JP7160768B2 - Laminate-molded article setting method, laminate-molded article manufacturing method, and manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、積層造形物の余肉量設定方法、積層造形物の製造方法及び製造装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for setting the excess thickness of a laminate-molded article, a method for manufacturing a laminate-molded article, and a manufacturing apparatus.
近年になって、生産手段として3Dプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する3Dプリンタは、レーザ、電子ビーム、アーク等の熱源を用い、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。 In recent years, there has been an increasing need for modeling using 3D printers as a means of production, and research and development are proceeding toward the practical use of modeling using metal materials. A 3D printer that models metal materials uses a heat source such as a laser, an electron beam, or an arc to melt metal powder or metal wire, and laminates the molten metal to produce a layered product.
ベースプレート上にアーク溶接で造形物を造形する金属3Dプリンタとして、スペーサによって造形テーブルと基台とをそれぞれ離間させた剛性プレートを、造形テーブルと基台に対して着脱可能に設け、基台の上に造形物を造形する際に剛性プレートを冷却媒体に水没させ、造形後に剛性プレートごと2次加工を行うものが知られている(特許文献1参照)。 As a metal 3D printer that forms a modeled object on a base plate by arc welding, a rigid plate in which the modeling table and the base are separated by spacers is provided detachably from the modeling table and the base. There is known a method in which a rigid plate is submerged in a cooling medium when molding an object, and secondary processing is performed together with the rigid plate after molding (see Patent Document 1).
また、積層造形によって造形される造形物についての材料物性値、造形条件、及び造形物サイズに関する条件を受け付け、この条件及び造形時に生成される溶融池周辺の拘束状態を定量化した拘束条件に基づいて導かれる固有ひずみの線形式から固有ひずみを算出する技術が知られている(特許文献2参照)。 In addition, we receive conditions related to the material property values, molding conditions, and size of the object to be molded by additive manufacturing, and based on these conditions and the constraint conditions that quantify the restraint state around the molten pool generated during molding. There is known a technique of calculating the inherent strain from the linear expression of the inherent strain derived by the method (see Patent Document 2).
ところで、母材に対して溶着ビードを積層して造形物を造形する積層造形では、材料を溶融・凝固させ造形していくため、熱収縮等によって造形物内部に残留応力が発生していることがある。この状態にて、母材を切削除去すると、残留応力の開放により、造形物に変形が発生し、目標形状に対して誤差が発生するおそれがある。そこで、目標形状に対する誤差を抑制するためには、余肉量を多く設定した上で、その後の荒加工及び仕上げ加工等の切削加工を実施することとなる。しかし、解放ひずみを考慮して余肉量を増加させると、製造コスト及び製造時間が増大する。さらに、切削加工における切削代を、荒加工で多く残す必要があるため、仕上げ加工の加工時間が長くなる。 By the way, in layered manufacturing, in which a modeled object is formed by laminating welding beads on a base material, residual stress is generated inside the modeled object due to heat shrinkage, etc., because the material is melted and solidified. There is If the base material is removed by cutting in this state, the residual stress is released, and deformation occurs in the modeled object, which may cause an error with respect to the target shape. Therefore, in order to suppress the error with respect to the target shape, it is necessary to set a large excess thickness and then perform cutting such as rough machining and finishing. However, if the excess thickness is increased in consideration of the release strain, the manufacturing cost and manufacturing time will increase. Furthermore, since it is necessary to leave a large amount of cutting allowance in the rough machining, the machining time for the finish machining is lengthened.
ベースプレートの変形を矯正する特許文献1の技術、及び造形される造形物の固有ひずみを算出する特許文献2の技術では、母材の切削除去後の造形物の目標形状に対する誤差を抑えることは困難である。 With the technique of patent document 1 that corrects the deformation of the base plate and the technique of patent document 2 that calculates the inherent strain of the modeled object, it is difficult to suppress errors in the target shape of the object after cutting and removing the base material. is.
