(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加対象面上に線状のビードを積層することにより立体造形物を造形する積層造形方法であって、
１本目の線状のビードと２本目の線状のビードとを、予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、予め定められた同じ形成条件で平行に形成するステップと、
前記同じ形成条件で前記隙間に３本目の線状のビードを形成するステップと、
前記３本目の線状のビードの形成後に、偶数本目に形成する前記線状のビードを、２本前に形成した線状のビードとの間に予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、前記形成条件で前記１本目の線状のビードと平行に形成するステップと、
前記３本目の線状のビードの形成後に、奇数本目に形成する前記線状のビードを、１本前に形成した前記線状のビードと３本前に形成した前記線状のビードとの間の前記隙間に、前記形成条件で形成するステップと、
を含むことを特徴とする積層造形方法。
【請求項２】
付加対象面上に線状のビードを積層することにより立体造形物を造形する加工経路を生成する加工経路生成方法であって、
造形物の造形対象形状を表す造形形状データを取得するステップと、
前記線状のビードの形成形状の情報である基準線ビード形成情報を取得するステップと、
前記造形形状データと前記基準線ビード形成情報とに基づいて、前記造形対象形状を、前記線状のビードの高さを有する互いに平行な複数の分割層に分割し、前記複数の分割層の各々の下面である複数のビード形成面を抽出するステップと、
前記複数のビード形成面の各々に、前記ビード形成面の端部から奇数本の前記線状のビードを形成して、前記造形対象形状の形状が形成されるまで前記線状のビードを積層する加工経路を生成するステップと、
を含み、
前記加工経路を生成するステップでは、前記請求項１に記載の積層造形方法により、前記奇数本の前記線状のビードを複数の前記ビード形成面の各々に形成する場合について前記加工経路を生成すること、
を特徴とする加工経路生成方法。
【請求項３】
前記加工経路を生成するステップでは、前記複数の分割層の各々について、前記奇数本の前記線状のビードの全体の幅を前記分割層の幅に一致させる、前記線状のビードの造形条件と前記線状のビードの幅および高さの情報とを、前記線状のビードの造形条件と前記造形条件に対応した線状のビードの形状情報との関連性を示すプロセスマップから導出すること、
を特徴とする請求項２に記載の加工経路生成方法。
【請求項４】
前記加工経路を生成するステップでは、前記奇数本の前記線状のビードの全体の幅を前記分割層の幅に一致させることができない場合に、前記造形対象形状の体積に対して余剰形状が付加された余剰造形対象形状を生成し、前記余剰造形対象形状に対して、前記複数のビード形成面を抽出するステップと、前記加工経路を生成するステップと、を行い、
前記余剰造形対象形状は、前記余剰造形対象形状と前記造形対象形状との体積差を評価関数として、前記線状のビードの本数と前記線状のビードの造形条件とを変数として、前記余剰形状の体積が予め定められた閾値よりも小さくなるように設定されること、
を特徴とする請求項２に記載の加工経路生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の立体物を積層造形する積層造形方法および積層造形における加工経路を生成する加工経路生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元の立体物を造形する技術として、付加製造（ＡＭ：Additive  Manufacturing）と呼ばれる技術が知られている。付加製造の方式には複数の種類があるが、ダイレクトエナジーデポジション（ＤＥＤ：Directed  Energy  Deposition）方式は、他の積層方式に比べて、造形時間が短い、積層材料の切替が簡単である、ベース材質の制限が少ない、といった利点がある。また、ＤＥＤ方式は、造形に用いる量だけの材料が消費されるため、材料の無駄が少なく、また加工ヘッドの構成を変更することで粉末およびワイヤの両方が材料として使用可能である。特に、ワイヤは、既製品である溶接用ワイヤを流用できるため、価格が安価であり、入手が容易である。【０００３】
ＤＥＤ方式と同様に溶融させた材料を母材の上に積層して積層部を形成する技術として、特許文献１には、間隙を有して積層部を複数形成し、間隙に積層部を形成して第１層積層体を形成し、第１層積層体に対して積層部が複数形成され、複数の積層部同士が間隙を有し、間隙に積層部を形成して第２層積層体を形成する溶接方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５１０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、全ての第１層積層体が形成された後に第２層積層体が形成される。このため、第２層積層体が形成されるときには、第１層積層体は冷えてしまっている。このため、第１層積層体と第２層積層体とを同じ条件で形成する場合には、形成条件が同じであるにもかかわらず、第１層積層体が形成される形成対象面と第２層積層体が形成される形成対象面との温度が大きく異なる。形成対象面の温度が大きく異なる場合には、形成された積層体の形状および高さのばらつきが大きくなる。したがって、特許文献１に記載された方法を付加製造に適用しても、造形物の形状精度を改善することは困難である。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、造形物の形状精度の向上が可能な積層造形方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる積層造形方法は、付加対象面上に線状のビードを積層することにより立体造形物を造形する積層造形方法である。積層造形方法は、１本目の線状のビードと２本目の線状のビードとを、予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、予め定められた同じ形成条件で平行に形成するステップと、同じ形成条件で隙間に３本目の線状のビードを形成するステップと、を含む。また、積層造形方法は、３本目の線状のビードの形成後に、偶数本目に形成する線状のビードを、２本前に形成した線状のビードとの間に予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、形成条件で１本目の線状のビードと平行に形成するステップと、３本目の線状のビードの形成後に、奇数本目に形成する線状のビードを、１本前に形成した線状のビードと３本前に形成した線状のビードとの間の隙間に、形成条件で形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる積層造形方法は、造形物の形状精度を向上させることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる付加製造システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１にかかるＣＡＭ装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる制御装置のハードウェア構成を示すブロック図
【図４】図１に示す付加製造装置による付加加工によって付加対象面に形成された堆積物を示す模式上面図
【図５】図１に示す付加製造装置による付加加工によって付加対象面に形成された堆積物を示す模式断面図であり、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った要部断面図
【図６】図１に示した付加製造装置の付加加工処理の手順を示すフローチャート
【図７】図１に示した付加製造装置の付加加工処理において付加対象面に第１の線ビードが形成された状態を示す模式断面図
【図８】図１に示した付加製造装置の付加加工処理において付加対象面に第２の線ビードが形成された状態を示す模式断面図
