(57)【要約】【課題】溶融金属を用いた金属加工及び造形における欠陥を少なくする。【解決手段】  この三次元造形装置は、金属を溶融させる溶融ヘッド部と、溶融ヘッドを駆動する駆動部と、三次元設計データに基づいて造形パスを生成し駆動部を制御する制御部とを備える。造形パスは、第１方向に沿って伸びる第１パスと、前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスとを繰り返すものである。そして、当該造形パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に延びて前記第２パスに向かう方向に折り返す折り返しパスを備える。 【選択図】図９
2018086664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を溶融させる溶融ヘッドと、
前記溶融ヘッドを駆動する駆動部と、
溶接パスを生成し前記駆動部を制御する制御部と
を備え、
前記溶接パスは、
第１方向に沿って伸びる第１パスと、
前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスと
を繰り返すものであり、且つ
前記溶接パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える、
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
前記第１パスは、第１の間隔で繰り返し形成され、
前記折り返しパスは、前記第１パスと直交する方向に沿った第１の長さが、前記第１の間隔よりも短い、請求項１記載の溶接装置。
【請求項３】
前記第１の長さは、前記第１の間隔の１／３である、請求項２記載の溶接装置。
【請求項４】
溶接パスを生成するステップと、
前記溶接パスに沿って溶融ヘッドを駆動して前記溶接パスに沿って溶融金属を堆積させるステップと
を備え、
前記溶接パスは、
第１方向に沿って伸びる第１パスと、
前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスと
を繰り返すものであり、且つ
前記溶接パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
前記第１パスは、第１の間隔で繰り返し形成され、
前記折り返しパスは、前記第１パスと直交する方向に沿った第１の長さが、前記第１の間隔よりも短い、請求項４記載の溶接方法。
【請求項６】
前記第１の長さは、前記第１の間隔の１／３である、請求項５記載の溶接方法。
【請求項７】
金属を溶融させる溶融ヘッドと、
前記溶融ヘッドを駆動する駆動部と、
三次元設計データに基づいて造形パスを生成し前記駆動部を制御する制御部と
を備え、
前記造形パスは、
第１方向に沿って伸びる第１パスと、
前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスと
を繰り返すものであり、且つ
前記造形パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える、
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項８】
前記第１パスは、第１の間隔で繰り返し形成され、
前記折り返しパスは、前記第１パスと直交する方向に沿った第１の長さが、前記第１の間隔よりも短い、請求項７記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記第１の長さは、前記第１の間隔の１／３である、請求項８記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記造形パスは、造形しようとする造形物の３次元ＣＡＤデータを平面に沿って分断して生成されるスライスデータに沿って形成され、
前記第２パスは、前記スライスデータの輪郭に沿った方向を長手方向として生成される、請求項７記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記第２パスの長手方向の長さは、近接する前記スライスデータの輪郭の曲率が大きいほど大きく設定される、請求項１０記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
三次元設計データに基づく造形パスを生成するステップと、
前記造形パスに沿って溶融ヘッドを駆動して前記造形パスに沿って溶融金属を堆積させるステップと
を備え、
前記造形パスは、
