WO2025220604A1 - 積層造形システム - Google Patents

積層造形システム

Info

Publication number
WO2025220604A1
WO2025220604A1 PCT/JP2025/014455 JP2025014455W WO2025220604A1 WO 2025220604 A1 WO2025220604 A1 WO 2025220604A1 JP 2025014455 W JP2025014455 W JP 2025014455W WO 2025220604 A1 WO2025220604 A1 WO 2025220604A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
arc start
current
control device
layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/014455
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健太 筒井
圭二 門田
梓紗 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
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 Daihen Corp filed Critical Daihen Corp
Publication of WO2025220604A1 publication Critical patent/WO2025220604A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/032—Seam welding; Backing means; Inserts for three-dimensional [3D] seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067—Starting the arc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • This disclosure relates to an additive manufacturing system.
  • JP 2022-106172 A discloses that a shaped object is formed by stacking weld beads, and that the welding conditions are changed if the height of the weld bead deviates from the planned height.
  • a consumable electrode is used when stacking the weld beads, and the welding speed is changed depending on the stack height.
  • a single layer of weld bead includes the arc start portion, which is the start position of the lamination, the steady portion formed after the arc start portion, and the arc end portion, which is the end position of the lamination.
  • the arc start portion has insufficient heat input, which is the amount of heat applied to the molten part from the outside, so heat easily escapes and does not spread, which tends to result in a higher lamination height.
  • Patent Document 1 JP 2022-106172 A
  • the purpose of this disclosure is to provide a technology that enables stable deposition of weld beads when using a consumable electrode wire.
  • the additive manufacturing system includes a welding torch that builds up weld beads using a consumable electrode wire, a drive unit that moves the welding torch based on a preset or calculated welding speed, a welding power source that supplies the welding current to the consumable electrode wire, and a control unit that controls the welding power source and drive unit.
  • the weld bead includes an arc start portion, which is the starting position for building up.
  • the control unit sets at least one of the welding current or welding speed for the arc start portion of the layer to be currently built based on the number of layers or temperature of the layer immediately preceding the layer to be currently built.
  • At least one of the welding current and welding speed for the layer to be currently laminated is set based on the number of layers or temperature of the layer immediately preceding the current layer. This allows the state of the arc start portion of the layer to be currently laminated to be changed depending on the state of the layer immediately preceding the current layer, enabling stable lamination of a weld bead when using a consumable electrode wire.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an exemplary additive manufacturing system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the names of the various parts of a weld bead and the welding current.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating a welding current and a shape of an arc start portion according to Comparative Example 1.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating a welding current and a shape of an arc start portion according to Comparative Example 2.
  • 4A and 4B are diagrams illustrating a welding current and a shape of an arc start portion according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes in welding current due to differences in materials according to the first embodiment.
  • 4 is a flowchart showing control content according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing changes in welding speed according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic diagram of an additive manufacturing system according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing changes in welding current due to differences in materials according to the third embodiment.
  • First Embodiment 1 is a diagram schematically illustrating an additive manufacturing system 1 according to embodiment 1.
  • the additive manufacturing system 1 includes a robot arm 40, a welding torch 20, a welding power source 10, a wire feeder 50, and a control device 30.
  • the robot arm 40 is a multi-joint arm, for example a six-axis multi-joint arm.
  • the robot arm 40 functions as a drive device that moves the welding torch 20 at a preset or calculated welding speed. As the robot arm 40 moves the welding torch 20, a weld bead 70 formed by melting the consumable electrode wire 51 is layered.
  • the robot arm 40 is controlled by the control device 30 so that a shaped object is formed by layering the weld beads 70.
  • the layer layered immediately before the layer on which the current weld bead 70 is layered is referred to as the previous layer.
  • a welding current is supplied to the consumable electrode wire 51 by a power supply tip (not shown) located inside the nozzle 21.
  • the consumable electrode wire 51 melts due to resistance heating caused by the current flow and an arc generated between the consumable electrode wire 51 and the base material 80 or an already deposited weld bead 70.
  • the melting of the consumable electrode wire 51 forms the weld bead 70.
  • the welding torch 20 deposits the weld bead 70 using the consumable electrode wire 51.
  • a shielding gas is supplied to the welding torch 20 by a shielding gas supply unit (not shown), and the shielding gas emerges from the nozzle 21 and reaches the arc 22 and the weld zone. Examples of the shielding gas that can be used include argon, CO2 , and mixtures containing these.
  • the torch cable 11 connected to the welding torch 20 contains a cable for current supplied from the welding power source 10, a consumable electrode wire 51 supplied from the wire feeder 50, and piping for shielding gas supplied from a shielding gas supply unit (not shown).
  • Welding power source 10 supplies alternating current as a welding current to consumable electrode wire 51.
  • the magnitude of the welding current output from welding power source 10 is set by control device 30.
  • Wire feeder 50 includes a roller and a motor (not shown). Wire feeder 50 feeds consumable electrode wire 51 to welding torch 20 by driving the motor to rotate the roller.
  • the operation of wire feeder 50 is controlled by welding power source 10 based on commands from control device 30. The operation of wire feeder 50 may also be controlled directly by welding power source 10.
  • the control device 30 includes an arithmetic unit 31, a memory 32, a storage device 33, and an input/output interface 34. These components are connected via a bus.
  • the arithmetic unit 31 is a computing entity (computer) that executes predetermined processing.
  • the arithmetic unit 31 is composed of a processor such as a CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro-Processing Unit), TPU (Tensor Processing Unit), or GPU (Graphics Processing Unit).
  • the arithmetic unit 31 can also be interpreted as a processing circuit that executes predetermined processing.
  • Memory 32 includes a storage area (e.g., a working area) that stores program code or work memory when the computing device 31 executes various programs.
  • a storage area e.g., a working area
  • the storage device 33 functions as a storage unit that stores various programs and data executed by the computing device 31.
  • the storage device 33 stores the control program 330 executed by the computing device 31.
  • the input/output interface 34 accepts input of various data.
  • the input/output interface 34 outputs data obtained through various processes in accordance with instructions from the arithmetic unit 31.
  • the additive manufacturing system 1 supplies a welding current to the consumable electrode wire 51 and builds up multiple layers of weld beads 70 to manufacture a model.
  • the control device 30 controls the welding current output from the welding power source 10.
  • the control device 30 controls the welding speed by driving the robot arm 40.
  • the control device 30 controls, for example, the operation of the robot arm 40.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the names of each part of the weld bead 70 and the welding current.
  • Figure 2(A) shows the names of each part of the weld bead 70
  • Figure 2(B) shows the welding current set for each part of the weld bead 70.
