JP7197437B2 - LAMINATED PRODUCT LAYER PLANNING METHOD, LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING APPARATUS - Google Patents

LAMINATED PRODUCT LAYER PLANNING METHOD, LAMINATED PRODUCT MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING APPARATUS Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。 The present invention relates to a laminate planning method for a laminate-molded article, a laminate-molded article manufacturing method, and a manufacturing apparatus.

近年になって、生産手段として3Dプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する3Dプリンタは、レーザ、電子ビーム、アーク等の熱源を用い、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。 In recent years, there has been an increasing need for modeling using 3D printers as a means of production, and research and development are proceeding toward the practical use of modeling using metal materials. A 3D printer that models metal materials uses a heat source such as a laser, an electron beam, or an arc to melt metal powder or metal wire, and laminates the molten metal to produce a layered product.

ベースプレート上にアーク溶接で造形物を造形する金属3Dプリンタとして、スペーサによって造形テーブルと基台とをそれぞれ離間させた剛性プレートを、造形テーブルと基台に対して着脱可能に設け、基台の上に造形物を造形する際に剛性プレートを冷却媒体に水没させ、造形後に剛性プレートごと2次加工を行うものが知られている(特許文献1参照)。 As a metal 3D printer that forms a modeled object on a base plate by arc welding, a rigid plate in which the modeling table and the base are separated by spacers is provided detachably from the modeling table and the base. There is known a method in which a rigid plate is submerged in a cooling medium when molding an object, and secondary processing is performed together with the rigid plate after molding (see Patent Document 1).

また、積層造形によって造形される造形物についての材料物性値、造形条件、及び造形物サイズに関する条件を受け付け、この条件及び造形時に生成される溶融池周辺の拘束状態を定量化した拘束条件に基づいて導かれる固有ひずみの線形式から固有ひずみを算出する技術が知られている(特許文献2参照)。 In addition, we receive conditions related to the material property values, molding conditions, and size of the object to be molded by additive manufacturing, and based on these conditions and the constraint conditions that quantify the restraint state around the molten pool generated during molding. There is known a technique of calculating the inherent strain from the linear expression of the inherent strain derived by the method (see Patent Document 2).

特開2017-144446号公報JP 2017-144446 A 特開2018-184623号公報JP 2018-184623 A

ところで、母材に対して溶着ビードを積層して造形物を造形する積層造形では、材料を溶融・凝固させ造形していくため、熱収縮等によって造形物内部に残留応力が発生していることがある。この状態にて、母材を切削除去すると、残留応力の解放により、造形物に変形が発生し、目標形状に対して誤差が発生するおそれがある。 By the way, in layered manufacturing, in which a modeled object is formed by laminating welding beads on a base material, residual stress is generated inside the modeled object due to heat shrinkage, etc., because the material is melted and solidified. There is If the base material is removed by cutting in this state, the residual stress is released, and deformation occurs in the modeled object, which may cause an error in the target shape.

ベースプレートの変形を矯正する特許文献1の技術、及び造形される造形物の固有ひずみを算出する特許文献2の技術では、母材の切削除去後の造形物の目標形状に対する誤差を抑えることは困難である。 With the technique of patent document 1 that corrects the deformation of the base plate and the technique of patent document 2 that calculates the inherent strain of the modeled object, it is difficult to suppress errors in the target shape of the object after cutting and removing the base material. is.

そこで本発明は、ベースプレートから分離した際の残留応力の解放による影響を抑えて高精度で目標形状に造形することが可能な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を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a laminate planning method, a laminate-molded article manufacturing method, and a manufacturing apparatus capable of forming a target shape with high accuracy while suppressing the influence of the release of residual stress when separated from a base plate. intended to provide

本発明は下記構成からなる。
(1) 溶融金属をベースプレート上に積層する造形部により、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、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成工程と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する形状誤差設定工程と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算工程と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで、前記形状モデル及び前記積層計画を補正する補正工程と、
をこの順で実施する積層造形物の積層計画方法。
(2) 上記(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、前記積層造形物を積層造形する積層造形物の製造方法。
(3) 溶融金属をベースプレート上に積層する造形部により、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製造装置であって、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成部と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する設定部と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算部と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで、前記形状モデル及び前記積層計画を補正する補正部と、
を備える積層造形物の製造装置。
The present invention consists of the following configurations.
(1) A laminate planning method for a laminate-molded object in which a laminate-molded object is molded using three-dimensional shape data of the laminate-molded object by a molding unit that laminates molten metal on a base plate,
A stacking plan creation step of obtaining a shape model of the layered product to be layered and manufactured on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creating a stacking plan for stacking the layered product of the shape model. ,
A shape error setting step of setting an allowable shape error for the laminate-molded article manufactured based on the shape model;
A deformation amount calculation step of obtaining a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
a correction step of correcting the shape model and the stacking plan until the deformation amount falls within the range of the shape error;
A lamination planning method for a lamination-molded article in which
(2) A method for manufacturing a laminate-molded article, in which the laminate-molded article is laminate-molded based on the laminate plan created by the laminate-molded article lamination planning method according to (1) above.
(3) A manufacturing apparatus for a laminate-molded article that uses three-dimensional shape data of the laminate-molded article to form a laminate-molded article using a modeling unit that laminates molten metal on a base plate,
A lamination plan creation unit that obtains a shape model of the lamination-molded object to be lamination-molded on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creates a lamination plan for laminating the lamination-molded object of the shape model. ,
a setting unit that sets an allowable shape error for the laminate-molded object manufactured based on the shape model;
a deformation amount calculation unit that obtains a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
a correction unit that corrects the shape model and the stacking plan until the deformation amount falls within the range of the shape error;
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.

本発明によれば、ベースプレートから分離した際の残留応力の解放による影響を抑えて高精度で目標形状に造形することができる。 According to the present invention, it is possible to form a target shape with high accuracy while suppressing the influence of release of residual stress when separated from the base plate.

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。It is a schematic block diagram of the manufacturing apparatus of the laminate-molded article which concerns on this invention. 積層造形物の上下方向に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the up-down direction of a laminate-molded article. 積層造形物の基本的な積層造形の手順を説明する上下方向に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the up-down direction explaining the procedure of basic lamination-molding of a laminate-molded article. 積層造形物の基本的な積層造形の手順を説明する上下方向に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the up-down direction explaining the procedure of basic lamination-molding of a laminate-molded article. 積層造形物の基本的な積層造形の手順を説明する上下方向に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the up-down direction explaining the procedure of basic lamination-molding of a laminate-molded article. ベースプレートを除去した際の積層造形物の変形について説明する積層造形物の上下方向に沿う概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the up-down direction of the laminate-molded article explaining deformation|transformation of the laminate-molded article at the time of removing a base plate. 積層造形物の積層計画の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the lamination|stacking plan of a laminate-molded article. 積層造形物の積層計画の手順を説明する積層造形物の模式図である。It is a schematic diagram of a laminate-molded article explaining the procedure of the lamination plan of a laminate-molded article. 積層造形物の積層計画の手順を説明する積層造形物の模式図である。It is a schematic diagram of a laminate-molded article explaining the procedure of the lamination plan of a laminate-molded article. 積層造形物の積層計画の手順を説明する積層造形物の模式図である。It is a schematic diagram of a laminate-molded article explaining the procedure of the lamination plan of a laminate-molded article.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Production equipment for additive manufacturing>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laminate-molded article manufacturing apparatus according to the present invention.
A manufacturing apparatus 100 for a laminate-molded product having this configuration includes a modeling unit 11 , a controller 13 that performs integrated control of the modeling unit 11 , and a power supply device 15 .

