JP7206895B2 - 付加製造装置及び付加製造方法 - Google Patents
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Description
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記欠陥検出部は、
前記粉末供給部が前記造形位置に前記材料粉末を供給した状態で、前記内部欠陥が生じた可能性のある欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出部と、
前記欠陥候補抽出部によって抽出された前記欠陥候補のうち前記内部欠陥が生じている前記欠陥候補を前記欠陥部分として特定すると共に前記欠陥部分が存在する位置を特定する欠陥特定部と、を備えた、付加製造装置にある。
本発明の他の態様は、三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記欠陥検出部は、
音波を用いて、前記欠陥部分における前記音波の強度変化と時間差とに基づいて前記欠陥部分を特定する、付加製造装置にある。
本発明の他の態様は、三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記粉末供給部は、
供給する前記材料粉末を層状に配置して均すリコータを有しており、
前記欠陥検出部は、
層状に配置された前記材料粉末の層表面において隆起した部分として、前記層表面を撮像した画像データを解析して輝度の高い部分を、前記欠陥部分として特定する、付加製造装置にある。
本発明の他の態様は、三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、
機械学習部と、を備え、
前記機械学習部は、
前記光ビーム照射部から、前記光ビームを照射する際の照射条件及び前記光ビームを照射する際の動作に関する動作指令を含む加工情報を取得する加工情報取得部と、
前記欠陥検出部から特定された前記内部欠陥の発生量及び前記内部欠陥の程度を含む欠陥情報を取得する欠陥情報取得部と、
前記加工情報取得部が取得した前記加工情報と前記欠陥情報取得部が取得した前記欠陥情報とを関連付けて学習する学習部と、を備えた、付加製造装置にある。
付加製造物を支持可能且つ昇降動作可能な昇降テーブルを予め設定された降下量だけ降下させる昇降テーブル降下工程と、
昇降テーブルの降下に伴って降下した付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を層状に供給する粉末供給工程と、
粉末供給工程にて造形位置に材料粉末を層状に供給された状態で、造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じた可能性のある欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出工程と、
欠陥候補抽出工程にて抽出された欠陥候補のうち内部欠陥が生じている欠陥部分を特定すると共に欠陥部分が存在する位置を特定する欠陥調査工程と、
欠陥調査工程にて特定された欠陥部分が存在する位置に光ビームを再度照射して内部欠陥を修正する欠陥修正工程と、を含んで構成される付加製造方法にある。
付加製造装置1の構成について図面を参照しながら説明する。付加製造装置1は、粉末床溶融結合方式であってSLM方式を採用する。付加製造装置1は、図1に示すように、層状に配置された(積層された)粉末材料としての金属粉末Pに光ビームを照射することを繰り返すことによって、付加製造物Wを製造する装置である。
付加製造物Wにおける降伏応力等の機械強度と金属粉末Pが溶融して凝固した状態における相対密度(或いは、比重)との間には相関関係が成立する。即ち、図4に示すように、相対密度が高くなる程(高相対密度になる程)機械強度は大きくなり、相対密度が低くなる程(低相対密度になる程)機械強度は小さくなる相関関係が成立する。
次に、付加製造装置1を用いた欠陥修正方法(付加製造方法)について、図6に示す欠陥修正プログラムのフローチャートを参照して説明する。制御装置100(光ビーム照射制御部104)は、付加製造物Wの形状データに基づいて、光ビーム照射装置40を作動させて光ビーム40aの照射を開始する。即ち、光ビーム照射制御部104は、図示省略の所定のプログラムを実行することにより、形状データに基づいて光ビーム40aを走査して金属粉末Pの融点以上の温度で金属粉末Pを加熱する。ここで、光ビーム照射制御部104は、光ビーム40aの強度、走査速度、走査間隔及び走査パターン等、適宜変更可能な照射条件に従って、光ビーム40aを走査させる。
機械学習により内部欠陥Hの発生頻度、発生場所等を学習し、学習結果に基づいて光ビーム40aの照射条件を変更するように実施することも可能である。以下、上記実施形態の変形例を説明する。
Claims (14)
- 三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記欠陥検出部は、
前記粉末供給部が前記造形位置に前記材料粉末を供給した状態で、前記内部欠陥が生じた可能性のある欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出部と、
前記欠陥候補抽出部によって抽出された前記欠陥候補のうち前記内部欠陥が生じている前記欠陥候補を前記欠陥部分として特定すると共に前記欠陥部分が存在する位置を特定する欠陥特定部と、を備えた、付加製造装置。 - 前記粉末供給部は、
供給する前記材料粉末を層状に配置して均すリコータを有しており、
前記欠陥候補抽出部は、
層状に配置された前記材料粉末の層表面において隆起した部分を前記欠陥候補として抽出し、
前記欠陥特定部は、
音波を用いて、前記欠陥部分における前記音波の強度変化に基づいて前記欠陥部分を特定する、請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記欠陥候補抽出部は、
