WO2023007880A1 - 積層造形物の製造方法、及び積層造形システム - Google Patents
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Abstract
積層造形物の製造方法は、積層造形物の内側の部分である芯部を、第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形する芯部造形工程と、芯部造形工程の後に、積層造形物の外側の部分である輪郭部を、第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビードで、芯部の表面に積層造形する輪郭部造形工程と、を含む。
Description
本開示は、積層造形物の製造方法、及び積層造形システムに関する。
本願は、２０２１年７月３０日に日本に出願された特願２０２１－１２５２４５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年７月３０日に日本に出願された特願２０２１－１２５２４５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献１には、溶加材を溶融及び凝固させてなる溶接ビードを積層することにより、積層造形物を製造する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の積層造形物の製造方法では、溶接ビードの幅を大きく設定した場合、即ち、溶接ビードの解像度を低くした場合には、積層造形物の表面の精度が低く、仕上げ加工に時間を要してしまう場合があった。
また、当初から溶接ビードの幅を小さくした場合、即ち、溶接ビードの解像度を高くした場合には、積層造形物の全体を造形するのに時間を要してしまう場合があった。
また、当初から溶接ビードの幅を小さくした場合、即ち、溶接ビードの解像度を高くした場合には、積層造形物の全体を造形するのに時間を要してしまう場合があった。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、積層造形物を効率的に製造可能な積層造形物の製造方法、及び積層造形システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る積層造形物の製造方法は、積層造形物の内側の部分である芯部を、第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形する芯部造形工程と、前記芯部造形工程の後に、前記積層造形物の外側の部分である輪郭部を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビードで、前記芯部の表面に積層造形する輪郭部造形工程と、を含む。
本開示に係る積層造形システムは、溶接ヘッドと、前記溶接ヘッドが積層造形物を造形するように該溶接ヘッドを制御する積層造形制御装置と、を備え、前記積層造形制御装置は、前記積層造形物の内側の部分である芯部を、第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形するように前記溶接ヘッドを制御する芯部造形制御部と、前記芯部の少なくとも一部が積層造形された後に、前記積層造形物の外側の部分である輪郭部を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビードで前記芯部の表面に積層造形するように、前記溶接ヘッドを制御する輪郭部造形制御部と、を有する。
本開示の積層造形物の製造方法、及び積層造形システムによれば、積層造形物を効率的に製造することができる。
＜第一実施形態＞
（積層造形システム）
以下、本開示の第一実施形態に係る積層造形システム１、及び積層造形物１０の製造方法について、図１～図７を参照して説明する。
本実施形態の積層造形システム１は、金属の溶加材を用いてステージ２の表面上に肉盛りを行い、積層造形物１０を造形するものである。本実施形態の積層造形システム１は、例えば３Ｄプリンタ等、様々な３次元積層造形技術に適用可能である。
図１に示すように積層造形システム１は、ステージ２と、溶接ヘッド２０と、積層造形制御装置４０と、を備える。図１には、積層造形物１０の断面が模式的に示されている。
（積層造形システム）
以下、本開示の第一実施形態に係る積層造形システム１、及び積層造形物１０の製造方法について、図１～図７を参照して説明する。
本実施形態の積層造形システム１は、金属の溶加材を用いてステージ２の表面上に肉盛りを行い、積層造形物１０を造形するものである。本実施形態の積層造形システム１は、例えば３Ｄプリンタ等、様々な３次元積層造形技術に適用可能である。
図１に示すように積層造形システム１は、ステージ２と、溶接ヘッド２０と、積層造形制御装置４０と、を備える。図１には、積層造形物１０の断面が模式的に示されている。
（ステージ）
ステージ２は、金属材料により形成された板状の部材である。積層造形物１０が造形されるステージ２の表面は、平坦面である。以下、このステージ２の表面の法線方向を単に「法線方向」といい、このステージ２の表面に沿う方向を単に「面方向」という場合がある。
ステージ２は、金属材料により形成された板状の部材である。積層造形物１０が造形されるステージ２の表面は、平坦面である。以下、このステージ２の表面の法線方向を単に「法線方向」といい、このステージ２の表面に沿う方向を単に「面方向」という場合がある。
（溶接ヘッド）
溶接ヘッド２０は、ステージ２の表面に対向して配置される。溶接ヘッド２０は、溶加材を溶融し、ステージ２の表面上に液滴状の溶接ビード３を形成する。溶加材は、金属材料である。溶加材としては、例えばステンレスやチタン合金、ニッケル合金、アルミ合金、クロム合金等が挙げられる。溶加材は、ステージ２と同一の金属であってもよく、ステージ２と異なる金属であってもよい。溶接ビード３は、ステージ２の表面の面方向に連続して複数形成される。複数の溶接ビード３がステージ２の表面の法線方向に積層されることにより、目的とする積層造形物１０が造形される。溶接ビード３は、積層造形物１０を構成する最小単位である。このため、溶接ビード３の寸法は、積層造形物１０の形状精度を決定する要素となる。
以下、ステージ２の表面の面方向における溶接ビード３の最大寸法を、単に「ビード幅」という場合がある。
溶接ヘッド２０は、ステージ２の表面に対向して配置される。溶接ヘッド２０は、溶加材を溶融し、ステージ２の表面上に液滴状の溶接ビード３を形成する。溶加材は、金属材料である。溶加材としては、例えばステンレスやチタン合金、ニッケル合金、アルミ合金、クロム合金等が挙げられる。溶加材は、ステージ２と同一の金属であってもよく、ステージ２と異なる金属であってもよい。溶接ビード３は、ステージ２の表面の面方向に連続して複数形成される。複数の溶接ビード３がステージ２の表面の法線方向に積層されることにより、目的とする積層造形物１０が造形される。溶接ビード３は、積層造形物１０を構成する最小単位である。このため、溶接ビード３の寸法は、積層造形物１０の形状精度を決定する要素となる。
以下、ステージ２の表面の面方向における溶接ビード３の最大寸法を、単に「ビード幅」という場合がある。
積層造形物１０の造形過程において、溶接ビード３によって点描されているように見えることから、ビード幅の大きさを溶接ビード３の解像度として表現する場合がある。以下、ビード幅が大きい程溶接ビード３の解像度が低いとし、ビード幅が小さい程溶接ビード３の解像度が高いとする。
溶接ヘッド２０は、第一の解像度を有する第一溶接ビード３ａと、第一の解像度よりも高い第二の解像度を有する第二溶接ビード３ｂと、の２種類の溶接ビード３を形成する。第一溶接ビード３ａと第二溶接ビード３ｂは、同一の溶加材により形成される。
なお、溶接ヘッド２０は、レーザ溶接ヘッド２０ａであってもよく、アーク溶接ヘッド２０ｂであってもよい。本実施形態における溶接の方式は適宜変更可能である。
（レーザ溶接ヘッド）
