JP7183120B2 - 造形物の製造方法、積層制御装置、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、造形物の製造方法、積層制御装置、プログラムに関する。

近年、３Ｄプリンタの生産手段としてのニーズが高まっており、特に金属材料での適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料による３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。

例えば特許文献１には、金型の形状を表現する形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶加材を供給する溶接トーチの移動経路を作成する工程とを備える金型の製造方法が記載されている。

また、例えば特許文献２には、アーク溶接ロボットを用いたアーク溶接において、アークトライ点で溶接トーチを上下に振動させる揺動動作を行わせることで、溶接開始点付近に付着したスラグを除去することが記載されている。

特許第３７８４５３９号公報 特開２０１４－２１３３７５号公報

ここで、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を製造する場合、ビードの上に次のビードを重ねる、という手順を繰り返し実行することが要求される。
ただし、既に形成されているビードの上に、次のビードを形成しようとする場合、既に形成されているビードの表面に付着するスラグに起因して、次のビードを形成するためのアークの発生が困難となるだけでなく、仮にアークが発生したとしても、ビードと次のビードとの間にスラグが残る、スラグ巻込みが生じるおそれがあった。なお、このようなスラグ巻込みが生じた場合、得られる積層体の強度が低下する懸念がある。

本発明は、複数のビードを重ねた積層体を含む造形物を製造する場合に、スラグの巻込みを抑制することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成する第１形成工程と、前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊する破壊工程と、前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成する第２形成工程と
を有する、造形物の製造方法を提供する。
ここで、前記破壊工程では、前記ビードに対して前記溶加材の先端部を進退させる、ものとしてもよい。
また、前記破壊工程では、前記溶加材に超音波振動を付与する、ものとしてもよい。

また、本発明は、立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する取得工程と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊する第１積層工程と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊する第２積層工程と、を有する造形物の製造方法を提供する。

また、本発明は、溶加材を供給する溶接トーチと当該溶接トーチを保持するロボット装置とを備え、アークを用いて当該溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物を製造する、積層造形装置の動作を制御する積層制御装置であって、前記溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成する指示を出力する第１出力手段と、前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊する指示を出力する第２出力手段と、前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともにアークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成する指示を出力する第３出力手段とを有する積層制御装置を提供する。
ここで、前記第２出力手段は、前記溶加材の先端部を進退させるための指示を出力する、ものとしてもよい。
また、前記第２出力手段は、前記溶加材を超音波振動させるための指示を出力する、ものとしてもよい。

また、本発明は、溶加材を供給する溶接トーチと当該溶接トーチを保持するロボット装置とを備え、アークを用いて当該溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物を製造する、積層造形装置の動作を制御する積層制御装置であって、立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する取得手段と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊する指示を出力する出力手段と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊する指示を出力する他の出力手段とを含む積層制御装置を提供する。

また、本発明は、コンピュータに、溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成するための指示を出力する機能と、前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊するための指示を出力する機能と、前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともにアークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成するための指示を出力する機能とを実現させるプログラムを提供する。

また、本発明は、コンピュータに、立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する機能と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊するための指示を出力する機能と、溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊するための指示を出力する機能とを実現させるプログラムを提供する。

本発明によれば、複数のビードを重ねた積層体を含む造形物を製造する場合に、スラグの巻込みを抑制することができる。

本発明の実施の形態における金属積層造形システムの概略構成例を示した図である。 ロボット装置の概略構成を示した斜視図である。 制御装置の機能構成例を示した図である。 計画作成装置のハードウェア構成例を示した図である。 計画作成装置の機能構成例を示した図である。 母材とビードとの関係を説明するための図である。 計画作成装置の動作例を示したフローチャートである。 積層造形装置の動作例を示したフローチャートである。 （ａ）～（ｃ）は、計画作成装置で用いられる各種データの概念を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、計画作成装置で用いられる各種データの概念を説明するための図（つづき）である。 具体例における積層計画の一例を説明するための図である。 具体例における積層造形物の製造手順を示したフローチャートである。 具体例における製造計画の一例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、ワイヤの先端部の移動軌跡を説明するための図である。 （ａ）～（ｊ）は、具体例における積層造形物の製造手順を説明するための図である。 （ａ）～（ｃ）は、具体例における積層造形物の製造例を示した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［金属積層造形システム］
図１は、本発明の実施の形態における金属積層造形システム１の概略構成例を示した図である。
本実施の形態の金属積層造形システム１は、計画作成装置４０と、積層造形装置６０とを備える。これらのうち、計画作成装置４０は、ビード１２１を順次積層することによって積層造形物１２０を形成する計画（以下では、積層計画と称する）に関する、制御プログラム等の作成を行う。また、積層造形装置６０は、計画作成装置４０が作成した、積層計画に関する制御プログラムに従って動作することで母材１１０上に積層造形物１２０を形成し、母材１１０と積層造形物１２０とを有する構造体１００の製造を行う。そして、積層造形装置６０は、ロボット装置１０と、溶接トーチ２０と、カメラ２５と、制御装置３０とを備える。この金属積層造形システム１では、計画作成装置４０が、積層造形装置６０を制御する制御プログラム等を、各種メモリカード等のリムーバブルな記録媒体５０に書き込む。そして、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０が、記録媒体５０に書き込まれた制御プログラム等を読み出して実行する。

また、金属積層造形システム１に設けられた計画作成装置４０には、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置２が接続されている。このＣＡＤ装置２は、コンピュータを用いて、造形物を三次元座標で表した設計を行うとともに、設計によって得られた三次元データ（以下では、「三次元ＣＡＤデータ」と称する）を保持する機能を有している。なお、ここでは、ＣＡＤ装置２が金属積層造形システム１の外部に設置されるものとして説明を行うが、金属積層造形システム１の内部にＣＡＤ装置２を設けてもかまわない。

では次に、金属積層造形システム１を構成する積層造形装置６０および計画作成装置４０のそれぞれについて、説明を行う。
（積層造形装置）
本実施の形態で用いた積層造形装置６０は、ガスシールドアーク溶接方式を採用したロボット溶接装置を転用したものとなっている。そして、この積層造形装置６０は、所謂産業用ロボットで構成されたロボット装置１０と、ロボット装置１０に取り付けられ、溶接プロセスで用いるワイヤ２１の供給等を行う溶接トーチ２０と、ロボット装置１０に取り付けられ、溶接トーチ２０の周辺の画像を撮影するカメラ２５と、これらロボット装置１０、溶接トーチ２０およびカメラ２５の動作を制御する制御装置３０とを有している。なお、この積層造形装置６０は、この他に、シールドガスを供給するガス供給装置やワイヤ２１を供給するワイヤ供給装置等をさらに有しているのであるが、ここではその詳細な説明を省略する。

〔積層計画〕
では、積層造形装置６０の具体的な構成を説明する前に、上述した積層計画について説明しておく。
本実施の形態の積層計画は、母材１１０上に、複数のビード１２１を順次積層することによって積層造形物１２０を製造する際に、積層造形装置６０で用いられる。また、「積層計画」は、ロボット装置１０等に対して定められる「軌道計画」と、溶接トーチ２０等に対して定められる「溶接計画」とを含んでいる。そして、「積層計画」に関連する制御プログラムは、上述したように、計画作成装置４０が作成し、記録媒体５０を介して積層造形装置６０に設けられた制御装置３０に伝達され、制御装置３０が実行する。

｛軌道計画｝
これらのうち、「軌道計画」は、積層造形物１２０の製造において各ビード１２１を形成する際に、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１の先端部の移動軌跡を定めることを目的として、ロボット装置１０等に対して設定される。

