(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】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】積層造形物の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20221213BHJP
B23K 9/032 20060101ALI20221213BHJP
B23K 10/02 20060101ALI20221213BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20221213BHJP
B23K 26/342 20140101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B23K9/032 Z
B23K10/02 501Z
B23K26/21 Z
B23K26/342
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019122250
(22)【出願日】2019-06-28
(65)【公開番号】P2021007960
(43)【公開日】2021-01-28
【審査請求日】2021-10-26
(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】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 伸志
(72)【発明者】
【氏名】山田 岳史
(72)【発明者】
【氏名】飛田 正俊
(72)【発明者】
【氏名】藤井 達也
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１８３８１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１９４１１３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－０３３７１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／０４
Ｂ２３Ｋ ９／０３２
Ｂ２３Ｋ １０／０２
Ｂ２３Ｋ ２６／２１
Ｂ２３Ｋ ２６／３４
(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、次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部における隙間の幅及び深さを推定し、推定した隙間の幅及び深さに基づいて、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する要溶融位置を特定する溶融位置特定工程と、
次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層の前記境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形する開先部造形工程と、
前記開先部に、前記高溶融溶着ビードを形成する高溶融溶着ビード形成工程と、
を含み、
前記溶融位置特定工程で特定した要溶融位置に対して、前記開先部造形工程及び前記高溶融溶着ビード形成工程を行う、
積層造形物の製造方法。
【請求項2】
前記高溶融溶着ビード形成工程において、溶着ビードの形成箇所へレーザを照射し、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項3】
前記高溶融溶着ビード形成工程において、溶着ビードの形成箇所へプラズマ溶接を実施し、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項4】
前記高溶融溶着ビード形成工程において、高い電流値でアークを生じさせて溶着ビードを形成することにより、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項5】
前記高溶融溶着ビード形成工程において、トーチをウィービングさせてアークを繰り返し照射して溶着ビードを形成することにより、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項6】
前記積層造形物の形状データを用いて、前記溶着ビードの積層手順及び形状の軌道計画を作成する軌道計画作成工程をさらに含み、前記開先部造形工程において、前記軌道計画を補正して溶着ビードを形成することにより、次層の溶着ビード層を構成する溶着ビード間に前記開先部となる隙間をあける、請求項１～５のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザや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て造形物を造形する。
【0003】
溶着ビードを形成する技術に関して、特許文献１には、アーク溶接の溶接開先隙間を検出し、検出した開先隙間に応じた振幅を選択してウィービングを行う制御方法が記載されている。また、特許文献２には、視覚センサで検出される開先底部のギャップ幅の増加に応じて、平均溶接電流を階段状に減少させ、同時に、溶接速度を減少させるとともにウィービング幅を増加させることが記載されている。さらに、特許文献３には、アーク溶接の下流でエネルギービームを照射するシステムにおいて、溶接パッドル及び溶接パッドルによって形成される溶接ビードの少なくとも一方の表面における孔隙率を検出し、検出される孔隙率に応答してエネルギービームの動作を変更することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開昭６３－７２４８０号公報
