KR20240040777A - 적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템 - Google Patents

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Abstract

적층 조형물의 제조 방법은, 적층 조형물의 외측 부분인 윤곽부를, 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드로 적층 조형하는 윤곽부 조형 공정과, 상기 적층 조형물의 내측 부분인 코어부를, 용접에 의해 형성되는 코어부 비드로 적층 조형하는 코어부 조형 공정을 포함한다.

Description

적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템
본 개시는, 적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템에 관한 것이다.
본원은, 2021년 7월 30일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2021-125246호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
특허문헌 1에는, 용가재를 용융 및 응고시켜 이루어지는 용접 비드를 적층함으로써, 적층 조형물을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2021-24260호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 적층 조형물의 제조 방법에서는, 적층 조형물의 측면에 처짐이나 파상도 등이 발생하여, 적층 조형물의 표면 정밀도가 저하되는 경우가 있었다.
본 개시는, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 적층 조형물의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있는 적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 개시에 관한 적층 조형물의 제조 방법은, 적층 조형물의 외측 부분인 윤곽부를, 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드로 적층 조형하는 윤곽부 조형 공정과, 상기 적층 조형물의 내측 부분인 코어부를, 용접에 의해 형성되는 코어부 비드로 적층 조형하는 코어부 조형 공정을 포함한다.
본 개시에 관한 적층 조형 시스템은, 용접 헤드와, 상기 용접 헤드가 적층 조형물을 조형하도록 해당 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 제어 장치를 구비하고, 상기 적층 조형 제어 장치는, 상기 적층 조형물의 외측 부분인 윤곽부를, 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 윤곽부 조형 제어부와, 상기 적층 조형물의 내측 부분인 코어부를, 용접에 의해 형성되는 코어부 비드로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 코어부 조형 제어부를 갖는다.
본 개시의 적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템에 의하면, 적층 조형물의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 적층 조형 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 용접 헤드의 일례로서, 레이저 용접 헤드의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 용접 헤드의 일례로서, 아크 용접 헤드의 주요부를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 적층 조형 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 5는 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 적층 조형물의 제조 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 윤곽부 조형 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 윤곽부 조형 공정에 있어서, 위빙 용접에 의해 윤곽부가 조형되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 코어부 조형 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 코어부 조형 공정에 있어서, 스트레이트 용접에 의해 코어부가 조형되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 윤곽부 조형 공정의 변형예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 적층 조형 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 적층 조형 제어 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도이다.
도 13은 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 적층 조형물의 제조 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 코어부 조형 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 표면 상태 취득 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 윤곽부 조형 공정에 있어서, 위빙 용접에 의해 윤곽부가 조형되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 17은 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 윤곽부 조형 공정의 변형예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 18은 본 개시의 각 실시 형태에 관한 컴퓨터의 구성을 도시하는 하드웨어 구성도이다.
<제1 실시 형태>
(적층 조형 시스템)
이하, 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 적층 조형 시스템(1), 및 적층 조형물(10)의 제조 방법에 대해서, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 적층 조형 시스템(1)은, 금속의 용가재를 사용하여 스테이지(2)의 표면 상에 육성을 행하고, 적층 조형물(10)을 조형하는 것이다. 본 실시 형태의 적층 조형 시스템(1)은, 예를 들어 3D 프린터 등, 다양한 3차원 적층 조형 기술에 적용 가능하다.
도 1에 도시하는 바와 같이 적층 조형 시스템(1)은, 스테이지(2)와, 용접 헤드(20)와, 적층 조형 제어 장치(40)를 구비한다. 도 1에는 적층 조형물(10)의 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
(스테이지)
스테이지(2)는 금속 재료에 의해 형성된 판상의 부재이다. 적층 조형물(10)이 조형되는 스테이지(2)의 표면은 평탄면이다. 스테이지(2)의 표면은 수평면을 따르고 있다. 이하에 있어서, 이 스테이지(2)의 표면의 법선 방향을 단순히 「법선 방향」이라고 하고, 이 스테이지(2)의 표면을 따르는 방향을 단순히 「면 방향」이라고 하는 경우가 있다.
(용접 헤드)
용접 헤드(20)는 스테이지(2)의 표면에 대향하여 배치된다. 용접 헤드(20)는 용가재를 용융하고, 스테이지(2)의 표면 상에 액적 형상의 용접 비드(3)를 형성한다. 용가재는 금속 재료이다. 용가재로서는, 예를 들어 스테인리스나 티타늄 합금, 니켈 합금, 알루미늄 합금, 크롬 합금 등을 들 수 있다. 용가재는 스테이지(2)와 동일한 금속이어도 되고, 스테이지(2)와 다른 금속이어도 된다. 용접 비드(3)는 스테이지(2)의 표면의 면 방향으로 연속해서 복수 형성된다. 복수의 용접 비드(3)가 스테이지(2)의 표면의 법선 방향으로 적층됨으로써, 목적으로 하는 적층 조형물(10)이 조형된다. 용접 비드(3)는 적층 조형물(10)을 구성하는 최소 단위이다. 이 때문에, 용접 비드(3)의 치수는 적층 조형물(10)의 형상 정밀도를 결정하는 요소가 된다.
이하, 스테이지(2)의 표면의 면 방향에 있어서의 용접 비드(3)의 최대 치수를, 단순히 「비드 폭」이라고 하는 경우가 있다.
적층 조형물(10)의 조형 과정에 있어서, 용접 비드(3)에 의해 점묘되어 있는 것처럼 보이기 때문에, 비드 폭의 크기를 용접 비드(3)의 해상도로서 표현하는 경우가 있다. 이하, 비드 폭이 클수록 용접 비드(3)의 해상도가 낮다고 하고, 비드 폭이 작을수록 용접 비드(3)의 해상도가 높다고 한다.
용접 헤드(20)는, 제1 해상도를 갖는 용접 비드(3)와, 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도를 갖는 용접 비드(3)의 2종류의 용접 비드(3)를 형성할 수 있다.
용접 헤드(20)는 스테이지(2)에 대하여 이동 가능한 헤드 본체(21)를 갖고 있다. 용접 헤드(20)는 헤드 본체(21)를 이동시키면서 용접 비드(3)를 형성한다. 용접 헤드(20)는 열원 및 용가재를 헤드 본체(21)의 이동 방향에 대하여 임의의 방향으로 요동할 수 있다. 이하, 용접 도중에 있어서의 헤드 본체(21)의 이동 방향을 용접 방향이라고 하는 경우가 있다. 열원 및 용가재를 요동시켜서 용접함으로써, 위빙 용접을 행할 수 있다. 또한, 열원 및 용가재를 용접 방향에 대하여 요동시키지 않고 용접함으로써, 스트레이트 용접을 행할 수도 있다.
또한, 용접 헤드(20)는 레이저 용접 헤드(20a)여도 되고, 아크 용접 헤드(20b)여도 된다. 본 실시 형태에 있어서의 용접의 방식은 적절히 변경 가능하다.
(레이저 용접 헤드)
도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 헤드(20)가 레이저 용접 헤드(20a)인 경우, 열원은 레이저광(L)이다. 또한, 용가재로서 예를 들어 분체(P)가 사용된다. 레이저 용접 헤드(20a)는 헤드 본체(21)와, 레이저원(22)과, 도시하지 않은 분체 공급부를 갖는다.
