WO2022038960A1 - 積層造形物の製造方法 - Google Patents

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WO2022038960A1
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laminated
welded
plan
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正俊 飛田
旭則 吉川
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a laminated model.
  • a 3D printer using a metal material melts a metal powder or a metal wire by using a heat source such as a laser or an arc, and laminates the molten metal to form a modeled object.
  • Patent Document 1 discloses that the modeling of the contour line portion and the modeling of the filling portion surrounded by the contour line portion are modeled under different welding conditions. There is.
  • Patent Document 2 when welding an iron column for construction, the shape of a welded bead that has already been welded is measured in real time by a laser sensor, and welding conditions are selected from a database according to the measured bead shape. Therefore, a method of adjusting the target position of the welding torch, the welding current, the welding voltage, and the like is described.
  • Non-Patent Document 1 describes a method of adjusting the height and width of the welded bead to be formed by controlling the welding voltage and the welding speed according to the bead shape measured by the laser sensor in the laminated molding using the molten wire. Is described.
  • the shape of the region where the welded beads are laminated in the outer frame becomes an obstacle and is measured by the shape sensor. You may not be able to do it. Then, it becomes difficult to form the welded bead while correcting it in real time by the feedback control, and there is a possibility that the stacking accuracy of the welded bead is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a laminated model, which can produce a high-quality laminated model by laminating weld beads with high accuracy based on the measurement result by a shape sensor. ..
  • the present invention has the following configuration. It is a method for manufacturing a laminated model, in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal is laminated to form a model.
  • a laminating planning step of laminating the welded beads based on the target shape of the modeled object to create a laminating plan for modeling the modeled object, and a laminating planning process.
  • a molding process in which the welded beads are repeatedly laminated based on the lamination plan, and Including The modeling process is The frame part modeling process of forming the frame part by the welding bead, and An internal molding step of forming a plurality of welded beads in parallel in the frame portion and forming an internal molding portion in which a welding bead layer composed of the welding beads is laminated.
  • FIG. 1 is a schematic schematic configuration diagram of a manufacturing system for manufacturing a laminated model by the manufacturing method of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view illustrating the shape sensor.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the laminated model showing an example of the laminated model.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a laminated model in which a first layer of welded bead layer is formed in a frame portion.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the positional relationship between the frame portion and the shape sensor.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a laminated model in the middle of manufacturing for explaining the pre-shape measurement process.
  • FIG. 1 is a schematic schematic configuration diagram of a manufacturing system for manufacturing a laminated model by the manufacturing method of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view illustrating the shape sensor.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the laminated model showing
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a laminated model in the middle of manufacturing for explaining an application example of the pre-shape measurement process.
  • 8A and 8B are views showing a laminated model in the middle of modeling based on actual measurement values
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the laminated model
  • FIG. 8B is a schematic view showing an actual measurement profile.
  • 9A and 9B are views showing a laminated model in the middle of modeling based on a layered plan
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the layered model
  • FIG. 9B is a schematic view showing a planning profile.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the pre-correction process, in which FIG.
  • FIG. 10A is a composite diagram of the measured profile and the planned profile, and FIG. 10B constitutes a second welding bead layer corrected in consideration of the amount of deviation. It is a figure which shows the cross-sectional shape of the welded bead.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a laminated model formed by performing a pre-correction process.
  • FIG. 1 is a block diagram of a manufacturing system used for manufacturing a laminated model of the present invention.
  • the laminated model manufacturing system 100 having this configuration includes a laminated modeling device 11, a controller 13 that controls the laminated modeling device 11, and a power supply device 15.
  • the laminated modeling device 11 has a welding robot 19 provided with a torch 17 on the tip shaft, and a filler material supply unit 21 for supplying the filler material (welding wire) M to the torch 17.
  • a shape sensor 23 is provided on the tip shaft of the welding robot 19 together with the torch 17.
  • the welding robot 19 is an articulated robot, and the filler metal M is supported by the torch 17 attached to the tip shaft of the robot arm so that it can be continuously supplied.
  • the position and posture of the torch 17 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of the degree of freedom of the robot arm.
  • the torch 17 has a shield nozzle (not shown), and shield gas is supplied from the shield nozzle.
  • the arc welding method may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding, and is appropriately selected according to the laminated model to be manufactured. Weld.
  • a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the filler metal M to which the melting current is supplied is held by the contact tip.
  • the torch 17 generates an arc from the tip of the filler M in a shield gas atmosphere while holding the filler M.
  • the filler material M is fed from the filler material supply unit 21 to the torch 17 by a feeding mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. Then, when the filler metal M that is continuously fed is melted and solidified while moving the torch 17, a linear welded bead B that is a molten solidified body of the filler metal M is formed on the base plate 51.
  • a laminated model W made of a welded bead B is formed.
  • the shape sensor 23 is arranged side by side on the torch 17, and is moved together with the torch 17.
  • the shape sensor 23 is a sensor that measures the shape of the base portion when forming the welded bead B.
  • a laser sensor that acquires the reflected light of the irradiated laser light as height data is used.
  • a three-dimensional shape measurement camera may be used.
  • the controller 13 has a CAD / CAM unit 31, an orbit calculation unit 33, a storage unit 35, a dissociation amount calculation unit 37, a correction unit 39, and a control unit 41 to which these are connected.
  • the CAD / CAM unit 31 inputs or creates shape data (CAD data, etc.) of the laminated model W to be manufactured.
