WO2021024431A1 - 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム - Google Patents
積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021024431A1 WO2021024431A1 PCT/JP2019/031218 JP2019031218W WO2021024431A1 WO 2021024431 A1 WO2021024431 A1 WO 2021024431A1 JP 2019031218 W JP2019031218 W JP 2019031218W WO 2021024431 A1 WO2021024431 A1 WO 2021024431A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- processing
- height
- light
- laminated
- laminated modeling
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
- B23K26/342—Build-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/22—Direct deposition of molten metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
- B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Definitions
- the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a laminated modeling apparatus capable of improving the shape accuracy of a modeled object.
- the present invention is a laminated modeling apparatus for forming a modeled object by repeating additional processing of melting a processing material and adding a solidified processing material on a processing object.
- the processing conditions for adding the processing material to the processing position are controlled based on the height measuring unit that measures the height of the modeled object formed at the processing position and the measurement result of the height measuring unit. It is characterized by including a control unit.
- FIG. 1 The figure which shows the structure of the laminated modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
- the figure which shows the internal structure of the processing head shown in FIG. A flowchart for explaining the operation of the laminated modeling apparatus shown in FIG. 1 to form a ball bead.
- Schematic cross-sectional view showing the processing area of the laminated modeling apparatus shown in FIG. A schematic cross-sectional view showing a state in which the wire discharged to the processing region of the laminated modeling apparatus shown in FIG. 1 is in contact with the surface to be added.
- a schematic cross-sectional view showing a state in which irradiation of processing light to the processing area of the laminated modeling apparatus shown in FIG. 1 is stopped.
- FIG. 1 Schematic cross-sectional view for explaining a method of modeling a modeled object by the laminated modeling apparatus shown in FIG.
- the figure which shows the example which the processing condition controlled by the laminated molding apparatus shown in FIG. 1 is the number of ball beads.
- the figure which shows the method of controlling the wire height based on the measurement result of the height of a modeled object by the laminated modeling apparatus shown in FIG. The figure which shows the deformation example of the shape of the bead formed by the laminated modeling apparatus shown in FIG.
- FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between the measurement illumination unit and the bead before starting the process of FIG. 24.
- the figure which shows the light-receiving position on the light-receiving element in the state shown in FIG. The figure which shows the positional relationship between the lighting part for measurement after the processing of step S301 of FIG. 24, and the processing object.
- the figure which shows the light-receiving position on the light-receiving element in the state shown in FIG. The figure which shows the predetermined range used in step S303 of FIG.
- the figure which shows the state which stopped the drive stage in step S304 of FIG. FIG. 2 is a diagram for comparing the states before starting the process of FIG. 24 and after the process of step S304 is completed.
- the figure which shows the internal structure of the processing head shown in FIG. 34 Explanatory drawing of height measurement in the laminated modeling apparatus shown in FIG. FIG. 6 shows a position where the reflected light from the bead shown in FIG. 36 (a) is received.
- FIG. 36 The figure which shows the light receiving position of the reflected light from the bead shown in FIG. 36 (b). The figure which shows the receiving position of the reflected light from the bead shown in FIG. 36 (c). The figure which shows the modification of the laminated modeling apparatus shown in FIG. 35
- the laminated modeling apparatus the laminated modeling method, and the laminated modeling program according to the embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings.
- the present invention is not limited to this embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laminated modeling apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.
- the laminated modeling apparatus 100 is assumed to be a metal laminating apparatus that uses metal as a processing material, but may use a processing material other than metal such as resin.
- the modeled object formed by the laminated modeling apparatus 100 may be referred to as a laminated product.
- the laminated modeling apparatus 100 uses a processing laser to melt the processing material, and performs additional processing to add the processing material to the processing target surface of the processing object.
- the laminated modeling apparatus 100 may use other processing methods such as arc discharge.
- the laminated modeling apparatus 100 includes a processing laser 1, a processing head 2, a fixture 5 for fixing a processing object 3, a drive stage 6, a measurement lighting unit 8, a gas nozzle 9, and a processing material supply. It has a unit 10, a calculation unit 50, and a control unit 51.
- the laminated modeling apparatus 100 repeats additional processing of melting the processing material 7 and adding it on the processing object 3, to form the modeling object 4. At this time, the laminated modeling apparatus 100 has a function of measuring the height of the formed model 4 and controlling the processing conditions of the next additional processing based on the measurement result.
- the configuration of the laminated modeling apparatus 100 for realizing such a function will be described.
- the processing laser 1 is a light source that emits processing light 30 used for modeling processing for modeling a model 4 on a process object 3.
- the processing laser 1 is a fiber laser device using a semiconductor laser, a CO 2 laser device, or the like.
- the wavelength of the processing light 30 emitted by the processing laser 1 is, for example, 1070 nm.
- the processing head 2 includes a processing optical system and a light receiving optical system.
- the processing optical system collects the processing light 30 emitted from the processing laser 1 and forms an image at the processing position on the processing object 3.
- the light receiving optical system is also referred to as a height sensor.
- the processing light 30 is focused in a dot shape at the processing position, and therefore the processing position is also referred to as a processing point hereafter.
- the processing laser 1 and the processing optical system form a processing portion.
- the method of measuring the height of the modeled object 4 formed at the processing position is a line cutting method using an optical system.
- the method for measuring the height of the modeled object 4 may be a method other than the line cutting method, for example, an optical method.
- the optical method includes a spot type triangulation method and a confocal method.
- the light receiving optical system is arranged in the processing head 2, and the processing optical system and the light receiving optical system are integrated.
- the laminated modeling apparatus 100 can be miniaturized.
- this embodiment is not limited to such an example. There is no limitation on the method of integrating the processing head 2 and the height sensor.
- the object to be processed 3 is also called a work.
- the object to be machined 3 is placed on the drive stage 6 and fixed on the drive stage 6 by the fixture 5.
- the object to be processed 3 serves as a base when the modeled object 4 is formed, and the surface of the object to be processed 3 is also called a surface to be processed.
- the object to be processed 3 is a base plate, but may be an object having a three-dimensional shape.
- the position of the machining object 3 with respect to the machining head 2 changes, and the machining point moves on the machining target 3. That is, the processing point on the processing object 3 is scanned.
- Scanning a machining point means that the machining point moves along a defined path, that is, in a defined trajectory.
- the movement of the processing point involves movement in a direction orthogonal to the height direction of the modeled object 4. That is, the position of the processing point before the movement and the position of the processing point after the movement are different from each other in the position projected on the plane orthogonal to the height direction.
- the laminated modeling apparatus 100 moves the processing point, which is the processing position, on the object 3 to be processed, and performs additional processing by laminating the molten processing material 7 at the processing point at a predetermined processing position. In other words, the laminated modeling apparatus 100 performs additional processing by laminating the molten processing material 7 at a processing point that moves on the processing object 3. More specifically, the laminated modeling apparatus 100 drives the drive stage 6 to move the candidate point of the machining position on the machining object 3. At least one of the candidate points on the movement path is a processing point on which the processing material 7 is laminated.
- the laminated modeling apparatus 100 melts the processing material 7 supplied for performing additional processing at the processing point with the processing light 30.
- the processing material 7 is a metal wire, a metal powder, or the like. In the present embodiment, the processing material 7 will be described below as being a metal wire.
- the metal wire is supplied from the processing material supply unit 10 to the processing point.
- the processing material supply unit 10 rotates a wire spool around which a metal wire is wound with the drive of a rotary motor, and sends the metal wire to a processing point. Further, the processing material supply unit 10 can pull out the metal wire supplied to the processing point by rotating the motor in the opposite direction.
- the processing material supply unit 10 is installed integrally with the processing head 2, and is driven integrally with the processing head 2 by the drive stage 6. The method of feeding the metal wire is not limited to the above example.
- the laminated modeling apparatus 100 stacks beads generated by solidifying the molten processing material 7 by repeating scanning of processing points to form a modeling object 4 on the processing object 3. That is, the laminated modeling apparatus 100 repeats the additional processing to generate the modeled object 4.
- the bead is an object formed by solidifying the molten processed material 7, and becomes a modeled object 4.
- the laminated modeling apparatus 100 laminates the molten processing material 7 on the processing object 3.
- the laminated modeling apparatus 100 laminates the molten processing material 7 on the modeled object 4 that has already been formed at the time of processing.
- the laminated modeling apparatus 100 forms a ball-shaped bead.
- the ball-shaped bead is referred to as a ball bead.
- the ball bead is a ball-shaped metal solidified after the processing material 7 is melted.
- the drive stage 6 is capable of scanning three axes of XYZ.
- the Z direction is the height direction of the model 4.
- the X direction is a direction orthogonal to the Z direction.
- the Y direction is a direction orthogonal to both the X direction and the Z direction.
- the drive stage 6 can be translated in the direction of any one of the XYZ axes.
- the drive stage 6 may be a 5-axis stage that can also rotate in the XY plane and the YZ plane. By using the rotating stage, the posture or position of the workpiece 3 can be changed.
- the laminated modeling apparatus 100 can move the irradiation position of the processing light 30 with respect to the processing object 3 by rotating the drive stage 6. Therefore, a complicated shape including a tapered shape can be formed.
- the drive stage 6 is scanned on five axes, but the machining head 2 may be scanned.
- the gas nozzle 9 ejects shield gas for suppressing oxidation of the modeled object 4 and cooling the ball bead toward the object to be processed 3.
- the shield gas is an inert gas.
- the gas nozzle 9 is attached to the lower part of the processing head 2 and is installed above the processing point.
- the gas nozzle 9 is installed coaxially with the processing light 30, but gas may be ejected from an oblique direction with respect to the Z axis toward the processing point.
- the illumination unit 8 for measurement places the illumination light 40 for measurement at the measurement position on the object to be processed 3. Irradiate.
- the measurement position is the same as the machining point.
- the illumination light 40 is reflected at the measurement position.
- the light receiving optical system of the processing head 2 is arranged at a position where the illumination light 40 reflected at the measurement position can be received. Further, the light receiving optical system is arranged so that the optical axis of the light receiving optical system has an angle with respect to the optical axis of the illumination light 40. It is desirable to use a laser having a wavelength different from that of the processed light 30 as the light source of the measurement illumination unit 8.
- the illumination light 40 is a line beam which is a line-shaped light.
- the illumination light 40 used to measure the height of the modeled object 4 does not necessarily have to be a line beam.
- the illumination light 40 may be a spot beam which is light focused in a dot shape. When the spot beam is used, the height of the modeled object 4 at the illuminated point on the object to be processed 3 can be measured. When a line beam is used, the height of the modeled object 4 in the illuminated range on the object to be processed 3 can be measured.
- the calculation unit 50 calculates the height of the modeled object 4 at the position where the illumination light 40 is irradiated, that is, the processing position.
- the height of the modeled object 4 is measured after moving the machining position and before performing additional machining at the machining position.
- the calculation unit 50 calculates the height of the modeled object 4 at the processing position using the principle of triangulation based on the light receiving position of the reflected light of the illumination light 40.
- the light receiving position is the position of the illumination light 40 in the light receiving element included in the light receiving optical system.
- the height of the model 4 is the position of the upper surface of the model 4 in the Z direction.
- the measurement illumination unit 8, the light receiving optical system, and the calculation unit 50 constitute a height measurement unit.
- the measurement illumination unit 8 and the light receiving optical system constitute a height sensor.
- the height measuring unit measures the height at the measurement position of the modeled object 4 formed on the object to be machined 3, that is, the machined position.
- the control unit 51 uses the height calculated by the calculation unit 50 to drive the processing laser 1 and the processing material supply unit 10 for supplying the metal wire which is the processing material 7, and to stack the ball beads. Control processing conditions such as the number of pieces.
- the driving condition of the processing material supply unit 10 includes the height at which the metal wire is supplied.
- the calculation unit 50 and the control unit 51 are realized by a processing circuit. These processing circuits may be realized by dedicated hardware, or may be control circuits using a CPU (Central Processing Unit).
- CPU Central Processing Unit
- FIG. 2 is a diagram showing dedicated hardware for realizing the functions of the calculation unit 50 and the control unit 51 shown in FIG.
- the processing circuit 190 is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
- ASIC Application Specific Integrated Circuit
- FPGA Field Programmable Gate Array
- this control circuit is, for example, a control circuit 200 having the configuration shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a control circuit 200 for realizing the functions of the calculation unit 50 and the control unit 51 shown in FIG.
- the control circuit 200 includes a processor 200a and a memory 200b.
- the processor 200a is a CPU, and is also called a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
- control circuit 200 When the above processing circuit is realized by the control circuit 200, it is realized by the processor 200a reading and executing the program corresponding to the processing of each component stored in the memory 200b.
- the memory 200b is also used as a temporary memory in each process executed by the processor 200a.
- FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the processing head 2 shown in FIG. FIG. 4 shows the configuration of the XZ cross section of the laminated modeling apparatus 100.
- the processing head 2 includes a light projecting lens 11, a beam splitter 12, an objective lens 13, a bandpass filter 14, a condenser lens 15, and a light receiving unit 16.
- the focal length of the floodlight lens 11 is 200 mm
- the focal length of the objective lens 13 is 460 mm.
- the surface of the beam splitter 12 is coated with a coating that increases the reflectance of the wavelength of the processing light 30 emitted from the processing laser 1 and transmits light having a wavelength shorter than the wavelength of the processing light 30.
- the measurement illumination unit 8 irradiates the measurement position with the illumination light 40.
- the illumination light 40 reflected at the measurement position is incident on the bandpass filter 14 via the objective lens 13 and the beam splitter 12.
- the beam splitter 12 transmits the illumination light 40 from the processing point in the direction of the bandpass filter 14.
- the bandpass filter 14 selectively transmits light having a wavelength of the illumination light 40 and blocks light having a wavelength other than the wavelength of the illumination light 40.
- the bandpass filter 14 removes light having unnecessary wavelengths such as processing light, thermal radiation light, and ambient light, and transmits the illumination light 40 toward the condenser lens 15.
