JP6892371B2 - 積層造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
(1) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも3つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含み、
前記ビード形成工程は、
前記溶着ビードを形成するときに、前記溶着ビードの形成位置よりもビード形成方向の前方で、前記凹部の周囲の形状を形状検出センサにより検出する工程と、
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する処理を、前記検出された凹部が前記溶着ビードの形成位置に到達するまでの時間内に行う工程と、
推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する工程と、
を有する、
積層造形物の製造方法。
(2) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶接ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造装置であって、
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
前記溶着ビードを形成する位置の周囲の形状を検出する形状検出センサと、
前記の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。
図1は本発明の積層造形物を製造する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、積層造形装置11と、積層造形装置11を統括制御する造形コントローラ13と、電源装置15と、を備える。
制御部37は、電源装置15や溶接ロボット19を駆動する駆動部41と、詳細を後述する凹部検出部43、トーチ姿勢設定部45、ビードサイズ変更部47とを備える。
<第1の積層造形物の造形手順>
図3は第1の積層造形物の造形手順を示すフローチャートである。以下、図3のフローチャートに基づいて本手順を順次説明する。
まず、図1に示す制御部37に、積層造形物の形状データ(CADデータ等)を入力する(S11)。制御部37は、入力された形状データに基づいて、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードの積層モデルを生成する。
制御部37は、駆動プログラムに従って、まず、ベースプレート51上に溶着ビード53を互いに隣接させて複数列状に形成する。これにより、初層の溶着ビード層55が形成される。
溶着ビード54は、初層の溶着ビード層55における、隣接する一対の溶着ビード53A,53B同士の間の狭隘部57を目標位置にして形成される。このとき、制御部37は、形状検出センサ23から検出された形状検出データにより、既に形成された3つの溶着ビード54,53B,53Cにより形成される一つの凹部66の形状を認識(S16)する。そして、この凹部66を埋めるように、新たな溶着ビードのビードサイズと、トーチ17の姿勢とを必要に応じて変更する(S17)。次いで、ビードサイズの設定やトーチ17の姿勢を適宜変更した新たな溶着ビード54A(図7参照)を形成する(S18)。
図6に示すように、溶着ビード54の外表面と溶着ビード53Bの外表面との境界をPc(溶着ビード54の図中右側の境界)とし、境界Pcにおける溶着ビード53Bの外表面の接線をL1、境界Pcにおける溶着ビード54の外表面の接線をL2とする。また、接線L1とL2とのなす角をθとし、角θの二等分線をNとする。
図7に示すように、次の溶着ビードを形成する際、トーチ17のトーチ軸線の向きは、トーチ姿勢設定部45(図1参照)によって、直線Nと同じ方向に設定される。トーチ軸線は、直線Nと完全に一定しなくてもよく、例えば、境界Pcを中心に直線Nから±40°、好ましくは±20°、更に好ましくは±10°の範囲とすることもできる。この範囲内であれば、トーチ17が周囲の溶着ビード等と干渉することなく、良好な溶着ビードを形成できる。なお、溶着ビード54Aを形成する目標位置は、境界Pcにすることに限らず、溶着ビード53Bと溶着ビード53Cとの間の狭隘部57A(図6参照)にしてもよい。つまり、既に形成された3つの溶着ビード54,53B,53C同士のいずれかの境界を、新たな溶着ビード54Aを形成する目標位置にすればよい。
図8Aは積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビード54Aのビードサイズが過小である状態の断面図、図8Bは積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビード54Aのビードサイズが適正である状態の断面図である。
本構成の積層造形物の製造装置100によれば、図9に一例として示すように、特に狭窄度合いの高い狭隘部(図8Aの狭隘部67)が形成されることがない。よって、溶着ビード層にはベースプレート51側の最下層から最上層まで、ブローホールが発生することなく、良好な積層造形物71が得られる。したがって、積層造形物71は、強度低下の抑制された、均質な機械的特性となる良好な造形物となり、特に強度が必要な機械構造部品に対しても、適用可能となる。
次に積層造形物の第2の造形手順を説明する。
図10は積層造形物の第2の造形手順を示すフローチャートである。
まず、図1に示す制御部37に、積層造形物の形状データ(CADデータ等)を入力する(S21)。制御部37は、入力された形状データに基づいて、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードの積層モデルやトーチ17の移動軌跡を、前述した第1の造形手順と同様に生成する(S22)。
