JP2023105840A - Metal laminate molding apparatus - Google Patents

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JP2023105840A JP2022006821A JP2022006821A JP2023105840A JP 2023105840 A JP2023105840 A JP 2023105840A JP 2022006821 A JP2022006821 A JP 2022006821A JP 2022006821 A JP2022006821 A JP 2022006821A JP 2023105840 A JP2023105840 A JP 2023105840A
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浩一郎 松久
Koichiro Matsuhisa
岳 孫
Yue Sun
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Abstract

To provide a metal laminate molding apparatus that can improve the shape accuracy in a first area portion where there is no sustainment due to nonexistence of a molding portion solidified by an optical beam in a lower part in a lamination direction.SOLUTION: A metal laminate molding apparatus for laminate molding a structure by a repetition of irradiating a powder layer which is a layer of metal powder, with an optical beam and laminating it through melting and solidification, wherein the structure has a first area portion where no molding portion solidified by the optical beam exists in a lower part in a lamination direction, and a second area portion where the molding portion exists in the lower part, comprises a storage portion that previously stores identification information for identifying the first area portion and the second area portion, and a condition adjusting portion that adjusts a molding condition for determining an energy density so as to input heat with a lower energy density during molding the first area portion than during molding the second area portion based on the identification information.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、金属積層造形装置に関する。 The present disclosure relates to a metal additive manufacturing apparatus.

従来、例えば特許文献1に記載されるように、金属粉末の層にレーザ等の光ビームを照射し溶融、凝固させて積層することを繰り返して、構造物を積層造形する金属積層造形装置が知られている。金属粉末としては、アルミニウムや、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、銅合金等、様々な金属が使用される。このような金属積層造形装置は、微細な造形が可能であるため、機械系部品から電気系部品まで、様々な分野で期待されている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, there is known a metal additive manufacturing apparatus that laminates and models a structure by repeatedly irradiating a layer of metal powder with a light beam such as a laser to melt, solidify, and laminate. It is Various metals such as aluminum, titanium, nickel, stainless steel, and copper alloys are used as the metal powder. Since such a metal additive manufacturing apparatus is capable of fine modeling, it is expected to be used in various fields from mechanical parts to electrical parts.

特開2021-167452号公報JP 2021-167452 A

ところが、水管などであって、内部に流路などとして用いられる軸方向に延びる空洞が形成される構造物を、軸方向に垂直な平面での断面における下方から上方へ積層造形する場合には、構造物における、重力方向の上半分において大きな形状誤差が生じる虞がある。具体的には、流路の軸方向に垂直な平面での断面において、内周面を形成する部分のうちの重力方向の下半分は、造形時に下支えとなる造形部が存在するため、高精度な造形が可能となる。しかし、内周面を形成する部分のうちの重力方向の上半分は、造形時において既に造形された部位(凝固された部位)が直下に存在せず下支えがないため、下支えがある部位に比べて過入熱の状態となり、形状誤差を生じ、形状精度が悪化するという問題があった。 However, when a structure, such as a water pipe, in which an axially extending cavity used as a flow path is formed inside, is laminated from bottom to top in a cross section on a plane perpendicular to the axial direction, A large shape error may occur in the upper half of the structure in the direction of gravity. Specifically, in the cross section of the plane perpendicular to the axial direction of the flow channel, the lower half of the part forming the inner peripheral surface in the direction of gravity has a molded part that serves as a support during molding, so it is highly accurate. molding becomes possible. However, the upper half of the part that forms the inner peripheral surface in the direction of gravity does not have a part that has already been formed (solidified part) at the time of modeling, and there is no support. However, there is a problem that excessive heat input occurs, shape errors occur, and shape accuracy deteriorates.

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms.