造形部11は、先端軸にトーチ17が設けられた溶接ロボット19と、トーチ17に溶加材(溶接ワイヤ)Mを供給する溶加材供給部21とを有する。 The modeling unit 11 includes a welding robot 19 having a torch 17 on its tip axis, and a filler material supply unit 21 that supplies a filler material (welding wire) M to the torch 17 .

溶接ロボット19は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ17には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。トーチ17の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能となっている。 The welding robot 19 is a multi-joint robot, and the torch 17 attached to the tip shaft of the robot arm is supported so that the filler material M can be continuously supplied. The position and posture of the torch 17 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of degrees of freedom of the robot arm.

トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生させる。トーチ17は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。 The torch 17 holds the filler material M and generates an arc from the tip of the filler material M in a shield gas atmosphere. The torch 17 has a shield nozzle (not shown), and a shield gas is supplied from the shield nozzle. The arc welding method may be a consumable electrode type such as coated arc welding or carbon dioxide gas arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding. be.

例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。溶加材Mは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部21からトーチ17に送給される。そして、トーチ17を移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させると、ベースプレート23上に溶加材Mの溶融凝固体である線状の溶着ビードBが形成される。 For example, in the case of the consumable electrode type, a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the contact tip holds the filler material M to which the melting current is supplied. The torch 17 holds the filler material M and generates an arc from the tip of the filler material M in a shield gas atmosphere. The melt material M is fed from the melt material supply unit 21 to the torch 17 by a delivery mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. When the continuously fed filler material M is melted and solidified while the torch 17 is moving, a linear welding bead B, which is a melted and solidified body of the filler material M, is formed on the base plate 23 .

溶加材Mは、溶接ロボット19のロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部21からトーチ17に送給される。そして、トーチ17は、コントローラ13からの指令によりロボットアームが駆動されることで、所望の溶接ラインに沿って移動する。また、連続送給される溶加材Mは、トーチ17の先端で発生するアークによってシールドガス雰囲気で溶融され、凝固する。これにより、溶加材Mの溶融凝固体である溶着ビードBが形成される。このように、造形部11は、溶加材Mの溶融金属を積層する積層造形装置であって、ベースプレート23上に多層状に溶着ビードBを積層することで、積層造形物Wを造形する。 The filler material M is fed from the filler material supply unit 21 to the torch 17 by a feeding mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like of the welding robot 19 . Then, the torch 17 moves along a desired welding line as the robot arm is driven by a command from the controller 13 . The continuously fed filler material M is melted and solidified in a shield gas atmosphere by an arc generated at the tip of the torch 17 . As a result, a weld bead B, which is a molten solidified body of the filler material M, is formed. As described above, the modeling unit 11 is a layered modeling apparatus that layers the molten metal of the filler material M, and models the layered product W by layering the welding beads B in multiple layers on the base plate 23 .

溶加材Mを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。アークを用いる場合は、シールド性を確保しつつ、素材、構造によらずに簡単に溶着ビードBを形成できる。電子ビームやレーザにより加熱する場合は、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードBの状態をより適正に維持して、積層造形物Wの更なる品質向上に寄与できる。 The heat source for melting the filler material M is not limited to the arc described above. For example, a heat source using other methods such as a heating method using both an arc and a laser, a heating method using plasma, a heating method using an electron beam or a laser, or the like may be employed. When an arc is used, the welding bead B can be easily formed regardless of the material and structure while ensuring the shielding properties. When heating with an electron beam or laser, the amount of heating can be more finely controlled, the state of the welding bead B can be maintained more appropriately, and the quality of the laminate-molded article W can be further improved.

コントローラ13は、積層計画作成部31と、変形量計算部33と、余肉量設定部34と、プログラム生成部35と、記憶部37と、入力部39と、表示部40と、これら各部が接続される制御部41と、を有する。制御部41には、作製しようとする積層造形物Wの形状を表す3次元形状データ(CADデータ等)や、各種の指示情報が入力部39から入力される。表示部40は、制御部41から送信される画像情報に基づいて各種の画像を表示する。 The controller 13 includes a lamination plan creation unit 31, a deformation amount calculation unit 33, an excess thickness setting unit 34, a program generation unit 35, a storage unit 37, an input unit 39, a display unit 40, and these units. and a control unit 41 to be connected. Three-dimensional shape data (CAD data, etc.) representing the shape of the laminate-molded article W to be manufactured and various instruction information are input from the input unit 39 to the control unit 41 . The display unit 40 displays various images based on image information transmitted from the control unit 41 .

本構成の積層造形物の製造装置100は、入力された3次元形状データを用いてビード形成用の形状モデルを生成し、トーチ17の移動軌跡や溶接条件等の積層計画を作成する。制御部41は、積層計画に応じた動作プログラムを作成し、この動作プログラムに従って各部を駆動して、所望の形状の積層造形物Wを積層造形する。 The laminate-molded article manufacturing apparatus 100 of this configuration generates a shape model for forming a bead using the input three-dimensional shape data, and creates a lamination plan such as the movement trajectory of the torch 17 and welding conditions. The control unit 41 creates an operation program according to the stacking plan, drives each unit according to this operation program, and laminates the laminate-molded article W having a desired shape.

積層計画作成部31は、入力された3次元形状データの形状モデルを溶着ビードBの高さに応じた複数の層に分解する。そして、分解された形状モデルの各層について、溶着ビードBを形成するためのトーチ17の軌道、及び溶着ビードBを形成する加熱条件(ビード幅、ビード積層高さ等を得るための溶接条件等を含む)を定める積層計画を作成する。 The lamination planning section 31 decomposes the shape model of the input three-dimensional shape data into a plurality of layers corresponding to the height of the welding bead B. As shown in FIG. Then, for each layer of the disassembled shape model, the trajectory of the torch 17 for forming the welding bead B and the heating conditions for forming the welding bead B (welding conditions for obtaining the bead width, the bead lamination height, etc.) are determined. Create a layup plan that defines

変形量計算部33は、積層計画に従って造形した積層造形物Wからベースプレート23を除去した際に、積層造形物Wの残留応力の解放によって生じる変形量を解析的に求める。 The deformation amount calculation unit 33 analytically obtains the amount of deformation caused by the release of the residual stress of the laminate-molded article W when the base plate 23 is removed from the laminate-molded article W manufactured according to the lamination plan.