【文献】特許第４５００４８９号公報
【文献】特開２０１４－５３１３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、複数の溶着ビードを並べた溶着ビード層の上に、さらに溶着ビード層を積層して積層造形物を造形する場合、各溶着ビード層における隣接する溶着ビード同士の狭隘な境界部に未溶着部が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やクラック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。
【0006】
この隣接する溶着ビードの境界部における未溶着部の発生のおそれは、特許文献１，２のように、アーク溶接の溶接開先隙間や開先底部のギャップ幅を検出してウィービングを制御したり、エネルギービームの動作を変更するだけでは、確実になくすことが困難である。
【0007】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、隣接する溶着ビード同士の境界部における未溶着部の発生を抑え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。
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、
次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形する開先部造形工程と、
前記開先部に、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する高溶融溶着ビード形成工程と、を含む、積層造形物の製造方法。
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、
次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形する開先部造形工程と、
前記開先部に、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する高溶融溶着ビード形成工程と、を含む、積層造形物の製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、隣接する溶着ビード同士の境界部における未溶着部の発生を抑え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】積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。
【図2A】積層造形物の製造手順を示す製造途中の積層造形物の概略断面図である。
【図2B】積層造形物の製造手順を示す製造途中の積層造形物の概略断面図である。
【図3A】本発明の積層造形物の製造方法における溶融位置判定工程を説明する製造途中の積層造形物の概略平面図である。
【図3B】本発明の積層造形物の製造方法における開先部造形工程を説明する製造途中の積層造形物の概略平面図である。
【図3C】本発明の積層造形物の製造方法における高溶融溶着ビード形成工程を説明する製造途中の積層造形物の概略平面図である。
【図3D】本発明の積層造形物の製造方法における溶着ビードの形成工程を説明する製造途中の積層造形物の概略平面図である。
【図5】本発明の積層造形物の製造方法における高溶融溶着ビード形成工程を説明する製造途中の積層造形物の概略断面図である。
【図6】他の高溶融溶着ビード形成工程を説明する製造途中の積層造形物の概略断面図である。
【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の製造に用いる製造システムの構成図である。
本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
図１は本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。
本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
【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。この溶接ロボット１９の先端軸には、トーチ１７とともに、レーザ照射器２３及び検出センサ２５が設けられている。
【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Ｂが形成される。
【0016】
レーザ照射器２３は、レーザ発振器から発振されたレーザを集光光学系で集光させて照射するもので、レーザとしては、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザが用いられる。検出センサ２５は、造形途中の積層造形物Ｗの形状を計測するセンサである。この検出センサ２５としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサが用いられる。
【0017】
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。
