JP2022100050A - 付加製造装置および付加製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶加材の先端形状を高精度に整えることができる付加製造装置を得ること。【解決手段】付加製造装置１００は、溶融させた溶加材を被加工物に付加することによって造形物１１を製造する。付加製造装置１００は、被加工物へ溶加材を送給する送給部と、送給部から送り出された溶加材を溶融させる加工用のビームと、溶加材の切断によって溶加材の先端形状を整えるための切断用のビームとを出力するビーム源と、切断用のビームによって溶加材を切断する際に、溶加材のうち切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持する支持部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、３次元造形物を製造する付加製造装置および付加製造方法に関する。

３次元造形物を製造する技術の１つとして、付加製造（Additive Manufacturing：ＡＭ）の技術が知られている。付加製造の技術における複数の方式のうちの１つである指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition：ＤＥＤ）方式によると、付加製造装置は、ビームの照射位置である加工点へ溶加材を送給しながら加工点を移動させることによって、ビードを形成する。ビードは、溶融した溶加材が凝固することによって得られる凝固物である。付加製造装置は、ビードを順次積み重ねることによって造形物を製造する。

ＤＥＤ方式の付加製造装置には、溶加材であるワイヤを被加工物へ送給して、ワイヤの先端部をレーザビームによって局所的に溶融させてビードを形成するものがある。なお、溶加材であるワイヤの供給による加工は、レーザ溶接、ろう付けといった分野においても広く行われている。

ビードを形成する加工を断続的に繰り返し行う場合に、ビードの形成を終えたときにおけるワイヤ先端の形状が加工ごとにおいて定まらず、不安定になることがある。ワイヤ先端の形状は、ビードの形成を終えたときにおける状況、例えば、加工条件、造形物の形状、または造形物の蓄熱によって変化する。ビードの形成を終えたときにおけるワイヤ先端の形状がさまざまであるにも関わらず、ワイヤをそのまま使用して次の加工を開始すると、ビードの形状精度が低下するといった不具合が生じる。そのため、従来、ビードの形成を終えてから、ワイヤ先端の形状を整えるためにワイヤを切断することがあった。ただし、作業者がニッパ等の手工具によってワイヤを切断する場合、手工具の刃の損耗状態、または切断の向きのばらつきなどによって、切断後のワイヤ先端の形状を一定の形状とすることが困難であった。

特許文献１には、レーザビームの照射によってワイヤを溶融させながらろう付けを行うレーザブレージング装置において、レーザビームの照射によってワイヤを切断することが開示されている。特許文献１にかかるレーザブレージング装置は、レーザビームの照射位置よりも先へ一定の長さのワイヤを送り出してから、自重の作用によって鉛直下方へ垂れ下がった状態のワイヤにレーザビームを照射することによって、ワイヤを切断する。

特開２０１２－１０６２７０号公報

ワイヤの送給元であるワイヤスプールにワイヤが巻き付けられていたことによって、ワイヤには巻き癖が付くことがある。ワイヤノズルからワイヤが送り出されたときに、ワイヤは、巻き癖によってらせん状に曲がる場合がある。ワイヤが曲がる方向および曲率は、ワイヤスプールにおける整列巻きの方向、ワイヤノズルからのワイヤの送り出し量、または、ワイヤノズルの孔とワイヤとのクリアランスなどによって変化する。

特許文献１の技術によると、ワイヤノズルから送り出されたワイヤが支持されていない状態でレーザビームを照射するため、送り出されたワイヤの曲がり方によって、ワイヤにおけるレーザビームの照射位置、またはレーザビームの中心軸に対するワイヤの傾きが変化する。したがって、特許文献１の技術によると、溶加材であるワイヤの先端形状を、一定の形状になるように精度良く整えることが困難であった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、溶加材の先端形状を高精度に整えることができる付加製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる付加製造装置は、溶融させた溶加材を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置である。本開示にかかる付加製造装置は、被加工物へ溶加材を送給する送給部と、送給部から送り出された溶加材を溶融させる加工用のビームと、溶加材の切断によって溶加材の先端形状を整えるための切断用のビームとを出力するビーム源と、切断用のビームによって溶加材を切断する際に、溶加材のうち切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持する支持部と、を備える。

本開示にかかる付加製造装置は、溶加材の先端形状を高精度に整えることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる付加製造装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する切断ステージにて溶加材が切断される様子を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第１の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第１の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第２の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第２の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第３の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置の支持部において溶加材を支持する第３の態様について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置による溶加材の断片の回収について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置による溶加材を切断するための動作手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる付加製造装置によって溶加材の角度を調整する第１の方法について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置によって溶加材の角度を調整する第２の方法について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置によって溶加材の先端部と照射位置とが観察される例を示す図 実施の形態１において溶加材が支持されない場合における溶加材の状態について説明するための第１の図 実施の形態１において溶加材が支持されない場合における溶加材の状態について説明するための第２の図 図１５のXVI－XVI線におけるワイヤノズルの断面図 実施の形態１にかかる付加製造装置による切断後の溶加材の先端形状の例を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、溶加材の先端を球形状とする場合における切断条件の調整について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、溶加材の先端を球形状とする場合における切断条件の調整について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、溶加材の先端を鋭角形状とする場合における切断条件の調整について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、溶加材の先端を鋭角形状とする場合における切断条件の調整について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、形成されたビードの形状に基づいて溶加材の先端形状を変化させる例を示す第１の図 実施の形態１にかかる付加製造装置により、形成されたビードの形状に基づいて溶加材の先端形状を変化させる例を示す第２の図 実施の形態２にかかる付加製造装置による溶加材の切断の様子を示す図 実施の形態１または２にかかる付加製造装置が有するＮＣ装置のハードウェア構成例を示す図

以下に、実施の形態にかかる付加製造装置および付加製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００の構成を示す図である。付加製造装置１００は、溶融させた溶加材を被加工物へ付加することによって３次元造形物を製造する工作機械である。付加製造装置１００は、ビームの照射によって溶加材を溶融する。実施の形態１において、ビームはレーザビーム５であって、溶加材は金属のワイヤ６である。

付加製造装置１００は、被加工物へ送給されたワイヤ６の先端部をレーザビーム５によって局所的に溶融させ、被加工物上の加工点１２にワイヤ６の溶融物を接触させてビードを形成する。ビードは、レーザビーム５の照射によって溶融させた溶加材の凝固物である。被加工物の上面には、レーザビーム５のエネルギーを吸収することによって溶融池が形成される。付加製造装置１００は、レーザビーム５を照射させる加工点１２へワイヤ６を送給しながら加工点１２を移動させることによって、ビードを形成する。

付加製造装置１００は、基材１０の上においてビードを積み重ねることによって造形物１１を製造する。図１に示す基材１０は、板材である。基材１０は板材以外の物であっても良い。被加工物は、溶融させた溶加材が付加される物体であって、基材１０または基材１０上のビードである。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸とＹ軸とは、水平方向の軸である。Ｚ軸は、鉛直方向の軸である。ビードは、Ｚ軸方向へ積み重ねられる。

