JP7391718B2 - A method for predicting the material quality of an additively manufactured product, a method for constructing a material database, a layer planning method for an additively manufactured product, and a method for manufacturing an additively manufactured product - Google Patents

A method for predicting the material quality of an additively manufactured product, a method for constructing a material database, a layer planning method for an additively manufactured product, and a method for manufacturing an additively manufactured product Download PDF

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Description

本発明は、積層造形物の材質予測方法、材質データベースの構築方法、積層造形物の積層計画方法、及び積層造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting material properties of a laminate-produced product, a method for constructing a material database, a layer planning method for a laminate-produced product, and a method for manufacturing a laminate-produced product.

溶着ビードを積層して形成される積層造形物の信頼性を高めるためには、機械的強度の評価が欠かせない。特に引張強度は最も基本的な強度特性であり、評価基準として広く用いられている。
積層造形物の引張強度は、造形後の積層構造物から切り出した試験片を用いて測定できる。しかし、その場合には複数の積層造形物を作製する必要があり、必ずしも効率的ではなかった。
一般に、材料の引張強度は、材料組織の結晶粒度(粒径)が小さいほど高いため、結晶粒度を把握できれば、積層造形物を実際に製造せずとも、その材料の引張強度を予測できる。そこで、材料組織の粒径を予め求めることで、積層造形物を実際に製造することなく、材料組織と引張強度等の材質との関係に基づいて積層造形物の材質を予測する技術が、例えば特許文献1に開示されている。
Mechanical strength evaluation is indispensable in order to increase the reliability of additively manufactured products formed by laminating welded beads. In particular, tensile strength is the most basic strength characteristic and is widely used as an evaluation standard.
The tensile strength of the laminate structure can be measured using a test piece cut out from the laminate structure after modeling. However, in that case, it was necessary to produce a plurality of layered products, which was not necessarily efficient.
Generally, the tensile strength of a material is higher as the crystal grain size (grain size) of the material structure is smaller, so if the crystal grain size can be determined, the tensile strength of the material can be predicted without actually manufacturing the additively manufactured object. Therefore, by determining the grain size of the material structure in advance, there is a technology that predicts the material quality of an additively manufactured object based on the relationship between the material structure and the material properties such as tensile strength, without actually manufacturing the object. It is disclosed in Patent Document 1.

特開2004-4034号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-4034

しかしながら、製造後の材質を予測するには、原理・原則から解析すると演算処理が複雑かつ膨大になるため、積層造形を用いた部品製造に適用するには実用性に欠ける。そこで、既存の経験情報をデータベース化して、このデータベースに応じて材質を予測することも考えられる。しかし、データベースを活用した手法では以下の難点がある。
まず、既存の溶接用連続冷却変態図(CCT図:Continuous Cooling Transformation diagram)は、1層を溶接する場合のものであり、多層を溶接する際に再加熱された組織に対応するデータベースは存在しない。
また、加工後の変態点測定が可能な変態点測定装置(加工フォーマスタ)で再熱条件を変更して調べることも考えられるが、その場合には少なくとも2パスの変態を考慮する必要がある。このため条件が多岐にわたってしまい、材質を予測することは困難となる。
However, in order to predict the material quality after manufacturing, the calculation process is complicated and enormous when analyzed from the principles and principles, so it is not practical to apply to parts manufacturing using additive manufacturing. Therefore, it may be possible to create a database of existing experience information and predict material properties based on this database. However, methods that utilize databases have the following drawbacks.
First, the existing continuous cooling transformation diagram (CCT diagram) for welding is for welding a single layer, and there is no database that corresponds to the reheated structure when welding multiple layers. .
It is also possible to investigate by changing the reheating conditions using a transformation point measuring device (processing formaster) that can measure the transformation point after processing, but in that case, it is necessary to consider at least two passes of transformation. . For this reason, the conditions vary widely, making it difficult to predict the material.

このように、溶着ビードを多層に積層する積層造形物については、その材質の予測は極めて煩雑な処理が必要となり、時間のかかる作業が必要であった。 As described above, for a laminate-produced product in which welded beads are laminated in multiple layers, prediction of the material requires extremely complicated processing and requires time-consuming work.

そこで本発明は、実際に作製した積層造形物の材質情報と、同じ作製条件での温度解析の結果とを関連付けした材質データベースを用いて積層造形物の材質を正確に予測できる積層造形物の材質予測方法、及び、その材質データベースを効率よく構築する材質データベースの構築方法、並びに、得られた材質データベースを用いて積層造形物の材質を正確に予測でき、所望の材質要求特性の積層造形物を安定して造形できる積層造形物の積層計画方法、及び積層造形物の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a material database for additively manufactured objects that can accurately predict the material properties of additively manufactured objects using a material database that correlates material information of actually manufactured objects with the results of temperature analysis under the same manufacturing conditions. A prediction method, a construction method of a material database that efficiently constructs the material database, and a material database that can be used to accurately predict the material of an additively manufactured object, and that can produce an additively manufactured object with desired material properties. It is an object of the present invention to provide a layer planning method for a laminate-produced product that can be stably manufactured, and a method for manufacturing a laminate-produced product.

本発明は下記構成からなる。
(1) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質予測方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを取得する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記極大点の温度に対応する前記溶着ビードの材質情報を予め関連付けした材質データベースを参照して、抽出した前記極大点の温度の組み合わせに対応する前記材質情報を抽出し、当該材質情報を前記溶着ビードの材質予測結果として出力する工程と、
を含む積層造形物の材質予測方法。
(2) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質情報と、前記溶着ビードの温度履歴との関係を表すデータ要素を有する材質データベースの構築方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを、コンピュータによるシミュレーションによって生成する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記温度履歴プロファイルで形成された溶着ビードの材質情報を、前記複数の極大点の温度の組み合わせと関連付けた前記データ要素を記憶する工程と、
を含む材質データベースの構築方法。
(3) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
(1)に記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量を変更し、変更した入熱量で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す積層造形物の積層計画方法。
(4) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
(1)に記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶加材の種類を変更し、変更した溶加材で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す積層造形物の積層計画方法。
(5) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
前記積層造形物に使用する前記溶加材の推奨材料を、前記溶着ビードの材質情報を含む材質データベースを参照して決定する溶加材選定工程を有し、
前記材質データベースは、前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルの、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点の温度の組み合わせに対応する前記溶着ビードの材質情報を、前記溶加材の種別毎に有しており、
前記溶加材選定工程では、
前記溶着ビードの材質要求特性と、前記溶着ビードを形成する際のビード形状の制約条件とを満足する目標材質を、前記材質データベースの前記材質情報から検索し、
前記目標材質に対応する前記材質情報を検出できた場合に、当該材質情報に対応する溶加材の種別を、使用する溶加材の前記推奨材料に決定する、
積層造形物の積層計画方法。
(6) (5)に記載の積層造形物の積層計画方法により積層計画された手順で積層造形物を製造する積層造形物の製造方法。
The present invention consists of the following configuration.
(1) A method for predicting the material quality of an additively manufactured product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are laminated, the method comprising:
acquiring a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
The material information corresponding to the extracted temperature combination of the maximum points is extracted by referring to a material database in which material information of the welding bead corresponding to the temperature of the maximum point is associated in advance, and the material information is applied to the welding bead. A process of outputting as a bead material prediction result,
A method for predicting material properties of additively manufactured objects.
(2) A method for constructing a material database having data elements representing the relationship between material information of a laminate-produced product in which welded beads obtained by melting and solidifying filler metal and the temperature history of the welded beads, the method comprising:
generating a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object by computer simulation;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
storing the data element that associates the material information of the weld bead formed by the temperature history profile with the combination of temperatures of the plurality of local maximum points;
How to build a material database including:
(3) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the welded bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material quality of the laminate-molded article according to (1);
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the amount of heat input applied to the formation of the weld bead is changed, and the weld bead is formed with the changed amount of heat input. a second step of predicting the material of the welding bead again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
(4) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the welded bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material quality of the laminate-molded article according to (1);
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the type of the filler metal is changed, and the weld bead is formed with the changed filler metal. a second step of predicting the material of the layer again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
(5) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
a filler material selection step of determining a recommended filler material to be used in the layered product by referring to a material database including material information of the welding bead;
The material database includes an inspection of a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead at a temperature below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object. Having material information of the weld bead corresponding to a combination of temperatures of a plurality of local maximum points included in the temperature range for each type of the filler metal,
In the filler metal selection process,
Searching from the material information in the material database for a target material that satisfies the required material characteristics of the weld bead and constraints on the bead shape when forming the weld bead;
If the material information corresponding to the target material can be detected, determining the type of filler metal corresponding to the material information as the recommended filler material to be used;
Laminate planning method for additively manufactured objects.
(6) A method for manufacturing a laminate-manufactured object, comprising manufacturing the laminate-manufactured object in accordance with the procedure of the laminate-planning method according to (5).

本発明によれば、実際に作製した積層造形物の材質情報と、同じ作製条件での温度解析の結果とを関連付けした材質データベースを用いて積層造形物の材質を正確に予測できる。また、材質データベースを効率よく構築できる。更に、得られた材質データベースを用いて積層造形物の材質を正確に予測でき、所望の材質要求特性の積層造形物を安定して造形できる。 According to the present invention, it is possible to accurately predict the material of a layered product using a material database that associates material information of an actually manufactured layered product with results of temperature analysis under the same manufacturing conditions. Additionally, a material database can be constructed efficiently. Furthermore, the obtained material database can be used to accurately predict the material of the laminate-molded object, and the laminate-molded object having desired material properties can be stably manufactured.