図２に示すように、溶接ヘッド２０がレーザ溶接ヘッド２０ａである場合、熱源はレーザ光Ｌである。また、溶加材として例えば粉体Ｐが用いられる。レーザ溶接ヘッド２０ａは、ヘッド本体２１と、レーザ源２２と、不図示の粉体供給部と、を有する。
図２に示すように、溶接ヘッド２０がレーザ溶接ヘッド２０ａである場合、熱源はレーザ光Ｌである。また、溶加材として例えば粉体Ｐが用いられる。レーザ溶接ヘッド２０ａは、ヘッド本体２１と、レーザ源２２と、不図示の粉体供給部と、を有する。
ヘッド本体２１は、ステージ２の表面から法線方向に離間した位置に設けられている。ヘッド本体２１は、ステージ２の表面に接近するにしたがい先細る円錐台状に形成されている。ヘッド本体２１の中心軸は、ステージ２の表面の法線方向に延びている。ヘッド本体２１の中心軸は、ステージ２の表面の法線に対して僅かに傾斜していてもよい。ヘッド本体２１には、レーザ通路２３と、粉体供給路２４と、が形成されている。
レーザ通路２３は、ヘッド本体２１の中心軸に沿ってヘッド本体２１を貫通している。レーザ通路２３は、側面視で、ステージ２の表面に接近するにしたがい先細るテーパ状に形成されている。
粉体供給路２４は、ヘッド本体２１を軸方向に貫通している。粉体供給路２４は、ヘッド本体２１の外周面に沿うように形成されている。粉体供給路２４は、側面視で、レーザ通路２３を挟んで対称に形成されている。粉体供給路２４は、ステージ２に接近するにしたがい、ヘッド本体２１の中心軸に対して、直線的に漸次接近している。
レーザ源２２は、ステージ２から離間した位置に配置されている。レーザ源２２は、ステージ２の表面に向けてレーザ光Ｌを放出する。レーザ光Ｌは、ヘッド本体２１のレーザ通路２３内を軸方向に直進し、ステージ２の表面に照射される。ステージ２の表面には、レーザ光Ｌのスポットが発生する。
不図示の粉体供給部は、ヘッド本体２１に粉体Ｐを供給する。粉体Ｐは、ヘッド本体２１の粉体供給路２４内に供給される。粉体供給路２４内には、ステージ２の表面に向かって搬送ガスが流通している。このため、粉体Ｐは、粉体供給路２４内の搬送ガスの流れによってステージ２上のレーザ光Ｌのスポットに噴射される。噴射された粉体Ｐは、レーザ光Ｌによって溶融され、溶接ビード３となる。
溶接ヘッド２０がレーザ溶接ヘッド２０ａの場合、レーザ光Ｌのエネルギーやレーザ光Ｌのスポット形状を調節することにより、溶接ビード３の形状及びビード幅を調節可能である。レーザ光Ｌのスポット形状は、レーザ光Ｌがステージ２の表面に照射される前に通過する不図示の光学素子によって変化する。光学素子は、例えば拡散板と集束レンズである。光学素子の緻密な曲率制御によって、レーザ光Ｌのスポット形状を制御できる。
（アーク溶接ヘッド）
図３に示すように、溶接ヘッド２０がアーク溶接ヘッド２０ｂである場合、熱源はアークＡである。また、溶加材として例えばワイヤＷが用いられる。アーク溶接ヘッド２０ｂは、ヘッド本体２１と、電極２６と、ワイヤＷと、を有する。
図３に示すように、溶接ヘッド２０がアーク溶接ヘッド２０ｂである場合、熱源はアークＡである。また、溶加材として例えばワイヤＷが用いられる。アーク溶接ヘッド２０ｂは、ヘッド本体２１と、電極２６と、ワイヤＷと、を有する。
ヘッド本体２１は、ステージ２の表面から法線方向に離間した位置に設けられている。ヘッド本体２１は、円筒状に形成されている。ヘッド本体２１の中心軸は、ステージ２の表面の法線方向に沿っている。
電極２６は、一方向に延びる棒状に形成されている。電極２６は、ヘッド本体２１に挿通されている。ステージ２の表面側の電極２６の端部は、ヘッド本体２１によって径方向外側から覆われている。電極２６には、正電圧が印加される。電極２６とステージ２との電圧差が所定の値を超えると、電極２６とステージ２との間の空気が絶縁破壊されて放電する。これにより、電極２６とステージ２との間には、アークＡが発生する。
また、電極２６には、軸方向に貫通するワイヤ挿通路２７が形成されている。ワイヤ挿通路２７には、ワイヤＷが挿通される。ワイヤＷの先端は、電極２６から突出した状態で、ヘッド本体２１によって径方向外側から覆われる。ワイヤＷには、電極２６を介して正電圧が印加される。ワイヤＷとステージ２との電圧差が所定の値を超えると、ワイヤＷとステージ２との間の空気が絶縁破壊されて放電する。これにより、ワイヤＷとステージ２との間の空間に、アークＡが発生する。ワイヤＷの先端は、このアークＡによって溶融され、溶接ビード３となる。ワイヤＷは、溶接ビード３の形成に必要な分だけ、アークＡに向けて順次送られる。
溶接ヘッド２０がアーク溶接ヘッド２０ｂの場合、電極２６に印加される電圧を調節してアークＡのエネルギーを調節すること等により、溶接ビード３の形状及びビード幅を調節可能である。
なお、上記実施形態では、溶接ヘッド２０は、レーザ溶接ヘッド２０ａまたはアーク溶接ヘッド２０ｂであるとしたが、これに限るものではなく、溶接ヘッド２０が電子ビーム造形ヘッドであってもよい。電子ビーム造形ヘッドは、溶加材として、アーク溶接ヘッド２０ｂと同様に金属のワイヤＷを用いる。電子ビーム造形ヘッドは、電子ビームによりワイヤＷを溶融して溶接ビード３を形成する。
このように、金属の溶加材を溶接ヘッド２０から供給すると同時にレーザ光ＬやアークＡ、電子ビーム等の熱源で溶融し所望の場所に積層する方式は、「デポジション方式」と呼ばれる。
このように、金属の溶加材を溶接ヘッド２０から供給すると同時にレーザ光ＬやアークＡ、電子ビーム等の熱源で溶融し所望の場所に積層する方式は、「デポジション方式」と呼ばれる。
（積層造形制御装置）
続いて、本実施形態の積層造形制御装置４０の構成について、図４を参照して説明する。
積層造形制御装置４０は、溶接ヘッド２０が積層造形物１０を造形するように溶接ヘッド２０を制御する。積層造形制御装置４０は、有線又は無線で溶接ヘッド２０と接続されている。
積層造形制御装置４０は、造形物データ取得部４１、領域特定部４２、動作設定部４３、芯部造形制御部４４、及び輪郭部造形制御部４５の各処理部を備える。
続いて、本実施形態の積層造形制御装置４０の構成について、図４を参照して説明する。
積層造形制御装置４０は、溶接ヘッド２０が積層造形物１０を造形するように溶接ヘッド２０を制御する。積層造形制御装置４０は、有線又は無線で溶接ヘッド２０と接続されている。
積層造形制御装置４０は、造形物データ取得部４１、領域特定部４２、動作設定部４３、芯部造形制御部４４、及び輪郭部造形制御部４５の各処理部を備える。
（造形物データ取得部）
造形物データ取得部４１は、積層造形物１０の造形物データを取得する。造形物データには、積層造形物１０の最終形状のデータが含まれている。
造形物データ取得部４１は、積層造形物１０の造形物データを取得する。造形物データには、積層造形物１０の最終形状のデータが含まれている。
（領域特定部）
領域特定部４２は、積層造形物１０の最終形状に基づいて芯部１１を造形する芯領域と輪郭部１２を造形する輪郭領域を特定する。
領域特定部４２は、積層造形物１０の最終形状に基づいて芯部１１を造形する芯領域と輪郭部１２を造形する輪郭領域を特定する。
（動作設定部）
動作設定部４３は、芯領域に基づいて芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定し、輪郭領域に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
動作設定部４３は、芯領域に基づいて芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定し、輪郭領域に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
（芯部造形制御部）
芯部造形制御部４４は、第一溶接ビード３ａで芯部１１を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
芯部造形制御部４４は、第一溶接ビード３ａで芯部１１を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
