WO2023139665A1 - 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法 - Google Patents

付加造形補助システム、および、付加造形補助方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023139665A1
WO2023139665A1 PCT/JP2022/001662 JP2022001662W WO2023139665A1 WO 2023139665 A1 WO2023139665 A1 WO 2023139665A1 JP 2022001662 W JP2022001662 W JP 2022001662W WO 2023139665 A1 WO2023139665 A1 WO 2023139665A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
additive
molding
modeling
model
recipe
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/001662
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
友則 木村
啓嗣 川中
勇 高橋
雄亮 保田
勝煥 朴
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to PCT/JP2022/001662 priority Critical patent/WO2023139665A1/ja
Publication of WO2023139665A1 publication Critical patent/WO2023139665A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/04—Manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to an additional modeling assistance system and an additional modeling assistance method.
  • Additive manufacturing is used for rapid prototyping of aftermarket parts, molds and special machine parts.
  • the manufacturer mainly designs, and the modeling contractor undertakes the design of the modeling recipe and the modeling.
  • the completed additive model is applied to the device after the modeler or manufacturer confirms the quality.
  • it is difficult to improve quality and yield by coupling design, manufacturing recipe design, manufacturing, and quality assurance.
  • Patent Document 1 describes that it is possible to provide additional molded parts that meet the required specifications, and that it is possible to appropriately select a vendor.
  • the additional model will be sent to a third party for quality confirmation of the model, and after quality confirmation, the additional model will be sent to the manufacturer. Therefore, the delivery date from receiving the request for creating the additive model to delivering the additive model and quality information increases.
  • the object of the present invention is to deliver an additional modeled article early and to check the quality of the additional modeled article by using the additional modeling assistance method.
  • the additive manufacturing assistance system of the present invention is characterized by comprising: a modeling recipe generation unit that generates a modeling recipe from design information of an additive model based on request information for the additive model by a client and transmits the modeling recipe to a modeling business operator;
  • An additive manufacturing assisting method of the present invention is characterized by the following steps: generating a modeling recipe from design information of an additive model based on request information of the additive model by a client; transmitting the modeling recipe to a modeling business operator; receiving monitoring data when the modeling company models according to the modeling recipe; evaluating the quality of the additive model based on the monitoring data; Other means are described in the detailed description.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an additional modeling assist system according to the present embodiment
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an addition modeling apparatus
  • FIG. 10 is a flowchart of additional molding assistance processing
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an additional molding assist system 1 according to this embodiment.
  • the additional modeling assistance system 1 has a front section 11 , a design section 12 , a modeling recipe generation section 13 and a quality evaluation section 14 .
  • the additive shaping assist system 1 is, for example, a cloud server or the like, and a CPU (Central Processing Unit) of the server implements each functional part by executing an additive shaping assisting program (not shown).
  • a CPU Central Processing Unit
  • the modeler 2 has an additive modeler 4, and based on the instructions of the additive model auxiliary system 1, models an additive model and delivers it to the client 3.
  • the modeling business operator 2 provides the quality evaluation unit 14 with monitoring data in the additive modeling.
  • the additive manufacturing assist system 1 delivers the quality information to the client 3 .
  • the additional modeling assistance system 1 is a system that accepts a modeling request from a client 3, performs a front process, a design process, a modeling recipe generation process, and a quality evaluation process, and orders the modeling process from the modeling business operator 2. The steps of each functional unit will be described in detail below.
  • the front section 11 has the functions of sorting out requests from the client 3, searching for similar cases according to customer requests, and presenting examples of additive manufacturing.
  • the front section 11 has a function of sharing information on procurement issues and manufacturing issues with the client 3.
  • the front department 11 determines the molding device from the molding dimensions and materials determined by the design department 12, determines the request destination from the order status, the equipment owned by the cooperating molding business 2, and the equipment operation status, and replies the delivery date. Also, the modeling business operator 2 can arbitrarily register modeling capabilities (modelable sizes, types of modeling materials, etc.) in the front section 11, so that the number of modeling request destinations can be increased. Further, the front section 11 can perform cost analysis based on design information and request destination information, and create an estimate.
  • the design department 12 has a function of carrying out a suitable design according to the required specifications.
  • the design unit 12 determines whether or not the designed shape can be manufactured based on the overhang angle, dimensions, internal structure, etc. of the completed drawing. When it is determined that modeling is impossible, the design department 12 returns to the process of the front part 11 and readjusts the requested specifications with the client 3 .