余肉量設定部34は、機械加工後の構造体W1から積層造形物Wの外縁までの削り代となる余肉量を設定する。 The surplus thickness setting unit 34 sets the surplus thickness to be a cutting allowance from the structure W1 to the outer edge of the laminate-molded article W after machining.

プログラム生成部35は、造形部11の各部を駆動して積層造形物Wの造形手順を設定し、この手順をコンピュータに実行させる動作プログラムを作成する。作成された動作プログラムは、記憶部37に記憶される。 The program generation unit 35 drives each unit of the modeling unit 11 to set the modeling procedure of the laminate-molded article W, and creates an operation program for causing the computer to execute the procedure. The created operation program is stored in the storage unit 37 .

記憶部37には、動作プログラムが記憶される他、造形部11が有する各種駆動部の仕様や溶加材Mの材料の情報等も記憶され、プログラム生成部35で動作プログラムを作成する際、動作プログラムを実行する際等に、記憶された情報が適宜参照される。この記憶部37は、メモリやハードディスク等の記憶媒体からなり、各種情報の入出力が可能となっている。 In addition to storing an operation program, the storage unit 37 also stores specifications of various drive units of the molding unit 11, information on the material of the filler material M, and the like. The stored information is appropriately referred to when executing the operation program. The storage unit 37 is composed of a storage medium such as a memory or a hard disk, and is capable of inputting/outputting various types of information.

制御部41を含むコントローラ13は、CPU、メモリ、I/Oインターフェース等を備えるコンピュータ装置である。コントローラ13は、記憶部37に記憶されたデータやプログラムを読み込み、データの処理や動作プログラムを実行する機能、及び造形部11の各部を駆動制御する機能を有する。制御部41は、入力部39からの操作や通信等による指示に基づいて、動作プログラムの作成や実行がなされる。 The controller 13 including the control unit 41 is a computer device including a CPU, memory, I/O interface, and the like. The controller 13 has a function of reading data and programs stored in the storage unit 37 , processing the data and executing an operation program, and a function of driving and controlling each part of the modeling unit 11 . The control unit 41 creates and executes operation programs based on instructions from the input unit 39 through operations, communications, and the like.

制御部41が動作プログラムを実行すると、溶接ロボット19や電源装置15等の各部が、プログラムされた所定の手順に従って駆動される。溶接ロボット19は、コントローラ13からの指令により、プログラムされた軌道軌跡に沿ってトーチ17を移動させるとともに、溶加材Mを所定のタイミングでアークにより溶融させて、所望の位置に溶着ビードBを形成する。 When the control unit 41 executes the operation program, each unit such as the welding robot 19 and the power supply device 15 is driven according to a predetermined programmed procedure. The welding robot 19 moves the torch 17 along the programmed trajectory according to the command from the controller 13, melts the filler material M with an arc at a predetermined timing, and forms a welding bead B at a desired position. Form.

ここでいう動作プログラムとは、入力された積層造形物Wの3次元形状データから、所定の演算により設計された溶着ビードBの形成手順を、造形部11により実施させるための命令コードである。制御部41は、記憶部37に記憶された動作プログラムを実行することで、造形部11によって積層造形物Wを製造させる。つまり、制御部41は、記憶部37から所望の動作プログラムを読み込み、この動作プログラムに従って、トーチ17を溶接ロボット19の駆動により移動させるとともに、トーチ17先端からアークを発生させる。これにより、ベースプレート23に溶着ビードBが繰り返し形成されて積層造形物Wが造形される。 The operation program here is an instruction code for causing the molding unit 11 to perform the formation procedure of the welding bead B designed by a predetermined calculation from the input three-dimensional shape data of the laminate-molded object W. The control unit 41 causes the modeling unit 11 to manufacture the laminate-molded article W by executing the operation program stored in the storage unit 37 . That is, the control unit 41 reads a desired operation program from the storage unit 37 , drives the welding robot 19 to move the torch 17 according to the operation program, and causes the tip of the torch 17 to generate an arc. As a result, the weld bead B is repeatedly formed on the base plate 23, and the laminate-molded article W is formed.

積層計画作成部31、変形量計算部33、余肉量設定部34、プログラム生成部35等の各演算部は、コントローラ13に設けられるがこれに限らない。図示はしないが、例えば積層造形物の製造装置100とは別体に、ネットワーク等の通信手段や記憶媒体を介して離間して配置されたサーバや端末等の外部コンピュータに、上記した演算部が設けられてもよい。外部コンピュータに上記した演算部が設けられることで、積層造形物の製造装置100を要せずに、所望の動作プログラムを作成でき、プログラム作成作業が繁雑にならない。また、作成した動作プログラムを、コントローラ13の記憶部37に転送することで、コントローラ13で動作プログラムを作成した場合と同様に、造形部11を動作させることができる。 The lamination plan creation unit 31, the deformation amount calculation unit 33, the excess thickness setting unit 34, the program generation unit 35, and other calculation units are provided in the controller 13, but are not limited to this. Although not shown, for example, an external computer such as a server or a terminal arranged separately from the laminate-molded article manufacturing apparatus 100 via a communication means such as a network or a storage medium has the above-described operation unit. may be provided. A desired operation program can be created without using the laminate-molded article manufacturing apparatus 100 by providing the above-described operation unit in the external computer, and the program creation work does not become complicated. Further, by transferring the created operation program to the storage unit 37 of the controller 13 , the modeling unit 11 can be operated in the same manner as when the operation program is created by the controller 13 .

<基本的な積層造形の手順>
次に、単純なモデルとして例示した図示例の積層造形物Wに対する積層造形の手順を簡単に説明する。
図2は積層造形物Wの上下方向に沿う概略断面図である。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上下方向に沿う概略断面図である。図4はベースプレートを除去した際の積層造形物Wの変形について説明する積層造形物Wの上下方向に沿う概略断面図である。
<Basic additive manufacturing procedure>
Next, a brief description will be given of the procedure of lamination-molding for the lamination-molded article W illustrated as a simple model.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the vertical direction of the laminate-molded article W. As shown in FIG. 3A to 3C are schematic cross-sectional views along the vertical direction for explaining the basic lamination-molding procedure of the laminate-molded article W. FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the vertical direction of the laminate-molded article W for explaining deformation of the laminate-molded article W when the base plate is removed.