헤드 본체(21)는 스테이지(2)의 표면으로부터 법선 방향으로 이격된 위치에 마련되어 있다. 헤드 본체(21)는 스테이지(2)의 표면에 접근함에 따라 끝이 가늘어지는 원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 헤드 본체(21)의 중심축은 스테이지(2)의 표면의 법선 방향으로 연장되어 있다. 헤드 본체(21)의 중심축은 스테이지(2)의 표면의 법선에 대하여 약간 경사져 있어도 된다. 헤드 본체(21)에는 레이저 통로(23)와, 분체 공급로(24)가 형성되어 있다.
레이저 통로(23)는 헤드 본체(21)의 중심축을 따라서 헤드 본체(21)를 관통하고 있다. 레이저 통로(23)는 측면으로 보아, 스테이지(2)의 표면에 접근함에 따라 끝이 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.
분체 공급로(24)는 헤드 본체(21)를 축방향으로 관통하고 있다. 분체 공급로(24)는 헤드 본체(21)의 외주면을 따르도록 형성되어 있다. 분체 공급로(24)는 측면으로 보아, 레이저 통로(23)를 사이에 두고 대칭으로 형성되어 있다. 분체 공급로(24)는 스테이지(2)에 접근함에 따라, 헤드 본체(21)의 중심축에 대하여, 직선적으로 점차 접근하고 있다.
레이저원(22)은 스테이지(2)로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 레이저원(22)은 스테이지(2)의 표면을 향하여 레이저광(L)을 방출한다. 레이저광(L)은 헤드 본체(21)의 레이저 통로(23) 내를 축방향으로 직진하고, 스테이지(2)의 표면에 조사된다. 스테이지(2)의 표면에는 레이저광(L)의 스폿이 발생한다.
도시하지 않은 분체 공급부는 헤드 본체(21)에 분체(P)를 공급한다. 분체(P)는 헤드 본체(21)의 분체 공급로(24) 내에 공급된다. 분체 공급로(24) 내에는 스테이지(2)의 표면을 향하여 반송 가스가 유통되고 있다. 이 때문에, 분체(P)는 분체 공급로(24) 내의 반송 가스의 흐름에 의해 스테이지(2) 상의 레이저광(L)의 스폿에 분사된다. 분사된 분체(P)는 레이저광(L)에 의해 용융되어, 용접 비드(3)가 된다.
용접 헤드(20)가 레이저 용접 헤드(20a)인 경우, 레이저광(L)의 에너지나 레이저광(L)의 스폿 형상을 조절함으로써, 용접 비드(3)의 형상 및 비드 폭을 조절 가능하다. 레이저광(L)의 스폿 형상은, 레이저광(L)이 스테이지(2)의 표면에 조사되기 전에 통과하는 도시하지 않은 광학 소자에 따라 변화한다. 광학 소자는, 예를 들어 확산판과 집속 렌즈이다. 광학 소자의 치밀한 곡률 제어에 의해, 레이저광(L)의 스폿 형상을 제어할 수 있다.
(아크 용접 헤드)
도 3에 도시하는 바와 같이, 용접 헤드(20)가 아크 용접 헤드(20b)인 경우, 열원은 아크(A)이다. 또한, 용가재로서 예를 들어 와이어(W)가 사용된다. 아크 용접 헤드(20b)는 헤드 본체(21)와, 전극(26)과, 와이어(W)를 갖는다.
헤드 본체(21)는 스테이지(2)의 표면으로부터 법선 방향으로 이격된 위치에 마련되어 있다. 헤드 본체(21)는 원통 형상으로 형성되어 있다. 헤드 본체(21)의 중심축은 스테이지(2)의 표면의 법선 방향을 따르고 있다.
전극(26)은 한 방향으로 연장되는 막대 형상으로 형성되어 있다. 전극(26)은 헤드 본체(21)에 삽입 관통되어 있다. 스테이지(2)의 표면측의 전극(26)의 단부는, 헤드 본체(21)에 의해 직경 방향 외측으로부터 덮여 있다.
또한, 전극(26)에는 축방향으로 관통하는 와이어 삽입 관통로(27)가 형성되어 있다. 와이어 삽입 관통로(27)에는 와이어(W)가 삽입 관통된다. 와이어(W)의 선단은 전극(26)으로부터 돌출된 상태에서, 헤드 본체(21)에 의해 직경 방향 외측으로부터 덮인다. 와이어(W)에는 전극(26)을 통해 정전압이 인가된다. 와이어(W)와 스테이지(2)의 전압차가 소정의 값을 초과하면, 와이어(W)와 스테이지(2) 사이의 공기가 절연 파괴되어 방전된다. 이에 의해, 와이어(W)와 스테이지(2) 사이의 공간에, 아크(A)가 발생한다. 와이어(W)의 선단은, 이 아크(A)에 의해 용융되어, 용접 비드(3)가 된다. 와이어(W)는 용접 비드(3)의 형성에 필요한 분만큼, 아크(A)를 향하여 순차적으로 보내진다.
용접 헤드(20)가 아크 용접 헤드(20b)인 경우, 예를 들어 와이어(W)에 인가되는 전압을 조절하여 아크(A)의 에너지를 조절함으로써, 용접 비드(3)의 형상 및 비드 폭을 조절 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 용접 헤드(20)는 레이저 용접 헤드(20a) 또는 아크 용접 헤드(20b)라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 용접 헤드(20)가 전자 빔 조형 헤드여도 된다. 전자 빔 조형 헤드는 용가재로서, 아크 용접 헤드(20b)와 마찬가지로 금속의 와이어(W)를 사용한다. 전자 빔 조형 헤드는 전자 빔에 의해 와이어(W)를 용융하여 용접 비드(3)를 형성한다.
이와 같이, 금속의 용가재를 용접 헤드(20)로부터 공급함과 동시에 레이저광(L)이나 아크(A), 전자 빔 등의 열원으로 용융하여 원하는 장소에 적층하는 방식은, 「데포지션 방식」이라고 불린다.
(적층 조형 제어 장치)
계속해서, 본 실시 형태의 적층 조형 제어 장치(40)의 구성에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다.
적층 조형 제어 장치(40)는 용접 헤드(20)가 적층 조형물(10)을 조형하도록 용접 헤드(20)를 제어한다. 적층 조형 제어 장치(40)는 유선 또는 무선으로 용접 헤드(20)와 접속되어 있다.
적층 조형 제어 장치(40)는 조형물 데이터 취득부(41), 영역 특정부(42), 동작 설정부(43), 윤곽부 조형 제어부(45), 및 코어부 조형 제어부(44)의 각 처리부를 구비한다.
(조형물 데이터 취득부)
조형물 데이터 취득부(41)는 적층 조형물(10)의 조형물 데이터를 취득한다. 조형물 데이터에는 적층 조형물(10)의 최종 형상의 데이터가 포함되어 있다.
여기서, 적층 조형물(10)은 적층 조형물(10)의 내측 부분인 코어부(11)와, 적층 조형물(10)의 외측 부분인 윤곽부(12)로 구별할 수 있다(도 1 참조).
(영역 특정부)
영역 특정부(42)는 적층 조형물(10)의 최종 형상에 기초하여 코어부(11)를 조형하는 코어 영역과 윤곽부(12)를 조형하는 윤곽 영역을 특정한다. 이하, 윤곽부(12)를 적층 조형하는 용접 비드(3)를 윤곽부 비드(3b)라고 하고, 코어부(11)를 적층 조형하는 용접 비드(3)를 코어부 비드(3a)라고 하는 경우가 있다. 윤곽부 비드(3b)와 코어부 비드(3a)는 동일한 용가재에 의해 형성된다.