（輪郭部造形制御部）
輪郭部造形制御部４５は、第二溶接ビード３ｂで芯部１１の表面に輪郭部１２を積層造形するように、溶接ヘッド２０を制御する。
輪郭部造形制御部４５は、第二溶接ビード３ｂで芯部１１の表面に輪郭部１２を積層造形するように、溶接ヘッド２０を制御する。
（積層造形物の製造方法の手順）
以下、積層造形システム１を用いた積層造形物１０の製造方法の手順について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。積層造形物１０の製造方法は、造形物データ取得工程Ｓ１１と、領域特定工程Ｓ１２と、動作設定工程Ｓ１３と、芯部造形工程Ｓ１４と、輪郭部造形工程Ｓ１５と、を含む。
以下、積層造形システム１を用いた積層造形物１０の製造方法の手順について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。積層造形物１０の製造方法は、造形物データ取得工程Ｓ１１と、領域特定工程Ｓ１２と、動作設定工程Ｓ１３と、芯部造形工程Ｓ１４と、輪郭部造形工程Ｓ１５と、を含む。
造形物データ取得工程Ｓ１１では、造形物データ取得部４１が積層造形物１０の造形物データを取得する。
造形物データ取得工程Ｓ１１の後に領域特定工程Ｓ１２が行われる。領域特定工程Ｓ１２では、領域特定部４２が造形物データに基づいて芯領域と輪郭領域を特定する。
ここで図１に示すように、積層造形物１０は、積層造形物１０の内側部分である芯部１１と、積層造形物１０の外側部分である輪郭部１２と、に区別できる。領域特定工程Ｓ１２では、造形物データにおける積層造形物１０の表面を含む所定の厚さの外側の部分を輪郭領域として特定し、当該輪郭領域よりも内側の部分を芯領域として特定する。
ここで図１に示すように、積層造形物１０は、積層造形物１０の内側部分である芯部１１と、積層造形物１０の外側部分である輪郭部１２と、に区別できる。領域特定工程Ｓ１２では、造形物データにおける積層造形物１０の表面を含む所定の厚さの外側の部分を輪郭領域として特定し、当該輪郭領域よりも内側の部分を芯領域として特定する。
領域特定工程Ｓ１２の後に動作設定工程Ｓ１３が行われる。動作設定工程Ｓ１３では、動作設定部４３が芯領域に基づいて芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定し、輪郭領域に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
動作設定工程Ｓ１３の後に芯部造形工程Ｓ１４が行われる。図６に示すように、芯部造形工程Ｓ１４では、第一溶接ビード３ａで芯部１１を積層造形する。図６には、形成された芯部１１の断面が模式的に示されている。芯部造形工程Ｓ１４では、芯部造形制御部４４が動作設定部４３の設定に基づいて溶接ヘッド２０を制御し、芯領域に芯部１１を積層造形する。
溶接ヘッド２０のヘッド本体２１は、ステージ２の表面上の芯領域に対して、法線方向に所定の距離だけ離間した位置に配置される。ヘッド本体２１は、ステージ２の表面との離間距離を維持しつつ、ステージ２の表面の面方向に移動する。より具体的には、ヘッド本体２１は、面方向に沿う直線状の往復運動を繰り返しながら、往復運動の方向と直交する方向に移動する。溶接ヘッド２０は、ヘッド本体２１の一時停止と第一溶接ビード３ａの形成とを繰り返す。このようにして、ステージ２の表面上の芯領域に複数の第一溶接ビード３ａが連続して形成される。形成された複数の第一溶接ビード３ａは、全て略同一の解像度を有する。複数の第一溶接ビード３ａが一体化することにより、芯部１１の一層目が造形される。
一層目が造形されると、二層目の造形に移行する。二層目の造形では、ヘッド本体２１は、一層分の高さだけステージ２の表面から法線方向に離間する。その後、溶接ヘッド２０は、一層目の造形時と同様に稼働し、一層目の上に二層目を造形する。三層目以降は、二層目と同様に造形される。
このようにして、一回の芯部造形工程Ｓ１４で、芯部１１が複数層造形される。
このようにして、一回の芯部造形工程Ｓ１４で、芯部１１が複数層造形される。
芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われる。図７に示すように、輪郭部造形工程Ｓ１５では、第二溶接ビード３ｂで、直前の芯部造形工程Ｓ１４で造形された芯部１１の表面に輪郭部１２を積層造形する。図７には、形成された芯部１１及び輪郭部１２の断面が模式的に示されている。輪郭部造形工程Ｓ１５では、輪郭部造形制御部４５が動作設定部４３の設定に基づいて溶接ヘッド２０を制御し、輪郭領域に輪郭部１２を積層造形する。
輪郭部造形工程Ｓ１５では、直前の芯部造形工程Ｓ１４で造形された芯部１１と同じ高さだけ輪郭部１２を造形する。溶接ヘッド２０のヘッド本体２１は、芯部造形工程Ｓ１４と同様に、直線状の往復運動を繰り返しながら面方向に移動する。溶接ヘッド２０は、ヘッド本体２１の一時停止と第二溶接ビード３ｂの形成とを繰り返す。このようにして、法線方向から見て、芯部１１の輪郭に沿って複数の第二溶接ビード３ｂが連続して形成される。形成された複数の第二溶接ビード３ｂは、全て略同一の解像度を有する。複数の第二溶接ビード３ｂが一体化することにより、輪郭部１２の一層目が造形される。輪郭部１２の各層は、ヘッド本体２１の往復運動のうち往路のみで造形されることが望ましい。なお、輪郭部１２は、必要に応じて、輪郭部１２の表面のうちステージ２とは反対側に位置する表面を覆うように形成されてもよい。
一層目が造形されると、二層目の造形に移行する。二層目の造形では、ヘッド本体２１は、一層分の高さだけステージ２の表面から法線方向に離間する。その後、溶接ヘッド２０は、一層目の造形時と同様に稼働し、一層目の上に二層目を造形する。三層目以降は、二層目と同様に造形される。輪郭部１２は、直前の芯部造形工程Ｓ１４で造形された芯部１１と同じ高さになるまで形成される。
芯部造形工程Ｓ１４及び輪郭部造形工程Ｓ１５は、粉体Ｐを溶加材としたレーザ溶接によって行われてもよく、ワイヤＷを溶加材としたアーク溶接によって行われてもよい。
輪郭部造形工程Ｓ１５の後に工程終了の判定が行われる。工程終了の判定では、積層造形制御装置４０が造形物データに基づいて積層造形物１０の製造が終了している否かを判定する（ステップＳ１６）。積層造形制御装置４０は、積層造形物１０の製造が終了していないと判定した場合に（ステップＳ１６；ＮＯ）、芯部造形工程Ｓ１４に移行する。
積層造形制御装置４０は、積層造形物１０の製造が終了していると判定した場合に（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、溶接ヘッド２０の動作を終了する。その後、積層造形物１０の表面に仕上げ加工を施す。仕上げ加工としては、例えば切削や研磨等が挙げられる。仕上げ加工により、積層造形物１０の表面精度が向上する。なお、仕上げ加工は、適宜省略可能である。
このようにして、積層造形物１０の製造が完了する。
このようにして、積層造形物１０の製造が完了する。
（作用効果）
以上のような積層造形システム１及び積層造形物１０の製造方法によれば、解像度が相対的に低い第一溶接ビード３ａで芯部１１を造形し、解像度が相対的に高い第二溶接ビードで輪郭部１２を積層造形する。
これにより、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形直後の積層造形物１０の表面の精度を向上させることができる。したがって、仕上げ加工の加工量を削減することができ、仕上げ加工にかかる時間を短縮させることができる。
また、第二溶接ビード３ｂで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形物１０の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。したがって、積層造形物１０を効率的に製造することができる。
