JP7399370B1 - 積層造形方法、積層造形装置および積層造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

積層造形方法は、第１フラックス塗布工程と、第１フラックス固化工程と、第１積層工程と、第２積層工程と、を含む。第１フラックス塗布工程は、鉄を含有する金属のベース材に液状のフラックスを塗布する。第１フラックス固化工程は、ベース材に塗布された液状のフラックスを加熱し、液状のフラックスが固化した層である第１フラックス層を形成する。第１積層工程は、第１フラックス層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第１ワイヤおよび第１フラックス層にレーザビームを照射し、第１フラックス層および第１ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する。第２積層工程は、第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第２ワイヤにレーザビームを照射し、第２ワイヤを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する。

Description

本開示は、金属のベース材の表面に、ベース材とは異なる金属材料を積層させて３次元の積層造形物の造形を行う積層造形方法、積層造形装置および積層造形物の製造方法に関する。

異材を用いた複合構造体を得るためには、異材接合が必要となる。アルミニウム系材料と鉄系材料との複合構造体を例に挙げると、両者の接合界面に非常に脆いＡｌ－Ｆｅ系金属間化合物が生成される。このＡｌ－Ｆｅ系金属間化合物が接合界面で厚く形成されると、接合界面の強度を著しく低下させる。このため、アルミニウム系材料と鉄系材料との間に厚いＡｌ－Ｆｅ系金属間化合物が形成されないように、アルミニウム系材料と鉄系材料とを接合しなければならないが、一般的には、厚いＡｌ－Ｆｅ系金属間化合物が形成されないようにアルミニウム系材料と鉄系材料との３次元複合構造体を得ることは困難であった。

特許文献１には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム系被溶接材と、鉄系被溶接材とを溶接する異材接合方法が開示されている。特許文献１に記載の異材接合方法では、鉄系被溶接材は、その表面を被覆する亜鉛または亜鉛合金からなる亜鉛系被覆層を有し、アルミニウム系被溶接材は、少なくとも鉄系被溶接材と接合する部位に塗布されたフラックス層を有する。そして、特許文献１に記載の異材接合方法では、アルミニウム系被溶接材をトーチ側に配置して２つの被溶接材を重ね合わせた状態で、溶融溶接法により、２つの被溶接材を接合する。これによって、熱源からの熱でアルミニウム系被溶接材の加熱された部位が溶融するとともに、フラックスが溶融する。溶融したフラックスは、アルミニウム系被溶接材の溶融部に添加され、鉄系被溶接材の表面の亜鉛系被覆層のみが溶融熱による熱反応によって除去される。この結果、鉄系被溶接材の表面は、溶融部において濡れ性が向上し、鉄系被溶接材の表面を溶融したアルミニウム合金の溶湯が滑らかに覆う。これによって、アルミニウム系被溶接材と鉄系被溶接材とが強固に密着し、強固な界面接合力が得られる。

国際公開第２００７／０５８２５７号

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、板状の鉄系被溶接材と、板状のアルミニウム系被溶接材と、を溶接によって接合するものである。このため、鉄系被溶接材が板状である場合には、板状の鉄系被溶接材に亜鉛系被覆層を形成することは容易である。ところで、異なる種類の金属同士を接合する方法の１つに、金属のベース材上に、ベース材とは異なる金属材料のワイヤを供給して、金属のワイヤおよび下地層を溶融、凝固させた堆積層を積層することによって３次元の積層造形物を製造する積層造形方法がある。この積層造形方法には、特許文献１に記載の技術を適用することができないという問題があった。具体的には、積層造形方法では、鉄を含有する金属のベース材が積層造形方法で製造される場合には、ワイヤを溶融してベース材が製造されることがあるため、特許文献１に記載の技術のように、ベース材の表面に亜鉛系被覆層を形成することが困難である。このため、積層造形方法において、鉄系材料とアルミニウム系材料との接合界面の強度を著しく低下させないように、鉄系材料とアルミニウム系材料とを接合する技術が求められていた。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、鉄系材料とアルミニウム系材料との異種材料の接合部で、従来に比して強固な接合を実現することができる積層造形方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る積層造形方法は、第１フラックス塗布工程と、第１フラックス固化工程と、第１積層工程と、第２積層工程と、を含む。第１フラックス塗布工程は、鉄を含有する金属のベース材に液状のフラックスを塗布する。第１フラックス固化工程は、ベース材に塗布された液状のフラックスを加熱し、液状のフラックスが固化した層である第１フラックス層を形成する。第１積層工程は、第１フラックス層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第１ワイヤおよび第１フラックス層にレーザビームを照射し、第１フラックス層および第１ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する。第２積層工程は、第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第２ワイヤにレーザビームを照射し、第２ワイヤを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する。

本開示に係る積層造形方法は、鉄系材料とアルミニウム系材料との異種材料の接合部で、従来に比して強固な接合を実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１に係る積層造形装置が有する制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態２に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態２に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態３に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態３に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態３に係る積層造形装置の構成の他の例を模式的に示す図 実施の形態４に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態５に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態５に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態６に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態６に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態７に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態７に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態８に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態８に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態８に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態９に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態９に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１０に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１０に係る積層造形装置における学習装置の構成の一例を示すブロック図 加工点位置関係情報の一例を示す図 図２７のモデル生成部が使用するニューラルネットワークの一例を模式的に示す図 実施の形態１０に係る積層造形装置の学習装置の学習処理の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１０に係る積層造形装置における推論装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１０に係る積層造形装置の推論装置による推定処理の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１０にかかる積層造形装置における学習装置および推論装置を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図

以下に、本開示の実施の形態に係る積層造形方法、積層造形装置および積層造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。積層造形装置１００は、溶融させた材料を被加工物へ付加することによって３次元状の積層造形物を製造する工作機械である。以下では、鉛直方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直な面内における２つの互いに直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。実施の形態１において、ビームはレーザビームＬである。材料は金属のワイヤＷである。具体的には、金属のワイヤＷは、アルミニウムを含有する金属のワイヤＷであり、アルミニウム、アルミニウム合金等のワイヤＷである。一例では、金属のワイヤＷは、アルミニウム－マグネシウム系である５０００系、アルミニウム－シリコン系である４０００系、アルミニウム－マグネシウム－シリコン系である６０００系のアルミニウム合金からなるワイヤＷである。以下では、アルミニウムを含有する金属からなる材料は、アルミニウム系材料と称され、アルミニウムを含有する金属のワイヤＷは、アルミニウム系ワイヤとも称される。

積層造形装置１００は、溶融した材料の固化物である単位ビードを並列させた層を積み重ねることによって堆積物５５を形成していき、３次元状の積層造形物を製造する。積層造形物とは、加工プログラムにしたがった材料の付加を終えた堆積物５５を指す。積層造形装置１００は、ベース材５１に堆積物５５を形成する。

積層造形装置１００は、ステージ１１と、加工ヘッド１２と、レーザ発振器１３と、ファイバケーブル１４と、ガス供給装置１５と、配管１６と、ワイヤスプール１７と、回転モータ１８と、ヘッド駆動装置１９と、回転機構２０と、制御装置２１と、を備える。

ステージ１１は、堆積物５５を形成する土台となるベース材５１を載置する。図１に示される例では、ベース材５１は、鉄を含有する金属の板材である。一例では、ベース材５１は、クロムおよびニッケルを含む鉄合金であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる。以下では、鉄を含有する金属からなる材料は、鉄系材料と称される。図１では、ベース材５１は、板材である場合が示されているが、これは一例であり、ベース材５１は、板材以外であってもよい。一例では、ベース材５１は、鉄系材料からなるワイヤを溶融、固化させた単位ビードを積層させた被加工物であってもよい。以下の説明において、被加工物とは、溶融した材料の固化物である単位ビードの形成対象であり、ベース材５１または堆積物５５が形成されたベース材５１を指すものとする。

加工ヘッド１２は、レーザビームＬの照射位置である加工点に金属のワイヤＷを供給するとともに、レーザビームＬを照射し、シールドガスＧを噴射する。加工ヘッド１２は、ステージ１１に対して移動可能である。加工ヘッド１２は、ビームノズル１２１と、ワイヤノズル１２２と、ガスノズル１２３と、を有する。ビームノズル１２１は、加工点へ向けてレーザビームＬを出射する。レーザビームＬは、加工点におけるワイヤＷを溶融させる熱源である。ワイヤノズル１２２は、加工点へ向けてワイヤＷを進行させる。ガスノズル１２３は、加工点へ向けてシールドガスＧを噴射する。シールドガスＧの一例は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスである。積層造形装置１００は、シールドガスＧの噴射によって、堆積物５５の酸化を抑制するとともに、被加工物に形成された層を冷却する。ビームノズル１２１とワイヤノズル１２２とガスノズル１２３とは、加工ヘッド１２に固定されることにより、互いの位置関係が一意に定められている。すなわち、ビームノズル１２１とワイヤノズル１２２とガスノズル１２３との相対位置は、固定されている。

レーザ発振器１３は、固体レーザ、ガスレーザ、ファイバレーザ、半導体レーザ等のレーザビームＬを発振するビーム源である。ファイバケーブル１４は、レーザ発振器１３から加工ヘッド１２のビームノズル１２１へとレーザビームＬを伝搬する光伝送路である。ファイバケーブル１４は、レーザ発振器１３と加工ヘッド１２との間を接続する。レーザ発振器１３とファイバケーブル１４と加工ヘッド１２のビームノズル１２１とにより、ワイヤＷを溶融させるレーザビームＬを被加工物へ照射する照射部が構成される。

ガス供給装置１５は、配管１６を通じてガスノズル１２３へシールドガスＧを供給する。配管１６は、ガス供給装置１５と加工ヘッド１２のガスノズル１２３との間に接続され、ガス供給装置１５からガスノズル１２３へとシールドガスＧを流す流路となる。ガス供給装置１５と配管１６と加工ヘッド１２のガスノズル１２３とにより、加工点へシールドガスＧを噴射するガス供給部が構成される。

ワイヤスプール１７は、材料、具体的にはアルミニウム系材料の供給源であり、ワイヤＷが巻き付けられている。回転モータ１８は、ワイヤスプール１７を回転軸の周りに回転させる。回転モータ１８の一例は、サーボモータである。回転モータ１８の駆動に伴ってワイヤスプール１７が回転することによって、ワイヤＷはワイヤスプール１７から繰り出される。ワイヤスプール１７から繰り出されたワイヤＷは、ワイヤノズル１２２を通されて、加工点へ供給される。また、ワイヤＷをワイヤスプール１７から繰り出す場合とは逆方向に回転モータ１８を回転させることにより、加工点へ供給されたワイヤＷを加工点から引き抜くことができる。この場合、ワイヤスプール１７から繰り出されているワイヤＷにおけるワイヤスプール１７側の一部がワイヤスプール１７に巻き取られる。ワイヤスプール１７と回転モータ１８と加工ヘッド１２のワイヤノズル１２２とにより、被加工物へ材料を供給する材料供給部が構成される。

なお、ワイヤノズル１２２には、ワイヤスプール１７からワイヤＷを引き出すための動作機構が設けられてもよい。積層造形装置１００は、回転モータ１８とワイヤノズル１２２の動作機構との少なくとも一方が設けられることによって、加工点へワイヤＷを供給可能とする。図１では、ワイヤノズル１２２の動作機構の図示を省略している。

ヘッド駆動装置１９は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へ加工ヘッド１２を移動させる。ヘッド駆動装置１９は、Ｘ軸方向への加工ヘッド１２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｙ軸方向への加工ヘッド１２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｚ軸方向への加工ヘッド１２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、を有する。ヘッド駆動装置１９は、３軸のそれぞれの方向の並進運動を可能とする動作機構である。図１では、各サーボモータの図示を省略している。積層造形装置１００は、ヘッド駆動装置１９により加工ヘッド１２を移動させることで、被加工物におけるレーザビームＬの照射位置を移動させることができる。積層造形装置１００は、ステージ１１を移動させることによって、あるいはヘッド駆動装置１９とステージ１１との両方を移動させることによって、被加工物におけるレーザビームＬの照射位置を移動させてもよい。

図１に示す加工ヘッド１２では、ビームノズル１２１からＺ軸方向へレーザビームＬを出射させる。ワイヤノズル１２２は、ＸＹ面内においてビームノズル１２１とは離れた位置に設けられており、Ｚ軸に対して斜めの方向へワイヤＷを進行させる。なお、ワイヤノズル１２２は、加工ヘッド１２においてＺ軸方向へ向けて固定されることによって、Ｚ軸に対して平行な方向へワイヤＷを進行させてもよい。ワイヤノズル１２２は、ワイヤＷが所望の位置に供給されるようにワイヤＷの進行を制限する。

図１に示す加工ヘッド１２において、ガスノズル１２３は、ＸＹ面内においてビームノズル１２１の外周側にビームノズル１２１と同軸に設けられており、ビームノズル１２１から出射されるレーザビームＬの中心軸に沿うようにシールドガスＧを噴射する。すなわち、ビームノズル１２１とガスノズル１２３とは、互いに同軸上に配置されている。なお、レーザビームＬが照射される加工点で溶融、凝固する材料が酸化しないようにシールドガスＧが加工点を含む領域に噴射されればよい。このため、ガスノズル１２３は、Ｚ軸に対して斜めの方向へシールドガスＧを噴射してもよい。すなわち、ガスノズル１２３は、ビームノズル１２１から出射されるレーザビームＬの中心軸に対して斜めの方向へシールドガスＧを噴射してもよい。

回転機構２０は、第１軸を中心とするステージ１１の回転と、第１軸に垂直な第２軸を中心とするステージ１１の回転とを可能とする動作機構である。図１に示す回転機構２０において、第１軸はＸ軸に平行な軸であって、第２軸はＹ軸に平行な軸である。回転機構２０は、第１軸を中心にステージ１１を回転させるための動作機構を構成するサーボモータと、第２軸を中心にステージ１１を回転させるための動作機構を構成するサーボモータと、を有する。回転機構２０は、２軸のそれぞれを中心とする回転運動を可能とする動作機構である。図１では、各サーボモータの図示を省略している。

積層造形装置１００は、回転機構２０によりステージ１１を回転させることで、被加工物の姿勢または位置を変更することができる。すなわち、積層造形装置１００は、ステージ１１を回転させることで、被加工物におけるレーザビームＬの照射位置を移動させることができる。積層造形装置１００は、回転機構２０を用いることで、テーパ形状を有する複雑な形状も造形することができる。

制御装置２１は、加工プログラムに従って積層造形装置１００を制御する。制御装置２１は、一例では数値制御装置である。制御装置２１は、ヘッド駆動装置１９へ位置指令を出力することによって、ヘッド駆動装置１９の位置を制御する。制御装置２１は、ビーム強度の条件に応じた指令である出力指令をレーザ発振器１３へ出力することによって、レーザ発振器１３によるレーザ発振を制御する。

制御装置２１は、材料の供給量の条件に応じた指令である供給指令を回転モータ１８へ出力することによって、回転モータ１８を制御する。供給指令は、ワイヤＷの供給速度の条件に応じた指令であってもよい。供給速度は、ワイヤスプール１７から照射位置へ向かうワイヤＷの速度である。供給速度は、時間当たりの材料の供給量を表す。

制御装置２１は、ガスの供給量の条件に応じた指令をガス供給装置１５へ出力することによって、ガス供給装置１５からガスノズル１２３へ供給されるシールドガスＧの量を制御する。制御装置２１は、回転機構２０へ回転指令を出力することによって、回転機構２０の駆動を制御する。すなわち、制御装置２１は、各種指令を出力することによって、積層造形装置１００の全体を制御する。制御装置２１は、材料供給部、照射部、ガス供給部、ヘッド駆動装置１９および回転機構２０の制御によって、積層造形装置１００に単位ビードを形成させる。制御装置２１は、制御部に対応する。

次に、制御装置２１が有するハードウェア構成について説明する。制御装置２１の機能は、積層造形装置１００の制御を実行するためのプログラムである制御プログラムがハードウェアを用いて実行されることによって実現される。

