(57)【要約】【課題】積層造形時の熱収縮に伴う変形を極力抑えて造形精度を高めることが可能な積層造形物の積層造形計画設計方法、製造方法、及び製造装置、並びにプログラムを提供する。【解決手段】母材Ｍに、溶加材Ｆｍを溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層Ｂを複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画設計方法であって、造形する積層造形物Ｗの３次元形状データを用いて、溶着ビード層Ｂの積層方向を設定する積層方向設定工程と、母材Ｍに積層方向に沿って溶着ビード層Ｂを形成する際に、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、積層造形物Ｗを積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置Ｓに設定する分割位置設定工程と、分割位置Ｓを含む大きさ及び形状の母材Ｍを選択する母材選択工程と、を含む。【選択図】図２Ｅ
2020001075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画設計方法であって、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する積層方向設定工程と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する分割位置設定工程と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する母材選択工程と、
を含む、積層造形物の積層造形計画設計方法。
【請求項２】
前記積層方向設定工程において、前記積層方向を複数設定し、
前記分割位置設定工程において、それぞれの前記積層方向に関して前記中立位置を割り出して前記分割位置に設定し、
前記母材選択工程において、複数の前記分割位置の交差部を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する
請求項１に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
【請求項３】
前記分割位置設定工程において、前記積層造形物を、前記積層方向と直交する特定方向に関して前記中立位置が連続する領域毎に分割し、
分割された複数の分割体から、体積が最大となる分割体の前記中立位置を前記分割位置に設定する
請求項１または請求項２に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
【請求項４】
前記分割位置設定工程において、前記積層造形物を、前記積層方向に沿って体積が等分となる位置で分割し、当該分割位置を前記分割位置に設定する
請求項１または請求項２に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層造形計画設計方法によって決定された積層造形手順に応じて、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
【請求項６】
前記母材選択工程において、板材からなる前記母材を選択し、当該板材からなる前記母材の表裏面に、前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を積層する
請求項５に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項７】
前記母材選択工程において、棒材からなる前記母材を選択し、当該棒材からなる前記母材に対して、互いに直交する前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を積層する
請求項５に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項８】
前記母材選択工程において、丸棒材からなる前記母材を選択し、当該丸棒材からなる前記母材の周面に、前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を放射状に積層する
請求項５に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層造形計画設計方法に応じて、積層造形手順を決定する制御部と、
決定された前記積層造形手順に応じて駆動され、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
【請求項１０】
母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する手順と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する手順と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する手順と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形物の積層造形計画設計方法、製造方法、及び製造装置、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産手段として３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザや電子ビーム、更にはアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。
