WO2019220867A1 - 積層造形物の製造方法及び製造装置、並びにプログラム - Google Patents

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layered object
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divided
region
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雄幹 山崎
藤井　達也
伸志 佐藤
山田　岳史
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株式会社神戸製鋼所
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a layered object, a manufacturing apparatus, and a program.
  • a 3D printer that models a metal material uses a heat source such as a laser, an electron beam, or an arc to melt a metal powder or a metal wire and stack a molten metal to produce a layered model.
  • a bead is stacked on the surface of a base material serving as a hub, and a modeling part that becomes a plurality of blades is modeled. Then, what forms a braid
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to determine a bead formation direction appropriately and easily when a layered object is formed by stacking beads, and to efficiently form a layered object. It is in providing the program which makes a computer perform the determination of the bead formation order at the time of shaping
  • the present invention has the following configuration.
  • a method for manufacturing a layered object that is formed by a bead that is formed by melting and solidifying a filler material, with a layered object having a protrusion extending in one direction Using the three-dimensional shape data of the layered object, a layer dividing step of dividing the shape of the layered object into a plurality of layers according to the height of the beads, A surface dividing step of applying a preset shape region to each of the divided layers and dividing the layer into a plurality of regions for each layer;
  • a connection line extraction step for obtaining a connection line that connects the adjacent regions from one end to the other end of the protrusion,
  • An extension direction estimation step for obtaining an extension direction of the protrusion from the connection line;
  • a program that causes a computer to execute a decision In the computer, Using the three-dimensional shape data of the layered object, a procedure for dividing the shape of the layered object into a plurality of layers according to the height of the beads, Applying an area of a preset setting shape to each of the divided layers, and dividing the layer into a plurality of areas for each layer; In each of the layers, a procedure for obtaining a connecting line that connects the adjacent regions from one end to the other end of the protrusion, A procedure for obtaining an extension direction of the protrusion from the connecting line; Dividing the divided layer into a plurality of beads along the extension direction to determine a formation line of the beads; A procedure for forming a bead along a planned formation line of the bead and determining a bead formation order for modeling the layered object, A program that executes
  • the formation direction of the bead can be determined appropriately and easily to efficiently manufacture the layered object.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A1 of the VII-VII line shown in FIG.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. It is an expanded view of the laminate-molded article which shows the state which divided the surface of the 1st layer of the braid
  • FIG. 4 is a development view of one blade obtained by dividing the first layer of the layer-divided blade.
  • FIG. 3 is a development view of a part of a blade obtained by dividing the shape of the first layer of the blade into a region composed of a triangular polygonal surface. It is a figure explaining the modification of how to obtain
  • Comprising: (A) to (D) is a schematic diagram of the blade which shows the method of the surface division
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus for manufacturing a layered object of the present invention.
  • the manufacturing apparatus 100 for a layered object having this configuration includes a modeling unit 11, a modeling controller 13 that performs overall control of the modeling unit 11, and a power supply device 15.
  • the modeling unit 11 includes a welding robot 19 as a torch moving mechanism provided with a torch 17 on the tip shaft, and a filler material supply unit 21 that supplies a filler material (welding wire) Fm to the torch 17.
  • the welding robot 19 is, for example, an articulated robot having six degrees of freedom, and the filler material Fm is supported on the torch 17 attached to the tip shaft of the robot arm so as to be continuously supplied.
  • the position and orientation of the torch 17 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of the degree of freedom of the robot arm.
  • the torch 17 generates an arc from the tip of the filler metal Fm in a shield gas atmosphere while holding the filler metal Fm.
  • the torch 17 has a shield nozzle (not shown), and shield gas is supplied from the shield nozzle.
  • the arc welding method may be any of consumable electrode methods such as coated arc welding and carbon dioxide arc welding, and non-consumable electrode methods such as TIG welding and plasma arc welding, and is appropriately selected according to the layered object to be produced.
  • a contact tip is disposed inside the shield nozzle, and a filler material Fm to which a molten current is fed is held by the contact tip.
  • any commercially available welding wire can be used as the filler material Fm.
  • the filler material Fm can be used as the filler material Fm.
  • JIS Z 3312 MAG welding and MIG welding solid wire
  • JIS Z 3313 arc welding flux cored wire
  • JIS Z 3313 arc welding flux cored wire
  • the filler material Fm is fed from the filler material supply unit 21 to the torch 17 by a feed mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. And according to the command from the modeling controller 13, the welding robot 19 melts and solidifies the continuously supplied filler material Fm while moving the torch 17. Thereby, a bead that is a melt-solidified body of the filler material Fm is formed.
  • a blade 27 formed of beads is formed on a shaft body 25 supported by a base member 23 will be described.
  • the heat source for melting the filler material Fm is not limited to the arc described above.
  • a heat source using other methods such as a heating method using both an arc and a laser, a heating method using plasma, and a heating method using an electron beam or a laser may be adopted.
  • a bead can be easily formed regardless of the material and structure while ensuring shielding properties.
  • the amount of heating can be controlled more finely, the state of the weld bead can be maintained more appropriately, and the quality of the layered object can be further improved.
  • the modeling controller 13 includes a welding direction determination unit 31, a program generation unit 33, a storage unit 35, and a control unit 37 to which these are connected.
  • the control unit 37 receives from the input unit 39 three-dimensional model data (CAD data or the like) representing the shape of the layered object to be produced and various instruction information.
  • CAD data three-dimensional model data
  • the welding direction determination unit 31 generates a bead map (details will be described later) including position information for forming a bead using the input three-dimensional model data of the layered object.
  • the generated bead map is stored in the storage unit 35.
  • the program generation unit 33 drives the modeling unit 11 to set the modeling procedure of the layered object, and generates a program that causes the computer to execute the procedure using the bead map.
  • the generated program is stored in the storage unit 35.
  • the storage unit 35 also stores specification information such as various drive units and movable ranges of the modeling unit 11, and the information is appropriately referred to when the program generation unit 33 generates a program or executes the program.
  • the storage unit 35 includes a storage medium such as a memory or a hard disk, and can input and output various types of information.
  • the modeling controller 13 including the control unit 37 is a computer device including a CPU, a memory, an I / O interface, and the like, and has a function of reading data and programs stored in the storage unit 35 and executing data processing and programs, And it has the function to drive-control each part of modeling part 11.