図２は、実施の形態１に係る積層造形装置が有する制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御装置２１は、各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２１１と、データ格納領域を含むＲＡＭ（Random Access Memory）２１２と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）２１３と、記憶装置２１４と、制御装置２１への情報の入力および制御装置２１からの情報の出力のための入出力インタフェース２１５とを有する。図２に示す各部は、バス２１６を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ２１１は、ＲＯＭ２１３または記憶装置２１４に記憶されているプログラムを実行する。制御装置２１による、積層造形装置１００の全体の制御は、ＣＰＵ２１１を使用して実現される。

記憶装置２１４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）である。記憶装置２１４は、制御プログラムと各種データとを記憶する。ＲＯＭ２１３には、制御装置２１であるコンピュータまたはコントローラの基本となる制御のためのプログラムであるＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）あるいはＵＥＦＩ（Unified Extensible Firmware Interface）といったブートローダであって、ハードウェアを制御するソフトウェアまたはプログラムが記憶されている。なお、制御プログラムは、ＲＯＭ２１３に記憶されてもよい。

ＲＯＭ２１３および記憶装置２１４に記憶されているプログラムは、ＲＡＭ２１２にロードされる。ＣＰＵ２１１は、ＲＡＭ２１２に制御プログラムを展開して各種処理を実行する。入出力インタフェース２１５は、制御装置２１の外部の装置との接続インタフェースである。入出力インタフェース２１５には、加工プログラムが入力される。また、入出力インタフェース２１５は、各種指令を出力する。制御装置２１は、キーボードおよびポインティングデバイスといった入力デバイス、およびディスプレイといった出力デバイスを有してもよい。

制御プログラムは、コンピュータによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであってもよい。制御装置２１は、記憶媒体に記憶された制御プログラムを記憶装置２１４へ格納してもよい。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであってもよい。制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介して、制御装置２１となるコンピュータあるいはコントローラへインストールされてもよい。

制御装置２１の機能は、積層造形装置１００の制御のための専用のハードウェアである処理回路によって実現されてもよい。処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらの組み合わせである。制御装置２１の機能は、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

次に、実施の形態１に係る積層造形方法について説明する。なお、積層造形方法によって３次元の積層造形物が製造されるので、以下に説明する積層造形方法は、積層造形物の製造方法でもある。図３は、実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。図４から図８は、実施の形態１に係る積層造形方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である。

ここでは、鉄系材料からなるベース材５１上に、アルミニウム系材料からなるワイヤＷを供給して、積層造形方法によって、３次元の積層造形物を製造する場合を例に挙げて説明する。ベース材５１の一例は、ステンレス鋼であるＳＵＳ（Steel Use Stainless）３０４からなる板材である。ワイヤＷの一例は、日本産業規格（Japanese Industrial Standards：ＪＩＳ） Ｚ ３２３２で規定されるＡ５１８３からなるワイヤである。なお、Ａ５１８３は、国際標準化機構（International Organization for Standardization：ＩＳＯ）によって規定されるＡｌ５１８３に対応する。

まず、図４に示されるように、鉄系材料からなるベース材５１を用意する（ステップＳ１１）。図４の例では、ベース材５１は、板状の部材であるが、板状の部材でなくてもよい。一例では、ベース材５１が、ワイヤＷを鉄系材料のワイヤとした積層造形装置１００によって製造されたものであってもよい。従来の技術のように、ベース材５１の表面には、亜鉛系被覆層は形成されていない。

次いで、図５に示されるように、ベース材５１の表面の一部である積層面に液状のフラックス５２ａを塗布する（ステップＳ１２）。一例では、市販の粉末状のフラックスと水とを重量比で１：２となるように混合し、液状のフラックス５２ａが形成される。刷毛、スプレーガン等の方法で液状のフラックス５２ａはベース材５１の積層面に塗布される。スプレーガンを用いた塗布では、ベース材５１上に均一に液状のフラックス５２ａを塗布することができる。積層面は、被加工物の単位ビードが形成される面である。また、ステップＳ１２の工程は、第１フラックス塗布工程に対応する。

その後、液状のフラックス５２ａを塗布したベース材５１を炉に搬送し、ベース材５１を定められた加熱条件で加熱する（ステップＳ１３）。これによって、図６に示されるように、ベース材５１の液状のフラックス５２ａは、乾燥、固化され、ベース材５１の積層面上にフラックス層５２が形成される。一例では、熱処理雰囲気は大気中であり、加熱温度は１００℃であり、加熱時間は１５分である加熱条件で、ベース材５１は加熱される。その後、室温まで冷却する。フラックス層５２は、第１フラックス層に対応する。また、ステップＳ１３の工程は、第１フラックス固化工程に対応する。

加熱によって形成されるフラックス層５２の厚さは、特に限定はないが、厚い方が望ましい。一例では、ステップＳ１３で所望の厚さのフラックス層５２が得られるように、ステップＳ１２で液状のフラックス５２ａを塗布することができる。他の例で、所望の厚さのフラックス層５２が得られるように、ステップＳ１２からステップＳ１３までの処理を複数回実行してもよい。複数回に分けてフラックス層５２を形成することで、フラックス層５２の均一性を高めることができる。

次いで、フラックス層５２を形成したベース材５１を、積層造形装置１００のステージ１１上に載置する（ステップＳ１４）。その後、図７に示されるように、積層造形装置１００を用いて、レーザビームＬを照射し、フラックス層５２上に供給されるワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融させ、ベース材５１上に溶融したワイヤＷを濡れ拡がらせて凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層５３を積層する（ステップＳ１５）。すなわち、フラックス層５２上に供給されるワイヤＷおよびフラックス層５２にレーザビームＬを照射し、ワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層５３を積層する。レーザビームＬは、ワイヤＷの先端部に供給される。第１アルミニウム含有金属層５３は、複数の単位ビードが並列に配列されることによって構成される。ここで使用されるワイヤＷは、フラックスを含有せず、アルミニウムを含有する金属のワイヤである。ワイヤＷは、第１ワイヤに対応する。また、ステップＳ１５の処理は、第１積層工程に対応する。

ステップＳ１５における積層造形装置１００での処理についてさらに詳細に説明する。フラックス層５２を形成したベース材５１を積層造形装置１００のステージ１１上に載置し、固定する。その後、制御装置２１は、加工ヘッド１２を加工プログラムに従った位置に移動させ、ワイヤノズル１２２からワイヤＷを加工点に供給するように、ワイヤスプール１７の回転モータ１８を制御する。また、制御装置２１は、ガスノズル１２３からシールドガスＧを噴射させるようにガス供給装置１５を制御するとともに、ビームノズル１２１からレーザビームＬを出射させるようにレーザ発振器１３を制御する。このとき、制御装置２１は、鉄系材料の融点よりも低い温度で、フラックスが溶融する温度となるように、レーザビームＬの出力を制御する。

レーザビームＬの照射によってフラックス層５２が溶融する。このとき、ベース材５１は溶融しない。溶融したフラックスは、ベース材５１の表面に付着している酸化物等を除去する。これによって、ベース材５１の表面は清浄な表面となり、別の材料、すなわちアルミニウム系材料と結合しやすくなる。また、溶融したフラックスは、溶融したワイヤＷ、すなわち溶融したアルミニウム系材料の濡れ性を向上させ、下地のベース材５１とアルミニウム系材料とを結合しやすくさせる。

加工ヘッド１２が移動し、レーザビームＬの照射位置がずれると、それまでのレーザビームＬの照射位置における溶融したアルミニウム系材料は、ベース材５１上で凝固し、第１アルミニウム含有金属層５３となる。このとき、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面には、２μｍ以下の鉄とアルミニウムとを含む金属間化合物層が形成される。この薄い金属間化合物層によって、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間の強固な結合が維持される。

なお、金属間化合物層は、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面に存在しないと、両者を結合することができない。このため、ある程度の厚さの金属間化合物層は必要である。ただし、金属間化合物層の厚さが約２μｍよりも大きくなると、積層造形物に衝撃が加わったときに、金属化合物層が割れ、剥離してしまい、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間の接合が失われてしまう。このため、金属間化合物層は２μｍ以下、さらには１μｍ以下であることが望ましい。

また、フラックスを介さずにアルミニウム系材料であるワイヤＷと鉄系材料であるベース材５１とをレーザビームＬの照射によって一緒に溶融させてしまうと、界面に２μｍよりも厚い金属間化合物層が形成されてしまう。このように２μｍよりも厚い金属間化合物層が存在すると、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面の接合が弱くなってしまう。このため、実施の形態１では、鉄系材料の融点よりも低い融点を有するフラックス層５２をベース材５１の上に形成している。これによって、鉄系材料を溶融させずに、フラックスを溶融させるようにすることで、鉄系材料の上に溶融したアルミニウム系材料を濡れ拡がらせることが可能となる。また、鉄系材料が溶融しないので、アルミニウム系材料との過度の反応が抑えられ、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面に２μｍ以下の薄い厚さの金属間化合物層を形成することができる。

このようにして、ベース材５１を溶融させずに、フラックス層５２を溶融させ、溶融させたワイヤＷを溶融したフラックス層５２に流し込むことで、溶融させたワイヤＷ、すなわち溶融したアルミニウム系材料のベース材５１に対する濡れ性が改善される。この結果、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３とが強固に接合される。なお、図７に示されるように、レーザビームＬが照射されない領域では、ワイヤＷは供給されないので、フラックス層５２は、そのまま残る状態となっている。

第１アルミニウム含有金属層５３の形成後、図８に示されるように、レーザビームＬを照射し、下地層上に供給されるワイヤＷを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層５４を１層以上積層する（ステップＳ１６）。すなわち、下地層上に供給されるワイヤＷにレーザビームＬを照射し、ワイヤＷを溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層５４を下地層上に１層以上積層する。この例では、レーザビームＬは、下地層にも照射され、ワイヤＷと下地層の一部とが溶融、凝固して第２アルミニウム含有金属層５４が積層される。ステップＳ１６では、ワイヤＷの供給の前に、下地層の第１アルミニウム含有金属層５３の積層面にフラックス層５２の形成を行わない。これは、下地層が鉄系材料であるベース材５１ではないため、第１アルミニウム含有金属層５３上に第２アルミニウム含有金属層５４を形成しても、問題となる金属間化合物層が形成されないためである。このため、この例では、レーザビームＬの照射によって、ワイヤＷとともに下地層の一部も溶融、凝固される。なお、第１アルミニウム含有金属層５３上に第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合には、下地層は第１アルミニウム含有金属層５３となる。第２アルミニウム含有金属層５４上に第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合には、直前に形成された第２アルミニウム含有金属層５４が下地層となる。ステップＳ１６で使用されるワイヤＷは、第２ワイヤに対応するが、実施の形態１では、第１ワイヤと同じものである。ここでは、ワイヤＷは、フラックスを含有せず、アルミニウムを含有する金属のワイヤである。また、ステップＳ１６の処理は、第２積層工程に対応する。

そして、ステップＳ１６の第２アルミニウム含有金属層５４の形成を定められた回数実行することで、積層造形物が製造される。以上で、積層造形方法が終了する。

実施の形態１では、鉄系材料のベース材５１の上に液状のフラックス５２ａを塗布した後、ベース材５１を炉内に搬送し、加熱、乾燥させることによってフラックス層５２を形成する。その後、ベース材５１を積層造形装置１００に搬送し、アルミニウム系材料のワイヤＷをベース材５１上に供給しながら、ワイヤＷの供給位置に、ベース材５１の融点よりも低くフラックスの融点よりも高くなるように出力が調整されたレーザビームＬを照射する。これによって、ベース材５１は溶融せずに、フラックス層５２が溶融し、溶融したフラックスに溶融したワイヤＷが流れ込むことで、ワイヤＷ、すなわちアルミニウ系材料がベース材５１上に濡れ拡がる。そして、ワイヤＷの供給位置およびレーザビームＬの照射位置を変えていくことで、アルミニウ系材料が凝固し、第１アルミニウム含有金属層５３がベース材５１上に形成される。この結果、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間で強固な結合が形成される。つまり、積層造形方法によって、アルミニウム系材料と鉄系材料という溶融接合が非常に困難な材料を用いた場合にも、鉄系材料とアルミニウム系材料との異種材料の接合部で、従来に比して強固な接合を実現することができるという効果を有する。

実施の形態２．
実施の形態１では、ベース材５１に液状のフラックス５２ａを塗布して、炉内でフラックスを加熱して固化させ、フラックス層５２を形成した後に、ベース材５１を積層造形装置１００に搬送して、３次元の積層造形物を製造していた。このため、ベース材５１をフラックスの塗布装置、炉および積層造形装置１００の順に移動させなければならない。実施の形態２では、積層造形装置１００のみで、鉄系材料のベース材５１を溶融することなく、アルミニウム系材料を積層させることができる積層造形方法について説明する。

図９は、実施の形態２に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１と異なる部分について説明する。実施の形態２に係る積層造形装置１００ａは、複数のワイヤＷ，Ｗａの供給機構を有する点が、実施の形態１の積層造形装置１００と異なる。すなわち、実施の形態２では、積層造形装置１００ａは、加工ヘッド１２に代えて加工ヘッド１２ａを備え、ワイヤスプール１７ａと、回転モータ１８ａと、をさらに備える。

加工ヘッド１２ａは、ビームノズル１２１、ワイヤノズル１２２およびガスノズル１２３に加えて、さらにワイヤノズル１２２ａを有する。ワイヤノズル１２２ａは、加工点へ向けてワイヤＷａを進行させる。加工ヘッド１２ａの中心を通るＺＸ面内において、ワイヤノズル１２２は、ビームノズル１２１のＸ軸正方向に配置され、ワイヤノズル１２２ａはビームノズル１２１のＸ軸負方向に配置される。ワイヤノズル１２２ａは、ワイヤノズル１２２と同様に被加工物におけるレーザビームＬの照射位置へ向けてワイヤＷａを進行させる。ビームノズル１２１とワイヤノズル１２２とワイヤノズル１２２ａとガスノズル１２３とは、加工ヘッド１２ａに固定されることにより、互いの位置関係が一意に定められている。すなわち、ビームノズル１２１とガスノズル１２３とワイヤノズル１２２とワイヤノズル１２２ａとの相対位置は、固定されている。

ワイヤスプール１７ａは、ワイヤＷとは異なる材料の供給源であり、ワイヤＷａが巻き付けられている。回転モータ１８ａは、ワイヤスプール１７ａを回転軸の周りに回転させる。回転モータ１８ａの一例は、サーボモータである。回転モータ１８ａの駆動に伴ってワイヤスプール１７ａが回転することによって、ワイヤＷａはワイヤスプール１７ａから繰り出される。ワイヤスプール１７ａから繰り出されたワイヤＷａは、ワイヤノズル１２２ａを通されて、レーザビームＬの照射位置、すなわち加工点へ供給される。また、ワイヤＷａをワイヤスプール１７ａから繰り出す場合とは逆方向に回転モータ１８ａを回転させることにより、加工点へ供給されたワイヤＷａをレーザビームＬの照射位置から引き抜くことができる。この場合、ワイヤスプール１７ａから繰り出されているワイヤＷａにおけるワイヤスプール１７ａ側の一部がワイヤスプール１７ａに巻き取られる。回転モータ１８ａ、ワイヤスプール１７ａおよびワイヤノズル１２２ａと、により、被加工物へ材料を供給する第１材料供給部が構成され、回転モータ１８、ワイヤスプール１７およびワイヤノズル１２２と、により、被加工物へ材料を供給する第２材料供給部が構成される。

なお、ワイヤノズル１２２ａには、ワイヤスプール１７ａからワイヤＷａを引き出すための動作機構が設けられてもよい。積層造形装置１００ａは、回転モータ１８ａとワイヤノズル１２２ａの動作機構との少なくとも一方が設けられることによって、加工点へワイヤＷａを供給可能とする。図９では、ワイヤノズル１２２ａの動作機構の図示を省略している。

