JP2021042451A - Additional manufacturing apparatus and additional manufacturing method - Google Patents

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貴也 長濱
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Abstract

To provide an additional manufacturing apparatus capable of adjusting input energy of a light beam irradiated on material powder in a chamber to a predetermined amount, by controlling irradiation output of the light beam according to a contamination degree of a light beam transmission member due to fume, and an additional manufacturing method.SOLUTION: An additional manufacturing apparatus 1 includes: a chamber 10; a light beam transmission member 12 capable of transmitting a light beam 40a; a powder feeder 30; a light beam irradiation device 40; and a controller 100. The controller 100 includes a storage part 105 for storing data base expressing relationship between a plurality of input factors and a contamination degree of the light beam transmission member 12; a contamination degree estimation part 107 for estimating the contamination degree based on a plurality of the input factors and the data base; and an output controller 108 for adjusting output of the light beam according to estimated contamination degree, in which a plurality of the input factors contains an irradiation condition of the light beam, and an irradiation time of the light beam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、付加製造装置及び付加製造方法に関する。 The present invention relates to an additional manufacturing apparatus and an additional manufacturing method.

近年、金属の材料粉末に光ビーム(レーザビーム等)を照射し、照射した材料粉末を焼結又は溶融させて固化させ層状に積層して立体的な金属付加製造物Wを製造する付加製造(AM;Additive Manufacturing)の開発が盛んに行なわれている(例えば、特許文献1、2参照)。 In recent years, metal material powder is irradiated with a light beam (laser beam, etc.), and the irradiated material powder is sintered or melted to be solidified and laminated in layers to produce a three-dimensional metal addition product W (additional manufacturing). AM; Additive Manufacturing) is being actively developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

このような付加製造装置によって金属付加製造物Wを製造する際には、光ビームの照射によって金属付加製造物が酸化し品質が低下することがないよう、雰囲気を空気から例えば不活性ガス等に置換したチャンバ内で材料粉末に光ビームを照射する方法がある。このとき、特許文献1に示す付加製造装置では、光ビームは、チャンバの外側で発射された後、チャンバの壁の一部を構成する透明な光ビーム透過部材(例えば、ガラス)を透過してチャンバ内の材料粉末に照射する。これにより、チャンバ内の雰囲気を不活性ガスで満たした状態で材料粉末に光ビームを照射することができ、金属付加製造物の酸化を良好に防止できる。 When the metal addition product W is manufactured by such an addition manufacturing apparatus, the atmosphere is changed from air to, for example, an inert gas so that the metal addition product W is not oxidized by irradiation with a light beam and the quality is not deteriorated. There is a method of irradiating the material powder with a light beam in the replaced chamber. At this time, in the additional manufacturing apparatus shown in Patent Document 1, the light beam is emitted outside the chamber and then transmitted through a transparent light beam transmitting member (for example, glass) forming a part of the wall of the chamber. Irradiate the material powder in the chamber. As a result, the material powder can be irradiated with a light beam while the atmosphere in the chamber is filled with the inert gas, and oxidation of the metal addition product can be satisfactorily prevented.

特開2017−122265号公報JP-A-2017-122265 特開2018−176213号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-176213

しかしながら、特許文献1の付加製造装置では、材料粉末に光ビームを照射することにより溶融する材料粉末から、一般的にヒュームと呼称される蒸発金属が光ビームの連続照射時間に応じた量だけ発生する。そしてヒュームの一部は、チャンバ内に面する光ビーム透過部材の下面に付着する。これにより、光ビーム透過部材における光ビームの透過率は、光ビームの照射時間に応じて低下し、延いては材料粉末に照射される光ビームの投入エネルギー量が低下して、製造される金属付加製造物の例えば相対密度等に影響を与える虞がある。 However, in the additional manufacturing apparatus of Patent Document 1, from the material powder melted by irradiating the material powder with a light beam, evaporative metal generally called fume is generated in an amount corresponding to the continuous irradiation time of the light beam. To do. Then, a part of the fume adheres to the lower surface of the light beam transmitting member facing the inside of the chamber. As a result, the transmittance of the light beam in the light beam transmitting member decreases according to the irradiation time of the light beam, and the amount of energy input of the light beam irradiated to the material powder decreases, so that the metal produced is produced. It may affect, for example, the relative density of the additional product.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ヒュームによる光ビーム透過部材の汚れの度合いに応じて光ビームの照射出力を調整し、チャンバ内の材料粉末に照射される光ビームの投入エネルギーを所定の量に調整可能な付加製造装置及び付加製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and adjusts the irradiation output of the light beam according to the degree of contamination of the light beam transmitting member by the fume, and irradiates the material powder in the chamber with the light beam. It is an object of the present invention to provide an additional manufacturing apparatus and an additional manufacturing method capable of adjusting the input energy of the above to a predetermined amount.

(1.付加製造装置)
本発明に係る付加製造装置は、光ビームの照射によって材料粉末を溶融させた後、固化又は焼結させて付加製造物を製造する。付加製造装置は、前記付加製造物の製造を行なうための製造空間を備えるチャンバと、前記製造空間と前記チャンバの外部空間とを区画する前記チャンバの区画壁の一部を構成し、前記光ビームを透過可能な光ビーム透過部材と、前記製造空間内に配置され、前記付加製造物を造形する造形位置に前記材料粉末を供給する粉末供給装置と、前記光ビームを、前記チャンバの前記外部空間から前記光ビーム透過部材を透過させて前記造形位置に供給された前記材料粉末に照射する光ビーム照射装置と、前記粉末供給装置の作動を制御する粉末供給制御部及び前記光ビーム照射装置の作動を制御する光ビーム照射制御部を備える制御装置とを備える。
(1. Additional manufacturing equipment)
The additional manufacturing apparatus according to the present invention manufactures an additional product by melting the material powder by irradiation with a light beam and then solidifying or sintering the material powder. The additional manufacturing apparatus constitutes a part of a partition wall of the chamber that divides the manufacturing space and the external space of the chamber into a chamber provided with a manufacturing space for manufacturing the additional product, and the light beam. A light beam transmitting member capable of transmitting the light beam, a powder supply device arranged in the manufacturing space and supplying the material powder to a molding position for molding the additional product, and the light beam in the external space of the chamber. The light beam irradiating device that transmits the light beam transmitting member from the light beam to irradiate the material powder supplied to the modeling position, the powder supply control unit that controls the operation of the powder supply device, and the operation of the light beam irradiating device. It is provided with a control device including a light beam irradiation control unit for controlling the above.

前記制御装置は、さらに、複数の入力要素と前記光ビームの照射により発生する金属蒸気が前記光ビーム透過部材の表面に付着することによる汚れ度合いとの関係性を表すデータベース、又は、前記複数の入力要素及び前記汚れ度合いを訓練データセットとする機械学習により生成された学習済みモデルを格納する格納部と、前記複数の入力要素と前記格納部に格納された前記データベース又は前記学習済みモデルとに基づいて、前記汚れ度合いを推定する汚れ度合い推定部と、推定された前記汚れ度合いに応じて前記光ビームの出力を調整する出力調整部と、を備える。前記複数の入力要素は、少なくとも、前記光ビームの照射条件と、前記光ビーム透過部材の前記表面に汚れの付着がない状態における前記光ビームの初めの照射時を開始時とする前記光ビームの照射時間とを含む。 The control device further includes a database showing the relationship between the plurality of input elements and the degree of contamination due to the metal vapor generated by the irradiation of the light beam adhering to the surface of the light beam transmitting member, or the plurality of. A storage unit that stores a trained model generated by machine learning using the input element and the degree of contamination as a training data set, and the database or the trained model stored in the plurality of input elements and the storage unit. Based on this, a dirt degree estimation unit that estimates the dirt degree and an output adjustment unit that adjusts the output of the light beam according to the estimated dirt degree are provided. The plurality of input elements are formed by at least the irradiation conditions of the light beam and the start of the first irradiation of the light beam in a state where the surface of the light beam transmitting member is free of dirt. Including irradiation time.

この付加製造装置によれば、複数の入力要素である、少なくとも光ビームの照射条件及び光ビームの照射時間と、光ビーム透過部材の表面の汚れ度合いとの関係性を表すデータベース、又は前述の複数の入力要素及び汚れ度合いを訓練データセットとする機械学習により生成された学習済みモデルを用いて、光ビーム透過部材の汚れ度合いを推定し、推定した汚れ度合いに応じて光ビームの出力を調整する。つまり、計測が難しく時間もかかる光ビームが材料粉末表面に照射した投入エネルギー量を実際に計測することなく、光ビーム透過部材の汚れに基づいて不足した投入エネルギー量に応じた不足分の光ビームの出力分を増加させる。これにより、光ビーム透過部材に汚れが発生した場合でも、推定した汚れ度合いに応じた不足分の光ビームの照射出力を調整するだけでチャンバ内の材料粉末に照射される光ビームの投入エネルギー量を所定の量に調整できる。このため、付加製造物が、容易、且つ低コストに製造できる。 According to this additional manufacturing apparatus, a database showing the relationship between at least the irradiation conditions of the light beam and the irradiation time of the light beam and the degree of contamination of the surface of the light beam transmitting member, which are a plurality of input elements, or the above-mentioned plurality of. Using a trained model generated by machine learning using the input elements and the degree of contamination as the training data set, the degree of contamination of the light beam transmitting member is estimated, and the output of the light beam is adjusted according to the estimated degree of contamination. .. In other words, without actually measuring the amount of input energy that the light beam that is difficult and time-consuming to measure irradiates the surface of the material powder, the light beam that is insufficient according to the amount of input energy that is insufficient based on the dirt on the light beam transmitting member. Increase the output of. As a result, even if the light beam transmitting member becomes dirty, the amount of energy input of the light beam to be applied to the material powder in the chamber is simply adjusted by adjusting the irradiation output of the insufficient light beam according to the estimated degree of dirt. Can be adjusted to a predetermined amount. Therefore, the additional product can be manufactured easily and at low cost.