そこで本発明は、造形及び機械加工の精度を高め、製造コスト及び製造時間を抑えることが可能な積層造形物の余肉量設定方法、積層造形物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for setting the excess thickness of a laminate-molded article, a method for manufacturing a laminate-molded article, and a manufacturing apparatus capable of reducing the manufacturing cost and manufacturing time by increasing the accuracy of modeling and machining. and
本発明は下記構成からなる。
(1) 溶加材を溶融及び凝固させて形成される溶着ビードによりベースプレート上に積層造形物を積層造形し、前記積層造形物を加工して目標形状の構造体を形成する際の、前記積層造形物の余肉量を設定する方法であって、
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変形予測工程と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求める変形補正工程と、
前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状を示す積層体プロファイルを調整する余肉量設定工程と、
を含む余肉量設定方法。
(2) 上記(1)に記載の余肉量設定方法により設計された前記積層造形物を、前記溶着ビードにより前記ベースプレート上に積層造形し、前記積層造形物を前記ベースプレートから分離し、前記目標形状の前記構造体に加工する造形物の製造方法。
(3) 溶加材を溶融及び凝固させて形成される溶着ビードによりベースプレート上に積層造形物を積層造形し、前記積層造形物を加工して目標形状の構造体を形成する積層造形物の製造装置であって、
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変位量計算部と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求め、前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状をしめす積層体プロファイルを調整する余肉量設定部と、
を備える積層造形物の製造装置。
The present invention consists of the following configurations.
(1) Laminate-molding a laminate-molded article on a base plate with a weld bead formed by melting and solidifying a filler material, and processing the laminate-molded article to form a target-shaped structure. A method for setting the excess thickness of a modeled object,
A deformation prediction step of predicting a deformation amount due to a release strain of the laminate-molded article generated when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A deformation correction step of obtaining a correction profile obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain;
an excess thickness setting step of adjusting a laminate profile indicating an outer edge shape of the laminate-molded article so that an excess thickness amount from the correction profile to the outer edge of the laminate-molded article falls within a predetermined reference range;
Extra meat amount setting method including
(2) The layered product designed by the excess thickness setting method according to the above (1) is layered on the base plate by the welding bead, the layered product is separated from the base plate, and the target A method for manufacturing a modeled object to be processed into the structure having the shape.
(3) Manufacture of a laminate-molded product in which a laminate-molded product is laminate-molded on a base plate using a welding bead formed by melting and solidifying a filler material, and the laminate-molded product is processed to form a structure of a target shape. a device,
a displacement amount calculation unit that predicts the amount of deformation due to the release strain of the laminate-molded article that occurs when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A correction profile is obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain, and from the correction profile, the laminate-molded article an excess thickness setting unit that adjusts the laminate profile that indicates the outer edge shape of the laminate-molded article so that the excess thickness up to the outer edge falls within a predetermined reference range;
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.
本発明によれば、造形及び機械加工の精度を高め、製造コスト及び製造時間を抑えることができる。 According to the present invention, the accuracy of modeling and machining can be improved, and the manufacturing cost and manufacturing time can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<積層造形物の製造装置>
図1は本発明に係る積層造形物の製造装置の概略構成図である。
本構成の積層造形物の製造装置100は、造形部11と、造形部11を統括制御するコントローラ13と、電源装置15と、を備える。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Laminate-molded product manufacturing equipment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laminate-molded article manufacturing apparatus according to the present invention.
A
造形部11は、先端軸にトーチ17が設けられた溶接ロボット19と、トーチ17に溶加材(溶接ワイヤ)Mを供給する溶加材供給部21とを有する。
The
溶接ロボット19は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ17には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。トーチ17の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能となっている。
The
トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生させる。トーチ17は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。
The
例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。溶加材Mは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部21からトーチ17に送給される。そして、トーチ17を移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させると、ベースプレート23上に溶加材Mの溶融凝固体である線状の溶着ビードBが形成される。
For example, in the case of the consumable electrode type, a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the contact tip holds the filler material M to which the melting current is supplied. The
溶加材Mは、溶接ロボット19のロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部21からトーチ17に送給される。そして、トーチ17は、コントローラ13からの指令によりロボットアームが駆動されることで、所望の溶接ラインに沿って移動する。また、連続送給される溶加材Mは、トーチ17の先端で発生するアークによってシールドガス雰囲気で溶融され、凝固する。これにより、溶加材Mの溶融凝固体である溶着ビードBが形成される。このように、造形部11は、溶加材Mの溶融金属を積層する積層造形装置であって、ベースプレート23上に多層状に溶着ビードBを積層することで、積層造形物Wを造形する。
The filler material M is fed from the filler
溶加材Mを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。アークを用いる場合は、シールド性を確保しつつ、素材、構造によらずに簡単に溶着ビードBを形成できる。電子ビームやレーザにより加熱する場合は、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードBの状態をより適正に維持して、積層造形物Wの更なる品質向上に寄与できる。 The heat source for melting the filler material M is not limited to the arc described above. For example, a heat source using other methods such as a heating method using both an arc and a laser, a heating method using plasma, a heating method using an electron beam or a laser, or the like may be employed. When an arc is used, the welding bead B can be easily formed regardless of the material and structure while ensuring the shielding properties. When heating with an electron beam or laser, the amount of heating can be more finely controlled, the state of the welding bead B can be maintained more appropriately, and the quality of the laminate-molded article W can be further improved.