  • the weld bead 70 is layered on the base material 80.
  • the weld bead 70 includes an arc start portion, which is the start position of the layering, a steady portion formed after the arc start portion, and an arc end portion, which is the end position of the layering.
  • the arc start portion is set, for example, to the arc start distance Ls.
  • the arc start distance Ls is, for example, approximately twice the bead width w, which is the widthwise length of the weld bead 70.
  • control device 30 controls the movement of the welding torch 20 so that at least a portion of the arc start portions overlap in the stacking direction (height direction of the weld bead 70). However, in the additive manufacturing system 1, stacking may be performed so that the arc start portions do not overlap.
  • the welding current set in the arc start section is the initial current Is
  • the welding current set in the steady section is the steady current Iset.
  • the arc start section is the part where the buildup of the weld bead 70 begins, and since heat easily escapes and the wetting does not spread, the buildup height tends to be high. For this reason, the initial current Is is set to a value greater than the steady current Iset. Note that the magnitudes of the initial current Is and steady current Iset may change during welding, but here we will explain the case where they are constant magnitudes.
  • Figure 3 is a diagram illustrating the welding current and arc start portion for Comparative Example 1.
  • Figure 3(A) shows the relationship between the number of layers and the welding current
  • Figure 3(B) shows the shape of the arc start portion when layering is performed with the welding current of Figure 3(A).
  • Comparative Example 1 As shown in Figure 3(A), the initial current Is is set to the same value as the steady-state current Iset regardless of the number of layers, and the steady-state current Iset is always fixed and supplied to the arc start portion regardless of the number of layers in the weld bead 70. In the case of Comparative Example 1, the initial current Is is fixed to the same value as the steady-state current Iset even when the number of layers increases, so as shown in Figure 3(B), the heat input to the arc start portion is insufficient, wetting does not spread, and the layer height increases.
  • Figure 4 is a diagram illustrating the welding current and arc start portion for Comparative Example 2.
  • Figure 4(A) shows the relationship between the number of layers and the welding current
  • Figure 4(B) shows the shape of the arc start portion when layering is performed with the welding current of Figure 4(A).
  • the initial current Is is set to a value greater than the steady-state current Iset regardless of the number of layers, and a fixed welding current greater than the steady-state current Iset is always supplied to the arc start portion regardless of the number of layers in the weld bead 70.
  • the initial current Is is fixed at a value greater than the steady-state current Iset even as the number of layers increases, so the temperature of the arc start portion increases in upper layers where heat is less easily transferred to the base material. For this reason, in Comparative Example 2, as shown in Figure 4(B), there is a possibility that the weld bead 70 will melt away as the number of layers in the arc start portion increases.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the welding current and arc start portion according to embodiment 1.
  • FIG. 5(A) shows the relationship between the number of layers and the welding current
  • FIG. 5(B) shows the shape of the arc start portion when layering is performed using the welding current of FIG. 5(A).
  • the welding current (initial current Is) at the arc start point is reduced as the number of layers increases, starting from the initial current Is1 for the first layer.
  • the initial current is set to gradually decrease from the initial current Is1 for the first layer to the initial current Is2 for the (ns2)th layer.
  • the (ns2)th layer is the layer where the decrease in initial current saturates, and is set in advance based on the material of the consumable electrode wire 51, the time required from arc start in the previous layer to arc start in the next layer, etc.
  • the initial current Is1 and initial current Is2, which are the welding currents for the arc start portion are set to be equal to or greater than the steady-state current Iset, which is the welding current for the steady-state portion formed after the arc start portion, and Is1 is set to be equal to or greater than Is2. This makes it possible to appropriately set the initial currents Is1 and Is2 based on the steady-state current Iset.
  • the welding current (initial current Is) at the arc start portion of the layer being stacked this time is set based on the number of layers in the previous layer. This allows the welding current (initial current Is) at the arc start portion of the layer being stacked this time to change depending on the number of layers, so as shown in Figure 5 (B), a weld bead 70 can be stably stacked when using a consumable electrode wire 51.
  • Figure 6 shows the change in welding current due to differences in materials in embodiment 1.
  • the initial current which is the welding current at the arc start
  • the initial current decreases from Is1A to Is2A.
  • the initial current decreases from Is1B to Is2B.
  • the initial current varies depending on the type of material used for the consumable electrode wire 51, from the first layer until the initial current becomes constant.
  • the initial current varies depending on the type of material used for the consumable electrode wire 51, from the first layer until the initial current becomes constant.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control details according to the first embodiment.
  • the processing of the flowchart in Figure 7 is repeatedly called and executed as a subroutine from the main routine in the control of the control device 30.
  • step S the control device 30 checks the layering data previously stored in the storage device 33.
  • Checking the layering data means, for example, checking the trajectory of the welding torch 20 for all layers that have been set in advance, as well as the layering plan, such as the welding current (or wire feed speed) and welding speed.
  • the control device 30 sets welding conditions according to the material used for the consumable electrode wire 51 (S2). For example, in S2, the control device 30 reads Is1 and Is2 from the storage device 33 for each material, or reads ⁇ and ⁇ and calculates and sets them from the steady-state current. Next, the control device 30 checks the current number of layers (S3). For example, the control device 30 checks the current number of layers from a preset or calculated drive position of the robot arm 40. The number of layers may be replaced with the height of all layers from the base material to the previous layer, obtained from information from a separately installed camera or sensor.
  • control device 30 sets the initial current of the arc start section according to the number of layers obtained in S3 (S4).
  • the control device 30 executes the lamination of one layer (S5).
  • the control device 30 executes a preset program to laminate the weld beads.
  • the control device 30 determines whether the lamination plan is complete (S6).
  • control device 30 determines that the stacking plan has been completed (YES in S6), it returns processing from the subroutine to the main routine. If the control device 30 determines that the stacking plan has not been completed (NO in S6), it repeats the processing of S3 to S6. By processing S3 to S6, the control device 30 can set the welding current for the arc start portion of the layer to be stacked this time based on the number of layers stacked up to the previous layer (the current number of layers). Note that the setting of the welding current may be performed by the welding power source 10.
  • the control device 30 sets the welding current for the layer to be stacked currently based on the current number of layers. This makes it possible to change the state of the arc start portion of the layer to be stacked currently depending on how easily heat accumulates as the layer gets taller, thereby enabling the weld bead 70 to be stably stacked when using the consumable electrode wire 51.
  • FIG. 8 is a diagram showing changes in the welding speed according to the second embodiment.
  • the welding speed set in the arc start portion is referred to as an initial welding speed vs
  • the welding speed set in the steady portion is referred to as a steady welding speed vset.