｛溶接計画｝
これに対し、「溶接計画」は、積層造形物１２０の製造において各ビード１２１を形成する際に、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１の溶接条件（アークのオンオフ、送給速度、溶接電流等）を定めることを目的として、溶接トーチ２０等に対して設定される。そして、溶接計画は、上述した軌道計画と連関するようになっている。

〔ロボット装置〕
図２は、積層造形装置６０に設けられたロボット装置１０の概略構成を示した斜視図である。以下では、図１に加えて図２も参照しつつ、ロボット装置１０の構成について説明を行う。

本実施の形態のロボット装置１０は、一般的な６つの駆動軸を有する６軸の垂直多関節ロボットであり、軌道計画に基づく制御指令を受けて動作する。ただし、ロボット装置１０は垂直多関節ロボットに限られるものではなく、他の構成であってもかまわない。また、ロボット装置１０が垂直多関節ロボットを採用する場合であっても、その軸数は、６軸に限定されるものではなく、５軸以下であってもよいし、７軸以上であってもかまわない。

このロボット装置１０は、床等の設置対象に固定される基部１１と、基部１１上で鉛直方向に沿った第１駆動軸Ｓ１回りに旋回可能に設けられた旋回部１２と、水平方向に沿った第２駆動軸Ｓ２を介して一端部が旋回部１２と連結され、第２駆動軸Ｓ２回りに回転可能な下腕部１３とを備えている。また、ロボット装置１０は、下腕部１３の他端部に第２駆動軸Ｓ２と平行な第３駆動軸Ｓ３を介して接続された上腕部１４と、上腕部１４に設けられ、第４駆動軸Ｓ４によりアーム軸線回りに回転可能な手首旋回部１５とを備えている。さらに、ロボット装置１０は、手首旋回部１５に第５駆動軸Ｓ５を介して接続される手首曲げ部１６と、手首曲げ部１６の先端に第６駆動軸Ｓ６を介して接続される手首回転部１７とを備えている。このロボット装置１０では、これら下腕部１３、上腕部１４、手首旋回部１５、手首曲げ部１６および手首回転部１７が、多関節アーム（マニピュレータ）を構成している。

また、多関節アームの最先端軸となる手首回転部１７には、所謂エンドエフェクタとして機能することで、溶接トーチ２０を保持する保持部１８が取り付けられている。また、手首回転部１７には、カメラ２５が取り付けられている。

〔溶接トーチ〕
溶接トーチ２０は、アルゴンガスや炭酸ガス等のシールドガスが供給される略筒状のシールドノズルと、シールドノズルの内部に配置されたコンタクトチップ（ともに図示せず）とを有している。そして、コンタクトチップには、送給されてくるワイヤ２１が保持されるようになっている。この溶接トーチ２０は、ワイヤ２１を送給しつつ、シールドガスを流しながらアークを発生させてワイヤ２１を溶融および固化させることで、母材１１０上に複数のビード１２１を形成且つ積層し、積層造形物１２０の形成を行うようになっている。なお、本実施の形態の金属積層造形システム１において、積層造形物１２０の形成に用いられる、溶加材の一例としてのワイヤ２１については、積層造形物１２０に求められる機能や特性等に応じて、適宜選定することが可能である。そして、ここでは、ワイヤ２１自身が電極且つ溶加材となる「溶極式」を例として説明を行うが、「非溶極式」を採用することも可能である。

また、本実施の形態において、溶接トーチ２０にワイヤ２１を送給する送給ローラ（図示せず）は、正転および逆転が可能に設けられている。このため、送給ローラの回転方向を制御することにより、溶接トーチ２０から突出するワイヤ２１の先端部の位置を、溶接トーチ２０に対して進退させることが可能となっている。

さらに、本実施の形態では、溶接トーチ２０に、ワイヤ２１を超音波の周波数領域にて微振動させるための振動源（例えば超音波モータ：図示せず）が取り付けられている。

〔カメラ〕
カメラ２５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイスを有しており、この例では、赤外画像を撮影できるようになっている。そして、カメラ２５は、ロボット装置１０の最先端に位置する手首回転部１７に取り付けられており、溶接トーチ２０に追従して動くことにより、溶接トーチ２０から突出するワイヤ２１の先端部の周辺の画像を撮影するようになっている。

〔制御装置〕
図３は、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０の機能構成例を示した図である。以下では、図１に加えて図３も参照しつつ、制御装置３０の構成について説明を行う。

積層制御装置の一例としての制御装置３０は、受付部３０１と、全体制御部３０２と、ロボット制御部３０３と、溶接制御部３０４、カメラ制御部３０５とを有している。

｛受付部｝
受付部３０１は、計画作成装置４０から、記録媒体５０を介して、積層造形装置６０を構成するロボット装置１０および溶接トーチ２０を連動して動作させるための制御プログラム等を含む出力データ（積層計画に対応）の入力を受け付ける。ここで、本実施の形態では、受付部３０１が、取得手段の一例として機能している。

｛全体制御部｝
全体制御部３０２は、受付部３０１が受け付けた制御プログラムにしたがい、ロボット装置１０および溶接トーチ２０を連動して動作させるための全体的な制御を行う。なお、本実施の形態では、全体制御部３０２が、第１出力手段、第２出力手段および第３出力手段と、出力手段および他の出力手段の一例として機能している。

｛ロボット制御部｝
ロボット制御部３０３は、全体制御部３０２による制御のもと、軌道計画にしたがって、ロボット装置１０を構成する各部を動作させることにより、保持部１８に保持された溶接トーチ２０の位置制御および姿勢制御等を行う。

｛溶接制御部｝
溶接制御部３０４は、全体制御部３０２による制御のもと、溶接計画にしたがって、溶接トーチ２０に対する給電動作、ワイヤ送給動作およびガス供給動作等に関する制御を行う。また、溶接制御部３０４は、全体制御部３０２による制御のもと、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１を超音波振動させるための制御も行う。

｛カメラ制御部｝
カメラ制御部３０５は、全体制御部３０２による制御のもと、カメラ２５による撮影動作に関する制御を行う。

（計画作成装置）
続いて、計画作成装置４０の詳細について説明を行う。

〔ハードウェア構成〕
図４は、本実施の形態における計画作成装置４０のハードウェア構成例を示した図である。
本実施の形態の計画作成装置４０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現される。なお、具体的な説明は行わなかったが、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０も、以下に説明する計画作成装置４０と同様のハードウェア構成を有している。

この計画作成装置４０は、ＯＳや各種アプリケーション等のプログラムを読み出して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、ＣＰＵ４１が実行するプログラムやプログラムを実行する際に使用するデータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）４２と、プログラムを実行する際に一時的に生成されるデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）４３とを備えている。また、計画作成装置４０は、各種プログラムや各種データ等を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）４４と、計画作成装置４０の外部に設けられたＣＡＤ装置２や制御装置３０等の機器との間でデータの送受信を行うＮＩＣ（Network Interface Card）４５と、操作者からの入力を受け付ける入力装置４６と、表示画面に画像を表示する表示装置４７と、これらを接続するバス４８とをさらに備えている。そして、計画作成装置４０に設けられたＣＰＵ４１が実行するプログラムは、予めＲＯＭ４２やＨＤＤ４４に記憶させておく形態の他、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してＣＰＵ４１に提供したり、あるいは、ネットワーク（図示せず）を介してＣＰＵ４１に提供したりすることも可能である。