図1は、本発明に係る積層造形物の製造方法に基づいて動作する積層造形装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a layered manufacturing apparatus that operates based on the method for manufacturing a layered product according to the present invention. 図2は、積層造形物の材質を予測するための材質データベースの構築と、この材質データベースを用いた積層計画の作成、及び造形プログラムの作成、並びに積層造形の各処理手順を模式的に示す説明図である。Figure 2 is an explanation that schematically shows the construction of a material database for predicting the material quality of an additively manufactured object, the creation of a lamination plan using this material database, the creation of a modeling program, and each processing procedure of additive manufacturing. It is a diagram. 図3は、材質データベースを構築して出力するまでの手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the procedure for constructing and outputting a material database. 図4は、形成した溶着ビードから測定した材質情報と、シミュレーションによって求めた温度履歴プロファイルとの対応付けを模式的に示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the correspondence between the material information measured from the formed weld bead and the temperature history profile obtained by simulation. 図5は、シミュレーションによる温度履歴プロファイルの具体例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a specific example of a simulated temperature history profile. 図6は、材質データベースに登録するデータ要素の具体例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific example of data elements to be registered in the material database. 図7は、それぞれ異なる入熱量でビード形成した場合の冷却特性の違いを示すグラフで、(A)は比較的高い入熱量の場合の温度変化特性を示すグラフ、(B)は比較的低い入熱量の場合の温度変化特性を示すグラフである。Figure 7 is a graph showing the difference in cooling characteristics when beads are formed with different amounts of heat input. It is a graph showing temperature change characteristics in the case of heat amount. 図8は、材質要求特性を満足する第1の積層計画方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the steps of the first layer planning method that satisfies the required material properties. 図9は、材質要求特性を満足する第3の積層計画方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the steps of a third layer planning method that satisfies required material properties.

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。
本発明に係る積層造形物の製造方法においては、積層造形物の材質を、予め用意された材質データベースを用いて予測することで、造形後の積層造形物が所望の材質要求特性となるように積層計画を行う。
まず、積層造形物を造形する積層造形装置の構造を説明する。
<積層造形装置>
図1は、本発明に係る積層造形物の製造方法に基づいて動作する積層造形装置の概略図である。
積層造形装置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。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
In the method for manufacturing a laminate-manufactured object according to the present invention, the material quality of the laminate-manufactured object is predicted using a material database prepared in advance, so that the laminate-manufactured object after manufacturing has desired material properties. Perform stacking planning.
First, the structure of a layered manufacturing apparatus for manufacturing a layered object will be described.
<Additive manufacturing equipment>
FIG. 1 is a schematic diagram of a layered manufacturing apparatus that operates based on the method for manufacturing a layered product according to the present invention.
The layered manufacturing apparatus 100 includes a modeling section 11, a controller 13 that centrally controls the modeling section 11, and a power supply device 15.

(造形部)
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。
(modeling department)
The modeling section 11 includes a welding robot 19 having a torch 17 on its tip shaft, and a filler material supply section 21 that supplies 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は、溶加材Mを連続供給可能にトーチ17が支持される。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 an articulated robot, and a torch 17 is supported on the tip shaft of the robot arm so that the filler metal M can be continuously supplied. The position and orientation of the torch 17 can be arbitrarily set three-dimensionally within the degree 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 metal M and generates an arc from the tip of the filler metal M in a shielding gas atmosphere. The torch 17 has a shield nozzle (not shown), and shield gas is supplied from the shield nozzle. The arc welding method may be a consumable electrode method such as coated arc welding or carbon dioxide arc welding, or a non-consumable electrode method such as TIG welding or plasma arc welding, and the method may be selected as appropriate depending on the layered product to be manufactured. Ru.

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。 For example, in the case of a consumable electrode type, a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the filler material M to which melting current is supplied is held in the contact tip.

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ものであって、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、所望の形状の積層造形物Wを造形する。 The filler metal M is fed from the filler metal supply section 21 to the torch 17 by a feeding mechanism (not shown) attached to the robot arm of the welding robot 19 or the like. The torch 17 is moved along a desired welding line by driving the robot arm according to a command from the controller 13. Further, the continuously fed filler metal M is melted and solidified in the shielding 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 metal M, is formed. In this way, the modeling unit 11 is for laminating the molten metal of the filler metal M, and by laminating the weld beads B in a multilayered manner on the base plate 23, a layered product W having a desired shape is created. do.

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 metal M is not limited to the above-mentioned arc. For example, other types of heat sources may be used, such as a heating method using a combination of an arc and a laser, a heating method using plasma, a heating method using an electron beam or a laser, and the like. When using an arc, the weld bead B can be easily formed without depending on the material or structure while ensuring shielding properties. When heating with an electron beam or laser, the amount of heating can be controlled more precisely, the state of the weld bead B can be maintained more appropriately, and the quality of the laminate-molded product W can be further improved.

溶加材Mは、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ(JIS Z 3312)、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z 3313)等で規定されるワイヤを用いることができる。また、溶加材中に適宜な添加物を含ませることで、溶着ビードを強化する等の機能性を持たせることができる。 As the filler metal M, any commercially available welding wire can be used. For example, it is specified in MAG welding and MIG welding solid wire for mild steel, high tensile strength steel and low temperature steel (JIS Z 3312), arc welding flux cored wire for mild steel, high tensile strength steel and low temperature steel (JIS Z 3313), etc. wire can be used. Furthermore, by including appropriate additives in the filler metal, it is possible to impart functionality such as strengthening the weld bead.

(コントローラ)
コントローラ13は、積層計画部31、材質予測部33、判定部35、造形プログラム作成部37、記憶部39、及びこれら各部が接続される制御部45を備える。制御部45には、入力部41と出力部43が接続される。
(controller)
The controller 13 includes a layer planning section 31, a material prediction section 33, a determination section 35, a modeling program creation section 37, a storage section 39, and a control section 45 to which these sections are connected. The input section 41 and the output section 43 are connected to the control section 45 .

制御部45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41から入力される。出力部43からは、駆動制御の各種情報や後述する材質データベースの情報等、制御部45からの各種の情報が必要に応じて出力される。 Three-dimensional shape data (CAD data, etc.) representing the shape of the layered product W to be manufactured and various instruction information are input to the control section 45 from the input section 41 . The output unit 43 outputs various types of information from the control unit 45, such as various drive control information and material database information to be described later, as needed.

制御部45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。また、制御部45は、積層計画に応じた造形プログラムを作成し、この造形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 control unit 45 generates a shape model for bead formation using the input three-dimensional shape data, and creates a lamination plan including the movement trajectory of the torch 17 and welding conditions. Further, the control unit 45 creates a modeling program according to the lamination plan, and drives each part according to this modeling program to layer-manufacture a layered object W having a desired shape.

積層計画部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(溶接電流、所望のビード幅、ビード積層高さ等を得るための条件を含む)を定める積層計画を作成する。 The layer planning unit 31 decomposes the shape model of the input three-dimensional shape data into a plurality of layers corresponding to the height of the weld bead B. Then, for each layer of the disassembled shape model, the trajectory of the torch 17 for forming the weld bead B and the heating conditions for forming the weld bead B (to obtain the welding current, desired bead width, bead stacking height, etc.) Create a stacking plan that defines the conditions (including the conditions for

材質予測部33は、積層計画によって形成される溶着ビードの材質を、予め用意した材質データベースを参照して予測する。判定部35は、予測した溶着ビードの材質が材質要求特性の許容範囲であるかを判定し、許容範囲を超えている場合には、条件を変更して再度積層計画を行うように指示する。材質予測部33と判定部35についての詳細は後述する。 The material prediction unit 33 predicts the material of the weld bead formed according to the lamination plan by referring to a material database prepared in advance. The determining unit 35 determines whether the predicted material of the weld bead falls within the allowable range of the required material characteristics, and if it exceeds the allowable range, instructs to change the conditions and perform the lamination plan again. Details of the material prediction section 33 and the determination section 35 will be described later.

造形プログラム作成部37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造形プログラムを作成する。作成された造形プログラムは、記憶部39に記憶される。 The modeling program creation unit 37 drives each part of the modeling unit 11 to set a modeling procedure for the layered object W, and creates a modeling program that causes a computer to execute this procedure. The created modeling program is stored in the storage unit 39.

記憶部39には、造形プログラムや後述する材質データベースが記憶される他、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る。記憶された情報は、造形プログラム作成部37で造形プログラムを作成する際、造形プログラムを実行する際等に、必要に応じて適宜参照される。この記憶部39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 a modeling program and a material database described later, the storage unit 39 also stores specifications of various drive units included in the modeling unit 11, information on the material of the filler metal M, and the like. The stored information is appropriately referenced as needed when creating a modeling program in the modeling program creation section 37, when executing the modeling program, and the like. This storage unit 39 is made up of a storage medium such as a memory or a hard disk, and is capable of inputting and outputting various information.

制御部45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39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45は、入力部41からの操作や通信等による指示に基づいて、造形プログラムの作成や造形プログラムを実行する。 The controller 13 including the control unit 45 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 section 39, processing the data and executing an operation program, and a function of driving and controlling each section of the modeling section 11. The control unit 45 creates a modeling program and executes the modeling program based on instructions from the input unit 41 through operations, communication, and the like.

制御部45が造形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 section 45 executes the modeling program, each section 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 a programmed trajectory according to a command from the controller 13, melts the filler metal M with an arc at a predetermined timing, and places a weld bead B at a desired position. Form.

ここでいう造形プログラムとは、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45は、記憶部39から所望の積層プログラムを読み込み、実行することで、造形部11を駆動して積層造形物Wを製造する。つまり、制御部45は、造形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、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を繰り返し形成し、積層造形物Wを造形する。 The modeling program here is an instruction code for causing the modeling unit 11 to execute a procedure for forming the welding bead B designed by a predetermined calculation based on input three-dimensional shape data of the layered product W. The control unit 45 reads a desired lamination program from the storage unit 39 and executes it, thereby driving the modeling unit 11 and manufacturing the layered product W. That is, the control unit 45 moves the torch 17 by driving the welding robot 19 according to the modeling program, and generates an arc from the tip of the torch 17. Thereby, weld beads B are repeatedly formed on the base plate 23, and a laminate-molded article W is modeled.