(2.付加製造方法)
本発明に係る付加製造方法は、前記光ビームの照射によって前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融させた後、固化又は焼結させて前記付加製造物を製造する上記に記載の付加製造装置を用いた付加製造方法である。付加製造方法は、前記複数の入力要素と前記格納部に格納された前記データベース又は前記学習済みモデルとに基づいて、前記汚れ度合いを推定する汚れ度合い推定工程と、推定された前記汚れ度合いに応じて、前記光ビームの出力を調整する出力調整工程と、を備える。前記複数の入力要素は、少なくとも、前記光ビームの前記照射条件と、前記光ビーム透過部材の前記表面に前記汚れの付着がない状態における前記光ビームの初めの照射時を開始時とする前記光ビームの照射時間とを含む。この付加製造方法によれば、上記で説明した付加製造装置と同様に、光ビーム透過部材に汚れが発生した場合でも、推定した汚れ度合いに応じた不足分の光ビームの照射出力を調整するだけでチャンバ内の材料粉末に照射される光ビームの投入エネルギー量を所定の量に調整できる。このため、付加製造物が、高品質に製造できる。
(2. Addition manufacturing method)
The additional manufacturing method according to the present invention is the additional manufacturing method described above, wherein the material powder supplied to the molding position is melted by irradiation with the light beam and then solidified or sintered to manufacture the additional product. This is an additional manufacturing method using an apparatus. The additional manufacturing method corresponds to the stain degree estimation step of estimating the stain degree based on the plurality of input elements and the database or the trained model stored in the storage unit, and the estimated stain degree. The output adjusting step for adjusting the output of the light beam is provided. The plurality of input elements include at least the irradiation conditions of the light beam and the light starting from the first irradiation of the light beam in a state where the surface of the light beam transmitting member is not adhered with the dirt. Includes beam irradiation time. According to this additional manufacturing method, similarly to the additional manufacturing apparatus described above, even if the light beam transmitting member is contaminated, only the irradiation output of the insufficient light beam is adjusted according to the estimated degree of contamination. The amount of energy input of the light beam irradiated to the material powder in the chamber can be adjusted to a predetermined amount. Therefore, the additional product can be produced with high quality.

第一実施形態に係る付加製造装置の概要図である。It is a schematic diagram of the additional manufacturing apparatus which concerns on 1st Embodiment. 光ビーム透過部材における汚れ度合いと光ビームの透過率との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the degree of contamination in a light beam transmitting member, and the transmittance of a light beam. 光ビーム照射装置の構造について説明する図であるIt is a figure explaining the structure of the light beam irradiation apparatus. 光ビームの投入エネルギーを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the input energy of a light beam. 出力調整にデータベースを適用した第一実施形態に係る制御部のブロック図である。It is a block diagram of the control part which concerns on the 1st Embodiment which applied the database to the output adjustment. 第一実施形態に係る出力調整の作動のフローチャートである。It is a flowchart of operation of output adjustment which concerns on 1st Embodiment. 変形例1に係る付加製造装置の概要図である。It is a schematic diagram of the additional manufacturing apparatus which concerns on modification 1. FIG. 変形例2に係る付加製造装置の概要図である。It is a schematic diagram of the additional manufacturing apparatus which concerns on modification 2. 出力調整に機械学習により生成された学習済みモデルを適用した変形例3に係る制御部のブロック図である。It is a block diagram of the control part which concerns on the modification 3 which applied the trained model generated by the machine learning to the output adjustment.

<1.第一実施形態>
(1−1.付加製造装置1の構成)
第一実施形態に係る付加製造装置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、平らに敷き詰められた金属粉末Pm(材料粉末に相当する)に対し、光ビーム40a(レーザビーム等)を照射することで付加製造を行なう。本実施形態では、付加製造装置1は、粉末床溶融結合方式(Powder Bed Fusion)におけるSLM(Selective Laser Melting)方式を採用する。
<1. First Embodiment>
(1-1. Configuration of additional manufacturing apparatus 1)
The configuration of the additional manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. The additional manufacturing apparatus 1 performs additional manufacturing by irradiating the metal powder Pm (corresponding to the material powder) spread flat with a light beam 40a (laser beam or the like). In this embodiment, the additional manufacturing apparatus 1 employs an SLM (Selective Laser Melting) method in a powder bed fusion method.

つまり、付加製造装置1は、図1に示すように、後述する製造空間PArにおいて、層状に一層ずつ配置される金属粉末Pmに光ビーム40aを照射する。これにより、付加製造装置1は、金属粉末Pmを溶融させた後、固化させ、一層分の付加製造物Wを製造する。その後、複数層の各金属粉末Pmに対し同様の処理を繰り返し行ない、積層して付加製造物Wを製造する。 That is, as shown in FIG. 1, the additional manufacturing apparatus 1 irradiates the metal powder Pm arranged layer by layer with the light beam 40a in the manufacturing space PAr described later. As a result, the addition manufacturing apparatus 1 melts the metal powder Pm and then solidifies it to manufacture one layer of the addition product W. After that, the same treatment is repeated for each of the plurality of layers of the metal powder Pm, and the layers are laminated to produce the additional product W.

ここで、光ビーム40aは、例えば、レーザビームを含み、その他に金属粉末Pmを溶融することができる種々のビームを含む。又、レーザビームには、例えば、近赤外波長のレーザ、COレーザ(遠赤外レーザ)、半導体レーザ等、種々のレーザを適用でき、対象の金属粉末Pm(例えば、SKD61(JIS G 4404)、アルミ、ステンレス鋼、チタン、マルエージング鋼等)に応じて適宜決定される。 Here, the light beam 40a includes, for example, a laser beam, and also includes various beams capable of melting the metal powder Pm. Further, various lasers such as a near-infrared wavelength laser, a CO 2 laser (far infrared laser), and a semiconductor laser can be applied to the laser beam, and the target metal powder Pm (for example, SKD61 (JIS G 4404)) can be applied. ), Aluminum, stainless steel, titanium, maraging steel, etc.).

なお、本実施形態では、金属粉末Pmとして、中炭素鋼であり合金工具鋼であるSKD61を採用するものとする。また、SKD61は、H13(AISI/SAE規格)と同等の材料である。また、本実施形態では、金属粉末Pmの第一層目は、造形物の最下層部(ベース部)を構成する平面状のベース23の上面に供給されるものとする。 In this embodiment, SKD61, which is a medium carbon steel and an alloy tool steel, is used as the metal powder Pm. Further, SKD61 is a material equivalent to H13 (AISI / SAE standard). Further, in the present embodiment, the first layer of the metal powder Pm is supplied to the upper surface of the flat base 23 constituting the lowermost layer portion (base portion) of the modeled object.

付加製造装置1は、図1に示すように、チャンバ10、造形物支持装置20、粉末供給装置30、光ビーム照射装置40、ガスフロー生成装置50、及び付加製造装置1の作動を統括的に制御する制御装置100を備える。 As shown in FIG. 1, the additional manufacturing device 1 comprehensively operates the chamber 10, the modeled object support device 20, the powder supply device 30, the light beam irradiation device 40, the gas flow generation device 50, and the additional manufacturing device 1. A control device 100 for controlling is provided.

チャンバ10は、各面を形成する区画壁に囲まれ直方体状に形成される。また、上述したように、チャンバ10は、各区画壁の内部に付加製造物Wの製造を行なうための製造空間PArを備える。つまり、各区画壁は、チャンバ10内の製造空間PArと、チャンバ10の外側の外部空間OArとを区画する。また、チャンバ10は、上方の区画壁に、区画壁の一部を構成する透明な光ビーム透過部材12を備える。 The chamber 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape surrounded by partition walls forming each surface. Further, as described above, the chamber 10 is provided with a manufacturing space PAr for manufacturing the additional product W inside each partition wall. That is, each partition wall partitions the manufacturing space PAr in the chamber 10 and the external space OAr outside the chamber 10. Further, the chamber 10 is provided with a transparent light beam transmitting member 12 that forms a part of the partition wall on the upper partition wall.

光ビーム透過部材12は、例えば、円板状に形成されるとともに、光ビーム40aの透過を可能とする部材である。本実施形態において、光ビーム透過部材12は、透明な板ガラスによって形成される。光ビーム透過部材12は、通常、「保護ガラス」と呼称される部材である。なお、上記において光ビーム透過部材12は円板状に形成されると述べたが、これには限定されず、光ビーム透過部材12は、どのような形状でもよい。 The light beam transmitting member 12 is, for example, a member that is formed in a disk shape and enables transmission of the light beam 40a. In the present embodiment, the light beam transmitting member 12 is formed of a transparent flat glass. The light beam transmitting member 12 is a member usually referred to as a "protective glass". Although it has been described above that the light beam transmitting member 12 is formed in a disk shape, the light beam transmitting member 12 is not limited to this, and the light beam transmitting member 12 may have any shape.

また、光ビーム透過部材12は、透明であれば、ガラスのみならず、例えば、樹脂等で形成されてもよい。ただし、光ビーム透過部材12の表面上に汚れがない状態において、光ビーム40aの透過率αは、より高い方が好ましい。なお、ここでいう透過率αとは、下記式(1)に示すように、光ビーム透過部材12の透過前における光ビーム40aの投入エネルギーE1と、光ビーム透過部材12を透過した後であって、光ビーム40aが照射した金属粉末Pmの表面上の所定位置における光ビーム40aの投入エネルギーE2との比をいうものとする。 Further, the light beam transmitting member 12 may be formed of, for example, resin or the like as long as it is transparent. However, it is preferable that the transmittance α of the light beam 40a is higher when the surface of the light beam transmitting member 12 is not contaminated. As shown in the following formula (1), the transmittance α referred to here is the input energy E1 of the light beam 40a before the light beam transmitting member 12 is transmitted and after the light beam transmitting member 12 is transmitted. The ratio of the light beam 40a to the input energy E2 of the light beam 40a at a predetermined position on the surface of the metal powder Pm irradiated by the light beam 40a.

透過率α=E2/E1・・・・・(1)
E1;光ビーム透過部材12の透過前の光ビーム40aの投入エネルギー(J)。
E2;光ビーム透過部材12の透過した後の金属粉末Pmの表面上の被照射部分における光ビーム40aの投入エネルギー(J)。
なお、図2は、「透過率α」と、光ビーム透過部材12の「汚れ度合いD」との関係の概略を示すグラフである。
Transmittance α = E2 / E1 ... (1)
E1; Input energy (J) of the light beam 40a before being transmitted by the light beam transmitting member 12.
E2; The input energy (J) of the light beam 40a at the irradiated portion on the surface of the metal powder Pm after being transmitted by the light beam transmitting member 12.
Note that FIG. 2 is a graph showing an outline of the relationship between the “transmittance α” and the “dirt degree D” of the light beam transmitting member 12.

チャンバ10は、内部の空気を、例えば、He(ヘリウム)や、N(窒素)、Ar(アルゴン)等の不活性ガスに置換可能となるように構成されている。不活性ガスへの置換の方法については、どのような方法を用いてもよい。尚、上記態様に限らず、チャンバ10は、内部の空気を不活性ガスに置換することに代えて、内部を減圧可能な構成としても良い。 The chamber 10 is configured so that the air inside can be replaced with an inert gas such as He (helium), N 2 (nitrogen), Ar (argon), or the like. Any method may be used for the method of substitution with the inert gas. Not limited to the above embodiment, the chamber 10 may be configured so that the inside can be depressurized instead of replacing the air inside with an inert gas.