〔機能構成〕
図５は、本実施の形態の計画作成装置４０の機能構成例を示した図である。
本実施の形態の計画作成装置４０は、取得部４０１と、変換部４０２と、切断部４０３と、分割部４０４と、作成部４０５と、付加部４０６と、出力部４０７とを有している。以下では、図１に加えて図５も参照しつつ、計画作成装置４０の構成について説明を行う。

｛取得部｝
取得部４０１は、ＣＡＤ装置２から、積層造形物１２０のもととなる造形物の三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ（後述する図９（ａ）も参照）を取得する。

｛変換部｝
変換部４０２は、取得部４０１から受け取った三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを、計画作成装置４０での各種データ加工に用いられる内部データＤｉに変換する。

｛切断部｝
切断部４０３は、変換部４０２から受け取った内部データＤｉを、複数の層の積層体となるように切断（スライス）することで、層形状データＤｓ（具体的には、１層目の層形状データＤｓ（１）～ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）を含むｎ層分のデータ：後述する図９（ｂ）も参照）を作成する。

｛分割部｝
分割部４０４は、切断部４０３から受け取った層形状データＤｓに対し、層毎に分割点を設定することで、分割済層形状データＤｄ（具体的には、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）～ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）を含むｎ層分のデータ：後述する図９（ｃ）も参照）を作成する。

｛作成部｝
作成部４０５は、分割部４０４が作成した分割済層形状データＤｄに基づき、積層造形装置６０の制御装置３０が積層造形物１２０を製造する際に実行する、制御プログラムで使用される制御データＤｃを作成する。

｛付加部｝
付加部４０６は、制御装置３０が実行する制御プログラムに、分割部４０４から受け取った分割済層形状データＤｄと、作成部４０５から受け取った制御データＤｃとを付加することで、出力データＤｏを作成する。

｛出力部｝
出力部４０７は、付加部４０６から受け取った出力データＤｏを、記録媒体５０に書き込むことによって出力する。

［構造体］
ここで、本実施の形態の金属積層造形システム１によって製造される構造体１００に関する説明を行っておく。
図６は、構造体１００を構成する母材１１０およびビード１２１との関係を説明するための図である。なお、図６は、母材１１０と、母材１１０の上に最初に形成される１層目のビード１２１（１）との関係を例示している。以下では、図１に加えて図６も参照しつつ、構造体１００の構成について説明を行う。

本実施の形態の構造体１００は、積層対象となる母材１１０と、ワイヤ２１を用いて母材上に形成される積層造形物１２０とを備えている。この例において、母材１１０は、矩形状（板状）を呈するとともに、その表面が鉛直上方を向くように配置されている。また、この例において、積層造形物１２０は、円筒状を呈するとともに、母材１１０の表面に、自身に設けられた開口部が鉛直上方を向くように形成されている。

なお、本実施の形態では、母材１１０と積層造形物１２０とを含む構造体１００が、最終的な製品となることがある。また、構造体１００から母材１１０を取り除くことで得られた積層造形物１２０が、最終的な製品となることもある。さらに、いずれの場合においても、積層造形物１２０に切削加工を含む各種機械加工を施した加工物が、最終的な製品となることがある。

（母材）
母材１１０は、積層造形物１２０の土台となるものである。母材１１０には、所謂溶接プロセスによる積層造形物１２０の形成が可能な金属材を用いることができる。また、積層造形時の安定性の確保等を考慮すれば、積層造形物１２０として、図１に示すような板材を使用することが望ましい。

（積層造形物）
積層造形物１２０は、それぞれがワイヤ２１を溶融・固化してなる複数のビード１２１を、鉛直方向上側に向かって積み重ねた構造を有している。そして、図１に示す積層造形物１２０では、ｎ層のビード１２１（具体的は、１層目のビード１２１（１）～ｎ層目のビード１２１（ｎ））を積み重ねることによって、積層造形物１２０が構成されている。

そして、本実施の形態のように、ガスシールドアーク溶接方式を利用した金属積層造形を行う場合、図６に示すように、形成（溶接）直後のビード１２１（この例では１層目のビード１２１（１））の表面は、ワイヤ２１に含まれる不純物等に起因するスラグ１２２（この例では１層目のスラグ１２２（１））によって覆われる。ここで、導電性を有する金属で構成されるビード１２１に対し、スラグ１２２は、基本的に、導電性が低い絶縁物（金属酸化物等）で構成される。

このため、積層造形物１２０の製造において、例えば１層目のビード１２１（１）の上に２層目のビード１２１（２）を積層しようとする場合に、１層目のビード１２１（１）が１層目のスラグ１２２（１）によって覆われたままであると、２層目のビード１２１（２）の形成に先立ってワイヤ２１にアークを発生させることが、困難となる場合があり得る。

［金属積層造形システムの動作］
続いて、本実施の形態の金属積層造形システム１の動作について説明を行う。
本実施の形態の金属積層造形システム１では、まず、計画作成装置４０が、積層造形物１２０の形成で使用する、制御プログラムおよび各種データを含む出力データＤｏの作成を行うとともに、作成した出力データＤｏを記録媒体５０に書き込む。続いて、積層造形装置６０が、記録媒体５０から読み出した出力データＤｏに含まれる制御プログラムおよび各種データにしたがって動作する。そして、溶接トーチ２０（ワイヤ２１）を用いた、母材１１０上へのビード１２１の形成と、形成したビード１２１の表面に付着するスラグの破壊（剥離）とを交互に繰り返し実行することにより、複数のビード１２１を積層してなる積層造形物１２０の形成を行う。ここで、本実施の形態では、積層造形装置６０が、記録媒体５０を介して受け取った出力データＤｏを利用して、ビード１２１の表面に付着したスラグの破壊（剥離）を実行する。そこで、以下では、最初に計画作成装置４０の動作について説明を行い、続いて積層造形装置６０の動作について説明を行う。

（計画作成装置の動作）
図７は、計画作成装置４０の動作例を示したフローチャートである。なお、ここでは、これから製造しようとする積層造形物１２０のもととなる造形物に関する三次元ＣＡＤデータＤ３ｄが、既にＣＡＤ装置２によって作成されているものとする。

計画作成装置４０の動作が開始すると、まず、取得部４０１が、ＣＡＤ装置２から三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを取得する（ステップ１０）。

次に、変換部４０２が、取得部４０１から受け取った三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを、内部データＤｉに変換する（ステップ２０）。

続いて、切断部４０３が、変換部４０２から受け取った内部データＤｉを用いて、層形状データＤｓを作成する（ステップ３０）。

さらに、分割部４０４が、切断部４０３から受け取った層形状データＤｓを用いて、分割済層形状データＤｄを作成する（ステップ４０）。

また、作成部４０５が、分割部４０４が作成した分割済層形状データＤｄを用いて、制御データＤｃを作成する（ステップ５０）。

また、付加部４０６が、積層造形装置６０の制御装置３０が実行する制御プログラムと、分割部４０４から受け取った分割済層形状データＤｄと、作成部４０５から受け取った制御データＤｃとを用いて、出力データＤｏを作成する（ステップ６０）。

そして、出力部４０７が、付加部４０６から受け取った出力データＤｏを、記録媒体５０に書き込むことによって出力する（ステップ７０）。
以上により、計画作成装置４０の動作が完了する。

（積層造形装置の動作）
図８は、積層造形装置６０の動作例を示したフローチャートである。なお、図８に示す手順に従って積層造形装置６０が動作を開始する前に、ロボット装置１０の周辺のうちの予め定められた位置には、母材１１０が固定された状態で位置決めされているものとする。

