JP6753990B1 - 積層造形物の積層計画方法、積層造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 溶着ビードをベースプレート上に積層する積層造形装置により、積層造形物を該積層造形物の3次元形状データを用いて造形する積層造形物の積層計画方法であって、
コンピュータが、
前記3次元形状データを取得する工程と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する工程と、
複数の前記溶接パスについて、溶接パスの終了から次の溶接パスの開始までのパス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する工程と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整する工程と、
前記伝熱計算によって算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する工程と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データを算出するまでの工程を繰り返す工程と、
を実行する積層造形物の積層計画方法。
(2) (1)に記載の積層造形物の積層計画方法により作成した前記積層計画に基づいて、前記積層造形物を製造する積層造形物の製造方法。
(3) 積層造形物の3次元形状データを用い、溶着ビードをベースプレート上に積層して前記積層造形物を造形する積層造形物の製造装置であって、
前記3次元形状データを取得する入力部と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する積層計画作成部と、
複数の前記溶接パスについて、パス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する温度予測部と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整するパス間温度調整部と、
前記伝熱計算が終了して算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する変形量計算部と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データの算出までの工程を繰り返す形状差調整部と、
を備える積層造形物の製造装置。
<積層造形物の製造装置>
図1は本発明に係る積層造形物の製造装置の概略構成図である。
本構成の積層造形物の製造装置100は、造形部11と、造形部11を統括制御するコントローラ13と、電源装置15と、を備える。
次に、単純な積層造形物Wのモデルを用いて、積層造形の手順を簡単に説明する。
図2は積層造形物Wを上下方向に切断した概略断面図である。図3A〜図3Cは積層造形物Wの基本的な積層造形の手順を説明する工程説明図であって、積層造形物Wを上下方向に切断した概略断面図である。
次に、積層造形物を造形する積層計画方法について説明する。
ここでは、上記したような積層造形物Wを溶着ビードBの積層により造形する際に、溶着ビードBのパス間温度を適切に管理することにより、熱の影響を考慮して積層造形物Wを造形する積層計画を作成する。
まず、コントローラ13は、造形しようとする積層造形物のCADデータである3次元形状データD0を入力部39から取得する(S1)。
H:エンタルピ
C:節点体積の逆数
K:熱伝導マトリックス
F:熱流束
Q:体積発熱
である。
(1) 溶着ビードをベースプレート上に積層する積層造形装置により、積層造形物を該積層造形物の3次元形状データを用いて造形する積層造形物の積層計画方法であって、
コンピュータが、
前記3次元形状データを取得する工程と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する工程と、
複数の前記溶接パスについて、溶接パスの終了から次の溶接パスの開始までのパス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する工程と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整する工程と、
前記伝熱計算によって算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する工程と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データを算出するまでの工程を繰り返す工程と、
を実行する積層造形物の積層計画方法。
この構成の積層造形物の積層計画方法によれば、溶着ビードを形成する際の溶接パスのパス間温度を適切に管理しつつ、熱収縮による変形が考慮された積層計画を作成することができる。
前記積層造形物に対する加工によって生じる解放ひずみによる前記積層造形物の変形量を予測し、当該変形量に基づいて、前記造形物形状データを修正する工程を実行する(1)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この構成の積層造形物の積層計画方法によれば、積層造形物に対して切削や焼鈍などの加工を行う場合、この加工によって生じる解放ひずみによる積層造形物の変形を考慮して積層造形物を造形することができる。
前記積層造形物から前記ベースプレートを除去することによって生じる解放ひずみによる前記積層造形物の変形量を予測し、当該変形量に基づいて、前記造形物形状データを修正する工程を実行する(1)又は(2)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この構成の積層造形物の積層計画方法によれば、積層造形物に対してベースプレートの除去を行う場合、このベースプレートの除去によって生じる解放ひずみによる積層造形物の変形を考慮して積層造形物を造形することができる。
この構成の積層造形物の製造方法によれば、溶着ビードを形成する際の溶接パスのパス間温度を適切に管理しつつ、熱収縮等による変形を考慮して積層造形物を造形することができる。
前記3次元形状データを取得する入力部と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する積層計画作成部と、
複数の前記溶接パスについて、パス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する温度予測部と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整するパス間温度調整部と、
前記伝熱計算が終了して算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する変形量計算部と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データの算出までの工程を繰り返す形状差調整部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この構成の積層造形物の製造装置によれば、溶着ビードを形成する際の溶接パスのパス間温度を適切に管理しつつ、熱収縮による変形を考慮して積層造形物を造形することができる。
31 積層計画作成部
33 変形量計算部
34 余肉量設定部
35 プログラム生成部
36 温度予測部
37 記憶部
38 造形時間見積り部
39 入力部
40 表示部
100 積層造形物の製造装置
B 溶着ビード
D0 3次元形状データ
D1 造形物形状データ
D2 修正3次元形状データ
Tn パス間温度
tn パス間時間
W 積層造形物
δ ニアネット値(適正値)
Claims (5)
- 溶着ビードをベースプレート上に積層する積層造形装置により、積層造形物を該積層造形物の3次元形状データを用いて造形する積層造形物の積層計画方法であって、
コンピュータが、
前記3次元形状データを取得する工程と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する工程と、
複数の前記溶接パスについて、溶接パスの終了から次の溶接パスの開始までのパス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する工程と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整する工程と、
前記伝熱計算によって算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する工程と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データを算出するまでの工程を繰り返す工程と、
を実行する積層造形物の積層計画方法。 - 前記コンピュータが、
前記積層造形物に対する加工によって生じる解放ひずみによる前記積層造形物の変形量を予測し、当該変形量に基づいて、前記造形物形状データを修正する工程を実行する請求項1に記載の積層造形物の積層計画方法。 - 前記コンピュータが、
前記積層造形物から前記ベースプレートを除去することによって生じる解放ひずみによる前記積層造形物の変形量を予測し、当該変形量に基づいて、前記造形物形状データを修正する工程を実行する請求項1又は2に記載の積層造形物の積層計画方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層造形物の積層計画方法により作成した前記積層計画に基づいて、前記積層造形物を製造する積層造形物の製造方法。
- 積層造形物の3次元形状データを用い、溶着ビードをベースプレート上に積層して前記積層造形物を造形する積層造形物の製造装置であって、
前記3次元形状データを取得する入力部と、
前記3次元形状データの形状を層分解した各層を前記溶着ビードで形成するための溶接パス、及び前記溶着ビードを形成する際の溶接条件を定める積層計画を作成する積層計画作成部と、
複数の前記溶接パスについて、パス間時間を設定し、前記パス間時間における伝熱計算を行ってパス間温度を算出する温度予測部と、
前記パス間温度が予め設定したパス間温度範囲に収まるか否かを判定し、前記パス間温度が前記パス間温度範囲に収まるまで伝熱計算を繰り返して前記パス間時間を調整するパス間温度調整部と、
前記伝熱計算が終了して算出された前記パス間時間と前記パス間温度とに応じて、熱収縮した際の前記積層造形物の造形物形状データを作成し、前記造形物形状データと前記3次元形状データの造形形状の形状差を算出する変形量計算部と、
前記形状差を予め設定した適正値と比較し、前記形状差が前記適正値よりも小さくなるまで、前記形状差に応じて修正した修正3次元形状データを作成し、前記積層計画の作成から前記造形物形状データの算出までの工程を繰り返す形状差調整部と、
を備える積層造形物の製造装置。
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