【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Ｂ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、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１７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Ｂ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Ｗ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システム１００では、制御部３７に、造形する積層造形物Ｗの形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力すると、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Ｗの造形手順を表す溶着ビードＢの積層モデルを生成する。
【0023】
この積層モデルは、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、溶着ビードＢの積層手順及び形状等の計画である軌道計画を求め、この軌道計画に基づいて、トーチ１７の軌道（移動軌跡）を求める。そして、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、求めたトーチ１７の軌道、溶着ビードＢの軌道計画に基づいて、駆動プログラムを生成する。
【0024】
制御部３７は、駆動プログラムに従って、図２Ａに示すように、トーチ１７の先端から突出する溶加材ＭをアークＡｃによって溶融させてベースプレート５１上に線状の溶着ビードＢを形成する。そして、ベースプレート５１上に複数の溶着ビードＢを互いに隣接させて形成して第１層目の溶着ビード層５３を造形する。
【0025】
次いで、制御部３７は、図２Ｂに示すように、第１層目の溶着ビード層５３の上に、複数の溶着ビードＢを互いに隣接させて形成し、次層である第２層目の溶着ビード層５３を積層させる。そして、この溶着ビード層５３の積層を繰り返すことで、積層造形物Ｗを造形する。
【0026】
ところで、溶着ビードＢを互いに隣接させて溶着ビード層５３を造形する場合、各溶着ビード層５３における隣接する溶着ビードＢ同士の狭隘な境界部に未溶着部が生じるおそれがある。その結果、完成した積層造形物Ｗにブローホールやクラック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。
【0027】
本実施形態では、隣接する溶着ビードＢ同士の狭隘な境界部における未溶着部の発生を抑えつつ積層造形物Ｗを製造する。以下、本実施形態に係る積層造形物Ｗの製造方法について詳述する。
【0028】
図３Ａ～図３Ｄは、積層造形物の製造手順を示す製造途中の積層造形物の概略平面図である。図４Ａ～図４Ｄは、積層造形物の製造手順を示す製造途中の積層造形物の幅方向に沿う概略断面図である。図５は、高溶融溶着ビード形成工程を説明する製造途中の積層造形物の溶接方向に沿う概略断面図である。
【0029】
（溶融位置特定工程）
図３Ａ及び図４Ａに示すように、ベースプレート５１上に第１層目の溶着ビード層５３を造形したら、この第１層目の溶着ビード層５３に対して、検出センサ２５からの検出データに基づいて、隣接する溶着ビードＢの境界部５５における隙間の幅及び深さを推定する。例えば、制御部３７は、レーザセンサからなる検出センサ２５からの高さデータを用いて光切断法によって境界部５５の幅及び深さを推定する。
図３Ａ及び図４Ａに示すように、ベースプレート５１上に第１層目の溶着ビード層５３を造形したら、この第１層目の溶着ビード層５３に対して、検出センサ２５からの検出データに基づいて、隣接する溶着ビードＢの境界部５５における隙間の幅及び深さを推定する。例えば、制御部３７は、レーザセンサからなる検出センサ２５からの高さデータを用いて光切断法によって境界部５５の幅及び深さを推定する。
【0030】
制御部３７は、境界部５５における推定した隙間の幅及び深さが予め設定された閾値を越えているか否かを判定する。なお、判定に用いる閾値は、隣接する溶着ビードＢの境界部５５における隙間の幅及び深さが大きいために未溶着部が生じるおそれがある値であり、予め設定されて記憶部３５に記憶されている。そして、制御部３７は、隣接する溶着ビードＢの境界部５５における隙間の幅及び深さが予め設定された閾値を越えていると判定すると、その位置である要溶融位置Ｐを特定する。
【0031】
（開先部造形工程）
要溶融位置Ｐを特定したら、制御部３７は、積層造形物Ｗの形状データを用いて作成した軌道計画を補正する。そして、制御部３７は、補正した軌道計画に基づいて、第１層目の溶着ビード層５３の上部に溶着ビードＢを形成する。
要溶融位置Ｐを特定したら、制御部３７は、積層造形物Ｗの形状データを用いて作成した軌道計画を補正する。そして、制御部３７は、補正した軌道計画に基づいて、第１層目の溶着ビード層５３の上部に溶着ビードＢを形成する。
【0032】
これにより、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、第１層目の溶着ビード層５３における隣接する溶着ビードＢの要溶融位置Ｐを有する境界部５５を挟んだ両側に、補正した軌道計画に基づく溶着ビードＢを形成し、この境界部５５の上部に、第２層目の溶着ビード層５３を構成する溶着ビードＢによって開先部５７を造形する。
【0033】