【図９】図１に示した付加製造装置の付加加工処理において付加対象面に第３の線ビードが形成された状態を示す模式断面図
【図１０】図１に示した付加製造装置の付加加工処理において付加対象面に第４の線ビードが形成された状態を示す模式断面図
【図１１】図１に示した付加製造装置の付加加工処理において付加対象面に第５の線ビードが形成された状態を示す模式断面図
【図１２】図２に示したＣＡＭ装置における加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャート
【図１３】図２に示した加工経路生成部における処理対象となるＣＡＤデータで表される造形対象形状の一例を示す模式図
【図１４】図２に示した加工経路生成部により分割された分割層の一例を示す模式図
【図１５】図２に示した加工経路生成部が参照するプロセスマップの一例を示す図
【図１６】図２に示したＣＡＭ装置における実施の形態３にかかる加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャート
【図１７】図２に示したＣＡＭ装置における実施の形態４にかかる加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャート
【図１８】図２に示したＣＡＭ装置で生成される第２の加工経路に従って形成される余剰造形対象形状に対応する基準線ビードの形成例を示す模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる積層造形方法および加工経路生成方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる付加製造システム２００の構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかるＣＡＭ（Computer  Aided  Manufacturing）装置１１０の構成を示すブロック図である。付加製造装置１００は、ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物の付加対象面へ付加する付加加工により３次元の立体造形物を製造する、ＤＥＤ方式の付加製造装置である。本実施の形態１において、ビームはレーザビーム２４であって、材料はワイヤ状の造形材料である金属製のワイヤ５であるものとする。なお、ワイヤ状の造形材料は、金属以外の材料であってもよい。付加製造システム２００は、付加製造装置１００およびＣＡＭ装置１１０を備える。
【００１２】
付加製造装置１００は、ベース材１７にビードを堆積させることによって、金属材料による堆積物１８をベース材１７の表面に形成する。ビードは、溶融したワイヤ５が凝固することによって形成される物体であり堆積物１８を構成する。本実施の形態１においては、線状のビードを形成する。以下では、線状のビードを線ビードと称する。すなわち、線ビードは、ワイヤ５が溶融凝固した線状の金属である。ベース材１７は、ステージ１５に載置される。被加工物とは、ベース材１７と堆積物１８とを指すものとする。造形物とは、加工プログラムにしたがった材料の付加を終えた後のベース材１７と堆積物１８とを指すものとする。図１に示すベース材１７は板材である。ベース材１７は、板材以外のものであっても良い。
【００１３】
付加製造装置１００は、ビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３とを有する加工ヘッド１０を備える。ビームノズル１１は、材料を溶融させる熱源であるレーザビーム２４を、被加工物の加工領域へ向けて出射する。ワイヤノズル１２は、被加工物におけるレーザビーム２４の照射位置へ向けてワイヤ５を進行させる。すなわち、ワイヤノズル１２は、被加工物の加工領域に向けてワイヤ５を供給する。なお、付加製造装置１００は、ワイヤノズル１２から造形材料として粉末金属を噴出させて造形を行う方式を採用することも可能である。
【００１４】
ガスノズル１３は、堆積物１８の酸化抑制および線ビードの冷却のためのシールドガス２５を被加工物の加工領域へ向けて噴出する。ビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３とは、加工ヘッド１０に固定されることにより、互いの位置関係が一意に定められている。すなわち、加工ヘッド１０により、ビームノズル１１とガスノズル１３とワイヤノズル１２との相対位置関係が固定されている。
【００１５】
レーザ発振器２は、レーザビーム２４を発振する。ビーム源であるレーザ発振器２からのレーザビーム２４は、光伝送路であるファイバーケーブル３を通ってビームノズル１１へ伝搬する。レーザ発振器２とファイバーケーブル３とビームノズル１１とにより、ワイヤ５を溶融させるレーザビーム２４をワイヤ５の中心軸と非同軸に被加工物へ照射する照射部が構成される。ガス供給装置７は、配管８を通じてガスノズル１３へガスを供給する。ガス供給装置７と配管８とガスノズル１３とにより、加工領域２６へシールドガス２５を噴出するガス供給部が構成される。
【００１６】
ワイヤ５が巻き付けられているワイヤスプール６は、材料の供給源である。サーボモータである回転モータ４の駆動に伴ってワイヤスプール６が回転することによって、ワイヤ５はワイヤスプール６から繰り出される。ワイヤスプール６から繰り出されたワイヤ５は、ワイヤノズル１２を通されて、レーザビーム２４の照射位置へ供給される。回転モータ４とワイヤスプール６とワイヤノズル１２とにより、ワイヤ供給部１９が構成される。
【００１７】
ヘッド駆動装置１４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へ加工ヘッド１０を移動させる。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に平行な軸である。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。ヘッド駆動装置１４は、Ｘ軸方向への加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｙ軸方向の加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｚ軸方向への加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータとを有する。ヘッド駆動装置１４は、３軸のそれぞれの方向の並進運動を可能とする動作機構である。図１では、各サーボモータの図示を省略している。付加製造装置１００は、ヘッド駆動装置１４により加工ヘッド１０を移動させることで、被加工物におけるレーザビーム２４の照射位置を移動させる。
【００１８】
図１に示す加工ヘッド１０では、ビームノズル１１からＺ軸方向へレーザビーム２４を進行させる。ワイヤノズル１２は、ＸＹ面内においてビームノズル１１とは離れた位置に設けられており、Ｚ軸に対して斜めの方向へワイヤ５を進行させる。すなわち、ワイヤノズル１２は、ビームノズル１１から出射されるレーザビーム２４と非同軸にワイヤ５を進行させる。ワイヤノズル１２は、ワイヤ５が所望の位置に供給されるようにワイヤ５の進行を制限するために用いられる。
【００１９】
図１に示す加工ヘッド１０において、ガスノズル１３は、ＸＹ面内においてビームノズル１１の外周側にビームノズル１１と同軸に設けられており、ビームノズル１１から出射されるレーザビーム２４の中心軸に沿うようにガスを噴出する。すなわち、ビームノズル１１とガスノズル１３とは、互いに同軸上に配置されている。
【００２０】
回転機構１６は、第１軸を中心とするステージ１５の回転と、第１軸に垂直な第２軸を中心とするステージ１５の回転とを可能とする動作機構である。図１に示す回転機構１６において、第１軸はＸ軸に平行なＡ軸であって、第２軸はＺ軸に平行なＣ軸な軸である。回転機構１６は、第１軸を中心にステージ１５を回転させるための動作機構を構成するサーボモータと、第２軸を中心にステージ１５を回転させるための動作機構を構成するサーボモータとを有する。回転機構１６は、２軸のそれぞれを中心とする回転運動を可能とする動作機構である。図１では、各サーボモータの図示を省略している。付加製造装置１００は、回転機構１６によりステージ１５を回転させることで、被加工物の姿勢または位置を変更することができる。回転機構１６を用いることで、テーパ形状を有する複雑な形状も造形することができる。