また、板状部材同士を溶接する際に、接合に関する所定のパラメータから反り量を予測し、そり量を制御して所望の形状の接合体とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３７２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、溶融金属を積層させて積層造形物を製造する積層造形方法では、母材に溶着ビードからなる溶着ビード層を積層することで、任意の形状を直接的に造形していく。このとき、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層には、熱収縮を伴う変形が生じて造形精度が低下するおそれがある。このため、この熱収縮に伴う変形を極力抑えて積層造形することが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、積層造形時の熱収縮に伴う変形を極力抑えて造形精度を高めることが可能な積層造形物の積層造形計画設計方法、製造方法、及び製造装置、並びにプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は下記構成からなる。
（１）  母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画設計方法であって、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する積層方向設定工程と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する分割位置設定工程と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する母材選択工程と、
を含む、積層造形物の積層造形計画設計方法。
（２）  （１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形計画設計方法によって決定された積層造形手順に応じて、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
（３）  （１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形計画設計方法に応じて、積層造形手順を決定する制御部と、
決定された前記積層造形手順に応じて駆動され、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
（４）  母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する手順と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する手順と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する手順と、
を実行させるプログラム。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、積層造形時の熱収縮に伴う変形を極力抑えて造形精度を高めることが可能な積層造形物の積層造形計画設計方法、製造方法、及び製造装置、並びにプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
【図２Ａ】本発明の製造方法によって製造する積層造形物の一例を示す概略側面図である。
【図２Ｂ】積層方向設定工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図２Ｃ】分割位置設定工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図２Ｄ】母材選択工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図２Ｅ】積層造形工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図２Ｆ】製造した積層造形物の概略側面図である。
【図３Ａ】参考例に係る積層造形物の概略側面図である。
【図３Ｂ】参考例に係る積層造形物の熱収縮による変形状態を示す積層造形物の模式図である。
【図４】本例の製造方法によって製造した積層造形物の熱収縮による変形状態を示す積層造形物の模式図である。
【図５】変形例１に係る積層造形物を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は側面図である。
【図６】変形例２に係る積層造形物を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】変形例２に係る積層造形物の熱収縮による変形状態を示す図であって、（ａ）は製造途中の積層造形物の概略正面図、（ｂ）は製造した積層造形物の概略正面図である。
【図８】変形例２に係る積層造形物の製造手順の一例を示す図であって、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ製造途中の積層造形物の概略正面図である。
【図９】変形例３に係る積層造形物における中立位置を示す概略側面図である。
【図１０】変形例３に係る積層造形物の積層造形計画を説明する図であって、（ａ）は分割位置設定工程を説明する積層造形物の模式図、（ｂ）は母材選択工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図１１】変形例３に係る積層造形物の他の積層造形計画を説明する図であって、（ａ）は分割位置設定工程を説明する積層造形物の模式図、（ｂ）は母材選択工程を説明する積層造形物の模式図である。
【図１２】変形例４に係る積層造形物を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１３】変形例４に係る積層造形物の製造手順を示す図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ製造途中の積層造形物の正面図である。
【図１４】変形例５に係る積層造形物の正面図である。
【図１５】変形例５に係る積層造形物を製造する際の積層方向設定工程、分割位置設定工程及び母材選択工程を説明する積層造形物の概略正面図である。
