WO2022254671A1

WO2022254671A1 - 付加製造装置および付加製造方法

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Publication number: WO2022254671A1
Application number: PCT/JP2021/021243
Authority: WO
Inventors: 大嗣森田; 暢宏篠原; 隆湯澤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN117337222A; JPWO2022254671A1; DE112021007775T5; JP7023431B1

Abstract

造形材料が付加されるベース材（１７）の付加対象面（２２）に対して鉛直方向から傾いた斜め方向に傾斜させた造形物である傾斜造形物（５００）を造形する付加製造装置であって、付加対象面（２２）の加工領域に対して造形材料を供給する材料供給部と、レーザビームを加工領域へ照射することによって造形材料を溶融させる照射部と、材料供給部および照射部を制御することによって、傾斜造形物（５００）の造形を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、第１傾斜ビード（３０１ａ）を下層側の傾斜ビード層（３５１）の上面に形成した後に、下層側の傾斜ビード層（３５１）の上面および第１傾斜ビード（３０１ａ）の側面に接触した第２傾斜ビード（３０１ｂ）を、第２傾斜ビード（３０１ｂ）底面の一部が下層側の傾斜ビード層（３５１）に接触しない位置に形成する。

Description

付加製造装置および付加製造方法

　本開示は、３次元造形物を製造する付加製造装置および付加製造方法に関する。

　従来、３次元造形物を製造する技術として、付加製造（ＡＭ：Additive　Manufacturing）と呼ばれる技術が知られている。付加製造の技術における複数種類の方式のうち、ダイレクトエナジーデポジション（ＤＥＤ：Directed　Energy　Deposition、指向性エネルギ堆積）方式は、他の方式と比べて、造形時間が早い、積層材料の切替えが簡単である、ベース材質の制限が少ない、といった利点がある。また、ＤＥＤ方式は、材料の消費量が、造形物の製造のために使用される量に限られるので、他の方式と比べて材料の無駄が少ない。ＤＥＤ方式の付加製造装置は、加工ヘッドの構成を適宜変更することによって、粉末とワイヤとの双方を材料として使用することができる。ＤＥＤ方式の付加製造装置が材料としてワイヤを使用する場合、既製品である溶接ワイヤを流用できるので、材料の調達コストを抑えることができ、かつ材料を容易に調達することができる。

　特許文献１の堆積システムは、原料供給装置と、断面積を有する溶接エネルギビームを生成するためのエネルギ源と、金属フィードストックとを備えている。この堆積システムは、溶接エネルギビームの断面積の３０％未満を線状列のうちの現在堆積している１つの線状列に照射することで、構造体の外面に線状の金属原料を堆積させている。

米国特許第９８３５１１４号明細書

　しかしながら、上記特許文献１の技術では、傾斜した壁を造形するためには、ビームの照射位置が少しでもずれると、溶けた金属ビードが重力の作用を受けて下方に垂れてしまい３次元造形物の形状が崩れてしまう。このため、上記特許文献１の技術では、溶けた金属ビードの重力による垂れ下がりを抑制するには、ビームの照射位置を厳密に制御する必要があるので、傾斜した壁の造形が困難であるという問題があった。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、傾斜した壁を容易に造形することができる付加製造装置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、本開示は、造形材料が付加される被加工物の付加対象面に対して鉛直方向から傾いた斜め方向に傾斜させた造形物である傾斜造形物を造形する付加製造装置であって、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、レーザビームを加工領域へ照射することによって造形材料を溶融させる照射部と、材料供給部および照射部を制御することによって、傾斜造形物の造形を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、第１のビードおよび第２のビードが堆積されたビード層である下層ビード層を積層させた後に、下層ビード層の上面に第３のビードおよび第４のビードが堆積されたビード層である上層ビード層を積層させる。制御装置は、上層ビード層を積層させる際には、第３のビードを下層ビード層の上面に形成した後に、下層ビード層の上面および第３のビードの側面に接触した第４のビードを、第４のビードの底面の一部が下層ビード層に接触しない位置に形成する。

　本開示にかかる付加製造装置は、傾斜した壁を容易に造形することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる付加製造装置の構成を示す図実施の形態１にかかる付加製造装置による加工の様子を示す模式図実施の形態１にかかる付加製造装置が有する制御装置のハードウェア構成を示すブロック図実施の形態１にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャート実施の形態１にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図実施の形態１にかかる付加製造装置が傾斜したベース材に形成した傾斜造形物を示す模式図比較例の付加製造装置が形成した傾斜造形物を説明する図実施の形態１にかかる付加製造システムの構成を示す図実施の形態１にかかる付加製造装置が傾斜造形物を組み合わせて形成した造形物の一例を示す模式図実施の形態２にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャート実施の形態２にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図実施の形態３にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャート実施の形態３にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図実施の形態４にかかる付加製造装置が玉状ビードを形成する際の動作処理手順を示すフローチャート実施の形態４にかかる付加製造装置が作製する玉状ビードの作製方法を説明するための図実施の形態４にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図

　以下に、本開示の実施の形態にかかる付加製造装置および付加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にかかる付加製造装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる付加製造装置による加工の様子を示す模式図である。図２では、付加製造装置１００による加工領域２６を模式的に示している。

　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って、３次元の立体物である３次元造形物を製造する工作機械である。付加製造装置１００は、造形材料が付加される被加工物の付加対象面に対して鉛直方向から傾いた斜め方向に傾斜させた造形物である傾斜造形物を造形する。

　実施の形態１において、ビームはレーザビーム２４であり、造形材料はワイヤ状の金属材料であるワイヤ５である。なお、造形材料は、金属以外の材料であってもよい。造形材料は、線条材として加工位置に供給され、溶融されてビードを形成できる形状および材質であればよい。造形材料は、例えば、ある程度の剛性を有し、引き出されて端を保持した場合にある程度の長さまでは大きく垂下せず目的の位置に供給できる材料であればよい。ワイヤ５の形状例としては、ワイヤを２本より合わせた形、断面形状が円形でない形状等、線条に垂直な方向に小さな突起を含む形状などを挙げることができる。また、造形材料はワイヤ状以外の形状であってもよい。造形材料は、例えば、粉末状の金属または粉末状の樹脂であってもよい。

　付加製造装置１００は、ベース材１７に複数のビードを堆積させることによって、金属材料による堆積物１８をベース材１７の表面に形成する。ビードは、溶融したワイヤ５が凝固することによって形成された物体であり堆積物１８である。ベース材１７は、ステージ１５に載置される。被加工物とは、溶融させた材料が付加される物体であり、ベース材１７もしくは堆積物１８を指すものとする。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後の堆積物１８を指す。図１に示すベース材１７は板材である。ベース材１７は、板材以外のものであってもよい。

　付加製造装置１００は、被加工物に対して移動する加工ヘッド１０を備えている。加工ヘッド１０は、ビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３とを有している。ビームノズル１１は、被加工物へ向けてレーザビーム２４を出射する。レーザビーム２４は、ワイヤ５を溶融させる熱源である。ワイヤノズル１２は、被加工物におけるレーザビーム２４の照射位置へ向けてワイヤ５を進行させる。ガスノズル１３は、堆積物１８の酸化抑制および玉状ビードなどのビードを冷却するためのシールドガスを被加工物へ向けて噴出する。

　ビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３とは、加工ヘッド１０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、加工ヘッド１０により、ビームノズル１１とガスノズル１３とワイヤノズル１２との相対位置の関係が固定されている。