- the condenser lens 15 collects the illumination light 40 and forms an image on the light receiving unit 16.
- the light receiving unit 16 is an area camera or the like equipped with a light receiving element such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- the light receiving unit 16 is not limited to the CMOS sensor, and may include a light receiving element in which pixels are arranged two-dimensionally.
- the objective lens 13 and the condenser lens 15 are collectively called a light receiving optical system.
- the light receiving optical system is composed of two lenses, but three or more lenses may be used.
- the configuration of the light receiving optical system is not limited as long as the illumination light 40 can be imaged on the light receiving unit 16.
- the light receiving optical system and the light receiving element are collectively referred to as a light receiving unit 17.
- FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 to form a ball bead.
- the laminated modeling apparatus 100 drives the drive stage 6 to align the position of the machining head 2 with a machining point which is a predetermined position above the machining area on the addition target surface of the machining object 3 (Ste S101).
- the surface to be added is the surface on which the ball beads are laminated on the object to be processed 3, and is the upper surface of the object to be processed 3 placed on the stage.
- the surface of the model 4 becomes the surface to be added.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a processing region of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG.
- the processing point is a point where the central axis CL of the processing light 30 intersects the addition target surface.
- the machining point is the central position of the machining area on the addition target surface.
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the wire discharged to the processing region of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 is in contact with the surface to be added.
- the laminated modeling apparatus 100 obliquely discharges the processing material 7 which is a wire from above the processing region, and brings the tip of the processing material 7 into contact with the surface to be added.
- Discharging the wire means that the laminated modeling apparatus 100 controls the processing material supply unit 10 to advance the wire from the wire nozzle and supply it to the processing point. Before irradiating the processing light 30, the processing material 7 is in contact with the surface to be added.
- the molten wire is stably welded to the surface to be applied, and the molten wire is not welded to the surface to be applied, or the welding position of the molten wire is deviated from a desired position. It becomes possible to prevent that.
- the central axis CW of the wire discharged from the wire nozzle and in contact with the surface to be added and the central axis CL of the processing light 30 irradiated to the processing region intersect on the surface of the surface to be added.
- the central axis CW of the wire intersects on the surface of the addition target surface within the beam radius of the processing light 30 on the wire nozzle side from the central axis CL of the processing light 30 applied to the processing region.
- the laminated modeling apparatus 100 starts irradiation with the processing light 30 and ejects the inert gas from the gas nozzle 9 (step S103).
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the processing light 30 is irradiated to the processing region of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG.
- the processing light 30 is irradiated toward the processing region of the addition target surface.
- the processing light 30 is applied to the wire which is the processing material 7 arranged in the processing region.
- the ejection of the inert gas from the gas nozzle 9 to the processing region is started.
- the ejection of the inert gas is preferably started before irradiating the surface to be processed with the processing light 30.
- the inert gas is preferably ejected over a predetermined fixed time.
- the laminated modeling apparatus 100 starts feeding the wire which is the processing material 7 (step S104).
- the molten wire is welded to the molten pool.
- molten beads which are deposits, are formed in the processed area.
- the wire is continuously supplied to the machining area for a predetermined supply time.
- the wire supply speed can be adjusted by the rotation speed of the rotary motor of the processing material supply unit 10.
- the wire supply speed is limited by the output of the processing light 30. That is, there is a correlation between the supply speed of the wire for realizing proper welding of the molten wire to the processing region and the output of the processing light 30. By increasing the output of the processing light 30, the molding speed of the ball bead can be increased.
- the wire supply speed is too fast for the output of the processing light 30, the wire will remain unmelted. If the supply rate of the wire is too slow with respect to the output of the processing light 30, the wire is overheated and the molten wire drops from the wire in the form of droplets and is not welded into a desired shape.
- FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a wire is pulled out from the processing region of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG.
- the laminated modeling apparatus 100 pulls out the wire, which is the processing material 7, from the processing region in the direction indicated by the arrow in FIG.
- the molten pool formed in the object 3 to be processed and the molten bead are integrated, and the wire and the molten bead are separated by pulling out the wire.
- the laminated modeling apparatus 100 stops the irradiation of the processing light 30. Further, the laminated modeling apparatus 100 continues to eject the inert gas from the gas nozzle 9 even after the irradiation of the processing light 30 is stopped. Then, after the duration has elapsed, the laminated modeling apparatus 100 stops the ejection of the inert gas from the gas nozzle 9 (step S106).
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which irradiation of the processing light 30 to the processing region of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 is stopped. After the irradiation of the processing light 30 is stopped, the ejection of the inert gas is continued for the duration, and when the duration elapses and the ejection of the inert gas is stopped, the molten bead solidifies and the surface to be added A ball bead is formed on top.
- the duration is determined based on the time until the temperature of the molten bead welded to the processing region drops to a predetermined temperature after the processing light 30 is stopped.
- the time required for the temperature of the molten bead to drop to a predetermined temperature depends on various conditions such as the material of the wire and the size of the ball bead.
- the duration based on these conditions is stored in advance in the control unit 51. When the duration elapses and the molten bead drops to a predetermined temperature, the formation of the ball bead is complete.
- FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the processing head 2 of the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 moves to the next processing point. Note that FIGS. 6 to 12 show the state around the machined region on the surface to be added. In FIGS. 8 to 11, the illustration of the inert gas is omitted.
- the arrow in FIG. 12 indicates the moving direction of the machining head 2 with respect to the machining object 3, and the central axis CL of the machining light 30 moves with the movement of the position of the machining head 2 with respect to the machining object 3. Move in the direction of the arrow. The central axis CL is moved to the second machining position, which is the next machining point.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of modeling the modeled object 4 by the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG.
- a layer of ball beads constituting the modeled object 4 can be formed on the surface to be added.
- the layer of the ball bead directly formed on the surface of the object to be processed 3 is referred to as the first layer A.
- the layer of the ball bead formed on the first layer A is referred to as the second layer B.
- the layer of the ball bead formed on the second layer B is referred to as the third layer C.
- the laminated modeling apparatus 100 can form a modeled object 4 having a desired shape on the object to be processed 3.
- the laminated modeling apparatus 100 changes the position of the drive stage 6 in the Z-axis direction by a certain amount each time the additional processing of each layer is completed.
- the amount of change in the Z-axis direction is preferably equal to the height of the ball beads to be formed.
- each step shown above does not necessarily have to be executed in the order described.
- the step of aligning the processing head 2 so as to be above the processing point and the step of discharging the wire are described separately.
- the present embodiment is not limited to such an example.
- the wire may be discharged and moved to the next machining point. As a result, when the wire arrives at the next machining point, the wire can be brought into contact with the surface to be added, and the machining time can be shortened.
- FIG. 14 is a diagram showing the height of the wire with respect to the modeled object 4 formed by the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG.
- the height of the wire is the height of the wire supply port with reference to the surface to be added such as the upper surface of the object to be processed 3 and the upper surface of the ball bead. Since the height of the wire tip can be calculated by setting the amount of output from the wire supply port, the height of the wire may be the height of the wire tip. Further, the appropriate range of the height of the wire depends on the height of the formed model 4.
- the height of the formed ball bead to be processed is lower than the design value, and the wire height hb is hb> ha + ⁇ , which is outside the range of ha ⁇ ⁇ . It becomes.
- the wire that has been melted by being irradiated with the processing light 30 does not sufficiently adhere to the formed model 4, and droplets 71 are generated, and unevenness is generated on the processed object 4.
- the height of the formed ball bead to be processed is higher than the design value, and the height hc of the wire is hc ⁇ ha- ⁇ , which is outside the range of ha ⁇ ⁇ .
- the wire is pressed too much in the direction of the formed object 4, all the wires are not completely melted even when the processing light 30 is irradiated, and the unmelted wire 72 is generated. As a result, the undissolved wire is included in the processed object 4.
- the wire height may be kept constant for processing.
- the height of the formed model 4 is as high as the design value, the height of the wire may be controlled based on the design value.
- the height of the formed model 4 may not meet the design value. In this case, even if the height of the wire is increased by the height of one layer by design, the height of the wire is actually appropriate in the portion where the height of the formed model 4 is different from the design value. It may be out of the range.
- the additional processing is repeated a plurality of times, and the nth layer (n).
- the additional processing of ⁇ 2) is performed, the error is accumulated n times, so that it may not fall within the permissible error range. Therefore, in the present embodiment, the height of the modeled object 4 after the actual processing is measured, and the processing conditions are controlled based on the measurement result.
- FIG. 15 is a diagram schematically showing an XZ cross section of the model 4 on which the illumination light 40 is projected from the measurement illumination unit 8 shown in FIG.
- the measurement illumination unit 8 is attached to the side surface of the processing head 2 and irradiates the illumination light 40, which is a line beam, toward the measurement position on the processing object 3 or the formed model 4.
- the measurement position is determined in consideration of the supply direction of the processing material 7. For example, if the measurement position is on the side opposite to the supply direction of the processing material 7 with respect to the processing point, it becomes easy to illuminate the measurement position without being blocked by the processing material 7.
- FIG. 16 is a diagram showing a light receiving position on a light receiving element when the laminated modeling device 100 shown in FIG. 1 irradiates a modeled object 4 with illumination light 40.
- the projection position of the illumination light 40 corresponding to the focal point of the light receiving optical system is set as the pixel center in the X direction and is set as the reference pixel position. Further, the projection position of the illumination light 40 at the position corresponding to the processing position in the Y direction in the X direction is defined as the ball bead height of the processing position.
- the processing position CL is set to be the center in the Y direction on the light receiving element, but it does not have to be the center. A value calculated from 1 pixel in the Y direction corresponding to the processing position CL can be used. Alternatively, the average of a plurality of pixels may be used.
- the drive stage 6 is raised by a certain amount in the Z direction each time each layer is laminated, so that the height of the processing head 2 and the height sensor with respect to the upper surface of the processing object 3 increases. .. That is, the focal position of the height sensor also rises as the drive stage 6 rises. Therefore, the height in the Z direction, which is the reference pixel position, also increases. By repeating the calculation of the difference from the reference pixel position in this way, the height of the modeled object 4 becomes higher than the upper surface of the processed object 3, and the reflected light of the illumination light 40 from the upper surface of the processed object 3 becomes higher.
- the calculation unit 50 calculates the irradiation position of the illumination light 40, which is a line beam, based on the position of the center of gravity of the projection pattern of the illumination light 40 in the X direction.
- the calculation unit 50 calculates the output in the X direction for each pixel in the Y direction, and calculates the position of the center of gravity from the cross-sectional intensity distribution of the illumination light 40.
- the method of calculating the irradiation position of the illumination light 40 is not limited to the method using the position of the center of gravity.
- the calculation unit 50 may calculate the irradiation position of the illumination light 40 based on the peak position of the amount of light.
- FIG. 17 is a flowchart for explaining a procedure for performing additional processing using the measurement result of the height of the modeled object 4 on which the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 has been formed.
- step S201 the additional processing of the first layer is started (step S201).
- the upper surface of the object to be processed 3 is a flat base plate, it is not necessary to measure the height because there is no bead at the measurement position during the additional processing of the first layer.
- the height measurement of the first layer is omitted.
- step S201 the process shown in FIG. 5 is performed.
- the laminated modeling apparatus 100 raises the drive stage 6 in the Z direction in order to perform the additional processing of the second layer (step S202).
- the laminated modeling apparatus 100 moves the drive stage 6 so that the processing head 2 comes to the processing position for processing the first ball bead (step S203).
- the laminated modeling apparatus 100 starts measuring the height of the modeled object 4 formed in the first layer at the processing position (step S204).
- the laminated modeling apparatus 100 stores the measurement result of the height of the formed model 4 (step S205).
- the measurement position is the processing position of the ball bead to be processed next.
- the laminated modeling apparatus 100 uses the measurement result of the height of the modeled object 4 saved in step S205 to perform additional processing while controlling the processing conditions (step S206).
- the laminated molding apparatus 100 determines whether or not m molding of ball beads has been completed in the current layer (step S207).
- step S207: No When the modeling of m ball beads has not been completed (step S207: No), the laminated modeling apparatus 100 returns to the process of step S203.
- step S207: Yes the laminated modeling apparatus 100 subsequently determines whether or not the modeling of the n-layer is completed (step S208).
- step S208: No the laminated modeling apparatus 100 returns to the process of step S202.
- step S208: Yes the laminated modeling apparatus 100 ends the additional processing.
- the laminated modeling apparatus 100 can laminate and process the modeled object 4 having an arbitrary shape.
- FIG. 18 is a diagram showing a method of controlling the wire supply speed when the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 processes the second layer.
- Region I shows the case where the actual height T1 of the modeled object 4 formed in the first layer is equal to the target height T0 of the modeled object 4.
- the target height T0 is a preset height of the laminate newly laminated on the modeled object 4.
- the actual height T2 of the model 4 formed in the first layer is higher than the target height T0.
- the actual height T3 of the model 4 formed in the first layer is lower than the target height T0.
- the wire height which is the height of the wire tip for processing the modeled object 4 to the target laminated height
- the wire height for processing the modeled object 4 to the target laminated height may be different from the target height T0.
- the control unit 51 When processing the second layer of region I, the control unit 51 does not particularly change the processing conditions because the height T1 which is the measurement result of the first layer is the same as the target height T0.
- the height T2 which is the measurement result of the first layer When processing the second layer of region II, the height T2, which is the measurement result of the first layer, is higher than the target height T0, so the wire height for the first layer is within the allowable range ha ⁇ ⁇ . Even if it is included, it will be out of the allowable range by continuing the lamination. Therefore, in order to set the laminated height of the second layer to 2 ⁇ T0, it is necessary to set the laminated height of the second layer to 2 ⁇ T0-T2.
- the processing conditions for changing the stacking height are, for example, the wire feed rate, that is, the wire supply amount, the output of the processing laser 1, the irradiation time of the processing light 30 from the processing laser 1, the number of stacked ball beads, and the drive stage.
