JP2022034757A - 積層造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】形状センサによる計測結果に基づいて、高精度に溶着ビードを積層して高品質な積層造形物を製造することが可能な積層造形物の製造方法を提供する。【解決手段】枠部５３の内部に内部造形部５５を造形する内部造形工程において、溶着ビード層ＢＬを積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、計測した下地の形状の実測値から下地の実測プロファイルＲＰを作成するとともに、積層計画から下地の計画プロファイルＰＰを求め、計画プロファイルＰＰに対する実測プロファイルＲＰの乖離量を算出する乖離量算出処理と、下地上に溶着ビード層ＢＬを積層させる際に、乖離量を低減させるべく積層計画における溶着ビード層ＢＬを構成する溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する事前補正処理と、を行う。【選択図】図１０
Description
本発明は、積層造形物の製造方法に関する。
近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
このような造形物を溶接で造形する技術として、特許文献１には、輪郭線部分の造形と輪郭線部分で囲われた充填部分の造形とをそれぞれ異なる溶接条件で造形することが開示されている。
また、特許文献２には、建設用の鉄柱を溶接する場合に、既に溶接された溶着ビードの形状をレーザセンサによりリアルタイムで計測し、計測されたビード形状に応じてデータベースから溶接条件を選定することで、溶接トーチの狙い位置、溶接電流及び溶接電圧等を調整する方法が記載されている。
さらに、非特許文献１には、溶融ワイヤによる積層造形において、レーザセンサで計測したビード形状に応じて、形成する溶着ビードの高さと幅を、溶接電圧と溶接速度とを制御して調整する方法が記載されている。
Han Q., Li Y., Zhang G. (2018) Online Control of Deposited Geometry of Multi-layer Multi-bead Structure for Wire and Arc Additive Manufacturing. In: Chen S., Zhang Y., Feng Z. (eds) Transactions on Intelligent Welding Manufacturing. Transactions on Intelligent Welding Manufacturing. Springer, Singapore
ところで、特許文献１のように、輪郭線部分からなる外枠を事前に造形して内部を充填する造形方法において、特許文献２及び非特許文献１のように、形成した溶着ビードの形状を形状センサによって計測しながら次工程でのビード形成位置や溶接条件等をフィードバック制御することが考えられる。
しかし、この場合、輪郭線部分からなる外枠の近傍の形状を形状センサで計測する際に、外枠が邪魔となって外枠内で溶着ビードを積層させる領域の形状を形状センサによって計測することができなくなることがある。すると、フィードバック制御によってリアルタイムに補正しながら溶着ビードを形成することが困難となり、溶着ビードの積層精度が低下してしまうおそれがある。
そこで本発明は、形状センサによる計測結果に基づいて、高精度に溶着ビードを積層して高品質な積層造形物を製造することが可能な積層造形物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は下記構成からなる。
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
を含み、
前記造形工程は、
前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
を有し、
前記内部造形工程において、
前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
を行う、
積層造形物の製造方法。
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
を含み、
前記造形工程は、
前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
を有し、
前記内部造形工程において、
前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
を行う、
積層造形物の製造方法。
本発明によれば、形状センサによる計測結果に基づいて、高精度に溶着ビードを積層して高品質な積層造形物を製造することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。
本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
図１は本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。
本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７が設けられた溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。この溶接ロボット１９の先端軸には、トーチ１７とともに形状センサ２３が設けられている。
溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。
例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート５１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビードＢが形成され、この溶着ビードＢからなる積層造形物Ｗが造形される。