  • the design department 12 determines materials and post-processes (cutting, surface treatment) according to customer requirements (strength, specific gravity, corrosion resistance, surface roughness, etc.). In the case of additive manufacturing, the design unit 12 also considers the placement of supports and the like in consideration of deformation and heat during modeling.
  • the design unit 12 determines the additional modeling device 4 according to the modeling size and the modeling material.
  • the design unit 12 sets the modeling posture, the support, and the number of models according to the modeling capability of the additional modeling device 4 .
  • the completed three-dimensional model data is sent to the molding recipe generation unit 13 as three-dimensional CAD data or the like.
  • the modeling recipe generation unit 13 has a function of setting modeling conditions so that the three-dimensional model data created by the design unit 12 becomes an additive model that satisfies customer requirements.
  • the quality of the additive model changes depending on the model conditions. In addition to the properties of the additive model, quality includes the presence or absence of inhomogeneities (pores, cracks, textural anomalies, and geometric anomalies) such as defects and specific metallographic structures that occur during fabrication.
  • the addition molding device 4 performs addition molding based on the three-dimensional model data completed in the design process by the design unit 12 and the molding recipe generated by the molding recipe generation unit 13 .
  • the additional modeling is requested to the modeling company 2 selected by the front section 11 .
  • the modeling business operator 2 acquires monitoring data during additive modeling. Monitoring data includes visible light monitoring, electromagnetic wave monitoring, acoustic monitoring, and the like.
  • the quality evaluation unit 14 has a function of outputting defect information of the additional model from the monitoring data obtained in the modeling process by the additional model 4 and determining the quality of the additional model from the output results. Defect rate, defect size, density, defect position, number density of inclusions, material properties, and the like can be arbitrarily set for quality determination. The quality determination described here may be performed after modeling, or may be performed at the same time as modeling. The quality evaluation unit 14 transmits the quality information of the additional model to the client 3 and feeds it back to the modeling recipe generation unit 13 and the design unit 12 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the addition molding apparatus 4. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the addition molding apparatus 4 is roughly divided into an addition molding unit 41 that performs addition molding processing, an inspection device, a control device 430 that controls the addition molding unit 41 and the inspection device, and a communication unit 431.
  • the inspection device evaluates the powder layer and solidified layer formed by the additional shaping unit 41 .
  • the communication unit 431 transmits the inspection result to the additional molding assist system 1 .
  • the additive manufacturing device 4 in the present invention is a powder bed fusion type metal three-dimensional additive manufacturing device.
  • This additive modeling apparatus 4 irradiates energy to a powder layer in which metal powder (raw material powder) that is the raw material of an additive model is spread to form a solidified layer of a two-dimensional plane, and laminates repeatedly to manufacture a model.
  • a laser beam irradiation device is provided as a heat source supply device for solidifying a powder layer composed of raw material powder 414, and has a laser oscillator 42, a process fiber 43, a galvano head 44, and a laser coaxial illumination 45.
  • the heat source supply device is not particularly limited as long as it can melt and solidify the powder, and may be a laser beam irradiation device or an electron beam irradiation device.
  • a processing chamber 411 in which the additional modeled body 417 is manufactured has a gas supply pipe 412a and a gas exhaust pipe 412b, and has a configuration capable of controlling the atmosphere of the processing chamber 411.
  • the atmosphere is controlled by, for example, an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere when laser light is used as the heat source, and a vacuum atmosphere when an electron beam is used as the heat source.
  • the interior of the processing chamber 411 is divided into a raw material powder storage area 420 that stores the raw material powder 414, an additional molding area 421 that melts and solidifies the powder layer to form a solidified layer, and a raw material powder recovery area 422 that collects surplus raw material powder.
  • the raw material powder 414 is the raw material of the additive model.
  • the additional modeling area 421 is an area where a powder layer is formed by stacking the raw material powder 414, and the powder layer is melted and solidified by a heat source supply device to form a solidified layer.
  • the raw material powder collection area 422 is an area where the raw material powder that is left over when the powder layer is formed in the additional modeling area 421 is collected.
  • the powder feeder 413 moves in the direction of the white arrow in FIG.
  • the powder feeder 413 for example, a recoater, a coater, a squeegee and a blade can be used.
  • the sample stages 415a and 415b on which the powder is placed have a configuration that can be moved up and down in the vertical direction in FIG.
  • the sample stage 415b on which additive modeling is performed may include a heater capable of heating the powder layer or the solidified layer.
  • the heater one capable of heating up to about 25°C to 650°C is preferable. Heating the powder layer or the solidified layer has the effect of removing moisture from the raw material powder or reducing the amount of heat input from the beam, thus improving the molding speed, and uniformizing the temperature distribution to reduce distortion.