- the feed amount of 6 in the Z direction and the like are, for example, the wire feed rate, that is, the wire supply amount, the output of the processing laser 1, the irradiation time of the processing light 30 from the processing laser 1, the number of stacked ball beads, and the drive stage.
- the feed amount of 6 in the Z direction and the like will be described.
- v1 be the wire feed rate for stacking the target height T0 in the region I.
- the control unit 51 makes the wire feed rate v2 slower than v1 and reduces the supply amount of the wires so that the wires are combined with the first layer.
- the height of the modeled object 4 at the end of the second layer processing is set to 2 ⁇ T0.
- the control unit 51 sets the wire feed rate v3 to be faster than v1 to increase the wire supply amount, so that the height of the modeled object 4 at the end of the second layer machining combined with the first layer is increased. Is 2 ⁇ T0. That is, the control unit 51 controls the machining conditions based on the difference between the measurement result and the target height T0, thereby controlling the stacking height to be laminated in the next additional machining.
- the control value of the wire feed rate may be held by calculating in advance the relationship between the wire feed rate and the height of the beads to be stacked. Further, when laminating a plurality of layers, the control value may be dynamically changed during the laminating process by using the result of laminating based on the measured bead height of the previous layer.
- the wire feed rate was changed to change the stacking height of the additional processing, but parameters other than the feed rate may be changed.
- the machining conditions may be controlled by changing a plurality of types of parameters. For example, when it is desired to reduce the stacking height, it is conceivable to reduce the output of the processing laser 1 and shorten the irradiation time of the processing light 30. Alternatively, when it is desired to increase the stacking height, it is conceivable to increase the output of the processing laser 1 and lengthen the irradiation time of the processing light 30.
- FIG. 19 is a diagram showing an example in which the processing condition controlled by the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 is the number of ball beads.
- the situation at the end of processing the first layer is the same as in FIG.
- the target height T4 of the second layer is set and the second layer of the region I is processed, the height T1 which is the measurement result of the first layer is equal to the target height T0 of the first layer.
- the height T2 which is the measurement result is higher than the target height T0 and is close to the target height T0 + T4 at the end of the additional processing of the second layer. Therefore, in the region II, the control unit 51 does not perform additional processing of the second layer.
- the control unit 51 changes the number of stacked ball beads based on the difference between the target height and the measurement result. Changing the number of ball beads to be laminated is effective when the difference between the target height and the measurement result becomes large during the lamination of n layers. Further, since it is difficult to finely control the height only by the number of layers, it is preferable to control the number of layers and change other control parameters such as the wire supply speed.
- FIG. 20 is a diagram showing a method in which the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 controls the wire height based on the measurement result of the height of the modeled object 4.
- the state at the end of processing the first layer is the same as in FIG.
- the height of the first layer model 4 deviates significantly from the target height T0 and the wire height is increased by T0 during the second layer addition processing, the height with respect to the addition target surface is increased. It is conceivable that the wire height does not fall within the allowable range ha ⁇ ⁇ . In such a case, it is preferable to control the wire height by changing the amount of rise of the drive stage 6 in the Z direction.
- the height T1 which is the measurement result of the first layer is equal to the target height T0, so the wire height may be T0.
- the height T2 which is the measurement result is higher than the target height T0. Therefore, if the wire height is T0, the wire height does not fall within the permissible range. Therefore, by setting the wire height to T2, it is possible to perform additional processing of the second layer without causing a processing defect.
- the height T3, which is the measurement result of the first layer is lower than the target height T0. Therefore, if the wire height is T0, the wire height does not fall within the allowable range. Therefore, by processing the wire height as T3, it is possible to perform additional processing of the second layer without causing a processing defect.
- the wire height is an example of processing conditions.
- the wire height can be controlled in accordance with machining conditions for changing the stacking height other than the wire height, for example, the wire feed rate, the output of the machining laser 1, the irradiation time of the machining light 30, and the like. preferable.
- the difference between the average height of the n-1th layer and the target height T0 is large before processing the nth layer, the amount of change in the wire height to be increased at the end of processing the n-1th layer is increased.
- T0 it is conceivable to use the average height of the n-1th layer.
- the target height and the wire height are as shown in FIG. 14 by controlling the machining conditions using the measurement result of the laminated height of the n-1th layer measured immediately before.
- the difference from the above can be maintained within the allowable range ha ⁇ ⁇ . Therefore, the processing can be continued without causing a processing defect, and the modeling accuracy of the modeled object 4 can be improved.
- the configuration in which the height sensor and the processing head 2 are integrated has been described. However, the height sensor and the processing head 2 do not have to be integrated.
- the drive stage 6 when measuring the height, the drive stage 6 is moved so that the processing position coincides with the measurement position of the height sensor, and the measurement of the height sensor is completed. Then, the drive stage 6 may be moved during machining so that the machining position coincides with the irradiation position of the machining light 30. Since the height sensor and the processing head 2 are integrated, the time required for height measurement can be shortened.
- the height sensor in this embodiment uses a line beam as the illumination light 40, but the height sensor and the processing head 2 are not integrated, and the processing and the height measurement are not used together.
- the optical lens 15 is preferably an optical system capable of forming an image of only a line beam on the light receiving unit 16.
- the shape of the ball bead is a hemispherical shape, but even if the shape is other than the hemisphere, a plurality of beads made of a mass of processed material 7 formed while the drive stage 6 is stopped are arranged. It suffices if the model 4 can be formed with.
- FIG. 21 is a diagram showing a modified example of the shape of the bead formed by the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. For example, as shown in FIG. 21, even if the bead has a shape in which the center of the hemisphere is missing, high-precision laminated molding can be performed by using the height sensor and the control of the processing conditions in the present embodiment. is there. Even if a bead of another shape is used, there is no problem as long as the bead is formed in a ball shape.
- FIG. 22 is a diagram showing a modified example of the measurement position where the laminated modeling apparatus 100 shown in FIG. 1 measures the height of the formed model 4. Assuming that the processing position when laminating at the center of the ball bead described in the present embodiment is CL0, the measurement position of the illumination light 40 is CL0, and the processing conditions can be controlled based on the measurement result. However, depending on the shape to be shaped, it may be shaped other than the center of the ball bead.
- the processing positions CL1 and CL3 of the curved surface of the ball bead shown in FIG. 22 and the processing position CL2 which is a joint between the adjacent ball beads can be considered.
- the bead height is lower than the height T1 at the center of the ball bead.
- the illumination light 40 which is a line beam and the processing conditions are controlled, high-precision processing can be performed. It will be possible.
- the height of the formed shaped object 4 is measured before forming one ball bead, and after the measurement, laminating processing is performed to move to the next processing point.
- the present embodiment is not limited to such an example. For example, after all the additional processing of one layer is completed, the heights of all the formed shaped objects 4 for one layer are collectively measured, and the processing conditions are controlled based on the measurement results to n layers. Eyes may be added.
- the actual height of the modeled object 4 to be formed is measured, and the processing conditions are controlled based on the measurement result. Therefore, the height of the modeled object 4 is controlled.
- the height can be made uniform, and the shape accuracy of the modeled object 4 can be improved.
- Embodiment 2 Since the configuration of the laminated modeling device 100 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the laminated modeling device 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, detailed description thereof will be omitted here. Further, the same reference numerals as those in the first embodiment are used to refer to the laminated modeling apparatus 100. Hereinafter, the parts different from those of the first embodiment will be mainly described.
- FIG. 23 is a diagram for explaining a problem to be solved by the laminated modeling apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention.
- the control unit 51 has a processing position search unit that searches for a processing position when measuring the height of the formed model 4.
- the measurement position shifts in the lateral direction when the height of the modeled object 4 changes. The height can be measured with high accuracy.
- FIG. 23A shows a case where the ball bead as designed is formed when the target height is T1.
- FIG. 23B shows a case where the height T2 of the ball bead of the first layer is higher than the target height T1.
- the measurement position deviates. If the upper surface of the model 4 is flat, the effect of the deviation of the measurement position is small, but if it is a curved shape such as a ball bead, the measurement accuracy of the height of the model 4 is greatly reduced due to the deviation of the measurement position. Become. If the height measurement accuracy is lowered, the height of the wire with respect to the surface to be added may not fall within the permissible range, and a processing defect may occur.
- a light cutting method for irradiating a line beam from an angle will be described. However, even if a triangulation method using spot light, an interference method, or the like is used, the method for irradiating light from an angle is similarly the technique of the present embodiment. Can be applied.
- FIG. 24 is a flowchart for explaining the processing position search process of the laminated modeling apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention.
- the machining position search process will be described with reference to FIGS. 25 to 33.
- FIG. 25 is a diagram showing the positional relationship between the measurement illumination unit 8 and the bead before starting the process of FIG. 24.
- the machining position CL does not equal the measurement position CH, and the amount of deviation of the measurement position CH with respect to the machining position CL is ⁇ X2.
- FIG. 26 is a diagram showing a light receiving position on the light receiving element in the state shown in FIG. 25.
- the displacement amount ⁇ X2 of the illumination light 40 which is the line beam
- the displacement amount ⁇ X2 ′ of the light receiving position with respect to the reference pixel position is generated in the X direction.
- ⁇ X2' M ⁇ ⁇ X2.
- the machining position search unit of the control unit 51 moves the drive stage 6 to lower the height in the Z direction by a certain amount (step S301).
- the drive stage 6 since the drive stage 6 is moved, the drive stage 6 is raised in the Z direction in order to lower the height in the Z direction.
- the amount of decrease in height is set to the lower limit value of the height measurement range determined by the number of pixels of the light receiving element shown in FIG.
- the amount of reduction can be arbitrarily set according to the height range of the ball bead to be measured.
- FIG. 27 is a diagram showing the positional relationship between the measurement lighting unit 8 and the processing target 3 after the processing in step S301 of FIG. 24.
- the height of the measurement lighting unit 8 with respect to the object to be processed 3 is reduced from H0 to H1.
- FIG. 28 is a diagram showing a light receiving position on the light receiving element in the state shown in FIG. 27.
- FIG. 29 is a diagram showing the positional relationship between the measurement lighting unit 8 and the processing object 3 after the processing in step S302 of FIG. 24.
- the height of the measurement lighting unit 8 with respect to the object to be processed 3 is raised from H1 to H2.
- FIG. 30 is a diagram showing a light receiving position on the light receiving element in the state shown in FIG. 29. As shown in FIG. 30, when the height of the measurement illumination unit 8 with respect to the object to be processed 3 is increased, the light receiving position of the illumination light 40 on the light receiving element moves in the + X direction.
- the processing position search unit of the control unit 51 determines whether or not the light receiving position of the illumination light 40 reflected from the model 4 at the processing position is within a predetermined range on the light receiving element (step S303).
- FIG. 31 is a diagram showing a predetermined range L used in step S303 of FIG. 24.
- the range L is a range corresponding to the accuracy of the height of the modeled object 4 to be measured with respect to the reference pixel position.
- step S303: Yes the processing position search unit of the control unit 51 stops the drive stage 6 (step S304).
- step S303: No the processing position search unit of the control unit 51 returns to the process of step S302.
- FIG. 32 is a diagram showing a state in which the drive stage 6 is stopped in step S304 of FIG. 24. As shown in FIG. 32, when the height of the measurement lighting unit 8 with respect to the object to be processed 3 is H3 and the light receiving position falls within the range L as shown in FIG. 31, the drive stage 6 is stopped. ..
- FIG. 33 is a diagram for comparing the states before starting the process of FIG. 24 and after the process of step S304 is completed.
- H0 in FIG. 33 indicates the height of the measurement lighting unit 8 with respect to the object to be processed 3 before the process of FIG. 24 is started.
- H3 of FIG. 33 shows the height of the measurement lighting unit 8 with respect to the object to be processed 3 after the processing of step S304 of FIG. 24 is completed.
- the height measuring unit calculates the difference H3-H0 between the heights H3 and H0, which is the difference in height of the drive stage 6 (step S305).
- the machining position search unit even if the height of the modeled object 4 changes and the measurement position deviates from the machining position in the optical cutting method that irradiates the line beam from an angle, the machining position It becomes possible to measure the height of the modeled object 4 in.
- FIG. 34 is a diagram showing the configuration of the laminated modeling apparatus 101 according to the third embodiment of the present invention.
- the laminated modeling device 101 is different from the laminated modeling device 100 according to the first embodiment in the arrangement of the measurement lighting unit 8 and the imaging system.
- the parts different from the first embodiment will be mainly described, and detailed description of the parts similar to the first embodiment will be omitted.
- the measurement illumination unit 8 projects the illumination light 40, which is a line beam, in parallel with the optical axis of the processing light 30. Further, the light receiving unit 17 receives the reflected light reflected in the oblique direction. As a result, the measurement position shift of the line beam as described in the second embodiment does not occur, so that the height of the modeled object 4 can be measured with high accuracy without performing the processing position search process.
- the measurement lighting unit 8 is incorporated in the processing head 2, and the light receiving unit 17 including the light receiving optical system and the light receiving element is attached to the side surface of the processing head 2.
- the light receiving unit 17 is composed of a condenser lens 15 and a light receiving unit 16.
- the light receiving unit 17 preferably further includes a bandpass filter 14 that selectively transmits the irradiation wavelength of the illumination light 40.
- FIG. 37 is a diagram showing a light receiving position of the reflected light from the bead shown in FIG. 36 (a).
- the light receiving element of the light receiving unit 16 is raised in order to raise the processing head 2 by T1 when performing additional processing of the second layer.
- the light receiving position at the upper processing position in the Y direction is the reference pixel position.