【００２１】
制御装置１は、ＣＡＭ装置１１０から送信される加工プログラムに従って付加製造装置１００を制御する。加工プログラムは、ステージ１５に置かれた被加工物に対して加工ヘッド１０を移動させる移動経路の指示によって、立体造形物を造形する加工経路であってレーザビームの照射位置を移動させる経路である加工経路を指定する。
【００２２】
制御装置１は、ワイヤ供給部１９と照射部とガス供給部とを制御し、ワイヤ５が溶融して形成される複数の線ビードにより造形物を造形するための制御を担う。制御装置１には、たとえば数値制御装置が用いられる。制御装置１は、ヘッド駆動装置１４へ移動指令を出力することによって、ヘッド駆動装置１４の駆動を制御して、加工ヘッド１０を移動させる。制御装置１は、ビーム出力の条件に応じた指令をレーザ発振器２へ出力することによって、レーザ発振器２によるレーザ発振を制御する。
【００２３】
制御装置１は、材料の供給量の条件に応じた指令を回転モータ４へ出力することによって、回転モータ４の駆動を制御する。制御装置１は、回転モータ４の駆動を制御することによって、ワイヤスプール６から照射位置へ向かうワイヤ５の速度を調整する。以下の説明にて、かかる速度を、ワイヤ供給体積速度と称することがある。
【００２４】
制御装置１は、ガスの供給量の条件に応じた指令をガス供給装置７へ出力することによって、ガス供給装置７からガスノズル１３へのシールドガス２５の供給量を制御する。制御装置１は、回転機構１６へ回転指令を出力することによって、回転機構１６の駆動を制御する。すなわち、制御装置１は、各種指令を出力することによって、付加製造装置１００の全体を制御する。
【００２５】
ヘッド駆動装置１４と回転機構１６とを連動させて加工ヘッド１０とステージ１５とを動かすことで、加工領域２６の位置を変化させることができ、所望の形状の造形物を得ることができる。
【００２６】
ここで、制御装置１のハードウェア構成について説明する。図１に示す制御装置１は、本実施の形態１の付加製造装置１００の制御を実行するためのプログラムである制御プログラムがハードウェアで実行されることによって実現される。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態１にかかる制御装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。制御装置１は、各種処理を実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）４１と、データ格納領域を含むＲＡＭ（Random  Access  Memory）４２と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Read  Only  Memory）４３と、外部記憶装置４４と、制御装置１への情報の入力および制御装置１からの情報の出力のための入出力インタフェース４５とを有する。図３に示す各部は、バス４６を介して相互に接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３および外部記憶装置４４に記憶されているプログラムを実行する。制御装置１による、付加製造装置１００の全体の制御は、ＣＰＵ４１を使用して実現される。
【００２９】
外部記憶装置４４は、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）あるいはＳＳＤ（Solid  State  Drive）である。外部記憶装置４４は、制御プログラムと各種データとを記憶する。ＲＯＭ４３には、制御装置１であるコンピュータまたはコントローラの基本となる制御のためのプログラムであるＢＩＯＳ（Basic  Input/Output  System）あるいはＵＥＦＩ（Unified  Extensible  Firmware  Interface）といったブートローダであって、ハードウェアを制御するソフトウェアまたはプログラムが記憶されている。なお、制御プログラムは、ＲＯＭ４３に記憶されても良い。
【００３０】
ＲＯＭ４３および外部記憶装置４４に記憶されているプログラムは、ＲＡＭ４２にロードされる。ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４２に制御プログラムを展開して各種処理を実行する。入出力インタフェース４５は、制御装置１の外部の装置との接続インタフェースである。入出力インタフェース４５には、加工プログラムが入力される。また、入出力インタフェース４５は、各種指令を出力する。制御装置１は、キーボードおよびポインティングデバイスといった入力デバイス、およびディスプレイといった出力デバイスを有しても良い。
【００３１】
制御プログラムは、コンピュータによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。制御装置１は、記憶媒体に記憶された制御プログラムを外部記憶装置４４へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介して、制御装置１となるコンピュータあるいはコントローラへインストールされても良い。
【００３２】
制御装置１の機能は、付加製造装置１００の制御のための専用のハードウェアである処理回路によって実現されても良い。処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable  Gate  Array）、又はこれらの組み合わせである。制御装置１の機能は、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしても良い。
【００３３】
ＣＡＭ装置１１０は、付加製造装置１００の動作を制御する加工プログラムを生成する加工プログラム生成装置であり、データ入力部１１１と、データ記憶部１１２と、加工経路生成部１１３と、加工プログラム変換部１１４と、を備える。ＣＡＭ装置１１０の各構成部は、互いに情報の送受信が可能とされている。
【００３４】
データ入力部１１１は、ＣＡＭ装置１１０の外部の外部装置からＣＡＭ装置１１０に入力される造形形状データであるＣＡＤ（Computer-Aided  Design）データ１２０を受け付けて、データ記憶部１１２に送信する。造形形状データは、付加製造装置１００により付加製造される造形物の仕上がり形状である造形対象形状の情報および素材の材質の情報を含む。造形対象形状は、最終的な３次元形状である。なお、造形形状データはＣＡＤデータ１２０に限定されない。造形形状データは、ＣＡＭ装置１１０において解釈可能なデータであればよい。
【００３５】
また、データ入力部１１１は、ユーザにより入力される基準線ビードの形成条件の情報である基準線ビード形成情報を受け付けて、データ記憶部１１２に送信する。基準線ビードは、付加製造装置１００における付加加工において形成される線ビードにおいて基準となる線ビードである。基準線ビード形成情報は、後述する加工プログラムの生成に用いられる基準となる線ビードの形状を示す情報である。基準線ビード形成情報には、基準線ビードの幅の情報、基準線ビードの高さの情報および隣り合う基準線ビード間のピッチ幅の情報である基準線ビードのピッチ幅の情報が含まれる。隣り合う基準線ビード間のピッチ幅は、基準線ビードの幅方向における、隣り合う基準線ビードの各々の中心軸間の長さである。
【００３６】
データ記憶部１１２は、データ入力部１１１から送信された造形形状データを記憶する。
【００３７】
加工経路生成部１１３は、データ入力部１１１から送信されたＣＡＤデータ１２０を受信する。加工経路生成部１１３は、ＣＡＤデータ１２０と、基準線ビードの積層を制御するために用いられる積層条件データである基準線ビード形成情報とを解析することにより加工経路を生成して、加工プログラム変換部１１４に送信する。加工プログラムは、基準線ビードを形成するための加工ヘッド１０の軌跡を指示することにより加工経路を指定している。