積層計画部31、材質予測部33、判定部35、造形プログラム作成部37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、積層造形装置100を要せずに、所望の造形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、作成した造形プログラムを、コントローラ13の記憶部39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。 Each calculation unit, such as the stacking planning unit 31, the material prediction unit 33, the determination unit 35, and the modeling program creation unit 37, is provided in the controller 13, but is not limited thereto. Although not shown, for example, the above-mentioned calculation unit may be provided in an external computer such as a server or a terminal that is placed separately from the additive manufacturing apparatus 100 via a communication means such as a network or a storage medium. Good too. By providing the above-mentioned calculation unit in the external computer, a desired modeling program can be created without requiring the additive manufacturing apparatus 100, and the program creation work does not become complicated. Further, by transferring the created modeling program to the storage unit 39 of the controller 13, the modeling unit 11 can be operated in the same way as when the operation program is created with the controller 13.

<積層造形物の材質予測方法>
次に、積層造形物の材質予測方法について説明する。
図2は、積層造形物の材質を予測するための材質データベースの構築と、この材質データベースを用いた積層計画の作成、及び造形プログラムの作成、並びに積層造形の各処理手順を模式的に示す説明図である。
<Method for predicting material quality of additively manufactured objects>
Next, a method for predicting the material quality of an additively manufactured object will be described.
Figure 2 is an explanation that schematically shows the construction of a material database for predicting the material quality of an additively manufactured object, the creation of a lamination plan using this material database, the creation of a modeling program, and each processing procedure of additive manufacturing. It is a diagram.

まず、材質データベースの構築方法について説明する。
材質データベースは、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質情報と、溶着ビードの温度履歴との関係を表す多数のデータ要素を有する。
First, a method for constructing a material database will be explained.
The material database has a large number of data elements representing the relationship between the material information of a laminate-molded product in which welded beads made by melting and solidifying filler metal are laminated, and the temperature history of the welded beads.

例えば、造形しようとする積層造形物の形状データと、この積層造形物を造形するための溶接条件を定め、積層造形物を造形するための溶着ビードの形成手順である積層計画を作成する。この積層計画に基づいて、図1に示す造形部11によって実際に評価用の溶着ビードを形成する。また、この積層計画に基づいて、コンピュータによるシミュレーションによって擬似的に形成される溶着ビードの温度履歴を解析的に求める。 For example, the shape data of the layered product to be manufactured and the welding conditions for manufacturing the layered product are determined, and a layer plan, which is a procedure for forming weld beads for manufacturing the layered product, is created. Based on this lamination plan, a weld bead for evaluation is actually formed using the modeling section 11 shown in FIG. Furthermore, based on this lamination plan, the temperature history of the weld bead that is simulated to be formed is analytically determined by computer simulation.

一方、上記の積層計画に基づいて実際に作製した溶着ビードの特定位置における結晶組織の結晶粒度(例えば粒径)、硬度(例えばビッカース硬度)を測定する。これらの測定結果が材質情報となる。また、上記のシミュレーションによって、溶着ビードの特定位置における、溶着ビードの形成により昇降温が繰り返される温度履歴プロファイルを求める。これにより、解析的に求めた特定位置における温度履歴プロファイルと、実測した組織の結晶粒度、硬度の情報とを含むデータ要素51を得る。このようにして得られるデータ要素51を、溶着ビードの互いに異なる複数箇所について繰り返し生成することで、多数のデータ要素51を含む材質データベースDBを構築する。 On the other hand, the crystal grain size (for example, grain size) and hardness (for example, Vickers hardness) of the crystal structure at a specific position of the weld bead actually produced based on the above lamination plan are measured. These measurement results become material information. Furthermore, through the above simulation, a temperature history profile in which the temperature is repeatedly raised and lowered due to the formation of the weld bead at a specific position of the weld bead is determined. As a result, a data element 51 is obtained that includes the analytically determined temperature history profile at a specific position and information on the actually measured crystal grain size and hardness of the structure. By repeatedly generating data elements 51 obtained in this manner for a plurality of different locations of the weld bead, a material database DB including a large number of data elements 51 is constructed.

図1に示す材質予測部33は、上記のように構築された材質データベースDBを用いて、積層計画部31により作成された積層造形物の積層計画が、実施に溶着ビードを形成した際、その溶着ビードがどのような材質(組織の結晶粒度、硬度)になるかを予測する。 The material quality prediction unit 33 shown in FIG. Predict what kind of material (crystal grain size, hardness) the weld bead will be made of.

判定部35は、材質予測部33が予測した材質が、所望の材質要求特性を満足するか否かを判定する。材質要求特性を満足する場合は、造形プログラム作成部37は、作成した積層計画に基づいて造形プログラムを作成する。材質要求特性を満足しない場合は、例えば、溶接時の入熱量を変更したり、溶加材を変更したりして造形の条件を変更し、再び積層計画を作成する。そして、材質予測部33が、再度作成された積層計画による溶着ビードの材質を予測し、判定部35が、その溶着ビードの材質が材質要求特性を満足するかを判定する。上記工程を、材質要求特性が満足されるまで繰り返す。 The determining unit 35 determines whether the material predicted by the material predicting unit 33 satisfies desired material properties. If the required material characteristics are satisfied, the modeling program creation unit 37 creates a modeling program based on the created stacking plan. If the required material characteristics are not satisfied, the modeling conditions are changed, for example by changing the heat input during welding or the filler metal, and the lamination plan is created again. Then, the material prediction unit 33 predicts the material of the weld bead based on the re-created lamination plan, and the determination unit 35 determines whether the material of the weld bead satisfies the required material characteristics. The above steps are repeated until the required material properties are satisfied.

(材質データベースの構築)
次に、材質データベースDBのより具体的な構築方法について説明する。
図3は、材質データベースDBを構築して出力するまでの手順を示すフローチャートである。
まず、造形しようとする積層造形物の形状データを図1に示す制御部45に入力する(S11)。制御部45は入力された形状データに応じて溶接条件を設定する(S12)。溶接条件には、溶接電流等の入熱量を変更するパラメータが含まれる。形状データと溶接条件の情報は、制御部45から積層計画部31に送られ、積層計画部31で積層造形物の積層計画が作成される(S13)。
(Construction of material database)
Next, a more specific method of constructing the material database DB will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure for constructing and outputting the material database DB.
First, shape data of a layered product to be manufactured is input to the control section 45 shown in FIG. 1 (S11). The control unit 45 sets welding conditions according to the input shape data (S12). The welding conditions include parameters for changing the amount of heat input such as welding current. The shape data and welding condition information are sent from the control unit 45 to the stack planning unit 31, and the stack planning unit 31 creates a stack plan for the additively manufactured article (S13).

制御部45は、作成した積層計画(溶接条件)に基づいて造形部11を駆動し、評価用の溶着ビードを形成して試験片を作製する(S14)。このとき形成する評価用の溶着ビードは、積層造形物の目標形状通りに形成してもよいが、簡略的に積層造形物の一部分のみを形成したものでもよい。また、場合によっては、積層造形物の形状によらず、ベースプレート表面の同一ライン上で溶着ビードを積層しただけでもよい。 The control unit 45 drives the modeling unit 11 based on the created lamination plan (welding conditions) to form a weld bead for evaluation and produce a test piece (S14). The welded bead for evaluation formed at this time may be formed in accordance with the target shape of the laminate-molded object, but may simply be formed by forming only a portion of the laminate-molded object. In some cases, welding beads may simply be laminated on the same line on the surface of the base plate, regardless of the shape of the layered product.

図4は、形成した溶着ビードから測定した材質情報と、シミュレーションによって求めた温度履歴プロファイルとの対応付けを模式的に示す説明図である。
ここで例示する試験片は、ベースプレート23上に評価用の溶着ビードB1を形成し、更に溶着ビードB1の直上に溶着ビードB2を形成する積層を繰り返し、溶着ビードB1~B5を積層した構成とする。
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the correspondence between the material information measured from the formed weld bead and the temperature history profile obtained by simulation.
The test piece exemplified here has a structure in which weld beads B1 to B5 are stacked by repeatedly forming a weld bead B1 for evaluation on the base plate 23 and then forming a weld bead B2 directly above weld bead B1. .

まず、上記した溶着ビードB1~B5が積層された試験片の断面観察により結晶粒度(例えば粒径)を測定し、また、硬さ(例えばビッカース硬度)を測定する。図4に示す例では、溶着ビードB2の高さ方向(上下方向)に沿った複数のサンプル点(例えば、P1,P2,P3の3点)について、「鋼-結晶粒度の顕微鏡試験方法」(JIS G 0551)に基づいて結晶粒度を測定する。また、上記複数のサンプル点について、「ビッカース硬さ試験-試験方法」(JIS Z 2244)に基づいてビッカース硬度を測定する(S15)。なお、上記した各測定方法は一例であって、これに限らない。 First, the crystal grain size (for example, grain size) is measured by observing the cross section of a test piece in which the above-described weld beads B1 to B5 are laminated, and the hardness (for example, Vickers hardness) is also measured. In the example shown in FIG. 4, a plurality of sample points (for example, three points P1, P2, and P3) along the height direction (vertical direction) of weld bead B2 are examined according to the "Steel - Grain Size Microscope Test Method" ( Measure grain size based on JIS G 0551). Further, the Vickers hardness of the plurality of sample points is measured based on "Vickers hardness test - Test method" (JIS Z 2244) (S15). Note that each of the measurement methods described above is an example, and is not limited thereto.

一方、この試験片をモデル化して、溶着ビードB1~B5を形成する工程をシミュレーションする(S16)。つまり、溶着ビードを演算によって擬似的に形成するシミュレーションを行い、複数のサンプル点(例えば、P1,P2,P3の3点)において、溶着ビードB1~B5の形成により昇降温が繰り返される温度履歴プロファイルを求める(S17)。 On the other hand, this test piece is modeled to simulate the process of forming weld beads B1 to B5 (S16). In other words, a simulation is performed in which a weld bead is formed in a pseudo manner by calculation, and a temperature history profile in which the temperature rises and falls repeatedly due to the formation of weld beads B1 to B5 is obtained at multiple sample points (for example, three points P1, P2, and P3). (S17).

図4に示す場合では、測定されたP1点の粒径はD1、ビッカース硬度はHv1であり、P2点の粒径はD2、ビッカース硬度はHv2であり、P3点の粒径はD3、ビッカース硬度はHv3である。 In the case shown in FIG. 4, the measured particle size at point P1 is D1 and Vickers hardness is Hv1, the particle size at P2 point is D2 and Vickers hardness is Hv2, and the particle size at P3 point is D3 and Vickers hardness. is Hv3.