  • the orbit calculation unit 33 decomposes the shape model of the three-dimensional shape data into a plurality of welded bead layers according to the height of the welded bead B. Then, for each layer of the decomposed shape model, the trajectory of the torch 17 for forming the welded bead B and the heating conditions for forming the welded bead B (bead width, welding conditions for obtaining the bead stacking height, etc.) are set. Create a stacking plan that defines (including).
  • the deviation amount calculation unit 37 compares the stacking plan generated by the trajectory calculation unit 33 with the actually measured value measured by the shape sensor 23. Then, the amount of deviation between the shape based on the lamination plan and the shape based on the measured value in the base portion when forming the welded bead B is calculated.
  • the correction unit 39 corrects the welding conditions based on the lamination plan when forming the welded bead B based on the deviation amount calculated by the deviation amount calculation unit 37.
  • the control unit 41 executes the drive program stored in the storage unit 35 to drive the welding robot 19, the power supply device 15, and the like. That is, the welding robot 19 moves the torch 17 and melts the filler metal M with an arc in response to a command from the controller 13 to form a welded bead B on the base plate 51.
  • the base plate 51 is made of a metal plate such as a steel plate, and is basically larger than the bottom surface (bottom layer surface) of the laminated model W.
  • the base plate 51 is not limited to a plate shape, and may be a base having another shape such as a block body or a rod shape.
  • any commercially available welding wire can be used.
  • a wire specified by MAG welding and MIG welding solid wire (JISZ 3312) for mild steel, high tension steel and low temperature steel, arc welding flux containing wire for mild steel, high tension steel and low temperature steel (JISZ 3313), and the like. can be used.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the laminated model W showing an example of the laminated model W.
  • this laminated model W has a frame portion 53 formed by laminating a welded bead B1 on a base plate 51.
  • the laminated model W has an internal model 55 formed from the welded bead B2 inside the frame 53.
  • the internal molding portion 55 is configured by laminating a welded bead layer BL made of a welded bead B2.
  • a welded bead B2 is formed inside the frame portion 53. Then, the welded bead B2 is formed in the frame portion 53 in the width direction. As a result, a welded bead layer BL composed of a plurality of welded beads B2 formed in parallel is formed in the frame portion 53. Then, the welded bead layer BL is laminated inside the frame portion 53 to form the internal modeling portion 55.
  • the internal modeling portion 55 is formed inside the frame portion 53 after the frame portion 53 is formed, the internal forming portion 55 can be efficiently formed by the welding bead B2 having a large cross-sectional area. ..
  • the first welded bead layer BL made of the welded bead B2 is laminated in order to form the internal shaped portion 55 inside the frame portion 53, for example, the first welded bead layer BL is formed.
  • a valley-shaped dent may be formed at the boundary portion of each welded bead B2, and the upper surface of the first welded bead layer BL may have an uneven shape. That is, when the second welded bead layer BL to be the upper layer is formed, the upper surface shape of the first welded bead layer BL to be the base of the welded bead layer BL deviates from the shape based on the lamination plan. There is. Then, even if the second-layer welded bead layer BL is formed on the first-layer welded bead layer BL according to the lamination plan, the laminated model W will not be formed into the target shape.
  • the shape of the base when forming the welded bead B2 constituting the internal molding portion 55, the shape of the base may be measured in real time, and the measurement result may be fed back to correct the welding conditions of the welded bead B2.
  • the frame portion 53 in the vicinity of the frame portion 53, when the shape sensor 23 measures the shape of the base, the frame portion 53 becomes an obstacle and the shape cannot be measured by the shape sensor 23, so that the shape cannot be measured in real time. Feedback control becomes difficult.
  • the pre-shape measurement process, the deviation amount calculation process, and the pre-correction process described below are performed when the welded bead layer BL is modeled.
  • the pre-shape measurement process, the deviation amount calculation process, and the pre-correction process described below are performed when the welded bead layer BL is modeled.
  • the second welded bead layer BL is formed will be described as an example.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of a laminated model W in the middle of manufacturing for explaining the pre-shape measurement process.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a laminated model W in the middle of manufacturing for explaining an application example of the pre-shape measurement process.
  • 8A and 8B are views showing a laminated model W in the middle of modeling based on actual measurement values, FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the laminated model W, and FIG. 8B is a schematic view showing an actual measurement profile RP.
  • 9A and 9B are views showing a laminated model W in the middle of modeling based on a layering plan, FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of the layered model W, and FIG.
  • FIG. 9B is a schematic view showing a planning profile PP.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the pre-correction process, in which FIG. 10A is a schematic diagram showing the result of synthesizing the measured profile RP and the planned profile PP, and FIG. It is a schematic diagram which shows the cross-sectional shape of the welded bead B2 which constitutes the welded bead layer BL of an eye.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the laminated model W formed by performing the pre-correction process.
  • the shape may be measured by the shape sensor 23 in a direction different from the direction along the forming direction of the welded bead B2.
  • the shape sensor 23 interferes with the already formed frame portion 53, it may be difficult to measure the shape of the inner edge portion of the frame portion 53.
  • the shape sensor 23 is tilted relatively inward with respect to the frame portion 53, and the measurement range by the shape sensor 23 is directed to the inside of the frame portion 53.
  • the shape inside the frame portion 53 can be satisfactorily measured while avoiding the measurement by the shape sensor 23 being shielded by the frame portion 53 itself.
  • FIG. 8A shows the cross-sectional shape of the modeled object in the process of modeling based on the measured value of the shape sensor 23.
  • the region S1 in FIG. 8A is the cross-sectional shape of the welded bead layer BL to be laminated on the second layer.
  • an actually measured profile RP of the modeled object in the middle of modeling is created.