【００３８】
加工プログラム変換部１１４は、加工経路生成部１１３から送信された加工経路の情報を受信する。加工プログラム変換部１１４は、加工経路生成部１１３が生成した加工経路の情報を加工プログラムに変換して、制御装置１に送信する。
【００３９】
図２に示すＣＡＭ装置１１０は、ＣＡＭ装置１１０の制御を実行するためのプログラムである制御プログラムが、図３に示すような構成を有するハードウェアで実行されることによって実現される。また、ＣＡＭ装置１１０の機能は、ＣＡＭ装置１１０の制御のための専用のハードウェアである処理回路によって実現されてもよい。
【００４０】
次に、本実施の形態１にかかる付加製造装置１００における付加加工について説明する。図４は、図１に示す付加製造装置１００による付加加工によって付加対象面２２に形成された堆積物３１を示す模式上面図である。図５は、図１に示す付加製造装置１００による付加加工によって付加対象面２２に形成された堆積物３１を示す模式断面図であり、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った要部断面図である。図５は、堆積物３１を線ビード３２の長手方向に垂直な幅方向に沿って見た断面図を示している。図４においては、堆積物３１の形状である造形対象形状３１ａの形状を破線で示している。
【００４１】
図４および図５に示すように付加対象面２２に形成された堆積物３１は、第１の線ビード３２−１と、第２の線ビード３２−２と、第３の線ビード３２−３と、第４の線ビード３２−４と、第５の線ビード３２−５と、第６の線ビード３２−６と、第７の線ビード３２−７と、第８の線ビード３２−８と、第９の線ビード３２−９と、第１０の線ビード３２−１０と、第１１の線ビード３２−１１と、により構成されている。第１の線ビード３２−１から第１１の線ビード３２−１１の１１本の線ビード３２の各線ビード３２は、付加対象面２２の面内において互いに平行に形成されており、隣り合う線ビードと隙間無く接合されている。
【００４２】
第１の線ビード３２−１から第１１の線ビード３２−１１の各線ビード３２は、各線ビード３２の長手方向において、付加対象面２２の面内における堆積物３１の造形対象形状を内包した状態で形成されている。すなわち、第１の線ビード３２−１から第１１の線ビード３２−１１の各線ビード３２は、各線ビード３２の長手方向において、造形対象形状から突出した状態で形成されている。各線ビード３２が造形対象形状から突出した余剰部分は、所望形状の造形物の造形後に除去加工される部分である。
【００４３】
次に、付加製造装置１００の付加加工により堆積物３１を形成する際の各線ビード３２の形成順序について説明する。本実施の形態１にかかる積層造形方法は、１本目の第１の線ビード３２−１と２本目の第２の線ビード３２−２とを、予め定められた隙間の幅ＷＧを有する第１の隙間３３を空けた状態で、予め定められた同じ形成条件で付加対象面２２上に平行に形成するステップと、１本目の第１の線ビード３２−１の形成条件と同じ形成条件で第１の隙間３３に３本目の第３の線ビード３２−３を形成するステップと、を含む。また、本実施の形態１にかかる積層造形方法は、３本目の第３の線ビード３２−３の形成後に、偶数本目に形成する線ビード３２を、２本前に形成した線ビード３２との間に予め定められた隙間の幅ＷＧを有する第２の隙間３４を空けた状態で、１本目の第１の線ビード３２−１の形成条件と同じ形成条件で第１の線ビード３２−１と平行に形成するステップと、３本目の第３の線ビード３２−３の形成後に、奇数本目に形成する線ビード３２を、１本前に形成した線ビード３２と３本前に形成した線ビード３２との間の第２の隙間３４に、１本目の第１の線ビード３２−１の形成条件と同じ形成条件で形成するステップと、を含む。
【００４４】
図６は、図１に示した付加製造装置１００の付加加工処理の手順を示すフローチャートである。以下の付加加工は、制御装置１が、加工プログラムに従って、ワイヤ供給部１９と照射部とガス供給部とを制御することにより行われる。
【００４５】
まず、ステップＳ１０において第１の線ビード３２−１が、図７に示すように付加対象面２２における予め定められた位置に形成される。
【００４６】
次に、ステップＳ２０において第２の線ビード３２−２が、図８に示すように第１の線ビード３２−１と平行に付加対象面２２上に形成される。第２の線ビード３２−２は、予め定められた隙間の幅ＷＧを有する第１の隙間３３を第１の線ビード３２−１との間に空けた状態で形成される。
【００４７】
次に、ステップＳ３０において第３の線ビード３２−３が、図９に示すように第１の隙間３３を埋めて形成される。したがって、第３の線ビード３２−３は、第１の線ビード３２−１および第２の線ビード３２−２と平行に形成される。
【００４８】
次に、ステップＳ４０において第４の線ビード３２−４が、図１０に示すように第１の線ビード３２−１と平行に付加対象面２２上に形成される。第４の線ビード３２−４は、上記の予め定められた隙間の幅ＷＧを有する第２の隙間３４を第２の線ビード３２−２との間に空けた状態で形成される。すなわち、第４の線ビード３２−４は、付加対象面２２の面内において第２の線ビード３２−２における第３の線ビード３２−３を向く側と反対側に形成される。
【００４９】
次に、ステップＳ５０において第５の線ビード３２−５が、図１１に示すように第２の隙間３４を埋めて形成される。したがって、第５の線ビード３２−５は、第１の線ビード３２−１および第２の線ビード３２−２と平行に形成される。
【００５０】
以降は、上記のステップＳ４０の処理とステップＳ５０の処理とを１セットの処理として、繰り返すことにより、第６の線ビード３２−６から第１１の線ビード３２−１１の各線ビード３２が形成される。
【００５１】
本実施の形態１にかかる積層造形方法では、上述したステップを行うことにより、複数の線ビード３２が結合して構成される１層の平面ビード層が形成される。そして、上述したステップを行って平面ビード層を積層していくことにより、複数の平面ビード層が積層された造形物を形成することができる。平面ビード層は、１つの付加対象面２２に形成された線ビード３２の集合体である。
【００５２】
第１の線ビード３２−１から第１１の線ビード３２−１１の各線ビード３２は、長さが異なること以外は、予め定められた同一の造形条件で形成される。したがって、第１の線ビード３２−１から第１１の線ビード３２−１１の各線ビード３２の各々を形成するために供給されるワイヤ５の単位時間あたりの供給体積も同じである。
【００５３】
各線ビード３２は、１回の連続した付加加工処理により、各線ビード３２の長手方向における同一方向に向かって付加加工処理が行われて、形成される。したがって、各線ビード３２は、長手方向において継ぎ目のない連続した１本の線ビードとして形成される。これにより、各線ビード３２は、長手方向における両端の間において、継ぎ目に起因した凹凸箇所を発生させることなく、長手方向における両端の間において均一な高さを有する堆積物３１を形成することができる。
【００５４】
上述した本実施の形態１にかかる積層造形方法では、平面ビード層を形成する際に、平面ビード層の形成面となるビード形成面の端部から線ビード３２の幅方向に沿って線ビード３２を順に並べずに、１本目の線ビード３２と全ての偶数本目の線ビード３２を線ビード３２の定常的な形状で、隙間を開けて形成する。また、最初の1本目の線ビード３２を除く全ての奇数本目の線ビード３２は、隙間を埋めていく。線ビード３２の定常的な形状は、レーザ出力およびワイヤ供給速度などの条件により決まる、１本の線ビード３２を単独で形成した場合の線ビード３２の形状である。
【００５５】
各線ビード３２の長手方向における両端部分、および第１の線ビード３２−１と第１１の線ビード３２−１１とにおける幅方向の両端部分には、溶融したワイヤ５が凝固する際の表面張力に起因した丸み形状が形成される。
【００５６】
