JP6852826B2 - Metal laminate modeling equipment - Google Patents

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この発明は、金属積層造形装置に関する。 The present invention relates to a metal laminated molding apparatus.

例えば特許文献１に開示されるように、ＦＤＭ法（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）を適用した三次元積層造形装置が知られている。ＦＤＭ法を適用した三次元積層造形装置は、糸状の熱可塑性樹脂を造形ヘッド内のヒータで溶融し、その溶融された熱可塑性樹脂を射出制御するとともに、造形テーブルの昇降により積層造形するものである。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a three-dimensional laminated modeling apparatus to which the FDM method (Fused Deposition Modeling) is applied is known. The three-dimensional laminated molding device to which the FDM method is applied melts a thread-like thermoplastic resin with a heater in the molding head, controls injection of the melted thermoplastic resin, and performs laminated molding by raising and lowering the modeling table. is there.

また、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置が知られている。粉末造形法を適用した三次元積層造形装置は、リコーダーユニットにより造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングし、その後、プリントヘッドユニットにより、コーティングされた粉末面に対するバインダー（結合剤）の塗布を行い、造形物の一層分を形成する。 Further, a three-dimensional additive manufacturing apparatus to which a powder molding method is applied is known. In the three-dimensional additive manufacturing device to which the powder molding method is applied, one layer of powder is coated on the modeling table by the recorder unit, and then a binder (binder) is applied to the coated powder surface by the print head unit. , Form one layer of the modeled object.

尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。 The applicant recognizes the documents described below, including the above-mentioned documents, as related to the present invention.

国際公開第２０１５／１４１７８２号International Publication No. 2015/141782 国際公開第２０１５／１５１８３１号International Publication No. 2015/151831

ところで、複雑な構造を有する金属造形物を作成する場合に、これまでは砂で鋳型を製作し、鋳型に融解した金属を流し込み、冷却後に鋳型を崩して金属造形物だけを残す鋳物製造方法が用いられていた。鋳物製造方法は、最終製品の大きさより大きな型が必要であり、精度面でも難易度が高く、製品１品につき１つの型が必要であった。また、金属を完全に溶かした状態で鋳型に流し込む必要があり、融点の高い金属で複雑な構造を有する造形物を作成する場合には、大きな熱エネルギーが必要になる。上述した三次元積層造形装置においても樹脂を完全に溶かす必要があり、同様に金属を完全に溶かすには、大きな熱エネルギーが必要である。 By the way, when making a metal shaped object having a complicated structure, until now, a casting manufacturing method has been used in which a mold is made of sand, molten metal is poured into the mold, and the mold is broken after cooling to leave only the metal shaped object. It was used. The casting manufacturing method required a mold larger than the size of the final product, which was difficult in terms of accuracy, and one mold was required for each product. In addition, it is necessary to pour the metal into a mold in a completely melted state, and a large amount of heat energy is required when creating a modeled object having a complicated structure with a metal having a high melting point. Also in the above-mentioned three-dimensional laminated molding apparatus, it is necessary to completely melt the resin, and similarly, a large amount of thermal energy is required to completely melt the metal.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複雑な構造を有する金属造形物を低コストで作成できる金属積層造形装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a metal laminated molding apparatus capable of producing a metal shaped object having a complicated structure at low cost.

本発明は、上記の目的を達成するため、金属積層造形装置であって、
基台と、
基材射出装置を備えたヘッドユニットと、
前記基台と前記ヘッドユニットとの相対位置を空間座標上で変化させる駆動装置と、を備え、
前記基材射出装置は、
定形の金属片である基材の内部温度を融点未満、かつ表面温度を融点まで加熱する基材加熱部と、
前記加熱された基材を前記基台に向けて射出する基材射出部と、を備えることを特徴とする。 The present invention is a metal lamination molding apparatus for achieving the above object.
Base and
A head unit equipped with a base material injection device and
A drive device that changes the relative position of the base and the head unit on spatial coordinates is provided.
The base material injection device is
A base material heating unit that heats the internal temperature of a base material, which is a standard metal piece, to a melting point and the surface temperature to a melting point.
It is characterized by including a base material injection portion for injecting the heated base material toward the base.

好ましくは、前記ヘッドユニットは、さらに、前記基材射出装置が射出する基材とは異なる材質の補材を射出する補材射出装置を備える。 Preferably, the head unit further includes a supplementary material injection device that ejects a supplementary material of a material different from that of the base material ejected by the base material injection device.

好ましくは、前記ヘッドユニットは、さらに、前記基台の上に積層した積層基材の表面を加熱する加熱装置を備える。 Preferably, the head unit further comprises a heating device that heats the surface of the laminated substrate laminated on the base.

好ましくは、前記ヘッドユニットは、さらに、前記基台の上に積層した積層基材の表面を冷却する冷却装置を備える。 Preferably, the head unit further comprises a cooling device that cools the surface of the laminated substrate laminated on the base.

本発明によれば、内部温度が融点未満かつ表面温度が融点まで加熱された定形の金属片を、基台に向けて射出することができる。基材の内部は固体のまま表面のみを融解させることで熱エネルギーを低減しつつ、射出した基材同士を溶接できる。そのため、本発明によれば、溶鉱炉や大きな鋳物型を用いずに、射出した基材を積層することで、複雑な構造を有する金属造形物を低コストで作成できる。 According to the present invention, a standard metal piece whose internal temperature is lower than the melting point and whose surface temperature is heated to the melting point can be injected toward the base. By melting only the surface of the base material while it remains solid, the injected base materials can be welded together while reducing thermal energy. Therefore, according to the present invention, a metal model having a complicated structure can be produced at low cost by laminating the injected base materials without using a blast furnace or a large casting mold.

さらに、補材射出装置を用いれば、より複雑な内部構造を有する金属造形物を作成できる。さらに、加熱装置や冷却装置を用いれば、熱処理により積層基材の表面の金属組成（金属の結晶構造）を調整することができる。 Further, by using the auxiliary material injection device, it is possible to create a metal model having a more complicated internal structure. Further, if a heating device or a cooling device is used, the metal composition (metal crystal structure) on the surface of the laminated base material can be adjusted by heat treatment.

実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the system which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 1. FIG. 材の形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of a material. 基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層されるイメージを説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an image in which a base material 15 ejected from a base material injection device 11 is laminated on a base 4. 実施の形態１における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the first embodiment. 実施の形態１に係るシステム構成の変形例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the modification of the system configuration which concerns on Embodiment 1. FIG. 金属積層造形装置１が有する処理回路のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware configuration example of the processing circuit which a metal laminated modeling apparatus 1 has. 複雑な内部構造を有する金属造形物の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the metal shaped object which has a complicated internal structure. 実施の形態２における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 2. FIG. 射出された基材１５および補材１６が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the image which the injected base material 15 and auxiliary material 16 are laminated on the base 4. 実施の形態２における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the second embodiment. 基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an image in which a base material 15 ejected from a base material injection device 11 is laminated on a base 4. 実施の形態３における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 3. 実施の形態３における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the third embodiment. 基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an image in which a base material 15 ejected from a base material injection device 11 is laminated on a base 4. 実施の形態４における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 4. 実施の形態４における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the fourth embodiment. 基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an image in which a base material 15 ejected from a base material injection device 11 is laminated on a base 4. 実施の形態５において作成される特徴的な金属造形物の一例である。This is an example of a characteristic metal model created in the fifth embodiment. 実施の形態５における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 5. 実施の形態５における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the fifth embodiment. 実施の形態６に係る金属積層造形装置１の制御例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the control example of the metal laminated modeling apparatus 1 which concerns on Embodiment 6. 実施の形態６に係るシステムの構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the system which concerns on Embodiment 6. 実施の形態６における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling apparatus 1 in Embodiment 6. 実施の形態６における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。6 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 according to the sixth embodiment. 実施の形態６に係るシステム構成の変形例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the modification of the system configuration which concerns on Embodiment 6.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The elements common to each figure are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１は、実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための概念図である。図１に示すシステムは金属積層造形装置１を備える。 Embodiment 1.
<System configuration>
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the system according to the first embodiment. The system shown in FIG. 1 includes a metal laminating modeling device 1.

図１に示す金属積層造形装置１は、材供給装置２、ヘッドユニット３、基台４、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７、移動台８、制御装置２０を備える。金属積層造形装置１は、ヘッドユニット３から基台４に向けて材を順次射出し、材を積層することで造形物を作成する装置である。 The metal laminated molding device 1 shown in FIG. 1 includes a material supply device 2, a head unit 3, a base 4, an X-axis actuator 5, a Y-axis actuator 6, a Z-axis actuator 7, a moving table 8, and a control device 20. The metal laminated molding device 1 is a device that sequentially injects materials from the head unit 3 toward the base 4 and creates a modeled object by laminating the materials.

材供給装置２は、ヘッドユニット３に材を供給する。ヘッドユニット３は、供給された材を装填し、基台４に向けて射出する。基台４は、耐熱性、断熱性のある造形ステージである。射出された材は、基台４の上面に衝突して固定される。 The material supply device 2 supplies the material to the head unit 3. The head unit 3 is loaded with the supplied material and ejected toward the base 4. The base 4 is a modeling stage having heat resistance and heat insulation. The injected material collides with the upper surface of the base 4 and is fixed.

Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７、および移動台８は、基台４とヘッドユニット３との相対位置を空間座標上で変化させる駆動装置である。図１に示す例では、ヘッドユニット３の位置は固定であり、駆動装置は基台４の位置を変化させる。 The X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, the Z-axis actuator 7, and the moving table 8 are drive devices that change the relative positions of the base 4 and the head unit 3 in space coordinates. In the example shown in FIG. 1, the position of the head unit 3 is fixed, and the driving device changes the position of the base 4.

本明細書において、Ｘ軸は基台４の上面に平行である、Ｙ軸は基台４の上面に平行かつＸ軸に垂直である。Ｚ軸は基台４の上面に垂直である。 In the present specification, the X-axis is parallel to the upper surface of the base 4, and the Y-axis is parallel to the upper surface of the base 4 and perpendicular to the X-axis. The Z axis is perpendicular to the upper surface of the base 4.

Ｘ軸アクチュエータ５の先端部は、Ｙ軸方向に伸びた孔８ａに係合している。Ｙ軸アクチュエータ６の先端部は、Ｘ軸方向に伸びた孔８ｂに係合している。そのため、移動台８は、Ｘ軸アクチュエータ５から力を受けてＸ軸方向に、Ｙ軸アクチュエータ６から力を受けてＹ軸方向に移動可能である。 The tip of the X-axis actuator 5 is engaged with a hole 8a extending in the Y-axis direction. The tip of the Y-axis actuator 6 is engaged with a hole 8b extending in the X-axis direction. Therefore, the moving table 8 can move in the X-axis direction by receiving a force from the X-axis actuator 5 and in the Y-axis direction by receiving a force from the Y-axis actuator 6.

Ｚ軸アクチュエータ７は、一端が基台４に他端が移動台８に固定されている。そのため、移動台８と連結した基台４は、Ｘ軸アクチュエータ５から力を受けてＸ軸方向に、Ｙ軸アクチュエータ６から力を受けてＹ軸方向に、Ｚ軸アクチュエータ７から力を受けてＺ軸方向に移動可能である。 The Z-axis actuator 7 has one end fixed to the base 4 and the other end fixed to the moving base 8. Therefore, the base 4 connected to the moving table 8 receives a force from the X-axis actuator 5 in the X-axis direction, receives a force from the Y-axis actuator 6 in the Y-axis direction, and receives a force from the Z-axis actuator 7. It is movable in the Z-axis direction.

図２は、実施の形態１における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the first embodiment.

材供給装置２は、ヘッドユニット３に材を供給する。実施の形態１において材は、定形の金属片である基材１５である。金属は、鋼（ステンレス鋼を含む）、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルなどである。 The material supply device 2 supplies the material to the head unit 3. In the first embodiment, the material is a base material 15 which is a standard metal piece. The metal is steel (including stainless steel), iron, copper, aluminum, nickel and the like.