実施の形態２では、ワイヤスプール１７には、フラックスを含有せず、アルミニウムを含有する金属のワイヤＷが巻き付けられ、ワイヤスプール１７ａには、アルミニウムおよびフラックスを含有する金属のワイヤ、すなわちフラックスコアードワイヤＷａが巻き付けられる。以下では、ワイヤＷａは、フラックスコアードワイヤＷａとも称される。フラックスコアードワイヤＷａはフラックス含有金属ワイヤに対応し、ワイヤＷは金属ワイヤに対応する。ワイヤノズル１２２からは、ワイヤＷが供給され、ワイヤノズル１２２ａからは、フラックスコアードワイヤＷａが供給される。一例では、ワイヤＷは、５０００系のアルミニウム合金からなるワイヤであり、フラックスコアードワイヤＷａは、ワイヤの中にフラックスが入れられたワイヤである。

制御装置２１は、ベース材５１上に第１アルミニウム含有金属層５３を形成する場合には、ステージ１１上のベース材５１にフラックスコアードワイヤＷａを供給するように第１材料供給部を制御するとともに、レーザビームＬの照射によってフラックスコアードワイヤＷａを溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層５３を形成するように照射部を制御する。これによって、ベース材５１上に第１アルミニウム含有金属層５３が形成される。制御装置２１は、第１アルミニウム含有金属層５３の形成が終了すると、フラックスコアードワイヤＷａを巻き取る。また、制御装置２１は、下地層上にワイヤＷを供給するように第２材料供給部を制御するとともに、レーザビームＬの照射によってワイヤＷを溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層５４を１層以上形成するように照射部を制御する。これによって、第１アルミニウム含有金属層５３上に第２アルミニウム含有金属層５４が形成される。

次に、実施の形態２に係る積層造形方法について説明する。なお、積層造形方法によって３次元の積層造形物が製造されるので、以下に説明する積層造形方法は、積層造形物の製造方法でもある。図１０は、実施の形態２に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。

ここでは、鉄系材料からなるベース材５１上に、アルミニウム系材料にフラックスが入れられたワイヤＷａとアルミニウム系材料からなるワイヤＷとを供給して、積層造形方法によって、３次元の積層造形物を製造する場合を例に挙げて説明する。ベース材５１の一例は、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４からなる板材である。ワイヤＷの一例は、ＪＩＳ Ｚ ３２３２で規定されるＡ５１８３からなるワイヤである。ワイヤＷａの一例は、フラックスコアードワイヤである。

まず、鉄系材料からなるベース材５１を用意し、積層造形装置１００ａのステージ１１上に載置する（ステップＳ３１）。ベース材５１は、板状の部材であってもよいし、板状の部材でなくてもよい。一例では、ベース材５１が、ワイヤＷを鉄系材料のワイヤとした積層造形装置１００ａによって製造されたものであってもよい。

次いで、レーザビームＬを照射し、ベース材５１上に供給されるフラックスコアードワイヤＷａを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層５３を積層する（ステップＳ３２）。つまり、ベース材５１上に供給されるフラックスコアードワイヤＷａにレーザビームＬを照射し、フラックスコアードワイヤＷａを溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層５３をベース材５１上に積層する。このように、ステップＳ３２では、制御装置２１は、ワイヤノズル１２２ａからフラックスコアードワイヤＷａをベース材５１上に供給し、ワイヤノズル１２２からはワイヤＷを供給しないように、ワイヤスプール１７ａの回転モータ１８ａおよびワイヤスプール１７の回転モータ１８を制御する。なお、第１アルミニウム含有金属層５３は、１層でもよいし、複数層積層させてもよい。４層目以降では、フラックスコアードワイヤＷａを用いない通常のワイヤＷで、下層の第１アルミニウム含有金属層５３を溶融させるような照射条件でレーザビームＬを照射しても、レーザビームＬの照射による熱がベース材５１と１層目の第１アルミニウム含有金属層５３との界面まで伝わりにくい。このため、一例では、第１アルミニウム含有金属層５３は、１層から３層までの範囲で単位ビードの層を積層させたものとすることができる。つまり、フラックスコアードワイヤＷａを用いて第１アルミニウム含有金属層５３を形成する場合には、フラックスコアードワイヤＷａの溶融、凝固によって形成される単位ビードの層を１層から３層までの範囲で形成することが望ましい。ステップＳ３２の処理は、第１積層工程に対応する。

フラックスコアードワイヤＷａをベース材５１上で溶融、凝固させることでも、実施の形態１の場合と同様に、溶融したフラックスコアードワイヤＷａがベース材５１上に濡れ拡がり、２μｍ以下の厚さの金属間化合物層を介して、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３とが強固に接合される。

第１アルミニウム含有金属層５３を形成した後、フラックスコアードワイヤＷａを巻き取る（ステップＳ３３）。すなわち、制御装置２１は、ワイヤスプール１７ａの回転モータ１８ａを、フラックスコアードワイヤＷａを供給する方向とは逆方向に回転させるように制御する。

その後、レーザビームＬを照射し、下地層上に供給されるワイヤＷを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層５４を１層以上積層する（ステップＳ３４）。つまり、下地層上に供給されるワイヤＷおよび下地層の一部にレーザビームＬを照射し、ワイヤＷおよび下地層の一部を溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層５４を１層以上積層する。ステップＳ３４の処理は、第２積層工程に対応する。

そして、ステップＳ３４の第２アルミニウム含有金属層５４の形成を定められた回数実行することで、積層造形物が製造される。以上で、積層造形方法が終了する。

なお、ステップＳ３１でフラックスコアードワイヤＷａのフラックスの量が足りない場合には、実施の形態１と組み合わせてもよい。この場合には、ステップＳ３１では、液状のフラックス５２ａを塗布し、乾燥させてフラックス層５２を形成したベース材５１を積層造形装置１００ａのステージ１１に載置して、図１０に示される手順を実行すればよい。この場合には、ベース材５１上にフラックス層５２を形成するので、フラックスコアードワイヤＷａに含まれるフラックスの量が足りない場合でも、ベース材５１上に十分な量の溶融したフラックスを形成することができ、ベース材５１上にアルミニウム系材料を濡れ拡がらせることが可能となる。

また、一例では所望の組成を有するフラックスコアードワイヤＷａが調達しにくい場合もある。このような場合には、第２アルミニウム含有金属層５４の組成と異なるアルミニウム系材料からなる第１アルミニウム含有金属層５３を形成してもよい。一例では、ワイヤスプール１７ａには、ワイヤスプール１７に巻き付けられているワイヤＷの組成とは異なるアルミニウ系材料からなるフラックスコアードワイヤＷａを巻き付ける。一例では、ワイヤＷがＡ５１８３などの５０００系のアルミニウム系ワイヤである場合には、フラックスコアードワイヤＷａは、ＪＩＳ Ｚ ３２３２で規定されるＡ４０４３，Ａ４０４７等の４０００系と称されるフラックスコアードワイヤを用いることができる。フラックスコアードワイヤＷａに４０００系のフラックスコアードワイヤを用いる場合には、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面には、アルミニウム－シリコン－鉄のシリコンを含んだ３元系の金属間化合物層が生成される。

この場合には、ステップＳ３２でフラックスコアードワイヤＷａを用いて、１層から３層までの範囲で単位ビードを並列させて積層した第１アルミニウム含有金属層５３を形成する。また、ステップＳ３４でワイヤＷを用いて第２アルミニウム含有金属層５４を形成する。第１アルミニウム含有金属層５３は、１層から３層までの範囲であるので、第２アルミニウム含有金属層５４の全体の厚さに比べて非常に薄いため、多少の組成の違いが存在しても積層造形物への影響は小さい。

実施の形態２では、アルミニウム系金属にフラックスが入れられたフラックスコアードワイヤＷａを鉄系材料のベース材５１上に供給し、レーザビームＬによってフラックスコアードワイヤＷａを溶融、凝固させて第１アルミニウム含有金属層５３を形成する。その後、アルミニウ系材料からなるワイヤＷを第１アルミニウム含有金属層５３上に供給し、レーザビームＬによってワイヤＷおよび下層の第１アルミニウム含有金属層５３を溶融、凝固させて第２アルミニウム含有金属層５４を形成した。これによっても、実施の形態１と同様に、積層造形方法によって、アルミニウム系材料と鉄系材料という溶融接合が非常に困難な材料を用いた場合にも、鉄系材料とアルミニウム系材料との異種材料の接合部で、従来に比して強固な接合を実現することができるという効果を有する。

また、実施の形態２では、ベース材５１上に液状のフラックス５２ａを塗布し、炉にて加熱して乾燥、固化させるという工程を省略することができる。この結果、実施の形態１に比して、積層造形物の製造に要する時間を短縮することが可能になるという効果も有する。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、ベース材５１上に第１アルミニウム含有金属層５３を形成した後、アルミニウ系材料のワイヤＷを供給し、溶融、凝固させて第２アルミニウム含有金属層５４を形成している。アルミニウム含有金属層上にアルミニウム含有金属層を積層する場合には、金属間化合物層の生成を気にする必要がない。しかし、アルミニウム含有金属層上にアルミニウム含有金属層を形成する場合には、下層のアルミニウム含有金属層も溶融させなければならないため、レーザビームＬの出力を大きくしなければならない。レーザビームＬの出力が大きい場合には、熱がベース材５１上の１層目の第１アルミニウム含有金属層５３に伝わってしまう。そして、この熱によって、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間に形成された薄い金属間化合物層が成長し、より厚くなってしまう。金属間化合物層が厚くなると、積層造形物に加わる衝撃によって、割れやすくなり、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間の接合が失われてしまう。そこで、第２アルミニウム含有金属層５４の形成の際に、レーザビームＬの出力を抑えることができる積層造形方法について説明する。

図１１は、実施の形態３に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１と異なる部分について説明する。実施の形態３に係る積層造形装置１００ｂは、フラックス塗布装置２２と、塗布駆動装置２３と、フラックス固化装置２４と、固化駆動装置２５と、をさらに備える。

フラックス塗布装置２２は、ステージ１１上に載置される被加工物の積層面に液状のフラックス５２ａを塗布する。一例では、フラックス塗布装置２２は、液状のフラックス５２ａを被加工物の積層面上に滴下または噴射する。被加工物は、ベース材５１、第１アルミニウム含有金属層５３が形成されたベース材５１、または第２アルミニウム含有金属層５４および第１アルミニウム含有金属層５３が形成されたベース材５１である。

塗布駆動装置２３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へフラックス塗布装置２２を移動させる。塗布駆動装置２３は、Ｘ軸方向へのフラックス塗布装置２２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｙ軸方向へのフラックス塗布装置２２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｚ軸方向へのフラックス塗布装置２２の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、を有する。塗布駆動装置２３は、３軸のそれぞれの方向の並進運動を可能とする動作機構である。図１１では、各サーボモータの図示を省略している。積層造形装置１００ｂは、塗布駆動装置２３によりフラックス塗布装置２２を移動させることで、被加工物における液状のフラックス５２ａの塗布位置を移動させることができる。積層造形装置１００ｂは、ステージ１１を移動させることによって、あるいはフラックス塗布装置２２およびステージ１１の両方を移動させることによって、被加工物における液状のフラックス５２ａの塗布位置を移動させてもよい。フラックス塗布装置２２と塗布駆動装置２３とによって、液状のフラックス５２ａを塗布するフラックス塗布部が構成される。

フラックス固化装置２４は、被加工物の積層面上に塗布された液状のフラックス５２ａに熱風を当てることによって、液状のフラックス５２ａを固化させる装置である。フラックス固化装置２４の一例は、空気を温めて被加工物の積層面に吹き出させるドライヤである。他の例では、フラックス固化装置２４は、液状のフラックス５２ａの固化温度以上の温度の物体を液状のフラックス５２ａに接近させて配置することによって、液状のフラックス５２ａを固化させる装置であってもよい。

固化駆動装置２５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へフラックス固化装置２４を移動させる。固化駆動装置２５は、Ｘ軸方向へのフラックス固化装置２４の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｙ軸方向へのフラックス固化装置２４の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｚ軸方向へのフラックス固化装置２４の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、を有する。固化駆動装置２５は、３軸のそれぞれの方向の並進運動を可能とする動作機構である。図１１では、各サーボモータの図示を省略している。積層造形装置１００ｂは、固化駆動装置２５によりフラックス固化装置２４を移動させることで、被加工物におけるフラックスの加熱位置を移動させることができる。積層造形装置１００ｂは、ステージ１１を移動させることによって、あるいはフラックス固化装置２４およびステージ１１の両方を移動させることによって、被加工物におけるフラックスの加熱位置を移動させてもよい。フラックス固化装置２４と固化駆動装置２５とによって、液状のフラックス５２ａを乾燥させる加熱部が構成される。

制御装置２１は、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合には、下地層の表面の一部である積層面上に対して液状のフラックス５２ａを塗布するように、フラックス塗布部の動作を制御する。また、制御装置２１は、積層面に塗布された液状のフラックス５２ａを加熱し、液状のフラックス５２ａが固化した層であるフラックス層５２を形成するように加熱部の動作を制御する。この例では、フラックス塗布装置２２による液状のフラックス５２ａの塗布の完了後に、フラックス固化装置２４からの熱風を液状のフラックス５２ａに吹き出させる。下地層は、単位ビードが形成される下層の層であり、新たに堆積物５５を形成する直前に形成された堆積物５５である。また、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する際に形成されるフラックス層５２は、第２フラックス層に対応する。

なお、ここでは、フラックス固化装置２４がドライヤである場合を例に挙げたが、塗布された液状のフラックス５２ａにレーザビームＬを照射して液状のフラックス５２ａを固化してもよい。この場合には、フラックス固化装置２４および固化駆動装置２５は、ビームノズル１２１およびヘッド駆動装置１９で代用されることになる。制御装置２１は、液状のフラックス５２ａが乾燥する程度の出力のレーザビームＬを液状のフラックス５２ａを塗布した領域に走査しながら照射するように制御する。

また、ベース材５１上に第１アルミニウム含有金属層５３を形成する際にも、フラックス塗布装置２２によって液状のフラックス５２ａをベース材５１上に塗布し、フラックス固化装置２４によって液状のフラックス５２ａを固化させてフラックス層５２を形成してもよい。この場合には、制御装置２１は、ステージ１１上のベース材５１の表面の一部である積層面に液状のフラックス５２ａを塗布するように、フラックス塗布部を制御する。制御装置２１は、ベース材５１上に塗布した液状のフラックス５２ａを加熱してフラックス層５２を形成するように、加熱部を制御する。制御装置２１は、フラックス層５２上にワイヤＷを供給するように材料供給部を制御するとともに、レーザビームＬの照射によってベース材５１を溶融させずに、ワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層５３を形成するように照射部を制御する。制御装置２１は、第１アルミニウム含有金属層５３の形成後に、下地層の表面の一部である積層面上に、液状のフラックス５２ａを塗布するように、フラックス塗布部を制御する。制御装置２１は、積層面に塗布された液状のフラックス５２ａを加熱して乾燥させた層であるフラックス層５２を形成するように、加熱部を制御する。制御装置２１は、フラックス層５２上にワイヤＷを供給するように材料供給部を制御するとともに、レーザビームＬの照射によって、ワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層５４を形成するように照射部を制御する。これによって、実施の形態１のように積層造形装置１００とは別の場所で液状のフラックス５２ａを塗布し、乾燥させてフラックス層５２を形成する必要がなく、積層造形装置１００ｂでこれらの処理を行うことが可能となる。

次に、実施の形態３に係る積層造形方法について説明する。なお、積層造形方法によって３次元の積層造形物が製造されるので、以下に説明する積層造形方法は、積層造形物の製造方法でもある。図１２は、実施の形態３に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、実施の形態１の図３のステップＳ１６または実施の形態２の図１０のステップＳ３４の第２アルミニウム含有金属層５４の形成処理の詳細を示している。つまり、第１アルミニウム含有金属層５３が形成された状態からの積層造形方法を説明する。