　ビーム源であるレーザ発振器２は、レーザビーム２４を発振する。レーザ発振器２からのレーザビーム２４は、光伝送路であるファイバーケーブル３を通って加工ヘッド１０へ伝搬する。レーザ発振器２とファイバーケーブル３と加工ヘッド１０とにより、ワイヤ５を溶融させるレーザビーム２４を被加工物へ照射する照射部が構成される。

　ビームノズル１１から被加工物へ照射されるレーザビーム２４と、ワイヤ５の中心軸ＣＷとは、非同軸とされてもよく、同軸とされてもよい。ドーナツ状に成形されたドーナツビームがレーザビーム２４に使用されることにより、または複数本に分岐されたレーザビームがレーザビーム２４に使用されることにより、ビームノズル１１から被加工物へ照射されるレーザビーム２４と、ワイヤ５の中心軸ＣＷとを同軸上に配置することが可能である。なお、実施の形態１では、ビームノズル１１から被加工物へ照射されるレーザビーム２４と、ワイヤ５の中心軸ＣＷとが非同軸である場合について説明する。

　ガス供給装置７は、配管８を通じてガスノズル１３へ不活性ガス２５を供給する。ガス供給装置７と配管８とガスノズル１３とにより、加工領域２６へ不活性ガス２５を噴出するガス供給部が構成される。

　ワイヤ５が巻き付けられているワイヤスプール６は、材料の供給源である。サーボモータである回転モータ４の駆動に伴ってワイヤスプール６が回転することによって、ワイヤ５はワイヤスプール６から繰り出される。ワイヤスプール６から繰り出されたワイヤ５は、ワイヤノズル１２を通されて、レーザビーム２４の照射位置へ供給される。また、付加製造装置１００は、ワイヤ５をワイヤスプール６から繰り出す場合と逆方向に回転モータ４を逆回転させることにより、レーザビーム２４の照射位置へ供給されたワイヤ５をレーザビーム２４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６から繰り出されているワイヤ５におけるワイヤスプール６側の一部がワイヤスプール６に巻き取られる。回転モータ４とワイヤスプール６とワイヤノズル１２とにより、材料供給部であるワイヤ供給部１９が構成される。

　なお、ワイヤノズル１２には、ワイヤスプール６からワイヤ５を引き出すための動作機構が設けられてもよい。付加製造装置１００は、ワイヤスプール６の回転モータ４とワイヤノズル１２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、レーザビーム２４の照射位置へワイヤ５を供給可能とする。図１では、ワイヤノズル１２の動作機構の図示を省略している。

　ヘッド駆動装置１４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１０を移動させる。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に平行な軸である。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。ヘッド駆動装置１４は、Ｘ軸方向への加工ヘッド１０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１０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１０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１４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。付加製造装置１００は、ヘッド駆動装置１４により加工ヘッド１０を移動させることで、被加工物におけるレーザビーム２４の照射位置を移動させることができる。付加製造装置１００は、ステージ１５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２４の照射位置を移動させてもよい。

　図１に示す加工ヘッド１０では、ビームノズル１１が、ビームノズル１１からＺ軸方向へレーザビーム２４を進行させる。ワイヤノズル１２は、ＸＹ面内においてビームノズル１１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５を進行させる。なお、ワイヤノズル１２は、加工ヘッド１０における固定方向が変更されて、Ｚ軸に対して平行な方向へワイヤ５を進行させてもよい。ワイヤノズル１２は、ワイヤ５が所望の位置に供給されるようにワイヤ５の進行を制限する。

　加工ヘッド１０において、ガスノズル１３は、ＸＹ面内においてビームノズル１１の外周側にビームノズル１１と同軸に設けられており、ビームノズル１１から出射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬに沿うように不活性ガス２５を噴出する。すなわち、ビームノズル１１とガスノズル１３とは、互いに同軸上に配置されている。なお、ガスノズル１３は、Ｚ軸に対して斜めの方向へ不活性ガス２５を噴出してもよい。すなわち、ガスノズル１３は、ビームノズル１１から出射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬに対して斜めの方向へ不活性ガス２５を噴出してもよい。

　回転機構１６は、第１軸を中心とするステージ１５の回転と、第１軸に垂直な第２軸を中心とするステージ１５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１６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１６は、第１軸を中心にステージ１５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１５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１６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。

　付加製造装置１００は、回転機構１６によりステージ１５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、付加製造装置１００は、ステージ１５を回転させることで、被加工物におけるレーザビーム２４の照射位置を移動させることができる。付加製造装置１００は、回転機構１６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１は、加工プログラムに従って付加製造装置１００を制御する。制御装置１は、例えば、数値制御装置である。制御装置１は、材料供給部と照射部とガス供給部とを制御することで、ワイヤ５が溶融されて形成される複数の玉状ビードなどにより造形物を造形するための制御を行う。

　制御装置１は、ヘッド駆動装置１４へ移動指令を出力することによって、ヘッド駆動装置１４の駆動を制御する。これにより、制御装置１は、ヘッド駆動装置１４に加工ヘッド１０を移動させて加工ヘッド１０の位置を制御する。制御装置１は、ビーム強度といったビーム出力の条件に応じた指令をレーザ発振器２へ出力することによって、レーザ発振器２によるレーザ発振を制御する。

　制御装置１は、材料の供給量の条件に応じた指令を回転モータ４へ出力することによって、回転モータ４の駆動を制御する。制御装置１は、回転モータ４の駆動を制御することによって、ワイヤスプール６から照射位置へ向かうワイヤ５の速度を調整する。以下の説明では、かかる速度を、供給速度と称することがある。供給速度は、時間当たりの材料の供給量を表す。

　制御装置１は、ガスの供給量の条件に応じた指令をガス供給装置７へ出力することによって、ガス供給装置７からガスノズル１３へ供給される不活性ガス２５の量を制御する。制御装置１は、回転機構１６へ回転指令を出力することによって、回転機構１６の駆動を制御する。すなわち、制御装置１は、各種指令を出力することによって、付加製造装置１００の全体を制御する。このように、制御装置１は、ワイヤ供給部１９、照射部、ガス供給部、ヘッド駆動装置１４および回転機構１６を制御することによって、付加製造装置１００にビードを形成させる。

　造形物は、ビームノズル１１より照射されるレーザビーム２４を用いて加工領域２６に溶融ワイヤ２１を堆積することで形成される。付加製造装置１００は、図２に示すように、加工領域２６にワイヤ５を供給し、ワイヤ５にレーザビーム２４を照射する。

　また、加工領域２６では、ベース材１７の表面または堆積物１８の表面からなる付加対象面２２が溶融されて溶融池２３が形成される。そして、加工領域２６では、ワイヤ５が溶けて生成される溶融ワイヤ２１が、溶融池２３に溶着される。付加対象面２２は、溶融ワイヤ２１が溶着して堆積物１８が形成される付加加工の加工対象面である。加工領域２６は、付加対象面２２において付加加工が行われている加工対象となる領域である。付加製造装置１００は、加工領域２６に溶融ワイヤ２１を堆積させる。

　付加製造装置１００は、ヘッド駆動装置１４と回転機構１６とを連動させて加工ヘッド１０とステージ１５とを動かすことで、加工領域２６の位置を変化させる。これにより、付加製造装置１００は、所望の形状の造形物を得ることができる。

　ここで、制御装置１のハードウェア構成について説明する。図１に示す制御装置１は、付加製造装置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で実行されることによって実現される。