図1に示すように、造形物支持装置20は、付加製造物Wを造形(付加製造)するための支持部材により構成され、付加製造物Wを造形(付加製造)するための上面部分が、チャンバ10の内部の製造空間PArに露出して設けられる。造形物支持装置20は、造形用容器21、昇降テーブル22及びベース23を備える。造形用容器21は上側に、製造空間PArに開口する開口部を有し、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。昇降テーブル22は、造形用容器21の内部にて内壁面に沿うように上下方向に昇降動作可能に設けられる。 As shown in FIG. 1, the modeled object support device 20 is composed of a support member for modeling (additional manufacturing) the additional product W, and the upper surface portion for modeling (additional manufacturing) the additional product W is formed. It is provided so as to be exposed in the manufacturing space PAr inside the chamber 10. The modeled object support device 20 includes a modeling container 21, an elevating table 22, and a base 23. The modeling container 21 has an opening that opens into the manufacturing space PAr on the upper side, and has an inner wall surface that is parallel to the vertical axis. The elevating table 22 is provided inside the modeling container 21 so as to be able to move up and down in the vertical direction along the inner wall surface.

ベース23は、昇降テーブル22の上面に着脱可能に載置され、ベース23の上面が付加製造物Wを造形するための支持面となる。即ち、ベース23は、昇降テーブル22の降下に伴って上面の上方に金属粉末Pmを一層ずつ層状に配置すると共に、付加製造時に付加製造物Wを支持可能である。 The base 23 is detachably placed on the upper surface of the elevating table 22, and the upper surface of the base 23 serves as a support surface for modeling the additional product W. That is, the base 23 can support the additional product W at the time of additional production while arranging the metal powder Pm one layer at a time above the upper surface as the elevating table 22 descends.

粉末供給装置30は、造形物支持装置20に隣接して設けられている。粉末供給装置30は、粉末収納容器31、供給テーブル32及びリコータ33を備える。粉末収納容器31は上側に、製造空間PArに開口する開口部を有しており、粉末収納容器31の開口部の高さは造形用容器21の開口部の高さと同一高さとなっている。 The powder supply device 30 is provided adjacent to the modeled object support device 20. The powder supply device 30 includes a powder storage container 31, a supply table 32, and a recorder 33. The powder storage container 31 has an opening that opens into the manufacturing space PAr on the upper side, and the height of the opening of the powder storage container 31 is the same as the height of the opening of the modeling container 21.

粉末収納容器31は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有している。供給テーブル32は、粉末収納容器31の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられている。そして、粉末収納容器31内において、供給テーブル32の上側領域に、金属粉末Pmが収納されている。 The powder storage container 31 has an inner wall surface parallel to the vertical axis. The supply table 32 is provided inside the powder storage container 31 so as to be movable in the vertical direction along the inner wall surface. Then, in the powder storage container 31, the metal powder Pm is stored in the upper region of the supply table 32.

リコータ33は、製造空間PAr内において、造形用容器21の開口部及び粉末収納容器31の開口部の全領域に亘って、両開口部の上面に沿って往復移動可能に設けられている。リコータ33は、例えば、図1の左右方向において右側から左側に向って移動するとき、即ち、粉末収納容器31の開口部から造形用容器21の開口部に向けて移動するときに、粉末収納容器31の開口部から突出している金属粉末Pmを造形用容器21に運搬する。 The recorder 33 is provided so as to be reciprocally movable along the upper surfaces of both openings over the entire area of the opening of the modeling container 21 and the opening of the powder storage container 31 in the manufacturing space PAr. The powder storage container 33 is, for example, when moving from the right side to the left side in the left-right direction of FIG. 1, that is, when moving from the opening of the powder storage container 31 toward the opening of the modeling container 21. The metal powder Pm protruding from the opening of 31 is transported to the modeling container 21.

更に、リコータ33は、後述するように降下した昇降テーブル22と共に降下したベース23の上方にて運搬した金属粉末Pmをならし、ベース23の上面にて同種の金属粉末Pmを層状に配置する、即ち、リコートする。ここで、「同種」とは、材料粉末である金属粉末Pmの材質が同一であり、金属粉末Pmの平均粒径等が所定の範囲内に含まれることを意味する。 Further, the recorder 33 smoothes the metal powder Pm carried above the lowered base 23 together with the lowered elevating table 22 as described later, and arranges the same type of metal powder Pm in a layer on the upper surface of the base 23. That is, recoat. Here, "the same kind" means that the material of the metal powder Pm, which is the material powder, is the same, and the average particle size and the like of the metal powder Pm are included in a predetermined range.

光ビーム照射装置40は、図1に示すように、チャンバ10の外部に配置されている。そして、光ビーム照射装置40は、造形位置Kであるベース23の上方に層状に供給され配置された金属粉末Pm(材料粉末)の層表面上に、チャンバ10の外部空間OArから光ビーム透過部材12を透過させて光ビーム40aを照射する。 The light beam irradiator 40 is arranged outside the chamber 10 as shown in FIG. Then, the light beam irradiation device 40 is a light beam transmitting member from the external space OAr of the chamber 10 on the layer surface of the metal powder Pm (material powder) supplied and arranged in a layer shape above the base 23 at the modeling position K. 12 is transmitted and the light beam 40a is irradiated.

光ビーム40aは、上述したように、レーザビーム等である。光ビーム照射装置40は、リコートされた金属粉末Pmの被照射部分に光ビーム40aを照射することにより金属粉末Pmを金属粉末Pmの融点以上の温度に加熱する。これにより、金属粉末Pmは溶融し、その後、固化して(又は焼結して)、一体化された層からなる付加製造物Wが造形(製造)される。即ち、隣接する金属粉末Pm同士は、溶融接合によって一体化される。 As described above, the light beam 40a is a laser beam or the like. The light beam irradiator 40 heats the metal powder Pm to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal powder Pm by irradiating the irradiated portion of the recoated metal powder Pm with the light beam 40a. As a result, the metal powder Pm is melted and then solidified (or sintered) to form (manufacture) an additional product W composed of an integrated layer. That is, the adjacent metal powders Pm are integrated by melt joining.

光ビーム照射装置40は、制御装置100が備える光ビーム照射制御部104の制御により、予め設定されたプログラムに従って、光ビーム40aの照射位置を移動すると共に、ビーム出力Pを変更することができる。このように、光ビーム40aの照射位置を移動することにより、三次元形状を有する付加製造物Wを造形することができる。 The light beam irradiation device 40 can move the irradiation position of the light beam 40a and change the beam output P according to a preset program under the control of the light beam irradiation control unit 104 included in the control device 100. By moving the irradiation position of the light beam 40a in this way, the additional product W having a three-dimensional shape can be formed.

又、光ビーム40aのビーム出力Pを変化させることにより、リコートされた金属粉末Pmの被照射部分における投入エネルギーE2(被照射部分に流入する入熱量)が変化し、金属粉末Pmの溶融状態を変化させることができる。 Further, by changing the beam output P of the light beam 40a, the input energy E2 (the amount of heat input flowing into the irradiated portion) in the irradiated portion of the recoated metal powder Pm changes, and the molten state of the metal powder Pm is changed. Can be changed.

なお、このとき、溶融状態となった溶融金属からは、一般的に「ヒューム」と呼称される蒸発金属が発生する。蒸発したヒュームは、チャンバ10内を浮遊し、チャンバ10の区画壁の内側面や、光ビーム透過部材12の内側面に「汚れ」として付着する。特にヒュームが光ビーム透過部材12の製造空間PAr側の面に付着した場合、光ビーム透過部材12を透過する光ビーム40aの透過率αが低下する。このとき、光ビーム40aの透過率αの低下の度合いは、上述したようにヒュームによる光ビーム透過部材12の「汚れ度合いD」に応じて決まる(図2参照)。 At this time, evaporative metal generally called "fume" is generated from the molten metal in the molten state. The evaporated fume floats in the chamber 10 and adheres as "dirt" to the inner surface of the partition wall of the chamber 10 and the inner surface of the light beam transmitting member 12. In particular, when the fume adheres to the surface of the light beam transmitting member 12 on the manufacturing space PAr side, the transmittance α of the light beam 40a transmitted through the light beam transmitting member 12 decreases. At this time, the degree of decrease in the transmittance α of the light beam 40a is determined according to the “dirt degree D” of the light beam transmitting member 12 due to the fume as described above (see FIG. 2).

そこで、本発明では、光ビーム透過部材12の「汚れ度合いD」と相関のある各種条件(入力要素)と「汚れ度合いD」との相関関係に基づき、所望の時点における光ビーム透過部材12の「汚れ度合いD」を推定する。そして、推定された「汚れ度合いD」に基づいて、低下した光ビーム40aの投入エネルギー分を、光ビーム40aの出力を増加させることにより修正(調整)するものである(図2のグラフ内の破線参照)。詳細については,後に述べる。 Therefore, in the present invention, the light beam transmitting member 12 at a desired time point is based on the correlation between various conditions (input elements) correlated with the "dirt degree D" of the light beam transmitting member 12 and the "dirt degree D". Estimate the "dirt degree D". Then, based on the estimated "dirt degree D", the reduced energy input of the light beam 40a is corrected (adjusted) by increasing the output of the light beam 40a (in the graph of FIG. 2). See dashed line). Details will be described later.

光ビーム照射装置40は、図1及び図3に示すように、レーザ発振器41及びレーザヘッド42を備える。又、光ビーム照射装置40は、レーザ発振器41から発振された近赤外レーザ光(光ビーム40a)をレーザヘッド42に伝送する光ファイバ43を備える。 As shown in FIGS. 1 and 3, the light beam irradiation device 40 includes a laser oscillator 41 and a laser head 42. Further, the light beam irradiating device 40 includes an optical fiber 43 that transmits the near-infrared laser light (light beam 40a) oscillated from the laser oscillator 41 to the laser head 42.

レーザ発振器41は、任意のビーム出力Pで、且つ波長が予め設定された所定の赤外波長となるように発振させて連続波の近赤外レーザ光を光ビーム40aとして生成する。レーザヘッド42は、チャンバ10内に層状に配置された金属粉末Pmの表面から所定の距離を隔てて配置される。レーザヘッド42は、図3に示すように、コリメートレンズ42a、ミラー42b、ガルバノスキャナ42c及びfθレンズ42dからなる光学系を備える。 The laser oscillator 41 oscillates at an arbitrary beam output P so that the wavelength becomes a predetermined infrared wavelength set in advance, and generates continuous wave near-infrared laser light as the light beam 40a. The laser head 42 is arranged in the chamber 10 at a predetermined distance from the surface of the metal powder Pm arranged in layers. As shown in FIG. 3, the laser head 42 includes an optical system including a collimating lens 42a, a mirror 42b, a galvano scanner 42c, and an fθ lens 42d.

