JP2021171958A - 付加製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質な付加製造物を付加製造することができる付加製造装置を提供すること。【解決手段】付加製造装置１００制御装置１３０は、先に形成したビードの形成時に取得した溶融池の大きさに基づいて、先のビードに対して次に形成するビードのラップ代が一定になるように、次のビードを形成する際における粉末材料の供給量及び光ビームの照射条件を含む製造条件を補正し、且つ、補正した製造条件に基づいて粉末材料供給装置１１０及び光ビーム照射装置１２０の作動を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造装置に関する。

付加製造には、例えば、指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式等があることが知られている。指向性エネルギー堆積方式は、光ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）の照射と材料の供給を行う加工ヘッドの位置を制御することで付加製造を行う。指向性エネルギー堆積方式には、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）、ＤＭＰ（Direct Metal Printing）等が含まれる。粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた粉末材料に対して、光ビームを照射することで付加製造を行う。粉末床溶融結合方式には、ＳＬＭ（Selective Laser Melting）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting）等が含まれる。

例えば、指向性エネルギー堆積方式のＬＭＤは、硬質材を含む粉末材料等と噴射しながら光ビームを照射することにより、粉末材料等を溶融させた後に凝固させることができる。これにより、ＬＭＤは、例えば、基材に対して部分的に筋状の硬質材の付加製造物、所謂、ビードを付加する肉盛技術として利用されている。

そして、例えば、特許文献１には、ビードの高さが計画高さから許容差を引いた値よりも低い場合に、既に形成したビードに対して更にビードを重ねる製造装置が開示されている。又、例えば、特許文献２には、金属固体に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成し、金属粉末を接着層に固定して形成した金属粉末層を溶融固化させる製造装置が開示されている。更に、特許文献３には、ビードの幅を広くし且つビードの溶け込みを適切な状態にさせるレーザ照射トーチが開示されている。

特開２０１８−１４９５７０号公報 特開２０１５−３０８８３号公報 特開平９−６６３８２号公報

ところで、複数のビードを形成して基材に肉盛加工を行う場合、隣接するビード同士は一部を重ねた状態で複数のビードを形成する場合がある。この場合、例えば、基材の表面の汚れや予熱及び加工熱による基材の温度変化等に起因して隣接するビードの一方のビード幅が変化しており、他方のビードを一定のピッチで形成すると、重ね合わせ部分において高さのバラつきが生じてしまう。その結果、例えば、既に形成した複数のビード上に新たなビードを積層して形成した場合には、下層の高さのバラつきの影響を受けて最終的に形成される肉盛に凹凸が生じてしまい、付加製造物の品質が低下する虞がある。

本発明は、高品質な付加製造物を付加製造することができる付加製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る付加製造装置は、粉末材料を基材の供給位置に供給する粉末材料供給装置と、供給位置に供給された粉末材料を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射装置と、供給位置及び光ビームの照射位置を基材に対して相対移動させる移動装置と、粉末材料供給装置、光ビーム照射装置及び移動装置の各々の作動を制御する制御装置と、を備え、基材の所定領域に粉末材料を溶融することによって溶融池を形成し且つ溶融池が固化することによって幅方向にて隣接するビードを形成する付加製造装置であって、形成された溶融池の大きさを検出する検出部を備え、制御装置は、先に形成したビードの形成時に取得した溶融池の大きさに基づいて、先のビードに対して次に形成するビードの幅方向のラップ代が一定になるように、次のビードを形成する際における製造条件を補正する。

これによれば、制御装置は、先のビードに対するラップ代が一定になるように、先のビードの形成時に取得した溶融池の大きさ、即ち、先のビードのビード幅に基づいて、次のビードの製造条件を補正することができる。これにより、例えば、先のビードのビード幅が広くなったり、狭くなったりした場合であっても、次のビードはラップ代が一定になるように形成される。従って、先のビードと次のビードとの重ね合わせ部分における高さのバラつきが抑制され、その結果、付加製造物の品質を向上させることができる。

付加製造装置を示す図である。 図１の付加製造装置による付加製造を説明するための図である。 図１の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の付加製造装置によってビードが付加製造される状態を説明するための図である。 図４のＶ−Ｖ断面における断面図である。 図１の付加製造装置によってビードが付加製造される状態を表し、溶融池の大きさ即ちビード幅が変化した場合のビードを説明するための図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面における断面図である。 図６のビードに対して次のビードが形成される状態を説明するための図である。 図８のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。 図８のビードに積層されるビードが形成される状態を説明するための図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面における断面図である。 第一別例に係るビードを説明するための図である。 図１２のビードに対して次のビードが形成される状態を説明するための図である。 第二別例に係るビードの配置を説明するための図である。 第二別例の他のビードの配置を説明するための図である。

（１．付加製造装置の概要）
本例の付加製造装置は、例えば、指向性エネルギー堆積方式であってＬＭＤ方式を採用する。本例において、付加製造装置は、硬質材である硬質粉末材料に結合粉末材料を混合した粉末材料を基材に向けて噴射しながら光ビームを照射することにより、基材に付加製造物としての複数のビード（突条）を付加製造する。粉末材料、特に、硬質粉末材料と基材とは、異なる材料でも良く、同一種類の材料でも良い。

