JPWO2020079870A1 - 付加製造装置および付加製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる付加製造装置100を示す図である。図2は、本発明の実施の形態1における加工領域26を説明する模式図である。付加製造装置100は、ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物の付加対象面へ付加する付加加工により、3次元の造形物を製造する。本実施の形態1において、ビームはレーザビーム24であって、材料はワイヤ状の造形材料であり金属材料のワイヤ5であるものとする。なお、ワイヤ状の造形材料は、金属以外の材料であってもよい。
本実施の形態2では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の形態について説明する。以下、図14から図18を参照して、本実施の形態2における付加製造装置100の動作について説明する。図14は、本発明の実施の形態2における付加製造装置100の動作を説明するフローチャートである。図15は、図1に示す付加製造装置100の加工ヘッド10が第2の位置に移動したときのレーザビーム24の中心軸CLの位置を示す模式断面図である。図16は、図1に示す付加製造装置100においてワイヤ5の先端がレーザビーム24の中心軸CLと交わる位置までワイヤ5が吐出された状態を示す模式断面図である。図17は、図1に示す付加製造装置100のワイヤ5の先端を付加対象面22に接触させた状態を示す模式断面図である。図18は、図1に示す付加製造装置100の加工ヘッド10が次の加工領域26に移動する状態を示す模式断面図である。図15から図18では、付加対象面22における加工領域26の周辺の状態を示している。
本実施の形態3では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の形態について説明する。本実施の形態3における付加加工は、上述した実施の形態1における付加加工に対して、レーザビーム24がワイヤ5に照射される前に吐出されるワイヤ5の先端の位置が異なる。
・レーザビーム24の照射時間を0.3秒以下にして玉ビード32による造形を実施する。
・ワイヤ5が付加対象面22に到達する前に、付加対象面22を溶かして溶融池23を形成する。
・ワイヤ5の材質:SUS304、ワイヤ5のワイヤ径(mm):1.2mm、レーザビーム24の出力(W):800W、レーザビーム24のビーム径C(mm):2.0mmである場合に、ワイヤ5のワイヤ径(mm):1.2mmよりも大きな溶融池23を形成するために必要な時間は約0.1secとする。
本実施の形態4では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の実施の形態について説明する。本実施の形態4における付加加工は、上述した実施の形態1における付加加工に対して、加工領域26からのワイヤ5の引き抜き方法が異なる。以下、図27から図29を参照して、本実施の形態3における付加製造装置100の動作について説明する。図27は、図1に示す付加製造装置100の実施の形態4における動作を説明するフローチャートである。図28は、図1に示す付加製造装置100のワイヤ5が上方に移動する状態を示す模式断面図である。図29は、図1に示す付加製造装置100の加工領域26からワイヤ5が引き抜かれる状態を示す模式断面図である。
付加製造装置100では、ワイヤ5は、レーザビーム24の中心軸CLと非同軸の状態で供給される。付加対象面22に先に形成された玉ビード32をワイヤ5が乗り越える位置関係で、加工ヘッド10の移動方向とワイヤ5の供給方向とが設定されている場合、玉ビード32の高さおよびワイヤ5の先端高さによっては、加工ヘッド10が移動する際にワイヤ5の先端が玉ビード32に衝突する場合が発生する。ワイヤ5の先端が玉ビード32に衝突した場合は、ワイヤ5が曲げられ、ワイヤ5の先端と付加対象面22との間に設計外の隙間が発生してしまい、ワイヤ5の溶着が想定どおりに行われない加工不具合が発生する。
本実施の形態6では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の形態について説明する。本実施の形態6における付加加工は、上述した実施の形態における付加加工に対して、レーザビーム24がワイヤ5に照射される前にワイヤ5の供給動作が開始されることが異なる。
本実施の形態7では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の形態について説明する。本実施の形態7における付加加工は、上述した実施の形態1における付加加工に対して、ワイヤ5の供給速度を上げることが異なる。
本実施の形態4では、図1に示した付加製造装置100による他の付加加工の実施の形態について説明する。本実施の形態4における付加加工は、上述した実施の形態1における付加加工に対して、加工領域26からのワイヤ5の引き抜き方法が異なる。以下、図27から図29を参照して、本実施の形態4における付加製造装置100の動作について説明する。図27は、図1に示す付加製造装置100の実施の形態4における動作を説明するフローチャートである。図28は、図1に示す付加製造装置100のワイヤ5が上方に移動する状態を示す模式断面図である。図29は、図1に示す付加製造装置100の加工領域26からワイヤ5が引き抜かれる状態を示す模式断面図である。
Claims (25)
- 被加工物の付加対象面に造形物を造形する付加製造装置であって、
前記付加対象面の加工領域に対して造形材料を供給する材料供給部と、
前記造形材料を溶融させるレーザビームを前記加工領域へ照射する照射部と、
前記材料供給部と前記照射部とを制御し、前記レーザビームの照射により前記造形材料が溶融して形成される玉状のビードを用いて前記造形物の少なくとも一部を造形するための制御を担う制御装置と、