- the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
加工材料(7)を溶融し、凝固した加工材料(7)を加工対象物(3)の上に付加する付加加工を繰り返して造形物(4)を形成する積層造形装置(100)は、加工位置に形成済みの造形物(4)の高さを計測する高さ計測部と、高さ計測部の計測結果に基づいて、加工位置に加工材料(7)を付加するための加工条件を制御する制御部(51)と、を備えることを特徴とする。
Description
本発明は、加工材料を加工対象物の上に付加して造形物を形成する積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラムに関する。
3D(Dimension)プリンタのように加工材料を積層して三次元の造形物を形成する付加製造(AM:Additive Manufacturing)と呼ばれる技術を用いた積層造形装置が従来から知られている。
特許文献1には、金属の加工材料を積層する方法として、指向性エネルギー堆積(DED:Directed Energy Deposition)方式を用いた積層造形装置が開示されている。特許文献1に記載の指向性エネルギー堆積方式を用いた積層造形装置は、金属ワイヤ、金属粉末などの金属の加工材料を、供給口から加工位置に供給し、レーザ、電子ビームなどで加工材料を溶融して積層することで、所望の形状の造形物を形成する。加工材料であるワイヤに電流を供給することでワイヤの先端に溶融滴が形成され、加工対象物の上に形成される溶融池の中に溶融滴が堆積されることで造形物が形成される。この積層造形装置は、ワイヤに供給する電流を制御して、ワイヤの溶融と、ワイヤからの溶滴の切り離しとが行われている。
特許文献1に記載された積層造形装置では、ワイヤと加工対象物との間にアーク放電が発生すると、加工対象物が破壊される可能性がある。このため、ワイヤと加工対象物との間にアーク放電が発生しないように、ワイヤに供給する電流を精密に制御する必要がある。しかしながら、ワイヤに供給する電流を、アーク放電が発生しないように制御すると、加工条件によっては、ワイヤから溶滴を切り離すことが十分にできないことがある。この場合、造形されるビードの高さが均一にならず、造形物の形状精度が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、造形物の形状精度を向上させることが可能な積層造形装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工材料を溶融し、凝固した加工材料を加工対象物の上に付加する付加加工を繰り返して造形物を形成する積層造形装置であって、加工位置に形成済みの造形物の高さを計測する高さ計測部と、高さ計測部の計測結果に基づいて、加工位置に加工材料を付加するための加工条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、造形物の形状精度を向上させることが可能な積層造形装置を得ることができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかる積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる積層造形装置100の構成を示す図である。以下、積層造形装置100は、金属を加工材料として使用する金属積層装置であるものとするが、樹脂など金属以外の加工材料を使用するものであってもよい。また、以下の説明中において、積層造形装置100によって形成される造形物は、積層物と呼ばれることもある。積層造形装置100は、加工用レーザを用いて加工材料を溶融し、加工材料を加工対象物の加工対象面に付加する付加加工を行うものとする。しかしながら、積層造形装置100は、アーク放電など、他の加工方法を使用するものであってもよい。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる積層造形装置100の構成を示す図である。以下、積層造形装置100は、金属を加工材料として使用する金属積層装置であるものとするが、樹脂など金属以外の加工材料を使用するものであってもよい。また、以下の説明中において、積層造形装置100によって形成される造形物は、積層物と呼ばれることもある。積層造形装置100は、加工用レーザを用いて加工材料を溶融し、加工材料を加工対象物の加工対象面に付加する付加加工を行うものとする。しかしながら、積層造形装置100は、アーク放電など、他の加工方法を使用するものであってもよい。
積層造形装置100は、加工用レーザ1と、加工ヘッド2と、加工対象物3を固定するための固定具5と、駆動ステージ6と、計測用照明部8と、ガスノズル9と、加工材料供給部10と、演算部50と、制御部51とを有する。
積層造形装置100は、加工材料7を溶融して加工対象物3の上に付加する付加加工を繰り返して、造形物4を形成する。このとき、積層造形装置100は、形成済みの造形物4の高さを計測して、計測結果に基づいて、次に行う付加加工の加工条件を制御する機能を有する。以下、このような機能を実現するための積層造形装置100の構成について説明する。
加工用レーザ1は、加工対象物3上に造形物4を造形する造形加工に用いられる加工光30を出射する光源である。加工用レーザ1は、半導体レーザを用いたファイバレーザ装置、CO2レーザ装置などである。加工用レーザ1が出射する加工光30の波長は、例えば、1070nmである。
加工ヘッド2は、加工光学系と、受光光学系とを備える。加工光学系は、加工用レーザ1から照射される加工光30を集光して加工対象物3上の加工位置に結像させる。受光光学系は、高さセンサとも称する。一般的に、加工光30は、加工位置に点状に集光されるため、以降では加工位置を加工点とも呼ぶ。加工用レーザ1および加工光学系が、加工部を構成する。ここで、以下では、加工位置に形成済みの造形物4の高さを測定する方法は、光学系を用いたライン切断方式とする。しかしながら、造形物4の高さを測定する方法は、ライン切断方式以外の方式、例えば光学方式であってもよい。光学方式は、スポットタイプの三角測量方式、共焦点方式などである。
また、ここでは、加工ヘッド2内に受光光学系を配置し、加工光学系と受光光学系とを一体化している。これにより、積層造形装置100を小型化することができる。しかしながら、本実施の形態はかかる例に限定されない。加工ヘッド2と高さセンサを一体化する方法については制限されない。
加工対象物3は、ワークとも呼ばれる。加工対象物3は、駆動ステージ6の上に載せられ、固定具5で駆動ステージ6の上に固定される。加工対象物3は、造形物4が形成される際の土台となり、加工対象物3の表面は、加工対象面とも呼ばれる。ここでは、加工対象物3は、ベースプレートとするが、3次元形状を有する物体であってもよい。
駆動ステージ6が駆動されることで、加工ヘッド2に対する加工対象物3の位置が変化し、加工対象物3上を加工点が移動する。すなわち、加工対象物3上の加工点が走査される。加工点が走査されるとは、定められた経路に沿って、すなわち定められた軌跡を描くように加工点が移動することを意味する。なお、加工点の移動は、造形物4の高さ方向に対して直交する方向への移動を伴う。すなわち、移動前の加工点の位置と、移動後の加工点の位置とでは、高さ方向に対して直交する平面に投影された位置が異なる。
積層造形装置100は、加工対象物3上で加工位置である加工点を移動させ、予め定められた加工位置で溶融した加工材料7を加工点に積層することで付加加工を行う。言い換えると、積層造形装置100は、加工対象物3上を移動する加工点で、溶融した加工材料7を積層することで付加加工を行う。より具体的には、積層造形装置100は、駆動ステージ6を駆動して加工対象物3上で加工位置の候補点を移動させる。移動経路上の候補点の少なくとも1点が、加工材料7が積層される加工点となる。
積層造形装置100は、加工点において、付加加工を行うために供給される加工材料7を加工光30で溶融する。加工材料7は、金属ワイヤ、金属粉末などである。本実施の形態では、以下、加工材料7は金属ワイヤであることとして、説明する。金属ワイヤは、加工材料供給部10から加工点に供給される。加工材料供給部10は、例えば、金属ワイヤが巻きつけられているワイヤスプールを回転モータの駆動に伴って回転させ、金属ワイヤを加工点に送り出す。また、加工材料供給部10は、逆方向にモータを回転することで加工点へ供給された金属ワイヤを引き抜くことができる。加工材料供給部10は、加工ヘッド2と一体に設置され、駆動ステージ6によって、加工ヘッド2と一体で駆動される。なお、金属ワイヤを送給する方法は、上記の例に限定されない。
積層造形装置100は、加工点の走査を繰り返すことで、溶融した加工材料7が凝固して生成されたビードを積層して、加工対象物3上に造形物4を形成する。すなわち、積層造形装置100は、付加加工を繰り返して造形物4を生成する。ビードは、溶融した加工材料7が凝固することで形成される物体であり造形物4となる。積層造形装置100は、最初の付加加工では加工対象物3の上に溶融した加工材料7を積層する。付加加工が繰り返されると、積層造形装置100は、加工時点で既に形成済みの造形物4の上に溶融した加工材料7を積層する。実施の形態1において、積層造形装置100は、玉状のビードを形成する。以下では、玉状のビードを玉ビードと称する。玉ビードは、加工材料7が溶融した後に凝固した玉状の金属である。
駆動ステージ6は、XYZの3軸の走査が可能である。なお、Z方向は造形物4の高さ方向である。また、X方向はZ方向に対して直交する方向である。さらに、Y方向はX方向及びZ方向の双方に直交する方向である。駆動ステージ6は、XYZの軸いずれか1つの軸の方向に平行移動することが可能である。駆動ステージ6は、XY面内、YZ面内での回転も行うことができる5軸ステージであってもよい。回転ステージを用いることで、加工対象物3の姿勢または位置を変更することができる。積層造形装置100は、駆動ステージ6を回転させることで、加工対象物3に対する加工光30の照射位置を移動させることができる。このため、テーパ形状などを含む複雑な形状を造形することができる。ここでは、駆動ステージ6を5軸で走査するものとするが、加工ヘッド2を走査してもよい。
ガスノズル9は、造形物4の酸化抑制および玉ビードの冷却のためのシールドガスを加工対象物3に向けて噴出する。本実施の形態において、シールドガスは不活性ガスとする。ガスノズル9は、加工ヘッド2の下部に取り付けられ、加工点の上部に設置されている。本実施の形態では、ガスノズル9は加工光30と同軸に設置されているが、Z軸に対して斜めの方向から加工点に向けてガスを噴出してもよい。
計測用照明部8は、積層造形装置100が加工対象物3の上に形成済みの造形物4の高さを計測するために、加工対象物3上の計測位置に、計測用の照明光40を照射する。計測位置は、加工点と同じ位置である。照明光40は計測位置で反射する。加工ヘッド2の受光光学系は、計測位置で反射した照明光40を受光できる位置に配置される。また、受光光学系は、受光光学系の光軸が照明光40の光軸に対して角度を有するように配置される。計測用照明部8の光源には、加工光30と異なる波長のレーザを用いることが望ましい。照明光40は、ライン状の光であるラインビームである。なお、造形物4の高さを計測するために用いられる照明光40は、必ずしもラインビームである必要はない。照明光40は、点状に集光された光であるスポットビームであってもよい。スポットビームを用いる場合、加工対象物3上の照明された点における造形物4の高さを計測することができる。ラインビームを用いる場合、加工対象物3上の照明された範囲における造形物4の高さを計測することができる。
演算部50は、照明光40が照射された位置、つまり加工位置における造形物4の高さを演算する。造形物4の高さの計測は、加工位置を移動した後、その加工位置における付加加工を実行する前に行われる。具体的には、演算部50は、照明光40の反射光の受光位置に基づいて、三角測量の原理を用いて、加工位置における造形物4の高さを演算する。ここで受光位置とは、受光光学系に含まれる受光素子における照明光40の位置である。造形物4の高さは、造形物4の上面のZ方向の位置である。計測用照明部8、受光光学系、および演算部50は、高さ計測部を構成する。計測用照明部8および受光光学系は、高さセンサを構成する。高さ計測部は、加工対象物3上に形成済みの造形物4の計測位置、つまり加工位置における高さを計測する。
制御部51は、演算部50で演算された高さを用いて、加工用レーザ1の駆動条件、加工材料7である金属ワイヤを供給する加工材料供給部10の駆動条件、積層する玉ビードの個数などの加工条件を制御する。加工材料供給部10の駆動条件は、金属ワイヤを供給する高さが含まれる。
続いて、本発明の実施の形態1にかかる演算部50および制御部51のハードウェア構成について説明する。演算部50および制御部51は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いた制御回路であってもよい。
上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図2に示す処理回路190により実現される。図2は、図1に示す演算部50および制御部51の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路190は、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(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものである。
上記の処理回路が、CPUを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図3に示す構成の制御回路200である。図3は、図1に示す演算部50および制御部51の機能を実現するための制御回路200の構成を示す図である。図3に示すように、制御回路200は、プロセッサ200aと、メモリ200bとを備える。プロセッサ200aは、CPUであり、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(Digital Signal Processor)などとも呼ばれる。メモリ200bは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの不揮発性また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(Digital Versatile Disk)などである。