  • the deviation amount calculation unit 37 compares the actual measurement profile of the modeled object in the middle of modeling created based on the measured value of the shape sensor 23 with the planned profile of the modeled object in the process of modeling based on the stacking plan, and compares the planned profile with respect to the planned profile. Calculate the amount of deviation of the measured profile.
  • FIG. 9A shows the cross-sectional shape of the modeled object in the process of modeling based on the lamination plan.
  • the region S2 in FIG. 9A is the cross-sectional shape of the welded bead layer BL to be laminated to the second layer.
  • a planning profile PP of the modeled object in the process of modeling is created.
  • the deviation amount calculation unit 37 compares the measured profile RP with the planned profile PP, and the deviation region S3 of the measured profile RP with respect to the planned profile PP (hatching in FIG. 10A). Part) is calculated, and the amount of deviation, which is the cross-sectional area of this deviation region S3, is calculated. The deviation amount calculation unit 37 calculates the deviation amount and obtains the deviation position.
  • the correction unit 39 corrects the welding conditions of the welded bead B2 for forming the second welded bead layer BL based on the deviation amount and the deviation position between the planned profile PP and the actually measured profile RP. I do. Specifically, as shown in FIG. 10B, the correction unit 39 considers the deviation amount and the deviation position between the planned profile PP and the measured profile RP, and the surface of the second welded bead layer BL is formed. The welding conditions of the welded bead B2 are corrected so that they are formed according to the stacking plan.
  • the actually formed first-layer welded bead layer BL has a smaller cross-sectional area than the planned first-layer welded bead layer BL based on the lamination plan.
  • the welding conditions are corrected so as to increase the cross-sectional area of the welded bead B2 forming the second welded bead layer BL. If the cross-sectional area of the actually formed first-layer welded bead layer BL is larger than the planned first-layer welded bead layer BL based on the lamination plan, welding to form the second-layer welded bead layer BL.
  • the welding conditions are corrected so as to reduce the cross-sectional area of the bead B2.
  • the welding conditions for increasing or decreasing the cross-sectional area of the welded bead B2 are corrected by adjusting the welding speed when forming the welded bead B2, the feed amount of the filler metal M, or the welding current.
  • this correction for example, it is preferable to search and set the welding conditions of the welded bead having a cross-sectional area covering the excess and deficiency from the database of welding conditions accumulated in advance.
  • the welded bead B2 is formed on the first welded bead layer BL under the corrected welding conditions, and the second welded bead layer BL is formed. Then, the discrepancy between the planned profile PP and the actually measured profile RP is compensated, and the upper surface of the second welded bead layer BL made of the welded bead B2 formed under the corrected welding conditions is approximated to the shape based on the lamination plan.
  • the frame portion 53 is modeled and the internal modeling portion 55 is modeled in the frame portion 53. Therefore, for example, the internal modeling portion 55 Can be efficiently modeled by the welded bead B2 having a large cross-sectional area.
  • the shape of the substrate on which the welded bead layer BL is laminated is measured to create an actual measurement profile RP, and the substrate is created from the lamination plan.
  • the planned profile PP of is obtained, and the amount of deviation of the measured profile RP with respect to this planned profile PP is calculated.
  • the welding conditions of the welded bead B2 constituting the welded bead layer BL in the lamination plan are corrected in order to reduce the amount of deviation. Therefore, even if the shape of the base in the frame portion 53 deviates from the plan profile PP obtained from the laminating plan, the welded bead layer BL made of the welded bead B2 laminated on this base is approximated to the shape of the laminating plan. be able to.
  • the shape sensor 23 for measuring the shape of the base is arranged side by side on the torch 17 to be moved based on the stacking plan, the trajectory of the torch 17 based on the stacking plan can be diverted to the measurement operation by the shape sensor 23. can. This makes it possible to easily measure the shape of the base by the shape sensor 23 without creating a trajectory program for moving the shape sensor 23.
  • the shape sensor 23 is tilted relatively inward with respect to the frame portion 53 to measure the shape, so that the shape sensor 23 interferes with the frame portion 53. It is possible to satisfactorily measure the shape of the inner vicinity portion of the frame portion 53 while suppressing the pressure.
  • the welding conditions of the welded bead B2 are set in real time according to the shape of the base. It may be formed by correcting with. Specifically, while measuring the shape of the base by the shape sensor 23 juxtaposed on the torch 17, the torch is corrected in real time for the welding conditions of the welded bead B2 based on the lamination plan based on the measured shape of the base. A real-time correction process for forming the welded bead B2 by 17 may be performed.
  • the internal modeling portion 55 in the frame portion 53 is made better and more efficient by performing the real-time correction processing at a position where the shape measurement is not hindered by the frame portion 53 together with the pre-correction processing. Can be modeled.
  • the inside of the frame portion 53 including the frame portion 53 which is difficult to measure the shape in real time and perform feedback control, is measured in advance along the frame portion 53. Therefore, as compared with the case where the shape of the entire range inside the frame portion 53 is measured in advance, the shape of the specific portion of the base can be efficiently measured and the pre-correction processing can be performed.
  • the pre-shape measurement process, the deviation amount calculation process, and the pre-correction process are performed when forming the third and subsequent welded bead layer BLs. It is preferable to do it. Further, when the welded bead layer BL of the first layer is formed, the shape of the base plate 51 which is the base of the welded bead layer BL of the first layer may be measured, and the deviation amount calculation process and the pre-correction process may be performed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is modified or applied by those skilled in the art based on the combination of each configuration of the embodiments with each other, the description of the specification, and the well-known technique. It is also a matter of the present invention to do so, and it is included in the scope of seeking protection.