  • this embodiment includes a visible light image capturing device 46, an infrared/plasma emission image capturing device 47, and a molten pool observation device 48.
  • a visible light imager 46 observes images in the visible region of the powder layer and the solidified layer.
  • the infrared and plasma emission imager 47 takes infrared emission images or plasma emission images of the powder layer and the solidified layer and analyzes the resulting images to determine irregularities.
  • defects occur inside the solidified layer, the thermal conductivity is lowered and the thermal diffusivity is also lowered. Therefore, heat accumulation can be analyzed and internal defects can be estimated by thermal image analysis using infrared radiation after the solidified layer has been exposed to heat for a certain period of time.
  • Porosity (porosity) and LOF (Lack of Fusion) that occur when heat input is excessive or insufficient can also be estimated.
  • the judgment accuracy of the visible light image is enhanced by the judgment by the image analysis of the visible light region and the highly accurate irregularity judgment by the infrared thermal image.
  • a molten pool observer 48 observes the state when the powder layer is melted by being irradiated with a heat source.
  • the infrared/plasma emission imager 47 preferably provides momentary heating to the powder layer and solidified layer prior to imaging. Due to this instantaneous heating, the temperature of the solidified layer becomes uniform due to heat conduction.
  • the temperature of the surface of the solidified layer during photographing is preferably 60° C. or higher, more preferably 100° C. or higher. If the temperature of the solidified layer is 60° C. or higher, the heat pool is clearly captured and easy to find. At this time, the heat transfer to powders with greatly different thermal conductivities is interrupted. In addition, irregularities that cause defects in the solidified layer also cause temperature differences.
  • a thermal image based on the infrared information at this time can be matched with a visible light image to determine a defective portion. It should be noted that defective parts such as overmelting and poor welding may be determined from the amount of heat input during modeling.
  • the heat source for instantaneous heating may be a heat source supply device used to solidify the powder layer, or an infrared lamp provided separately from the heat source supply device. It is preferable to change the heating conditions depending on the type of raw material powder 414, the temperature of the powder layer and the solidified layer, and the modeling atmosphere. This is because the amount of heat must be such that the surface conditions of the solidified layer and the powder layer are not changed, and variations must not occur during image analysis.
  • the control device 430 is wired or wirelessly connected to the addition molding device 4 and the inspection device, and controls their operations.
  • the control device 430 also controls and monitors the driving of the powder feeder 413 and the sample stages 415a and 415b and the operation of the laser oscillator 42 and the galvano head 44 .
  • the control device 430 also determines the quality of the powder layer and the solidified layer based on the evaluation result of the inspection device.
  • the controller 430 has a visible light image processing section for processing visible light images and an infrared/plasma emission image processing section for processing infrared images or plasma emission images.
  • the visible light image processing unit processes the image obtained from the visible light image capturing device 46 and determines the presence or absence of defects.
  • the infrared/plasma luminescence image processing section processes the image obtained from the infrared/plasma luminescence image capturing device 47 and determines the presence/absence of defects.
  • addition molding apparatus 4 of the present invention is not limited to the one using the metal powder shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart of the additional molding assisting process. Steps S10 to S17 are processes executed by the additional modeling assistance system 1. FIG. Steps S20 to S23 are processes executed by the modeling business operator 2. FIG.
  • the front section 11 receives request information for the additional model from the client 3 (step S10), and replies to the client 3 about the delivery date and cost (step S11). Then, the design unit 12 performs design based on the request information of the additional model (step S12). After generating the modeling recipe based on the design information of the additional modeled object (Step S13), the modeling recipe generation unit 13 transmits the modeling recipe of the additional modeled object to the modeling business operator 2 .
  • the modeling business operator 2 When the modeling business operator 2 receives the modeling recipe for this additive model (step S20), it creates and monitors the additive model based on the model recipe (step S21).
  • the communication unit 431 transmits monitoring data obtained when the additive model is created according to the model recipe to the additive model assist system 1 (step S22).
  • the modeler 2 After delivering the additional modeled product to the client (step S23), the modeler 2 ends the modeling process of FIG. As a result, the modeling business can deliver the additive model early.
  • the quality evaluation unit 14 of the additive manufacturing assist system 1 receives the monitoring data (step S15), and performs quality evaluation of the additive model based on the monitoring data (step S16).
  • the quality evaluation unit 14 transmits the quality information of the additional model to the client 3 (step S17), the series of processes ends. Thereby, the quality evaluation unit 14 can check the quality of the additional model.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
  • Some or all of the above configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware such as integrated circuits.