図2に示すように、一例に係る積層造形物Wは、円筒状に形成されている。この積層造形物Wは、ベースプレート23上に造形されている。ベースプレート23は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Wの底面(最下層の面)より大きいものが使用される。なお、このベースプレート23は、板状に限らず、ブロック体や棒状等、他の形状のベースであってもよい。また、図2においては、一本の溶着ビードBにより一層分のビード層BLを形成する例を示しているが、複数本の溶着ビードBによりビード層BLを形成することもできる。 As shown in FIG. 2, the laminate-molded article W according to one example is formed in a cylindrical shape. This layered product W is formed on the base plate 23 . The base plate 23 is made of a metal plate such as a steel plate, and is basically larger than the bottom surface (lowermost layer surface) of the laminate-molded article W. In addition, the base plate 23 is not limited to a plate shape, and may be a block-shaped base, a bar-shaped base, or the like. In addition, although FIG. 2 shows an example in which one welding bead B forms one bead layer BL, a plurality of welding beads B may form the bead layer BL.

図3Aに示すように、積層造形物Wを造形するには、予め設置したベースプレート23上に、動作プログラムに従って溶接ロボット19が指示された軌道に沿ってトーチ17を移動させる。そして、このトーチ17の移動と共にアークを発生させ、トーチ17が移動する軌道に沿って溶着ビードBを形成する。溶着ビードBは、溶加材Mを溶融及び凝固させて形成され、形成されたビード層BLに次層のビード層BLが繰り返し積層される。 As shown in FIG. 3A, in order to form the laminate-molded article W, the welding robot 19 moves the torch 17 along the trajectory indicated by the welding robot 19 according to the operation program on the pre-installed base plate 23 . An arc is generated along with the movement of the torch 17, and a welding bead B is formed along the trajectory along which the torch 17 moves. The welding bead B is formed by melting and solidifying the filler material M, and the following bead layer BL is repeatedly laminated on the formed bead layer BL.

図3Bに示すように、ベースプレート23上に積層造形物Wを造形したら、ベースプレート23を、ワイヤーソーやダイヤモンドカッター等による切断機で切断してベースプレート23を積層造形物Wから除去し、積層造形物Wを分離する。その後、図3Cに示すように、例えば、積層造形物Wに対して余肉量設定部34で設定した余肉部分を切削して製品に加工する。なお、積層造形物Wに対して余肉部分を切削した後にベースプレート23を除去してもよい。 As shown in FIG. 3B , after the laminate-molded article W is formed on the base plate 23, the base plate 23 is cut with a cutting machine such as a wire saw or a diamond cutter to remove the base plate 23 from the laminate-molded article W. Separate W. After that, as shown in FIG. 3C, for example, the excess thickness portion set by the excess thickness setting unit 34 is cut from the laminate-molded article W to process it into a product. Note that the base plate 23 may be removed after cutting the excess thickness of the laminate-molded article W. As shown in FIG.

ところで、ベースプレート23に溶着ビードBを積層して積層造形物Wを造形する積層造形法では、材料を溶融・凝固させ造形していくため、熱収縮等によって積層造形物Wの内部に残留応力が発生していることがある。すると、ベースプレート23を切断して積層造形物Wから除去すると、積層造形物Wが残留応力の解放によって変形することがある。例えば、図4に示すように、円筒状に造形した積層造形物Wは、ベースプレート23を除去することによって、そのベースプレート23と接合されていた端部側が残留応力の解放によって拡径し、目標形状である形状モデルMA(図4中点線で示す)に対して誤差が生じることがある。このため、その後に余肉部分を切削して構造体W1とすることが困難となることがある。 By the way, in the layered manufacturing method in which the weld bead B is layered on the base plate 23 to form the layered article W, since the material is melted and solidified to form the layered article W, residual stress is generated inside the layered article W due to thermal contraction or the like. have occurred. Then, when the base plate 23 is cut and removed from the laminate-molded article W, the laminate-molded article W may be deformed due to the release of the residual stress. For example, as shown in FIG. 4, when the base plate 23 is removed from the laminate-molded article W that has been formed into a cylindrical shape, the end portion that was joined to the base plate 23 expands in diameter due to the release of the residual stress, resulting in the desired shape. An error may occur with respect to the shape model MA (indicated by the dotted line in FIG. 4). For this reason, it may be difficult to subsequently cut the excess thickness to form the structure W1.

ここで、積層造形物の溶接変形及び残留応力は、一般に、有限要素法(Finite Element Method:FEM)を用いた熱弾塑性解析法又は弾性解析等を利用したコンピュータシミュレーションによって解析される。 Here, welding deformation and residual stress of a laminate-molded product are generally analyzed by computer simulation using a thermo-elastic-plastic analysis method using a finite element method (FEM) or an elastic analysis.

熱弾塑性解析法では、多数の微小時間ステップごとに各種の非線形要素まで考慮して現象を計算するので、高精度な解析をすることができる。一方、弾性解析では、線形要素のみを考慮して解析をするため、短時間で解析をすることができる。溶着ビードBを積層する積層造形によって積層造形物Wを造形すると、積層造形物Wの全箇所が金属の溶融・凝固プロセスを経ることになる。金属が溶融・凝固すると、積層造形物Wに固有ひずみ(塑性ひずみ、熱ひずみ)が発生する。この固有ひずみに起因した残留応力が積層造形物Wの内部に発生する。変形量計算部33は、このような積層造形による形状変化を解析的に求める。 In the thermo-elastic-plastic analysis method, phenomena are calculated by considering various nonlinear elements for every minute time step, so highly accurate analysis can be performed. On the other hand, in elastic analysis, only linear elements are taken into account, so analysis can be completed in a short time. When the laminate-molded article W is modeled by lamination-molding in which the welding beads B are laminated, all parts of the laminate-molded article W undergo a metal melting/solidification process. When the metal is melted and solidified, inherent strain (plastic strain, thermal strain) is generated in the laminate-molded article W. Residual stress resulting from this inherent strain is generated inside the laminate-molded article W. As shown in FIG. The deformation amount calculation unit 33 analytically obtains the shape change due to such layered manufacturing.

変形量計算部33は、例えば、部分モデル熱弾塑性解析部と、全体モデル弾性解析部とを備えた構成であってもよい。部分モデル熱弾塑性解析部は、入力された解析条件(積層造形条件,材料物性条件)に基づいて、造形物の部分的なモデルを用いて熱弾塑性解析をして固有ひずみ(塑性ひずみ、熱ひずみ)を算出する。全体モデル弾性解析部は、算出した固有ひずみに基づいて造形物の全体モデルについて弾性解析をして残留応力等を導出する。解析に使用される条件としては、熱源の出力、熱源の種類、ビームプロファイル、走査速度、走査シーケンス、ラインオフセット又は予熱温度等をパラメータとする積層造形条件と、材料のヤング率、耐力、線膨張係数、加工硬化指数等の機械的物性値と、熱伝導率又は比熱等の熱物性値等の材料物性条件とがある。 The deformation amount calculation unit 33 may be configured to include, for example, a partial model thermo-elastic-plastic analysis unit and a whole model elastic analysis unit. The partial model thermo-elastic-plastic analysis part performs thermo-elastic-plastic analysis using a partial model of the model based on the input analysis conditions (laminate manufacturing conditions, material property conditions) and inherent strain (plastic strain, Thermal strain) is calculated. The overall model elastic analysis unit performs elastic analysis on the overall model of the model based on the calculated inherent strain to derive residual stress and the like. The conditions used for the analysis include additive manufacturing conditions with parameters such as heat source output, heat source type, beam profile, scanning speed, scanning sequence, line offset or preheating temperature, etc., and Young's modulus, yield strength, and linear expansion of materials. There are mechanical physical property values such as modulus and work hardening index, and material physical property conditions such as thermophysical property values such as thermal conductivity and specific heat.