以上のような積層造形システム１及び積層造形物１０の製造方法によれば、解像度が相対的に低い第一溶接ビード３ａで芯部１１を造形し、解像度が相対的に高い第二溶接ビードで輪郭部１２を積層造形する。
これにより、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形直後の積層造形物１０の表面の精度を向上させることができる。したがって、仕上げ加工の加工量を削減することができ、仕上げ加工にかかる時間を短縮させることができる。
また、第二溶接ビード３ｂで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形物１０の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。したがって、積層造形物１０を効率的に製造することができる。
また、芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われるため、芯部１１で輪郭部１２を支持しながら輪郭部１２を造形することができる。これにより、輪郭部１２の造形中に、輪郭部１２が傾くことを抑制できる。したがって、輪郭部１２の精度を向上させることができる。
さらに、芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われるため、輪郭部１２の各層をヘッド本体２１の往復運動のうち往路のみで造形できる場合がある。この場合、輪郭部造形工程Ｓ１５では、溶融池（プール）が１つしか発生しないので、第二溶接ビード３ｂのビードラップ箇所が増えることを抑制できる。これにより、輪郭部１２で融合不良が発生することを抑制できる。したがって、輪郭部１２に欠陥が発生することを抑制できる。
さらに、芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われるため、輪郭部１２の各層をヘッド本体２１の往復運動のうち往路のみで造形できる場合がある。この場合、輪郭部造形工程Ｓ１５では、溶融池（プール）が１つしか発生しないので、第二溶接ビード３ｂのビードラップ箇所が増えることを抑制できる。これにより、輪郭部１２で融合不良が発生することを抑制できる。したがって、輪郭部１２に欠陥が発生することを抑制できる。
また、予め特定した芯領域に芯部１１を造形できるので、芯部１１の精度を向上させることができる。同様に、予め特定した輪郭領域に輪郭部１２を造形できるので、輪郭部１２の精度を向上させることができる。
ここで、レーザ溶接のレーザ光Ｌは、スポット形状の調節が容易である。このため、レーザ溶接を用いた場合には、レーザ光Ｌのスポット形状を調節することにより、溶接ビード３の解像度を容易に調節できる。溶接ビード３の解像度を上げることで、積層造形物１０の精度を向上させることができる。
また、電子ビーム溶接を用いる場合でも、レーザ溶接を用いる場合と同様の効果を奏することができる。
ただし、レーザ溶接は、電子ビーム溶接と比較して、真空状態を必要としないため小型化することができるという点で優位性がある。一方で、電子ビーム溶接は、レーザ溶接と比較して、真空状態で溶接するため溶加材が酸化しやすい金属の場合に欠陥を低減できるという点や、電子ビームが反射されることがないためエネルギー効率を１００％に近い値にすることができるという点で優位性がある。
ただし、レーザ溶接は、電子ビーム溶接と比較して、真空状態を必要としないため小型化することができるという点で優位性がある。一方で、電子ビーム溶接は、レーザ溶接と比較して、真空状態で溶接するため溶加材が酸化しやすい金属の場合に欠陥を低減できるという点や、電子ビームが反射されることがないためエネルギー効率を１００％に近い値にすることができるという点で優位性がある。
また、アーク溶接を用いた場合には、溶接ビード３を高速に形成できるので、積層造形物１０の造形にかかる時間を短縮させることができる。また、ワイヤＷは、溶加材としては比較的安価であるため、製造コストを低減できる。
＜第一実施形態の変形例＞
ここで第一実施形態の変形例として、例えば図８に示すものを採用してもよい。この変形例では、積層造形システム１における溶接ヘッド２０と芯部造形制御部４４、及び積層造形物１０の製造方法のうち芯部造形工程Ｓ１４が第一実施形態と異なる。
ここで第一実施形態の変形例として、例えば図８に示すものを採用してもよい。この変形例では、積層造形システム１における溶接ヘッド２０と芯部造形制御部４４、及び積層造形物１０の製造方法のうち芯部造形工程Ｓ１４が第一実施形態と異なる。
（溶接ヘッド）
図８に示すように、溶接ヘッド２０は、第一溶接ビード３ａ及び第二溶接ビード３ｂに加えて、第一の解像度よりも高く、第二の解像度よりも低い第三の解像度を有する第三溶接ビード３ｃの３種類の溶接ビード３を形成する。第三溶接ビード３ｃは、第一溶接ビード３ａ及び第二溶接ビード３ｂと、同一の溶加材により形成される。
なお、第三の解像度は、第一の解像度よりも高ければよく、第二の解像度と同一、または第二の解像度よりも高くてもよい。
図８に示すように、溶接ヘッド２０は、第一溶接ビード３ａ及び第二溶接ビード３ｂに加えて、第一の解像度よりも高く、第二の解像度よりも低い第三の解像度を有する第三溶接ビード３ｃの３種類の溶接ビード３を形成する。第三溶接ビード３ｃは、第一溶接ビード３ａ及び第二溶接ビード３ｂと、同一の溶加材により形成される。
なお、第三の解像度は、第一の解像度よりも高ければよく、第二の解像度と同一、または第二の解像度よりも高くてもよい。
（芯部造形制御部）
芯部造形制御部４４は、芯部１１の表面を含む表面部１３を第三溶接ビード３ｃで積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。表面部１３は、ステージ２の表面から立ち上がる芯部１１の側面を構成する。
さらに、芯部造形制御部４４は、表面部１３が積層造形された後に、芯部１１における表面部１３よりも内側の部分（以下、コア部１４と称する。）を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
芯部造形制御部４４は、芯部１１の表面を含む表面部１３を第三溶接ビード３ｃで積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。表面部１３は、ステージ２の表面から立ち上がる芯部１１の側面を構成する。
さらに、芯部造形制御部４４は、表面部１３が積層造形された後に、芯部１１における表面部１３よりも内側の部分（以下、コア部１４と称する。）を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
（積層造形物の製造方法の手順）
積層造形物１０の製造方法は、上述した第一実施形態と同様の順序で行われる。まず造形物データ取得工程Ｓ１１が行われる。造形物データ取得工程Ｓ１１の後に領域特定工程Ｓ１２が行われる。領域特定工程Ｓ１２の後に動作設定工程Ｓ１３が行われる。動作設定工程Ｓ１３の後に芯部造形工程Ｓ１４が行われる。芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われる。輪郭部造形工程Ｓ１５の後に工程終了の判定（ステップＳ１６）が行われる。以下、第一実施形態と異なる芯部造形工程Ｓ１４について説明する。
積層造形物１０の製造方法は、上述した第一実施形態と同様の順序で行われる。まず造形物データ取得工程Ｓ１１が行われる。造形物データ取得工程Ｓ１１の後に領域特定工程Ｓ１２が行われる。領域特定工程Ｓ１２の後に動作設定工程Ｓ１３が行われる。動作設定工程Ｓ１３の後に芯部造形工程Ｓ１４が行われる。芯部造形工程Ｓ１４の後に輪郭部造形工程Ｓ１５が行われる。輪郭部造形工程Ｓ１５の後に工程終了の判定（ステップＳ１６）が行われる。以下、第一実施形態と異なる芯部造形工程Ｓ１４について説明する。
（芯部造形工程）
芯部造形工程Ｓ１４では、表面部造形工程と、内部造形工程と、を含む。
動作設定工程Ｓ１３の後に表面部造形工程が行われる。表面部造形工程では、第三溶接ビード３ｃで芯部１１のうち表面部１３を積層造形する。