また、シミュレーションによるP1点の温度履歴プロファイルはPrf1、P2点の温度履歴プロファイルはPrf2、P3点の温度履歴プロファイルはPref3として、図4に模式的に示している。 Moreover, the temperature history profile of point P1, Prf2, and Pref3 are schematically shown in FIG.

ここで、材質予測部33によるシミュレーションは、計算速度が速い手法を用いることが好ましい。その伝熱解析として、3次元熱伝導方程式を用いて計算してもよい。材質予測部33は、例えば、下記の基本式(1)を用いて溶着ビードのモデルの温度履歴を求める。 Here, it is preferable that the simulation by the material prediction unit 33 uses a method with a fast calculation speed. The heat transfer analysis may be performed using a three-dimensional heat conduction equation. The material prediction unit 33 calculates the temperature history of the weld bead model using, for example, the following basic equation (1).

Figure 0007391718000001
Figure 0007391718000001

基本式(1)は、いわゆる陽解法FEM(Finite Element Method)による伝熱解析の式である。基本式(1)の各パラメータは以下のとおりである。
H:エンタルピ
C:節点体積の逆数
K:熱伝導マトリックス
F:熱流束
Q:体積発熱
The basic formula (1) is a formula for heat transfer analysis using the so-called explicit FEM (Finite Element Method). Each parameter of basic formula (1) is as follows.
H: Enthalpy C: Reciprocal of nodal volume K: Heat conduction matrix F: Heat flux Q: Volumetric heat generation

これによれば、エンタルピを未知数とすることにより、潜熱放出等の非線形現象を精度よく計算できる。なお、溶接時の入熱量は、体積発熱又は熱流速のパラメータに入力する。 According to this, nonlinear phenomena such as latent heat release can be calculated with high accuracy by using enthalpy as an unknown quantity. Note that the amount of heat input during welding is input into the parameters of volumetric heat generation or heat flow rate.

上記の3次元熱伝導方程式である基本式(1)において、造形(溶接)時の入熱量は、溶接速度に合わせて溶接領域に付与してもよい。また、溶着ビードが短い場合は、1ビード全体の入熱を付与してもよい。 In the basic equation (1), which is the three-dimensional heat conduction equation, the amount of heat input during shaping (welding) may be applied to the welding area in accordance with the welding speed. Furthermore, if the welding bead is short, the heat input for the entire bead may be applied.

図5は、シミュレーションによる温度履歴プロファイルの具体例を示すグラフである。
この温度履歴プロファイルは、図4に示す溶着ビードB1に対応する温度変化を表している。温度履歴プロファイルには、溶着ビードB1,B2,B3,B4,B5の形成時に対応する複数のピークが存在する。各ピークは、上層の溶着ビードほど溶着ビードB1から離れるために温度が低下している。
FIG. 5 is a graph showing a specific example of a simulated temperature history profile.
This temperature history profile represents the temperature change corresponding to weld bead B1 shown in FIG. The temperature history profile has a plurality of peaks corresponding to the formation of weld beads B1, B2, B3, B4, and B5. Each peak has a lower temperature because the weld bead in the upper layer is farther away from the weld bead B1.

溶着ビードの融点Twを、鉄(炭素鋼)の融点である1534℃とし、溶着ビードの変態点Tt(炭素鋼のA1変態点)を723℃とすると、凝固後の溶着ビードの材質は、変態点Tt以上、融点以下Tw以下の範囲での温度履歴によって概ね決定される。つまり、積層造形では、入熱と冷却が繰り返されるが、積層造形物の組織に影響を及ぼす要因は、上記した範囲の温度履歴にある。そこで、変態点Tt以上、融点以下Tw以下の範囲(以下、検査温度範囲Awという。)の温度履歴の特徴量を抽出する。 Assuming that the melting point Tw of the weld bead is 1534°C, which is the melting point of iron (carbon steel), and the transformation point Tt of the weld bead (A1 transformation point of carbon steel) is 723°C, the material of the weld bead after solidification is It is generally determined by the temperature history in the range from the point Tt to the melting point Tw. That is, in additive manufacturing, heat input and cooling are repeated, but the factor that affects the structure of the additively manufactured product is the temperature history within the above range. Therefore, the feature amount of the temperature history in the range from the transformation point Tt to the melting point Tw (hereinafter referred to as the test temperature range Aw) is extracted.

図5に示すように、温度履歴プロファイルは、複数のピークを有するが、融点Twを超えるピークと、変態点Tt未満のピークについては無視する。そして、変態点Tt以上、融点Tw以下の検査温度範囲Awのピークのうち、変態点Ttに最も近い低温側極大点Pk2の温度と、変態点Ttに2番目に近い高温側極大点Pk1の温度を抽出する。これら高温側極大点Pk1,低温側極大点Pk2の温度を温度履歴の特徴量として設定する。 As shown in FIG. 5, the temperature history profile has multiple peaks, but the peaks above the melting point Tw and the peaks below the transformation point Tt are ignored. Among the peaks in the test temperature range Aw above the transformation point Tt and below the melting point Tw, the temperature of the low-temperature side maximum point Pk2 closest to the transformation point Tt, and the temperature of the high-temperature side maximum point Pk1 second closest to the transformation point Tt. Extract. The temperatures of these maximum point Pk1 on the high temperature side and maximum point Pk2 on the low temperature side are set as the feature quantity of the temperature history.

このようにして求めた、組織の結晶粒度(粒径)、硬度(ビッカース硬度)と、高温側極大点Pk1,低温側極大点Pk2の温度の情報を、互いに関連付けして材質データベースに登録する(S18)。 The crystal grain size (grain size) and hardness (Vickers hardness) of the structure obtained in this way, and the temperature information of the high temperature side maximum point Pk1 and the low temperature side maximum point Pk2 are correlated with each other and registered in the material database ( S18).

図6は、材質データベースDBに登録するデータ要素の具体例を示す説明図である。
材質データベースDBは、溶着ビードの形成に付与する入熱量ごとに分類されたマップデータMDA,MDB,MDC,・・・を有して構成されることが好ましい。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific example of data elements to be registered in the material database DB.
It is preferable that the material database DB is configured to include map data MDA, MDB, MDC, .

ここでは、入熱量がQAのマップデータMDAを例に説明する。マップデータMDAは、検査温度範囲Aw内で1パス目に現れる高温側極大点Pk1の温度と、2パス目に現れる低温側極大点Pk2の温度とに応じて、上記した結晶粒度、硬度の情報が2次元マトリクス状にマッピングされる。 Here, map data MDA with a heat input amount of QA will be explained as an example. The map data MDA includes the above-mentioned information on crystal grain size and hardness according to the temperature of the high-temperature side maximum point Pk1 that appears in the first pass and the temperature of the low-temperature side maximum point Pk2 that appears in the second pass within the inspection temperature range Aw. is mapped into a two-dimensional matrix.

いま、図4に示す溶着ビードB2のサンプル点P1,P2,P3における高温側極大点Pk1、低温側極大点Pk2が次の値であるとする。
P1 Pk1:1150℃、Pk2:810℃
P2 Pk1:1270℃、Pk2:950℃
P3 Pk1:1020℃、Pk2:760℃
Now, it is assumed that the maximum point Pk1 on the high temperature side and the maximum point Pk2 on the low temperature side at the sample points P1, P2, and P3 of the weld bead B2 shown in FIG. 4 have the following values.
P1 Pk1: 1150℃, Pk2: 810℃
P2 Pk1: 1270℃, Pk2: 950℃
P3 Pk1: 1020℃, Pk2: 760℃

その場合、マップデータMDAには、高温側極大点Pk1、低温側極大点Pk2に対応するマトリクスに、サンプル点P1,P2,P3のデータ要素(結晶粒度、硬度の情報)がそれぞれ登録される。例示したサンプル点は3つであるが、任意の多数点のサンプル点における温度履歴プロファイルは、シミュレーションによって簡単に作成できる。そこで、シミュレーションにより多数のサンプル点の温度履歴プロファイルを求め、それぞれの温度履歴プロファイルからPk1,Pk2のデータ要素を自動的に抽出する。 In that case, in the map data MDA, data elements (information on crystal grain size and hardness) of sample points P1, P2, and P3 are registered in the matrix corresponding to the high temperature side maximum point Pk1 and the low temperature side maximum point Pk2, respectively. Although three sample points are illustrated, temperature history profiles at any number of sample points can be easily created by simulation. Therefore, temperature history profiles of a large number of sample points are determined by simulation, and data elements Pk1 and Pk2 are automatically extracted from each temperature history profile.

一方、多数のサンプル点における組織の結晶粒度、硬度のデータ要素は、逐一測定してもよいが、各測定位置での材質変化の程度によっては、特定の領域内に含まれるサンプル点については、測定した1点の結晶粒度、硬度を、各サンプル点で共通に用いることもできる。 On the other hand, data elements such as the grain size and hardness of the structure at a large number of sample points may be measured one by one, but depending on the degree of material change at each measurement position, the data elements for sample points included in a specific area may be measured one by one. The measured grain size and hardness at one point can also be used in common for each sample point.

これによれば、図6に示すマップデータMDAの各マトリクスに、データ要素を簡単に登録できる。つまり、各マトリクスの情報を逐一測定して求めて登録する場合と比較して、格段にマップデータの構築を格段に速められる。 According to this, data elements can be easily registered in each matrix of the map data MDA shown in FIG. 6. In other words, compared to the case where the information of each matrix is measured and registered one by one, the construction of map data can be made much faster.