(1)本開示の一形態によれば、金属積層造形装置が提供される。この金属積層造形装置は、金属粉末の層である粉末層に光ビームを照射し溶融、凝固させて積層することを繰り返して構造物を積層造形する金属積層造形装置であって、前記構造物は、前記光ビームにより凝固した造形部が積層方向の下部に存在しない第1エリア部と、前記造形部が下部に存在する第2エリア部と、を有し、前記第1エリア部と前記第2エリア部とを識別する識別情報を予め記憶する記憶部と、前記識別情報に基づき、前記第1エリア部の造形時に、前記第2エリア部の造形時よりも低いエネルギ密度で入熱を行うように、前記エネルギ密度を決定する造形条件を調整する条件調整部と、を備える。
光ビームにより凝固した造形部が積層方向の下部に存在せず下支えのない第1エリア部の造形時において、下支えとなる造形部が下部に存在する第2エリア部と同じエネルギ密度で光ビームを照射すると、第2エリア部と比べて過入熱の状態となり、形状誤差を生じやすく、形状精度が悪化する虞があった。上記形態の金属積層造形装置によれば、記憶部において第1エリア部と第2エリア部とを識別する識別情報が記憶される。そして、識別情報に基づき、条件調整部によって、第1エリア部の造形時に、第2エリア部の造形時よりも低いエネルギ密度で入熱を行うようにエネルギ密度を決定する造形条件を調整できる。このため、第1エリア部における過入熱が抑制でき、形状精度を向上させることができる。
(2)上記形態において、前記記憶部は、前記第1エリア部のうち、前記第2エリア部と同じ前記エネルギ密度により造形した場合に予め定められた形状誤差を超えた反りが発生する発生部と、前記第2エリア部と同じ前記エネルギ密度により造形した場合に前記反りが発生しない非発生部と、を識別する情報を前記識別情報としてさらに記憶し、前記条件調整部は、前記光ビームの出力であるビーム出力が前記非発生部の造形時における前記ビーム出力と同じであり、かつ、前記発生部におけるビーム照射時温度が前記非発生部における前記ビーム照射時温度と同一となるように、前記発生部の造形時において、前記ビーム出力とは異なる条件を前記造形条件として調整してもよい。
この形態の金属積層造形装置によれば、第1エリア部のうち、第2エリア部と同じ造形条件により造形した場合に予め定められた形状誤差を超えた反りが発生する発生部に対して、条件調整部により、第2エリア部の造形時よりも低いエネルギ密度で入熱を行うように調整できる。非発生部は、第2エリア部の造形時と同じエネルギ密度であっても反りが生じないため、エネルギ密度の調整は必要ない。上記形態では、形状精度を悪化させるような形状誤差を超えた反りが発生する発生部に対して、エネルギ密度が低くなるように調整するため、必要な部位に対して調整を行う好適な実施形態とできる。
(3)上記形態において、前記金属粉末は、銅合金であってもよい。銅合金粉末は、反射率が高く、光ビームのエネルギを吸収しにくいために、積層造形加工が比較的困難とされる。このような銅合金粉末であっても、上記形態の金属積層造形装置によれば、造形された構造物の形状精度を向上させることができる。
(4)上記形態において、前記構造物は、流体の流れる管路を有し、前記第1エリア部は、前記管路を形成する曲面状をなす内周部に形成されていてもよい。この形態の金属積層造形装置によれば、管路を有する構造物において、曲面状をなす内周部に形成される第1エリア部の形状精度を向上させることができる。
(5)上記形態において、前記構造物は、高周波熱処理用のコイルであってもよい。この形態の金属積層造形装置によれば、高周波熱処理用のコイルを形状精度良く積層造形加工により製造できる。
(6)上記形態において、前記条件調整部は、前記造形条件として、前記光ビームの走査速度、前記光ビームの走査ピッチ、および前記粉末層の積層厚みのうち少なくともいずれかの条件を調整してもよい。この形態の金属積層造形装置によれば、光ビームの走査速度、光ビームの走査ピッチ、および粉末層の積層厚みのうち少なくともいずれかの条件を用いて、エネルギ密度を調整できる。
(1) According to one aspect of the present disclosure, a metal additive manufacturing apparatus is provided. This metal additive manufacturing apparatus is a metal additive manufacturing apparatus that laminates and shapes a structure by repeatedly irradiating a powder layer, which is a layer of metal powder, with a light beam to melt, solidify, and laminate. and a first area portion in which the shaped portion solidified by the light beam does not exist at a lower portion in the lamination direction, and a second area portion in which the shaped portion exists at a lower portion, wherein the first area portion and the second area portion are provided. a storage unit for pre-storing identification information for identifying the area portion; and a storage unit configured to input heat at a lower energy density when molding the first area portion than when molding the second area portion based on the identification information. and a condition adjustment unit that adjusts a molding condition that determines the energy density.
When forming the first area where the modeled part solidified by the light beam does not exist at the bottom in the stacking direction and has no support, the light beam is emitted with the same energy density as the second area where the modeled part that serves as the support exists at the bottom. When irradiated, there is a risk of excessive heat input as compared with the second area portion, which tends to cause shape errors, and deteriorates shape accuracy. According to the metal additive manufacturing apparatus of the above aspect, the storage section stores identification information for identifying the first area section and the second area section. Then, based on the identification information, the condition adjustment unit can adjust the modeling conditions for determining the energy density so that heat input is performed at a lower energy density when modeling the first area than when modeling the second area. Therefore, excessive heat input to the first area can be suppressed, and shape accuracy can be improved.
(2) In the above aspect, the memory portion is a generating portion in which warping exceeding a predetermined shape error occurs when modeling is performed with the same energy density as that of the second area portion in the first area portion. and a non-warp portion that does not generate warpage when formed with the same energy density as the second area portion, and further stores information as the identification information, and the condition adjustment unit is configured to: So that the beam output, which is the output, is the same as the beam output during modeling of the non-generating portion, and the temperature at the time of beam irradiation in the generating portion is the same as the temperature at the time of beam irradiation in the non-generating portion, A condition different from the beam output may be adjusted as the shaping condition when shaping the generating portion.
According to the metal additive manufacturing apparatus of this aspect, in the first area part, when modeling is performed under the same modeling conditions as the second area part, the warp exceeding a predetermined shape error occurs in the generated part, The condition adjusting section can adjust the heat input at an energy density lower than that during the modeling of the second area section. The non-generating portion does not warp even if the energy density is the same as that of the second area portion, so adjustment of the energy density is not required. The above embodiment is a preferred embodiment in which adjustments are made to necessary parts in order to reduce the energy density of the warping portion where the warp occurs beyond the shape error that degrades the shape accuracy. can be done.
(3) In the above aspect, the metal powder may be a copper alloy. Copper alloy powder has a high reflectance and does not easily absorb the energy of a light beam, so lamination molding is relatively difficult. Even with such a copper alloy powder, it is possible to improve the shape accuracy of the structure formed by the metal additive manufacturing apparatus of the above embodiment.
(4) In the above aspect, the structure may have a conduit through which a fluid flows, and the first area portion may be formed in a curved inner peripheral part forming the conduit. According to the metal additive manufacturing apparatus of this aspect, it is possible to improve the shape accuracy of the first area formed in the curved inner peripheral portion of the structure having the pipeline.
(5) In the above aspect, the structure may be a coil for high-frequency heat treatment. According to the metal additive manufacturing apparatus of this embodiment, a coil for high-frequency heat treatment can be manufactured with high shape accuracy by additive manufacturing.
(6) In the above aspect, the condition adjustment unit adjusts at least one of the scanning speed of the light beam, the scanning pitch of the light beam, and the thickness of the powder layer as the molding condition. good too. According to the metal additive manufacturing apparatus of this aspect, the energy density can be adjusted using at least one of the scanning speed of the light beam, the scanning pitch of the light beam, and the lamination thickness of the powder layer.

本開示の第1実施形態における金属積層造形装置の概略構成を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows schematic structure of the metal lamination-molding apparatus in 1st Embodiment of this indication. ビーム照射装置によるビーム照射について説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining beam irradiation by a beam irradiation device; 金属積層造形装置の機能的構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the functional structure of a metal lamination-molding apparatus. 金属積層造形装置により造形される構造物を示す断面図である。It is a sectional view showing a structure modeled by a metal additive manufacturing apparatus. ビーム照射時におけるエネルギ密度の理論式を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a theoretical formula of energy density during beam irradiation; エネルギ密度とビーム照射時温度との対応を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing correspondence between energy density and temperature at the time of beam irradiation; エネルギ密度と造形条件との対応を示す図である。It is a figure which shows the correspondence between energy density and modeling conditions. 図7に示す条件調整を経て造形された構造物の一部を拡大して示す断面写真である。FIG. 8 is a cross-sectional photograph showing an enlarged part of the structure formed through the condition adjustment shown in FIG. 7. FIG. エネルギ密度と造形条件との対応を示す図である。It is a figure which shows the correspondence between energy density and modeling conditions. 図9に示す条件調整を経て造形された構造物の一部を拡大して示す断面写真である。FIG. 10 is a cross-sectional photograph showing an enlarged part of the structure formed through the condition adjustment shown in FIG. 9. FIG. 比較形態の金属積層造形装置によって、管路の半径を変化させて造形したときの、形状誤差の発生を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the occurrence of a shape error when modeling is performed by changing the radius of the pipeline with the metal additive manufacturing apparatus of the comparative embodiment; 第1実施形態の金属積層造形装置によって、管路の半径を変化させて造形したときの、形状誤差の発生を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the occurrence of a shape error when the metal additive manufacturing apparatus of the first embodiment is used to change the radius of the pipeline for modeling.

A.第1実施形態:
A1.金属積層造形装置1の全体構成:
図1は、本開示の第1実施形態における金属積層造形装置1の概略構成を示す断面図である。金属積層造形装置1は、パウダーベッド方式により、三次元形状の構造物Wを積層造形する。具体的には、金属積層造形装置1は、金属粉末Mの層である粉末層PLにレーザビームを照射し溶融、凝固させた後、再度上層に金属粉末Mを被せて粉末層PLを形成し、そこにレーザビームを照射するという作業を繰り返し、積層していくことによって構造物Wを造形する。
A. First embodiment:
A1. Overall configuration of metal additive manufacturing apparatus 1:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a metal additive manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment of the present disclosure. The metal additive manufacturing apparatus 1 laminate-models a three-dimensional structure W by a powder bed method. Specifically, the metal additive manufacturing apparatus 1 irradiates the powder layer PL, which is a layer of the metal powder M, with a laser beam to melt and solidify, and then covers the upper layer with the metal powder M again to form the powder layer PL. , and irradiating a laser beam thereon are repeated, and the structure W is formed by stacking layers.