コントローラ13は、積層計画作成部31と、変形量計算部33と、余肉量設定部34と、プログラム生成部35と、記憶部37と、入力部39と、表示部40と、これら各部が接続される制御部41と、を有する。制御部41には、作製しようとする積層造形物Wの形状を表す3次元形状データ(CADデータ等)や、各種の指示情報が入力部39から入力される。表示部40は、制御部41から送信される画像情報に基づいて各種の画像を表示する。
The
本構成の積層造形物の製造装置100は、入力された3次元形状データを用いてビード形成用の形状モデルを生成し、トーチ17の移動軌跡や溶接条件等の積層計画を作成する
。制御部41は、積層計画に応じた動作プログラムを作成し、この動作プログラムに従って各部を駆動して、所望の形状の積層造形物Wを積層造形する。
The laminate-molded
積層計画作成部31は、入力された3次元形状データの形状モデルを溶着ビードBの高さに応じた複数の層に分解する。そして、分解された形状モデルの各層について、溶着ビードBを形成するためのトーチ17の軌道、及び溶着ビードBを形成する加熱条件(ビード幅、ビード積層高さ等を得るための溶接条件等を含む)を定める積層計画を作成する。また、積層計画作成部31は、溶着ビードBを重ねて積層造形した積層造形物Wに対して機械加工して作製される構造体W1の目標形状の外縁を表す目標プロファイルPmと、機械加工前の積層造形物Wの外形を表す積層体プロファイルPsとを作成する。
The
変形量計算部33は、積層計画に従って造形した積層造形物Wからベースプレート23を除去した際に、積層造形物Wの残留応力の解放によって生じる変形量を解析的に求める。
The deformation
余肉量設定部34は、構造体W1のプロファイルである目標プロファイルPmから積層造形物Wの外縁までの削り代となる余肉量を設定する。また、余肉量設定部34は、変形量計算部33で予測された変形量に応じて余肉量を補正する。
The surplus thickness
プログラム生成部35は、造形部11の各部を駆動して積層造形物Wの造形手順を設定し、この手順をコンピュータに実行させる動作プログラムを作成する。作成された動作プログラムは、記憶部37に記憶される。
The
記憶部37には、動作プログラムが記憶される他、造形部11が有する各種駆動部の仕様や溶加材Mの材料の情報等も記憶され、プログラム生成部35で動作プログラムを作成する際、動作プログラムを実行する際等に、記憶された情報が適宜参照される。この記憶部37は、メモリやハードディスク等の記憶媒体からなり、各種情報の入出力が可能となっている。
In addition to storing an operation program, the
制御部41を含むコントローラ13は、CPU、メモリ、I/Oインターフェース等を備えるコンピュータ装置である。コントローラ13は、記憶部37に記憶されたデータやプログラムを読み込み、データの処理や動作プログラムを実行する機能、及び造形部11の各部を駆動制御する機能を有する。制御部41は、入力部39からの操作や通信等による指示に基づいて、動作プログラムの作成や実行がなされる。
The
制御部41が動作プログラムを実行すると、溶接ロボット19や電源装置15等の各部が、プログラムされた所定の手順に従って駆動される。溶接ロボット19は、コントローラ13からの指令により、プログラムされた軌道軌跡に沿ってトーチ17を移動させるとともに、溶加材Mを所定のタイミングでアークにより溶融させて、所望の位置に溶着ビードBを形成する。
When the
ここでいう動作プログラムとは、入力された積層造形物Wの3次元形状データから、所定の演算により設計された溶着ビードBの形成手順を、造形部11により実施させるための命令コードである。制御部41は、記憶部37に記憶された動作プログラムを実行することで、造形部11によって積層造形物Wを製造させる。つまり、制御部41は、記憶部37から所望の動作プログラムを読み込み、この動作プログラムに従って、トーチ17を溶接ロボット19の駆動により移動させるとともに、トーチ17先端からアークを発生させる。これにより、ベースプレート23に溶着ビードBが繰り返し形成されて積層造形物Wが造形される。
The operation program here is an instruction code for causing the
積層計画作成部31、変形量計算部33、余肉量設定部34、プログラム生成部35等の各演算部は、コントローラ13に設けられるがこれに限らない。図示はしないが、例えば積層造形物の製造装置100とは別体に、ネットワーク等の通信手段や記憶媒体を介して離間して配置されたサーバや端末等の外部コンピュータに、上記した演算部が設けられてもよい。外部コンピュータに上記した演算部が設けられることで、積層造形物の製造装置100を要せずに、所望の動作プログラムを作成でき、プログラム作成作業が繁雑にならない。また、作成した動作プログラムを、コントローラ13の記憶部37に転送することで、コントローラ13で動作プログラムを作成した場合と同様に、造形部11を動作させることができる。
The lamination
<基本的な積層造形の手順>
次に、単純なモデルとして例示した図示例の積層造形物Wに対する積層造形の手順を簡単に説明する。
<Basic additive manufacturing procedure>
Next, a brief description will be given of the procedure of lamination-molding for the lamination-molded article W illustrated as a simple model.