上記の処理回路が制御回路200により実現される場合、プロセッサ200aがメモリ200bに記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ200bは、プロセッサ200aが実行する各処理における一時メモリとしても使用される。
図4は、図1に示す加工ヘッド2の内部構成を示す図である。図4は、積層造形装置100のXZ断面の構成が示されている。加工ヘッド2は、投光レンズ11と、ビームスプリッタ12と、対物レンズ13と、バンドパスフィルタ14と、集光レンズ15と、受光部16とを有する。
投光レンズ11は、加工用レーザ1が出射した加工光30をビームスプリッタ12に向けて透過させる。ビームスプリッタ12は、投光レンズ11から入射する加工光30を加工対象物3の方向に反射させる。対物レンズ13は、投光レンズ11およびビームスプリッタ12を介して入射する加工光30を集光して、加工対象物3上の加工位置に結像させる。投光レンズ11、ビームスプリッタ12および対物レンズ13は、加工光学系を構成する。
例えば、投光レンズ11の焦点距離は200mm、対物レンズ13の焦点距離は460mmである。ビームスプリッタ12の表面には、加工用レーザ1から照射される加工光30の波長の反射率を高くし、加工光30の波長よりも短い波長の光を透過するコーティングが施される。
積層造形装置100は、駆動ステージ6を駆動して加工対象物3を走査し、加工点を走査して予め定められた位置で停止し、加工材料7を加工点に供給する。加工光30が加工点に照射されることで、加工点に供給される加工材料7が溶融した後に凝固し、加工対象物3の上に玉ビードが形成される。形成された玉ビードは、造形物4の一部となる。加工点が走査されるたびに、土台となる加工対象物3または形成済みの造形物4の上に新たに玉ビードが積層される。これにより、新たに造形物4の一部が形成される。この動作を繰り返すことで、加工材料7が積層されて造形物4の形状が所望の形状となる。
また、計測用照明部8は、照明光40を計測位置に照射する。計測位置で反射した照明光40は、対物レンズ13およびビームスプリッタ12を介してバンドパスフィルタ14に入射する。ビームスプリッタ12は、加工点からの照明光40をバンドパスフィルタ14の方向に透過させる。バンドパスフィルタ14は、照明光40の波長の光を選択的に透過させ、照明光40の波長以外の波長の光を遮断する。バンドパスフィルタ14は、加工光、熱輻射光、外乱光などの不要な波長の光を除去して、照明光40を集光レンズ15に向けて透過させる。集光レンズ15は、照明光40を集光して受光部16に結像させる。受光部16は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの受光素子を搭載したエリアカメラなどである。受光部16は、CMOSセンサに限らず、二次元に画素が配列された受光素子を備えればよい。
対物レンズ13および集光レンズ15を合せて受光光学系と呼ぶ。ここでは受光光学系は、2枚のレンズで構成されることとしたが、3枚以上のレンズを用いてもよい。受光光学系は、照明光40を受光部16に結像させることができればその構成は制限されない。受光光学系および受光素子を合わせて受光ユニット17と称する。
図5は、図1に示す積層造形装置100が玉ビードを形成する動作を説明するためのフローチャートである。
まず、積層造形装置100は、駆動ステージ6を駆動することで、加工ヘッド2の位置を、加工対象物3の付加対象面における加工領域の上方の予め定められた位置である加工点に合わせる(ステップS101)。ここで付加対象面は、加工対象物3において玉ビードが積層される面であり、ステージに載置された加工対象物3の上面である。既に形成済みの造形物4の上に付加加工を行う場合、造形物4の表面が付加対象面となる。
図6は、図1に示す積層造形装置100の加工領域を示す模式的な断面図である。加工点は、図6に示すように、加工光30の中心軸CLが付加対象面と交差する点である。本実施の形態では、加工点は、付加対象面における加工領域の中央位置とする。
図5の説明に戻る。積層造形装置100は、加工材料7である金属のワイヤの先端が、付加対象面に接触するように、ワイヤを吐出する(ステップS102)。
図7は、図1に示す積層造形装置100の加工領域へ吐出されたワイヤが付加対象面に接触した状態を示す模式的な断面図である。図7に示すように、積層造形装置100は、ワイヤである加工材料7を、加工領域の上方から斜めに吐出して、加工材料7の先端を付加対象面に接触させる。ワイヤを吐出するとは、積層造形装置100が、加工材料供給部10を制御して、ワイヤノズルからワイヤを進行させて加工点に供給することである。加工光30を照射する前に、加工材料7は付加対象面に接触した状態となる。このため、溶融したワイヤの付加対象面への溶着が安定して行われ、溶融したワイヤが付加対象面に溶着しなかったり、溶融したワイヤの溶着する位置が所望の位置からずれてしまったりすることを防ぐことが可能になる。
ワイヤノズルから吐出されて付加対象面に接触したワイヤの中心軸CWと、加工領域に照射される加工光30の中心軸CLとは、付加対象面の表面で交わることが好ましい。或いは、ワイヤの中心軸CWは、加工領域に照射される加工光30の中心軸CLからワイヤノズル側の加工光30のビーム半径内で、付加対象面の表面で交わっていることが好ましい。ワイヤをこのように配置することで、付加対象面において、ワイヤの中心軸CWと加工領域に照射される加工光30の中心軸CLとの交点を中心として玉ビードを形成することができる。
図5の説明に戻る。積層造形装置100は、加工材料7の準備が終わると、加工光30の照射を開始し、不活性ガスをガスノズル9から噴出させる(ステップS103)。
図8は、図1に示す積層造形装置100の加工領域へ加工光30が照射された状態を示す模式的な断面図である。図8に示すように、加工光30が付加対象面の加工領域へむけて照射される。このとき加工光30は加工領域に配置された加工材料7であるワイヤに照射される。また、加工光30の照射に合わせて、ガスノズル9から加工領域への不活性ガスの噴出が開始される。不活性ガスの噴出は、加工光30を加工対象面に照射する前に開始されることが好ましい。また不活性ガスは、予め定められた一定時間にわたって噴出されることが好ましい。不活性ガスを加工光30の照射よりも前の一定期間に渡って噴出することで、ガスノズル9内に残存している酸素などの活性ガスをガスノズル9内から除去することができる。
図5の説明に戻る。積層造形装置100は、加工材料7であるワイヤの送給を開始する(ステップS104)。
図9は、図1に示す積層造形装置100の加工領域へのワイヤの供給が開始された状態を示す模式的な断面図である。積層造形装置100は、加工材料供給部10のワイヤノズルを制御して、付加対象面の加工領域に向けて、図9の矢印の方向に、ワイヤを吐出させる。これにより、予め加工領域に配置されていたワイヤと、加工光30の照射開始後に加工領域へ供給されたワイヤとが溶融し、溶融ワイヤが付加対象面に溶着する。加工領域では、加工光30が照射されると、加工対象物3の表面または造形物4の表面からなる付加対象面が溶融して溶融池が形成される。そして、加工領域では、溶融ワイヤが、溶融池に溶着される。これにより、加工領域には、堆積物である溶融ビードが形成される。以降、予め定められた供給時間の間、加工領域へワイヤの供給が継続される。
ワイヤの供給速度は、加工材料供給部10の回転モータの回転速度で調整することができる。ワイヤの供給速度は、加工光30の出力によって制限がある。すなわち、加工領域への溶融ワイヤの適正な溶着を実現するためのワイヤの供給速度と加工光30の出力とには相関がある。加工光30の出力を上昇させることにより、玉ビードの造形速度を高めることができる。
加工光30の出力に対してワイヤの供給速度が速すぎる場合、ワイヤが溶けずに残ってしまう。加工光30の出力に対してワイヤの供給速度が遅すぎる場合、ワイヤが過剰に加熱されることにより、溶融ワイヤが液滴状にワイヤから落下し、所望の形状に溶着されない。
また、玉ビードの大きさは、ワイヤの供給時間および加工光30の照射時間を変更することで調整することができる。ワイヤの供給時間および加工光30の照射時間を長くするほど、直径の大きな玉ビードを形成することが可能である。一方、ワイヤの供給時間および加工光30の照射時間を短くするほど、直径の小さな玉ビードを形成することが可能である。
図5の説明に戻る。第1の加工位置における付加加工が終わると、積層造形装置100は、加工材料7であるワイヤを加工領域から引き抜く(ステップS105)。
図10は、図1に示す積層造形装置100の加工領域からワイヤが引き抜かれる状態を示す模式的な断面図である。積層造形装置100は、第1の加工位置における付加加工が終わると、図10の矢印に示す方向に、加工材料7であるワイヤを加工領域から引き抜く。このとき、加工対象物3に形成された溶融池と、溶融ビードとは一体化しており、ワイヤを引き抜くことで、ワイヤと溶融ビードとが分離する。
図5の説明に戻る。ワイヤを引き抜いた後、積層造形装置100は、加工光30の照射を停止する。また、積層造形装置100は、加工光30の照射を停止した後も、ガスノズル9から不活性ガスの噴出を継続する。そして、継続時間が経過した後、積層造形装置100は、ガスノズル9から不活性ガスの噴出を停止させる(ステップS106)。
図11は、図1に示す積層造形装置100の加工領域への加工光30の照射が停止された状態を示す模式的な断面図である。加工光30の照射が停止された後、継続時間の間不活性ガスの噴出を継続し、継続時間が経過して不活性ガスの噴出が停止されると、溶融ビードが凝固して付加対象面上に玉ビードが形成される。
継続時間は、加工光30の停止後に、加工領域に溶着された溶融ビードの温度が予め定められた温度に低下するまでの時間に基づいて定められる。溶融ビードの温度が予め定められた温度に低下するまでの時間は、ワイヤの材質、玉ビードの大きさなどの諸条件に依存する。これらの諸条件に基づく継続時間が制御部51に予め記憶されている。継続時間が経過して、溶融ビードが予め定められた温度に低下すると、玉ビードの形成が完了する。
図5の説明に戻る。第1の加工位置における付加加工が終わり、玉ビードが形成されると、積層造形装置100は、加工ヘッド2の位置を次の加工点に合わせる(ステップS107)。具体的には、積層造形装置100は、駆動ステージ6を制御して加工対象物3と加工ヘッド2との相対位置を変化させることで、加工ヘッド2が次の加工点である第2の加工位置の上にくるように、位置を合わせる。
図12は、図1に示す積層造形装置100の加工ヘッド2が次の加工点に移動する状態を示す模式的な断面図である。なお、図6から図12では、付加対象面における加工領域の周辺の状態を示している。図8から図11において、不活性ガスの図示を省略している。
図12の矢印は、加工対象物3に対する加工ヘッド2の移動方向を示しており、加工対象物3に対する加工ヘッド2の位置の移動に伴って、加工光30の中心軸CLが加工対象物3に対して矢印の方向に移動する。中心軸CLは、次の加工点である第2の加工位置に移動される。
図13は、図1に示す積層造形装置100による造形物4の造形方法を説明するための模式的な断面図である。図5に示す工程を繰り返すことで、付加対象面上に造形物4を構成する玉ビードの層を形成することができる。ここでは、加工対象物3の表面に直接形成された玉ビードの層を第1層Aとする。また、第1層Aの上に形成された玉ビードの層を第2層Bとする。第2層Bの上に形成された玉ビードの層を第3層Cとする。複数の玉ビードの層を積層することで、積層造形装置100は、加工対象物3の上に所望の形状の造形物4を形成することができる。積層造形装置100は、各層の付加加工を終える度に、駆動ステージ6のZ軸方向の位置を一定量変化させる。Z軸方向の変化量は、形成する玉ビードの高さと等しいことが好ましい。
上記で示した各工程は、必ずしも記載した順番に実行される必要はない。例えば、上記では、加工位置を移動して玉ビードを造形する際に、加工点の上に加工ヘッド2がくるように位置合わせするステップと、ワイヤを吐出するステップとを分けて説明したが、本実施の形態はかかる例に限定されない。加工時間を短縮するために、ワイヤを吐出しながら次の加工点に移動してもよい。これにより、次の加工点に到着する際に、ワイヤが既に付加対象面に接触した状態とすることができ、加工時間を短縮することができる。
造形物4の高さは、設計通りに造形されることが好ましいが、付加加工時の条件によっては、付加する玉ビードの高さが変化して、造形物4の高さが設計通りにならないことがある。付加加工時の条件は、例えば、付加対象面の形状、ワイヤの送給位置、ワイヤの引き抜きの状況などである。付加対象面に対するワイヤの高さが最適範囲に入っていない場合、高精度に玉ビードを造形することができない。例えば、付加対象面に対して、ワイヤの位置が高すぎる場合、溶融ワイヤが付加対象面に十分に付着しなくなる。付加対象面に対して、ワイヤの位置が低すぎる場合、ワイヤが十分に溶けきらず、溶け残りが発生することがある。
図14は、図1に示す積層造形装置100が形成する造形物4に対するワイヤの高さを示す図である。ここで、ワイヤの高さとは、加工対象物3の上面、玉ビード上面などの付加対象面を基準としたワイヤの供給口の高さである。ワイヤの供給口からの出射量を設定しておけば、ワイヤ先端の高さを算出することができるため、ワイヤの高さは、ワイヤ先端の高さとしてもよい。また、ワイヤの高さの適切な範囲は、形成済みの造形物4の高さに依存する。