【図１６】変形例５に係る積層造形物の製造手順の一例を示す図であって、（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ製造途中の積層造形物の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
本構成の積層造形物の製造装置１００は、積層造型装置である造形部１１と、造形部１１を統括制御する造形コントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
【００１０】
造形部１１は、先端軸にトーチ１７が設けられたトーチ移動機構としての溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｆｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。溶接ロボット１９は、例えば６軸の自由度を有する多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｆｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
【００１１】
トーチ１７は、溶加材Ｆｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｆｍの先端からアークを発生する。トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるようになっている。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｆｍがコンタクトチップに保持される。
【００１２】
溶加材Ｆｍは、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ  Ｚ  ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ  Ｚ  ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
【００１３】
溶加材Ｆｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、造形コントローラ１３からの指令により、溶接ロボット１９はトーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｆｍを溶融及び凝固させる。これにより、溶加材Ｆｍの溶融凝固体である溶着ビードが形成される。そして、この溶着ビードからなる溶着ビード層を積層させることで積層造形物Ｗを製造する。
【００１４】
溶加材Ｆｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。アークを用いる場合は、シールド性を確保しつつ、素材、構造によらずに簡単にビードを形成できる。電子ビームやレーザにより加熱する場合は、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。
【００１５】
造形コントローラ１３は、ビードマップ生成部３１と、プログラム生成部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。制御部３７には、作製しようとする積層造形物の形状を表す３次元モデルデータ（ＣＡＤデータ等）や、各種の指示情報が入力部３９から入力される。
【００１６】
ビードマップ生成部３１は、入力された積層造形物の３次元モデルデータを用いて、ビードを形成する位置情報を含むビードマップを生成する。生成されたビードマップは、記憶部３５に記憶される。
【００１７】
プログラム生成部３３は、造形部１１を駆動して積層造形物Ｗの造形手順を設定し、この手順をコンピュータに実行させるプログラムを、上記のビードマップを用いて生成する。生成されたプログラムは、記憶部３５に記憶される。
【００１８】
記憶部３５には、造形部１１が有する各種の駆動部や可動範囲等の仕様情報も記憶され、プログラム生成部３３でプログラム生成する際や、プログラムを実行する際に適宜情報が参照される。この記憶部３５は、メモリやハードディスク等の記憶媒体からなり、各種情報の入出力が可能となっている。
【００１９】
制御部３７を含む造形コントローラ１３は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース等を備えるコンピュータ装置であって、記憶部３５に記憶されたデータやプログラムを読み込み、データの処理やプログラムを実行する機能、及び造形部１１の各部を駆動制御する機能を有する。制御部３７は、入力部３９からの操作や通信等による指示によって、記憶部３５からプログラムを読み込み、実行する。
【００２０】
制御部３７がプログラムを実行すると、溶接ロボット１９や電源装置１５等がプログラムされた所定の手順に従って駆動される。溶接ロボット１９は、造形コントローラ１３からの指令により、プログラムされた軌道軌跡に沿ってトーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｆｍを所定のタイミングでアークにより溶融させて、所望の位置に溶着ビードを形成する。
【００２１】
ビードマップ生成部３１やプログラム生成部３３は、造形コントローラ１３に設けられるがこれに限らない。図示はしないが、例えば積層造形物の製造装置１００とは別体に、ネットワーク等の通信手段や記憶媒体を介して離間して配置されたサーバや端末等の外部コンピュータに、ビードマップ生成部３１やプログラム生成部３３が設けられてもよい。外部コンピュータにビードマップ生成部３１やプログラム生成部３３が接続されることで、積層造形物の製造装置１００を要せずにビードマップやプログラムを生成でき、プログラム生成作業が繁雑にならない。また、生成したビードマップやプログラムを、造形コントローラ１３の記憶部３５に転送することで、造形コントローラ１３で生成した場合と同様に動作させることができる。