  • the welding speed is changed depending on the number of layers, thereby stably depositing the weld bead 70 when using the consumable electrode wire 51.
  • the welding speed at the arc start point (initial welding speed vs) is increased as the number of layers increases from the initial welding speed vs1 for the first layer.
  • the initial welding speed is set to gradually increase from the initial welding speed vs1 for the first layer to the initial welding speed vs2 for the (ns2)th layer.
  • the (ns2)th layer is the layer where the increase in the initial welding speed saturates, and is set in advance depending on the material of the consumable electrode wire 51, etc.
  • the initial welding speed vs may be calculated using a predetermined coefficient. In this way, the initial welding speed vs can be automatically determined even if the steady-state welding speed vset changes.
  • the initial welding speeds vs1 and vs2, which are the welding speeds at the arc start section, are set to be equal to or lower than the steady-state welding speed vset, which is the welding speed at the steady section formed after the arc start section. This makes it possible to appropriately set the initial welding speeds vs1 and vs2 based on the steady-state welding speed vset.
  • the welding speed (initial welding speed vs.) of the arc start portion of the layer being layered this time is set based on the number of layers up to the previous layer. This allows the welding speed (initial welding speed vs.) of the arc start portion to change depending on the number of layers, so as shown in Figure 8, it is possible to stably layer the weld bead 70 when using a consumable electrode wire 51.
  • control device 30 may set both the welding current (initial current Is) and welding speed (initial welding speed Vs) for the arc start portion of the layer to be laminated currently, based on the number of layers laminated up to the previous layer. As shown in Figures 5(A) and 8, there is an inverse relationship between the initial current Is and the initial welding speed Vs at the arc start portion. Therefore, for example, instead of setting the initial current Is to 1.5 times, the control device 30 may set the initial current Is to 1.2 times and the initial welding speed Vs to 0.8 times.
  • the initial welding speed may be varied depending on the type of material used for the consumable electrode wire 51, from the first layer until the initial welding speed becomes constant. In this way, by adjusting the initial welding speed at the arc start section depending on the material's characteristics, such as ease of melting, it is possible to stably layer the weld bead 70 when using consumable electrode wire 51 made of various materials.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the additive manufacturing system 1A according to embodiment 3.
  • the additive manufacturing system 1A according to embodiment 3 differs from the additive manufacturing system 1 according to embodiment 1 in that it includes a detection device 61.
  • the detection device 61 is, for example, a temperature sensor.
  • the temperature sensor detects the temperature of the weld bead 70 at a position T just before layering, in the welding direction indicated by the arrow in Figure 9.
  • the temperature sensor is preferably a non-contact sensor such as a thermal camera. Temperature information of the weld bead 70 detected by the temperature sensor (detection device 61) is transmitted to the control device 30.
  • the temperature sensor (detection device 61) may be a pyrometer that takes images at a point, rather than a thermal camera that takes images over a surface.
  • the control device 30 sets the welding current (initial current Is) at the arc start portion according to the temperature information of the weld bead 70 received from the temperature sensor (detection device 61). For example, as shown in FIG. 10, the control device 30 sets the welding current (initial current Is) at the arc start portion of the layer to be laminated currently based on the temperature of the weld bead 70 of the previous layer. The control device 30 changes the welding current (initial current Is) at the arc start portion according to the material of the consumable electrode wire 51.
  • Figure 10 is a diagram showing changes in welding current due to differences in materials in embodiment 3.
  • the horizontal axis of Figure 10 represents the temperature of the weld bead 70 of the previous layer
  • the vertical axis of Figure 10 represents the welding current (initial current Is) at the arc start point.
  • Is initial current
  • Temperatures Ts2A and Ts2B are the layers where the decrease in initial current saturates, and are set in advance based on the material of the consumable electrode wire 51, etc.
  • the initial current at the temperature of the previous layer until the initial current becomes constant varies depending on the type of material used for the consumable electrode wire 51.
  • material properties such as thermal conductivity
  • the control device 30 may set the welding speed of the layer to be currently laminated as shown in the second embodiment based on the temperature of the weld bead 70 of the previous layer. For example, the control device 30 may set the welding speed of the arc start portion of the layer to be currently laminated based on the temperature of the weld bead 70 of the previous layer. The control device 30 may set both the welding current (initial current Is) and the welding speed (initial welding speed Vs) of the arc start portion of the layer to be currently laminated based on the temperature of the weld bead 70 of the previous layer.
  • the slope of the graph from the first layer to the second layer is constant, but it may be a curve, etc., and the slope of the graph does not have to be constant.
  • the slope of the graph shown in Figure 10 does not have to be constant, and the horizontal axis may represent the size of the molten pool of the previous layer rather than the temperature of the weld bead 70 of the previous layer.
  • the welding torch 20 may be moved by a Cartesian robot rather than by a multi-joint robot arm 40.
  • the present disclosure relates to an additive manufacturing system 1 (1A) that supplies a welding current to a consumable electrode wire 51 and builds up a weld bead 70 in multiple layers to manufacture a shaped object.
  • the additive manufacturing system 1 (1A) includes a welding torch 20 that builds up the weld bead 70 using the consumable electrode wire 51, a drive device (robot arm 40) that moves the welding torch 20 based on a preset or calculated welding speed, a welding power source 10 that supplies the welding current to the consumable electrode wire 51, and a control device 30 that controls the welding power source 10 and the drive device (robot arm 40).
  • the weld bead 70 includes an arc start portion, which is the start position of the buildup.
  • the control device 30 sets at least one of the welding current or welding speed of the arc start portion of the layer to be currently built based on the number of layers or the temperature of the layer immediately preceding the layer to be currently built.
  • the control device 30 sets at least one of the welding current and welding speed of the arc start portion of the layer to be currently laminated based on the number of layers or temperature of the layer immediately preceding the layer to be currently laminated. This allows the state of the arc start portion of the layer to be currently laminated to be changed depending on the state of the layer immediately preceding the layer to be currently laminated, thereby enabling stable lamination of a weld bead when using a consumable electrode wire.
  • control device 30 sets the welding current of the arc start section to be equal to or greater than the welding current of the steady section formed after the arc start section.
  • the additive manufacturing system 1 disclosed herein makes it possible to set the welding current at the arc start point (initial current Is) without making it extremely low, and instead to set the welding current based on the steady-state welding current (steady-state current Iset).
  • the control device 30 sets the welding speed of the arc start portion to be equal to or lower than the welding speed of the steady portion formed after the arc start portion.
