JP2022163944A - 付加加工装置、付加加工装置の制御方法、および、付加加工装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】積層方向が変化するワークを造形する場合でも、目標の高さまでワークを積層するための技術を提供する。【解決手段】付加加工装置は、付加加工中のワークに材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するレーザ光を照射するレーザヘッドと、付加加工中のワークを保持するワーク保持部と、レーザヘッドおよびワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、ワークに対するレーザヘッドの相対位置を変化させる第１駆動部と、レーザヘッドおよびワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、ワークに対するレーザヘッドの相対角度を変化させる第２駆動部と、付加加工装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて相対角度を調整する処理と、ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、相対位置を積層方向に一定距離ずつ変化させる処理とを実行する。【選択図】図５

Description

本開示は、供給される金属材料を融解して積層することによりワークを造形するための技術に関する。

近年、供給される金属材料を融解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置が普及している。このような造形方式は、ＤＥＤ（Directed Energy Deposition）方式と呼ばれる。ＤＥＤ方式の付加加工装置は、レーザヘッドを有する。レーザヘッドは、移動しながらワークに金属材料を吐出するとともに、ワークに向けてレーザ光を照射する。これにより、ワークが局所的に融解し、融解部分に金属材料が供給されて共に融解・凝固することで、金属材料がワーク上に積層される。

付加加工装置に関し、特開２０１６－１１３７０１号公報（特許文献１）は、「一部が張り出す積層造形物の造形可能な」積層造形装置を開示している。また、特開２０１８－０２７５５８号公報（特許文献２）は、「金属材料を溶融し、その溶融物を堆積させて積層造形を行う三次元造形技術において、所望の三次元形状を造形するための造形物の新しい断面モデルを提供する」コンピュータ支援製造装置を開示している。

特開２０１６－１１３７０１号公報 特開２０１８－０２７５５８号公報

レーザヘッドは、一層の付加加工が終了すると積層方向に駆動され、次の層の付加加工を行う。この処理が繰り返されることで、ワークが積層される。このとき、一層の積層の高さと、レーザヘッドの移動量とに誤差があると、当該誤差は、積層の度に累積されることになる。この誤差が大きくなると、付加加工装置は、目標の高さまでワークを積層することができなくなる。この問題は、積層方向が変化するワークを造形する際に顕著となる。

したがって、積層方向が変化するワークを造形する場合でも、目標の高さまでワークを積層することが可能な技術が望まれている。なお、特許文献１，２は、積層方向が変化するワークの造形精度を改善することを目的とするものではない。

本開示の一例では、供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置は、付加加工中の上記ワークに上記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、付加加工中の上記ワークを保持するためのワーク保持部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部と、上記付加加工装置を制御するための制御装置とを備える。上記制御装置は、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて上記相対角度を調整する処理と、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、上記相対位置を上記積層方向に一定距離ずつ変化させる処理とを実行する。

本開示の一例では、上記材料は、パウダー状の材料、またはワイヤー状の材料である。
本開示の一例では、上記第１駆動部は、上記レーザヘッドを移動するように構成される。上記第２駆動部は、上記ワーク保持部を回転するように構成される。

本開示の一例では、上記レーザヘッドは、上記変化させる処理において、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に上記一定距離ずつ重力方向に駆動される。

本開示の一例では、上記第１駆動部は、上記レーザヘッドを移動するように構成される。上記第２駆動部は、上記レーザヘッドを回転するように構成される。

本開示の他の例では、供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置の制御方法が提供される。上記付加加工装置は、付加加工中の上記ワークに上記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、付加加工中の上記ワークを保持するためのワーク保持部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部とを備える。上記制御方法は、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて上記相対角度を調整するステップと、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、上記相対位置を上記積層方向に一定距離ずつ変化させるステップとを備える。

本開示の他の例では、供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置の制御プログラムが提供される。上記付加加工装置は、付加加工中の上記ワークに上記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、付加加工中の上記ワークを保持するためのワーク保持部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部とを備える。上記制御プログラムは、上記付加加工装置に、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて上記相対角度を調整するステップと、上記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、上記相対位置を上記積層方向に一定距離ずつ変化させるステップとを実行させる。

本開示の他の例では、供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置は、付加加工中の上記ワークに上記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、付加加工中の上記ワークを保持するためのワーク保持部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、上記レーザヘッドおよび上記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、上記ワークに対する上記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部と、上記付加加工装置を制御するための制御装置とを備える。上記ワークは、少なくとも、第１層と、上記第１層の次に形成される第２層とを含む。上記制御装置は、上記第１層の付加加工が完了したことに基づいて、上記第１層から上記第２層への積層方向に上記レーザ光の光軸が向くように、かつ、当該光軸が上記第１層の表面と直交するように上記相対角度を調整する処理と、上記第１層の付加加工が完了したことに基づいて、上記レーザ光の焦点が上記第１層の表面に位置するように上記相対位置を調整する処理とを実行する。

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

付加加工装置を示す正面図である。 付加加工中におけるレーザヘッドの断面図を示す。 ワークＷを造形している様子を示す図である。 ３Ｄモデルの一例を示す図である。 ３Ｄモデルの断面モデルを示す図である。 発明者らが行った実験結果をグラフで示す図である。 付加加工装置の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。 ３Ｄモデルから加工プログラムを生成する処理を示すフローチャートである。 加工プログラムに従ってワークを造形する処理を示すフローチャートである。 ３Ｄモデルの一例を示す図である。 Ｚ方向における積層過程を概略的に示す図である。 比較例に従う積層過程を概略的に示す図である。 本変形例に従う積層過程を概略的に示す図である。 発明者らが実験に用いた３Ｄモデルを示す図である。 ３Ｄモデルから造形されたワークを示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