このような解析処理は、プログラムに沿ってコンピュータで実行される。つまり、変形量計算部33は、CPU等のプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、を具備するコンピュータとして構成することができる。この場合、各部の機能は記憶装置からなる記憶部37に記憶された所定のプログラムをプロセッサが実行することによって実現することができる。 Such analysis processing is executed by a computer according to a program. That is, the deformation amount calculation unit 33 is a computer including a processor such as a CPU, a storage device such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a HDD (Hard Disk Drive), and an SSD (Solid State Drive). can be configured as In this case, the function of each unit can be realized by the processor executing a predetermined program stored in the storage unit 37 made up of a storage device.

<積層造形物の積層計画>
本実施形態では、ベースプレート23を除去した後の積層造形物Wの変形量を変形量計算部33が予測し、その予測に基づいて高精度で目標の形状モデルMAで造形するための積層計画を作成する。以下、本実施形態に係る積層造形物Wの積層計画について詳述する。
<Lamination plan of layered product>
In this embodiment, the deformation amount calculation unit 33 predicts the amount of deformation of the laminate-molded article W after the base plate 23 is removed, and based on the prediction, a lamination plan for modeling with the target shape model MA with high accuracy is made. create. Hereinafter, the lamination plan of the lamination-molded article W according to the present embodiment will be described in detail.

図5は積層造形物の積層計画の手順を示すフローチャートである。図6A~図6Cは積層造形物Wの積層計画の手順を説明する積層造形物Wの模式図である。 FIG. 5 is a flow chart showing the procedure of lamination planning for a laminate-molded article. 6A to 6C are schematic diagrams of the laminate-molded article W for explaining the procedure of the lamination planning of the laminate-molded article W. FIG.

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(3D)データを入力部39から取得する(S1)。 First, the controller 13 acquires three-dimensional shape (3D) data, which is CAD data of a layered product to be modeled, from the input unit 39 (S1).

コントローラ13の積層計画作成部31は、取得した3次元形状データの形状に応じて形状モデルMAを決定し、その形状モデルMAに基づいて溶着ビードBで形成する積層計画を作成するとともに、溶着ビードBを形成する条件決定を行う(S2)。条件決定には、トーチ17を移動させる軌道を表す軌道計画を作成すること、アークを加熱源として溶着ビードBを形成する際の、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、トーチ角等の溶接条件を設定することが含まれる。 The lamination plan creation unit 31 of the controller 13 determines a shape model MA according to the shape of the acquired three-dimensional shape data, creates a lamination plan for forming the welding bead B based on the shape model MA, and Conditions for forming B are determined (S2). For condition determination, a trajectory plan representing a trajectory for moving the torch 17 is created, and welding conditions such as welding current, arc voltage, welding speed, and torch angle when forming the welding bead B using the arc as a heating source are determined. including setting.

具体的には、図6Aに示すように、積層造形物Wの形状モデルMAを生成し、この形状モデルMAを垂直方向に複数のビード層(図示例では10層)BLに分割し、各ビード層BLに対応して、それぞれトーチ17を移動させる軌道を求める。軌道の決定には、所定のアルゴリズムに基づく演算等により決定される。軌道の情報としては、例えば、トーチ17を移動させる経路の空間座標、経路の半径、経路長等の経路の情報や、形成する溶着ビードBのビード幅やビード高さ等のビード情報等が含まれる。ビード層BLの高さは、溶接条件により設定される溶着ビードBの高さに応じて決定される。 Specifically, as shown in FIG. 6A, a shape model MA of the laminate-molded article W is generated, and this shape model MA is vertically divided into a plurality of bead layers (10 layers in the illustrated example) BL. A trajectory for moving the torch 17 is obtained for each layer BL. The trajectory is determined by calculation based on a predetermined algorithm. The trajectory information includes, for example, the spatial coordinates of the path along which the torch 17 is moved, path information such as path radius and path length, and bead information such as the bead width and bead height of the welding bead B to be formed. be The height of the bead layer BL is determined according to the height of the weld bead B set according to the welding conditions.

次に、ベースプレート23を除去することにより変形する積層造形物Wの変形後の許容形状を設定し、形状モデルMAに対する許容形状の形状誤差αを制御部41が設定する(S3)。許容形状としては、例えば、ベースプレート23を除去して変形した積層造形物Wを加工して構造体W1とすることが可能な形状である。 Next, the allowable shape after deformation of the laminate-molded article W that is deformed by removing the base plate 23 is set, and the control unit 41 sets the shape error α of the allowable shape with respect to the shape model MA (S3). The allowable shape is, for example, a shape that allows the laminate-molded article W deformed by removing the base plate 23 to be processed into the structure W1.

次に、変形量計算部33が、作成された軌道計画を、設定された溶接条件で実施した場合の積層造形物Wに生じる熱収縮等による残留応力を求め、ベースプレート23を除去して残留応力が解放された際の積層造形物Wの変形量δPを解析的に求める(S4)。この変形量δPは、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析のいずれかを用いて求めることができる。例えば、有限要素法を用いた解析(FEM解析)により、上記いずれかの理論を選択的に指定して解析を行うことで、図6Bに示すように、ベースプレート23を除去した際の積層造形物Wの形状(図6B中点線で示す)を予測し、形状モデルMAに対する変形量δPを求める。なお、記憶部37には、溶加材Mの材質に応じた物性情報等が記憶され、これら情報が解析に適宜使用される。 Next, the deformation calculation unit 33 obtains the residual stress due to thermal contraction or the like that occurs in the laminate-molded object W when the created trajectory plan is executed under the set welding conditions, and removes the base plate 23 to remove the residual stress. A deformation amount δP of the laminate-molded article W when is released is analytically determined (S4). This amount of deformation δP can be obtained using any one of thermoelastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, and thermoelastic analysis. For example, by selectively specifying one of the above theories through analysis using the finite element method (FEM analysis), as shown in FIG. The shape of W (indicated by the dotted line in FIG. 6B) is predicted, and the amount of deformation δP for the shape model MA is obtained. The storage unit 37 stores physical property information and the like corresponding to the material of the filler material M, and this information is used for analysis as appropriate.