図２に示すように、形状センサ２３は、トーチ１７に並設されており、トーチ１７とともに移動される。この形状センサ２３は、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分の形状を計測するセンサである。この形状センサ２３としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサが用いられる。なお、形状センサ２３としては、３次元形状計測用カメラを用いてもよい。
コントローラ１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、乖離量算出部３７と、補正部３９と、これらが接続される制御部４１と、を有する。
ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、作製しようとする積層造形物Ｗの形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力又は作成する。
軌道演算部３３は、３次元形状データの形状モデルを溶着ビードＢの高さに応じた複数の溶着ビード層に分解する。そして、分解された形状モデルの各層について、溶着ビードＢを形成するためのトーチ１７の軌道、及び溶着ビードＢを形成する加熱条件（ビード幅、ビード積層高さ等を得るための溶接条件等を含む）を定める積層計画を作成する。
乖離量算出部３７は、軌道演算部３３で生成された積層計画と形状センサ２３によって計測された実測値とを比較する。そして、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分における積層計画に基づく形状と実測値に基づく形状との乖離量を算出する。
補正部３９は、乖離量算出部３７によって算出された乖離量に基づいて、溶着ビードＢを形成する際の積層計画に基づく溶接条件を補正する。
制御部４１は、記憶部３５に記憶された駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９や電源装置１５等を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、コントローラ１３からの指令により、トーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｍをアークで溶融させて、ベースプレート５１上に溶着ビードＢを形成する。
なお、ベースプレート５１は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Ｗの底面（最下層の面）より大きいものが使用される。このベースプレート５１は、板状に限らず、ブロック体や棒状等、他の形状のベースであってもよい。
溶加材Ｍとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
次に、本実施形態に係る製造方法によって造形する積層造形物の一例について説明する。
図３は、積層造形物Ｗの一例を示す積層造形物Ｗの概略断面図である。
図３に示すように、この積層造形物Ｗは、ベースプレート５１上に溶着ビードＢ１を積層させて造形された枠部５３を有している。さらに、この積層造形物Ｗは、枠部５３の内部に溶着ビードＢ２から造形された内部造形部５５を有している。この内部造形部５５は、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させて構成されている。
図３は、積層造形物Ｗの一例を示す積層造形物Ｗの概略断面図である。
図３に示すように、この積層造形物Ｗは、ベースプレート５１上に溶着ビードＢ１を積層させて造形された枠部５３を有している。さらに、この積層造形物Ｗは、枠部５３の内部に溶着ビードＢ２から造形された内部造形部５５を有している。この内部造形部５５は、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させて構成されている。
次に、積層造形物Ｗを造形する場合について説明する。
（枠部造形工程）
積層造形装置１１のトーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら溶加材Ｍを溶融させる。そして、溶融した溶加材Ｍからなる溶着ビードＢ１をベースプレート５１上に供給して積層させ、ベースプレート５１上に積層させた溶着ビードＢ１からなる平面視略矩形状の枠部５３を造形する。
（枠部造形工程）
積層造形装置１１のトーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら溶加材Ｍを溶融させる。そして、溶融した溶加材Ｍからなる溶着ビードＢ１をベースプレート５１上に供給して積層させ、ベースプレート５１上に積層させた溶着ビードＢ１からなる平面視略矩形状の枠部５３を造形する。
（内部造形工程）
枠部５３の内部に溶着ビードＢ２を形成する。そして、この溶着ビードＢ２を、枠部５３内における幅方向に形成する。これにより、枠部５３内に、並列に形成された複数の溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを形成する。そして、この溶着ビード層ＢＬを枠部５３の内部で積層させて内部造形部５５を造形する。
枠部５３の内部に溶着ビードＢ２を形成する。そして、この溶着ビードＢ２を、枠部５３内における幅方向に形成する。これにより、枠部５３内に、並列に形成された複数の溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを形成する。そして、この溶着ビード層ＢＬを枠部５３の内部で積層させて内部造形部５５を造形する。
この製造方法によれば、枠部５３の造形後に、この枠部５３の内部に内部造形部５５を造形するので、内部造形部５５を大きな断面積の溶着ビードＢ２によって効率よく造形することができる。
ところで、図４に示すように、枠部５３の内部に内部造形部５５を造形すべく、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させる際に、例えば、一層目の溶着ビード層ＢＬを構成する各溶着ビードＢ２の境界部分に谷状の凹みが形成され、一層目の溶着ビード層ＢＬの上面が凹凸形状となることがある。つまり、上層となる二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、この溶着ビード層ＢＬの下地となる一層目の溶着ビード層ＢＬの上面形状が積層計画に基づく形状と乖離してしまうことがある。すると、この一層目の溶着ビード層ＢＬに二層目の溶着ビード層ＢＬを積層計画通りに造形したとしても積層造形物Ｗが目標形状に造形されなくなってしまう。