図８に示すように第１の線ビード３２−１と第２の線ビード３２−２とは、間に第１の隙間３３が形成された、離間した状態で形成される。そして、第１の線ビード３２−１と第２の線ビード３２−２とにおける互いに向かい合う部分には、溶融したワイヤ５が凝固する際の表面張力に起因した丸み形状が形成される。
【００５７】
第１の線ビード３２−１と第２の線ビード３２−２との全体を見たときには、第１の線ビード３２−１と第２の線ビード３２−２とにおける対向する部分の丸み形状および第１の隙間３３により大きな凹凸が形成される。しかしながら、この大きな凹凸は、図９に示すように３本目に形成される線ビード３２である第３の線ビード３２−３が第１の隙間３３を埋めて形成されることにより大幅に低減され、小さくなる。
【００５８】
同様に、図１０に示すように第２の線ビード３２−２と第４の線ビード３２−４とは、間に第２の隙間３４が形成された、離間した状態で形成される。そして第２の線ビード３２−２と第４の線ビード３２−４とにおける互いに向かい合う部分には、溶融したワイヤ５が凝固する際の表面張力に起因した丸み形状が形成される。
【００５９】
第２の線ビード３２−２と第４の線ビード３２−４との全体を見たときには、第２の線ビード３２−２と第４の線ビード３２−４とにおける対向する部分の丸み形状および第２の隙間３４により大きな凹凸が形成される。しかしながら、この大きな凹凸は、図１１に示すように５本目に形成される線ビード３２である第５の線ビード３２−５が第２の隙間３４を埋めて形成されることにより大幅に低減され、小さくなる。
【００６０】
１本目の線ビード３２と全ての偶数本目の線ビード３２を形成する際には、３本目の線ビード３２の形成後に、奇数本目の線ビード３２を形成する際に設けられる隙間の幅ＷＧは、１層の平面ビード層の形成において同じ幅とされる。この隙間については、線ビード３２を並べたときに隣り合う線ビード３２間の高さの差が極力少なくなる値を用いる。
【００６１】
平面ビード層における上面の平坦性について、第３の線ビード３２−３が第１の隙間３３を埋めて形成された後の、第１の線ビード３２−１の上面と第３の線ビード３２−３との上面との全体の平坦性を例に検討する。第３の線ビード３２−３が第１の隙間３３を埋めて形成された後の、第１の線ビード３２−１の上面と第３の線ビード３２−３との上面との全体の平坦性を高める、すなわち、第１の線ビード３２−１の上面と第３の線ビード３２−３の上面との全体の凹凸を極力少なくするためには、隣り合う線ビード３２間のピッチ幅Ｐと、１本目の線ビード３２と全ての偶数本目の線ビード３２の幅であるビード幅ＷＢとの関係を「ピッチ幅Ｐ×２＝ビード幅ＷＢ」に近づけることが好ましい。「ピッチ幅Ｐ×２＝ビード幅ＷＢ」の関係が成り立つ場合は、第１の線ビード３２−１の上面と第３の線ビード３２−３との上面とが平坦な場合であり、平面ビード層におけるその他の領域の上面も平坦となる。
【００６２】
第１の線ビード３２−１の上面と第３の線ビード３２−３の上面との全体の凹凸を極力少なくするために、「ピッチ幅Ｐ×２／ビード幅ＷＢ」を重複率として、重複率の情報を予め調整パラメータとして、造形材料ごとに保持しておくことが好ましい。第１の隙間３３に形成された第３の線ビード３２−３の幅は、線ビード３２の材質、表面張力、その他の条件によって、「ピッチ幅×２＝ビード幅」の関係が成り立つ場合に対して短くなる。すなわち、ピッチ幅は線ビード３２の材質などの条件により異なる。
【００６３】
そこで、材料ごとにビード幅ＷＢを、事前試験を実施して保持しておき、ビード幅ＷＢに基づいて第１の隙間３３を調整することにより、重複率を高める。重複率が小さい場合には、第１の隙間３３を短くすることにより、造形材料が第３の線ビード３２−３の端部により多く供給され、第１の線ビード３２−１と第３の線ビード３２−３との間の凹凸が小さくなる。重複率をプロセスパラメータの１つとして保有しておき、重複率を考慮して第１の隙間３３を調整することで、造形精度を向上させることができる。
【００６４】
また、ビード幅ＷＢは、レーザ出力およびビード形成速度などに応じて、プロセスパラメータの１つとして、より適切な値を保有しておき、使用してもよい。
【００６５】
プロセスパラメータは、付加製造装置１００により線ビード３２を作成する際に付加製造装置１００に設定される造形条件である。プロセスパラメータの例として、レーザビーム出力、レーザビーム照射角度、レーザビーム焦点径、材料供給速度、材料供給角度、ワイヤノズルと造形物間の間隙距離、シールドガス供給量、シールドガス供給角度、シールドガスノズル径などが例として挙げられる。
【００６６】
ＤＥＤ方式の付加加工によって例えば直方体または四角錐などの形状を有する立体物を形成する場合、付加加工時間が長くなる。造形物の製造は、目的の高さまで平面ビード層を層状に積み重ねて、平面ビード層の積層体を形成することにより行われる。この場合、１層の平面ビード層を構成する各線ビードの高さの差が極わずかであっても、複数の平面ビード層が積層された積層体においては、１層の平面ビード層における各線ビードの高さの差が、平面ビード層の積層数だけ積算される。このため、最終的な積層体である造形物の最上層の平面ビード層においては、各線ビードの高さの差が大きくなり、造形物の上面の平坦性が低くなる。
【００６７】
また、高さの差が大きくなるにつれて、１層下の層の平面ビード層形状の高さのばらつきの影響で、形成する線ビードが１層下の線ビード間の凹みに流れたり、平面ビード層の両端部で外側に流れるなどして、平面ビード層が垂直ではなく傾いて積層されていくといった問題が生じ得る。
【００６８】
一方、本実施の形態１にかかる積層造形方法では、上述した順序で平面ビード層を形成するため、隣り合う線ビード３２間の高さの差を抑制させることができ、１層の平面ビード層を構成する各線ビード３２間の高さの差を抑制することができる。これにより、最終的な積層体である造形物の最上層の平面ビード層における各線ビード３２の高さの差を抑制することが可能となり、造形物の上面の平坦性を高めることができる。
【００６９】
また、本実施の形態１にかかる積層造形方法では、連続して隣接する線ビード３２を連続して形成しないことにより、偶数本目に形成される全ての線ビード３２が、１本前に形成された線ビード３２の形状および残存熱の影響を受けにくくなる。また、形成された各線ビード３２において、冷却までの時間は全ての線ビード３２で同様の時間となるため、線ビード３２の形成時の外的温度要因の影響も抑えることができる。したがって、本実施の形態１にかかる積層造形方法は、線ビード３２が形成される下地層への入熱および形成された線ビード３２の放熱の状態が同じような条件で進行していくため、線ビード３２の形成時の外的温度要因の影響も抑えることができる。
【００７０】
ＤＥＤ方式の付加加工において、外的温度要因の影響を除外して平面ビード層を形成する方法は、１本の線ビード３２を形成するごとに、形成された線ビード３２の温度が常温付近に戻るまで自然冷却時間を設けることである。しかしながら、この場合は、線ビード３２の形成後に次の線ビード３２を形成するまでの待機時間が必要となり、加工時間が長時間化する。
【００７１】
一方、本実施の形態１にかかる付加製造装置１００では、線ビード３２の形成後に次の線ビード３２を形成するまでの待機時間が不要であり、付加加工時間が長くなることがない。
【００７２】
上述したように、本実施の形態１にかかる積層造形方法は、造形物の形状精度を向上させることができる、という効果を奏する。
【００７３】
実施の形態２．
本実施の形態２では、上述した実施の形態１において説明した積層造形方法に従って付加製造装置１００の制御を実行するための加工経路を生成する加工経路生成方法について説明する。
【００７４】
図１２は、図２に示したＣＡＭ装置１１０における加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャートである。加工プログラムの生成処理では、上述した実施の形態１において説明した積層造形方法を実行するための加工プログラムが生成される。
【００７５】