  • Each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.
  • Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in recording devices such as memory, hard disks, SSDs (Solid State Drives), or recording media such as flash memory cards and DVDs (Digital Versatile Disks).
  • control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily indicated on the product. In fact, it may be considered that almost all configurations are interconnected.

Abstract

付加造型補助システム（１）は、依頼者（３）による付加造形物の要求情報に基づく付加造形物の設計情報から造形レシピを生成し、造形事業者（２）に造形レシピを送信する造形レシピ生成部（１３）と、造形事業者（２）が造形レシピに従って造形した際のモニタリングデータに基づき、造形レシピに従って造形した付加造形物の品質評価を行い、評価結果を依頼者（３）に送信する品質評価部（１４）と、を備える。

Description

付加造形補助システム、および、付加造形補助方法
　本発明は、付加造形補助システム、および、付加造形補助方法に関する。
　付加造形は、アフターマーケット部品や金型や特殊な機械部品などのラピッドプロトタイピングのために使用されている。付加造形では、主としてメーカが設計し、造形業者が造形レシピの設計および造形を請け負う。完成した付加造形物は、造形業者またはメーカが品質を確認したのち、機器に適用される。しかしながら、設計と品質確認をするメーカと付加造形業者に分かれていることから、設計と造形レシピ設計と造形と品質保証を連成して、品質や歩留まりを向上することが難しい。
　例えば、以下の特許文献１では、要求仕様を満たす付加造形部品提供を可能とするとともに、適切に業者を選定することができることが記載されている。
特開２０２０－１６６３８３号公報
　付加造形物の管理にはノウハウが要求されるため、設計と造形レシピ生成と造形と品質確認の全てを、依頼者が実施することは困難である。第三者が設計と造形レシピ生成と造形と品質確認を請け負うことで、効率よく付加造形物の製造が可能である。
　しかしながら、近年の造形設備の進歩は著しいため、造形設備を自社で導入することは現実的ではない。一方で、造形のみ造形事業者に依頼する場合には、造形物の品質確認のために第三者に付加造形物を送付し、品質確認後にメーカに付加造形物を送付することになる。そのため付加造形物の作成依頼を受けてから、付加造形物と品質情報を納品するまでの納期が増大してしまう。
　そこで本発明では、付加造形補助方法にて、付加造形物を早期に納品すると共に、その付加造形物の品質確認を実施することを課題とする。
　前記した課題を解決するため、本発明の付加造型補助システムは、依頼者による付加造形物の要求情報に基づく付加造形物の設計情報から造形レシピを生成し、造形事業者に造形レシピを送信する造形レシピ生成部と、前記造形事業者が前記造形レシピに従って造形した際のモニタリングデータに基づき、前記造形レシピに従って造形した付加造形物の品質評価を行い、評価結果を前記依頼者に送信する品質評価部と、を備えることを特徴とする。
　本発明の付加造型補助方法は、依頼者による付加造形物の要求情報に基づく付加造形物の設計情報から造形レシピを生成するステップと、造形事業者に造形レシピを送信するステップと、前記造形事業者が前記造形レシピに従って造形した際のモニタリングデータを受信するステップと、前記モニタリングデータに基づき、付加造形物の品質評価を行うステップと、前記付加造形物の評価結果を前記依頼者に送信するステップと、を実行することを特徴とする。
　その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
　本発明によれば、付加造形物を早期に納品すると共に、その付加造形物の品質確認を実施することができる。
本実施形態に係る付加造形補助システムの構成図である。 付加造形装置の構成図である。 付加造形補助処理のフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は、ここで取り挙げた実施形態に限定されるものではなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で公知技術と適宜組み合わせたり公知技術に基づいて改良したりすることが可能である。
　図１は、本実施形態に係る付加造形補助システム１の構成図である。
　付加造形補助システム１は、フロント部１１、設計部１２、造形レシピ生成部１３、品質評価部１４を有する。この付加造形補助システム１は、例えばクラウドサーバなどであり、サーバのＣＰＵ（Central Processing Unit）が、不図示の付加造形補助プログラムを実施することで、各機能部を具現化する。