　図３は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置１は、各種処理を実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit）４１と、データ格納領域を含むＲＡＭ（Random　Access　Memory）４２と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Read　Only　Memory）４３とを有している。また、制御装置１は、外部記憶装置４４と、制御装置１への情報の入力および制御装置１からの情報の出力のための入出力インタフェース４５とを有している。図３に示す各部は、バス４６を介して相互に接続されている。

　ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３または外部記憶装置４４に記憶されている制御プログラムを実行する。制御装置１による、付加製造装置１００の全体の制御は、ＣＰＵ４１を使用して実現される。

　外部記憶装置４４は、ＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）あるいはＳＳＤ（Solid　State　Drive）である。外部記憶装置４４は、制御プログラムと各種データとを記憶する。ＲＯＭ４３には、制御装置１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、ＲＯＭ４３に記憶されてもよい。

　ＲＯＭ４３および外部記憶装置４４に記憶されているプログラムは、ＲＡＭ４２にロードされる。ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４２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４５は、制御装置１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４５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４５は、各種指令を出力する。制御装置１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プログラムであってもよい。制御装置１は、記憶媒体に記憶された制御プログラムを外部記憶装置４４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１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１の機能は、付加製造装置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１の機能は、一部が専用のハードウェアで実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されるようにしてもよい。

　次に、図４および図５を参照して、実施の形態１にかかる付加製造装置１００の動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図である。

　図４および図５では、傾斜ビード層３５１がＹＺ平面に平行になるように形成される場合について説明する。すなわち、傾斜造形物５００は、プラスＹ方向に延びる傾斜ビード層３５１がプラスＺ方向に積層されることで形成される。傾斜造形物５００は、上層に行くに従って、プラスＹ方向にずれている。これにより、傾斜造形物５００は、プラスＹ方向に向かって傾斜している。図５では、傾斜造形物５００とプラスＺ方向との成す角度である傾斜角を傾斜角Ａ１として図示している。

　付加製造装置１００は、土台ビード２０１から構成される土台ビード層２５１を、ベース材１７の付加対象面２２上に形成する（ステップＳ１０）。この場合において、付加製造装置１００は、レーザビーム２４の付加対象面２２への照射中に照射位置にワイヤ５を供給し、同時に制御装置１を用いて加工ヘッド１０を駆動させることによって、土台ビード２０１を形成する。付加製造装置１００は、加工ヘッド１０を駆動しながらワイヤ５を溶着させるので、土台ビード２０１の形状は線状となる。すなわち、付加製造装置１００は、加工ヘッド１０を線状に移動させながらワイヤ５を溶着させることで、土台ビード２０１を線状に繋げながら形成する。

　付加製造装置１００は、土台ビード２０１の形成を繰り返し行い、所望の形状および大きさの土台ビード層２５１を形成する（ステップＳ２０）。これにより、土台ビード２０１は、ＸＹ面内の上側から見た場合に線状となる。

　なお、付加製造装置１００は、土台ビード２０１を直線状に形成してもよいし、曲線状に形成してもよい。また、付加製造装置１００は、１本の土台ビード２０１によって土台ビード層２５１を形成してもよいし、複数本の土台ビード２０１によって土台ビード層２５１を形成してもよい。付加製造装置１００は、複数本の土台ビード２０１によって土台ビード層２５１を形成する場合、１つ前に形成した土台ビード２０１と、この次に形成する土台ビード２０１とが接続されるように、土台ビード２０１を形成していく。

　このように、土台ビード層２５１を構成する土台ビード２０１が複数本である場合、各土台ビード２０１は、１本の線状に並ぶように配置される。図５では、２本の土台ビード２０１が、付加対象面２２上で、Ｙ軸方向に延びる１本の線状に並ぶよう形成された場合を示している。

　なお、土台ビード層２５１は、付加対象面２２上に形成される傾斜造形物５００の１層目を指す場合もあれば、後述する傾斜造形物５０１を堆積させるための後述する土台造形物４００を指す場合もある。

　付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１の中で傾斜方向とは最も逆側に位置する第１傾斜ビード３０１ａを最初に形成することで、図５に示す傾斜ビード層３５１の形成を開始する（ステップＳ３０）。

　付加製造装置１００は、例えば図５に示すように、土台ビード層２５１の１つ上側の層として第１層目の傾斜ビード層３５１を形成する。この場合において、付加製造装置１００は、第１層目の傾斜ビード層３５１として傾斜方向であるプラスＹ方向とは反対側の位置から順番に傾斜ビードを順番に形成していく。すなわち、付加製造装置１００は、マイナスＹ方向から順番に、プラスＹ方向に延びる傾斜ビードを形成していく。

　図５では、付加製造装置１００が、傾斜ビード層３５１を形成する際に、1つ目の傾斜ビードである第１傾斜ビード３０１ａを最初に形成する場合を示している。付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａの底面が、土台ビード２０１の上面に接続されるように、第１傾斜ビード３０１ａを形成する。

　この後、付加製造装置１００は、第１層目の傾斜ビード層３５１として必要な本数の傾斜ビードを傾斜方向であるプラスＹ方向に沿って形成する（ステップＳ４０）。すなわち、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａと、第１層目の最後の傾斜ビードである後述の第２傾斜ビード３０１ｂとの間に必要であれば、必要な本数分の傾斜ビード（以下、中間傾斜ビードという）を形成する。

　付加製造装置１００は、１つ目の中間傾斜ビードが、土台ビード２０１および第１傾斜ビード３０１ａに接続されるように、１つ目の中間傾斜ビードを形成する。付加製造装置１００は、第Ｌ（Ｌは２以上の自然数）番目の中間傾斜ビードが、土台ビード２０１および第（Ｌ－１）番目の中間傾斜ビードに接続されるように、第Ｌ番目の中間傾斜ビードを形成する。付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａおよび各中間傾斜ビードが、ＸＹ面内の上側から見た場合に土台ビード層２５１上で線状に繋がるように、第１傾斜ビード３０１ａおよび各中間傾斜ビードを形成する。

　付加製造装置１００は、最後に、第１層目の傾斜ビードの中で最も傾斜方向側に位置する第２傾斜ビード３０１ｂを形成することで、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成する（ステップＳ５０）。第１傾斜ビード３０１ａの高さと、第２傾斜ビード３０１ｂの高さとは同じである。第２傾斜ビード３０１ｂは、土台ビード２０１よりもプラスＹ方向に配置される。すなわち、第２傾斜ビード３０１ｂのＹ座標の最大値が、土台ビード２０１のＹ座標の最大値よりも大きくなるように第２傾斜ビード３０１ｂが土台ビード２０１上に配置される。すなわち、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂを土台ビード２０１からはみ出した位置に形成する。換言すると、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂを、第２傾斜ビード３０１ｂの底面の一部が、土台ビード２０１の上面に接触しない位置に形成する。

　図５では、付加製造装置１００が、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成する際に、１つ目の第１傾斜ビード３０１ａを形成し、その後、最後の傾斜ビードである第２傾斜ビード３０１ｂを形成した場合を示している。この場合、付加製造装置１００は、土台ビード２０１の上面および第１傾斜ビード３０１ａの側面に接触する位置に、第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。換言すると、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂを土台ビード２０１および第１傾斜ビード３０１ａに接続させる。

　また、付加製造装置１００は、中間傾斜ビードを形成した場合には、土台ビード２０１の上面および中間傾斜ビードの側面に接触する位置に、第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。換言すると、付加製造装置１００は、中間傾斜ビードを形成した場合には、第２傾斜ビード３０１ｂを土台ビード２０１および中間傾斜ビードに接続させる。