まず、ステップＳ１１０において、ユーザにより入力された、基準線ビード形成情報を含む積層条件データ１３０がデータ入力部１１１で受け付けられてデータ記憶部１１２に記憶される。加工経路生成部１１３は、データ記憶部１１２に記憶されている基準線ビード形成情報を読み込んで取得し、加工経路生成部１１３内の不図示の記憶部に格納する。ここでは、ユーザにより１つの基準線ビードについての形状情報が入力されるものとする。
【００７６】
つぎに、ステップＳ１２０において加工経路生成部１１３は、データ記憶部１１２に記憶されているＣＡＤデータ１２０を読み込んで取得し、加工経路生成部１１３内の不図示の記憶部に格納する。
【００７７】
次に、ステップＳ１３０において加工経路生成部１１３は、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状に基づいて、ビード形成面を抽出する。加工経路生成部１１３は、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状の高さの情報と、基準線ビード形成情報に含まれる基準線ビードの高さの情報とに基づいて、互いに平行な複数の分割層に分割して、各分割層の形状を表す分割層形状を生成する。すなわち、加工経路生成部１１３は、造形対象形状を、基準線ビードの高さを有する平行な複数の分割層に分割して、分割層の形状を表す分割層形状データを生成する。基準線ビードの高さは、各分割層の高さに対応する。
【００７８】
そして、加工経路生成部１１３は、各分割層において基準線ビードが形成されて平面ビード層が形成される面であるビード形成面を各分割層形状から抽出する。すなわち、ビード形成面は、分割層形状における下面である。
【００７９】
以下、ビード形成面の抽出例について説明する。図１３は、図２に示した加工経路生成部１１３における処理対象となるＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状の一例を示す模式図である。図１４は、図２に示した加工経路生成部１１３により分割された分割層の一例を示す模式図である。たとえば、造形対象形状が図１３に示す形状である場合、加工経路生成部１１３は、造形対象形状５１を基準線ビードの高さを有する平行な複数の分割層である、分割層５１ａ、分割層５１ｂ、分割層５１ｃ、分割層５１ｄ、分割層５１ｅおよび分割層５１ｆに分割する。
【００８０】
そして、加工経路生成部１１３は、分割層５１ａ、分割層５１ｂ、分割層５１ｃ、分割層５１ｄ、分割層５１ｅおよび分割層５１ｆの各分割層形状から、ビード形成面である、ビード形成面５１ａｓ、ビード形成面５１ｂｓ、ビード形成面５１ｃｓ、ビード形成面５１ｄｓ、ビード形成面５１ｅｓおよびビード形成面５１ｆｓを抽出する。
【００８１】
次に、ステップＳ１４０において加工経路生成部１１３は、ステップＳ１３０で得られた複数の分割層ごとに、分割層を形成するための基準線ビードの付加加工の加工経路を生成する。そして、加工経路生成部１１３は、複数の分割層の加工経路をまとめて、造形対象形状を形成するための基準線ビードの付加加工の第１の加工経路を生成する。加工経路は、各分割層について、ビード形成面の端部から基準線ビードの幅方向に沿って複数の基準線ビードを順次平行に並べて配置することにより分割層形状を形成する場合の、基準線ビードの形成経路である。加工経路は、線ビードの付加加工が行われる経路であり、加工ヘッド１０のツールパスである。したがって、第１の加工経路は、各分割層における基準線ビードの形成経路の集合であり、各分割層における加工経路の集合である。
【００８２】
次に、ステップＳ１５０において加工経路生成部１１３は、ステップＳ１４０で得られた第１の加工経路に対して、上述した実施の形態１において説明した積層造形方法に従って複数の基準線ビードの形成順序を修正して、第２の加工経路を生成する。第２の加工経路は、上述した実施の形態１において説明した積層造形方法に従った加工順序で複数の基準線ビードを平行に並べて配置する場合の、造形対象形状を形成するための基準線ビードの加工経路である。そして、加工経路生成部１１３は、生成した第２の加工経路のデータを加工プログラム変換部１１４に送信する。
【００８３】
次に、ステップＳ１６０において加工プログラム変換部１１４は、ステップＳ１５０で生成された第２の加工経路のデータを加工プログラムに変換し、造形用コードを付加する。これにより、造形物の造形において加工ヘッド１０をどのような経路で動かすかを指定する加工プログラムが生成される。造形用コードは、各分割層の造形手順におけるビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３との動作を付加製造装置１００に命令する命令情報が含まれる。
【００８４】
なお、加工経路生成部１１３が上記の処理で用いる基準線ビード形成情報は、加工経路生成部１１３がＣＡＤデータ１２０を読み込んだ後に、加工経路生成部１１３が自動で選定するようにしてもよい。この場合、異なる複数種類の基準線ビードについての基準線ビード形成情報が、プロセスマップの形態でデータ記憶部１１２または加工経路生成部１１３に予め記憶される。プロセスマップは、付加製造装置１００に設定される造形条件と、その造形条件下で形成される線ビードの幅、線ビードの高さなどの形状情報とが関連付けられて記憶されたものである。すなわち、プロセスマップは、付加製造装置１００に設定される線ビードの造形条件と、造形条件に対応した線ビードの形状情報との関連性を示す情報である。
【００８５】
そして、加工経路生成部１１３は、付加製造装置１００における付加加工条件、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状といった情報に基づいて、複数種類の基準線ビードの中から適切な基準線ビードを選択し、選択した基準線ビードの基準線ビード形成情報を使用する。加工経路生成部１１３は、付加製造装置１００のレーザ出力、ワイヤ供給速度、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状の形状における最も細い部分寸法などの、ＣＡＭ装置１１０に入力される諸条件を取得し、これらの諸条件に基づいて適切な基準線ビードを選択することができる。
【００８６】
図１５は、図２に示した加工経路生成部１１３が参照するプロセスマップ６１の一例を示す図である。プロセスマップ６１には、たとえば管理番号ごとに、付加製造装置１００に設定されるプロセスパラメータとして、付加加工条件の機械パラメータと、基準線ビードの基準線ビード形成情報であるビードデータと、が含まれる。機械パラメータには、レーザビーム２４のビーム径、加工ヘッド１０の送り速度である軸送り速度、ワイヤ５を供給する速度であるワイヤ供給体積速度、レーザビーム２４の出力であるレーザ出力、およびレーザビームの中心軸に対するワイヤの中心軸のなす角度であるワイヤアングルの情報が含まれる。ビードデータには、基準線ビードの幅であるビード幅、基準線ビードの高さであるビード高さ、基準線ビードの溶融傾向を表すビード傾向の情報が含まれる。
【００８７】
図１５に示したプロセスマップ６１においては、ビード傾向として、ワイヤ５の先端位置が特定の処理位置にある場合にワイヤ５が溶融しにくい傾向を示す場合をスタブＳ、ワイヤ５の先端位置が特定の処理位置にある場合にワイヤ５が適切に溶融する傾向を示す場合をＯＫ、ワイヤ５の先端位置が特定の処理位置にある場合にワイヤ５が溶融し易い傾向を示す場合をドロップＤ、として示している。ビード傾向がドロップの場合は、過加熱によりワイヤ５が溶融した溶融金属が液滴状態となる。この液滴状態の溶融金属は、液状であるため着滴と同時に広がり易く、最適条件時の線ビード３２とは高さおよび幅が異なる。ドロップは、レーザ出力に対してワイヤ供給量が不足している場合および積層箇所とワイヤ供給箇所とが離れすぎている場合などに発生する。
【００８８】
上述したように、本実施の形態２にかかる加工経路生成方法では、ＣＡＭ装置１１０が、実施の形態１において説明した積層造形方法に従って造形物を形成するための付加製造装置１００の加工経路を自動で決定して生成する。これにより、平面ビード層の作成時における線ビード３２の形成順序をユーザが意識することが無く、ユーザに負担をかけることなく、造形物の形状精度の向上が可能な加工経路を自動で生成することができる。