この場合、内部造形部５５を構成する溶着ビードＢ２を形成する際に、下地の形状をリアルタイムで計測し、この計測結果をフィードバックさせて溶着ビードＢ２の溶接条件を補正すればよい。しかし、図５に示すように、枠部５３の付近では、形状センサ２３によって下地の形状を計測に際に、枠部５３が邪魔となり、形状センサ２３による形状の計測ができず、リアルタイムでのフィードバック制御が困難となる。
このため、本実施形態では、目標形状の積層造形物Ｗを造形すべく、溶着ビード層ＢＬを造形する際に、以下に説明する事前形状計測処理、乖離量算出処理及び事前補正処理を行う。ここでは、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する場合を例示して説明する。
図６は、事前形状計測処理を説明する製造途中の積層造形物Ｗの概略斜視図である。図７は、事前形状計測処理の応用例を説明する製造途中の積層造形物Ｗの概略斜視図である。図８は、実測値に基づいた造形途中の積層造形物Ｗを示す図であって、（Ａ）は積層造形物Ｗの概略断面図、（Ｂ）は実測プロファイルＲＰを示す図である。図９は、積層計画に基づいた造形途中の積層造形物Ｗを示す図であって、（Ａ）は積層造形物Ｗの概略断面図、（Ｂ）は計画プロファイルＰＰを示す図である。図１０は、事前補正処理を説明する図であって、（Ａ）は実測プロファイルＲＰと計画プロファイルＰＰとの合成図、（Ｂ）は乖離量を考慮して補正した二層目の溶着ビード層ＢＬを構成する溶着ビードＢ２の断面形状を示す図である。図１１は、事前補正処理を行って造形した積層造形物Ｗの概略断面図である。
（事前形状計測処理）
枠部造形工程による枠部５３の造形後、内部造形工程によって一層目の溶着ビード層ＢＬを造形したら（図４参照）、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する前に、図６に示すように、造形途中の積層造形物の形状を計測する事前形状計測処理を行う。この事前形状計測処理では、溶接ロボット１９を駆動させ、トーチ１７に並設された形状センサ２３を、二層目の溶着ビード層ＢＬの造形予定箇所に沿って移動させる。そして、この形状センサ２３によって溶着ビードＢ２の形成方向に沿って形状を計測する。なお、この形状センサ２３による形状の計測は、溶着ビードＢ２の形成方向に沿う方向と異なる方向に行ってもよい。このとき、既に造形されている枠部５３に形状センサ２３が干渉するため、枠部５３の内縁部分の形状計測が困難となることがある。このような場合は、図７に示すように、枠部５３に対して形状センサ２３を相対的に内側へ傾け、形状センサ２３による計測範囲を枠部５３の内側に向ける。これにより、形状センサ２３による計測が枠部５３自体によって遮蔽されるのを回避しつつ、枠部５３の内側の形状を良好に計測することができる。
枠部造形工程による枠部５３の造形後、内部造形工程によって一層目の溶着ビード層ＢＬを造形したら（図４参照）、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する前に、図６に示すように、造形途中の積層造形物の形状を計測する事前形状計測処理を行う。この事前形状計測処理では、溶接ロボット１９を駆動させ、トーチ１７に並設された形状センサ２３を、二層目の溶着ビード層ＢＬの造形予定箇所に沿って移動させる。そして、この形状センサ２３によって溶着ビードＢ２の形成方向に沿って形状を計測する。なお、この形状センサ２３による形状の計測は、溶着ビードＢ２の形成方向に沿う方向と異なる方向に行ってもよい。このとき、既に造形されている枠部５３に形状センサ２３が干渉するため、枠部５３の内縁部分の形状計測が困難となることがある。このような場合は、図７に示すように、枠部５３に対して形状センサ２３を相対的に内側へ傾け、形状センサ２３による計測範囲を枠部５３の内側に向ける。これにより、形状センサ２３による計測が枠部５３自体によって遮蔽されるのを回避しつつ、枠部５３の内側の形状を良好に計測することができる。
図８の（Ａ）は、形状センサ２３の実測値に基づいた造形途中の造形物の断面形状を示すものである。この実測値に基づいた断面形状では、図８の（Ａ）における領域Ｓ１が二層目に積層すべき溶着ビード層ＢＬの断面形状となる。そして、この実測値の断面形状に基づいて、図８の（Ｂ）に示すように、造形途中における造形物の実測プロファイルＲＰを作成する。
（乖離量算出処理）
乖離量算出部３７が、形状センサ２３の実測値に基づいて作成された造形途中における造形物の実測プロファイルと、積層計画に基づいた造形途中における造形物の計画プロファイルとを比較し、計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。
乖離量算出部３７が、形状センサ２３の実測値に基づいて作成された造形途中における造形物の実測プロファイルと、積層計画に基づいた造形途中における造形物の計画プロファイルとを比較し、計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。
図９の（Ａ）は、積層計画に基づいた造形途中の造形物の断面形状を示すものである。この積層計画に基づいた断面形状では、図９の（Ａ）における領域Ｓ２が二層目に積層すべき溶着ビード層ＢＬの断面形状となる。そして、この積層計画の断面形状に基づいて、図９の（Ｂ）に示すように、造形途中における造形物の計画プロファイルＰＰを作成する。
図１０の（Ａ）に示すように、乖離量算出部３７は、実測プロファイルＲＰと計画プロファイルＰＰとを比較し、計画プロファイルＰＰに対する実測プロファイルＲＰの乖離領域Ｓ３（図１０の（Ａ）におけるハッチング部分）を割り出し、この乖離領域Ｓ３の断面積である乖離量を算出する。なお、乖離量算出部３７は、乖離量の算出とともに、乖離位置を求める。
（事前補正処理）