第1実施形態では、光ビームとしてレーザビームを使用する。なお、光ビームとしては、レーザビームの他、電子ビームや、その他、金属粉末Mを溶融することができる種々のビームを含む。また、レーザビームには、近赤外波長のレーザ、CO2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Mに応じて適宜決定される。また、第1実施形態では、金属粉末Mは銅合金である。なお、金属粉末Mとしては、銅合金の他、アルミニウム、純銅、マルエージング鋼やインコネル等の鋼材、ステンレス等、種々の金属材料を適用できる。 In the first embodiment, a laser beam is used as the light beam. In addition to the laser beam, the light beam includes an electron beam and various other beams capable of melting the metal powder M. Various lasers such as near-infrared wavelength lasers, CO2 lasers (far-infrared lasers), and semiconductor lasers can be applied to the laser beam, which are appropriately determined according to the metal powder M to be processed. Moreover, in 1st Embodiment, the metal powder M is a copper alloy. As the metal powder M, various metal materials such as aluminum, pure copper, steel materials such as maraging steel and inconel, and stainless steel can be applied in addition to copper alloys.

金属積層造形装置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、および、ビーム照射装置40を備える。チャンバ10は、内部の空気を、例えばHe(ヘリウム)、N2(窒素)や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。なお、チャンバ10は、内部を不活性ガスに置換するのではなく、減圧可能な構成としてもよい。 The metal additive manufacturing apparatus 1 includes a chamber 10, a model support device 20, a powder supply device 30, and a beam irradiation device 40, as shown in FIG. The chamber 10 is configured such that the internal air can be replaced with an inert gas such as He (helium), N2 (nitrogen) or Ar (argon). In addition, the chamber 10 may be configured to be depressurized instead of replacing the inside with an inert gas.

造形物支持装置20は、チャンバ10の内部に設けられ、構造物Wを造形するための部位である。造形物支持装置20は、造形用容器21、昇降テーブル22、ベース23を備える。造形用容器21は、上側に開口部を有し、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移動可能に設けられる。ベース23は、昇降テーブル22の上面に着脱可能に取り付けられ、ベース23の上面が構造物Wを造形するための部位となる。つまり、ベース23は、上面に層状に金属粉末Mを配置すると共に、造形時に構造物Wを支持する。昇降テーブル22の位置決め高さを変更することにより、金属粉末Mの積層厚みを変更することができる。 The modeled object support device 20 is provided inside the chamber 10 and is a part for modeling the structure W. As shown in FIG. 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 on the upper side and an inner wall surface parallel to the vertical axis. The elevating table 22 is provided so as to be vertically movable inside the molding container 21 along the inner wall surface. The base 23 is detachably attached to the upper surface of the elevating table 22, and the upper surface of the base 23 serves as a part for forming the structure W. As shown in FIG. In other words, the base 23 has the metal powder M layered on its upper surface and supports the structure W during molding. By changing the positioning height of the lifting table 22, the layer thickness of the metal powder M can be changed.

粉末供給装置30は、チャンバ10の内部であって、造形物支持装置20に隣接して設けられる。粉末供給装置30は、粉末収納容器31、供給テーブル32、リコータ33を備える。粉末収納容器31は、上側に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に設けられている。粉末収納容器31は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。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Mが収納されている。 The powder supply device 30 is provided inside the chamber 10 and adjacent to the model support device 20 . The powder supply device 30 includes a powder storage container 31 , a supply table 32 and a recoater 33 . The powder storage container 31 has an opening 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 . The powder storage container 31 has an inner wall surface parallel to the vertical axis. The supply table 32 is provided so as to be vertically movable inside the powder storage container 31 along the inner wall surface. In the powder storage container 31 , the metal powder M is stored in the upper area of the supply table 32 .

リコータ33は、造形用容器21の開口部および粉末収納容器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、図1の右から左に移動するときに、粉末収納容器31の開口部から盛り出ている金属粉末Mを、造形用容器21側に運搬する。さらに、リコータ33は、運搬した金属粉末Mをベース23の上面にて層状に配置する。なお、上記構成の他に、移動可能な上記リコータ33自体が、金属粉末Mを供給する機能を備えるようにすることも可能である。この場合、金属粉末Mは、リコータ33によってベース23上に供給されながら、平坦化される。 The recoater 33 is provided so as to be able to reciprocate 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 . The recoater 33 conveys the metal powder M protruding from the opening of the powder storage container 31 to the molding container 21 side when moving from right to left in FIG. Further, the recoater 33 arranges the conveyed metal powder M in a layer on the upper surface of the base 23 . In addition to the above configuration, the movable recoater 33 itself may have the function of supplying the metal powder M. In this case, the metal powder M is flattened while being fed onto the base 23 by the recoater 33 .

図2は、ビーム照射装置40によるビーム照射について説明するための模式図である。図2に示すように、ビーム照射装置40は、ベース23の上面に層状に配置された金属粉末Mの層である粉末層PLの表面に、ビームを照射する。ビーム照射装置40は、層状に配置された金属粉末Mにビームを照射することにより、金属粉末Mを金属粉末Mの融点以上の温度に加熱する。そうすると、金属粉末Mは、溶融し、その後凝固することで、一体化された層状の造形部W11、W12、W13(いずれも構造物Wの一部)が造形される。つまり、隣接する金属粉末M同士は、溶融接合によって一体化される。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining beam irradiation by the beam irradiation device 40. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the beam irradiation device 40 irradiates a beam onto the surface of the powder layer PL, which is a layer of metal powder M arranged on the upper surface of the base 23 . The beam irradiation device 40 heats the metal powder M to a temperature equal to or higher than the melting point of the metal powder M by irradiating the metal powder M arranged in layers with a beam. Then, the metal powder M is melted and then solidified to form integrated layered shaped parts W11, W12, and W13 (all of which are part of the structure W). That is, adjacent metal powders M are integrated by fusion bonding.

図3は、金属積層造形装置1の機能的構成を示す概略ブロック図である。図3に示すように、金属積層造形装置1は、制御装置50を備えている。制御装置50は、記憶部51と、条件調整部52と、を備えている。記憶部51は、構造物Wに関する各種情報を記憶する。具体的には、例えば、構造物Wの3次元データを基礎として、スライサーソフトウェア等により、積層される2次元の断面形状における情報を記憶する。 FIG. 3 is a schematic block diagram showing the functional configuration of the metal additive manufacturing apparatus 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 3 , the metal additive manufacturing apparatus 1 includes a control device 50 . The control device 50 includes a storage section 51 and a condition adjustment section 52 . The storage unit 51 stores various information about the structure W. FIG. Specifically, for example, on the basis of the three-dimensional data of the structure W, the slicer software or the like is used to store information on the two-dimensional cross-sectional shape of the laminated structures.