  • a method for manufacturing a laminated model in which a welded bead obtained by melting and solidifying a filler metal is laminated to form a model.
  • a molding process in which the welded beads are repeatedly laminated based on the lamination plan, and Including The modeling process is The frame part modeling process of forming the frame part by the welding bead, and An internal molding step of forming a plurality of welded beads in parallel in the frame portion and forming an internal molded portion in which a welded bead layer composed of the welded beads is laminated.
  • a method of manufacturing a laminated model According to the method for manufacturing a laminated model having this configuration, a frame portion is modeled and an internal modeled portion is modeled in the frame portion. Therefore, for example, the internal modeled portion can be efficiently modeled by a welding bead having a large cross-sectional area.
  • the shape of the substrate on which the welded bead layer is laminated is measured to create an actual measurement profile, and the plan profile of the substrate is obtained from the lamination plan.
  • the amount of deviation of the measured profile from this planned profile is calculated.
  • the welding conditions of the welded beads constituting the welded bead layer in the lamination plan are corrected in order to reduce the amount of deviation.
  • the welded bead layer made of the welded beads laminated on the base can be approximated to the shape of the laminating plan.
  • the internal molding portion can be satisfactorily modeled according to the lamination plan.
  • a real-time correction process for forming the weld bead is performed while correcting the welding conditions of the weld bead based on the lamination plan in real time. , (2) or (3).
  • a real-time correction process is performed together with a pre-correction process. That is, at a position where the shape measurement is not hindered by the frame portion, the welding conditions of the welded bead are corrected in real time according to the shape of the base and formed.
  • the internal modeling portion in the frame portion can be modeled satisfactorily and more efficiently.
  • the inside of the frame portion including the frame portion is measured in advance along the frame portion.

Abstract

枠部の内部に内部造形部を造形する内部造形工程において、溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、計測した下地の形状の実測値から下地の実測プロファイルを作成するとともに、積層計画から下地の計画プロファイルを求め、計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、下地上に溶着ビード層を積層させる際に、乖離量を低減させるべく積層計画における溶着ビード層を構成する溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、を行う。

Description

積層造形物の製造方法
　本発明は、積層造形物の製造方法に関する。
　近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザ又はアーク等の熱源を用いて、金属粉体又は金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
　このような造形物を溶接で造形する技術として、特許文献１には、輪郭線部分の造形と輪郭線部分で囲われた充填部分の造形とをそれぞれ異なる溶接条件で造形することが開示されている。
　また、特許文献２には、建設用の鉄柱を溶接する場合に、既に溶接された溶着ビードの形状をレーザセンサによりリアルタイムで計測し、計測されたビード形状に応じてデータベースから溶接条件を選定することで、溶接トーチの狙い位置、溶接電流及び溶接電圧等を調整する方法が記載されている。
　さらに、非特許文献１には、溶融ワイヤによる積層造形において、レーザセンサで計測したビード形状に応じて、形成する溶着ビードの高さと幅を、溶接電圧と溶接速度とを制御して調整する方法が記載されている。
日本国特開２０１８－１８７６７９号公報 日本国特開平９－１８２９６２号公報
Han Q., Li Y., Zhang G. (2018) Online Control of Deposited Geometry of Multi-layer Multi-bead Structure for Wire and Arc Additive Manufacturing. In: Chen S., Zhang Y., Feng Z. (eds) Transactions on Intelligent Welding Manufacturing. Transactions on Intelligent Welding Manufacturing. Springer, Singapore
　ところで、特許文献１のように、輪郭線部分からなる外枠を事前に造形して内部を充填する造形方法において、特許文献２及び非特許文献１のように、形成した溶着ビードの形状を形状センサによって計測しながら次工程でのビード形成位置又は溶接条件等をフィードバック制御することが考えられる。