表面部造形工程の後に内部造形工程が行われる。内部造形工程では、芯部１１のうちコア部１４を第一溶接ビード３ａで積層造形する。
芯部造形工程Ｓ１４では、表面部造形工程と、内部造形工程と、を含む。
動作設定工程Ｓ１３の後に表面部造形工程が行われる。表面部造形工程では、第三溶接ビード３ｃで芯部１１のうち表面部１３を積層造形する。
表面部造形工程の後に内部造形工程が行われる。内部造形工程では、芯部１１のうちコア部１４を第一溶接ビード３ａで積層造形する。
（作用効果）
この変形例によれば、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の表面の精度を向上させることができる。これにより、芯部１１の表面に輪郭部１２を精度よく造形することができるので、積層造形物１０の表面の精度をさらに向上させることができる。また、第三溶接ビード３ｃのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。したがって、積層造形物１０をさらに効率良く製造することができる。
また、芯部１１の表面部１３を先に造形してから芯部１１のコア部１４を造形することができる。これにより、表面部１３よりも重くなりやすいコア部１４の側面に自重による垂れが発生することを抑制できる。すなわち、芯部１１の表面が自重により垂れてしまうことを抑制し、芯部１１の表面精度を向上することができる。
この変形例によれば、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の表面の精度を向上させることができる。これにより、芯部１１の表面に輪郭部１２を精度よく造形することができるので、積層造形物１０の表面の精度をさらに向上させることができる。また、第三溶接ビード３ｃのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。したがって、積層造形物１０をさらに効率良く製造することができる。
また、芯部１１の表面部１３を先に造形してから芯部１１のコア部１４を造形することができる。これにより、表面部１３よりも重くなりやすいコア部１４の側面に自重による垂れが発生することを抑制できる。すなわち、芯部１１の表面が自重により垂れてしまうことを抑制し、芯部１１の表面精度を向上することができる。
＜第二実施形態＞
以下、本開示の第二実施形態に係る積層造形システム１、及び積層造形物１０の製造方法について、図９～図１３を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。第二実施形態の積層造形システム１は、状態検出部４をさらに備え、積層造形制御装置４０は、第一実施形態の領域特定部４２を有さず、精度判定部４６をさらに有する。第二実施形態の積層造形物１０の製造方法は、芯部造形工程Ｓ２３と輪郭部造形工程Ｓ２６との間に、芯部１１の表面の精度を判定する精度判定工程Ｓ２４をさらに含む。
以下、本開示の第二実施形態に係る積層造形システム１、及び積層造形物１０の製造方法について、図９～図１３を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。第二実施形態の積層造形システム１は、状態検出部４をさらに備え、積層造形制御装置４０は、第一実施形態の領域特定部４２を有さず、精度判定部４６をさらに有する。第二実施形態の積層造形物１０の製造方法は、芯部造形工程Ｓ２３と輪郭部造形工程Ｓ２６との間に、芯部１１の表面の精度を判定する精度判定工程Ｓ２４をさらに含む。
（積層造形システム）
図９に示すように、積層造形システム１は、ステージ２と、溶接ヘッド２０と、積層造形制御装置４０と、状態検出部４と、を備える。
図９に示すように、積層造形システム１は、ステージ２と、溶接ヘッド２０と、積層造形制御装置４０と、状態検出部４と、を備える。
（状態検出部）
状態検出部４は、芯部１１の表面の状態を検出する。芯部１１の表面の状態としては、例えば芯部１１の表面の表面粗さ等が挙げられる。状態検出部４としては、例えばセンサやカメラ等が挙げられる。
状態検出部４は、芯部１１の表面の状態を検出する。芯部１１の表面の状態としては、例えば芯部１１の表面の表面粗さ等が挙げられる。状態検出部４としては、例えばセンサやカメラ等が挙げられる。
（積層造形制御装置）
続いて、本実施形態の積層造形制御装置４０の構成について、図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、積層造形制御装置４０は、造形物データ取得部４１と、動作設定部４３と、芯部造形制御部４４と、精度判定部４６と、輪郭部造形制御部４５と、を備える。
続いて、本実施形態の積層造形制御装置４０の構成について、図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、積層造形制御装置４０は、造形物データ取得部４１と、動作設定部４３と、芯部造形制御部４４と、精度判定部４６と、輪郭部造形制御部４５と、を備える。
（造形物データ取得部）
造形物データ取得部４１は、積層造形物１０の造形物データを取得する。造形物データには、積層造形物１０の最終形状のデータが含まれている。
造形物データ取得部４１は、積層造形物１０の造形物データを取得する。造形物データには、積層造形物１０の最終形状のデータが含まれている。
（動作設定部）
動作設定部４３は、造形物データに基づいて積層造形物１０の最終形状に対応する芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。動作設定部４３は、芯部１１の表面の状態に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
動作設定部４３は、造形物データに基づいて積層造形物１０の最終形状に対応する芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。動作設定部４３は、芯部１１の表面の状態に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
（精度判定部）
精度判定部４６は、状態検出部４の検出結果に基づいて芯部１１の表面の精度を判定する。
精度判定部４６は、状態検出部４の検出結果に基づいて芯部１１の表面の精度を判定する。
（輪郭部造形制御部）
輪郭部造形制御部４５は、精度判定部４６によって精度が適正でないと判断された場合にのみ輪郭部１２を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
輪郭部造形制御部４５は、精度判定部４６によって精度が適正でないと判断された場合にのみ輪郭部１２を積層造形するように溶接ヘッド２０を制御する。
（積層造形物の製造方法の手順）
以下、積層造形システム１を用いた積層造形物１０の製造方法の手順について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。積層造形物１０の製造方法は、造形物データ取得工程Ｓ２１と、動作設定工程Ｓ２２，Ｓ２５と、芯部造形工程Ｓ２３と、精度判定工程Ｓ２４と、輪郭部造形工程Ｓ２６と、を含む。
以下、積層造形システム１を用いた積層造形物１０の製造方法の手順について、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。積層造形物１０の製造方法は、造形物データ取得工程Ｓ２１と、動作設定工程Ｓ２２，Ｓ２５と、芯部造形工程Ｓ２３と、精度判定工程Ｓ２４と、輪郭部造形工程Ｓ２６と、を含む。
まず、造形物データ取得工程Ｓ２１が行われる。造形物データ取得工程Ｓ２１の後、第一の動作設定工程Ｓ２２が行われる。
第一の動作設定工程Ｓ２２では、動作設定部４３が造形物データに基づいて芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