制御装置50は、例えば、CPU、ROM,RAM、その他の入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、金属積層造形装置11の全体を制御する。かかるマイクロコンピュータのCPUが、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、上記条件調整部52として機能する。 The control device 50 is, for example, a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, other input/output ports, etc., and controls the metal additive manufacturing apparatus 11 as a whole. The CPU of such a microcomputer functions as the condition adjusting section 52 by reading and executing the program stored in the ROM.

図4は、金属積層造形装置1により造形される構造物W1を示す断面図である。第1実施形態において造形する構造物W1は、高周波熱処理用のコイルである。構造物W1は、流体としての水が流れる管路60を有している。図4では、管路60の延びる軸方向に垂直な平面で切った断面(以下、単に「軸方向断面」という)を図示している。なお、図4右側は、図4左側の管路60の周辺を拡大して示すものである。管路60の軸方向断面形状は、略半円形状をなしている。管路60の半径Rは8mmである。なお、管路60の軸方向断面形状は、略半円に限らず、正円、楕円、三角形や四角形の多角形、任意の直線および曲線により形成された形状とすることができる。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure W1 that is modeled by the metal additive manufacturing apparatus 1. As shown in FIG. A structure W1 to be formed in the first embodiment is a coil for high-frequency heat treatment. The structure W1 has a pipeline 60 through which water as a fluid flows. FIG. 4 shows a cross section taken along a plane perpendicular to the axial direction in which the pipeline 60 extends (hereinafter simply referred to as an "axial cross section"). The right side of FIG. 4 is an enlarged view of the periphery of the pipeline 60 on the left side of FIG. The axial cross-sectional shape of the conduit 60 is substantially semicircular. The radius R of the conduit 60 is 8 mm. The axial cross-sectional shape of the pipeline 60 is not limited to a substantially semicircular shape, and may be a perfect circle, an ellipse, a polygon such as a triangle or a quadrangle, or a shape formed by arbitrary straight lines and curves.

構造物W1は、第1エリア部61と、第2エリア部62と、を有している。第1エリア部61は、構造物W1において、光ビームにより凝固した造形部が積層方向Zの下部に存在しない部位である。具体的には、第1エリア部61は、管路60の外側であって曲面状をなす内周部に形成されている。第2エリア部62は、構造物W1において、光ビームにより凝固した造形部が下部に存在する部位である。具体的には、第2エリア部62は、管路60の外側下部であって直線状をなす直線部および、内周部の外側に位置する部位であって、造形部が積層方向Zの下部に存在しない部分に形成されている。 The structure W1 has a first area portion 61 and a second area portion 62 . The first area portion 61 is a portion of the structure W1 in which the shaped portion solidified by the light beam does not exist in the lower portion in the stacking direction Z. As shown in FIG. Specifically, the first area portion 61 is formed outside the pipeline 60 and on the curved inner peripheral portion. The second area portion 62 is a portion of the structure W1 below which the shaped portion solidified by the light beam exists. Specifically, the second area portion 62 is a portion located outside the straight line portion and the inner peripheral portion that is the outer lower portion of the pipe 60 and the inner peripheral portion, and the shaped portion is the lower portion in the stacking direction Z It is formed in a part that does not exist in the

なお、図4では、後述するエネルギ密度Eの調整が条件調整部52においてなされず、第1エリア部61および第2エリア部62の全てが同一造形条件にて造形されたときの形状を図示している。したがって、破線で囲んで示す天面部66近傍に形状崩れが見られる。なお、「エネルギ密度Eの調整が条件調整部52においてなされず、第1エリア部61および第2エリア部62の全てが同一造形条件にて造形されたとき」のことを、以下、単に「条件調整がなされないとき」ともいう。 Note that FIG. 4 shows the shape when the energy density E, which will be described later, is not adjusted in the condition adjustment unit 52, and the first area portion 61 and the second area portion 62 are all formed under the same forming conditions. ing. Therefore, the shape collapse is seen in the vicinity of the top surface portion 66 shown by enclosing it with a dashed line. It should be noted that ``when the energy density E is not adjusted in the condition adjustment unit 52 and all the first area parts 61 and the second area parts 62 are molded under the same molding conditions'' will be hereinafter simply referred to as ``condition When no adjustment is made”.

条件調整がなされない状態で造形された第1エリア部61は、発生部64と、非発生部65とに区分けされる。発生部64は、第2エリア部62と同じ造形条件によりビームを照射して造形した場合に、予め定められた許容形状誤差を超えた反りが発生する部位である。非発生部65は、第2エリア部62と同じ造形条件によりビームを照射して造形した場合に、上記反りが発生しない部位である。「許容形状誤差を超えた反り」とは、例えば、1層の厚みを超えるような反りである。図4において右側に拡大して示すように、第1エリア部61のうち、例えば、379層は非発生部65を有する層であり、399層は発生部64を一部に有する層である。 The first area portion 61 formed without condition adjustment is divided into a generated portion 64 and a non-generated portion 65 . The generating portion 64 is a portion where warping exceeding a predetermined permissible shape error occurs when the beam is irradiated under the same molding conditions as the second area portion 62 to shape. The non-warping part 65 is a part where the warp does not occur when the beam is irradiated under the same shaping conditions as the second area part 62 to form the part. "Warping exceeding the allowable shape error" is, for example, warping exceeding the thickness of one layer. As shown enlarged on the right side in FIG. 4, of the first area portion 61, for example, the 379th layer is a layer having the non-generating portion 65, and the 399th layer is a layer partially having the generating portion 64. As shown in FIG.

上記記憶部51は、第1エリア部61と、第2エリア部62と、を識別する識別情報を記憶する。さらに、記憶部51は、発生部64と、非発生部65と、を識別する情報を識別情報として記憶する。 The storage section 51 stores identification information for identifying the first area section 61 and the second area section 62 . Furthermore, the storage unit 51 stores information for identifying the generating unit 64 and the non-generating unit 65 as identification information.

上記条件調整部52は、識別情報に基づいて、ビーム照射装置40による各種照射条件や積層厚みなどを含む造形条件を調整する。具体的には、条件調整部52は、発生部64の造形時に、非発生部65および第2エリア部62よりも低いエネルギ密度Eで入熱を行うように調整する。条件調整に関する、具体的な数値データを用いた詳細な説明については後述する。 The condition adjustment unit 52 adjusts modeling conditions including various irradiation conditions and lamination thickness of the beam irradiation device 40 based on the identification information. Specifically, the condition adjustment unit 52 adjusts the heat input at the energy density E lower than that of the non-generating portion 65 and the second area portion 62 when forming the generating portion 64 . A detailed description of the condition adjustment using specific numerical data will be given later.