本例では、硬質材である炭化タングステン（ＷＣ）の硬質粉末材料を用いて、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いて形成された基材に複数のビードを付加製造する。尚、本例においては、炭化タングステン（ＷＣ）のバインダとしてコバルト（Ｃｏ）を用いる。しかし、バインダはコバルト（Ｃｏ）に限られず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）をバインダとして用いることも可能である。

（２．付加製造装置１００の構成）
図１に示すように、付加製造装置１００は、粉末材料供給装置１１０、光ビーム照射装置１２０及び制御装置１３０を主に備える。尚、本例の付加製造装置１００は、周知のＬＭＤ型の付加製造装置を用いることができる。このため、付加製造装置１００についての詳細な構成及び動作等については省略する。

粉末材料供給装置１１０は、ホッパ１１１、バルブ１１２、ガスボンベ１１３及び噴射ノズル１１４を備える。ホッパ１１１は、結合粉末材料Ｐ２が混合された硬質粉末材料Ｐ１を貯蔵する。尚、以下の説明において、硬質粉末材料Ｐ１と結合粉末材料Ｐ２とを混合した粉末材料を「粉末材料Ｐ」とも称呼する。

バルブ１１２は、粉末導入バルブ１１２ａ、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃを備える。粉末導入バルブ１１２ａは、配管１１１ａを介してホッパ１１１と接続される。粉末供給バルブ１１２ｂは、配管１１４ａを介して噴射ノズル１１４と接続される。ガス導入バルブ１１２ｃは、配管１１３ａを介してガスボンベ１１３と接続される。

噴射ノズル１１４及び配管１１４ａは、噴射ノズル１１４側に傾斜部分を有する筒状の容器１１５に収容される。噴射ノズル１１４は、容器１１５の傾斜部分の先端に配置され、配管１１４ａを介して、例えば、ガスボンベ１１３から供給される高圧の窒素により、粉末材料Ｐを基材Ｂに向けて噴射する。尚、粉末材料Ｐを噴射するガスは、窒素に限定されるものではなくアルゴン等の不活性ガスであっても良い。

光ビーム照射装置１２０は、ビーム生成部１２１により生成され供給される光ビームＢＭを基材Ｂの所望の位置に照射する照射部１２２を備える。ビーム生成部１２１は、制御装置１３０によって制御されて、光ビームＢＭを生成する。

照射部１２２は、容器１１５の内部において、噴射ノズル１１４の近傍に配置される。具体的に、照射部１２２は、噴射ノズル１１４から噴射される粉末材料Ｐの供給位置に向けて光ビームＢＭが照射可能となるように、容器１１５の傾斜部分の先端に配置される。照射部１２２は、容器１１５の内部に配置された図示省略のコリメータレンズや集光レンズ等の光学系を通して光ビームＢＭを照射する。尚、「加工ヘッド」は、噴射ノズル１１４、光ビーム照射部１２０及び容器１１５を含んで構成される。

そして、光ビームＢＭは、図１に示すように、基材Ｂにおいて粉末材料供給装置１１０から供給された粉末材料Ｐを溶融することにより溶融池ＭＰを形成する。これにより、所定領域Ｎには、複数の筋状のビードＮ１が形成され、肉盛加工（付加製造）が行われる。

ここで、本例においては、光ビームＢＭとしてレーザ光を用いる。但し、光ビームＢＭはレーザ光に限られず、電磁波であれば、例えば、電子ビームを用いることも可能である。又、本例においては、光ビーム照射装置１２０の照射部１２２は、円形状の照射形状となる光ビームＢＭを照射する。しかし、光ビームＢＭの照射形状は円形状に限られず、例えば、三角形状や四角形状等の多角形状とすることも可能である。

制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするコンピュータ装置である。制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０の粉末供給を制御する。具体的に、制御装置１３０は、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開閉を制御することにより、噴射ノズル１１４から基材Ｂに向けた粉末材料Ｐの噴射供給を制御する。

又、制御装置１３０は、光ビーム照射装置１２０の光ビーム照射を制御する。具体的に、制御装置１３０は、ビーム生成部１２１及び照射部１２２の作動を制御して、照射部１２２から基材Ｂに向けて照射される光ビームＢＭの出力、供給された粉末材料Ｐを溶融するビームスポット径等を制御する。

ここで、制御装置１３０には、光ビーム照射装置１２０によって照射された光ビームＢＭが粉末材料Ｐを溶融して形成された略円形状の溶融池ＭＰの大きさを検出する検出部としてのセンサ１４０が接続される。センサ１４０は、赤外線センサや画像センサ等を用いることができ、加工ヘッド、具体的には、容器１１５の外周に固定される。センサ１４０は、図１及び図２に示すように、溶融池ＭＰの大きさに対応する形成されたビードＮ１の幅を表す幅データＷを計測して制御装置１３０に出力する。

更に、制御装置１３０は、基材Ｂに対する光ビームＢＭの相対的な走査を制御する。具体的に、制御装置１３０は、図１に示すように、移動装置であるモータＭ１の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの回りに回転させると共に、移動装置であるモータＭ２の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。これにより、制御装置１３０は、基材Ｂに対する光ビームＢＭの相対的な走査を制御する。本例において、制御装置１３０は、図１にて太矢印で示すように、基材Ｂを光ビーム照射装置１２０に対して相対的に図１の右方向（光ビーム照射装置１２０を基材Ｂに対して相対的に図１の左方向）に移動させる場合を例示する。