　しかし、この場合、輪郭線部分からなる外枠の近傍の形状を形状センサで計測する際に、外枠が邪魔となって外枠内で溶着ビードを積層させる領域の形状を形状センサによって計測することができなくなることがある。すると、フィードバック制御によってリアルタイムに補正しながら溶着ビードを形成することが困難となり、溶着ビードの積層精度が低下してしまうおそれがある。
　そこで本発明は、形状センサによる計測結果に基づいて、高精度に溶着ビードを積層して高品質な積層造形物を製造することが可能な積層造形物の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は下記の構成からなる。
　溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
　前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
　前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
　を含み、
　前記造形工程は、
　前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
　前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
　を有し、
　前記内部造形工程において、
　前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
　計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
　前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
　を行う、
　積層造形物の製造方法。
　本発明によれば、形状センサによる計測結果に基づいて、高精度に溶着ビードを積層して高品質な積層造形物を製造することができる。
図１は、本発明の実施形態の製造方法で積層造形物を製造する製造システムの模式的な概略構成図である。 図２は、形状センサについて説明する概略側面図である。 図３は、積層造形物の一例を示す積層造形物の概略断面図である。 図４は、枠部内に一層目の溶着ビード層を造形した積層造形物の概略断面図である。 図５は、枠部と形状センサとの位置関係を示す概略断面図である。 図６は、事前形状計測処理を説明する製造途中の積層造形物の概略斜視図である。 図７は、事前形状計測処理の応用例を説明する製造途中の積層造形物の概略斜視図である。 図８は、実測値に基づいた造形途中の積層造形物を示す図であって、（Ａ）は積層造形物の概略断面図、（Ｂ）は実測プロファイルを示す模式図である。 図９は、積層計画に基づいた造形途中の積層造形物を示す図であって、（Ａ）は積層造形物の概略断面図、（Ｂ）は計画プロファイルを示す模式図である。 図１０は、事前補正処理を説明する図であって、（Ａ）は実測プロファイルと計画プロファイルとの合成図、（Ｂ）は乖離量を考慮して補正した二層目の溶着ビード層を構成する溶着ビードの断面形状を示す図である。 図１１は、事前補正処理を行って造形した積層造形物の概略断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。
　本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
　積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７が設けられた溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。この溶接ロボット１９の先端軸には、トーチ１７とともに形状センサ２３が設けられている。
　溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置及び姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
　トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。
　例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート５１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビードＢが形成され、この溶着ビードＢからなる積層造形物Ｗが造形される。
　図２に示すように、形状センサ２３は、トーチ１７に並設されており、トーチ１７とともに移動される。この形状センサ２３は、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分の形状を計測するセンサである。この形状センサ２３としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサが用いられる。なお、形状センサ２３としては、３次元形状計測用カメラを用いてもよい。
　コントローラ１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、乖離量算出部３７と、補正部３９と、これらが接続される制御部４１と、を有する。
　ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、作製しようとする積層造形物Ｗの形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力又は作成する。
　軌道演算部３３は、３次元形状データの形状モデルを溶着ビードＢの高さに応じた複数の溶着ビード層に分解する。そして、分解された形状モデルの各層について、溶着ビードＢを形成するためのトーチ１７の軌道、及び溶着ビードＢを形成する加熱条件（ビード幅、ビード積層高さ等を得るための溶接条件等を含む）を定める積層計画を作成する。
　乖離量算出部３７は、軌道演算部３３で生成された積層計画と形状センサ２３によって計測された実測値とを比較する。そして、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分における積層計画に基づく形状と実測値に基づく形状との乖離量を算出する。
　補正部３９は、乖離量算出部３７によって算出された乖離量に基づいて、溶着ビードＢを形成する際の積層計画に基づく溶接条件を補正する。
　制御部４１は、記憶部３５に記憶された駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９及び電源装置１５等を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、コントローラ１３からの指令により、トーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｍをアークで溶融させて、ベースプレート５１上に溶着ビードＢを形成する。
　なお、ベースプレート５１は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Ｗの底面（最下層の面）より大きいものが使用される。このベースプレート５１は、板状に限らず、ブロック体、棒状体等、他の形状のベースであってもよい。
　溶加材Ｍとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳＺ ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳＺ ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
　次に、本実施形態に係る製造方法によって造形する積層造形物の一例について説明する。
　図３は、積層造形物Ｗの一例を示す積層造形物Ｗの概略断面図である。
　図３に示すように、この積層造形物Ｗは、ベースプレート５１上に溶着ビードＢ１を積層させて造形された枠部５３を有している。さらに、この積層造形物Ｗは、枠部５３の内部に溶着ビードＢ２から造形された内部造形部５５を有している。この内部造形部５５は、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させて構成されている。
　次に、積層造形物Ｗを造形する場合について説明する。
（枠部造形工程）