図2は積層造形物Wの上下方向に沿う概略断面図である。図3A~図3Cは積層造形物Wの基本的な積層造形の手順を説明する上下方向に沿う概略断面図である。図4はベースプレートを除去した際の積層造形物Wの変形について説明する積層造形物Wの上下方向に沿う概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the vertical direction of the laminate-molded article W. As shown in FIG. 3A to 3C are schematic cross-sectional views along the vertical direction for explaining the basic lamination-molding procedure of the laminate-molded article W. FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the vertical direction of the laminate-molded article W for explaining deformation of the laminate-molded article W when the base plate is removed.
図2に示すように、一例に係る積層造形物Wは、円筒状に形成されている。この積層造形物Wは、ベースプレート23上に造形されている。ベースプレート23は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Wの底面(最下層の面)より大きいものが使用される。なお、このベースプレート23は、板状に限らず、ブロック体や棒状等、他の形状のベースであってもよい。なお、図2においては、一本の溶着ビードBにより一層分のビード層BLを形成する例を示しているが、複数本の溶着ビードBによりビード層BLを形成することもできる。
As shown in FIG. 2, the laminate-molded article W according to one example is formed in a cylindrical shape. This layered product W is formed on the
図3Aに示すように、積層造形物Wを造形するには、予め設置したベースプレート23上に、動作プログラムに従って溶接ロボット19が指示された軌道に沿ってトーチ17を移動させる。そして、このトーチ17の移動と共にアークを発生させ、トーチ17が移動する軌道に沿って溶着ビードBを形成する。溶着ビードBは、溶加材Mを溶融及び凝固させて形成され、形成されたビード層BLに次層のビード層BLが繰り返し積層される。
As shown in FIG. 3A, in order to form the laminate-molded article W, the
図3Bに示すように、ベースプレート23上に積層造形物Wを造形したら、ベースプレート23を、ワイヤーソーやダイヤモンドカッター等による切断機で切断してベースプレート23を積層造形物Wから除去し、積層造形物Wを分離する。その後、図3Cに示すように、例えば、積層造形物Wに対して余肉量設定部34で設定した余肉部分を切削して構造体W1に加工する。なお、積層造形物Wに対して余肉部分を切削した後にベースプレート23を除去してもよい。
As shown in FIG. 3B , after the laminate-molded article W is formed on the
ところで、ベースプレート23に溶着ビードBを積層して積層造形物Wを造形する積層造形法では、材料を溶融・凝固させ造形していくため、熱収縮等によって積層造形物Wの内部に残留応力が発生していることがある。すると、ベースプレート23を切断して積層造形物Wから除去すると、積層造形物Wが残留応力の解放によって変形することがある。例えば、図4に示すように、円筒状に造形した積層造形物Wは、ベースプレート23を除去することによって、そのベースプレート23と接合されていた端部側が残留応力の解放によって拡径し、目標形状である形状モデルMA(図4中点線で示す)に対して誤差が生じることがある。このため、その後に余肉部分を切削して構造体W1とすることが困難となることがある。
By the way, in the layered manufacturing method in which the weld bead B is layered on the
ここで、積層造形物の溶接変形及び残留応力は、一般に、有限要素法(Finite Element
Method:FEM)を用いた熱弾塑性解析法又は弾性解析等を利用したコンピュータシミュレーションによって解析される。
Here, welding deformation and residual stress of a laminate-molded product are generally calculated using the finite element method (finite element method).
Analysis is performed by a computer simulation using a thermo-elastic-plastic analysis method using FEM) or an elastic analysis.