第一の動作設定工程Ｓ２２では、動作設定部４３が造形物データに基づいて芯部１１を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
第一の動作設定工程Ｓ２２の後に芯部造形工程Ｓ２３が行われる。図１２に示すように、芯部造形工程Ｓ２３では、第一溶接ビード３ａで造形物の最終形状に対応する芯部１１を積層造形する。図１２には、形成された芯部１１の断面が模式的に示されている。芯部造形工程Ｓ２３では、芯部造形制御部４４が動作設定部４３の設定に基づいて溶接ヘッド２０を制御し、芯部１１を積層造形する。
芯部造形工程Ｓ２３の後に精度判定工程Ｓ２４が行われる。精度判定工程Ｓ２４では、まず、状態検出部４が直前の芯部造形工程Ｓ２３で形成された芯部１１の表面の状態を検出する。続いて、精度判定部４６が芯部１１の表面の精度を判定する。精度判定部４６が芯部１１の表面の精度が適正でないと判断した場合にのみ（精度判定工程Ｓ２４；ＮＯ）、第二の動作設定工程Ｓ２５に移行する。精度判定部４６が芯部１１の表面の精度が適正であると判断した場合（精度判定工程Ｓ２４；ＹＥＳ）、工程終了の判定が行われる。
第二の動作設定工程Ｓ２５では、動作設定部４３が芯部１１の表面の状態に基づいて輪郭部１２を造形するように溶接ヘッド２０の動作を設定する。
第二の動作設定工程Ｓ２５の後に輪郭部造形工程Ｓ２６が行われる。図１３に示すように、輪郭部造形工程Ｓ２６では、第二溶接ビード３ｂで、直前の芯部造形工程Ｓ２３で造形された芯部１１の表面に輪郭部１２を積層造形する。図１３には、形成された芯部１１及び輪郭部１２の断面が模式的に示されている。輪郭部造形工程Ｓ２６では、輪郭部造形制御部４５が動作設定部４３の設定に基づいて溶接ヘッド２０を制御し、輪郭部１２を積層造形する。輪郭部１２は、芯部１１の側面の途中から造形されてもよい。
精度判定部４６が芯部１１の表面の精度が適正であると判断した場合、または輪郭部造形工程Ｓ２６の後に工程終了の判定が行われる。工程終了の判定では、積層造形制御装置４０が造形物データに基づいて積層造形物１０の製造が終了している否かを判定する（ステップＳ２７）。積層造形制御装置４０は、積層造形物１０の製造が終了していないと判定した場合に（ステップＳ２７；ＮＯ）、芯部造形工程Ｓ２３に移行する。
積層造形制御装置４０は、積層造形物１０の製造が終了していると判定した場合に（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、溶接ヘッド２０の動作を終了する。その後、積層造形物１０の表面に仕上げ加工を施す。
このようにして、積層造形物１０の製造が完了する。
このようにして、積層造形物１０の製造が完了する。
なお、１回の芯部造形工程Ｓ２３で芯部１１を全て造形してもよい。また、積層造形物１０の製造完了まで、一度も輪郭部造形工程Ｓ２６が行われなくてもよい。
（作用効果）
本実施形態によれば、芯部１１の表面の状態の精度が適正である場合は、輪郭部１２の造形を省略できる。これにより、積層造形物１０の製造にかかる時間を短縮させることができるとともに、製造コストを低減できる。したがって、積層造形物１０を効率的に製造することができる。
また、１回の芯部造形工程で芯部１１を全て造形した後に、必要に応じて輪郭部１２を造形できる。これにより、製造途中の積層造形物１０を必要以上に動かすことなく、積層造形物１０を製造できる。すなわち、積層造形物１０のハンドリングを最小限に抑えることができる。この効果は、積層造形物１０が大型構造物である場合に特に好適である。
本実施形態によれば、芯部１１の表面の状態の精度が適正である場合は、輪郭部１２の造形を省略できる。これにより、積層造形物１０の製造にかかる時間を短縮させることができるとともに、製造コストを低減できる。したがって、積層造形物１０を効率的に製造することができる。
また、１回の芯部造形工程で芯部１１を全て造形した後に、必要に応じて輪郭部１２を造形できる。これにより、製造途中の積層造形物１０を必要以上に動かすことなく、積層造形物１０を製造できる。すなわち、積層造形物１０のハンドリングを最小限に抑えることができる。この効果は、積層造形物１０が大型構造物である場合に特に好適である。
なお、図１４は、本実施形態に係るコンピュータ１１００の構成を示すハードウェア構成図である。
コンピュータ１１００は、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、インタフェース１１４０を備える。
コンピュータ１１００は、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、インタフェース１１４０を備える。
上述の積層造形制御装置４０は、コンピュータ１１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１１３０に記憶されている。プロセッサ１１１０は、プログラムをストレージ１１３０から読み出してメインメモリ１１２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１１１０は、プログラムに従って、記憶領域をメインメモリ１１２０に確保する。
プログラムは、コンピュータ１１００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、又は他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。また、コンピュータ１１００は、上記構成に加えて、又は上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１１１０によって実現される機能の一部又は全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ１１３０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１１３０は、コンピュータ１１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１１４０又は通信回線を介してコンピュータ１１００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１１００が当該プログラムをメインメモリ１１２０に展開し、上記処理を実行してもよい。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、溶加材は、金属材料であるとしたが、これに限るものではなく、例えば樹脂材料であってもよい。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、溶加材は、金属材料であるとしたが、これに限るものではなく、例えば樹脂材料であってもよい。
なお、上記実施形態では、第一溶接ビード３ａと第二溶接ビード３ｂは、同一の溶加材により形成されるとしたが、これに限るものではなく、異なる溶加材により形成されてもよい。
なお、上記実施形態では、溶接ヘッド２０がレーザ溶接ヘッド２０ａである場合の溶加材を粉体Ｐとしたが、これに限るものではなく、例えば溶加材をワイヤＷとしてもよい。また、溶接ヘッド２０がアーク溶接ヘッド２０ｂである場合の溶加材をワイヤＷとしたが、これに限るものではなく、例えば溶加材を粉体Ｐとしてもよい。
なお、第一実施形態の変形例として、芯部造形工程Ｓ１４が表面部造形工程と内部造形工程とを含む場合について説明したが、第二実施形態でもこの変形例が適用されてもよい。すなわち、芯部造形工程Ｓ２３が表面部造形工程と内部造形工程とを含んでいてもよい。
なお、上記実施形態では、芯部１１及び輪郭部１２を造形する際に、溶接ヘッド２０のみを動作させるとしたが、これに限られるものではなく、例えばステージ２を動作させてもよく、溶接ヘッド２０及びステージ２の両方を動作させてもよい。
なお、上記実施形態では、芯部１１の一部を積層造形した後に、輪郭部１２を積層造形するとしたが、これに限られるものではなく、例えば芯部１１の全てを積層造形した後に、輪郭部１２を積層造形してもよい。