積層造形装置６０が動作を開始すると、まず、受付部３０１が、記録媒体５０から読み出された、出力データＤｏの入力を受け付ける(ステップ１１０)。

次に、全体制御部３０２は、ステップ１１０で受け取った出力データＤｏに含まれる制御プログラムを、同じくステップ１１０で受け取った出力データＤｏに含まれる各種データ（分割済層形状データＤｄおよび制御データＤｃ）を参照しながら実行する。また、全体制御部３０２は、変数ｘを１に設定する（ステップ１２０）。

続いて、全体制御部３０２は、ｘ層目（最初は１層目）のビード１２１（ｘ）を形成するための指示（ビード形成指示）を作成し、ロボット制御部３０３および溶接制御部３０４へと出力する（ステップ１３０）。すると、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、ビード形成指示に基づいて協働して動作し、対象物すなわち母材１１０上あるいは母材１１０に既に形成済となっているｘ－１層目のビード１２１（ｘ－１）上に、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形成を行う。

次いで、全体制御部３０２は、ｘ層目（最初は１層目）のビード１２１（ｘ）の表面に付着するｘ層目（最初は１層目）のスラグ１２２（ｘ）を破壊するための指示（スラグ破壊指示）を作成し、ロボット制御部３０３および溶接制御部３０４へと出力する（ステップ１４０）。すると、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、スラグ破壊指示に基づいて協働して動作し、母材１１０上あるいは母材１１０に既に形成済となっているビード１２１（ｘ）の表面に付着している、ｘ層目のスラグ１２２（ｘ）の破壊を行う。

それから、全体制御部３０２は、変数ｘが積層造形物１２０の総層数ｎと等しくなったか否かを判断する（ステップ１５０）。

ステップ１５０で否定の判断（Ｎｏ）を行った場合、全体制御部３０２は、変数ｘをｘ＋１に更新し（ステップ１６０）、ステップ１３０に戻って次の層に関する処理を続行する。

一方、ステップ１５０で肯定の判断（Ｙｅｓ）を行った場合、すなわち、ｎ層のビード１２１を積層することで、母材１１０上に対する積層造形物１２０の形成が完了すると、積層造形装置６０の動作が完了する。

［具体例］
では、上述した金属積層造形システム１を用いた構造体１００の製造に関し、具体的な例を挙げて説明を行う。なお、ここでは、図１に示したように、矩形状を呈する母材１１０上に、円筒状を呈する積層造形物１２０を形成することで、構造体１００を製造する場合を例とする。

（各種データ）
最初に、積層造形物１２０の製造に用いられる、各種データに関する説明を行う。
図９（ａ）～（ｃ）および図１０（ａ）、（ｂ）は、積層造形物１２０の製造に際して、計画作成装置４０で用いられる各種データの概念を説明するための図である。なお、ここで説明する各種データは、実際には、バイナリ形式やアスキー形式等によって表現されるものであるが、ここでは、理解を助けるために模式的な表記を行っている。そして、図９（ａ）～（ｃ）では、各データの全体を三次元形状（斜視図）として表記しており、図１０（ａ）、（ｂ）では、各データのうちの１層分のデータを二次元形状（上面図）として表記している。

〔三次元形状データ〕
図９（ａ）は、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄの一例を示している。
図９（ａ）に示す三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ（三次元形状データの一例）は、上述したように、ＣＡＤ装置２が作成し、計画作成装置４０の取得部４０１が取得する。なお、ここには記載していないが、計画作成装置４０の変換部４０２が作成する内部データＤｉも、表現形式が異なるだけで、表現しようとする形状そのものは、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄと同じである。

〔層形状データ〕
図９（ｂ）は、層形状データＤｓの一例を示している。また、図１０（ａ）は、図９（ｂ）に示す層形状データＤｓを構成する、１層目の層形状データＤｓ（１）の一例を示している。

図９（ｂ）に示す層形状データＤｓは、上述したように、計画作成装置４０の切断部４０３が作成する。そして、この例では、層形状データＤｓが、１層目の層形状データＤｓ（１）～ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）を含むｎ層構成となっている。

また、図１０（ａ）に示す１層目の層形状データＤｓ（１）は、もととなる三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ（内部データＤｉ）が円筒状を呈していることに対応して、円環状を呈するようになっている。

なお、ここでは詳細な説明を行わないが、２層目の層形状データＤｓ（２）～ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）のそれぞれも、円環状を呈するようになっている。そして、この例では、１層目の層形状データＤｓ（１）～ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）のそれぞれが、同一形状を呈するものとなっている。

〔分割済層形状データ〕
図９（ｃ）は、分割済層形状データＤｄの一例を示している。また、図１０（ｂ）は、図９（ｃ）に示す分割済層形状データＤｄを構成する、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）の一例を示している。

図９（ｃ）に示す分割済層形状データＤｄ（スライスデータの一例）は、上述したように、計画作成装置４０の分割部４０４が作成する。そして、図１０（ｂ）に示す１層目の分割済層形状データＤｄ（１）は、もととなる１層目の層形状データＤｓ（１）が円環状を呈していることに対応して、円環状を呈するようになっている。

また、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）では、もととなる１層目の層形状データＤｓ（１）に対し、周上の一箇所に分割点Ｐｄ（この例では第１の分割点Ｐｄ（１））が設定されている。そして、第１の分割点Ｐｄ（１）が設定された１層目の分割済層形状データＤｄ（１）のうち、その一端に隣接する側が始点Ｐｓ（この例では第１の始点Ｐｓ（１））に設定されており、その他端に隣接する側が終点Ｐｅ（この例では第１の終点Ｐｅ（１））に設定されている。その結果、この１層目の分割済層形状データＤｄ（１）には、第１の始点Ｐｓ（１）から第１の終点Ｐｅ（１）に至るまで、第１の分割点Ｐｄ（１）を通ることなく、１パス（所謂一筆書き）で表現される形成経路Ｒｆ（この例では第１の形成経路Ｒｆ（１））が設定される。

なお、ここでは詳細な説明を行わないが、２層目の分割済層形状データＤｄ（２）～ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）のそれぞれについても、分割点Ｐｄ（Ｐｄ（２）～Ｐｄ（ｎ））、始点Ｐｓ（Ｐｓ（２）～Ｐｓ（ｎ））、終点Ｐｅ（Ｐｅ（２）～Ｐｅ（ｎ））および形成経路Ｒｆ（Ｒｆ（２）～Ｒｆ（ｎ））が設定される。そして、この例では、共通の形状を有する１層目の分割済層形状データＤｄ（１）～ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）において、分割点Ｐｄ、始点Ｐｓ、終点Ｐｅおよび形成経路Ｒｆのそれぞれは、鉛直上方からみたときに重なるように配置されている。

（具体例における積層計画）
図１１は、具体例における積層計画の一例を説明するための図である。
この積層計画は、上述したように、計画作成装置４０が作成し、記録媒体５０を介して積層造形装置６０に設けられた制御装置３０に伝達される。

図１１に示す「積層計画」は、上述したように、ロボット装置１０等に対して設定される「軌道計画」と、溶接トーチ２０等に対して設定される「溶接計画」とを含んでいる。これらのうちの「軌道計画」は、形成すべきビード１２１の「層番号」と、「始点」、「終点」および「経路」とを含んでいる。これに対し、「溶接計画」は、ワイヤ２１の「送給速度」と、ワイヤ２１に供給する「供給電流」とを含んでいる。なお、ここでは、ｎ＝５の場合を例として説明を行う。