　付加製造装置１００は、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成した後、第１層目の傾斜ビード層３５１と同様の処理によって、第２層目以降の傾斜ビード層３５１を形成する。すなわち、付加製造装置１００は、第Ｎ（Ｎは自然数）層目の傾斜ビード層３５１の上側の層として第（Ｎ＋１）層目の傾斜ビード層３５１を形成する。この場合において、付加製造装置１００は、第（Ｎ＋１）層目の傾斜ビード層３５１として傾斜方向であるプラスＹ方向とは反対側の位置から順番に傾斜ビードを形成していく。この後、付加製造装置１００は、第（Ｎ＋１）層目の傾斜ビード層３５１として必要な本数の中間傾斜ビードを傾斜方向であるプラスＹ方向に沿って形成する。そして、付加製造装置１００は、最後に第２傾斜ビード３０１ｂを形成することで、第（Ｎ＋１）層目の傾斜ビード層３５１を形成する。

　付加製造装置１００は、中間傾斜ビードを形成しない場合には、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂの上面および第（Ｎ＋１）層目の第１傾斜ビード３０１ａの側面に接触する位置に、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。換言すると、付加製造装置１００は、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第（Ｎ＋１）層目の第１傾斜ビード３０１ａに接続させる。

　また、付加製造装置１００は、中間傾斜ビードを形成した場合には、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂの上面および第Ｎ層目の中間傾斜ビードの側面に接触した位置に、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。換言すると、付加製造装置１００は、中間傾斜ビードを形成した場合には、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第（Ｎ＋１）層目の中間傾斜ビードに接続させる。

　第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂは、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂよりもプラスＹ方向に配置される。すなわち、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂのＹ座標の最大値が、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂのＹ座標の最大値よりも大きくなるように第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂが第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂ上に配置される。すなわち、付加製造装置１００は、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂからはみ出した位置に形成する。換言すると、付加製造装置１００は、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂを、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂの底面の一部が、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂの上面に接触しない位置に形成する。

　付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１の形成を繰り返して所望の形状および大きさの傾斜造形物５００を形成する（ステップＳ６０）。

　中間傾斜ビードが無い場合、第Ｎ層目の第１傾斜ビード３０１ａが第１のビードであり、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂが第２のビードである。また、中間傾斜ビードが無い場合、第（Ｎ＋１）層目の第１傾斜ビード３０１ａが第３のビードであり、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂが第４のビードである。

　中間傾斜ビードがある場合、第Ｎ層目の中間傾斜ビードのうち最後に形成される中間傾斜ビードが第１のビードであり、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂが第２のビードである。また、中間傾斜ビードがある場合、第（Ｎ＋１）層目の中間傾斜ビードのうち最後に形成される中間傾斜ビードが第３のビードであり、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂが第４のビードである。

　また、第Ｎ層目の傾斜ビード層３５１が下層ビード層であり、第（Ｎ＋１）層目の傾斜ビード層３５１が上層ビード層である。

　第２傾斜ビード３０１ｂは、下層に存在する土台ビード層２５１または傾斜ビード層３５１に加えて、隣接する位置にも第１傾斜ビード３０１ａなどのビードが存在するので、第２傾斜ビード３０１ｂが、自身以外のその他のビードと接する面積が広くなる。これにより、第２傾斜ビード３０１ｂが、その他のビードの表面張力の作用でその他のビードに引き寄せられる力が強くなる。これにより、付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１が重力方向に大きく垂れ下がることなく傾斜ビード層３５１を形成することが可能となる。すなわち、付加製造装置１００は、このような方法で傾斜ビード層３５１を形成することで、第２傾斜ビード３０１ｂが重力方向に大きく垂れ下がることなく傾斜ビード層３５１を形成することができる。

　このように、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの直下に十分な大きさの土台ビード層２５１または傾斜ビード層３５１が存在せずに、第２傾斜ビード３０１ｂの一部がはみ出すことで宙に浮いているような場合においても、第２傾斜ビード３０１ｂが下側に垂れ下がることなく傾斜ビード層３５１を形成することができる。

　ここで、ベース材１７が傾斜している場合に、付加製造装置１００が形成する傾斜造形物について説明する。図６は、実施の形態１にかかる付加製造装置が傾斜したベース材に形成した傾斜造形物を示す模式図である。

　ここでは、傾斜したベース材１７の上側に上層ベース材３１が形成されている場合に、付加製造装置１００が、上層ベース材３１上に形成した傾斜造形物５０１について説明する。

　ベース材１７は、板状部材で構成されており、板状部材の上面が水平面であるＸＹ平面から傾いている。回転機構１６は、ステージ１５を回転させることによって、ベース材１７を傾斜させる。

　上層ベース材３１は、直方体の一部に溝３８が設けられた形状を有している。上層ベース材３１の底面は、ベース材１７の上面に接合されており、上層ベース材３１の上面に溝３８が設けられている。このような構成により、上層ベース材３１の上面は、ベース材１７の上面に平行となっている。すなわち、上層ベース材３１の上面は、水平面であるＸＹ平面から傾いている。したがって、溝３８が形成されている直方体領域の上面もＸＹ平面から傾いている。付加製造装置１００は、上層ベース材３１に設けられた溝３８を覆うように、傾斜造形物５０１を形成する。溝３８が形成されている直方体領域の上面が、付加対象面２２となる。

　この場合において、付加製造装置１００は、上層ベース材３１の上面に土台造形物４００を作成し、土台造形物４００を土台として傾斜造形物５０１を形成する。具体的には、付加製造装置１００は、複数の土台ビード２０１から構成される土台ビード層２５１をＺ軸方向に積層することによって、傾斜造形物５０１を堆積させるための土台造形物４００を形成しておく。このように、付加製造装置１００は、必要に応じて土台造形物４００を形成する。

　この場合も、付加製造装置１００は、土台造形物４００上に、傾斜ビード層３５１の中で傾斜方向とは最も逆側に位置する第１傾斜ビード３０１ａを傾斜方向であるプラスＹ方向に向かって形成する。

　図５および図６に示すように、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａの延長線上に、必要な本数分の中間傾斜ビードを形成する。図６では、付加製造装置１００が、第１傾斜ビード３０１ａの延長線上に中間傾斜ビード３１０を形成した場合を示している。

　この後、付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１の中で最も傾斜方向側に位置する第２傾斜ビード３０１ｂを傾斜方向であるプラスＹ方向に向かって形成する。付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａから第２傾斜ビード３０１ｂまでの傾斜ビードが線状に接続されるように、各傾斜ビードを形成する。これにより、傾斜ビード層３５１が線状に形成される。

　付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１の上側に、下層側よりもプラスＹ方向に延びた傾斜ビード層３５１を形成する処理を繰り返すことで所望の形状および大きさの傾斜造形物５００，５０１を作る。これにより、付加製造装置１００は、造形方向が傾斜している場合で得あっても、重力方向に大きく垂れ下がることなく傾斜造形物５００，５０１を形成することができる。