(1) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも3つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含む積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、既に形成された少なくとも3つの溶着ビードにより形成される一つの凹部における、隣接するビード間の特に狭窄された部位が、新たな溶着ビードによって確実に埋められる。これにより、次に溶着ビードを形成する際に、未溶着部が生じることを防止でき、積層造形物の品質を向上できる。
この積層造形物の製造方法によれば、新たな溶着ビードのビードサイズを変更することにより、1回の溶着ビードの形成で凹部を確実に埋めることができる。
この積層造形物の製造方法によれば、新たな溶着ビードを、凹部の溶着ビード層同士のいずれかの境界を目標位置にして形成するため、凹部の底部から効率よく溶着ビードを形成でき、凹部を偏りなく均等に埋めることができる。
この積層造形物の製造方法によれば、トーチのトーチ軸方向を接線同士のなす角の二等分線にすることで、トーチとの干渉を防止しつつ、ビード形成が効率よく行える。
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する工程と、
を有し、
前記ビード形成工程は、推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する(1)〜(4)のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、形状検出センサにより検出された凹部の周囲の形状から、ビードサイズを推定するため、既に形成された溶着ビードの形状に適切なビードサイズが得られる。
前記形状データに基づいて、前記積層造形物の造形手順を表す前記溶着ビードの積層モデルを生成する工程と、
前記積層モデルから前記凹部を抽出する工程と、
前記凹部に形成される溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定し、当該溶着ビードを前記推定したビードサイズにして前記積層モデルを再生成する工程と、
を有し、
前記ビード形成工程は、再生成された前記積層モデルに基づいて前記溶着ビードを形成する(1)〜(4)のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、積層モデルから解析的にビードサイズを求めるため、溶着ビードの形成を予め決定したバッチ処理で行え、ロボット制御等が簡単に行える。
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
(1)〜(6)のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、既に形成された少なくとも3つの溶着ビードにより形成される凹部における、隣接するビード間の特に狭窄された部位が、新たな溶着ビードによって確実に埋められる。これにより、次に溶着ビードを形成する際に、未溶着部が生じることを防止でき、積層造形物の品質を向上できる。
この積層造形物の製造装置によれば、多軸ロボットによりトーチを任意の方向に向けることができ、溶着ビードの形成自由度が向上する。
13 造形コントローラ
17 トーチ
19 溶接ロボット(多軸ロボット)
23 形状検出センサ
37 制御部
43 凹部検出部
45 トーチ姿勢設定部
47 ビードサイズ変更部
53,54,54A 溶着ビード
55,56 溶着ビード層
57,57A,67 狭隘部
61 積層モデル
66 凹部
100 積層造形物の製造装置
Claims (5)
- 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも3つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含み、
前記ビード形成工程は、
前記溶着ビードを形成するときに、前記溶着ビードの形成位置よりもビード形成方向の前方で、前記凹部の周囲の形状を形状検出センサにより検出する工程と、
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する処理を、前記検出された凹部が前記溶着ビードの形成位置に到達するまでの時間内に行う工程と、
推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する工程と、
を有する、
積層造形物の製造方法。 - 前記ビード形成工程は、前記既に形成された少なくとも3つの溶着ビード同士のいずれかの境界を、前記新たな溶着ビードを形成する目標位置にする請求項1に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記ビード形成工程は、前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチのトーチ軸方向を、前記目標位置に設定された境界において、前記境界で隣接する一対の溶着ビードの一方の接線と他方の接線とがなす角の二等分線に合わせて前記溶着ビードを形成する請求項2に記載の積層造形物の製造方法。
- 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶接ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造装置であって、
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
前記溶着ビードを形成する位置の周囲の形状を検出する形状検出センサと、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。 - 前記トーチ移動機構は、多軸ロボットである請求項4に記載の積層造形物の製造装置。
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