(동작 설정부)
동작 설정부(43)는 코어 영역에 기초하여 코어부(11)를 조형하도록 용접 헤드(20)의 동작을 설정하고, 윤곽 영역에 기초하여 윤곽부(12)를 조형하도록 용접 헤드(20)의 동작을 설정한다.
(윤곽부 조형 제어부)
윤곽부 조형 제어부(45)는 윤곽부 비드(3b)로 윤곽부(12)를 적층 조형하도록 용접 헤드(20)를 제어한다.
(코어부 조형 제어부)
코어부 조형 제어부(44)는 코어부 비드(3a)로 코어부(11)를 적층 조형하도록 용접 헤드(20)를 제어한다.
(적층 조형물의 제조 방법의 수순)
이하, 적층 조형 시스템(1)을 사용한 적층 조형물(10)의 제조 방법의 수순에 대해서, 도 5에 도시하는 흐름도를 참조하여 설명한다. 적층 조형물(10)의 제조 방법은, 조형물 데이터 취득 공정 S11과, 영역 특정 공정 S12와, 동작 설정 공정 S13과, 윤곽부 조형 공정 S14와, 코어부 조형 공정 S15를 포함한다.
조형물 데이터 취득 공정 S11에서는, 조형물 데이터 취득부(41)가 적층 조형물(10)의 조형물 데이터를 취득한다.
조형물 데이터 취득 공정 S11의 후에 영역 특정 공정 S12가 행해진다. 영역 특정 공정 S12에서는, 영역 특정부(42)가 조형물 데이터에 기초하여 코어 영역과 윤곽 영역을 특정한다.
여기서 도 1에 도시하는 바와 같이, 적층 조형물(10)은 적층 조형물(10)의 내측 부분인 코어부(11)와, 적층 조형물(10)의 외측 부분인 윤곽부(12)로 구별할 수 있다. 영역 특정 공정 S12에서는, 조형물 데이터에 있어서의 조형물의 표면을 포함하는 소정의 두께의 외측 부분을 윤곽 영역으로서 특정하고, 당해 윤곽부보다도 내측 부분을 코어 영역으로서 특정한다.
영역 특정 공정 S12의 후에 동작 설정 공정 S13이 행해진다. 동작 설정 공정 S13에서는, 동작 설정부(43)가 윤곽 영역에 기초하여 윤곽부(12)를 조형하도록 용접 헤드(20)의 동작을 설정하고, 코어 영역에 기초하여 코어부(11)를 조형하도록 용접 헤드(20)의 동작을 설정한다.
동작 설정 공정 S13의 후에 윤곽부 조형 공정 S14가 행해진다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 윤곽부 조형 공정 S14에서는 윤곽부 비드(3b)로 윤곽부(12)를 적층 조형한다. 윤곽부 비드(3b)는, 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도로 형성된다. 도 6에는 형성된 윤곽부(12)의 단면이 도시되어 있다. 윤곽부 조형 공정 S14에서는 윤곽부 조형 제어부(45)가 동작 설정부(43)의 설정에 기초하여 용접 헤드(20)를 제어하고, 윤곽 영역에 윤곽부(12)를 적층 조형한다.
용접 헤드(20)의 헤드 본체(21)는 스테이지(2)의 표면 상의 윤곽 영역에 대하여, 법선 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 배치된다. 헤드 본체(21)는 스테이지(2)의 표면과의 이격 거리를 유지하면서, 스테이지(2)의 표면의 면 방향으로 이동한다. 보다 구체적으로는, 헤드 본체(21)는 면 방향을 따르는 직선 형상의 왕복 운동을 반복하면서, 왕복 운동의 방향과 직교하는 방향으로 이동한다. 용접 헤드(20)는 헤드 본체(21)의 일시 정지와 윤곽부 비드(3b)의 형성을 반복한다. 이와 같이 하여, 스테이지(2)의 표면 상의 윤곽 영역에 복수의 윤곽부 비드(3b)가 연속해서 형성된다. 형성된 복수의 윤곽부 비드(3b)는, 모두 대략 동일한 해상도를 갖는다. 복수의 윤곽부 비드(3b)가 일체화됨으로써, 윤곽부(12)의 1층째가 조형된다.
1층째가 조형되면, 2층째의 조형으로 이행한다. 2층째의 조형에서는, 헤드 본체(21)는 1층분의 높이만큼 스테이지(2)의 표면으로부터 법선 방향으로 이격된다. 그 후, 용접 헤드(20)는 1층째의 형성 시와 마찬가지로 가동하고, 1층째 상에 2층째를 조형한다. 3층째 이후에는, 2층째와 마찬가지로 조형된다.
이와 같이 하여, 1회의 윤곽부 조형 공정 S14에서, 윤곽부(12)가 복수층 조형된다. 윤곽부(12)의 각 층은, 헤드 본체(21)의 왕복 운동 중 왕로만으로 조형되는 것이 바람직하다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 윤곽부(12)는 법선 방향으로 보아, 용접 방향을 따라서 연장되도록 형성된다. 도 7은 조형 도중의 윤곽부(12)를 법선 방향으로 본 모식도이다. 윤곽부(12)를 구성하는 윤곽부 비드(3b)는 위빙 용접에 의해 형성된다. 위빙 용접에서는, 용접 방향에 대하여 직교하는 방향 또한 면 방향으로 열원 및 용가재의 양쪽을 요동시키면서, 윤곽부 비드(3b)가 형성된다. 윤곽부 비드(3b)는 법선 방향으로 보아, 용접 방향을 짧은 방향으로 하는 직사각 형상으로 형성되어 있다. 윤곽부 비드(3b)의 용접 방향의 폭(W1)은, 예를 들어 윤곽부 비드(3b)에 있어서의 용접 방향에 직교하는 방향의 폭의 1/10배 이상 1/2배 이하가 되고, 바람직하게는 1/8배 이상 1/6배 이하가 된다.
윤곽부 조형 공정 S14의 후에 코어부 조형 공정 S15가 행해진다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 코어부 조형 공정 S15에서는 코어부 비드(3a)로, 직전의 윤곽부 조형 공정 S14에서 조형된 윤곽부(12)의 내측 또한 스테이지(2)의 표면 상에 코어부(11)를 적층 조형한다. 도 8에는 형성된 코어부(11) 및 윤곽부(12)의 단면이 도시되어 있다. 코어부 조형 공정 S15에서는, 코어부 조형 제어부(44)가 동작 설정부(43)의 설정에 기초하여 용접 헤드(20)를 제어하고, 코어 영역에 코어부(11)를 적층 조형한다.
코어부 조형 공정 S15에서는, 직전의 윤곽부 조형 공정 S14에서 조형된 윤곽부(12)와 동일한 높이만큼 코어부(11)를 조형한다. 용접 헤드(20)의 헤드 본체(21)는 윤곽부 조형 공정 S14와 마찬가지로, 직선 형상의 왕복 운동을 반복하면서 면 방향으로 이동한다. 용접 헤드(20)는 헤드 본체(21)의 일시 정지와 코어부 비드(3a)의 형성을 반복한다. 이와 같이 하여, 법선 방향으로 보아, 윤곽부(12)의 내측에 복수의 코어부 비드(3a)가 연속해서 형성된다. 형성된 복수의 코어부 비드(3a)는, 모두 대략 동일한 해상도를 갖는다. 복수의 코어부 비드(3a)가 일체화됨으로써, 코어부(11)의 1층째가 조형된다.