まず、下地層の表面の一部である積層面上に、フラックス塗布装置２２は液状のフラックス５２ａを塗布する（ステップＳ５１）。つまり、制御装置２１は、下地層上に液状のフラックス５２ａが塗布されるように、フラックス塗布部を制御する。なお、最初に第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合には、下地層は第１アルミニウム含有金属層５３となる。ステップＳ５１の処理は、第２フラックス塗布工程に対応する。

液状のフラックス５２ａの塗布が完了した後、フラックス固化装置２４は、積層面に塗布された液状のフラックス５２ａを固化させたフラックス層５２を形成する（ステップＳ５２）。液状のフラックス５２ａの固化は、加熱して乾燥させることによって行われる。図１１の例では、フラックス固化装置２４は、第１アルミニウム含有金属層５３上の液状のフラックス５２ａに熱風を送風する。つまり、制御装置２１は、塗布された液状のフラックス５２ａにフラックス固化装置２４からの熱風を当てるように加熱部を制御する。これによって、液状のフラックス５２ａが固化したフラックス層５２が形成される。ステップＳ５２で形成されるフラックス層５２は、第２フラックス層に対応する。ステップＳ５２は、第２フラックス固化工程に対応する。

その後、レーザビームＬを照射し、フラックス層５２上に供給されるワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融させ、下地層上に溶融したワイヤＷを濡れ拡がらせて凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層５４を形成する（ステップＳ５３）。つまり、フラックス層５２上に供給されるワイヤＷおよびフラックス層５２にレーザビームＬを照射し、ワイヤＷおよびフラックス層５２を溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層５４を形成する。このとき、下地層の第１アルミニウム含有金属層５３は溶融せず、フラックス層５２が溶融する程度のレーザビームＬの出力とされる。これによって、溶融したフラックスに、溶融したアルミニウム系材料が流し込まれることになる。溶融したアルミニウム系材料は、溶融したフラックスに沿って、下地層上を濡れ拡がる。そして、レーザビームＬの照射位置がずれることで、濡れ拡がったアルミニウム系材料は凝固し、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する。

このように、下地層の第１アルミニウム含有金属層５３を溶融する必要がなく、第１アルミニウム含有金属層５３よりも融点の低いフラックス層５２を溶融すればよいため、実施の形態１，２の場合に比してレーザビームＬの出力を低下させることができる。

以上のステップＳ５１からステップＳ５３までの処理が、第２アルミニウム含有金属層５４が所望の層数になるまで繰り返し実行され、積層造形物が製造される。なお、２層目以降の第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合には、下地層は直前に形成した第２アルミニウム含有金属層５４となる。積層造形物が製造された後、処理が終了する。

第１アルミニウム含有金属層５３上に第２アルミニウム含有金属層５４を形成する場合に、レーザビームＬの出力を下げる他の方法について説明する。図１３は、実施の形態３に係る積層造形装置の構成の他の例を模式的に示す図である。なお、図１および図１１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１および図１１と異なる部分について説明する。積層造形装置１００ｃは、図１１の構成に、ホットワイヤ電源２６と、電流ケーブル２７と、絶縁部材２８と、をさらに備える。

ホットワイヤ電源２６は、金属のワイヤＷを融点付近まで加熱させるための高電流を発生させる電源である。ホットワイヤ電源２６は、ワイヤＷとベース材５１との間に電流を流す。電流ケーブル２７の１つは、ホットワイヤ電源２６とワイヤノズル１２２とを接続する。電流ケーブル２７の他の１つは、ホットワイヤ電源２６とベース材５１とを接続する。ホットワイヤ電源２６からの電流が電流ケーブル２７を通じてワイヤノズル１２２に流れると、ワイヤノズル１２２に接触するワイヤＷに電流が流れる。これによって、ワイヤＷが加熱される。絶縁部材２８は、ステージ１１とベース材５１とを絶縁する。造形処理中には、ワイヤノズル１２２とベース材５１との間に電流が流れ、この電流がステージ１１よりも下の部材に流れないようにするために、絶縁部材２８が設けられる。

ワイヤＷには電気抵抗が存在することから、ワイヤＷに電流が流れることによって、ワイヤＷにジュール熱が発生する。ワイヤＷの温度は、ジュール熱によって上昇する。つまり、ワイヤＷに電流を流して、ワイヤＷを加熱する。図１３の場合には、ワイヤＷに照射されるレーザビームＬとワイヤＷに発生するジュール熱とが、ワイヤＷを溶融させる熱源となる。積層造形装置１００ｃは、レーザビームＬによる加熱にジュール熱が加わることによってワイヤＷの溶融が促進され、加工速度を向上できる。加工速度を向上させるためには、ジュール熱によってワイヤＷの融点付近までワイヤＷを加熱することが望ましい。また、ジュール熱がワイヤＷに加えられるため、ワイヤＷを溶融させるためのレーザビームＬの出力を制限することができる。この結果、レーザビームＬの照射による被加工物への過剰な入熱が抑制される。

さらに、ワイヤＷを被加工物上に供給する場合には、ワイヤＷの先端が被加工物と接触する。フラックス層５２を形成している場合には、ワイヤＷの先端がフラックス層５２に接触した状態でワイヤＷが供給されると、固いワイヤＷがフラックス層５２を引っ掻いてしまう状態となる。この結果、フラックス層５２が剥離してしまう可能性があった。しかし、ワイヤＷに電流を流すことで、ワイヤＷがジュール熱で柔らかくなる。この結果、ワイヤＷの先端がフラックス層５２と接触した状態でワイヤＷが供給される場合でも、ワイヤＷがフラックス層５２を引っ掻いてしまうことを抑制し、フラックス層５２の剥離が抑制される。

制御装置２１は、フラックス層５２上にワイヤＷを供給する際に、ワイヤＷとステージ１１との間に電流が流れるように、ホットワイヤ電源２６を制御する。

なお、図１３では、図１１の積層造形装置１００ｂに、ホットワイヤ電源２６と、電流ケーブル２７と、絶縁部材２８と、を設ける構成としたが、図１または図９の積層造形装置１００，１００ａに、ホットワイヤ電源２６と、電流ケーブル２７と、絶縁部材２８と、を設ける構成としてもよい。

実施の形態３では、積層造形装置１００ｂ，１００ｃが、液状のフラックス５２ａを塗布するフラックス塗布装置２２と、フラックス塗布装置２２を駆動する塗布駆動装置２３と、塗布した液状のフラックス５２ａを固化させるフラックス固化装置２４と、フラックス固化装置２４を駆動する固化駆動装置２５と、をさらに備えるようにした。これによって、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する際に、液状のフラックス５２ａの塗布のためにベース材５１を移動させる必要がなくなる。つまり、ベース材５１を移動させずに、積層造形装置１００ｂ，１００ｃでフラックスを塗布し、塗布したフラックスを乾燥させることが可能となる。この結果、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する際に、下地層のアルミニウム含有金属層を溶融させなくてもよいので、レーザビームＬの出力を低下させることができる。レーザビームＬの出力を低下させることができるので、レーザビームＬの照射による熱がベース材５１上の１層目の第１アルミニウム含有金属層５３まで伝わることを抑えることができる。第１アルミニウム含有金属層５３まで熱が伝わりにくくなるため、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面の金属間化合物層の成長が抑制される。これによって、積層造形物に衝撃が加えられた場合でも、金属間化合物層が割れることによって、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との間の接合が失われてしまうことを抑制することができる。

また、第２アルミニウム含有金属層５４を形成するたびに、フラックス層５２の形成のためにベース材５１を積層造形装置１００ｂ，１００ｃのステージ１１から取り外す場合には、再度ステージ１１にベース材５１を載置する場合に、位置ずれが生じてしまう。この結果、第２アルミニウム含有金属層５４の形成位置にもずれが生じ、所望の形状の積層造形物の製造が困難となっていた。しかし、実施の形態３では、第２アルミニウム含有金属層５４の形成時に、フラックス層５２の形成のために積層造形装置１００ｂ，１００ｃのステージ１１上に一度載置したベース材５１を取り外す必要がない。ベース材５１の再載置が生じないため、位置ずれのない所望の形状の積層造形物を製造することができるという効果を有する。

さらに、実施の形態３では、ワイヤＷに電流を流し、加熱するようにした。これによって、レーザビームＬの出力を低下させながら、ワイヤＷを溶融させることができる。また、ワイヤＷに流れる電流によるジュール熱でワイヤＷが軟化し、ワイヤＷの先端でフラックス層５２を傷つけたり、フラックス層５２が剥離したりすることが抑制可能となる。

実施の形態４．
実施の形態３では、第２アルミニウム含有金属層５４を形成する際に、積層面に液状のフラックス５２ａを塗布することで、あるいは供給されるワイヤＷに電流を流すことで、レーザビームＬの出力を制限する例を挙げた。実施の形態４では、ビーム径を大きくしてレーザビームＬのエネルギ密度を下げる場合を説明する。

図１４は、実施の形態４に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１と異なる部分について説明する。実施の形態４に係る積層造形装置１００ｄは、ファイバケーブル１４と加工ヘッド１２のビームノズル１２１との間に成形光学系２９をさらに備える。成形光学系２９は、ファイバケーブル１４から出力されるレーザビームＬのプロファイルを成形する素子である。一例では、成形光学系２９は、レーザビームＬのビーム径を広げ、レーザビームＬの強度分布を均一化する。成形光学系２９から出力されるレーザビームＬは、ビームノズル１２１に入射する。実施の形態４では、ファイバケーブル１４から出力されるレーザビームＬのビーム径を広げ、均一な強度分布となるように成形されたレーザビームＬが使用される。

成形光学系２９として、フライアイレンズ、非球面レンズ、回折光学素子（Diffractive Optical Elements：ＤＯＥ）、カレイドスコープ、多面プリズム等を用いることができる。また、成形光学系２９として、ガルバノミラーのようなスキャナを用いることもできる。

フライアイレンズは、蝿の目のようにレンズがアレイ状に配列した光学素子である。フライアイレンズによって、均一な強度分布のビームプロファイルを形成することができる。また、フライアイレンズによって、矩形のビームプロファイルを形成することができる。

非球面レンズは、周辺部と中央部との形状が異なるため、それぞれの領域を通過したレーザビームＬの集光特性の違いを利用して、均一な強度分布のビームプロファイルを形成する光学素子である。非球面レンズは、一例では円形の均一ビームを形成するときに用いられる。

回折光学素子は、光学基板の表面に波長オーダの凹凸を形成することで意図的に回折現象を起こし、円形状、矩形状またはライン状の均一な強度分布のビームプロファイルを形成する光学素子である。

カレイドスコープは、一例では４枚の鏡を鏡面を内側にして矩形に組み合わせることで、強度分布が均一な矩形状のビームプロファイルを形成する光学素子である。

多面プリズムは、入射光に対して出射面でのビームの屈折角の違いによって強度分布が均一な所望の形状のビームプロファイルを形成する光学素子である。

ワイヤＷの直径の一例は１．２ｍｍである。成形光学系２９を使用しない場合のレーザビームＬの直径であるビーム径はワイヤＷの直径よりも大きい３ｍｍ程度である。実施の形態４では、成形光学系２９によってビーム径が３ｍｍよりも大きくされる。一例では、ビーム径は１０ｍｍとされ、さらに１０ｍｍ以上とすることもできる。ビーム径を大きくすると、レーザビームＬの照射領域が広くなり、この照射領域により多くのワイヤＷを供給することが可能となる。レーザビームＬの照射領域により多くのワイヤＷを供給するには、ワイヤＷの供給速度を上げる方法、ワイヤＷを複数本投入する方法、ワイヤＷの径を太くする方法等がある。ワイヤＷの供給速度を上げる方法は、制御装置２１によってワイヤスプール１７の回転モータ１８の回転速度を上げることで実現される。ワイヤＷを複数本投入する方法は、実施の形態２の図９のように、加工ヘッド１２が複数のワイヤノズル１２２，１２２ａを有し、複数のワイヤノズル１２２，１２２ａから同時に同じ種類のワイヤＷ，Ｗａを供給することによって実現される。ワイヤＷの径を太くする方法は、ワイヤスプール１７に巻き付けるワイヤＷの太さを、成形光学系２９を使用しない場合に使用するワイヤＷに比して太くすることで実現される。

なお、レーザビームＬを円形のままビーム径を大きくした場合には、下地層の照射したくない部分にまでレーザビームＬを照射してしまうことになる。このため、成形光学系２９で円形のレーザビームＬを矩形状のレーザビームＬとして、照射したい部分にのみレーザビームＬが照射されるようにすることが望ましい。このようにレーザビームＬを矩形状のビームプロファイルとすることで、照射したい部分、すなわち溶融したい部分にレーザビームＬが照射されることになり、円形のビームプロファイルの場合と比較してエネルギ効率を高めることが可能となる。

また、実施の形態４の構成において、実施の形態３の図１３で説明したワイヤＷを加熱する機構を組み合わせてもよい。レーザビームＬの照射面積が、ワイヤＷに照射される面積に比べて大きい場合には、単位面積当たりのレーザビームＬの出力が小さくなるため、ワイヤＷを加熱しながら被加工物上に供給する方法は、ワイヤＷを溶融させるのに有効である。

また、レーザ発振器１３としては、ガスレーザ、固体レーザ、ファイバレーザ、半導体レーザ等を用いることができる。しかし、成形光学系２９でビーム径を広げる際には、ガスレーザ、固体レーザおよびファイバレーザに比較して、ビーム径の大きいレーザビームＬが出力される半導体レーザを用いることが望ましい。

実施の形態４では、積層造形装置１００ｄは、レーザ発振器１３から発振されるレーザビームＬのビーム径を広げ、均一な強度とする成形光学系２９を備える。これによって、積層造形装置１００ｄは、より幅広い範囲を照射することが可能となり、照射領域にワイヤＷをより多く供給することが可能になる。この結果、幅広い単位ビードを一気に形成することができ、造形速度を上げることができるという効果を有する。また、レーザビームＬの照射領域を広くすることで、レーザビームＬのエネルギ密度が下がるので、成形光学系２９を用いない場合と同じ出力のレーザビームＬを使用したとしても、熱がベース材５１と接する第１アルミニウム含有金属層５３へと伝わりにくくなる。これによって、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面の金属間化合物層の成長が抑えられ、強固な接合を有する３次元の積層造形物を得ることができる。

実施の形態５．
ワイヤＷにレーザビームＬを照射し、溶融、固化させて単位ビードを連続的に造形していると、一例では１つの層の造形において、最初に比べて最後の方が蓄熱してくる。このため、温度が上昇し、ある層の造形処理の最後の方が過剰な入熱になってしまう。過剰な入熱になった場合には、熱がベース材５１上に接触する１層目の第１アルミニウム含有金属層５３にまで伝わってしまう可能性がある。この場合には、上記したように、ベース材５１と第１アルミニウム含有金属層５３との界面の金属間化合物層が成長してしまう。また、下地層の溶融されない箇所と溶融される箇所とが生じ、加工品質が低下する可能性もある。そこで、実施の形態５では、過剰な入熱を抑える場合について説明する。

図１５は、実施の形態５に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１と異なる部分について説明する。実施の形態５に係る積層造形装置１００ｅは、被加工物のレーザビームＬの照射位置である加工点の温度を計測する温度計測部３０をさらに備える。温度計測部３０の一例は、加工点から放射される赤外線の強さを測定する放射温度計である。放射温度計は、加工ヘッド１２の内部に取り付けてもよいし、加工ヘッド１２の外部に取り付けてもよい。加工ヘッド１２の内部に取り付ける場合には、レーザビームＬの出力と同じ軸となるように取り付けることが望ましい。このようにすることで、加工点の真上からの温度を測定することができるので、より正確な温度を計測することができる。温度計測部３０は、加工点の温度の計測結果である温度計測値を制御装置２１に出力する。