　ここで比較例の付加製造装置について説明する。図７は、比較例の付加製造装置が形成した傾斜造形物を説明する図である。比較例の付加製造装置は、傾斜造形物５１０を形成する際には、１本ずつのビード１０１を順番に積層していく。この場合において、比較例の付加製造装置は、傾斜方向であるプラスＹ方向に少しずつずらしながらビード１０１を積層していく。すなわち、比較例の付加製造装置は、第Ｍ（Ｍは自然数）層目のビード１０１の上側の層として第（Ｍ＋１）層目のビード１０１を形成する際に、第（Ｍ＋１）層が第Ｍ層よりもプラスＹ側となるように第（Ｍ＋１）層を形成する。

　比較例の付加製造装置が、傾斜角Ａ１を大きくするために、ビード１０１のずらし量を大きくすると、積層したビード１０１が下層のビード１０１と接する面積が小さくなる。この結果、積層したビード１０１は、表面張力によってＸＹ平面に平行な方向に引き寄せられる力よりも、重力によってマイナスＺ方向に引き寄せられる力の方が大きくなり、下側に垂れることとなる。

　重力と表面張力とを比較した場合に、何れの力が強いかを表す指標として、以下の式（１）で表されるボンド数Ｂｏがある。式（１）でのΔρは密度差（ｋｇ／ｍ²）であり、ｇは重力であり、Ｌは代表長さスケール（ｍ）であり、σは表面張力（Ｎ／ｍ）である。
　Ｂｏ＝ΔρｇＬ²／σ・・・（１）

　式（１）は、ボンド数Ｂｏが小さいほど、重力との比較で表面張力が強いことを意味している。式（１）で示すように、重力の強さと表面張力の強さとを比較すると、重力の強さおよび表面張力の強さは、造形される材料個別の物性値、またはビードの大きさに左右される。例えば、比較例の付加製造装置が、金属用の付加製造装置で使用されることが多い、ニッケル基合金、チタン合金、ステンレス合金などを用いて傾斜角Ａ１を６０度以上に設定すると、重力による垂れを防ぐことができず、傾斜造形物５０１の形状が崩れることが判明している。また、ビード１０１の延設方向の幅（Ｙ軸方向の幅）の４０％以上が下層のビード１０１からはみ出す傾斜角度に設定されると、比較例の付加製造装置は、重力による垂れを防ぐことができず、傾斜造形物５０１の形状が崩れることが判明している。

　実施の形態１の付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａまたは中間傾斜ビード３１０に接続されるよう第２傾斜ビード３０１ｂを形成するので傾斜造形物５００の形状が崩れることを防止できる。

　なお、付加製造装置１００は、垂れを防ぐための付加製造の条件、または垂れを小さくするための付加製造の条件を機械学習によって決定してもよい。図８は、実施の形態１にかかる付加製造システムの構成を示す図である。付加製造システム２００は、付加製造装置１００と、機械学習装置１２０とを備えている。

　機械学習装置１２０は、付加製造装置１００の制御装置１に接続されている。機械学習装置１２０は、付加製造の条件と、付加製造時の散乱光、付加製造時にワイヤ５に加わる負荷、傾斜造形物５００，５０１の高さなどの状態とを状態量として取得する状態観測部７１と、状態量に基づいて付加製造の条件と付加製造の結果との関係を学習する学習部７２とを備えている。

　付加製造の条件の例としては、造形材料の材質、傾斜角度、第１傾斜ビード３０１ａまたは第２傾斜ビード３０１ｂの間隔または幅、ガス供給装置７に設定されるパラメータ、レーザ発振器２に設定されるパラメータ、レーザビーム２４の走査速度などの駆動軸についてのパラメータを挙げることができる。レーザ発振器２に設定されるパラメータは、例えば、レーザ出力、ビーム径等である。

　加工結果の例としては、第２傾斜ビード３０１ｂの垂れの大きさ、最終的な造形物である傾斜造形物５００の形状についての計測結果、造形中の温度等の計測結果を挙げることができる。

　また、制御装置１は、上述した学習部７２が学習を実行した結果を使用する学習済み学習器を備えていてもよい。学習を実行した結果の例としては、学習により得られたモデル、学習により得られたデータ等を挙げることができる。

　付加製造装置１００は、傾斜造形物５００を組み合わせることで中空構造を有するトンネル状の造形物を形成してもよい。図９は、実施の形態１にかかる付加製造装置が傾斜造形物を組み合わせて形成した造形物の一例を示す模式図である。

　付加製造装置１００は、前述の傾斜造形物５００を２つ以上組み合わせることで、中空構造を有するトンネル状の傾斜造形物５０２を形成することがきる。この場合、付加製造装置１００は、各傾斜造形物５００の最上層の傾斜ビード層３５１が接続されるように、各傾斜造形物５００を形成する。

　例えば、付加製造装置１００は、プラスＹ方向が傾斜方向である傾斜造形物５００と、マイナスＹ方向が傾斜方向である傾斜造形物５００とを最上層の傾斜ビード層３５１で接続することによってトンネル状の傾斜造形物５０２を形成する。すなわち、付加製造装置１００は、プラスＹ方向が傾斜方向である傾斜造形物５００の最上層のプラスＹ方向の端部と、マイナスＹ方向が傾斜方向である傾斜造形物５００の最上層のマイナスＹ方向の端部とで接続することによってトンネル状の傾斜造形物５０２を形成する。

　このように実施の形態１では、付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１を形成する際に、第２傾斜ビード３０１ｂが第１傾斜ビード３０１ａに接続し、第２傾斜ビード３０１ｂが下層側の傾斜ビード層３５１に接触しない位置に第２傾斜ビード３０１ｂを形成している。これにより、付加製造装置１００は、堆積した溶融ビードである第２傾斜ビード３０１ｂが重力の作用により垂れることを抑制することができる。したがって、付加製造装置１００は、レーザビーム２４の照射位置を厳密に制御することなく、簡易な構成で傾斜した壁を容易に造形することができ、精度良く傾斜造形物５００～５０２を形成することが可能となる。

　また、付加製造装置１００は、図６で説明したように、窪みまたは溝部分への傾斜造形物５０１を形成する際に土台造形物４００を形成しているので、窪みまたは溝部分を封止した傾斜造形物５０１を形成することができる。

実施の形態２．
　つぎに、図１０および図１１を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、傾斜ビード層３５１のうちの最後に形成する傾斜ビードを、複数のビードを積層することで形成する。実施の形態２の付加製造装置１００は、実施の形態１の付加製造装置１００と同様の構成を有している。

　図１０は、実施の形態２にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャートである。図１１は、実施の形態２にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図である。図１０に示す処理のうち、図４で説明した処理と同様の処理については、その説明を省略する。

　付加製造装置１００は、実施の形態１と同様にステップＳ１０からＳ４０の処理を実行する。この後、付加製造装置１００は、第１層目の傾斜ビードの中で最も傾斜方向側に位置する第２傾斜ビード３０１ｂを形成する（ステップＳ１１０）。

　付加製造装置１００は、中間傾斜ビード３１０を形成していない場合には、第２傾斜ビード３０１ｂが、土台ビード２０１および第１傾斜ビード３０１ａに接続されるように、第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。なお、付加製造装置１００は、中間傾斜ビード３１０を形成した場合には、第２傾斜ビード３０１ｂが、土台ビード２０１および中間傾斜ビード３１０に接続されるように、第２傾斜ビード３０１ｂを形成する。

　実施の形態２における第２傾斜ビード３０１ｂは、実施の形態１における第２傾斜ビード３０１ｂよりも薄い。すなわち、実施の形態２における第２傾斜ビード３０１ｂの高さは、実施の形態１における第２傾斜ビード３０１ｂの高さよりも低い。