次に、補正部３９が計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置に基づいて、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形するための溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する事前補正処理を行う。具体的には、図１０の（Ｂ）に示すように、補正部３９は、計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置を考慮し、二層目の溶着ビード層ＢＬの表面が積層計画通りに形成されるように、溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する。本例では、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬは、積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬに対して断面積が小さくなっている。この場合、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を増加させるように溶接条件を補正する。なお、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬの断面積が積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬよりも大きかった場合では、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を減少させるように溶接条件を補正する。この溶着ビードＢ２の断面積を増減させる溶接条件の補正は、溶着ビードＢ２を形成する際の溶接速度、溶加材Ｍの送給量あるいは溶接電流を調整することにより行う。なお、この補正は、例えば、過不足分をカバーする断面積を有する溶着ビードの溶接条件を、予め蓄積した溶接条件のデータベースから探索して設定するのが好ましい。
次に、補正部３９が計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置に基づいて、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形するための溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する事前補正処理を行う。具体的には、図１０の（Ｂ）に示すように、補正部３９は、計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置を考慮し、二層目の溶着ビード層ＢＬの表面が積層計画通りに形成されるように、溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する。本例では、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬは、積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬに対して断面積が小さくなっている。この場合、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を増加させるように溶接条件を補正する。なお、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬの断面積が積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬよりも大きかった場合では、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を減少させるように溶接条件を補正する。この溶着ビードＢ２の断面積を増減させる溶接条件の補正は、溶着ビードＢ２を形成する際の溶接速度、溶加材Ｍの送給量あるいは溶接電流を調整することにより行う。なお、この補正は、例えば、過不足分をカバーする断面積を有する溶着ビードの溶接条件を、予め蓄積した溶接条件のデータベースから探索して設定するのが好ましい。
その後、図１１に示すように、補正した溶接条件で溶着ビードＢ２を一層目の溶着ビード層ＢＬ上に形成し、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する。すると、計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離が補われ、補正した溶接条件で形成した溶着ビードＢ２からなる二層目の溶着ビード層ＢＬの上面が積層計画に基づく形状に近似される。
以上、説明したように、本実施形態に係る積層造形物の製造方法によれば、枠部５３を造形し、その枠部５３内に内部造形部５５を造形するので、例えば、内部造形部５５を大きな断面積の溶着ビードＢ２によって効率よく造形することができる。このように、枠部５３内に内部造形部５５を造形する積層造形物Ｗの製造方法において、溶着ビード層ＢＬを積層させる下地の形状を計測して実測プロファイルＲＰを作成し、積層計画から下地の計画プロファイルＰＰを求め、この計画プロファイルＰＰに対する実測プロファイルＲＰの乖離量を算出する。そして、枠部５３内の下地上に溶着ビード層ＢＬを積層させる際に、乖離量を低減させるべく、積層計画における溶着ビード層ＢＬを構成する溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する。したがって、枠部５３内における下地の形状が積層計画から求められる計画プロファイルＰＰと乖離していても、この下地上に積層させた溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層計画の形状に近似させることができる。これにより、枠部５３があるために下地の形状をリアルタイムで計測してフィードバック制御しながら溶着ビードＢ２を形成することが困難であっても、内部造形部５５を積層計画に合わせて良好に造形することができる。