制御装置２１は、温度計測部３０から加工点の温度計測値を取得し、温度計測値が定められた基準値よりも高い場合には、レーザビームＬの出力を下げるようにレーザ発振器１３を制御する。定められた基準値は、フラックス層５２、第１アルミニウム含有金属層５３または第２アルミニウム含有金属層５４を溶融させる温度とすることができる。フラックス層５２を形成したベース材５１上に第１アルミニウム含有金属層５３を形成する場合には、最初は、加工点がベース材５１の融点よりも低く、フラックス層５２の融点以上の温度である定められた基準値となるようにレーザビームＬが出力される。しかし、同じ出力のレーザビームＬを照射し続けると、加工を継続するにつれて、レーザビームＬの照射によって被加工物に熱がたまり、加工点の温度は定められた基準値を超える温度となる。このような場合に、制御装置２１は、加工点の温度が定められた基準値となるように、レーザビームＬの出力を低下させるように照射部、すなわちレーザ発振器１３の制御を行う。

図１６は、実施の形態５に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、第１アルミニウム含有金属層５３または第２アルミニウム含有金属層５４の形成時における加工点の温度の制御処理が示される。なお、以下では、第１アルミニウム含有金属層５３および第２アルミニウム含有金属層５４は、個別に区別しない場合には、アルミニウム含有金属層と称される。

まず、被加工物上にワイヤＷを供給し、定められた出力のレーザビームＬを照射する（ステップＳ７１）。つまり、制御装置２１は、加工点にワイヤＷが供給されるように、材料供給部を制御し、ワイヤＷの先端を含む加工点に定められた出力のレーザビームＬを照射するように、照射部を制御する。定められた出力は、加工開始時においては、予め設定されたレーザビームＬの出力である。また、後述するステップＳ７４でレーザビームＬの出力が下げられた場合には、定められた出力は、直近のステップＳ７４で定められたレーザビームＬの出力である。

温度計測部３０は、造形処理中は常に加工点の温度を計測している。制御装置２１は、温度計測部３０から加工点の温度の計測値である温度計測値を取得する（ステップＳ７２）。制御装置２１は、温度計測値が定められた基準値よりも高いかを判定する（ステップＳ７３）。温度計測値が定められた基準値以下の場合（ステップＳ７３でＮｏの場合）には、被加工物には、レーザビームＬの照射によってまだ蓄熱されていない状態にある。このため、特別な制御は行われず、現在のレーザビームＬの出力が維持されることになる。制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ７６）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ７６でＮｏの場合）には、ステップＳ７１に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ７６でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

一方、温度計測値が定められた基準値よりも高い場合（ステップＳ７３でＹｅｓの場合）には、加工点にワイヤＷを供給しながら、現在の出力よりも低い出力のレーザビームＬを加工点に照射する（ステップＳ７４）。つまり、制御装置２１は、現在のレーザビームＬの出力よりも低いレーザビームＬが出力されるように、照射部を制御する。すなわち、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を下げるように、照射部を制御する。一例では、温度計測値と定められた基準値との差が０となるようなレーザビームＬの出力を予め求めておき、温度計測値と定められた基準値との差と、レーザビームＬの出力と、を対応付けた対応情報に基づいてレーザビームＬの出力を決定することができる。

その後、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ７５）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ７５でＮｏの場合）には、ステップＳ７２に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ７５でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

実施の形態５では、積層造形装置１００ｅは、加工点の温度を計測する温度計測部３０をさらに備える。そして、制御装置２１は、温度計測部３０で計測された加工点の温度計測値が定められた基準値よりも高い場合に、現在の出力よりも低い出力のレーザビームＬが照射されるように、すなわちレーザビームＬの出力を下げるように、照射部を制御する。これによって、レーザビームＬの照射が継続して行われることによる加工点への蓄熱を考慮して、加工点へ照射するレーザビームＬの出力を適切なものとすることができる。

実施の形態６．
ワイヤＷは被加工物上に供給されるが、このときの先端は被加工物の加工点に接した状態にある。この状態で、ワイヤスプール１７からワイヤＷが供給されると、フラックス層５２などの下地層に引っかかってしまい、フラックス層５２の剥離または下地層への傷の原因となる可能性がある。そこで、実施の形態６では、ワイヤＷが被加工物上に過度に供給されないようにする場合について説明する。

図１７は、実施の形態６に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１と異なる部分について説明する。実施の形態６に係る積層造形装置１００ｆは、ワイヤノズル１２２に加わる力を検出する歪ゲージ３１をさらに備える。ワイヤＷが加工点に接した状態にある場合には、ワイヤＷがたわむ。ワイヤＷがたわむとワイヤＷがワイヤノズル１２２に接触し、ワイヤノズル１２２に力が加わることになる。歪ゲージ３１は、このワイヤノズル１２２に加わる力を計測する。歪ゲージ３１は、計測結果である歪計測値を制御装置２１に出力する。歪ゲージ３１は、ワイヤＷにかかる負荷を計測する負荷計測部の一例である。

制御装置２１は、歪ゲージ３１からの歪計測値が定められた基準値よりも大きい場合に、歪計測値が基準値以下となるように、ワイヤＷの供給速度を変化させること、またはワイヤＷとベース材５１との間の相対位置を変化させる。具体的には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を低下させるか、あるいはワイヤノズル１２２を有する加工ヘッド１２をステージ１１から遠ざかる方向に移動させたりする。なお、この例では、加工ヘッド１２にＺ軸方向への移動機構がついているので、加工ヘッド１２を移動させているが、ステージ１１にＺ軸方向への移動機構がついている場合には、ステージ１１を移動させてもよい。

図１８は、実施の形態６に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、図３のステップＳ１５、図１０のステップＳ３２での第１アルミニウム含有金属層５３の形成時における処理、または図３のステップＳ１６、図１０のステップＳ３４もしくは図１２のステップＳ５３での第２アルミニウム含有金属層５４の形成時における処理が示される。

まず、被加工物上に定められた供給速度でワイヤＷを供給し、レーザビームＬを加工点に照射する（ステップＳ９１）。つまり、制御装置２１は、加工点にワイヤＷが定められた供給速度で供給されるように、材料供給部を制御し、ワイヤＷの先端を含む加工点にレーザビームＬを照射するように、照射部を制御する。定められた供給速度は、加工開始時においては、予め設定されたワイヤＷの供給速度である。また、後述するステップＳ９４でワイヤＷの供給速度が下げられた場合には、定められた供給速度は、直近のステップＳ９４で定められたワイヤＷの供給速度である。

ついで、制御装置２１は、歪ゲージ３１から歪計測値を取得する（ステップＳ９２）。制御装置２１は、歪計測値が定められた基準値よりも高いかを判定する（ステップＳ９３）。歪計測値が定められた基準値以下の場合（ステップＳ９３でＮｏの場合）には、ワイヤＷによって被加工物に損傷が生じるほどの力が加えられていない状態にある。このため、特別な制御は行われない。制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ９６）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ９６でＮｏの場合）には、ステップＳ９１に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ９６でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

一方、歪計測値が定められた基準値よりも高い場合（ステップＳ９３でＹｅｓの場合）には、ワイヤＷの供給速度またはステージ１１と加工ヘッド１２との間の距離を変更し、レーザビームＬを加工点に照射する（ステップＳ９４）。具体的には、制御装置２１は、供給速度が現在の値よりも小さくなるように、材料供給部を制御するか、あるいは加工ヘッド１２が被加工物から離れる方向に移動するようにヘッド駆動装置１９を制御する。

その後、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ９５）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ９５でＮｏの場合）には、ステップＳ９２に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ９５でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

なお、上記した説明では、ワイヤＷの歪計測値が定められた基準値よりも大きい場合には、制御装置２１が、ワイヤＷの供給速度またはステージ１１と加工ヘッド１２との間の距離を変更する場合を示した。ワイヤＷの歪計測値が定められた基準値よりも大きい場合は、ワイヤＷが固い状態、すなわち溶融していない状態でワイヤＷの先端が被加工物に接触していると考えられる。このため、ワイヤＷを柔らかくするような制御を行うことも可能である。一例では、制御装置２１は、上記の制御に加えて、あるいは上記の制御に代えて、レーザビームＬの出力を上げるようにしてもよい。また、図１３に示されるように、ワイヤＷに電流を流すことができる場合には、制御装置２１は、上記の制御に加えて、あるいは上記の制御に代えて、ワイヤＷにながす電流を増加させるようにしてもよい。このような制御によって、ワイヤＷを柔らかくし、ワイヤＷが被加工物に与える負荷を低減させることが可能となる。

このように、実施の形態６では、第１アルミニウム含有金属層５３を積層する工程および第２アルミニウム含有金属層５４を積層する工程において、ワイヤＷが下地層の積層面から受ける負荷を測定する。そして、負荷が定められた基準値よりも大きい場合に、ワイヤＷの供給速度を変化させること、またはワイヤＷとベース材５１との間の相対位置を変化させるようにしている。図１７の積層造形装置１００ｆでは、ワイヤＷが積層面から受ける負荷が、ワイヤノズル１２２に加わる力が等しいものとして、ワイヤノズル１２２に加わる力を計測する歪ゲージ３１をさらに備えるようにした。これによって、被加工物に接触しているワイヤＷが、必要以上に被加工物に応力を与えることを抑制することができる。この結果、ワイヤＷが被加工物を引っ掻くことによる傷の発生、下地層の剥離などを抑制することができる。

実施の形態７．
レーザビームＬの出力が過剰である場合、ワイヤＷに流す電流が過剰である場合、ワイヤＷの供給速度が過少である場合、あるいはワイヤＷの先端位置と積層面との間の距離であるギャップが想定よりも大きい場合には、ワイヤＷが切れてしまう溶断が発生する可能性がある。溶断が発生した場合には、溶融金属が液滴となって被加工物上に落下する。落下した溶融金属の液滴が被加工物上で凝固したものは、被加工物上でワイヤＷを溶融、凝固させた場合の形状とは異なり、崩れた形状となる。また、溶融金属の液滴が被加工物上に落下する際の衝撃でシールドガスＧを吹き飛ばしてしまい、酸化の抑制効果が得られなくなる可能性もある。実施の形態７では、溶断の発生の可能性の有無を検知し、検知結果に基づいてレーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度、またはワイヤＷの電流を制御する積層造形方法について説明する。

図１９は、実施の形態７に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１および図１３と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１および図１３と異なる部分について説明する。実施の形態７に係る積層造形装置１００ｇは、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧を計測する機構を有する点が、実施の形態３の積層造形装置１００ｃと異なる。すなわち、実施の形態７では、積層造形装置１００ｇは、回路試験器６１と、プローブ６２と、をさらに備える。

回路試験器６１は、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧を計測する。上記したように、ホットワイヤ電源２６とワイヤノズル１２２との間、およびベース材５１とホットワイヤ電源２６との間のそれぞれに電流ケーブル２７が接続されており、ワイヤノズル１２２から供給されるワイヤＷの先端は、被加工物と接触している。このため、造形処理中には、ワイヤＷに電流が流れている状態となる。回路試験器６１は、このワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧を計測する。回路試験器６１は、制御装置２１と配線を介して接続されており、計測した結果である計測値を制御装置２１へと出力する。

プローブ６２は、回路試験器６１と電気的に接続され、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧を計測する際に使用する探針である。この例では、プローブ６２は、ホットワイヤ電源２６とワイヤノズル１２２とを接続する電流ケーブル２７に電気的に接続される。なお、プローブ６２は、ホットワイヤ電源２６とベース材５１とを接続する電流ケーブル２７に電気的に接続されるようにしてもよい。

ワイヤＷが通常の状態である場合には、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧は、ワイヤＷの断面積、長さ、素材等に応じて定められた値を示す。しかし、ワイヤＷが溶断しかけている場合には、溶融しているワイヤＷが被加工物から離れかけることで、溶融しているワイヤＷと被加工物との接触体積が小さくなるため、抵抗率が上昇する。ワイヤＷの抵抗率が上昇すると、ワイヤＷを流れる電流が低下し、ワイヤＷに係る電圧が上昇する。また、溶融しているワイヤＷが被加工物から完全に離れてしまうと抵抗は無限大となり、電流は流れなくなる。つまり、ワイヤＷの電流または電圧の計測値を参照することで、溶断の発生の可能性を判定することが可能となる。そこで、実施の形態７では、制御装置２１は、回路試験器６１からのワイヤＷの電流または電圧の計測値に基づいて、溶断の発生の可能性を判定し、溶断の発生の可能性がある場合に、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度、またはワイヤＷの電流を制御する。

電流の計測値を用いて制御を行う場合には、制御装置２１は、回路試験器６１からの電流の計測値が、溶断が発生していない場合の電流値である溶断判定基準値と比較して誤差の範囲を超えて低下しているかを判定する。溶断判定基準値は、溶断が発生していない場合のワイヤＷの電流の値の平均値等の統計値、あるいは造形処理の際に設定される設定値とすることができる。制御装置２１は、電流の計測値が溶断判定基準値と一致している場合には、溶断が発生していないとして、現在の加工条件で造形処理を続行する。制御装置２１は、電流の計測値が溶断判定基準値と比較して低下している場合には、溶断が発生しかけているとして、レーザビームＬの出力を下げるようにレーザ発振器１３を制御するか、ワイヤＷの供給速度を増加させるようにワイヤスプール１７の回転モータ１８を制御するか、あるいはワイヤＷを加熱する電流を低下させる。これによって、ワイヤＷの溶断を抑制することができる。このとき、制御装置２１は、溶断判定基準値と電流の計測値との差の大きさに応じて、レーザビームＬの出力低下量、ワイヤＷの供給速度を増加させる量、あるいはワイヤＷを加熱する電流の低下量を変化させてもよい。また、制御装置２１は、電流の計測値が０となった場合には、ワイヤＷで溶断が発生していることを示すため、造形処理を停止する。

電圧の計測値を用いて制御を行う場合には、制御装置２１は、回路試験器６１からの電圧の計測値が、溶断が発生していない場合の電圧値である溶断判定基準値と比較して誤差の範囲を超えて上昇しているかを判定する。溶断判定基準値は、溶断が発生していない場合のワイヤＷの電圧の値を事前に取得し、取得した電圧の値の平均値等の統計値とすることができる。制御装置２１は、電圧の計測値が溶断判定基準値と一致している場合には、溶断が発生していないとして、現在の加工条件で造形処理を続行する。制御装置２１は、電圧の計測値が溶断判定基準値と比較して上昇している場合には、溶断が発生しかけているとして、レーザビームＬの出力を下げるようにレーザ発振器１３を制御するか、ワイヤＷの供給速度を増加させるようにワイヤスプール１７の回転モータ１８を制御するか、あるいはワイヤＷの電流を低下させる。これによって、ワイヤＷの溶断を抑制することができる。このとき、制御装置２１は、溶断判定基準値と電圧の計測値との差の大きさに応じて、レーザビームＬの出力低下量、ワイヤＷの供給速度を増加させる量、あるいはワイヤＷを加熱する電流の低下量を変化させてもよい。

図２０は、実施の形態７に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、第１アルミニウム含有金属層５３または第２アルミニウム含有金属層５４の形成時におけるワイヤＷに流す電流を用いてレーザビームＬの出力の制御処理を行う場合が示される。

まず、被加工物上に定められた供給速度でワイヤＷを供給し、定められた出力のレーザビームＬを照射する（ステップＳ１１１）。つまり、制御装置２１は、加工点に定められた供給速度でワイヤＷが供給されるように、材料供給部を制御し、加工点に定められた出力のレーザビームＬを照射するように、照射部を制御する。定められた供給速度は、加工開始時においては、予め設定されたワイヤＷの供給速度である。また、後述するステップＳ１１４で供給速度が低下された場合には、定められた供給速度は、直近のステップＳ１１４で定められたワイヤＷの供給速度である。定められた出力は、加工開始時においては、予め設定されたレーザビームＬの出力である。また、後述するステップＳ１１４でレーザビームＬの出力が低下された場合には、定められた出力は、直近のステップＳ１１４で定められたレーザビームＬの出力である。