　積層造形装置１１のトーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら溶加材Ｍを溶融させる。そして、溶融した溶加材Ｍからなる溶着ビードＢ１をベースプレート５１上に供給して積層させ、ベースプレート５１上に積層させた溶着ビードＢ１からなる平面視略矩形状の枠部５３を造形する。
（内部造形工程）
　枠部５３の内部に溶着ビードＢ２を形成する。そして、この溶着ビードＢ２を、枠部５３内における幅方向に形成する。これにより、枠部５３内に、並列に形成された複数の溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを形成する。そして、この溶着ビード層ＢＬを枠部５３の内部で積層させて内部造形部５５を造形する。
　この製造方法によれば、枠部５３の造形後に、この枠部５３の内部に内部造形部５５を造形するので、内部造形部５５を大きな断面積の溶着ビードＢ２によって効率よく造形することができる。
　ところで、図４に示すように、枠部５３の内部に内部造形部５５を造形すべく、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させる際に、例えば、一層目の溶着ビード層ＢＬを構成する各溶着ビードＢ２の境界部分に谷状の凹みが形成され、一層目の溶着ビード層ＢＬの上面が凹凸形状となることがある。つまり、上層となる二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、この溶着ビード層ＢＬの下地となる一層目の溶着ビード層ＢＬの上面形状が積層計画に基づく形状と乖離してしまうことがある。すると、この一層目の溶着ビード層ＢＬに二層目の溶着ビード層ＢＬを積層計画通りに造形したとしても積層造形物Ｗが目標形状に造形されなくなってしまう。
　この場合、内部造形部５５を構成する溶着ビードＢ２を形成する際に、下地の形状をリアルタイムで計測し、この計測結果をフィードバックさせて溶着ビードＢ２の溶接条件を補正すればよい。しかし、図５に示すように、枠部５３の付近では、形状センサ２３によって下地の形状を計測する際に、枠部５３が邪魔となり、形状センサ２３による形状の計測ができず、リアルタイムでのフィードバック制御が困難となる。
　このため、本実施形態では、目標形状の積層造形物Ｗを造形すべく、溶着ビード層ＢＬを造形する際に、以下に説明する事前形状計測処理、乖離量算出処理及び事前補正処理を行う。ここでは、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する場合を例示して説明する。
　図６は、事前形状計測処理を説明する製造途中の積層造形物Ｗの概略斜視図である。図７は、事前形状計測処理の応用例を説明する製造途中の積層造形物Ｗの概略斜視図である。図８は、実測値に基づいた造形途中の積層造形物Ｗを示す図であって、（Ａ）は積層造形物Ｗの概略断面図、（Ｂ）は実測プロファイルＲＰを示す模式図である。図９は、積層計画に基づいた造形途中の積層造形物Ｗを示す図であって、（Ａ）は積層造形物Ｗの概略断面図、（Ｂ）は計画プロファイルＰＰを示す模式図である。図１０は、事前補正処理を説明する図であって、（Ａ）は実測プロファイルＲＰと計画プロファイルＰＰとを合成した結果を示す模式図、（Ｂ）は乖離量を考慮して補正した二層目の溶着ビード層ＢＬを構成する溶着ビードＢ２の断面形状を示す模式図である。図１１は、事前補正処理を行って造形した積層造形物Ｗの概略断面図である。
（事前形状計測処理）
　枠部造形工程による枠部５３の造形後、内部造形工程によって一層目の溶着ビード層ＢＬを造形したら（図４参照）、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する前に、図６に示すように、造形途中の積層造形物の形状を計測する事前形状計測処理を行う。この事前形状計測処理では、溶接ロボット１９を駆動させ、トーチ１７に並設された形状センサ２３を、二層目の溶着ビード層ＢＬの造形予定箇所に沿って移動させる。そして、この形状センサ２３によって溶着ビードＢ２の形成方向に沿って形状を計測する。なお、この形状センサ２３による形状の計測は、溶着ビードＢ２の形成方向に沿う方向と異なる方向に行ってもよい。このとき、既に造形されている枠部５３に形状センサ２３が干渉するため、枠部５３の内縁部分の形状計測が困難となることがある。このような場合は、図７に示すように、枠部５３に対して形状センサ２３を相対的に内側へ傾け、形状センサ２３による計測範囲を枠部５３の内側に向ける。これにより、形状センサ２３による計測が枠部５３自体によって遮蔽されるのを回避しつつ、枠部５３の内側の形状を良好に計測できる。
　図８の（Ａ）は、形状センサ２３の実測値に基づいた造形途中の造形物の断面形状を示すものである。この実測値に基づいた断面形状では、図８の（Ａ）における領域Ｓ１が二層目に積層すべき溶着ビード層ＢＬの断面形状となる。そして、この実測値の断面形状に基づいて、図８の（Ｂ）に示すように、造形途中における造形物の実測プロファイルＲＰを作成する。
（乖離量算出処理）
　乖離量算出部３７が、形状センサ２３の実測値に基づいて作成された造形途中における造形物の実測プロファイルと、積層計画に基づいた造形途中における造形物の計画プロファイルとを比較し、計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。
　図９の（Ａ）は、積層計画に基づいた造形途中の造形物の断面形状を示すものである。
　この積層計画に基づいた断面形状では、図９の（Ａ）における領域Ｓ２が二層目に積層すべき溶着ビード層ＢＬの断面形状となる。そして、この積層計画の断面形状に基づいて、図９の（Ｂ）に示すように、造形途中における造形物の計画プロファイルＰＰを作成する。
　図１０の（Ａ）に示すように、乖離量算出部３７は、実測プロファイルＲＰと計画プロファイルＰＰとを比較し、計画プロファイルＰＰに対する実測プロファイルＲＰの乖離領域Ｓ３（図１０の（Ａ）におけるハッチング部分）を割り出し、この乖離領域Ｓ３の断面積である乖離量を算出する。なお、乖離量算出部３７は、乖離量の算出とともに、乖離位置を求める。
（事前補正処理）
　次に、補正部３９が計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置に基づいて、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形するための溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する事前補正処理を行う。具体的には、図１０の（Ｂ）に示すように、補正部３９は、計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離量及び乖離位置を考慮し、二層目の溶着ビード層ＢＬの表面が積層計画通りに形成されるように、溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する。本例では、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬは、積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬに対して断面積が小さくなっている。この場合、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を増加させるように溶接条件を補正する。なお、実際に造形した一層目の溶着ビード層ＢＬの断面積が積層計画に基づく計画上の一層目の溶着ビード層ＢＬよりも大きかった場合では、二層目の溶着ビード層ＢＬを形成する溶着ビードＢ２の断面積を減少させるように溶接条件を補正する。この溶着ビードＢ２の断面積を増減させる溶接条件の補正は、溶着ビードＢ２を形成する際の溶接速度、溶加材Ｍの送給量あるいは溶接電流を調整することにより行う。なお、この補正は、例えば、過不足分をカバーする断面積を有する溶着ビードの溶接条件を、予め蓄積した溶接条件のデータベースから探索して設定するのが好ましい。
　その後、図１１に示すように、補正した溶接条件で溶着ビードＢ２を一層目の溶着ビード層ＢＬ上に形成し、二層目の溶着ビード層ＢＬを造形する。すると、計画プロファイルＰＰと実測プロファイルＲＰとの乖離が補われ、補正した溶接条件で形成した溶着ビードＢ２からなる二層目の溶着ビード層ＢＬの上面が積層計画に基づく形状に近似される。