  • the control unit 37 reads the program from the storage unit 35 and executes it in accordance with an operation from the input unit 39 or an instruction by communication or the like.
  • the welding robot 19 and the power supply device 15 are driven in accordance with a programmed predetermined procedure.
  • the welding robot 19 moves the torch 17 along a programmed trajectory trajectory according to a command from the modeling controller 13 and melts the filler metal Fm with an arc at a predetermined timing to form a bead at a desired position. To do.
  • the welding direction determination part 31 and the program generation part 33 are provided in the modeling controller 13, it is not restricted to this.
  • the welding direction determination unit 31 is connected to an external computer such as a server or a terminal that is arranged separately from the manufacturing apparatus 100 of a layered object and separated via a communication unit such as a network or a storage medium.
  • a program generation unit 33 may be provided.
  • FIG. 2 is a perspective view of the layered object 41.
  • the layered object 41 shown as an example includes a columnar shaft body 25 and a plurality of (six in the illustrated example) spiral blades 27 projecting radially outward on the outer periphery of the shaft body 25.
  • the plurality of blades 27 have a screw shape provided at equal intervals along the circumferential direction in the axially intermediate portion of the shaft body 25.
  • the manufacturing apparatus 100 for the layered object shown in FIG. 1 does not form the entire shape by the layered object manufacturing method, but uses a rough material such as a rod for the shaft body 25.
  • the blade 27 may be formed by the additive manufacturing method.
  • the shaft body 25 of the layered object 41 is formed of a coarse material, and the blade 27 formed on the outer periphery of the shaft body 25 is layered and modeled with beads. Thereby, the modeling man-hour of the layered object 41 can be greatly reduced.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for designing a layered object 41 by stacking and generating a program for modeling the layered object 41 under the designed conditions.
  • shape data representing the shape of the layered object 41 is input from the input unit 39 shown in FIG. 1 to the control unit 37 (S11).
  • the shape data includes not only dimensional information such as the coordinates of the outer surface of the layered object 41, the diameter and the axial length of the shaft body 25, but also information such as the type of material referred to as necessary and the final finish.
  • the following program generation process is performed by the program generation unit 33.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the rough profile region is determined in one cross section of the layered object 41.
  • the layered object 41 has a columnar or cylindrical shaft body 25, and a plurality of blades 27 are erected from the outer peripheral surface of the shaft body 25. Therefore, using the input shape data, the outer shape of the layered object 41 is changed into a rough shape material region that is a base of the layered object 41 and a layered region that is the outer shape of the layered object 41 formed on the base. And divided into
  • the rough shape material region and the additive manufacturing region are determined in accordance with the shape data of the additive manufacturing object 41 and the types of rough shape materials that can be prepared.
  • the layered object 41 in the illustrated example of the rough members (round bars) 43A, 43B, and 43C shown as an example, a rough member having a diameter that minimizes the amount of cutting to match the shape of the layered object 41. 43C is selected.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the result of dividing the outer shape of the layered object 41 into a rough shaped material region 45 and a layered region 47.
  • the rough shaped material 43C becomes the rough shaped material region 45
  • the plurality of blades 27 arranged on the outer periphery of the rough shaped material 43C become the layered modeling region 47 (S12).
  • a procedure for forming a bead in the layered modeling region 47 determined in S12 is determined.
  • the rough shape of the blade 27 is modeled by sequentially stacking a plurality of beads.
  • the bead size such as the bead width and the bead height of each bead constituting the layered modeling region 47 is the moving speed of the torch 17 (see FIG. 1), that is, the bead continuous forming speed and the welding current from the power supply device 15. It is controlled by changing welding conditions such as the welding voltage, the applied pulse, etc., the filler metal and the heat input to the weld.
  • This bead size is preferably managed by a cross section orthogonal to the moving direction of the torch forming the weld bead.
  • FIG. 6 is a partial front view of the layered object 41.
  • the bead formation direction Vb is made the same as the extending direction of the blade 27, and this is set as a reference direction (S13).
  • the bead size is controlled based on the shape of the bead cross section indicated by the cross section along the line VII-VII orthogonal to the reference direction (bead forming direction Vb).
  • a specific direction in which the layered object is continuous is obtained from the shape data of the layered object to be manufactured.
  • the specific direction may be determined by analyzing the shape data with an appropriate algorithm by calculation by a computer, or may be determined artificially, for example, by an operator's judgment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A1 of line VII-VII shown in FIG.
  • the horizontal axis in the figure is the direction orthogonal to the extending direction (reference direction) of the blade 27, and the vertical axis is the bead stacking direction that is the radial direction of the shaft body 25.
  • the layered manufacturing region 47 of the blade 27 is decomposed into a plurality of virtual bead layers (S14).
  • Beads of a plurality of virtual bead layers are arranged so that the final shape of the blade 27 is included according to the bead height H of one layer of the virtual bead layer.
  • virtual beads 51 indicated by dotted lines are sequentially laminated (layers H1, H2,%) From the surface of the shaft body 25 (coarse shaped member 43C), and the blade 27 in the seventh layer (layer H7).
  • the case where the radial direction outermost edge part 27a is covered is shown. That is, here is a stacked model having a total of seven virtual bead layers.
  • This layered model is generated for all of the plurality of layered modeling regions 47 shown in FIG. And in each lamination
  • the program is a command code for causing the modeling unit 11 to execute a bead formation procedure designed by a predetermined calculation from the shape data of the input layered object.
  • the control unit 37 specifies a desired program from among the programs prepared in advance, and causes the modeling unit 11 to manufacture the layered object 41 by executing the specified program. That is, the control unit 37 reads a desired program from the storage unit 35, forms a bead according to the program, and models the layered object 41.
  • FIG. 8 is a process explanatory view schematically showing how a bead is formed.
  • the modeling controller 13 drives the modeling unit 11 according to the generated program, and sequentially arranges the beads 55A, 55B, 55C,... A bead layer of the first layer (layer H1) is formed. Then, the beads 55D, 55E,... Of the second layer (layer H2) are sequentially arranged on the bead layer of the first layer (layer H1).