ビーム源であるレーザ発振器１は、ワイヤ６を溶融させる加工用のビームであるレーザビーム５を出力する。また、レーザ発振器１は、ワイヤ送給装置８から送り出されたワイヤ６を切断するための切断用のビームであるレーザビーム５を出力する。レーザ出力制御器２３は、レーザ発振器１を制御することによって、レーザ発振器１のビーム出力を調整する。以下の説明では、ビーム出力を、レーザ出力とも称する。レーザ発振器１により出力されたレーザビーム５は、光伝送路であるファイバーケーブル２を通って加工ヘッド３へ伝搬する。

加工ヘッド３は、被加工物へ向けてレーザビーム５を出射するビームノズル４を有する。加工ヘッド３の内部には、レーザビーム５を平行化させるコリメート光学系と、レーザビーム５を集束させる集光レンズとが設けられている。コリメート光学系および集光レンズの図示は省略する。被加工物へ照射するレーザビーム５の中心線の方向は、Ｚ軸方向である。また、加工ヘッド３の内部には、レーザビーム５の光路から可視光を分離するダイクロイックミラー１７が設けられている。付加製造装置１００は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へ加工ヘッド３を移動させる駆動系であるアクチュエータを有する。アクチュエータの図示は省略する。

加工ヘッド３は、ビームノズル４から被加工物へ向けてシールドガス１３を噴射する。シールドガス１３としては、不活性ガスであるアルゴンガスが使用される。付加製造装置１００は、シールドガス１３の噴射によって、ビードの酸化を抑制するとともに、形成されたビードを冷却する。シールドガス１３は、シールドガス１３の供給源であるガスボンベから供給される。ガスボンベの図示は省略する。

ワイヤスプール７は、ワイヤ６の供給源である。付加製造装置１００には、単位量のワイヤ６が巻き付けられたワイヤスプール７が取り付けられる。ワイヤスプール７は、樹脂製であって、ワイヤ６を円滑に引き出し可能な構造を有する。

ワイヤ送給装置８は、被加工物へワイヤ６を送給する送給部である。ワイヤ送給装置８は、ワイヤノズル９から加工点１２へ向けてワイヤ６を送り出す。また、ワイヤ送給装置８は、送り出されたワイヤ６をワイヤスプール７のほうへ引き戻す。ワイヤ６が送給される方向は、ビームノズル４からレーザビーム５が出射される方向に対して斜めの方向である。

支持ブラケット１４は、加工ヘッド３においてワイヤ送給装置８を支持する。ワイヤ送給装置８は、ビームノズル４の軸に対するワイヤノズル９の軸の傾きが維持された状態で支持されている。加工ヘッド３の移動によって、ビームノズル４とワイヤ送給装置８とは一体に移動する。

基材１０は、加工ステージに固定される。加工ステージの図示は省略する。付加製造装置１００は、加工ステージの駆動により、基材１０の姿勢を変化させる。付加製造装置１００は、基材１０の姿勢を変化させるとともに加工ヘッド３を移動させることによって、被加工物におけるレーザビーム５の照射位置を移動させる。

駆動制御器２４は、アクチュエータを駆動するヘッド駆動部２５と、ワイヤ送給装置８を駆動する送給駆動部２６とを有する。ヘッド駆動部２５は、アクチュエータを駆動することによって加工ヘッド３を移動させる。また、駆動制御器２４は、加工ステージを駆動するステージ駆動部を有する。ステージ駆動部の図示は省略する。

加工ヘッド３には、測定部であるセンサユニット１５が設けられている。センサユニット１５は、温度計または形状測定器といったセンサを含む。センサユニット１５は、造形物１１の形状または温度、被加工物の温度、溶融池の形状または温度などを測定する。温度計は、放射温度計またはサーモカメラといった、非接触タイプの温度計である。形状測定器は、Ｚ軸方向の高さ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における形状を測定する測定器であって、レーザ変位計、接触式変位センサ、光干渉断層撮影を行う光干渉断層計（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）等である。センサユニット１５は、分光器、音響測定器などを有しても良い。

カメラ１６は、ワイヤ６の先端部と加工点１２とを観察するための可視光カメラである。カメラ１６は、ワイヤ６の切断時に、ワイヤ６の先端部とレーザビーム５の照射位置とを観察する際にも使用される。ダイクロイックミラー１７は、レーザビーム５の中心軸上に配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー１７は、ビームノズル４と同軸上に配置されている。ダイクロイックミラー１７は、レーザビーム５の波長を含む特定の波長域の光を透過させ、特定の波長域以外の光を反射する。

図１において、カメラ１６は、カメラ１６へ向かう可視光の光路がレーザビーム５の光路に対し垂直になるように、ビームノズル４の軸に対し垂直な向きで取り付けられている。カメラ１６は、ワイヤ６の先端部と加工点１２とを観察可能であれば良く、図１に示すとおりの位置および向きにて設置されるものに限られない。

ファイバーケーブル２を通って加工ヘッド３へ伝搬したレーザビーム５は、ダイクロイックミラー１７を透過してビームノズル４から出射する。ワイヤ６の先端部および加工点１２の付近からビームノズル４の内部へ進行した可視光は、ダイクロイックミラー１７での反射によってレーザビーム５の光路から分離されて、カメラ１６へ入射する。ダイクロイックミラー１７においてレーザビーム５から分離された可視光をカメラ１６が取り込むことによって、レーザビーム５の影響を受けることなく、ワイヤ６の先端部と加工点１２とを観察することができる。

なお、ワイヤ６を溶融させるビームは、レーザビーム５以外のビームであっても良く、電子ビームであっても良い。また、ビームに代えて、アークが用いられても良い。

付加製造装置１００は、ワイヤ６を切断するための切断ステージ３０を有する。切断ステージ３０は、加工ヘッド３の可動範囲内であって、造形物１１が形成される加工ステージとは別の位置に設置されている。付加製造装置１００は、ビードを形成した後に、切断ステージ３０へ加工ヘッド３を移動させる。付加製造装置１００は、切断ステージ３０においてワイヤ６を切断することによって、ワイヤ６の先端形状を整える。

切断ステージ３０には、支持部であるワイヤ支持治具３１と、切断されたワイヤ６の断片を回収する回収箱３２とが設けられている。回収箱３２は、ワイヤ支持治具３１の鉛直下方側に配置されている。回収箱３２には、回収箱３２に回収されるワイヤ６の断片を検知する検知部３３が設けられている。ワイヤ支持治具３１は、切断用のビームであるレーザビーム５の照射によってワイヤ６を切断する際に、ワイヤ６のうちレーザビーム５が照射する位置よりも先方の部分を支持する。先方とは、ワイヤ６の先端の方を意味するものとする。

付加製造装置１００は、付加製造装置１００を制御する数値制御（Numerical Control：ＮＣ）装置２０を有する。ＮＣ装置２０は、加工プログラムに従って付加製造装置１００の全体を制御する。