例えば１層目のビード１２１（１）に対応する層番号＝１（ｘ＝１）の場合、軌道計画における始点は第１の始点Ｐｓ（１）に、終点は第１の終点Ｐｅ（１）に、経路は第１の形成経路Ｒｆ（１）に、それぞれ設定されている。また、溶接計画における送給速度は第１の溶接送給速度Ｓｗ（１）に、溶接電流は第１の溶接電流Ｉｗ（１）に、それぞれ設定されている。

なお、個々には説明しないが、層番号ｘ（ｘ＝２～５）の場合も、軌道計画における始点は第ｘの始点Ｐｓ（ｘ）に、終点は第１の終点Ｐｅ（ｘ）に、経路は第ｘの形成経路Ｒｆ（ｘ）に、溶接計画における送給速度は第ｘの溶接送給速度Ｓｗ（ｘ）に、溶接電流は第１の溶接電流Ｉｗ（ｘ）に、それぞれ設定されている。また、この例においては、１層目の軌道計画が第１の軌道計画に対応しており、２層目の軌道計画が第２の軌道計画に対応している。

（具体例における積層造形物の製造手順）
図１２は、具体例における積層造形物１２０の製造手順を説明するためのフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャートは、上述した図８に対応するものであるが、こちらでは、制御装置３０側ではなく、制御装置３０によって制御されるロボット装置１０および溶接トーチ２０の動作に着目したものである。このとき、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、ステップ１３０（図８参照）に基づくｘ層目のビード１２１（ｘ）の形成と、ステップ１４０（図８参照）に基づくｘ層目のスラグ１２２（ｘ）の破壊とを交互に行うこととなる。また、この間、ロボット装置１０は軌道計画に、溶接トーチ２０は溶接計画に、それぞれしたがって動作することになる。

積層造形装置６０が動作を開始すると、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、１層目の積層計画に基づく１層目のビード形成指示にしたがって動作することにより、母材１１０上に１層目のビード１２１（１）を形成して積層する、第１形成工程を実行する（ステップ１３１）。

次に、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、１層目の積層計画に基づく１層目のスラグ破壊指示にしたがって動作することにより、形成済みとなった１層目のビード１２１（１）の表面に付着した１層目のスラグ１２２（１）を破壊する、第１破壊工程を実行する（ステップ１４１）。

続いて、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、２層目の積層計画に基づく２層目のビード形成指示にしたがって動作することにより、１層目のビード１２１（１）上に２層目のビード１２１（２）を形成して積層する、第２形成工程を実行する（ステップ１３２）。

次に、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、２層目の積層計画に基づく２層目のスラグ破壊指示にしたがって動作することにより、形成済みとなった２層目のビード１２１（２）の表面に付着した２層目のスラグ１２２（２）を破壊する、第２破壊工程を実行する（ステップ１４２）。

続いて、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、３層目の積層計画に基づく３層目のビード形成指示にしたがって動作することにより、２層目のビード１２１（２）上に３層目のビード１２１（３）を形成して積層する、第３形成工程を実行する（ステップ１３３）。

次に、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、３層目の積層計画に基づく３層目のスラグ破壊指示にしたがって動作することにより、形成済みとなった３層目のビード１２１（３）の表面に付着した３層目のスラグ１２２（３）を破壊する、第３破壊工程を実行する（ステップ１４３）。

続いて、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、４層目の積層計画に基づく４層目のビード形成指示にしたがって動作することにより、３層目のビード１２１（３）上に４層目のビード１２１（４）を形成して積層する、第４形成工程を実行する（ステップ１３４）。

次に、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、４層目の積層計画に基づく４層目のスラグ破壊指示にしたがって動作することにより、形成済みとなった４層目のビード１２１（４）の表面に付着した４層目のスラグ１２２（４）を破壊する、第４破壊工程を実行する（ステップ１４４）。

続いて、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、５層目の積層計画に基づく５層目のビード形成指示にしたがって動作することにより、４層目のビード１２１（４）上に５層目のビード１２１（５）を形成して積層する、第５形成工程を実行する（ステップ１３５）。

次に、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、５層目の積層計画に基づく５層目のスラグ破壊指示にしたがって動作することにより、形成済みとなった５層目のビード１２１（５）の表面に付着した５層目のスラグ１２２（５）を破壊する、第５破壊工程を実行する（ステップ１４５）。
以上により、母材１１０上に積層造形物１２０を形成してなる、構造体１００が得られる。なお、各工程の詳細については後述する。

ここで、本実施の形態では、ステップ１３１の第１形成工程およびステップ１４１第１破壊工程の両者が、第１積層工程に対応しており、ステップ１３２の第２形成工程およびステップ１４２の第２破壊工程の両者が、第２積層工程に対応している。そして、このようにみなした場合、図８に示すステップ１１０が、取得工程に対応していることになる。

このように、本実施の形態では、図１１等に示す積層計画に基づいて、各層のビード１２１の形成とスラグ１２２の破壊とを交互に実行する。ここで、第ｘ形成工程（ｘ＝１～５、ステップ１３１～ステップ１３５）では、各層の積層計画をそのまま適用することでビード１２１の形成を行うのに対し、第ｘ破壊工程（ｘ＝１～５、ステップ１４１～ステップ１４５）では、各層の積層計画を一部修正することでスラグ１２２の破壊を行っている。

ここで、各形成工程および各破壊工程では、それぞれの工程を開始する前に、カメラ２５による撮影結果に基づいて、それぞれの始点Ｐｓに対するワイヤ２１の先端部の位置を修正しておくことが望ましい。

なお、以下の説明においては、図１１等に示す積層計画に基づき、これら各形成工程および各破壊工程で使用される、積層造形物１２０の製造計画のことを、単に「製造計画」と呼ぶことにする。ただし、これまでの説明から明らかなように、この製造計画は、予め作成されるものではなく、図１１に示す積層計画に基づいて、図１２に示す製造手順にて積層造形物１２０の製造を行った結果として得られるものである。

〔製造計画〕
図１３は、具体例における製造計画の一例を説明するための図である。
ここで、図１３に示す製造計画は、図１２に示す積層造形物１２０の製造手順で用いられる、積層計画に基づいて得られたものを例示している。したがって、図１３に示す製造計画は、図１１に示す積層計画に対応している。

図１３に示す「製造計画」も、図１１に示す積層計画と同じく、「軌道計画」と「溶接計画」とを有している。これらのうちの「軌道計画」については、上述した「積層計画」と同様に、「層番号」、「始点」、「終点」および「経路」を有している。これに対し、「溶接計画」は、「送給速度」および「溶接電流」に加えて、図示しない振動源を用いたワイヤ２１の「超音波振動」を有している点が、上述した「積層計画」とは異なる。

では最初に、ステップ１３１の第１形成工程の製造計画について説明を行う。
第１形成工程の軌道計画では、層番号には１が、始点には第１の始点Ｐｓ（１）が、終点には第１の終点Ｐｅ（１）が、経路には第１の形成経路Ｒｆ（１）が、それぞれ設定される。また、第１形成工程の溶接計画では、送給速度には第１の溶接送給速度Ｓｗ（１）が、溶接電流には第１の溶接電流Ｉｗ（１）が、超音波振動にはＯＦＦ（使用しない）が、それぞれ設定される。