ここで、モータＭ１及びモータＭ２は、それぞれ、図示省略のエンコーダを備える。これにより、モータＭ１（より詳しくは、エンコーダ）は、基材Ｂを回転させた回転角を表す回転角データθを制御装置１３０に出力する。又、モータＭ２は、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させるための図示省略の送り機構を駆動する。そして、モータＭ２（より詳しくは、エンコーダ）は、送り機構の駆動に要した回転角に基づいて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に送った移動量、即ち、所定領域Ｎに形成されるビードＮ１の間隔（ピッチ）を表す送り量データＫを制御装置１３０に出力する。

尚、本例においては、制御装置１３０が基材Ｂを光ビーム照射装置１２０に対して回転及び移動させるようにする。しかしながら、光ビーム照射装置１２０、より具体的には、噴射ノズル１１４、光ビーム照射装置１２０及び容器１１５を含む加工ヘッドを基材Ｂに対して相対的に移動させるように構成することも可能である。この場合、図示しない駆動装置、例えば、ＸＹＺステージや多関節を有するロボットアーム等により、加工ヘッドは三次元空間にて自在に移動可能とされる。これにより、制御装置１３０が駆動装置（ＸＹＺステージやロボットアーム等）の作動を制御することにより、噴射ノズル１１４の供給位置及び照射部１２２の照射位置は基材Ｂに対して相対的に移動することができる。

（３．制御装置１３０の構成の詳細）
次に、制御装置１３０の構成の詳細を、図３を参照して説明する。制御装置１３０は、記憶部１３１、製造条件補正部１３２、粉末材料供給量制御部１３３、光ビーム制御部１３４、相対移動制御部１３５を主に備える。

記憶部１３１は、基材Ｂの所定領域ＮにビードＮ１が形成される際、逐次（リアルタイムで）センサ１４０から出力された幅データＷ、モータＭ１から出力された回転角データθ及びモータＭ２から出力された送り量データＫを対応付けて記憶する。即ち、記憶部１３１は、回転角データθ及び送り量データＫを用いた座標データに基づいて、所定領域Ｎにおける基材Ｂの座標を決定する。そして、記憶部１３１は、決定した座標（回転角データθ及び送り量データＫからなる座標データ）における溶融池ＭＰの大きさである幅データＷを記憶する。

又、本例において、記憶部１３１は、幅データＷ即ち形成されたビードＮ１のビード幅に応じた光ビームＢＭの出力、及び、粉末材料Ｐの供給量の組み合わせを製造条件として記憶する。即ち、ラップ代Ｌを一定に保つ場合、先のビードＮ１のビード幅が広いときは次のビードＮ１のビード幅を狭く形成する必要がある。このため、記憶部１３１には、例えば、ビードＮ１の形成位置を一定とする場合において、光ビームＢＭの出力を低減すると共に粉末材料Ｐの供給量を少なくする製造条件が記憶される。或いは、記憶部１３１には、例えば、基材Ｂの周方向への送り量（換言すれば、光ビームＢＭの走査量）を増加させたり、光ビームＢＭのスポット径を小さくしたりする製造条件が記憶されても良い。

一方、ラップ代Ｌを一定に保つ場合、先のビードＮ１のビード幅が狭いときは次のビードＮ１のビード幅を広く形成する必要がある。このため、記憶部１３１には、例えば、ビードＮ１の形成位置を一定とする場合において、光ビームＢＭの出力を増大させると共に粉末材料Ｐの供給量を多くする製造条件が記憶される。或いは、記憶部１３１には、例えば、基材Ｂの周方向への送り量（換言すれば、光ビームＢＭの走査量）を減少させたり、光ビームＢＭのスポット径を大きくしたりする製造条件が記憶されても良い。そして、記憶部１３１は、ビード幅（即ち、幅データＷ）に応じて、実験的に確認可能な光ビームＢＭの出力、粉末材料Ｐの供給量及びビードＮ１の形成位置の組み合わせである複数の製造条件を記憶する。

このように、先に形成されたビードＮ１のビード幅（即ち、幅データＷ）に応じた製造条件を選択して次のビードＮ１を形成することにより、図２に示すように、ビードＮ１同士のラップ代Ｌを一定にすることができる。その結果、所定領域Ｎに形成される各々のビードＮ１のビード高さをほぼ一定に揃えることができる。

製造条件補正部１３２は、所定領域Ｎにおいて回転角データθ及び送り量データＫによって決定される座標データごとに対応する幅データＷに基づき、次のビードＮ１を形成する際の、或いは、次のビードＮ１の形成中に製造条件を補正する。具体的に、製造条件補正部１３２は、図２に示すように、基材Ｂ上の所定領域Ｎにおいて、先に形成したビードＮ１に対して次に形成するビードＮ１を重ねるラップ代Ｌが所望の値で一定になるように、次のビードＮ１を形成する際の製造条件を補正する。