1층째가 조형되면, 2층째의 조형으로 이행한다. 2층째의 조형에서는, 헤드 본체(21)는 1층분의 높이만큼 스테이지(2)의 표면으로부터 법선 방향으로 이격된다. 그 후, 용접 헤드(20)는 1층째의 조형 시와 마찬가지로 가동하고, 1층째 상에 2층째를 조형한다. 3층째 이후에는, 2층째와 마찬가지로 조형된다. 코어부(11)는 직전의 윤곽부 조형 공정 S14에서 조형된 윤곽부(12)와 동일한 높이가 될 때까지 형성된다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 코어부 비드(3a)는 스트레이트 용접에 의해 형성된다. 도 9는 조형 도중의 코어부(11)를 법선 방향으로 본 모식도이다. 스트레이트 용접에서는, 용접 방향에 대하여 열원 및 용가재의 양쪽을 요동시키지 않고, 코어부 비드(3a)가 형성된다. 코어부 비드(3a)에 있어서의 용접 방향에 직교하는 방향의 폭(W2)은, 예를 들어 윤곽부 비드(3b)의 폭(W1)의 2배 이상 10배 이하가 되고, 바람직하게는 6배 이상 8배 이하가 된다.
코어부 조형 공정 S15 및 윤곽부 조형 공정 S14는, 분체(P)를 용가재로 한 레이저 용접에 의해 행해져도 되고, 와이어(W)를 용가재로 한 아크(A) 용접에 의해 행해져도 된다.
코어부 조형 공정 S15의 후에 공정 종료의 판정이 행해진다. 공정 종료의 판정에서는, 적층 조형 제어 장치(40)가 조형물 데이터에 기초하여 적층 조형물(10)의 제조가 종료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S16). 적층 조형 제어 장치(40)는 적층 조형물(10)의 제조가 종료되지 않았다고 판정한 경우에(스텝 S16; "아니오"), 윤곽부 조형 공정 S14로 이행한다.
적층 조형 제어 장치(40)는 적층 조형물(10)의 제조가 종료되었다고 판정한 경우에(스텝 S16; "예"), 용접 헤드(20)의 동작을 종료한다. 그 후, 적층 조형물(10)의 표면에 마무리 가공을 실시한다. 마무리 가공으로서는, 예를 들어 절삭이나 연마 등을 들 수 있다. 마무리 가공에 의해, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도가 향상된다. 또한, 마무리 가공은, 적절히 생략 가능하다.
이와 같이 하여, 적층 조형물(10)의 제조가 완료된다.
(작용 효과)
상기와 같은 적층 조형 시스템(1), 및 적층 조형물(10)의 제조 방법에 의하면, 위빙 용접에 의해 윤곽부 비드(3b)를 형성함으로써, 윤곽부(12)를 보다 치밀하게 형성할 수 있다. 그 결과, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 일반적으로, 위빙 용접은 스트레이트 용접보다도 용접 속도가 느리다. 그러나, 위빙 용접을 행함으로써, 스트레이트 용접과 비교하여 용접 비드(3)의 양이 용접 영역에서 변동되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 위빙 용접을 행함으로써, 스트레이트 용접과 비교하여 용접의 패스수를 적게 할 수 있으므로, 입열 제어를 용이하게 행할 수 있다.
따라서, 위빙 용접에 의해 윤곽부 비드(3b)를 형성함으로써, 윤곽부 비드(3b)의 양이 용접 영역에서 변동되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 윤곽부(12)를 고정밀도로 조형할 수 있으므로, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 용접의 패스수를 적게 할 수 있으므로, 입열 제어를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 예를 들어 위빙 용접에 의해 윤곽부(12)를 적층 조형하고, 스트레이트 용접에 의해 코어부(11)를 적층 조형할 수 있다. 이 경우, 위빙 용접에 의해 적층 조형물(10)의 모두를 적층 조형하는 경우와 비교하여 적층 조형물(10)의 제조에 걸리는 시간을 단축하면서, 스트레이트 용접에 의해 윤곽부(12)를 적층 조형하는 경우와 비교하여 윤곽부(12)의 정밀도를 향상시키고, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 윤곽부(12)를 적층 조형한 후에, 코어부(11)를 적층 조형한다. 이에 의해, 코어부(11)의 측면이 윤곽부(12)에 의해 지지되도록 코어부(11)를 조형할 수 있다. 이 때문에, 코어부(11)의 측면에 자중에 의한 처짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 해상도를 갖는 코어부 비드(3a)로 코어부를 조형하고, 제2 해상도를 갖는 윤곽부 비드(3b)로 윤곽부를 조형한다. 이 때문에, 제1 해상도를 갖는 용접 비드(3)로 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 조형하는 경우와 비교하여, 적층 조형 직후의 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 마무리 가공의 가공량을 삭감할 수 있으므로, 마무리 가공에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도를 갖는 용접 비드(3)로 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 조형하는 경우와 비교하여, 적층 조형물(10)의 전체를 조형하는 데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)을 효율적으로 제조할 수 있다.
여기서, 레이저 용접의 레이저광(L)은 스폿 형상의 조절이 용이하다. 이 때문에, 레이저 용접을 사용한 경우에는, 레이저광(L)의 스폿 형상을 조절함으로써, 용접 비드(3)의 해상도를 용이하게 조절할 수 있다. 용접 비드(3)의 해상도를 높임으로써, 적층 조형물(10)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 전자 빔 용접을 사용하는 경우에도, 레이저 용접을 사용하는 경우와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
단, 레이저 용접은 전자 빔 용접과 비교하여, 진공 상태를 필요로 하지 않기 때문에 소형화할 수 있다는 점에서 우위성이 있다. 한편, 전자 빔 용접은 레이저 용접과 비교하여, 진공 상태에서 용접하기 때문에 용가재가 산화되기 쉬운 금속의 경우에 결함을 저감할 수 있다는 점이나, 전자 빔이 반사되는 일이 없으므로 에너지 효율을 100％에 가까운 값으로 할 수 있다는 점에서 우위성이 있다.
또한, 아크 용접을 사용한 경우에는, 용접 비드(3)를 고속으로 형성할 수 있으므로, 적층 조형물(10)의 조형에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 와이어(W)는, 용가재로서는 비교적 저렴하기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 윤곽부 조형 공정 S14에서 열원과 용가재의 양쪽을 요동시켜서 위빙 용접을 행하는 것으로 하고 있다. 열원과 용가재가 마찬가지의 궤적을 따르도록 용접 헤드(20)를 제어하면 되므로, 위빙 용접의 제어를 용이하게 행할 수 있다.
<제1 실시 형태의 변형예>
여기서 제1 실시 형태의 변형예로서, 예를 들어 도 10에 도시하는 구성을 채용해도 된다. 이 변형예에서는, 적층 조형 시스템(1)에 있어서의 윤곽부 조형 제어부(45), 및 적층 조형물(10)의 제조 방법 중 윤곽부 조형 공정 S14가 제1 실시 형태와 다르다.
(윤곽부 조형 제어부)
윤곽부 조형 제어부(45)는 윤곽부(12)의 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 되도록 윤곽부(12)를 조형하도록 용접 헤드(20)를 제어한다.