図３は、材の形状の例を示す図である。材の形状は、例えば（Ａ）球体、（Ｂ）直方体、（Ｃ）円柱の下面部に円錐を付加した砲弾型、（Ｄ）直方体の下面部に方錐を付加した砲弾型である。砲弾型とすることで、材と基台４との衝突によって材の先端部が潰れ、円柱や直方体に近い形になる。材の一変の長さ（または直径）は、１ｍｍから数ｃｍである。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the shape of the material. The shape of the material is, for example, (A) a sphere, (B) a rectangular parallelepiped, (C) a bullet type having a cone added to the lower surface of a cylinder, and (D) a bullet type having a square cone added to the lower surface of the rectangular parallelepiped. By making it a cannonball type, the tip of the material is crushed by the collision between the material and the base 4, and the shape is similar to a cylinder or a rectangular parallelepiped. The variable length (or diameter) of the material is from 1 mm to several cm.

図２に戻り説明を続ける。ヘッドユニット３は、取付部１０と、取付部１０に取り付けられた基材射出装置１１とを備える。ヘッドユニット３に供給された基材１５は、基材射出装置１１に装填される。基材射出装置１１は、基材加熱部１１ａと基材射出部１１ｂを備える。 The explanation will be continued by returning to FIG. The head unit 3 includes a mounting portion 10 and a base material injection device 11 mounted on the mounting portion 10. The base material 15 supplied to the head unit 3 is loaded into the base material injection device 11. The base material injection device 11 includes a base material heating unit 11a and a base material injection unit 11b.

基材加熱部１１ａは、装填された基材１５の表面（表層）１５ｂを加熱する。基材加熱部１１ａは、基材１５の表面１５ｂのみを加熱するために、瞬時に大エネルギーで表面１５ｂを加熱する必要がある。基材加熱部１１ａの一例として、電磁コイルによる渦電流を応用した加熱装置や、レーザー光線による加熱装置が適用可能である。なお、表面（表層）１５ｂの厚みは、材の一辺の長さ（または径）の数％（０．１％〜１０％）である。 The base material heating unit 11a heats the surface (surface layer) 15b of the loaded base material 15. In order to heat only the surface 15b of the base material 15, the base material heating unit 11a needs to instantly heat the surface 15b with a large amount of energy. As an example of the base material heating unit 11a, a heating device applying an eddy current by an electromagnetic coil and a heating device using a laser beam can be applied. The thickness of the surface (surface layer) 15b is a few percent (0.1% to 10%) of the length (or diameter) of one side of the material.

また、基材加熱部１１ａは、基材温度センサ３１を備える。基材温度センサ３１は、基材加熱部１１ａに装填された基材１５の表面温度に応じた温度信号を出力する。基材温度センサ３１の一例として、基材１５の表面１５ｂの温度を非接触で測定できる赤外線温度計が適用可能である。 Further, the base material heating unit 11a includes a base material temperature sensor 31. The base material temperature sensor 31 outputs a temperature signal corresponding to the surface temperature of the base material 15 loaded in the base material heating unit 11a. As an example of the base material temperature sensor 31, an infrared thermometer capable of measuring the temperature of the surface 15b of the base material 15 in a non-contact manner can be applied.

基材射出部１１ｂは、装填された基材１５を射出する。基材射出部１１ｂの射線は基台４に向けられている。基材射出部１１ｂの一例として、圧縮気体を利用して物体を射出する装置や、物体を電磁誘導（ローレンツ力）により加速して撃ち出す装置（レールガン）が適用可能である。 The base material injection unit 11b ejects the loaded base material 15. The line of sight of the base material injection portion 11b is directed to the base 4. As an example of the base material injection unit 11b, a device that ejects an object using compressed gas and a device (railgun) that accelerates and shoots an object by electromagnetic induction (Lorentz force) can be applied.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, and a base material injection device control unit 23. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31, and the output unit is connected to the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標を含む。装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。基材種類は、基材１５の材質、大きさ、形状等により定められる。基材表面の目標温度は、基材種類に応じた融点である。好ましくは、基材表面の目標温度は、射出された基材１５が積層された材との衝突によって、積層された材に溶着する温度である。射出速度は、基材射出装置１１が基材１５を射出する速度である。 Each process data includes at least the device name and spatial coordinates. The process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. The type of the base material is determined by the material, size, shape and the like of the base material 15. The target temperature of the surface of the base material is the melting point according to the type of the base material. Preferably, the target temperature of the surface of the base material is a temperature at which the injected base material 15 is welded to the laminated material by collision with the laminated material. The injection speed is the speed at which the base material injection device 11 ejects the base material 15.

位置制御部２２は、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７を制御して、ヘッドユニット３と基台４との相対位置を制御する。具体的には、位置制御部２２は、プロセスデータに定められた空間座標に基づいて、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７の制御量を決定し、制御量に応じた制御信号を出力する。 The position control unit 22 controls the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7 to control the relative positions of the head unit 3 and the base 4. Specifically, the position control unit 22 determines the control amount of the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7 based on the spatial coordinates defined in the process data, and controls according to the control amount. Output a signal.

基材射出装置制御部２３は、プロセスデータに定められた基材種類に応じた基材１５を供給する制御信号を材供給装置２へ出力する。また、基材射出装置制御部２３は、供給された基材１５を基材射出装置１１に装填する制御信号をヘッドユニット３へ出力する。また、基材射出装置制御部２３は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。 The base material injection device control unit 23 outputs a control signal for supplying the base material 15 according to the base material type defined in the process data to the material supply device 2. Further, the base material injection device control unit 23 outputs a control signal for loading the supplied base material 15 into the base material injection device 11 to the head unit 3. Further, the base material injection device control unit 23 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22.

また、基材射出装置制御部２３は、基材温度センサ３１から逐次入力される温度信号に基づいて、基材射出装置１１に装填された基材１５の表面温度を計測し、計測値がプロセスデータに定められた基材表面の目標温度（融点）に達するまで、加熱信号を基材加熱部１１ａへ出力する。これにより、基材加熱部１１ａは、装填された基材１５の内部１５ａの温度を融点未満かつ表面１５ｂの温度を融点まで加熱する。その後、基材射出装置制御部２３は、プロセスデータに定められた射出速度に基づく射出信号を基材射出部１１ｂへ出力する。これにより、基材射出部１１ｂは、加熱された状態の基材１５を基台４に向けて射出する。 Further, the base material injection device control unit 23 measures the surface temperature of the base material 15 loaded in the base material injection device 11 based on the temperature signals sequentially input from the base material temperature sensor 31, and the measured value is a process. A heating signal is output to the base material heating unit 11a until the target temperature (melting point) of the base material surface specified in the data is reached. As a result, the base material heating unit 11a heats the temperature of the inside 15a of the loaded base material 15 to less than the melting point and the temperature of the surface 15b to the melting point. After that, the base material injection device control unit 23 outputs an injection signal based on the injection speed defined in the process data to the base material injection unit 11b. As a result, the base material injection unit 11b injects the heated base material 15 toward the base 4.

図４は、基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。図４に示すように、基材１５は、表面１５ｂのみ融点まで加熱された状態（内部１５ａは固体）で射出される。射出された基材１５は、先に射出され積層された積層基材１５ｃに衝突し溶着する。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an image in which the base material 15 ejected from the base material injection device 11 is laminated on the base 4. As shown in FIG. 4, the base material 15 is injected in a state where only the surface 15b is heated to the melting point (the inside 15a is a solid). The injected base material 15 collides with the previously injected and laminated laminated base material 15c and is welded.

＜フローチャート＞
図５は、上述の動作を実現するために、実施の形態１における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 <Flowchart>
FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 in the first embodiment in order to realize the above operation.

図５に示すルーチンでは、まずステップＳ１００において、制御装置２０は、造形データ記憶部２１から造形データを読み込む。造形データは実行順番が決められた複数のプロセスデータからなる。プロセスデータの実行順番を示す変数をｉとし、プロセスデータ数をＮとする。 In the routine shown in FIG. 5, first, in step S100, the control device 20 reads the modeling data from the modeling data storage unit 21. The modeling data consists of a plurality of process data whose execution order is determined. Let i be a variable indicating the execution order of process data, and let N be the number of process data.

次に、ステップＳ１１０において、制御装置２０は、第ｉ番プロセスデータを読み込む。最初は、造形データの第１番プロセスデータが読み込まれる。 Next, in step S110, the control device 20 reads the i-th process data. First, the first process data of the modeling data is read.

次に、ステップＳ１２０において、制御装置２０は、第ｉ番プロセスデータに定められた装置名称が基材射出装置１１であるか判定する。判定条件が成立する場合、ステップＳ１３０の処理に進む。ステップＳ１３０〜ステップＳ１８０は、基材射出装置制御部２３に関する処理である。 Next, in step S120, the control device 20 determines whether the device name defined in the process data i is the base material injection device 11. If the determination condition is satisfied, the process proceeds to step S130. Steps S130 to S180 are processes related to the base material injection device control unit 23.

ステップＳ１３０において、基材射出装置制御部２３は、第ｉ番プロセスデータに定められた基材種類に応じた基材１５を基材射出装置１１に装填させる制御信号をヘッドユニット３に出力する。 In step S130, the base material injection device control unit 23 outputs a control signal to the head unit 3 to load the base material 15 according to the base material type defined in the process data i into the base material injection device 11.

次に、ステップＳ１４０において、基材射出装置制御部２３は、基台４を目標座標（第ｉ番プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を、位置制御部２２へ出力する。位置制御部２２は、現座標と目標座標との差に基づいて制御量を算出し、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に制御信号を出力する。 Next, in step S140, the base material injection device control unit 23 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the i-th process data) to the position control unit 22. The position control unit 22 calculates the control amount based on the difference between the current coordinates and the target coordinates, and outputs a control signal to the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

次に、ステップＳ１５０において、基材射出装置制御部２３は、基材射出装置１１に加熱信号を出力する。基材加熱部１１ａは、加熱信号に応じて装填された基材１５の表面１５ｂを加熱する。 Next, in step S150, the base material injection device control unit 23 outputs a heating signal to the base material injection device 11. The base material heating unit 11a heats the surface 15b of the base material 15 loaded in response to the heating signal.

次に、ステップＳ１６０において、基材射出装置制御部２３は、基材温度センサ３１から入力される温度信号に基づいて、基材１５の現在の表面温度を計測する。 Next, in step S160, the base material injection device control unit 23 measures the current surface temperature of the base material 15 based on the temperature signal input from the base material temperature sensor 31.

次に、ステップＳ１７０において、基材射出装置制御部２３は、ステップＳ１６０において計測された計測値が、基材表面の目標温度に達したかを判定する。基材表面の目標温度は基材１５の種類に応じた融点であり、第ｉ番プロセスデータに定められている。 Next, in step S170, the base material injection device control unit 23 determines whether the measured value measured in step S160 has reached the target temperature of the base material surface. The target temperature of the surface of the base material is the melting point according to the type of the base material 15, and is defined in the process data i.

次に、ステップＳ１８０において、基材射出装置制御部２３は、第ｉ番プロセスデータに定められた射出速度に基づく射出信号を基材射出部１１ｂへ出力する。基材射出装置１１は、射出信号に応じて基材１５を射出する。 Next, in step S180, the base material injection device control unit 23 outputs an injection signal based on the injection speed defined in the i-th process data to the base material injection unit 11b. The base material injection device 11 ejects the base material 15 in response to the injection signal.

次に、ステップＳ１９０において、制御装置２０は、変数ｉに１を加算する。 Next, in step S190, the control device 20 adds 1 to the variable i.

次に、ステップＳ２００において、制御装置２０は、変数ｉがプロセスデータ数Ｎよりも大きいかを判定する。判定条件が成立しない場合には、第ｉ＋１番プロセスデータについてステップＳ１１０から処理を継続する。一方、判定条件が成立する場合には、造形データに含まれるすべてのプロセスデータについて処理が完了しているため、図５に示す制御ルーチンは終了する。 Next, in step S200, the control device 20 determines whether the variable i is larger than the number of process data N. If the determination condition is not satisfied, the process of the i + 1 process data is continued from step S110. On the other hand, when the determination condition is satisfied, the process is completed for all the process data included in the modeling data, so that the control routine shown in FIG. 5 ends.