ここで、製造条件補正部１３２は、記憶部１３１に記憶されている溶融池ＭＰの大きさ、換言すれば、先に形成されたビードＮ１のビード幅を表す幅データＷに基づき、記憶部１３１に記憶されている複数の製造条件のうちの１つを選択することにより補正する。即ち、製造条件補正部１３２は、先に形成されたビードＮ１に対して、次に（即ち、今回）形成するビードＮ１のラップ代Ｌが一定になるように光ビームＢＭの出力及び粉末材料Ｐの供給量を補正する。

又、製造条件補正部１３２は、幅データＷに基づいて、ラップ代Ｌを得るために次のビードＮ１を形成する形成位置即ちピッチを算出し、算出したピッチに対応する基材Ｂの送り量を補正する。尚、本例においては、製造条件補正部１３２は、補正した製造条件に対応して、粉末材料供給装置１１０から供給される粉末材料Ｐの補正供給量ＰＳ、光ビーム照射装置１２０が照射する光ビームＢＭの補正出力ＳＳ、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる補正送り量ＫＳを決定して出力する。

ここで、製造条件補正部１３２は、製造条件を補正するに当たり、上述したように、粉末材料供給装置１１０から供給される粉末材料Ｐの供給量、光ビーム照射装置１２０により照射される光ビームＢＭの照射条件（出力等）、及び、ビードＮ１の形成位置（ピッチ）を補正することができる。但し、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、例えば、材料粉末Ｐの供給量及び光ビームＢＭの照射条件のみを補正し、ビードＮ１の形成位置（ピッチ）を補正しないこともできる。又、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、例えば、材料粉末Ｐの供給量及び光ビームＢＭの照射条件のうちの一方のみを補正し、材料粉末Ｐの供給量及び光ビームＢＭの照射条件のうちの他方及びビードＮ１の形成位置（ピッチ）を補正しないこともできる。更に、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、例えば、ビードＮ１の形成位置（ピッチ）のみを補正し、材料粉末Ｐの供給量及び光ビームＢＭの照射条件を補正しないこともできる。

粉末材料供給量制御部１３３は、製造条件補正部１３２から出力された補正供給量ＰＳを取得する。そして、粉末材料供給量制御部１３３は、製造条件補正部１３２から取得した補正供給量ＰＳに従い、粉末材料供給装置１１０の噴射ノズル１１４から基材Ｂに供給する粉末材料Ｐの供給量を制御する。

光ビーム制御部１３４は、製造条件補正部１３２から出力された補正出力ＳＳを取得する。そして、光ビーム制御部１３４は、製造条件補正部１３２から取得した補正出力ＳＳに従い、光ビーム照射装置１２０の照射部１２２から基材Ｂに照射する光ビームＢＭの出力（強度）を制御する。

相対移動制御部１３５は、製造条件補正部１３２から出力された補正送り量ＫＳを取得する。そして、相対移動制御部１３５は、製造条件補正部１３２から取得した補正送り量ＫＳに従い、モータＭ２によって駆動される送り機構によって中心軸線Ｃの方向に移動する基材Ｂの送り量、即ち、次のビードＮ１の形成位置を制御する。

（４．付加製造方法）
次に、付加製造装置１００による付加製造方法、具体的に、所定領域Ｎに複数のビードＮ１を形成する肉盛加工について説明する。先ず、基材Ｂに設定された所定領域Ｎに油汚れ等の汚れがなく、又、基材Ｂが過度に加熱（予熱）されていない理想状態の場合から説明する。この場合、粉末材料供給装置１１０から供給された粉末材料Ｐが光ビーム照射装置１２０から照射された光ビームＢＭによって溶融されることにより、生じた溶融池ＭＰの大きさ（幅データＷ）は均一になる。これにより、所定領域Ｎに形成される複数のビードＮ１は、図４に示すように、同一のビード幅を有して直線状に形成される。この場合、図５に概略的に示すように、各々のビードＮ１は、同一のラップ代Ｌを有するように重ねられ、その結果、ビードＮ１の高さＨもほぼ一定に揃うになるように形成される。

ところが、所定領域Ｎに油汚れ等が存在したり、複数のビードＮ１の形成に伴って基材Ｂの温度（予熱温度）が上昇したりすると、生じた溶融池ＭＰの大きさ（幅データＷ）が不均一になる場合がある。これにより、先のビードＮ１１に対して次のビードＮ１２のビード幅が不均一になり、図６に示すように、先のビードＮ１１に対して、例えば、次のビードＮ１２のビード幅が部分的に狭くなる場合がある。

その結果、ビードＮ１２のビード幅が狭くなった部分においては、図７に示すように、本来であれば、先のビードＮ１１に対してラップ代Ｌとなるように次のビードＮ１２（図７にて二点鎖線により示す）が形成されるところ、ラップ代Ｌよりも小さいラップ代Ｌ１になる。そして、ビードＮ１２の幅が狭くなった部分においては、図７に示すように、先のビードＮ１１の高さＨも低い高さＨ１となって不均一になる。これにより、ビードＮ１２に対して新たなビードを重ねて形成した場合、ビード１２の高さＨが不均一であるために、最終的に肉盛加工された表面に凹凸が生じる。