(적층 조형물의 제조 방법의 수순)
적층 조형물(10)의 제조 방법은, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 순서로 행해진다. 먼저 조형물 데이터 취득 공정 S11이 행해진다. 조형물 데이터 취득 공정 S11의 후에 영역 특정 공정 S12가 행해진다. 영역 특정 공정 S12의 후에 동작 설정 공정 S13이 행해진다. 동작 설정 공정 S13의 후에 윤곽부 조형 공정 S14가 행해진다. 윤곽부 조형 공정 S14의 후에 코어부 조형 공정 S15가 행해진다. 코어부 조형 공정 S15의 후에 공정 종료의 판정이 행해진다. 이하, 제1 실시 형태와 다른 윤곽부 조형 공정 S14에 대해서 설명한다.
(윤곽부 조형 공정)
도 10에 도시하는 바와 같이, 윤곽부 조형 공정 S14에서는 윤곽부(12)의 2층째를 적층 조형할 때, 1층째에 대하여, 1층째의 연장 방향에 교차하는 방향으로 약간 어긋나게 한 위치에 2층째를 적층 조형한다. 이하, 1층째로부터 2층째로 어긋나게 한 방향을 단순히 「슬라이드 방향」이라고 하는 경우가 있다. 윤곽부(12)의 다른 각 층을 적층 조형할 때도 마찬가지로, 1개 전의 층에 대하여, 슬라이드 방향으로 약간 어긋나게 하여 윤곽부(12)의 각 층을 순차적으로 적층 조형한다. 이와 같이 하여 조형된 윤곽부(12)는 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 된다. 즉, 제조되는 적층 조형물(10)의 외측면은 수평면에 대하여 예각을 이루도록 형성된다. 적층 조형물(10)의 외측면과 스테이지(2)의 표면의 이루는 각 θ는, 예를 들어 45도 이상 89도 이하가 된다.
(작용 효과)
이 변형예에 의하면, 코어부(11)를 적층 조형하기 전에, 윤곽부(12)를 오버행 형상으로 적층 조형할 수 있다. 윤곽부(12)는 적층 조형물(10)의 표면만을 형성하기 때문에 코어부(11)보다도 가벼워지는 경우가 많다. 그 때문에, 윤곽부(12)는 응고되기 전에 자중에 의해 무너질 가능성이 코어부(11)와 비교하여 적다. 덧붙여, 윤곽부(12)가 응고된 후에 코어부(11)를 오버행 형상으로 적층 조형할 수 있다. 코어부(11)의 적층 조형 후, 코어부(11)는 윤곽부(12)에 의해 지지되면서 응고된다. 이 때문에, 코어부(11)가 응고되기 전에 자중에 의해 무너지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)의 정밀도를 저하시키지 않고, 적층 조형물(10)을 오버행 형상으로 제조할 수 있다.
<제2 실시 형태>
이하, 본 개시의 제2 실시 형태에 관한 적층 조형 시스템(1), 및 적층 조형물(10)의 제조 방법에 대해서, 도 11 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명을 적절히 생략한다. 제2 실시 형태의 적층 조형 시스템(1)은, 상태 검출부(4)를 더 구비하고, 적층 조형 제어 장치(40)는, 제1 실시 형태의 영역 특정부(42)를 갖지 않고, 표면 상태 취득부(46)를 더 갖는다. 제2 실시 형태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, 코어부 조형 공정 S23의 후에 윤곽부 조형 공정 S25를 행하고, 코어부 조형 공정 S23과 윤곽부 조형 공정 S25 사이에 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득하는 표면 상태 취득 공정 S24를 더 포함한다.
(적층 조형 시스템)
도 11에 도시하는 바와 같이, 적층 조형 시스템(1)은 스테이지(2)와, 용접 헤드(20)와, 적층 조형 제어 장치(40)와, 상태 검출부(4)를 구비한다.
(상태 검출부)
상태 검출부(4)는, 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 검출하는 디바이스이다. 코어부(11)의 표면의 요철 상태로서는, 예를 들어 코어부(11)의 표면 조도 등을 들 수 있다. 상태 검출부(4)로서는, 예를 들어 센서나 카메라 등을 들 수 있다.
(적층 조형 제어 장치)
계속해서, 본 실시 형태의 적층 조형 제어 장치(40)의 구성에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 적층 조형 제어 장치(40)는 조형물 데이터 취득부(41)와, 동작 설정부(43)와, 코어부 조형 제어부(44)와, 표면 상태 취득부(46)와, 윤곽부 조형 제어부(45)를 구비한다.
(표면 상태 취득부)
표면 상태 취득부(46)는 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득하도록 상태 검출부(4)를 제어한다.
(윤곽부 조형 제어부)
윤곽부 조형 제어부(45)는 표면 상태 취득부(46)에서 취득된 코어부(11)의 표면의 요철 상태에 따라서 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 윤곽부 비드(3b)를 형성하도록 용접 헤드(20)를 제어한다.
(적층 조형물의 제조 방법의 수순)
이하, 적층 조형 시스템(1)을 사용한 적층 조형물(10)의 제조 방법의 수순에 대해서, 도 13에 도시하는 흐름도를 참조하여 설명한다. 적층 조형물(10)의 제조 방법은 조형물 데이터 취득 공정 S21과, 동작 설정 공정 S22와, 코어부 조형 공정 S23과, 표면 상태 취득 공정 S24와, 윤곽부 조형 공정 S25를 포함한다.
먼저, 조형물 데이터 취득 공정 S21이 행해진다. 조형물 데이터 취득 공정 S21의 후, 동작 설정 공정 S22가 행해진다.
동작 설정 공정 S22에서는, 동작 설정부(43)가 조형물 데이터에 기초하여 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 구별하여 조형하도록 용접 헤드(20)의 동작을 설정한다.
동작 설정 공정 S22의 후에 코어부 조형 공정 S23이 행해진다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 코어부 조형 공정 S23에서는 코어부 비드(3a)로 코어부(11)를 적층 조형한다. 도 14에는 형성된 코어부(11)의 단면이 도시되어 있다. 코어부 조형 공정 S23에서는, 코어부 조형 제어부(44)가 동작 설정부(43)의 설정에 기초하여 용접 헤드(20)를 제어하고, 코어부(11)를 적층 조형한다.
코어부 조형 공정 S23의 후에 표면 상태 취득 공정 S24가 행해진다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 표면 상태 취득 공정 S24에서는, 표면 상태 취득부(46)가 상태 검출부(4)를 제어하고, 직전의 코어부 조형 공정 S23에서 형성된 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득한다. 도 15는 조형 직후의 코어부(11)를 법선 방향으로 본 도면이다. 표면 상태 취득부(46)는 윤곽부 조형 제어부(45)에 취득한 요철 상태의 정보를 송신한다.
표면 상태 취득 공정 S24의 후에 윤곽부 조형 공정 S25가 행해진다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 윤곽부 조형 공정에서는 윤곽부 비드(3b)로, 직전의 코어부 조형 공정 S23에서 조형된 코어부(11)의 표면에 윤곽부(12)를 적층 조형한다. 도 16은 조형 도중의 윤곽부(12)를 법선 방향으로 본 모식도이다. 윤곽부 조형 공정 S25에서는, 윤곽부 조형 제어부(45)가 동작 설정부(43)의 설정 및 코어부(11)의 표면의 요철 상태에 기초하여 용접 헤드(20)를 제어하고, 윤곽부(12)를 적층 조형한다. 윤곽부 조형 제어부(45)는 코어부(11)의 표면의 요철 상태에 따라서 용접 헤드(20)를 제어하고, 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 윤곽부 비드(3b)를 형성한다.