  • the additive manufacturing system 1 disclosed herein makes it possible to set the welding speed based on the welding speed in the steady state (steady state welding speed vset) without making the welding speed in the arc start section (initial welding speed vs) extremely fast.
  • control device 30 reduces the welding current at the arc start portion as the number of layers of the weld bead 70 increases.
  • the additive manufacturing system 1 disclosed herein allows for stable deposition of weld beads when using a consumable electrode wire 51 by setting the welding current (initial current Is) at the arc start section according to the number of layers.
  • control device 30 increases the welding speed of the arc start portion as the number of layers of the weld bead 70 increases.
  • the additive manufacturing system 1 disclosed herein allows for stable deposition of weld beads when using a consumable electrode wire 51 by setting the welding speed (initial welding speed vs.) at the arc start section according to the number of layers.
  • control device 30 changes the welding current or welding speed of the arc start portion depending on the material of the consumable electrode wire 51.
  • the additive manufacturing system 1(A) disclosed herein allows stable deposition of a weld bead 70 when using consumable electrode wires 51 made of various materials by adjusting the welding current (initial current Is) or welding speed (initial welding speed Vs) at the arc start point depending on the characteristics of the material.
  • 1, 1A additive manufacturing system 10 welding power source, 20 welding torch, 21 nozzle, 30 control device, 31 computing device, 32 memory, 33 storage device, 34 input/output interface, 40 robot arm, 50 wire feeder, 51 consumable electrode wire, 61 detection device, 70 weld bead, 80 base material, 330 control program, Is, Is1, Is2 initial current, Iset steady-state current, vs, vs1, vs2 initial welding speed, vsset steady-state welding speed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

積層造形システム（１）は、溶接トーチ（２０）と、ロボットアーム（４０）と、溶接電源（１０）と、制御装置（３０）とを備える。溶着ビード（７０）は、積層の開始位置であるアークスタート部を含む。制御装置（３０）は、今回積層する層よりも１つ前の層における積層数に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流を設定する。

Description

積層造形システム
　本開示は、積層造形システムに関する。
　特開２０２２－１０６１７２号公報（特許文献１）には、溶着ビードを積層して造形物を造形し、溶着ビードの高さが計画高さとずれた場合に溶接条件を変更することが開示されている。特開２０２２－１０６１７２号公報（特許文献１）では、溶着ビードを積層する際に消耗式電極を用い、積層の高さに応じて溶接速度を変更している。
特開２０２２－１０６１７２号公報
　ここで、１層の溶着ビードは、積層の開始位置であるアークスタート部、アークスタート部の後に形成される定常部、積層の終了位置であるアークエンド部を含む。アークスタート部は、外部から溶融部に与えられる熱量である入熱が不足し、熱が逃げやすく、ぬれ広がらないため積層高さが高くなる傾向がある。
　特開２０２２－１０６１７２号公報（特許文献１）の技術では、アークスタート部と定常部との高低差が小さい場合は有効であるが、高低差が大きい場合に溶接速度の調整のみでは不十分である。そもそも、溶着ビードを安定して積層するために、アークスタート部と定常部との間に高低差を作らないことが望ましい。
　本開示の目的は、消耗電極ワイヤを用いる際に溶着ビードを安定して積層することのできる技術を提供することである。
　本開示は、消耗電極ワイヤに溶接電流を供給し、溶着ビードを複数層にわたって積層することによって造形物を造形する積層造形システムに関する。積層造形システムは、消耗電極ワイヤを用いた溶着ビードの積層を実行する溶接トーチと、溶接トーチを予め設定された、もしくは算出された溶接速度に基づいて移動させる駆動装置と、溶接電流を消耗電極ワイヤに供給する溶接電源と、溶接電源および駆動装置を制御する制御装置とを備える。溶着ビードは、積層の開始位置であるアークスタート部を含む。制御装置は、今回積層する層よりも１つ前の層における積層数または温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流または溶接速度の少なくとも一方を設定する。
　本開示の積層造形システムでは、今回積層するよりも１つ前の層における積層数または温度に基づいて、今回積層する層の溶接電流または溶接速度の少なくとも一方が設定される。これによって、今回積層するよりも１つ前の層の状態によって今回積層する層のアークスタート部の状態を変更できるため、消耗電極ワイヤを用いる際に溶着ビードを安定して積層することができる。
実施の形態１に係る積層造形システムを概略的に示す図である。 溶着ビードの各部分の名称と溶接電流との関係を説明するための図である。 比較例１に係る溶接電流およびアークスタート部の形状を説明する図である。 比較例２に係る溶接電流およびアークスタート部の形状を説明する図である。 実施の形態１に係る溶接電流およびアークスタート部の形状を説明する図である。 実施の形態１に係る材料の違いによる溶接電流の変化を示す図である。 実施の形態１に係る制御内容を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る溶接速度の変化を示す図である。 実施の形態３に係る積層造形システムを概略的に示す図である。 実施の形態３に係る材料の違いによる溶接電流の変化を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　［実施の形態１］