そこで、本例においては、図８及び図９に示すように、ラップ代Ｌが一定になるように、溶融池ＭＰ（ビード幅）が不均一のビードＮ１２に対して次のビードＮ１３を形成する。具体的に、制御装置１３０は、次のビードＮ１３を形成する場合、図８に示すように、先のビードＮ１２に対して予め設定された送り量（ピッチ）となるように基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。これに合わせて、制御装置１３０は、先のビードＮ１２におけるビード幅が変化した加工位置を特定する。

即ち、制御装置１３０の記憶部１３１は、先のビードＮ１２の形成時において、回転角データθ及び送り量データＫによって表される加工位置を表す座標データと、座標データに対応付けられた幅データＷとを逐次取得して記憶している。従って、制御装置１３０は、図６及び図７に示すようなビード幅及び高さＨが不均一になる座標を特定することができる。

これにより、図８に示すように、一部のビード幅が狭くなった先のビードＮ１２に対して次のビード１３を形成する場合、製造条件補正部１３２はラップ代Ｌとなるように製造条件を補正する。具体的に、製造条件補正部１３２は、先のビードＮ１２におけるビード幅及び高さＨが不均一になる加工位置の座標データに対応する幅データＷに基づいて、溶融池ＭＰ（ビード幅）が狭くなっていることを把握する。

そして、製造条件補正部１３２は、先のビードＮ１２の加工位置に対応する次のビードＮ１３の加工位置において、ビードＮ１３の溶融池ＭＰ（ビード幅）が広くなるように、供給する粉末材料Ｐの供給量を増加させると共に、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させて製造条件を補正する。又、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、先のビードＮ１２の溶融池ＭＰ（ビード幅）に合わせて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に更に移動させる、即ち、次のビードＮ１３の形成位置を変更するように製造条件を補正する。

このため、製造条件補正部１３２は、例えば、記憶部１３１に記憶されている複数の製造条件のうち、粉末材料Ｐの供給量を増加させる補正供給量ＰＳ、且つ、光ビームＢＭの出力を増大させる補正出力ＳＳを含む、即ち、補正の内容に合致する製造条件を選択する。更に、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、選択した製造条件即ち補正供給量ＰＳ及び補正出力ＳＳに加えて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる補正送り量ＫＳを付加する。そして、製造条件補正部１３２は、補正した製造条件として、補正供給量ＰＳ、補正出力ＳＳ及び補正送り量ＫＳを出力する。

粉末材料供給量制御部１３３は、製造条件補正部１３２から取得した補正供給量ＰＳに従い、特定された加工位置に対応する座標において、粉末材料Ｐの供給量を増加させる。光ビーム制御部１３４は、製造条件補正部１３２から取得した補正出力ＳＳに従い、特定された座標に対応する加工位置において、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させる。更に、相対移動制御部１３５は、製造条件補正部１３２から取得した補正送り量ＫＳに従い、特定された座標に対応する加工位置において、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。

これにより、図９に示すように、先のビードＮ１２に対して次のビードＮ１３が形成される。ビードＮ１３は、補正された製造条件に従って形成される。従って、図９にて二点鎖線により示すように、仮に製造条件を補正することなく形成したビードＮ１３ではラップ代Ｌよりも小さいラップ代Ｌ２となるのに対し、製造条件を補正して形成したビードＮ１３では先のビードＮ１２に対してラップ代Ｌを有することができる。その結果、先のビードＮ１２に対して次のビードＮ１３をより近接させて、換言すれば、より小さいピッチにより形成することができ、先のビードＮ１２により生じる凹部を小さくして高さＨの不均一性を改善することができる。

尚、本例においては、ビードＮ１２の溶融池ＭＰの大きさ、即ち、ビード幅が狭くなる場合を例示して説明した。しかしながら、ビードＮ１２の溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）が広くなる場合も発生し得る。この場合には、製造条件補正部１３２は、次のビードＮ１３を形成する際の製造条件として、例えば、粉末材料Ｐの供給量を減少させると共に光ビームＢＭの出力（強度）を減少させるように補正された製造条件を選択することができる。又、必要に応じて、選択した製造条件即ち補正供給量ＰＳ及び補正出力ＳＳに加えて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる補正送り量ＫＳを付加することもできる。これにより、ビードＮ１２の溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）が広くなる場合であっても、先のビードＮ１２に対してラップ代Ｌを有する次のビードＮ１３を形成することができる。

ところで、図９に示すように、次のビードＮ１３を先のビードＮ１２に対して製造条件を変更して形成した場合であっても、先のビードＮ１２の高さＨ１は高さＨに対して低くなっている。この場合、下層に形成されたビードＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３に対して積層される上層のビードＮ２１及びビードＮ２２を形成することにより、ビードＮ１２の高さＨ１の不均一性を改善することができる。

本例において、制御装置１３０は、図１０に示すように、下層である第一段目のビードＮ１１と同一のピッチで上層である第二段目のビードＮ２１を形成し、第一段目のビードＮ１２と同一のピッチで第二段目のビードＮ２２を形成する。そして、第二段目のビードＮ２１，Ｎ２２を形成する場合においても、制御装置１３０は、記憶部１３１に記憶されているビードＮ１２の座標データ及び幅データＷに基づいて、第一段目に形成したビードＮ１２におけるビード幅が変化した加工位置を特定する。これにより、制御装置１３０は、第一段目のビードＮ１２においてビード幅及び高さＨが不均一になる座標を特定することができる。