윤곽부 조형 공정 S25의 후에 공정 종료의 판정이 행해진다. 공정 종료의 판정에서는, 적층 조형 제어 장치(40)가 조형물 데이터에 기초하여 적층 조형물(10)의 제조가 종료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S26). 적층 조형 제어 장치(40)는 적층 조형물(10)의 제조가 종료되지 않았다고 판정한 경우에(스텝 S26; "아니오"), 코어부 조형 공정 S23으로 이행한다.
적층 조형 제어 장치(40)는 적층 조형물(10)의 제조가 종료되었다고 판정한 경우에(스텝 S26; "예"), 용접 헤드(20)의 동작을 종료한다. 그 후, 적층 조형물(10)의 표면에 마무리 가공을 실시한다.
이와 같이 하여, 적층 조형물(10)의 제조가 완료된다.
(작용 효과)
제2 실시 형태에 따르면, 코어부(11)를 적층 조형한 후에, 윤곽부(12)를 적층 조형할 수 있다. 이에 의해, 코어부(11)의 측면에 파상도가 발생해도, 윤곽부(12)를 조형함으로써, 코어부(11)의 측면의 파상도를 흡수할 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득하고, 이것에 기초하여 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 윤곽부 비드(3b)를 형성하는 방법을 채용하고 있다.
그 때문에, 윤곽부(12)의 조형에 의해 코어부(11)의 측면의 파상도를 보다 적절하게 흡수함과 함께, 윤곽부(12)의 코어부(11)와는 반대측의 표면을 매끄러운 표면으로 할 수 있다. 이에 의해, 적층 조형물(10)의 외측면을 매끄러운 표면으로 할 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 보다 한층 향상시킬 수 있다.
<제2 실시 형태의 변형예>
여기서 제2 실시 형태의 변형예로서, 예를 들어 도 17에 도시하는 구성을 채용해도 된다. 이 변형예에서는, 적층 조형 시스템(1)에 있어서의 윤곽부 조형 제어부(45), 및 적층 조형물(10)의 제조 방법 중 윤곽부 조형 공정 S25가 제2 실시 형태와 다르다.
(윤곽부 조형 제어부)
도 17에 도시하는 바와 같이, 윤곽부 조형 제어부(45)는 코어부(11)의 측면에 대하여 매끄럽게 만곡된 외측면을 갖는 윤곽부(12)를 적층 조형하도록, 용접 헤드(20)를 제어한다. 도 17은 조형 도중의 윤곽부(12)를 법선 방향으로 본 도면이다.
(적층 조형물의 제조 방법의 수순)
적층 조형물(10)의 제조 방법은, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지의 순서로 행해진다. 먼저 조형물 데이터 취득 공정 S21이 행해진다. 조형물 데이터 취득 공정 S21의 후에 동작 설정 공정 S22가 행해진다. 동작 설정 공정 S22의 후에 코어부 조형 공정 S23이 행해진다. 코어부 조형 공정 S23의 후에 표면 상태 취득 공정 S24가 행해진다. 표면 상태 취득 공정 S24의 후에 윤곽부 조형 공정 S25가 행해진다. 윤곽부 조형 공정 S25의 후에 공정 종료의 판정(스텝 S26)이 행해진다. 이하, 제2 실시 형태와 다른 윤곽부 조형 공정 S25에 대해서 설명한다.
(윤곽부 조형 공정)
윤곽부 조형 공정 S25에서는, 윤곽부 조형 제어부(45)가 용접 헤드(20)를 제어하여, 코어부(11)의 측면의 파상도를 흡수하도록 윤곽부(12)를 적층 조형한다. 또한, 코어부(11)의 측면에 대하여 매끄럽게 만곡된 외측면을 갖도록 윤곽부(12)를 적층 조형한다.
(작용 효과)
또한, 본 변형예에 의하면, 코어부(11)의 측면 요철을 흡수하면서, 코어부(11)의 측면에 대하여 매끄럽게 만곡된 외측면을 갖는 윤곽부(12)를 적층 조형할 수 있다. 이에 의해, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상하면서, 임의의 형상으로 적층 조형물(10)을 제조할 수 있다.
또한, 도 18은, 본 실시 형태에 관한 컴퓨터(1100)의 구성을 도시하는 하드웨어 구성도이다.
컴퓨터(1100)는 프로세서(1110), 메인 메모리(1120), 스토리지(1130), 인터페이스(1140)를 구비한다.
상술한 적층 조형 제어 장치(40)는 컴퓨터에 실장된다. 그리고, 상술한 각 처리부의 동작은, 프로그램의 형식으로 스토리지(1130)에 기억되어 있다. 프로세서(1110)는 프로그램을 스토리지(1130)로부터 읽어내어 메인 메모리(1120)에 전개하고, 당해 프로그램에 따라서 상기 처리를 실행한다. 또한, 프로세서(1110)는 프로그램에 따라서, 기억 영역을 메인 메모리(1120)에 확보한다.
프로그램은, 컴퓨터에 발휘시키는 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 예를 들어, 프로그램은 스토리지(1130)에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합, 또는 다른 장치에 실장된 다른 프로그램과의 조합에 의해 기능을 발휘시키는 것이어도 된다. 또한, 컴퓨터는, 상기 구성에 더하여, 또는 상기 구성 대신에 PLD(Programmable Logic Device) 등의 커스텀 LSI(Large Scale Integrated Circuit)를 구비해도 된다. PLD의 예로서는, PAL(Programmable Array Logic), GAL(Generic Array Logic), CPLD(Complex Programmable Logic Device), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 들 수 있다. 이 경우, 프로세서(1110)에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부가 당해 집적 회로에 의해 실현되어도 된다.
스토리지(1130)의 예로서는, 자기 디스크, 광자기 디스크, 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 스토리지(1130)는 컴퓨터의 버스에 직접 접속된 내부 미디어여도 되고, 인터페이스(1140) 또는 통신 회선을 통해 컴퓨터에 접속되는 외부 미디어여도 된다. 또한, 이 프로그램이 통신 회선에 의해 컴퓨터에 배신되는 경우, 배신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 메인 메모리(1120)에 전개하고, 상기 처리를 실행해도 된다.
또한, 당해 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 또한, 당해 프로그램은, 전술한 기능을 스토리지(1130)에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합으로 실현하는 것, 소위 차분 파일(차분 프로그램)이어도 된다.
(그 밖의 실시 형태)
이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명했지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 스테이지(2)의 표면은 수평면을 따른다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 수평면에 대하여 경사져 있어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 용가재는 금속 재료라고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 수지 재료여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 윤곽부 비드(3b)는 법선 방향으로 보아, 용접 방향을 짧은 방향으로 하는 직사각 형상으로 형성되어 있다고 했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 윤곽부 비드(3b)는 법선 방향으로 보아, 예를 들어 용접 방향을 단축 방향으로 하는 타원 형상으로 형성되어도 되고, 진원 형상으로 형성되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 윤곽부 비드(3b)와 코어부 비드(3a)는 동일한 용가재에 의해 형성된다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 용가재에 의해 형성되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 코어부 비드(3a)는 스트레이트 용접에 의해 형성된다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 코어부 비드(3a)는, 예를 들어 윤곽부 비드(3b)와 마찬가지로 위빙 용접에 의해 형성되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 용접 헤드(20)가 레이저 용접 헤드(20a)인 경우의 용가재를 분체(P)로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 용가재를 와이어(W)로 해도 된다. 또한, 용접 헤드(20)가 아크 용접 헤드(20b)인 경우의 용가재를 와이어(W)로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 용가재를 분체(P)로 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 조형할 때, 용접 헤드(20)만을 동작시킨다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 스테이지(2)를 동작시켜도 되고, 용접 헤드(20) 및 스테이지(2)의 양쪽을 동작시켜도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 코어부(11)의 일부를 적층 조형한 후에, 윤곽부(12)를 적층 조형한다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 코어부(11)의 모두를 적층 조형한 후에, 윤곽부(12)를 적층 조형해도 된다.