ＮＣ装置２０は、付加製造装置１００を制御するための各種指令を生成する指令生成部２１を有する。指令生成部２１は、レーザ発振器１を制御するためのレーザ出力指令をレーザ出力制御器２３へ出力する。指令生成部２１は、加工ヘッド３を移動させるアクチュエータを制御するための軸指令をヘッド駆動部２５へ出力する。指令生成部２１は、ワイヤ送給装置８を制御するための送給指令を送給駆動部２６へ出力する。指令生成部２１は、加工ステージを制御するための軸指令をステージ駆動部へ出力する。指令生成部２１は、造形物１１を形成するための指令と、切断ステージ３０においてワイヤ６を切断する際における制御のための指令とを生成する。

ＮＣ装置２０は、ワイヤ６の切断条件を設定するための切断条件設定部２２を有する。切断条件には、ワイヤ６の切断時におけるワイヤ送給装置８によるワイヤ６の送給速度と、切断用のビームであるレーザビーム５の出力とが含まれる。また、切断条件には、ワイヤ６の角度が含まれる。ワイヤ６の角度については後述する。指令生成部２１は、設定された切断条件に従って、ワイヤ６を切断する際における制御のための指令を生成する。指令生成部２１は、ワイヤ６を切断する際に、検知部３３へ指令を出力することによって、ワイヤ６の断片の検知を検知部３３に行わせる。

次に、切断ステージ３０に設けられる各部の構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００が有する切断ステージ３０にて溶加材が切断される様子を示す図である。

付加製造装置１００は、ビードを形成した後に、切断ステージ３０の方へ加工ヘッド３を移動させる。ワイヤ支持治具３１は、ワイヤ６が挿入される孔を有する。ワイヤ支持治具３１の孔へワイヤ６を挿入可能な位置に加工ヘッド３が到達すると、付加製造装置１００は、加工ヘッド３を停止させて、ワイヤ支持治具３１の孔へ向けてワイヤ６を送り出す。あらかじめ設定された長さだけワイヤ送給装置８からワイヤ６が送り出されると、付加製造装置１００は、ワイヤ６の送り出しを停止して、ワイヤ６へレーザビーム５を照射する。

ワイヤ６のうちレーザビーム５の照射位置３４は、ワイヤノズル９とワイヤ支持治具３１との間の位置である。付加製造装置１００は、ワイヤ６のうち照射位置３４よりも先方の部分をワイヤ支持治具３１が支持している状態において、照射位置３４へレーザビーム５を照射する。付加製造装置１００は、照射位置３４へレーザビーム５を照射することによって、照射位置３４にてワイヤ６を溶断する。ワイヤ６のうち照射位置３４よりも先方の部分、すなわち切断されたワイヤ６の断片は、ワイヤ支持治具３１を通り抜けて回収箱３２に落下する。検知部３３は、落下するワイヤ６の断片を検知する。付加製造装置１００は、ワイヤ６を切断した後に、次のビードを形成する加工を開始するために、加工ステージの方へ加工ヘッド３を移動させる。

次に、支持部であるワイヤ支持治具３１にてワイヤ６を支持する３つの態様とワイヤ支持治具３１の構成とを説明する。ワイヤ支持治具３１は、３つの態様のいずれによりワイヤ６を支持しても良い。

図３および図４は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００の支持部において溶加材を支持する第１の態様について説明するための図である。ワイヤ支持治具３１は直方体状である。ワイヤ支持治具３１の孔は、ワイヤ６が通り抜け可能に、ワイヤ支持治具３１の中心を貫いて形成されている。ワイヤ支持治具３１には、第１の部分である縮径部３６と、第２の部分である直線部３７とが形成されている。縮径部３６は、孔の入口である開口部３５からワイヤ６が挿入される方向へ向かうに従って孔の内径が漸次小さくなっている部分である。直線部３７は、縮径部３６につなげられており、孔の内径が一定である部分である。直線部３７における内径は、縮径部３６のうち直線部３７につなげられている部分の内径と等しい。

第１の態様では、ワイヤ支持治具３１は、孔を構成する内壁面の１点である支持点３８にワイヤ６が接触することによって、ワイヤ６を支持する。支持点３８は、縮径部３６と直線部３７との境界付近にある。ワイヤ送給装置８によって送り出されるワイヤ６の長さには、１つの支持点３８にてワイヤ６が接触し得るように設定される。

付加製造装置１００は、１つの支持点３８にワイヤ６を接触させることによって、ワイヤ６における照射位置３４と、照射位置３４におけるワイヤ６の角度とが定まる。ワイヤ６の角度とは、レーザビーム５の中心軸に対するワイヤ６の中心軸の角度とする。付加製造装置１００は、一定の角度で支持されているワイヤ６へレーザビーム５を照射することによって、ワイヤ６を切断する。これにより、付加製造装置１００は、ワイヤ６の先端形状を、一定の形状になるように精度良く整えることができる。

図５および図６は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００の支持部において溶加材を支持する第２の態様について説明するための図である。第２の態様におけるワイヤ支持治具３１の構成は、第１の態様の場合と同様である。

第２の態様では、ワイヤ支持治具３１は、孔を構成する内壁面の２つの支持点３８にワイヤ６が接触することによって、ワイヤ６を支持する。２つの支持点３８のうちの１つは、縮径部３６と直線部３７との境界付近にある。２つの支持点３８のうち他の１つは、直線部３７にある。ワイヤ送給装置８によって送り出されるワイヤ６の長さには、２つの支持点３８にてワイヤ６が接触し得るように設定される。

付加製造装置１００は、２つの支持点３８にワイヤ６を接触させることによって、ワイヤ６における照射位置３４と、照射位置３４におけるワイヤ６の角度とが定まる。付加製造装置１００は、一定の角度で支持されているワイヤ６へレーザビーム５を照射することによって、ワイヤ６を切断する。この場合も、付加製造装置１００は、ワイヤ６の先端形状を、一定の形状になるように精度良く整えることができる。

第２の態様では、第１の態様と比べて、ワイヤ６におけるワイヤ支持治具３１との接触面積が増えることによって、ワイヤ支持治具３１にワイヤ６を保持させる摩擦抵抗が増える。このため、ワイヤ支持治具３１は、ワイヤ６を一定の角度で安定して支持することができる。付加製造装置１００は、ワイヤ支持治具３１にワイヤ６が支持された状態において、ワイヤ送給装置８がワイヤスプール７の方へワイヤ６を若干引き戻すことによってワイヤ６に張力を付与しても良い。ワイヤ支持治具３１に対するワイヤ６の摩擦が増えることによって、ワイヤ６に張力が付与されても、ワイヤ支持治具３１は、ワイヤ６を安定して支持することができる。なお、ワイヤ支持治具３１は、３つ以上の支持点３８にワイヤ６が接触することによって、ワイヤ６を支持しても良い。

付加製造装置１００は、第１の態様および第２の態様では、ワイヤ６の径、直線部３７の内径の公差、ワイヤ６に付いた巻き癖によるワイヤ６の曲率またはワイヤ６の曲がり方向などといった条件に応じて上記切断条件を調整する。これにより、付加製造装置１００は、ワイヤ６の種類、ワイヤ６の曲率、ワイヤ６の曲がり方向、またはワイヤ支持治具３１の寸法公差などによって生じ得るワイヤ６の角度のばらつきを低減させることができる。