なお、ステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合には、図５の結合子Ａから結合子Ｂにジャンプする。制御装置２０は、ステップＳ１９０から処理を継続する。 If the determination condition in step S120 is not satisfied, the connector A in FIG. 5 jumps to the connector B. The control device 20 continues the process from step S190.

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態１に係る金属積層造形装置１によれば、基材射出装置１１に加熱された先の基材１５を射出させる第ｉ番プロセスデータを実行後、基材射出装置１１に先の基材１５に接する位置に次の基材１５を射出させる第ｉ＋１プロセスデータを実行することで、表面が融解した基材１５同士を好適に溶接できる。そのため、溶鉱炉や大きな鋳物型を用いずに、射出した基材１５を積層することで、複雑な構造を有する金属造形物を低コストで作成できる。特に、表面１５ｂのみを融解させて溶接するため、融点の高い金属を用いて金属造形物を作成する場合の熱エネルギーを低減できる。 <Effect>
As described above, according to the metal lamination molding apparatus 1 according to the first embodiment, after executing the process data i for injecting the heated base material 15 into the base material injection device 11, the base material is injected. By executing the i + 1 process data for injecting the next base material 15 into the device 11 at a position in contact with the base material 15, the base materials 15 whose surfaces have melted can be suitably welded to each other. Therefore, by laminating the injected base materials 15 without using a blast furnace or a large casting mold, a metal model having a complicated structure can be produced at low cost. In particular, since only the surface 15b is melted and welded, the thermal energy when creating a metal model using a metal having a high melting point can be reduced.

また、内部１５ａは固体のまま表面１５ｂのみを融解させた基材１５を積層するため、すべて融解させた場合に比して、金属組成（金属の結晶構造）が異なる金属構造物が作成できる可能性がある。 Further, since the base material 15 in which only the surface 15b is melted is laminated while the inside 15a remains solid, it is possible to create a metal structure having a different metal composition (metal crystal structure) as compared with the case where all of the inside 15a is melted. There is sex.

また、射出する基材１５の材質をプロセスデータ毎に変えることで、性質の異なる複数の金属が積層した金属造形物を作成することができる。例えば、異種金属での複合材板（スラブ）を作成し、それを圧延することで新たな金属板材生産に応用できる。 Further, by changing the material of the base material 15 to be injected for each process data, it is possible to create a metal model in which a plurality of metals having different properties are laminated. For example, by creating a composite material plate (slab) made of dissimilar metals and rolling it, it can be applied to the production of a new metal plate material.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、基台４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させることにより、基台４とヘッドユニット３との相対位置を空間座標上で変化させることとしているが、駆動装置の構成はこれに限定されるものではない。ヘッドユニット３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させてもよい。また、ヘッドユニット３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、基台４をＺ軸方向に移動させてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 <Modification example>
By the way, in the system of the first embodiment described above, by moving the base 4 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the relative positions of the base 4 and the head unit 3 are moved in spatial coordinates. Although it is supposed to be changed, the configuration of the drive device is not limited to this. The head unit 3 may be moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Further, the head unit 3 may be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the base 4 may be moved in the Z-axis direction. This point is the same in the following embodiments.

上述したヘッドユニット３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、基台４をＺ軸方向に移動させる構成について説明する。図６は、実施の形態１に係るシステム構成の変形例を説明するための概念図である。図６に示す金属積層造形装置１は、図１のＸ軸アクチュエータ５に換えてＸ軸アクチュエータ５ａを、Ｙ軸アクチュエータ６に換えてＹ軸アクチュエータ６ａを備える。ヘッドユニット３は、Ｘ軸アクチュエータ５ａから力を受けてＸ軸方向に、Ｙ軸アクチュエータ６ａから力を受けてＹ軸方向に移動可能である。基台４は、Ｚ軸アクチュエータ７から力を受けてＺ軸方向に移動可能である。よって、基台４とヘッドユニット３との相対位置を空間座標上で変化させることができる。なお、図６は、図１と同機能を有する制御装置２０（図示省略）を備える。 A configuration will be described in which the head unit 3 described above is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the base 4 is moved in the Z-axis direction. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a modified example of the system configuration according to the first embodiment. The metal laminated molding apparatus 1 shown in FIG. 6 includes an X-axis actuator 5a instead of the X-axis actuator 5 of FIG. 1, and a Y-axis actuator 6a instead of the Y-axis actuator 6. The head unit 3 can move in the X-axis direction by receiving a force from the X-axis actuator 5a and in the Y-axis direction by receiving a force from the Y-axis actuator 6a. The base 4 can move in the Z-axis direction by receiving a force from the Z-axis actuator 7. Therefore, the relative positions of the base 4 and the head unit 3 can be changed on the spatial coordinates. Note that FIG. 6 includes a control device 20 (not shown) having the same function as that of FIG.

＜ハードウェア構成例＞
図７は、金属積層造形装置１が有する処理回路のハードウェア構成例を示す図である。制御装置２０内の各部は、金属積層造形装置１が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ５１と少なくとも１つのメモリ５２とを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア５３を備える。 <Hardware configuration example>
FIG. 7 is a diagram showing a hardware configuration example of a processing circuit included in the metal lamination modeling apparatus 1. Each part in the control device 20 shows a part of the functions possessed by the metal laminated modeling device 1, and each function is realized by a processing circuit. For example, the processing circuit includes at least one processor 51 and at least one memory 52. For example, the processing circuit comprises at least one dedicated hardware 53.

処理回路がプロセッサ５１とメモリ５２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ５２に格納される。プロセッサ５１は、メモリ５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。プロセッサ５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、メモリ５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。 When the processing circuit includes the processor 51 and the memory 52, each function is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. At least one of the software and firmware is written as a program. At least one of the software and firmware is stored in memory 52. The processor 51 realizes each function by reading and executing the program stored in the memory 52. The processor 51 is also referred to as a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP. For example, the memory 52 is a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD, or the like.

処理回路が専用のハードウェア５３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、各機能は、まとめて処理回路で実現される。 When the processing circuit includes dedicated hardware 53, the processing circuit is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof. For example, each function is realized by a processing circuit. For example, each function is collectively realized by a processing circuit.

また、各機能について、一部を専用のハードウェア５３で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。 Further, for each function, a part may be realized by the dedicated hardware 53, and the other part may be realized by software or firmware.

このように、処理回路は、ハードウェア５３、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって各機能を実現する。なお、上述したハードウェア構成は、以下の実施の形態でも同様である。 In this way, the processing circuit realizes each function by hardware 53, software, firmware, or a combination thereof. The hardware configuration described above is the same in the following embodiments.

実施の形態２．
＜システム構成＞
次に、図８〜図１１を参照して実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１および図９に示す構成において、制御装置２０に後述する図５および図１１のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 2.
<System configuration>
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11. The system of this embodiment can be realized by causing the control device 20 to execute the routines of FIGS. 5 and 11 described later in the configurations shown in FIGS. 1 and 9.

上述した実施の形態１では、表面１５ｂのみを融点まで加熱した基材１５を積層して金属造形物を作成することができる。ところで、積層された基材１５の間に隙間の空いた複雑な内部構造を有する金属造形物を作成できることが求められている。図８は、複雑な内部構造を有する金属造形物の一例を示す図である。図８に示す金属造形物は、内部にパイプ構造が形成されている。実施の形態２に係るシステムでは、内部に空間を設けた金属造形物の作成を可能とするため、後で取り除き易い補助物質（補材）を射出する装置を備えることとした。 In the first embodiment described above, a metal model can be created by laminating the base material 15 having only the surface 15b heated to the melting point. By the way, it is required to be able to produce a metal model having a complicated internal structure with a gap between the laminated base materials 15. FIG. 8 is a diagram showing an example of a metal model having a complicated internal structure. The metal model shown in FIG. 8 has a pipe structure formed inside. The system according to the second embodiment is provided with a device for injecting an auxiliary substance (auxiliary material) that can be easily removed later in order to enable the creation of a metal model having a space inside.

実施の形態２に係るシステムは図１と同様のシステムを備える。図９は、実施の形態２における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。図９に示す構成のうち、図２と共通する構成には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 The system according to the second embodiment includes the same system as in FIG. FIG. 9 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the second embodiment. Among the configurations shown in FIG. 9, the configurations common to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or abbreviated.

材供給装置２は、ヘッドユニット３に材を供給する。実施の形態２において材は、基材１５と補材１６である。補材１６は、造形物を作成後に取り除き易い補助物質である。例えば、基材１５よりも融点の低い金属や、融点は高いが液体で洗い流せる物質（粘土等）である。補材１６の形状は、基材１５と同様である（図３）。 The material supply device 2 supplies the material to the head unit 3. In the second embodiment, the materials are the base material 15 and the auxiliary material 16. The auxiliary material 16 is an auxiliary substance that can be easily removed after the modeled object is created. For example, it is a metal having a melting point lower than that of the base material 15 or a substance (clay or the like) having a high melting point but can be washed away with a liquid. The shape of the auxiliary material 16 is the same as that of the base material 15 (FIG. 3).

ヘッドユニット３は、実施の形態１で説明した取付部１０および基材射出装置１１に加えて、取付部１０に取り付けられた補材射出装置１２を備える。ヘッドユニット３に供給された基材１５は、基材射出装置１１に装填され、ヘッドユニット３に供給された補材１６は、補材射出装置１２に装填される。 The head unit 3 includes a auxiliary material injection device 12 attached to the attachment portion 10 in addition to the attachment portion 10 and the base material injection device 11 described in the first embodiment. The base material 15 supplied to the head unit 3 is loaded into the base material injection device 11, and the auxiliary material 16 supplied to the head unit 3 is loaded into the auxiliary material injection device 12.

補材射出装置１２は、装填された補材１６を射出する。すなわち、補材射出装置１２は、基材射出装置１１が射出する基材１５とは異なる材質の補材１６を射出する。補材射出装置１２の射線は基台４に向けられている。具体的には、補材射出装置１２の射出方向は、基材射出装置１１の射出方向と同じである。補材射出装置１２の一例として、圧縮気体を利用して物体を射出する装置や、物体を電磁誘導（ローレンツ力）により加速して撃ち出す装置（レールガン）が適用可能である。 The auxiliary material injection device 12 ejects the loaded auxiliary material 16. That is, the auxiliary material injection device 12 injects the auxiliary material 16 made of a material different from that of the base material 15 ejected by the base material injection device 11. The line of sight of the auxiliary material injection device 12 is directed to the base 4. Specifically, the injection direction of the auxiliary material injection device 12 is the same as the injection direction of the base material injection device 11. As an example of the auxiliary material injection device 12, a device that ejects an object using compressed gas and a device (railgun) that accelerates and shoots an object by electromagnetic induction (Lorentz force) can be applied.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３、補材射出装置制御部２４を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, a base material injection device control unit 23, and a auxiliary material injection device control unit 24. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31, and the output unit is connected to the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標を含む。実施の形態１で説明したように、装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。また、装置名称が補材射出装置１２であるプロセスデータは、さらに、補材種類、射出速度等を含む。補材種類は、補材１６の材質、大きさ、形状等により定められる。射出速度は、補材射出装置１２が補材１６を射出する速度である。 Each process data includes at least the device name and spatial coordinates. As described in the first embodiment, the process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. Further, the process data whose device name is the auxiliary material injection device 12 further includes the auxiliary material type, injection speed, and the like. The type of auxiliary material is determined by the material, size, shape, etc. of the auxiliary material 16. The injection speed is the speed at which the auxiliary material injection device 12 ejects the auxiliary material 16.

