特許 6892371 積層造形物の製造方法及び製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6892371

(24)【登録日】2021年5月31日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】積層造形物の製造方法及び製造装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20210614BHJP

   B23K 9/032 20060101ALI20210614BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20210614BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20210614BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/04 G

   B23K9/032 Z

   B23K9/12 331F

   B23K9/095 510D

   B23K9/095 501C

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-219483(P2017-219483)

(22)【出願日】2017年11月14日

(65)【公開番号】特開2019-89100(P2019-89100A)

(43)【公開日】2019年6月13日

【審査請求日】2019年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山崎 雄幹

(72)【発明者】

【氏名】藤井 達也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 伸志

(72)【発明者】

【氏名】山田 岳史

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−３０２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５２９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２４０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００３２５７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１４４４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−２２４６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００ − ９／３２

Ｂ３３Ｙ １０／００ − ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも３つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含み、
前記ビード形成工程は、
前記溶着ビードを形成するときに、前記溶着ビードの形成位置よりもビード形成方向の前方で、前記凹部の周囲の形状を形状検出センサにより検出する工程と、
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する処理を、前記検出された凹部が前記溶着ビードの形成位置に到達するまでの時間内に行う工程と、
推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する工程と、
を有する、
積層造形物の製造方法。

【請求項2】

前記ビード形成工程は、前記既に形成された少なくとも３つの溶着ビード同士のいずれかの境界を、前記新たな溶着ビードを形成する目標位置にする請求項１に記載の積層造形物の製造方法。

【請求項3】

前記ビード形成工程は、前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチのトーチ軸方向を、前記目標位置に設定された境界において、前記境界で隣接する一対の溶着ビードの一方の接線と他方の接線とがなす角の二等分線に合わせて前記溶着ビードを形成する請求項２に記載の積層造形物の製造方法。

【請求項4】

溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶接ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造装置であって、
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
前記溶着ビードを形成する位置の周囲の形状を検出する形状検出センサと、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。

【請求項5】

前記トーチ移動機構は、多軸ロボットである請求項４に記載の積層造形物の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形物の製造方法及び製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、生産手段として３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザや電子ビーム、更にはアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。

【0003】

例えば、アークを用いる場合には、アークにより溶加材を溶融及び凝固させて溶着ビードを形成し、この溶着ビードを複数層に積層することで積層造形物を作製する。その場合、溶着ビードを複数列状に隣接させて溶着ビード層を形成し、この溶着ビード層を複数回繰り返し積層すれば、１本の溶着ビードの積層体よりも幅広な積層造形物を造形できる。

【0004】

溶着ビードを形成する技術に関して、肉盛溶接においては、既設の溶着ビードと母材の接触角を測定し、測定された接触角に応じてトーチを傾斜させて肉盛溶接を行う技術が特許文献１に記載されている。また、溶着ビードを用いた三次元形状物の製造方法において、肉盛りトーチを傾斜させて走査することで、溶融金属をたれ難くする技術が特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１８２０８３号公報

【特許文献2】特開２００３−２６６１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の肉盛溶接では、母材上に一層の溶着ビードを形成する技術であって、他の既設の溶着ビード上に新たに溶着ビードを形成して積層造形物を造形することに関しては記載がない。また、引用文献２の技術では、常に一定サイズの溶着ビードを形成するため、隣接する溶着ビード同士の間には、ビード外表面が内側に窪んだ狭隘部が形成される。そのため、溶着ビード層の上に溶着ビード層を更に形成する際に、狭隘部の存在によって溶加材の充填が不十分となり、未溶着部を生じるおそれがある。その結果、完成した積層造形物にブローホール等の溶接欠陥が生じ、所望の機械的強度が得られないことがある。また、積層造形物の形状が複雑になると、トーチが他の部位に干渉するおそれもある。