上記は、入熱量QAの場合のマップデータMDAを構築する手順であるが、入熱量を変更した場合のマップデータについても同様の構築が行える(S19)。つまり、入熱量を変更して作成した積層計画に基づいて試験片を作製し、前述同様の結晶粒度、硬度の測定を行う。また、その積層計画に基づく溶着ビード形成のシミュレーションによって、前述同様に温度履歴プロファイルを求め、高温側極大点Pk1、低温側極大点Pk2を求める。これにより得られたデータ要素を各マトリクスに登録することで、マップデータMDB,MDC,・・・を高効率で構築できる。 The above is a procedure for constructing the map data MDA in the case of the heat input amount QA, but the same construction can be performed for the map data in the case where the heat input amount is changed (S19). That is, a test piece is prepared based on a lamination plan created by changing the amount of heat input, and the crystal grain size and hardness are measured in the same manner as described above. Further, by simulating the formation of weld beads based on the lamination plan, a temperature history profile is obtained in the same manner as described above, and the maximum point Pk1 on the high temperature side and the maximum point Pk2 on the low temperature side are determined. By registering the data elements obtained in this manner in each matrix, map data MDB, MDC, . . . can be constructed with high efficiency.

このように、構築された複数のマップデータMDA,MDB,MDC,・・・から構成される材質データベースDBは、限られた測定回数の測定データを、シミュレーションにより求めた大量の特徴量(高温側極大点Pk1,低温側極大点Pk2)と関連付けしてデータベースに登録することで、効率良く短時間で構築できる。作成された材質データベースDBは、図1の記憶部39に出力され、記憶部39に保存される(S20)。 In this way, the material database DB, which is composed of a plurality of constructed map data MDA, MDB, MDC, ... By registering it in the database in association with the maximum point Pk1 and the maximum point Pk2 on the low temperature side, it can be constructed efficiently and in a short time. The created material database DB is output to the storage unit 39 in FIG. 1 and stored in the storage unit 39 (S20).

ここで、積層造形物の温度履歴(図2)は、入熱と冷却の繰り返しにより多数の極大点を含んでいるが、材質に影響する極大点は、変態点以上、融点以下の検査温度範囲に収まる1~2点である。このような極大点を代表的な情報として抽出することで、情報の保存量を低減できる。つまり、温度履歴プロファイル全体をデータベースに登録する場合と比較して、登録する情報量を大幅に削減できる。なお、ここでは極大点の抽出点数を2点として説明するが、条件によっては1点であってもよく、3点以上であってもよい。図6に示すように、2点の極大点の温度範囲に応じてマトリクス状に結晶粒度と硬度の情報をマッピングすることで、溶着ビードの材質を細かに分類できる。 Here, the temperature history (Figure 2) of the additively manufactured object includes many maximum points due to repeated heat input and cooling, but the maximum points that affect the material quality are within the test temperature range above the transformation point and below the melting point. 1 to 2 points that fall within the range. By extracting such local maximum points as representative information, the amount of information stored can be reduced. In other words, compared to the case where the entire temperature history profile is registered in a database, the amount of information to be registered can be significantly reduced. Although the explanation here assumes that the number of maximum points extracted is two, it may be one or three or more depending on the conditions. As shown in FIG. 6, by mapping information on crystal grain size and hardness in a matrix according to the temperature range of two maximum points, it is possible to finely classify the material of the weld bead.

溶融ビードの材質は、ビード形成後の冷却速度によって変化する。冷却速度が遅いと結晶粒度が大きくなり、冷却速度が速いと緻密となる。特に低温側極大点Pk2が変態点Ttから遠いほど、針状組織が残りやすい。このような冷却速度は、入熱量に依存するものと仮定できる。 The material of the molten bead changes depending on the cooling rate after the bead is formed. When the cooling rate is slow, the grain size becomes large, and when the cooling rate is fast, it becomes dense. In particular, the farther the low temperature side maximum point Pk2 is from the transformation point Tt, the more likely the acicular structure remains. It can be assumed that such a cooling rate depends on the amount of heat input.

図7は、それぞれ異なる入熱量でビード形成した場合の冷却特性の違いを示すグラフで、(A)は比較的高い入熱量の場合の温度変化特性を示すグラフ、(B)は比較的低い入熱量の場合の温度変化特性を示すグラフである。 Figure 7 is a graph showing the difference in cooling characteristics when beads are formed with different amounts of heat input. It is a graph showing temperature change characteristics in the case of heat amount.

図7の(A)に示すように、入熱量を試験例1から試験例2、試験例3、試験例4の順に高めても、350℃程度にまで冷却されるまでの時間は殆ど変わらず、図7の(A)の場合は約15秒となる(Pend参照)。一方、図7の(B)に示すように、入熱量が比較的低い場合には、冷却される時間を約15秒とすると約300℃程度にまで冷却されてしまう(Pend参照)。つまり、入熱量が高いほど冷却速度が遅くなり、入熱量が低いほど冷却速度が速くなる。よって、冷却速度は入熱量に依存するものであり、低温側極大点Pk2の温度がわかれば、溶着ビードの組織を予測できる。そして、低温側極大点Pk2の温度と、高温側極大点Pk1の温度とを合わせて組織を予測することで、いずれかの温度だけで予測する場合よりも予測精度が高められる。 As shown in Figure 7 (A), even if the heat input is increased in the order of Test Example 1, Test Example 2, Test Example 3, and Test Example 4, the time required to cool down to about 350°C remains almost unchanged. , in the case of (A) in FIG. 7, it is approximately 15 seconds (see Pend). On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the amount of heat input is relatively low, if the cooling time is about 15 seconds, the temperature will be reduced to about 300° C. (see Pend). That is, the higher the heat input, the slower the cooling rate, and the lower the heat input, the faster the cooling rate. Therefore, the cooling rate depends on the amount of heat input, and if the temperature of the low temperature side maximum point Pk2 is known, the structure of the weld bead can be predicted. By predicting the structure by combining the temperature of the low-temperature side maximum point Pk2 and the temperature of the high-temperature side maximum point Pk1, the prediction accuracy is improved compared to the case of predicting only using either temperature.

また、冷却速度をパラメータとして溶着ビードの材質を整理する場合、積層計画の修正に際して、冷却速度に与える造形条件の寄与をそれぞれ考慮する必要があり、計算が非常に煩雑となる。その点、上記のように入熱量をパラメータとすれば、溶接電流や溶接速度等の条件から簡単に計算できる。そのため、入熱量毎にマップデータを生成しておくことで、予測結果を基に積層計画を修正する処理が簡単になる。さらに、材質データベースは、積層造形物の組成や溶加材の種別ごとに構築することで、きめ細かな積層計画の調整が可能となる。 Furthermore, when the material of the weld bead is sorted using the cooling rate as a parameter, it is necessary to consider the contribution of each modeling condition to the cooling rate when modifying the lamination plan, making calculations extremely complicated. In this respect, if the amount of heat input is used as a parameter as described above, it can be easily calculated from conditions such as welding current and welding speed. Therefore, by generating map data for each amount of heat input, it becomes easier to modify the stacking plan based on the prediction results. Furthermore, by constructing a material database for each composition of the layered product and the type of filler metal, it becomes possible to fine-tune the layering plan.

(第1の積層造形物の積層計画方法)
次に、上記のようにして予め構築して用意された材質データベースを用いて、造形しようとする積層造形物の材質を予測し、材質要求特性を満足するように溶接条件を変更して積層計画を作成し、この積層計画に基づく造形プログラムを作成するまでの手順を説明する。
(Lamination planning method for first additively manufactured product)
Next, using the material database constructed and prepared in advance as described above, predict the material of the layered object to be manufactured, change the welding conditions to satisfy the required material characteristics, and plan the layered structure. This section explains the steps to create a modeling program based on this layered plan.

図8は、材質要求特性を満足する第1の積層計画方法の手順を示すフローチャートである。
まず、造形しようとする積層造形物の形状データを図1に示す制御部45に入力する(S21)。制御部45は入力された形状データに応じた溶接条件等の各種条件を設定する(S22)。溶接条件には、溶接電流等の入熱量を変更するパラメータが含まれる。形状データと溶接条件の情報は、制御部45から積層計画部31に送られ、積層計画部31で積層造形物の積層計画が作成される(S23)。
FIG. 8 is a flowchart showing the steps of the first layer planning method that satisfies the required material properties.
First, shape data of a layered product to be manufactured is input to the control unit 45 shown in FIG. 1 (S21). The control unit 45 sets various conditions such as welding conditions according to the input shape data (S22). The welding conditions include parameters for changing the amount of heat input such as welding current. The shape data and welding condition information are sent from the control unit 45 to the stack planning unit 31, and the stack planning unit 31 creates a stack plan for the additively manufactured article (S23).

そして、制御部45は、作成された積層計画に基づいて造形した場合の積層造形物の材質(結晶粒度、硬度)を、シミュレーションにより予測する(S24)。すなわち、積層造形物の各部における温度履歴プロファイルを求め、温度履歴プロファイルから高温側極大点Pk1,低温側極大点Pk2を求める。これら高温側極大点Pk1,低温側極大点Pk2に対応する溶着ビードの材質(結晶粒度、硬度)を、材質データベースDBを参照することで求める。このとき、材質データベースDBに同一のデータな存在しない場合には、それに近いデータを用いて、内挿、外挿して求めてもよい。 Then, the control unit 45 predicts, by simulation, the material (crystal grain size, hardness) of the layered product when it is modeled based on the created layered plan (S24). That is, a temperature history profile in each part of the laminate-molded object is determined, and a high temperature side maximum point Pk1 and a low temperature side maximum point Pk2 are determined from the temperature history profile. The materials (crystal grain size, hardness) of the weld bead corresponding to these maximum points Pk1 on the high temperature side and maximum points Pk2 on the low temperature side are determined by referring to the material database DB. At this time, if the same data does not exist in the material database DB, it may be determined by interpolation or extrapolation using data close to it.

次に、判定部35は、予測した溶着ビードの材質が、所望の材質要求特性を満足するかを判定する。材質要求特性を満足しない場合には、制御部45は溶接時の入熱量を、例えば溶接電流を調整する等して変更し(S26)、積層計画を再度作成する(S23)。この処理を材質要求特性が満足されるまで繰り返す。材質要求特性を満足する適正な入熱量が得られたら、造形プログラム作成部37は、その入熱量に応じた積層計画を造形部11に実行させる造形プログラムを作成する(S27)。作成された造形プログラムは、記憶部39に記憶され、積層造形物の製造時に制御部45に読み込まれる。 Next, the determination unit 35 determines whether the predicted material of the weld bead satisfies desired material properties. If the required material characteristics are not satisfied, the control unit 45 changes the heat input amount during welding, for example by adjusting the welding current (S26), and creates the lamination plan again (S23). This process is repeated until the required material properties are satisfied. When an appropriate amount of heat input that satisfies the required material properties is obtained, the modeling program creation unit 37 creates a modeling program that causes the modeling unit 11 to execute a lamination plan according to the amount of heat input (S27). The created modeling program is stored in the storage unit 39 and read into the control unit 45 when manufacturing a layered object.