前記層表面を撮像した画像データを解析して輝度の高い部分を前記欠陥候補として抽出する、請求項2に記載の付加製造装置。 - 前記欠陥候補抽出部は、
前記光ビーム照射部が前記光ビームを照射した後であって前記リコータによって前記材料粉末が層状に配置される前の前記材料粉末の前記層表面を撮像して前記欠陥候補を抽出する、請求項3に記載の付加製造装置。 - 前記欠陥特定部は、
前記音波の前記強度変化の大きさと時間差とに応じて前記欠陥部分における前記内部欠陥の大きさと深さとを判別し、
前記欠陥修正部は、
前記内部欠陥を修正するように、前記内部欠陥の大きさに応じて前記光ビームを照射する際の照射条件を変更する、請求項2に記載の付加製造装置。 - 前記欠陥特定部は、
前記リコータに設けられる、請求項2乃至請求項5のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。 - 三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記欠陥検出部は、
音波を用いて、前記欠陥部分における前記音波の強度変化と時間差とに基づいて前記欠陥部分を特定する、付加製造装置。 - 前記欠陥検出部は、
前記音波の前記強度変化の大きさと前記時間差とに応じて前記欠陥部分における前記内部欠陥の大きさと深さとを判別し、
前記欠陥修正部は、
前記内部欠陥を修正するように、前記内部欠陥の大きさに応じて前記光ビームを照射する際の照射条件を変更する、請求項7に記載の付加製造装置。 - 三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、を備え、
前記粉末供給部は、
供給する前記材料粉末を層状に配置して均すリコータを有しており、
前記欠陥検出部は、
層状に配置された前記材料粉末の層表面において隆起した部分として、前記層表面を撮像した画像データを解析して輝度の高い部分を、前記欠陥部分として特定する、付加製造装置。 - 前記光ビーム照射部から、前記光ビームを照射する際の照射条件及び前記光ビームを照射する際の動作に関する動作指令を含む加工情報を取得する加工情報取得部と、
前記欠陥検出部から特定された前記内部欠陥の発生量及び前記内部欠陥の程度を含む欠陥情報を取得する欠陥情報取得部と、
前記加工情報取得部が取得した前記加工情報と前記欠陥情報取得部が取得した前記欠陥情報とを関連付けて学習する学習部と、を含んで構成される機械学習部を備えた、請求項1乃至請求項9のうちの何れか一項に記載の付加製造装置。 - 前記機械学習部は、
前記欠陥情報取得部が取得した前記欠陥情報に基づいて決定される報酬条件を記憶する報酬条件記憶部と、
前記加工情報取得部が取得した前記加工情報と前記報酬条件記憶部が記憶している前記報酬条件とを用いて報酬を計算する報酬計算部と、
前記加工情報取得部が取得した前記照射条件と前記動作指令とについて、前記欠陥情報に含まれる前記内部欠陥の前記発生量及び前記内部欠陥の前記程度が小さくなるように、価値評価を行う価値評価部と、
前記報酬計算部によって計算された前記報酬に基づいて、前記価値評価部を更新する価値評価部更新部と、を有する、請求項10に記載の付加製造装置。 - 前記機械学習部は、
前記価値評価部によって最大化される価値に基づいて、前記加工情報取得部が取得した前記照射条件と前記動作指令とを決定する動作決定部、を有する、請求項11に記載の付加製造装置。 - 三次元形状を有する付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給部と、
前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、
前記造形位置に前記材料粉末を供給するように前記粉末供給部の作動を制御すると共に前記造形位置に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する制御部と、
前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じている欠陥部分を検出する欠陥検出部と、
前記欠陥検出部によって検出された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正部と、
機械学習部と、を備え、
前記機械学習部は、
前記光ビーム照射部から、前記光ビームを照射する際の照射条件及び前記光ビームを照射する際の動作に関する動作指令を含む加工情報を取得する加工情報取得部と、
前記欠陥検出部から特定された前記内部欠陥の発生量及び前記内部欠陥の程度を含む欠陥情報を取得する欠陥情報取得部と、
前記加工情報取得部が取得した前記加工情報と前記欠陥情報取得部が取得した前記欠陥情報とを関連付けて学習する学習部と、を備えた、付加製造装置。 - 層状に配置された材料粉末に光ビームを照射し、前記材料粉末を溶融した後に凝固させる又は焼結することによって三次元形状を有する付加製造物を製造する付加製造方法であって、
前記付加製造物を支持可能且つ昇降動作可能な昇降テーブルを予め設定された降下量だけ降下させる昇降テーブル降下工程と、
前記昇降テーブルの降下に伴って降下した前記付加製造物を造形する造形位置に前記材料粉末を層状に供給する粉末供給工程と、
前記粉末供給工程にて前記造形位置に前記材料粉末を層状に供給された状態で、前記造形位置の内部に空隙を有する内部欠陥が生じた可能性のある欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出工程と、
前記欠陥候補抽出工程にて抽出された前記欠陥候補のうち前記内部欠陥が生じている欠陥部分を特定すると共に前記欠陥部分が存在する位置を特定する欠陥調査工程と、
前記欠陥調査工程にて特定された前記欠陥部分が存在する位置に前記光ビームを再度照射して前記内部欠陥を修正する欠陥修正工程と、を含んで構成された付加製造方法。
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