補材射出装置制御部２４は、プロセスデータに定められた補材種類に応じた補材１６を供給する制御信号を材供給装置２へ出力する。また、補材射出装置制御部２４は、供給された補材１６を補材射出装置１２に装填する制御信号をヘッドユニット３へ出力する。また、補材射出装置制御部２４は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。また、補材射出装置制御部２４は、プロセスデータに定められた射出速度に基づく射出信号を補材射出装置１２へ出力する。これにより、補材射出装置１２は、補材１６を基台４に向けて射出する。 The auxiliary material injection device control unit 24 outputs a control signal for supplying the auxiliary material 16 according to the auxiliary material type defined in the process data to the material supply device 2. Further, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs a control signal for loading the supplied auxiliary material 16 into the auxiliary material injection device 12 to the head unit 3. Further, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22. Further, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs an injection signal based on the injection speed defined in the process data to the auxiliary material injection device 12. As a result, the auxiliary material injection device 12 injects the auxiliary material 16 toward the base 4.

図１０は、射出された基材１５および補材１６が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。図４に示すように、基材１５は、表面１５ｂのみ融点まで加熱された状態（内部１５ａは固体）で射出される。射出された基材１５は、先に射出され積層された積層基材１５ｃや積層補材１６ｃに衝突し溶着する。また、補材１６は、積層基材１５ｃに隙間を空けるように射出される。基材１５と補材１６を繰り返し射出し、後ほど補材１６を取り除くことで、隙間の空いた複雑な金属造形物が作成される。補材１６の取り除き方について説明する。補材１６が基材１５よりも融点の低い金属である場合、金属造形物を加熱し、融点の低い金属である補材１６を重力落下させる。また、補材１６が粘土等である場合、液体洗浄、気体による吹き飛ばし、吸引等の方法で取り除く。このように、内部に空間を持つ金属造形物を作成することができる。 FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining an image in which the injected base material 15 and auxiliary material 16 are laminated on the base 4. As shown in FIG. 4, the base material 15 is injected in a state where only the surface 15b is heated to the melting point (the inside 15a is a solid). The injected base material 15 collides with the previously injected and laminated laminated base material 15c and the laminated auxiliary material 16c and is welded. Further, the auxiliary material 16 is injected so as to leave a gap in the laminated base material 15c. By repeatedly injecting the base material 15 and the auxiliary material 16 and removing the auxiliary material 16 later, a complicated metal model having a gap is created. How to remove the auxiliary material 16 will be described. When the auxiliary material 16 is a metal having a melting point lower than that of the base material 15, the metal model is heated and the auxiliary material 16 which is a metal having a lower melting point is dropped by gravity. When the auxiliary material 16 is clay or the like, it is removed by a method such as liquid washing, blowing off with a gas, or suction. In this way, it is possible to create a metal model having a space inside.

＜フローチャート＞
図５および図１１は、上述の動作を実現するために、実施の形態２における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図５について実施の形態１と共通する説明は省略する。 <Flowchart>
5 and 11 are flowcharts of a control routine executed by the control device 20 in the second embodiment in order to realize the above-mentioned operation. The description of FIG. 5 that is common to the first embodiment will be omitted.

実施の形態２では、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ａ）、次に、図１１のステップＳ２２０の処理に進む。 In the second embodiment, when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A), the process proceeds to step S220 of FIG.

ステップＳ２２０において、制御装置２０は、第ｉ番プロセスデータに定められた装置名称が補材射出装置１２であるか判定する。判定条件が成立する場合、ステップＳ２３０の処理に進む。ステップＳ２３０〜ステップＳ２５０は、補材射出装置制御部２４に関する処理である。 In step S220, the control device 20 determines whether the device name defined in the process data i is the auxiliary material injection device 12. If the determination condition is satisfied, the process proceeds to step S230. Steps S230 to S250 are processes related to the auxiliary material injection device control unit 24.

ステップＳ２３０において、補材射出装置制御部２４は、第ｉ番プロセスデータに定められた補材種類に応じた補材１６を補材射出装置１２に装填させる制御信号をヘッドユニット３に出力する。 In step S230, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs a control signal for loading the auxiliary material injection device 12 into the auxiliary material injection device 12 according to the auxiliary material type defined in the i-th process data to the head unit 3.

次に、ステップＳ２４０において、補材射出装置制御部２４は、基台４を目標座標（第ｉ番プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を、位置制御部２２へ出力する。位置制御部２２は、現座標と目標座標との差に基づいて制御量を算出し、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に制御信号を出力する。 Next, in step S240, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the i-th process data) to the position control unit 22. The position control unit 22 calculates the control amount based on the difference between the current coordinates and the target coordinates, and outputs a control signal to the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

次に、ステップＳ２５０において、補材射出装置制御部２４は、第ｉ番プロセスデータに定められた射出速度に基づく射出信号を補材射出装置１２へ出力する。補材射出装置１２は、射出信号に応じて補材１６を射出する。 Next, in step S250, the auxiliary material injection device control unit 24 outputs an injection signal based on the injection speed defined in the i-th process data to the auxiliary material injection device 12. The auxiliary material injection device 12 injects the auxiliary material 16 in response to the injection signal.

その後、図１１に示す制御ルーチンは終了し、制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する（結合子Ｂ）。 After that, the control routine shown in FIG. 11 ends, and the control device 20 continues the process from step S190 of FIG. 5 (combiner B).

なお、ステップＳ２２０の判定条件が成立しない場合には、図１１の結合子Ｃから結合子Ｂにジャンプする。制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する。 If the determination condition in step S220 is not satisfied, the connector C in FIG. 11 jumps to the connector B. The control device 20 continues the process from step S190 of FIG.

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態２に係る金属積層造形装置１によれば、基材１５と補材１６を繰り返し射出して、後から補材１６を取り除くことで、複雑な内部構造を有する金属造形物を作成できる。例えば、複雑な内部パイプ構造の造形ができるため、熱交換器やエンジンの部品に応用できる。また、金属フィルタの製作にも応用できる。 <Effect>
As described above, the metal lamination molding apparatus 1 according to the second embodiment has a complicated internal structure by repeatedly injecting the base material 15 and the auxiliary material 16 and removing the auxiliary material 16 later. You can create metal objects. For example, it can be applied to heat exchangers and engine parts because it can form a complicated internal pipe structure. It can also be applied to the production of metal filters.

また、基材射出装置１１および補材射出装置１２が１つのヘッドユニット３に設けられるため、個別のヘッドユニットを切り替えて移動させる場合に比して、移動時間を短縮でき、先に射出された材が冷える前に次の材を射出できる。また、複数の装置が１つのヘッドユニット３に設けられヘッドユニット３の重量が重くなるため、ヘッドユニット３の位置を固定し、基台４の位置を変化させている。 Further, since the base material injection device 11 and the auxiliary material injection device 12 are provided in one head unit 3, the moving time can be shortened as compared with the case where the individual head units are switched and moved, and the injection is performed first. The next material can be injected before the material cools. Further, since a plurality of devices are provided in one head unit 3 and the weight of the head unit 3 becomes heavy, the position of the head unit 3 is fixed and the position of the base 4 is changed.

なお、実施の形態２に係る金属積層造形装置１によれば、実施の形態１で述べた効果を当然に有する。 According to the metal lamination modeling apparatus 1 according to the second embodiment, the effect described in the first embodiment is naturally obtained.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいて、補材射出装置１２は、基材射出装置１１の基材加熱部１１ａおよび基材射出部１１ｂと同等の構成を備えてもよい。このような構成によれば、補材１６を加熱した後、補材１６を射出することができる。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 <Modification example>
By the way, in the system of the second embodiment described above, the auxiliary material injection device 12 may have the same configuration as the base material heating unit 11a and the base material injection unit 11b of the base material injection device 11. According to such a configuration, the auxiliary material 16 can be ejected after the auxiliary material 16 is heated. This point is the same in the following embodiments.

実施の形態３．
＜システム構成＞
次に、図１２〜図１４を参照して実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１および図１３に示す構成において、制御装置２０に後述する図５、図１１、および図１４のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 3.
<System configuration>
Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14. The system of this embodiment can be realized by causing the control device 20 to execute the routines of FIGS. 5, 11, and 14 described later in the configurations shown in FIGS. 1 and 13.

図１２は、基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。射出された基材１５が溶接して形成された積層基材１５ｃ上に新たな基材１５を射出する場合に、基材１５と積層基材１５ｃとの衝突部１７の表面温度が不足している場合がある。この場合、積層基材１５ｃ上の衝突部１７を加熱して再融解させてから次の基材１５を射出することが望ましい。 FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining an image in which the base material 15 ejected from the base material injection device 11 is laminated on the base 4. When a new base material 15 is injected onto the laminated base material 15c formed by welding the injected base material 15, the surface temperature of the collision portion 17 between the base material 15 and the laminated base material 15c is insufficient. There may be. In this case, it is desirable to heat the collision portion 17 on the laminated base material 15c to remelt it before injecting the next base material 15.

そこで、実施の形態３に係るシステムでは、基材１５が撃ち込まれる場所の表面を加熱し、基材１５と積層基材１５ｃとを融着しやすくした。 Therefore, in the system according to the third embodiment, the surface of the place where the base material 15 is shot is heated to facilitate the fusion between the base material 15 and the laminated base material 15c.

実施の形態３に係るシステムは図１と同様のシステムを備える。図１３は、実施の形態３における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。図１３に示す構成のうち、図２または図９と共通する構成には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 The system according to the third embodiment includes the same system as in FIG. FIG. 13 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the third embodiment. Among the configurations shown in FIG. 13, the configurations common to those in FIG. 2 or 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or abbreviated.

ヘッドユニット３は、実施の形態１および実施の形態２で説明した取付部１０、基材射出装置１１、補材射出装置１２に加えて、取付部１０に取り付けられた加熱装置１３を備える。 The head unit 3 includes a heating device 13 attached to the attachment portion 10 in addition to the attachment portion 10, the base material injection device 11, and the auxiliary material injection device 12 described in the first and second embodiments.

加熱装置１３は、基台４の上に積層した積層基材１５ｃの表面を加熱する。加熱装置１３は、積層基材１５ｃの表面のみを加熱するために、瞬時に大エネルギーで積層基材１５ｃを加熱する必要がある。加熱装置１３の一例として、電磁コイルによる渦電流を応用した加熱装置や、レーザー光線による加熱装置が適用可能である。 The heating device 13 heats the surface of the laminated base material 15c laminated on the base 4. In order to heat only the surface of the laminated base material 15c, the heating device 13 needs to instantly heat the laminated base material 15c with a large amount of energy. As an example of the heating device 13, a heating device applying an eddy current by an electromagnetic coil and a heating device using a laser beam can be applied.

また、ヘッドユニット３は、積層基材温度センサ３２を備える。積層基材温度センサ３２は、積層基材１５ｃの表面温度に応じた温度信号を出力する。積層基材温度センサ３２の一例として、積層基材１５ｃの表面温度を非接触で測定できる赤外線温度計が適用可能である。 Further, the head unit 3 includes a laminated base material temperature sensor 32. The laminated base material temperature sensor 32 outputs a temperature signal corresponding to the surface temperature of the laminated base material 15c. As an example of the laminated base material temperature sensor 32, an infrared thermometer capable of measuring the surface temperature of the laminated base material 15c in a non-contact manner can be applied.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３、補材射出装置制御部２４、加熱装置制御部２５を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１、積層基材温度センサ３２に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, a base material injection device control unit 23, a auxiliary material injection device control unit 24, and a heating device control unit 25. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31 and the laminated base material temperature sensor 32, and the output unit is the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator. Connect to 7.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標を含む。実施の形態１で説明したように、装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。実施の形態２で説明したように装置名称が補材射出装置１２であるプロセスデータは、さらに、補材種類、射出速度等を含む。また、装置名称が加熱装置１３であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、積層基材１５ｃに応じた融点、積層基材１５ｃに応じた焼入れ温度、積層基材１５ｃに応じた焼なまし温度）を含む。 Each process data includes at least the device name and spatial coordinates. As described in the first embodiment, the process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. As described in the second embodiment, the process data whose device name is the auxiliary material injection device 12 further includes the auxiliary material type, injection speed, and the like. Further, the process data whose device name is the heating device 13 further depends on the target temperature of the surface of the laminated base material (for example, the melting point corresponding to the laminated base material 15c, the quenching temperature according to the laminated base material 15c, and the laminated base material 15c. Includes annealing temperature).