この手順によれば、常に積層造形物の材質要求特性を満足する入熱量が選択され、適切な積層計画で積層造形が行える。特に、溶接条件の設定に関する専門的な知識が少ないユーザであっても、積層計画を簡単に最適化できる。 According to this procedure, the amount of heat input that satisfies the required material characteristics of the additively manufactured object is always selected, and additive manufacturing can be performed with an appropriate layering plan. In particular, even a user with little specialized knowledge regarding setting welding conditions can easily optimize the stacking plan.

(第2の積層造形物の積層計画方法)
また、予め用意した組織データベースを用いて、積層造形物の材質を予測し、材質要求特性を満足するように溶加材を選択して積層計画を作成し、この積層計画に基づく造形プログラムを作成してもよい。
その場合、図8に示すフローチャートの入熱量変更(S26)のステップを、溶加材の種類を変更するステップに入れ替える以外は、同様の処理で行える。
(Second layer planning method for layered product)
In addition, using a pre-prepared tissue database, predict the material of the additively manufactured object, select a filler material that satisfies the required characteristics of the material, create a lamination plan, and create a manufacturing program based on this lamination plan. You may.
In that case, the same process can be performed except that the step of changing the amount of heat input (S26) in the flowchart shown in FIG. 8 is replaced with the step of changing the type of filler metal.

つまり、判定部35は、予測した溶着ビードの材質が、所望の材質要求特性を満足するかを判定する。材質要求特性を満足しない場合には、制御部45は溶接に用いる溶加材を、他の種類の溶加材に変更して、積層計画を再度作成する(S23)。この処理を材質要求特性が満足されるまで繰り返す。 That is, the determination unit 35 determines whether the predicted material of the weld bead satisfies desired material properties. If the required material properties are not satisfied, the control unit 45 changes the filler metal used for welding to another type of filler metal and creates a lamination plan again (S23). This process is repeated until the required material properties are satisfied.

この手順によっても、常に積層造形物の材質要求特性を満足する入熱量が選択され、適切な積層計画で積層造形が行える。特に、溶加材に関する専門的な知識が少ないユーザであっても、積層計画を簡単に最適化できる。 With this procedure as well, the amount of heat input that satisfies the required material characteristics of the additively manufactured object is always selected, and additive manufacturing can be performed with an appropriate layering plan. In particular, even a user with little specialized knowledge regarding filler metals can easily optimize the lamination plan.

(第3の積層造形物の積層計画方法)
図9は、材質要求特性を満足する第3の積層計画方法の手順を示すフローチャートである。
まず、造形しようとする積層造形物の形状データ、溶加材の種別、溶着ビードに求められる材質要求特性等の各種の要求条件を図1に示す制御部45に入力する(S31)。制御部45は、材質データベースから、入力された要求条件に合致するデータ要素を検索する。例えば、ある特定の結晶粒度と硬度を備える極大点の組み合わせ情報を得る。そして、積層計画部31は、合致したデータ要素の条件で積層計画を作成する(S33)。
(Third layer planning method for layered product)
FIG. 9 is a flowchart showing the steps of a third layer planning method that satisfies required material properties.
First, various requirements such as the shape data of the layered product to be manufactured, the type of filler metal, and the required material properties of the welding bead are input to the control unit 45 shown in FIG. 1 (S31). The control unit 45 searches the material database for data elements that match the input requirements. For example, information on combinations of local maximum points with a specific grain size and hardness is obtained. Then, the stack planning unit 31 creates a stack plan based on the matched data element conditions (S33).

材質予測部33は、作成した積層計画で溶着ビードを形成した場合の、溶着ビードの材質を予測する。判定部35が予測結果と材質要求特性とを比較して(S34)、予測した結果が材質要求特性を満たしていない場合は、溶加材の種別を変更して、積層計画部31に、再度、積層計画を作成させる(S33)。 The material prediction unit 33 predicts the material of the weld bead when the weld bead is formed according to the created lamination plan. The determination unit 35 compares the predicted result with the required material properties (S34), and if the predicted result does not satisfy the required material properties, changes the type of filler metal and sends the request to the stack planning unit 31 again. , to create a stacking plan (S33).

材質要求特性を満足する積層計画が作成されると、造形プログラム作成部37は、その積層計画に基づいて造形部11を駆動する造形プログラムを作成する(S36)。 When the lamination plan that satisfies the required material properties is created, the modeling program creating section 37 creates a modeling program that drives the modeling section 11 based on the lamination plan (S36).

この手順によれば、前述した入熱量の調整だけでは積層造形物の材質要求特性を満足できない場合であっても、溶加材を変更することで適切な積層計画で積層造形が行える。よって、積層計画の調整幅が拡大されて、設計自由度が向上する。 According to this procedure, even if the required material characteristics of the additively manufactured product cannot be satisfied by adjusting the amount of heat input described above, additive manufacturing can be performed with an appropriate layering plan by changing the filler metal. Therefore, the range of adjustment of the stacking plan is expanded, and the degree of freedom in design is improved.

また、溶着ビードの材質要求特性(結晶粒度、硬さ等)と、溶着ビードを形成する際のビード形状の制約条件(積層造形物の形状やサイズ等)とを満足する目標材質を、材質データベースが有する材質情報から検索し、その目標材質に対応する材質情報を検出できた場合に、その材質情報に対応する溶加材の種別を、使用する溶加材の推奨材料に決定してもよい。この方法によれば、造形に使用する推奨溶加材の推奨材料を、材質の予測により最適なものに決定できる。 In addition, the target material that satisfies the required material characteristics of the weld bead (crystal grain size, hardness, etc.) and the constraints on the bead shape when forming the weld bead (shape and size of the additively manufactured object, etc.) is searched in the material database. If the material information corresponding to the target material is detected by searching from the material information possessed by the target material, the type of filler metal corresponding to that material information may be determined as the recommended filler material to be used. . According to this method, the recommended filler material to be used for modeling can be optimally determined by predicting the material quality.

さらに、上記した積層計画からコンピュータによるシミュレーションにより積層造形の工程を擬似的に再現する際、積層造形物の製造条件、例えば、分割した溶着ビードのパス(移動経路)における、パス間時間や入熱量等の任意の設定量を抽出することも可能である。これにより、専門的な知識を要することなく、積層造形のための諸条件を簡単に特定できる。 Furthermore, when pseudo-reproducing the process of additive manufacturing using a computer simulation based on the above-mentioned lamination plan, it is necessary to consider the manufacturing conditions of the additively-produced product, such as the inter-pass time and heat input in the path (travel path) of the divided welding bead. It is also possible to extract an arbitrary set amount such as. Thereby, various conditions for additive manufacturing can be easily specified without requiring specialized knowledge.

なお、上記した溶着ビードの変態点は、炭素鋼に焼入れできる臨界温度であるA1変態点を例示したが、これに限らない。例えば、強力な磁気を帯びる臨界温度であるA2変態点(770℃)、ガンマ(γ)鉄の組織となるA3変態点(910℃)、デルタ(δ)鉄の組織となるA4変態点(1400℃)等、種々の変態点を適用できる。炭素鋼以外の材料であっても、同様にして、組織を決定する変態点を選択すればよい。 The above-mentioned transformation point of the welded bead is exemplified by the A1 transformation point, which is the critical temperature at which carbon steel can be hardened, but is not limited thereto. For example, the A2 transformation point (770°C) is the critical temperature at which a strong magnetism occurs, the A3 transformation point (910°C) results in a gamma (γ) iron structure, and the A4 transformation point (1400°C), which results in a delta (δ) iron structure. Various transformation points can be applied, such as (°C). Even for materials other than carbon steel, the transformation point that determines the structure may be selected in the same manner.

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。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and those skilled in the art may combine the configurations of the embodiments with each other, or make changes and applications based on the description of the specification and well-known techniques. This is the intended purpose of the invention and falls within the scope for which protection is sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質予測方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを取得する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記極大点の温度に対応する前記溶着ビードの材質情報を予め関連付けした材質データベースを参照して、抽出した前記極大点の温度の組み合わせに対応する前記材質情報を抽出し、当該材質情報を前記溶着ビードの材質予測結果として出力する工程と、
を含む積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、温度履歴プロファイルの複数の極大点と、溶着ビードの材質情報とを関連付けた材質データベースを参照して、溶着ビードの温度履歴の極大点の温度の組み合わせに対応する材質情報を求めることで、造形しようとする積層造形物の材質を簡単に予測できる。
As mentioned above, the following matters are disclosed in this specification.
(1) A method for predicting the material quality of an additively manufactured product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are laminated, the method comprising:
acquiring a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
The material information corresponding to the extracted temperature combination of the maximum points is extracted by referring to a material database in which material information of the welding bead corresponding to the temperature of the maximum point is associated in advance, and the material information is applied to the welding bead. A process of outputting as a bead material prediction result,
A method for predicting material properties of additively manufactured objects.
According to this method for predicting the material properties of additively manufactured objects, a combination of temperatures at the maximum points of the temperature history of the weld bead is made by referring to a material database that associates multiple maximum points of the temperature history profile with material information of the weld bead. By obtaining material information corresponding to , it is possible to easily predict the material of the layered object to be manufactured.

(2) 前記温度履歴プロファイルから抽出する前記極大点は、前記検査温度範囲内において、前記変態点に近い順に選ばれる2点である(1)に記載の積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、2点の極大点を代表的な情報として抽出することで、情報の保存量を低減できる。
(2) The method for predicting material quality of a layered product according to (1), wherein the maximum points extracted from the temperature history profile are two points selected in order of proximity to the transformation point within the inspection temperature range.
According to this method for predicting the material quality of a laminate-molded object, by extracting two local maximum points as representative information, it is possible to reduce the amount of information stored.

