁部との熱収縮量の差を極力抑えることができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体を製造することができる。
(3) 前記温度制御処理は、
前記鋳湯を前記内側空間へ流し込む前に、
前記積層壁部を予熱することで、前記鋳湯が凝固する際の前記鋳湯及び前記積層壁部の温度を前記凝固温度以上とする(1)または(2)に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、鋳湯を内側空間へ流し込む前に、積層壁部を予熱することで、鋳湯が凝固する際の鋳湯及び積層壁部の温度を凝固温度以上とし、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
(4) 前記温度制御処理は、
前記内側空間へ流し込む前の前記鋳湯を、前記内側空間へ流し込んだ際に、前記積層壁部を前記凝固温度以上に加熱可能な温度にする(1)から(3)のいずれか一つに記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、内側空間へ流し込む前の鋳湯を、内側空間へ流し込んだ際に、積層壁部を凝固温度以上に加熱可能な温度にすることで、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
(5) 前記温度制御処理は、
前記積層壁部の肉厚を、前記内側空間へ前記鋳湯を流し込んだ際に、前記鋳湯によって前記凝固温度以上に昇温可能な厚さにする(1)から(4)のいずれか一つに記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、積層壁部の肉厚を、内側空間へ鋳湯を流し込んだ際に、鋳湯によって凝固温度以上に昇温可能な厚さにすることで、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
41 ベースプレート(ベース)
43 溶着ビード
45 内側空間
47,47A 鋳物部
51,51A 構造体
55 外殻
57 内殻
M 溶加材
W,WA 積層壁部
Claims (5)
- 構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。 - 前記積層壁部は、前記外殻の内側に形成された内殻を備え、
前記積層造形工程は、前記ベース上に、前記外殻及び前記内殻の形状に沿って前記溶着ビードを積層して、前記外殻及び前記内殻を積層造形し、
前記鋳造工程は、前記外殻と前記内殻との間の前記内側空間に前記鋳湯を流し込む請求項1に記載の構造体の製造方法。 - 前記温度制御処理は、
前記鋳湯を前記内側空間へ流し込む前に、
前記積層壁部を予熱することで、前記鋳湯が凝固する際の前記鋳湯及び前記積層壁部の温度を前記凝固温度以上とする請求項1または請求項2に記載の構造体の製造方法。 - 前記温度制御処理は、
前記内側空間へ流し込む前の前記鋳湯を、前記内側空間へ流し込んだ際に、前記積層壁部を前記凝固温度以上に加熱可能な温度にする請求項1から3のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。 - 前記温度制御処理は、
前記積層壁部の肉厚を、前記内側空間へ前記鋳湯を流し込んだ際に、前記鋳湯によって前記凝固温度以上に昇温可能な厚さにする請求項1から4のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
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