【００２２】
次に、上記の製造装置１００によって、積層造形物の積層造形計画を設計して積層造形物を製造する基本的な製造手順を工程毎に説明する。
【００２３】
（形状データ入力工程）
まず、入力部３９から制御部３７に積層造形物Ｗの形状を表す３次元形状データを入力する。３次元形状データには、積層造形物Ｗの外表面の座標等の寸法情報の他、必要に応じて参照される材料の種類や最終仕上げ等の情報も含まれる。
【００２４】
（積層方向設定工程）
造形する積層造形物Ｗの３次元形状データを用いて、溶着ビード層の積層方向を設定する。図２Ａは一例に係る積層造形物Ｗを示している。図２Ａに示すように、一例として示す積層造形物Ｗは、直方体形状の造形物である。積層方向設定工程では、図２Ａに示す形状の積層造形物Ｗの３次元形状データが制御部３７に入力されることで、この積層造形物Ｗの３次元形状データを用いて、積層造形物Ｗを形成する溶着ビード層の積層方向を設定する。ここでは、図２Ｂに示すように、積層造形物Ｗを形成する溶着ビード層Ｂの積層方向Ａを上下方向に設定した場合を例示している。
【００２５】
（分割位置設定工程）
積層造形物Ｗを積層方向Ａに関して複数の領域に分割する分割位置を設定する。この分割位置は、母材に積層方向Ａに沿って溶着ビード層Ｂを形成する際に、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ全体の熱収縮が最小となる中立位置である。図２Ｃに示すように、積層方向Ａを上下方向に設定した積層造形物Ｗでは、母材を配置して、母材の複数の領域に対向する各対向面に、積層方向Ａに沿って溶着ビード層Ｂをそれぞれ形成する際に、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ全体の熱収縮が最小となる中立位置Ｔは、上下方向の中央位置となる。したがって、この積層造形物Ｗでは、積層方向Ａである上下方向の面状の中央位置からなる中立位置Ｔを分割位置Ｓに設定する。
【００２６】
（母材選択工程）
積層造形物Ｗにおける分割位置Ｓを設定したら、この分割位置Ｓを含む大きさ及び形状の母材を選択する。この母材としては、コストを抑えるべく単純形状のものを選択するのが好ましく、例えば、平板、丸棒材、角棒材、ブロック材などを選択する。図２Ｄに示すように、積層造形物Ｗでは、例えば、面状の中立位置Ｔからなる分割位置Ｓを含む平板からなる母材Ｍを選択する。
【００２７】
（積層造形工程）
上記のようにして、積層方向Ａの決定、分割位置Ｓの設定及び母材Ｍの選択を行ったら、その積層造形計画の手順に応じて、母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層して積層造形物Ｗを造形する。図２Ｅに示すように、製造装置１００にセットした平板状の母材Ｍに対して、設定された層形状データから生成されるトーチ１７の移動軌跡に沿って、その表裏面に溶着ビードからなる溶着ビード層Ｂを積層させる。具体的には、母材Ｍの表裏面に対して、造形部１１のトーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら、溶加材Ｆｍを溶融させ、溶融した溶加材Ｆｍを母材Ｍに供給する。これにより、母材Ｍの表裏面に対して複数の溶着ビード層Ｂを積層させる。これにより、図２Ｆに示すように、母材Ｍの表裏面に複数の溶着ビード層Ｂを積層したブロック部５３，５５が形成された積層造形物Ｗを製造する。
【００２８】
ここで、参考例について説明する。
図３Ａに示すように、参考例では、積層方向Ａの一端側に板状の母材Ｍを設置し、この母材Ｍの一方の面に溶着ビード層Ｂを積層して積層造形物Ｗを製造している。この参考例では、図３Ｂに示すように、一方向に連続して溶着ビード層Ｂを積層していくことで、熱収縮が一方向側に累積し、目標形状（図３Ｂ中点線で示す形状）に対して積層造形物Ｗが偏って変形して造形精度が低下してしまう。
【００２９】
これに対して、本例によれば、図４に示すように、母材Ｍに積層方向Ａに沿って溶着ビード層Ｂを形成する際に、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ全体の熱収縮が最小となる中立位置Ｔを割り出し、この中立位置Ｔを、積層造形物Ｗを積層方向Ａに関して複数の領域に分割する分割位置Ｓに設定し、この分割位置Ｓを含む大きさ及び形状の母材Ｍを選択する。したがって、選択した母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層させて積層造形物Ｗを製造した際に、熱収縮が母材Ｍの表裏の両側の領域にバランスよく分散されるので、溶着ビードの熱による熱収縮の影響を極力抑えることができる。これにより、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りを抑え、高い造形精度で積層造形物Ｗを製造することができる。
【００３０】
次に、各種の変形例について説明する。
（変形例１）
図５の（ａ）〜図５の（ｄ）に示すように、変形例１に係る積層造形物Ｗ１は、板状の母材Ｍの表裏に、異なる外形の角筒部６３，６５を有しており、これらの角筒部６３，６５は、溶着ビード層Ｂを積層することで造形される。この積層造形物Ｗ１では、積層方向をＡとすると、角筒部６３，６５の境界部分が面状の中立位置Ｔである。したがって、この積層造形物Ｗ１を製造する場合は、中立位置Ｔを積層方向Ａに関して二つの領域に分割する分割位置Ｓに設定する（分割位置設定工程）。そして、面状の中立位置Ｔからなる分割位置Ｓを含む平板状の母材Ｍを選択し（母材選択工程）、この母材Ｍの表裏面に溶着ビード層Ｂを積層する。これにより、平板状の母材Ｍの表裏に、異なる外形の角筒部６３，６５が形成された積層造形物Ｗ１を造形する（積層造形工程）。
【００３１】
この変形例１の場合も、選択した母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層させて積層造形物Ｗ１を製造した際に、熱収縮が母材Ｍの表裏の両側の領域にバランスよく分散されるので、溶着ビードの熱による熱収縮の影響を極力抑えることができる。
【００３２】
（変形例２）
図６の（ａ）及び図６の（ｂ）に示すように、変形例２に係る積層造形物Ｗ２は、板状の母材Ｍの表裏面に、異なる外形のブロック部７３，７５を有しており、これらのブロック部７３，７５は、溶着ビード層Ｂを積層することで造形される。この積層造形物Ｗ２は、積層方向をＡとすると、ブロック部７３，７５の境界部分が面状の中立位置Ｔとなる。したがって、この積層造形物Ｗ２を製造する場合は、中立位置Ｔを積層方向Ａに関して二つの領域に分割する分割位置Ｓに設定する（分割位置設定工程）。そして、面状の中立位置Ｔからなる分割位置Ｓを含む平板状の母材Ｍを選択し（母材選択工程）、この母材Ｍの表裏に溶着ビード層Ｂを積層する。これにより、平板状の母材Ｍの表裏面に、異なる外形のブロック部７３，７５が形成された積層造形物Ｗ２を造形する（積層造形工程）。
【００３３】
この変形例２に係る積層造形物Ｗ２を製造する場合、例えば、図７の（ａ）に示すように、母材Ｍに対して一方の領域側のブロック部７３を造形すると、このブロック部７３を造形した時点で、ブロック部７３の熱収縮の影響で曲げ応力Ｆ１が付与される。その後、他方の領域側のブロック部７５を造形すると、図７の（ｂ）に示すように、他方のブロック部７５の熱収縮の影響で、ブロック部７３の造形時と逆方向の曲げ応力Ｆ２が付与される。これにより、積層造形物Ｗ２には、各領域毎に大きな熱収縮が偏って付与されることで歪みが生じるおそれがある。
【００３４】
このため、積層造形物Ｗ２を造形する際には、熱収縮による歪みを抑制すべく、次のように溶着ビード層Ｂを積層する。
【００３５】
母材Ｍに対して一方の領域に溶着ビード層Ｂを形成する。すると、図８の（ａ）に示すように、形成した溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により、分割位置Ｓに対して造形途中の積層造形物の中立位置Ｔ０が溶着ビード層Ｂを形成した一方の領域側に変位する。
【００３６】
この状態から、分割位置Ｓに対して、中立位置Ｔ０と反対側の他方の領域に溶着ビード層Ｂを形成する。すると、図８の（ｂ）に示すように、形成した溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により中立位置Ｔ０が溶着ビード層Ｂを形成した他方の領域側に変位する。
【００３７】
この状態から、分割位置Ｓに対して、中立位置Ｔ０と反対側の一方の領域に溶着ビード層Ｂを形成する。すると、図８の（ｃ）に示すように、形成した溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により中立位置Ｔ０が溶着ビード層Ｂを形成した一方の領域側に変位する。
【００３８】
同様に、分割位置Ｓに対して、中立位置Ｔ０と反対側の他方の領域に溶着ビード層Ｂを形成する。すると、図８の（ｄ）に示すように、形成した溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により中立位置Ｔ０が溶着ビード層Ｂを形成した他方の領域側に変位する。
【００３９】
このように、母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層する際に、分割位置Ｓに対して、造形途中の積層造形物の中立位置Ｔ０と反対側に溶着ビード層Ｂを積層させる。これにより、造形途中の積層造形物の中立位置Ｔ０を分割位置Ｓに近付けながら造形することができ、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りを、よりバランスよく抑えることができる。
【００４０】
（変形例３）
図９に示すように、変形例３に係る積層造形物Ｗ３では、溶着ビード層Ｂの積層方向Ａと直交する特定方向Ｃに沿って中立位置Ｔが変化している。このように、中立位置Ｔが特定方向Ｃに沿って変化する積層造形物Ｗ３において、分割位置Ｓを設定する場合について説明する。
【００４１】
まず、図１０の（ａ）に示すように、積層造形物Ｗ３を、積層方向Ａと直交する特定方向Ｃに関して中立位置Ｔが連続する領域毎に分割する。次に、分割した複数の分割体Ｗ３ａ，Ｗ３ｂ，Ｗ３ｃ，Ｗ３ｄから、体積が最大となる分割体を選択する。積層造形物Ｗ３では、体積が最大となる分割体はＷ３ｂであるので、この分割体Ｗ３ｂを選択する。そして、図１０の（ｂ）に示すように、選択した分割体Ｗ３ｂの中立位置Ｔを分割位置Ｓに設定する。その後、この分割位置Ｓを含む平板状の母材Ｍを選択し（母材選択工程）、この母材Ｍの表裏面に溶着ビード層Ｂを積層して積層造形物Ｗ３を造形する（積層造形工程）。
【００４２】
次に、溶着ビード層Ｂの積層方向Ａと直交する特定方向Ｃに沿って中立位置Ｔが変化する変形例３に係る積層造形物Ｗ３の分割位置Ｓの他の設定の仕方について説明する。
【００４３】
まず、図１１の（ａ）に示すように、積層造形物Ｗ３を、積層方向Ａに沿って体積が等分となる位置で分割する。そして、図１１の（ｂ）に示すように、体積が等分となる位置で分割した分割体Ｗ３ｅ，Ｗ３ｆの分割位置を、母材Ｍの選択基準とする分割位置Ｓに設定する。その後、この分割位置Ｓを含む平板状の母材Ｍを選択し（母材選択工程）、この母材Ｍの表裏面に溶着ビード層Ｂを積層して積層造形物Ｗ３を造形する（積層造形工程）。
【００４４】
このように、変形例３によれば、積層方向Ａと直交する特定方向Ｃに形状が変化する複雑形状の積層造形物Ｗ３を製造する際の熱収縮による変形及び熱収縮の偏りをバランスよく抑えることができる。
【００４５】
（変形例４）
図１２の（ａ）及び図１２の（ｂ）に示すように、変形例４に係る積層造形物Ｗ４は、異なる外形の４つのブロック部９３，９５，９７，９９を有している。ブロック部９３，９５及びブロック部９７，９９は、それぞれ互いに対向方向に延在されている。
【００４６】
このような積層造形物Ｗ４では、例えば、造形する積層造形物Ｗ４の３次元形状データを用いて、ブロック部９３，９５に沿う積層方向Ａ１及びブロック部９７，９９に沿う積層方向Ａ２を設定する（積層方向設定工程）。
【００４７】
次に、積層造形物Ｗ４の分割位置を設定する。具体的には、設定した積層方向Ａ１，Ａ２に関して、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ４全体の熱収縮が最小となるそれぞれの中立位置Ｔを割り出す。そして、これらの中立位置Ｔを分割位置Ｓ１，Ｓ２に設定する（分割位置設定工程）。
【００４８】
積層造形物Ｗ４における分割位置Ｓ１，Ｓ２を設定したら、これらの分割位置Ｓ１，Ｓ２の交差部Ｓ０を含む大きさ及び形状の母材Ｍを選択する（母材選択工程）。例えば、母材Ｍとしては、極力コストを抑えることが可能な単純形状の棒材を選択する。ここでは、丸棒材からなる棒材を用いている。なお、母材Ｍとしては、丸棒材に限らず角棒材であってもよい。
【００４９】
積層方向Ａ１，Ａ２の決定、分割位置Ｓ１，Ｓ２の設定及び母材Ｍの選択を行ったら、丸棒材からなる母材Ｍに対して溶着ビード層Ｂを積層方向Ａ１，Ａ２に積層させ、ブロック部９３，９５，９７，９９を造形する（積層造形工程）。このとき、図１３の（ａ）に示すように、まず、母材Ｍに対して積層方向Ａ１に沿う互いに対向したブロック部９３，９５を造形する。そして、ブロック部９３，９５の造形後、図１３の（ｂ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ２に沿う互いに対向したブロック部９７，９９を造形する。
【００５０】
このように、変形例４では、複数の積層方向Ａ１，Ａ２を設定することで割り出される複数の中立位置Ｔからなる分割位置Ｓ１，Ｓ２を設定し、これらの分割位置Ｓ１，Ｓ２の交差部Ｓ０を含む大きさ及び形状の母材Ｍを選択する。したがって、棒材からなる母材Ｍに対して直交する方向に溶着ビード層Ｂが積層された積層造形物Ｗ４を、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りをより細かく抑えつつ高い造形精度で製造することができる。
【００５１】
（変形例５）
図１４に示すように、変形例５に係る積層造形物Ｗ５は、３つのブロック部１０３，１０５，１０７を有している。これらのブロック部１０３，１０５，１０７は、放射状に延在されている。
【００５２】
このような積層造形物Ｗ５では、図１５に示すように、例えば、造形する積層造形物Ｗ５の３次元形状データを用いて、ブロック部１０３に沿う積層方向Ａ１、ブロック部１０５に沿う積層方向Ａ２及びブロック部１０７に沿う積層方向Ａ３を設定する（積層方向設定工程）。
【００５３】
次に、積層造形物Ｗ５の分割位置を設定する。具体的には、設定した積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３に関して、溶着ビードの熱による積層造形物Ｗ５全体の熱収縮が最小となるそれぞれの中立位置Ｔを割り出し、これらの中立位置Ｔを分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に設定する（分割位置設定工程）。
【００５４】
積層造形物Ｗ５における分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を設定したら、これらの分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の交差部Ｓ０を含む大きさ及び形状の母材Ｍを選択する（母材選択工程）。例えば、母材Ｍとしては、極力コストを抑えることが可能な単純形状の丸棒材を選択する。
【００５５】
積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３の決定、分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の設定及び母材Ｍの選択を行ったら、丸棒材からなる母材Ｍに対して溶着ビード層Ｂを積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３に積層させ、ブロック部１０３，１０５，１０７を造形する（積層造形工程）。母材Ｍに対して溶着ビード層Ｂを積層させる場合、熱収縮の付与の偏りを抑えながら積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３へ溶着ビード層Ｂを積層させる。具体的には、母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層する際には、造形途中の積層造形物の各積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３に沿う中立位置の交差部Ｔ０が分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の交差部Ｓ０から極力外れないようにする。
【００５６】
ここで、図１６は、丸棒材からなる母材Ｍに対して積層方向Ａ１，Ａ２，Ａ３へ順に溶着ビード層Ｂを積層させた場合の造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０の変動を示している。
【００５７】
図１６の（ａ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ１へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が積層方向Ａ１に沿って溶着ビード層Ｂを積層した領域側に変位する。
【００５８】
この状態から、図１６の（ｂ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ２へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が積層方向Ａ１，Ａ２に沿って溶着ビード層Ｂを積層した領域側に変位する。
【００５９】
さらに、この状態から、図１６の（ｃ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ３へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、母材Ｍに対して溶着ビード層Ｂの熱収縮が均等に付与されることで、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が、分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の交差部Ｓ０に一致される。
【００６０】
この状態から、図１６の（ｄ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ３へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が積層方向Ａ３に沿って溶着ビード層Ｂを積層した領域側に変位する。
【００６１】
この状態から、図１６の（ｅ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ１へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、溶着ビード層Ｂの熱収縮の影響により、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が積層方向Ａ１，Ａ３に沿って溶着ビード層Ｂを積層した領域側に変位する。
【００６２】
さらに、この状態から、図１６の（ｆ）に示すように、母材Ｍに対して積層方向Ａ２へ溶着ビード層Ｂを形成する。すると、母材Ｍに対して溶着ビード層Ｂの熱収縮が均等に付与されることで、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が、分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の交差部Ｓ０に一致される。
【００６３】
このように、母材Ｍに溶着ビード層Ｂを積層する際に、造形途中の積層造形物の中立位置の交差部Ｔ０が分割位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の交差部Ｓ０から極力外れないようにすることで、製造した積層造形物Ｗ５の全体の歪みを抑制することができる。
【００６４】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００６５】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画設計方法であって、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する積層方向設定工程と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する分割位置設定工程と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する母材選択工程と、
を含む、積層造形物の積層造形計画設計方法。
この積層造形計画設計方法によれば、母材に積層方向に沿って溶着ビード層を形成する際に、溶着ビードの熱による積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、積層造形物を積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定し、この分割位置を含む大きさ及び形状の母材を選択する。したがって、選択した母材に溶着ビード層を積層させて積層造形物を製造した際に、溶着ビードの熱による熱収縮の影響を極力抑えることができる。これにより、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りを抑え、高い造形精度で積層造形物を製造することができる。
【００６６】
（２）  前記積層方向設定工程において、前記積層方向を複数設定し、
前記分割位置設定工程において、それぞれの前記積層方向に関して前記中立位置を割り出して前記分割位置に設定し、
前記母材選択工程において、複数の前記分割位置の交差部を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する（１）に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
この積層造形計画設計方法によれば、積層方向を複数設定することで割り出される複数の中立位置からなる分割位置を設定し、分割位置の交差部を含む大きさ及び形状の母材を選択する。したがって、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りをより細かく抑えることができ、さらに高い造形精度で積層造形物を製造することができる。
【００６７】
（３）  前記分割位置設定工程において、前記積層造形物を、前記積層方向と直交する特定方向に関して前記中立位置が連続する領域毎に分割し、
分割された複数の分割体から、体積が最大となる分割体の前記中立位置を前記分割位置に設定する（１）または（２）に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
この積層造形計画設計方法によれば、積層方向と直交する特定方向に形状が変化する複雑形状の積層造形物を製造する際の熱収縮による変形及び熱収縮の偏りをバランスよく抑えることができる。
【００６８】
（４）  前記分割位置設定工程において、前記積層造形物を、前記積層方向に沿って体積が等分となる位置で分割し、当該分割位置を前記分割位置に設定する（１）または（２）に記載の積層造形物の積層造形計画設計方法。