또한, 상기 실시 형태의 코어부 조형 공정 S23에서는, 형성된 복수의 코어부 비드(3a)는, 모두 대략 동일한 해상도를 갖는다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 코어부(11)를 복수의 영역으로 세분화하여, 영역마다 코어부 비드(3a)의 해상도를 변화시켜도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 1회의 코어부 조형 공정 S23에서, 코어부(11)가 복수층 조형된다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 1회의 코어부 조형 공정 S23에서, 코어부(11)가 1층만 형성되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태의 윤곽부 조형 공정 S25에서는, 형성된 복수의 윤곽부 비드(3b)는, 모두 대략 동일한 해상도를 갖는다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 윤곽부(12)를 복수의 영역으로 세분화하여, 영역마다 윤곽부 비드(3b)의 해상도를 변화시켜도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 윤곽부 비드(3b)의 제2 해상도가, 코어부 비드(3a)의 제1 해상도보다도 높다고 했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 윤곽부 비드(3b)와 코어부 비드(3a)는, 동일한 해상도로 형성되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시 형태의 위빙 용접에서는, 용접 방향에 대하여 직교하는 방향으로 열원 및 용가재를 요동시킨다고 했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 위빙 용접에서는 열원 및 용가재를, 예를 들어 법선 방향으로 보아 8자 형상으로 요동해도 되고, 법선 방향으로 보아 원 형상으로 요동해도 되고, 법선 방향으로 보아 용접 방향으로 개구하는 U자 형상으로 요동해도 되고, 법선 방향으로 보아 용접 방향을 사이에 두고 비대칭인 형상으로 요동해도 된다.
또한, 상기 실시 형태의 위빙 용접은 열원과 용가재의 양쪽을 요동시켜서 행해진다고 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 열원만을 요동시켜서 행해져도 되고, 용가재만 요동시켜서 행해져도 된다. 열원만을 요동시키는 경우, 조형의 안정성을 향상시킬 수 있다. 용가재만을 요동시키는 경우, 입열 제어성을 향상시킬 수 있다.
<부기>
각 실시 형태에 기재된 적층 조형물(10)의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템(1)은, 예를 들어 이하와 같이 파악된다.
(1) 제1 양태에 관한 적층 조형물(10)의 제조 방법은, 적층 조형물(10)의 외측 부분인 윤곽부(12)를 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드(3b)로 적층 조형하는 윤곽부 조형 공정 S14, S25와, 상기 적층 조형물(10)의 내측 부분인 코어부(11)를 용접에 의해 형성되는 코어부 비드(3a)로 적층 조형하는 코어부 조형 공정 S15, S23을 포함한다.
이에 의해, 위빙 용접에 의해 윤곽부 비드(3b)를 형성하고, 윤곽부(12)를 보다 치밀하게 형성할 수 있다.
(2) 제2 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (1)의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 윤곽부 조형 공정 S14의 후에 상기 코어부 조형 공정 S15를 행해도 된다.
이에 의해, 윤곽부(12)를 적층 조형한 후에, 코어부(11)를 적층 조형할 수 있다. 따라서, 코어부(11)의 측면이 윤곽부(12)에 의해 지지되도록 코어부(11)를 조형할 수 있다. 이 때문에, 코어부(11)의 측면에 자중에 의한 처짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(3) 제3 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (2)의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 윤곽부 조형 공정 S14에서는, 상기 윤곽부(12)의 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 되도록 상기 윤곽부(12)를 조형해도 된다.
이에 의해, 코어부(11)를 적층 조형하기 전에, 윤곽부(12)를 오버행 형상으로 적층 조형할 수 있다.
(4) 제4 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (1)의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 코어부 조형 공정 S23의 후에 상기 윤곽부 조형 공정 S25를 행해도 된다.
이에 의해, 코어부(11)를 적층 조형한 후에, 윤곽부(12)를 적층 조형할 수 있다. 이에 의해, 코어부(11)의 측면에 파상도가 발생해도, 윤곽부(12)를 조형함으로써, 코어부(11)의 측면의 파상도를 흡수할 수 있다.
(5) 제5 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (4)의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 코어부 조형 공정 S23과 상기 윤곽부 조형 공정 S25 사이에, 상기 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득하는 표면 상태 취득 공정 S24를 더 구비하고, 상기 윤곽부 조형 공정 S25에서는, 상기 표면 상태 취득 공정 S24에서 취득된 상기 코어부(11)의 표면의 요철 상태에 따라서 상기 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 상기 윤곽부 비드(3b)를 형성해도 된다.
이에 의해, 코어부(11)의 표면 상태에 따라서 윤곽부(12)를 조형할 수 있다. 그 때문에, 코어부(11)의 측면의 파상도를 흡수함과 함께, 윤곽부(12)의 코어부(11)와는 반대측의 표면을 매끄러운 표면으로 할 수 있다. 이에 의해, 적층 조형물(10)의 외측면을 매끄러운 표면으로 할 수 있다.
(6) 제6 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (1) 내지 (5) 중 어느 것의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 코어부 조형 공정 S15에서는, 상기 코어부 비드(3a)를 제1 해상도로 형성하고, 상기 윤곽부 조형 공정 S14에서는, 상기 윤곽부 비드(3b)를 상기 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도로 형성해도 된다.
이에 의해, 제1 해상도를 갖는 용접 비드(3)로 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 조형하는 경우와 비교하여, 적층 조형 직후의 적층 조형물(10)의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 해상도를 갖는 용접 비드(3)로 코어부(11) 및 윤곽부(12)를 조형하는 경우와 비교하여, 적층 조형물(10)의 전체를 조형하는 데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 그 때문에, 적층 조형물(10)을 효율적으로 제조할 수 있다.
(7) 제7 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (1) 내지 (6) 중 어느 것의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 코어부 조형 공정 S15, S23 및 상기 윤곽부 조형 공정 S14, S25는 레이저 용접 또는 전자 빔 용접에 의해 행해져도 된다.
레이저광(L)의 스폿 형상을 조절함으로써, 용접 비드(3)의 해상도를 용이하게 조절할 수 있다. 용접 비드(3)의 해상도를 높임으로써, 적층 조형물(10)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(8) 제8 양태의 적층 조형물(10)의 제조 방법은, (1) 내지 (6) 중 어느 것의 적층 조형물(10)의 제조 방법이며, 상기 코어부 조형 공정 S15, S23 및 상기 윤곽부 조형 공정 S14, S25는 아크 용접에 의해 행해져도 된다.
이에 의해, 용접 비드(3)를 고속으로 형성할 수 있으므로, 적층 조형물(10)의 조형에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.