　図１は、実施の形態１に係る積層造形システム１を概略的に示す図である。積層造形システム１は、ロボットアーム４０と、溶接トーチ２０と、溶接電源１０と、ワイヤ送給装置５０と、制御装置３０とを備える。
　ロボットアーム４０は、多関節のアームであり、たとえば６軸多関節アームである。ロボットアーム４０は、予め設定された、もしくは算出された溶接速度で溶接トーチ２０を移動させる駆動装置として機能する。ロボットアーム４０が溶接トーチ２０を移動することによって、消耗電極ワイヤ５１を溶融した溶着ビード７０が積層される。ロボットアーム４０は、溶着ビード７０の積層によって造形物が造形されるように、制御装置３０により制御される。なお、現在の溶着ビード７０が積層されている層よりも１つ前に積層された層を前層と称する。
　溶接トーチ２０では、ノズル２１の内側に存在する図示しない給電チップにおいて消耗電極ワイヤ５１に溶接電流を供給する。消耗電極ワイヤ５１は、母材８０またはすでに積層された溶着ビード７０との間で発生するアークおよび通電による抵抗発熱によって溶融する。消耗電極ワイヤ５１が溶融することによって、溶着ビード７０が形成される。溶接トーチ２０は、消耗電極ワイヤ５１を用いた溶着ビード７０の積層を実行する。溶接トーチ２０には、図示しないシールドガス供給部によってシールドガスが供給され、シールドガスはノズル２１から出てアーク２２および溶融部に到達する。シールドガスは、たとえば、アルゴン、ＣＯ２などおよびこれらを含む混合ガスが用いられる。
　溶接トーチ２０に接続されるトーチケーブル１１内には、溶接電源１０から供給される電流のケーブル、ワイヤ送給装置５０から送給される消耗電極ワイヤ５１、および図示しないシールドガス供給部から供給されるシールドガスの配管が通っている。
　溶接電源１０は、溶接電流として交流を消耗電極ワイヤ５１に供給する。溶接電源１０から出力される溶接電流の大きさは、制御装置３０によって設定されている。ワイヤ送給装置５０は、図示しないローラとモータとを含む。ワイヤ送給装置５０は、モータを駆動しローラを回転させることによって、消耗電極ワイヤ５１を溶接トーチ２０へ送給する。ワイヤ送給装置５０の動作は、制御装置３０からの指令に基づいて溶接電源１０が制御している。ワイヤ送給装置５０の動作は、溶接電源１０が直接制御してもよい。
　制御装置３０は、演算装置３１と、メモリ３２と、記憶装置３３と、入出力インターフェイス３４とを備える。これらのコンポーネントは、バスを介して接続されている。
　演算装置３１は、所定の処理を実行する演算主体（コンピュータ）である。演算装置３１は、たとえば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing　Unit）、ＴＰＵ（Tensor　Processing　Unit）、またはＧＰＵ（Graphics　Processing　Unit）などのプロセッサで構成されている。演算装置３１は、所定の処理を実行する処理回路（Processing　Circuitry）と読み替えることもできる。
　メモリ３２は、演算装置３１が各種のプログラムを実行するにあたって、プログラムコードまたはワークメモリなどを格納する記憶領域（たとえば、ワーキングエリア）を含む。
　記憶装置３３は、演算装置３１が実行する各種のプログラムまたは各種のデータなどを記憶する記憶部として機能する。たとえば、記憶装置３３は、演算装置３１によって実行される制御プログラム３３０を格納する。
　入出力インターフェイス３４は、各種データの入力を受け付ける。入出力インターフェイス３４は、演算装置３１の指示にしたがって、各種処理によって求められたデータを出力する。
　積層造形システム１は、消耗電極ワイヤ５１に溶接電流を供給し、溶着ビード７０を複数層にわたって積層することによって造形物を造形する。積層造形システム１では、制御装置３０が溶接電源１０から出力される溶接電流を制御する。積層造形システム１では、制御装置３０がロボットアーム４０を駆動することによって溶接速度を制御する。制御装置３０は、たとえば、ロボットアーム４０の動作を制御する。
　溶着ビード７０および溶接電流について詳細に説明する。図２は、溶着ビード７０の各部分の名称と溶接電流との関係を説明するための図である。図２（Ａ）は、溶着ビード７０の各部の名称を示し、図２（Ｂ）は、溶着ビード７０の各部において設定される溶接電流を示している。図２（Ａ）に示すように、溶着ビード７０は、母材８０の上に積層される。溶着ビード７０は、積層の開始位置であるアークスタート部、アークスタート部の後に形成される定常部、積層の終了位置であるアークエンド部を含む。
　アークスタート部は、たとえばアークスタート距離Ｌｓに設定される。アークスタート距離Ｌｓは、たとえば溶着ビード７０の幅方向の長さであるビード幅ｗの二倍程度である。
　なお、積層造形システム１では、制御装置３０が積層方向（溶着ビード７０の高さ方向）においてアークスタート部の少なくとも一部が重なるように溶接トーチ２０を移動するように制御する。しかしながら、積層造形システム１において、アークスタート部は、重ならないように積層が実行されるようにしてもよい。
　図２（Ｂ）に示すように、アークスタート部において設定される溶接電流を初期電流Ｉｓ、定常部において設定される溶接電流を定常電流Ｉｓｅｔとする。アークスタート部は、溶着ビード７０の積層が開始される部分であり、熱が逃げやすく、ぬれ広がらないため積層高さが高くなる傾向がある。このため、初期電流Ｉｓは、定常電流Ｉｓｅｔよりも大きな値に設定されている。なお、初期電流Ｉｓ、定常電流Ｉｓｅｔの大きさは溶接中に変化する場合も考えられるが、ここでは一定の大きさである場合を例にして説明する。
　図３は、比較例１に係る溶接電流およびアークスタート部について説明する図である。図３（Ａ）は、積層数と溶接電流との関係を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の溶接電流によって積層を実行した際のアークスタート部の形状を示している。
　比較例１は、図３（Ａ）に示すように、積層数によらず初期電流Ｉｓを定常電流Ｉｓｅｔと同じ値とし、溶着ビード７０の積層数に関わらず常にアークスタート部に定常電流Ｉｓｅｔを固定して供給している。比較例１の場合、積層数が増加しても初期電流Ｉｓが定常電流Ｉｓｅｔと同じ値に固定されるため、図３（Ｂ）に示すように、アークスタート部の入熱が不足しぬれ広がらず積層高さが高くなる。
　図４は、比較例２に係る溶接電流およびアークスタート部について説明する図である。図４（Ａ）は、積層数と溶接電流との関係を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の溶接電流によって積層を実行した際のアークスタート部の形状を示している。
　比較例２は、図４（Ａ）に示すように、積層数によらず初期電流Ｉｓを定常電流Ｉｓｅｔよりも大きな値とし、溶着ビード７０の積層数に関わらず常にアークスタート部に定常電流Ｉｓｅｔよりも大きな値の溶接電流を固定して供給している。比較例２の場合、積層数が増加しても初期電流Ｉｓが定常電流Ｉｓｅｔよりも大きな値で固定されるため、熱が母材へ伝わりづらい上層となるほどアークスタート部の温度が高くなる。このため、比較例２は、図４（Ｂ）に示すように、アークスタート部の積層が増えるごとに溶着ビード７０が溶け落ちる形状となる可能性がある。
　比較例１，２をまとめる。アークスタート部と定常部とで積層の高低差を低減させるため、初期電流Ｉｓを定常電流Ｉｓｅｔよりも大きくしてアークスタート部のぬれ広がりを向上させることが考えられる。しかしながら、Ｉｓをどの層でも同じ値とすると、低層部に合わせたＩｓは、積層数の増加に応じて溶着ビード７０には熱が溜まりやすくなる関係があることから、上層部では入熱過多となる。反対にＩｓを上層部に合わせると、下層で入熱不足となり、積層高さが高くなる。したがって、初期電流Ｉｓを層間で固定したとすると、積層数の増加による熱の溜まりやすさを考慮していないことから、積層高さが安定しない。