　以上、説明したように、本実施形態に係る積層造形物の製造方法によれば、枠部５３を造形し、その枠部５３内に内部造形部５５を造形するので、例えば、内部造形部５５を大きな断面積の溶着ビードＢ２によって効率よく造形することができる。このように、枠部５３内に内部造形部５５を造形する積層造形物Ｗの製造方法において、溶着ビード層ＢＬを積層させる下地の形状を計測して実測プロファイルＲＰを作成し、積層計画から下地の計画プロファイルＰＰを求め、この計画プロファイルＰＰに対する実測プロファイルＲＰの乖離量を算出する。そして、枠部５３内の下地上に溶着ビード層ＢＬを積層させる際に、乖離量を低減させるべく、積層計画における溶着ビード層ＢＬを構成する溶着ビードＢ２の溶接条件を補正する。したがって、枠部５３内における下地の形状が積層計画から求められる計画プロファイルＰＰと乖離していても、この下地上に積層させた溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層計画の形状に近似させることができる。これにより、枠部５３があるために下地の形状をリアルタイムで計測してフィードバック制御しながら溶着ビードＢ２を形成することが困難であっても、内部造形部５５を積層計画に合わせて良好に造形することができる。
　また、下地の形状を計測する形状センサ２３は、積層計画に基づいて移動させるトーチ１７に並設されているので、積層計画に基づくトーチ１７の軌道を形状センサ２３による計測動作に流用することができる。これにより、形状センサ２３を移動させるための軌道プログラムを作成することなく、形状センサ２３による下地の形状を容易に計測することができる。
　また、形状センサ２３をトーチ１７に並設させた場合においても、形状センサ２３を枠部５３に対して相対的に内側へ傾けて形状を計測することにより、枠部５３に対する形状センサ２３の干渉を抑えつつ枠部５３の内側近傍部分の形状を良好に計測することができる。
　なお、内部造形部５５を造形する内部造形工程において、例えば、枠部５３によって形状の計測が邪魔されない枠部５３から離れた中央位置では、溶着ビードＢ２の溶接条件を下地の形状に応じてリアルタイムで補正して形成してもよい。具体的には、トーチ１７に並設された形状センサ２３によって下地の形状を計測しつつ、計測した下地の形状に基づいて、積層計画に基づく溶着ビードＢ２の溶接条件をリアルタイムで補正しながらトーチ１７によって溶着ビードＢ２を形成するリアルタイム補正処理を行ってもよい。
　このように、内部造形工程において、事前補正処理とともに、枠部５３によって形状の計測が邪魔されない位置でリアルタイム補正処理を行うことにより、枠部５３内の内部造形部５５を良好に、かつより効率的に造形できる。
　また、事前計測処理では、リアルタイムで形状を計測してフィードバック制御するのが困難な枠部５３を含む枠部５３の内側を枠部５３に沿って事前に計測する。したがって、枠部５３の内部の全範囲の形状を事前に計測する場合と比べ、効率的に下地の特定部分の形状を計測して事前補正処理を行うことができる。
　なお、枠部５３内に三層以上の溶着ビード層ＢＬを積層させる場合では、三層目以降の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、事前形状計測処理、乖離量算出処理及び事前補正処理を行うのが好ましい。また、一層目の溶着ビード層ＢＬを造形する際に、この一層目の溶着ビード層ＢＬの下地となるベースプレート５１の形状を計測し、乖離量算出処理及び事前補正処理を行ってもよい。
　このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
　前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
　前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
　を含み、
　前記造形工程は、
　前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
　前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
　を有し、
　前記内部造形工程において、
　前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
　計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
　前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
　を行う、積層造形物の製造方法。
　この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を造形し、その枠部内に内部造形部を造形するので、例えば、内部造形部を大きな断面積の溶着ビードによって効率よく造形できる。このように、枠部内に内部造形部を造形する積層造形物の製造方法において、溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測して実測プロファイルを作成し、積層計画から下地の計画プロファイルを求め、この計画プロファイルに対する実測プロファイルの乖離量を算出する。そして、枠部内の下地上に溶着ビード層を積層させる際に、乖離量を低減させるべく、積層計画における溶着ビード層を構成する溶着ビードの溶接条件を補正する。したがって、枠部内における下地の形状が積層計画から求められる計画プロファイルと乖離していても、この下地上に積層させた溶着ビードからなる溶着ビード層を積層計画の形状に近似させることができる。これにより、枠部があるために下地の形状をリアルタイムで計測してフィードバック制御しながら溶着ビードを形成することが困難であっても、内部造形部を積層計画に合わせて良好に造形できる。
（２）　前記事前計測処理において、前記溶加材を溶融させて前記溶着ビードを形成するトーチに並設された形状センサによって前記下地の形状を計測する、（１）に記載の積層造形物の製造方法。
　この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサが積層計画に基づいて移動させるトーチに並設されているので、積層計画に基づくトーチの軌道を形状センサによる計測動作に流用できる。これにより、形状センサによる下地の形状を容易に計測できる。
（３）　前記事前計測処理において、
　前記形状センサを前記枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状の計測を行う、（２）に記載の積層造形物の製造方法。
　この構成の積層造形物の製造方法によれば、形状センサを枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状を計測する。これにより、枠部に対する形状センサの干渉を抑えつつ枠部の内側近傍部分の形状を良好に計測できる。
（４）　前記内部造形工程において、
　前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、（２）又は（３）に記載の積層造形物の製造方法。
　この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部内に内部造形部を造形する際に、事前補正処理とともにリアルタイム補正処理を行う。つまり、枠部によって形状の計測が邪魔されない位置では、溶着ビードの溶接条件を下地の形状に応じてリアルタイムで補正して形成する。これにより、枠部内の内部造形部を良好に、かつより効率的に造形できる。
（５）　前記事前計測処理において、
　前記枠部を含む前記枠部の内側を、前記枠部に沿って計測する、（１）～（４）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
　この構成の積層造形物の製造方法によれば、枠部を含む枠部の内側を枠部に沿って事前に計測する。つまり、リアルタイムで形状を計測してフィードバック制御するのが困難な枠部の内側近傍部分を主に事前に計測することにより、枠部の内部の全範囲の形状を事前に計測する場合と比べ、効率的に下地の特定部分の形状を計測して事前補正処理を行うことができる。