変形量δPと形状誤差αとを比較し、変形量δPが形状誤差α以下であるか否かを判定する(S5)。この変形量δPが形状誤差αより大きいと、造形後にベースプレート23を除去した積層造形物Wは、変形が大きすぎ、例えば、その後に周囲を切削するために設けられる削り代である余肉がなくなり、切削加工が困難となる。 The deformation amount .delta.P and the shape error .alpha. are compared to determine whether the deformation amount .delta.P is equal to or less than the shape error .alpha. (S5). If the deformation amount δP is larger than the shape error α, the laminate-molded object W from which the base plate 23 has been removed after modeling is excessively deformed. , cutting becomes difficult.

この変形量δPと形状誤差αとの比較において、変形量δPが形状誤差αより大きい場合(S5:No)、解析的に求めた変形量δPを見越して形状モデルMAを補正する。そして、その補正した形状モデルMAに基づいて溶着ビードBで積層造形物Wを形成する積層計画を補正するとともに、溶着ビードBを形成する条件決定を行う(S2)。ここで、図6Cは、変形量δPを見越して補正した形状モデルMAを示す。図6Cに示すように、例えば、ベースプレート23の除去による残留応力の解放によって、ベースプレート23側の端部側が変形量δPで拡径するように変形すると予測された場合では、元の形状モデルMA(図6C中点線で示す)を、変形量δPを見越して補正する。つまり、ベースプレート23側の端部が変形量δPで拡径する変形とは逆方向に縮径した形状モデルMA(図6C中実線で示す)に補正する。そして、この補正した形状モデルMAを用いて補正部である制御部41が積層計画を補正する。積層計画は、軌道計画のみを補正してもよいが、必要に応じて加熱条件の再設定を行ってもよい。例えば、溶接電流を増減制御して、入熱量を変更することで、ビード幅やビード高さ等の各種形状パラメータを調整できる。その場合、調整代を拡大でき、効率よく最適な積層計画の補正が行える。 When the deformation amount .delta.P is larger than the shape error .alpha. (S5: No), the shape model MA is corrected in anticipation of the analytically obtained deformation amount .delta.P. Then, based on the corrected shape model MA, the lamination plan for forming the laminate-molded article W with the welding bead B is corrected, and the conditions for forming the welding bead B are determined (S2). Here, FIG. 6C shows the shape model MA corrected in anticipation of the deformation amount δP. As shown in FIG. 6C, for example, when it is predicted that the end portion on the side of the base plate 23 will be deformed so as to expand in diameter by a deformation amount δP due to the release of residual stress due to the removal of the base plate 23, the original shape model MA ( 6C) is corrected in anticipation of the amount of deformation δP. That is, the shape model MA (indicated by the solid line in FIG. 6C) is corrected so that the diameter of the end portion on the side of the base plate 23 is reduced in the direction opposite to the deformation in which the diameter is expanded by the deformation amount δP. Then, the control unit 41, which is a correction unit, corrects the stacking plan using this corrected shape model MA. As for the lamination plan, only the trajectory plan may be corrected, but the heating conditions may be reset as necessary. For example, various shape parameters such as bead width and bead height can be adjusted by increasing or decreasing the welding current to change the amount of heat input. In this case, the adjustment allowance can be increased, and the optimal lamination plan can be corrected efficiently.

その後、補正した形状モデルMAに対する許容形状の形状誤差αを設定し(S3)、補正した形状モデルMAに基づいた積層計画によって造形した積層造形物Wについて、ベースプレート23を除去した際に変形する変形量δPを解析的に求める(S4)。そして、変形量δPと形状誤差αとを比較し、変形量δPが形状誤差α以下であるか否かを判定する(S5)。 After that, the allowable shape error α for the corrected shape model MA is set (S3), and the layered product W manufactured by the layering plan based on the corrected shape model MA is deformed when the base plate 23 is removed. The quantity .delta.P is analytically determined (S4). Then, the deformation amount .delta.P and the shape error .alpha. are compared to determine whether or not the deformation amount .delta.P is equal to or less than the shape error .alpha. (S5).

変形量δPが形状誤差α以下となるまで(S5:Yes)、S2~S5の工程を繰り返す。 The steps S2 to S5 are repeated until the deformation amount δP becomes equal to or less than the shape error α (S5: Yes).

変形量δPが形状誤差α以下となったら、プログラム生成部35が、形状モデルMAから作成した積層計画(軌道計画、加熱条件)に基づいて、溶着ビードBを形成する手順を示す動作プログラムを作成し、この動作プログラムに基づいて、溶着ビードBをベースプレート23上に積層させて積層造形物Wを造形する。なお、最初に作成された形状モデルMAの変形量δPが形状誤差α以下であった場合は、その形状モデルMAから作成した積層計画(軌道計画、加熱条件)に基づいて、溶着ビードBを形成する手順を示す動作プログラムを作成し、この動作プログラムに基づいて、溶着ビードBをベースプレート23上に積層させて積層造形物Wを造形する。 When the deformation amount δP becomes equal to or less than the shape error α, the program generator 35 creates an operation program showing the procedure for forming the welding bead B based on the lamination plan (trajectory plan, heating conditions) created from the shape model MA. Then, based on this operation program, the welding bead B is stacked on the base plate 23 to form the laminate-molded article W. As shown in FIG. If the deformation amount δP of the shape model MA created first is less than the shape error α, the welding bead B is formed based on the lamination plan (trajectory plan, heating conditions) created from the shape model MA. An operation program indicating the procedure to do so is created, and based on this operation program, the welding bead B is laminated on the base plate 23 to form the laminate-molded article W. As shown in FIG.

以上説明したように、本構成の積層造形物の積層計画方法によれば、積層造形物Wをベースプレート23から分離した際に生じる解放ひずみによる変形量δPに応じて形状モデルMA及び積層計画を補正する。これにより、ベースプレート23からの分離後の解放ひずみによる変形量δPを考慮し、より高い形状精度の積層造形物Wの作製が可能となる。 As described above, according to the layering planning method for a layered product W having this configuration, the shape model MA and the layering plan are corrected according to the deformation amount δP due to the release strain generated when the layered product W is separated from the base plate 23. do. As a result, it is possible to manufacture the laminate-molded article W with higher shape accuracy by considering the deformation amount δP due to the release strain after separation from the base plate 23 .

また、変形量を、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析のいずれかを用いて求めるので、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析によって、高精度な変形量の予測が可能となる。 In addition, since the amount of deformation is obtained using either thermo-elastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, or thermo-elastic analysis, highly accurate deformation amount prediction can be performed by thermo-elastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, or thermoelastic analysis. becomes possible.

さらに、解放ひずみによる変形が生じる方向と逆方向に形状モデルMAを補正するので、発生する変形を複雑な演算を要することなく簡単にキャンセルできる。 Furthermore, since the shape model MA is corrected in the direction opposite to the direction in which deformation due to the release strain occurs, the generated deformation can be easily canceled without requiring complicated calculations.