図１０に示すように、一部のビード幅が狭くなった、即ち、高さＨ１を有する第一段目のビードＮ１２に対して第二段目のビードＮ２２を形成する場合、製造条件補正部１３２はビードＮ１２により形成された凹部を埋めるように製造条件を補正する。具体的に、製造条件補正部１３２は、第一段目のビードＮ１２の加工位置に対応する第二段目のビードＮ２２の加工位置において、凹部を埋めるように、供給する粉末材料Ｐの供給量を増加させると共に、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させるように製造条件を補正する。又、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、凹部に合わせて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に更に移動させるように製造条件に含まれる送り量を補正する。

このため、製造条件補正部１３２は、例えば、記憶部１３１に記憶されている複数の製造条件のうち、粉末材料Ｐの供給量を増加させる補正供給量ＰＳ、且つ、光ビームＢＭの出力を増大させる補正出力ＳＳを含む、即ち、補正の内容に合致する製造条件を選択する。更に、製造条件補正部１３２は、必要に応じて、選択した製造条件即ち補正供給量ＰＳ及び補正出力ＳＳに加えて、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる補正送り量ＫＳを付加する。そして、製造条件補正部１３２は、選択した製造条件として、補正供給量ＰＳ、補正出力ＳＳ及び補正送り量ＫＳを出力する。

粉末材料供給量制御部１３３は、製造条件補正部１３２から取得した補正供給量ＰＳに従い、特定された座標に対応する加工位置において、粉末材料Ｐの供給量を増加させる。光ビーム制御部１３４は、製造条件補正部１３２から取得した補正出力ＳＳに従い、特定された座標に対応する加工位置において、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させる。更に、相対移動制御部１３５は、製造条件補正部１３２から取得した補正送り量ＫＳに従い、特定された座標に対応する加工位置において、基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。

これにより、図１１に示すように、第一段目のビードＮ１２に対して第二段目のビードＮ２２が積層されて形成される。尚、第二段目の形成においても、ビードＮ２２は、先に形成されたビードＮ２１に対してラップ代Ｌを有するように形成される。ビードＮ２２がビードＮ１２に積層されることにより、ビードＮ１２によって形成された凹部が埋められる。又、ビードＮ２２がビードＮ２１に対してラップ代Ｌを有することにより、第二段目の高さＨ２はほぼ一定に揃えられる。

尚、第一段目のビードＮ１２によって高さＨよりも高い凸部が形成される場合も生じ得る。この場合には、製造条件補正部１３２は、例えば、粉末材料Ｐの供給量を減少させると共に、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させる製造条件を選択することができる。これにより、第二段目のビードＮ２２の形成に際して溶融池ＭＰが固化することによってビードＮ１２による凸部を覆うことができる。従って、第一段目の形成において凹部（或いは凸部）が形成された場合であっても、高さＨ２をほぼ一定に揃えることができる。

以上の説明からも理解できるように、付加製造装置１００によれば、制御装置１３０は、先のビードＮ１２に対するラップ代Ｌが一定になるように、先のビードＮ１２の形成時に取得した溶融池ＭＰの大きさ、即ち、先のビードＮ１２のビード幅を表す幅データＷに基づいて、次のビードＮ１３の製造条件を補正することができる。これにより、例えば、先のビードＮ１２のビード幅が狭くなっても、次のビードＮ１３はラップ代Ｌが一定になるように形成される。従って、先のビードＮ１２と次のビードＮ１３との重ね合わせ部分における高さのバラつきが抑制され、その結果、付加製造物である複数のビード即ち肉盛加工の品質を向上させることができる。

（５．第一別例）
上述した本例においては、例えば、図６に示すように、形成されるビードＮ１２の一部にのみ溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）が変化する場合を例示して説明した。しかしながら、上述したように、溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）は、基材Ｂの汚れや予熱温度によって変化する可能性があるため、図１２に示すように、溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）が全体に亘って変化したビードＮ１４が形成される場合がある。

この場合においても、制御装置１３０の記憶部１３１には、回転角データθ及び送り量データＫによる座標と幅データＷとが対応付けられて逐次記憶される。従って、製造条件補正部１３２が、ビードＮ１４の変化する幅データＷに応じて、製造条件を逐次補正することにより、図１３に示すように、ビードＮ１４に対するラップ代Ｌを有するビードＮ１５を形成することが可能となる。この場合においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

ここで、第一別例では、製造条件補正部１３２は、ビードＮ１４の変化する幅データＷに応じて、ビードＮ１５がラップ代Ｌを有するように、逐次、製造条件を補正するようにした。これに代えて、例えば、図１２にて一点鎖線により示すように、製造条件補正部１３２が、変化する幅データＷを平均化し、平均化した幅データＷに合わせて製造条件を補正する（選択する）ようにすることも可能である。

この場合には、幅データＷを平均化することにより、ラップ代Ｌが変化し、その結果、ビードＮ１５の高さが変動する可能性がある。しかしながら、逐次製造条件を補正しながらビードＮ１５を形成する場合に比べて簡単であり、又、上述した本例の場合のように、第二段目以降のビードを積層して形成する場合には、高さの変動の影響を小さくすることができる。