(9) 제9 양태의 적층 조형 시스템(1)은, 용접 헤드(20)와, 상기 용접 헤드(20)가 적층 조형물(10)을 조형하도록 해당 용접 헤드(20)를 제어하는 적층 조형 제어 장치(40)를 구비하고, 상기 적층 조형 제어 장치(40)는, 상기 적층 조형물(10)의 외측 부분인 윤곽부(12)를 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드(3b)로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어하는 윤곽부 조형 제어부(45)와, 상기 적층 조형물(10)의 내측 부분인 코어부(11)를 용접에 의해 형성되는 코어부 비드(3a)로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어하는 코어부 조형 제어부(44)를 갖는다.
(10) 제10 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (9)의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 코어부 조형 제어부(44)는, 상기 윤곽부(12)가 적층 조형된 후에 상기 코어부(11)를 적층 조형하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어해도 된다.
(11) 제11 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (10)의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 윤곽부 조형 제어부(45)는, 상기 윤곽부(12)의 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 되도록 상기 윤곽부(12)를 조형하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어해도 된다.
(12) 제12 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (9)의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 윤곽부 조형 제어부(45)는, 상기 코어부(11)가 적층 조형된 후에 상기 윤곽부(12)를 적층 조형하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어해도 된다.
(13) 제13 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (12)의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 적층 조형 제어 장치(40)는, 상기 코어부(11)의 표면의 요철 상태를 취득하는 표면 상태 취득부(46)를 더 구비하고, 상기 윤곽부 조형 제어부(45)는, 상기 표면 상태 취득부(46)에서 취득된 상기 코어부(11)의 표면의 요철 상태에 따라서 상기 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 상기 윤곽부 비드(3b)를 형성하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어해도 된다.
(14) 제14 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (9) 내지 (13) 중 어느 것의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 코어부 조형 제어부(44)는, 상기 코어부 비드(3a)를 제1 해상도로 형성하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어하고, 상기 윤곽부 조형 제어부(45)는, 상기 윤곽부 비드(3b)를 상기 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도로 형성하도록 상기 용접 헤드(20)를 제어해도 된다.
(15) 제15 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (9) 내지 (14) 중 어느 것의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 용접 헤드(20)는 레이저 용접에 의해 적층 조형을 행하는 레이저 용접 헤드(20a) 또는 전자 빔 용접에 의해 적층 조형을 행하는 전자 빔 조형 헤드여도 된다.
(16) 제16 양태의 적층 조형 시스템(1)은, (9) 내지 (14) 중 어느 것의 적층 조형 시스템(1)이며, 상기 용접 헤드(20)는 아크 용접에 의해 적층 조형을 행하는 아크 용접 헤드(20b)여도 된다.
본 개시의 적층 조형물의 제조 방법, 및 적층 조형 시스템에 의하면, 적층 조형물의 표면 정밀도를 향상시킬 수 있다.
1: 적층 조형 시스템
2: 스테이지
3: 용접 비드
3a: 코어부 비드
3b: 윤곽부 비드
4: 상태 검출부
10: 적층 조형물
11: 코어부
12: 윤곽부
20: 용접 헤드
20a: 레이저 용접 헤드
20b: 아크 용접 헤드
21: 헤드 본체
22: 레이저원
23: 레이저 통로
24: 분체 공급로
26: 전극
27: 와이어 삽입 관통로
40: 적층 조형 제어 장치
41: 조형물 데이터 취득부
42: 영역 특정부
43: 동작 설정부
44: 코어부 조형 제어부
45: 윤곽부 조형 제어부
46: 표면 상태 취득부
1100: 컴퓨터
1110: 프로세서
1120: 메인 메모리
1130: 스토리지
1140: 인터페이스
A: 아크
L: 레이저광
P: 분체
S11, S21: 조형물 데이터 취득 공정
S12: 영역 특정 공정
S13, S22: 동작 설정 공정
S14, S25: 윤곽부 조형 공정
S15, S23: 코어부 조형 공정
S24: 표면 상태 취득 공정
W: 와이어
W1: 폭
W2: 폭

Claims (16)

  1. 적층 조형물의 외측 부분인 윤곽부를, 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드로 적층 조형하는 윤곽부 조형 공정과,
    상기 적층 조형물의 내측 부분인 코어부를, 용접에 의해 형성되는 코어부 비드로 적층 조형하는 코어부 조형 공정
    을 포함하는 적층 조형물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윤곽부 조형 공정 후에 상기 코어부 조형 공정을 행하는 적층 조형물의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 윤곽부 조형 공정에서는, 상기 윤곽부의 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 되도록 상기 윤곽부를 조형하는 적층 조형물의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어부 조형 공정 후에 상기 윤곽부 조형 공정을 행하는 적층 조형물의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어부 조형 공정과 상기 윤곽부 조형 공정 사이에, 상기 코어부의 표면의 요철 상태를 취득하는 표면 상태 취득 공정을 더 구비하고,
    상기 윤곽부 조형 공정에서는, 상기 표면 상태 취득 공정에서 취득된 상기 코어부의 표면의 요철 상태에 따라서 상기 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 상기 윤곽부 비드를 형성하는 적층 조형물의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부 조형 공정에서는, 상기 코어부 비드를 제1 해상도로 형성하고,
    상기 윤곽부 조형 공정에서는, 상기 윤곽부 비드를 상기 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도로 형성하는 적층 조형물의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부 조형 공정 및 상기 윤곽부 조형 공정은, 레이저 용접 또는 전자 빔 용접에 의해 행해지는 적층 조형물의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부 조형 공정 및 상기 윤곽부 조형 공정은, 아크 용접에 의해 행해지는 적층 조형물의 제조 방법.
  9. 용접 헤드와,
    상기 용접 헤드가 적층 조형물을 조형하도록 해당 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 적층 조형 제어 장치는,
    상기 적층 조형물의 외측 부분인 윤곽부를, 위빙 용접에 의해 형성되는 윤곽부 비드로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 윤곽부 조형 제어부와,
    상기 적층 조형물의 내측 부분인 코어부를, 용접에 의해 형성되는 코어부 비드로 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 코어부 조형 제어부
    를 갖는 적층 조형 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코어부 조형 제어부는, 상기 윤곽부가 적층 조형된 후에 상기 코어부를 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 윤곽부 조형 제어부는, 상기 윤곽부의 외면이 수평면에 대하여 예각을 이루는 오버행 형상이 되도록 상기 윤곽부를 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 윤곽부 조형 제어부는, 상기 코어부가 적층 조형된 후에 상기 윤곽부를 적층 조형하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적층 조형 제어 장치는,
    상기 코어부의 표면의 요철 상태를 취득하는 표면 상태 취득부를 더 구비하고,
    상기 윤곽부 조형 제어부는, 상기 표면 상태 취득부에서 취득된 상기 코어부의 표면의 요철 상태에 따라서 상기 위빙 용접의 흔들림 폭의 내주단을 변화시키면서 상기 윤곽부 비드를 형성하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 시스템.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부 조형 제어부는, 상기 코어부 비드를 제1 해상도로 형성하도록 상기 용접 헤드를 제어하고,
    상기 윤곽부 조형 제어부는, 상기 윤곽부 비드를 상기 제1 해상도보다도 높은 제2 해상도로 형성하도록 상기 용접 헤드를 제어하는 적층 조형 시스템.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 헤드는, 레이저 용접에 의해 적층 조형을 행하는 레이저 용접 헤드 또는 전자 빔 용접에 의해 적층 조형을 행하는 전자 빔 조형 헤드인 적층 조형 시스템.
  16. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 헤드는, 아크 용접에 의해 적층 조형을 행하는 아크 용접 헤드인 적층 조형 시스템.
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