そして、本構成の積層造形物の製造方法及び製造装置によれば、積層造形物Wをベースプレート23から分離した際に生じる解放ひずみによる変形量δPに応じて形状モデルMA及び積層計画が補正される。これにより、ベースプレート23からの分離後の解放ひずみによる変形量δPが考慮された高い形状精度の積層造形物Wを作製することができる。 Then, according to the method and apparatus for manufacturing a laminate-molded article having this configuration, the shape model MA and the lamination plan are corrected according to the deformation amount δP due to the release strain generated when the laminate-molded article W is separated from the base plate 23. . As a result, it is possible to manufacture a laminate-molded article W with high shape accuracy in consideration of the amount of deformation δP due to the release strain after separation from the base plate 23 .

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make modifications and applications by combining each configuration of the embodiments with each other, based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention that it falls within the scope of protection sought.

例えば、上記例では積層造形物Wを単純な円筒形状としたが、積層造形物Wの形状は、これに限らない。積層造形物Wがより複雑な形状であるほど、上記した積層計画、及び製造方法による効果が顕著となるため、好適に適用することができる。 For example, in the above example, the laminate-molded article W has a simple cylindrical shape, but the shape of the laminate-molded article W is not limited to this. As the laminate-molded article W has a more complicated shape, the effects of the above-described lamination plan and manufacturing method become more pronounced, and thus can be preferably applied.

また、本技術は、溶接により積層造形物を作製する場合に限らず、例えば、粉体材料に対面する加工ヘッドを走査させて、粉体材料を選択的に溶融、凝固させた層を積層し、3次元形状の積層造形物を得る場合にも好適に適用可能である。 In addition, the present technology is not limited to the case of producing a laminate-molded article by welding. , it can also be suitably applied to obtain a three-dimensional laminate-molded article.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 溶融金属をベースプレート上に積層する造形部により、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、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成工程と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する形状誤差設定工程と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算工程と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで、前記形状モデル及び前記積層計画を補正する補正工程と、
をこの順で実施する積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、積層造形物をベースプレートから分離した際に生じる解放ひずみによる変形量に応じて形状モデル及び積層計画を補正する。これにより、ベースプレートからの分離後の解放ひずみによる変形量を考慮し、より高い形状精度の積層造形物の作製が可能となる。
As described above, this specification discloses the following matters.
(1) A laminate planning method for a laminate-molded object in which a laminate-molded object is molded using three-dimensional shape data of the laminate-molded object by a molding unit that laminates molten metal on a base plate,
A stacking plan creation step of obtaining a shape model of the layered product to be layered and manufactured on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creating a stacking plan for stacking the layered product of the shape model. ,
A shape error setting step of setting an allowable shape error for the laminate-molded article manufactured based on the shape model;
A deformation amount calculation step of obtaining a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
a correction step of correcting the shape model and the stacking plan until the deformation amount falls within the range of the shape error;
A lamination planning method for a lamination-molded article in which
According to this method for planning a layered product, the shape model and the layered plan are corrected according to the amount of deformation due to the release strain that occurs when the layered product is separated from the base plate. This makes it possible to manufacture a layered product with higher shape accuracy by considering the amount of deformation due to the release strain after separation from the base plate.

(2) 前記変形量計算工程は、前記変形量を、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析のいずれかを用いて求める(1)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析によって、高精度な変形量の予測が可能となる。
(2) The lamination planning method for a laminate-molded article according to (1), wherein the deformation amount calculation step obtains the deformation amount using any one of thermoelastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, and thermoelastic analysis.
According to this lamination planning method for a laminate-molded article, it is possible to predict the amount of deformation with high accuracy by thermo-elastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, and thermo-elastic analysis.

(3) 前記補正工程は、前記解放ひずみによる変形が生じる方向と逆方向に前記形状モデルを補正する(1)または(2)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、発生する変形を複雑な演算を要することなく簡単にキャンセルできる。
(3) The lamination planning method for a layered product according to (1) or (2), wherein the correcting step corrects the shape model in a direction opposite to a direction in which deformation due to the release strain occurs.
According to this lamination planning method for a laminate-molded article, deformation that occurs can be easily canceled without requiring complicated calculations.

(4) 前記積層造形物は、溶加材を溶融及び凝固させた複数の溶着ビードでビード層を形成し、該形成されたビード層に次層のビード層を繰り返し積層して造形される(1)~(3)のいずれか一つに記載の積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、溶着ビードで形成される高強度な積層造形物を造形する積層計画が得られる。
(4) The laminate-molded article is formed by forming a bead layer with a plurality of welding beads obtained by melting and solidifying a filler material, and repeatedly laminating the bead layer of the next layer on the formed bead layer ( 1) A method for planning a laminate-molded article according to any one of (3).
According to this method for planning a laminate-molded article, a laminate plan for manufacturing a high-strength laminate-molded article formed by welding beads can be obtained.

(5) 前記溶着ビードは、多軸ロボットのロボットアームの先端に支持されたトーチから発生させたアークにより、前記溶加材を溶融させて形成される(4)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、高い自由度で任意形状の積層造形物を造形する造形計画が得られる。
(5) The welding bead is formed by melting the filler material with an arc generated from a torch supported at the tip of a robot arm of a multi-axis robot. planning method.
According to this layered planning method for a laminate-molded article, a molding plan for molding a laminate-molded article of arbitrary shape with a high degree of freedom can be obtained.

(6) 前記積層計画作成工程は、前記溶着ビードを形成する溶接電流、アーク電圧、溶接速度、トーチ角度の少なくともいずれかを含む加熱条件を定める(5)に記載の積層造形物の積層計画方法。
この積層造形物の積層計画方法によれば、積層造形物への入熱量を正確に把握でき、ベースプレートから分離した際に発生する変形量を正確に予測できる。これにより、より高い形状精度の積層造形物を造形する積層計画が得られる。
(6) The stacking planning method for a layered product according to (5), wherein the stacking planning step determines heating conditions including at least one of welding current, arc voltage, welding speed, and torch angle for forming the welding bead. .
According to this lamination planning method for a laminate-molded article, it is possible to accurately grasp the amount of heat input to the laminate-molded article, and to accurately predict the amount of deformation that occurs when the article is separated from the base plate. Thereby, a lamination plan for forming a lamination-manufactured article with higher shape accuracy is obtained.

(7) (6)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、前記積層造形物を積層造形する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、より高い形状精度の積層造形物の作製が可能となる。
(7) A method for manufacturing a laminate-molded article, in which the laminate-molded article is laminate-molded based on the laminate plan created by the laminate-molded article lamination planning method according to (6).
According to this method for manufacturing a layered product, it is possible to manufacture a layered product with higher shape accuracy.