　図５は、実施の形態１に係る溶接電流およびアークスタート部について説明する図である。図５（Ａ）は、積層数と溶接電流との関係を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の溶接電流によって積層を実行した際のアークスタート部の形状を示している。
　実施の形態１は、図５（Ａ）に示すように、１層目における初期電流Ｉｓ１から積層数が増加するにつれアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）を小さくする。実施の形態１では、初期電流を１層目の初期電流Ｉｓ１から（ｎｓ２）層目の初期電流Ｉｓ２まで徐々に下げるように設定する。（ｎｓ２）層目は、初期電流の減少が飽和する層であり、消耗電極ワイヤ５１の材料や前層アークスタートから次層アークスタートまでにかかる時間などによって予め設定されている。
　ここで、Ｉｓ１、Ｉｓ２は、１≦β≦αの関係を持つα，βをもちいて、Ｉｓ１＝α・Ｉｓｅｔ，Ｉｓ２＝β・Ｉｓｅｔと表してもよい。つまり、積層高さや積層幅を変えるために溶接電流Ｉｓｅｔを変えても、アークスタート部の溶接電流である初期電流Ｉｓ１，初期電流Ｉｓ２は、アークスタート部の後に形成される定常部の溶接電流である定常電流Ｉｓｅｔ以上に設定され、かつＩｓ１はＩｓ２以上に設定される。これによって、初期電流Ｉｓ１，Ｉｓ２を、定常電流Ｉｓｅｔを基準として適切な設定が可能となる。
　実施の形態１は、前層における積層数に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）が設定される。これによって、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）が積層数に応じて変化するため、図５（Ｂ）に示すように、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　図６は、実施の形態１に係る材料の違いによる溶接電流の変化を示す図である。図６に示すように、消耗電極ワイヤ５１に材料Ａを用いる場合、溶着ビード７０の積層数が１層目から（ｎｓ２Ａ）層目にかけて増加するにつれ、アークスタート部の溶接電流である初期電流がＩｓ１ＡからＩｓ２Ａへと小さくなる。一方、消耗電極ワイヤ５１に材料Ｂを用いる場合、溶着ビード７０の積層数が１層目からｎｓ２Ｂ層目にかけて増加するにつれ、アークスタート部の溶接電流である初期電流がＩｓ１ＢからＩｓ２Ｂへと小さくなる。なお、材料毎に設定されるＩｓ１，Ｉｓ２、上述したα、βなどの特性は、記憶装置３３に記憶されている。
　図６に示すように、消耗電極ワイヤ５１に用いる材料の種類によって、１層目から初期電流が一定となるまでの積層数において初期電流が異なるようになっている。このように、熱伝導率などの材料の特性によって、アークスタート部の初期電流を調整することによって、様々な材料の消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　実施の形態１に係る制御装置３０が実行する処理について具体的に説明する。図７は、実施の形態１に係る制御内容を示すフローチャートである。図７のフローチャートの処理は、制御装置３０の制御におけるメインルーチンから、サブルーチンとして繰返し呼び出されて実行される。制御装置３０は、まずステップＳ（以下、単に「Ｓ」と示す）１において、予め記憶装置３３に記憶されている積層データを確認する。積層データを確認するとは、たとえば、予め設定されている全ての層の溶接トーチ２０の軌跡、および溶接電流(またはワイヤ送給速度)や溶接速度などの積層計画を確認することである。
　次いで、制御装置３０は、図６に示すように、消耗電極ワイヤ５１に用いる材料に応じた溶接条件を設定する（Ｓ２）。制御装置３０は、たとえば、Ｓ２において、材料毎に記憶装置３３からＩｓ１，Ｉｓ２を読み出す、もしくはα，βを読み出し定常電流から計算して設定する。次いで、制御装置３０は、現在の積層数を確認する（Ｓ３）。制御装置３０は、たとえば、予め設定された、もしくは算出されたロボットアーム４０の駆動位置から現在の積層数を確認する。積層数は、別途取付けるカメラやセンサの情報から取得した母材から前層までの全積層分の高さと置き換えてもよい。
　次いで、制御装置３０は、Ｓ３で取得した積層数に応じたアークスタート部の初期電流を設定する（Ｓ４）。次いで、制御装置３０は、１層分の積層を実行する（Ｓ５）。制御装置３０は、予め設定されたプログラムを実行することによって、溶着ビードの積層を行なう。次いで、制御装置３０は、積層計画が完了したか否かを判定する（Ｓ６）。
　制御装置３０は、積層計画が完了していると判定した場合（Ｓ６のＹＥＳ）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置３０は、積層計画が完了していないと判定した場合（Ｓ６のＮＯ）、Ｓ３～Ｓ６の処理を繰り返す。Ｓ３～Ｓ６の処理によって、制御装置３０は、前層までの積層数（現在の積層数）に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流を設定することができる。なお、溶接電流の設定は、溶接電源１０において実行されるようにしてもよい。
　実施の形態１の積層造形システム１において、制御装置３０は、現在の積層数に基づいて、今回積層する層の溶接電流を設定する。これによって、層が高くなることによる熱の溜まりやすさに応じて今回積層する層のアークスタート部の状態を変更できるため、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１の積層造形システム１において、溶接電流の設定に代え、溶接速度の設定を実行する。図８は、実施の形態２に係る溶接速度の変化を示す図である。図８において、アークスタート部において設定される溶接速度を初期溶接速度ｖｓ、定常部において設定される溶接速度を定常溶接速度ｖｓｅｔとする。初期溶接速度ｖｓを定常部より遅くすることで、アークスタート部への入熱量を増やし溶接高さが定常部より高くなることを防ぐ。
　実施の形態２では、積層数に応じて溶接速度を変化することによって、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層する。たとえば、実施の形態２は、図８に示すように、１層目における初期溶接速度ｖｓ１から積層数が増加するにつれアークスタート部の溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）を速くする。実施の形態２では、初期溶接速度を１層目の初期溶接速度ｖｓ１から（ｎｓ２）層目の初期溶接速度ｖｓ２まで徐々に上げるように設定する。（ｎｓ２）層目は、初期溶接速度の増加が飽和する層であり、消耗電極ワイヤ５１の材料などによって予め設定されている。
　ここで、電流の場合と同様に初期溶接速度ｖｓが所定の係数を用いて計算されるようにしてもよい。このようにすれば、定常溶接速度ｖｓｅｔが変化しても初期溶接速度ｖｓを自動で決めることができる。
　アークスタート部の溶接速度である初期溶接速度ｖｓ１，初期溶接速度ｖｓ２は、アークスタート部の後に形成される定常部の溶接速度である定常溶接速度ｖｓｅｔ以下に設定される。これによって、初期溶接速度ｖｓ１，ｖｓ２を、定常溶接速度ｖｓｅｔを基準として適切な設定が可能となる。
　実施の形態２は、前層までの積層数に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）が設定される。これによって、アークスタート部の溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）が積層数に応じて変化するため、図８に示すように、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　なお、制御装置３０は、前層までの積層数に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）および溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）の両方を設定してもよい。図５（Ａ），図８に示すように、初期電流Ｉｓと初期溶接速度ｖｓとの間には、アークスタート部において逆の関係がある。このため、たとえば、制御装置３０は、初期電流Ｉｓを１．５倍とする代わりに、初期電流Ｉｓを１．２倍とするとともに、初期溶接速度ｖｓを０．８倍とする設定をしてもよい。