を備えることを特徴とする付加製造装置。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料の先端を前記加工領域に接触させた後に前記レーザビームを前記加工領域へ照射させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料が前記レーザビームの中心軸と交わる位置まで供給された場合に前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に接触しない高さ位置に前記ワイヤ状の造形材料を供給させた後に、または前記ワイヤ状の造形材料の中心軸が前記加工領域に接触する位置まで前記ワイヤ状の造形材料が供給された場合に前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に接触しない高さ位置に前記ワイヤ状の造形材料を供給させた後に、前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域へ向けて移動させて前記ワイヤ状の造形材料の先端を前記加工領域に接触させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項2に記載の付加製造装置。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記制御装置は、前記レーザビームと前記ワイヤ状の造形材料の中心軸とが非同軸である場合には前記付加対象面の面内方向における前記レーザビームの中心軸と前記ワイヤ状の造形材料の先端との間の距離が前記レーザビームの半径の0.5倍以上、2.3倍以下の範囲である待機位置まで前記ワイヤ状の造形材料を供給させた後に、前記レーザビームと前記ワイヤ状の造形材料の中心軸とが同軸である場合には前記付加対象面と前記ワイヤ状の造形材料の先端との間の距離が前記レーザビームの半径の0.5倍以上、2.3倍以下の範囲である待機位置まで前記ワイヤ状の造形材料を供給させた後に、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させ、さらに前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域へ供給させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記付加対象面が、前記造形物を構成する2層目以上の玉状のビードの層である場合に、
前記制御装置は、前記レーザビームを照射する前に、前記付加対象面の高さと前記待機位置まで供給された前記ワイヤ状の造形材料の先端位置の高さとに基づいて、前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域へ照射される前記レーザビームの中心軸の位置まで到達できる高さ位置まで上方に移動させた後に、さらに前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域へ供給させること、
を特徴とする請求項4に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料の供給位置を固定した状態で前記加工領域へ前記ワイヤ状の造形材料を供給しながら予め定められた照射時間にわたって前記レーザビームを前記加工領域へ照射させた後に、前記ワイヤ状の造形材料の供給および前記レーザビームの照射を停止させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項2から5のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料の供給を停止した後に、前記ワイヤ状の造形材料の供給方向と反対の方向に前記ワイヤ状の造形材料を引き抜き、前記レーザビームの照射を停止させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項2から5のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記制御装置により制御されて前記加工領域へ不活性ガスを噴出するガス供給部を備え、
前記制御装置は、前記レーザビームを前記加工領域へ照射している間および前記レーザビームの照射の停止後の予め定められた継続時間にわたって前記加工領域への前記不活性ガスを噴出させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項6または7に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記継続時間の経過後に、次に前記レーザビームが照射されるまで前記不活性ガスの噴出を停止させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項8に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記加工領域に溶着されている前記ワイヤ状の造形材料が溶融した溶融ワイヤから前記ワイヤ状の造形材料が抜けない範囲で前記ワイヤ状の造形材料を上方に移動させること、
を特徴とする請求項2から9のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料を上方に移動させた後に、前記ワイヤ状の造形材料の供給方向と反対の方向に前記ワイヤ状の造形材料を引き抜く制御を行うこと、
を特徴とする請求項10に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記付加対象面の面内において、前記付加対象面に形成済みの前記玉状のビードと、前記加工領域に供給される前記ワイヤ状の造形材料とが重ならない方向に、前記材料供給部の移動方向と前記ワイヤ状の造形材料の供給方向とを制御すること、
を特徴とする請求項2から11のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記被加工物を回転可能な回転機構または前記材料供給部と前記照射部とを前記付加対象面の面内方向において円形に移動させる移動機構を備え、
前記制御装置は、前記付加対象面の面内において、前記付加対象面に形成済みの前記玉状のビードと、前記加工領域に供給される前記ワイヤ状の造形材料とが重ならない方向に、前記ワイヤ状の造形材料の供給方向と前記被加工物の回転方向とを制御すること、