　造形事業者２は、付加造形装置４を有し、付加造形補助システム１の指示に基づき、付加造形物を造形して依頼者３に納品する。造形事業者２は、付加造形におけるモニタリングデータを品質評価部１４に提供する。付加造形補助システム１は、品質情報を依頼者３に納品する。付加造形補助システム１は、依頼者３から造形依頼を請け負い、フロント工程、設計工程、造形レシピ生成工程、品質評価工程を実施すると共に、造形工程を造形事業者２に発注するシステムである。以下、各機能部の工程について詳細に説明する。
〔フロント部１１〕
　フロント部１１は、依頼者３の要求を整理し、顧客要求に応じて類似の事例を探索し、付加造形実施例を示す機能を有する。また、以下で説明する設計部１２において、顧客である依頼者３の要求に応じた付加造形が困難である場合、フロント部１１は、調達課題や製造課題を、依頼者３と情報共有する機能を有する。
　設計部１２による設計工程が完了後、フロント部１１は、設計部１２が決定した造形寸法や材料から造形装置を決定し、受注状況や協力する造形事業者２の保有設備、設備稼働状況から依頼先を決定して、納期を回答する。また造形事業者２が任意に造形能力（造形可能サイズ、造形材量種類など）をフロント部１１に登録することで、造形依頼先を増やすことができる。
　またフロント部１１は、設計情報、依頼先情報からコスト分析を行い、見積もりを作成できる。
〔設計部１２〕
　設計部１２は、要求仕様に応じて適した設計を実施する機能を有する。設計部１２は、完成した造形図面のオーバーハング角、寸法、内部構造などから、設計した造形形状の造形可否を判断する。造形が不可能と判断される場合、設計部１２は、フロント部１１の工程に差し戻して、要求仕様について、依頼者３と再調整させる。
　設計した造形形状が造形可能と判断される場合、設計部１２は、顧客要求（強度、比重、耐食性、表面粗さなど）に応じた材料、および後工程（切削、表面処理）を決定する。設計部１２は、付加造形では造形中の変形や熱を考慮してサポートの配置等も考慮して設計する。
　そして、設計部１２は、造形サイズと造形材料に応じて、付加造形装置４を決定する。設計部１２は、付加造形装置４の造形能力に応じた造形姿勢やサポートや造形個数を設定する。
　完成した３次元モデルデータは３次元ＣＡＤデータなどにより造形レシピ生成部１３に送られる。
〔造形レシピ生成部１３〕
　造形レシピ生成部１３は、設計部１２が作製した３次元モデルデータが顧客要求を満足する付加造形物となるよう、造形条件を設定する機能を有する。付加造形物は、造形条件によっての品質が変化する。品質には付加造形物の特性の他に、造形中に生じる欠陥や特異的な金属組織などの不均質部の有無（ポア、クラック、組織的異常、および幾何学的異常）がある。
〔付加造形装置４〕
　付加造形装置４は、設計部１２による設計工程で完成した３次元モデルデータ、および造形レシピ生成部１３が生成した造形レシピに基づいて、付加造形を実施する。付加造形は、フロント部１１が選定した造形事業者２に依頼する。造形事業者２は、付加造形時にモニタリングデータを取得する。モニタリングデータとして可視光モニタリング、電磁波モニタリング、音響モニタリングなどが挙げられる。
〔品質評価部１４〕
　品質評価部１４は、付加造形装置４による造形工程で得たモニタリングデータから、付加造形物の欠陥情報を出力し、出力結果より付加造形物の品質を判定する機能を有する。品質の判定は、欠陥率、欠陥サイズ、密度、欠陥位置、介在物の数密度、材料特性などについて、任意に設定できる。ここで述べた品質判定は造形後に実施する他に、造形と同時に実施してもよい。
　品質評価部１４は、この付加造形物の品質情報を依頼者３に送信すると共に、造形レシピ生成部１３と設計部１２にフィードバックする。
　図２は、付加造形装置４の模式図である。
　図２に示すように、付加造形装置４は、大別すると、付加造形処理を行う付加造形部４１と、検査装置と、付加造形部４１および検査装置の制御を行う制御装置４３０と、通信部４３１とを備える。検査装置は、付加造形部４１で形成される粉末層および固化層の評価を行う。通信部４３１は、検査結果を付加造形補助システム１に送信する。
　本発明における付加造形装置４は、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式の金属三次元付加造形装置である。この付加造形装置４は、付加造形体の原料となる金属粉末（原料粉末）が敷詰められた粉末層にエネルギーを照射して二次元平面の固化層を形成し、繰り返し積層することで造形物を製造するものである。
　図２では、原料粉末４１４で構成される粉末層を固化する熱源供給装置としてレーザー光照射装置を備えており、レーザー発振器４２、プロセスファイバ４３、ガルバノヘッド４４およびレーザー同軸照明４５を有する。熱源供給装置としては、粉末を溶融および凝固できるものなら特に限定は無く、レーザー光照射装置の他、電子ビーム照射装置であってもよい。
　付加造形体４１７が製造される処理室４１１は、ガス供給管４１２ａおよびガス排気管４１２ｂを有しており、処理室４１１の雰囲気を制御可能な構成を有している。雰囲気制御は、例えば、熱源してレーザー光を用いる場合には不活性ガス雰囲気または真空雰囲気とし、熱源として電子ビームを用いる場合には真空雰囲気とする。
　処理室４１１の内部は、原料粉末４１４を保管する原料粉末保管領域４２０と、粉末層を溶融および凝固して固化層を形成する付加造形領域４２１と、余った原料粉末が回収される原料粉末回収領域４２２に分けられる。原料粉末４１４は、付加造形体の原料である。付加造形領域４２１は、原料粉末４１４を積層した粉末層を形成し、熱源供給装置によって粉末層を溶融および凝固して固化層を形成する領域である。原料粉末回収領域４２２は、付加造形領域４２１で粉末層を形成する際に余った原料粉末が回収される領域である。
