JP2021003813A - 付加製造物の品質推定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
付加製造装置1の構成について図面を参照しながら説明する。付加製造装置1は、例えば、粉末床溶融結合方式であってSLM方式を採用する。付加製造装置1は、図1に示すように、層状に配置された(積層された)粉末材料としての金属粉末Pに光ビームを照射することを繰り返すことによって、付加製造物Wを製造する装置である。
制御装置60は、CPU、ROM、RAM、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータである。制御装置60は、図3に示すように、データ記憶部61、昇降テーブル作動制御部62、粉末供給制御部63、光ビーム照射制御部64及び加熱制御部65を備える。
撮像装置110は、図1に示すように、付加製造装置1のチャンバ10内において、ベース23の上面に対向する位置に配置されている。撮像装置110は、造形位置にて光ビーム40aが照射されて金属粉末Pが溶融凝固することにより付加製造物Wが製造される際に、付加製造物Wの製造途中の造形面を含む領域を撮像する。
制御装置120は、CPU、ROM、RAM、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータである。制御装置120は、図3に示すように、撮像装置作動制御部121、輝度取得部122、輝度補正部123、造形密度推定部124及び欠陥判定部125を備える。
付加製造物Wにおける引っ張り強さ等の機械強度と金属粉末Pが溶融して凝固した状態における付加製造物Wの造形密度(或いは、比重)との間には相関関係が成立する。即ち、図5に示すように、造形密度が高くなる程(高密度になる程)機械強度は高くなり、造形密度が低くなる程(低密度になる程)機械強度は低くなる関係が成立する。
ここで、以下の説明において用いる用語の定義について説明しておく。「単位面積輝度au」は、図7に示すように、造形面における単位面積当たりの輝度に対応する値である。「単一層平均輝度aa」は、図7に示すように、付加製造された付加層(単一層)において「単位面積輝度au」を平均した値である。例えば、図7においては、25個の「単位面積輝度au」を平均した値が「単一層平均輝度aa」となる。
上述したように、光ビーム40aを照射して金属粉末Pを溶融し付加製造物Wを製造(造形)する場合、内部欠陥Hの存在により造形密度が高くなったり低くなったりする。ところで、付加製造物Wに内部欠陥Hが存在する場合、特に、付加製造物Wの造形面(光ビーム40aが照射された面)における輝度に変化が生じることが経験上知られている。そこで、本発明の発明者等は、種々の実験を行うことにより、造形面における輝度と造形密度との間に成立する相関関係を見出した。以下、この相関関係について説明する。
ρ=K1−K2×A+K3×B+K4×C2+G…式1
ρ=K1−K2×A+K3×B+K4×D2+G…式2
次に、付加製造装置1を用いた付加製造方法について、図13に示す欠陥判定プログラムのフローチャートを参照して説明する。制御装置60(光ビーム照射制御部64)は、データ記憶部61に記憶された付加製造物Wの形状データに基づいて、光ビーム照射装置40を作動させて光ビーム40aの照射を開始する。即ち、制御装置60(光ビーム照射制御部64)は、図示省略の所定のプログラムを実行することにより、形状データに基づいて光ビーム40aを走査して金属粉末Pの融点以上の温度で金属粉末Pを加熱する。ここで、光ビーム照射制御部64は、光ビーム40aのビーム強度、走査速度、走査間隔及び走査パターン等、適宜変更可能な照射条件に従って、光ビーム40aを走査させる。
Claims (15)
- 材料粉末が供給された造形位置にて光ビームが照射されて前記材料粉末が溶融凝固することにより付加製造物が製造される際に、前記付加製造物の製造途中の造形面を含む領域を照らし、且つ、前記領域を撮像する撮像装置と、
前記領域を撮像した画像において、前記領域の少なくとも前記造形面にて反射した光の明るさを数値化した輝度を取得する輝度取得部と、
前記輝度取得部によって取得された前記造形面の前記輝度に基づいて前記材料粉末が溶融凝固した状態における密度を表す造形密度を推定する造形密度推定部と、
を備える、付加製造物の品質推定装置。 - 前記付加製造物の品質推定装置は、更に、
前記輝度取得部によって取得された前記造形面の前記輝度を補正する輝度補正部を備え、
前記造形密度推定部は、前記輝度補正部によって補正された前記造形面の前記輝度に基づいて前記造形密度を推定する、請求項1に記載の付加製造物の品質推定装置。 - 前記撮像装置は、
所定の方向から前記領域を照らす照明部と、
前記照明部によって照らされた前記領域を撮像する撮像部と、
を備え、
前記輝度補正部は、前記照明部が前記領域を照らす前記所定の方向に対する前記造形面における前記光ビームの走査方向に応じて前記輝度を補正する、請求項2に記載の付加製造物の品質推定装置。 - 前記光ビームの前記走査方向は、前記付加製造物における隣接する付加層毎に変化される、請求項3に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記輝度補正部は、前記領域のうち、前記造形面以外の周辺領域における周辺輝度を予め設定された基準輝度となるように補正する、請求項2−4のうちの何れか一項に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記造形面の前記輝度は、前記画像における単位面積当たりの単位面積輝度を平均した単一層平均輝度である、請求項1−5のうちの何れか一項に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記造形面の前記輝度は、前記付加製造物における付加層のうち異なる複数層の前記造形面の前記単一層平均輝度を、複数の前記造形面の数で更に平均した複数層平均輝度である、請求項6に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記造形密度推定部は、前記単一層平均輝度と、前記単一層平均輝度における前記単位面積輝度のばらつきを表す単一層標準偏差と、を含む重回帰式で表される相関関係に基づいて前記造形密度を推定する、請求項6に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記造形密度推定部は、前記複数層平均輝度と、前記単一層平均輝度における前記単位面積輝度のばらつきを表す単一層標準偏差を複数の前記造形面の数で更に平均した複数層平均標準偏差と、を含む重回帰式で表される相関関係に基づいて前記造形密度を推定する、請求項7に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記撮像装置は、
前記造形面が形成された後であり、且つ、前記造形位置に新たに前記材料粉末が供給される前に前記領域を撮像する、請求項1−9のうちの何れか一項に記載の付加製造物の品質推定装置。 - 前記付加製造物の品質推定装置は、更に、
前記造形密度推定部によって推定された前記造形密度に基づいて、前記付加製造物の強度を良品に比べて低下させる内部欠陥の有無を判定する欠陥判定部を備える、請求項1−10の何れか一項に記載の付加製造物の品質推定装置。 - 前記欠陥判定部は、
前記造形密度推定部によって推定された前記造形密度が予め設定された基準造形密度以下である場合に、前記付加製造物の内部に前記内部欠陥があると判定する、請求項11に記載の付加製造物の品質推定装置。 - 前記欠陥判定部により前記付加製造物の内部に前記内部欠陥があると判定された場合、前記付加製造物の製造を中止させる、請求項11又は12に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記欠陥判定部により前記内部欠陥があると判定された前記付加製造物を不良品として選別させる、請求項11又は12に記載の付加製造物の品質推定装置。
- 前記材料粉末は、
アルミ又はSKD61である請求項1−14のうちの何れか一項に記載の付加製造物の品質推定装置。
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