加熱装置制御部２５は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。また、加熱装置制御部２５は、積層基材温度センサ３２から逐次入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの表面温度を計測し、計測値がプロセスデータに定められた積層基材表面の目標温度に達するまで、加熱信号を加熱装置１３へ出力する。これにより、加熱装置１３は、目標座標における積層基材１５ｃの表面を加熱する。 The heating device control unit 25 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22. Further, the heating device control unit 25 measures the surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signals sequentially input from the laminated base material temperature sensor 32, and the measured value is defined in the process data. A heating signal is output to the heating device 13 until the target temperature on the surface of the base material is reached. As a result, the heating device 13 heats the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates.

＜フローチャート＞
図５、図１１、図１４は、上述の動作を実現するために、実施の形態３における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図５および図１１について実施の形態１および実施の形態２と共通する説明は省略する。 <Flowchart>
5, 11, and 14 are flowcharts of a control routine executed by the control device 20 in the third embodiment in order to realize the above-mentioned operation. The description of FIGS. 5 and 11 that is common to the first and second embodiments will be omitted.

実施の形態３では、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ａ）、次に、図１１のステップＳ２２０の処理に進み、図１１のステップＳ２２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ｃ）、次に、図１４のステップＳ３２０の処理に進む。 In the third embodiment, when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A), then the process proceeds to the process of step S220 of FIG. 11, and the determination condition of step S220 of FIG. Combiner C), then proceed to the process of step S320 of FIG.

ステップＳ３２０において、制御装置２０は、第ｉ番プロセスデータに定められた装置名称が加熱装置１３であるか判定する。判定条件が成立する場合、ステップＳ３３０の処理に進む。ステップＳ３３０〜ステップＳ３６０は、加熱装置制御部２５に関する処理である。 In step S320, the control device 20 determines whether the device name defined in the process data i is the heating device 13. If the determination condition is satisfied, the process proceeds to step S330. Steps S330 to S360 are processes related to the heating device control unit 25.

ステップＳ３３０において、加熱装置制御部２５は、基台４を目標座標（第ｉ番プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を、位置制御部２２へ出力する。位置制御部２２は、現座標と目標座標との差に基づいて制御量を算出し、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に制御信号を出力する。 In step S330, the heating device control unit 25 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the i-th process data) to the position control unit 22. The position control unit 22 calculates the control amount based on the difference between the current coordinates and the target coordinates, and outputs a control signal to the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

次に、ステップＳ３４０において、加熱装置制御部２５は、加熱装置１３に加熱信号を出力する。加熱装置１３は、加熱信号に応じて目標座標における積層基材１５ｃの表面を加熱する。 Next, in step S340, the heating device control unit 25 outputs a heating signal to the heating device 13. The heating device 13 heats the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates according to the heating signal.

次に、ステップＳ３５０において、加熱装置制御部２５は、積層基材温度センサ３２から入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの現在の表面温度を計測する。 Next, in step S350, the heating device control unit 25 measures the current surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signal input from the laminated base material temperature sensor 32.

次に、ステップＳ３６０において、加熱装置制御部２５は、ステップＳ３５０において計測された計測値が、積層基材表面の目標温度に達したかを判定する。積層基材表面の目標温度は、第ｉ番プロセスデータに定められている。 Next, in step S360, the heating device control unit 25 determines whether the measured value measured in step S350 has reached the target temperature on the surface of the laminated substrate. The target temperature of the surface of the laminated substrate is defined in the process data No. i.

その後、図１４に示す制御ルーチンは終了し、制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する（結合子Ｂ）。 After that, the control routine shown in FIG. 14 ends, and the control device 20 continues the process from step S190 in FIG. 5 (combiner B).

なお、ステップＳ３２０の判定条件が成立しない場合には、制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する（結合子Ｂ）。 If the determination condition of step S320 is not satisfied, the control device 20 continues the process from step S190 of FIG. 5 (combiner B).

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態３に係る金属積層造形装置１によれば、加熱装置１３に目標座標（衝突部１７）を融点まで加熱させる第ｉ番プロセスデータを実行後、基材射出装置１１に目標座標（衝突部１７）に基材１５を射出させる第ｉ＋１番プロセスを実行することができる。すなわち、基材射出装置１１は、加熱装置１３により加熱された積層基材１５ｃの表面に接する位置に次の基材を射出する。これにより、融点まで再加熱された衝突部１７に基材１５が撃ち込まれ、基材１５と積層基材１５ｃとが溶接しやすくなる。 <Effect>
As described above, according to the metal lamination molding apparatus 1 according to the third embodiment, after executing the i-th process data for heating the target coordinates (collision portion 17) to the melting point in the heating apparatus 13, the base material injection apparatus The i + 1 process of injecting the base material 15 into the target coordinates (collision portion 17) at 11 can be executed. That is, the base material injection device 11 injects the next base material at a position in contact with the surface of the laminated base material 15c heated by the heating device 13. As a result, the base material 15 is shot into the collision portion 17 reheated to the melting point, and the base material 15 and the laminated base material 15c are easily welded to each other.

また、加熱装置１３に目標座標を焼なまし温度まで加熱させる第ｉ番プロセスデータを実行後、自然冷却させることで、金属組成（金属の結晶構造）を調整することができる。また、１層分の造形毎に、積層基材１５ｃの表面を再融解させることで表面を滑らかにできる。 Further, the metal composition (metal crystal structure) can be adjusted by executing the process data i, which heats the target coordinates to the annealing temperature in the heating device 13, and then naturally cooling the data. Further, the surface can be smoothed by remelting the surface of the laminated base material 15c for each molding of one layer.

なお、実施の形態３に係る金属積層造形装置１によれば、実施の形態１および実施の形態２で述べた効果を当然に有する。 According to the metal lamination modeling apparatus 1 according to the third embodiment, the effects described in the first embodiment and the second embodiment are naturally obtained.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態３のシステムは、補材射出装置１２および補材射出装置制御部２４を備えているが、これらを備えない構成であってもよい。その場合、上述した制御ルーチンのフローチャートは、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合に（結合子Ａ）、図１４のステップＳ３２０の処理に進む。 <Modification example>
By the way, the system of the third embodiment described above includes the auxiliary material injection device 12 and the auxiliary material injection device control unit 24, but may be configured not to include these. In that case, the flowchart of the control routine described above proceeds to the process of step S320 of FIG. 14 when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A).

実施の形態４．
＜システム構成＞
次に、図１５〜図１７を参照して実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１および図１６に示す構成において、制御装置２０に後述する図５、図１１、および図１７のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 4.
<System configuration>
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 17. The system of this embodiment can be realized by causing the control device 20 to execute the routines of FIGS. 5, 11, and 17 described later in the configurations shown in FIGS. 1 and 16.

図１５は、基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。射出された基材が溶接して形成された積層基材１５ｃ上に、積層基材１５ｃよりも融点の低い基材１５を射出する場合に、基材１５と積層基材１５ｃとの衝突部１７の表面温度が高すぎる（基材１５の融点よりも高い）場合がある。この場合、積層基材１５ｃ上の衝突部１７を冷却してから次の基材１５を射出することが望ましい。 FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining an image in which the base material 15 ejected from the base material injection device 11 is laminated on the base 4. When the base material 15 having a melting point lower than that of the laminated base material 15c is injected onto the laminated base material 15c formed by welding the injected base materials, the collision portion 17 between the base material 15 and the laminated base material 15c The surface temperature of the base material 15 may be too high (higher than the melting point of the base material 15). In this case, it is desirable to cool the collision portion 17 on the laminated base material 15c before injecting the next base material 15.

そこで、実施の形態３に係るシステムでは、基材１５が撃ち込まれる場所の表面を冷却してから、基材１５を射出することとした。 Therefore, in the system according to the third embodiment, the surface of the place where the base material 15 is shot is cooled, and then the base material 15 is ejected.

実施の形態４に係るシステムは図１と同様のシステムを備える。図１６は、実施の形態４における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。図１６に示す構成のうち、図２または図９と共通する構成には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 The system according to the fourth embodiment includes the same system as in FIG. FIG. 16 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the fourth embodiment. Among the configurations shown in FIG. 16, the configurations common to those in FIG. 2 or 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or abbreviated.

ヘッドユニット３は、実施の形態１および実施の形態２で説明した取付部１０、基材射出装置１１、補材射出装置１２に加えて、取付部１０に取り付けられた冷却装置１４を備える。 The head unit 3 includes a cooling device 14 attached to the attachment portion 10 in addition to the attachment portion 10, the base material injection device 11, and the auxiliary material injection device 12 described in the first and second embodiments.

冷却装置１４は、基台４の上に積層した積層基材１５ｃの表面を冷却する。積層製造過程で造形物を一時的に冷やす場合、造形物の表面に影響や残留のない冷却が必要である。冷却装置１４の一例として、二酸化炭素や空気等の気体を噴射する装置が適用可能である。 The cooling device 14 cools the surface of the laminated base material 15c laminated on the base 4. When the modeled object is temporarily cooled in the laminating manufacturing process, it is necessary to cool the modeled object without affecting or remaining the surface of the modeled object. As an example of the cooling device 14, a device that injects a gas such as carbon dioxide or air can be applied.

また、ヘッドユニット３は、積層基材温度センサ３２を備える。積層基材温度センサ３２は、積層基材１５ｃの表面温度に応じた温度信号を出力する。積層基材温度センサ３２の一例として、積層基材１５ｃの表面温度を非接触で測定できる赤外線温度計が適用可能である。 Further, the head unit 3 includes a laminated base material temperature sensor 32. The laminated base material temperature sensor 32 outputs a temperature signal corresponding to the surface temperature of the laminated base material 15c. As an example of the laminated base material temperature sensor 32, an infrared thermometer capable of measuring the surface temperature of the laminated base material 15c in a non-contact manner can be applied.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３、補材射出装置制御部２４、冷却装置制御部２６を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１、積層基材温度センサ３２に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, a base material injection device control unit 23, a auxiliary material injection device control unit 24, and a cooling device control unit 26. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31 and the laminated base material temperature sensor 32, and the output unit is the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator. Connect to 7.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標を含む。実施の形態１で説明したように、装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。実施の形態２で説明したように装置名称が補材射出装置１２であるプロセスデータは、さらに、補材種類、射出速度等を含む。また、装置名称が冷却装置１４であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、次に射出される基材１５に応じた融点）を含む。 Each process data includes at least the device name and spatial coordinates. As described in the first embodiment, the process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. As described in the second embodiment, the process data whose device name is the auxiliary material injection device 12 further includes the auxiliary material type, injection speed, and the like. Further, the process data whose device name is the cooling device 14 further includes a target temperature of the surface of the laminated base material (for example, a melting point corresponding to the base material 15 to be ejected next).

冷却装置制御部２６は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。また、冷却装置制御部２６は、積層基材温度センサ３２から逐次入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの表面温度を計測し、計測値がプロセスデータに定められた積層基材表面の目標温度を下回るまで、冷却信号を冷却装置１４へ出力する。これにより、冷却装置１４は、目標座標における積層基材１５ｃの表面を冷却する。 The cooling device control unit 26 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22. Further, the cooling device control unit 26 measures the surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signals sequentially input from the laminated base material temperature sensor 32, and the measured value is defined in the process data. A cooling signal is output to the cooling device 14 until the temperature falls below the target temperature on the surface of the base material. As a result, the cooling device 14 cools the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates.

＜フローチャート＞
図５、図１１、図１７は、上述の動作を実現するために、実施の形態４における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図５および図１１について実施の形態１および実施の形態２と共通する説明は省略する。 <Flowchart>
5, 11, and 17 are flowcharts of a control routine executed by the control device 20 in the fourth embodiment in order to realize the above-mentioned operation. The description of FIGS. 5 and 11 that is common to the first and second embodiments will be omitted.