レーザヘッド42においては、光ファイバ43を介して入射された近赤外レーザ(光ビーム40a)がコリメートレンズ42aによってコリメートされて平行光に変換される。コリメートされた近赤外レーザ(光ビーム40a)は、図3に示すように、ガルバノスキャナ42cに入射されるようにミラー42bによって進行方向が変更される。 In the laser head 42, the near-infrared laser (light beam 40a) incident on the optical fiber 43 is collimated by the collimating lens 42a and converted into parallel light. As shown in FIG. 3, the collimated near-infrared laser (light beam 40a) is changed in the traveling direction by the mirror 42b so as to be incident on the galvano scanner 42c.

レーザヘッド42においては、ガルバノスキャナ42cが近赤外レーザ(光ビーム40a)の進行方向即ち照射角度を自在に変更する。これにより、fθレンズ42dによって集光された光ビーム40aは、リコートされた金属粉末Pmの層表面の所定の位置に照射される。即ち、レーザヘッド42は、光ビーム40aを、左右方向及び左右方向に直交する方向、換言すれば、リコートされた金属粉末Pmの層表面においてこれらの方向を含む水平方向に自在に移動させることができる。 In the laser head 42, the galvano scanner 42c freely changes the traveling direction of the near-infrared laser (light beam 40a), that is, the irradiation angle. As a result, the light beam 40a focused by the fθ lens 42d is irradiated to a predetermined position on the layer surface of the recoated metal powder Pm. That is, the laser head 42 can freely move the light beam 40a in the left-right direction and the direction orthogonal to the left-right direction, in other words, in the horizontal direction including these directions on the layer surface of the recoated metal powder Pm. it can.

尚、金属粉末Pmの層表面とは、ベース23の上面から層状に積層され、リコートされた金属粉末Pmにおいて上側に露出した面である。又、光ビーム40aは、ガラス(又は樹脂)で形成され、チャンバ10の上側に設けられる透明な光ビーム透過部材12を通してチャンバ10内の製造空間PArに照射されるようになっている。 The layer surface of the metal powder Pm is a surface that is laminated on the upper surface of the base 23 in a layered manner and is exposed upward in the recoated metal powder Pm. Further, the light beam 40a is made of glass (or resin) and is irradiated to the manufacturing space PAr in the chamber 10 through a transparent light beam transmitting member 12 provided on the upper side of the chamber 10.

ガスフロー生成装置50は、図1に示すように、チャンバ10内の製造空間PArにおいて光ビーム40aが照射される造形位置Kと光ビーム透過部材12との間において、光ビーム透過部材12に近い側の上方空間を横切り流れる不活性ガス(Ar等)のガスフローF1を生成する。また、ガスフロー生成装置50は、チャンバ10内の製造空間PArにおいて、造形位置Kに近い側の下方空間を横切り流れる不活性ガス(Ar等)のガスフローF2を生成する。詳細については、後に述べる。ガスフローF1、F2を生成するため、ガスフロー生成装置50は、ガス吸引装置51、筒状の第一ガス吐出ノズル52、及び筒状の第二ガス吐出ノズル53を備える。 As shown in FIG. 1, the gas flow generator 50 is close to the light beam transmitting member 12 between the modeling position K where the light beam 40a is irradiated and the light beam transmitting member 12 in the manufacturing space PAr in the chamber 10. A gas flow F1 of an inert gas (Ar or the like) flowing across the upper space on the side is generated. Further, the gas flow generator 50 generates a gas flow F2 of an inert gas (Ar or the like) that flows across the lower space on the side close to the modeling position K in the manufacturing space PAr in the chamber 10. Details will be described later. In order to generate the gas flows F1 and F2, the gas flow generator 50 includes a gas suction device 51, a tubular first gas discharge nozzle 52, and a tubular second gas discharge nozzle 53.

ガス吸引装置51は、筒状の吸引ノズル51aと、真空ポンプ51bとを備える。吸引ノズル51aは、図1において、チャンバ10の左下に配置される。吸引ノズル51aは、吸引口51cが、チャンバ10の製造空間PAr内に開口して配置される。また、吸引ノズル51aにおいて、吸引口51cと反対側の端部が真空ポンプ51bの吸入口51b1と配管によって接続される。 The gas suction device 51 includes a tubular suction nozzle 51a and a vacuum pump 51b. The suction nozzle 51a is arranged at the lower left of the chamber 10 in FIG. The suction nozzle 51a is arranged so that the suction port 51c is opened in the manufacturing space PAr of the chamber 10. Further, in the suction nozzle 51a, the end opposite to the suction port 51c is connected to the suction port 51b1 of the vacuum pump 51b by a pipe.

第一ガス吐出ノズル52は、図1において、チャンバ10の右上に配置される。このとき、第一ガス吐出ノズル52は、吐出口52aが、チャンバ10の製造空間PAr内に開口するよう配置される。また、第一ガス吐出ノズル52は、吐出口52aと反対側の端部が真空ポンプ51bの排出口51b2と配管によって接続される。 The first gas discharge nozzle 52 is arranged at the upper right of the chamber 10 in FIG. At this time, the first gas discharge nozzle 52 is arranged so that the discharge port 52a opens in the manufacturing space PAr of the chamber 10. Further, the end of the first gas discharge nozzle 52 on the opposite side to the discharge port 52a is connected to the discharge port 51b2 of the vacuum pump 51b by a pipe.

第二ガス吐出ノズル53は、図1において、チャンバ10の右下に配置される。第二ガス吐出ノズル53は、吐出口53aが、チャンバ10の製造空間PAr内に開口するよう配置される。また、第二ガス吐出ノズル53は、吐出口53aと反対側の端部が真空ポンプ51bの排出口51b2と配管によって接続される。 The second gas discharge nozzle 53 is arranged at the lower right of the chamber 10 in FIG. The second gas discharge nozzle 53 is arranged so that the discharge port 53a opens in the manufacturing space PAr of the chamber 10. Further, the end of the second gas discharge nozzle 53 opposite to the discharge port 53a is connected to the discharge port 51b2 of the vacuum pump 51b by a pipe.

上記のような構成により、ガス吸引装置51の真空ポンプ51bが作動すると、吸引ノズル51aからチャンバ10内の不活性ガスが吸引され、チャンバ10内の圧力が低下する。そして、チャンバ10内から吸引された不活性ガスは、真空ポンプ51bの排出口51b2から排出される。 With the above configuration, when the vacuum pump 51b of the gas suction device 51 operates, the inert gas in the chamber 10 is sucked from the suction nozzle 51a, and the pressure in the chamber 10 decreases. Then, the inert gas sucked from the chamber 10 is discharged from the discharge port 51b2 of the vacuum pump 51b.

真空ポンプ51bの排出口51b2は、第一ガス吐出ノズル52及び第二ガス吐出ノズル53の各端部とそれぞれ接続されている。このため、真空ポンプ51bの排出口51b2から排出される不活性ガスは、第一ガス吐出ノズル52及び第二ガス吐出ノズル53を介して、減圧されたチャンバ10の製造空間PAr内に吐出される。 The discharge port 51b2 of the vacuum pump 51b is connected to each end of the first gas discharge nozzle 52 and the second gas discharge nozzle 53, respectively. Therefore, the inert gas discharged from the discharge port 51b2 of the vacuum pump 51b is discharged into the production space PAr of the decompressed chamber 10 via the first gas discharge nozzle 52 and the second gas discharge nozzle 53. ..

これにより、製造空間PAr内に、上述したガスフローF1及びF2という不活性ガスの気流が生成される。ガスフローF1及びF2が生成されることにより、上述したヒュームの発生時には、ヒュームの流れをコントロールでき、ヒュームが光ビーム透過部材12の内側面に付着することを抑制することができる。 As a result, the above-mentioned gas flows F1 and F2, which are inert gases, are generated in the production space PAr. By generating the gas flows F1 and F2, when the above-mentioned fume is generated, the flow of the fume can be controlled, and the fume can be suppressed from adhering to the inner surface of the light beam transmitting member 12.

制御装置100は、何れも図略の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100は、図1、図5のブロック図に示すように、データ記憶部101、粉末供給制御部103、光ビーム照射制御部104、入力要素取得部109、格納部105、ガスフロー生成装置50を制御するガスフロー制御部106、汚れ度合い推定部107、及び出力調整部108を備える。なお、粉末供給制御部103は、昇降テーブル作動制御部102を含む。 The control device 100 is a microcomputer whose main components are a CPU, a ROM, a RAM, an interface, and the like (not shown). As shown in the block diagrams of FIGS. 1 and 5, the control device 100 includes a data storage unit 101, a powder supply control unit 103, a light beam irradiation control unit 104, an input element acquisition unit 109, a storage unit 105, and a gas flow generation device. It includes a gas flow control unit 106 that controls 50, a pollution degree estimation unit 107, and an output adjustment unit 108. The powder supply control unit 103 includes an elevating table operation control unit 102.

データ記憶部101は、光ビーム照射制御部104と接続される。データ記憶部101は、付加製造物Wを含む空間全体を所定の厚さで分割した分割層ごとのデータに含まれていて、分割層における形状を表す形状データを含む各種データを記憶している。 The data storage unit 101 is connected to the light beam irradiation control unit 104. The data storage unit 101 is included in the data for each divided layer obtained by dividing the entire space including the additional product W with a predetermined thickness, and stores various data including the shape data representing the shape of the divided layer. ..

昇降テーブル作動制御部102(粉末供給制御部103の一部)は、昇降テーブル22を昇降させる駆動装置(図示省略)の作動を制御する。昇降テーブル作動制御部102は、粉末供給装置30が金属粉末Pmを供給する際において、予め設定された降下量となるように昇降テーブル22を降下させる。 The elevating table operation control unit 102 (a part of the powder supply control unit 103) controls the operation of a drive device (not shown) that elevates and elevates the elevating table 22. When the powder supply device 30 supplies the metal powder Pm, the elevating table operation control unit 102 lowers the elevating table 22 so as to have a preset amount of descent.

粉末供給制御部103は、粉末供給装置30の作動を制御する。具体的には、粉末供給制御部103は、供給テーブル32を上下方向に移動させる。そして、粉末収納容器31に収容された金属粉末Pmを粉末収納容器31の開口部から所定量突出させると共に、リコータ33を往復移動するように制御する。これにより、造形位置Kに金属粉末Pmの層を供給する。 The powder supply control unit 103 controls the operation of the powder supply device 30. Specifically, the powder supply control unit 103 moves the supply table 32 in the vertical direction. Then, the metal powder Pm contained in the powder storage container 31 is projected from the opening of the powder storage container 31 by a predetermined amount, and the recorder 33 is controlled to reciprocate. As a result, the layer of the metal powder Pm is supplied to the modeling position K.