(3) 前記材質データベースに含まれる前記材質情報は、前記検査温度範囲内において、前記変態点に最も近い低温側極大点の温度と、前記変態点に2番目に近い高温側極大点の温度とに対応する、前記溶着ビードの組織情報がマッピングされたマップデータを含む(2)に記載の積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、溶着ビードの材質に最も影響する変態点に近い高温側極大点の温度、及び低温側極大点の温度を用いてマトリクス状にマッピングすることで、溶着ビードの材質を細かに分類できる。以て、材質の予測精度を向上できる。
(3) The material information included in the material database includes, within the inspection temperature range, the temperature of a low-temperature maximum point closest to the transformation point, and the temperature of a high-temperature maximum point second closest to the transformation point. The method for predicting the material quality of a layered product according to (2), which includes map data on which tissue information of the welded bead is mapped.
According to this method for predicting the material quality of additively manufactured objects, the temperature of the maximum point on the high temperature side, which is close to the transformation point that most affects the material quality of the weld bead, and the temperature of the maximum point on the low temperature side are mapped in a matrix, so that welding Bead materials can be classified in detail. Therefore, the accuracy of predicting material quality can be improved.

(4) 前記材質情報は、前記溶着ビードの結晶粒度、及び硬さの情報を含む(3)に記載の積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、機械的強度との関連度の高い結晶粒度、硬さを組織情報とすることで、正確で適切な強度評価が行える。
(4) The method for predicting the material quality of an additively manufactured article according to (3), wherein the material information includes information on the crystal grain size and hardness of the welded bead.
According to this method for predicting the material quality of a laminate-produced object, accurate and appropriate strength evaluation can be performed by using crystal grain size and hardness, which are highly correlated with mechanical strength, as structure information.

(5) 前記元マップデータは、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量ごとに分類され、前記入熱量に応じて、参照する前記マップデータを切り替える(3)に記載の積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、入熱量に応じたマップデータを用いることで、より正確に材質を予測できる。
(5) The source map data is classified according to the amount of heat input applied to the formation of the weld bead, and the map data to be referred to is switched according to the amount of heat input. Method.
According to this method for predicting the material quality of a laminate-molded object, the material quality can be predicted more accurately by using map data according to the amount of heat input.

(6) 前記温度履歴プロファイルは、前記溶加材を溶融及び凝固させて前記溶着ビードを形成するときの温度履歴をコンピュータによるシミュレーションによって生成したものである(1)~(5)のいずれか1つに記載の積層造形物の材質予測方法。
この積層造形物の材質予測方法によれば、温度履歴プロファイルをシミュレーションにより求めることで、実測定する場合と比較して、異なる条件のプロファイルを、簡便に且つ短時間で生成できる。
(6) The temperature history profile is generated by computer simulation of the temperature history when melting and solidifying the filler metal to form the weld bead. A method for predicting the material properties of an additively manufactured object described in .
According to this method for predicting the material quality of a laminate-molded object, by obtaining a temperature history profile through simulation, profiles with different conditions can be generated easily and in a shorter time than when actually measuring.

(7) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質情報と、前記溶着ビードの温度履歴との関係を表すデータ要素を有する材質データベースの構築方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを、コンピュータによるシミュレーションによって生成する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記温度履歴プロファイルで形成された溶着ビードの材質情報を、前記複数の極大点の温度の組み合わせと関連付けた前記データ要素を記憶する工程と、
を含む材質データベースの構築方法。
この材質データベースの構築方法によれば、温度履歴プロファイルをコンピュータによるシミュレーションによって求めるため、多数種のプロファイルを簡単に且つ短時間で生成でき、高効率で材質データベースを構築できる。
(7) A method for constructing a material database having data elements representing the relationship between material information of a laminate-produced product in which welded beads made by melting and solidifying filler metal and the temperature history of the welded beads, the method comprising:
generating a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object by computer simulation;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
storing the data element that associates the material information of the weld bead formed by the temperature history profile with the combination of temperatures of the plurality of local maximum points;
How to build a material database including:
According to this material database construction method, the temperature history profile is determined by computer simulation, so that a large number of types of profiles can be generated easily and in a short time, and the material database can be constructed with high efficiency.

(8) 前記材質情報は、前記溶着ビードから測定された結晶粒度、及び硬さの情報を含む(7)に記載の材質データベースの構築方法。
この材質データベースの構築方法によれば、機械的強度との関連度の高い結晶粒度、硬さを組織情報とすることで、正確で適切な強度評価が行える材質データベースを構築できる。
(8) The material database construction method according to (7), wherein the material information includes information on the crystal grain size and hardness measured from the weld bead.
According to this material database construction method, a material database that allows accurate and appropriate strength evaluation can be constructed by using crystal grain size and hardness, which are highly correlated with mechanical strength, as structure information.

(9) 前記積層造形物の互いに異なる複数の位置での前記温度履歴プロファイルから、複数組の前記データ要素を生成して記憶する(7)又は(8)に記載の材質データベースの構築方法。
この材質データベースの構築方法によれば、情報の保存量を低減して、データベースに登録する情報量を大幅に削減できる。
(9) The method of constructing a material database according to (7) or (8), wherein a plurality of sets of the data elements are generated and stored from the temperature history profiles at a plurality of mutually different positions of the layered product.
According to this material database construction method, the amount of information stored can be reduced and the amount of information registered in the database can be significantly reduced.

(10) 前記データ要素を、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量ごとに生成して記憶する(7)又は(8)に記載の材質データベースの構築方法。
この材質データベースの構築方法によれば、入熱量ごとにデータ要素を記憶することで、より正確な予測が可能な材質データベースを構築できる。
(10) The method for constructing a material database according to (7) or (8), wherein the data element is generated and stored for each amount of heat input applied to forming the weld bead.
According to this material database construction method, by storing data elements for each amount of heat input, it is possible to construct a material database that allows more accurate prediction.

(11) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
(1)~(6)のいずれか1つに記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量を変更し、変更した入熱量で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す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、入熱量を変更することで、所望の材質要求特性を有する溶着ビードが得られる。
(11) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the welded bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material of the laminate-molded article according to any one of (1) to (6);
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the amount of heat input applied to the formation of the weld bead is changed, and the weld bead is formed with the changed amount of heat input. a second step of predicting the material of the welding bead again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
According to this layer planning method for a layered product, by changing the amount of heat input, a welded bead having desired material properties can be obtained.

(12) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
(1)~(6)のいずれか1つに記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶加材の種類を変更し、変更した溶加材で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す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、溶加材を変更することで、所望の材質要求特性を有する溶着ビードが得られる。
(12) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the welded bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material of the laminate-molded article according to any one of (1) to (6);
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the type of the filler metal is changed, and the weld bead is formed with the changed filler metal. a second step of predicting the material of the layer again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
According to this layer planning method for a layered product, by changing the filler material, a welded bead having desired material properties can be obtained.

(13) 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
前記積層造形物に使用する前記溶加材の推奨材料を、前記溶着ビードの材質情報を含む材質データベースを参照して決定する溶加材選定工程を有し、
前記材質データベースは、前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルの、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点の温度の組み合わせに対応する前記溶着ビードの材質情報を、前記溶加材の種別毎に有しており、
前記溶加材選定工程では、
前記溶着ビードの材質要求特性と、前記溶着ビードを形成する際のビード形状の制約条件とを満足する目標材質を、前記材質データベースの前記材質情報から検索し、
前記目標材質に対応する前記材質情報を検出できた場合に、当該材質情報に対応する溶加材の種別を、使用する溶加材の前記推奨材料に決定する、
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、所望の材質要求特性が得られ、制約条件を満足する溶着ビードを形成できる溶加材の種別を、予測により決定できる。
(13) A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
a filler material selection step of determining a recommended filler material to be used in the layered product by referring to a material database including material information of the welding bead;
The material database includes an inspection of a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead at a temperature below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object. Having material information of the weld bead corresponding to a combination of temperatures of a plurality of local maximum points included in the temperature range for each type of the filler metal,
In the filler metal selection process,
Searching from the material information in the material database for a target material that satisfies the required material characteristics of the weld bead and constraints on the bead shape when forming the weld bead,
If the material information corresponding to the target material can be detected, determining the type of filler metal corresponding to the material information as the recommended filler material to be used;
Laminate planning method for additively manufactured objects.
According to this layer planning method for a layered product, it is possible to predict and determine the type of filler material that can obtain the desired material properties and form a weld bead that satisfies the constraint conditions.

(14)前記検出した前記材質情報に対応する温度履歴プロファイルの極大点に応じて、溶着ビードの温度履歴プロファイルをコンピュータによるシミュレーションにより求め、当該温度履歴プロファイルに対応する前記積層造形物の製造条件を特定する工程をさらに含む(13)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、温度履歴プロファイルの極大点に応じたシミュレーションによって、積層造形物の製造条件を特定できる。
(14) A temperature history profile of the weld bead is determined by computer simulation according to the maximum point of the temperature history profile corresponding to the detected material information, and manufacturing conditions of the layered product corresponding to the temperature history profile are determined. The laminate planning method for a laminate-molded article according to (13), further comprising the step of specifying.
According to this layer planning method for a layered product, manufacturing conditions for the layered product can be specified by simulation according to the maximum point of the temperature history profile.

(15) 前記積層造形物の製造条件は、前記溶着ビードを形成する際のパス間時間、入熱量の少なくとも一方を含む(14)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、パス間時間や入熱量の製造条件が求められ、溶接条件の設定を簡単に行える。
(15) The layer planning method for a laminate-molded article according to (14), wherein the manufacturing conditions for the laminate-molded article include at least one of an interpass time and an amount of heat input when forming the welded bead.
According to this layer planning method for a layered product, manufacturing conditions such as inter-pass time and heat input are determined, and welding conditions can be easily set.