  • the boundary between the outer surface of the bead 55D and the outer surface of the bead 55B is Pc (the right boundary in the figure of the bead 55D), the tangent of the outer surface of the bead 55D at the boundary Pc is L1, and the bead 55B at the boundary Pc is The outer surface tangent is L2. Further, the angle formed by the tangent lines L1 and L2 is ⁇ , and the bisector of the angle ⁇ is N.
  • the next bead 55E adjacent to the bead 55D is formed with the boundary Pc as a target position.
  • the direction of the torch axis of the torch 17 is set to be approximately the same as the straight line N.
  • the target position for forming the bead 55E is not limited to the boundary Pc, but may be the boundary Pca between the bead 55B and the bead 55C.
  • the molding controller 13 moves the torch 17 toward the back side in the drawing (perpendicular to the paper surface) according to the program described above when forming the beads 55A to 55E,. To heat the vicinity of the target position for bead formation. Then, the filler material Fm melted by heating is solidified at the target position, whereby a new bead is formed. As a result, a coarse bead layer shown in FIG. 7 is formed.
  • the layered manufacturing region 47 in which the bead layer is formed is finished into a desired blade 27 shape by appropriate subsequent processing.
  • the layered modeling procedure for the layered object to be layered by the bead by driving the modeling unit 11 of the manufacturing apparatus 100 for the layered object is divided into a layer dividing step, a surface dividing step, and a continuous line extraction. It is designed from a process, an extension direction estimation process, and a bead formation line determination process.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a design method of a layered modeling procedure according to the present embodiment, in which (A) is a perspective view of a layered model and (B) is a development view of the layered model.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG.
  • FIG. 11 is a development view of a layered object showing a state in which the first layer of the blade that is divided into layers is divided into planes.
  • FIG. 12 is a development view of one blade obtained by dividing the first layer of the layer-divided blade.
  • the shape of the layered object 41 is divided into a plurality of layers according to the height of the bead.
  • FIG. 9A when the layered object 41 having a plurality of blades 27 is developed, the blades 27 are obliquely aligned as shown in FIG. 9B.
  • the blade 27 when the blade 27 is viewed in a cross-section in a direction perpendicular to the axis of the shaft body 25, the blade 27 has a shape erected from the base material made of the shaft body 25 as shown in FIG. 10.
  • the blade 27 is divided into a plurality of layers according to the height of the bead using the three-dimensional shape data of the layered object 41. In this example, it is divided into seven layers H1 to H7.
  • each of the divided layers H1 to H7 is divided into a region R composed of a plurality of polygon surfaces.
  • 11 shows the planar shape of the first layer H1 of the blade 27 in the developed view.
  • the shape is divided into regions R composed of a plurality of polygon surfaces.
  • the planar shape of the first layer H1 of the blade 27 is basically divided into a plurality of regions R made of a polygonal surface by a polygonal surface made of a quadrangle.
  • a connecting line that connects adjacent regions R from one end 27A to the other end 27B of the blade 27 is obtained.
  • one region R in one end portion 27A of the blade 27 is arbitrarily selected.
  • the left end region R of the one end portion 27A of the blade 27 is selected.
  • a region R adjacent to the preset setting direction A is selected, and a connecting line L connecting the center positions of these regions R is obtained.
  • the connecting line L that connects the center positions of the regions R adjacent in the setting direction A is sequentially obtained.
  • the region R adjacent to the left side is selected and connected to each other. Find the line L. Although the region R adjacent to the left side is selected here, the region adjacent to the right side may be selected depending on the shape of the layer.
  • the region R selected by the one end portion 27A of the blade 27 is not limited to the left end, and may be the center or the right end. In any case, by obtaining the connection line L, the same route is followed thereafter. (See dotted line in FIG. 12).
  • an extension direction B of the blade 27, which is a direction in which a bead is formed is obtained by, for example, a least square method.
  • the layer of the divided blade 27 is divided into a plurality of beads along the estimated extension direction B, and a formation planned line C for forming each bead is determined.
  • the formation line C is determined in all the layers H1 to H7 of the blade 27, and the bead 55 is formed along the determined formation line C.
  • the region R is applied to each layer H1 to H7 of the blade 27, which is a layered object divided into a plurality of layers, and the connection line L that connects these regions R is obtained. Then, the extension direction B is determined, and a bead formation planned line C is determined along the extension direction B. Specifically, the shape of each layer H1 to H7 of the blade 27 is divided into a region R composed of a plurality of polygonal surfaces to obtain a connecting line L, an extension direction B is determined, and a bead formation planned line along the extension direction C is determined. Thereby, the formation direction at the time of forming a bead can be determined appropriately and easily, and the additive manufacturing can be efficiently performed by an optimal modeling procedure.
  • the planar shape of the blade 27 in each of the layers H1 to H7 is divided into a region R composed of a quadrangular polygonal surface, but the shape of the region R is not limited to a quadrangle.
  • FIG. 13 is a development view of a part of the blade obtained by dividing the shape of the first layer of the blade into a region composed of triangular polygonal surfaces.
  • the planar shape of the blade 27 in each of the layers H1 to H7 may be divided into regions R each having a triangular polygonal surface.
  • the connecting line extraction process in the case where the area is divided by the triangular polygon surface R will be described.
  • the priority of selection of the traveling direction of the connecting line L is, for example, up, right, left, and the connecting line L that connects adjacent regions R is obtained.
  • one region R at one end portion 27A of the blade 27 is arbitrarily selected, a region R adjacent to a preset setting direction A (here, a region adjacent to the right side) is selected, and these regions R are selected.
  • a connecting line L connecting the center positions of the two is obtained.
  • the adjacent region R is selected according to the selection priority in the traveling direction. The process for obtaining the connecting line L is repeated.
  • the bead formation line C for forming each bead is determined (bead formation line determination step).
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a modification of how to obtain the extension direction
  • (A) to (D) are schematic diagrams of blades showing how the blades are divided into planes.
  • FIG. 15 is a graph showing how to select the extension direction.
  • a region R having a preset set shape is applied to the divided layers, and when the set shape is applied to a portion adjacent to the applied region R, the region R that has already been applied is touched.
  • the region R is set so that the area S of the surface is maximized.