実施の形態４では、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ａ）、次に、図１１のステップＳ２２０の処理に進み、図１１のステップＳ２２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ｃ）、次に、図１７のステップＳ４２０の処理に進む。 In the fourth embodiment, when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A), then the process proceeds to the process of step S220 of FIG. 11, and the determination condition of step S220 of FIG. Combiner C), then proceed to the process of step S420 of FIG.

ステップＳ４２０において、制御装置２０は、第ｉ番プロセスデータに定められた装置名称が冷却装置１４であるか判定する。判定条件が成立する場合、ステップＳ４３０の処理に進む。ステップＳ４３０〜ステップＳ４６０は、冷却装置制御部２６に関する処理である。 In step S420, the control device 20 determines whether the device name defined in the process data i is the cooling device 14. If the determination condition is satisfied, the process proceeds to step S430. Steps S430 to S460 are processes related to the cooling device control unit 26.

ステップＳ４３０において、冷却装置制御部２６は、基台４を目標座標（第ｉ番プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を、位置制御部２２へ出力する。位置制御部２２は、現座標と目標座標との差に基づいて制御量を算出し、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に制御信号を出力する。 In step S430, the cooling device control unit 26 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the i-th process data) to the position control unit 22. The position control unit 22 calculates the control amount based on the difference between the current coordinates and the target coordinates, and outputs a control signal to the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator 7.

次に、ステップＳ４４０において、冷却装置制御部２６は、冷却装置１４に冷却信号を出力する。冷却装置１４は、冷却信号に応じて目標座標における積層基材１５ｃの表面を冷却する。 Next, in step S440, the cooling device control unit 26 outputs a cooling signal to the cooling device 14. The cooling device 14 cools the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates according to the cooling signal.

次に、ステップＳ４５０において、冷却装置制御部２６は、積層基材温度センサ３２から入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの現在の表面温度を計測する。 Next, in step S450, the cooling device control unit 26 measures the current surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signal input from the laminated base material temperature sensor 32.

次に、ステップＳ４６０において、冷却装置制御部２６は、ステップＳ４５０において計測された計測値が、積層基材表面の目標温度を下回ったかを判定する。積層基材表面の目標温度は、第ｉ番プロセスデータに定められている。 Next, in step S460, the cooling device control unit 26 determines whether the measured value measured in step S450 is below the target temperature of the surface of the laminated substrate. The target temperature of the surface of the laminated substrate is defined in the process data No. i.

その後、図１７に示す制御ルーチンは終了し、制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する（結合子Ｂ）。 After that, the control routine shown in FIG. 17 ends, and the control device 20 continues the process from step S190 in FIG. 5 (combiner B).

なお、ステップＳ４２０の判定条件が成立しない場合には、制御装置２０は、図５のステップＳ１９０から処理を継続する（結合子Ｂ）。 If the determination condition of step S420 is not satisfied, the control device 20 continues the process from step S190 of FIG. 5 (combiner B).

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態４に係る金属積層造形装置１によれば、冷却装置１４に目標座標（衝突部１７）を次に射出される基材１５の融点まで冷却させる第ｉ番プロセスデータを実行後、基材射出装置１１に目標座標（衝突部１７）に基材１５を射出させる第ｉ＋１番プロセスを実行することができる。すなわち、基材射出装置１１は、冷却装置１４により冷却された積層基材１５ｃの表面に接する位置に次の基材を射出する。これにより、衝突部１７に撃ち込まれた基材１５が、内部まで融解すること抑制できる。 <Effect>
As described above, according to the metal lamination molding apparatus 1 according to the fourth embodiment, the i-th process of cooling the target coordinates (collision portion 17) to the cooling apparatus 14 to the melting point of the base material 15 to be ejected next. After executing the data, the i + 1 process of injecting the base material 15 into the base material injection device 11 at the target coordinates (collision portion 17) can be executed. That is, the base material injection device 11 injects the next base material at a position in contact with the surface of the laminated base material 15c cooled by the cooling device 14. As a result, it is possible to prevent the base material 15 shot into the collision portion 17 from melting to the inside.

また、冷却装置１４により目標座標における積層基材１５ｃを急冷することで、造形物の一部の金属組成（金属の結晶構造）を調整することができる。 Further, the metal composition (metal crystal structure) of a part of the modeled object can be adjusted by rapidly cooling the laminated base material 15c at the target coordinates by the cooling device 14.

なお、実施の形態４に係る金属積層造形装置１によれば、実施の形態１および実施の形態２で述べた効果を当然に有する。 According to the metal lamination modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment, the effects described in the first embodiment and the second embodiment are naturally obtained.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態４のシステムは、補材射出装置１２および補材射出装置制御部２４を備えているが、これらを備えない構成であってもよい。その場合、上述した制御ルーチンのフローチャートは、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合に（結合子Ａ）、図１７のステップＳ４２０の処理に進む。 <Modification example>
By the way, the system of the fourth embodiment described above includes the auxiliary material injection device 12 and the auxiliary material injection device control unit 24, but may be configured not to include these. In that case, the flowchart of the control routine described above proceeds to the process of step S420 of FIG. 17 when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A).

実施の形態５．
＜システム構成＞
次に、図１８〜図２１を参照して実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１および図２０に示す構成において、制御装置２０に後述する図５、図１１、および図２１のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 5.
<System configuration>
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 18 to 21. The system of this embodiment can be realized by causing the control device 20 to execute the routines of FIGS. 5, 11, and 21 described later in the configurations shown in FIGS. 1 and 20.

図１８は、基材射出装置１１から射出された基材１５が、基台４に積層するイメージを説明するための概念図である。実施の形態３では加熱装置１３を、実施の形態４では冷却装置１４を備える構成について説明した。実施の形態５に係るシステムでは、両方の装置を備えることで、積層基材１５ｃの表面を加熱も冷却もできる構成とした。 FIG. 18 is a conceptual diagram for explaining an image in which the base material 15 ejected from the base material injection device 11 is laminated on the base 4. The configuration including the heating device 13 in the third embodiment and the cooling device 14 in the fourth embodiment has been described. In the system according to the fifth embodiment, the surface of the laminated base material 15c can be heated and cooled by providing both devices.

図１９は、実施の形態５において作成される特徴的な金属造形物の一例である。この金属造形物は、積層基材１５ｃの隙間１８が局所的に焼入れされた構造を有している。実施の形態５に係る金属積層造形装置１は、このような金属造形物の作成を可能にするものでもある。 FIG. 19 is an example of a characteristic metal model created in the fifth embodiment. This metal model has a structure in which the gap 18 of the laminated base material 15c is locally hardened. The metal laminated molding apparatus 1 according to the fifth embodiment also enables the production of such a metal shaped object.

実施の形態５に係るシステムは図１と同様のシステムを備える。図２０は、実施の形態５における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。図２０に示す構成のうち、図２、図９、図１３、および図１６と共通する構成には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 The system according to the fifth embodiment includes a system similar to that shown in FIG. FIG. 20 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the fifth embodiment. Of the configurations shown in FIG. 20, the configurations common to those in FIGS. 2, 9, 13, and 16 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or abbreviated.

ヘッドユニット３は、実施の形態１および実施の形態２で説明した取付部１０、基材射出装置１１、補材射出装置１２に加えて、取付部１０に取り付けられた加熱装置１３、取付部１０に取り付けられた冷却装置１４を備える。 The head unit 3 includes a heating device 13 and a mounting portion 10 mounted on the mounting portion 10 in addition to the mounting portion 10, the base material injection device 11, and the auxiliary material injection device 12 described in the first and second embodiments. The cooling device 14 attached to the vehicle is provided.

加熱装置１３は、基台４の上に積層した積層基材１５ｃの表面を加熱する。加熱装置１３は、積層基材１５ｃの表面のみを加熱するために、瞬時に大エネルギーで積層基材１５ｃを加熱する必要がある。加熱装置１３の一例として、電磁コイルによる渦電流を応用した加熱装置や、レーザー光線による加熱装置が適用可能である。 The heating device 13 heats the surface of the laminated base material 15c laminated on the base 4. In order to heat only the surface of the laminated base material 15c, the heating device 13 needs to instantly heat the laminated base material 15c with a large amount of energy. As an example of the heating device 13, a heating device applying an eddy current by an electromagnetic coil and a heating device using a laser beam can be applied.

冷却装置１４は、基台４の上に積層した積層基材１５ｃの表面を冷却する。積層製造過程で造形物を一時的に冷やす場合、造形物の表面に影響や残留のない冷却が必要である。冷却装置１４の一例として、二酸化炭素や空気等の気体を噴射する装置が適用可能である。 The cooling device 14 cools the surface of the laminated base material 15c laminated on the base 4. When the modeled object is temporarily cooled in the laminating manufacturing process, it is necessary to cool the modeled object without affecting or remaining the surface of the modeled object. As an example of the cooling device 14, a device that injects a gas such as carbon dioxide or air can be applied.

また、ヘッドユニット３は、積層基材温度センサ３２を備える。積層基材温度センサ３２は、積層基材１５ｃの表面温度に応じた温度信号を出力する。積層基材温度センサ３２の一例として、積層基材１５ｃの表面温度を非接触で測定できる赤外線温度計が適用可能である。 Further, the head unit 3 includes a laminated base material temperature sensor 32. The laminated base material temperature sensor 32 outputs a temperature signal corresponding to the surface temperature of the laminated base material 15c. As an example of the laminated base material temperature sensor 32, an infrared thermometer capable of measuring the surface temperature of the laminated base material 15c in a non-contact manner can be applied.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３、補材射出装置制御部２４、加熱装置制御部２５、冷却装置制御部２６を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１、積層基材温度センサ３２に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ軸アクチュエータ７に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, a base material injection device control unit 23, a auxiliary material injection device control unit 24, a heating device control unit 25, and a cooling device control unit 26. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31 and the laminated base material temperature sensor 32, and the output unit is the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z-axis actuator. Connect to 7.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標を含む。実施の形態１で説明したように、装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。実施の形態２で説明したように装置名称が補材射出装置１２であるプロセスデータは、さらに、補材種類、射出速度等を含む。また、装置名称が加熱装置１３であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、積層基材１５ｃに応じた融点、積層基材１５ｃに応じた焼入れ温度、積層基材１５ｃに応じた焼なまし温度）を含む。また、装置名称が冷却装置１４であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、次に射出される基材１５に応じた融点）を含む。 Each process data includes at least the device name and spatial coordinates. As described in the first embodiment, the process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. As described in the second embodiment, the process data whose device name is the auxiliary material injection device 12 further includes the auxiliary material type, injection speed, and the like. Further, the process data whose device name is the heating device 13 further depends on the target temperature of the surface of the laminated base material (for example, the melting point corresponding to the laminated base material 15c, the quenching temperature according to the laminated base material 15c, and the laminated base material 15c. Includes annealing temperature). Further, the process data whose device name is the cooling device 14 further includes a target temperature of the surface of the laminated base material (for example, a melting point corresponding to the base material 15 to be ejected next).

加熱装置制御部２５は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。また、加熱装置制御部２５は、積層基材温度センサ３２から逐次入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの表面温度を計測し、計測値がプロセスデータに定められた積層基材表面の目標温度に達するまで、加熱信号を加熱装置１３へ出力する。これにより、加熱装置１３は、目標座標における積層基材１５ｃの表面を加熱する。 The heating device control unit 25 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22. Further, the heating device control unit 25 measures the surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signals sequentially input from the laminated base material temperature sensor 32, and the measured value is defined in the process data. A heating signal is output to the heating device 13 until the target temperature on the surface of the base material is reached. As a result, the heating device 13 heats the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates.