回路試験器６１は、造形処理中にワイヤＷに流れる電流を計測している。制御装置２１は、回路試験器６１からワイヤＷの電流の計測値を取得する（ステップＳ１１２）。制御装置２１は、電流の計測値が溶断判定基準値よりも低いかを判定する（ステップＳ１１３）。

電流の計測値が溶断判定基準値よりも低い場合（ステップＳ１１３でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、電流の計測値が０であるかを判定する（ステップＳ１１４）。電流の計測値が０ではない場合（ステップＳ１１４でＮｏの場合）には、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる条件、ワイヤＷの供給速度を増加させる条件、あるいはワイヤＷの電流を低下させる条件でレーザビームＬの照射、ワイヤＷの供給およびワイヤＷの加熱を行う（ステップＳ１１５）。その後、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１１６）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ１１６でＮｏの場合）には、ステップＳ１１２に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１１６でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。また、ステップＳ１１４で電流の計測値が０の場合（ステップＳ１１４でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

一方、電流の計測値が溶断判定基準値以上である場合（ステップＳ１１３でＮｏの場合）には、制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１１７）。電流の計測値が溶断判定基準値以上である場合には、ワイヤＷには、レーザビームＬの照射によって溶断が発生していない状態にある。このため、現在のワイヤＷの供給速度、レーザビームＬの出力、およびワイヤＷが加熱されている場合にはワイヤＷの電流が維持され、特別な制御は行われない。このため、造形処理が終了していない場合（ステップＳ１１７でＮｏの場合）には、ステップＳ１１１に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１１７でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

図２０では、ワイヤＷの電流の計測値を用いて溶断が発生しているかを判定する例を示したが、電圧の計測値を用いて溶断が発生しているかを判定してもよい。この場合には、ステップＳ１１３では、電圧の計測値が溶断判定基準値よりも高い場合に、ステップＳ１１５の処理へと移行する。また、電圧の計測値が溶断判定基準値以下である場合に、ステップＳ１１７の処理へと移行する。

実施の形態７では、積層造形装置１００ｇは、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧を計測する回路試験器６１をさらに備える。そして、制御装置２１は、回路試験器６１で計測されたワイヤＷの電流の計測値が溶断判定基準値よりも低い場合、あるいはワイヤＷの電圧の計測値が溶断判定基準値よりも高い場合に、レーザビームＬの出力を低下させる条件、ワイヤＷの供給速度を増加させる条件、あるいはワイヤＷの電流を低下させる条件でレーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給およびワイヤＷの加熱を行う。これによって、ワイヤＷの溶断の発生を抑制することができる。

実施の形態８．
実施の形態８では、造形処理中に、ワイヤＷの先端の位置を検出し、検出されたワイヤＷの先端の位置と被加工物の高さとに基づいてワイヤＷの供給速度を制御する積層造形方法について説明する。

図２１は、実施の形態８に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１、図１１、図１３および図１７と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１、図１１、図１３および図１７と異なる部分について説明する。実施の形態８に係る積層造形装置１００ｈは、図１３の構成に、歪ゲージ３１と、被加工物のレーザビームＬの照射位置である加工点を撮像する撮像部６３をさらに備える。撮像部６３の一例は、加工点を含む領域を撮像するカメラである。撮像部６３は、加工ヘッド１２の内部に取り付けてもよいし、加工ヘッド１２の外部に取り付けてもよい。加工ヘッド１２の内部に取り付ける場合には、レーザビームＬの出力と同じ軸となるように取り付けることが望ましい。このようにすることで、加工点の真上からの撮像することができるので、より正確なワイヤＷの位置を取得することができる。撮像部６３は、加工点を含む領域の撮像結果である画像データを制御装置２１に出力する。

制御装置２１は、レーザビームＬの照射位置である加工点を含む領域を撮像した画像データから得られるワイヤＷの先端の位置および加工点の位置と、歪ゲージ３１から取得した歪計測値と、に応じて、ワイヤＷの供給速度、ワイヤＷに流す電流およびレーザビームＬの出力の少なくとも１つを調整する。具体的には、制御装置２１は、撮像部６３からの画像データの画像解析を行い、ワイヤＷの先端の位置と加工点とを抽出する。制御装置２１は、加工点を基準としてワイヤＷの先端の位置が加工点にあるか、加工点を通り過ぎているか、あるいは加工点よりもワイヤノズル１２２側にあるかを判定する。また、制御装置２１は、歪計測値を定められた基準値と比較する。そして、制御装置２１は、加工点を基準としたワイヤＷの先端の位置と、基準値に対する歪計測値の大小と、に応じて、ワイヤＷの供給速度、ワイヤＷに流す電流およびレーザビームＬの出力の少なくとも１つを調整する。なお、この例では、歪ゲージ３１でワイヤノズル１２２に加わる力を検出しているが、ワイヤＷにかかる負荷を計測することができるものであれば歪ゲージ３１でなくてもよい。つまり、制御装置２１は、ワイヤＷが下地層から受ける負荷を測定し、加工点を基準としたワイヤＷの先端の位置と、定められた基準値に対する負荷の大小と、に応じて、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流を調整するものであればよい。

ワイヤＷの先端の位置が加工点にあり、歪計測値が基準値である場合には、現在のワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流が適正であるので、制御装置２１は、この状態を維持する。なお、基準値は、幅を持っていてもよい。

ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にあり、歪計測値が基準値よりも高い場合には、ワイヤＷが溶断しかけているのではなく、被加工物の高さが想定よりも高く、すなわちアルミニウム含有金属層が想定よりも高く積層されており、ワイヤＷの先端がワイヤノズル１２２側に存在する状態であると考えられる。つまり、ワイヤＷの先端が想定よりも高くなっている加工点付近の被加工物に突っ込んだ状態となっている。このような場合には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を低下させるか、ワイヤＷに流す電流を増加させる。

ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にあり、歪計測値が基準値よりも低い場合には、ワイヤＷが溶断しかけていると判断することができる。このため、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を増加させるか、ワイヤＷに流す電流を低下させるか、レーザビームＬの出力を低下させる。

ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎており、歪計測値が基準値よりも高い場合には、現在のワイヤＷの供給速度が速すぎるためにワイヤＷが加工点よりも奥側に突っ込んでいると判断することができる。このため、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を低下させるか、ワイヤＷに流す電流を増加させる。

ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎており、歪計測値が基準値よりも低い場合には、被加工物の加工点付近における高さが想定よりも低く、つまりアルミニウム含有金属層が想定よりも低く積層されており、ワイヤＷの先端の位置が被加工物に突っ込むほどではないが加工点よりも奥側に挿入されている状態である。このような場合には、ワイヤＷが被加工物に突っ込んだ状態となっているわけではないため、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を低下させるが、ワイヤＷに流す電流については、低下させた場合には溶断してしまう可能性があるので、何もせずに、現在の状態を維持する。

図２２および図２３は、実施の形態８に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、第１アルミニウム含有金属層５３または第２アルミニウム含有金属層５４の形成時におけるワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流の制御処理が示される。

まず、被加工物上に定められた供給速度でワイヤＷを供給し、定められた電流をワイヤＷに流し、レーザビームＬを加工点に照射する（ステップＳ１３１）。つまり、制御装置２１は、加工点にワイヤＷが定められた供給速度で供給されるように、材料供給部を制御し、ワイヤＷに定められた電流が流れるように、ホットワイヤ電源２６を制御し、加工点にレーザビームＬを照射するように、照射部を制御する。定められた供給速度は、加工開始時においては、予め設定されたワイヤＷの供給速度である。また、後述するステップＳ１３７、ステップＳ１３９、ステップＳ１４１、ステップＳ１４５またはステップＳ１４６でワイヤＷの供給速度が変更された場合には、定められた供給速度は、直近のステップＳ１３７、ステップＳ１３９、ステップＳ１４１、ステップＳ１４５またはステップＳ１４６で定められたワイヤＷの供給速度である。定められた電流は、加工開始時においては、予め設定されたワイヤＷに流す電流である。また、後述するステップＳ１３７、ステップＳ１３９またはステップＳ１４５でワイヤＷに流す電流が変更された場合には、定められた電流は、直近のステップＳ１３７、ステップＳ１３９またはステップＳ１４５で定められたワイヤＷに流す電流である。

ついで、制御装置２１は、撮像部６３から加工点を含む領域の画像データを取得する（ステップＳ１３２）。制御装置２１は、画像データの画像解析を行い、画像データから加工点とワイヤＷの先端の位置とを取得する（ステップＳ１３３）。また、制御装置２１は、歪ゲージ３１から歪計測値を取得する（ステップＳ１３４）。

その後、制御装置２１は、ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にあるかを判定する（ステップＳ１３５）。ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にある場合（ステップＳ１３５でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、歪計測値が定められた基準値よりも高いかを判定する（ステップＳ１３６）。歪計測値が定められた基準値よりも高い場合（ステップＳ１３６でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を現在の供給速度よりも低下させるか、ワイヤＷに流す電流を増加させるか、レーザビームＬの出力を増加させる（ステップＳ１３７）。

歪計測値が定められた基準値よりも高くない場合（ステップＳ１３６でＮｏの場合）には、制御装置２１は、歪計測値が定められた基準値よりも低いかを判定する（ステップＳ１３８）。歪計測値が定められた基準値よりも低い場合（ステップＳ１３８でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を現在の供給速度よりも増加させるか、ワイヤＷに流す電流を低下させるか、レーザビームＬの出力を低下させる（ステップＳ１３９）。これは、ワイヤＷが溶断しかけているためである。

その後またはステップＳ１３７の後、制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１４０）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ１４０でＮｏの場合）には、ステップＳ１３２に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１４０でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

ステップＳ１３８で歪計測値が定められた基準値よりも低くない場合（ステップＳ１３８でＮｏの場合）には、ワイヤＷの先端位置がワイヤノズル１２２側にあるが、歪計測値は適正な範囲にある場合である。この場合には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を増加させる（ステップＳ１４１）。その後、制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１４２）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ１４２でＮｏの場合）には、ステップＳ１３１に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１４２でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

ステップＳ１３５で、ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にない場合（ステップＳ１３５でＮｏの場合）には、制御装置２１は、ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎているかを判定する（ステップＳ１４３）。ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎている場合（ステップＳ１４３でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、歪計測値が定められた基準値よりも高いかを判定する（ステップＳ１４４）。歪計測値が定められた基準値よりも高い場合（ステップＳ１４４でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を現在の供給速度よりも低下させるか、ワイヤＷに流す電流を増加させる（ステップＳ１４５）。

歪計測値が定められた基準値よりも高くない場合（ステップＳ１４４でＮｏの場合）には、制御装置２１は、ワイヤＷの供給速度を現在の供給速度よりも低下させる（ステップＳ１４６）。その後、処理がステップＳ１４０へと移る。

ステップＳ１４３でワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎていない場合（ステップＳ１４３でＮｏの場合）は、ワイヤＷの先端の位置は加工点にある場合である。この場合には、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流は適正であるため、特別な制御は行われず、現在の供給速度が維持されることになる。その後、処理がステップＳ１４２へと移る。

実施の形態８では、ワイヤＷにかかる負荷を測定する歪ゲージ３１と、造形処理中のワイヤＷの位置を撮像することができる撮像部６３と、を備える。制御装置２１は、撮像部６３で撮像された画像データから加工点とワイヤＷの先端の位置とを取得する。そして、制御装置２１は、ワイヤＷの先端の位置とワイヤＷにかかる負荷との組み合わせから、ワイヤＷの供給速度、ワイヤＷに流す電流またはレーザビームＬの出力を調整するようにした。これによって、ワイヤＷの溶断または突っ込みすぎを抑制することができる。

なお、上記した説明では、歪ゲージ３１によってワイヤＷの被加工物への突っ込み状態を検知していたが、他の方法によって検知してもよい。一例では、積層造形装置１００ｈは、歪ゲージ３１に代えて、斜めから加工点を監視する撮像部をさらに備えるようにしてもよい。この撮像部は、撮像部６３とは異なるものである。この場合には、撮像部で撮像された画像から、被加工物の高さまで含めたワイヤＷの突っ込み状態を取得すればよい。

実施の形態９．
実施の形態９では、造形処理中に、ワイヤＷの先端の温度を計測し、計測されたワイヤＷの先端の温度に基づいて、レーザビームＬの出力またはワイヤＷの供給速度を制御する積層造形方法について説明する。

図２４は、実施の形態９に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、図１、図１１、図１３および図１５と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略し、図１、図１１、図１３および図１５と異なる部分について説明する。実施の形態９に係る積層造形装置１００ｉは、図１３の構成に、被加工物のレーザビームＬの照射位置である加工点の温度を計測する温度計測部３０をさらに備える。温度計測部３０は、レーザビームＬの照射位置である加工点の温度を計測するが、実施の形態９では、ワイヤＷの先端の温度を計測する。ただし、ワイヤＷの先端は、レーザビームＬの照射位置の中心を狙って供給されるため、ワイヤＷの先端の温度は、加工点の温度と同じであるとみなすことができる。つまり、実施の形態９では、加工点の温度がワイヤＷの先端の温度であるとする。

また、制御装置２１は、温度計測部３０から取得したワイヤＷの先端の温度の計測値である温度計測値に基づいて、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを調整する。具体的には、制御装置２１は、温度計測部３０によって計測されたワイヤＷの先端の温度が定められた基準値よりも高い場合に、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理およびワイヤＷの電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を実施する。

図２５は、実施の形態９に係る積層造形方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、被加工物上に定められた供給速度でワイヤＷを供給し、定められた出力のレーザビームＬを加工点に照射する（ステップＳ１５１）。つまり、制御装置２１は、加工点にワイヤＷが定められた供給速度で供給されるように、材料供給部を制御し、加工点に定められた出力でレーザビームＬを照射するように、照射部を制御する。定められた供給速度は、加工開始時においては、予め設定されたワイヤＷの供給速度である。また、後述するステップＳ１５４でワイヤＷの供給速度が変更された場合には、定められた供給速度は、直近のステップＳ１５４で定められたワイヤＷの供給速度である。定められた出力は、加工開始時においては、予め設定されたレーザビームＬの出力である。また、後述するステップＳ１５４でレーザビームＬの出力が変更された場合には、定められた出力は、直近のステップＳ１５４で定められたレーザビームＬの出力である。

温度計測部３０は、造形処理中は常にワイヤＷの先端の温度を計測している。制御装置２１は、温度計測部３０からワイヤＷの先端の温度の計測値である温度計測値を取得する（ステップＳ１５２）。制御装置２１は、温度計測値が定められた溶断判定基準値よりも高いかを判定する（ステップＳ１５３）。温度計測値が溶断判定基準値以下の場合（ステップＳ１５３でＮｏの場合）には、被加工物は、レーザビームＬの照射によってまだ蓄熱されていない状態にある。このため、特別な制御は行われず、現在のワイヤＷの供給速度およびレーザビームＬの出力が維持されることになる。制御装置２１は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１５６）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ１５６でＮｏの場合）には、ステップＳ１５１に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１５６でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

一方、温度計測値が溶断判定基準値よりも高い場合（ステップＳ１５３でＹｅｓの場合）には、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理およびワイヤＷの電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を実施して、ワイヤＷの供給、ワイヤＷの加熱およびレーザビームＬの照射を行う（ステップＳ１５４）。つまり、制御装置２１は、現在のレーザビームＬの出力よりも低いレーザビームＬが出力されるように、照射部を制御する。あるいは、制御装置２１は、現在のワイヤＷの供給速度よりも供給速度が大きくなるように、ワイヤスプール１７の回転モータ１８を制御する。あるいは、制御装置２１は、現在のワイヤＷに流れる電流よりも電流が小さくなるように、ホットワイヤ電源２６を制御する。このような制御を行うことで、ワイヤＷの溶断を抑制することができる。

その後、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１５５）。造形処理が終了していない場合（ステップＳ１５５でＮｏの場合）には、ステップＳ１５２に処理が戻る。また、造形処理が終了した場合（ステップＳ１５５でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