  • the set shape (parallelogram) region R1 is applied to the blade 27 on the one end 27A side, and the set shape region R2 having the same shape is applied to a portion adjacent to the region R1. Is shown.
  • the center position of the region R2 in the adjacent portion with respect to the center position of the region R1 on the one end portion 27A side is greatly shifted to the left, and the inclination angle of the connecting line L with respect to the setting direction A is - ⁇ 2.
  • the center position of the adjacent region R2 is shifted to the left with respect to the center position of the region R1 on the one end 27A side, and the inclination angle of the connecting line L with respect to the setting direction A is ⁇ ⁇ 1.
  • the connecting line L that connects the center position of the region R1 on the one end portion 27A side and the center position of the region R2 of the adjacent portion coincides with the setting direction A.
  • the center position of the adjacent region R2 is shifted to the right with respect to the center position of the region R1 on the one end 27A side, and the inclination angle of the connecting line L with respect to the setting direction A is + ⁇ 1. It has become.
  • the area S of the surface where the adjacent regions R1 and R2 contact each other is maximum when the inclination angle of the connecting line L with respect to the setting direction A is ⁇ 1.
  • the plane is divided so that the inclination angle of the connecting line L in the regions R1 and R2 becomes ⁇ 1 with respect to the setting direction A, and the extending direction B of the blade 27 is obtained from the connecting line L.
  • the inclination angle of the connecting line L that maximizes the area S can be analytically determined from a fitting curve that connects the plot points shown in FIG.
  • a preset shape region R is applied to the shapes of the layers H1 to H7 of the blade 27, which is a layered object, and the set shape region R is applied to a portion adjacent to the applied region R. At this time, the region R is set so that the area of the surface in contact with the already applied region R is maximized. Then, the extension direction B can be determined by obtaining the connection line L of each region R, and the bead formation planned line C can be determined appropriately and easily along the extension direction B.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make changes and applications based on combinations of the configurations of the embodiments, descriptions in the specification, and well-known techniques. This is also the scope of the present invention, and is included in the scope for which protection is sought.
  • the spiral shaped blade is used as the layered object, but the object to be formed of the present invention is not limited to this, and any object such as another machine structure or machine part may be used. Applicable.
  • a method for manufacturing a layered object that is formed by a bead formed by melting and solidifying a filler material, wherein the layered object having a protruding portion extending in one direction Using the three-dimensional shape data of the layered object, a layer dividing step of dividing the shape of the layered object into a plurality of layers according to the height of the beads, A surface dividing step of applying a preset shape area to each of the divided layers and dividing the layer into a plurality of areas for each layer;
  • a connection line extraction step for obtaining a connection line that connects the adjacent regions from one end to the other end of the protrusion,
  • An extension direction estimation step for obtaining an extension direction of the protrusion from the connection line;
  • the area to be applied is selected so that the area overlapping the portion of the layer is maximized,
  • the manufacturing method of the laminate-molded article as described in (1) according to this method of manufacturing a layered object, when a region having a preset shape is applied to the shape of each layer of the layered object, and the region of the set shape is applied to a portion adjacent to the applied region, the layered object is already applied. The region is set so that the area of the surface in contact with the region is maximized. Then, the connecting line of each region is obtained to determine the extending direction, and the bead formation planned line can be appropriately and easily determined along the extending direction.