【0007】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶着ビードの積層途中でのトーチと干渉を防止しつつ、隣接する溶着ビーム同士の間の狭隘部に未溶着部が形成されないように必要十分な溶け込み量を確保して、高品質な積層造形物を得ることができる積層造形物の製造方法及び製造装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、下記構成からなる。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも３つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含み、
前記ビード形成工程は、
前記溶着ビードを形成するときに、前記溶着ビードの形成位置よりもビード形成方向の前方で、前記凹部の周囲の形状を形状検出センサにより検出する工程と、
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する処理を、前記検出された凹部が前記溶着ビードの形成位置に到達するまでの時間内に行う工程と、
推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する工程と、
を有する、
積層造形物の製造方法。
（２） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶接ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造装置であって、
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
前記溶着ビードを形成する位置の周囲の形状を検出する形状検出センサと、
前記の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、溶着ビードの積層途中でのトーチと干渉を防止しつつ、隣接する溶着ビーム同士の間の狭隘部に未溶着部が形成されないように必要十分な溶け込み量を確保して、高品質な積層造形物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。

【図2】ベースプレート上に複数の線状の溶着ビードが並設された溶着ビード層を示す模式的な斜視図である。

【図3】積層造形物の第１の造形手順を示すフローチャートである。

【図4】形状データから生成される積層モデルの一例を示す模式的な説明図である。

【図5】ベースプレートの初層の溶着ビード層の上に２層目の溶着ビードを形成する様子を示す模式的な工程説明図である。

【図6】図５の溶着ビードにより形成された凹部を示す概略拡大図である。

【図7】ビードサイズやトーチの姿勢を適宜変更して新たな溶着ビードを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。

【図8A】積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビードのビードサイズが過小である状態の断面図である。

【図8B】積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビードのビードサイズが適正である状態の断面図である。

【図9】積層造形物の製造装置により造形される積層造形物の概略断面図である。

【図10】積層造形物の第２の造形手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
本構成の積層造形物の製造装置１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御する造形コントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。

【0012】

積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７が設けられた溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。なお、溶接ロボット１９の先端軸には、積層造形物となる材料の形状を検出する形状検出センサ２３が設けられていてもよい。形状検出センサ２３としては、レーザセンサ、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサ等、各種公知のセンサが利用できる。

【0013】

溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。

【0014】

トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。

【0015】

例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート５１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビード５３が形成される。

【0016】

なお、溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビームやレーザにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層構造物の更なる品質向上に寄与できる。

【0017】

造形コントローラ１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。
制御部３７は、電源装置１５や溶接ロボット１９を駆動する駆動部４１と、詳細を後述する凹部検出部４３、トーチ姿勢設定部４５、ビードサイズ変更部４７とを備える。

【0018】

ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、作製しようとする積層造形物の形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力又は作成し、軌道演算部３３と協働して、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードの積層モデルを生成する。つまり、形状データを複数の層に分割して、各層の形状を表す層形状データを生成する。そして、生成された積層モデルの層形状データに基づいてトーチ１７の移動軌跡を決定する。ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、生成された層形状データやトーチ１７の移動軌跡等のデータに基づいて、トーチ１７を移動させて溶着ビードを形成する溶接ロボット１９及び電源装置１５の駆動プログラムを生成する。生成された駆動プログラム等の各種データは記憶部３５に記憶される。

【0019】

制御部３７は、記憶部３５に記憶された駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９や電源装置１５等を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、造形コントローラ１３からの指令により、軌道演算部３３で生成されたトーチ１７の軌道軌跡に沿ってトーチを移動させるとともに、溶加材Ｍをアークで溶融させて、ベースプレート５１上に溶着ビード５３を形成する。

【0020】

なお、ベースプレート５１は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物の底面（最下層の面）より大きいものが使用される。なお、ベースプレート５１は、板状に限らず、ブロック体や棒状等、他の形状のベースであってもよい。

【0021】

溶加材Ｍとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。

【0022】

上記構成の積層造形物の製造装置１００は、図２に一例を示すように、ベースプレート５１上に複数の線状の溶着ビード５３を互いに隣接させて溶着ビード層５５を形成する。この溶着ビード層５５の上に、更に次層の溶着ビード層を積層することを繰り返すことで、積層造形物を造形する。

【0023】

ベースプレート５１上に形成される初層の溶着ビード層５５は、複数列の溶着ビード５３から構成される。溶着ビード５３は、図２に模式的に示すように、概ね上方に膨らむ断面形状を有する。溶着ビード５３は、互いに所定幅Ｗを離間させて線状に形成されるため、溶着ビード５３同士の間には、溶着ビード５３の頂部から窪んだ狭隘部５７が形成される。