光ビーム照射制御部104は、光ビーム照射装置40の作動を制御する。具体的には、光ビーム照射制御部104は、光ビーム照射装置40が照射する光ビーム40aの照射位置及びビーム軌跡(照射軌跡)を、データ記憶部101に記憶されている形状データに基づいて制御する。 The light beam irradiation control unit 104 controls the operation of the light beam irradiation device 40. Specifically, the light beam irradiation control unit 104 determines the irradiation position and beam locus (irradiation locus) of the light beam 40a irradiated by the light beam irradiation device 40 based on the shape data stored in the data storage unit 101. Control.

入力要素取得部109は、汚れ度合い推定部107、及び制御装置100内の各部と接続される。入力要素取得部109は、現在の複数の入力要素を制御装置100内の各部から取得する。複数の入力要素は、例えば、金属粉末Pmの材質(SKD61)、光ビーム40aの各種照射条件、光ビームの照射時間Tm(汚れ始めてからの累積照射時間)、及びガスフロー生成装置50により生成される上述した不活性ガスのガスフローF1、F2のフロー条件等である。 The input element acquisition unit 109 is connected to the dirt degree estimation unit 107 and each unit in the control device 100. The input element acquisition unit 109 acquires a plurality of current input elements from each unit in the control device 100. The plurality of input elements are generated by, for example, the material of the metal powder Pm (SKD61), various irradiation conditions of the light beam 40a, the irradiation time Tm of the light beam (cumulative irradiation time since the start of contamination), and the gas flow generator 50. These are the flow conditions of the above-mentioned inert gas flows F1 and F2.

なお、光ビームの照射時間Tmは、接続されるタイマーから取得する。照射時間Tmは、光ビーム透過部材12の表面に汚れの付着がない状態における光ビーム40aの初めの照射時を開始時とする光ビーム40aの(累積)照射時間と定義できる。従って、照射時間Tmは、光ビーム透過部材12の表面の汚れを清掃し、汚れのない状態としたときには、リセットされる。 The irradiation time Tm of the light beam is acquired from the connected timer. The irradiation time Tm can be defined as the (cumulative) irradiation time of the light beam 40a starting from the first irradiation of the light beam 40a in a state where the surface of the light beam transmitting member 12 is free of dirt. Therefore, the irradiation time Tm is reset when the surface of the light beam transmitting member 12 is cleaned and the surface is free of dirt.

図1、図5に示す格納部105には、事前に複数の入力要素と、上述した「汚れ度合いD」との関係性を表すデータベースDBが作成され格納されている。上述した様に、「汚れ度合いD」は、光ビーム40aの照射により発生する金属蒸気(ヒューム)が、光ビーム透過部材12の内側の表面に付着することにより発生する「汚れ」の程度を表す指標である。また、このときの複数の入力要素は、上記、現在の複数の入力要素と同様の内容であり、金属粉末Pmの材質(SKD61)、光ビーム40aの照射条件、光ビームの照射時間Tm(汚れ始めてからの累積照射時間)、及びガスフロー生成装置50により生成される上述した不活性ガスのガスフローF1、F2のフロー条件等である。 In the storage unit 105 shown in FIGS. 1 and 5, a database DB showing the relationship between the plurality of input elements and the above-mentioned “dirt degree D” is created and stored in advance. As described above, the "dirt degree D" represents the degree of "dirt" generated when the metal vapor (fume) generated by the irradiation of the light beam 40a adheres to the inner surface of the light beam transmitting member 12. It is an index. Further, the plurality of input elements at this time have the same contents as those of the above-mentioned current plurality of input elements, and are the material of the metal powder Pm (SKD61), the irradiation conditions of the light beam 40a, and the irradiation time Tm of the light beam (dirt). Cumulative irradiation time from the beginning), and the flow conditions of the above-mentioned inert gases F1 and F2 generated by the gas flow generator 50.

また、上記において、光ビーム40aの照射条件の内容としては、ビーム出力P(図略)、走査速度v(図4参照)、走査間隔(走査ピッチ)s(図略)、及び造形位置Kに供給される金属粉末Pmの層の厚さtが挙げられる(図4参照)。そして上記条件の下、光ビーム透過部材12の表面に汚れがないと仮定した場合の金属粉末Pmの層の最表面に投入される光ビーム40aのエネルギー密度E(J/mm3)は、下記式(1)で表される。なお、エネルギー密度Eは、本発明に係る投入エネルギーに相当する。 Further, in the above, the contents of the irradiation conditions of the light beam 40a include the beam output P (not shown), the scanning speed v (see FIG. 4), the scanning interval (scanning pitch) s (not shown), and the modeling position K. The thickness t of the layer of the supplied metal powder Pm can be mentioned (see FIG. 4). Under the above conditions, the energy density E (J / mm 3 ) of the light beam 40a injected into the outermost surface of the layer of the metal powder Pm on the assumption that the surface of the light beam transmitting member 12 is clean is as follows. It is represented by the formula (1). The energy density E corresponds to the input energy according to the present invention.

E=P/(v×s×t)・・・・(1)
E;エネルギー密度E(J/mm3)、
P;ビーム出力(W)、
v;走査速度(mm/s)、
s;走査間隔(走査ピッチ)(mm)、
t;金属粉末Pmの層の厚さ(mm)。
E = P / (v × s × t) ... (1)
E; Energy density E (J / mm 3 ),
P; beam output (W),
v; scanning speed (mm / s),
s; Scanning interval (scanning pitch) (mm),
t; Layer thickness (mm) of metal powder Pm.

また、ガスフローF1、F2のフロー条件の内容としては、ガスの種類(例えば、Ar)、流速vf(mm/s)、及び不活性ガスの供給方法などが挙げられる。このとき、本実施形態における不活性ガスの供給方法としては、図1に示すように、ガスフローF1が造形位置Kと光ビーム透過部材12との間を水平方向に横切るよう生成される。これにより、金属蒸気(ヒューム)が、造形位置Kにおける溶融池から上方に上昇し、光ビーム透過部材12の表面に直接付着することを効果的に抑制できる。 The contents of the flow conditions of the gas flows F1 and F2 include the type of gas (for example, Ar), the flow velocity vf (mm / s), the method of supplying the inert gas, and the like. At this time, as a method of supplying the inert gas in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the gas flow F1 is generated so as to cross between the modeling position K and the light beam transmitting member 12 in the horizontal direction. As a result, it is possible to effectively prevent the metal vapor (fume) from rising upward from the molten pool at the modeling position K and directly adhering to the surface of the light beam transmitting member 12.

また、ガスフローF2においても、チャンバ10内の造形位置Kに近い下方の位置(空間)において、図1における右から左方向への流れを生成している。これによっても、金属蒸気(ヒューム)が、造形位置Kにおける溶融池から直接、上方に上昇し、光ビーム透過部材12の表面に付着することを抑制している。 Further, also in the gas flow F2, a flow from the right to the left in FIG. 1 is generated at a lower position (space) close to the modeling position K in the chamber 10. This also prevents the metal vapor (fume) from rising directly upward from the molten pool at the modeling position K and adhering to the surface of the light beam transmitting member 12.

そして、これら上述した金属粉末Pmの材質(SKD61)、光ビーム40aの各種照射条件、光ビーム40aの(累積)照射時間Tm、及びガスフロー生成装置50により生成されるガスフローF1、F2のフロー条件と、光ビーム透過部材12の「汚れ度合い」との相関関係を実験によって求めてデータベース化し、作成したデータベース(DB)を格納部105に格納する。 Then, the material (SKD61) of the metal powder Pm described above, various irradiation conditions of the light beam 40a, the (cumulative) irradiation time Tm of the light beam 40a, and the flows of the gas flows F1 and F2 generated by the gas flow generator 50. The correlation between the conditions and the "dirt degree" of the light beam transmitting member 12 is obtained experimentally to create a database, and the created database (DB) is stored in the storage unit 105.

汚れ度合い推定部107は、入力要素取得部109、格納部105及び出力調整部108と接続される。汚れ度合い推定部107は、入力要素取得部109が取得した現在の複数の入力要素と格納部105に格納されたデータベースとに基づいて、汚れ度合いを推定する。そして、出力調整部108は、推定された汚れ度合いに応じて、光ビーム40aの光ビーム40aの出力を調整する。つまり、出力調整部108は、光ビーム照射制御部104を制御し、光ビーム照射装置40のレーザ発振器41が生成する光ビーム40aのビーム出力Pを出力調整部108が指令した出力値とする。 The dirt degree estimation unit 107 is connected to the input element acquisition unit 109, the storage unit 105, and the output adjustment unit 108. The dirt degree estimation unit 107 estimates the dirt degree based on the current plurality of input elements acquired by the input element acquisition unit 109 and the database stored in the storage unit 105. Then, the output adjusting unit 108 adjusts the output of the light beam 40a of the light beam 40a according to the estimated degree of contamination. That is, the output adjusting unit 108 controls the light beam irradiation control unit 104, and sets the beam output P of the light beam 40a generated by the laser oscillator 41 of the light beam irradiation device 40 as the output value commanded by the output adjusting unit 108.

これにより、図2の破線に示すように、光ビーム透過部材12の「汚れ」によって低下した造形位置Kの被照射部分における光ビーム40aの不足分の投入エネルギー(E1−E2)が修正(補正)され、光ビーム透過部材12に汚れがない場合に造形位置Kに照射される投入エネルギーE1と同じ大きさで照射することができる。 As a result, as shown by the broken line in FIG. 2, the input energy (E1-E2) of the shortage of the light beam 40a in the irradiated portion of the modeling position K lowered by the “dirt” of the light beam transmitting member 12 is corrected (corrected). ), And when the light beam transmitting member 12 is clean, it can be irradiated with the same magnitude as the input energy E1 to be applied to the modeling position K.

(1−2.作動)
次に、付加製造装置1を用いた付加製造方法における光ビーム40aの出力調整について、図6に示すフローチャートを参照して説明する。前提として、付加製造装置1の制御装置100は、上記で説明したように格納部105を備える。そして格納部105は、図5に示すように、上述した複数の入力要素と、「汚れ度合い」との関係性を表すデータベースDBを備える。また、今回、初めに付加製造装置1を作動させる際には、光ビーム透過部材12の表面は清掃され、汚れはないものとする。
(1-2. Operation)
Next, the output adjustment of the light beam 40a in the addition manufacturing method using the addition manufacturing apparatus 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As a premise, the control device 100 of the additional manufacturing device 1 includes a storage unit 105 as described above. Then, as shown in FIG. 5, the storage unit 105 includes a database DB showing the relationship between the above-mentioned plurality of input elements and the “dirt degree”. Further, it is assumed that the surface of the light beam transmitting member 12 is cleaned and is not contaminated when the additional manufacturing apparatus 1 is operated for the first time this time.