熱弾塑性解析法では、多数の微小時間ステップごとに各種の非線形要素まで考慮して現象を計算するので、高精度な解析をすることができる。一方、弾性解析では、線形要素のみを考慮して解析をするため、短時間で解析をすることができる。溶着ビードBを積層する積層造形によって積層造形物Wを造形すると、積層造形物Wの全箇所が金属の溶融・凝固プロセスを経ることになる。金属が溶融・凝固すると、積層造形物Wに固有ひずみ(塑性ひずみ、熱ひずみ)が発生する。この固有ひずみに起因した残留応力が積層造形物Wの内部に発生する。変形量計算部33は、このような積層造形による形状変化を解析的に求める。
In the thermo-elastic-plastic analysis method, phenomena are calculated by considering various nonlinear elements for every minute time step, so highly accurate analysis can be performed. On the other hand, in elastic analysis, only linear elements are taken into account, so analysis can be completed in a short time. When the laminate-molded article W is modeled by lamination-molding in which the welding beads B are laminated, all parts of the laminate-molded article W undergo a metal melting/solidification process. When the metal is melted and solidified, inherent strain (plastic strain, thermal strain) is generated in the laminate-molded article W. Residual stress resulting from this inherent strain is generated inside the laminate-molded article W. As shown in FIG. The deformation
変形量計算部33は、例えば、部分モデル熱弾塑性解析部と、全体モデル弾性解析部とを備えた構成であってもよい。部分モデル熱弾塑性解析部は、入力された解析条件(積層造形条件,材料物性条件)に基づいて、造形物の部分的なモデルを用いて熱弾塑性解析をして固有ひずみ(塑性ひずみ、熱ひずみ)を算出する。全体モデル弾性解析部は、算出した固有ひずみに基づいて造形物の全体モデルについて弾性解析をして残留応力等を導出する。解析に使用される条件としては、熱源の出力、熱源の種類、ビームプロファイル、走査速度、走査シーケンス、ラインオフセット又は予熱温度等をパラメータとする積層造形条件と、材料のヤング率、耐力、線膨張係数、加工硬化指数等の機械的物性値と、熱伝導率又は比熱等の熱物性値等の材料物性条件とがある。
The deformation
このような解析処理は、プログラムに沿ってコンピュータで実行される。つまり、変形量計算部33は、CPU等のプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、を具備するコンピュータとして構成することができる。この場合、各部の機能は記憶装置からなる記憶部37に記憶された所定のプログラムをプロセッサが実行することによって実現することができる。
Such analysis processing is executed by a computer according to a program. That is, the deformation
<積層造形物の余肉量設定>
本実施形態では、ベースプレート23を除去した後の積層造形物Wの変形量を変形量計算部33が予測し、その予測に基づいて高精度で目標プロファイルPmを補正して適切な余肉量を設定する。以下、本実施形態に係る余肉量の設定について詳述する。
<Excess thickness setting for laminate-molded objects>
In the present embodiment, the deformation
図5は積層造形物の余肉量設定の手順を示すフローチャートである。図6A~図6Cは余肉量の設定手順を説明する積層造形物Wの模式図である。 FIG. 5 is a flow chart showing the procedure for setting the excess thickness of the laminate-molded article. 6A to 6C are schematic diagrams of the laminate-molded article W for explaining the procedure for setting the excess thickness.
まず、コントローラ13は、造形しようとする積層造形物のCADデータである3次元形状(3D)データを入力部39から取得する(S1)。3次元形状データには、積層造形物Wの外縁の座標等、種々の寸法情報の他、必要に応じて参照される材料の種類や最終仕上げ等の情報も含まれる。
First, the
コントローラ13の積層計画作成部31は、取得した3次元形状データに基づいて、積層計画を作成する(S2)。具体的には、図6Aに示すように、溶着ビードBを重ねて積層造形する積層造形物Wの外形を表す積層体プロファイルPs及び積層造形物Wを機械加工して作製する構造体W1の目標形状の外縁を表す目標プロファイルPmを作成する。
The stacking
さらに、余肉量設定部34が、作成した積層体プロファイルPs及び目標プロファイルPmに基づいて、機械加工を施す前の構造体W1の周囲に設ける余肉量を算出する(S3
)。ここで、前述のように、溶着ビードBからなる積層造形物Wは、ベースプレート23を除去することで、残留応力が解放されて変形する。これにより、積層計画作成部31で作成された目標プロファイルPmは、解放ひずみによって変形することになる(図6Aにおける二点鎖線参照)。
Further, the excess
). Here, as described above, by removing the
そこで、積層計画の作成後に、変形量計算部33は、ベースプレート23の除去後の目標プロファイルPmの変形を予測し(S4)、この変形による目標プロファイルPmの変形量である変位δAを算出する(S5)。そして、変形量計算部33は、図6Bに示すように、目標プロファイルPm(図6Bにおける点線参照)を、解放ひずみによる変形方向の逆方向へ変位δAに応じて変形させた補正プロファイルPmdを求める。次に、余肉量設定部34では、算出した余肉量と、変形量計算部33で予測された変形量である変位δAとを比較する。
Therefore, after creating the lamination plan, the
そして、余肉量が変位δAより大きく、かつ予め設定した許容量αを加算した許容変位δA+α以下であるか否か(δA<余肉量≦δA+α)を判定する(S6)。ここで、許容量αは、余肉量に上限を持たせて過剰な余肉の機械加工を最小限に抑えるために予め設定した値である。 Then, it is determined whether or not the excess thickness is greater than the displacement .delta.A and equal to or less than the allowable displacement .delta.A+.alpha. obtained by adding the preset allowable amount .alpha. Here, the allowable amount α is a value set in advance in order to give an upper limit to the amount of surplus material and minimize excessive machining of the surplus material.