  • a control unit that determines a modeling procedure by the manufacturing method of the layered object according to any one of (1) to (3);
  • An apparatus for manufacturing a layered object comprising: According to the manufacturing apparatus of the layered object, the layered object can be formed with high efficiency.
  • the bead formation order when forming the layered object by bead formed by melting and solidifying the filler material Using the three-dimensional shape data of the layered object having protrusions extending in one direction, the bead formation order when forming the layered object by bead formed by melting and solidifying the filler material.
  • a program that causes a computer to execute a decision In the computer, Using the three-dimensional shape data of the layered object, a procedure for dividing the shape of the layered object into a plurality of layers according to the height of the beads, Applying an area of a preset setting shape to each of the divided layers, and dividing the layer into a plurality of areas for each layer; In each of the layers, a procedure for obtaining a connecting line that connects the adjacent regions from one end to the other end of the protrusion, A procedure for obtaining an extension direction of the protrusion from the connecting line; Dividing the divided layer into a plurality of beads along the extension direction to determine a formation line of the beads; A
  • Modeling controller 17 Torch 27 Blade (projection) Reference Signs List 31 Welding direction determining unit 33 Program generating unit 35 Storage unit 37 Control unit 41 Laminated object 55A, 55B, 55C, 55D, 55E Bead B Extension direction C Forming line Fm Filling material H1 to H7 Layer L Connecting line R region

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Abstract

３次元形状データを用いて、積層造形物であるブレードの形状をビードの高さに応じて複数の層に分割する。複数の層に分割した積層造形物の各層に、設定形状の領域を当てはめて分割する。分割された領域同士を連結する連結線を求めて突起部の延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を決定する。ビード形成予定線に沿ってビードを形成して積層造形物を造形する。

Description

積層造形物の製造方法及び製造装置、並びにプログラム
　本発明は、積層造形物の製造方法及び製造装置、並びにプログラムに関する。
　近年、生産手段として３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザや電子ビーム、更にはアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。
　例えば、ポンプや圧縮機などの流体機械に設けられるインペラやロータ等の回転部材を製造する技術として、ハブとなるベース材の表面にビードを積層して複数のブレードとなる造形部を造形し、その後、造形部を切削してブレードを形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１６／１４９７７４号
　上記のような３次元的に湾曲した複雑形状のブレードとなる積層造形部をビードで形成する場合、ビードの形成方向が適切に設定されていないと、ビードで形成した積層造形部を切削加工する際に、無駄に切削する部分が多くなり、歩留りが低下してしまう。
　このため、積層造形部をビードで形成する際の形成方向を適切かつ容易に設定して効率的に積層造形を行える技術の開発が望まれている。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層造形物をビードの積層によって造形するに際して、ビードの形成方向を適切かつ容易に決定して効率的に積層造形物を製造することが可能な積層造形物の製造方法及び製造装置、並びに積層造形物を造形する際のビード形成順序の決定をコンピュータに実行させるプログラムを提供することにある。
　本発明は下記構成からなる。
（１）　一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより造形する積層造形物の製造方法であって、
　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する面分割工程と、
　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形する造形工程と、
を含む、積層造形物の製造方法。
（２）　（１）の積層造形物の製造方法による造形手順を決定する制御部と、
　前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
（３）　一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用い、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより、前記積層造形物を造形する際の、ビード形成順序の決定をコンピュータに実行させるプログラムであって、
　前記コンピュータに、
　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する手順と、
　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形するビード形成順序を決定する手順と、
を実行させるプログラム。
　本発明によれば、積層造形物をビードの積層によって造形するに際して、ビードの形成方向を適切かつ容易に決定して効率的に積層造形物を製造することができる。
本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。 積層造形物の斜視図である。 積層造形物を積層設計し、この設計された条件で積層造形物を造形するプログラムを生成するまでの手順を示すフローチャートである。 積層造形物の一断面において粗形材領域を決定する様子を示す説明図である。 積層造形物の外形を、粗形材領域と積層造形領域とに区分けした結果を示す説明図である。 積層造形物の一部正面図である。 図６に示すVII－VII線のＡ１部における断面図である。 ビードを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。 本実施形態に係る積層造形手順の設計方法を説明する図であって、（Ａ）は積層造形物の斜視図、（Ｂ）は積層造形物の展開図である。 図９（Ｂ）におけるＸ－Ｘ線断面図である。 層分割したブレードの１層目を面分割した状態を示す積層造形物の展開図である。 層分割したブレードの１層目を面分割した一つのブレードの展開図である。 ブレードの１層目の形状を三角形のポリゴン面からなる領域に面分割したブレードの一部の展開図である。 延長方向の求め方の変形例を説明する図であって、（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれブレードの面分割の仕方を示すブレードの模式図である。 延長方向の選定の仕方を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
　本構成の積層造形物の製造装置１００は、造形部１１と、造形部１１を統括制御する造形コントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
　造形部１１は、先端軸にトーチ１７が設けられたトーチ移動機構としての溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｆｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。