　付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの上側（プラスＺ方向）に第３傾斜ビード３０１ｃを形成することで、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成する（ステップＳ１２０）。すなわち、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの上面を覆うように第３傾斜ビード３０１ｃを形成する。

　このように、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの上側に第３傾斜ビード３０１ｃを積層することで、傾斜ビード層３５１のうちの最後に形成する傾斜ビードを、複数層のビードで形成する。

　第２傾斜ビード３０１ｂと第３傾斜ビード３０１ｃとを合わせた高さと、第１傾斜ビード３０１ａの高さとが同じ高さである。また、第３傾斜ビード３０１ｃのプラスＹ方向の長さ（幅）は、第２傾斜ビード３０１ｂのプラスＹ方向の長さよりも長い。換言すると、第３傾斜ビード３０１ｃは、第２傾斜ビード３０１ｂよりもプラスＹ方向に延びている。

　付加製造装置１００は、中間傾斜ビード３１０を形成していない場合には、第３傾斜ビード３０１ｃが、土台ビード２０１、第１傾斜ビード３０１ａ、および第２傾斜ビード３０１ｂに接触するように、第３傾斜ビード３０１ｃを形成する。また、付加製造装置１００は、中間傾斜ビード３１０を形成した場合には、第３傾斜ビード３０１ｃが、土台ビード２０１、中間傾斜ビード３１０、および第２傾斜ビード３０１ｂに接続されるように、第３傾斜ビード３０１ｃを形成する。

　図１１では、付加製造装置１００が、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成する際に、１つ目の第１傾斜ビード３０１ａを形成し、その後、第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃを形成した場合を示している。

　付加製造装置１００は、第１層目の傾斜ビード層３５１を形成した後、第１層目の傾斜ビード層３５１と同様の処理によって、第２層目以降の傾斜ビード層３５１を形成する。付加製造装置１００は、傾斜ビード層３５１の形成を繰り返して所望の形状および大きさの傾斜造形物５０３を形成する（ステップＳ１３０）。このように、付加製造装置１００は、２つのビードである第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃを用いて、傾斜した傾斜造形物５０３を形成する。

　中間傾斜ビード３１０が無い場合、第Ｎ層目の第１傾斜ビード３０１ａが第１のビードであり、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃが第２のビードである。また、中間傾斜ビード３１０が無い場合、第（Ｎ＋１）層目の第１傾斜ビード３０１ａが第３のビードであり、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃが第４のビードである。

　中間傾斜ビード３１０がある場合、第Ｎ層目の中間傾斜ビード３１０のうち最後に形成される中間傾斜ビード３１０が第１のビードであり、第Ｎ層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃが第２のビードである。また、中間傾斜ビード３１０がある場合、第（Ｎ＋１）層目の中間傾斜ビード３１０のうち最後に形成される中間傾斜ビード３１０が第３のビードであり、第（Ｎ＋１）層目の第２傾斜ビード３０１ｂおよび第３傾斜ビード３０１ｃが第４のビードである。

　付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂを、実施の形態１で説明したように、周辺のビードから引き寄せられる力によって垂れることなく積層することができる。ところが、金属の種類によっては、第２傾斜ビード３０１ｂが第２傾斜ビード３０１ｂの下に存在する空間に流れ込むことを完全に防止することが困難な場合もある。この場合であっても、実施の形態２の付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの下に流れ込んだ分だけ、第３傾斜ビード３０１ｃを形成することができる。この場合、第２傾斜ビード３０１ｂのビード高さが周辺のビードである第１傾斜ビード３０１ａよりも低くなるが、付加製造装置１００は、低くなった部分を第３傾斜ビード３０１ｃで補正することができる。すなわち、付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂが低くなった部分を補正するために第３傾斜ビード３０１ｃを形成する。

　付加製造装置１００は、実施の形態１と同様の効果によって、第２傾斜ビード３０１ｂの垂れを防止できるので、高さを補正するための第３傾斜ビード３０１ｃを、第２傾斜ビード３０１ｂと同じ高さまで積層する必要はない。付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの高さの半分程度の高さの第３傾斜ビード３０１ｃを、第２傾斜ビード３０１ｂ上に形成すれば充分である。

　付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂの半分程度の高さの第３傾斜ビード３０１ｃを積層する際には、レーザビーム２４の走査速度を速くする、ワイヤ５の供給速度を遅くするなどの制御を行う。すなわち、付加製造装置１００は、第３傾斜ビード３０１ｃを積層する際には、例えば、第２傾斜ビード３０１ｂを積層する際よりも、レーザビーム２４の走査速度を速くする。また、付加製造装置１００は、第３傾斜ビード３０１ｃを積層する際には、例えば、第２傾斜ビード３０１ｂを積層する際よりも、ワイヤ５の供給速度を遅くする。

　付加製造装置１００は、第２傾斜ビード３０１ｂと完全に同じ位置に第３傾斜ビード３０１ｃを形成するのではなく、第２傾斜ビード３０１ｂのビード高さ分だけプラスＺ方向側に積層位置をずらして形成している。これにより、付加製造装置１００は、ワイヤ５が第２傾斜ビード３０１ｂに干渉することを防ぐことができる。

　また、付加製造装置１００は、実施の形態１と同様に、図６に示した構造の傾斜造形物５０１、または図９に示した構造の傾斜造形物５０２を形成することも可能である。

　このように実施の形態２によれば、付加製造装置１００が、第２傾斜ビード３０１ｂの上に第３傾斜ビード３０１ｃを積層するので、第２傾斜ビード３０１ｂの周辺ビードとの高さの違いを補正することができる。したがって、付加製造装置１００は、実施の形態１よりも、さらに精度よく傾斜造形物５０３を形成することができる。

実施の形態３．
　つぎに、図１２および図１３を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３では、第１傾斜ビード３０１ａを第２傾斜ビード３０１ｂよりも短く形成する。実施の形態３の付加製造装置１００は、実施の形態１の付加製造装置１００と同様の構成を有している。

　図１２は、実施の形態３にかかる付加製造装置の動作処理手順を示すフローチャートである。図１３は、実施の形態３にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図である。図１２に示す処理のうち、図４で説明した処理と同様の処理については、その説明を省略する。

　付加製造装置１００は、土台ビード２０１から構成される土台ビード層２５１を、ベース材１７の付加対象面２２上に形成する（ステップＳ１０）。この場合において、付加製造装置１００は、傾斜方向とは逆側の土台ビード２０１を、傾斜方向側の土台ビード２０１よりも短く形成する。すなわち、付加製造装置１００は、マイナスＹ方向の土台ビード２０１を、プラスＹ方向の土台ビード２０１よりも短く形成する。付加製造装置１００は、実施の形態１と同様の処理によって土台ビード層２５１を形成する。

　付加製造装置１００は、土台ビード２０１の形成を繰り返し行い、所望の形状および大きさの土台ビード層２５１を形成する（ステップＳ２０）。この後、付加製造装置１００は、ステップＳ３０の処理の代わりにステップＳ３５の処理を実行する。

　具体的には、付加製造装置１００は、ステップＳ２０の処理の後、傾斜ビード層３５１の中で傾斜方向とは最も逆側に、第２傾斜ビード３０１ｂよりも短い第１傾斜ビード３０１ａを形成することで、図１３に示す傾斜ビード層３５１の形成を開始する（ステップＳ３５）。第１傾斜ビード３０１ａは、第２傾斜ビード３０１ｂよりもＹ軸方向の幅が短いビードである。