なお、個々についての具体的な説明は行わないが、ステップ１３２の第２形成工程、ステップ１３３の第３形成工程、ステップ１３４の第４形成工程およびステップ１３５の第５形成工程の軌道計画および溶接計画も、上述したステップ１３１の第１形成工程と同様である。すなわち、第ｘ形成工程の軌道計画では、層番号にはｘが、始点には第ｘの始点Ｐｓ（ｘ）が、終点には第ｘの終点Ｐｅ（ｘ）が、経路には第ｘの形成経路Ｒｆ（ｘ）が、それぞれ設定される。また、第ｘ形成工程の溶接計画では、送給速度には第ｘの溶接送給速度Ｓｗ（ｘ）が、溶接電流には第ｘの溶接電流Ｉｗ（ｘ）が、超音波振動にはＯＦＦ（使用しない）が、それぞれ設定される。

続いて、ステップ１４１の第１破壊工程の製造計画について説明を行う。
第１破壊工程の軌道計画では、層番号には１が、始点には第１の始点Ｐｓ（１）が、終点には第１の終点Ｐｅ（１）が、経路には第１の形成経路Ｒｆ（１）が、それぞれ設定される。すなわち、第１破壊工程の軌道計画は、上述した第１形成工程の軌道計画と同じである。また、第１破壊工程の溶接計画では、送給速度には第１の打撃送給速度±Ｓｋ（１）が、溶接電流には－（使用しない）が、超音波振動にはＯＮ（使用する）が、それぞれ設定される。このように、第１破壊工程の溶接計画は、上述した第１形成工程の溶接計画とは異なる。ここで、第１の打撃送給速度±Ｓｋ（１）における「±」の符号は、送給に伴ってワイヤ２１が前後方向に移動する（進退する）ことを意味している。これに対し、上述した第１の溶接送給速度Ｓｗ（１）には、このような符号が付されていないことから、送給に伴ってワイヤ２１が前方向に移動する（進出する）ことを意味している。

なお、個々についての具体的な説明は行わないが、ステップ１４２の第２破壊工程、ステップ１４３の第３破壊工程、ステップ１４４の第４破壊工程およびステップ１４５の第５破壊工程の軌道計画および溶接計画も、上述したステップ１４１の第１破壊工程と同じである。すなわち、第ｘ破壊工程の軌道計画では、層番号にはｘが、始点には第ｘの始点Ｐｓ（ｘ）が、終点には第ｘの終点Ｐｅ（ｘ）が、経路には第ｘの形成経路Ｒｆ（ｘ）が、それぞれ設定される。また、第ｘ破壊工程の溶接計画では、送給速度には第ｘの打撃送給速度±Ｓｋ（ｘ）が、溶接電流には－（使用しない）が、超音波振動にはＯＮ（使用する）が、それぞれ設定される。

〔ワイヤの先端部の挙動〕
続いて、上述した各形成工程および各破壊工程のそれぞれにおける、ワイヤ２１の先端部の挙動について説明を行う。この例の場合、ワイヤ２１の先端部は、母材１１０の被積層面に沿う水平方向に対しては軌道計画に基づいて移動し、また、その垂直方向に対しては溶接計画に基づいて移動する。

図１４は、ワイヤ２１の先端部の移動軌跡を説明するための図であり、（ａ）は各形成工程の場合を、（ｂ）は各破壊工程の場合を、それぞれ例示している。なお、以下では、図１３および図１４を参照しながら説明を行っていく。

｛各形成工程｝
最初に、図１４（ａ）を参照しつつ、各形成工程でのワイヤ２１の挙動について説明を行う。ただし、ここでは、各形成工程の中から、第２形成工程を例として説明を行うこととする。
第２形成工程の場合、ワイヤ２１の先端部は、水平方向には、軌道計画に基づき第２の形成経路Ｒｆ（２）に沿って移動する。ただし、第２形成工程の溶接計画では、送給速度が第２の溶接送給速度Ｓｗ（２）に設定され、且つ、超音波振動がＯＦＦ（使用しない）に設定される。そして、第２形成工程では、ワイヤ２１に第２の溶接電流Ｉｗ（２）が供給されることにより、発生したアークによってワイヤ２１が順次溶融し、ビード１２１（この例では２層目のビード１２１（２）、図示せず）となっていくことから、ワイヤ２１の先端部は、垂直方向にはほとんど移動しない。その結果、第２形成工程の場合、ワイヤ２１の先端部は、母材１１０の被積層面に対し、略平行となる移動軌跡Ｌｗに沿って移動していくこととなる。

なお、詳細については説明を省略するが、他の形成工程（第１形成工程、第３形成工程～第５形成工程）においても、ワイヤ２１の先端部は、第２形成工程の場合と同様の挙動（移動軌跡）を示すことになる。

｛各破壊工程｝
次に、図１４（ｂ）を参照しつつ、各破壊工程でのワイヤ２１の挙動について説明を行う。ただし、ここでは、各破壊工程の中から、上記第２形成工程に続く第２破壊工程を例として説明を行う。
第２破壊工程の場合、ワイヤ２１の先端部は、水平方向には、軌道計画に基づき第２の形成経路Ｒｆ（２）に沿って移動する。また、第２破壊工程の溶接計画では、送給速度が第２の打撃送給速度±Ｓｋ（２）に設定され、且つ、超音波振動がＯＮ（使用する）に設定される。そして、第２破壊工程では、ワイヤ２１に溶接電流が供給されないことによってワイヤ２１が溶融しないことから、ワイヤ２１の先端部は、垂直方向にも移動することになる。より具体的に説明すると、ワイヤ２１の先端部は、母材１１０に対して進退しながら、この進退よりも高い周波数（この例では超音波）で振動することになる。その結果、第２破壊工程の場合、ワイヤ２１の先端部は、母材１１０の被積層面に対し、低周波となる三角波に高周波となる超音波成分が重畳された移動軌跡Ｌｗに沿って移動していくこととなる。

そして、第２破壊工程では、このようにしてワイヤ２１の先端部を進退させることにより、既に形成済みとなっている２層目のビード１２１（２）の表面を覆う２層目のスラグ１２２（２）に叩き付ける。これにより、ワイヤ２１の先端部が、この２層目のスラグ１２２（２）を破壊し、２層目のビード１２１（２）を露出させるようになっている。なお、ここではその詳細な説明を省略するが、このようにして破壊され且つ２層目のビード１２１（２）の表面から剥がされた２層目のスラグ１２２（２）の残骸（破片）については、送風や掃き出しを行うことで、２層目のビード１２１（２）の周縁から排除しておくことが望ましい。

なお、詳細については説明を省略するが、他の破壊工程（第１破壊工程、第３破壊工程～第５破壊工程）においても、ワイヤ２１の先端部は、第２破壊工程の場合と同様の挙動を示すことになる。

〔各工程の説明〕
続いて、図１２に示す各工程について、さらに具体的な説明を行う。
図１５（ａ）～（ｊ）は、具体例における積層造形物１２０の製造手順を説明するための図である。また、図１６（ａ）～（ｃ）は、具体例における積層造形物１２０の製造例を示した図である。

ここで、図１５（ａ）は第１形成工程（ステップ１３１）に、図１５（ｂ）第１破壊工程（ステップ１４１）に、図１５（ｃ）は第２形成工程（ステップ１３２）に、図１５（ｄ）は第２破壊工程（ステップ１４２）に、それぞれ対応している。また、図１５（ｅ）は第３形成工程（ステップ１３３）に、図１５（ｆ）第３破壊工程（ステップ１４３）に、図１５（ｇ）は第４形成工程（ステップ１３４）に、図１５（ｈ）は第４破壊工程（ステップ１４４）に、それぞれ対応している。さらに、図１５（ｉ）は第５形成工程（ステップ１３５）に、図１５（ｊ）第５破壊工程（ステップ１４５）に、それぞれ対応している。