【0024】

溶着ビード５３同士の間に狭隘部５７が存在すると、上層の溶着ビード層を積層する際、新たに形成する溶着ビード５３内に未溶着部が生じやすくなる。そのため、完成した積層造形物にブローホールが生じることがある。

【0025】

そこで、本構成の積層造形物の製造装置１００においては、既に形成した溶着ビード層５５の上に、新たに溶着ビード層を形成する際に、特に狭い狭隘部が生じないように、溶着ビードのサイズを変更する。これにより、次層の溶着ビード層の形成時には、狭隘部による未溶着部が生じなくなり、積層造形物にブローホール等の欠陥が発生することを未然に防止できる。

【0026】

ここで、上記した狭隘部における未溶着を解消しつつ溶着ビードを形成する手順を詳細に説明する。
＜第１の積層造形物の造形手順＞
図３は第１の積層造形物の造形手順を示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートに基づいて本手順を順次説明する。
まず、図１に示す制御部３７に、積層造形物の形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力する（Ｓ１１）。制御部３７は、入力された形状データに基づいて、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードの積層モデルを生成する。

【0027】

図４は形状データから生成される積層モデル６１の一例を示す模式的な説明図である。積層モデル６１は、図中矢印で示すように、下層から上層に向けて順次に溶着ビード（ビード仮想線６５）を配置し、図中点線で示す積層造形物の外形線６３を内含するように、溶着ビードを積層させたモデルである。この積層モデル６１は、入力された形状データから、その形状、材質、入熱量等の諸条件に基づいて、効率よく積層できるように、適宜なアルゴリズムに基づいて解析的に求められる。これにより、トーチ１７の軌道（移動軌跡）が求められる（Ｓ１２）。

【0028】

そして、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、求めたトーチ１７の軌道、溶着ビードの形成開始位置や終了位置、種々の溶接条件等、各種データに基づいて、駆動プログラムを生成する（Ｓ１３）。

【0029】

制御部３７は、生成された駆動プログラムを実行して溶接ロボット１９や電源装置１５等の各部を駆動し、溶着ビードを形成させる（Ｓ１４）。なお、駆動プログラムは、上記のように造形コントローラ１３で生成する以外にも、造形コントローラ１３にケーブルや通信、又は記録媒体を介して接続される他のコンピュータ装置によって生成したものであってもよい。

【0030】

図５はベースプレート５１の初層の溶着ビード層５５の上に２層目の溶着ビード５４を形成する様子を示す模式的な工程説明図である。
制御部３７は、駆動プログラムに従って、まず、ベースプレート５１上に溶着ビード５３を互いに隣接させて複数列状に形成する。これにより、初層の溶着ビード層５５が形成される。

【0031】

次いで、駆動プログラムに従って、トーチ１７を位置と姿勢を制御するとともに、シールドガスＧを供給しながらアークを発生させ、初層の溶着ビード層５５の上に溶着ビード５４を形成する。図示例の場合は、初層の溶着ビード層５５の狭隘部５７を目標位置として溶着ビード５４を形成している。

【0032】

２層目の溶着ビード５４を形成する際、溶接ロボット１９の先端軸に設けた形状検出センサ２３により、次に溶着ビードを形成する位置の周囲の形状を検出する（Ｓ１５）。

【0033】

図６は図５の溶着ビードにより形成された凹部６６を示す概略拡大図である。
溶着ビード５４は、初層の溶着ビード層５５における、隣接する一対の溶着ビード５３Ａ，５３Ｂ同士の間の狭隘部５７を目標位置にして形成される。このとき、制御部３７は、形状検出センサ２３から検出された形状検出データにより、既に形成された３つの溶着ビード５４，５３Ｂ，５３Ｃにより形成される一つの凹部６６の形状を認識（Ｓ１６）する。そして、この凹部６６を埋めるように、新たな溶着ビードのビードサイズと、トーチ１７の姿勢とを必要に応じて変更する（Ｓ１７）。次いで、ビードサイズの設定やトーチ１７の姿勢を適宜変更した新たな溶着ビード５４Ａ（図７参照）を形成する（Ｓ１８）。