図5は、ビーム照射時におけるエネルギ密度Eの理論式を説明するための模式図である。条件調整部52は、予め設定されたプログラムに従って、照射位置、レーザ出力P[W]、走査速度v[mm/s]、走査ピッチs[mm]、積層厚みt[mm]等を変更する。照射位置を変化させることにより、所望の層状の造形物を造形することができる。また、レーザ出力Pを変化させることにより、金属粉末Mに流入する入熱量が変化し、金属粉末M同士の接合強度を変化させることができる。入熱量に相関するエネルギ密度Eは、下記理論式(1)に基づいたパラメータにより調節可能である。
エネルギ密度:E=P/(v×s×t) ・・・(1)
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the theoretical formula of the energy density E during beam irradiation. The condition adjustment unit 52 changes the irradiation position, laser output P [W], scanning speed v [mm/s], scanning pitch s [mm], lamination thickness t [mm], etc., according to a preset program. A desired layered object can be formed by changing the irradiation position. Further, by changing the laser output P, the amount of heat input into the metal powder M is changed, and the bonding strength between the metal powders M can be changed. The energy density E, which correlates with the amount of heat input, can be adjusted by parameters based on the following theoretical formula (1).
Energy density: E=P/(v×s×t) (1)

A2.条件調整部52による調整:
次に、上記金属積層造形装置1により構造物W1を造形する際に、条件調整部52が実行する条件調整について、データを用いて説明する。条件調整部52は、発生部64の造形時に、ビーム出力が非発生部65の造形時におけるビーム出力と同じであり、かつ、発生部64のビーム照射時温度が非発生部65のビーム照射時温度と同一となるように、ビーム出力とは異なる造形条件を調整する。
A2. Adjustment by condition adjustment unit 52:
Next, the condition adjustment performed by the condition adjusting unit 52 when the structure W1 is formed by the metal additive manufacturing apparatus 1 will be described using data. The condition adjusting unit 52 adjusts the beam output when forming the generating unit 64 to be the same as the beam output when forming the non-generating unit 65, and sets the beam output temperature of the generating unit 64 at the time of beam irradiation to the non-generating unit 65. The shaping conditions different from the beam power are adjusted so as to be the same as the temperature.

なお、ここで言う「同一」および「同じ」とは、厳密な意味での「同一」および「同じ」に限らず、当該技術分野の技術常識に照らして、通常、「同一」および「同じ」であると判断される範囲の同一性を有していれば、「同一」および「同じ」であると解釈する。具体的には、基準値の20%程度の増減による相違は同一であるものに含まれることがある。 It should be noted that the terms "same" and "same" as used herein are not limited to "same" and "same" in the strict sense, but usually "same" and "same" in light of common technical knowledge in the relevant technical field. "Identical" and "same" are construed to the extent that they have identity to the extent that they are determined to be. Specifically, a difference due to an increase or decrease of about 20% from the reference value may be included in the same item.

図6は、エネルギ密度Eとビーム照射時温度との対応を示す図である。ここで、「ビーム照射時温度」とは、レーザ照射ポイント周辺の平均温度である。レーザ照射ポイント周辺は、レーザ照射により金属粉末Mが溶融して形成される溶融池N(図5を参照)を含む。図6に示すデータにおいて、「照射時温度」は、レーザ照射ポイント周辺における複数点をプロットして、解析により導出されたものである。 FIG. 6 is a diagram showing the correspondence between the energy density E and the temperature at the time of beam irradiation. Here, the "beam irradiation temperature" is the average temperature around the laser irradiation point. The vicinity of the laser irradiation point includes a molten pool N (see FIG. 5) formed by melting the metal powder M by laser irradiation. In the data shown in FIG. 6, the "temperature during irradiation" is derived by plotting a plurality of points around the laser irradiation point and analyzing them.

図6のcase1およびcase2に示すエネルギ密度Eで造形したときの、構造物の態様が、図4に示す構造物W1と一致している。図4、図6のcase1およびcase2に示すように、エネルギ密度Eが231J/mmの場合には、379層では反りが発生せず、399層では、399層における天面部66近傍に反りが発生して、造形崩れが発生した。上記解析により得られた照射時温度を比較すると、399層における発生部64の照射時温度は3700℃であり、379層における非発生部65の照射時温度は1350℃であった。 The aspect of the structure when formed with the energy density E shown in case 1 and case 2 in FIG. 6 matches the structure W1 shown in FIG. As shown in cases 1 and 2 of FIGS. 4 and 6, when the energy density E is 231 J/mm 3 , no warpage occurs in layer 379, and warpage occurs in the vicinity of the top surface 66 in layer 399 in layer 399. It occurred, and the model collapse occurred. Comparing the temperatures during irradiation obtained by the above analysis, the temperature during irradiation of the generating portion 64 in the 399th layer was 3700°C, and the temperature during irradiation of the non-generating portion 65 in the 379th layer was 1350°C.

すなわち、非発生部65(379層)の方が、照射時温度が著しく高かった。図4に示すように、本願発明者の検討により、下支えのない第1エリア部61の中でも、より天面部66に近い部位において、形状崩れが発生することが分かった。天面部66に近い部位は、具体的には、内周面の接線角度θ(接線と、接点を通る水平面とのなす角度であり、図4の反時計回りの角度)が30度~150度の領域の部位である。接線角度θが90度付近である部位が、最も形状誤差が大きかった。 That is, the non-generating portion 65 (layer 379) had a significantly higher temperature during irradiation. As shown in FIG. 4, the inventors of the present application have studied and found that even in the first area portion 61 having no lower support, the portion closer to the top surface portion 66 loses its shape. Specifically, the portion near the top surface portion 66 has a tangent angle θ of the inner peripheral surface (the angle between the tangent line and the horizontal plane passing through the contact point, which is the counterclockwise angle in FIG. 4) of 30 degrees to 150 degrees. It is a part of the area of The portion where the tangential angle θ is around 90 degrees had the largest shape error.

ここで、形状崩れが発生する原理について簡単に説明する。造形が進み、下部から天面部66付近まで積層されていくにしたがって、粉末層PLに対してレーザ照射する部位の長さL1(図2参照)は長くなる。特に、天面部66付近の粉末層PLでは、金属粉末Mにレーザを照射する際に、照射部位の真下に金属粉末Mが凝固していない部位の長さL2は、下層の該当長さL3よりも長い。すなわち、金属粉末Mが凝固していない部分との接触面積が大きくなる。凝固していない金属粉末Mは、凝固した状態の金属よりも熱伝導率が低く、また、1つの粉末層PLの厚みは40μmとごく薄いため、発生部64へのレーザ照射が、非発生部65へのレーザ照射と同じエネルギ密度Eであると、下の層へ放熱しづらくなり熱を蓄えてしまう。 Here, the principle of occurrence of shape collapse will be briefly described. The length L1 (see FIG. 2) of the portion of the powder layer PL to be irradiated with the laser increases as the molding progresses and the layers are stacked from the lower portion to the vicinity of the top surface portion 66 . In particular, in the powder layer PL near the top surface portion 66, when the metal powder M is irradiated with the laser, the length L2 of the portion where the metal powder M is not solidified immediately below the irradiated portion is greater than the corresponding length L3 of the lower layer. too long. That is, the contact area with the portion where the metal powder M is not solidified is increased. The non-solidified metal powder M has a lower thermal conductivity than the solidified metal, and the thickness of one powder layer PL is as thin as 40 μm. If the energy density E is the same as the laser irradiation to 65, it is difficult to dissipate the heat to the layer below and the heat is accumulated.