なお、上記実施形態の芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３では、形成された複数の第一溶接ビード３ａは、全て略同一の解像度を有するとしたが、これに限られるものではない。第一溶接ビード３ａの第一の解像度が、第二溶接ビード３ｂの第二の解像度よりも低ければよい。例えば、芯部１１を複数の領域に細分化して、領域ごとに第一溶接ビード３ａの解像度を変化させてもよい。
なお、上記実施形態では、一回の芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３で、芯部１１が複数層造形されるとしたが、これに限られるものではなく、一回の芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３で、芯部１１が一層のみ形成されてもよい。
なお、上記実施形態の輪郭部造形工程Ｓ１５，Ｓ２６では、形成された複数の第二溶接ビード３ｂは、全て略同一の解像度を有するとしたが、これに限られるものではない。第二溶接ビード３ｂの第二の解像度が、第一溶接ビード３ａの第一の解像度よりも高ければよい。例えば、輪郭部１２を複数の領域に細分化して、領域ごとに第二溶接ビード３ｂの解像度を変化させてもよい。
なお、上記実施形態の芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３及び輪郭部造形工程Ｓ１５，Ｓ２６では、ウィービング溶接を行ってもよい。詳細な機構は省略するが、ウィービング溶接は、熱源と溶加材の両方を揺動させて行われてもよく、熱源のみを揺動させて行われてもよく、溶加材のみ搖動させて行われてもよい。熱源と溶加材の両方を揺動させる場合、溶接ヘッド２０の機構を簡略化できる。熱源のみを揺動させる場合、造形の安定性を向上させることができる。溶加材のみを揺動させる場合、入熱制御性を向上させることができる。
＜付記＞
各実施形態に記載の積層造形物１０の製造方法、及び積層造形システム１は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の積層造形物１０の製造方法、及び積層造形システム１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る積層造形物１０の製造方法は、積層造形物１０の内側の部分である芯部１１を、第一の解像度の第一溶接ビード３ａで積層造形する芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３と、前記芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３の後に、前記積層造形物１０の外側の部分である輪郭部１２を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビード３ｂで、前記芯部１１の表面に積層造形する輪郭部造形工程Ｓ１５，Ｓ２６と、を含む。
これにより、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形直後の積層造形物１０の表面の精度を向上させることができる。また、第二溶接ビード３ｂのみで芯部１１及び輪郭部１２を造形する場合と比較して、積層造形物１０の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。したがって、積層造形物１０を効率的に製造できる。
（２）第２の態様の積層造形物１０の製造方法は、（１）の積層造形物１０の製造方法であって、前記芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３は、前記芯部１１の表面を含む表面部１３を前記第一の解像度よりも高い第三の解像度の第三溶接ビード３ｃで形成する表面造形工程と、前記表面造形工程の後に、前記芯部１１における前記表面部１３よりも内側の部分（コア部１４）を前記第一の解像度の第一溶接ビード３ａで積層造形する内部造形工程と、を含んでもよい。
これにより、第一溶接ビード３ａのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の表面の精度を向上させることができる。また、第三溶接ビード３ｃのみで芯部１１を造形する場合と比較して、芯部１１の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。
（３）第３の態様の積層造形物１０の製造方法は、（１）または（２）の積層造形物１０の製造方法であって、前記芯部造形工程Ｓ１４の前に、前記積層造形物１０の最終形状に基づいて前記芯部１１を造形する芯領域と前記輪郭部１２を造形する輪郭領域を特定する領域特定工程Ｓ１２をさらに含み、前記芯部造形工程Ｓ１４では、前記領域特定工程Ｓ１２によって特定された前記芯領域に前記芯部１１を積層造形し、前記輪郭部造形工程Ｓ１５では、前記領域特定工程Ｓ１２によって特定された前記輪郭領域に前記輪郭部１２を積層造形してもよい。
これにより、予め特定した芯領域に芯部１１を造形するとともに予め特定した輪郭領域に輪郭部１２を造形することで、精度を高く維持しながら、積層造形物１０の全体を造形するのにかかる時間を短縮させることができる。
（４）第４の態様の積層造形物１０の製造方法は、（１）または（２）の積層造形物１０の製造方法であって、前記芯部造形工程Ｓ２３と前記輪郭部造形工程Ｓ２６との間に、前記芯部１１の表面の精度を判定する精度判定工程Ｓ２４をさらに含み、前記輪郭部造形工程Ｓ２６では、前記精度判定工程Ｓ２４によって前記精度が適正でないと判定された場合にのみ前記輪郭部１２を積層造形してもよい。
これにより、芯部１１の表面の状態の精度が適正である場合は、輪郭部１２の造形を省略できる。これにより、積層造形物１０の製造にかかる時間をさらに短縮できる。
（５）第５の態様の積層造形物１０の製造方法は、（１）から（４）のいずれかの積層造形物１０の製造方法であって、前記芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３及び前記輪郭部造形工程Ｓ１５，Ｓ２６は、レーザ溶接または電子ビーム溶接によって行われてもよい。
レーザ光Ｌまたは電子ビームのスポット形状を調節することにより、溶接ビード３の解像度を容易に調節できる。溶接ビード３の解像度を上げることで、積層造形物１０の精度を向上させることができる。
（６）第６の態様の積層造形物１０の製造方法は、（１）から（４）のいずれかの積層造形物１０の製造方法であって、前記芯部造形工程Ｓ１４，Ｓ２３及び前記輪郭部造形工程Ｓ１５，Ｓ２６は、アーク溶接によって行われてもよい。
これにより、溶接ビード３を高速に形成できるので、積層造形物１０の造形にかかる時間を短縮させることができる。
（７）第７の態様の積層造形システム１は、溶接ヘッド２０と、前記溶接ヘッド２０が積層造形物１０を造形するように該溶接ヘッド２０を制御する積層造形制御装置４０と、を備え、前記積層造形制御装置４０は、前記積層造形物１０の内側の部分である芯部１１を、第一の解像度の第一溶接ビード３ａで積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御する芯部造形制御部４４と、前記芯部１１の少なくとも一部が積層造形された後に、前記積層造形物１０の外側の部分である輪郭部１２を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビード３ｂで前記芯部１１の表面に積層造形するように、前記溶接ヘッド２０を制御する輪郭部造形制御部４５と、を有する。
（８）第８の態様の積層造形システム１は、（７）の積層造形システム１であって、前記芯部造形制御部４４は、前記芯部１１の表面を含む表面部１３を前記第一の解像度よりも高い第三の解像度の第三溶接ビード３ｃで積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御し、前記表面部１３が積層造形された後に、前記芯部１１における前記表面部１３よりも内側の部分（コア部１４）を前記第一の解像度の第一溶接ビード３ａで積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御してもよい。