また、下地の形状を計測する形状センサ２３は、積層計画に基づいて移動させるトーチ１７に並設されているので、積層計画に基づくトーチ１７の軌道を形状センサ２３による計測動作に流用することができる。これにより、形状センサ２３を移動させるための軌道プログラムを作成することなく、形状センサ２３による下地の形状を容易に計測することができる。
また、形状センサ２３をトーチ１７に並設させた場合においても、形状センサ２３を枠部５３に対して相対的に内側へ傾けて形状を計測することにより、枠部５３に対する形状センサ２３の干渉を抑えつつ枠部５３の内側近傍部分の形状を良好に計測することができる。
なお、内部造形部５５を造形する内部造形工程において、例えば、枠部５３によって形状の計測が邪魔されない枠部５３から離れた中央位置では、溶着ビードＢ２の溶接条件を下地の形状に応じてリアルタイムで補正して形成してもよい。具体的には、トーチ１７に並設された形状センサ２３によって下地の形状を計測しつつ、計測した下地の形状に基づいて、積層計画に基づく溶着ビードＢ２の溶接条件をリアルタイムで補正しながらトーチ１７によって溶着ビードＢ２を形成するリアルタイム補正処理を行ってもよい。
このように、内部造形工程において、事前補正処理とともに、枠部５３によって形状の計測が邪魔されない位置でリアルタイム補正処理を行うことにより、枠部５３内の内部造形部５５を良好にかつより効率的に造形することができる。
また、事前計測処理では、リアルタイムで形状を計測してフィードバック制御するのが困難な枠部５３を含む枠部５３の内側を枠部５３に沿って事前に計測する。したがって、枠部５３の内部の全範囲の形状を事前に計測する場合と比べ、効率的に下地の特定部分の形状を計測して事前補正処理を行うことができる。
なお、枠部５３内に三層以上の溶着ビード層ＢＬを積層させる場合では、三層目以降の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、事前形状計測処理、乖離量算出処理及び事前補正処理を行うのが好ましい。また、一層目の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、この一層目の溶着ビード層ＢＬの下地となるベースプレート５１の形状を計測し、乖離量算出処理及び事前補正処理を行ってもよい。
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
を含み、
前記造形工程は、
前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
を有し、
前記内部造形工程において、
前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
を行う、積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を造形し、その枠部内に内部造形部を造形するので、例えば、内部造形部を大きな断面積の溶着ビードによって効率よく造形することができる。このように、枠部内に内部造形部を造形する積層造形物の製造方法において、溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測して実測プロファイルを作成し、積層計画から下地の計画プロファイルを求め、この計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。そして、枠部内の下地上に溶着ビード層を積層させる際に、乖離量を低減させるべく、積層計画における溶着ビード層を構成する溶着ビードの溶接条件を補正する。したがって、枠部内における下地の形状が積層計画から求められる計画プロファイルと乖離していても、この下地上に積層させた溶着ビードからなる溶着ビード層を積層計画の形状に近似させることができる。これにより、枠部があるために下地の形状をリアルタイムで計測してフィードバック制御しながら溶着ビードを形成することが困難であっても、内部造形部を積層計画に合わせて良好に造形することができる。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
を含み、
前記造形工程は、
前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
を有し、
前記内部造形工程において、
前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
を行う、積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を造形し、その枠部内に内部造形部を造形するので、例えば、内部造形部を大きな断面積の溶着ビードによって効率よく造形することができる。このように、枠部内に内部造形部を造形する積層造形物の製造方法において、溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測して実測プロファイルを作成し、積層計画から下地の計画プロファイルを求め、この計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。そして、枠部内の下地上に溶着ビード層を積層させる際に、乖離量を低減させるべく、積層計画における溶着ビード層を構成する溶着ビードの溶接条件を補正する。したがって、枠部内における下地の形状が積層計画から求められる計画プロファイルと乖離していても、この下地上に積層させた溶着ビードからなる溶着ビード層を積層計画の形状に近似させることができる。これにより、枠部があるために下地の形状をリアルタイムで計測してフィードバック制御しながら溶着ビードを形成することが困難であっても、内部造形部を積層計画に合わせて良好に造形することができる。
（２） 前記事前計測処理において、前記溶加材を溶融させて前記溶着ビードを形成するトーチに並設された形状センサによって前記下地の形状を計測する、（１）に記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサが積層計画に基づいて移動させるトーチに並設されているので、積層計画に基づくトーチの軌道を形状センサによる計測動作に流用することができる。これにより、形状センサによる下地の形状を容易に計測することができる。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサが積層計画に基づいて移動させるトーチに並設されているので、積層計画に基づくトーチの軌道を形状センサによる計測動作に流用することができる。これにより、形状センサによる下地の形状を容易に計測することができる。