上記前提条件の下、光ビーム照射制御部104が、データ記憶部101が備える付加製造物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、光ビーム40aの照射を開始する。光ビーム照射制御部104は、光ビーム40aのビーム出力P、走査速度v、走査間隔s、金属粉末Pmの層の厚さt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。このように、光ビーム40aが照射されることにより、金属粉末Pmを溶融し、その後固化する。 Under the above preconditions, the light beam irradiation control unit 104 operates the light beam irradiation device 40 based on the shape data of the additional product W included in the data storage unit 101, and starts the irradiation of the light beam 40a. The light beam irradiation control unit 104 sets the light beam 40a according to irradiation conditions that can be appropriately changed, such as the beam output P of the light beam 40a, the scanning speed v, the scanning interval s, the layer thickness t of the metal powder Pm, and the scanning pattern. Scan. By irradiating the light beam 40a in this way, the metal powder Pm is melted and then solidified.

本発明に係る光ビーム40aの出力調整のプログラムは、光ビーム40aが照射されるのと同時にスタートされる。ステップS10では、光ビーム40aの(累積)照射時間Tmが計測されるタイマーがリセットされる。同時にステップS20では、新たにタイマーによる計測が開始される。このとき、光ビーム40aが照射されると、光ビーム透過部材12の製造空間PAr側の面には、光ビーム40aの照射時間Tmに応じて、ヒュームによる「汚れ」が少しずつ付着しはじめる。 The program for adjusting the output of the light beam 40a according to the present invention is started at the same time as the light beam 40a is irradiated. In step S10, the timer for measuring the (cumulative) irradiation time Tm of the light beam 40a is reset. At the same time, in step S20, the measurement by the timer is newly started. At this time, when the light beam 40a is irradiated, "dirt" due to the fume begins to gradually adhere to the surface of the light beam transmitting member 12 on the manufacturing space PAr side according to the irradiation time Tm of the light beam 40a.

そして、ステップS30では、入力要素取得部109によって、現在の付加製造装置1の作動における複数の入力要素等が取得される。ここでの、現在の複数の入力要素等とは、金属粉末Pmの材質(SKD61)、光ビーム40aの各照射条件、タイマーによって計測中の光ビーム40aの照射時間Tm(汚れ始めてからの累積照射時間)、及びガスフロー生成装置50により生成される上述した不活性ガスのガスフローF1、F2のフロー条件等である。 Then, in step S30, the input element acquisition unit 109 acquires a plurality of input elements and the like in the current operation of the additional manufacturing apparatus 1. Here, the current plurality of input elements are the material of the metal powder Pm (SKD61), the irradiation conditions of the light beam 40a, and the irradiation time Tm of the light beam 40a being measured by the timer (cumulative irradiation after the start of contamination). Time), and the flow conditions of the gas flows F1 and F2 of the above-mentioned inert gas generated by the gas flow generator 50.

次に、ステップS40では、格納部105から、事前に実験等に基づき取得した複数の入力要素等と光ビーム透過部材12の汚れ度合いとの関係性(相関関係)を表すデータベースのデータを取得(参照)する。そして、ステップS50(汚れ度合い推定工程)において、汚れ度合い推定部107がステップS30において取得した現在の複数の入力要素等とステップS40で取得(参照)したデータベースDBとに基づいて、現在の光ビーム透過部材12の汚れ度合いを推定する。 Next, in step S40, database data showing the relationship (correlation) between the plurality of input elements and the like acquired in advance based on experiments and the like and the degree of contamination of the light beam transmitting member 12 is acquired from the storage unit 105 ( refer. Then, in step S50 (dirt degree estimation step), the current light beam is based on the current plurality of input elements acquired by the stain degree estimation unit 107 in step S30 and the database DB acquired (referenced) in step S40. The degree of dirtiness of the transparent member 12 is estimated.

次に、ステップS60(出力調整工程)では、出力調整部108が、ステップS50で推定された「汚れ度合い」に応じて、光ビーム40aの出力を調整する。このとき、「汚れ度合い」に対応する出力調整部108によって調整すべき光ビーム40aの出力も予め実験に基づきデータベース化されている。従って、出力調整部108は、データベースを参照し、光ビーム照射装置40を作動させて光ビーム40aの出力を指定された出力値に調整し、プログラムを終了する。これにより、光ビーム透過部材12の「汚れ」によって低下した造形位置Kにおける光ビーム40aの不足分の投入エネルギーが修正(補正)され、光ビーム透過部材12に汚れがない場合に造形位置Kに照射される投入エネルギーと同じ大きさで照射することができる。従って、常に一定の品質(空孔率、相対比重、強度等)で各層が形成でき、品質が向上する。 Next, in step S60 (output adjusting step), the output adjusting unit 108 adjusts the output of the light beam 40a according to the “dirt degree” estimated in step S50. At this time, the output of the light beam 40a to be adjusted by the output adjusting unit 108 corresponding to the "dirt degree" is also stored in a database in advance based on experiments. Therefore, the output adjusting unit 108 refers to the database, operates the light beam irradiating device 40, adjusts the output of the light beam 40a to the specified output value, and ends the program. As a result, the input energy for the shortage of the light beam 40a at the modeling position K lowered due to the "dirt" of the light beam transmitting member 12 is corrected (corrected), and when the light beam transmitting member 12 is not dirty, the modeling position K is set. It can be irradiated with the same magnitude as the input energy to be irradiated. Therefore, each layer can always be formed with a constant quality (vacancy ratio, relative specific gravity, strength, etc.), and the quality is improved.

なお、上記フローチャートでは、一回分の調整のみについて説明したが、光ビーム40aの照射が継続して実施される場合、上記と同様の処理を繰り返し行えばよい。但し、その場合には、プログラムが終了するたびに、照射時間Tmを累積させ、累積させた照射時間Tmを現在の入力要素として適用させるために新たなフローチャートが必要となる場合があることは言うまでもない。 In the above flowchart, only one adjustment has been described, but when the irradiation of the light beam 40a is continuously performed, the same processing as described above may be repeated. However, in that case, it goes without saying that a new flowchart may be required to accumulate the irradiation time Tm and apply the accumulated irradiation time Tm as the current input element each time the program ends. No.

また、上記第一実施形態では、付加製造物Wを製造する際、金属粉末Pmを光ビーム40aの照射によって溶融させた後、固化させて製造する態様について説明した。しかし、この態様に限らず、付加製造物Wを製造する際、光ビーム40aの照射によって金属粉末Pmを焼結させ付加製造物Wを製造しても良い。これによっても、本発明を用いることにより、常に所定(一定)のエネルギー量によって焼結できるので、上記実施形態と同様、付加製造物Wの品質が安定するという効果が得られる。 Further, in the first embodiment, when producing the additional product W, an embodiment in which the metal powder Pm is melted by irradiation with the light beam 40a and then solidified to be produced has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment, and when the additional product W is produced, the metal powder Pm may be sintered by irradiation with the light beam 40a to produce the additional product W. Also in this case, by using the present invention, sintering can always be performed with a predetermined (constant) amount of energy, so that the effect of stabilizing the quality of the additional product W can be obtained as in the above embodiment.

(1−3.第一実施形態の効果)
上記第一実施形態によれば、付加製造装置1は、光ビーム40aの照射によって材料粉末(金属粉末Pm)を溶融させた後、固化又は焼結させて付加製造物Wを製造する装置である。付加製造装置1は、付加製造物Wの製造を行なうための製造空間PArを備えるチャンバ10と、製造空間PArとチャンバ10の外部空間OArとを区画するチャンバの区画壁の一部を構成し光ビーム40aを透過可能な光ビーム透過部材12と、製造空間PAr内に配置され、付加製造物Wを造形する造形位置Kに金属粉末Pmを供給する粉末供給装置30と、光ビーム40aを、チャンバ10の外部空間OArから光ビーム透過部材12を透過させて造形位置Kに供給された金属粉末Pmに照射する光ビーム照射装置40と、粉末供給装置30の作動を制御する粉末供給制御部103及び光ビーム照射装置40の作動を制御する光ビーム照射制御部104を備える制御装置100と、を備える。
(1-3. Effect of the first embodiment)
According to the first embodiment, the additional manufacturing apparatus 1 is an apparatus for producing the additional manufacturing product W by melting the material powder (metal powder Pm) by irradiation with the light beam 40a and then solidifying or sintering the material powder (metal powder Pm). .. The additional manufacturing apparatus 1 constitutes a part of the partition wall of the chamber that partitions the manufacturing space PAr for manufacturing the additional product W and the external space OAr of the manufacturing space PAr and the light. The light beam transmitting member 12 capable of transmitting the beam 40a, the powder supply device 30 arranged in the manufacturing space PAr and supplying the metal powder Pm to the modeling position K for modeling the additional product W, and the light beam 40a in the chamber. The light beam irradiating device 40 that transmits the light beam transmitting member 12 from the external space OAr of 10 and irradiates the metal powder Pm supplied to the modeling position K, the powder supply control unit 103 that controls the operation of the powder supply device 30, and the powder supply control unit 103. A control device 100 including a light beam irradiation control unit 104 that controls the operation of the light beam irradiation device 40 is provided.

制御装置100は、さらに、複数の入力要素と、光ビーム40aの照射により発生する金属蒸気(ヒューム)が光ビーム透過部材12の表面に付着することによる汚れ度合いとの関係性を表すデータベースDBを格納する格納部105と、複数の入力要素と格納部105に格納されたデータベースとに基づいて、汚れ度合いを推定する汚れ度合い推定部107と、推定された汚れ度合いに応じて、光ビーム40aの出力を調整する出力調整部108と、を備える。複数の入力要素は、少なくとも、光ビーム40aの照射条件と、光ビーム透過部材12の表面に汚れの付着がない状態における光ビーム40aの初めの照射時を開始時とする光ビーム40aの照射時間Tmと、を含む。 The control device 100 further provides a database DB showing the relationship between the plurality of input elements and the degree of contamination caused by the metal vapor (fume) generated by the irradiation of the light beam 40a adhering to the surface of the light beam transmitting member 12. A dirt degree estimation unit 107 that estimates the degree of contamination based on the storage unit 105 to be stored, a plurality of input elements, and a database stored in the storage unit 105, and the light beam 40a according to the estimated dirt degree. An output adjusting unit 108 for adjusting the output is provided. The plurality of input elements include at least the irradiation conditions of the light beam 40a and the irradiation time of the light beam 40a starting from the first irradiation of the light beam 40a in a state where the surface of the light beam transmitting member 12 is free of dirt. Includes Tm.