（６．第二別例）
上述した本例及び第一別例においては、先のビードＮ１の幅データＷに応じてラップ代Ｌを有するように次のビードＮ１を形成する。このため、上述したように、次のビードＮ１の溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）が先のビードＮ１の溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）と異なる場合がある。この場合、所定領域ＮのビードＮ１の形成方向において、複数形成されるビードＮ１のうちの最後になるビードＮ１が、例えば、適切なビード幅を有して形成できない可能性がある。

このため、製造条件補正部１３２は、図１４に示すように、例えば、所定領域Ｎに形成すべきビードＮ１の数を維持して、ビードＮ１のビード幅を調整することができるように、製造条件を補正（選択）することができる。具体的に、製造条件補正部１３２は、図１４に示すように、形成方向にて初期に形成したビードＮ１のビード幅が広い場合、形成方向にて終期に形成するビードＮ１のビード幅が狭くなるように製造条件を補正（選択）する。即ち、製造条件補正部１３２は、例えば、粉末材料Ｐの供給量を減少させる補正供給量ＰＳを含むように、製造条件を補正（選択）する。これにより、所定領域Ｎに形成するビードＮ１の数を維持して、所定領域Ｎの形成方向の最後まで、ビードＮ１を適切に形成することができる。

或いは、所定領域Ｎにおいて、形成方向にてビード幅が広いビードＮ１の形成が続いた場合、予め設定された数のビードＮ１を所定領域Ｎに形成することが困難になる。この場合、製造条件補正部１３２は、図１５に示すように、補正した製造条件に応じて、所定領域Ｎに形成するビードＮ１の数を減少（又は増加）させて変更することができる。この場合、製造条件補正部１３２は、例えば、敢えてビード幅が広いビードＮ１の数を増やすために、粉末材料Ｐの供給量を増加させる補正供給量ＰＳと、光ビームＢＭの出力（強度）を増大させる補正出力ＳＳとを含むように、製造条件を補正（選択）する。このように、形成するビードＮ１の数を減少させる（変更する）ことにより、所定領域Ｎの形成方向にて最後まで、ビードＮ１を適切に形成することができる。

（７．その他）
上述した本例、第一別例及び第二別例においては、制御装置１３０の製造条件補正部１３２は、製造条件のうち、光ビームの照射条件として、光ビーム照射装置１２０の照射部１２２によって照射される光ビームＢＭの出力（強度）を補正するための補正出力ＳＳを出力するようにした。これに加えて、光ビームの照射条件として、例えば、照射部１２２を構成する集光レンズ等の光学系により光ビームＢＭのスポット径を変更することが可能な場合がある。この場合には、製造条件補正部１３２は、照射された光ビームＢＭのスポット径を変更するための補正スポット径を出力することも可能である。

これにより、より緻密に溶融池ＭＰの大きさ（ビード幅）を制御することができ、ラップ代Ｌを有する複数のビードＮ１等を形成することができる。従って、この場合においても、上述した本例、第一別例及び第二別例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例、第一別例及び第二別例においては、基材Ｂの周方向に沿って複数の筋状のビードＮ１等を形成する。このため、製造条件補正部１３２が補正した製造条件として補正送り量ＫＳを出力し、相対移動制御部１３５が補正送り量ＫＳに従って基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させると共に基材Ｂを回転させることにより、ラップ代Ｌが一定となるようにビードＮ１等を形成するようにした。

これに代えて、基材Ｂの軸方向に沿って複数の筋状のビードＮ１等を形成する場合には、相対移動制御部１３５は、ラップ代Ｌが一定となるようにビードＮ１等を形成するために基材Ｂを中心軸線Ｃの回りに回転させると共に中心軸線Ｃの方向に移動させる。従って、この場合には、製造条件補正部１３２は、製造条件として、補正送り量ＫＳに代えて、又は、加えて、基材Ｂの回転量（或いは、回転角）を補正した補正回転量を出力する。

これにより、基材Ｂの中心軸線Ｃの方向に沿って複数のビードＮ１等を形成する場合であっても、ラップ代Ｌをほぼ一定とすることができる。従って、この場合においても、上述した本例、第一別例及び第二別例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例、第一別例及び第二別例では、付加製造装置１００において、粉末材料供給装置１１０により、基材Ｂに対して硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２からなる粉末材料Ｐを噴射して供給するようにした。しかしながら、基材Ｂへの材料供給に関しては、粉末材料に限定されず、金属製の線形材料からなる、例えば、ワイヤ等を付加材料供給装置により供給することも可能である。この場合においては、供給された線形材料が光ビーム照射装置１２０から照射された光ビームＢＭにより溶融されて溶融池ＭＰを形成することにより、基材Ｂの所定領域Ｎに複数のビードＮ１等を付加製造することができる。従って、上述した本例と同様の効果が期待できる。

更に、上述した本例等では、付加製造装置１００がＬＭＤ方式を採用した場合を説明した。しかし、付加製造装置１００がＳＬＭ方式を採用することも可能である。この場合においても、例えば、複数のビードを形成する際に、互いに隣接するビードが一定のラップ代Ｌを有することにより、高さのバラつきを抑えることができ、その結果、付加製造物の良好な外観を得ることができる。