冷却装置制御部２６は、基台４を目標座標（プロセスデータに定められた空間座標）に移動させる命令を位置制御部２２へ出力する。また、冷却装置制御部２６は、積層基材温度センサ３２から逐次入力される温度信号に基づいて、目標座標における積層基材１５ｃの表面温度を計測し、計測値がプロセスデータに定められた積層基材表面の目標温度を下回るまで、冷却信号を冷却装置１４へ出力する。これにより、冷却装置１４は、目標座標における積層基材１５ｃの表面を冷却する。 The cooling device control unit 26 outputs a command to move the base 4 to the target coordinates (spatial coordinates defined in the process data) to the position control unit 22. Further, the cooling device control unit 26 measures the surface temperature of the laminated base material 15c at the target coordinates based on the temperature signals sequentially input from the laminated base material temperature sensor 32, and the measured value is defined in the process data. A cooling signal is output to the cooling device 14 until the temperature falls below the target temperature on the surface of the substrate. As a result, the cooling device 14 cools the surface of the laminated base material 15c at the target coordinates.

＜フローチャート＞
図５、図１１、図２１は、上述の動作を実現するために、実施の形態５における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図５および図１１について実施の形態１および実施の形態２と共通する説明は省略する。また、図２１は、実施の形態３の図１４に実施の形態４の図１７を結合したものであるため、共通する説明は省略する。 <Flowchart>
5, 11, and 21 are flowcharts of a control routine executed by the control device 20 in the fifth embodiment in order to realize the above-mentioned operation. The description of FIGS. 5 and 11 that is common to the first and second embodiments will be omitted. Further, since FIG. 21 is a combination of FIG. 14 of the third embodiment and FIG. 17 of the fourth embodiment, a common description will be omitted.

実施の形態５では、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ａ）、次に、図１１のステップＳ２２０の処理に進み、図１１のステップＳ２２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ｃ）、次に、図２１のステップＳ３２０の処理に進む。ステップＳ３２０の判定条件が成立しない場合にはステップＳ４２０の処理に進む。他の処理は図１４、図１７と同様である。 In the fifth embodiment, when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A), then the process proceeds to the process of step S220 of FIG. 11, and the determination condition of step S220 of FIG. Combiner C), then proceed to the process of step S320 of FIG. If the determination condition of step S320 is not satisfied, the process proceeds to step S420. Other processing is the same as in FIGS. 14 and 17.

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態５に係る金属積層造形装置１によれば、加熱装置１３に目標座標を焼入れ温度まで加熱させる第ｉ番プロセスデータを実行後、冷却装置１４に同じ目標座標を急冷させる第ｉ＋１番プロセスデータを実行することができる。これにより、積層基材１５ｃは、加熱装置１３により表面が焼入れ温度まで加熱された後、冷却装置１４により加熱された表面が急冷される。これにより、１層分の造形毎に局所的な焼入れを行うことで、内部構造に焼入れをしながら積層でき、金属造形物の強度を高めることが可能になる。 <Effect>
As described above, according to the metal lamination molding apparatus 1 according to the fifth embodiment, after executing the process data i for heating the target coordinates to the quenching temperature in the heating apparatus 13, the same target coordinates are applied to the cooling apparatus 14. The i + 1 process data to be quenched can be executed. As a result, the surface of the laminated base material 15c is heated to the quenching temperature by the heating device 13, and then the surface heated by the cooling device 14 is rapidly cooled. As a result, by locally quenching each layer of modeling, the internal structure can be laminated while being quenched, and the strength of the metal model can be increased.

なお、実施の形態５に係る金属積層造形装置１によれば、実施の形態１乃至実施の形態４で述べた効果を当然に有する。 According to the metal lamination modeling apparatus 1 according to the fifth embodiment, the effects described in the first to fourth embodiments are naturally obtained.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態４のシステムは、補材射出装置１２および補材射出装置制御部２４を備えているが、これらを備えない構成であってもよい。その場合、上述した制御ルーチンのフローチャートは、図５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合に（結合子Ａ）、図２１のステップＳ３２０の処理に進む。 <Modification example>
By the way, the system of the fourth embodiment described above includes the auxiliary material injection device 12 and the auxiliary material injection device control unit 24, but may be configured not to include these. In that case, the flowchart of the control routine described above proceeds to the process of step S320 of FIG. 21 when the determination condition of step S120 of FIG. 5 is not satisfied (combiner A).

実施の形態６．
＜システム構成＞
次に、図２２〜図２６を参照して実施の形態６について説明する。本実施形態のシステムは図２３に示す構成において、制御装置２０に後述する図２５のルーチンを実行させることで実現することができる。 Embodiment 6.
<System configuration>
Next, the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 22 to 26. The system of this embodiment can be realized by causing the control device 20 to execute the routine of FIG. 25, which will be described later, in the configuration shown in FIG.

図２２は、実施の形態６に係る金属積層造形装置１の制御例を説明するための概念図である。実施の形態６では、基材射出装置１１の射線１１ｃと基台４の上面との間の角度を変えないで、ヘッドユニット３と基台４とを同方向に同角度θ傾ける。そして、隙間１９を空けた位置に基材１５を射出することで、基台４に着台した基材１５を傾斜面の低い側にスライドさせる。これにより、基材１５と積層基材１５ｃとの溶接を補助することとした。 FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining a control example of the metal laminated molding apparatus 1 according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, the head unit 3 and the base 4 are tilted by the same angle θ in the same direction without changing the angle between the line of sight 11c of the base material injection device 11 and the upper surface of the base 4. Then, by injecting the base material 15 at a position with a gap 19, the base material 15 landed on the base 4 is slid to the lower side of the inclined surface. This assists the welding of the base material 15 and the laminated base material 15c.

図２３は、実施の形態６に係るシステムの構成を説明するための概念図である。図２３に示すシステムは、Ｚ軸アクチュエータ７に替えて、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ２軸アクチュエータ７ｂおよびＺ３軸アクチュエータ７ｃが設けられた点、Ｚ１軸ジョイント９ａ、Ｚ２軸ジョイント９ｂ、Ｚ３軸ジョイント９ｃ、ヘッドアクチュエータ４１が追加された点を除き図１に示す構成と同様である。以下、図２３において、図１に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 FIG. 23 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the system according to the sixth embodiment. In the system shown in FIG. 23, the Z 1- axis actuator 7a, the Z 2- axis actuator 7b, and the Z 3- axis actuator 7c are provided instead of the Z-axis actuator 7, the Z 1- axis joint 9a, the Z 2- axis joint 9b, and the like. The configuration is the same as that shown in FIG. 1 except that the Z 3-axis joint 9c and the head actuator 41 are added. Hereinafter, in FIG. 23, the same configurations as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.

Ｚ１軸アクチュエータ７ａは、一端がＺ１軸ジョイント９ａを介して基台４に、他端が移動台８に固定されている。Ｚ２軸アクチュエータ７ｂは、一端がＺ２軸ジョイント９ｂを介して基台４に、他端が移動台８に固定されている。Ｚ３軸アクチュエータ７ｃは、一端がＺ３軸ジョイント９ｃを介して基台４に、他端が移動台８に固定されている。ここで、ジョイント９ａ〜９ｃは、ユニバーサルジョイントまたはボールジョイントである。そのため、アクチュエータ７ａ〜７ｃは、基台４の傾きと高さを変更可能である。 One end of the Z 1- axis actuator 7a is fixed to the base 4 via the Z 1- axis joint 9a, and the other end is fixed to the moving base 8. One end of the Z 2- axis actuator 7b is fixed to the base 4 via the Z 2- axis joint 9b, and the other end is fixed to the moving base 8. One end of the Z 3- axis actuator 7c is fixed to the base 4 via the Z 3- axis joint 9c, and the other end is fixed to the moving base 8. Here, the joints 9a to 9c are universal joints or ball joints. Therefore, the actuators 7a to 7c can change the inclination and height of the base 4.

ヘッドアクチュエータ４１は、ヘッドユニット３の上部に取り付けられる。ヘッドアクチュエータ４１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に回転可能なアクチュエータであり、ヘッドユニット３の向きを変更可能である。 The head actuator 41 is attached to the upper part of the head unit 3. The head actuator 41 is an actuator that can rotate in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the orientation of the head unit 3 can be changed.

図２４は、実施の形態６における金属積層造形装置１のヘッドユニット３および制御装置２０について説明するためのブロック図である。図２４に示す構成のうち、図２、図９、図１３、図１６および図２０と共通する構成には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 FIG. 24 is a block diagram for explaining the head unit 3 and the control device 20 of the metal laminated modeling device 1 according to the sixth embodiment. Of the configurations shown in FIG. 24, the configurations common to those in FIGS. 2, 9, 13, 16 and 20 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted or simplified.

制御装置２０は、造形データ記憶部２１、位置制御部２２、基材射出装置制御部２３、補材射出装置制御部２４、加熱装置制御部２５、冷却装置制御部２６を備える。制御装置２０の入力部は、基材温度センサ３１、積層基材温度センサ３２に接続し、出力部は、材供給装置２、ヘッドユニット３、Ｘ軸アクチュエータ５、Ｙ軸アクチュエータ６、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃ、ヘッドアクチュエータ４１に接続する。 The control device 20 includes a modeling data storage unit 21, a position control unit 22, a base material injection device control unit 23, a auxiliary material injection device control unit 24, a heating device control unit 25, and a cooling device control unit 26. The input unit of the control device 20 is connected to the base material temperature sensor 31 and the laminated base material temperature sensor 32, and the output unit is the material supply device 2, the head unit 3, the X-axis actuator 5, the Y-axis actuator 6, and the Z 1- axis. It is connected to the actuator 7a, the Z 3- axis actuator 7b, the Z 3- axis actuator 7c, and the head actuator 41.

造形データ記憶部２１は、予め造形データを記憶している。造形データは、造形開始から終了までのＮ個のプロセスデータを含む。各プロセスデータは実行順に整列されている。 The modeling data storage unit 21 stores modeling data in advance. The modeling data includes N process data from the start to the end of modeling. Each process data is arranged in the order of execution.

各プロセスデータは、少なくとも装置名称、空間座標、および傾き情報を含む。実施の形態１で説明したように、装置名称が基材射出装置１１であるプロセスデータは、さらに、基材種類、基材表面の目標温度、射出速度等を含む。実施の形態２で説明したように装置名称が補材射出装置１２であるプロセスデータは、さらに、補材種類、射出速度等を含む。また、実施の形態３で説明したように装置名称が加熱装置１３であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、積層基材１５ｃに応じた融点、積層基材１５ｃに応じた焼入れ温度、積層基材１５ｃに応じた焼なまし温度）を含む。また、実施の形態４で説明したように装置名称が冷却装置１４であるプロセスデータは、さらに積層基材表面の目標温度（例えば、次に射出される基材１５に応じた融点）を含む。 Each process data includes at least device name, spatial coordinates, and tilt information. As described in the first embodiment, the process data whose device name is the base material injection device 11 further includes the base material type, the target temperature of the base material surface, the injection speed, and the like. As described in the second embodiment, the process data whose device name is the auxiliary material injection device 12 further includes the auxiliary material type, injection speed, and the like. Further, as described in the third embodiment, the process data whose device name is the heating device 13 further corresponds to the target temperature of the surface of the laminated base material (for example, the melting point corresponding to the laminated base material 15c and the laminated base material 15c). The quenching temperature and the annealing temperature according to the laminated substrate 15c) are included. Further, as described in the fourth embodiment, the process data whose device name is the cooling device 14 further includes a target temperature of the surface of the laminated base material (for example, a melting point according to the base material 15 to be ejected next).

位置制御部２２は、傾き制御部２７を備える。傾き制御部２７は、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃ、ヘッドアクチュエータ４１を制御して、ヘッドユニット３と基台４とを同方向に同角度傾ける。具体的には、傾き制御部２７は、プロセスデータに定められた傾き情報に基づいて、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃ、ヘッドアクチュエータ４１の制御量を決定し、制御量に応じた制御信号を出力する。 The position control unit 22 includes a tilt control unit 27. The tilt control unit 27 controls the Z 1- axis actuator 7a, the Z 3- axis actuator 7b, the Z 3- axis actuator 7c, and the head actuator 41 to tilt the head unit 3 and the base 4 at the same angle in the same direction. Specifically, the tilt control unit 27 determines the control amount of the Z 1- axis actuator 7a, the Z 3- axis actuator 7b, the Z 3- axis actuator 7c, and the head actuator 41 based on the tilt information defined in the process data. , Outputs a control signal according to the control amount.

Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ２軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃ、ヘッドアクチュエータ４１、および傾き制御部２７は、基材射出装置１１の射線１１ｃと基台４の上面との間の角度を変えないで、ヘッドユニット３と基台４とを同方向に同角度θ傾ける傾斜装置として機能する。 The Z 1- axis actuator 7a, Z 2- axis actuator 7b, Z 3- axis actuator 7c, head actuator 41, and tilt control unit 27 change the angle between the line of sight 11c of the base material injection device 11 and the upper surface of the base 4. Instead, it functions as a tilting device that tilts the head unit 3 and the base 4 in the same direction and at the same angle θ.

＜フローチャート＞
図２５は、上述の動作を実現するために、実施の形態６における制御装置２０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図２５に示す制御ルーチンは、ステップＳ１１５の処理がステップＳ１１０とステップＳ１２０との間に追加されている点を除き、図５に示す制御ルーチンと同様である。図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 <Flowchart>
FIG. 25 is a flowchart of a control routine executed by the control device 20 in the sixth embodiment in order to realize the above operation. The control routine shown in FIG. 25 is the same as the control routine shown in FIG. 5, except that the process of step S115 is added between steps S110 and S120. The same steps as those shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.

ステップＳ１１５において、制御装置２０は、ヘッドユニット３および基台４の傾きを調整させる命令を、傾き制御部２７へ出力する。傾き制御部２７は、第ｉ番プロセスデータに定められた傾き情報に基づいて、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃ、ヘッドアクチュエータ４１に制御信号を出力する。 In step S115, the control device 20 outputs a command for adjusting the inclination of the head unit 3 and the base 4 to the inclination control unit 27. The tilt control unit 27 outputs a control signal to the Z 1- axis actuator 7a, the Z 3- axis actuator 7b, the Z 3- axis actuator 7c, and the head actuator 41 based on the tilt information defined in the i-th process data.

図２５のステップＳ１２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ａ）、次に、図１１のステップＳ２２０の処理に進み、図１１のステップＳ２２０の判定条件が成立しない場合（結合子Ｃ）、次に、図２１のステップＳ３２０の処理に進む。ステップＳ３２０の判定条件が成立しない場合にはステップＳ４２０の処理に進む。 When the determination condition of step S120 of FIG. 25 is not satisfied (combiner A), then the process proceeds to step S220 of FIG. 11, and when the determination condition of step S220 of FIG. 11 is not satisfied (combiner C), the next Then, the process proceeds to step S320 of FIG. If the determination condition of step S320 is not satisfied, the process proceeds to step S420.

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態５に係る金属積層造形装置１によれば、ヘッドユニット３と基台４とを同方向に同角度傾斜させることができる。そして、傾斜面へ第１の基材を射出させる第ｉプロセスデータの実行後、傾斜面について第１の基材よりも高い位置に第２の基材を射出させる第ｉ＋１番プロセスデータを実行することができる。第２の基材は、重力によって傾斜面の低い側にスライドし、第１の基材と溶接する。 <Effect>
As described above, according to the metal lamination modeling apparatus 1 according to the fifth embodiment, the head unit 3 and the base 4 can be tilted in the same direction and at the same angle. Then, after executing the i-th process data for injecting the first base material onto the inclined surface, the i + 1 process data for injecting the second base material at a position higher than the first base material on the inclined surface is executed. be able to. The second base material slides to the lower side of the inclined surface by gravity and is welded to the first base material.

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態６のシステムにおいては、基台４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させることにより、基台４とヘッドユニット３との相対位置を空間座標上で変化させることとしているが、駆動装置の構成はこれに限定されるものではない。ヘッドユニット３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させてもよい。また、ヘッドユニット３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、基台４をＺ軸方向に移動させてもよい。 <Modification example>
By the way, in the system of the sixth embodiment described above, by moving the base 4 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the relative positions of the base 4 and the head unit 3 are moved in spatial coordinates. Although it is supposed to be changed, the configuration of the drive device is not limited to this. The head unit 3 may be moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Further, the head unit 3 may be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the base 4 may be moved in the Z-axis direction.

上述したヘッドユニット３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、基台４をＺ軸方向に移動させる構成について説明する。図２６は、実施の形態６に係るシステム構成の変形例を説明するための概念図である。図６に示す金属積層造形装置１は、図１のＸ軸アクチュエータ５に換えてＸ軸アクチュエータ５ａを、Ｙ軸アクチュエータ６に換えてＹ軸アクチュエータ６ａを備える。ヘッドユニット３は、Ｘ軸アクチュエータ５ａから力を受けてＸ軸方向に、Ｙ軸アクチュエータ６ａから力を受けてＹ軸方向に移動可能である。基台４は、Ｚ１軸アクチュエータ７ａ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｂ、Ｚ３軸アクチュエータ７ｃから力を受けてＺ軸方向に移動可能である。よって、基台４とヘッドユニット３との相対位置を空間座標上で変化させることができる。なお、図２６は、図２４と同機能を有する制御装置２０（図示省略）を備える。 A configuration will be described in which the head unit 3 described above is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the base 4 is moved in the Z-axis direction. FIG. 26 is a conceptual diagram for explaining a modified example of the system configuration according to the sixth embodiment. The metal laminated molding apparatus 1 shown in FIG. 6 includes an X-axis actuator 5a instead of the X-axis actuator 5 of FIG. 1, and a Y-axis actuator 6a instead of the Y-axis actuator 6. The head unit 3 can move in the X-axis direction by receiving a force from the X-axis actuator 5a and in the Y-axis direction by receiving a force from the Y-axis actuator 6a. The base 4 can move in the Z-axis direction by receiving a force from the Z 1- axis actuator 7a, the Z 3- axis actuator 7b, and the Z 3-axis actuator 7c. Therefore, the relative positions of the base 4 and the head unit 3 can be changed on the spatial coordinates. Note that FIG. 26 includes a control device 20 (not shown) having the same function as that of FIG. 24.

また、上述した実施の形態６のシステムは、補材射出装置１２、加熱装置１３、冷却装置１４を備えているが、これらを備えない構成であってもよい。すなわち、実施の形態１〜実施の形態５で述べたすべての構成に適用可能である。 Further, although the system of the sixth embodiment described above includes the auxiliary material injection device 12, the heating device 13, and the cooling device 14, the system may not include these. That is, it can be applied to all the configurations described in the first to fifth embodiments.

１ 金属積層造形装置
２ 材供給装置
３ ヘッドユニット
４ 基台
５、５ａ Ｘ軸アクチュエータ
６、６ａ Ｙ軸アクチュエータ
７ Ｚ軸アクチュエータ
７ａ、７ｂ、７ｃ Ｚ１軸アクチュエータ、Ｚ２軸アクチュエータ、Ｚ３軸アクチュエータ
８ 移動台
８ａ、８ｂ 孔
９ａ、９ｂ、９ｃ Ｚ１軸ジョイント、Ｚ２軸ジョイント、Ｚ３軸ジョイント
１０ 取付部
１１ 基材射出装置
１１ａ 基材加熱部
１１ｂ 基材射出部
１１ｃ 射線
１２ 補材射出装置
１３ 加熱装置
１４ 冷却装置
１５、１５ａ、１５ｂ 基材、内部、表面（表層）
１５ｃ 積層基材
１６ 補材
１６ｃ 積層補材
１７ 衝突部
２０ 制御装置
２１ 造形データ記憶部
２２ 位置制御部
２３ 基材射出装置制御部
２４ 補材射出装置制御部
２５ 加熱装置制御部
２６ 冷却装置制御部
２７ 傾き制御部
３１ 基材温度センサ
３２ 積層基材温度センサ
４１ ヘッドアクチュエータ
５１ プロセッサ
５２ メモリ
５３ ハードウェア 1 Metal laminate modeling device 2 Material supply device 3 Head unit 4 Base 5, 5a X-axis actuator 6, 6a Y-axis actuator 7 Z-axis actuator 7a, 7b, 7c Z 1- axis actuator, Z 2- axis actuator, Z 3- axis actuator 8 Mobile base 8a, 8b Hole 9a, 9b, 9c Z 1- axis joint, Z 2- axis joint, Z 3- axis joint 10 Mounting part 11 Base material injection device 11a Base material heating part 11b Base material injection part 11c Ray 12 Auxiliary material injection Device 13 Heating device 14 Cooling device 15, 15a, 15b Base material, inside, surface (surface layer)
15c Laminated base material 16 Auxiliary material 16c Laminated auxiliary material 17 Collision part 20 Control device 21 Modeling data storage unit 22 Position control unit 23 Base material injection device control unit 24 Auxiliary material injection device control unit 25 Heating device control unit 26 Cooling device control unit 27 Tilt control unit 31 Base material temperature sensor 32 Laminated base material temperature sensor 41 Head actuator 51 Processor 52 Memory 53 Hardware

Claims (6)

基台と、
基材射出装置を備えたヘッドユニットと、
前記基台と前記ヘッドユニットとの相対位置を空間座標上で変化させる駆動装置と、を備え、
前記基材射出装置は、
定形の金属片である基材の内部温度を融点未満、かつ表面温度を融点まで加熱する基材加熱部と、
前記加熱された基材を１つずつ前記基台の目標座標に向けて射出する基材射出部と、を備え、
前記ヘッドユニットは、
前記基台の上に積層した積層基材の前記目標座標における表面を加熱する加熱装置と、
前記基台の上に積層した積層基材の前記目標座標における表面を冷却する冷却装置と、を備え、
前記積層基材は、前記加熱装置により前記目標座標における表面が焼入れ温度まで加熱された後、前記冷却装置により加熱された前記目標座標における表面が急冷されること、
を特徴とする金属積層造形装置。 Base and
A head unit equipped with a base material injection device and
A drive device that changes the relative position of the base and the head unit on spatial coordinates is provided.
The base material injection device is
A base material heating part that heats the internal temperature of the base material, which is a standard metal piece, to less than the melting point and the surface temperature to the melting point,
A base material injection portion for injecting the heated base materials one by one toward the target coordinates of the base base is provided.
The head unit is
A heating device that heats the surface of the laminated base material laminated on the base at the target coordinates, and
A cooling device for cooling the surface of the laminated base material laminated on the base at the target coordinates is provided.
In the laminated base material, the surface at the target coordinates is heated to the quenching temperature by the heating device, and then the surface at the target coordinates heated by the cooling device is rapidly cooled.
A metal laminating molding device characterized by. 前記ヘッドユニットは、さらに、前記基材射出装置が射出する基材とは異なる材質の補材を射出する補材射出装置を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の金属積層造形装置。 The head unit further includes a supplementary material injection device that ejects a supplementary material made of a material different from that of the base material ejected by the base material injection device.
The metal lamination molding apparatus according to claim 1. 前記基材射出装置は、前記加熱装置により加熱された積層基材の表面に接する位置に次の基材を射出すること、
を備えること特徴とする請求項１に記載の金属積層造形装置。 The base material injection device ejects the next base material at a position in contact with the surface of the laminated base material heated by the heating device.
The metal lamination molding apparatus according to claim 1, wherein the metal lamination molding apparatus is provided. 前記基材射出装置は、前記冷却装置により冷却された積層基材の表面に接する位置に次の基材を射出すること、
を特徴とする請求項１に記載の金属積層造形装置。 The base material injection device ejects the next base material at a position in contact with the surface of the laminated base material cooled by the cooling device.
The metal lamination molding apparatus according to claim 1. 前記定形の金属片は直方体又は直方体の下面部に方錐を付加した砲弾型であること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属積層造形装置。 The standard metal piece is a rectangular parallelepiped or a cannonball type with a rectangular parallelepiped added to the lower surface of the rectangular parallelepiped.
The metal lamination molding apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記ヘッドユニットの位置は固定であり、
前記駆動装置は、前記基台の位置を変化させること、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の金属積層造形装置。 The position of the head unit is fixed,
The driving device changes the position of the base.
The metal lamination molding apparatus according to any one of claims 1 to 5.
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