この付加製造装置1によれば、複数の入力要素である、少なくとも光ビーム40aの照射条件及び光ビーム40aの照射時間Tmと、光ビーム透過部材12の表面の汚れ度合いとの関係性を表すデータベースDBを用いて、光ビーム透過部材12の汚れ度合いを推定し、推定した汚れ度合いに応じて光ビーム40aの出力を調整する。つまり、計測が難しく時間もかかる光ビーム40aが材料粉末表面に照射した投入エネルギー量を実際に計測することなく、光ビーム透過部材の汚れによって不足する投入エネルギー量に応じた不足分の光ビームの出力分を増加させることができる。これにより、光ビーム透過部材12に汚れが発生した場合、容易、且つ低コストに、不足分の光ビーム40aの照射出力を調整しチャンバ10内の材料粉末に照射される光ビームの投入エネルギーが常に一定になるよう修正できる。 According to the additional manufacturing apparatus 1, a database showing the relationship between at least the irradiation conditions of the light beam 40a and the irradiation time Tm of the light beam 40a, which are a plurality of input elements, and the degree of contamination of the surface of the light beam transmitting member 12. The degree of contamination of the light beam transmitting member 12 is estimated using the DB, and the output of the light beam 40a is adjusted according to the estimated degree of contamination. That is, without actually measuring the amount of input energy that the light beam 40a irradiates the surface of the material powder, which is difficult and time-consuming to measure, the shortage of the light beam corresponding to the amount of input energy that is insufficient due to the contamination of the light beam transmitting member The output can be increased. As a result, when the light beam transmitting member 12 becomes dirty, the irradiation output of the insufficient light beam 40a is adjusted easily and at low cost, and the input energy of the light beam irradiated to the material powder in the chamber 10 is increased. It can be modified to always be constant.

また、上記第一実施形態によれば、付加製造装置1は、チャンバ10内の製造空間PArにおいて造形位置Kと光ビーム透過部材12との間を横切り流れる不活性ガスのガスフローを生成するガスフロー生成装置50を備える。制御装置100は、ガスフロー生成装置50を制御するガスフロー制御部106を備え、複数の入力要素は、ガスフロー生成装置50が生成するガスフローF1、F2のガスフロー条件を含む。上記のようにガスフローF1、F2を生成することにより、蒸発金属であるヒュームが光ビーム透過部材12の表面に付着することを良好に抑制できる。また、汚れ度合い推定部107が、ガスフローF1、F2の影響も考慮に入れて汚れ度合いを推定するので、汚れ度合いの推定がさらに精度よく行なえ、延いては、光ビーム40aの出力の調整も高精度に行える。 Further, according to the first embodiment, the additional manufacturing apparatus 1 generates a gas flow of an inert gas that flows across between the molding position K and the light beam transmitting member 12 in the manufacturing space PAr in the chamber 10. A flow generator 50 is provided. The control device 100 includes a gas flow control unit 106 that controls the gas flow generation device 50, and the plurality of input elements include gas flow conditions of the gas flows F1 and F2 generated by the gas flow generation device 50. By generating the gas flows F1 and F2 as described above, it is possible to satisfactorily suppress the adhesion of the evaporative metal fume to the surface of the light beam transmitting member 12. Further, since the dirt degree estimation unit 107 estimates the dirt degree in consideration of the influences of the gas flows F1 and F2, the dirt degree can be estimated more accurately, and the output of the light beam 40a can be adjusted. It can be done with high accuracy.

また、上記第一実施形態によれば、複数の入力要素は、材料粉末の材質を含む。これによっても、汚れ度合いの推定はさらに精度よく行えるため、光ビーム40aの出力の調整もさらに高精度に行える。 Further, according to the first embodiment, the plurality of input elements include the material of the material powder. Also with this, since the degree of contamination can be estimated with higher accuracy, the output of the light beam 40a can be adjusted with higher accuracy.

また、上記第一実施形態によれば、出力調整部108で調整する光ビーム40aの出力(ビーム出力)は、光ビーム透過部材12を透過して、造形位置Kに供給された材料粉末の表面に照射される光ビーム40aの投入エネルギーが所定の量となるよう、推定された汚れ度合いに基づき調整される。このように、造形位置Kに供給される材料粉末に投入されるエネルギーを基準に出力の調整が行われる。エネルギー量は、粉末金属を溶融させる際の最も適した指標の一つであるため、投入エネルギー量が一定になるよう出力の調整を行なうことで、精度の良い製造物を製造することができる。 Further, according to the first embodiment, the output (beam output) of the light beam 40a adjusted by the output adjusting unit 108 is the surface of the material powder supplied to the modeling position K through the light beam transmitting member 12. It is adjusted based on the estimated degree of contamination so that the input energy of the light beam 40a irradiated to the light beam 40a becomes a predetermined amount. In this way, the output is adjusted based on the energy input to the material powder supplied to the modeling position K. Since the amount of energy is one of the most suitable indexes for melting powdered metal, it is possible to manufacture a product with high accuracy by adjusting the output so that the amount of input energy becomes constant.

また、上記第一実施形態の付加製造装置1を用いた付加製造方法によれば、複数の入力要素と格納部105に格納されたデータベースDBとに基づいて、汚れ度合いDを推定する汚れ度合い推定工程S50と、推定された汚れ度合いDに応じて、光ビーム40aの出力(ビーム出力P)を調整する出力調整工程S60と、を備える。このとき、複数の入力要素は、少なくとも、光ビーム40aの照射条件と、光ビーム透過部材12の表面に汚れの付着がない状態における光ビーム40aの初めの照射時を開始時とする光ビーム40aの照射時間Tmと、を含む。 Further, according to the additional manufacturing method using the additional manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the dirt degree estimation for estimating the dirt degree D based on the plurality of input elements and the database DB stored in the storage unit 105. A step S50 and an output adjusting step S60 for adjusting the output (beam output P) of the light beam 40a according to the estimated degree of contamination D are provided. At this time, the plurality of input elements include at least the light beam 40a starting from the irradiation conditions of the light beam 40a and the initial irradiation of the light beam 40a in a state where the surface of the light beam transmitting member 12 is free of dirt. Irradiation time Tm and.

この付加製造方法によれば、上記で説明した付加製造装置1と同様に、光ビーム透過部材12に汚れが発生した場合でも、推定した汚れ度合いに応じた不足分の光ビーム40aのビーム出力Pを調整するだけでチャンバ10内の材料粉末に照射される光ビーム40aの投入エネルギーを所定の量に調整できる。このため、付加製造物Wが、高品質に製造できる。 According to this additional manufacturing method, similarly to the additional manufacturing apparatus 1 described above, even if the light beam transmitting member 12 is contaminated, the beam output P of the insufficient light beam 40a according to the estimated degree of contamination. The input energy of the light beam 40a irradiated to the material powder in the chamber 10 can be adjusted to a predetermined amount simply by adjusting. Therefore, the additional product W can be manufactured with high quality.

また、上記第一実施形態では、複数の入力要素と光ビーム40aの照射により発生する金属蒸気(ヒューム)が光ビーム透過部材12の表面に付着することによる汚れ度合いDとの関係性を表すデータベースDBにおいて、複数の入力要素として材料粉末(金属粉末Pm)の材質を含んでいた。しかし、この態様には限らず、複数の入力要素には、材料粉末(金属粉末Pm)の材質を含ませなくてもよい。これによっても、相応の効果は期待できる。 Further, in the first embodiment, a database showing the relationship between the plurality of input elements and the degree of contamination D due to the metal vapor (fume) generated by the irradiation of the light beam 40a adhering to the surface of the light beam transmitting member 12. In the DB, the material of the material powder (metal powder Pm) was included as a plurality of input elements. However, the present invention is not limited to this embodiment, and the plurality of input elements may not include the material of the material powder (metal powder Pm). Even with this, a reasonable effect can be expected.

(1−4.実施形態の変形例)
(1−4−1.変形例1)
上記第一実施形態の変形例1として、図7に示すように、付加製造装置1が、汚れ度合い推定部107で推定した汚れ度合いを表示する表示装置201を備えていても良い。これにより、作業者は、常に汚れ度合いが目視で確認できるので、汚れの除去が必要な時期を自分で判断し、計画的に除去作業を行なうことができる。
(1-4. Modification example of the embodiment)
(1-4-1. Modification 1)
As a modification 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the additional manufacturing apparatus 1 may include a display device 201 that displays the degree of contamination estimated by the contamination degree estimation unit 107. As a result, the operator can always visually confirm the degree of dirt, so that he / she can determine when the dirt needs to be removed and perform the removal work in a planned manner.

(1−4−2.変形例2)
また、上記第一実施形態の変形例2として、図8に示すように、付加製造装置1は、制御装置100の格納部105が汚れ度合いに対応する汚れの限界閾値(図略)を格納するとともに、判定部110によって汚れ度合い推定部107で推定した汚れ度合いが限界閾値を越えたとき、光ビーム透過部材12の汚れを除去するようユーザ(作業者)に対して指示する汚れ除去指示装置301を備えていてもよい。これにより、常に一定のタイミングで光ビーム透過部材12の表面の汚れが除去でき効率的である。
(1-4-2. Modification 2)
Further, as a modification 2 of the first embodiment, as shown in FIG. 8, in the additional manufacturing device 1, the storage unit 105 of the control device 100 stores a dirt limit threshold value (not shown) corresponding to the degree of dirt. At the same time, when the degree of dirt estimated by the determination unit 110 by the degree of dirt estimation unit 107 exceeds the limit threshold value, the dirt removal instruction device 301 instructing the user (operator) to remove the dirt on the light beam transmitting member 12. May be provided. As a result, dirt on the surface of the light beam transmitting member 12 can be removed at a constant timing, which is efficient.

(1−4−3.変形例3)
また、上記第一実施形態では、格納部105に、複数の入力要素と、「汚れ度合いD」との関係性を表すデータベースDBを作成し格納した。そして、現在の複数の入力要素と、データベースDBのデータとに基づいて、汚れ度合い推定部107が汚れ度合いを推定し、推定された汚れ度合いに応じて、出力調整部108が光ビーム40aの出力を調整した。
(1-4-3. Modification 3)
Further, in the first embodiment, a database DB showing the relationship between the plurality of input elements and the "dirt degree D" is created and stored in the storage unit 105. Then, the dirt degree estimation unit 107 estimates the dirt degree based on the current plurality of input elements and the data of the database DB, and the output adjustment unit 108 outputs the light beam 40a according to the estimated dirt degree. Was adjusted.