図14に示すように、形成済みの造形物4に応じた高さでワイヤを供給できなければ、加工結果に不良が生じる。例えば、図14に示す形成済みの造形物4に応じたワイヤの適切な高さの範囲をha±αとする。図14(a)では、ワイヤの高さは、ha±αの範囲の中央である。つまり、図14(a)では、ワイヤの高さがhaである。ワイヤの高さの下限値20は、ha-αであり、ワイヤの高さの上限値21は、ha+αである。図14(a)では、ワイヤの高さはhaであり、ha±αの範囲内であるため、加工結果に不良は生じない。
しかしながら、図14(b)では、加工対象面となる形成済みの玉ビードの高さが設計値に対して低く、ワイヤの高さhbは、hb>ha+αとなり、ha±αの範囲外となる。この場合、加工光30が照射されて溶けたワイヤが形成済みの造形物4に十分に付着せず、溶滴71が発生し、加工後の造形物4に凹凸が発生する。
また図14(c)では、加工対象面となる形成済みの玉ビードの高さが設計値に対して高く、ワイヤの高さhcは、hc<ha-αとなり、ha±αの範囲外となる。この場合、ワイヤが形成済みの造形物4の方向に押し付けられすぎるため、加工光30が照射されてもワイヤが全て溶けきらず、ワイヤの溶け残り72が発生する。この結果、加工後の造形物4に溶け残ったワイヤが含まれてしまう。このように、形成済みの造形物4の状態に応じてワイヤの高さを適切な値に維持し続けることが、高精度な加工には不可欠である。
加工対象物3の上面に対して造形物4を積層する1層目の付加加工では、加工対象物3の上面が平坦であれば、ワイヤの高さを一定に維持して加工すればよい。しかしながら、2層目以降は、1つ前の層までに形成済みの造形物4の上に付加加工を行う必要がある。ここで、形成済みの造形物4の高さが設計値通りの高さであれば、設計値に基づいてワイヤの高さを制御すればよい。しかしながら、形成済みの造形物4の高さが設計値通りとならない場合がある。この場合、ワイヤの高さを設計上の1層分の高さだけ上昇させても、実際には、形成済みの造形物4の高さが設計値と異なる部分では、ワイヤの高さが適切な範囲外となる可能性がある。また、2層目では、ワイヤの高さが許容範囲ha±αに入っていたとしても、言い換えれば、許容誤差範囲に入っていたとしても、複数回の付加加工を繰返し、n層目(n≧2)の付加加工を行う場合、誤差がn回分累積されるため、許容誤差範囲内に入らない可能性がある。そこで、本実施の形態では、実際の加工後の造形物4の高さを計測し、計測結果に基づいて、加工条件を制御する。
続いて、高さ計測部が形成済みの造形物4の高さを計測する方法について説明する。図15は、図1に示す計測用照明部8から照明光40が投影された造形物4のXZ断面を模式的に示す図である。計測用照明部8は、加工ヘッド2の側面に取り付けられ加工対象物3または形成済みの造形物4の上の計測位置に向けてラインビームである照明光40を照射する。計測位置は、加工材料7の供給方向などを考慮して決定される。例えば、計測位置は、加工点を基準として加工材料7の供給方向と反対側とすると、加工材料7に遮られることなく計測位置を照明することが容易となる。照明光40は、ワイヤが供給される方向に対して直角であり、駆動ステージ6の上面に対して平行な方向であるY方向に広がったビームを形成するようにシリンドリカルレンズなどを用いて形成される。したがって、照明光40は、形成済みの造形物4に対してライン状に照射される。計測位置に照射された照明光40は、計測位置で反射され、対物レンズ13に入射し、ビームスプリッタ12およびバンドパスフィルタ14を透過して、集光レンズ15により受光部16に結像される。
高さセンサの受光光学系の焦点が玉ビードの加工位置の高さにある場合を考える。加工対象物3の上面に対する造形物4の高さをΔZとし、照明光40の照射角度をθとする。この場合、加工対象物3の上面の照明光40の照明位置と、造形物4上の照明光40の照射位置との差異ΔX=ΔZ/tanθで表される。
図16は、図1に示す積層造形装置100が造形物4に照明光40を照射した際の受光素子上の受光位置を示す図である。受光光学系の焦点に対応する照明光40の投影位置をX方向の画素中心とし、基準画素位置とする。また、Y方向の加工位置に相当する位置の照明光40のX方向の投影位置を、加工位置の玉ビード高さとする。ここでは、加工位置CLが受光素子上のY方向の中心となるように設定しているが、中心でなくてもよい。加工位置CLに相当するY方向の画素1pixelから算出した値を使用することができる。或いは、複数の画素の平均が使用されてもよい。
基準画素位置は、受光光学系の焦点である必要はなく任意に設定することができる。照明光40は、受光光学系の焦点である玉ビード上の加工位置に投影されているため、ここでは受光光学系の焦点が受光素子上の基準画素位置になる。
造形物4の高さと加工対象物3の表面の高さとが異なるため、照明光40の照射位置はΔX’だけずれて投影される。受光光学系の倍率Mを用いると、ΔX’=M×ΔXとなる。イメージセンサの1画素の大きさをPとすると、1画素当たりの高さ変位量ΔZ’は、ΔZ’=P×tanθ/Mと表される。このように、受光素子上の玉ビードの加工位置と加工対象物3の表面との照明光40の投影位置のずれを、三角測量の原理を用いて換算することで、演算部50は、玉ビードの加工対象物3の上面からの高さを算出することができる。
また、複数層の付加加工を行う場合、各層を積層するごとにZ方向に駆動ステージ6を一定量上昇させるため、加工ヘッド2と高さセンサの加工対象物3の上面に対する高さが上昇する。つまり、高さセンサの焦点位置も、駆動ステージ6の上昇に伴って上昇する。したがって、基準画素位置となるZ方向の高さも上昇する。このように、基準画素位置からの差分の計算を繰り返せば、造形物4の高さが加工対象物3の上面に対して高くなり、加工対象物3の上面からの照明光40の反射光が受光できなくなったとしても、これまでのZ軸上昇量の積分値と、受光素子上の視野内の造形物4の上面から反射した照明光40の照射位置と基準画素位置との差分とから、造形物4の高さを算出することができる。X方向の受光素子の画素数をNpixelとすると、造形物4の高さを計測可能な範囲Zr=N×tanθ/Mで表される。しかしながら、受光素子のX方向の画素数全てを高さ計測可能範囲とする必要がなく、収差の影響などで視野端の性能が低い場合、視野中心のみを限定して使用してもよい。
演算部50は、ラインビームである照明光40の照射位置を、照明光40の投影パターンのX方向の重心位置に基づいて計算する。演算部50は、各Y方向画素に対して、X方向の出力を算出し、照明光40の断面強度分布から重心位置を算出する。ここで、照明光40の照射位置の算出方法は、重心位置を用いる方法に限らない。例えば、演算部50は、光量のピーク位置に基づいて照明光40の照射位置を算出してもよい。照明光40の照射幅、つまりラインビームの長さは、照射位置の算出に対して十分な大きさである必要がある。例えば、重心位置を用いる場合、照射幅が狭すぎると重心位置が計算できず、照射幅が太すぎるとビームの強度パターン変化の影響で誤差が生じやすい。このため、照射幅は、5~10pixel程度が望ましい。また、照明光40の照射幅は、造形物4の幅に対して十分長ければよい。投影したラインビームのY方向全ての画素について重心計算を行い、高さを計算する必要がなく、例えば、加工位置CL付近のみでよいのであれば、加工位置CL付近の領域のみを使用してもよい。
このように画像のY方向の各画素に対して、X方向の輝度重心位置を算出し、算出結果を高さに換算することで、造形物4の幅方向における造形物4の高さの断面分布を計測することができる。造形物4の高さを計測するために用いられる照明光40がスポットビームである場合には、造形物4の高さの断面分布を計測することはできないが、スポットの大きさを適切に選択することで、誤差の少ない測定が可能となる。
続いて、形成済みの造形物4の高さの計測結果を用いた付加処理の手順について説明する。図17は、図1に示す積層造形装置100が形成済みの造形物4の高さの計測結果を用いて付加処理を行う手順を説明するためのフローチャートである。
ここでは、1層がm個の玉ビードから構成され、m個の玉ビードをn層積層する場合について説明する。まず、1層目の付加加工を開始する(ステップS201)。加工対象物3の上面が平坦なベースプレートである場合、1層目の付加加工時には計測位置にビードはないため、高さ計測の必要はない。しかしながら、造形物4の上に玉ビードを重ねる場合、または、ベースプレートがひずんでいる場合などを考慮して、正確な付加加工を行うために、1層目においても、高さ計測を行ってもよい。ここでは、1層目の高さ計測は省略する。なお、ステップS201では、具体的には、図5に示す処理が行われる。
1層目の付加加工が全て終了すると、積層造形装置100は、2層目の付加加工を行うために、駆動ステージ6をZ方向に上昇させる(ステップS202)。積層造形装置100は、1つ目の玉ビードを加工する加工位置に加工ヘッド2がくるように、駆動ステージ6を移動させる(ステップS203)。
積層造形装置100は、加工位置において、1層目に形成済みの造形物4の高さの計測を開始する(ステップS204)。積層造形装置100は、形成済みの造形物4の高さの計測結果を保存する(ステップS205)。計測位置は、次に加工する玉ビードの加工位置である。
積層造形装置100は、ステップS205で保存した造形物4の高さの計測結果を用いて、加工条件を制御しながら、付加加工を行う(ステップS206)。積層造形装置100は、現在の層において、m個の玉ビードを造形終了したか否かを判断する(ステップS207)。
m個の玉ビードの造形が終了していない場合(ステップS207:No)、積層造形装置100は、ステップS203の処理に戻る。m個の玉ビードの造形が終了した場合(ステップS207:Yes)、続いて積層造形装置100は、n層の造形が終了したか否かを判定する(ステップS208)。n層の造形が終了していない場合(ステップS208:No)、積層造形装置100は、ステップS202の処理に戻る。n層の造形が終了した場合(ステップS208:Yes)、積層造形装置100は、付加加工を終了する。積層造形装置100がステップS201~ステップS208の処理を繰り返すことで、任意の形状の造形物4を積層加工することができる。
続いて、加工制御の具体的な内容について説明する。図18は、図1に示す積層造形装置100が2層目を加工する場合のワイヤ供給速度を制御する方法を示す図である。領域Iは、1層目で形成された造形物4の実際の高さT1が、造形物4の目標高さT0と等しい場合を示している。ここで、目標高さT0とは、造形物4に新たに積層される積層物の予め設定された高さである。領域IIでは、1層目で形成された造形物4の実際の高さT2が目標高さT0よりも高い。領域IIIでは、1層目で形成された造形物4の実際の高さT3が目標高さT0よりも低い。ここで、簡単のため、造形物4を目標の積層高さに加工するためのワイヤ先端の高さであるワイヤ高さを、目標高さT0とする。しかしながら、実際には、造形物4を目標の積層高さに加工するためのワイヤ高さは、目標高さT0と異なっていてもよい。
領域Iの2層目を加工する場合、1層目の計測結果である高さT1が目標高さT0と同じであるため、制御部51は、特に加工条件を変更しない。領域IIの2層目を加工する場合、1層目の計測結果である高さT2が目標高さT0よりも高いため、1層目は付加対象面に対するワイヤ高さが許容範囲ha±αに入っていたとしても、積層を続けることで許容範囲から外れてしまう。そこで、2層目の積層高さを2×T0とするために、2層目の積層高さを2×T0-T2とする必要がある。
積層高さを変更するための加工条件は、例えば、ワイヤ送り速度つまりワイヤ供給量、加工用レーザ1の出力、加工用レーザ1からの加工光30の照射時間、玉ビードの積層個数、駆動ステージ6のZ方向への送り量などである。ここでは、ワイヤの送り速度を制御する場合について説明する。
ワイヤの送り速度を制御すると、加工光30を照射中に加工点に送り込むワイヤの供給量を制御することができる。領域Iにおいて目標高さT0を積層するためのワイヤ送り速度をv1とする。領域IIでは、積層高さを領域Iよりも低くする必要があるため、制御部51は、ワイヤ送り速度v2をv1よりも遅くし、ワイヤの供給量を減らすことで、1層目と合せた2層目加工終了時の造形物4の高さが2×T0となるようにする。
領域IIIでは、計測結果である高さT3が目標高さT0よりも低いため、2層目の積層高さを2×T0-T3とする必要がある。このため、制御部51は、ワイヤの送り速度v3をv1よりも早くして、ワイヤの供給量を多くすることで、1層目と合せた2層目加工終了時の造形物4の高さが2×T0となるようにする。つまり、制御部51は、計測結果と目標高さT0との差異に基づいて、加工条件を制御することで、次の付加加工で積層する積層高さを制御する。ワイヤ送り速度の制御値は、ワイヤ送り速度と積層されるビードの高さとの関係を予め算出して保持しておけばよい。また、複数の層を積層する場合、1つ前の層の計測したビード高さに基づいて積層した結果を用いて、積層加工中に動的に制御値を変更してもよい。
なお上記では、ワイヤの送り速度を変更して、付加加工の積層高さを変更したが、送り速度以外のパラメータを変更してもよい。或いは、複数の種類のパラメータを変更して加工条件を制御してもよい。例えば、積層高さを低くしたい場合、加工用レーザ1の出力を小さくし、加工光30の照射時間を短くすることが考えられる。或いは、積層高さを高くしたい場合、加工用レーザ1の出力を大きくし、加工光30の照射時間を長くすることが考えられる。
図19は、図1に示す積層造形装置100が制御する加工条件が玉ビードの個数である例を示す図である。1層目加工終了時の状況は、図18と同様である。2層目の目標高さT4とし、領域Iの2層目を加工する場合、1層目の計測結果である高さT1が1層目の目標高さT0と等しいため、制御部51は、加工条件を変更せずに付加加工を行う。領域IIでは、計測結果である高さT2が目標高さT0よりも高く、2層目の付加加工終了時の目標の高さT0+T4に近くなっている。そこで、領域IIにおいて、制御部51は、2層目の付加加工を行わない。また、領域IIIでは、計測結果である高さT3は、目標高さT0よりも低く、2層目の付加加工終了時の目標の高さT0+T4と高さT3の差異がT4の2倍以上であるため、玉ビードを2層連続で積層する。つまり、制御部51は、玉ビードの積層個数を、目標高さと計測結果との差異に基づいて、変更する。玉ビードの積層個数を変更することは、n層の積層を行う中で、目標の高さと計測結果との差異が大きくなった場合に有効である。また、積層個数だけでは、細かな高さの制御が難しいため、積層個数の制御と、ワイヤ供給速度などの他の制御パラメータの変更とを合わせて行うことが好ましい。