(16) (11)~(15)のいずれか1つに記載の積層造形物の積層計画方法により積層計画された手順で積層造形物を製造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、溶着ビードの材質を所望の要求特性通りに製造できる。
(16) A method for manufacturing a laminate-produced article, comprising manufacturing the laminate-produced article in accordance with a procedure planned by the laminate-planning method for a laminate-produced article according to any one of (11) to (15).
According to this method for producing a laminate-molded article, the material of the weld bead can be produced with desired characteristics.

11 造形部
13 コントローラ
15 電源装置
17 トーチ
19 溶接ロボット
21 溶加材供給部
23 ベースプレート
31 積層計画部
33 材質予測部
35 判定部
37 造形プログラム作成部
39 記憶部
41 入力部
43 出力部
45 制御部
51 データ要素
100 積層造形装置
11 Modeling section 13 Controller 15 Power supply 17 Torch 19 Welding robot 21 Filler material supply section 23 Base plate 31 Lamination planning section 33 Material prediction section 35 Judgment section 37 Modeling program creation section 39 Storage section 41 Input section 43 Output section 45 Control section 51 Data element 100 Additive manufacturing equipment

Claims (16)

溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質予測方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを取得する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記極大点の温度に対応する前記溶着ビードの材質情報を予め関連付けした材質データベースを参照して、抽出した前記極大点の温度の組み合わせに対応する前記材質情報を抽出し、当該材質情報を前記溶着ビードの材質予測結果として出力する工程と、
を含む積層造形物の材質予測方法。
A method for predicting the material quality of an additively manufactured article in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are laminated, the method comprising:
acquiring a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
The material information corresponding to the extracted temperature combination of the maximum points is extracted by referring to a material database in which material information of the welding bead corresponding to the temperature of the maximum point is associated in advance, and the material information is applied to the welding bead. A process of outputting as a bead material prediction result,
A method for predicting material properties of additively manufactured objects.
前記温度履歴プロファイルから抽出する前記極大点は、前記検査温度範囲内において、前記変態点に近い順に選ばれる2点である請求項1に記載の積層造形物の材質予測方法。 2. The method for predicting material quality of a layered product according to claim 1, wherein the maximum points extracted from the temperature history profile are two points selected in order of proximity to the transformation point within the inspection temperature range. 前記材質データベースに含まれる前記材質情報は、前記検査温度範囲内において、前記変態点に最も近い低温側極大点の温度と、前記変態点に2番目に近い高温側極大点の温度とに対応する、前記溶着ビードの組織情報がマッピングされたマップデータを含む請求項2に記載の積層造形物の材質予測方法。 The material information included in the material database corresponds to the temperature of a low-temperature maximum point closest to the transformation point and the temperature of a high-temperature maximum point second closest to the transformation point within the inspection temperature range. 3. The method for predicting material properties of a layered product according to claim 2, further comprising map data on which the structure information of the welded bead is mapped. 前記材質情報は、前記溶着ビードの結晶粒度、及び硬さの情報を含む請求項3に記載の積層造形物の材質予測方法。 4. The method for predicting the material quality of a layered product according to claim 3, wherein the material information includes information on the crystal grain size and hardness of the welded bead. 前記マップデータは、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量ごとに分類され、前記入熱量に応じて、参照する前記マップデータを切り替える請求項3に記載の積層造形物の材質予測方法。 4. The method for predicting the material quality of a laminate-molded object according to claim 3, wherein the map data is classified according to the amount of heat input applied to the formation of the weld bead, and the map data to be referred to is switched depending on the amount of heat input. 前記温度履歴プロファイルは、前記溶加材を溶融及び凝固させて前記溶着ビードを形成するときの温度履歴をコンピュータによるシミュレーションによって生成したものである請求項1~5のいずれか1項に記載の積層造形物の材質予測方法。 The laminate according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature history profile is generated by computer simulation of the temperature history when the filler metal is melted and solidified to form the weld bead. A method for predicting the material properties of objects. 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の材質情報と、前記溶着ビードの温度履歴との関係を表すデータ要素を有する材質データベースの構築方法であって、
前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルを、コンピュータによるシミュレーションによって生成する工程と、
前記温度履歴プロファイルにおける、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点を抽出する工程と、
前記温度履歴プロファイルで形成された溶着ビードの材質情報を、前記複数の極大点の温度の組み合わせと関連付けた前記データ要素を記憶する工程と、
を含む材質データベースの構築方法。
A method for constructing a material database having data elements representing a relationship between material information of a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material and a temperature history of the welded beads, the method comprising:
generating a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object by computer simulation;
extracting a plurality of local maximum points in the temperature history profile that are included in a test temperature range that is below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead;
storing the data element that associates the material information of the weld bead formed by the temperature history profile with the combination of temperatures of the plurality of local maximum points;
How to build a material database including:
前記材質情報は、前記溶着ビードから測定された結晶粒度、及び硬さの情報を含む請求項7に記載の材質データベースの構築方法。 8. The method of constructing a material database according to claim 7, wherein the material information includes information on crystal grain size and hardness measured from the weld bead. 前記積層造形物の互いに異なる複数の位置での前記温度履歴プロファイルから、複数組の前記データ要素を生成して記憶する請求項7又は8に記載の材質データベースの構築方法。 The method of constructing a material database according to claim 7 or 8, wherein a plurality of sets of the data elements are generated and stored from the temperature history profiles at a plurality of mutually different positions of the layered product. 前記データ要素を、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量ごとに生成して記憶する請求項7又は8に記載の材質データベースの構築方法。 The method for constructing a material database according to claim 7 or 8, wherein the data element is generated and stored for each amount of heat input applied to forming the weld bead. 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
請求項1~6のいずれか1項に記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶着ビードの形成に付与する入熱量を変更し、変更した入熱量で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す積層造形物の積層計画方法。
A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the weld bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material quality of the laminate-molded article according to any one of claims 1 to 6;
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the amount of heat input applied to the formation of the weld bead is changed, and the weld bead is formed with the changed amount of heat input. a second step of predicting the material of the welding bead again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
請求項1~6のいずれか1項に記載の積層造形物の材質予測方法により、積層造形物を構成する前記溶着ビードの材質を予測する第1工程と、
前記第1工程による前記材質の予測結果が、予め設定された前記溶着ビードの材質要求特性を満足しない場合に、前記溶加材の種類を変更し、変更した溶加材で形成する前記溶着ビードの材質を再び前記積層造形物の材質予測方法により予測する第2工程と、
を有し、
前記第2工程による前記材質の予測結果が前記材質要求特性を満足するまで、前記第2工程を繰り返す積層造形物の積層計画方法。
A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
A first step of predicting the material of the weld bead constituting the laminate-molded article by the method for predicting the material quality of the laminate-molded article according to any one of claims 1 to 6;
If the prediction result of the material in the first step does not satisfy the preset required material characteristics of the weld bead, the type of the filler metal is changed, and the weld bead is formed with the changed filler metal. a second step of predicting the material of the layer again using the material prediction method of the laminate-molded object;
has
A laminate planning method for a laminate-molded article, wherein the second step is repeated until the prediction result of the material in the second step satisfies the required material characteristics.
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層した積層造形物の積層計画方法であって、
前記積層造形物に使用する前記溶加材の推奨材料を、前記溶着ビードの材質情報を含む材質データベースを参照して決定する溶加材選定工程を有し、
前記材質データベースは、前記積層造形物の前記溶着ビードの形成時における、特定の溶着ビードの温度変化を表す温度履歴プロファイルの、前記溶着ビードの融点以下で、且つ前記溶着ビードの変態点以上の検査温度範囲に含まれる複数の極大点の温度の組み合わせに対応する前記溶着ビードの材質情報を、前記溶加材の種別毎に有しており、
前記溶加材選定工程では、
前記溶着ビードの材質要求特性と、前記溶着ビードを形成する際のビード形状の制約条件とを満足する目標材質を、前記材質データベースの前記材質情報から検索し、
前記目標材質に対応する前記材質情報を検出できた場合に、当該材質情報に対応する溶加材の種別を、使用する溶加材の前記推奨材料に決定する、
積層造形物の積層計画方法。
A layer planning method for a layered product in which welded beads made by melting and solidifying a filler material are layered, the method comprising:
a filler material selection step of determining a recommended filler material to be used in the layered product by referring to a material database including material information of the welding bead;
The material database includes an inspection of a temperature history profile representing a temperature change of a specific weld bead at a temperature below the melting point of the weld bead and above the transformation point of the weld bead during formation of the weld bead of the laminate-molded object. Having material information of the weld bead corresponding to a combination of temperatures of a plurality of local maximum points included in the temperature range for each type of the filler metal,
In the filler metal selection process,
Searching from the material information in the material database for a target material that satisfies the required material characteristics of the weld bead and constraints on the bead shape when forming the weld bead,
If the material information corresponding to the target material can be detected, determining the type of filler metal corresponding to the material information as the recommended filler material to be used;
Laminate planning method for additively manufactured objects.
前記検出した前記材質情報に対応する温度履歴プロファイルの極大点に応じて、溶着ビードの温度履歴プロファイルをコンピュータによるシミュレーションにより求め、当該温度履歴プロファイルに対応する前記積層造形物の製造条件を特定する工程をさらに含む請求項13に記載の積層造形物の積層計画方法。 A step of determining the temperature history profile of the welding bead through computer simulation according to the maximum point of the temperature history profile corresponding to the detected material information, and specifying the manufacturing conditions of the layered product corresponding to the temperature history profile. The laminate planning method for a laminate-molded article according to claim 13, further comprising: 前記積層造形物の製造条件は、前記溶着ビードを形成する際のパス間時間、入熱量の少なくとも一方を含む請求項14に記載の積層造形物の積層計画方法。 15. The layer planning method for a laminate-molded article according to claim 14, wherein the manufacturing conditions for the laminate-molded article include at least one of an interpass time and an amount of heat input when forming the welded bead. 請求項11~15のいずれか1項に記載の積層造形物の積層計画方法により積層計画された手順で積層造形物を製造する積層造形物の製造方法。 A method for manufacturing a laminate-molded article, comprising manufacturing the laminate-molded article in accordance with a layer-planning procedure according to the layer-planning method for a laminate-molded article according to any one of claims 11 to 15.
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