第１方向に沿って伸びる第１パスと、
前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスと
を繰り返すものであり、且つ
前記造形パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える、
ことを特徴とする三次元造形方法。
【請求項１３】
前記第１パスは、第１の間隔で繰り返し形成され、
前記折り返しパスは、前記第１パスと直交する方向に沿った第１の長さが、前記第１の間隔よりも短い、請求項１２記載の三次元造形方法。
【請求項１４】
前記第１の長さは、前記第１の間隔の１／３である、請求項１３記載の三次元造形方法。
【請求項１５】
前記造形パスは、造形しようとする造形物の３次元ＣＡＤデータを平面に沿って分断して生成されるスライスデータに沿って形成され、
前記第２パスは、前記スライスデータの輪郭に沿った方向を長手方向として生成される、請求項１３記載の三次元造形方法。
【請求項１６】
前記第２パスの長手方向の長さは、近接する前記スライスデータの輪郭の曲率が大きいほど大きく設定される、請求項１５記載の三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接装置、溶接方法、三次元造形装置、及び三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接装置により金属材料を肉盛り溶接又は多層溶接し、金属構造材の加工や修復を行う方法が知られている。
【０００３】
また、三次元造形装置において、金属を材料とし、アーク放電等により金属を溶融させた後凝固させ、いわゆる肉盛り溶接を行うことにより、三次元設計データに従った金属製の造形物を製造する三次元造形装置も提案されている。このような金属材料を取り扱う三次元造形装置は、溶接装置の一態様と考えられる。
【０００４】
しかし、このような溶接装置及び三次元造形装置では、連続する造形パスに沿って金属を溶融・堆積させて構造材の加工、造形を行おうとした場合において、造形物に欠陥（設計データには存在しない空隙）が形成されることがあるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０５４１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、溶融金属を用いた金属加工及び造形において欠陥を少なくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶接装置は、金属を溶融させる溶融ヘッドと、前記溶融ヘッドを駆動する駆動部と、溶接パスを生成し前記駆動部を制御する制御部とを備える。前記溶接パスは、第１方向に沿って伸びる第１パスと、前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスとを繰り返すものである。そして、当該溶接パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に延びて前記第２パスに向かう方向に折り返す折り返しパスを備える。また、本発明に係る溶接方法は、溶接パスを生成するステップと、溶接パスに沿って溶融ヘッドを駆動して溶接パスに沿って溶融金属を堆積させるステップとを備える。溶接パスは、第１方向に沿って伸びる第１パスと、第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスとを繰り返すものである。さらに、その溶接パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える。
また、本発明に係る三次元造形装置は、金属を溶融させる溶融ヘッドと、前記溶融ヘッドを駆動する駆動部と、三次元設計データに基づいて造形パスを生成し前記駆動部を制御する制御部とを備える。前記造形パスは、第１方向に沿って伸びる第１パスと、前記第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスとを繰り返すものである。そして、当該造形パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に延びて前記第２パスに向かう方向に折り返す折り返しパスを備える。また、本発明に係る三次元造形方法は、三次元設計データに基づく造形パスを生成するステップと、造形パスに沿って溶融ヘッドを駆動して造形パスに沿って溶融金属を堆積させるステップとを備える。造形パスは、第１方向に沿って伸びる第１パスと、第１方向とは異なる第２方向に延びる第２パスとを繰り返すものである。さらに、その造形パスは、前記第１パス及び前記第２パスの間において、前記第２パスから離れる方向に突出して折り返す折り返しパスを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の三次元造形装置の全体構成を説明する概略図である。