図20は、図1に示す積層造形装置100が造形物4の高さの計測結果に基づいてワイヤ高さを制御する方法を示す図である。1層目加工終了時の状態は、図18と同様とする。例えば、領域IIおよび領域IIIにおいて、1層目の造形物4の高さが目標高さT0から大きく外れており、2層目の付加加工時にワイヤ高さをT0上昇させると、付加対象面に対するワイヤ高さの許容範囲ha±αに入らない場合が考えられる。このような場合には、駆動ステージ6のZ方向の上昇量を変化させて、ワイヤ高さを制御することが好ましい。
領域Iの2層目の付加加工では、1層目の計測結果である高さT1が目標高さT0と等しいため、ワイヤ高さをT0とすればよい。領域IIの2層目を加工する場合には、計測結果である高さT2が目標高さT0よりも高いため、ワイヤ高さをT0とすると、ワイヤ高さが許容範囲に入らない。そこで、ワイヤ高さをT2とすることで、加工不具合を発生させずに2層目の付加加工を行うことができる。領域IIIの2層目の付加加工では、1層目の計測結果である高さT3が目標高さT0よりも低いため、ワイヤ高さをT0とすると、ワイヤ高さが許容範囲に入らない。そこで、ワイヤ高さをT3として加工することで、加工不具合を発生させずに2層目の付加加工を行うことができる。
上記のように、形成済みの造形物4の高さの計測結果に基づいて、ワイヤ高さを調整することで、加工不具合の発生を防止することができる。ワイヤ高さは、加工条件の一例である。ワイヤ高さの制御は、ワイヤ高さ以外の積層高さを変更するための加工条件、例えば、ワイヤ送り速度、加工用レーザ1の出力、加工光30の照射時間などと合わせて制御することが好ましい。
また、n層目を加工する前に、n-1層目の平均高さと、目標高さT0との差異が大きい場合、n-1層目の加工終了時に上昇させるワイヤ高さの変化量を設計値であるT0に代えて、n-1層目の平均高さとすることも考えられる。
n層目を加工する際に、直前に計測したn-1層目の積層高さの計測結果を用いて、加工条件を制御することで、図14に示したように、目標高さとワイヤ高さとの差を許容範囲ha±αに維持することができる。このため、加工不具合を発生させずに加工を継続することができ、造形物4の造形精度を向上させることができる。
本実施の形態では、高さセンサと加工ヘッド2とが一体化している構成について説明した。しかしながら、高さセンサと加工ヘッド2とが一体化していなくてもよい。加工ヘッド2と別体の高さセンサを設ける場合、高さ計測を行う際に、加工位置が高さセンサの計測位置と一致するように駆動ステージ6を移動し、高さセンサの計測が終了し、加工する際に駆動ステージ6を移動して、加工位置が加工光30の照射位置と一致するようにすればよい。高さセンサと加工ヘッド2とが一体化していることで、高さ計測にかかる時間を短縮することができる。なお、本実施の形態における高さセンサは、照明光40としてラインビームを用いたが、高さセンサと加工ヘッド2とが一体化しておらず、加工用と高さ計測用とを併用しない集光レンズ15は、ラインビームのみを受光部16に結像することができる光学系であることが好ましい。
また、本実施の形態では、玉ビードの形状は、半球形状としたが、半球以外の形状であっても、駆動ステージ6を停止中に形成した一塊の加工材料7からなるビードを複数並べることで造形物4を形成することができればよい。図21は、図1に示す積層造形装置100が形成するビードの形状の変形例を示す図である。例えば、図21に示すように、半球の中央が欠けた形状のビードであっても、本実施の形態における高さセンサと加工条件の制御とを用いることで、高精度な積層造形が可能である。その他の形状のビードを用いても、玉状に形成されたビードであれば問題はない。
また、本実施の形態では、玉ビードの中心を加工位置としたが、加工位置が玉ビードの中心からずれていても同様の効果を得ることはできる。図22は、図1に示す積層造形装置100が形成済みの造形物4の高さを計測する計測位置の変形例を示す図である。本実施の形態において説明した、玉ビードの中心に積層する場合の加工位置をCL0とすると、照明光40の計測位置をCL0として計測結果に基づいて加工条件を制御することができる。しかしながら、造形したい形状によって、玉ビードの中心以外に造形してもよい。例えば、図22に示す玉ビードの曲面の加工位置CL1,CL3と、隣接する玉ビードとのつなぎ目である加工位置CL2とが考えられる。このような場合、ビード高さは、玉ビードの中心の高さT1よりも低くなる。しかしながら、本実施の形態で説明したように、ラインビームである照明光40を用いて加工位置に形成済みの造形物4の高さを計測し、加工条件を制御すれば、高精度な加工が可能になる。
さらに、本実施の形態では、1つの玉ビードを形成する前に、形成済みの造形物4の高さを計測し、計測後に積層加工を行い、次の加工点へ移動することとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。例えば、1層の付加加工が全て終了した後に、1層分全ての、形成済みの造形物4の高さをまとめて計測しておき、計測結果に基づいて、加工条件を制御してn層目の付加加工を行ってもよい。
また、本実施の形態では、加工点をX方向またはY方向に移動させて積層を行うことで、溶融した加工材料7が完全に凝固する時間を待つ必要がなく、n-1層目のビードが完全に凝固した状態のビード高さを計測することができる。このため、計測精度の向上と加工時間の短縮とを両立することができる。Z方向に連続した積層を行う場合、n-1層目のビードが完全に凝固する時間待ってから、造形物4の高さの計測と、n層目の付加加工とを行えばよい。
以上説明したように、本発明の実施の形態1によれば、形成される造形物4の実際の高さを計測し、計測結果に基づいて加工条件が制御されるため、造形物4の高さを均一にすることができ、造形物4の形状精度を向上させることが可能になる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2にかかる積層造形装置100の構成は、図1に示す実施の形態1にかかる積層造形装置100と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、実施の形態1と同一の符号を用いて積層造形装置100と称する。以下、実施の形態1と異なる部分について主に説明する。
本発明の実施の形態2にかかる積層造形装置100の構成は、図1に示す実施の形態1にかかる積層造形装置100と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、実施の形態1と同一の符号を用いて積層造形装置100と称する。以下、実施の形態1と異なる部分について主に説明する。
図23は、本発明の実施の形態2にかかる積層造形装置100が解決する課題を説明するための図である。本実施の形態では、制御部51が、形成済みの造形物4の高さを計測する際に加工位置を探索する加工位置探索部を有する。ラインビームを斜めから照射する光切断方式では、造形物4の高さが変化した際に計測位置が横方向にずれるが、加工位置探索部を設けることで造形物高さによらず加工位置の高さを高精度に計測することができる。
図23(a)は、目標高さT1の場合に設計通りの玉ビードが造形されている場合を示している。2層目を積層する際には、玉ビードの高さT1と同じだけ加工ヘッド2を上昇させるため、加工位置を計測するための位置に駆動ステージ6を移動させると、加工位置CL=計測位置CHとなり、加工位置において造形物4の高さを計測することができる。
図23(b)は、1層目の玉ビードの高さT2が目標高さT1よりも高い場合を示している。2層目を積層する際には、加工ヘッド2をT1だけ上昇させ、加工位置を計測するための位置に駆動ステージ6を移動しても、加工位置CL=計測位置CHとならず、ΔX2の差異が生じる。
図23(c)は、1層目の玉ビードの高さT3が目標高さT1よりも低い場合を示している。2層目を積層する際には、加工ヘッド2をT1だけ上昇させ、加工位置を計測するための位置に駆動ステージ6を移動しても、加工位置CL=計測位置CHとならず、ΔX3の差異が生じる。
上記のように、斜めからラインビームを照射する光切断方式では、形成済みの造形物4の高さが目標高さT1からずれると、計測位置のずれが生じる。造形物4の上面が平坦であれば、計測位置のずれの影響は小さいが、玉ビードのような局面形状であれば、計測位置のずれによる造形物4の高さの計測精度の低下が大きくなる。高さ計測精度が低下すると、付加対象面に対するワイヤの高さが許容範囲に入らず、加工不具合が発生する可能性がある。ここでは、斜めからラインビームを照射する光切断方式について説明するが、スポット光を用いる三角測量方式、干渉方式などであっても、斜めから光を照射する方式について同様に本実施の形態の技術を適用することができる。
図24は、本発明の実施の形態2にかかる積層造形装置100の加工位置探索処理を説明するためのフローチャートである。ここで、加工位置探索処理について図25から図33を用いて説明する。
まず、積層造形装置100は、加工位置において高さを計測するための位置に駆動ステージ6を移動させて、高さ計測を開始する。図25は、図24の処理を開始する前の計測用照明部8とビードとの位置関係を示す図である。ここでは、目標高さT0よりも造形物4の実際の高さT2が高い場合を用いて説明する。高さT2が目標高さT0と異なる場合、加工位置CL=計測位置CHとならず、計測位置CHの加工位置CLに対するずれの量は、ΔX2である。
図26は、図25に示す状態における受光素子上の受光位置を示す図である。ラインビームである照明光40の位置ずれ量ΔX2に対応して、X方向において、基準画素位置に対する受光位置のずれ量ΔX2’が発生している。ΔX2’=M×ΔX2である。
図24の説明に戻る。制御部51の加工位置探索部は、駆動ステージ6を移動させて、Z方向の高さを一定量下降させる(ステップS301)。ここでは、駆動ステージ6を移動させているため、Z方向の高さを下降させるためには、駆動ステージ6をZ方向に上昇させることになる。ここで、高さの低下量は、図16に示した受光素子の画素数によって決まる高さ計測範囲の下限値とする。低下量は、計測したい玉ビードの高さ範囲によって任意に設定することができる。
図27は、図24のステップS301の処理後の計測用照明部8と加工対象物3との位置関係を示す図である。図25に示す状態から、駆動ステージ6を移動させることで、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さをH0からH1に低下させる。低下量H0-H1は、高さ計測範囲の半分Zr/2=N×tanθ/M/2とする。図28は、図27に示す状態における受光素子上の受光位置を示す図である。
図24の説明に戻る。制御部51の加工位置探索部は、Z方向の高さを上昇させる(ステップS302)。図29は、図24のステップS302の処理後の計測用照明部8と加工対象物3との位置関係を示す図である。図27に示す状態から、駆動ステージ6を移動させることで、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さをH1からH2に上昇させる。図30は、図29に示す状態における受光素子上の受光位置を示す図である。図30に示すように、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さを上昇させると、受光素子上の照明光40の受光位置が+X方向に移動する。
なお、ここでは、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さを低下させた後に上昇させる方法について説明したが、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さを上昇させた後に低下させてもよい。
図24の説明に戻る。制御部51の加工位置探索部は、加工位置の造形物4から反射した照明光40の受光位置が、受光素子上の予め定められた範囲内にあるか否かを判定する(ステップS303)。
図31は、図24のステップS303で用いられる予め定められた範囲Lを示す図である。範囲Lとは、基準画素位置に対して計測したい造形物4の高さの精度に応じた範囲とする。例えば、1画素当たりの高さ変位量ΔZ’は、数式ΔZ’=Ptanθ/Mを用いて決定することができる。
図24の説明に戻る。制御部51の加工位置探索部は、照明光40の受光位置が予め定められた範囲L内である場合(ステップS303:Yes)、駆動ステージ6を停止させる(ステップS304)。照明光40の受光位置が予め定められた範囲L内でない場合(ステップS303:No)、制御部51の加工位置探索部は、ステップS302の処理に戻る。
図32は、図24のステップS304において駆動ステージ6を停止させた状態を示す図である。図32に示すように、計測用照明部8の加工対象物3に対する高さがH3であるときに、図31に示すように受光位置が範囲Lに入った場合、駆動ステージ6が停止される。
図33は、図24の処理を開始する前とステップS304の処理を終えた後の状態を比較するための図である。図33のH0は、図24の処理を開始する前の計測用照明部8の加工対象物3に対する高さを示している。図33のH3は、図24のステップS304の処理を終えた後の計測用照明部8の加工対象物3に対する高さを示している。
高さ計測部は、駆動ステージ6の高さの差分である高さH3とH0との差分H3-H0を計算する(ステップS305)。これにより、造形物4の高さの目標高さからの差異T2-T0=H3-H0とすることができる。
以上説明したように、加工位置探索部を設けることで、斜めからラインビームを照射する光切断方式において、造形物4の高さが変化し、計測位置が加工位置からずれたとしても、加工位置における造形物4の高さを計測することが可能になる。
実施の形態3.