を特徴とする請求項2から12のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、隣り合う前記玉状のビード同士の間に隙間を空けて複数の第1の玉状のビードを形成した後、前記隙間または前記第1の玉状のビードに隣り合う領域に第2の玉状のビードを形成させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項1から13のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、複数の前記玉状のビードからなる前記玉状のビードの層の端部に対応する前記玉状のビードを、前記玉状のビードの層を構成する複数の前記玉状のビードのうち最後に形成させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項1から14のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料の前記加工領域への供給を開始させた後に、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記ワイヤ状の造形材料を前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に接触しない非接触位置まで吐出させ、さらに前記ワイヤ状の造形材料の前記加工領域への供給を開始させた後に、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させる制御を行うこと、
を特徴とする請求項16に記載の付加製造装置。 - 前記非接触位置は、前記非接触位置から前記ワイヤ状の造形材料の前記加工領域への供給が開始されてから前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に到達するまでに0.2秒以上必要な距離だけ離れた位置であること、
を特徴とする請求項17に記載の付加製造装置。 - 前記制御装置は、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させるタイミングを、ワイヤ状の造形材料の先端の位置の観測結果に基づいて制御すること、
を特徴とする請求項16から18のいずれか1つに記載の付加製造装置。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記制御装置は、
前記ワイヤ状の造形材料を前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に接触しない位置まで吐出させ、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させた後に、さらに前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させる制御を行い、
前記レーザビームを前記加工領域へ照射させた後においては、前記ワイヤ状の造形材料の先端を前記加工領域に接触させた状態からさらに前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させた場合に前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域から逸れる速度で、前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させること、
を特徴とする請求項1に記載の付加製造装置。 - 被加工物の付加対象面の加工領域に対して造形材料を供給する材料供給部と、前記造形材料を溶融させるレーザビームを前記付加対象面へ照射する照射部と、を制御することにより付加加工を行う付加製造方法であって、
前記レーザビームの照射により前記造形材料を溶融して玉状のビードを形成するステップを含むことを特徴とする付加製造方法。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記造形材料の前記加工領域への供給を開始させるステップと、
前記造形材料の前記加工領域への供給を開始させた後に、前記レーザビームを前記加工領域へ照射させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項21に記載の付加製造方法。 - 前記造形材料はワイヤ状であり、
前記ワイヤ状の造形材料を前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域に接触しない位置まで吐出させるステップと、
前記レーザビームを前記加工領域へ照射させるステップと、
前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させるステップと、
を含み、
前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させるステップでは、前記ワイヤ状の造形材料の先端を加工領域に接触させた状態からさらに前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させた場合に前記ワイヤ状の造形材料の先端が前記加工領域から逸れる速度で、前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域に供給させること、
を特徴とする請求項21に記載の付加製造方法。 - 被加工物の付加対象面の加工領域に対してワイヤ状の造形材料を供給する材料供給部と、前記ワイヤ状の造形材料を溶融させるレーザビームを前記付加対象面へ照射する照射部と、を制御することにより付加加工を行う付加製造方法であって、
前記ワイヤ状の造形材料の先端を前記加工領域に接触させるステップと、
前記レーザビームを前記加工領域へ照射するステップと、
を含むことを特徴とする付加製造方法。 - 被加工物の付加対象面の加工領域に対してワイヤ状の造形材料を供給する材料供給部と、前記ワイヤ状の造形材料を溶融させるレーザビームを前記付加対象面へ照射する照射部と、を制御することにより付加加工を行う付加製造方法であって、
前記レーザビームと前記ワイヤ状の造形材料の中心軸とを非同軸とする場合には前記付加対象面の面内方向における前記レーザビームの中心軸と前記ワイヤ状の造形材料の先端との間の距離が前記レーザビームの半径の0.5倍以上、2.3倍以下の範囲である待機位置まで前記ワイヤ状の造形材料を供給し、前記レーザビームと前記ワイヤ状の造形材料の中心軸とを同軸とする場合には前記付加対象面と前記ワイヤ状の造形材料の先端との間の距離が前記レーザビームの半径の0.5倍以上、2.3倍以下の範囲である待機位置まで前記ワイヤ状の造形材料を供給するステップと、
前記レーザビームを前記加工領域へ照射するステップと、
前記ワイヤ状の造形材料を前記加工領域へ供給するステップと、
を含むことを特徴とする付加製造方法。
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