１００…付加製造装置、１１０…粉末材料供給装置、１１１…ホッパ、１１１ａ…配管、１１２…バルブ、１１２ａ…粉末導入バルブ、１１２ｂ…粉末供給バルブ、１１２ｃ…ガス導入バルブ、１１３…ガスボンベ、１１３ａ…配管、１１４…噴射ノズル、１１４ａ…配管、１１５…容器、１２０…光ビーム照射装置、１２１…ビーム生成部、１２２…照射部、１３０…制御装置、１３１…記憶部、１３２…製造条件補正部、１３３…粉末材料供給量制御部、１３４…光ビーム制御部、１３５…相対移動制御部、１４０…センサ（検出部）、Ｂ…基材、ＢＭ…光ビーム、Ｃ…中心軸線、Ｗ…幅データ、θ…回転角データ、Ｋ…送り量データ、ＰＳ…補正供給量、ＳＳ…補正出力、ＫＳ…補正送り量、Ｌ…ラップ代、Ｌ１…ラップ代、Ｌ２…ラップ代、Ｍ１…モータ（移動装置）、Ｍ２…モータ（移動装置）、ＭＰ…溶融池、Ｎ…肉盛領域、Ｐ…粉末材料、Ｐ１…硬質粉末材料、Ｐ２…結合粉末材料

Claims (11)

1. 粉末材料を基材の供給位置に供給する粉末材料供給装置と、
   前記供給位置に供給された前記粉末材料を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射装置と、
   前記供給位置及び前記光ビームの照射位置を前記基材に対して相対移動させる移動装置と、
   前記粉末材料供給装置、前記光ビーム照射装置及び前記移動装置の各々の作動を制御する制御装置と、を備え、
   前記基材の所定領域に前記粉末材料を溶融することによって溶融池を形成し且つ前記溶融池が固化することによって幅方向にて隣接するビードを形成する付加製造装置であって、
   形成された前記溶融池の大きさを検出する検出部を備え、
   前記制御装置は、
   先に形成した前記ビードの形成時に前記検出部から取得した前記溶融池の大きさに基づいて、先の前記ビードに対して次に形成する前記ビードの幅方向のラップ代が一定になるように、次の前記ビードを形成する際における製造条件を補正する、付加製造装置。
2. 前記制御装置は、
   先の前記ビードの形成時に前記溶融池の前記基材に対する位置を表す座標データ、及び、前記座標データに対応付けられた前記溶融池の大きさに対応する前記ビードのビード幅を表す幅データを逐次取得することにより記憶する記憶部と、
   前記座標データ及び前記幅データに基づいて、次の前記ビードを形成する際の前記製造条件を補正する製造条件補正部と、を備える、請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記製造条件補正部は、
   前記幅データによって表される先の前記ビードのビード幅が予め設定された大きさよりも小さい場合に、次に形成する前記ビードのビード幅が大きくなるように前記製造条件を補正し、
   前記幅データによって表される先の前記ビードのビード幅が予め設定された大きさよりも大きい場合に、次に形成する前記ビードのビード幅が小さくなるように前記製造条件を補正する、請求項２に記載の付加製造装置。
4. 前記製造条件には、前記粉末材料の供給量及び前記光ビームの照射条件のうちの少なくとも一方が含まれ、
   前記制御装置は、
   前記溶融池の大きさに基づいて前記供給量及び前記照射条件のうちの少なくとも一方を補正し、補正した前記製造条件に基づいて前記粉末材料供給装置及び前記光ビーム照射装置のうちの少なくとも一方の作動を制御する、請求項１−３のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。
5. 前記製造条件には、前記ビードを形成する形成位置が含まれ、
   前記制御装置は、
   前記溶融池の大きさに基づいて前記形成位置を補正し、補正した前記製造条件に基づいて前記移動装置の作動を制御する、請求項１−４のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。
6. 前記ビードは、前記ビードを形成する方向に沿って前記溶融池の幅方向の大きさを一定にすることにより、前記ビードのビード幅が一定に形成される、請求項１−５うちの何れか一項に記載の付加製造装置。
7. 前記ビードは、前記ビードを形成する方向に沿って前記溶融池の幅方向の大きさが変化することにより、前記ビードのビード幅が変化して形成される、請求項１−５のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。
8. 前記制御装置は、先の前記ビードの形成時における前記溶融池の幅方向の大きさを平均化し、平均化した前記溶融池の幅方向の大きさに基づいて、次の前記ビードを形成する際における前記製造条件を変更する、請求項７に記載の付加製造装置。
9. 前記制御装置は、前記所定領域にて隣接する前記ビードの数を維持して、前記製造条件を変更する、請求項１−８のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。
10. 前記制御装置は、変更した前記製造条件に応じて、前記所定領域にて隣接する前記ビードの数を変更する、請求項１−８のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。
11. 前記所定領域には、複数の前記ビードが積層されて形成され、
    前記制御装置は、
    下層の前記ビードを形成した際のピッチと同一のピッチにより、上層の前記ビードを形成する、請求項１−１０のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。

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