余肉量設定部34は、算出した余肉量が、変位δAより大きく、かつ許容変位δA+α以下の条件から外れている場合は、この条件を満たす余肉量に補正する(S3)。補正前の余肉量が、変位δAより大きく、かつ許容変位δA+α以下の条件を満たしている場合は、その余肉量を含む積層体プロファイルPsを維持させる。
If the calculated excess thickness amount is larger than the displacement δA and does not satisfy the condition of the allowable displacement δA+α or less, the excess
このようにして、補正プロファイルPmdを求めた後、積層計画作成部31は、図6Cに示すように、最終積層計画として、補正プロファイルPmdに余肉量を付加した領域を含む積層体プロファイルPsを作成する(S7)。
After obtaining the corrected profile Pmd in this manner, the lamination
以上説明したように、本構成の積層造形物の余肉量設定方法によれば、目標形状の外縁を表す目標プロファイルPmを、積層造形物Wをベースプレート23から分離した際に生じる解放ひずみによる変形量である変位δAに応じて補正することで、余肉量を適切に設定できる。これにより、造形後のベースプレート23からの分離後の解放ひずみを考慮した精度の高い造形及び加工ができ、また、加工にかかる時間を抑えて加工効率を高められる。
As described above, according to the method for setting the excess thickness of the laminate-molded article of this configuration, the target profile Pm representing the outer edge of the target shape is deformed by the release strain that occurs when the laminate-molded article W is separated from the
したがって、本構成の積層造形物の製造方法及び製造装置によれば、余肉量を適切に設定した積層造形物Wを溶着ビードBで造形し、その積層造形物Wをベースプレート23から分離して加工することで、目標形状の構造体W1を、効率よく高精度に製造できる。
Therefore, according to the method and apparatus for manufacturing a laminate-molded article having this configuration, the laminate-molded article W having an appropriately set excess thickness is formed by the welding bead B, and the laminate-molded article W is separated from the
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make modifications and applications by combining each configuration of the embodiments with each other, based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention that it falls within the scope of protection sought.
例えば、上記例では積層造形物Wを単純な円筒形状としたが、積層造形物Wの形状は、これに限らない。積層造形物Wがより複雑な形状であるほど、上記した積層計画、及び製造方法による効果が顕著となるため、好適に適用することができる。 For example, in the above example, the laminate-molded article W has a simple cylindrical shape, but the shape of the laminate-molded article W is not limited to this. As the laminate-molded article W has a more complicated shape, the effects of the above-described lamination plan and manufacturing method become more pronounced, and thus can be preferably applied.
また、表示部40に積層体プロファイルPs、目標プロファイルPmあるいは補正プロファイルPmdを重ねて表示させてもよい。このようにすれば、作業者は、表示部40に表示された各プロファイルに基づいて、余肉量を補正する必要があるか否かを判断し、その結果、余肉量の補正が必要と判断した場合は、入力部39を操作して、積層体プロファ
イルPsを修正するように変更指示を行うことができる。
Further, the laminate profile Ps, the target profile Pm, or the correction profile Pmd may be superimposed and displayed on the
これにより、ベースプレート23からの分離による解放ひずみが反映された積層計画を効率よく作成できる。さらに、表示部40に表示される変更後の積層造形物Wの積層体プロファイルPsの表示から、変更状態を容易に確認できる。
This makes it possible to efficiently create a stacking plan in which the release strain due to separation from the
また、上記例では、ベースプレート23を除去した際の解放ひずみによる変形に基づいて余肉量を補正したが、例えば、荒加工、仕上加工等を伴う機械加工を行った際の解放ひずみによる変形に基づいた余肉量の補正を併せて行ってもよい。
In the above example, the amount of surplus material is corrected based on the deformation caused by the strain released when the
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 溶加材を溶融及び凝固させて形成される溶着ビードによりベースプレート上に積層造形物を積層造形し、前記積層造形物を加工して目標形状の構造体を形成する際の、前記積層造形物の余肉量を設定する方法であって、
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変形予測工程と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求める変形補正工程と、
前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状を示す積層体プロファイルを調整する余肉量設定工程と、
を含む余肉量設定方法。
この余肉量設定方法によれば、目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、積層造形物をベースプレートから分離した際に生じる解放ひずみによる変形量である変位に応じて補正することで、余肉量を適切に設定できる。これにより、造形後のベースプレートからの分離後の解放ひずみを考慮した精度の高い造形及び加工ができ、また、加工にかかる時間を抑えて加工効率を高められる。
As described above, this specification discloses the following matters.