【００８９】
実施の形態３．
上述した実施の形態１における積層造形方法では、基準線ビードを奇数本形成する。したがって、実施の形態２の加工経路生成方法では、各分割層は、奇数本の基準線ビードにより構成されることを前提としている。実施の形態３では、ステップＳ１４０において生成される第１の加工経路を構成する各分割層の加工経路が偶数本となった場合の処理について説明する。
【００９０】
図１６は、図２に示したＣＡＭ装置１１０における実施の形態３にかかる加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャートである。
【００９１】
まず、上述したステップＳ１２０が行われた後、ステップＳ１１２が行われる。
【００９２】
ステップＳ１１２において加工経路生成部１１３は、ＣＡＤデータ１２０に基づいて、造形に使用される金属材料の材質に起因した線ビードの最小幅の制約、造形物が中空形状であるために細い線ビードが必要な箇所がある、といった造形物による制約に対応して、第１の加工経路を生成するために使用する基準線ビードを選択する。加工経路生成部１１３は、選択した基準線ビードの基準線ビード形成情報をプロセスマップ６１から引用する。
【００９３】
つぎに、上述したステップＳ１３０およびステップＳ１４０が行われる。
【００９４】
次に、ステップＳ２１０において加工経路生成部１１３は、各ビード形成面の基準線ビードの付加加工の加工経路の本数が奇数本であるか否かを判定する。各ビード形成面の基準線ビードの加工経路の本数が奇数本である場合は、ステップＳ２１０においてＹｅｓとなり、ステップＳ１５０に進む。各ビード形成面の基準線ビードの加工経路の本数が偶数本である場合は、ステップＳ２１０においてＮｏとなり、ステップＳ２２０に進む。
【００９５】
ステップＳ２２０において加工経路生成部１１３は、加工経路の本数が偶数本であるビード形成面を抽出する。
【００９６】
つぎに、ステップＳ２３０において加工経路生成部１１３は、抽出したビード形成面における加工経路の本数を奇数本に変更して加工経路を再度生成し、第１の加工経路を再度生成する。すなわち、加工経路生成部１１３は、基準線ビードの幅がステップＳ１４０で使用した基準線ビードと基準線ビード形成情報が異なる他の基準線ビードをプロセスマップ６１から選択して、使用する基準線ビードを変更する。そして、加工経路生成部１１３は、変更した基準線ビードを使用して、ステップＳ１４０と同様にして、加工経路の本数が奇数本となるように、抽出した加工形成面における加工経路および第１の加工経路を、再度生成する。
【００９７】
ここで、加工経路生成部１１３は、基準線ビードの本数が奇数本となるときの基準線ビードの全本数分の幅を、平面ビード層で積層する造形形状の全体幅に合致させることができる基準線ビードについての基準線ビードの幅および基準線ビードの高さ、および当該基準線ビードに対応するプロセスパラメータをプロセスマップ６１から導出して基準線ビードを変更する。これにより、基準線ビードを変更して生成される第２の加工経路に従って付加製造装置１００で形成される造形部の幅がＣＡＤデータ１２０で表される造形物の仕上がり形状と異なる幅となることが防止される。
【００９８】
つぎに、ステップＳ２４０において加工経路生成部１１３は、使用する基準線ビードの変更に伴う基準線ビードの高さの変更があるか否かを判定する。使用する基準線ビードの変更に伴う基準線ビードの高さの変更が無い場合は、ステップＳ２４０においてＮｏとなり、ステップＳ１５０に進む。使用する基準線ビードの変更に伴う基準線ビードの高さの変更がある場合は、ステップＳ２４０においてＹｅｓとなり、ステップＳ２５０に進む。
【００９９】
ステップＳ２５０において加工経路生成部１１３は、基準線ビードの高さを変更した分割層以外の他の分割層のうち少なくとも一部の分割層に使用する基準線ビードを変更する。すなわち、加工経路生成部１１３は、基準線ビードの高さを変更した分割層以外の他の分割層のうち少なくとも一部の分割層に使用する基準線ビードとして、ステップＳ１４０で使用した基準線ビードと基準線ビード形成情報が異なる他の基準線ビードをプロセスマップ６１から選択する。
【０１００】
抽出した加工形成面で使用する基準線ビードの高さの変更がある場合は、第１の加工経路に従った付加加工により形成される造形物の高さが、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状における高さと異なる。このため、加工経路生成部１１３は、基準線ビードの高さを変更した分割層以外の他の分割層のうち少なくとも一部の分割層の高さを変更して、第１の加工経路に従った付加加工により形成される造形物の高さを、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状における高さに戻す処理を行う。
【０１０１】
そして、加工経路生成部１１３は、変更した基準線ビードを使用して、ステップＳ１４０と同様にして、基準線ビードの高さを変更した分割層以外の他の分割層のうち少なくとも一部の分割層における加工経路を、再度、生成する。
【０１０２】
次に、ステップＳ２６０において加工経路生成部１１３は、加工経路を再生成した各ビード形成面の基準線ビードの加工経路の本数が奇数本であるか否かを判定する。各ビード形成面の基準線ビードの加工経路の本数が奇数本である場合は、ステップＳ２６０においてＹｅｓとなり、ステップＳ１５０に進む。各ビード形成面の基準線ビードの加工経路の本数が偶数本である場合は、ステップＳ２６０においてＮｏとなり、ステップＳ２２０に戻る。
【０１０３】
上述したように実施の形態１における積層造形方法で平面ビード層を作成する場合には、各ビード形成面に形成される基準線ビードの本数は奇数本となる。一方で、基準線ビードの幅は、付加製造装置１００に設定されるプロセスパラメータによって大小様々なケースが存在する。このため、実施の形態１における積層造形方法を用いる場合は、ＣＡＤデータ１２０からＣＡＭ装置１１０が抽出した各ビード形成面の幅に対応して、どのプロセスパラメータでの基準線ビードを選択すれば各ビード形成面に形成される基準線ビードの本数が奇数本となるかを考慮する必要が発生する場合がある。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態３にかかる加工経路生成方法では、実施の形態２にかかる加工経路生成方法において第１の加工経路を構成する加工経路が偶数本となった場合でも、第１の加工経路を構成する加工経路の本数が奇数本となるように自動で修正して第２の加工経路を形成することが可能である。したがって、本実施の形態３にかかる加工経路生成方法では、複雑な形状の立体物を付加加工する加工プログラムを生成する場合においても、ユーザに負荷をかけることなく、造形物の形状精度の向上が可能な加工プログラムを自動で生成することができる。
【０１０５】
実施の形態４．
本実施の形態４では、ＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状に対する余剰形状を含めて加工経路を決定して加工プログラムを生成する場合の処理について説明する。本実施の形態４にかかる加工プログラムの生成処理では、ＣＡＭ装置１１０は、ＣＡＤデータ１２０の読み込み後、上述した実施の形態３に基づいて第２の加工経路を生成する。そして、ＣＡＭ装置１１０は、プロセスマップ６１に含まれるどの基準線ビードの基準線を用いてもＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状に対応した第２の加工経路を生成できなかった場合に、造形対象形状に対して余剰形状を付加して第２の加工経路を生成する。
【０１０６】
図１７は、図２に示したＣＡＭ装置１１０における実施の形態４にかかる加工プログラムの生成処理の手順を示すフローチャートである。なお、実施の形態３と同じ処理については説明を省略する。
【０１０７】