その結果、発生部64への入熱量が大きくなり、すなわち熱膨張が下層(例えば、造形部W13の造形時であれば、図2に示す一つ下の造形部W12)よりも大きくなり、やがて発生部64が冷却されて収縮する際に、下層側は形状が保持されているため上側に反ってしまっていた。反りが生じると、その上部にリコータ33で金属粉末Mを敷き詰める際に、平坦に敷き詰めることができない。或いは、平坦に敷き詰められたとしても、1層の厚みが部分的に薄くなり、さらに過入熱の状態となることから、誤差が積み重なってしまい、最終的に、天面部66付近が許容範囲を超えて下側へ崩れていた。これにより、許容範囲を超えた形状崩れとなっていた。 As a result, the amount of heat input to the generating section 64 increases, that is, the thermal expansion becomes larger than that of the lower layer (for example, when forming the forming section W13, the forming section W12, which is one lower layer shown in FIG. 2), and eventually When the generating portion 64 was cooled and contracted, the lower layer side was warped upward because the shape was retained. When the warp occurs, when the metal powder M is spread over the upper portion by the recoater 33, it cannot be spread evenly. Alternatively, even if it is laid flat, the thickness of one layer is partially reduced, and furthermore, the state of excessive heat input occurs, so errors accumulate, and finally, the vicinity of the top surface portion 66 falls outside the allowable range. It was beyond and collapsed to the bottom. As a result, the shape collapsed beyond the permissible range.

そこで、本願発明者は、発生部64の照射時温度が、非発生部65の照射時温度と同程度になるように低くすれば、過入熱が抑えられて、反りを抑制できるのではないかと思料した。再び、図6を参照する。本願発明者の解析により、発生部64(399層)のエネルギ密度Eをcase2に示す231J/mmからcase3に示す85J/mmに小さくすると、379層と同等の温度である1400℃まで低くすることができた。ここで、エネルギ密度Eは上記式(1)により求められる。式(1)より、エネルギ密度Eを低くするには、レーザ出力Pを下げる、もしくは、走査速度v、走査ピッチs、および積層厚みtのいずれかの値を上げる、ことが考えられる。 Therefore, the inventor of the present application believes that if the temperature of the generating portion 64 during irradiation is lowered to the same level as the temperature of the non-generating portion 65 during irradiation, excessive heat input can be suppressed and warping can be suppressed. I thought. Again, refer to FIG. According to the analysis of the inventor of the present application, when the energy density E of the generation part 64 (399 layers) is reduced from 231 J/mm 3 shown in case 2 to 85 J/mm 3 shown in case 3, the temperature can be lowered to 1400° C., which is equivalent to the temperature of the 379 layers. We were able to. Here, the energy density E is obtained by the above formula (1). From equation (1), in order to lower the energy density E, it is conceivable to lower the laser output P, or to increase the value of any one of the scanning speed v, scanning pitch s, and lamination thickness t.

以下、いずれの造形条件によりエネルギ密度Eを低くすることが適しているかを検討した。図7は、エネルギ密度Eと造形条件との対応を示す図であり、調整する条件として走査速度vを用い、走査速度vを大きくすることによりエネルギ密度Eを小さくする対応を取ったときのデータを示している。図7に示す例では、走査速度vを500mm/sから1100mm/sに変更している。なお、レーザ出力Pは、370Wから300Wに減少しているが、これは、レーザ出力Pと走査速度vとを条件に作成されたマップに基づいて実験を行ったためであり、意図的に下げたものではない。また、本実施形態では、第2エリア部62と非発生部65とにおける造形条件は同じとしている。 In the following, it was examined which modeling condition is suitable for lowering the energy density E. FIG. 7 is a diagram showing the correspondence between the energy density E and the molding conditions. Data obtained when the scanning speed v is used as a condition to be adjusted and the energy density E is decreased by increasing the scanning speed v. is shown. In the example shown in FIG. 7, the scanning speed v is changed from 500 mm/s to 1100 mm/s. The laser output P is reduced from 370 W to 300 W, but this is because the experiment was conducted based on the map created with the conditions of the laser output P and the scanning speed v, and was intentionally lowered. not a thing Further, in this embodiment, the second area portion 62 and the non-generation portion 65 are set to the same molding condition.

図8は、図7に示す条件調整を経て造形された構造物W2の一部を拡大して示す断面写真である。図9は、エネルギ密度Eと造形条件との対応を示す図であり、調整する条件としてレーザ出力Pを用い、レーザ出力Pを小さくすることによりエネルギ密度Eを小さくする対応を取ったときのデータを示している。図9に示す例では、レーザ出力Pを370Wから136Wに変更している。図10は、図9に示す条件調整を経て造形された構造物W3の一部を拡大して示す断面写真である。 FIG. 8 is a cross-sectional photograph showing an enlarged part of the structure W2 formed through the condition adjustment shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing the correspondence between the energy density E and the molding conditions. Data obtained when the laser output P is used as a condition to be adjusted and the energy density E is decreased by decreasing the laser output P. is shown. In the example shown in FIG. 9, the laser output P is changed from 370W to 136W. FIG. 10 is a cross-sectional photograph showing an enlarged part of the structure W3 formed through the condition adjustment shown in FIG.

なお、構造物W1、W2、W3は、いずれも同様の形状の水管をモデルにしたものであって、金属積層造形装置1による造形時の条件が異なって造形されたことで、仕上がり形状が異なっている。 The structures W1, W2, and W3 are all modeled on water pipes of the same shape, and the finished shapes are different because they were formed under different conditions during the modeling by the metal additive manufacturing apparatus 1. ing.

図8に示すように、走査速度vを大きくする調整を行って造形した場合、天面部66での形状崩れはほぼ生じず、形状誤差を0.5mm以下まで小さくすることが可能となった。一方、図10に示すように、レーザ出力Pを小さくする調整を行って造形した場合、ある程度の形状誤差の改善は得られたものの、相対密度の低下に起因する空孔67が複数生じており、品質の低下が見られた。空孔67が複数生じると、製品使用時に、水圧が構造物W3の内周部に作用したときに機械的な応力で割れやすくなるという不都合が生じる。 As shown in FIG. 8, when the scanning speed v was adjusted to increase and the shape was modeled, the top surface portion 66 hardly collapsed, and the shape error could be reduced to 0.5 mm or less. On the other hand, as shown in FIG. 10, when the laser output P was adjusted to be small and the molding was performed, the shape error was improved to some extent, but a plurality of holes 67 were generated due to the decrease in the relative density. , a decrease in quality was observed. If a plurality of holes 67 are generated, there arises a problem that when the product is used, the structure W3 tends to crack due to mechanical stress when water pressure acts on the inner peripheral portion of the structure W3.

以上により、空孔67が生じない程度の品質を確保するために金属粉末Mを適度に溶融させるには、レーザ出力Pは、ある程度の大きさが必要であるため、エネルギ密度Eを小さくする調整に際しては、レーザ出力P以外の条件を用いて調整することが好ましい。具体的には、発生部64における造形条件として走査速度v、走査ピッチs、および積層厚みtのいずれかの値を大きくすることにより調整できる。 As described above, in order to appropriately melt the metal powder M in order to ensure the quality that does not cause the voids 67, the laser output P needs to be of a certain magnitude. In this case, it is preferable to use conditions other than the laser output P for adjustment. Specifically, it can be adjusted by increasing the value of any one of the scanning speed v, the scanning pitch s, and the layer thickness t as the modeling condition in the generator 64 .

(1)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、造形部W11,W12,W13が直下に存在せず下支えがない第1エリア部61の発生部64の造形時において、非発生部65の造形時におけるレーザ出力Pと同じであり、かつ、非発生部65の照射時温度と同程度となるように、走査速度vを大きくすることによりエネルギ密度Eを小さくする調整を行う。これにより、第1エリア部61において形状崩れが生じる原因となる層での反りの発生を抑制でき、形状精度を向上させることができる。 (1) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, when forming the generating portion 64 of the first area portion 61 that does not exist directly below the forming portions W11, W12, and W13 and has no support, the non-generating portion 65 The energy density E is adjusted to be smaller by increasing the scanning speed v so that the laser output P is the same as the laser output P at the time of modeling and the temperature at the time of irradiation of the non-generating portion 65 is approximately the same. As a result, it is possible to suppress the occurrence of warpage in the layer that causes the shape collapse in the first area portion 61, and improve the shape accuracy.

(2)また、エネルギ密度Eを小さくする調整に際して、レーザ出力Pの大きさは小さくすることなく維持できるため、出来上がった構造物W2に空孔67が生じない程度の品質を確保することができる。 (2) In adjusting to reduce the energy density E, the size of the laser output P can be maintained without reducing it, so it is possible to ensure quality to the extent that the voids 67 are not generated in the finished structure W2. .

(3)図11は、条件調整部52を有さない比較形態の金属積層造形装置1によって、管路60の半径Rを変化させて造形したときの、形状誤差の発生を説明するための図である。図12は、第1実施形態の金属積層造形装置1によって、管路60の半径Rを変化させて造形したときの、形状誤差の発生を説明するための図である。図11に示すように、条件調整部52を有さず、第1エリア部61および第2エリア部62において同じ条件で照射し造形する場合には、形状誤差が0.5mm以下に抑えられるのは、半径Rが2mm以下であった。一方、図12に示すように、上記第1実施形態の金属積層造形装置1による造形では、半径Rが8mmまでの範囲で形状誤差が0.5mm以下に抑えられた。 (3) FIG. 11 is a diagram for explaining the occurrence of a shape error when modeling is performed by changing the radius R of the pipeline 60 with the metal additive manufacturing apparatus 1 of the comparative form that does not have the condition adjustment unit 52. is. 12A and 12B are diagrams for explaining the occurrence of shape errors when the metal additive manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment is used to form a structure while changing the radius R of the pipeline 60. FIG. As shown in FIG. 11, when irradiation is performed under the same conditions in the first area portion 61 and the second area portion 62 without the condition adjusting portion 52, the shape error can be suppressed to 0.5 mm or less. had a radius R of 2 mm or less. On the other hand, as shown in FIG. 12, in the modeling by the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the shape error was suppressed to 0.5 mm or less in the range of the radius R up to 8 mm.

すなわち、半径Rが8mm程度の大きな管部材ついても、形状精度を維持しつつ造形が可能となった。このように、金属積層造形装置1により造形できる水管形状が増えるため、例えば鍛造や手作業を含む溶接等の他の方法により製造する場合と比較して、構造物W2の製造時間の短縮や、寿命向上の効果を得ることができ、ひいては製造コストを削減できる。 In other words, even a tubular member having a large radius R of about 8 mm can be shaped while maintaining shape accuracy. In this way, since the number of water pipe shapes that can be modeled by the metal additive manufacturing apparatus 1 increases, compared to the case of manufacturing by other methods such as forging and welding including manual work, the manufacturing time of the structure W2 can be shortened, It is possible to obtain the effect of improving the service life, thereby reducing the manufacturing cost.

(4)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、金属粉末Mとして銅合金を用いている。銅合金粉末は、反射率が高いため、レーザ光のエネルギを吸収しにくく、粉末の温度が上昇しにくい。また、粉末の温度が上昇して融点を超えても、熱伝導率がアルミの約2倍、ステンレスの20倍と大きいために、すぐに冷却されて融点以下になり凝固してしまう。そのため、レーザ照射中に融点を超えて粉末が流動している時間が非常に短く、高密度な積層金属を得ることが困難であった。すなわち、銅合金は、レーザ照射時における過入熱の影響を受けやすいが、上記第1実施形態によれば、銅合金によっても上記したように、品質精度の良い造形が可能となる。 (4) A copper alloy is used as the metal powder M in the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment. Since the copper alloy powder has a high reflectance, it does not easily absorb the energy of the laser light, and the temperature of the powder does not rise easily. In addition, even if the temperature of the powder rises and exceeds the melting point, the thermal conductivity of the powder is about twice that of aluminum and 20 times that of stainless steel. Therefore, the time during which the powder flows beyond the melting point during laser irradiation is very short, making it difficult to obtain a high-density laminated metal. That is, copper alloys are susceptible to excessive heat input during laser irradiation, but according to the first embodiment, even with copper alloys, as described above, molding with good quality and accuracy is possible.

B.他の実施形態:
(B1)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、同一の1層の中における発生部64と非発生部65とを区別した上で、発生部64に対して走査速度vを大きく変更するようにしたが、1層ごとに走査速度vを調整するようにしてもよい。例えば、上記の例では、発生部64を有する399層の1層全体について、エネルギ密度Eを小さくする調整を行ってもよい。
B. Other embodiments:
(B1) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, after distinguishing between the generated portion 64 and the non-generated portion 65 in the same layer, the scanning speed v is greatly changed for the generated portion 64. However, the scanning speed v may be adjusted for each layer. For example, in the above example, the energy density E may be adjusted to be smaller for the entire 399 layers including the generating portion 64 .

なお、積層厚みtについては、1層の中で異なるような調整はできないが、1層全体としての厚みは、造形物支持装置20の昇降テーブル22の下降量を調整することで調整可能である。走査速度v、走査ピッチsについては、上記と同様に1層ごとに調整してもよいし、1層の中での走査部位に応じて発生部64に対してのみ調整してもよい。 Although the layer thickness t cannot be adjusted to be different in one layer, the thickness of one layer as a whole can be adjusted by adjusting the amount of descent of the elevation table 22 of the object support device 20. . The scanning speed v and the scanning pitch s may be adjusted for each layer in the same manner as described above, or may be adjusted only for the generator 64 according to the scanning portion in one layer.

(B2)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、構造物Wとして、高周波熱処理用のコイルである水管を例に説明したが、構造物Wはこのような水管に限られない。凝固した造形部が積層方向Zの下部に存在しない第1エリア部61と、造形部が下部に存在する第2エリア部62と、を有する構造物Wであれば、本開示による金属積層造形装置1による造形が適用可能である。 (B2) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the structure W was described as an example of a water pipe that is a coil for high-frequency heat treatment, but the structure W is not limited to such a water pipe. If the structure W has a first area portion 61 in which the solidified shaped portion does not exist at the bottom in the stacking direction Z and a second area portion 62 in which the shaped portion exists at the bottom, the metal additive manufacturing apparatus according to the present disclosure 1 is applicable.

(B3)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、発生部64の造形時において、走査速度vを大きくするように調整したが、非発生部65を含めた第1エリア部61全体の造形において、第2エリア部62よりも低いエネルギ密度Eで入熱を行うように調整してもよい。 (B3) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the scanning speed v is adjusted to be increased when forming the generating portion 64, but the entire first area portion 61 including the non-generating portion 65 is In modeling, adjustment may be made to input heat at an energy density E lower than that of the second area portion 62 .

(B4)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、エネルギ密度Eを小さくするために走査速度vを大きくすることで調整したが、走査ピッチsや積層厚みt等のパラメータを大きくすることにより調整してもよい。また、これらのパラメータを複数組み合わせて調整してもよい。 (B4) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, adjustment was made by increasing the scanning speed v in order to reduce the energy density E, but increasing parameters such as the scanning pitch s and the layer thickness t may be adjusted by Also, a plurality of these parameters may be combined for adjustment.

(B5)上記第1実施形態の金属積層造形装置1では、発生部64を識別する識別情報を、事前の試験により実際に反りが生じたデータに基づいて識別した。その他、造形時における蓄積データから、反りが発生すると予測される管路の半径と接線角度との関係や、照射部位の真下における金属粉末Mが凝固していない部位の長さ等に基づいた推定により、発生部を識別するようにしてもよい。 (B5) In the metal additive manufacturing apparatus 1 of the first embodiment, the identification information for identifying the generating portion 64 is identified based on the data of actual warpage in a preliminary test. In addition, estimation based on the relationship between the radius and tangential angle of the pipe that is expected to warp from the data accumulated during modeling, and the length of the area directly below the irradiated area where the metal powder M has not solidified. may be used to identify the generator.

本開示は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in each embodiment corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or In order to achieve some or all of them, it is possible to appropriately replace or combine them. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

1…金属積層造形装置、10…チャンバ、11…金属積層造形装置、20…造形物支持装置、21…造形用容器、22…昇降テーブル、23…ベース、30…粉末供給装置、31…粉末収納容器、32…供給テーブル、33…リコータ、40…ビーム照射装置、50…制御装置、51…記憶部、52…条件調整部、60…管路、61…第1エリア部、62…第2エリア部、64…発生部、65…非発生部、66…天面部、67…空孔、W,W1,W2,W3…構造物、W11,W12,W13…造形部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Metal additive manufacturing apparatus, 10... Chamber, 11... Metal additive manufacturing apparatus, 20... Molded object support apparatus, 21... Modeling container, 22... Lifting table, 23... Base, 30... Powder supply apparatus, 31... Powder storage Container 32 Supply table 33 Recoater 40 Beam irradiation device 50 Control device 51 Storage unit 52 Condition adjustment unit 60 Pipe line 61 First area unit 62 Second area Part 64 Generated part 65 Non-generated part 66 Top surface part 67 Void W, W1, W2, W3 Structure W11, W12, W13 Shaped part

Claims (6)

金属粉末の層である粉末層に光ビームを照射し溶融、凝固させて積層することを繰り返して構造物を積層造形する金属積層造形装置であって、
前記構造物は、前記光ビームにより凝固した造形部が積層方向の下部に存在しない第1エリア部と、前記造形部が下部に存在する第2エリア部と、を有し、
前記第1エリア部と前記第2エリア部とを識別する識別情報を予め記憶する記憶部と、
前記識別情報に基づき、前記第1エリア部の造形時に、前記第2エリア部の造形時よりも低いエネルギ密度で入熱を行うように、前記エネルギ密度を決定する造形条件を調整する条件調整部と、
を備える金属積層造形装置。
A metal additive manufacturing apparatus for additively manufacturing a structure by repeatedly irradiating a powder layer, which is a layer of metal powder, with a light beam to melt, solidify, and laminate,
The structure has a first area portion where the shaped portion solidified by the light beam does not exist below in the stacking direction, and a second area portion where the shaped portion exists below,
a storage unit that stores in advance identification information that identifies the first area portion and the second area portion;
A condition adjustment unit that adjusts a molding condition that determines the energy density based on the identification information so that heat is input at a lower energy density when molding the first area than when molding the second area. and,
A metal additive manufacturing apparatus comprising:
前記記憶部は、
前記第1エリア部のうち、前記第2エリア部と同じ前記エネルギ密度により造形した場合に予め定められた形状誤差を超えた反りが発生する発生部と、前記第2エリア部と同じ前記エネルギ密度により造形した場合に前記反りが発生しない非発生部と、を識別する情報を前記識別情報としてさらに記憶し、
前記条件調整部は、
前記光ビームの出力であるビーム出力が前記非発生部の造形時における前記ビーム出力と同じであり、かつ、前記発生部におけるビーム照射時温度が前記非発生部における前記ビーム照射時温度と同一となるように、
前記発生部の造形時において、前記ビーム出力とは異なる条件を前記造形条件として調整する、
請求項1に記載の金属積層造形装置。
The storage unit
A generation portion of the first area portion that causes warpage exceeding a predetermined shape error when formed with the same energy density as that of the second area portion, and the same energy density as that of the second area portion. further storing as the identification information information identifying the non-warping portion in which the warp does not occur when shaped by
The condition adjustment unit
The beam output, which is the output of the light beam, is the same as the beam output during molding of the non-generating portion, and the temperature at the time of beam irradiation in the generating portion is the same as the temperature at the time of beam irradiation in the non-generating portion. so that
Adjusting a condition different from the beam output as the shaping condition when shaping the generating part;
The metal additive manufacturing apparatus according to claim 1.
前記金属粉末は、銅合金である請求項1または請求項2に記載の金属積層造形装置。 3. The metal additive manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the metal powder is a copper alloy. 前記構造物は、流体の流れる管路を有し、
前記第1エリア部は、前記管路を形成する曲面状をなす内周部に形成されている請求項1~請求項3のうちいずれか一項に記載の金属積層造形装置。
The structure has a conduit through which a fluid flows,
The metal additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first area portion is formed in a curved inner peripheral portion forming the pipeline.
前記構造物は、高周波熱処理用のコイルである請求項4に記載の金属積層造形装置。 5. The metal additive manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the structure is a coil for high-frequency heat treatment. 前記条件調整部は、
前記造形条件として、前記光ビームの走査速度、前記光ビームの走査ピッチ、および前記粉末層の積層厚みのうち少なくともいずれかの条件を調整する請求項1~請求項5のうちいずれか一項に記載の金属積層造形装置。
The condition adjustment unit
According to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the scanning speed of the light beam, the scanning pitch of the light beam, and the lamination thickness of the powder layer is adjusted as the molding condition. A metal additive manufacturing apparatus as described.
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