（３） 前記事前計測処理において、
前記形状センサを前記枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状の計測を行う、（２）に記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサを枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状を計測する。これにより、枠部に対する形状センサの干渉を抑えつつ枠部の内側近傍部分の形状を良好に計測することができる。
前記形状センサを前記枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状の計測を行う、（２）に記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサを枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状を計測する。これにより、枠部に対する形状センサの干渉を抑えつつ枠部の内側近傍部分の形状を良好に計測することができる。
（４） 前記内部造形工程において、
前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、（２）又は（３）に記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部内に内部造形部を造形する際に、事前補正処理とともにリアルタイム補正処理を行う。つまり、枠部によって形状の計測が邪魔されない位置では、溶着ビードの溶接条件を下地の形状に応じてリアルタイムで補正して形成する。これにより、枠部内の内部造形部を良好にかつより効率的に造形することができる。
前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、（２）又は（３）に記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部内に内部造形部を造形する際に、事前補正処理とともにリアルタイム補正処理を行う。つまり、枠部によって形状の計測が邪魔されない位置では、溶着ビードの溶接条件を下地の形状に応じてリアルタイムで補正して形成する。これにより、枠部内の内部造形部を良好にかつより効率的に造形することができる。
（５） 前記事前計測処理において、
前記枠部を含む前記枠部の内側を、前記枠部に沿って計測する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を含む枠部の内側を枠部に沿って事前に計測する。つまり、リアルタイムで形状を計測してフィードバック制御するのが困難な枠部の内側近傍部分を主に事前に計測することにより、枠部の内部の全範囲の形状を事前に計測する場合と比べ、効率的に下地の特定部分の形状を計測して事前補正処理を行うことができる。
前記枠部を含む前記枠部の内側を、前記枠部に沿って計測する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を含む枠部の内側を枠部に沿って事前に計測する。つまり、リアルタイムで形状を計測してフィードバック制御するのが困難な枠部の内側近傍部分を主に事前に計測することにより、枠部の内部の全範囲の形状を事前に計測する場合と比べ、効率的に下地の特定部分の形状を計測して事前補正処理を行うことができる。
１７ トーチ
２３ 形状センサ
５３ 枠部
５５ 内部造形部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 溶着ビード
ＢＬ 溶着ビード層
Ｍ 溶加材
ＰＰ 計画プロファイル
ＲＰ 実測プロファイル
Ｗ 積層造形物
２３ 形状センサ
５３ 枠部
５５ 内部造形部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 溶着ビード
ＢＬ 溶着ビード層
Ｍ 溶加材
ＰＰ 計画プロファイル
ＲＰ 実測プロファイル
Ｗ 積層造形物
Claims (5)
- 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
を含み、
前記造形工程は、
前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
を有し、
前記内部造形工程において、
前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
を行う、
積層造形物の製造方法。 - 前記事前計測処理において、前記溶加材を溶融させて前記溶着ビードを形成するトーチに並設された形状センサによって前記下地の形状を計測する、
請求項１に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記事前計測処理において、
前記形状センサを前記枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状の計測を行う、
請求項２に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記内部造形工程において、
前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、
請求項２又は３に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記事前計測処理において、
前記枠部を含む前記枠部の内側を、前記枠部に沿って計測する、
請求項１～４のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
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