図７および図８は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００の支持部において溶加材を支持する第３の態様について説明するための図である。第３の態様におけるワイヤ支持治具３１には、ワイヤ６を把持する把持部が設けられている。ワイヤ支持治具３１は、把持部がワイヤ６を把持することによってワイヤ６を支持する。

エアシリンダ４０と固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とは、把持部を構成する。固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とは、直線部３７に設けられている。固定把持ピン４１の先端部が孔の中心軸へ向けられて、ワイヤ支持治具３１に固定されている。可動把持ピン４２の先端部は、孔の中心軸に垂直な方向において固定把持ピン４１の先端部に対向している。エアシリンダ４０は、シリンダを駆動することによって、固定把持ピン４１に近づく向きと、固定把持ピン４１から離れる向きとに可動把持ピン４２を移動させる。ＮＣ装置２０の指令生成部２１は、エアシリンダ４０を制御するための把持指令を生成し、把持指令をエアシリンダ４０へ出力する。エアシリンダ４０は、把持指令に従って可動把持ピン４２を駆動する。

固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とは、固定把持ピン４１の先端部と可動把持ピン４２の先端部との間にワイヤ６が通されている状態において可動把持ピン４２が固定把持ピン４１のほうへ移動して、可動把持ピン４２がワイヤ６を介して固定把持ピン４１の方へ押し付けられることによって、ワイヤ６を把持する。固定把持ピン４１の先端部と可動把持ピン４２の先端部とは、さまざまな方向のワイヤ６を把持し易くするため、球面状とされることが望ましい。

エアシリンダ４０には、出側リードスイッチ４３と戻り側リードスイッチ４４とが設けられている。可動把持ピン４２が固定把持ピン４１とともにワイヤ６を把持可能な位置にあるときに、出側リードスイッチ４３はオンになる。その他のときに出側リードスイッチ４３はオフになる。可動把持ピン４２が固定把持ピン４１から離れた位置に戻されたときに、戻り側リードスイッチ４４はオンになる。その他のときに戻り側リードスイッチ４４はオフになる。ＮＣ装置２０の切断条件設定部２２は、出側リードスイッチ４３のオンオフと戻り側リードスイッチ４４のオンオフとを検知することにより、可動把持ピン４２の位置を判定する。

把持部は、固定把持ピン４１および可動把持ピン４２と、可動把持ピン４２を移動させるエアシリンダ４０とを有するものに限られない。把持部は、ワイヤ６を把持可能な機構を有するものであれば良く、チャックハンドまたはカム機構を有するものであっても良い。把持部は、対ローラといった回転機構を有するものであっても良い。回転機構は、ワイヤ６の把持のみならず、ワイヤ６の断片を回収するものであっても良い。

次に、切断されたワイヤ６の断片の回収について説明する。図９は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００による溶加材の断片４６の回収について説明するための図である。図９には、ワイヤ支持治具３１の孔にワイヤ６が通されている様子と、ワイヤ支持治具３１によって支持されているワイヤ６にレーザビーム５を照射している様子と、ワイヤ６の断片４６が回収箱３２に回収される様子とを示している。図９では、把持部を有するワイヤ支持治具３１を例示する。

固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とによって把持されているワイヤ６へレーザビーム５を照射して、ワイヤ６が切断される。その後、可動把持ピン４２が固定把持ピン４１から離れることによって、ワイヤ６の把持が解除される。ワイヤ６の把持が解除されると、ワイヤ６の断片４６は、自重により落下する。ワイヤ支持治具３１の鉛直下方側に回収箱３２が配置されていることによって、断片４６は、回収箱３２の中へ落下する。これにより、回収箱３２に断片４６が回収される。なお、ワイヤ支持治具３１に把持部が設けられていない場合、ワイヤ６が切断されると、断片４６は、自重によりワイヤ支持治具３１の孔を通り抜けて、回収箱３２の方へ落下する。

回収箱３２へ断片４６を落下させることにより断片４６を回収可能であるため、付加製造装置１００は、断片４６の散乱を防ぐことができる。作業者は、散乱した断片４６を回収する手間が無くなる。付加製造装置１００は、断片４６の散乱を防ぐことによって、造形物１１への断片４６の混入、または、付加製造装置１００の各部への断片４６の干渉といった不具合を防ぐことができる。

検知部３３は、拡散反射型の光電センサである。検知部３３は、断片４６を検知可能であれば良く、拡散反射型の光電センサ以外のセンサであっても良い。付加製造装置１００は、回収箱３２における断片４６の堆積を検知するために、検知部３３を使用しても良い。検知部３３により断片４６が一定時間以上検知されたことによって、回収箱３２においてある程度の高さよりも断片４６が堆積したとの判断が可能である。これにより、付加製造装置１００は、断片４６を廃棄する時期を作業者に通知することができる。

次に、実施の形態１にかかる付加製造装置１００によるワイヤ６を切断するための動作について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００による溶加材を切断するための動作手順を示すフローチャートである。ここでは、把持部を有するワイヤ支持治具３１が使用される場合を例として説明する。

ステップＳ１において、付加製造装置１００は、ワイヤ支持治具３１の開口部３５へワイヤ６を挿入可能な位置に加工ヘッド３を移動させる。すなわち、付加製造装置１００は、ワイヤ送給装置８とビームノズル４とを移動させる。ステップＳ２において、付加製造装置１００は、ワイヤ送給装置８によってワイヤ６を送り出す。ワイヤ送給装置８は、ビームノズル４よりも先にあるワイヤ支持治具３１の孔をワイヤ６が通り抜けるまで、あらかじめ設定された長さのワイヤ６を送り出す。

ステップＳ３において、付加製造装置１００は、エアシリンダ４０によって可動把持ピン４２を固定把持ピン４１の方へ移動させることによって、可動把持ピン４２を閉じる。可動把持ピン４２を閉じることによって、固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とは、ワイヤ６を把持する。これにより、ワイヤ支持治具３１は、ワイヤ送給装置８から送り出されたワイヤ６のうちビームノズル４の軸よりも先方の部分を支持する。

ステップＳ４において、付加製造装置１００は、切断条件設定部２２において、出側リードスイッチ４３がオンであるか否かを判断する。出側リードスイッチ４３がオンである場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、付加製造装置１００は、手順をステップＳ６へ進める。出側リードスイッチ４３がオンであることによって、付加製造装置１００は、固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とによるワイヤ６の把持は成功したものとみなす。

一方、出側リードスイッチ４３がオンでない場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、付加製造装置１００は、ステップＳ５において、固定把持ピン４１から離れる方へ可動把持ピン４２を移動させることによって、可動把持ピン４２を開く。出側リードスイッチ４３がオンにならないことによって、付加製造装置１００は、固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とによるワイヤ６の把持は失敗したものとみなす。そして、付加製造装置１００は、手順をステップＳ２へ戻し、ワイヤ６の把持を再度試みる。

なお、ステップＳ４において出側リードスイッチ４３がオンにならないケースとしては、ワイヤスプール７におけるワイヤ６の枯渇、ワイヤ支持治具３１へのワイヤ６の挿入ミス、エアシリンダ４０の動作不良、または、出側リードスイッチ４３の故障といったケースも考えられる。ステップＳ２からステップＳ５の手順が繰り返された回数があらかじめ設定された上限に達した場合に、付加製造装置１００は、作業者による確認を促すアラームを出力しても良い。