この積層造形計画設計方法によれば、積層方向と直交する特定方向に形状が変化する複雑形状の積層造形物を製造する際の熱収縮による変形及び熱収縮の偏りをバランスよく抑えることができる。
【００６９】
（５）  （１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形計画設計方法によって決定された積層造形手順に応じて、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、溶着ビードの熱で生じる熱収縮による変形及び熱収縮の偏りが抑えられた高い造形精度の積層造形物を製造することができる。
【００７０】
（６）  前記母材選択工程において、板材からなる前記母材を選択し、当該板材からなる前記母材の表裏面に、前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を積層する（５）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、板材からなる母材の表裏に溶着ビード層が積層された積層造形物を高い造形精度で製造することができる。
【００７１】
（７）  前記母材選択工程において、棒材からなる前記母材を選択し、当該棒材からなる前記母材に対して、互いに直交する前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を積層する（５）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、棒材からなる母材に対して直交する方向に溶着ビード層が積層された積層造形物を高い造形精度で製造することができる。
【００７２】
（８）  前記母材選択工程において、丸棒材からなる前記母材を選択し、当該丸棒材からなる前記母材の周面に、前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を放射状に積層する（５）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、丸棒材からなる母材の周面に溶着ビード層が放射状に積層された積層造形物を高い造形精度で製造することができる。
【００７３】
（９）  （１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形計画設計方法に応じて、積層造形手順を決定する制御部と、
決定された前記積層造形手順に応じて駆動され、前記母材に前記溶着ビード層を積層して前記積層造形物を造形する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、溶着ビードの熱で生じる熱収縮による変形及び熱収縮の偏りが抑えられた高い造形精度の積層造形物を製造することができる。
【００７４】
（１０）  母材に、溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードからなる溶着ビード層を複数積層して造形する積層造形物の積層造形計画を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
造形する前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記溶着ビード層の積層方向を設定する手順と、
前記母材に前記積層方向に沿って前記溶着ビード層を形成する際に、前記溶着ビードの熱による前記積層造形物全体の熱収縮が最小となる中立位置を割り出し、この中立位置を、前記積層造形物を前記積層方向に関して複数の領域に分割する分割位置に設定する手順と、
前記分割位置を含む大きさ及び形状の前記母材を選択する手順と、
を実行させるプログラム。
このプログラムによれば、選択した母材に溶着ビード層を積層させて積層造形物を製造した際に、溶着ビードの熱による熱収縮の影響が極力抑えられる。これにより、熱収縮による変形及び熱収縮の偏りを抑え、高い造形精度で積層造形物を製造することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１１  造形部
３７  制御部
１００  積層造形物の製造装置
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３  積層方向
Ｂ  溶着ビード層
Ｃ  特定方向
Ｆｍ  溶加材
Ｍ  母材
Ｓ  分割位置
Ｔ  中立位置
Ｗ，Ｗ１〜Ｗ５  積層造形物
Ｗ３ａ〜Ｗ３ｆ  分割体
【図１】
2020001075.tif 000003
【図２Ａ】
2020001075.tif 000004
【図２Ｂ】
2020001075.tif 000005
【図２Ｃ】
2020001075.tif 000006
【図２Ｄ】
2020001075.tif 000007
【図２Ｅ】
2020001075.tif 000008
【図２Ｆ】
2020001075.tif 000009
【図３Ａ】
2020001075.tif 000010
【図３Ｂ】
2020001075.tif 000011
【図４】
2020001075.tif 000012
【図５】
2020001075.tif 000013
【図６】
2020001075.tif 000014
【図７】
2020001075.tif 000015
【図８】
2020001075.tif 000016
【図９】
2020001075.tif 000017
【図１０】
2020001075.tif 000018
【図１１】
2020001075.tif 000019
【図１２】
2020001075.tif 000020
【図１３】
2020001075.tif 000021
【図１４】
2020001075.tif 000022
【図１５】
2020001075.tif 000023
【図１６】
2020001075.tif 000024