ステップＳ２６０においてＮｏの場合、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０において加工経路生成部１１３は、ステップＳ２２０からステップＳ２６０を繰り返した繰り返し回数が、予め定められた閾値回数であるＸ回目であるか否かを判定する。閾値回数は、加工経路生成部１１３が余剰形状を検討するフローに移行するか否かを判定するための、ステップＳ２２０からステップＳ２６０の繰り返し回数の閾値である。閾値回数は、予め加工経路生成部１１３に記憶されている。また、閾値回数は、適宜ユーザによってＣＡＭ装置１１０に入力されてもよい。
【０１０８】
繰り返し回数が予め定められた閾値回数であるＸ回目でない場合には、ステップＳ３１０においてＮｏとなり、ステップＳ２２０に戻る。繰り返し回数が予め定められた閾値回数であるＸ回目ではある場合には、ステップＳ３１０においてＹｅｓとなり、ステップＳ３２０に進む。
【０１０９】
ステップＳ３２０において加工経路生成部１１３は、造形対象形状に対して余剰形状を付加して修正された余剰造形対象形状を生成する。余剰形状は、造形後に除去加工される、造形対象形状よりも大きく形成される部分である。加工経路生成部１１３は、余剰形状の付加において、造形後の余剰造形対象形状に対する余剰形状の研削量を適正にするように、適正な付加形状を設定する。
【０１１０】
この場合の適正な付加形状とは、研削量を評価関数とし、プロセスパラメータを変数として、評価関数値が予め定められた閾値よりも小さくなる余剰形状が挙げられる。この場合、評価関数値が最小となる形状が最も好ましい。評価関数値は、たとえば造形後の余剰造形対象形状に対する余剰形状の研削量を評価関数として、「余剰造形対象形状の体積−造形対象形状の体積」とされる。
【０１１１】
加工経路生成部１１３は、研削量を評価関数として評価関数値が予め定められた閾値よりも小さくなる適正な付加形状が造形対象形状に対して付加された余剰造形対象形状を生成する余剰造形対象形状生成部としての機能を有している。加工経路生成部１１３は、上述した実施の形態１において説明した積層造形方法を適用して各ビード形成面に形成される基準線ビードの本数が奇数本とすることを条件とし、プロセスマップ６１を参照して、基準線ビードの本数および造形条件を変数として、決定する。すなわち、余剰造形対象形状は、余剰造形対象形状と造形対象形状との体積差を評価関数として、基準線ビードの本数と基準線のビードの造形条件とを変数として、余剰形状の体積が予め定められた閾値よりも小さくなるように設定される。なお、余剰造形対象形状生成部を加工経路生成部１１３とは別に設けてもよい。
【０１１２】
次に、ステップＳ３３０において加工経路生成部１１３は、ステップＳ１３０と同様にして、余剰造形対象形状に基づいて、ビード形成面を抽出する。
【０１１３】
次に、ステップＳ３４０において加工経路生成部１１３は、ステップＳ１４０と同様にして、ステップＳ３３０で得られた複数の分割層ごとに、加工経路を生成し、加工経路をまとめて第１の加工経路を生成する。その後、加工経路生成部１１３は、ステップＳ１５０に進む。
【０１１４】
以上の処理を行うことにより、実施の形態１において説明した積層造形方法を適用して造形対象形状に沿った適切な第２の加工経路を生成できなかった場合に、造形後の余剰造形対象形状に対する余剰形状の研削量を適切に設定した加工プログラムを自動で生成することができる。
【０１１５】
図１８は、図２に示したＣＡＭ装置１１０で生成される第２の加工経路に従って形成される余剰造形対象形状に対応する基準線ビードの形成例を示す模式断面図である。図１８における矢印７１は、造形対象形状の端部位置を示している。図１８に示すように、造形対象形状の端部位置の近くに、基準線ビード５２−２ｋと基準線ビード５２−（２ｋ＋３）と基準線ビード５２−（２ｋ＋２）とが形成されて平面ビード層が形成されている。ｋは、１以上の整数である。図１８において矢印７１よりも右側の部分が余剰形状に対応する余剰部分７２である。
【０１１６】
実施の形態１における積層造形方法を適用して加工プログラムを生成する場合に、造形対象形状によっては、ＣＡＭ装置１１０が有しているプロセスパラメータのビード幅のいずれの条件も太すぎる、または細すぎるといった状況があり得る。この場合には、所望の造形対象形状よりも若干大きな形状で造形するニアネットシェイプ造形により全体形状を生成し、余剰形状を除去加工することで対応することができる。しかしながら、余剰部分が大きいほど、造形後の研削または研磨での仕上げ加工の作業量が増えることになる。また、余剰形状の部分の作成に消費された造形材料のコストは無駄となる。
【０１１７】
上述したように、本実施の形態４にかかる加工経路生成方法では、入力されたＣＡＤデータ１２０で表される造形対象形状と、評価関数値およびプロセスパラメータとに基づいて、必要であれば適正な付加形状を造形対象形状に付加することで、余剰形状の過大な増大を抑える効果がある。また、また、造形後の仕上げ加工の除去加工量が減ることにより、積層造形で消費される材料の総量を抑えることができる。
【０１１８】
なお、造形対象形状に対して余剰形状の部分の体積が極少量であることが明白な場合には、ステップＳ３１０からステップＳ２２０に戻るループ処理を行なわずに、直接的にステップＳ３２０に移行して余剰造形対象形状の生成を行う手順も採用可能である。
【０１１９】
なお、上述した実施の形態は、付加製造装置１００においてワイヤを造形材料とした付加加工を行う場合の加工プログラムおよび付加製造装置１００において粉末を造形材料とした付加加工を行う場合の加工プログラムの生成の両方に適用可能である。
【０１２０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１  制御装置、２  レーザ発振器、３  ファイバーケーブル、４  回転モータ、５  ワイヤ、６  ワイヤスプール、７  ガス供給装置、８  配管、１０  加工ヘッド、１１  ビームノズル、１２  ワイヤノズル、１３  ガスノズル、１４  ヘッド駆動装置、１５  ステージ、１６  回転機構、１７  ベース材、１８  堆積物、１９  ワイヤ供給部、２２  付加対象面、２４  レーザビーム、２５  シールドガス、３１  堆積物、３１ａ  造形対象形状、３２  線ビード、３３  第１の隙間、３４  第２の隙間、４１  ＣＰＵ、４２  ＲＡＭ、４３  ＲＯＭ、４４  外部記憶装置、４５  入出力インタフェース、４６  バス、５１  造形対象形状、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ  分割層、５１ａｓ，５１ｂｓ，５１ｃｓ，５１ｄｓ，５１ｅｓ，５１ｆｓ  ビード形成面、６１  プロセスマップ、７１  矢印、７２  余剰部分、１００  付加製造装置、１１０  ＣＡＭ装置、１１１  データ入力部、１１２  データ記憶部、１１３  加工経路生成部、１１４  加工プログラム変換部、１２０  ＣＡＤデータ、１３０  積層条件データ、２００  付加製造システム、Ｐ  ピッチ幅、ＷＢ  ビード幅、ＷＧ  隙間の幅。
【要約】
積層造形方法は、１本目の線状のビードと２本目の線状のビードとを、予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、予め定められた同じ形成条件で上に平行に形成するステップと、同じ形成条件で隙間に３本目の線状のビードを形成するステップと、を含む。また、積層造形方法は、３本目の線状のビードの形成後に、偶数本目に形成する線状のビードを、２本前に形成した線状のビードとの間に予め定められた幅を有する隙間を空けた状態で、形成条件で１本目の線状のビードと平行に形成するステップと、３本目の線状のビードの形成後に、奇数本目に形成する線状のビードを、１本前に形成した線状のビードと３本前に形成した線状のビードとの間の隙間に、形成条件で形成するステップと、を含む。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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