　本出願は、２０２０年８月１９日出願の日本特許出願（特願２０２０－１３８６１３）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１７　トーチ
　２３　形状センサ
　５３　枠部
　５５　内部造形部
　Ｂ，Ｂ１，Ｂ２　溶着ビード
　ＢＬ　溶着ビード層
　Ｍ　溶加材
　ＰＰ　計画プロファイル
　ＲＰ　実測プロファイル
　Ｗ　積層造形物

Claims (6)

  1. 　溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させて造形物を造形する積層造形物の製造方法であって、
    　前記造形物の目標形状をもとに前記溶着ビードを積層させて前記造形物を造形するための積層計画を作成する積層計画工程と、
    　前記積層計画に基づき前記溶着ビードを繰り返し積層する造形工程と、
    　を含み、
    　前記造形工程は、
    　前記溶着ビードによって枠部を造形する枠部造形工程と、
    　前記枠部内に複数の溶着ビードを並列に形成して前記溶着ビードからなる溶着ビード層が積層された内部造形部を造形する内部造形工程と、
    　を有し、
    　前記内部造形工程において、
    　前記溶着ビード層を積層させる下地の形状を計測する事前計測処理と、
    　計測した前記下地の形状の実測値から前記下地の実測プロファイルを作成するとともに、前記積層計画から前記下地の計画プロファイルを求め、前記計画プロファイルに対する前記実測プロファイルの乖離量を算出する乖離量算出処理と、
    　前記下地上に前記溶着ビード層を積層させる際に、前記乖離量を低減させるべく前記積層計画における前記溶着ビード層を構成する前記溶着ビードの溶接条件を補正する事前補正処理と、
    　を行う、
    　積層造形物の製造方法。
  2. 　前記事前計測処理において、前記溶加材を溶融させて前記溶着ビードを形成するトーチに並設された形状センサによって前記下地の形状を計測する、
    　請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
  3. 　前記事前計測処理において、
    　前記形状センサを前記枠部に対して相対的に内側へ傾けて形状の計測を行う、
    　請求項２に記載の積層造形物の製造方法。
  4. 　前記内部造形工程において、
    　前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、
    　請求項２に記載の積層造形物の製造方法。
  5. 　前記内部造形工程において、
    　前記形状センサによって前記下地の形状を計測し、計測した前記下地の形状に基づいて、前記積層計画に基づく前記溶着ビードの溶接条件をリアルタイムで補正しながら前記溶着ビードを形成するリアルタイム補正処理を行う、
    　請求項３に記載の積層造形物の製造方法。
  6. 　前記事前計測処理において、
    　前記枠部を含む前記枠部の内側を、前記枠部に沿って計測する、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
PCT/JP2021/027414 2020-08-19 2021-07-21 積層造形物の製造方法 WO2022038960A1 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114932289A (zh) * 2022-06-04 2022-08-23 南京理工大学 一种大型构件增材尺寸精度控制装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09182962A (ja) 1995-12-28 1997-07-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 溶接ロボット
JPH10505799A (ja) * 1994-05-13 1998-06-09 イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ ３次元物体の製造方法及び装置
JP2018001750A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 ゼロックス コーポレイションＸｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ３次元物体印刷のための積層の非接触制御
JP2018126760A (ja) * 2017-02-08 2018-08-16 株式会社神戸製鋼所 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
JP2018187679A (ja) 2017-05-05 2018-11-29 リンカーン グローバル，インコーポレイテッド ハイブリッド溶着速度のニアネットシェイプ積層造形のための方法及びシステム
JP2020001059A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 株式会社神戸製鋼所 積層造形物の積層計画方法、積層造形物の製造方法及び製造装置
JP2020138613A (ja) 2019-02-27 2020-09-03 株式会社Ｓｕｂａｒｕ パーキング機構

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10505799A (ja) * 1994-05-13 1998-06-09 イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ ３次元物体の製造方法及び装置
JPH09182962A (ja) 1995-12-28 1997-07-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 溶接ロボット
JP2018001750A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 ゼロックス コーポレイションＸｅｒｏｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ３次元物体印刷のための積層の非接触制御
JP2018126760A (ja) * 2017-02-08 2018-08-16 株式会社神戸製鋼所 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
JP2018187679A (ja) 2017-05-05 2018-11-29 リンカーン グローバル，インコーポレイテッド ハイブリッド溶着速度のニアネットシェイプ積層造形のための方法及びシステム
JP2020001059A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 株式会社神戸製鋼所 積層造形物の積層計画方法、積層造形物の製造方法及び製造装置
JP2020138613A (ja) 2019-02-27 2020-09-03 株式会社Ｓｕｂａｒｕ パーキング機構

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAN QLI YZHANG G: "Transactions on Intelligent Welding Manufacturing. Transactions on Intelligent Welding Manufacturing", 2018, SPRINGER, article "Online Control of Deposited Geometry of Multi-layer Multi-bead Structure for Wire and Arc Additive Manufacturing"

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114932289A (zh) * 2022-06-04 2022-08-23 南京理工大学 一种大型构件增材尺寸精度控制装置及方法
CN114932289B (zh) * 2022-06-04 2024-04-23 南京理工大学 一种大型构件增材尺寸精度控制装置及方法

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