　溶接ロボット１９は、例えば６軸の自由度を有する多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｆｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
　トーチ１７は、溶加材Ｆｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｆｍの先端からアークを発生する。トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるようになっている。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｆｍがコンタクトチップに保持される。
　溶加材Ｆｍは、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
　溶加材Ｆｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、造形コントローラ１３からの指令により、溶接ロボット１９はトーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｆｍを溶融及び凝固させる。これにより、溶加材Ｆｍの溶融凝固体であるビードが形成される。ここでは詳細を後述するように、ベース材２３に支持された軸体２５に、ビードで形成されるブレード２７を形成する場合を例に説明する。
　溶加材Ｆｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。アークを用いる場合は、シールド性を確保しつつ、素材、構造によらずに簡単にビードを形成できる。電子ビームやレーザにより加熱する場合は、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。
　造形コントローラ１３は、溶接方向決定部３１と、プログラム生成部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。制御部３７には、作製しようとする積層造形物の形状を表す３次元モデルデータ（ＣＡＤデータ等）や、各種の指示情報が入力部３９から入力される。
　溶接方向決定部３１は、詳細を後述するが、入力された積層造形物の３次元モデルデータを用いて、ビードを形成する位置情報を含むビードマップ（詳細は後述）を生成する。生成されたビードマップは、記憶部３５に記憶される。
　プログラム生成部３３は、造形部１１を駆動して積層造形物の造形手順を設定し、この手順をコンピュータに実行させるプログラムを、上記のビードマップを用いて生成する。生成されたプログラムは、記憶部３５に記憶される。
　記憶部３５には、造形部１１が有する各種の駆動部や可動範囲等の仕様情報も記憶され、プログラム生成部３３でプログラム生成する際や、プログラムを実行する際に適宜情報が参照される。この記憶部３５は、メモリやハードディスク等の記憶媒体からなり、各種情報の入出力が可能となっている。
　制御部３７を含む造形コントローラ１３は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース等を備えるコンピュータ装置であって、記憶部３５に記憶されたデータやプログラムを読み込み、データの処理やプログラムを実行する機能、及び造形部１１の各部を駆動制御する機能を有する。制御部３７は、入力部３９からの操作や通信等による指示によって、記憶部３５からプログラムを読み込み、実行する。
　制御部３７がプログラムを実行すると、溶接ロボット１９や電源装置１５等がプログラムされた所定の手順に従って駆動される。溶接ロボット１９は、造形コントローラ１３からの指令により、プログラムされた軌道軌跡に沿ってトーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｆｍを所定のタイミングでアークにより溶融させて、所望の位置にビードを形成する。
　溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３は、造形コントローラ１３に設けられるがこれに限らない。図示はしないが、例えば積層造形物の製造装置１００とは別体に、ネットワーク等の通信手段や記憶媒体を介して離間して配置されたサーバや端末等の外部コンピュータに、溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３が設けられてもよい。外部コンピュータに溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３が接続されることで、積層造形物の製造装置１００を要せずにビードマップやプログラムを生成でき、プログラム生成作業が繁雑にならない。また、生成したビードマップやプログラムを、造形コントローラ１３の記憶部３５に転送することで、造形コントローラ１３で生成した場合と同様に動作させることができる。
　図２は積層造形物４１の斜視図である。
　一例として示す積層造形物４１は、円柱状の軸体２５と、軸体２５の外周に径方向外側へ突出する複数条（図示例では６条）の螺旋状のブレード２７とを備える。複数のブレード２７は、軸体２５の軸方向中間部で、周方向に沿って等間隔に設けられたスクリュー形状となっている。
　図１に示す積層造形物の製造装置１００は、積層造形物４１を造形する際、全形状を積層造形法により形成するのではなく、軸体２５については棒材等の粗形材を用いて形成し、ブレード２７を積層造形法により形成してもよい。その場合、積層造形物４１の軸体２５を粗形材で形成し、軸体２５の外周に形成されるブレード２７をビードによって積層造形する。これにより、積層造形物４１の造形工数を大きく削減できる。
　次に、上記一例としての積層造形物の基本的な積層手順を説明する。
　図３は積層造形物４１を積層設計し、この設計された条件で積層造形物４１を造形するプログラムを生成するまでの手順を示すフローチャートである。
　まず、図１に示す入力部３９から制御部３７に積層造形物４１の形状を表す３次元モデルデータ（以降、形状データと称する。）を入力する（Ｓ１１）。形状データには、積層造形物４１の外表面の座標、軸体２５の径や軸長等の寸法情報の他、必要に応じて参照される材料の種類や最終仕上げ等の情報も含まれる。以下のプログラムを生成する工程は、プログラム生成部３３により行われる。
　図４は積層造形物４１の一断面において粗形材領域を決定する様子を示す説明図である。
　積層造形物４１は、円柱状又は円筒状の軸体２５を有し、複数のブレード２７が軸体２５の外周面から立設される。そこで、入力された形状データを用いて、積層造形物４１の外形を、積層造形物４１の基体となる粗形材領域と、基体上に形成される積層造形物４１の外形となる積層造形領域とに区分けする。
　粗形材領域と積層造形領域は、積層造形物４１の形状データと、用意可能な粗形材の種類に応じて決定される。図示例の積層造形物４１の場合、一例として示される粗形材（丸棒）４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのうち、積層造形物４１の形状に合わせるための切削量が最小となる径の粗形材４３Ｃが選択される。
　図５は積層造形物４１の外形を、粗形材領域４５と積層造形領域４７とに区分けした結果を示す説明図である。
　本例の場合、粗形材４３Ｃが粗形材領域４５となり、粗形材４３Ｃの外周に配置される複数のブレード２７がそれぞれ積層造形領域４７となる（Ｓ１２）。
　次に、上記Ｓ１２で決定された積層造形領域４７に、ビードを形成する手順を決定する。
　積層造形領域４７では、複数のビードを順次に積層することでブレード２７の粗形状を造形する。積層造形領域４７を構成する個々のビードのビード幅、ビード高さ等のビードサイズは、トーチ１７（図１参照）の移動速度、つまり、ビードの連続形成速度や、電源装置１５からの溶接電流、溶接電圧、印加パルス等の溶加材や溶接部への入熱量、等の溶接条件の変更によって制御される。このビードサイズは、溶着ビードを形成するトーチの移動方向に直交する断面で管理することが好ましい。
　図６は積層造形物４１の一部正面図である。
　本構成の積層造形物４１においては、螺旋状のブレード２７の延設方向をビード形成方向Ｖｂに一致させれば、溶着ビードの連続形成長さを長くできる。そのため、ビード形成方向Ｖｂをブレード２７の延設方向と同じにして、これを基準方向とする（Ｓ１３）。これにより、ビードサイズは、基準方向（ビード形成方向Ｖｂ）に直交するVII－VII線断面で示すビード断面の形状を基準に制御する。
　例えば、特定方向に連続した少なくとも一つの突起部を有する積層造形物においては、この連続する特定方向に沿って溶着ビードを形成すれば、効率よく造形が行え、積層造形工程の煩雑化が軽減される。そこで、作製しようとする積層造形物の形状データから、まず、積層造形物の連続する特定方向を求める。この特定方向は、コンピュータによる演算によって、形状データを適宜なアルゴリズムで解析して決定してもよく、作業者が判断する等、人為的に決定してもよい。
　図７は図６に示すVII－VII線のＡ１部における断面図である。図中の横軸は、ブレード２７の延設方向（基準方向）に直交する方向で、縦軸は軸体２５の径方向となるビード積層方向である。
　ここで、ブレード２７の積層造形領域４７を、複数の仮想ビード層に層分解する（Ｓ１４）。複数層の仮想ビード層のビード（仮想ビード５１として示す）は、仮想ビード層の１層分のビード高さＨに応じて、ブレード２７の最終形状が内包されるように配置される。図示例では、点線で示す仮想ビード５１を、軸体２５（粗形材４３Ｃ）の表面から順次積層（層Ｈ１，Ｈ２，・・・）して、７層目（層Ｈ７）においてブレード２７の径方向最外縁部２７ａが覆われる場合を示す。つまり、ここでは合計７層の仮想ビード層を有する積層モデルとなる。
　この積層モデルは、図５に示す複数の積層造形領域４７の全てに対して生成される。そして、各積層モデルにおいて、共通の断面でビードサイズを設計する。つまり、積層造形領域４７の各仮想ビード層における仮想ビード５１の配置位置（ビード積層高さＨ等）、ビードサイズ（ビード幅Ｗ等）、溶接条件、等の諸条件を設定する（Ｓ１５）。なお、図７においては仮想ビード層を７つに分割しているが、ビードサイズ、積層造形物の大きさや形状、等に応じて分割層数は任意に設定できる。