(8) 溶融金属をベースプレート上に積層する造形部により、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製造装置であって、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成部と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する設定部と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算部と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで、前記形状モデル及び前記積層計画を補正する補正部と、
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、積層造形物をベースプレートから分離した際に生じる解放ひずみによる変形量に応じて形状モデル及び積層計画が補正される。これにより、ベースプレートからの分離後の解放ひずみによる変形量が考慮された高い形状精度の積層造形物を作製することができる。
(8) A manufacturing apparatus for a laminate-molded article that uses three-dimensional shape data of the laminate-molded article to form a laminate-molded article using a modeling unit that laminates molten metal on a base plate,
A lamination plan creation unit that obtains a shape model of the lamination-molded object to be lamination-molded on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creates a lamination plan for laminating the lamination-molded object of the shape model. ,
a setting unit that sets an allowable shape error for the laminate-molded object manufactured based on the shape model;
a deformation amount calculation unit that obtains a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
a correction unit that corrects the shape model and the stacking plan until the deformation amount falls within the range of the shape error;
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.
According to this laminate-molded article manufacturing apparatus, the shape model and lamination plan are corrected according to the amount of deformation due to the release strain that occurs when the laminate-molded article is separated from the base plate. As a result, it is possible to manufacture a laminate-molded article with high shape accuracy in consideration of the amount of deformation due to the release strain after separation from the base plate.

11 造形部
17 トーチ
19 溶接ロボット
23 ベースプレート
31 積層計画作成部
33 変形量計算部
41 制御部(設定部,補正部)
100 製造装置
B 溶着ビード
BL ビード層
M 溶加材
MA 形状モデル
W 積層造形物
α 形状誤差
δP 変形量
11 modeling unit 17 torch 19 welding robot
23 base plate 31 lamination planning unit 33 deformation calculation unit 41 control unit (setting unit, correction unit)
100 Manufacturing equipment B Welding bead BL Bead layer M Filler material MA Shape model W Laminated product α Shape error δP Deformation amount

Claims (8)

トーチに支持された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードをベースプレート上に積層する造形部により、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、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成工程と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する形状誤差設定工程と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算工程と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで前記形状モデルの形状を補正し、補正した前記形状モデルに応じて前記溶着ビードを形成するための前記トーチの軌道を求める前記積層計画の補正工程と、
をこの順で実施する積層造形物の積層計画方法。
A stacking plan for a laminate-molded object in which a laminate-molded object is manufactured using the three-dimensional shape data of the laminate-molded object by a modeling unit that laminates a welding bead obtained by melting and solidifying a filler material supported by a torch on a base plate. a method,
A stacking plan creation step of obtaining a shape model of the layered product to be layered and manufactured on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creating a stacking plan for stacking the layered product of the shape model. ,
A shape error setting step of setting an allowable shape error for the laminate-molded article manufactured based on the shape model;
A deformation amount calculation step of obtaining a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
correcting the shape of the shape model until the amount of deformation falls within the range of the shape error, and determining the trajectory of the torch for forming the welding bead according to the corrected shape model; and a step of correcting the lamination plan. ,
A lamination planning method for a lamination-molded article in which
前記変形量計算工程は、前記変形量を、熱弾塑性解析、固有ひずみ法解析、熱弾性解析のいずれかを用いて求める請求項1に記載の積層造形物の積層計画方法。 2. The lamination planning method for a laminate-molded article according to claim 1, wherein the deformation amount calculation step obtains the deformation amount using any one of thermoelastic-plastic analysis, inherent strain method analysis, and thermoelastic analysis. 前記補正工程は、前記解放ひずみによる変形が生じる方向と逆方向に前記形状モデルを補正する請求項1または請求項2に記載の積層造形物の積層計画方法。 3. The lamination planning method for a laminate-molded article according to claim 1, wherein the correcting step corrects the shape model in a direction opposite to a direction in which deformation due to the release strain occurs. 前記積層造形物は、溶加材を溶融及び凝固させた複数の溶着ビードでビード層を形成し、該形成されたビード層に次層のビード層を繰り返し積層して造形される請求項1~3のいずれか一項に記載の積層造形物の積層計画方法。 The laminate-molded article is formed by forming a bead layer with a plurality of welding beads obtained by melting and solidifying a filler material, and repeatedly laminating the bead layer of the next layer on the formed bead layer. 4. The lamination planning method of the lamination-molded article according to any one of 3. 前記溶着ビードは、多軸ロボットのロボットアームの先端に支持されたトーチから発生させたアークにより、前記溶加材を溶融させて形成される請求項4に記載の積層造形物の積層計画方法。 5. The lamination planning method for a layered product according to claim 4, wherein the welding bead is formed by melting the filler material with an arc generated from a torch supported at the tip of a robot arm of a multi-axis robot. 前記積層計画作成工程は、前記溶着ビードを形成する溶接電流、アーク電圧、溶接速度、トーチ角度の少なくともいずれかを含む加熱条件を定める請求項5に記載の積層造形物の積層計画方法。 6. The lamination planning method according to claim 5, wherein said lamination planning step defines heating conditions including at least one of welding current, arc voltage, welding speed and torch angle for forming said welding bead. 請求項6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、前記積層造形物を積層造形する積層造形物の製造方法。 A method for manufacturing a laminate-molded article, in which the laminate-molded article is laminate-molded based on the laminate plan created by the laminate-molded article lamination planning method according to claim 6 . トーチに支持された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードをベースプレート上に積層する造形部により、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装置であって、
前記3次元形状データに基づいて、前記ベースプレート上に積層造形する前記積層造形物の形状モデルを求め、前記形状モデルの前記積層造形物を積層造形するための積層計画を作成する積層計画作成部と、
前記形状モデルに基づいて造形した前記積層造形物に対する許容可能な形状誤差を設定する形状誤差設定部と、
前記形状モデルにより造形した前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際の解放ひずみによる変形量を求める変形量計算部と、
前記変形量が前記形状誤差の範囲に収まるまで前記形状モデルの形状を補正し、補正した前記形状モデルに応じて前記溶着ビードを形成するための前記トーチの軌道を求める前記積層計画の補正部と、
を備える積層造形物の製造装置。
A stacking plan for a laminate-molded object in which a laminate-molded object is manufactured using the three-dimensional shape data of the laminate-molded object by a modeling unit that laminates a welding bead obtained by melting and solidifying a filler material supported by a torch on a base plate. a device,
A lamination plan creation unit that obtains a shape model of the lamination-molded object to be lamination-molded on the base plate based on the three-dimensional shape data, and creates a lamination plan for laminating the lamination-molded object of the shape model. ,
A shape error setting unit that sets an allowable shape error for the laminate-molded object manufactured based on the shape model;
a deformation amount calculation unit that obtains a deformation amount due to a release strain when the laminate-molded article formed by the shape model is separated from the base plate;
a lamination planning correction unit that corrects the shape of the shape model until the deformation amount falls within the range of the shape error, and obtains a trajectory of the torch for forming the welding bead according to the corrected shape model; ,
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.
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