ステップＳ６において、付加製造装置１００は、切断条件設定部２２において、ワイヤ６の角度調整を行うか否かを判断する。切断条件設定部２２には、ワイヤ６の先端形状とワイヤ６の角度との関係があらかじめ登録されている。切断条件設定部２２は、所望される先端形状に応じて、ワイヤ６の角度を調整する必要があるか否かを判断する。なお、ワイヤ６の切断後における先端形状の例については後述する。ワイヤ６の先端形状とワイヤ６の角度との関係には、ワイヤ６の径またはワイヤ６の材質といった条件が対応付けられている。例えば、それまで使用していたワイヤ６とは径が異なるワイヤ６に交換された場合、切断条件設定部２２は、事前に登録されている条件に基づいてワイヤ６の角度調整を行うと判断する。

ワイヤ６の角度調整を行う場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、付加製造装置１００は、ステップＳ７において、ワイヤ６の角度を調整し、ステップＳ８へ手順を進める。一方、ワイヤ６の角度調整を行わない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、付加製造装置１００は、ステップＳ７をスキップし、ステップＳ８へ手順を進める。

ここで、ワイヤ６の角度を調整する２つの方法について説明する。図１１は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００によって溶加材の角度を調整する第１の方法について説明するための図である。第１の方法では、付加製造装置１００は、固定把持ピン４１と可動把持ピン４２とによってワイヤ６を把持している状態において加工ヘッド３を移動させることによって、ワイヤ６の角度θを調整する。

なお、ワイヤ６が送給される方向に対してレーザビーム５の中心軸の方向を変更可能な機構を設け、付加製造装置１００は、当該機構によりレーザビーム５の方向を変更することによって角度θを調整しても良い。加工ヘッド３を移動させると、ワイヤ６がワイヤ支持治具３１に当たることによって、ワイヤ６が塑性変形することがあり得る。付加製造装置１００は、レーザビーム５の方向の変更により角度θを調整することで、ワイヤ６の塑性変形を低減できる。

図１２は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００によって溶加材の角度を調整する第２の方法について説明するための図である。第２の方法では、付加製造装置１００は、レーザビーム５の中心軸に対して、ワイヤノズル９の中心軸の傾きとワイヤ支持治具３１の孔の中心軸の傾きとを一括して変化させる駆動によって、角度θを調整する。ワイヤノズル９とワイヤ支持治具３１とは、モータおよびラックアンドピニオンを有するアクチュエータ、電動またはエアを駆動力とするロータリアクチュエータなどによって駆動する。付加製造装置１００は、第１の方法において加工ヘッド３を移動させることによりワイヤ６が塑性変形する場合、または、レーザビーム５の方向を変更できない場合には、第２の方法により角度θを調整することができる。

ステップＳ８において、付加製造装置１００は、照射位置３４へレーザビーム５を照射することによって、ワイヤ６を切断する。すなわち、付加製造装置１００は、ビームノズル４から出射された切断用のビームであるレーザビーム５をワイヤ６へ照射してワイヤ６を切断する。付加製造装置１００は、ワイヤ６を切断することによって、ワイヤ６の先端形状を整える。ワイヤ６を切断した後に、ステップＳ９において、付加製造装置１００は、固定把持ピン４１から離れる方へ可動把持ピン４２を移動させることによって、可動把持ピン４２を開く。

ステップＳ１０において、付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断が検知されたか否かを、切断条件設定部２２において判断する。切断条件設定部２２は、検知部３３によって断片４６が検知された場合、ワイヤ６の切断が検知されたと判断する。切断条件設定部２２は、検知部３３によって断片４６が検知されなかった場合、ワイヤ６の切断が検知されなかったと判断する。ワイヤ６の切断が検知された場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、付加製造装置１００は、図１０に示す手順による動作を終了する。このように、付加製造装置１００は、検知部３３によって断片４６が検知されることにより、ワイヤ６の切断が成功したものとみなす。

一方、ワイヤ６の切断が検知されていない場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、付加製造装置１００は、手順をステップＳ１へ戻す。このように、付加製造装置１００は、検知部３３によって断片４６が検知されない場合、ワイヤ６の切断が失敗したものとみなす。この場合、付加製造装置１００は、手順をステップＳ１へ戻すことによって、ワイヤ６の切断を再度試みる。

付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断が成功したことを確認してから、加工ヘッド３を移動させる。これにより、付加製造装置１００は、ワイヤ６が切断されていない状態において加工ヘッド３を移動させる事態を防ぐ。付加製造装置１００は、ワイヤ６が切断されていないにも関わらず加工ヘッド３を移動させることによって駆動軸に負荷がかかる事態を防ぐことができる。

ワイヤ６の材料の多くは機械的な加工が困難な材料であることから、付加製造装置１００は、刃具等により機械的な切断を行う場合よりも、ワイヤ６を容易に切断することができる。また、刃具等による切断の場合には、切断時の抵抗によってワイヤ６が塑性変形すること、刃の損耗による定期的なメンテナンスが必要となることなどが問題となる。付加製造装置１００は、レーザビーム５の照射によってワイヤ６を切断するため、このような問題を回避することができる。

付加製造装置１００は、レーザビーム５の照射位置３４へ圧縮空気を吹き付けてワイヤ６の先端を整形する場合と比べて、溶融物の飛散を大幅に低減できる。付加製造装置１００は、造形物１１に溶融物が混入することによる造形物１１の品質低下を防ぐことができる。付加製造装置１００は、溶融物の付着による駆動系の故障を防ぐことができる。付加製造装置１００は、光学系を構成するレンズへの溶融物の付着による不具合を防ぐことができる。かかる不具合としては、レーザビーム５のエネルギーが低下すること、付着した溶融物へレーザビーム５が吸収されることによってレンズが溶融すること、レンズ交換の頻度が増加することなどである。さらに、付加製造装置１００は、レーザビーム５のエネルギーが低下した状態での加工による接合不良なども防ぐことができる。

次に、カメラ１６を用いて観察されるワイヤ６の先端部と照射位置３４とについて説明する。図１３は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００によって溶加材の先端部と照射位置３４とが観察される例を示す図である。図１３には、カメラ１６によって撮影される画像５０の３つの例を示す。各例における画像５０において、図中左から右の方へワイヤ６が送り出されるものとする。画像５０の範囲よりも右の方にワイヤ支持治具３１が設置されている。

図１３の（ａ）には、ワイヤ６の照射位置３４へレーザビーム５を照射したがワイヤ６が切断されなかった場合の画像５０を示す。照射位置３４よりも右の方へワイヤ６が通り過ぎていることによって、ワイヤ６が切断されなかったものと判断できる。

図１３の（ｂ），（ｃ）には、ワイヤ６の照射位置３４へレーザビーム５を照射することによってワイヤ６が切断された場合の画像５０を示す。図１３の（ｂ）の画像５０には、切断によってワイヤ６の先端が半球形状５１となった様子が示されている。図１３の（ｃ）の画像５０には、切断によってワイヤ６の先端が球形状５２となった様子が示されている。

付加製造装置１００は、上記ステップＳ１０において、カメラ１６によって取得された画像５０を基に、ワイヤ６の切断が成功したか否かを判断しても良い。付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断と同時にレーザビーム５の出力を停止するために、画像５０を基にワイヤ６の切断を検知することとしても良い。付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断後にレーザビーム５の照射が継続されることによる各部の損傷を防ぐことができる。また、付加製造装置１００は、カメラ１６によって取得された画像５０を基に、切断後におけるワイヤ６の先端形状を検出しても良い。

仮に、ワイヤ６のうちワイヤノズル９から送り出された部分が支持されないと、ワイヤ６に付いた巻き癖によるワイヤ６の曲率またはワイヤ６の曲がり方向などによって、ワイヤ６の角度θが変わることとなる。図１４は、実施の形態１において溶加材が支持されない場合における溶加材の状態について説明するための第１の図である。図１４において、ワイヤノズル９から送り出されたワイヤ６は、自重の作用によって鉛直下方へ垂れ下がった状態となる。ビームノズル４の軸５３に対するワイヤ６の角度θは、ワイヤ６の曲率またはワイヤ６の曲がり方向などによって変わる。軸５３は、レーザビーム５の中心軸と一致する。

図１５は、実施の形態１において溶加材が支持されない場合における溶加材の状態について説明するための第２の図である。図１６は、図１５のXVI－XVI線におけるワイヤノズル９の断面図である。図１５には、ワイヤノズル９の孔に摩耗による変形が生じた場合を示す。図１４に示すようにワイヤ６が鉛直下方へ垂れ下がることで、ワイヤノズル９の出口付近において、ワイヤ６の鉛直下方の部分５４にワイヤ６が接触した状態で、ワイヤノズル９からワイヤ６が送り出される。かかる状態でのワイヤ６の送り出しが続けられることで、部分５４が摩耗によって変形する。かかるワイヤノズル９の変形によっても、ワイヤ６の角度θは変わる。角度θが不安定であると、付加製造装置１００は、レーザビーム５によるワイヤ６の切断によって、ワイヤ６の先端形状を一定の形状になるように精度良く整えることが困難となる。

図１７は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００による切断後の溶加材の先端形状の例を示す図である。図１７には、ワイヤ６の先端形状の３つの例を示す。図１７の（ａ）には、球形状５２である先端部を示す。図１７の（ｂ）には、鋭角形状５５である先端部を示す。図１７の（ｃ）には、半球形状５１である先端部を示す。この他、ビードの形成を終えたときにワイヤ６が鉛直上方へ引き上げられることによって、ワイヤ６の先端に、鉛直下方へ伸びたバリ形状が形成されることがある。バリ形状は、ワイヤ６の軸に対して曲がった方向に伸びた形状となる。

被加工物に付加される溶融物の量には、ワイヤ６の先端形状によって過不足が生じることがある。球形状５２のように、ワイヤ６の径に比べて先端部の幅が大きい場合は、次に形成されるビードの加工開始部分において溶融物の量が過大となる。一方、鋭角形状５５あるいはバリ形状のように、ワイヤ６の径に比べて先端部の幅が小さい場合は、次に形成されるビードの加工開始部分において溶融物の量が過小となる。先端部が半球形状５１である場合、先端部の幅がワイヤ６の径と同じであることから、被加工物に付加される溶融物の量に過不足は生じない。また、ワイヤ６の径に比べて先端部の幅が大きい場合は、先端部によってレーザビーム５が遮られることによって、ビードの加工開始時におけるワイヤ６の溶融が遅れることがある。バリ形状のようにワイヤ６の軸に対して先端部が曲がっている場合、ビードの加工開始部分にバリ形状が残ることによって、造形物１１の形状精度が低下することがある。

実施の形態１によると、付加製造装置１００は、ワイヤ６の角度θを一定にしてワイヤ６を切断可能であることによって、ワイヤ６の先端形状を一定の半球形状５１となるようになるように精度良く整えることができる。

ここで、切断条件と、切断後におけるワイヤ６の先端形状との関係について説明する。ワイヤ６を切断するときにおけるビーム出力が高いほど、ワイヤ６に発生する溶融池が広くなることによってワイヤ６の先端が球形状５２になり易い。一方、ビーム出力が低すぎると、ワイヤ６を切断できない。ワイヤ６の切断に適したビーム出力よりもビーム出力が低く、かつワイヤ６を切断できた場合は、ワイヤ６の先端にバリ形状が形成される。

ワイヤ６を切断するときにおけるビーム径が大きすぎると、ワイヤ６におけるエネルギー密度が低くなり、ワイヤ６を切断できない。ビーム径が大きく、かつワイヤ６を切断できた場合は、ワイヤ６において熱エネルギーが投入される面積が広く、溶融するワイヤ６の体積が大きくなることから、ワイヤ６の先端が球形状５２になり易い。一方、ビーム径が小さい場合、ワイヤ６におけるエネルギー密度が高くなり、ワイヤ６において熱エネルギーが投入される面積が狭くなる。この場合、付加製造装置１００は、ワイヤ６の先端が球形状５２にならずにワイヤ６を切断することができる。すなわち、付加製造装置１００は、ワイヤ６の先端形状を一定の半球形状５１とすることができる。

ワイヤ６の切断に必要となるレーザビーム５の照射時間は、ビーム出力、ビーム径、またはワイヤ６の角度θによって調整する必要がある。付加製造装置１００は、センサユニット１５またはカメラ１６を用いて切断の成否を検知することによって、切断と同時にビーム出力を停止させることができる。この場合、付加製造装置１００は、照射時間が無駄に長くなることを防げる。

レーザビーム５の中心軸に対するワイヤ６の角度θが大きいほど、切断後におけるワイヤ６の先端が平坦になり易い。一方、角度θが小さいほど、ワイヤ６の軸に対して傾いた面がワイヤ６に形成されることによって、ワイヤ６の先端が鋭角形状５５になり易い。

レーザビーム５の照射を終える直前にワイヤ送給装置８がワイヤ６を引き戻すことによって、レーザビーム５の範囲からワイヤ６を引き抜く動作を、引き抜き動作と称する。付加製造装置１００が引き抜き動作を行う場合、ワイヤ６の先端が鋭角形状５５になり易い。一方、付加製造装置１００が引き抜き動作を行わない場合、ワイヤ６の先端が球形状５２になり易い。

付加製造装置１００は、ワイヤ送給装置８によるワイヤ６の送給速度を一定としたまま加工ヘッド３を移動させることによって、ワイヤ６の張力を調整できる。ワイヤ６の張力が大きい場合、ワイヤ６の先端が球形状５２になりにくい。一方、ワイヤ６の張力が小さい場合、またはワイヤ６に張力を付与しない場合、ワイヤ６の先端が球形状５２になり易い。

付加製造装置１００は、切断条件を適宜調整することによって、切断後におけるワイヤ６の先端形状を変化させても良い。ここで、切断条件の調整によって、切断後におけるワイヤ６の先端形状を調整する例について説明する。

図１８および図１９は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００により、溶加材の先端を球形状５２とする場合における切断条件の調整について説明するための図である。図１８には、切断後におけるワイヤ６の先端に球形状５２が形成される様子を示す。図１９では、球形状５２が形成されるときの切断条件に含まれるビーム出力とワイヤ６の送給速度とを表したタイムチャートを示す。図１９において、ｔ１は、ワイヤ６が切断されるタイミングを表す。

切断条件設定部２２は、ワイヤ６の角度θを４５度程度に設定する。切断条件設定部２２は、ｔ１から一定の期間においてワイヤ６を送り出すように、送給速度を設定する。また、切断条件設定部２２は、ビーム出力を高めに設定しても良い。このような切断条件の設定により、付加製造装置１００は、切断後におけるワイヤ６の先端を球形状５２にさせることができる。

図２０および図２１は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００により、溶加材の先端を鋭角形状５５とする場合における切断条件の調整について説明するための図である。図２０には、切断後におけるワイヤ６の先端に鋭角形状５５が形成される様子を示す。図２１では、鋭角形状５５が形成されるときの切断条件に含まれるビーム出力とワイヤ６の送給速度とを表したタイムチャートを示す。

切断条件設定部２２は、ワイヤ６の角度θを３０度程度に設定する。このように、切断条件設定部２２は、球形状５２を形成する場合よりも小さい角度θを設定する。切断条件設定部２２は、ｔ１の後における一定の期間において引き抜き動作を行うように、送給速度を設定する。このような切断条件の設定により、付加製造装置１００は、切断後におけるワイヤ６の先端を鋭角形状５５にさせることができる。付加製造装置１００は、切断条件を調整することによって、ワイヤ６の先端形状を任意の形状に変化させることができる。

付加製造装置１００は、形成されたビードの形状に基づいてワイヤ６の先端形状を変化させることとしても良い。図２２は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００により、形成されたビードの形状に基づいて溶加材の先端形状を変化させる例を示す第１の図である。図２３は、実施の形態１にかかる付加製造装置１００により、形成されたビードの形状に基づいて溶加材の先端形状を変化させる例を示す第２の図である。図２２および図２３において、白抜き矢印は加工方向を表す。

切断条件設定部２２は、形成された第１のビード６１に積み重ねられる第２のビード６２を形成する加工の前におけるワイヤ６の切断の際に、第１のビード６１の形状を測定した結果に基づいて切断条件を調整することによって、第２のビード６２の形成が開始されるときにおけるワイヤ６の先端形状を変化させる。切断条件設定部２２は、ワイヤ６の先端形状を変化させることによって、第２のビード６２が形成されたときにおける造形物１１の高さを調整する。

図２２に示すケースでは、基材１０に形成された第１のビード６１のうち加工開始位置付近の端部６３における高さが、想定された高さよりも低い。センサユニット１５に含まれる形状測定器によって、第１のビード６１の高さが測定される。形状測定器は、測定結果を切断条件設定部２２へ出力する。

切断条件設定部２２は、第１のビード６１の端部６３における高さの不足分を補うために、ワイヤ６の先端部の体積が通常よりも大きくなるように、切断条件を調整する。切断条件設定部２２は、第２のビード６２が形成される加工の前におけるワイヤ６の切断の際に、ワイヤ６の先端に球形状５２が形成されるときの切断条件を設定する。

ワイヤ６の先端が球形状５２とされることで、付加製造装置１００は、第２のビード６２の形成が開始されるときに、通常の場合に比べて多くの溶融物を第１のビード６１の上に付加する。このように、付加製造装置１００は、第２のビード６２が形成されたときにおける造形物１１の高さが想定どおりの高さとなるように、第１のビード６１における高さの不足分を補う。

図２３に示すケースでは、基材１０に形成された第１のビード６１のうち加工開始位置付近の端部６３における高さが、想定された高さよりも高い。切断条件設定部２２は、第１のビード６１の端部６３における高さの過剰分を減らすために、ワイヤ６の先端部の体積が通常よりも小さくなるように、切断条件を調整する。切断条件設定部２２は、第２のビード６２が形成される加工の前におけるワイヤ６の切断の際に、ワイヤ６の先端に鋭角形状５５が形成されるときの切断条件を設定する。

ワイヤ６の先端が鋭角形状５５とされることで、付加製造装置１００は、第２のビード６２の形成が開始されるときに、通常の場合に比べて少ない溶融物を第１のビード６１の上に付加する。このように、付加製造装置１００は、第２のビード６２が形成されたときにおける造形物１１の高さが想定どおりの高さとなるように、第１のビード６１における高さの過剰分を相殺させる。

切断条件設定部２２は、測定されるビードの高さと切断条件との関係をあらかじめ保持する。切断条件設定部２２は、第１のビード６１についての高さの測定結果に対応する切断条件を、かかる関係から求めることによって、切断条件を設定する。付加製造装置１００は、ワイヤ６の先端形状を変化させる調整により、造形物１１の形状精度を向上させることができる。切断条件設定部２２は、第１のビード６１の高さが、あらかじめ設定された高さの範囲から外れている場合に、ワイヤ６の先端形状を変化させる調整を行うこととしても良い。

実施の形態１によると、付加製造装置１００は、切断用のビームによって溶加材を切断する際に、溶加材のうち切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持部によって支持することで、溶加材の先端形状を、一定の形状になるように精度良く整えることができる。これにより、付加製造装置１００は、溶加材の先端形状を高精度に整えることができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断時にワイヤ６の先端部を基材１０に溶着させることによって、ワイヤ６を支持する。図２４は、実施の形態２にかかる付加製造装置１００による溶加材の切断の様子を示す図である。実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１と重複する説明を省略する。

実施の形態２では、付加製造装置１００は、実施の形態１における切断ステージ３０の代わりに、ワイヤ６を溶着させるためのスペースが確保された基材１０が使用される。当該スペースは、基材１０における任意の箇所に確保される。実施の形態２において、基材１０は、切断用のビームによって溶加材を切断する際に溶加材のうち切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持する支持部として機能する。

付加製造装置１００は、基材１０のうちワイヤ６を溶着させるためのスペースへ加工ヘッド３を移動させる。付加製造装置１００は、基材１０へワイヤ６を送り出しながら、切断用のビームであるレーザビーム５を基材１０上へ照射する。付加製造装置１００は、一定時間、ワイヤ６の送り出しとレーザビーム５の照射とを継続させた後、ワイヤ６の送り出しとレーザビーム５の照射とを停止させる。基材１０に玉状のビード７１が形成され、かつビード７１にワイヤ６の先端７２が接合された状態となる。このように、付加製造装置１００は、基材１０にワイヤ６を溶着させる。

次に、付加製造装置１００は、ワイヤノズル９から基材１０の方へワイヤ６を送り出しながら、ワイヤ６が送り出される向きとは逆向きにワイヤノズル９を移動させる。このとき、付加製造装置１００は、ワイヤ６の張力による負担をワイヤノズル９にかけないように、ワイヤ６の送り出しと同時に、かつワイヤ６の送り出しと同じ速度で、ワイヤノズル９を移動させる。これにより、付加製造装置１００は、ワイヤノズル９と先端７２との間におけるワイヤ６の長さを伸ばす。

次に、付加製造装置１００は、ワイヤ６のうち照射位置３４よりも先方の部分が基材１０にて支持されている状態において、照射位置３４へレーザビーム５を照射する。付加製造装置１００は、照射位置３４へレーザビーム５を照射することによって、照射位置３４にてワイヤ６を溶断する。このようにして、付加製造装置１００は、ワイヤ６を支持した状態においてワイヤ６を切断する。ワイヤ６のうち照射位置３４よりも先方の部分、すなわち切断されたワイヤ６の断片は、基材１０に残される。

付加製造装置１００は、ワイヤ６の切断を繰り返し行う場合は、基材１０においてワイヤ６を溶着させる位置を順次ずらす。これにより、付加製造装置１００は、基材１０に残された断片にワイヤ６が接触することを防ぐ。なお、付加製造装置１００は、造形物１１が形成される基材１０とは別の基材にワイヤ６を溶着させても良い。この場合、作業者は、ワイヤ６の断片が残された基材の交換により、断片を確実に回収しながら付加製造装置１００を連続的に稼働させることができる。

実施の形態２によると、付加製造装置１００は、切断用のビームによって溶加材を切断する際に、溶加材のうち切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持する。付加製造装置１００は、実施の形態１の場合と同様に、溶加材の先端形状を、一定の形状になるように精度良く整えることができる。これにより、付加製造装置１００は、溶加材の先端形状を高精度に整えることができる。

次に、実施の形態１または２にかかる付加製造装置１００が有するＮＣ装置２０のハードウェア構成について説明する。図２５は、実施の形態１または２にかかる付加製造装置１００が有するＮＣ装置２０のハードウェア構成例を示す図である。図２５には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによってＮＣ装置２０の機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。

ＮＣ装置２０は、各種処理を実行するプロセッサ８１と、内蔵メモリであるメモリ８２と、ＮＣ装置２０への情報の入力とＮＣ装置２０からの情報の出力のための回路である入出力インタフェース８３と、情報を記憶する記憶装置８４と、を有する。

プロセッサ８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ８１は、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）であっても良い。メモリ８２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）である。

記憶装置８４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）である。コンピュータをＮＣ装置２０として機能させるプログラムは、記憶装置８４に格納される。プロセッサ８１は、記憶装置８４に格納されているプログラムをメモリ８２に読み出して実行する。

プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。ＮＣ装置２０は、記憶媒体に記録されたプログラムをメモリ８２へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。

指令生成部２１および切断条件設定部２２の各機能は、プロセッサ８１とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ８１およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ８１、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶装置８４に格納される。記憶装置８４には、ＮＣ装置２０において使用される各種データが格納される。

入出力インタフェース８３は、ハードウェアに接続される機器からの信号を受信する。当該機器には、センサユニット１５の各センサとカメラ１６とが含まれる。また、入出力インタフェース８３は、レーザ出力制御器２３、駆動制御器２４および検知部３３の各々へ指令を送信する。なお、ＮＣ装置２０の上記各構成要素は、任意の単位で機能的にまたは物理的に分散されても良い。例えば、切断条件設定部２２の機能は、ＮＣ装置２０に接続された装置である外部装置を使用して実現されても良い。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１ レーザ発振器、２ ファイバーケーブル、３ 加工ヘッド、４ ビームノズル、５ レーザビーム、６ ワイヤ、７ ワイヤスプール、８ ワイヤ送給装置、９ ワイヤノズル、１０ 基材、１１ 造形物、１２ 加工点、１３ シールドガス、１４ 支持ブラケット、１５ センサユニット、１６ カメラ、１７ ダイクロイックミラー、２０ ＮＣ装置、２１ 指令生成部、２２ 切断条件設定部、２３ レーザ出力制御器、２４ 駆動制御器、２５ ヘッド駆動部、２６ 送給駆動部、３０ 切断ステージ、３１ ワイヤ支持治具、３２ 回収箱、３３ 検知部、３４ 照射位置、３５ 開口部、３６ 縮径部、３７ 直線部、３８ 支持点、４０ エアシリンダ、４１ 固定把持ピン、４２ 可動把持ピン、４３ 出側リードスイッチ、４４ 戻り側リードスイッチ、４６ 断片、５０ 画像、５１ 半球形状、５２ 球形状、５３ 軸、５４ 部分、５５ 鋭角形状、６１ 第１のビード、６２ 第２のビード、６３ 端部、７１ ビード、７２ 先端、８１ プロセッサ、８２ メモリ、８３ 入出力インタフェース、８４ 記憶装置、１００ 付加製造装置。

Claims (10)

1. 溶融させた溶加材を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置であって、
   前記被加工物へ前記溶加材を送給する送給部と、
   前記送給部から送り出された前記溶加材を溶融させる加工用のビームと、前記溶加材の切断によって前記溶加材の先端形状を整えるための切断用のビームとを出力するビーム源と、
   前記切断用のビームによって前記溶加材を切断する際に、前記溶加材のうち前記切断用のビームが照射する位置よりも先方の部分を支持する支持部と、を備えることを特徴とする付加製造装置。
2. 前記支持部は、前記溶加材が挿入される孔を有し、前記孔の入口である開口部から前記溶加材が挿入される方向へ向かうに従って前記孔の内径が漸次小さくなっている第１の部分と、前記第１の部分につなげられており前記孔の内径が一定である第２の部分とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記支持部は、前記孔を構成する内壁面の１点または複数の点に前記溶加材が接触することによって前記溶加材を支持することを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
4. 前記支持部には、前記溶加材を把持する把持部が設けられており、
   前記支持部は、前記把持部が前記溶加材を把持することによって前記溶加材を支持することを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
5. 切断された前記溶加材の断片を回収する回収箱が前記支持部の鉛直下方側に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の付加製造装置。
6. 前記回収箱に回収される前記断片を検知する検知部を備えることを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
7. 前記支持部は、前記溶加材の先端部が溶着される基材であることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
8. 前記送給部による前記溶加材の送給速度と前記切断用のビームの出力とを含む切断条件を設定する切断条件設定部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の付加製造装置。
9. 前記付加製造装置は、溶融させた前記溶加材の凝固物であるビードを積み重ねることによって前記造形物を製造し、
   前記切断条件設定部は、形成された第１のビードに積み重ねられる第２のビードを形成する加工の前における前記溶加材の切断の際に、前記第１のビードの形状を測定した結果に基づいて前記切断条件を調整することによって、前記第２のビードの形成が開始されるときにおける前記先端形状を変化させて、前記第２のビードが形成されたときにおける前記造形物の高さを調整することを特徴とする請求項８に記載の付加製造装置。
10. 溶融させた溶加材を被加工物に付加することによって付加製造装置が造形物を製造する付加製造方法であって、
    前記溶加材を送給する送給部と前記溶加材を溶融させるビームを出射するビームノズルとを移動させるステップと、
    前記送給部から送り出された前記溶加材のうち前記ビームノズルの軸よりも先方の部分を支持するステップと、
    前記ビームノズルから出射された切断用のビームを前記溶加材へ照射して前記溶加材を切断することによって前記溶加材の先端形状を整えるステップと、を含むことを特徴とする付加製造方法。

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