　次に、上記のように設計された積層モデルに従ってビードを粗形材４３Ｃ上に形成する手順を示すプログラムを生成する（Ｓ１６）。このプログラムの生成は、図１に示すプログラム生成部３３が行う。
　ここでいうプログラムとは、入力された積層造形物の形状データから、所定の演算により設計されたビードの形成手順を、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３７は、予め用意されたプログラムの中から所望のプログラムを特定し、この特定された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４１を製造させる。つまり、制御部３７は、記憶部３５から所望のプログラムを読み込み、このプログラムにしたがってビードを形成して、積層造形物４１を造形する。
　図８はビードを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。
　造形コントローラ１３（図１参照）は、造形部１１を生成したプログラムに従って駆動して、積層造形物４１の粗形材４３Ｃにビード５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，・・・を順次に並設し、第１層目（層Ｈ１）のビード層を形成する。そして、第１層目（層Ｈ１）のビード層の上に第２層目（層Ｈ２）のビード５５Ｄ，５５Ｅ，・・・を順次に並設する。
　ここで、ビード５５Ｄの外表面とビード５５Ｂの外表面との境界をＰｃ（ビード５５Ｄの図中右側の境界）とし、境界Ｐｃにおけるビード５５Ｄの外表面の接線をＬ１、境界Ｐｃにおけるビード５５Ｂの外表面の接線をＬ２とする。また、接線Ｌ１とＬ２とのなす角をαとし、角αの二等分線をＮとする。
　ビード５５Ｄに隣接する次のビード５５Ｅは、境界Ｐｃを目標位置として形成される。ビード５５Ｅを形成する際、トーチ１７のトーチ軸線の向きは、直線Ｎと概ね同じ方向に設定される。なお、ビード５５Ｅを形成する目標位置は、境界Ｐｃに限らず、ビード５５Ｂとビード５５Ｃとの間の境界Ｐｃａにしてもよい。
　造形コントローラ１３は、各ビード５５Ａ～５５Ｅ，・・・の形成時に、上記したプログラムに従ってトーチ１７を図中奥側（紙面垂直方向）に向けて移動させ、シールドガスＧ雰囲気中で発生させたアークによりビード形成の目標位置付近を加熱する。そして、加熱により溶融した溶加材Ｆｍが目標位置で凝固することで、新たなビードが形成される。これにより、図７に示す粗形状のビード層が形成される。ビード層が形成された積層造形領域４７は、その後の適宜な加工によって所望のブレード２７の形状に仕上げられる。
　ここで、本実施形態では、積層造形物の製造装置１００の造形部１１を駆動させてビードにより積層造形する積層造形物の積層造形手順を、層分割工程と、面分割工程と、連続線抽出工程と、延長方向推定工程と、ビード形成線決定工程とから設計する。
　以下、具体的な積層造形手順の設計方法を、工程毎に説明する。
　図９は本実施形態に係る積層造形手順の設計方法を説明する図であって、（Ａ）は積層造形物の斜視図、（Ｂ）は積層造形物の展開図である。図１０は図９（Ｂ）におけるＸ－Ｘ線断面図である。図１１は層分割したブレードの１層目を面分割した状態を示す積層造形物の展開図である。図１２は層分割したブレードの１層目を面分割した一つのブレードの展開図である。
（層分割工程）
　積層造形物の３次元形状データを用いて、積層造形物４１の形状をビードの高さに応じて複数の層に分割する。図９（Ａ）に示すように、複数のブレード２７を有する積層造形物４１を展開すると、図９（Ｂ）に示すように、各ブレード２７が斜めに整列した状態となる。この展開図において、ブレード２７を、軸体２５の軸線に直交する方向に断面視すると、図１０に示すように、ブレード２７は、軸体２５からなる基材から立設された形状となる。層分割工程では、このブレード２７を、積層造形物４１の３次元形状データを用い、ビードの高さに応じて複数の層に分割する。本例では、Ｈ１～Ｈ７の７層に分割している。
（面分割工程）
　分割された各層Ｈ１～Ｈ７の形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割する。図１１に示すものは、展開図におけるブレード２７の１層目Ｈ１の平面形状を示している。この１層目Ｈ１において、その形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割する。ここでは、基本的に四角形からなるポリゴン面でブレード２７の１層目Ｈ１の平面形状をポリゴン面からなる複数の領域Ｒに分割している。
（連結線抽出工程）
　各層において、ブレード２７の一端部２７Ａから他端部２７Ｂに向けて、隣接する領域Ｒ同士を連結する連結線を求める。例えば、図１２に示すように、ブレード２７の一端部２７Ａにおける一つの領域Ｒを任意に選択する。ここでは、ブレード２７の一端部２７Ａにおける左端の領域Ｒを選択する。次に、予め設定した設定方向Ａに隣接する領域Ｒを選択し、これらの領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを求める。その後も設定方向Ａに隣接する領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを順次求める。なお、領域Ｒの設定方向Ａ側がブレード２７の縁部となっているために設定方向Ａに隣接する領域Ｒがない場合は、左側に隣接する領域Ｒを選択し、それぞれの中心位置を結ぶ連結線Ｌを求める。なお、ここでは左側に隣接する領域Ｒを選択したが、層の形状に応じて右側に隣接する領域を選択する場合もある。
　なお、ブレード２７の一端部２７Ａで選択する領域Ｒは、左端に限らず、中央または右端でもよく、いずれの場合も、連結線Ｌを求めていくことで、その後に同一ルートをたどることとなる（図１２中点線参照）。
（延長方向推定工程）
　抽出した連結線Ｌから、例えば、最小二乗法等によってビードを形成する方向であるブレード２７の延長方向Ｂを求める。
（ビード形成線決定工程）
　分割されたブレード２７の層を、推定した延長方向Ｂに沿って複数のビードに分割して、それぞれのビードを形成するための形成予定線Ｃを決定する。
　そして、ブレード２７の全ての層Ｈ１～Ｈ７において形成予定線Ｃを決定し、その決定した形成予定線Ｃに沿ってビード５５を形成する。
　このように、上記実施形態によれば、複数層に分割した積層造形物であるブレード２７の各層Ｈ１～Ｈ７に領域Ｒを当てはめて分割し、これらの領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向Ｂに沿ってビードの形成予定線Ｃを決定する。具体的には、ブレード２７の各層Ｈ１～Ｈ７の形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割して連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線Ｃを決定する。これにより、ビードを形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形が行える。
　なお、上記実施形態では、面分割工程において、各層Ｈ１～Ｈ７におけるブレード２７の平面形状を四角形のポリゴン面からなる領域Ｒに分割したが、領域Ｒの形状は四角形に限らない。
　図１３はブレードの１層目の形状を三角形のポリゴン面からなる領域に面分割したブレードの一部の展開図である。
　図１３に示すように、面分割工程において、各層Ｈ１～Ｈ７におけるブレード２７の平面形状を三角形のポリゴン面からなる領域Ｒに分割してもよい。ここで、この三角形のポリゴン面からなる領域Ｒで分割した場合における連結線抽出工程について説明する。
　三角形のポリゴン面からなる領域Ｒで分割した場合、連結線Ｌの進行方向の選択の優先順位を、例えば、上、右、左とし、隣接する領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求める。具体的には、ブレード２７の一端部２７Ａにおける一つの領域Ｒを任意に選択し、予め設定した設定方向Ａに隣接する領域Ｒ（ここでは右側に隣接する領域）を選択し、これらの領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを求める。このとき、設定方向Ａに隣接する領域Ｒが存在しない場合は、進行方向の選択の優先順位に沿って隣接する領域Ｒを選択する。この連結線Ｌを求める処理を繰り返し行う。
　その後は、抽出した連結線Ｌから、ビードを形成する方向であるブレード２７の延長方向Ｂを求め（延長方向推定工程）、分割されたブレード２７の層において、推定した延長方向Ｂに沿って複数のビードに分割して、それぞれのビードを形成するための形成予定線Ｃを決定する（ビード形成線決定工程）。
　次に、延長方向の求め方の変形例について説明する。
　図１４は延長方向の求め方の変形例を説明する図であって、（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれブレードの面分割の仕方を示すブレードの模式図である。図１５は延長方向の選定の仕方を示すグラフである。
　変形例では、面分割工程において、分割された層に予め設定された設定形状の領域Ｒを当てはめ、この当てはめた領域Ｒに隣接する部分で設定形状を当てはめる際に、既に当てはめた領域Ｒに接する面の面積Ｓが最大となるように領域Ｒを設定していく。
　図１４に示すものは、ブレード２７に対して一端部２７Ａ側に、設定形状（平行四辺形）の領域Ｒ１を当てはめ、この領域Ｒ１に隣接する部分に同一形状の設定形状の領域Ｒ２を当てはめる場合を示している。図１４（Ａ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が左側へ大きくずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が－θ２となっている。図１４（Ｂ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が左側へずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が－θ１となっている。図１４（Ｃ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置と隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置とを連結する連結線Ｌが設定方向Ａに一致している。図１４（Ｄ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が右側へずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が＋θ１となっている。