【0034】

なお、図示例の凹部６６は、３つの溶着ビード５４，５３Ｂ，５３Ｃにより形成されるが、更に他の溶着ビードを含んで形成された凹部であってもよい。

【0035】

ここで、凹部６６を埋める新たな溶着ビード５４Ａは、具体的には次のようにして形成する。
図６に示すように、溶着ビード５４の外表面と溶着ビード５３Ｂの外表面との境界をＰｃ（溶着ビード５４の図中右側の境界）とし、境界Ｐｃにおける溶着ビード５３Ｂの外表面の接線をＬ１、境界Ｐｃにおける溶着ビード５４の外表面の接線をＬ２とする。また、接線Ｌ１とＬ２とのなす角をθとし、角θの二等分線をＮとする。

【0036】

溶着ビード５４に隣接させて形成する次の溶着ビードは、境界Ｐｃを目標位置として形成する。図７は次の溶着ビード５４Ａを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。
図７に示すように、次の溶着ビードを形成する際、トーチ１７のトーチ軸線の向きは、トーチ姿勢設定部４５（図１参照）によって、直線Ｎと同じ方向に設定される。トーチ軸線は、直線Ｎと完全に一定しなくてもよく、例えば、境界Ｐｃを中心に直線Ｎから±４０°、好ましくは±２０°、更に好ましくは±１０°の範囲とすることもできる。この範囲内であれば、トーチ１７が周囲の溶着ビード等と干渉することなく、良好な溶着ビードを形成できる。なお、溶着ビード５４Ａを形成する目標位置は、境界Ｐｃにすることに限らず、溶着ビード５３Ｂと溶着ビード５３Ｃとの間の狭隘部５７Ａ（図６参照）にしてもよい。つまり、既に形成された３つの溶着ビード５４，５３Ｂ，５３Ｃ同士のいずれかの境界を、新たな溶着ビード５４Ａを形成する目標位置にすればよい。

【0037】

また、制御部３７は、ビードサイズ変更部４７により、新たな溶着ビード５４Ａのビードサイズを必要に応じて変更する。
図８Ａは積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビード５４Ａのビードサイズが過小である状態の断面図、図８Ｂは積層途中の積層造形物であって、新たに形成する溶着ビード５４Ａのビードサイズが適正である状態の断面図である。

【0038】

図８Ａに示す溶着ビード５４Ａの場合、溶着ビード５４Ａの外表面が溶着ビード５３Ｂに接する位置で、溶着ビード５４Ａと溶着ビード５３Ｃとの間に狭隘部６７が生じる。この狭隘部６７は、溶着ビード５４Ａ，５３Ｃの外表面が接近しており、特に狭窄された窪みとして形成される。この狭隘部６７を残したまま次の溶着ビードを隣に形成すると、狭隘部６７が未溶着部となりやすく、完成した積層造形物にブローホールを生じさせるおそれがある。

【0039】

そこで、図８Ｂに示すように、溶着ビード５４Ａを、溶着ビード５３Ｂの表出した外表面を完全に覆い、隣の溶着ビード５３Ｃに到達するまで形成する。これによれば、図８Ａに示す狭隘部６７が溶着ビード５４Ａによって埋められる。その場合、溶着ビード５４Ａと溶着ビード５３Ｃとの間に狭隘部６９が生じるが、狭隘部６９は、前述の狭隘部６７と比較すると狭窄度合いが緩和され、初層の溶着ビード層５５に形成された狭隘部５７と同程度のものになる。したがって、溶着ビード５４Ａに隣接させて次の溶着ビードを形成しても、未溶着部を生じることなく、良好な溶着ビードを形成できる。

【0040】

溶着ビード５４Ａを図８Ｂに示すビードサイズまで形成するには、例えば、溶加材Ｍの供給速度や溶接電圧等を増加させること、トーチ１７の移動速度を低下させること等の溶接条件を変更すればよい。制御部３７は、この溶接条件を、凹部検出部４３による凹部形状の認識結果に基づいて、図８Ａに示す狭隘部６７が確実に埋められるように、予め定めたテーブルや演算式を用いて推定する。そして、推定されたビードサイズで溶着ビード５４Ａを形成する。