　実施の形態２の溶接速度の設定においては、消耗電極ワイヤ５１に用いる材料の種類によって、１層目から初期溶接速度が一定となるまでの積層数において初期溶接速度が異なるようにしてもよい。このように、溶けやすさなどの材料の特性によって、アークスタート部の初期溶接速度を調整することによって、様々な材料の消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　［実施の形態３］
　実施の形態３に係る積層造形システム１Ａについて説明する。図９は、実施の形態３に係る積層造形システム１Ａを概略的に示す図である。実施の形態３の積層造形システム１Ａは、検出装置６１を備える点において実施の形態１に係る積層造形システム１と異なる。
　検出装置６１は、たとえば、温度センサである。温度センサ（検出装置６１）は、溶着ビード７０を積層させる際に、図９中の矢印で示す溶接方向に対し、積層する手前の位置Ｔにおける溶着ビード７０の温度を検出する。温度センサ（検出装置６１）は、サーモカメラなどの非接触式のセンサが好ましい。温度センサ（検出装置６１）が検出した溶着ビード７０の温度情報は、制御装置３０へ送信される。温度センサ（検出装置６１）は、面で撮影するサーモカメラではなく、点で撮影するパイロメーターであってもよい。
　制御装置３０は、温度センサ（検出装置６１）から受信した溶着ビード７０の温度情報に応じてアークスタート部における溶接電流（初期電流Ｉｓ）を設定する。制御装置３０は、たとえば、図１０に示すように、前層の溶着ビード７０の温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部における溶接電流（初期電流Ｉｓ）を設定する。制御装置３０は、消耗電極ワイヤ５１の材料に応じて、アークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）を変更する。
　図１０は、実施の形態３に係る材料の違いによる溶接電流の変化を示す図である。図１０の横軸は前層の溶着ビード７０の温度を示し、図１０の縦軸はアークスタート部における溶接電流（初期電流Ｉｓ）を示している。図１０に示すように、消耗電極ワイヤ５１に材料Ａを用いる場合、前層の溶着ビード７０の温度がＴｓ２Ａにかけて増加するにつれ、アークスタート部の溶接電流である初期電流がＩｓ１ＡからＩｓ２Ａへと小さくなる。一方、消耗電極ワイヤ５１に材料Ｂを用いる場合、前層の溶着ビード７０の温度がＴｓ２Ｂにかけて増加するにつれ、アークスタート部の溶接電流である初期電流がＩｓ１ＢからＩｓ２Ｂへと小さくなる。
　温度Ｔｓ２Ａ，Ｔｓ２Ｂは、初期電流の減少が飽和する層であり、消耗電極ワイヤ５１の材料などによって予め設定されている。図１０に示すように、消耗電極ワイヤ５１に用いる材料の種類によって、初期電流が一定となるまでの前層の温度において初期電流が異なるようになっている。このように、熱伝導率などの材料の特性によって、アークスタート部の初期電流を調整することによって、様々な材料の消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　［変形例］
　制御装置３０は、上記の実施の形態３において説明した処理の代わりに、前層の溶着ビード７０の温度に基づいて、実施の形態２で示した今回積層する層の溶接速度の設定をしてもよい。たとえば、制御装置３０は、前層の溶着ビード７０の温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接速度を設定してもよい。制御装置３０は、前層の溶着ビード７０の温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）および溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）の両方を設定してもよい。
　図５などに示したグラフにおいて１層目からｎｓ２層目までのグラフの傾きは一定であったが、曲線等であってもよく、グラフの傾きは一定とならなくともよい。また、図１０に示したグラフについても傾きが一定とならなくともよく、横軸が前層の溶着ビード７０の温度ではなく前層の溶融池のサイズであってもよい。
　上記の実施の形態において、溶接トーチ２０は、多関節のロボットアーム４０ではなく直交系のロボットにより移動するようにしてもよい。
　［まとめ］
　（１）　本開示は、消耗電極ワイヤ５１に溶接電流を供給し、溶着ビード７０を複数層にわたって積層することによって造形物を造形する積層造形システム１（１Ａ）に関する。積層造形システム１（１Ａ）は、消耗電極ワイヤ５１を用いた溶着ビード７０の積層を実行する溶接トーチ２０と、溶接トーチ２０を予め設定された、もしくは算出された溶接速度に基づいて移動させる駆動装置（ロボットアーム４０）と、溶接電流を消耗電極ワイヤ５１に供給する溶接電源１０と、溶接電源１０および駆動装置（ロボットアーム４０）を制御する制御装置３０とを備える。溶着ビード７０は、積層の開始位置であるアークスタート部を含む。制御装置３０は、今回積層する層よりも１つ前の層における積層数または温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流または溶接速度の少なくとも一方を設定する。
　本開示の積層造形システム１（１Ａ）によれば、制御装置３０は、今回積層する層よりも１つ前の層における積層数または温度に基づいて、今回積層する層のアークスタート部の溶接電流または溶接速度の少なくとも一方を設定する。これによって、今回積層するよりも１つ前の層の状態によって今回積層する層のアークスタート部の状態を変更できるため、消耗電極ワイヤを用いる際に溶着ビードを安定して積層することができる。
　（２）　（１）の積層造形システム１において、制御装置３０は、アークスタート部の溶接電流をアークスタート部の後に形成される定常部の溶接電流以上に設定する。
　本開示の積層造形システム１によれば、アークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）を極端に低くせず、定常部の溶接電流（定常電流Ｉｓｅｔ）を基準とした溶接電流の設定が可能となる。
　（３）　（１）または（２）の積層造形システム１において、制御装置３０は、アークスタート部の溶接速度をアークスタート部の後に形成される定常部の溶接速度以下に設定する。
　本開示の積層造形システム１によれば、アークスタート部の溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）を極端に速くさせず、定常部の溶接速度（定常溶接速度ｖｓｅｔ）を基準とした溶接速度の設定が可能となる。
　（４）　（１）～（３）のいずれかに記載の積層造形システム１において、制御装置３０は、溶着ビード７０の積層数が増加するにつれ、アークスタート部の溶接電流を小さくする。
　本開示の積層造形システム１によれば、積層数に応じたアークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）の設定によって、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビードを安定して積層することができる。
　（５）　（１）～（４）のいずれかに記載の積層造形システム１において、制御装置３０は、溶着ビード７０の積層数が増加するにつれ、アークスタート部の溶接速度を速くする。
　本開示の積層造形システム１によれば、積層数に応じたアークスタート部の溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）の設定によって、消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビードを安定して積層することができる。
　（６）　（１）～（５）のいずれかに記載の積層造形システム１（１Ａ）において、制御装置３０は、消耗電極ワイヤ５１の材料に応じて、アークスタート部の溶接電流または溶接速度を変更する。