(1) Laminate-molding a laminate-molded article on a base plate with a weld bead formed by melting and solidifying a filler material, and processing the laminate-molded article to form a target-shaped structure. A method for setting the excess thickness of a modeled object,
A deformation prediction step of predicting a deformation amount due to a release strain of the laminate-molded article generated when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A deformation correction step of obtaining a correction profile obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain;
an excess thickness setting step of adjusting a laminate profile indicating an outer edge shape of the laminate-molded article so that an excess thickness amount from the correction profile to the outer edge of the laminate-molded article falls within a predetermined reference range;
Extra meat amount setting method including
According to this excess thickness setting method, the target profile representing the outer edge of the target shape is corrected according to the displacement, which is the amount of deformation due to the release strain that occurs when the layered product is separated from the base plate. can be set appropriately. As a result, high-precision modeling and processing can be performed in consideration of the release strain after separation from the base plate after modeling, and processing efficiency can be improved by reducing the time required for processing.
(2) 前記積層体プロファイルと、前記補正プロファイルと、を表示部に重ねて表示させる工程と、
前記積層造形物の造形領域の変更指示を受け付ける入力工程と、
入力された前記変更指示に応じて前記積層造形物の外縁形状を変更し、変更された前記積層造形物の前記積層体プロファイルを前記表示部に表示させる工程と、
を更に備える(1)に記載の余肉量設定方法。
この余肉量設定方法によれば、表示部に表示された積層体プロファイルに重ねて表示された補正プロファイルを確認し、積層造形物の造形領域の変更指示を入力することができる。これにより、ベースプレートからの分離による解放ひずみが反映された積層計画を効率よく作成できる。さらに、表示部に表示される変更された積層造形物の積層体プロファイルの表示から、変更状態を容易に確認できる。
(2) displaying the laminate profile and the correction profile in a superimposed manner on a display;
an input step of receiving an instruction to change the modeling area of the laminate-molded article;
a step of changing the outer edge shape of the laminate-molded article according to the input change instruction, and displaying the changed laminate profile of the laminate-molded article on the display unit;
The surplus meat amount setting method according to (1), further comprising:
According to this excess thickness setting method, it is possible to confirm the correction profile displayed superimposed on the laminate profile displayed on the display unit, and to input an instruction to change the modeling area of the laminate-molded article. As a result, it is possible to efficiently create a lamination plan that reflects the release strain due to separation from the base plate. Further, the changed state can be easily confirmed from the display of the changed laminate profile of the laminate-molded article displayed on the display unit.
(3) 前記溶着ビードは、アークを熱源として前記溶加材を溶融させて形成する、(1)または(2)に記載の余肉量設定方法。
この余肉量設定方法によれば、アークを熱源として溶加材を溶融させて溶着ビードを積層して積層造形物を造形する際に、溶着ビードの熱による影響を考慮して積層造形物を高い精度で造形することができる。
(3) The excess thickness setting method according to (1) or (2), wherein the welding bead is formed by melting the filler material using an arc as a heat source.
According to this surplus thickness setting method, when forming a layered product by melting the filler metal using an arc as a heat source and laminating the welding beads, the layered product is manufactured by considering the influence of the heat of the welding bead. It can be molded with high precision.
(4) (1)~(3)のいずれか一つに記載の余肉量設定方法により設計された前記積層造形物を、前記溶着ビードにより前記ベースプレート上に積層造形し、前記積層造形物を前記ベースプレートから分離し、前記目標形状の前記構造体に加工する造形物の製造方
法。
この造形物の製造方法によれば、余肉量を適切に設定した積層造形物を溶着ビードで造形し、その積層造形物をベースプレートから分離して加工することで、目標形状の構造体を、効率よく高精度に製造できる。
(4) The layered product designed by the excess thickness setting method according to any one of (1) to (3) is layered on the base plate by the welding bead, and the layered product is manufactured. A method of manufacturing a modeled object, in which the modeled object is separated from the base plate and processed into the structure having the target shape.