　このような場合において、図１５に示すように、互いに隣接する領域Ｒ１，Ｒ２の接する面の面積Ｓは、設定方向Ａに対する連結線Ｌの傾き角が－θ１のときに最大となっていたとする。この場合、設定方向Ａに対して領域Ｒ１，Ｒ２の連結線Ｌの傾き角が－θ１となるように面分割し、その連結線Ｌからブレード２７の延長方向Ｂを求める。面積Ｓが最大となる連結線Ｌの傾き角は、図１５に示す各プロット点を結ぶフィッティングカーブから解析的に求めることができる。
　本変形例においては、積層造形物であるブレード２７の各層Ｈ１～Ｈ７の形状に予め設定された設定形状の領域Ｒを当てはめ、この当てはめた領域Ｒに隣接する部分で設定形状の領域Ｒを当てはめる際に、既に当てはめた領域Ｒに接する面の面積が最大となるように領域Ｒを設定していく。そして、各領域Ｒの連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向Ｂに沿ってビードの形成予定線Ｃを適切かつ容易に決定することができる。
　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。
　上記の実施形態の説明では、積層造形物として螺旋状のブレードを用いて説明したが、本発明の造形対象物はこれに限らず、他の機械構造物や機械部品等、任意の対象物に適用が可能である。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより造形する積層造形物の製造方法であって、
　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する面分割工程と、
　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形する造形工程と、
を含む、積層造形物の製造方法。
　この積層造形物の製造方法によれば、複数層に分割した積層造形物の各層に領域を当てはめて分割し、これらの領域同士を連結する連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を決定する。これにより、ビードを形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形が行える。
（２）　前記面分割工程において、分割された前記層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割する（１）に記載の積層造形物の製造方法。
　この積層造形物の製造方法によれば、積層造形物の各層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割して連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を適切かつ容易に決定することができる。
（３）　前記面分割工程において、分割された前記層に、前記予め設定された設定形状の領域を当てはめ、更に当該領域に隣接する前記層の部分に前記設定形状の領域を当てはめることを繰り返し、
　次に当てはめる領域を、前記層の部分と重なる面積が最大となるように選定する、
（１）に記載の積層造形物の製造方法。
　この積層造形物の製造方法によれば、積層造形物の各層の形状に予め設定された設定形状の領域を当てはめ、この当てはめた領域に隣接する部分で設定形状の領域を当てはめる際に、既に当てはめた領域に接する面の面積が最大となるように領域を設定していく。そして、各領域の連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を適切かつ容易に決定することができる。
（４）　（１）～（３）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法による造形手順を決定する制御部と、
　前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
　この積層造形物の製造装置によれば、積層造形物を高効率で造形できる。
（５）　一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用い、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより、前記積層造形物を造形する際の、ビード形成順序の決定をコンピュータに実行させるプログラムであって、
　前記コンピュータに、
　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する手順と、
　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形するビード形成順序を決定する手順と、
を実行させるプログラム。
　このプログラムによれば、ビードの形成予定線を、複数層に分割した積層造形物の各層に領域を当てはめて分割し、これらの領域同士を連結する連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を決定する。これにより、ビード形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形できる。
　なお、本出願は、２０１８年５月１７日出願の日本特許出願（特願２０１８－９５７６９）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１３　造形コントローラ
　１７　トーチ
　２７　ブレード（突起部）
　３１　溶接方向決定部
　３３　プログラム生成部
　３５　記憶部
　３７　制御部
　４１　積層造形物
　５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ，５５Ｅ　ビード
　Ｂ　延長方向
　Ｃ　形成予定線
　Ｆｍ　溶加材
　Ｈ１～Ｈ７　層
　Ｌ　連結線
　Ｒ　領域

Claims (5)

  1. 　一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより造形する積層造形物の製造方法であって、
    　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
    　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する面分割工程と、
    　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
    　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
    　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
    　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形する造形工程と、
    を含む、積層造形物の製造方法。
  2. 　前記面分割工程において、分割された前記層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割する、請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
  3. 　前記面分割工程において、分割された前記層に、前記予め設定された設定形状の領域を当てはめ、更に当該領域に隣接する前記層の部分に前記設定形状の領域を当てはめることを繰り返し、
    　次に当てはめる領域を、前記層の部分と重なる面積が最大となるように選定する、
    請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の積層造形物の製造方法による造形手順を決定する制御部と、
    　前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
    を備える積層造形物の製造装置。
  5. 　一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用い、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより、前記積層造形物を造形する際の、ビード形成順序の決定をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    　前記コンピュータに、
    　前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
    　分割された前記層のそれぞれに、予め設定された設定形状の領域を当てはめて、前記層を層毎に複数の領域に分割する手順と、
    　それぞれの前記層において、前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
    　前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
    　分割された前記層を前記延長方向に沿った複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
    　前記ビードの形成予定線に沿って前記ビードを形成して、前記積層造形物を造形するビード形成順序を決定する手順と、
    を実行させるプログラム。
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