【0041】

このビードサイズ変更の制御は、基本的にフィードフォーワード制御であるが、形状検出センサ２３の検出部位をビード形成方向の前方に設け、凹部形状の検出位置が溶着ビードの形成位置に到達するまでの時間内で処理すれば、実質的にリアルタイムで溶着ビードのビードサイズの変更が行える。

【0042】

以上のＳ１４〜Ｓ１８までの工程を、全軌道が終了するまで繰り返し行う（Ｓ１９）。全軌道を終了したら、溶着ビームの形成を停止して、溶接ロボット１９を初期の待機位置まで移動させる。これにより、溶着ビードを常に適正なビードサイズにして形成した、未溶着部のない、高品位な積層造形物が得られる。

【0043】

図９は積層造形物の製造装置により造形される積層造形物の概略断面図である。
本構成の積層造形物の製造装置１００によれば、図９に一例として示すように、特に狭窄度合いの高い狭隘部（図８Ａの狭隘部６７）が形成されることがない。よって、溶着ビード層にはベースプレート５１側の最下層から最上層まで、ブローホールが発生することなく、良好な積層造形物７１が得られる。したがって、積層造形物７１は、強度低下の抑制された、均質な機械的特性となる良好な造形物となり、特に強度が必要な機械構造部品に対しても、適用可能となる。

【0044】

また、本構成によれば、形状検出センサ２３により形状を検出しながら溶着ビームを形成するため、既に形成された溶着ビームに設計上予期できない形状変化が生じていても、形状変化後の形状に基づいて新たな溶着ビームのビームサイズやトーチ姿勢を設定する。そのため、常に適正な溶着ビームを形成でき、高品位な積層造形物を安定して造形できる。

【0045】

＜積層造形物の第２の造形手順＞
次に積層造形物の第２の造形手順を説明する。
図１０は積層造形物の第２の造形手順を示すフローチャートである。
まず、図１に示す制御部３７に、積層造形物の形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力する（Ｓ２１）。制御部３７は、入力された形状データに基づいて、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードの積層モデルやトーチ１７の移動軌跡を、前述した第１の造形手順と同様に生成する（Ｓ２２）。

【0046】

そして、制御部３７は、生成した積層モデルから、溶着ビードを形成する目標位置の周囲における溶着ビード形状を認識する。つまり、図６に示すように、既に形成された３つの溶着ビード５４，５３Ｂ，５３Ｃにより形成される凹部６６の形状を、初層の溶着ビード層５５より上の２層目以降における全軌道に対して認識する（Ｓ２３）。

【0047】

この凹部６６を埋めるように、新たな溶着ビードのビードサイズと、トーチ１７の姿勢とを必要に応じて変更する（Ｓ２４）。そして、ビードサイズやトーチ１７の姿勢を適宜変更して新たな溶着ビードを想定し、積層モデルを再生成する（Ｓ２５）。

【0048】

次に、制御部３７は、再生成された積層モデルに基づいて、駆動プログラムを生成し（Ｓ２６）、この駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９や電源装置１５等の各部を駆動し、溶着ビードを形成させる（Ｓ２７）。

【0049】

以上のＳ２７の工程を、全軌道が終了するまで繰り返し行う（Ｓ２８）。全軌道を終了したら、溶着ビームの形成を停止して、溶接ロボット１９を初期の待機位置まで移動させる。これにより、溶着ビードを常に適正なビードサイズにして形成した、未溶着部のない、高品位な積層造形物が得られる。

【0050】

この造形手順によれば、生成された積層モデルから、形成される凹部の形状を推定し、推定された凹部形状が溶着ビードで埋められるように、溶着ビードのビードサイズが必要に応じて変更される。そのため、逐一、溶着ビードの形状を検出する必要がなくなり、予め設定された通りに溶接ロボット１９や電源装置１５の制御するだけになる。よって、溶着ビードの形成がバッチ処理で簡単に行え、高効率で積層造形物を製造できる。