【図２】第１の実施形態の溶接トーチ部を説明する概略図である。
【図３Ａ】スライスデータの生成、及び造形パスの生成の方法を説明する概念図である。
【図３Ｂ】第１の実施の形態の三次元造形装置に従った三次元造形方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】スライスデータＬｉの生成、及び造形パスＦＰの生成の方法を説明する概念図である。
【図５Ａ】造形パスＦＰに沿った溶融金属の堆積について説明する概念図である。
【図５Ｂ】造形パスＦＰに沿った溶融金属の堆積について説明する概念図である。
【図６】造形パスＦＰに沿った溶融金属の堆積を行った場合の問題（欠陥の発生）について説明する概念図である。
【図７】造形パスＦＰに沿った溶融金属の堆積を行った場合の問題（欠陥の発生）について説明する概念図である。
【図８】造形パスＦＰに沿った溶融金属の堆積を行った場合の問題（欠陥の発生）について説明する概念図である。
【図９】第１の実施の形態の造形パスＦＰ（折り返しパスＦＰｔ）について説明する概念図である。
【図１０】第１の実施の形態の造形パスＦＰ（折り返しパスＦＰｔ）について説明する概念図である。
【図１１】折り返しパスＦＰｔを設けることの効果を示す。
【図１２】第２の実施の形態で生成される造形パスＦＰについて説明する概念図である。
【図１３】変形例に係る溶接装置の概略構成を示す。
【図１４】図１３の装置の溶融ヘッドの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１を参照して、第１の実施の形態の三次元造形装置の全体構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、「三次元造形装置」とは、母材上に新たに造形物を形成する装置だけでなく、既存の造形物上に更に金属を堆積させ（肉盛り溶接させ）、既存の造形物を加工又は修復する装置も含む意味で使用される。
図１に示す三次元造形装置は、アーク溶接方式を用い、金属（例えば鋳鉄、軟鋼、ステンレス鋼、金型材（ＳＫＤ）、インコネル、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、チタン、マグネシウム合金など）を溶融・凝固（肉盛り溶接、又は多層溶接）させて造形物を形成する溶接装置である。一例として、この三次元造形装置は、タンク１０、溶接トーチ部３０（溶融ヘッド）、冷却機構４０、制御装置（コンピュータ）５０、及び駆動部６０を備えている。
【００１１】
タンク１０は、造形される造形物、及び造形物が堆積される母材２０を格納する容器であり、冷却機構４０から供給される冷却水を保持可能に構成されている。冷却機構４０から供給される冷却水により、造形物は冷却され凝固する。タンク１０中の冷却水の水位は、造形物の造形が進むにつれて変化する。冷却水の水位の調節及び排出は制御装置５０からの制御信号に従い行われ得る。
【００１２】
また、溶接トーチ部３０は、金属材料をアーク放電により溶融させて母材２０上に堆積させる役割を有する。溶接トーチ部３０の詳細な構成は後ほど図２を参照して説明する。制御装置５０は、溶接トーチ部３０に対する各種制御を行うとともに、駆動部６０に対し駆動制御信号を送信して駆動部６０を駆動させて、溶接トーチ部３０のＸＹＺ方向の位置を制御する。駆動部６０は、詳細の図示は省略するが、一例として、ＸＹテーブルと、ＸＹテーブルに装着された上下駆動機構の組合せとすることができる。
【００１３】
また、制御装置５０は、外部から供給された造形物の形状に関する３次元ＣＡＤデータに基づきスライスデータを生成するとともに、更にそのスライスデータに基づき、溶接トーチ部３０をＸＹ方向に移動させる経路（造形パス（溶接パス））を生成する。この造形パスに沿って溶接トーチ部３０が移動し、スライスデータに基づいた金属の堆積が繰り返されることで、３次元ＣＡＤデータに従った造形物が形成される。
【００１４】
次に、溶接トーチ部３０のより詳細な構成例を、図２を参照して説明する。溶接トーチ部３０は、一例として、ノズル３１、コンタクトチップ３２、ワイヤ駆動部３３、電源３４、シールドガス供給部３５、及びスイッチング回路３７を備える。
【００１５】