（９）第９の態様の積層造形システム１は、（７）または（８）の積層造形システム１であって、前記積層造形制御装置４０は、前記積層造形物１０の最終形状に基づいて前記芯部１１を造形する芯領域と前記輪郭部１２を造形する輪郭領域を特定する領域特定部４２をさらに備え、前記芯部造形制御部４４は、前記領域特定部４２によって特定された前記芯領域に前記芯部１１を積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御し、前記輪郭部造形制御部４５は、前記領域特定部４２によって特定された前記輪郭領域に前記輪郭部１２を積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御してもよい。
（１０）第１０の態様の積層造形システム１は、（７）または（８）の積層造形システム１であって、前記芯部１１の表面の状態を検出する状態検出部４をさらに備え、前記積層造形制御装置４０は、前記状態検出部４の検出結果に基づいて前記芯部１１の表面の精度を判定する精度判定部４６をさらに有し、前記輪郭部造形制御部４５は、前記精度判定部４６によって精度が適正でないと判定された場合にのみ前記輪郭部１２を積層造形するように前記溶接ヘッド２０を制御してもよい。
（１１）第１１の態様の積層造形システム１は、（７）から（１０）のいずれかの積層造形システム１であって、前記溶接ヘッド２０は、レーザ溶接によって積層造形を行うレーザ溶接ヘッド２０ａまたは電子ビーム溶接によって積層造形を行う電子ビーム造形ヘッドであってもよい。
（１２）第１２の態様の積層造形システム１は、（７）から（１０）のいずれかの積層造形システム１であって、前記溶接ヘッド２０は、アーク溶接によって積層造形を行うアーク溶接ヘッド２０ｂであってもよい。
本開示の積層造形物の製造方法、及び積層造形システムによれば、積層造形物を効率的に製造することができる。
１…積層造形システム ２…ステージ ３…溶接ビード ３ａ…第一溶接ビード ３ｂ…第二溶接ビード ３ｃ…第三溶接ビード ４…状態検出部 １０…積層造形物 １１…芯部 １２…輪郭部 １３…表面部 １４…コア部 ２０…溶接ヘッド ２０ａ…レーザ溶接ヘッド ２０ｂ…アーク溶接ヘッド ２１…ヘッド本体 ２２…レーザ源 ２３…レーザ通路 ２４…粉体供給路 ２６…電極 ２７…ワイヤ挿通路 ４０…積層造形制御装置 ４１…造形物データ取得部 ４２…領域特定部 ４３…動作設定部 ４４…芯部造形制御部 ４５…輪郭部造形制御部 ４６…精度判定部 １１１０…プロセッサ １１２０…メインメモリ １１３０…ストレージ １１４０…インタフェース Ａ…アーク Ｌ…レーザ光 Ｐ…粉体 Ｓ１１，Ｓ２１…造形物データ取得工程 Ｓ１２…領域特定工程 Ｓ１３，Ｓ２２，Ｓ２５…動作設定工程 Ｓ１４，Ｓ２３…芯部造形工程 Ｓ１５，Ｓ２６…輪郭部造形工程 Ｓ２４…精度判定工程 Ｗ…ワイヤ
Claims (12)
- 積層造形物の内側の部分である芯部を、第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形する芯部造形工程と、
前記芯部造形工程の後に、前記積層造形物の外側の部分である輪郭部を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビードで、前記芯部の表面に積層造形する輪郭部造形工程と、
を含む積層造形物の製造方法。 - 前記芯部造形工程は、
前記芯部の表面を含む表面部を前記第一の解像度よりも高い第三の解像度の第三溶接ビードで形成する表面造形工程と、
前記表面造形工程の後に、前記芯部における前記表面部よりも内側の部分を前記第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形する内部造形工程と、
を含む請求項１に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記芯部造形工程の前に、前記積層造形物の最終形状に基づいて前記芯部を造形する芯領域と前記輪郭部を造形する輪郭領域を特定する領域特定工程をさらに含み、
前記芯部造形工程では、前記領域特定工程によって特定された前記芯領域に前記芯部を積層造形し、
前記輪郭部造形工程では、前記領域特定工程によって特定された前記輪郭領域に前記輪郭部を積層造形する請求項１または２に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記芯部造形工程と前記輪郭部造形工程との間に、前記芯部の表面の精度を判定する精度判定工程をさらに含み、
前記輪郭部造形工程では、前記精度判定工程によって前記精度が適正でないと判定された場合にのみ前記輪郭部を積層造形する請求項１または２に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記芯部造形工程及び前記輪郭部造形工程は、レーザ溶接または電子ビーム溶接によって行われる請求項１から４のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記芯部造形工程及び前記輪郭部造形工程は、アーク溶接によって行われる請求項１から４のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
- 溶接ヘッドと、
前記溶接ヘッドが積層造形物を造形するように該溶接ヘッドを制御する積層造形制御装置と、
を備え、
前記積層造形制御装置は、
前記積層造形物の内側の部分である芯部を、第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形するように前記溶接ヘッドを制御する芯部造形制御部と、
前記芯部の少なくとも一部が積層造形された後に、前記積層造形物の外側の部分である輪郭部を、前記第一の解像度よりも高い第二の解像度の第二溶接ビードで前記芯部の表面に積層造形するように、前記溶接ヘッドを制御する輪郭部造形制御部と、
を有する積層造形システム。 - 前記芯部造形制御部は、
前記芯部の表面を含む表面部を前記第一の解像度よりも高い第三の解像度の第三溶接ビードで積層造形するように前記溶接ヘッドを制御し、
前記表面部が積層造形された後に、前記芯部における前記表面部よりも内側の部分を前記第一の解像度の第一溶接ビードで積層造形するように前記溶接ヘッドを制御する請求項７に記載の積層造形システム。 - 前記積層造形制御装置は、
前記積層造形物の最終形状に基づいて前記芯部を造形する芯領域と前記輪郭部を造形する輪郭領域を特定する領域特定部をさらに備え、
前記芯部造形制御部は、前記領域特定部によって特定された前記芯領域に前記芯部を積層造形するように前記溶接ヘッドを制御し、
前記輪郭部造形制御部は、前記領域特定部によって特定された前記輪郭領域に前記輪郭部を積層造形するように前記溶接ヘッドを制御する請求項７または８に記載の積層造形システム。 - 前記芯部の表面の状態を検出する状態検出部をさらに備え、
前記積層造形制御装置は、
前記状態検出部の検出結果に基づいて前記芯部の表面の精度を判定する精度判定部をさらに有し、
前記輪郭部造形制御部は、前記精度判定部によって精度が適正でないと判定された場合にのみ前記輪郭部を積層造形するように前記溶接ヘッドを制御する請求項７または８に記載の積層造形システム。 - 前記溶接ヘッドは、レーザ溶接によって積層造形を行うレーザ溶接ヘッドまたは電子ビーム溶接によって積層造形を行う電子ビーム造形ヘッドである請求項７から１０のいずれか一項に記載の積層造形システム。
- 前記溶接ヘッドは、アーク溶接によって積層造形を行うアーク溶接ヘッドである請求項７から１０のいずれか一項に記載の積層造形システム。
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