実施の形態９では、積層造形装置１００ｉは、ワイヤＷの先端の温度を計測する温度計測部３０をさらに備える。そして、制御装置２１は、温度計測部３０で計測されたワイヤＷの先端の温度計測値が溶断判定基準値よりも高い場合に、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理、およびワイヤＷに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を実施させながらレーザビームＬの照射を行う。これによって、レーザビームＬの照射が継続して行われることによるワイヤＷの溶断を抑制することができる。

実施の形態１０．
実施の形態１０では、造形処理中の検知部による複数のセンシング結果と造形結果とを用いて機械学習を行い、センシング結果から溶断が発生しやすい状態にあるかを判定する場合を説明する。

図２６は、実施の形態１０に係る積層造形装置の構成の一例を模式的に示す図である。なお、実施の形態１から実施の形態９で説明したものと同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２６に示されるように、実施の形態１０の積層造形装置１００ｊは、ホットワイヤ電源２６と、電流ケーブル２７と、温度計測部３０と、歪ゲージ３１と、回路試験器６１と、プローブ６２と、撮像部６３と、を備えている。また、積層造形装置１００ｊは、学習装置３００と、推論装置３５０と、を備える。

＜学習フェーズ＞
図２７は、実施の形態１０に係る積層造形装置における学習装置の構成の一例を示すブロック図である。学習装置３００は、データ取得部３０１と、モデル生成部３０２と、学習済モデル記憶部３０３と、を備える。

データ取得部３０１は、センシングデータと、造形結果データと、を学習用データとして取得する。

センシングデータは、温度計測部３０から取得した造形処理中のワイヤＷの先端の温度および造形処理前のワイヤＷの先端の温度、回路試験器６１から取得したワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧、撮像部６３より取得した画像データから抽出したワイヤＷの先端の位置、並びに負荷計測部から取得したワイヤＷにかかる負荷のうち少なくとも１つを含む。造形処理中のワイヤＷの先端の温度および造形処理前のワイヤＷの先端の温度は、温度計測部３０から取得されるデータである。ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧は、回路試験器６１から取得されるデータである。ワイヤＷの先端の位置は、撮像部６３から取得されるデータである。負荷計測部から取得したワイヤＷにかかる負荷の一例は、歪ゲージ３１から取得されるワイヤノズル１２２に加わる力である。ワイヤノズル１２２に加わる力は、歪ゲージ３１から取得されるデータである。なお、データ取得部３０１は、これらのデータのそれぞれを温度計測部３０、回路試験器６１、撮像部６３および歪ゲージ３１から取得してもよいし、上記データを保持している制御装置２１から取得してもよい。また、センシングデータは、造形処理中のワイヤＷの先端の温度と、造形処理前のワイヤＷの先端の温度と、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧と、ワイヤＷの先端の位置と、ワイヤノズル１２２に加わる力と、のうち少なくとも１つを含むものであってもよい。

造形結果データは、センシングデータで得られる条件を用いて積層造形装置１００ｊで造形処理を行ったときの結果を示すデータである。造形結果データは、センシングデータと関連付けられて記憶される。一例では、造形結果データは、制御装置２１に記憶される。この例では、造形結果データは、加工点位置関係情報と、ビードの形状である幅および高さを含むビード形状データと、を含む。この造形結果データのうち、ワイヤＷの被加工物への突っ込みによる負荷が小さい場合の造形結果である加工点位置関係情報と、狙った幅および高さを有するビードのビード形状データと、を対応付けたデータが正解データとして使用される。つまり、学習用データは、負荷が小さい場合の造形結果と狙った形状を有するビードとが得られた場合のセンシングデータおよび造形結果データとなる。

図２８は、加工点位置関係情報の一例を示す図である。加工点位置関係情報は、センシングデータの取得時における加工点におけるワイヤＷの先端の位置とレーザビームＬの照射位置との関係を示す情報である。加工点位置関係情報は、ドロップ、スムースおよびスタブを含む。

スムースは、ワイヤＷの溶融位置が、それまでに形成されたビードの上面の位置とほぼ同じ位置にある状態である。すなわち、スムースでは、レーザビームＬの照射位置である加工点にワイヤＷの先端の位置が存在する最適な状態で、造形処理が行われる。このような状態で造形処理が行われると、図２８のビード形状の模式図に示されるように、ビードは、均一の幅および高さを有する。このため、表面も滑らかとなる。

ドロップは、ワイヤＷの溶融位置が、スムースの状態で形成されたビードの上面の位置よりも高い状態にある。すなわち、ドロップでは、加工点に比してワイヤＷの先端の位置がワイヤノズル１２２側に存在する状態で造形処理が行われる。このような状態で造形処理が行われると、ビードの上面の位置よりも上方でワイヤＷが溶融し、液滴を形成する。そして、この液滴が凝固することになる。また、液滴が上にはじけ飛んでスパッタが発生する。この結果、図２８のビード形状に示されるように、スムースの場合に比してビードの幅が太くなるとともに、ビードの高さも高くなる。また、大きさが不均一の液滴が落下するため、ビードの幅および高さは一様ではない。さらに、液滴が落下するのに時間がかかった場合には、何も溶着しないことになる。つまり、溶断が発生した場合には、完全にビードがちぎれており、液滴がはじけ飛んで形成される丸い塊が周囲に散らばった形状となる。

スタブは、ワイヤＷの溶融位置が、スムースの状態で形成されたビードの上面の位置よりも低い状態にある。すなわち、スタブでは、ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎてしまった状態で造形処理が行われる場合である。このような状態で造形処理が行われると、ビードの上面の位置よりも下方でワイヤＷが溶融し、凝固することになる。この結果、図２８のビード形状に示されるように、スムースの場合に比してビードの幅が狭くなるとともに、ビードの高さも低くなる。また、ワイヤＷの溶融が不均一であるため、ビードの幅および高さは一様ではなく、凹凸を有することになる。この結果、ドロップの場合と同様にビードの表面はなめらかなものではなくなる。

制御装置２１は、造形処理中に、ワイヤＷの先端の位置がレーザビームＬの照射位置に対してどのような関係にあるのかを示す加工点位置関係情報を取得し、造形処理後に、ビードの幅および高さを含むビード形状データを取得する。加工点位置関係情報およびビード形状データは、一例では、積層造形装置１００ｊのユーザによって制御装置２１に入力される。加工点位置関係情報およびビード形状データは、対応付けられて造形結果データとされる。データ取得部３０１は、造形結果データを制御装置２１から取得する。

図２７に戻り、モデル生成部３０２は、学習用データを用いて、積層造形装置１００ｊのセンシングデータから積層造形装置１００ｊでの造形処理の予測結果である造形結果予測情報を推論するための学習済モデルを生成する。言い換えれば、モデル生成部３０２は、データ取得部３０１から出力されるセンシングデータおよび造形結果データの組合せに基づいて作成される学習用データを用いて、造形結果予測情報を学習する。すなわち、モデル生成部３０２は、積層造形装置１００ｊのセンシングデータおよび造形結果データから最適な造形結果予測情報を推論する学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、センシングデータおよび造形結果データを互いに関連付けたデータである。造形結果予測情報は、センシングデータを入力データとしたときに予測される造形結果の予測値と、幅および高さを含むビード形状の予測値と、を含む。造形結果の予測値は、加工点位置関係情報を示し、具体的にはドロップ、スタブおよびスムースのうちのいずれかである。モデル生成部３０２は、負荷が小さい場合の造形結果と狙った形状を有するビードとが得られた場合のセンシングデータと正解データとの組み合わせを学習用データとして使用する。ここで、正解データは、造形結果データのうちのワイヤＷの被加工物への突っ込みによる負荷が小さい場合の造形結果である加工点位置関係情報と、狙った幅および高さを有するビードのビード形状データと、を対応付けたデータである。

モデル生成部３０２が用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。

モデル生成部３０２は、一例では、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、造形結果予測情報を学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果であるラベルとのデータの組を学習装置３００に与えることで、これらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。

ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層、および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、隠れ層とも称され、１層でもよいし、２層以上でもよい。

図２９は、図２７のモデル生成部が使用するニューラルネットワークの一例を模式的に示す図である。一例では、図２９に示すような３層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層Ｘ１から入力層Ｘ３に入力されると、この値にｗ１１からｗ１６で示される重みを掛けて中間層Ｙ１から中間層Ｙ２に入力される。重みｗ１１からｗ１６は、個々に区別しない場合には、重みｗ１と称される。また、中間層Ｙ１から中間層Ｙ２の結果にさらにｗ２１からｗ２６で示される重みを掛けて出力層Ｚ１から出力層Ｚ３より出力される。重みｗ２１からｗ２６は、個々に区別しない場合には、重みｗ２と称される。出力層Ｚ１から出力層Ｚ３の出力結果は、重みｗ１，ｗ２の値によって変わる。

実施の形態１０において、ニューラルネットワークは、データ取得部３０１によって取得されるセンシングデータおよび造形結果データの組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、造形結果予測情報を学習する。

すなわち、ニューラルネットワークは、入力層にセンシングデータを入力して出力層から出力された結果が、正解データである造形結果データに近づくように重みＷ１，Ｗ２を調整することで学習する。

モデル生成部３０２は、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成し、出力する。

図２７に戻り、学習済モデル記憶部３０３は、モデル生成部３０２から出力された学習済モデルを記憶する。

次に、図３０を用いて、学習装置３００が学習する処理について説明する。図３０は、実施の形態１０に係る積層造形装置の学習装置の学習処理の手順の一例を示すフローチャートである。

データ取得部３０１は、負荷が小さい場合の造形結果と狙った形状を有するビードとが得られた場合のセンシングデータおよび造形結果データを取得する（ステップＳ１７１）。なお、センシングデータおよび造形結果データを同時に取得するものとしたが、センシングデータおよび造形結果データを関連づけて入力できればよく、センシングデータおよび造形結果データをそれぞれ別のタイミングで取得してもよい。

ついで、モデル生成部３０２は、データ取得部３０１によって取得されるセンシングデータおよび造形結果データの組合せに基づいて作成される学習用データに従って、いわゆる教師あり学習により、造形結果予測情報を学習し、造形処理中のワイヤＷの先端の温度、造形処理前のワイヤＷの先端の温度、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧、ワイヤＷの先端の位置、およびワイヤノズル１２２に加わる力と、加工点位置関係情報およびビード形状データと、の相関関係を示す推定アルゴリズムを用いた学習済モデルを生成する（ステップＳ１７２）。

そして、学習済モデル記憶部３０３は、モデル生成部３０２が生成した学習済モデルを記憶する（ステップＳ１７３）。以上で、処理が終了する。

＜活用フェーズ＞
図３１は、実施の形態１０に係る積層造形装置における推論装置の構成の一例を模式的に示す図である。推論装置３５０は、センシングデータを学習済モデルに入力して得られる結果を造形結果予測情報として出力する装置である。推論装置３５０は、データ取得部３５１と、推論部３５２と、を備える。

データ取得部３５１は、センシングデータを取得する。センシングデータは、温度計測部３０から取得した造形処理中のワイヤＷの先端の温度および造形処理前のワイヤＷの先端の温度、回路試験器６１から取得したワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧、撮像部６３より取得した画像データから抽出したワイヤＷの先端の位置、並びに負荷計測部から取得したワイヤＷにかかる負荷のうち少なくとも１つを含む。造形処理中のワイヤＷの先端の温度および造形処理前のワイヤＷの先端の温度は、温度計測部３０から取得されるデータである。ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧は、回路試験器６１から取得されるデータである。ワイヤＷの先端の位置は、撮像部６３から取得されるデータである。負荷計測部から取得したワイヤＷにかかる負荷の一例は、歪ゲージ３１から取得されるワイヤノズル１２２に加わる力である。ワイヤノズル１２２に加わる力は、歪ゲージ３１から取得されるデータである。なお、データ取得部３５１は、これらのデータのそれぞれを温度計測部３０、回路試験器６１、撮像部６３および歪ゲージ３１から取得してもよいし、上記データを保持している制御装置２１から取得してもよい。また、センシングデータは、造形処理中のワイヤＷの先端の温度と、造形処理前のワイヤＷの先端の温度と、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧と、ワイヤＷの先端の位置と、ワイヤノズル１２２に加わる力と、のうち少なくとも１つを含むものであってもよい。

推論部３５２は、学習済モデルを利用して得られる造形結果予測情報を推論する。すなわち、この学習済モデルにデータ取得部３５１で取得したセンシングデータを入力することで、センシングデータから推論される造形結果予測情報を出力することができる。

なお、実施の形態１０では、積層造形装置１００ｊのセンシングデータおよび造形結果データから学習した学習済モデルを用いる場合を説明した。しかし、他の積層造形装置１００ｊ等におけるセンシングデータおよび造形結果データから学習した学習済モデルを外部から取得し、この学習済モデルに基づいて造形結果予測情報を出力するようにしてもよい。

次に、図３２を用いて、推論装置３５０を使って造形結果予測情報を得るための処理を説明する。図３２は、実施の形態１０に係る積層造形装置の推論装置による推定処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、データ取得部３５１は、センシングデータを取得する（ステップＳ１９１）。センシングデータは、造形処理中のワイヤＷの先端の温度、造形処理前のワイヤＷの先端の温度、ワイヤＷに流れる電流またはワイヤＷにかかる電圧、ワイヤＷの先端の位置、およびワイヤノズル１２２に加わる力を含むデータである。

ついで、推論部３５２は、学習済モデル記憶部３０３に記憶された学習済モデルにセンシングデータを入力し、造形結果予測情報を得る（ステップＳ１９２）。

その後、推論部３５２は、学習済モデルにより得られた造形結果予測情報を積層造形装置１００ｊ、具体的には積層造形装置１００ｊの制御装置２１に出力する（ステップＳ１９３）。

そして、制御装置２１は、出力された造形結果予測情報を用いて、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを制御する（ステップＳ１９４）。造形結果予測情報の造形結果の予測値がスムースである場合には、一例では、制御装置２１は、現在の状態を維持する。あるいは、制御装置２１は、造形結果予測情報のビード形状の予測値が望ましいビード形状の基準値と異なる場合には、ビード形状が基準値に近づくように、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを調整する。

造形結果予測情報の造形結果の予測値がドロップである場合には、溶断が発生している可能性がある。このため、制御装置２１は、ビード形状の予測値が基準値に近づくように、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを調整する。

造形結果予測情報の造形結果の予測値がスタブである場合には、ワイヤＷが被加工物に応力を与えている可能性がある。このため、制御装置２１は、ビード形状の予測値が基準値に近づくように、レーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを調整する。

ここで、造形結果の予測値がドロップまたはスタブである場合の制御装置２１の制御の一例について説明する。ワイヤＷに流れる電流が想定よりも低くなっているまたはばらついている場合には、溶断の発生の可能性があると判定することができる。このような場合、すなわち造形結果の予測値がドロップである場合には、ワイヤＷは溶断しかかっているので、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理、およびワイヤＷに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。

ワイヤＷにかかる電圧が想定よりも高くなっているまたはばらついている場合には、溶断の発生の可能性があると判定することができる。このような場合、すなわち造形結果の予測値がドロップである場合には、溶断を防ぐために、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理、およびワイヤＷに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。

ワイヤＷの先端の位置が加工点よりもワイヤノズル１２２側にある場合には、ワイヤＷが溶断しかけていると判定することができる。この場合、すなわち造形結果の予測値がドロップである場合には、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理、およびワイヤＷに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。

ワイヤＷの先端の位置が加工点を通り過ぎている場合には、ワイヤＷの溶融が不十分であると判定することができる。この場合、すなわち造形結果の予測値がスタブである場合には、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を増加させる処理、ワイヤＷの供給速度を低下させる処理およびワイヤＷに流す電流を増加させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。

ワイヤＷの先端の温度が想定よりも高くなっている場合には、溶断の発生の可能性があると判定することができる。このような場合、すなわち造形結果の予測値がドロップである場合には、ワイヤＷの先端の温度を下げるために、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を低下させる処理、ワイヤＷの供給速度を増加させる処理、およびワイヤＷに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。