ノズル３１は、その内部をＺ方向に貫通する空洞部を備えた筒状体である。この空洞部を通して、造形物の材料であるワイヤ３６が供給されるとともに、シールドガス供給部３５からのシールドガスＧｕが供給される。
【００１６】
コンタクトチップ３２は、ノズル３１の空洞部に設けられ、ワイヤ３６と電気的に接触するとともに、ワイヤ３６にアーク発生のための高電圧を印加するため、電源３４の正極端子（＋）に接続されている。ワイヤ駆動部３３は、例えば図２に示すように、ワイヤ３６を両側から挟むように配置された一対のローラを備える。ワイヤ駆動部３６は、ローラが回転することにより、ワイヤ３６をノズル３１の内部へと送り込む役割を有する。
【００１７】
電源３４は、アーク発生のための高電圧を発生させる電圧源であり、その正極端子をコンタクトチップ３２に接続される一方、負極端子（−）を母材２０に接続される。電源３４と母材２０又はコンタクトチップ２０との間の電気的接続は、スイッチング回路３７によって制御される。
【００１８】
また、シールドガス供給部３５は、アーク溶接中のアークや溶融池の周辺を大気から遮蔽するためのシールドガスを供給する部分であり、図示は省略するが、シールドガスを格納するボンベやバルブなどを備えている。シールドガス供給部３５の制御は、制御部５０からの制御信号に従い行うことができる。シールドガスは、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス、又はそれらの混合気体である。
【００１９】
次に、スライスデータの生成、及び造形パスの生成に関して図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照して説明する。図３Ａは、スライスデータの生成及び造形パスの生成の手順を示す概念図であり、図３Ｂは、第１の実施の形態の装置による三次元造形方法の手順を示すフローチャートである。また、図４は造形パスの詳細を示す平面図である。ここでは一例として、造形される造形物及びそれに対応する３次元ＣＡＤデータＣＤは、中心部に空洞を有する円筒形状であるものとして説明を行う。
【００２０】
図３Ａに示すように、造形すべき造形物の構造を示す３次元ＣＡＤデータＣＤは、制御装置５０、又は外部の装置において、複数層のスライスデータＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・・に分割される（図３ＢのステップＳ１）。スライスデータＬｉ（ｉ＝１，２，３，４・・・）は、３次元ＣＡＤデータを３次元直交座標のＸＹ平面に沿った平面状に切断して形成されるＸＹ平面形状データである。さらに、個々のスライスデータＬｉにおいては、スライスデータＬｉに基づく金属材料の堆積を行うための造形パスＦＰが制御装置５０において生成される（図３ＢのステップＳ２）。造形パスＦＰに沿って前述の溶接トーチ部３０が移動し、溶融金属が母材２０上又は堆積された金属上に堆積されることで、スライスデータＬｉに従った造形がなされる（図３ＢのステップＳ３）。
【００２１】
造形パスＦＰは、図３Ａ、更に拡大図である図４に示すように、スライスデータＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・・の各々において、複数回に亘って折り返す、いわば九十九折り形状を与えられる。具体的には、造形パスＦＰは、一例として、１つの方向（例えばＸ方向）を長手方向として伸びる第１パスＦＰ１、及び第１方向とは異なる方向に伸びる第２パスＦＰ２とを繰り返し形成したものとすることができる。第１パスＦＰ１は、その長手方向と交差する方向（例えばＹ方向）に所定の配置ピッチＷ１で繰り返し形成される。そして、第２パスＦＰ２は、第１パスＦＰ１とは異なる方向（交差する方向）に延び、そのような配置ピッチＷ１で配置された２つの第１パスＦＰ１を接続するように形成される。このような九十九折り形状の造形パスＦＰは、互いに平行な複数の造形パスを繰り返し形成する場合に比べ、造形時間を短縮することができる。
【００２２】
図４では、すべての第１パスＦＰ１がＸ方向を長手方向として形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一部の第１パスＦＰ１はＸ方向とは異なる方向を長手方向として形成されてもよい。また、図４では、第１パスＦＰ１は全て直線状であるが、これに限定されるものではない。また、配置ピッチＷ１も全ての第１パスＦＰ１において同一である必要はなく、諸条件に従って変更することは可能である。また、造形パスＦＰは、１つのスライスデータＬｉ中で複数に分割されていてもよいし、いわゆる一筆書きのように、連続した１本の線であってもよい。