図34は、本発明の実施の形態3にかかる積層造形装置101の構成を示す図である。積層造形装置101は、実施の形態1にかかる積層造形装置100と比較して、計測用照明部8と撮像系の配置とが異なる。以下、実施の形態1と異なる部分について主に説明し、実施の形態1と同様の部分については詳細な説明を省略する。
図34は、本発明の実施の形態3にかかる積層造形装置101の構成を示す図である。積層造形装置101は、実施の形態1にかかる積層造形装置100と比較して、計測用照明部8と撮像系の配置とが異なる。以下、実施の形態1と異なる部分について主に説明し、実施の形態1と同様の部分については詳細な説明を省略する。
積層造形装置101は、計測用照明部8がラインビームである照明光40を加工光30の光軸と平行に投影する。また、受光ユニット17は、斜め方向に反射した反射光を受光する。これにより、実施の形態2において説明したようなラインビームの計測位置ずれが発生しないため、加工位置探索処理を行わなくても、高精度に造形物4の高さを計測することができる。
積層造形装置101において、計測用照明部8は、加工ヘッド2に組み込まれており、受光光学系および受光素子を含む受光ユニット17は加工ヘッド2の側面に取り付けられる。
図35は、図34に示す加工ヘッド2の内部構成を示す図である。図35では、積層造形装置101のXZ断面を示している。加工ヘッド2は、投光レンズ11と、ビームスプリッタ12と、対物レンズ13と、ビームスプリッタ22と、計測用照明部8とを有する。加工光学系は実施の形態1と同様であるため、詳細な説明を省略する。
計測用照明部8が出力する照明光40は、ビームスプリッタ22で反射され、対物レンズ13を通して計測位置である造形物4上の加工位置に照射される。加工用の対物レンズ13を通すため、計測用照明部8は、対物レンズ13を通して造形物4上に集光されるような特性をもったビームを出射する。実施の形態1と同様に、照明光40は、必ずしもラインビームである必要はなく、点状に集光されたスポットビームであってもよい。
受光ユニット17は、集光レンズ15と受光部16とから構成される。受光ユニット17は、照明光40の照射波長を選択的に透過させるバンドパスフィルタ14をさらに有することが好ましい。
図36は、図34に示す積層造形装置101における高さ計測の説明図である。図36(a)は、目標高さT1の玉ビードが造形された状態を示している。図36(b)は、目標高さT1よりも高い玉ビードが造形された状態を示している。図36(c)は、目標高さT1よりも低い玉ビードが造形された状態を示している。照明光40は、加工光30と同軸に照射される。このため、計測位置CHは、加工位置CLと一致する。
図37は、図36(a)に示すビードからの反射光の受光位置を示す図である。図36(a)のように、目標高さT1の玉ビードが造形された場合、2層目の付加加工を行う際には、加工ヘッド2をT1だけ上昇させるため、受光部16の受光素子上のY方向の加工位置における受光位置は、基準画素位置となる。
図38は、図36(b)に示すビードからの反射光の受光位置を示す図である。図36(b)のように、目標高さT1よりも高い高さT2の玉ビードが形成された場合、加工ヘッド2をT1だけ上昇させると、受光素子上のY方向の受光位置は、基準画素位置からΔX2’だけずれる。ΔX2’の値と、三角測量の原理とを用いて、T2-T1を算出することができる。
図39は、図36(c)に示すビードからの反射光の受光位置を示す図である。図36(c)のように、目標高さT1よりも低い高さT3の玉ビードが形成された場合、加工ヘッド2をT1だけ上昇させると、受光素子上のY方向の受光位置は、基準画素位置からΔX3’だけずれる。ΔX3’の値と、三角測量の原理とを用いて、T1-T3を算出することができる。
以上説明したように、本実施の形態にかかる積層造形装置101は、高さ計測用の照明光40を加工光30の光軸と並行に投影し、光軸に対して斜め方向に受光ユニット17を設けている。このような構成をとることで、玉ビードの高さの変化によらず、照明光40の計測位置を加工位置とすることができる。このため、造形物4の高さによらず加工位置の高さを高精度に計測することができる。
図40は、図35に示す積層造形装置101の変形例を示す図である。図35では、計測用照明部8を加工ヘッド2と一体化した構成例について説明したが、本実施の形態は係る例に限定されない。図40に示すように、計測用照明部8と加工ヘッド2とが別体であってもよい。この場合、計測用照明部8から出射される照明光40の光軸と、加工光30の光軸との間に差異ΔDが生じる。このため、高さ計測を行う際には、加工位置と計測位置との差異ΔDだけ駆動ステージ6を移動させることで、高精度に加工位置の造形物4の高さを計測することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 加工用レーザ、2 加工ヘッド、3 加工対象物、4 造形物、5 固定具、6 駆動ステージ、7 加工材料、8 計測用照明部、9 ガスノズル、10 加工材料供給部、11 投光レンズ、12 ビームスプリッタ、13 対物レンズ、14 バンドパスフィルタ、15 集光レンズ、16 受光部、17 受光ユニット、20 下限値、21 上限値、30 加工光、40 照明光、50 演算部、51 制御部、71 溶滴、72 溶け残り、100 積層造形装置、190 処理回路、200 制御回路、200a プロセッサ、200b メモリ。
Claims (20)
- 加工材料を溶融し、凝固した前記加工材料を加工対象物の上に付加する付加加工を繰り返して造形物を形成する積層造形装置であって、
加工位置に形成済みの前記造形物の高さを計測する高さ計測部と、
前記高さ計測部の計測結果に基づいて、前記加工位置に前記加工材料を付加するための加工条件を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする積層造形装置。 - 前記制御部は、前記加工位置に付加される前記加工材料の高さが、目標高さと前記計測結果との差分となるように、前記加工条件を制御することを特徴とする請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記高さ計測部は、第1の加工位置における付加加工を実行する前に、前記第1の加工位置の造形物の高さを計測し、
制御部は、前記第1の加工位置における付加加工後の造形物の高さが目標高さとなるように前記加工条件を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の積層造形装置。 - 前記付加加工は、第1の加工位置に供給される前記加工材料を溶融する第1の動作と、前記第1の動作の後に実行される動作であって、前記第1の加工位置と異なる第2の加工位置に前記加工材料の供給位置を移動させる第2の動作とを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 第1の加工位置から前記第1の加工位置の次の加工位置である第2の加工位置への移動は、前記造形物の高さ方向に対して直交する方向への移動を伴うことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記加工材料を加工位置で溶融して形成されるビードを用いて前記造形物の少なくとも一部を造形することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記高さ計測部は、計測位置に計測用の照明光を照射する計測用照明部と、前記計測用の照明光が前記計測位置で反射した反射光を受光する受光部と、を有し、前記受光部上における前記反射光の受光位置に基づいて、前記加工対象物の上に形成された造形物の高さを算出することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記高さ計測部は、前記反射光を前記受光部に集光させる受光光学系を有し、
前記受光光学系は、加工材料を溶融する加工光を加工位置に結像させる加工光学系と一体であることを特徴とする請求項7に記載の積層造形装置。 - 前記計測位置は、前記受光部が有する受光素子の視野内であることを特徴とする請求項7または8に記載の積層造形装置。
- 前記計測用の照明光は、ライン状に照射されるラインビームであることを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記加工材料を溶融する加工光を加工位置に結像させる加工光学系を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記計測結果が予め定められた目標高さよりも高い場合、加工位置に供給する加工材料の供給量を減少させ、前記計測結果が前記目標高さよりも低い場合、前記供給量を増加させることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記計測結果が予め定められた目標高さよりも高い場合、前記加工材料を溶融する加工光の出力を減少させ、前記計測結果が前記目標高さよりも低い場合、前記加工光の出力を増加させることを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記計測結果が予め定められた目標高さよりも高い場合、前記加工材料を溶融する加工光の照射時間を減少させ、前記計測結果が前記目標高さよりも低い場合、前記加工材料を溶融する加工光の照射時間を増加させることを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記計測結果が予め定められた目標高さよりも高い場合、前記加工位置に積層する造形回数を減少させ、前記計測結果が前記目標高さよりも低い場合、前記加工位置に積層する造形回数を増加させることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記加工材料の先端部の高さを、予め定められた目標高さに応じて上昇させ、前記計測結果が前記目標高さよりも高い場合、溶融前の前記先端部の高さを上昇させる量を増加させ、前記計測結果が前記目標高さよりも低い場合、溶融前の前記先端部の高さを上昇させる量を減少させることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の積層造形装置。
- 前記制御部は、前記計測用照明部の前記加工対象物に対する高さを変化させ、
前記高さ計測部は、前記計測用照明部の前記加工対象物に対する高さを変化させる間における前記受光位置に基づいて、前記加工位置に形成済みの前記造形物の高さを計測することを特徴とする請求項7に記載の積層造形装置。 - 前記計測用の照明光の光軸が、加工光の光軸に対して平行であることを特徴とする請求項7に記載の積層造形装置。
- 加工材料を溶融し、凝固した前記加工材料を加工対象物の上に付加する付加加工を繰り返して、前記加工対象物の上に造形物を形成する積層造形方法において、
積層造形装置が、加工位置に形成済みの前記造形物の高さを計測するステップと、
前記積層造形装置が、前記形成済みの造形物の高さの計測結果に基づいて、前記加工位置に前記加工材料を付加するための加工条件を制御するステップと、
を含むことを特徴とする積層造形方法。 - 加工対象物の上の加工位置に形成済みの造形物の高さを計測するステップと、
前記形成済みの造形物の高さの計測結果に基づいて、前記加工位置に加工材料を付加するための加工条件を制御するステップと、
を含み、
加工材料を溶融し、凝固した加工材料を前記加工対象物の上に付加する付加加工を繰り返して、前記加工対象物の上に造形物を形成する積層造形処理をコンピュータに実行させることを特徴とする積層造形プログラム。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020501844A JP6765569B1 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム |
PCT/JP2019/031218 WO2021024431A1 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム |
DE112019007607.8T DE112019007607T5 (de) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Vorrichtung zur additiven fertigung, verfahren zur additiven fertigung und programm zur additiven fertigung |
CN201980099090.5A CN114222642A (zh) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 层叠造形装置、层叠造形方法及层叠造形程序 |
US17/623,636 US20220324057A1 (en) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Additive manufacturing apparatus, additive manufacturing method, and storage medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/031218 WO2021024431A1 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2021024431A1 true WO2021024431A1 (ja) | 2021-02-11 |
Family
ID=72706664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/031218 WO2021024431A1 (ja) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220324057A1 (ja) |
JP (1) | JP6765569B1 (ja) |
CN (1) | CN114222642A (ja) |
DE (1) | DE112019007607T5 (ja) |
WO (1) | WO2021024431A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023223739A1 (ja) * | 2022-05-16 | 2023-11-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 溶接ビード形状の制御方法、電源制御方法、積層造形方法、制御装置、電源装置、溶接システム、積層造形システム及びプログラム |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022106172A (ja) * | 2021-01-06 | 2022-07-19 | 株式会社神戸製鋼所 | 積層造形物の製造方法 |
WO2022254671A1 (ja) * | 2021-06-03 | 2022-12-08 | 三菱電機株式会社 | 付加製造装置および付加製造方法 |
US20240165744A1 (en) * | 2022-11-22 | 2024-05-23 | Intelligent Manufacturing Systems International | Additive processing device, additive processing device control method, and computer-readable recording medium storing additive processing device control program |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4556160B2 (ja) * | 2001-11-17 | 2010-10-06 | インステク インコーポレイテッド | レーザークラッディングとレーザー金属加工技術において、映像撮影とイメージプロセッシングを用いて、クラッディング層高さをリアルタイムでモニタし、かつ制御する方法及びそのシステム |
JP2012242134A (ja) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Jfe Steel Corp | 形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタ |
JP2018149570A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム |
JP6472585B1 (ja) * | 2018-07-30 | 2019-02-20 | 三菱電機株式会社 | 積層条件制御装置 |
JP2019112677A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 日立金属株式会社 | 積層造形装置及び積層造形方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6596224B1 (en) * | 1996-05-24 | 2003-07-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Jetting layers of powder and the formation of fine powder beds thereby |
JPH11347761A (ja) * | 1998-06-12 | 1999-12-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザによる3次元造形装置 |
JP2009083326A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 光学部材の製造方法およびこの製造方法により形成された光学部材 |
JP2010000534A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Toshiba Corp | レーザ肉盛溶接装置及び方法 |
JP2016179501A (ja) | 2015-03-23 | 2016-10-13 | リンカーン グローバル, インコーポレイテッドLincoln Global, Inc. | 高エネルギー源とホットワイヤを用いた付加製造のための方法とシステム |
JP2017160471A (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元造形物の製造方法、三次元造形物製造装置および三次元造形物 |
US10569522B2 (en) * | 2016-09-09 | 2020-02-25 | Formalloy, Llc | Dynamic layer selection in additive manufacturing using sensor feedback |
CN108296618B (zh) * | 2017-01-12 | 2021-01-08 | 南京理工大学 | 用于丝材等离子弧增材制造的激光测距装置及测控方法 |
US20200232785A1 (en) * | 2017-04-01 | 2020-07-23 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Surface height measurement system |
DE102017217682A1 (de) * | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur schichtweisen additiven Herstellung dreidimensional ausgebildeter Bauteile |
CN109128824A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-01-04 | 山东雷石智能制造股份有限公司 | 一种基于动态参数调整的增减材一体的五轴混合加工设备及加工方法 |
CN112955270B (zh) * | 2018-11-09 | 2024-02-13 | 三菱电机株式会社 | 层叠造形装置 |
CN109262110B (zh) * | 2018-11-23 | 2020-12-08 | 南京衍构科技有限公司 | 一种金属电弧增材制造方法 |
CN109778182B (zh) * | 2019-03-11 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置及闭环控制方法 |
-
2019
- 2019-08-07 WO PCT/JP2019/031218 patent/WO2021024431A1/ja active Application Filing
- 2019-08-07 CN CN201980099090.5A patent/CN114222642A/zh active Pending
- 2019-08-07 US US17/623,636 patent/US20220324057A1/en active Pending
- 2019-08-07 JP JP2020501844A patent/JP6765569B1/ja active Active
- 2019-08-07 DE DE112019007607.8T patent/DE112019007607T5/de active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4556160B2 (ja) * | 2001-11-17 | 2010-10-06 | インステク インコーポレイテッド | レーザークラッディングとレーザー金属加工技術において、映像撮影とイメージプロセッシングを用いて、クラッディング層高さをリアルタイムでモニタし、かつ制御する方法及びそのシステム |
JP2012242134A (ja) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Jfe Steel Corp | 形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタ |
JP2018149570A (ja) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム |
JP2019112677A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 日立金属株式会社 | 積層造形装置及び積層造形方法 |
JP6472585B1 (ja) * | 2018-07-30 | 2019-02-20 | 三菱電機株式会社 | 積層条件制御装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023223739A1 (ja) * | 2022-05-16 | 2023-11-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 溶接ビード形状の制御方法、電源制御方法、積層造形方法、制御装置、電源装置、溶接システム、積層造形システム及びプログラム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6765569B1 (ja) | 2020-10-07 |
CN114222642A (zh) | 2022-03-22 |
DE112019007607T5 (de) | 2022-05-05 |
JPWO2021024431A1 (ja) | 2021-09-13 |
US20220324057A1 (en) | 2022-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6576593B1 (ja) | 積層造形装置 | |
JP6765569B1 (ja) | 積層造形装置、積層造形方法、および積層造形プログラム | |
JP7140829B2 (ja) | 演算装置、検出システム、造形装置、演算方法、検出方法、造形方法、演算プログラム、検出プログラムおよび造形プログラム | |
JP6898458B2 (ja) | 3次元の加工物を形成するために使用される照射システムを較正する装置及び方法 | |
JP7140828B2 (ja) | 演算装置、検出システム、造形装置、演算方法、検出方法、造形方法、演算プログラム、検出プログラムおよび造形プログラム | |
EP2514553A2 (en) | Method of manufacturing a component | |
WO2015120168A1 (en) | An additive manufacturing system with a multi-energy beam gun and method of operation | |
JP6017400B2 (ja) | 積層造形装置及び積層造形物の製造方法 | |
CN111465466A (zh) | 处理装置及方法,标记、造型方法,电脑程序及记录媒体 | |
CN112867579A (zh) | 附加制造装置及附加制造方法 | |
JP6964801B2 (ja) | 積層造形装置 | |
JP2006147817A (ja) | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 | |
JP6227080B2 (ja) | 積層造形装置及び積層造形物の製造方法 | |
JP7186898B2 (ja) | 積層造形装置 | |
JP6896193B1 (ja) | 積層造形装置 | |
JP2021115625A (ja) | 積層造形装置、積層造形方法及び加工経路生成方法 | |
WO2024057496A1 (ja) | 加工システム、データ構造及び加工方法 | |
WO2024154203A1 (ja) | データ生成方法、データ構造、加工方法及び付加加工装置 | |
WO2023248458A1 (ja) | 造形方法及び造形装置 | |
WO2022003870A1 (ja) | 加工システム及び光学装置 | |
JP5298157B2 (ja) | レーザー加工装置、レーザー加工方法及びレーザー加工物 | |
JP2023127355A (ja) | 付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造装置の制御方法 | |
WO2023188082A1 (ja) | 加工装置 | |
JP2003211274A (ja) | レーザ溶接装置および溶接方法 | |
JP2023110224A (ja) | 三次元積層造形装置の評価システム、及び、三次元積層造形装置の評価方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2020501844 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19940613 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19940613 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |