JP6452920B1 - 付加製造装置および付加製造方法 - Google Patents

Abstract

付加製造装置（１）は、造形材料を溶融させるレーザビームを送給位置へ照射する照射部と、ビードを積み上げて基材（２）に堆積物を造形するための制御を担う制御部である数値制御装置（３）と、制御部による制御のためのパラメータの演算処理を実行する演算部である演算装置（４）とを備える。演算部は、積み重ねられる２つのビードのうち先に形成されるビードである第１のビードの形成における送給位置である第１の位置と、２つのビードのうち第１のビードに積み上げられるビードである第２のビードの形成における送給位置である第２の位置とについて、第１のビードの幅とレーザビームの径とを基に、第１のビードの幅の方向である設定方向における第１の位置と第２の位置との間隔を算出する。制御部は、第１の位置から設定方向へ間隔だけずれた位置を第２の位置とする制御により、第２のビードの一部を第１のビードよりも設定方向へ突出させる。

Description

本発明は、三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。

指向性エネルギー堆積法により三次元造形物を製造する付加製造装置が知られている。付加製造装置としては、レーザビームにより造形材料を溶融させて、溶融した造形材料からなるビードの堆積による堆積物を造形するものがある。また、アーク放電により造形材料を溶融させて堆積物を造形する付加製造装置がある。特許文献１には、造形材料であるワイヤをアーク放電により溶融して形成されるビードを積み上げて三次元造形物である堆積物を造形する造形装置の技術が開示されている。特許文献１の造形装置は、下層のビードから変位させた上層のビードを積み上げていくことにより、傾斜を含む堆積物を造形する。

特開２０１５−１６０２１７号公報

上記の特許文献１の手法では、下層のビードに対して上層のビードを傾斜させる角度が大きくなるほど、ビードの堆積による延伸が水平方向よりも高さ方向へ大きくなるように、上層のビードの堆積における造形材料の滴下位置が補正される。特許文献１の手法では、基材上の位置から水平方向における所望の位置へ堆積物を到達させるようにビードを堆積させる場合において、水平方向よりも鉛直方向への堆積物の延びが顕著となってしまうことになる。また、鉛直方向への堆積物の延びを抑制させるために、ビードを堆積させる向きを水平方向へ近づけるように単に堆積物の傾斜を大きくさせた場合には、堆積物を倒れさせないように安定させることが困難となる。このように、上記の特許文献１の技術によると、水平方向への堆積物の延びが大きくなるようにビードを堆積させるともに堆積物を安定して造形することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水平方向への堆積物の延びが大きくなるようにビードを堆積させるともに堆積物を安定して造形可能とした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、本発明にかかる付加製造装置は、基材に堆積物を造形する。本発明にかかる付加製造装置は、造形材料を送給位置へ送給する送給部と、造形材料を溶融させるレーザビームを送給位置へ照射する照射部と、基材に対する送給位置の移動と造形材料の溶融とにより形成されるビードを積み上げて堆積物を造形するための制御を担う制御部と、制御部による制御のためのパラメータの演算処理を実行する演算部とを備える。演算部は、積み重ねられる２つのビードのうち先に形成されるビードである第１のビードの形成における送給位置である第１の位置と、２つのビードのうち第１のビードに積み上げられるビードである第２のビードの形成における送給位置である第２の位置とについて、第１のビードの幅とレーザビームの径とを基に、第１のビードの幅の方向である設定方向における第１の位置と第２の位置との間隔を算出する。制御部は、第１の位置から設定方向へ間隔だけずれた位置を第２の位置とする制御により、第２のビードの一部を第１のビードよりも設定方向へ突出させる。

本発明にかかる付加製造装置は、水平方向への堆積物の延びが大きくなるようにビードを堆積させるともに堆積物を安定して造形することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる付加製造装置の構成を模式的に示す図 図１に示す付加製造装置によるビードの形成について説明する図 図２に示すビードが形成される様子を上から見た状態を示す図 図２に示すビードが積み上げられている様子を示す断面図 図２に示すビードが積み上げられる際のビードの積層ピッチと、ビードの幅の方向への送給位置の移動量とについて説明する図 図２に示すビードの斜め方向への積み上げによる堆積物の造形について説明する第１の図 図６に示す斜め方向へのビードの積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータについて説明する図 図１に示す付加製造装置による斜め方向へのビードの積み上げによる堆積物の造形の手順を示すフローチャート 図１に示す付加製造装置により照射されるレーザビームの形状を説明する図 図９に示すタイプＬ３のレーザビームを送給位置へ照射する場合について説明する図 図１０に示すレーザビームのビードからのはみ出しを抑制するためのパラメータの補正について説明する図 図９に示すタイプＬ３のレーザビームについて説明する図 図２に示すビードの斜め方向への積み上げによる堆積物の造形について説明する第２の図 図１に示す付加製造装置が有する数値制御装置のハードウェア構成図 図１に示す付加製造装置が有する演算装置のハードウェア構成図 本発明の実施の形態２にかかる付加製造装置におけるパラメータの補正について説明する図 本発明の実施の形態３にかかる付加製造装置におけるパラメータの補正について説明する図 本発明の実施の形態４にかかる付加製造装置における制御について説明する図 本発明の実施の形態５にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図 本発明の実施の形態６にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図 本発明の実施の形態６の第１変形例にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図 本発明の実施の形態６の第２変形例にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図 本発明の実施の形態６の第３変形例にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図 図２３に示す堆積物の造形において使用される補助基材の上面拡大図 図２３に示す堆積物の造形において使用される補助基材の側面拡大図 図２３に示す構成の要部断面を示す図 本発明の実施の形態６の第４変形例にかかる付加製造装置による堆積物の造形について説明する図

以下に、本発明の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。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる付加製造装置１の構成を模式的に示す図である。付加製造装置１は、指向性エネルギー堆積法により三次元造形物を製造する装置である。付加製造装置１は、三次元造形物である堆積物を基材２の面に造形する。基材２は、ステージ１３に載置される。図１に示す基材２は板材である。基材２は、板材以外であっても良い。

付加製造装置１は、レーザビームを出射するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０から出射されたレーザビームが通る光伝達経路１１と、光伝達経路１１からのレーザビームを基材２へ向けて照射する加工ヘッド１２とを備える。レーザ発振器１０と、光伝達経路１１と、加工ヘッド１２とは、造形材料を溶融させるレーザビームを送給位置へ照射する照射部を構成する。レーザ発振器１０は、ＣＯ_２レーザおよびＣＯレーザといった気体レーザ、半導体レーザといった固体レーザまたはファイバーレーザである。

ワイヤ送給装置６は、造形材料であるワイヤ７を送給する。ワイヤ送給ガイド８は、ワイヤ送給装置６から送給されたワイヤ７を基材２の上の送給位置へ導く。ワイヤ送給ガイド８は、加工ヘッド１２と一体とされている。ワイヤ送給装置６とワイヤ送給ガイド８とは、ワイヤ７を送給位置へ送給する送給部を構成する。ワイヤ送給ガイド８は、ワイヤ７の先端２１が送給位置に到達するように、ワイヤ７を送給する。ワイヤ７の材料は、レーザ発振器１０からのレーザビームの照射により溶融可能な金属を含む材料である。

Ｚ軸駆動装置１４は、鉛直方向であるＺ軸方向において加工ヘッド１２を移動させる。Ｘ軸駆動装置１５は、Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方向において加工ヘッド１２を移動させる。Ｙ軸駆動装置１６は、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直なＹ軸方向において加工ヘッド１２を移動させる。加工ヘッド１２は、Ｚ軸駆動装置１４とＸ軸駆動装置１５とＹ軸駆動装置１６との機構によりＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の三次元方向へ移動可能とされている。付加製造装置１は、Ｚ軸駆動装置１４、Ｘ軸駆動装置１５およびＹ軸駆動装置１６の３つの駆動装置以外の機構を備えていても良い。

付加製造装置１は、付加製造装置１の全体を統括制御する数値制御装置３と、演算処理を実行する演算装置４と、データベースを保持する記憶装置５とを備える。付加製造装置１の制御部である数値制御装置３は、基材２に対する送給位置の移動とワイヤ７の溶融とにより形成されるビードを積み上げて基材２に堆積物を造形するための制御を担う。付加製造装置１の演算部である演算装置４は、数値制御装置３による制御のためのパラメータの演算処理を実行する。付加製造装置１の記憶部である記憶装置５は、データベースにパラメータを格納する。

数値制御装置３は、レーザ発振器１０へ指令を送ることにより、レーザ発振器１０からのレーザビームの出射および出射停止と、出射されるレーザビームのパワーとを制御する。数値制御装置３は、Ｚ軸駆動装置１４とＸ軸駆動装置１５とＹ軸駆動装置１６とへ指令を送ることにより、Ｚ軸駆動装置１４とＸ軸駆動装置１５とＹ軸駆動装置１６との駆動を制御する。Ｚ軸駆動装置１４とＸ軸駆動装置１５とＹ軸駆動装置１６とは、数値制御装置３から受けた指令にしたがって、加工ヘッド１２を移動させる。数値制御装置３は、ワイヤ送給装置６へ指令を送ることにより、ワイヤ送給装置６からのワイヤ７の送給および送給停止と、ワイヤ７の送給速度とを制御する。

付加製造装置１は、形成されるビードの形状を測定する測定装置１７を備える。測定装置１７は、ビードの像を取り込む撮像センサを備える。測定装置１７は、撮像センサにより得た撮像データからビードの幅および高さのデータを取得し、取得されたデータを数値制御装置３へ送る。測定装置１７は、レーザ変位センサ等の、ビードの形状を測定可能な非接触型の位置センサ、または接触型の位置センサを備えていても良い。

次に、実施の形態１にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する。図２は、図１に示す付加製造装置１によるビード２２の形成について説明する図である。図２では、堆積物のうち最も下の１層目となるビード２２を基材２の上に形成する手順を示している。

ワイヤ送給装置６とワイヤ送給ガイド８とは、送給位置へワイヤ７を送給する。ワイヤ７は、基材２においてビード２２の形成を進行させる向きとは逆の向きへワイヤ７の先端２１が送給位置において向くように送給される。送給位置は、基材２のうち堆積物が設けられる面、またはそれよりも上の位置とされる。送給位置は、基材２のうち堆積物が設けられる面内の位置であっても良い。加工ヘッド１２からのレーザビーム２０は、送給位置の先端２１へ向けて照射する。

ワイヤ７は、レーザビーム２０を受けることにより加熱されて、先端２１付近がワイヤ７の融点よりも高温となることで、先端２１から溶融する。ワイヤ７の溶融物は、基材２に載せられる。基材２のうちレーザビーム２０の照射を受けている部分は溶融している。ワイヤ７の溶融物は基材２の溶融部分へ溶接される。

付加製造装置１は、Ｘ軸駆動装置１５とＹ軸駆動装置１６との少なくとも一方の駆動により、ビード２２の形成を進行させる向きへ加工ヘッド１２を移動させる。付加製造装置１は、水平方向における加工ヘッド１２の移動により、送給位置を移動させる。付加製造装置１は、加工ヘッド１２ではなくステージ１３の移動により基材２に対して送給位置を移動させても良い。付加製造装置１は、加工ヘッド１２とステージ１３との少なくとも一方の移動により、基材２に対して相対的に送給位置を移動可能であれば良い。

送給位置の移動により、送給位置の移動の軌跡に沿って、ワイヤ７の溶融物と基材２との溶接が進められる。あらかじめ設定された位置まで送給位置が移動してから、レーザ発振器１０は、レーザビーム２０の出射を停止する。ワイヤ送給装置６は、ワイヤ７の送給を停止する。このようにして、付加製造装置１は、基材２の上に、ワイヤ７の溶融物と基材２との溶接によるビード２２を形成する。図２では、送給位置を一方向へ移動させることで、線状のビード２２が形成される様子を示している。

付加製造装置１は、１層目のビード２２の上に、１層目のビード２２と同様の手順により２層目のビード２２を形成する。２層目のビード２２の形成の際、１層目のビード２２のうちレーザビーム２０の照射を受けた部分が溶融する。２層目のビード２２は、ワイヤ７の溶融物と１層目のビード２２との溶接により形成される。付加製造装置１は、２層目のビード２２と同様に、３層目以降のビード２２を形成する。付加製造装置１は、このようにしてビード２２を積み上げていくことで、堆積物を造形する。

付加製造装置１により形成されるビード２２は、図２に示すような線状なビード２２に限られない。付加製造装置１は、水平方向において送給位置を自在に移動させることで、さまざまな形状のビード２２を形成することができる。ビード２２は、円弧といった曲線を持つ形状であっても良く、円のようなループ形状であっても良い。付加製造装置１は、ループ形状のビード２２の積み上げにより、中空の堆積物を造形可能とする。付加製造装置１は、水平方向の一定の範囲内をビード２２で埋め尽くすことで、面状のビード２２を形成しても良い。付加製造装置１は、面状のビード２２の積み上げにより、中実の堆積物を造形可能とする。

次に、図３から図６を参照して、ビード２２の形状および位置に関するパラメータについて説明する。演算装置４は、以下に説明するパラメータの演算処理を実行する。図３は、図２に示すビード２２が形成される様子を上から見た状態を示す図である。ワイヤ送給装置６は、径ＷＤのワイヤ７を送給する。レーザビーム２０の径ＬＤは、ワイヤ７の径ＷＤと同じ程度か、径ＷＤより大きい。送給位置への径ＷＤのワイヤ７の送給と、送給位置への径ＬＤのレーザビーム２０の照射とにより、少なくとも径ＷＤより大きい幅ＢＷのビード２２が形成される。ビード２２の形状は、ワイヤ７の送給速度と、レーザビーム２０の移動速度と、基材２およびワイヤ７の材質と、レーザビーム２０のビーム形状とによって変化する。

図４は、図２に示すビード２２が積み上げられている様子を示す断面図である。図４、および後述する図５以降の断面図では、断面を示すハッチングを省略している。ビード２２と基材２との境界ではビード２２の材質と基材２の材質とが浸透し合うことにより、ビード２２と基材２との境界が明確ではないことがある。図４では、ビード２２と基材２との境界を線により模式的に表しているものとする。ビード２２同士の境界も、ビード２２と基材２との境界と同様に、線により模式的に表しているものとする。

図３に示す送給位置への径ＷＤのワイヤ７の送給と、送給位置への径ＬＤのレーザビーム２０の照射とにより、図４に示すように鉛直方向における高さＢＨのビード２２が基材２に形成される。なお、実施の形態１において、ビード２２は、ＢＨ≦ＢＷを満足するように形成されるものとする。ここで、基材２からｎ回目に積み上げられたビード２２を、ビード２２−ｎとする。「ｎ」は１以上の任意の整数とする。高さＢＨｎは、ビード２２−ｎの高さＢＨとする。幅ＢＷｎは、ビード２２−ｎの幅ＢＷとする。ビード２２−２，２２−３・・の幅ＢＷ２，ＢＷ３・・は、基材２上のビード２２の幅である幅ＢＷ１と同じか幅ＢＷ１より小さい。ビード２２−２，２２−３・・の高さＢＨ２，ＢＨ３・・は、基材２上のビード２２の高さＢＨ１と同じか高さＢＨ１より小さい。測定装置１７は、ビード２２，２２−ｎが形成されるたびに幅ＢＷｎと高さＢＨｎとを測定しても良い。幅ＢＷｎと高さＢＨｎとは、実験により取得されて、あらかじめ記憶装置５内のデータベースに格納されていても良い。なお、幅ＢＷｎと高さＢＨｎとは、鉛直方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータとする。

図５は、図２に示すビード２２が積み上げられる際のビード２２の積層ピッチと、ビード２２の幅ＢＷの方向への送給位置の移動量とについて説明する図である。送給位置は、ワイヤ７が送給される位置である。積層ピッチＢＰは、鉛直方向における送給位置の間隔である。ここで、ｉ回目に積層されたビード２２の積層ピッチＢＰを、積層ピッチＢＰｉとする。「ｉ」は１以上の任意の整数とする。実施の形態１では、積層ピッチＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３・・・は、いずれも等しいものとする。積層ピッチＢＰｉは、あらかじめ記憶装置５内のデータベースに格納される。なお、積層ピッチＢＰｉは、鉛直方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータとする。

移動量ＢＳは、面状のビード２２が形成される場合における面方向における送給位置の移動量とする。面方向とは、基材２のうちビード２２が形成される表面に平行な方向とする。鉛直方向において隣り合うビード２２同士と同様に、水平方向において隣り合うビード２２同士は互いに溶接される。ここで、ｊ回目に積層されたビード２２の移動量ＢＳを、移動量ＢＳｊとする。「ｊ」は１以上の任意の整数とする。実施の形態１では、移動量ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３・・・は、いずれも等しいものとする。移動量ＢＳｊは、あらかじめ記憶装置５内のデータベースに格納される。移動量ＢＳｊは、鉛直方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータとする。

付加製造装置１では、所望の堆積物の造形のためのパラメータが格納されたデータベースは、実際の製品加工より前に構築される。数値制御装置３は、製品加工ではデータベースのパラメータにしたがって各種条件を設定する。演算装置４は、データベースに格納されているパラメータを基に、各種条件の補正のための演算処理を実行する。

付加製造装置１は、鉛直方向と水平方向との間の斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形を行い得る。図６は、図２に示すビード２２の斜め方向への積み上げによる堆積物の造形について説明する第１の図である。

堆積物のうち最も下の１層目のビード２２−１は、図２および図３に示す場合と同様に形成される。下から２層目のビード２２−２は、ビード２２−１の中心よりも設定方向へ中心を移動させて形成される。設定方向は、ビード２２の堆積によって堆積物を延伸させる目標とする方向としてあらかじめ設定された方向とする。図６に示す矢印Ａは、設定方向を表している。ビード２２−２の形成における送給位置は、ビード２２−１の形成における送給位置に対し上方へピッチＫＰだけ移動した位置であって、かつビード２２−１の形成における送給位置に対し設定方向へ移動量ＫＳだけ移動した位置である。ビード２２−２は、ビード２２−２の一部をビード２２−１よりも設定方向へ突出させて、ビード２２−１から斜め方向へ積み上げられる。３層目以降においても、ビード２２は、ビード２２−２と同様に斜め方向へ積み上げられる。設定方向へ所望の長さを持つ堆積物が得られるまで、ビード２２の積み上げが繰り返される。なお、ビード２２は、ビード２２−１，２２−２，２２−ｎの各々を区別せずに称したものとする。

次に、斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータについて説明する。図７は、図６に示す斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータについて説明する図である。

ここで、第１のビードは、互いに積まれる２つのビードのうち先に形成されるビードとする。第２のビードは、当該２つのビードのうち第１のビードに積み上げられるビードとする。２つのビード２２−１，２２−２に着目した場合、ビード２２−１は第１のビード、ビード２２−２は第２のビードである。第１の位置Ｃ１は、第１のビードの形成における送給位置である。第２の位置Ｃ２は、第２のビードの形成における送給位置である。第２の位置Ｃ２は、第１の位置Ｃ１から設定方向へ移動量ＫＳだけずれた位置である。移動量ＫＳは、設定方向における第１の位置Ｃ１と第２の位置Ｃ２との間隔を表すパラメータである。ビード２２−２のうち設定方向側の突出量ＯＨの部分は、ビード２２−１よりも設定方向へ突出している部分である。

図３に示す場合と同様に、ワイヤ７の径ＷＤとレーザビーム２０の径ＬＤとには、ＷＤ≦ＬＤの関係が成り立つ。また、図５に示す場合はビード２２の最上部にビード２２が積み上げられるのに対して、図７に示す場合はビード２２の最上部より低い位置にビード２２が積み上げられるため、図５に示す場合における積層ピッチＢＰと図７に示すピッチＫＰとには、ＫＰ≦ＢＰの関係が成り立つ。図５に示す場合はビード２２が面方向へ並べられるのに対して、図７に示す場合は面方向においてビード２２が重ね合わせられるため、図５に示す場合における移動量ＢＳと図７に示す移動量ＫＳとには、ＫＳ≦ＢＳの関係が成り立つ。さらに、実施の形態１では、ビード２２は、ＫＰ＜ＢＨを満足するように形成される。ＫＰ＜ＢＨと、上述するＢＨ≦ＢＷとから、ＫＰ≦ＢＷの関係が成り立つ。

ビード２２−１，２２−２の形成において、第１の位置Ｃ１から第２の位置Ｃ２への送給位置の移動量ＫＳは、次の式（１）の関係を満足する。演算装置４は、ビード２２−１の幅ＢＷとレーザビーム２０の径ＬＤとを基に、式（１）の関係を満足する移動量ＫＳを算出する。式（１）を満足する移動量ＫＳが設定されることにより、付加製造装置１は、突出量ＯＨの部分を有するビード２２−２を形成することができる。
ＫＳ＋ＬＤ／２≦ＢＷ／２ ・・・（１）

式（１）によると、移動量ＫＳとレーザビーム２０の半径ＬＤ／２との和がビード２２の幅の半分ＢＷ／２以下となるように、径ＬＤが設定される。発明者らは、式（１）を満足する条件での試験を行った。試験においては、移動量ＫＳが０．５ｍｍ、径ＬＤが４．０ｍｍ、幅ＢＷが６．０ｍｍであるときに、１回目に積み上げられるビード２２−１におよそ１．２ｍｍの突出量ＯＨ１の突出部分が形成されることを確認した。また、移動量ＫＳを１．０ｍｍに変更して、２回目に積み上げられるビード２２−２におよそ０．８ｍｍの突出量ＯＨ２の突出部分が形成されることを確認した。３回目以降のビード２２の積み上げにおいては、平均しておよそ０．５ｍｍの突出量ＯＨの突出部分が形成されることを確認した。試験においては、ワイヤ７の径ＷＤを１．２ｍｍ、ビード２２の高さＢＨを３．０ｍｍとした。また、１回目の積み上げにおけるピッチＫＰは１．０ｍｍ、２回目以降の積み上げにおけるピッチＫＰは０．５ｍｍとした。

さらに、移動量ＫＳが次の式（２）の関係を満足することで、斜め方向へ積み上げられたビード２２−２に、さらに斜め方向へ積み上げられるビード２２を形成することができる。
ＫＳ＋ＬＤ／２≦ＯＨ＋ＢＷ／２ ・・・（２）

上述するＫＰ≦ＢＷと式（１）とにより、ＫＳ＋ＬＤ／２≦ＢＷ／２およびＢＷ／２≧ＢＨ／２＞ＫＰ／２を満足することで、ＫＳ＋ＬＤ／２＞ＫＰ／２となり、ＫＰ＜２×ＫＳ＋ＬＤとなる。上述するＫＰ＜ＢＨは、ピッチＫＰが高さＢＨを超えないことを表している。ＫＰ＜ＢＨと式（１）を含めて導き出されたＫＰ＜２×ＫＳ＋ＬＤを満足するように、既に形成されたビード２２に積み上げられるビード２２の形成における送給位置が設定される。この場合、既に形成されたビード２２にワイヤ７が当てられて、既に形成されたビード２２のうちビード２２の中心よりも設定方向における側方部分のほうが、当該中心よりも上方の部分と比べて造形材料の溶着が多くなるようにして、ビード２２が形成される。これにより、付加製造装置１は、水平方向への堆積物の延びが大きくなるようにビード２２を堆積させることができる。既に形成されたビード２２にワイヤ７が当てられない場合も、径ＬＤが式（１）を満足する範囲を超えない値であれば、側方部分における造形材料の溶着が多くなるようにしてビード２２を形成することができる。

また、ビード２２−２に斜め方向へ積み上げられるビード２２の形成において照射されるレーザビーム２０が、ビード２２−２の突出量ＯＨの部分からはみ出ないようにできれば、基材２へのレーザビーム２０の不要な照射を抑制できる。付加製造装置１は、基材２へのレーザビーム２０の不要な照射を抑制できることで、基材２に残される熱影響層を少なくさせることができる。

付加製造装置１は、ｎ回目に積み上げられるビード２２−ｎについて、ビード２２−ｎの１つ下のビード２２−（ｎ−１）に対し設定方向へ突出している部分を含むようにして形成される。ビード２２−ｎについて、ピッチＫＰｎと移動量ＫＳｎと突出量ＯＨｎとが設定される。斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形についてのパラメータであるピッチＫＰ，ＫＰｎと、移動量ＫＳ，ＫＳｎと、突出量ＯＨ，ＯＨｎとは、記憶装置５のデータベースへ格納される。

図８は、図１に示す付加製造装置１による斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、付加製造装置１は、基材２の上に第１のビードであるビード２２−１を形成する。ステップＳ２では、付加製造装置１は、ステップＳ１において形成されたビード２２−１の位置である第１の位置Ｃ１から設定方向である幅ＢＷの方向へ移動した位置である第２の位置Ｃ２に送給位置を合わせて、ビード２２−１の上に次のビード２２−２を形成する。

ステップＳ３では、付加製造装置１は、ビード２２の堆積物の設定方向における幅があらかじめ設定された幅に達したか否かを判断する。堆積物の幅が設定された幅に達していない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、ステップＳ２とステップＳ３とを繰り返す。堆積物の幅が設定された幅に達した場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、付加製造装置１は、堆積物の造形を終了する（エンド）。

ユーザは、完成品の設計データを付加製造装置１へ読み込ませる。演算装置４は、設計データに基づいて、堆積物の造形のためのパラメータを算出する。付加製造装置１は、算出されたパラメータを使用して、図８に示す手順によって堆積物を造形する。演算装置４は、堆積物の造形の際に測定装置１７により取得されたデータを用いて、移動量ＫＳおよびピッチＫＰといったパラメータを算出する。演算装置４は、算出されたパラメータを保存していき、製品となる堆積物の造形における加工特性を表すデータベースを構築する。付加製造装置１は、構築されたデータベースにしたがって、製品となる堆積物の造形を行う。

付加製造装置１は、第１のビードの幅ＢＷとレーザビーム２０の径ＬＤとを基に移動量ＫＳを設定することで、第１のビードよりも設定方向への突出量ＯＨの突出させた部分を含む第２のビードが形成されるように送給位置を設定する。付加製造装置１は、ビード２２を積み上げるごとに、設定方向への移動量ＫＳの送給位置の移動により、鉛直方向への延びよりも水平方向への延びが増すようにして堆積物を造形することができる。付加製造装置１は、設定方向への突出量ＯＨが形成されるようにビード２２を堆積させるとともに、第１のビードに対して安定させることができる位置に第２のビードが形成されるように第２のビードの形成における送給位置を設定することができる。これにより、付加製造装置１は、堆積物の倒れを抑制しながらビード２２を堆積することができる。以上により、付加製造装置１は、水平方向への堆積物の延びが大きくなるようにビード２２を堆積させるともに堆積物を安定して造形することができるという効果を奏する。

次に、斜め方向へのビード２２の積み上げによる堆積物の造形におけるパラメータの補正について説明する。図９は、図１に示す付加製造装置１により照射されるレーザビーム２０の形状を説明する図である。付加製造装置１は、送給位置へ向けて収束する形状であるタイプＬ１のレーザビーム２０と、送給位置へ向けて平行に進行するタイプＬ２のレーザビーム２０と、送給位置へ向けて径が拡張される形状であるタイプＬ３のレーザビーム２０とを使用し得る。タイプＬ１のレーザビーム２０は、焦点位置が送給位置よりもレーザ発振器１０側とは逆側に設定されたガウシアンビームである。タイプＬ３のレーザビーム２０は、焦点位置が送給位置よりもレーザ発振器１０側に設定されたガウシアンビームである。タイプＬ２のレーザビーム２０は、いわゆるトップハットビームである。付加製造装置１は、タイプＬ３のレーザビーム２０が使用される場合に、基材２へのレーザビーム２０の不要な照射を抑制するためのパラメータの補正を行うことができる。

図１０は、図９に示すタイプＬ３のレーザビーム２０を送給位置へ照射する場合について説明する図である。付加製造装置１は、レーザビーム２０の径ＬＤをビード２２の幅ＢＷよりも小さくすることで、または焦点位置を調整することで、基材２への不要なレーザビーム２０の照射を抑制し得る。タイプＬ３のレーザビーム２０は、送給位置での径ＬＤに比べて、送給位置より先の基材２の位置での径が広がることとなる。このため、送給位置での所望の径ＬＤが得られる一方で、ビード２２−１からはみ出し幅ＬＯにおいてレーザビーム２０がはみ出ることがある。

図１１は、図１０に示すレーザビーム２０のビード２２−１からのはみ出しを抑制するためのパラメータの補正について説明する図である。図１１の左部には、第２の位置Ｃ２にて径ＬＤとされたレーザビーム２０が照射している状態を示している。この状態では、第２の位置Ｃ２より基材２側におけるレーザビーム２０の拡がりによって、基材２では、はみ出し幅ＬＯにおけるレーザビーム２０のはみ出し部２３が生じている。

図１１の右部には、第１の位置Ｃ１にて径ＬＤとされたレーザビーム２０が照射している状態を示している。この状態では、第２の位置Ｃ２にて径ＬＤとされたレーザビーム２０が照射する場合よりも、第２の位置Ｃ２より基材２側におけるレーザビーム２０の拡がりが抑制される。このように、演算装置４は、レーザビーム２０があらかじめ設定された径ＬＤとなる位置を第２の位置Ｃ２から第１の位置Ｃ１へ移動させることで、第２の位置Ｃ２を送給位置とするレーザビーム２０の照射におけるレーザビーム２０の径を補正する。基材２では、レーザビーム２０の拡がりが抑えられることで、ビード２２−１からのレーザビーム２０のはみ出しが低減される。これにより、付加製造装置１は、基材２への不要なレーザビーム２０の照射を抑制して、基材２に生じる熱影響層を少なくさせることができる。図１１の右部に示す状態では、レーザビーム２０の全体がビード２２−１によって受け止められている。この場合、付加製造装置１は、基材２へのレーザビーム２０のはみ出しが無い状態にできる。なお、レーザビーム２０のビード２２−１からのはみ出しを抑制するためのレーザビーム２０の径の補正により、当該補正が行われない場合と比較して、ビード２２−２のサイズは小さくなる。

図１２は、図９に示すタイプＬ３のレーザビーム２０について説明する図である。一般に、光源から焦点距離ｆｆの位置である焦点位置におけるレーザビーム２０の直径ｄは、照射部に設けられている光学レンズの諸元パラメータにより決まる。焦点位置から距離Δｆにおけるレーザビーム２０の径ＬＤは、あらかじめ測定されることが望ましい。径ＬＤがビーム強度の８６．５％が集光される径であるとすると、径ＬＤは、ＬＤ＝２×Δｆ×θｆの式により概略的に計算される。径ＬＤがビーム強度の１００％が集光される径であるとすると、径ＬＤは、ＬＤ＝２×（２×Δｆ×θｆ）の式により概略的に計算される。θｆは、レーザビーム２０の光束と光軸Ｘとがなす最大角度とする。

上記の式であるＬＤ＝２×Δｆ×θｆによると、Δｆ＝２５．０ｍｍ、θｆ＝０．０６４ｒａｄの場合、ＬＤ＝３．２ｍｍとなる。ＫＰ＝２．０ｍｍとした場合、図１１に示す第１の位置Ｃ１での径ＬＤは、ＬＤ＝２×（Δｆ＋ＫＰ）×θｆの式により、ＬＤ≒３．４６ｍｍとなる。この場合、はみ出し幅ＬＯは、ＬＯ＝（Δｆ＋ＫＰ）×θｆの式により、ＬＯ≒０．１３ｍｍ程度となる。はみ出し幅ＬＯは、ビード２２が積み上げられるにしたがい大きくなる。

演算装置４は、ＬＯ＝（Δｆ＋ＫＰ）×θｆの式により算出されるはみ出し幅ＬＯをデータベースに格納されている移動量ＫＳから差し引くことにより、移動量ＫＳを補正しても良い。移動量ＫＳの補正により、レーザビーム２０の全体がビード２２−１によって受け止められるようにできることで、基材２へのレーザビーム２０のはみ出しを抑制することができる。これにより、付加製造装置１は、基材２へのレーザビーム２０のはみ出しを抑制して、基材２に生じる熱影響層を少なくさせることができる。演算装置４は、データベースに格納されているピッチＫＰを適宜小さくする補正により、はみ出し幅ＬＯを小さくさせる補正を行っても良い。この場合も、付加製造装置１は、基材２へのレーザビーム２０のはみ出しを抑制して、基材２に生じる熱影響層を少なくさせることができる。なお、演算装置４は、基材２での熱影響層の発生を考慮しなくても良い場合は、上述のような補正を行わなくても良い。

演算装置４は、上述のようなタイプＬ３のレーザビーム２０が使用される場合におけるパラメータの補正を、タイプＬ１またはタイプＬ２のレーザビーム２０が使用される場合に行っても良い。この場合も、付加製造装置１は、基材２へのレーザビーム２０のはみ出しを抑制して、基材２に生じる熱影響層を少なくさせることができる。

演算装置４は、光学レンズの諸元パラメータを使用して、はみ出し幅ＬＯを計算しても良い。演算装置４は、得られたはみ出し幅ＬＯを記憶装置５のデータベースに格納する。演算装置４は、付加製造装置１の外部の装置での演算により得られたはみ出し幅ＬＯをデータベースへ格納しても良い。演算装置４は、レーザビーム２０の照射による実験データを基にはみ出し幅ＬＯを計算しても良い。

図１３は、図２に示すビード２２の斜め方向への積み上げによる堆積物の造形について説明する第２の図である。ここで、ビード２２Ａ−ｎは、矢印Ａの方向を設定方向として積み上げられるビード２２−ｎとする。ビード２２Ｂ−ｎは、矢印Ａの方向とは逆の矢印Ｂの方向を設定方向として積み上げられるビード２２−ｎとする。図１３に示す例では、ビード２２Ａ−ｎの積み上げと、ビード２２−ｎの積み上げとを行い、２つの堆積物が繋がれてなる１つの構造物を造形する様子を示している。矢印Ａの方向は、ビード２２Ａ−１からビード２２Ｂ−１へ向かう第１の設定方向である。矢印Ｂの方向は、矢印Ａの方向とは逆の方向であって、ビード２２Ｂ−１からビード２２Ａ−１へ向かう第２の設定方向である。付加製造装置１は、設定方向を第１の設定方向とするビード２２Ａ−ｎの積み上げにより第１の堆積物を造形する。付加製造装置１は、設定方向を第２の設定方向とするビード２２Ｂ−ｎの積み上げにより、第１の堆積物へ向けて延ばされる第２の堆積物を造形する。付加製造装置１は、第１の堆積物と第２の堆積物とを基材２の上方にて繋いで、１つの構造物を造形する。

ビード２２Ａ−１の形成における送給位置と、ビード２２Ｂ−１の形成における送給位置との間の距離Ｄと、ビード２２Ａ−１，２２Ｂ−１の幅ＢＷと、突出量ＯＨとが、Ｄ−ＢＷ≦（ｍ＋１）×ＯＨの関係を満足するまで、ビード２２Ａ−１からのビード２２の積み上げとビード２２Ｂ−１からのビード２２の積み上げとが行われる。「ｍ」は任意の自然数であって、矢印Ａの方向を設定方向とする堆積物と矢印Ｂの方向を設定方向とする堆積物とが繋げられるまでにビード２２Ａ−１とビード２２Ｂ−１とから積み上げられるビード２２の数を表す。距離Ｄは、あらかじめ設定されており、データベースに格納されている。

２つの堆積物同士の間隔が突出量ＯＨ以下となって、最後のビード２２Ａ−ｎが積み上げられることにより、矢印Ａの方向を設定方向とする堆積物と矢印Ｂの方向を設定方向とする堆積物とが繋げられる。このようにして、付加製造装置１は、基材２のうちビード２２Ａ−１とビード２２Ｂ−１との間を覆ういわば蓋状の構造物を造形する。付加製造装置１は、鉛直方向への延びよりも水平方向への延びが増すようにして堆積物を造形可能であることで、蓋状の構造物の造形が可能となる。

付加製造装置１は、造形材料にワイヤ７が用いられることで、粉末状の造形材料が用いられる場合と比べて、造形材料の飛散を抑制できる。このため、付加製造装置１は、造形材料にワイヤ７が用いられることで、完成品における不要な造形材料の残存を低減できる。付加製造装置１は、蓋状の構造物を造形する場合に、蓋により覆われる空間内における不要な造形材料の残存を低減できる。

図１４は、図１に示す付加製造装置１が有する数値制御装置３のハードウェア構成図である。数値制御装置３の制御機能は、メモリ１０２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１０１により実現される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、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）である。数値制御装置３の機能は、プロセッサ１０１と、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ１０２に格納される。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ等の内蔵メモリである。ディスプレイ１０３は、付加製造装置１の制御に関する表示画面を表示する。

図１５は、図１に示す付加製造装置１が有する演算装置４のハードウェア構成図である。演算装置４の演算機能は、メモリ１１２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１１１により実現される。プロセッサ１１１は、ＣＰＵ、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰである。演算装置４の機能は、プロセッサ１１１と、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ１１２に格納される。メモリ１１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ等の内蔵メモリである。ディスプレイ１１３は、演算処理に関する表示画面を表示する。

実施の形態２．
実施の形態２および３は、測定装置１７による実測値に基づくパラメータの補正の例について説明する。図１６は、本発明の実施の形態２にかかる付加製造装置１におけるパラメータの補正について説明する図である。実施の形態２では、測定装置１７によるビード２２の２分の１幅ＢＷ／２の実測値ＢＷＲ／２または突出量ＯＨの実測値ＯＨＲを基に、移動量ＫＳを補正する。実施の形態２では、上記の実施の形態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とは異なる点を主に説明する。

図１６では、ビード２２−１の実測値ＢＷＲ／２とビード２２−３の実測値ＯＨＲとを示している。ＢＷ／２＞ＢＷＲ／２が成り立つ場合、演算装置４は、データベースに格納されている移動量ＫＳを、ＫＳ’＝ＫＳ＋｛（ＢＷ−ＢＷＲ）／２｝×αとする補正を行う。または、ＯＨ＞ＯＨＲが成り立つ場合、演算装置４は、データベースに格納されている移動量ＫＳを、ＫＳ’＝ＫＳ＋（ＯＨ−ＯＨＲ）×βとする補正を行う。αおよびβは、１以上かつ２以下の数値であって、任意に設定される数値とする。演算装置４は、補正後の移動量ＫＳ’と、移動量ＫＳ’の算出にて設定されたαおよびβをデータベースに格納する。なお、演算装置４による移動量ＫＳの補正は、上記の式にしたがった演算以外の演算によるものであっても良いものとする。

数値制御装置３は、ビード２２の幅ＢＷの実測値ＢＷＲとデータベースに格納されている幅ＢＷとの差が過大と判断した場合に、造形を停止させても良い。例えば、ＢＷＲ＞２×ＢＷが成り立つ場合、実測値ＢＷＲと幅ＢＷとの差が過大であり斜め方向へのビード２２の安定した積み上げが困難となることが予想される。この場合に、数値制御装置３は、造形を停止させるとともに、ディスプレイ１０３にアラームを表示する。

数値制御装置３は、実測値ＯＨＲとデータベースに格納されている突出量ＯＨとの差が過大と判断した場合に、造形を停止させても良い。例えば、ＯＨＲ＞２×ＯＨが成り立つ場合、実測値ＯＨＲと突出量ＯＨとの差が過大であり斜め方向へのビード２２の安定した積み上げが困難となることが予想される。この場合に、数値制御装置３は、造形を停止させるとともに、ディスプレイ１０３にアラームを表示する。

図１３に示す蓋状の構造物の造形においては、矢印Ａの方向を設定方向とする堆積物と矢印Ｂの方向を設定方向とする堆積物とについて、測定された実測値ＢＷＲ／２，ＯＨＲを基に移動量ＫＳが補正される。また、蓋状の構造物の造形においては、Ｄ≧ＯＨＲ＋ＢＷＲ／２が成り立つ場合は、事前に予測される個数のビード２２によって２つの堆積物は繋がれず、構造物が完成されないことが予想される。この場合に、数値制御装置３は、ディスプレイ１０３にアラームを表示しても良い。また、構造物の完成のためには事前に予測されている数より多くのビード２２が形成されることとなることから、数値制御装置３は、構造物の完成までの時間が延長されることをディスプレイ１０３に表示しても良い。

実施の形態３．
図１７は、本発明の実施の形態３にかかる付加製造装置１におけるパラメータの補正について説明する図である。実施の形態３では、測定装置１７によるビード２２の高さＢＨの実測値ＢＨＲまたは基材２からのビード２２の積み上げ高さの実測値ＢＴＲを基に、ピッチＫＰを補正する。実施の形態３では、上記の実施の形態１および２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１および２とは異なる点を主に説明する。

図１７では、ビード２２−１の実測値ＢＨＲとビード２２−３の実測値ＢＴＲとを示している。ＢＨ＞ＢＨＲが成り立つ場合、演算装置４は、データベースに格納されているピッチＫＰを、ＫＰ’＝ＫＰ＋（ＢＨ−ＢＨＲ）×γに補正する。また、ビード２２−１，２２−２，２２−３の高さＢＨの合計をＢＨ＋ＢＨｎと表すとして、ＢＴＲ＞ＢＨ＋ＢＨｎが成り立つ場合、演算装置４は、データベースに格納されているピッチＫＰを、ＫＰ’＝ＫＰ＋（ＢＨ＋ＢＨｎ−ＢＴＲ）×δに補正する。γおよびδは、１以上かつ２以下の数値であって、任意に設定される数値とする。演算装置４は、補正後のピッチＫＰ’と、ピッチＫＰ’の算出にて設定されたγおよびδをデータベースに格納する。

数値制御装置３は、ビード２２の高さＢＨの実測値ＢＨＲとデータベースに格納されている高さＢＨとの差が過大と判断した場合に、造形を停止させても良い。例えば、ＢＨＲ＞２×ＢＨが成り立つ場合、実測値ＢＨＲと高さＢＨとの差が過大であり斜め方向へのビード２２の安定した積み上げが困難となることが予想される。この場合に、数値制御装置３は、造形を停止させるとともに、ディスプレイ１０３にアラームを表示する。

数値制御装置３は、ビード２２の積み上げ高さの実測値ＢＴＲとデータベースに格納されている高さＢＨの合計であるＢＨ＋ＢＨｎとの差が過大と判断した場合に、造形を停止させても良い。例えば、ＢＴＲ＞２×（ＢＨ＋ＢＨｎ）が成り立つ場合、実測値ＢＴＲとＢＨ＋ＢＨｎとの差が過大であり斜め方向へのビード２２の安定した積み上げが困難となることが予想される。この場合に、数値制御装置３は、造形を停止させるとともに、ディスプレイ１０３にアラームを表示する。

図１３に示す蓋状の構造物の造形においては、矢印Ａの方向を設定方向とする堆積物と矢印Ｂの方向を設定方向とする堆積物とについて、測定された実測値ＢＨＲ，ＢＴＲを基にピッチＫＰが補正される。ビード２２は、突出量ＯＨの部分が重力によって垂れた形状となる。かかる垂れによるビード２２の変形を抑制するために、演算装置４は、逐次測定された実測値ＢＴＲによってピッチＫＰを補正しても良い。

実施の形態４．
図１８は、本発明の実施の形態４にかかる付加製造装置１における制御について説明する図である。実施の形態４では、基材２または第１のビードの温度を計測して、計測された温度を基に、造形を停止あるいは条件を変更する。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる点を主に説明する。

実施の形態４では、測定装置１７には、温度センサが含まれている。温度センサは、非接触のパイロメータ等のレーザ装置である。測定装置１７は、第１ビードであるビード２２−１の形成のときに、基材２の温度ＬＴＲを計測する。測定装置１７は、第２ビードの形成のとき、第１ビードの温度ＬＴＲを計測する。図１８には、基材２の温度ＬＴＲと、第２ビードであるビード２２−２の形成のときにおける第１ビードであるビード２２−１の温度ＬＴＲを示している。演算装置４は、データベースに格納されている温度ＬＴと温度ＬＴＲとを比較する。第１ビードに第２ビードを積み上げる工程が連続して行われる場合、ＬＴＲ≒ＬＴとなる。

ビード２２の積み上げが続けられることで、基材２と形成されたビード２２とには、レーザビーム２０の照射による熱が蓄積されていく。これに対し、堆積物の造形の途中でビード２２の積み上げが中断される場合、基材２またはビード２２の温度ＬＴＲは温度ＬＴから低下することがあり得る。基材２と形成されたビード２２との温度ＬＴＲの低下により、ビード２２の形成の安定性に影響が及ぶことがあり得る。この場合に、数値制御装置３は、造形を停止させるか、条件を変更して造形を続ける。また、数値制御装置３は、ディスプレイ１０３にアラームを表示する。演算装置４は、温度ＬＴと温度ＬＴＲとの差に基づいて、データベースに格納されている各種条件のパラメータを補正しても良い。

付加製造装置１は、温度ＬＴＲの低下が確認された場合に、第１ビードへの第２ビードの斜め方向への積み上げを一時的に鉛直方向への積み上げに置き換えて、造形を継続しても良い。これにより、付加製造装置１は、安定した造形を行うことができる。付加製造装置１は、温度ＬＴＲの低下が確認された場合に、ワイヤ送給装置６による送給を停止させてレーザビーム２０を基材２とビード２２とに照射しても良い。付加製造装置１は、基材２とビード２２との温度を上昇させて、安定した造形を行うことができる。

図１３に示す蓋状の構造物の造形においては、矢印Ａの方向を設定方向とする堆積物と矢印Ｂの方向を設定方向とする堆積物とのそれぞれについて温度ＬＴＲが計測されても良い。

実施の形態５．
図１９は、本発明の実施の形態５にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態５では、付加製造装置１は、円の径を漸次小さくさせながら円に沿ってビード２２を形成することにより円筒状の構造物３１に蓋状の堆積物３２を造形する。実施の形態５では、上記の実施の形態１から４と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から４とは異なる点を主に説明する。

付加製造装置１は、円に沿って形成されるビードの積み上げにより、構造物３１を造形する。付加製造装置１は、構造物３１に沿って送給位置を移動させて、構造物３１の上にビード２２を形成する。演算装置４は、円に沿って送給位置を１周移動させると、突出量ＯＨあるいは突出量の実測値ＯＨＲに相当する長さを当該円の半径から減じて、次に送給位置を移動させる円を設定する。数値制御装置３は、円に沿って送給位置を１周移動させるごとにビード２２の形成を中断して、１層ごとのビード２２を形成させる。または、数値制御装置３は、円の半径を減少させながら送給位置を螺旋状に移動させて、一筆書きの要領で各層のビード２２を形成する。構造物３１の中心軸上付近に送給位置が到達するまで送給位置を移動させることで、構造物３１の上を覆う堆積物３２が完成する。このようにして、付加製造装置１は、斜め方向へビード２２を積み上げる手法を応用して、蓋状の堆積物３２を造形することができる。

なお、付加製造装置１は、多角形といった円以外のループ形状に沿って送給位置を移動させることにより、堆積物を造形しても良い。付加製造装置１は、下層に対し上層における送給位置の移動軌跡が相似かつ縮小された形状とすることで、円に沿って送給位置を移動させる場合と同様に堆積物を造形することができる。

実施の形態６．
図２０は、本発明の実施の形態６にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態６では、付加製造装置１は、ビード３３Ａを斜め方向へ積み上げる一方、ビード３３Ｂを鉛直方向へ積み上げる。付加製造装置１は、ビード３３Ａを斜め方向へ積み上げていき、設定方向の先にあるビード３３Ｂの堆積物にまでビード３３Ａの堆積物を到達させる。これにより、付加製造装置１は、基材２からビード３３Ｂの堆積物の上面に到達する蓋状の構造物３４を造形することができる。

図２１は、本発明の実施の形態６の第１変形例にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態６の第１変形例では、付加製造装置１は、ビード３３Ａを斜め方向へ積み上げていき、設定方向の先にある構造物３４Ｂにまでビード３３Ａの堆積物を到達させる。構造物３４Ｂは、基材２に載置されたものであっても良く、基材２のうち上方へ向けて突出させた部分であっても良い。

基材２に形成されるビード３３Ａの中心から構造物３４Ｂまでの水平方向における距離Ｅと、構造物３４Ｂの鉛直方向における高さＦから、基材２に対してビード３３Ａの堆積物を傾斜させる角度θは、ａｒｃｔａｎ（Ｆ／Ｅ）＝θにより求められる。演算装置４は、移動量ＫＳを基に、ピッチＫＰをＫＰ’＝ＫＳ×（Ｆ／Ｅ）とする補正を行う。これにより、付加製造装置１は、基材２から構造物３４Ｂの上面に到達する蓋状の構造物３５を造形することができる。

図２２は、本発明の実施の形態６の第２変形例にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態６の第２変形例では、設定方向における穴３６よりも手前側の位置から設定方向へビード３３Ａを重ねていき、穴３６の先にまでビード３３Ａの堆積物を到達する。実施の形態６の第２変形例では、ビード３３Ａから設定方向への先には、基材２から立てられた他の堆積物も構造物も設けられていない。基材２上からのビード３３Ａの積み上げにより、堆積物は水平方向へ近い方向へ延ばされて、基材２のうち穴３６を超えた先の領域へ到達する。

移動量ＫＳが実施の形態１の式（２）の関係を満足するとともに、ピッチＫＰが小さくされることで、水平方向に近い方向へビード３３Ａの堆積物が延ばされる。これにより、付加製造装置１は、設定方向において穴３６を跨ぐように延ばされたビード３３Ａの堆積物を造形することで、穴３６を覆う蓋状の構造物３７を造形することができる。

図２３は、本発明の実施の形態６の第３変形例にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態６の第３変形例では、付加製造装置１は、第２変形例と同様の穴３６を覆うメッシュ状の補助基材３８が配置されて、蓋状の構造物３７を造形する。

図２４は、図２３に示す堆積物の造形において使用される補助基材３８の上面拡大図である。補助基材３８は、幅ＭＤの線状の材料３９を、幅ＭＷの網目をなすように編み込んで構成されている。

図２５は、図２３に示す堆積物の造形において使用される補助基材３８の側面拡大図である。補助基材３８は、高さＭＴにて材料３９を編み込んで構成されている。補助基材３８の材料は、ワイヤ７の材料と同じ材料か、基材２の材料と同じ材料とされる。

図２６は、図２３に示す構成の要部断面を示す図である。ビード３３Ａ−１は、基材２に設けられる。ビード３３Ａ−２，３３Ａ−３と、ビード３３Ａ−２，３３Ａ−３の設定方向側に形成される他のビード３３Ａとは、突出量ＯＨが（ＭＷ＋ＭＤ）×ｐ＝ＯＨの関係を満足するまで、ビード３３Ａの積み上げが継続される。「ｐ」は任意の整数であって、穴３６よりも設定方向の手前側の位置から穴３６よりも先の位置にまで堆積物が繋げられるまでに積み上げられるビード３３Ａの数を表す。

ビード３３Ａ−２，３３Ａ−３と、ビード３３Ａ−２，３３Ａ−３の設定方向側に形成される他のビード３３Ａについて、ＫＳ＝ＯＨが成り立つ。また、ビード３３Ａ−２については、ＫＰ＝ＭＴが成り立つ。ビード３３Ａ−３と、ビード３３Ａ−３の設定方向側に形成される他のビード３３Ａについて、ＫＰ＝０が成り立つ。

補助基材３８は、溶融によりビード３３Ａと基材２とに溶接される。付加製造装置１は、穴３６を覆う補助基材３８が設けられていることで、穴３６の内部にまでビード３３Ａが垂れるようなビード３３Ａの変形を抑制できる。付加製造装置１は、穴３６を覆う蓋状の構造物３７を造形することができる。

図２７は、本発明の実施の形態６の第４変形例にかかる付加製造装置１による堆積物の造形について説明する図である。実施の形態６の第４変形例では、付加製造装置１は、複数の線状の材料４１を有する補助基材４０が配置されて、蓋状の構造物４２を造形する。材料４１は、平行かつ等間隔で配置される。付加製造装置１は、穴３６を覆う補助基材４０が設けられていることで、穴３６の内部にまでビード３３Ａが垂れるようなビード３３Ａの変形を抑制できる。付加製造装置１は、穴３６を覆う蓋状の構造物３７を造形することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 付加製造装置、２ 基材、３ 数値制御装置、４ 演算装置、５ 記憶装置、６ ワイヤ送給装置、７ ワイヤ、８ ワイヤ送給ガイド、１０ レーザ発振器、１１ 光伝達経路、１２ 加工ヘッド、１３ ステージ、１４ Ｚ軸駆動装置、１５ Ｘ軸駆動装置、１６ Ｙ軸駆動装置、１７ 測定装置、２０ レーザビーム、２１ 先端、２２，３３Ａ，３３Ｂ ビード、２３ はみ出し部、３１，３４，３４Ｂ，３５，３７，４２ 構造物、３２ 堆積物、３６ 穴、３８，４０ 補助基材、３９，４１ 材料、１０１，１１１ プロセッサ、１０２，１１２ メモリ、１０３，１１３ ディスプレイ。

Claims (8)

1. 基材に堆積物を造形する付加製造装置であって、
   造形材料を送給位置へ送給する送給部と、
   前記造形材料を溶融させるレーザビームを前記送給位置へ照射する照射部と、
   前記基材に対する前記送給位置の移動と前記造形材料の溶融とにより形成されるビードを積み上げて前記堆積物を造形するための制御を担う制御部と、
   前記制御部による制御のためのパラメータの演算処理を実行する演算部と、を備え、
   前記演算部は、積み重ねられる２つのビードのうち先に形成されるビードである第１のビードの形成における前記送給位置である第１の位置と、前記２つのビードのうち前記第１のビードに積み上げられるビードである第２のビードの形成における前記送給位置である第２の位置とについて、前記第１のビードの幅と前記レーザビームの径とを基に、前記第１のビードの前記幅の方向である設定方向における前記第１の位置と前記第２の位置との間隔を算出し、
   前記制御部は、前記第１の位置から前記設定方向へ前記間隔だけずれた位置を前記第２の位置とする制御により、前記第２のビードの一部を前記第１のビードよりも前記設定方向へ突出させることを特徴とする付加製造装置。
2. 前記演算部は、前記ビードの形状の測定により得られた実測値を基に、前記間隔を補正することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記演算部は、前記第２の位置を前記送給位置とする前記レーザビームの照射における前記レーザビームの径を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造装置。
4. 前記演算部は、前記第２の位置を前記送給位置とする前記レーザビームの照射における前記第１のビードからの前記レーザビームのはみ出し幅を基に、前記間隔を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の付加製造装置。
5. 前記造形材料がワイヤであ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. 前記第１のビードの前記幅をＢＷ、前記レーザビームの径をＬＤ、前記間隔を表すパラメータであって前記第１の位置から前記第２の位置への前記送給位置の移動量をＫＳ、として、前記演算部は、ＫＳ＋ＬＤ／２≦ＢＷ／２の関係を満足する前記ＫＳを算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の付加製造装置。
7. 基材に堆積物を造形する付加製造装置の付加製造方法であって、
   造形材料を送給位置へ送給する工程と、
   前記造形材料を溶融させるレーザビームを前記送給位置へ照射する工程と、
   前記基材に対する前記送給位置の移動と前記造形材料の溶融とにより形成されるビードを積み上げて前記堆積物を造形するための制御を行う工程と、
   前記制御のためのパラメータの演算処理を実行する工程と、を含み、
   積み重ねられる２つのビードのうち先に形成されるビードである第１のビードの形成における前記送給位置である第１の位置と、前記２つのビードのうち前記第１のビードに積み上げられるビードである第２のビードの形成における前記送給位置である第２の位置とについて、前記第１のビードの幅と前記レーザビームの径とを基に、前記第１のビードの前記幅の方向である設定方向における前記第１の位置と前記第２の位置との間隔を算出し、
   前記第１の位置から前記設定方向へ前記間隔だけずれた位置を前記第２の位置とする制御により、前記第２のビードの一部を前記第１のビードよりも前記設定方向へ突出させることを特徴とする付加製造方法。
8. 前記設定方向を第１の設定方向とする前記ビードの積み上げにより第１の堆積物を造形する工程と、
   前記設定方向を第２の設定方向とする前記ビードの積み上げにより、前記第１の堆積物へ向けて延ばされる第２の堆積物を造形する工程と、
   前記第１の堆積物と前記第２の堆積物とを前記基材より上方にて繋いで、１つの構造物を造形する工程と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の付加製造方法。