【００２３】
また、第２パスＦＰ２は、隣接する２つの第１パスＦＰ１を接続するものであり、第２パスＦＰ２は、第１方向とは異なる方向に伸びる。第２パスＦＰ２は、第１パスＦＰ１同士を接続する役割の経路であるので、その長さは第１パスＦＰ１よりも短く、前述のピッチＷ１と同程度か、それもよりも若干長い程度である。なお、図４では図示されていないが、第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２との間には、後述するような折り返しパスＦＰｔが形成されることが好適である。
【００２４】
なお、前述のような九十九折り形状の造形パスＦＰに加え、スライスデータＬｉの輪郭に沿った造形パスを形成することもできる。例えば図４に示すように、スライスデータＬｉの外周及び内周に沿った造形パスＦＰｏ及びＦＰｉを形成することができる。この場合、第２パスＦＰ２は、この造形パスＦＰｏ又はＦＰｉに沿う方向に形成されるのが好ましい。換言すれば、第２パスＦＰは、近接するスライスデータＬｉの輪郭に沿った方向に長手方向を有するように生成されるのが好適である。また、造形パスＦＰ２は、図３Ａ、図４では、ほぼ直線状の形状を有するものとして説明されているが、所定の曲率を与えられていても良い。
【００２５】
図５Ａに示すように、造形パスＦＰ（第１パスＦＰ１、第２パスＦＰ２）に沿って溶接トーチ部３０が移動し、溶融金属が溶融池に移動（堆積）すると、その溶融金属３７ｍは造形パスＦＰと直交する方向に所定の幅Ｗｍ、例えば５〜１０ｍｍ程度の幅を持つ。このため、第１パスＦＰ１の配置ピッチＷ１を例えば幅Ｗｍと同程度か、幅Ｗｍよりも小さい値に設定することにより、スライスデータＬｉの各々において、隙間なく金属材料を埋めることができる。図５Ｂに示すように、配置ピッチＷ１を幅Ｗｍの半分程度に設置する方法（ハーフラップ法）が好適であるが、これに限定されるものではない。
スライスデータＬｉの輪郭に沿った造形パスＦＰｏ、ＦＰｉも形成する場合、その造形パスＦＰｏ、ＦＰｉにおいても、溶融金属３７ｏ、３７ｉは造形パスＦＰｏ、ＦＰｉに直交する方向において所定の幅を有する。なお、スライスデータＬｉに沿った造形パスＦＰｏ、ＦＰｉの形成は任意であり、省略することも可能である。
【００２６】
ところで、図３Ａ〜図５Ａ、図５Ｂに示すように、造形パスＦＰを、第１パスＦＰ１、ＦＰ２の単なる繰り返しとした場合においては、動作条件その他によっては次のような問題点が生じる場合がある。その問題点に関し、図６及び図７を参照して説明する。
【００２７】
前述のように、第１パスＦＰ１、及びＦＰ２に沿って溶接トーチ部３０が移動し、溶融金属が第１パスＦＰ１又はＦＰ２に沿った溶融池に移動（堆積）すると、そのパスの両側に溶融金属が広がり、隣接する複数のパスＦＰ１又はＦＰ２の間の空間も堆積金属３７ｍで埋められる。しかし、第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２の間の接続部においては、堆積金属３７ｍの輪郭に凹凸が生じ、その凹凸の部分においては、溶融金属が埋まりにくいため、図６及び図７に示すように欠陥が生じやすい箇所となる。すなわち、金属を溶融させ溶融金属が母材や造形物上で広がる事により凹凸部分に発生する隙間を埋める場合、溶融された金属が小さく残っている隙間に十分に流れ込み完全に充填できていない場合などがある。その場合、微小な欠陥がその部分にて発生する場合がある。これらはスライスデータＬｉの輪郭に沿った造形パスＦＰｉ、ＦＰｏを第１パスＦＰ２に対して図５Ｂに記載する位置よりも内側に設けた場合にも起こる可能性があり、また溶融金属を積層する場合にも同様に発生する可能性がある。
スライスデータＬ１の輪郭が直線に近い部分ではそのような欠陥は、発生したとしてもその大きさは小さいが（図６）、スライスデータＬ１の輪郭が屈曲している部分（曲率が大きい部分）においては、欠陥の大きさが顕著となる場合がある（図７）。なお、このような欠陥は、スライスデータＬｉの輪郭に沿った造形パスＦＰｉ、ＦＰｏの有無にかかわらず問題となる。また、上記のような欠陥は、図５Ｂのようなハーフラップ法を用いた場合も同様に生じ得る。
【００２８】
このため、第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２との接続部においては、図８のように第１のパスＦＰ１と第２パスＦＰ２とを直接に接続するのではなく、図９に示すような折り返しパスＦＰｔを設けることが好適である。折り返しパスＦＰｔは、第１パスＦＰ１とＦＰ２を接続するパスであるが、第１パスＦＰ１とは長手方向が異なる。すなわち、折り返しパスＦＰｔは、第１パスＦＰ１の長手方向とは異なる方向であって、第２パスＦＰ２から離れる方向に突出し、第２パスＦＰ２の方向に折り返す形状を有している。隣接する２つの折り返しパスＦＰｔは、その端部において対向する。その対向距離は、第１パスＦＰ１の配置ピッチＷ１よりも小さい。なお、後述する通り、折り返しパスＦＰｔに関しては、第１パスＦＰ１から折り返しパスＦＰｔを通って第２パスＦＰ２に向かうように溶接トーチ部３０が移動される場合と、逆に第２パスＦＰ２から折り返しパスＦＰｔを通って第１パスＦＰ１に向かうように溶接トーチ部３０が移動される場合とがある。
【００２９】
なお、図示した例においては、折り返しパスＦＰｔの端部は鋭角状に折れ曲がる形状を有しているが、折り返しパスＦＰｔはこれに限定されるものではない。折り返しパスＦＰｔの端部の形状に丸みが与えられていてもよいし、折り返し部が複数個設けられていても良い。また、折り返しパスＦＰｔの折り返し部の角度は、鋭角である必要はなく、鈍角であってもよい。また、上下方向で隣接する層に形成される２つの造形パスＦＰは互いにＸＹ方向の位置が同一とされていてもよいし、これとは異なり、例えばハーフピッチずつズレた位置に設定されてもよい。これは、折り返しパスＦＰｔについても同様である。
【００３０】
このような折り返しパスＦＰｔを第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２の間に設けることにより、図６及び図７で説明したような欠陥が生じる虞を小さくすることができる。すなわち、第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２の接続部付近においても、金属を堆積すべき部分に漏れなく溶融金属が移動し、欠陥の発生を抑制することができる。
【００３１】
折り返しパスＦＰｔの突出距離Ｗｔ（対応する第１パスＦＰ１と直交する方向に沿った距離）は、第１パスＦＰ１の配置ピッチＷ１の１／４〜１／２に設定するのが好適であり、より好ましくは１／３に設定される。
【００３２】
図１１を参照して、折り返しパスＦＰｔを設けることの効果を説明する。図１１（ａ）は、折り返しパスＦＰｔを設けなかった場合の造形物の断面写真であり、図１１（ｂ）は、折り返しパスＦＰｔの突出距離Ｗｔを配置ピッチＷ１の１／３に設定した場合の造形物の断面写真である。なお、写真の造形物は、フローニアス社製の溶接機を用い、以下のような条件を設定して造形したものである。
・溶接方法：パルス溶接
・溶接電流：２００［Ａ］
・ワイヤ３６の送り速度：６．３［ｍｍ／分］
・溶接電圧：１６・６［Ｖ］
・溶接トーチ部３０の移動速度：２００又は２５０［ｍｍ／分］
・入熱量：９９６又は７９７［ＫＪ／ｍ］
・ワイヤ３６の断面の直径：１．２［ｍｍ］
・シールドガス（Ａｒ８０％、ＣＯ２２０％）：２０［ｌ／分］
・配置ピッチＷ１：７．３［ｍｍ］
【００３３】
写真から明らかなように、折り返しパスＦＰｔを設けなかった場合に比べ、突出距離Ｗｔ＝１／３Ｗ１の折り返しパスＦＰｔを設けた場合には、造形物の欠陥の数が少なくなることが分かる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る三次元造形装置を、図１２を参照して説明する。この第２の実施の形態の三次元造形装置は、折り返しパスＦＰｔの形成方法が、第１の実施の形態と異なっている。三次元造形装置の基本構造（図１〜図２）や、折り返しパスＦＰｔの形成以外の動作は第１の実施の形態と同一であるので、重複した説明は省略する。
【００３５】
図１２に示すように、第２の実施の形態は、折り返しパスＦＰｔの長手方向の距離Ｌｔを、スライスデータＬｉの輪郭の曲率Ｃに従って変化させる。例えば、図１２に示すように、スライスデータＬｉの輪郭の曲率が、場所によってＣ１、Ｃ２、Ｃ３と変化する場合を考える。曲率Ｃ１の輪郭の近辺での折り返しパスＦＰｔの長手方向の長さをＬｔ１、曲率Ｃ２（＞Ｃ１）の輪郭の近辺での折り返しパスＦＰｔの長手方向の長さをＬｔ２、曲率Ｃ３（＞Ｃ２）の輪郭の近辺での折り返しパスＦＰｔの長手方向の長さをＬｔ３とする。この場合、長さＬｔ１、Ｌｔ２、Ｌｔ３の長さの関係をＬｔ３＞Ｌｔ２＞Ｌｔ１と設定する。
【００３６】
スライスデータＬｉの輪郭の曲率Ｃが大きい部分においては、対向する２つの折り返しパスＦＰｔの根本（第１パスＦＰ１と第２パスＦＰ２の仮想上の交点Ｘｉ）の間の距離は、輪郭の曲率が小さい部分に比べて大きくなる。このため、折り返しパスＦＰｔの長手方向の長さＬｔがスライスデータＬｉの輪郭の曲率Ｃに拘わらず同一であると、その部分に欠陥が生じる虞がある。このため、第２の実施の形態では、長さＬｔｉをスライスデータＬｉの輪郭の曲率に応じて変化させることで、欠陥の発生を抑制している。