また、図１６（ａ）は第１破壊工程（ステップ１４１）終了後且つ第２形成工程（ステップ１３２）開始前に、図１６（ｂ）は第２破壊工程（ステップ１４２）終了後且つ第３形成工程（ステップ１３３）開始前に、図１６（ｃ）は第５破壊工程（ステップ１４５）終了後に、それぞれ対応している。

｛第１形成工程｝
図１５（ａ）に示すように、ステップ１３１の第１形成工程では、ワイヤ２１を、第１の始点Ｐｓ（１）から第１の終点Ｐｅ（１）に向かい、第１の形成経路Ｒｆ（１）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は第１の溶接送給速度Ｓｗ（１）で送給されるとともに、ワイヤ２１には第１の溶接電流Ｉｗ（１）が供給される。ここで、第１形成工程の場合、第１の始点Ｐｓ（１）では、ともに導電性を有する母材１１０とワイヤ２１の先端部との間でアークが発生し、ワイヤ２１が溶融・固化することに伴って、母材１１０上には１層目のビード１２１（１）が形成され始める。そして、ワイヤ２１の先端部は、第１の形成経路Ｒｆ（１）を、図１４（ａ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、板状を呈する母材１１０上には、円環状を呈する１層目のビード１２１（１）が形成される。ただし、このとき、１層目のビード１２１（１）の表面には、１層目のスラグ１２２（１）も形成されることになる。

｛第１破壊工程｝
図１５（ｂ）に示すように、ステップ１４１の第１破壊工程では、上記第１形成工程と同じく、ワイヤ２１を、第１の始点Ｐｓ（１）から第１の終点Ｐｅ（１）に向かい、第１の形成経路Ｒｆ（１）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第１の打撃送給速度±Ｓｋ（１）で送給される一方、溶接電流は供給されない。すると、ワイヤ２１の先端部は、図１４（ｂ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する１層目のビード１２１（１）の表面に付着していた１層目のスラグ１２２（１）は、ワイヤ２１の先端部が突き当てられることによって破壊され、１層目のビード１２１（１）から剥離される。その結果、母材１１０上には、図１６（ａ）に示すように、１層目のビード１２１（１）が、外部に露出した状態で形成されることになる。

｛第２形成工程｝
図１５（ｃ）に示すように、ステップ１３２の第２形成工程では、ワイヤ２１を、第２の始点Ｐｓ（２）から第２の終点Ｐｅ（２）に向かい、第２の形成経路Ｒｆ（２）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第２の溶接送給速度Ｓｗ（２）で送給されるとともに、ワイヤ２１には第２の溶接電流Ｉｗ（２）が供給される。ここで、第２形成工程の場合、第２の始点Ｐｓ（２）では、ともに導電性を有する１層目のビード１２１（１）とワイヤ２１の先端部との間でアークが発生し、ワイヤ２１が溶融・固化することに伴って、１層目のビード１２１（１）上には２層目のビード１２１（２）が形成され始める。そして、ワイヤ２１の先端部は、第２の形成経路Ｒｆ（２）を、図１４（ａ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する１層目のビード１２１（１）上には、円環状を呈する２層目のビード１２１（２）が形成される。ただし、このとき、２層目のビード１２１（２）の表面には、２層目のスラグ１２２（２）も形成されることになる。

｛第２破壊工程｝
図１５（ｄ）に示すように、ステップ１４２の第２破壊工程では、上記第２形成工程と同じく、ワイヤ２１を、第２の始点Ｐｓ（２）から第２の終点Ｐｅ（２）に向かい、第２の形成経路Ｒｆ（２）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第２の打撃送給速度±Ｓｋ（２）で送給される一方、溶接電流は供給されない。すると、ワイヤ２１の先端部は、図１４（ｂ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する２層目のビード１２１（２）の表面に付着していた２層目のスラグ１２２（２）は、ワイヤ２１の先端部が突き当てられることによって破壊され、２層目のビード１２１（２）から剥離される。これにより、母材１１０上の１層目のビード１２１（１）上には、図１６（ｂ）に示すように、２層目のビード１２１（２）が、外部に露出した状態で形成されることになる。

｛第３形成工程｝
図１５（ｅ）に示すように、ステップ１３３の第３形成工程では、ワイヤ２１を、第３の始点Ｐｓ（３）から第３の終点Ｐｅ（３）に向かい、第３の形成経路Ｒｆ（３）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第３の溶接送給速度Ｓｗ（３）で送給されるとともに、ワイヤ２１には第３の溶接電流Ｉｗ（３）が供給される。ここで、第３形成工程の場合、第３の始点Ｐｓ（３）では、ともに導電性を有する２層目のビード１２１（２）とワイヤ２１の先端部との間でアークが発生し、ワイヤ２１が溶融・固化することに伴って、２層目のビード１２１（２）上には３層目のビード１２１（３）が形成され始める。そして、ワイヤ２１の先端部は、第３の形成経路Ｒｆ（３）を、図１４（ａ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する２層目のビード１２１（２）上には、円環状を呈する３層目のビード１２１（３）が形成される。ただし、このとき、３層目のビード１２１（３）の表面には、３層目のスラグ１２２（３）も形成されることになる。

｛第３破壊工程｝
図１５（ｆ）に示すように、ステップ１４３の第３破壊工程では、上記第３形成工程と同じく、ワイヤ２１を、第３の始点Ｐｓ（３）から第３の終点Ｐｅ（３）に向かい、第３の形成経路Ｒｆ（３）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第３の打撃送給速度±Ｓｋ（３）で送給される一方、溶接電流は供給されない。すると、ワイヤ２１の先端部は、図１４（ｂ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する３層目のビード１２１（３）の表面に付着していた３層目のスラグ１２２（３）は、ワイヤ２１の先端部が突き当てられることによって破壊され、３層目のビード１２１（３）から剥離される。これにより、２層目のビード１２１（２）上には、３層目のビード１２１（３）が、外部に露出した状態で形成されることになる。

｛第４形成工程｝
図１５（ｇ）に示すように、ステップ１３４の第４形成工程では、ワイヤ２１を、第４の始点Ｐｓ（４）から第４の終点Ｐｅ（４）に向かい、第４の形成経路Ｒｆ（４）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第４の溶接送給速度Ｓｗ（４）で送給されるとともに、ワイヤ２１には第４の溶接電流Ｉｗ（４）が供給される。ここで、第４形成工程の場合、第４の始点Ｐｓ（４）では、ともに導電性を有する３層目のビード１２１（３）とワイヤ２１の先端部との間でアークが発生し、ワイヤ２１が溶融・固化することに伴って、３層目のビード１２１（３）上には４層目のビード１２１（４）が形成され始める。そして、ワイヤ２１の先端部は、第４の形成経路Ｒｆ（４）を、図１４（ａ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する３層目のビード１２１（３）上には、円環状を呈する４層目のビード１２１（４）が形成される。ただし、このとき、４層目のビード１２１（４）の表面には、４層目のスラグ１２２（４）も形成されることになる。

｛第４破壊工程｝
図１５（ｈ）に示すように、ステップ１４４の第４破壊工程では、上記第４形成工程と同じく、ワイヤ２１を、第４の始点Ｐｓ（４）から第４の終点Ｐｅ（４）に向かい、第４の形成経路Ｒｆ（４）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第４の打撃送給速度±Ｓｋ（４）で送給される一方、溶接電流は供給されない。すると、ワイヤ２１の先端部は、図１４（ｂ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する４層目のビード１２１（４）の表面に付着していた４層目のスラグ１２２（４）は、ワイヤ２１の先端部が突き当てられることによって破壊され、４層目のビード１２１（４）から剥離される。これにより、３層目のビード１２１（３）上には、４層目のビード１２１（４）が、外部に露出した状態で形成されることになる。