ワイヤＷの負荷が想定よりも高い場合には、ワイヤＷの溶融が不十分であると判定することができる。このような場合、すなわち造形結果の予測値がスタブである場合には、ワイヤＷの先端の温度を上昇させるために、制御装置２１は、レーザビームＬの出力を上げる処理、ワイヤＷの供給速度を低下させる処理、およびワイヤＷに流す電流を増加させる処理のうち少なくとも１つの処理を行えばよい。これによって、ワイヤＷでの溶断の発生またはワイヤＷが被加工物に与える応力を抑制することができる。以上で、処理が終了する。

なお、実施の形態１０では、モデル生成部３０２が用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、半教師あり学習等を適用することも可能である。

また、モデル生成部３０２は、複数の積層造形装置１００ｊに対して作成される学習用データに従って、造形結果予測情報を学習するようにしてもよい。なお、モデル生成部３０２は、同一のエリアで使用される複数の積層造形装置１００ｊから学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数の積層造形装置１００ｊから収集される学習用データを利用して造形結果予測情報を学習してもよい。また、学習用データを収集する積層造形装置１００ｊを途中で対象に追加したり、対象から除去したりすることも可能である。さらに、ある積層造形装置１００ｊに関して造形結果予測情報を学習した学習装置３００を、これとは別の積層造形装置１００ｊに適用し、当該別の積層造形装置１００ｊに関して造形結果予測情報を再学習して更新するようにしてもよい。

また、モデル生成部３０２に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Deep Learning）を用いることもでき、他の公知の方法、一例では遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。

さらに、学習装置３００および推論装置３５０は、積層造形装置１００ｊの造形結果予測情報を学習するために使用されるが、一例では、ネットワークを介して積層造形装置１００ｊに接続され、この積層造形装置１００ｊとは別個の装置であってもよい。また、学習装置３００および推論装置３５０は、積層造形装置１００ｊの制御装置２１に内蔵されていてもよい。さらに、学習装置３００および推論装置３５０は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。

次に、実施の形態１０にかかる学習装置３００および推論装置３５０を実現するハードウェアについて説明する。図３３は、実施の形態１０にかかる積層造形装置における学習装置および推論装置を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図３３は、学習装置３００および推論装置３５０を、プロセッサ５７３とメモリ５７４とを有する処理回路５７１で実現する場合の構成を示す。

入力部５７２は、学習装置３００および推論装置３５０に対する入力信号を外部から受信する回路である。出力部５７５は、学習装置３００および推論装置３５０で生成した信号を外部へ出力する回路である。学習装置３００のデータ取得部３０１および推論装置３５０のデータ取得部３５１は、入力部５７２で実現される。また、入力部５７２は、学習済モデルの入力を担う。出力部５７５は、学習装置３００では学習済モデルの出力を担い、推論装置３５０では、造形結果予測情報の出力を担う。

プロセッサ５７３は、ＣＰＵである。プロセッサ５７３は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）でもよい。メモリ５７４は、一例では、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性のメモリである。学習装置３００および推論装置３５０をプロセッサ５７３およびメモリ５７４で実現する場合、学習装置３００および推論装置３５０として動作するための処理が記述されたプログラムをプロセッサ５７３が実行することにより、これらの各部が実現される。プログラムは、メモリ５７４に予め格納される。プログラムは、記憶媒体に記憶されたものであってもよい。また、プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介して、学習装置３００および推論装置３５０となる処理回路５７１へインストールされてもよい。

以上のように、実施の形態１０によれば、学習装置３００は、負荷が小さい場合の造形結果と狙った形状を有するビードとが得られた場合のセンシングデータと造形結果データとの組み合わせに基づいて作成される学習用データに基づいて造形結果予測情報を推論する学習済モデルを生成する。また、推論装置３５０は、学習済モデルにセンシングデータを入力して得られる造形結果予測情報を出力する。そして、制御装置２１は、造形結果予測情報に基づいて、ビード形状の予測値が基準となるビード形状となるように、積層造形装置１００ｊのレーザビームＬの出力、ワイヤＷの供給速度およびワイヤＷに流す電流のうち少なくとも１つを調整するようにした。これによって、ワイヤＷでの溶断の発生またはワイヤＷが必要以上に被加工物に応力を与えてしまうことを抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１１ ステージ、１２，１２ａ 加工ヘッド、１３ レーザ発振器、１４ ファイバケーブル、１５ ガス供給装置、１６ 配管、１７，１７ａ ワイヤスプール、１８，１８ａ 回転モータ、１９ ヘッド駆動装置、２０ 回転機構、２１ 制御装置、２２ フラックス塗布装置、２３ 塗布駆動装置、２４ フラックス固化装置、２５ 固化駆動装置、２６ ホットワイヤ電源、２７ 電流ケーブル、２８ 絶縁部材、２９ 成形光学系、３０ 温度計測部、３１ 歪ゲージ、５１ ベース材、５２ フラックス層、５２ａ 液状のフラックス、５３ 第１アルミニウム含有金属層、５４ 第２アルミニウム含有金属層、５５ 堆積物、６１ 回路試験器、６２ プローブ、６３ 撮像部、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ，１００ｉ，１００ｊ 積層造形装置、１２１ ビームノズル、１２２，１２２ａ ワイヤノズル、１２３ ガスノズル、２１１ ＣＰＵ、２１２ ＲＡＭ、２１３ ＲＯＭ、２１４ 記憶装置、２１５ 入出力インタフェース、２１６ バス、３００ 学習装置、３０１，３５１ データ取得部、３０２ モデル生成部、３０３ 学習済モデル記憶部、３５０ 推論装置、３５２ 推論部、５７１ 処理回路、５７２ 入力部、５７３ プロセッサ、５７４ メモリ、５７５ 出力部、Ｇ シールドガス、Ｌ レーザビーム、Ｗ ワイヤ、Ｗａ フラックスコアードワイヤ。

Claims (20)

1. 鉄を含有する金属のベース材に液状のフラックスを塗布する第１フラックス塗布工程と、
   前記ベース材に塗布された前記液状のフラックスを加熱し、前記液状のフラックスが固化した層である第１フラックス層を形成する第１フラックス固化工程と、
   前記第１フラックス層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第１ワイヤおよび前記第１フラックス層にレーザビームを照射し、前記第１フラックス層および前記第１ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する第１積層工程と、
   前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第２ワイヤに前記レーザビームを照射し、前記第２ワイヤを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する第２積層工程と、
   を含むことを特徴とする積層造形方法。
2. 鉄を含有する金属のベース材上に供給されるアルミニウムおよびフラックスを含有するワイヤであるフラックス含有金属ワイヤにレーザビームを照射し、前記フラックス含有金属ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する第１積層工程と、
   前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されフラックスを含有せずアルミニウムを含有するワイヤである金属ワイヤおよび前記下地層の一部に前記レーザビームを照射し、前記金属ワイヤおよび前記下地層の一部を溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する第２積層工程と、
   を含むことを特徴とする積層造形方法。
3. 前記第２積層工程は、
   下地層上に、前記液状のフラックスを塗布する第２フラックス塗布工程と、
   前記下地層に塗布された前記液状のフラックスを加熱し、前記液状のフラックスが固化した層である第２フラックス層を形成する第２フラックス固化工程と、
   前記第２フラックス層上に供給される前記第２ワイヤおよび前記第２フラックス層に前記レーザビームを照射し、前記第２ワイヤおよび前記第２フラックス層を溶融、凝固させた層である前記第２アルミニウム含有金属層を形成する層形成工程と、
   を含み、
   前記第２フラックス塗布工程から前記層形成工程までを繰り返し実行し、
   前記層形成工程での前記レーザビームの出力は、前記第１積層工程での前記レーザビームの出力よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の積層造形方法。
4. 前記第２フラックス固化工程では、前記液状のフラックスへ熱風を吹き出させること、前記液状のフラックスへ前記レーザビームを照射すること、または前記液状のフラックスの固化温度以上の温度の物体を前記液状のフラックスに接近させることによって前記第２フラックス層を形成することを特徴とする請求項３に記載の積層造形方法。
5. 前記第１ワイヤは、アルミニウムおよび前記フラックスを含有する金属のワイヤであり、
   前記第２ワイヤは、前記フラックスを含有せず、アルミニウムを含有する金属のワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の積層造形方法。
6. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記ワイヤに電流を流して前記ワイヤを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形方法。
7. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、レーザ発振器から発振されるレーザビームのビーム径を広げ、均一な強度分布となるように成形された前記レーザビームが使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形方法。
8. 前記レーザ発振器は、半導体レーザであることを特徴とする請求項７に記載の積層造形方法。
9. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記レーザビームの照射位置である加工点の温度を測定し、前記加工点の温度が定められた基準値よりも高い場合に、前記レーザビームの出力を下げることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形方法。
10. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記ワイヤが前記下地層から受ける負荷を測定し、前記負荷が定められた基準値よりも大きい場合に、前記ワイヤの供給速度を変化させること、または前記ワイヤと前記ベース材との間の相対位置を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形方法。
11. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記ワイヤに流れる電流を計測し、前記電流の計測値が定められた基準値よりも低い場合に、前記レーザビームの出力を低下させる処理、前記ワイヤの供給速度を増加させる処理、および前記ワイヤに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
12. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記ワイヤにかかる電圧を計測し、前記電圧の計測値が定められた基準値よりも高い場合に、前記レーザビームの出力を低下させる処理、前記ワイヤの供給速度を増加させる処理、および前記ワイヤに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
13. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、
    前記レーザビームの照射位置である加工点を含む領域を撮像した画像データから、前記ワイヤの先端の位置および前記加工点の位置を取得し、
    前記ワイヤが前記下地層から受ける負荷を測定し、
    前記加工点を基準とした前記ワイヤの先端の位置と、定められた基準値に対する前記負荷の大小と、に応じて、前記レーザビームの出力、前記ワイヤの供給速度および前記ワイヤに流す電流のうち少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
14. 前記第１積層工程および前記第２積層工程では、前記ワイヤの先端の温度を計測し、前記ワイヤの先端の温度が定められた基準値よりも高い場合に、前記レーザビームの出力を低下させる処理、前記ワイヤの供給速度を増加させる処理、および前記ワイヤに流す電流を低下させる処理のうち少なくとも１つの処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
15. ベース材を載置するステージと、
    アルミニウムを含有する金属のワイヤを供給する材料供給部と、
    レーザビームを照射する照射部と、
    液状のフラックスを塗布するフラックス塗布部と、
    前記液状のフラックスを乾燥させる加熱部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ステージ上の鉄を含有する金属の前記ベース材に前記液状のフラックスを塗布するように、前記フラックス塗布部を制御し、
    前記ベース材に塗布された前記液状のフラックスを加熱してフラックス層を形成するように、前記加熱部を制御し、
    前記フラックス層上に前記ワイヤを供給するように前記材料供給部を制御するとともに、前記レーザビームの照射によって前記ベース材を溶融させずに、前記ワイヤおよび前記フラックス層を溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層を形成するように前記照射部を制御し、
    前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に前記ワイヤを供給するように前記材料供給部を制御するとともに、前記レーザビームの照射によって前記ワイヤを溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層を１層以上形成するように前記照射部を制御することを特徴とする積層造形装置。
16. ベース材を載置するステージと、
    アルミニウムおよびフラックスを含有するワイヤであるフラックス含有金属ワイヤを供給する第１材料供給部と、
    アルミニウムを含有するワイヤである金属ワイヤを供給する第２材料供給部と、
    レーザビームを照射する照射部と、
    液状のフラックスを塗布するフラックス塗布部と、
    前記液状のフラックスを乾燥させる加熱部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ステージ上の鉄を含有する金属の前記ベース材上に前記フラックス含有金属ワイヤを供給するように前記第１材料供給部を制御するとともに、前記レーザビームの照射によって前記フラックス含有金属ワイヤを溶融、凝固させた第１アルミニウム含有金属層を形成するように前記照射部を制御し、
    前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に前記金属ワイヤを供給するように前記第２材料供給部を制御するとともに、前記レーザビームの照射によって前記下地層の一部および前記金属ワイヤを溶融、凝固させた第２アルミニウム含有金属層を１層以上形成するように前記照射部を制御することを特徴とする積層造形装置。
17. 前記ワイヤと前記ベース材との間に電流を流すホットワイヤ電源と、
    前記レーザビームの照射位置である加工点の温度を計測する温度計測部と、
    前記ワイヤにかかる負荷を計測する負荷計測部と、
    前記ワイヤに流れる電流または前記ワイヤにかかる電圧を計測する回路試験器と、
    前記加工点を含む領域を撮像する撮像部と、
    学習装置と、
    をさらに備え、
    前記学習装置は、
    前記温度計測部から取得した造形処理中の前記ワイヤの先端の温度および造形処理前の前記ワイヤの先端の温度、前記回路試験器から取得した前記ワイヤに流れる電流または前記ワイヤにかかる電圧、前記撮像部より取得した画像データから抽出した前記ワイヤの先端の位置、並びに前記負荷計測部から取得した前記ワイヤにかかる負荷のうち少なくとも１つを含む前記積層造形装置のセンシングデータと、前記センシングデータで得られる条件を用いて前記積層造形装置で造形処理を行ったときの結果を示す造形結果データと、を含む学習用データを取得するデータ取得部と、
    前記学習用データを用いて、前記積層造形装置の前記センシングデータから前記積層造形装置での造形処理の予測結果である造形結果予測情報を推論するための学習済モデルを生成するモデル生成部と、
    を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の積層造形装置。
18. 前記ワイヤと前記ベース材との間に電流を流すホットワイヤ電源と、
    前記レーザビームの照射位置である加工点の温度を計測する温度計測部と、
    前記ワイヤにかかる負荷を計測する負荷計測部と、
    前記ワイヤに流れる電流または前記ワイヤにかかる電圧を計測する回路試験器と、
    前記加工点を含む領域を撮像する撮像部と、
    推論装置と、
    をさらに備え、
    前記推論装置は、
    前記温度計測部から取得した造形処理中の前記ワイヤの先端の温度および造形処理前の前記ワイヤの先端の温度、前記回路試験器から取得した前記ワイヤに流れる電流または前記ワイヤにかかる電圧、前記撮像部より取得した画像データから抽出した前記ワイヤの先端の位置、並びに前記負荷計測部から取得した前記ワイヤにかかる負荷のうち少なくとも１つを含む前記積層造形装置のセンシングデータを取得するデータ取得部と、
    前記積層造形装置の前記センシングデータから前記積層造形装置の造形結果の予測値である造形結果予測情報を推論するための学習済モデルを用いて、前記データ取得部から入力された前記センシングデータから前記造形結果予測情報を出力する推論部と、
    を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載の積層造形装置。
19. 鉄を含有する金属のベース材に液状のフラックスを塗布する第１フラックス塗布工程と、
    前記ベース材に塗布された前記液状のフラックスを加熱して乾燥させた層である第１フラックス層を形成する第１フラックス固化工程と、
    前記第１フラックス層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第１ワイヤおよび前記第１フラックス層にレーザビームを照射し、前記第１フラックス層および前記第１ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する第１積層工程と、
    前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されるアルミニウムを含有する金属のワイヤである第２ワイヤに前記レーザビームを照射し、前記第２ワイヤを溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する第２積層工程と、
    を含むことを特徴とする積層造形物の製造方法。
20. 鉄を含有する金属のベース材上に供給されるアルミニウムおよびフラックスを含有するワイヤであるフラックス含有金属ワイヤにレーザビームを照射し、前記フラックス含有金属ワイヤを溶融、凝固させた層である第１アルミニウム含有金属層を積層する第１積層工程と、
    前記第１アルミニウム含有金属層の形成後に、下地層上に供給されフラックスを含有せずアルミニウムを含有するワイヤである金属ワイヤおよび前記下地層の一部に前記レーザビームを照射し、前記金属ワイヤおよび前記下地層の一部を溶融、凝固させた層である第２アルミニウム含有金属層を１層以上積層する第２積層工程と、
    を含むことを特徴とする積層造形物の製造方法。

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