　粉末供給機４１３は、図２の白色矢印の方向に移動して原料粉末保管領域４２０から付加造形領域４２１に粉末を供給する。粉末供給機４１３としては、例えばリコータ、コータ、スキージおよびブレードを用いることができる。原料粉末保管領域４２０および付加造形領域４２１において、粉末が載置される試料台４１５ａ，４１５ｂは、図２の上下方向に上下可能な構成を有している。付加造形が行われる試料台４１５ｂは、図示していないが、粉末層または固化層を加熱可能な加熱器（ヒーター）を備えていてもよい。加熱器としては、２５℃～６５０℃程度まで加熱可能なものが好ましい。粉末層または固化層の加熱は、原料粉末中の水分除去あるいはビーム入熱量低減による造形スピードの向上や、温度分布を均一化して歪みを低減する効果が得られる。
　検査装置として、本実施例では可視光画像撮影機４６、赤外線・プラズマ発光画像撮影機４７および溶融池観察機４８を備えている。可視光画像撮影機４６は、粉末層および固化層の可視光領域の画像を観察する。赤外線・プラズマ発光画像撮影機４７は、粉末層および固化層の赤外線放射画像またはプラズマ発光画像を撮影し、得られた画像を分析して不規則性を判定する。固化層の内部に欠陥を生じた場合は、熱伝導率が低くなると伴に熱拡散率も低下する。そのため、固化層を一定時間放熱させた後に赤外線放射による熱画像分析することで、熱溜まりを分析して内部欠陥を推定することが出来る。また入熱が過剰である場合や入熱が不足する場合に生じるポロシティ（気孔率）やＬＯＦ（Lack of Fusion:融合不良）を推定できる。可視光領域の画像分析による判定と、赤外線熱画像による精度の高い不規則性判定によって、可視光画像の判定精度が高められる。溶融池観察機４８は、粉末層に熱源が照射されて溶融された際の状態を観察する。
　赤外線・プラズマ発光画像撮影機４７は、粉末層および固化層に対して画像撮影前に瞬間的な加熱を行うことが好ましい。この瞬間加熱により、固化層は熱伝導により温度が均一化する。撮影する際の固化層の表面の温度は、６０℃以上が好ましく、１００℃以上がより好ましい。固化層の温度が６０℃以上であれば熱溜まりが鮮明に写り、発見しやすい。このとき、熱伝導率が大きく異なる粉末への熱伝達は遮断される。また、固化層に生じた欠陥要因となる凹凸も温度差を発生させる。このときの赤外線情報に基づく熱画像を可視光画像と突き合わせて欠陥部位を判定することができる。
　なお、造形中の入熱量から過溶融や溶着不良などの欠陥部位を判定してもよい。
　瞬間加熱の熱源は、粉末層を固層化させるために用いる熱源供給装置を用いてもよいし、熱源供給装置とは別に設けた赤外線ランプなどでもよい。この加熱の条件は原料粉末４１４の種類や粉末層および固化層の温度および造形雰囲気によって変更することが好ましい。これは、固化層および粉末層の表面状態を変化させない程度の熱量であると共に、画像分析時にバラツキを生じないようにする必要があるためである。
　制御装置４３０は、付加造形装置４および検査装置に有線または無線で接続され、これらの動作の制御を行う。粉末供給機４１３と試料台４１５ａ，４１５ｂの駆動およびレーザー発振器４２とガルバノヘッド４４の動作も制御装置４３０によって制御・監視される。
　また、制御装置４３０は、検査装置の評価結果に基づいて、粉末層および固化層の良否の判定も行う。制御装置４３０は、可視光画像を処理する可視光画像処理部と、赤外線画像またはプラズマ発光画像を処理する赤外線・プラズマ発光画像処理部とを有する。可視光画像処理部は、可視光画像撮影機４６から得られた画像の処理と欠陥の有無の判定を行う。赤外線・プラズマ発光画像処理部は、赤外線・プラズマ発光画像撮影機４７から得られた画像の処理と欠陥の有無の判定を行う。
　なお、本発明の付加造形装置４は、図２に示した金属粉末を用いたものに限定されず、樹脂材料を用いたものや、液体などを用いたものに適用してもよく、限定されない。
　図３は、付加造形補助処理のフローチャートである。
　ステップＳ１０～Ｓ１７は、付加造形補助システム１が実行する処理である。ステップＳ２０～Ｓ２３は、造形事業者２が実行する処理である。
　最初、フロント部１１は、依頼者３による付加造形物の要求情報を受信し（ステップＳ１０）、依頼者３への納期とコストを回答する（ステップＳ１１）。
　そして、設計部１２は、この付加造形物の要求情報に基づく設計を行う（ステップＳ１２）。造形レシピ生成部１３は、付加造形物の設計情報に基づく造形レシピを生成すると（ステップＳ１３）、付加造形物の造形レシピを造形事業者２に送信する。
　造形事業者２が、この付加造形物の造形レシピを受信すると（ステップＳ２０）、造形レシピに基づく付加造形物の作成とモニタリングを実施する（ステップＳ２１）。通信部４３１は、造形レシピに従って付加造形物を作成した際のモニタリングデータを付加造形補助システム１に送信する（ステップＳ２２）。造形事業者２は、付加造形物を依頼者に納品すると（ステップＳ２３）、図３の造形処理を終了する。これにより、造形事業者が、付加造形物を早期に納品することができる。
　付加造形補助システム１の品質評価部１４は、モニタリングデータを受信し（ステップＳ１５）、このモニタリングデータに基づく付加造形物の品質評価を実施する（ステップＳ１６）。そして品質評価部１４は、付加造形物の品質情報を依頼者３に送信すると（ステップＳ１７）、一連の処理を終了する。
　これにより品質評価部１４は、付加造形物の品質確認を実施することができる。
（変形例）
　本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
　上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。
　各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
１　付加造形補助システム
１１　フロント部
１２　設計部
１３　造形レシピ生成部
１４　品質評価部
２　造形事業者
３　依頼者
４　付加造形装置
４１　付加造形部
４１１　処理室
４１２ａ　ガス供給管
４１２ｂ　ガス排気管
４１３　粉末供給機
４１４　原料粉末
４１５ａ　試料台
４１５ｂ　試料台
４１７　付加造形体
４２　レーザー発振器
４２０　原料粉末保管領域
４２１　付加造形領域
４２２　原料粉末回収領域
４３０　制御装置
４３１　通信部
４３　プロセスファイバ
４４　ガルバノヘッド
４５　レーザー同軸照明
４６　可視光画像撮影機
４７　赤外線・プラズマ発光画像撮影機
４８　溶融池観察機

Claims (9)

  1. 　依頼者による付加造形物の要求情報に基づく付加造形物の設計情報から造形レシピを生成し、造形事業者に造形レシピを送信する造形レシピ生成部と、
    　前記造形事業者が前記造形レシピに従って造形した際のモニタリングデータに基づき、前記造形レシピに従って造形した付加造形物の品質評価を行い、評価結果を前記依頼者に送信する品質評価部と、
    　を備えることを特徴とする付加造型補助システム。
  2. 　前記品質評価部が付加造形物を評価する品質データとして、内部欠陥位置、内部欠陥寸法、密度、欠陥率のうち少なくとも1つを含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の付加造型補助システム。
  3. 　前記品質評価部が付加造形物を評価する品質データとして、寸法、表面粗さのうち少なくとも1つを含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の付加造型補助システム。
  4. 　前記品質評価部が付加造形物を評価する品質データとして、組織の偏析、組織の結晶粒径、組織の析出物の密度、組織の晶出物の密度、組織の析出物のサイズ、組織の晶出物のサイズ、組織の結晶方向、引張特性、衝撃値、疲労強度、耐食性のうち少なくとも1つを含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の付加造型補助システム。
  5. 　依頼者による付加造形物の要求情報に基づき、付加造形物を設計する設計部、
    　を備えることを特徴とする請求項１から４のうち何れか１項に記載の付加造型補助システム。
  6. 　前記品質評価部の評価結果を前記設計部にフィードバックし、前記設計部が新たな設計をする、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の付加造型補助システム。
  7. 　前記品質評価部の評価結果を前記造形レシピ生成部にフィードバックし、前記造形レシピ生成部が新たな設計をする、
    　ことを特徴とする請求項１から６のうち何れか１項に記載の付加造型補助システム。
  8. 　前記依頼者による付加造形物の要求情報に基づき、納期・コストを回答するフロント部、
    　を備えることを特徴とする請求項１から７のうち何れか１項に記載の付加造型補助システム。
  9. 　依頼者による付加造形物の要求情報に基づく付加造形物の設計情報から造形レシピを生成するステップと、
    　造形事業者に造形レシピを送信するステップと、
    　前記造形事業者が前記造形レシピに従って造形した際のモニタリングデータを受信するステップと、
    　前記モニタリングデータに基づき、付加造形物の品質評価を行うステップと、
    　前記付加造形物の評価結果を前記依頼者に送信するステップと、
    　を実行することを特徴とする付加造型補助方法。
PCT/JP2022/001662 2022-01-18 2022-01-18 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法 WO2023139665A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/001662 WO2023139665A1 (ja) 2022-01-18 2022-01-18 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/001662 WO2023139665A1 (ja) 2022-01-18 2022-01-18 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023139665A1 true WO2023139665A1 (ja) 2023-07-27

Family

ID=87348157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/001662 WO2023139665A1 (ja) 2022-01-18 2022-01-18 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023139665A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019189639A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 三菱重工業株式会社 装置調整機器、付加製造装置、付加製造方法、及びプログラム