According to this method of manufacturing a modeled product, a layered product with an appropriately set excess thickness is modeled with a welding bead, and the layered product is separated from the base plate and processed, thereby forming a structure having a target shape as follows: It can be manufactured efficiently and with high precision.
(5) 溶加材を溶融及び凝固させて形成される溶着ビードによりベースプレート上に積層造形物を積層造形し、前記積層造形物を加工して目標形状の構造体を形成する積層造形物の製造装置であって、
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変位量計算部と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求め、前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状をしめす積層体プロファイルを調整する余肉量設定部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、余肉量を適切に設定した積層体を溶着ビードで造形し、その積層体をベースプレートから分離して加工することで、目標形状とした構造体を、効率よく高精度に製造できる。
(5) Manufacture of a laminate-molded product in which a laminate-molded product is laminate-molded on a base plate using a welding bead formed by melting and solidifying a filler material, and the laminate-molded product is processed to form a structure of a target shape. a device,
a displacement amount calculation unit that predicts the amount of deformation due to the release strain of the laminate-molded article that occurs when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A correction profile is obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain, and from the correction profile, the laminate-molded article an excess thickness setting unit that adjusts the laminate profile that indicates the outer edge shape of the laminate-molded article so that the excess thickness up to the outer edge falls within a predetermined reference range;
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.
According to this laminate-molded article manufacturing apparatus, a laminate having an appropriately set excess thickness is modeled with a welding bead, and the laminate is separated from a base plate and processed to obtain a structure having a target shape. It can be manufactured efficiently and with high precision.
23 ベースプレート
33 変形量計算部
34 余肉量設定部
40 表示部
100 製造装置
B 溶着ビード
M 溶加材
Pm 目標プロファイル
Pmd 補正プロファイル
Ps 積層体プロファイル
W 積層造形物
W1 構造体
δA 変位
23
Claims (5)
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変形予測工程と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求める変形補正工程と、
前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状を示す積層体プロファイルを調整する余肉量設定工程と、
を含む余肉量設定方法。 The laminate-molded article is laminate-molded on the base plate by a welding bead formed by melting and solidifying a filler material, and the laminate-molded article is processed to form a target-shaped structure. A method for setting the amount of surplus meat,
A deformation prediction step of predicting a deformation amount due to a release strain of the laminate-molded article generated when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A deformation correction step of obtaining a correction profile obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain;
an excess thickness setting step of adjusting a laminate profile indicating an outer edge shape of the laminate-molded article so that an excess thickness amount from the correction profile to the outer edge of the laminate-molded article falls within a predetermined reference range;
Extra meat amount setting method including
前記積層造形物の造形領域の変更指示を受け付ける入力工程と、
入力された前記変更指示に応じて前記積層造形物の外縁形状を変更し、変更された前記積層造形物の前記積層体プロファイルを前記表示部に表示させる工程と、
を更に備える請求項1に記載の余肉量設定方法。 a step of superimposing and displaying the laminate profile and the correction profile on a display unit;
an input step of receiving an instruction to change the modeling area of the laminate-molded article;
a step of changing the outer edge shape of the laminate-molded article according to the input change instruction, and displaying the changed laminate profile of the laminate-molded article on the display unit;
The surplus meat amount setting method according to claim 1, further comprising:
前記積層造形物を前記ベースプレートから分離した際に生じる前記積層造形物の解放ひずみによる変形量を予測する変位量計算部と、
前記構造体の前記目標形状の外縁を表す目標プロファイルを、前記解放ひずみによる変形とは逆方向へ前記変形量である変位に応じて補正した補正プロファイルを求め、前記補正プロファイルから前記積層造形物の外縁までの余肉量が、予め定めた基準範囲に収まるように、前記積層造形物の外縁形状をしめす積層体プロファイルを調整する余肉量設定部と、
を備える積層造形物の製造装置。 A laminate-molded article manufacturing apparatus for laminate-molding a laminate-molded article on a base plate using a welding bead formed by melting and solidifying a filler material, and processing the laminate-molded article to form a structure of a target shape. hand,
a displacement amount calculation unit that predicts the amount of deformation due to the release strain of the laminate-molded article that occurs when the laminate-molded article is separated from the base plate;
A correction profile is obtained by correcting the target profile representing the outer edge of the target shape of the structure according to the displacement, which is the amount of deformation, in a direction opposite to the deformation due to the release strain, and from the correction profile, the laminate-molded article an excess thickness setting unit that adjusts the laminate profile that indicates the outer edge shape of the laminate-molded article so that the excess thickness up to the outer edge falls within a predetermined reference range;
A manufacturing apparatus for a laminate-molded product.
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