【0051】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶着ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造方法であって、
前記溶着ビードの長手方向に直交する断面において、既に形成された少なくとも３つの前記溶着ビードにより形成される一つの凹部を埋めるように、新たな溶着ビードを形成するビード形成工程を含む積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、既に形成された少なくとも３つの溶着ビードにより形成される一つの凹部における、隣接するビード間の特に狭窄された部位が、新たな溶着ビードによって確実に埋められる。これにより、次に溶着ビードを形成する際に、未溶着部が生じることを防止でき、積層造形物の品質を向上できる。

【0052】

（２） 前記ビード形成工程は、前記新たな溶着ビードのビードサイズを、前記凹部が埋まるように変更する（１）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、新たな溶着ビードのビードサイズを変更することにより、１回の溶着ビードの形成で凹部を確実に埋めることができる。

【0053】

（３） 前記ビード形成工程は、前記既に形成された少なくとも３つの溶着ビード同士のいずれかの境界を、前記新たな溶着ビードを形成する目標位置にする（１）又は（２）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、新たな溶着ビードを、凹部の溶着ビード層同士のいずれかの境界を目標位置にして形成するため、凹部の底部から効率よく溶着ビードを形成でき、凹部を偏りなく均等に埋めることができる。

【0054】

（４）前記ビード形成工程は、前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチのトーチ軸方向を、前記目標位置に設定された境界において、前記境界で隣接する一対の溶着ビードの一方の接線と他方の接線とがなす角の二等分線に合わせて前記溶着ビードを形成する（３）に記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、トーチのトーチ軸方向を接線同士のなす角の二等分線にすることで、トーチとの干渉を防止しつつ、ビード形成が効率よく行える。

【0055】

（５） 前記凹部の周囲の形状を、形状検出センサにより検出する工程と、
検出された前記凹部の形状検出データを用いて、前記新たな溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定する工程と、
を有し、
前記ビード形成工程は、推定された前記ビードサイズの前記新たな溶着ビードを前記凹部に形成する（１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、形状検出センサにより検出された凹部の周囲の形状から、ビードサイズを推定するため、既に形成された溶着ビードの形状に適切なビードサイズが得られる。

【0056】

（６） 前記積層造形物の形状データを入力する工程と、
前記形状データに基づいて、前記積層造形物の造形手順を表す前記溶着ビードの積層モデルを生成する工程と、
前記積層モデルから前記凹部を抽出する工程と、
前記凹部に形成される溶着ビードの前記凹部が埋まるビードサイズを推定し、当該溶着ビードを前記推定したビードサイズにして前記積層モデルを再生成する工程と、
を有し、
前記ビード形成工程は、再生成された前記積層モデルに基づいて前記溶着ビードを形成する（１）〜（４）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、積層モデルから解析的にビードサイズを求めるため、溶着ビードの形成を予め決定したバッチ処理で行え、ロボット制御等が簡単に行える。

【0057】

（７） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを互いに隣接させて溶接ビード層を形成し、該形成された溶着ビード層に次層の溶着ビード層を繰り返し積層して造形する積層造形物の製造装置であって、
前記溶加材を支持して該溶加材の先端を溶融させるトーチと、
前記トーチの姿勢と位置を変更するトーチ移動機構と、
（１）〜（６）のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法に基づいて前記溶着ビードを形成させる制御部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、既に形成された少なくとも３つの溶着ビードにより形成される凹部における、隣接するビード間の特に狭窄された部位が、新たな溶着ビードによって確実に埋められる。これにより、次に溶着ビードを形成する際に、未溶着部が生じることを防止でき、積層造形物の品質を向上できる。

【0058】

（８） 前記トーチ移動機構は、多軸ロボットである（７）に記載の積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、多軸ロボットによりトーチを任意の方向に向けることができ、溶着ビードの形成自由度が向上する。

【符号の説明】

【0059】

１１ 積層造形装置
１３ 造形コントローラ
１７ トーチ
１９ 溶接ロボット（多軸ロボット）
２３ 形状検出センサ
３７ 制御部
４３ 凹部検出部
４５ トーチ姿勢設定部
４７ ビードサイズ変更部
５３，５４，５４Ａ 溶着ビード
５５，５６ 溶着ビード層
５７，５７Ａ，６７ 狭隘部
６１ 積層モデル
６６ 凹部
１００ 積層造形物の製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】