しかし、この態様には限らず、変形例3として、汚れ度合いの推定及び光ビーム40aのビーム出力Pの調整は、図9のブロック図に示すように、機械学習により生成された学習済みモデルに基づいて行なってもよい。つまり、変形例3では、図9に示すように、訓練データセット学習部210が、入力要素取得部109で取得され入力される複数の入力要素と、教師データとなる汚れ度合いとを訓練データセットとして取得するとともに、取得した訓練データセットによって機械学習を行ない、学習済みモデルを生成して格納部105に格納する。 However, the present invention is not limited to this embodiment, and as a modification 3, the estimation of the degree of contamination and the adjustment of the beam output P of the light beam 40a are performed on the trained model generated by machine learning as shown in the block diagram of FIG. It may be done based on. That is, in the modification 3, as shown in FIG. 9, the training data set learning unit 210 sets a plurality of input elements acquired and input by the input element acquisition unit 109 and a degree of contamination as teacher data. The acquired training data set is used for machine learning to generate a trained model and store it in the storage unit 105.

汚れ度合い推定部107では、現在の複数の入力要素と、格納部105に格納された学習済みモデルに基づいて、汚れ度合いを推定する。そして、出力調整部108では、第一実施形態と同様、推定された汚れ度合いに応じて、光ビームの出力を調整する。これによっても、第一実施形態と同様の効果が得られる。 The dirt degree estimation unit 107 estimates the dirt degree based on the current plurality of input elements and the learned model stored in the storage unit 105. Then, the output adjusting unit 108 adjusts the output of the light beam according to the estimated degree of contamination, as in the first embodiment. This also has the same effect as that of the first embodiment.

1付加製造装置、 10;チャンバ、 12;光ビーム透過部材、 30;粉末供給装置、 40;光ビーム照射装置、 40a;光ビーム、 50;ガスフロー生成装置、 100;制御装置、 103;粉末供給制御部、 104;光ビーム照射制御部、 105;格納部、 106;ガスフロー制御部、 107;汚れ度合い推定部、 108;出力調整部、 109;入力要素取得部、 210;訓練データセット学習部、 DB;データベース、 F1;ガスフロー、 F2;ガスフロー、 OAr;外部空間、 P;ビーム出力、 PAr;製造空間、 Pm;金属粉末(材料粉末)、 S50;汚れ度合い推定工程、 S60;出力調整工程、 Tm;照射時間、 v;走査速度、 W;付加製造物。 1 additional manufacturing equipment, 10; chamber, 12; light beam transmitting member, 30; powder supply equipment, 40; light beam irradiation equipment, 40a; light beam, 50; gas flow generator, 100; control equipment, 103; powder supply Control unit, 104; Light beam irradiation control unit, 105; Storage unit, 106; Gas flow control unit, 107; Dirt degree estimation unit, 108; Output adjustment unit, 109; Input element acquisition unit, 210; Training data set learning unit , DB; database, F1; gas flow, F2; gas flow, OAr; external space, P; beam output, PAr; manufacturing space, Pm; metal powder (material powder), S50; dirt degree estimation process, S60; output adjustment Step, Tm; irradiation time, v; scanning speed, W; additional product.

Claims (7)

光ビームの照射によって材料粉末を溶融させた後、固化又は焼結させて付加製造物を製造する付加製造装置であって、
前記付加製造物の製造を行なうための製造空間を備えるチャンバと、
前記製造空間と前記チャンバの外部空間とを区画する前記チャンバの区画壁の一部を構成し、前記光ビームを透過可能な光ビーム透過部材と、
前記製造空間内に配置され、前記付加製造物を造形する造形位置に前記材料粉末を供給する粉末供給装置と、
前記光ビームを、前記チャンバの前記外部空間から前記光ビーム透過部材を透過させて前記造形位置に供給された前記材料粉末に照射する光ビーム照射装置と、
前記粉末供給装置の作動を制御する粉末供給制御部及び前記光ビーム照射装置の作動を制御する光ビーム照射制御部を備える制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、さらに、
複数の入力要素と前記光ビームの照射により発生する金属蒸気が前記光ビーム透過部材の表面に付着することによる汚れ度合いとの関係性を表すデータベース、又は、前記複数の入力要素及び前記汚れ度合いを訓練データセットとする機械学習により生成された学習済みモデルを格納する格納部と、
前記複数の入力要素と前記格納部に格納された前記データベース又は前記学習済みモデルとに基づいて、前記汚れ度合いを推定する汚れ度合い推定部と、
推定された前記汚れ度合いに応じて、前記光ビームの出力を調整する出力調整部と、
を備え、
前記複数の入力要素は、少なくとも、
前記光ビームの照射条件と、
前記光ビーム透過部材の前記表面に汚れの付着がない状態における前記光ビームの初めの照射時を開始時とする前記光ビームの照射時間と、
を含む、付加製造装置。
It is an additional manufacturing device that manufactures additional products by melting the material powder by irradiation with a light beam and then solidifying or sintering it.
A chamber provided with a manufacturing space for manufacturing the additional product,
A light beam transmitting member that constitutes a part of the partition wall of the chamber that partitions the manufacturing space and the external space of the chamber and is capable of transmitting the light beam.
A powder supply device that is arranged in the manufacturing space and supplies the material powder to a molding position for molding the additional product.
A light beam irradiating device that irradiates the material powder supplied to the modeling position by transmitting the light beam from the external space of the chamber through the light beam transmitting member.
A control device including a powder supply control unit that controls the operation of the powder supply device and a light beam irradiation control unit that controls the operation of the light beam irradiation device.
With
The control device further
A database showing the relationship between a plurality of input elements and the degree of contamination caused by the metal vapor generated by irradiation of the light beam adhering to the surface of the light beam transmitting member, or the plurality of input elements and the degree of contamination. A storage unit that stores the trained model generated by machine learning as a training data set,
A stain degree estimation unit that estimates the stain degree based on the plurality of input elements and the database or the trained model stored in the storage unit, and a stain degree estimation unit.
An output adjusting unit that adjusts the output of the light beam according to the estimated degree of contamination.
With
The plurality of input elements are at least
The irradiation conditions of the light beam and
The irradiation time of the light beam starting from the first irradiation of the light beam in a state where the surface of the light beam transmitting member is free of dirt, and the irradiation time of the light beam.
Including additional manufacturing equipment.
前記付加製造装置は、
前記チャンバ内の前記製造空間において前記造形位置と前記光ビーム透過部材との間を横切り流れる不活性ガスのガスフローを生成するガスフロー生成装置を備え、
前記制御装置は、
前記ガスフロー生成装置を制御するガスフロー制御部を備え、
前記複数の入力要素は、前記ガスフロー生成装置が生成する前記ガスフローのガスフロー条件を含む、請求項1に記載の付加製造装置。
The additional manufacturing apparatus
A gas flow generator for generating a gas flow of an inert gas flowing across between the modeling position and the light beam transmitting member in the manufacturing space in the chamber is provided.
The control device is
A gas flow control unit for controlling the gas flow generator is provided.
The additional manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of input elements include gas flow conditions for the gas flow generated by the gas flow generator.
前記複数の入力要素は、前記材料粉末の材質を含む、請求項1又は2に記載の付加製造装置。 The additional manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the plurality of input elements include a material of the material powder. 前記出力調整部で調整する前記光ビームの出力は、
前記光ビーム透過部材を透過させて、前記造形位置に供給された前記材料粉末の表面に照射される前記光ビームの投入エネルギーが所定の量となるよう、推定された前記汚れ度合いに基づき調整される、請求項1−3の何れか1項に記載の付加製造装置。
The output of the light beam adjusted by the output adjusting unit is
It is adjusted based on the estimated degree of contamination so that the input energy of the light beam that is transmitted to the surface of the material powder supplied to the modeling position through the light beam transmitting member is a predetermined amount. The additional manufacturing apparatus according to any one of claims 1-3.
前記付加製造装置は、
前記汚れ度合い推定部で推定した前記汚れ度合いを表示する表示装置を備える、請求項1−4の何れか1項に記載の付加製造装置。
The additional manufacturing apparatus
The additional manufacturing apparatus according to any one of claims 1-4, comprising a display device for displaying the degree of stain estimated by the degree of contamination estimation unit.
前記制御装置は、
前記格納部が前記汚れ度合いに対応する前記汚れの限界閾値を格納するとともに、
前記汚れ度合い推定部で推定した前記汚れ度合いが前記限界閾値を越えたとき、前記光ビーム透過部材の前記汚れを除去するようユーザに対して指示する汚れ除去指示装置を備える、請求項1−5の何れか1項に記載の付加製造装置。
The control device is
The storage unit stores the limit threshold value of the dirt corresponding to the degree of dirt, and also
Claim 1-5 comprising a stain removal instruction device that instructs a user to remove the stain on the light beam transmitting member when the stain degree estimated by the stain degree estimation unit exceeds the limit threshold value. The additional manufacturing apparatus according to any one of the above items.
前記光ビームの照射によって前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融させた後、固化又は焼結させて前記付加製造物を製造する請求項1−6の何れか一項に記載の付加製造装置を用いた付加製造方法であって、
前記複数の入力要素と前記格納部に格納された前記データベース又は前記学習済みモデルとに基づいて、前記汚れ度合いを推定する汚れ度合い推定工程と、
推定された前記汚れ度合いに応じて、前記光ビームの出力を調整する出力調整工程と、
を備え、
前記複数の入力要素は、少なくとも、
前記光ビームの前記照射条件と、
前記光ビーム透過部材の前記表面に前記汚れの付着がない状態における前記光ビームの初めの照射時を開始時とする前記光ビームの照射時間と、
を含む、付加製造方法。
The additional production according to any one of claims 1 to 6, wherein the material powder supplied to the modeling position is melted by irradiation with the light beam and then solidified or sintered to produce the additional product. It is an additional manufacturing method using an apparatus.
A stain degree estimation step for estimating the stain degree based on the plurality of input elements and the database or the trained model stored in the storage unit, and a stain degree estimation step.
An output adjustment step of adjusting the output of the light beam according to the estimated degree of contamination, and
With
The plurality of input elements are at least
The irradiation conditions of the light beam and
The irradiation time of the light beam starting from the first irradiation of the light beam in a state where the surface of the light beam transmitting member is not adhered with the dirt, and the irradiation time of the light beam.
Additional manufacturing methods, including.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022105639A1 (en) 2021-03-16 2022-09-22 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki exhaust gas cleaner
WO2023188005A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 株式会社ニコン Shaping system, radiation condition setting method, input system, computer program, and recording medium

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