｛第５形成工程｝
図１５（ｉ）に示すように、ステップ１３５の第５形成工程では、ワイヤ２１を、第５の始点Ｐｓ（５）から第５の終点Ｐｅ（５）に向かい、第５の形成経路Ｒｆ（５）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第５の溶接送給速度Ｓｗ（５）で送給されるとともに、ワイヤ２１には第５の溶接電流Ｉｗ（５）が供給される。ここで、第５形成工程の場合、第５の始点Ｐｓ（５）では、ともに導電性を有する４層目のビード１２１（４）とワイヤ２１の先端部との間でアークが発生し、ワイヤ２１が溶融・固化することに伴って、４層目のビード１２１（４）上には５層目のビード１２１（５）が形成され始める。そして、ワイヤ２１の先端部は、第５の形成経路Ｒｆ（５）を、図１４（ａ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する４層目のビード１２１（４）上には、円環状を呈する５層目のビード１２１（５）が形成される。ただし、このとき、５層目のビード１２１（５）の表面には、５層目のスラグ１２２（５）も形成されることになる。

｛第５破壊工程｝
図１５（ｊ）に示すように、ステップ１４５の第５破壊工程では、上記第５形成工程と同じく、ワイヤ２１を、第５の始点Ｐｓ（５）から第５の終点Ｐｅ（５）に向かい、第５の形成経路Ｒｆ（５）に沿って順次移動させていく。また、このとき、ワイヤ２１は、第５の打撃送給速度±Ｓｋ（５）で送給される一方、溶接電流は供給されない。すると、ワイヤ２１の先端部は、図１４（ｂ）に示す移動軌跡Ｌｗに沿って移動していく。その結果、円環状を呈する５層目のビード１２１（５）の表面に付着していた５層目のスラグ１２２（５）は、ワイヤ２１の先端部が突き当てられることによって破壊され、５層目のビード１２１（５）から剥離される。これにより、４層目のビード１２１（４）上の５層目のビード１２１（５）上には、図１６（ｃ）に示すように、５層目のビード１２１（５）が、外部に露出した状態で形成されることになる。また、これにより、母材１１０上には、１層目のビード１２１（１）～５層目のビード１２１（５）を積層してなる積層造形物１２０が形成された、構造体１００が得られることになる。

そして、得られた構造体１００における積層造形物１２０では、隣接するビード間でのスラグの巻込みが生じ難くなることから、その機械的な強度の低下を抑制することができる。

［その他］
なお、本実施の形態では、積層造形物１２０において最後の層となるｎ層目のビード１２１（具体例の場合は５層目のビード１２１（５））についても、スラグ１２２（ｎ）の破壊を行っていたが、これに限られるものではない。例えば、積層造形物１２０における最後の層については、ｎ層目のビード１２１（ｎ）を形成した状態で、積層造形装置６０を用いた作業を終了するようにしてもよい。

また、上述した具体例の説明では、各破壊工程において、ワイヤ２１に溶接電流を供給しないようにしていたが、これに限られるものではない。例えば、各破壊工程において、アークが発生しない程度の電圧をワイヤ２１に印加し、ワイヤ２１に通電が生じるか否かを検知することで、ワイヤ２１が対象物（母材１１０やビード１２１）に接触したか否かを判断するようにしてもかまわない。

また、上述した具体例の説明では、各形成工程において、ワイヤ２１に超音波振動を付与しないようにしていたが、これに限られるものではない。例えば、各形成工程において、ワイヤ２１に超音波振動を付与するようにしてもかまわない。この場合は、得られるビード１２１において結晶粒の微細化を図ることが可能となる。

また、上述した具体例の説明では、各破壊工程において、ワイヤ２１を物理的に進退させるとともにワイヤ２１に超音波振動させるようにしていたが、これに限られるもののではなく、少なくとも一方を行わせればよい。

また、上述した具体例の説明では、各形成工程において、溶接電流の制御を行うようにしていたが、これに限られるものではなく、溶接電圧の制御を行うようにしてもかまわない。

１…金属積層造形システム、２…ＣＡＤ装置、１０…ロボット装置、２０…溶接トーチ、２１…ワイヤ、２５…カメラ、３０…制御装置、４０…計画作成装置、５０…記録媒体、６０…積層造形装置、１００…構造体、１１０…母材、１２０…積層造形物、１２１（ｘ）…ｘ層目のビード、１２２（ｘ）…ｘ層目のスラグ

Claims (8)

1. 溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成する第１形成工程と、
   前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに超音波振動を付与し、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊する破壊工程と、
   前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成する第２形成工程と
   を有する造形物の製造方法。
2. 前記破壊工程では、前記ビードに対して前記溶加材の先端部を進退させるとともに前記超音波振動を付与することを特徴とする請求項１記載の造形物の製造方法。
3. 立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する取得工程と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに超音波振動を付与し、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊する第１積層工程と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに前記超音波振動を付与し、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊する第２積層工程と
   を有する造形物の製造方法。
4. 溶加材を供給する溶接トーチと当該溶接トーチを保持するロボット装置とを備え、アークを用いて当該溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物を製造する、積層造形装置の動作を制御する積層制御装置であって、
   前記溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成する指示を出力する第１出力手段と、
   前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに超音波振動させ、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊する指示を出力する第２出力手段と、
   前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともにアークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成する指示を出力する第３出力手段と
   を有する積層制御装置。
5. 前記第２出力手段は、前記溶加材の先端部を進退させるとともに超音波振動させるための指示を出力することを特徴とする請求項４記載の積層制御装置。
6. 溶加材を供給する溶接トーチと当該溶接トーチを保持するロボット装置とを備え、アークを用いて当該溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物を製造する、積層造形装置の動作を制御する積層制御装置であって、
   立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する取得手段と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに超音波振動させ、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊する指示を出力する出力手段と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに前記超音波振動させ、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊する指示を出力する他の出力手段と
   を含む積層制御装置。
7. コンピュータに、
   溶加材を、第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にビードを形成するための指示を出力する機能と、
   前記溶加材を、前記第１の軌道計画に基づいて移動させるとともに超音波振動させ、前記ビードに突き当てることで、当該ビードの表面に付着するスラグを破壊するための指示を出力する機能と、
   前記溶加材を、第２の軌道計画に基づいて移動させるとともにアークを用いて溶融および固化させることで、前記ビードの上に次のビードを形成するための指示を出力する機能と
   を実現させるプログラム。
8. コンピュータに、
   立体的な造形物の形状を示す三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータの各層に対し、始点および終点と当該始点から当該終点に至る経路とを対応付けてなる軌道計画を取得する機能と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ（ｘは１以上の整数）層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、対象物の上にｘ層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ層目の計画に基づいて移動させるとともに超音波振動させ、当該ビードに突き当てることで、ｘ層目のビードの表面に付着するｘ層目のスラグを破壊するための指示を出力する機能と、
   溶加材を、前記軌道計画のうちのｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに、アークを用いて溶融および固化させることで、ｘ層目のビードの上にｘ＋１層目のビードを形成し、且つ、当該溶加材を、当該ｘ＋１層目の計画に基づいて移動させるとともに前記超音波振動させ、当該ビードに突き当てることで、ｘ＋１層目のビードの表面に付着するｘ＋１層目のスラグを破壊するための指示を出力する機能と
   を実現させるプログラム。

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