＜Ａ．付加加工装置１００＞
まず、図１を参照して、実施の形態に従う付加加工装置１００について説明する。図１は、付加加工装置１００を示す正面図である。

理解を容易にするために、以下では、水平面上の一方向を「ｘ方向」と称し、ｘ方向に直交する水平面上の方向を「ｙ方向」と称し、ｘ方向およびｙ方向の両方に直交する方向（すなわち、重力方向）を「ｚ方向」と称する。

付加加工装置１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。付加加工装置１００は、ＳＭ加工の機能として、回転工具を用いたミーリング機能を有する。

以下では、付加加工装置１００の一例として、ミーリング機能を有するＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機について説明を行なうが、付加加工装置１００は、これに限定されない。一例として、付加加工装置１００は、ミーリング機能の代わりに、固定工具を用いた旋削機能を有するＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機であってもよい。あるいは、付加加工装置１００は、ミーリング機能と旋削機能との両方を有するＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機であってもよい。あるいは、付加加工装置１００は、３Ｄプリンタなどの、除去加工機能を有さない装置であってもよい。

付加加工装置１００は、機械ベッド１１を備える。機械ベッド１１上には、旋回テーブル１２が設けられている。旋回テーブル１２は、回転テーブル１３（ワーク保持部）を有する。回転テーブル１３は、旋回テーブル１２に回転可能に取り付けられている。回転テーブル１３上には、付加加工対象のワークＷがクランプされる。

一例として、付加加工装置１００は、回転テーブル１３上にクランプされたワークＷの回転に関して制御可能な２つの軸（旋回軸および回転軸）を有する。旋回軸は、機械ベッド１１の上面に平行な軸であり、ｘｙ平面と平行な軸である。回転軸は、旋回テーブル１２の上面に直交する軸であり、ｚ軸方向と平行な軸である。回転テーブル１３は、旋回軸回りおよび回転軸回りに回転可能に構成される。

付加加工装置１００は、第１スライド機構１４を有する。第１スライド機構１４は、機械ベッド１１の後側の機械コラムに配置される。第１スライド機構１４は、当該機械コラムに取り付けられたスライドガイドに沿ってｘ方向に移動可能に構成される。

第１スライド機構１４には、ｙ方向にアライメントされたスライドガイドが配置される。第２スライド機構１５は、第１スライド機構１４のスライドガイドに沿ってｙ方向に移動可能に構成される。

第２スライド機構１５には、除去加工用ヘッド１６が設けられている。除去加工用ヘッド１６は、第２スライド機構１５に沿ってｚ方向に駆動可能に構成される。付加加工装置１００は、ｘ方向における第１スライド機構１４の駆動と、ｙ方向における第２スライド機構１５の駆動と、ｚ方向における除去加工用ヘッド１６の駆動とを制御することにより、ｘ～ｚ方向の任意の位置に除去加工用ヘッド１６を駆動する。これらの駆動は、たとえば、サーボモータなどにより実現される。

付加加工装置１００は、工具１８Ａなどの様々なユニットを収容するマガジン１８と、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）１９とを有する。工具１８Ａは、未使用時には、マガジン１８に収容されている。自動工具交換装置１９は、工具交換指示を受け付けたことに基づいて、装着対象のユニットをマガジン１８から引き抜き、当該ユニットを主軸１２４に装着する。

付加加工装置１００は、ＤＥＤ方式により付加加工を行なうためのレーザヘッド２１をさらに有する。レーザヘッド２１は、付加加工中のワークＷに金属材料を供給するとともに、ワーク表面にレーザ光を照射する。

レーザヘッド２１は、ヘッド本体２２と、レーザツール２６とを有する。ヘッド本体２２には、ケーブル３１を介して金属材料が供給される。レーザツール２６は、ワークに向けてレーザ光を照射するとともに、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める。レーザヘッド２１に供給された金属材料は、ノズル（図示しない）を通じてワークに向けて吐出される。

レーザヘッド２１は、第３スライド機構２４に設けられる。第３スライド機構２４は、スライドガイド２３に設けられ、ｙ方向に駆動可能に構成される。レーザヘッド２１は、第３スライド機構２４の駆動に連動してｙ方向の任意の位置に駆動される。レーザヘッド２１は、付加加工時において、主軸１２４の下方に位置するように駆動され、主軸１２４に取り付けられる。主軸１２４に装着されたレーザヘッド２１は、除去加工用ヘッド１６と連動して、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に駆動される。

＜Ｂ．レーザヘッド２１＞
図２を参照して、図１に示されるレーザヘッド２１の機能について説明する。図２は、付加加工中におけるレーザヘッド２１の断面図を示す。

図２には、付加加工中のワークＷが示されている。ワークＷは、基準面１４０上に積層される。基準面１４０は、任意の物体の表面を表わす。一例として、基準面１４０は、回転テーブル１３の上面であってもよいし、基板の上面であってもよいし、付加加工中のワークの表面であってもよい。

以下では、上述のｘ～ｚ軸（図１参照）と区別して、新たに、Ｘ～Ｚ軸を定義する。Ｘ軸～Ｚ軸は、基準面１４０を基準とする座標軸である。すなわち、Ｘ軸～Ｚ軸は、基準面１４０と連動する。以下では、基準面１４０上の一方向を「Ｘ方向」と称し、Ｘ方向に直交する基準面１４０上の方向を「Ｙ方向」と称し、Ｘ方向およびＹ方向の両方に直交する方向（すなわち、基準面１４０の直交方向）を「Ｚ方向」と称する。

レーザヘッド２１は、Ｙ方向に移動しながら、金属材料３１２をワークＷの表面に供給する。金属材料３１２は、パウダー状の金属材料であってもよいし、ワイヤー状の金属材料であってもよい。図２には、パウダー状の金属材料３１２が供給されている例が示されている。

供給された金属材料３１２は、レーザヘッド２１から吐出されるガス３１３によってレーザ光３１１の焦点位置Ｆに導かれる。これにより、金属材料３１２は、ワークＷ上で融解し、メルトプール３１４がワークＷの表面に形成される。メルトプール３１４は、金属材料３１２とワークＷとが融解している箇所である。融解した金属材料３１２とワークＷとが固まることで、ワークＷ上に層ＳＬが形成される。

＜Ｃ．付加加工の態様＞
図３を参照して、付加加工装置１００による付加加工の態様について説明する。図３は、ワークＷを造形している様子を示す図である。

付加加工装置１００は、予め設計されている加工プログラムに従って、ワークＷを造形する。当該加工プログラムには、指令積層高さ「ＬＨｃ」が規定されている。付加加工装置１００は、ワークＷの各層の付加加工が終了する度に、指令積層高さ「ＬＨ_ｃ」に従って、レーザヘッド２１をＺ方向に駆動する。これにより、ワークＷの実際の高さは、「ＬＨａ」ずつ増加する。好ましくは、付加加工装置１００は、指令積層高さ「ＬＨ_ｃ」が実績層高さ「ＬＨａ」と一致するように、レーザヘッド２１の駆動を制御する。

以上のように、付加加工装置１００は、ＸＹ方向の層形成が完了する度に、レーザヘッド２１をＺ方向に駆動する。ＸＹ方向のレーザヘッド２１の駆動と、Ｚ方向におけるレーザヘッド２１の駆動とが繰り返されることで、ワークＷが一層ずつ形成される。

＜Ｄ．３Ｄモデル＞
図４を参照して、ワークＷの目標形状となる３Ｄモデルについて説明する。図４は、３Ｄモデルの一例の３ＤモデルＭＤ１を示す図である。

図４には、Ｚ方向において径が変化する筒形状（ボトル形状）の３ＤモデルＭＤ１が示されている。３ＤモデルＭＤ１は、３次元データである。３ＤモデルＭＤ１のデータ形式は、任意である。一例として、３ＤモデルＭＤ１は、３次元形状が点および線の組み合わせで規定されるワイヤーフレームモデルであってもよいし、３次元形状が面の組み合わせで規定されるサーフェイスモデルであってもよいし、物体の有無または種別を示す情報が３次元上の各座標値に関連付けられた空間格子モデルであってもよいし、金属材料を吐出すべき３次元の座標値を識別することが可能なその他の３Ｄモデルであってもよい。

図４には、Ｚ方向において径が変化する３ＤモデルＭＤ１が示されている。付加加工装置１００は、３ＤモデルＭＤ１の入力を受けて、３ＤモデルＭＤ１を表わすワークを形成するための加工プログラムを自動生成する。一例として、当該加工プログラムは、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）を用いて自動生成される。

より具体的には、付加加工装置１００は、３ＤモデルＭＤ１の入力を受けたことに基づいて、当該３ＤモデルＭＤ１を層別に分離し、各層の指令積層高さ「ＬＨｃ」（図３参照）を決定する。層への分離方法については後述する。次に、付加加工装置１００は、３ＤモデルＭＤ１に規定される形状データに基づいて、各層について、レーザ光３１１の焦点の経路（以下、「焦点パス」ともいう。）を特定する。次に、付加加工装置１００は、レーザ光３１１の焦点が各層の焦点パスを通過するような制御指令を生成し、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１への制御指令を加工プログラムに規定する。

＜Ｅ．３ＤモデルＭＤ１の分離方法＞
次に、図５を参照して、３ＤモデルＭＤ１を層別に分離する方法について説明する。図５は、３ＤモデルＭＤ１の断面モデルＭＤ１Ａを示す図である。断面モデルＭＤ１Ａは、図４に示される３ＤモデルＭＤ１の領域ＡＲ１における断面を表わしている。領域ＡＲ１は、ＸＹ平面に直交する平面である。

図５（Ａ）には、断面モデルＭＤ１ＡをＺ方向に等間隔に分離している例が示されている。図５（Ｂ）には、断面モデルＭＤ１Ａを積層方向に等間隔に分離している例が示されている。

「積層方向」とは、断面モデルＭＤ１Ａ上の一の層から次の層に向かう方向を意味する。一例として、積層方向は、断面モデルＭＤ１Ａ上の一の層の加工完了点から次の層の加工開始点に向かう方向を含む。

付加加工装置１００は、３ＤモデルＭＤ１の入力を受けて、３ＤモデルＭＤ１を層別に分離する。このとき、図５（Ａ）の例では、付加加工装置１００は、Ｚ方向において等間隔「ｚａ」に３ＤモデルＭＤ１を分離している。この場合、積層方向におけるレーザヘッド２１の移動量は、「ｄ１」～「ｄ７」となる。移動量「ｄ１」～「ｄ７」は、下記の式（１）を満たす。

ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＜ｄ４＜ｄ５＜ｄ６＜ｄ７・・・（１）
積層方向におけるレーザヘッド２１の移動量が大きくなると、レーザ光３１１の焦点がワーク表面からずれ、造形精度が落ちる。結果として、付加加工装置１００は、３ＤモデルＭＤ１と同じ高さまでワークを積層することができなくなる。そこで、付加加工装置１００は、図５（Ｂ）に示されるように、積層方向におけるレーザヘッド２１の移動量を一定にする。

より具体的な処理として、まず、付加加工装置１００は、１層目の加工完了点「Ｐ１」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ２」を２層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ２」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を２層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、２層目の加工完了点「Ｐ２」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ３」を３層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ３」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を３層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、３層目の加工完了点「Ｐ３」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ４」を４層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ４」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を４層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、４層目の加工完了点「Ｐ４」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ５」を５層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ５」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を５層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、５層目の加工完了点「Ｐ５」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ６」を６層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ６」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を６層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、６層目の加工完了点「Ｐ６」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ７」を７層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ７」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を７層目の焦点パスとして特定する。

次に、付加加工装置１００は、７層目の加工完了点「Ｐ７」を中心とした半径「ｄ」の円を仮想的に断面モデルＭＤ１Ａ上に設定し、当該円と断面モデルＭＤ１Ａとの交点「Ｐ８」を８層目の加工開始点として特定する。次に、付加加工装置１００は、交点「Ｐ８」を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線を特定し、当該交線を８層目の焦点パスとして特定する。

以上の処理により、付加加工装置１００は、積層方向におけるレーザヘッド２１の移動量が一定になるような加工プログラムを自動生成する。自動生成された加工プログラムが実行されると、付加加工装置１００は、ワークＷにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて、ワークＷに対するレーザヘッド２１の相対角度を調整する。また、付加加工装置１００は、ワークＷにおける各層の付加加工が完了する度に、ワークに対するレーザヘッド２１の相対位置を積層方向に一定距離「ｄ」ずつ変化させる。

これにより、付加加工装置１００は、積層方向が変化するワークを造形する場合でも、レーザ光の焦点をワークの表面に合わせることができ、目標の高さまでワークＷを積層することが可能になる。

なお、上述では、径がＺ軸の正方向において徐々に大きくなる３ＤモデルＭＤ１を例に挙げて説明を行ったが、ワークＷに対するレーザヘッド２１の移動距離を一定にする上述の方法は、Ｚ方向に曲面を有するその他の形状の３Ｄモデルにも適用され得る。一例として、当該方法は、径がＺ軸の正方向において徐々に小さくなる３Ｄモデルにも適用され得る。他の例として、当該方法は、Ｚ方向に曲面を有する面状（ウォール状）の３Ｄモデルにも適用され得る。

また、ワークＷに対するレーザヘッド２１の相対角度は、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の少なくとも一方を回転することで調整される。すなわち、当該相対角度の調整の際には、回転テーブル１３のみが回転されてもよいし、レーザヘッド２１のみが回転されてもよいし、回転テーブル１３とレーザヘッド２１との両方が回転されてもよい。

ある局面において、当該相対角度は、回転テーブル１３がｘ軸またはｙ軸周りの旋回方向に回転駆動されることで調整される。この場合、積層方向が常に重力方向となる。すなわち、付加加工装置１００は、ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、レーザヘッド２１とワークとの間の距離を維持しつつ回転テーブル１３の角度を調整するとともに、一定距離「ｄ」ずつ重力方向にレーザヘッド２１を移動する。

他の局面において、当該相対角度は、レーザヘッド２１がＸ軸またはＹ軸周りに回転駆動されることで調整される。この場合、付加加工装置１００は、ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、レーザヘッド２１とワークとの間の距離を維持しつつレーザヘッド２１の角度を調整するとともに、一定距離「ｄ」ずつ積層方向にレーザヘッド２１を移動する。

また、ワークＷに対するレーザヘッド２１の相対位置は、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の少なくとも一方を移動することで調整される。すなわち、当該相対位置の調整の際には、回転テーブル１３のみが移動されてもよいし、レーザヘッド２１のみが移動されてもよいし、回転テーブル１３とレーザヘッド２１との両方が移動されてもよい。

＜Ｆ．実験結果＞
発明者らは、図５（Ｂ）に示される積層処理の有効性を実験により確認した。以下では、図６を参照して、当該実験の結果について説明する。図６は、発明者らが行った実験結果をグラフで示す図である。

図６に示されるグラフの横軸は、ＸＹ平面上の一方向における座標値を示す。図６に示されるグラフの縦軸は、Ｚ方向の座標値を示す。図６のグラフ上には、実験結果ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＢ１～ＥＢ３が示されている。

実験結果ＥＡ１は、図５（Ａ）に示される積層処理を既製のＣＡＭ製品「１」に適用した場合に形成されるワークＷの断面形状を示す。

実験結果ＥＡ２は、図５（Ａ）に示される積層処理を既製のＣＡＭ製品「２」に適用した場合に形成されるワークＷの断面形状を示す。

実験結果ＥＢ１は、図５（Ｂ）に示される積層処理を既製のＣＡＭ製品「１」に適用した場合に形成されるワークＷの断面形状を示す。

実験結果ＥＢ２は、図５（Ｂ）に示される積層処理を既製のＣＡＭ製品「２」に適用した場合に形成されるワークＷの断面形状を示す。

実験結果ＥＢ３は、図５（Ｂ）に示される積層処理を既製のＣＡＭ製品「３」に適用した場合に形成されるワークＷの断面形状を示す。

図６に示されるように、実験結果ＥＢ１～ＥＢ３に示されるワークＷの積層高さは、実験結果ＥＡ１、ＥＡ２に示されるワークＷの積層高さよりも、３ＤモデルＭＤ１に近い。この結果は、図５（Ｂ）に示される積層処理を用いれば、目標の高さまでワークＷを積層できることを示している。

＜Ｇ．付加加工装置１００のハードウェア構成＞
図７を参照して、付加加工装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。図７は、付加加工装置１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。

付加加工装置１００は、回転テーブル１３と、第１スライド機構１４と、第２スライド機構１５と、除去加工用ヘッド１６と、制御装置１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、記憶装置１２０と、位置駆動部１３１（第１駆動部）と、回転駆動部１３２（第２駆動部）とを含む。これらの機器は、バス（図示しない）を介して接続されている。

本明細書でいう「位置駆動部１３１」とは、回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対位置を変えるための駆動機構のことを言う。位置駆動部１３１は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の少なくとも１つの方向において当該相対位置を調整するように構成されればよい。位置駆動部１３１の装置構成は、任意である。位置駆動部１３１は、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図７の例では、位置駆動部１３１は、サーボドライバ１４１Ａ～１４１Ｃと、サーボモータ１４２Ａ～１４２Ｃと、エンコーダ１４３Ａ～１４３Ｃとで構成されている。

本明細書でいう「回転駆動部１３２」とは、回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対角度を変えるための駆動機構のことを言う。回転駆動部１３２は、ｘ軸方向を回転軸中心とした回転方向（ａ軸方向）、ｙ軸方向を回転軸中心とした回転方向（ｂ軸方向）、および、ｚ軸方向を回転軸中心とした回転方向（ｃ軸方向）の少なくとも１つ方向において当該相対角度を調整するように構成されればよい。回転駆動部１３２の装置構成は、任意である。回転駆動部１３２は、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図７の例では、回転駆動部１３２は、サーボドライバ１４１Ｄ，１４１Ｅと、サーボモータ１４２Ｄ，１４２Ｅと、エンコーダ１４３Ｄ，１４３Ｅとで構成されている。

図７の例では、位置駆動部１３１は、レーザヘッド２１を移動するように機能し、回転駆動部１３２は、回転テーブル１３を旋回方向に回転するように機能する。他の例として、回転駆動部１３２は、回転テーブル１３ではなく、レーザヘッド２１を回転するように構成されてもよい。すなわち、位置駆動部１３１は、レーザヘッド２１を移動するように機能し、回転駆動部１３２は、レーザヘッド２１を回転するように機能してもよい。

制御装置１０１は、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、少なくとも１つのＣＮＣ（Computer Numerical Control）、少なくとも１つのＭＰＵ（Micro Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ、少なくとも１つのＦＰＧＡまたはそれらの組み合わせなどによって構成される。

制御装置１０１は、加工プログラム１２２など各種プログラムを実行することで付加加工装置１００の動作を制御する。制御装置１０１は、プログラムの実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０からＲＯＭ１０２に当該プログラムを読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、プログラムの実行に必要な各種データを一時的に格納する。

制御装置１０１は、加工プログラム１２２に従ってサーボドライバ１４１Ａを制御する。サーボドライバ１４１Ａは、制御装置１０１から目標回転数（または目標位置）の入力を逐次的に受け、サーボモータ１４２Ａが目標回転数で回転するようにサーボモータ１４２Ａを制御し、第１スライド機構１４をｘ軸方向に駆動する。より具体的には、サーボドライバ１４１Ａは、エンコーダ１４３Ａのフィードバック信号からサーボモータ１４２Ａの実回転数（または実位置）を算出し、当該実回転数が目標回転数よりも小さい場合にはサーボモータ１４２Ａの回転数を上げ、当該実回転数が目標回転数よりも大きい場合にはサーボモータ１４２Ａの回転数を下げる。このように、サーボドライバ１４１Ａは、サーボモータ１４２Ａの回転数のフィードバックを逐次的に受けながらサーボモータ１４２Ａの回転数を目標回転数に近付ける。サーボドライバ１４１Ａは、第１スライド機構１４をｘ軸方向に移動し、主軸１２４に取り付けられたレーザヘッド２１をｘ軸方向（図１参照）の任意の位置に移動する。

同様のモータ制御により、サーボドライバ１４１Ｂは、制御装置１０１からの制御指令に従って第２スライド機構１５をｙ軸方向に移動し、主軸１２４に取り付けられたレーザヘッド２１をｙ軸方向（図１参照）の任意の位置に移動する。

同様のモータ制御により、サーボドライバ１４１Ｃは、制御装置１０１からの制御指令に従って除去加工用ヘッド１６をｚ軸方向に移動し、主軸１２４に取り付けられたレーザヘッド２１をｚ軸方向（図１参照）の任意の位置に移動する。

同様のモータ制御により、サーボドライバ１４１Ｄは、制御装置１０１からの制御指令に従って旋回軸周りに回転テーブル１３を回転駆動し、回転テーブル１３を任意の旋回角度に駆動する。当該旋回軸は、機械ベッド１１（図１参照）の上面に平行な軸線である。当該旋回軸は、たとえば、ｘ軸またはｙ軸である。

同様のモータ制御により、サーボドライバ１４１Ｅは、制御装置１０１からの制御指令に従って回転軸周りに回転テーブル１３を回転駆動し、回転テーブル１３を任意の回転角度に駆動する。当該回転軸は、旋回テーブル１２の上面に直交する軸線（すなわち、Ｚ軸方向の軸線）である。

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置１２０は、加工プログラム１２２、ＣＡＭプログラム１２３、および３ＤモデルＭＤ１などを格納する。加工プログラム１２２は、たとえば、付加加工用のプログラムコードと、除去加工用のプログラムコードと、その他のプログラムコードとを含む。付加加工用のプログラムコードは、上述の移動距離「ｄ」（図５参照）と、付加加工処理によるワークの最終的な目標高さと、付加加工処理によるワークの最終的な目標積層数とを含む。

加工プログラム１２２、ＣＡＭプログラム１２３、および３ＤモデルＭＤ１の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュ領域など）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

また、加工プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、加工プログラム１２２による上述のフィードバック処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う加工プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、加工プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが加工プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で付加加工装置１００が構成されてもよい。

＜Ｈ．加工プログラムの生成フロー＞
図８を参照して、付加加工装置１００の制御フローについて説明する。図８は、３ＤモデルＭＤ１から加工プログラムを生成する処理を示すフローチャートである。

図８に示される処理は、たとえば、付加加工装置１００の制御装置１０１が上述のＣＡＭプログラム１２３（図７参照）を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、付加加工装置１００とは異なるコンピュータ、回路素子、またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

ステップＳ１１０において、制御装置１０１は、３ＤモデルＭＤ１の入力を受け付けたか否かを判断する。３ＤモデルＭＤ１は、たとえば、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）ソフトなどを用いて予め設計される。制御装置１０１は、３ＤモデルＭＤ１の入力を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１１０の処理を再び実行する。

ステップＳ１１２において、制御装置１０１は、上述の基準面１４０（図４参照）と３ＤモデルＭＤ１との交線を１層目の焦点パスとして特定する。制御装置１０１は、レーザ光３１１の焦点が当該焦点パスを通過するように、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の駆動指令を生成し、当該駆動指令を加工プログラム１２２（図７参照）に書き込む。典型的には、制御装置１０１は、レーザヘッド２１の光軸が基準面１４０に直交するように駆動指令を生成する。

ステップＳ１１４において、制御装置１０１は、ワークの層数を示す変数「Ｎ」を１に初期化する。

ステップＳ１１６において、制御装置１０１は、３ＤモデルＭＤ１内において、Ｎ層目の加工完了点を中心とした半径「ｄ」（図５（Ｂ）参照）の円を仮想的に設定する。当該円は、Ｎ層目の焦点パスと直交する。すなわち、当該円は、Ｎ層目におけるレーザ光３１１の焦点の走査方向と直交する。

ステップＳ１１８において、制御装置１０１は、ステップＳ１１６で設定した仮想的な円と、３ＤモデルＭＤ１との交点を探索する。このとき、制御装置１０１は、Ｎ層目の加工完了点よりもＺ軸の正側にある交点を探索する。すなわち、制御装置１０１は、Ｎ層目の加工完了点よりもＺ軸にある負側の交点を探索結果から除外する。

ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、ステップＳ１１８での探索処理により交点が存在するか否かを判断する。制御装置１０１は、当該交点が存在すると判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置１０１は、図８に示される処理を終了する。

ステップＳ１２２において、制御装置１０１は、ステップＳ１１８で特定された交点をＮ＋１層目の加工開始点として特定する。次に、制御装置１０１は、レーザ光３１１の焦点が当該加工開始点に一致するように、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の駆動指令を生成し、当該駆動指令を加工プログラム１２２（図７参照）に書き込む。典型的には、制御装置１０１は、レーザヘッド２１の光軸がＮ＋１層目の加工開始点からＮ層目の加工完了点に向くように駆動指令を生成する。

ステップＳ１２４において、制御装置１０１は、ステップＳ１２０で特定された加工開始点を含むＸＹ平面との平行面と、３ＤモデルＭＤ１との交線をＮ＋１層目の焦点パスとして特定する。制御装置１０１は、レーザ光３１１の焦点が当該焦点パスを通過するように、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の駆動指令を生成し、当該駆動指令を加工プログラム１２２に書き込む。

ステップＳ１２６において、制御装置１０１は、変数「Ｎ」をインクリメントする。すなわち、制御装置１０１は、変数「Ｎ」の値を１増加する。

以上の処理で、３ＤモデルＭＤ１から加工プログラム１２２が生成される。なお、上述のステップＳ１２４では、Ｎ＋１層目の加工開始点を含むＸＹ平面との平行面と、３Ｄモデルとの交線が焦点パスとして特定される例について説明を行ったが、焦点パスの特定方法は、これに限定されない。一例として、制御装置１０１は、Ｎ層目の焦点パスにおいて複数の代表点を設定し、各代表点から積層方向に距離「ｄ」だけ進んだ対応点を特定し、各対応点を繋いだ線をＮ＋１層目の焦点パスとして設定してもよい。

＜Ｉ．付加加工処理に係るフロー＞
図９を参照して、付加加工装置１００の制御フローについて説明する。図９は、加工プログラムに従ってワークを造形する処理を示すフローチャートである。

図９に示される処理は、たとえば、付加加工装置１００の制御装置１０１が上述の加工プログラム１２２（図７参照）を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子、またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

ステップＳ１５０において、制御装置１０１は、加工プログラム１２２が実行されたか否かを判断する。制御装置１０１は、加工プログラム１２２が実行されたと判断した場合（ステップＳ１５０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１５２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１５０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１５０の処理を再び実行する。

ステップＳ１５２において、制御装置１０１は、加工プログラム１２２に従って、レーザ光３１１の焦点が１層目の焦点パスを通過するように、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の駆動を制御する。より具体的には、制御装置１０１は、レーザヘッド２１の光軸が回転テーブル１３に直交している状態を維持しつつ、レーザ光３１１の焦点を１層目の焦点パスを通過させる。これにより、１層目の層が形成される。

ステップＳ１５４において、制御装置１０１は、ワークの層数を示す変数「Ｎ」を２に初期化する。

ステップＳ１５６において、制御装置１０１は、加工プログラム１２２に規定されるＮ層目の加工開始点に従って、回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対角度を調整する。より具体的には、制御装置１０１は、Ｎ－１層目の加工完了点からＮ層目の加工開始点に向かう方向にレーザヘッド２１の光軸が向くように当該相対角度を調整する。このとき、制御装置１０１は、Ｎ－１層目の焦点位置とレーザヘッド２１との間の距離を一定に保ちながら当該相対角度を調整する。

ステップＳ１５８において、制御装置１０１は、加工プログラム１２２に規定されるＮ層目の加工開始点に従って、回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対位置を調整する。より具体的には、制御装置１０１は、Ｎ－１層目の加工完了点からＮ層目の加工開始点に向かう積層方向に距離「ｄ」だけレーザヘッド２１を駆動する。これにより、レーザヘッド２１の焦点がＮ－１層目の表面に位置する。

ステップＳ１６０において、制御装置１０１は、加工プログラム１２２に規定されるＮ層目の焦点パスをレーザヘッド２１の焦点が通過するように、回転テーブル１３およびレーザヘッド２１の駆動を制御する。これにより、Ｎ層目の層が形成される。

ステップＳ１７０において、制御装置１０１は、Ｎ層目が最終層であるか否かを判断する。当該最終層の値は、たとえば、加工プログラム１２２において予め規定されている。制御装置１０１は、Ｎ層目が最終層であると判断した場合（ステップＳ１７０においてＹＥＳ）、図９に示される処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ１７０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１７２に切り替える。

ステップＳ１７２において、制御装置１０１は、変数「Ｎ」をインクリメントする。すなわち、制御装置１０１は、変数「Ｎ」の値を１増加する。

＜Ｊ．変形例＞
（Ｊ１．概要）
上述では、積層方向が徐々に変化するような３ＤモデルＭＤ１（図４参照）を造形する場合について説明を行った。これ対して、本変形例では、積層方向が第１方向から第２方向に大きく変化するような３Ｄモデルを造形する場合について説明を行う。

図１０は、他の例である３ＤモデルＭＤ２を示す図である。図１０には、円柱の側面と円錐台の側面とが組み合わせた３ＤモデルＭＤ２が示されている。

図１０に示されるように、３ＤモデルＭＤ２は、領域ＡＲ２において、積層方向が方向Ｄ１から方向Ｄ２に大きく変化している。領域ＡＲ２は、ＸＹ平面に直交する一平面である。

本変形例に従う付加加工装置１００は、積層方向が方向Ｄ１から方向Ｄ２に大きく変わるような３ＤモデルＭＤ２であっても、予め設定された目標の高さまでワークを積層する。

（Ｊ２．Ｚ方向の積層処理）
次に、図１１を参照して、Ｚ方向における積層処理について説明する。図１１は、Ｚ方向における積層過程を概略的に示す図である。

図１１には、３ＤモデルＭＤ２の断面モデルＭＤ２Ａを示す図である。断面モデルＭＤ２Ａは、図１１に示される３ＤモデルＭＤ２の領域ＡＲ２における断面を表わしている。領域ＡＲ２は、ＸＹ平面に直交する平面である。

Ｚ方向における積層処理では、付加加工装置１００は、ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対位置を一定距離ｄずつ変化させる。これにより、レーザ光３１１の焦点が層の表面に位置する。

また、付加加工装置１００は、レーザ光３１１の光軸ＡＸが積層方向（すなわち、Ｚ方向）を向くように回転テーブル１３に対するレーザヘッド２１の相対角度を調整する。図１１の例では、当該相対角度は、一定に維持される。

典型的には、付加加工装置１００は、３次元空間に仮想的に設定されるビードＣを移動しながら、当該ビードＣを基準として上記相対位置および上記相対角度を制御する。ビードＣは、供給されて凝固した金属材料３１２が占めるであろう範囲を表わす。ビードＣは、ＸＹ平面に直交し、かつ、３ＤモデルＭＤ２の表面と直交するように設定される。付加加工装置１００は、ビードＣを順次移動することでレーザ光３１１の焦点位置Ｆ１を移動し、金属材料３１２を積層していく。

図１１には、ビードＣ１に対応する層の形成が完了しており、ビードＣ２に対応する層が次に形成される例が示されている。この場合、付加加工装置１００は、ビードＣ１と断面モデルＭＤ２Ａとの交点を次の焦点位置Ｆ１とする。これにより、ビードＣ２に対応する層が形成される。

（Ｊ３．変化点での積層処理）
次に、図１２および図１３を参照して、積層方向が大きく変化する層における積層処理について説明する。図１２は、比較例に従う積層過程を概略的に示す図である。図１３は、本変形例に従う積層過程を概略的に示す図である。

図１２に示されるように、積層方向が方向Ｄ１から方向Ｄ２に大きく変化する層において、レーザ光３１１の光軸ＡＸが方向Ｄ２に向けられ、かつ、レーザ光３１１の焦点位置Ｆ２がビードＣの上面に合わされたとする。この場合、金属材料３１２の一部は、ワークに付着せずに漏れてしまう。そのため、本変形例に従う付加加工装置１００は、積層方向が大きく変化する際に金属材料３１２が漏れないように、回転テーブル１３とレーザヘッド２１との駆動を制御する。

図１３を参照して、本変形例のより具体的な処理について説明する。まず、付加加工装置１００は、ビードＣの中心点が積層方向の変化点Ｐ３に一致するまでＺ方向に積層する。

次に、付加加工装置１００は、ワークに対するレーザヘッド２１の相対角度を調整する。より具体的には、付加加工装置１００は、ビードＣ３に対応する層（第１層）の付加加工が完了したことに基づいて、光軸ＡＸが方向Ｄ２（積層方向）を向くように、かつ、光軸ＡＸがビードＣ３に対応する層（第２層）の表面と直交するように、当該相対角度を調整する。異なる言い方をすれば、付加加工装置１００は、光軸ＡＸがビードＣ３の中心を常に向くように当該相対角度を調整する。

また、付加加工装置１００は、ワークに対するレーザヘッド２１の相対位置を調整する。より具体的には、付加加工装置１００は、ビードＣ３に対応する層の付加加工が完了したことに基づいて、レーザ光３１１の焦点Ｆ３が当該層の表面上に位置するように、当該相対位置を調整する。

以上のように、付加加工装置１００は、積層方向が方向Ｄ１から方向Ｄ２に変化する場合に、光軸ＡＸがビードＣ３の中心を向くように上記相対角度を調整する。これにより、金属材料３１２がビードＣ３に対応する層に漏れなく供給される。その結果、付加加工装置１００は、積層方向が大きく変化するワークを造形する場合でも、目標の高さまでワークを積層することが可能になる。

（Ｊ４．実験結果）
次に、図１４および図１５を参照して、本変形例に従う積層処理の有効性を確認した実験結果について説明する。図１４は、発明者らが実験に用いた３ＤモデルＭＤ３を示す図である。図１５は、３ＤモデルＭＤ３から造形されたワークＷを示す図である。

レーザ光３１１および金属材料３１２が積層過程で漏れると、レーザ光３１１および金属材料３１２の跡が基準面１４０に残る。しかしながら、図１５に示される基準面１４０には、レーザ光３１１および金属材料３１２の跡が無い。このことは、レーザ光３１１および金属材料３１２が漏れることなく積層処理を実現できていることを示す。

＜Ｋ．まとめ＞
以上のように、付加加工装置１００は、ワークＷにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて、ワークＷに対するレーザヘッド２１の相対角度を調整する。また、付加加工装置１００は、ワークＷにおける各層の付加加工が完了する度に、ワークに対するレーザヘッド２１の相対位置を積層方向に一定距離「ｄ」ずつ変化させる。

これにより、付加加工装置１００は、積層方向が変化するワークを造形する場合でも、レーザ光の焦点をワークの表面に合わせることができ、目標の高さまでワークＷを積層することが可能になる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１１ 機械ベッド、１２ 旋回テーブル、１３ 回転テーブル、１４ 第１スライド機構、１５ 第２スライド機構、１６ 除去加工用ヘッド、１８ マガジン、１８Ａ 工具、１９ 自動工具交換装置、２１ レーザヘッド、２２ ヘッド本体、２３ スライドガイド、２４ 第３スライド機構、２６ レーザツール、３１ ケーブル、１００ 付加加工装置、１０１ 制御装置、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１２０ 記憶装置、１２２ 加工プログラム、１２３ ＣＡＭプログラム、１２４ 主軸、１３１ 位置駆動部、１３２ 回転駆動部、１４０ 基準面、１４１Ａ～１４１Ｅ サーボドライバ、１４２Ａ～１４２Ｅ サーボモータ、１４３Ａ～１４３Ｅ エンコーダ、３１１ レーザ光、３１２ 金属材料、３１３ ガス、３１４ メルトプール。

Claims (8)

1. 供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置であって、
   付加加工中の前記ワークに前記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、
   付加加工中の前記ワークを保持するためのワーク保持部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部と、
   前記付加加工装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて前記相対角度を調整する処理と、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、前記相対位置を前記積層方向に一定距離ずつ変化させる処理とを実行する、付加加工装置。
2. 前記材料は、パウダー状の材料、またはワイヤー状の材料である、請求項１に記載の付加加工装置。
3. 前記第１駆動部は、前記レーザヘッドを移動するように構成され、
   前記第２駆動部は、前記ワーク保持部を回転するように構成される、請求項１または２に記載の付加加工装置。
4. 前記レーザヘッドは、前記変化させる処理において、前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に前記一定距離ずつ重力方向に駆動される、請求項３に記載の付加加工装置。
5. 前記第１駆動部は、前記レーザヘッドを移動するように構成され、
   前記第２駆動部は、前記レーザヘッドを回転するように構成される、請求項１または２に記載の付加加工装置。
6. 供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置の制御方法であって、
   前記付加加工装置は、
   付加加工中の前記ワークに前記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、
   付加加工中の前記ワークを保持するためのワーク保持部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部とを備え、
   前記制御方法は、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて前記相対角度を調整するステップと、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、前記相対位置を前記積層方向に一定距離ずつ変化させるステップとを備える、制御方法。
7. 供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置の制御プログラムであって、
   前記付加加工装置は、
   付加加工中の前記ワークに前記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、
   付加加工中の前記ワークを保持するためのワーク保持部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部とを備え、
   前記制御プログラムは、前記付加加工装置に、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、当該層から次の層への積層方向に応じて前記相対角度を調整するステップと、
   前記ワークにおける各層の付加加工が完了する度に、前記相対位置を前記積層方向に一定距離ずつ変化させるステップとを実行させる、制御プログラム。
8. 供給される材料を溶解して積層することによりワークを造形することが可能な付加加工装置であって、
   付加加工中の前記ワークに前記材料を供給するとともに、当該供給した材料を溶解するためのレーザ光を照射するレーザヘッドと、
   付加加工中の前記ワークを保持するためのワーク保持部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を移動することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対位置を変化させるための第１駆動部と、
   前記レーザヘッドおよび前記ワーク保持部の少なくとも一方を回転することで、前記ワークに対する前記レーザヘッドの相対角度を変化させるための第２駆動部と、
   前記付加加工装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記ワークは、少なくとも、
   第１層と、
   前記第１層の次に形成される第２層とを含み、
   前記制御装置は、
   前記第１層の付加加工が完了したことに基づいて、前記第１層から前記第２層への積層方向に前記レーザ光の光軸が向くように、かつ、当該光軸が前記第１層の表面と直交するように前記相対角度を調整する処理と、
   前記第１層の付加加工が完了したことに基づいて、前記レーザ光の焦点が前記第１層の表面に位置するように前記相対位置を調整する処理とを実行する、付加加工装置。

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