　本開示の積層造形システム１（Ａ）によれば、材料の特性によって、アークスタート部の溶接電流（初期電流Ｉｓ）または溶接速度（初期溶接速度ｖｓ）を調整することによって、様々な材料の消耗電極ワイヤ５１を用いる際に溶着ビード７０を安定して積層することができる。
　今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　１，１Ａ　積層造形システム、１０　溶接電源、２０　溶接トーチ、２１　ノズル、３０　制御装置、３１　演算装置、３２　メモリ、３３　記憶装置、３４　入出力インターフェイス、４０　ロボットアーム、５０　ワイヤ送給装置、５１　消耗電極ワイヤ、６１　検出装置、７０　溶着ビード、８０　母材、３３０　制御プログラム、Ｉｓ，Ｉｓ１，Ｉｓ２　初期電流、Ｉｓｅｔ　定常電流、ｖｓ，ｖｓ１，ｖｓ２　初期溶接速度、ｖｓｅｔ　定常溶接速度。

Claims (6)

  1. 　消耗電極ワイヤに溶接電流を供給し、溶着ビードを複数層にわたって積層することによって造形物を造形する積層造形システムであって、
    　前記消耗電極ワイヤを用いた前記溶着ビードの積層を実行する溶接トーチと、
    　前記溶接トーチを予め設定された、もしくは算出された溶接速度に基づいて移動させる駆動装置と、
    　前記溶接電流を前記消耗電極ワイヤに供給する溶接電源と、
    　前記溶接電源および前記駆動装置を制御する制御装置とを備え、
    　前記溶着ビードは、積層の開始位置であるアークスタート部を含み、
    　前記制御装置は、今回積層する層よりも１つ前の層における積層数または温度に基づいて、今回積層する層の前記アークスタート部の前記溶接電流または前記溶接速度の少なくとも一方を設定する、積層造形システム。
  2. 　前記制御装置は、前記アークスタート部の前記溶接電流を前記アークスタート部の後に形成される定常部の前記溶接電流以上に設定する、請求項１に記載の積層造形システム。
  3. 　前記制御装置は、前記アークスタート部の前記溶接速度を前記アークスタート部の後に形成される定常部の前記溶接速度以下に設定する、請求項１に記載の積層造形システム。
  4. 　前記制御装置は、前記溶着ビードの積層数が増加するにつれ、前記アークスタート部の前記溶接電流を小さくする、請求項２に記載の積層造形システム。
  5. 　前記制御装置は、前記溶着ビードの積層数が増加するにつれ、前記アークスタート部の前記溶接速度を速くする、請求項３に記載の積層造形システム。
  6. 　前記制御装置は、前記消耗電極ワイヤの材料に応じて、前記アークスタート部の前記溶接電流または前記溶接速度を変更する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の積層造形システム。
PCT/JP2025/014455 2024-04-18 2025-04-11 積層造形システム Pending WO2025220604A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024-067611 2024-04-18
JP2024067611A JP2025163948A (ja) 2024-04-18 2024-04-18 積層造形システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025220604A1 true WO2025220604A1 (ja) 2025-10-23

Family

ID=97403619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2025/014455 Pending WO2025220604A1 (ja) 2024-04-18 2025-04-11 積層造形システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2025163948A (ja)
WO (1) WO2025220604A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015037799A (ja) * 2013-08-19 2015-02-26 株式会社ダイヘン アークスタート制御方法
JP2016209915A (ja) * 2015-05-12 2016-12-15 株式会社ダイヘン ２ワイヤ溶接の溶接開始方法
WO2019146318A1 (ja) * 2018-01-24 2019-08-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク溶接の制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015037799A (ja) * 2013-08-19 2015-02-26 株式会社ダイヘン アークスタート制御方法
JP2016209915A (ja) * 2015-05-12 2016-12-15 株式会社ダイヘン ２ワイヤ溶接の溶接開始方法
WO2019146318A1 (ja) * 2018-01-24 2019-08-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アーク溶接の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2025163948A (ja) 2025-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6887755B2 (ja) 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
CN105579177B (zh) 涉及调节电极的伸出端的焓的材料加工方法和系统
KR101056487B1 (ko) 다층 디엠디 프로세스용 부품 기하학적 독립 실시간 폐쇄루프 용접 풀 온도 제어 시스템
WO2020003899A1 (ja) 積層造形物の製造方法及び製造装置
EP3693118A1 (en) Hybrid additive manufacturing systems using laser and arc welding
JP7586715B2 (ja) 積層造形物の製造方法
US12330246B2 (en) Systems and methods for additive manufacturing in a controlled short circuit welding system
WO2013129294A1 (ja) モータ制御装置
US12350762B2 (en) Systems and methods for height control in laser metal deposition
WO2021117468A1 (ja) 積層造形装置および積層造形物の製造方法
JP4848036B2 (ja) アーク溶接方法
WO2025220604A1 (ja) 積層造形システム
JP7697918B2 (ja) ロボットの制御装置、制御方法、およびプログラム
WO2024190092A1 (ja) 積層造形装置の制御情報修正方法、造形方法及びプログラム
WO2025220603A1 (ja) 積層造形システム
JPH11226733A (ja) 溶接ワイヤ送給装置
JP2023179161A (ja) 積層造形溶接方法および積層造形溶接装置
WO2025220601A1 (ja) 積層造形システム
WO2026009538A1 (ja) 積層造形システム
JP7828319B2 (ja) 積層造形方法
JP7580682B1 (ja) 積層造形装置および積層造形方法
JP7588512B2 (ja) 溶接ロボット
JP2025125886A (ja) 溶接条件設定装置、溶接条件設定方法及びプログラム
JPH10193106A (ja) パイプ円周自動溶接方法および制御装置
JP2025026000A (ja) 積層造形溶接方法

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: 25789460

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1