【００３７】
［その他］
以上、金属材料を加工又は形成する装置の一態様として、アーク溶接方式を用いた三次元造形装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記の例では、３次元ＣＡＤデータに基づいて造形パスを形成し、その造形パスに沿って溶接トーチ部を移動させる三次元造形装置を説明した。しかし、３次元ＣＡＤデータに基づいて造形を行う代わりに、例えばいわゆるティーチングを行って溶接トーチ部の移動経路（造形パス）を制御部に記憶させ、その記憶された造形パスに従って金属構造材の加工を行う溶接装置にも、本発明を適用することが可能である。
【００３８】
また、本発明は、図１３及び図１４に一例として示すようなレーザ溶接型の溶接装置及び金属３Ｄプリンタにも適用することが可能である。図１３のレーザ溶接型の溶接装置１００Ａ（三次元造形装置）は、一例として、筐体１０Ａ、溶融ヘッド３０Ａ、制御装置（コンピュータ）５０Ａ、及び駆動部６０Ａを備えている。
【００３９】
筐体１０Ａは、造形される造形物、及び造形物が堆積される母材２０Ａを格納する容器である。また、溶融ヘッド３０Ａは、金属粉体をレーザで溶融させて母材２０Ａ上に堆積させる役割を有する。溶融ヘッド３０Ａの詳細な構成は後ほど図１４を参照して説明する。制御装置５０Ａは、溶融ヘッド３０に対する各種制御を行うとともに、駆動部６０Ａに対し駆動制御信号を送信して駆動部６０Ａを駆動させて、溶融ヘッド３０ＡのＸＹＺ方向の位置を制御する。
【００４０】
また、制御装置５０Ａは、外部から供給された造形物の形状に関する３次元ＣＡＤデータに基づきスライスデータを生成するとともに、更にそのスライスデータに基づき、溶融ヘッド３０ＡをＸＹ方向に移動させる経路（造形パス）を生成する。この造形パスに沿って溶融ヘッド３０Ａが移動し、スライスデータに基づいた金属の堆積が繰り返されることで、３次元ＣＡＤデータに従った造形物が形成される。この点、上記の実施の形態（アーク溶接方式）の溶接装置及び三次元造形装置と同様である。
【００４１】
次に、溶融ヘッド３０Ａのより詳細な構成例を、図１４を参照して説明する。溶融ヘッド３０Ａは、一例として、ノズル３０１、レーザ照射部３０２、金属粉体供給ノズル３０３、シールドガス供給部３０５、及び駆動部３０６を備える。
【００４２】
ノズル３０１は、その内部をＺ方向に貫通する空洞部を備えた筒状体である。この空洞部を通して、造形物の材料である金属粉体Ｐｗが供給されるとともに、シールドガス供給部３０５からのシールドガスＧｕが供給される。
【００４３】
レーザ照射部３０２は、図示しないレーザ光源及び集光光学系を備え、レーザ光ＬＢを造形物（母材２０等）の表面に集光させる。この集光されたレーザ光により金属粉体Ｐｗは溶融される。金属粉体供給ノズル３０３は、レーザ照射部３０２と共にノズル３０１の内部に配置され、金属粉体Ｐｗを供給する。なお、レーザ照射部３０２及び金属粉体供給ノズル３０３は、駆動部３０６により制御される。シールドガス供給部３０５は、溶融池付近に不活性ガスＧｕを供給するものである。この図１３及び図１４の溶接装置又は金属３Ｄプリンタにおいても、上記の実施の形態と同様の造形パスＦＰを形成することが可能である。また、造形パスＦＰの形成は、上述の実施の形態と同様に、３ＤＣＡＤデータに基づいて行っても良いし、いわゆるティーチングによって行っても良い。  
【００４４】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・タンク、  ３０・・・溶接トーチ部、３０Ａ・・・溶融ヘッド、  ３１、３０１・・・ノズル、  ３２・・・コンタクトチップ、  ３３・・・ワイヤ駆動部、  ３４・・・電源、  ３５、３０５・・・シールドガス供給部、  ３７・・・スイッチング回路、  ４０・・・冷却機構、  ５０、５０Ａ・・・制御装置（コンピュータ）、  ６０、６０Ａ・・・駆動部、  ＣＤ・・・３次元ＣＡＤデータ、  Ｌｉ・・・スライスデータ、  ＦＰ、ＦＰｉ、ＦＰｏ・・・造形パス、  ＦＰ１・・・第１パス、  ＦＰ２・・・第２パス、  ＦＰｔ・・・折り返しパス。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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