JP2020166383A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 株式会社日立製作所 造形業者選定支援システム、および、造形業者選定支援方法
JP2021009126A (ja) * 2019-07-03 2021-01-28 株式会社ジェイテクト 付加製造物の品質推定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019189639A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 三菱重工業株式会社 装置調整機器、付加製造装置、付加製造方法、及びプログラム
JP2020166383A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 株式会社日立製作所 造形業者選定支援システム、および、造形業者選定支援方法
JP2021009126A (ja) * 2019-07-03 2021-01-28 株式会社ジェイテクト 付加製造物の品質推定装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pan et al. Arc welding processes for additive manufacturing: a review
EP2918395B1 (en) Additive manufacturing including layer-by-layer imaging
JP6100379B2 (ja) 三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングのための方法
JP6825109B2 (ja) 三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、及び、三次元積層造形物
JP6845336B2 (ja) 付加製造におけるリコーターブレードを連続的に新たに供給するための方法及び装置
US20190283333A1 (en) Systems and methods for real-time error detection, and automatic correction in additive manufacturing environment
JP6930808B2 (ja) 固化装置を用いた部品製造システム及び方法
Barua et al. Vision-based defect detection in laser metal deposition process
JP6125640B2 (ja) 三次元画像化溶接経路制御を有する自動化された超合金レーザークラッディングシステム
EP3536422B1 (en) Detection and repair method for powder additive manufacturing
JP2018536560A (ja) 付加製造プロセスおよび装置のための機械制御
JP2020015944A (ja) 付加製造用学習モデル生成装置、付加製造による造形物の製造条件決定装置および付加製造による造形物の状態推定装置
JP6945470B2 (ja) 付加造形体の製造システムおよび付加造形体の製造方法
US20210107215A1 (en) Adaptive Closed-Loop Control of Additive Manufacturing for Producing a Workpiece
US20190134911A1 (en) Apparatus and methods for build surface mapping
CN108724706A (zh) 用于以增材方式制造部件的方法
Colosimo et al. Penelope: a novel prototype for in situ defect removal in LPBF
EP3587006A1 (en) 3d-printing method and manufacturing device
JP2020504043A (ja) 付加製造システムにおける真空粉末配置の方法及びシステム
JP2020189324A (ja) 構造体の製造システム及び製造方法
CN113118465A (zh) 用于估计3d印刷过程期间熔池深度的方法和设备，以及3d印刷系统
Baier et al. Thermal process monitoring and control for a near-net-shape Wire and Arc Additive Manufacturing
WO2023139665A1 (ja) 付加造形補助システム、および、付加造形補助方法
Bhatt et al. Automated process planning for conformal wire arc additive manufacturing
Wang et al. Process parameters, product quality monitoring, and control of powder bed fusion

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22921826

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1