　このように、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａの幅を第２傾斜ビード３０１ｂよりも短く形成する。すなわち、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａの延設方向の幅を第２傾斜ビード３０１ｂの延設方向の幅よりも短く形成する。

　第１傾斜ビード３０１ａが第２傾斜ビード３０１ｂを引き寄せる力は、第２傾斜ビードｂが第１傾斜ビード３０１ａに接している面積の大きさが支配的である。このため、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを第２傾斜ビード３０１ｂよりも短くした場合であっても、第２傾斜ビード３０１ｂの垂れを防止する効果を低下させることなく傾斜ビード層３５１を形成できる。

　付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを第２傾斜ビード３０１ｂよりも短く形成する際には、レーザビーム２４の走査速度を速くする、レーザ出力を低くするなどの制御を行う。すなわち、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを形成する際には、例えば、第２傾斜ビード３０１ｂを積層する際よりも、レーザビーム２４の走査速度を速くする。また、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを形成する際には、例えば、第２傾斜ビード３０１ｂを積層する際よりも、レーザ出力を低くする。

　付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを形成した後、実施の形態１と同様にステップＳ４０からＳ６０の処理を実行する。これにより、付加製造装置１００は、図１３に示す傾斜造形物５０４を形成する。

　このように実施の形態３によれば、付加製造装置１００は、第１傾斜ビード３０１ａを第２傾斜ビード３０１ｂよりも短く形成することで、傾斜ビード層３５１の幅を短くすることができる。したがって、付加製造装置１００は、傾斜造形物５０４の幅を短く形成することが可能となり、高精度な傾斜造形物５０４の造形が可能となる。

実施の形態４．
　つぎに、図１４から図１６を用いて実施の形態４について説明する。実施の形態４では、付加製造装置１００が、玉状ビードを用いて傾斜造形物（例えば、傾斜造形物５００）を形成する。実施の形態４の付加製造装置１００は、実施の形態１の付加製造装置１００と同様の構成を有している。実施の形態４の付加製造装置１００が傾斜造形物を形成する際の動作は、実施の形態１から３までで説明してきた動作処理と同様である。以下では、実施の形態４にかかる付加製造装置１００が玉状ビードを形成する際の動作処理について説明する。

　図１４は、実施の形態４にかかる付加製造装置が玉状ビードを形成する際の動作処理手順を示すフローチャートである。図１５は、実施の形態４にかかる付加製造装置が作製する玉状ビードの作製方法を説明するための図である。図１６は、実施の形態４にかかる付加製造装置が形成した傾斜造形物を示す模式図である。図１６では、玉状ビード３２をマイナスＺ方向から見た時の玉状ビード３２の底面図を示している。

　加工ヘッド１０が、ベース材１７の付加対象面２２における加工領域２６の上方の予め定められた第１の位置に移動し（ステップＳ４１０）、停止する。具体的には、加工ヘッド１０は、ビームノズル１１から出射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬが、付加対象面２２における加工領域２６の中央位置となる第１の位置に移動する（状態１４１）。ここでの付加対象面２２は、ベース材１７において玉状ビード３２が堆積される面であり、ステージ１５に載置されたベース材１７の上面である。

　つぎに、ワイヤノズル１２が、付加対象面２２に向けてワイヤ５を所望の位置まで吐出する（ステップＳ４２０）。具体的には、ワイヤノズル１２が、付加対象面２２における加工領域２６へ向けて加工領域２６の上方から斜めにワイヤ５を吐出する（状態１４２）。

　ワイヤノズル１２によるワイヤ５の吐出処理は、付加対象面２２の加工領域２６におけるレーザビーム２４の照射位置へ向けてワイヤノズル１２からワイヤ５を進行させて照射位置にワイヤ５を進行させる処理である。これにより、ワイヤノズル１２は、ワイヤ５の先端を付加対象面２２に接触させる。このとき、ワイヤノズル１２から吐出されて付加対象面２２に接触したワイヤ５の中心軸ＣＷと、加工領域２６に照射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬとが、付加対象面２２の表面で交わっている。ワイヤ５の中心軸ＣＷは、加工領域２６に照射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬからワイヤノズル１２側のレーザビーム２４のビーム半径内で、付加対象面２２の表面と交わっていることが好ましい。これにより、付加製造装置１００は、付加対象面２２において、ワイヤ５の中心軸ＣＷと加工領域２６に照射されるレーザビーム２４の中心軸ＣＬとの交点を中心として、玉状ビード３２を形成することが可能となる。

　つぎに、付加製造装置１００は、レーザビーム２４を付加対象面２２における加工領域２６へ向けて照射することで、付加対象面２２における加工領域２６に配置されたワイヤ５にレーザビーム２４を照射する（ステップＳ４３０）（状態１４３）。

　また、付加製造装置１００は、レーザビーム２４の照射に合わせて、ガスノズル１３から加工領域２６への不活性ガス２５の噴出を開始する。この場合において、付加製造装置１００は、レーザビーム２４を付加対象面２２に照射する前に、予め定められた一定時間にわたってガスノズル１３から不活性ガス２５を噴出させることが好ましい。これにより、付加製造装置１００は、ガスノズル１３内に残存していた酸素などの活性ガスをガスノズル１３内から除去することができる。

　つぎに、ワイヤノズル１２は、加工領域２６へのワイヤ５の供給を開始する（ステップＳ４４０）。すなわち、ワイヤノズル１２は、付加対象面２２へ向けてワイヤ５をさらに吐出する。これにより、予め加工領域２６に配置されていたワイヤ５とレーザビーム２４の照射開始後に加工領域２６へ供給されたワイヤ５とが溶融した溶融ワイヤ２１が、付加対象面２２に溶着する（状態１４４）。すなわち、加工領域２６では、付加対象面２２が溶融されて溶融池２３が形成され、溶融ワイヤ２１が、溶融池２３に溶着する。これにより、付加対象面２２の加工領域２６に、堆積物１８である玉状ビード３２が形成されることとなる。以降、付加製造装置１００は、予め決められた供給時間の間、加工領域２６へのワイヤ５の供給を継続する。

　付加製造装置１００は、ワイヤ５を溶融させる際にヘッド駆動装置１４を動作させず、その場に留まってワイヤ５を溶融させることで玉状ビード３２を形成する。図１６に示すように、玉状ビード３２は、マイナスＺ方向から見ると円形の形状をしており、幅Ｗｘと幅Ｗｙの長さの違いが、幅Ｗｘ／幅Ｗｙ＝０．５～２．０程度である。幅Ｗｘは、玉状ビード３２のＸ方向の寸法であり、幅Ｗｙは、玉状ビード３２のＹ方向の寸法である。

　付加製造装置１００は、ワイヤ５の供給速度を、回転モータ４の回転速度によって調整することができる。ワイヤ５の供給速度は、レーザビーム２４の出力によって制限される。すなわち、加工領域２６への溶融ワイヤ２１の適正な溶着を実現するためのワイヤ５の供給速度とレーザビーム２４の出力との間には相関がある。付加製造装置１００は、レーザビーム２４の出力を上昇させることによって、玉状のビードである玉状ビード３２の造形速度を高めることができる。

　レーザビーム２４の出力に対してワイヤ５の供給速度が速すぎる場合は、ワイヤ５が溶けずに残る。レーザビーム２４の出力に対してワイヤ５の供給速度が遅い場合には、ワイヤ５が過剰に加熱されることにより、溶融ワイヤ２１が液滴状にワイヤ５から落下し、所望の形状に溶着されない。したがって、付加製造装置１００は、加工領域２６へ供給したワイヤ５が全て溶融するとともに、溶融ワイヤ２１を所望形状に溶着させるため、レーザビーム２４の出力に対して適切なワイヤ５の供給速度を設定する。

　また、付加製造装置１００は、玉状ビード３２の大きさを、ワイヤ５の供給時間およびレーザビーム２４の照射時間を変更することによって調整することができる。付加製造装置１００は、ワイヤ５の供給時間およびレーザビーム２４の照射時間を長くすることによって、直径の大きな玉状ビード３２を形成することができる。一方、付加製造装置１００は、ワイヤ５の供給時間およびレーザビーム２４の照射時間を短くすることによって、直径の小さな玉状ビード３２を形成することができる。

　付加製造装置１００は、予め決められた供給時間の間、加工領域２６へのワイヤ５の供給を継続した後、ワイヤ５を加工領域２６から引き抜く（ステップＳ４５０）（状態１４５）。

　つぎに、付加製造装置１００は、レーザ発振器２を停止させて加工領域２６へのレーザビーム２４の照射を停止する（ステップＳ４６０）（状態１４６）。これにより、玉状ビード３２が形成される。ここで、ガスノズル１３は、被加工物へ向けての不活性ガス２５の噴出を止めずに継続する。すなわち、レーザ発振器２の停止後、ガスノズル１３は、予め定められた継続時間にわたって加工領域２６へ向けての不活性ガス２５の噴出を継続する。

　ガスノズル１３から被加工物へ向けて不活性ガス２５の噴出が継続される継続時間は、レーザ発振器２の停止後に、加工領域２６に溶着された玉状ビード３２の温度が予め定められた温度まで低下するまでの時間である。この継続時間は、ワイヤ５の材質、玉状ビード３２の大きさ等の諸条件に基づいて決定されており、予め制御装置１で記憶されている。そして、付加製造装置１００は、レーザ発振器２の停止後、予め定められた継続時間が経過すると、ガスノズル１３から加工領域２６への不活性ガス２５の噴出を停止させ、これにより１つの玉状ビード３２の形成が完了する。

　実施の形態４においては、付加製造装置１００が、玉状ビード３２を用いて傾斜ビードを形成することで、傾斜ビード層３５１の幅だけでなく奥行方向（Ｘ方向）の寸法も短くすることができる。これにより、付加製造装置１００は、Ｙ方向に延びる棒状の傾斜造形物５００を形成することが可能となる。

　また、付加製造装置１００は、複数の棒状の傾斜造形物５００を組み合わせることで網目状のような複雑な形状の三次元造形物を形成することが可能となる。この場合、付加製造装置１００は、複数の棒状の傾斜造形物５００をＹ軸方向に平行となるよう形成する。これにより、付加製造装置１００は、網目状の三次元造形物のうち縦方向の三次元造形物を形成する。さらに、付加製造装置１００は、縦方向の複数の三次元造形物上に、複数の棒状の造形物をＸ軸方向に平行となるよう形成する。これにより、付加製造装置１００は、網目状の三次元造形物のうち横方向の造形物を形成する。これらの縦方向の三次元造形物と横方向の造形物とを組合せることによって付加製造装置１００は、網目状の三次元造形物を形成する。

　このように実施の形態４では、付加製造装置１００は、玉状ビード３２を用いて三次元造形物を形成する。これにより、付加製造装置１００は、単位ビードが線状ビードである場合と比べて、造形の分解能が高くすることができるので、造形精度を向上させることが可能となる。

　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。

　１　制御装置、２　レーザ発振器、３　ファイバーケーブル、４　回転モータ、５　ワイヤ、６　ワイヤスプール、７　ガス供給装置、８　配管、１０　加工ヘッド、１１　ビームノズル、１２　ワイヤノズル、１３　ガスノズル、１４　ヘッド駆動装置、１５　ステージ、１６　回転機構、１７　ベース材、１８　堆積物、１９　ワイヤ供給部、２１　溶融ワイヤ、２２　付加対象面、２３　溶融池、２４　レーザビーム、２５　不活性ガス、２６　加工領域、３１　上層ベース材、３２　玉状ビード、３８　溝、４１　ＣＰＵ、４２　ＲＡＭ、４３　ＲＯＭ、４４　外部記憶装置、４５　入出力インタフェース、４６　バス、７１　状態観測部、７２　学習部、１００　付加製造装置、１２０　機械学習装置、１０１　ビード、２０１　土台ビード、２５１　土台ビード層、３１０　中間傾斜ビード、３５１　傾斜ビード層、４００　土台造形物、５００～５０４，５１０　傾斜造形物、Ａ１　傾斜角、ＣＬ，ＣＷ　中心軸。

Claims

　造形材料が付加される被加工物の付加対象面に対して鉛直方向から傾いた斜め方向に傾斜させた造形物である傾斜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前記造形材料を供給する材料供給部と、
　レーザビームを前記加工領域へ照射することによって前記造形材料を溶融させる照射部と、
　前記材料供給部および前記照射部を制御することによって、前記傾斜造形物の造形を制御する制御装置と、
　を備え、
　前記制御装置は、
　第１のビードおよび第２のビードが堆積されたビード層である下層ビード層を積層させた後に、前記下層ビード層の上面に第３のビードおよび第４のビードが堆積されたビード層である上層ビード層を積層させ、前記上層ビード層を積層させる際には、前記第３のビードを前記下層ビード層の上面に形成した後に、前記下層ビード層の上面および前記第３のビードの側面に接触した前記第４のビードを、前記第４のビードの底面の一部が前記下層ビード層に接触しない位置に形成する、
　ことを特徴とする付加製造装置。
　前記造形材料は、ワイヤ状である、
　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、複数のビードを積層することで前記第４のビードを形成する、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造装置。
　前記制御装置は、前記第３のビードの延設方向の幅を、前記第４のビードの延設方向の幅よりも短く形成する、
　ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の付加製造装置。
　前記制御装置は、前記第３のビードを形成するときのレーザ出力を、前記第４のビードを形成するときのレーザ出力よりも低い出力とする、
　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、前記第３のビードを形成するときの前記レーザビームの走査速度を、前記第４のビードを形成するときの前記レーザビームの走査速度よりも速い速度とする、
　ことを特徴とする請求項４または５に記載の付加製造装置。
　前記制御装置は、前記第３のビードおよび前記第４のビードを玉状のビードで形成する、
　ことを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載の付加製造装置。
　造形材料が付加される被加工物の付加対象面に対して鉛直方向から傾いた斜め方向に傾斜させた造形物である傾斜造形物を造形する付加製造方法であって、
　付加製造装置が、前記付加対象面の加工領域に対して前記造形材料を供給する材料供給ステップと、
　前記付加製造装置が、レーザビームを前記加工領域へ照射することによって前記造形材料を溶融させる照射ステップと、
　を含み、
　前記付加製造装置は、第１のビードおよび第２のビードが堆積されたビード層である下層ビード層を積層させた後に、前記下層ビード層の上面に第３のビードおよび第４のビードが堆積されたビード層である上層ビード層を積層させ、前記上層ビード層を積層させる際には、前記第３のビードを前記下層ビード層の上面に形成した後に、前記下層ビード層の上面および前記第３のビードの側面に接触した前記第４のビードを、前記第４のビードの底面の一部が前記下層ビード層に接触しない位置に形成する、
　ことを特徴とする付加製造方法。