この開先部５７を造形するための補正した軌道計画によって形成する溶着ビードＢは、例えば、作成した軌道計画における溶着ビードＢよりも幅が狭くされたもので、さらに、互いに軌道（移動軌跡）が離間する方向へずらされて形成される。なお、開先部５７を造形する場合、溶着ビードＢを、幅を変えずに軌道（移動軌跡）を互いに離間する方向へずらして開先部５７を造形してもよい。
【0034】
（高溶融溶着ビード形成工程）
開先部５７を造形したら、図３Ｃ及び図４Ｃに示すように、開先部５７に高溶融溶着ビードＢＨを形成する。この高溶融溶着ビードＢＨは、通常の溶着ビードＢよりも下地に対して溶け込み深さが深い溶着ビードである。
開先部５７を造形したら、図３Ｃ及び図４Ｃに示すように、開先部５７に高溶融溶着ビードＢＨを形成する。この高溶融溶着ビードＢＨは、通常の溶着ビードＢよりも下地に対して溶け込み深さが深い溶着ビードである。
【0035】
この高溶融溶着ビードＢＨを形成するには、図５に示すように、開先部５７へレーザ照射器２３によってレーザＬを照射し、このレーザＬの照射箇所にトーチ１７の先端から突出する溶加材ＭをアークＡｃによって溶融させる。すると、この開先部５７では、エネルギー密度が低いアークＡｃによる溶着ビードの形成箇所にエネルギー密度が高いレーザＬが予め照射されることで、溶着ビードの形成箇所への入熱量が補われる。つまり、開先部５７内の境界部５５がレーザＬによって溶融され、さらに、その溶融部分にアークＡＣによって溶着ビードが埋め込まれ、これにより、下地への溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードＢＨが形成される。そして、この高溶融溶着ビードＢＨを開先部５７に形成することで、前層である第１層目の溶着ビード層５３における隣接する溶着ビードＢの境界部５５では、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードＢＨによって再溶融される。これにより、境界部５５における隙間が除去される。なお、開先部５７に対しては、トーチ１７によって形成した溶着ビードＢにレーザＬを照射してもよい。このようにすると、開先部５７に形成された溶着ビードＢがレーザＬによって境界部５５に押し込まれ、これにより、下地への溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードＢＨが形成される。
【0036】
図３Ｄ及び図４Ｄに示すように、第１層目の溶着ビード層５３において、要溶融位置Ｐの特定がない境界部５５の上部には、軌道計画に基づいた溶着ビードＢを形成する。これにより、第１層目の溶着ビード層５３の上部に、高溶融溶着ビードＢＨを含む溶着ビードＢによって造形された第２層目の溶着ビード層５３が積層される。
【0037】
なお、開先部５７を造形して高溶融溶着ビードＢＨを形成する場合、高溶融溶着ビードＢＨを新たな溶着ビードの要素として積層造形物Ｗを造形するための軌道計画に追加する。
【0038】
以上、説明したように、上記の製造方法によれば、前層の溶着ビード層５３における隣接する溶着ビードＢの境界部５５に溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードＢＨを形成する。これにより、溶着ビードＢの境界部５５を高溶融溶着ビードＢＨで再度溶融させて未溶着をなくすことができ、ブローホールやクラック等の溶接欠陥がなく、所望の機械的強度が得られた高品質な積層造形物Ｗを製造することができる。
【0039】
また、前層の溶着ビード層５３における隣接する溶着ビードＢの境界部５５を挟んだ両側に溶着ビードＢを形成して開先部５７を造形しておくので、高溶融溶着ビードＢＨを形成する際に生じる溶融金属を堰き止めて周囲への広がりや流れ出しを抑えることができる。これにより、前層の溶着ビード層５３の溶着ビードＢの境界部５５に高溶融溶着ビードＢＨを円滑に形成することができる。
【0040】
しかも、境界部５５における隙間の幅及び深さに基づいて高溶融溶着ビードＢＨの形成が必要な要溶融位置Ｐを特定し、この要溶融位置Ｐに開先部５７を造形して高溶融溶着ビードＢＨを形成する。これにより、高溶融溶着ビードＢＨの形成を必要最小限に抑えることができ、高い製造効率で高品質な積層造形物Ｗを製造することができる。
【0041】
また、高溶融溶着ビード形成工程では、溶着ビードの形成箇所へレーザＬを照射し、溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードＢＨとするので、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードＢＨを容易に形成することができる。
【0042】
また、溶着ビードＢの積層手順及び形状の軌道計画を補正して開先部５７を形成するので、開先部５７を形成するための溶着ビードＢの軌道計画を改めて作成する手間を不要にできる。これにより、高品質な積層造形物Ｗを効率よく製造することができる。
【0043】
なお、上記の例では、レーザＬを照射して溶着ビードの溶け込み深さを深くして高溶融溶着ビードＢＨを形成したが、高溶融溶着ビードＢＨの形成の仕方としては、レーザＬの併用に限らず、例えばプラズマ溶接を利用してもよい。プラズマ溶接であれば、アークがノズルや冷却ガスによって収束されるので深い溶け込みを実現しやすい。
【0044】
例えば、トーチ１７で照射するアークＡｃを高い電流値で生じさせることにより、開先部５７に集中的にアークＡｃを照射させて溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードＢＨを形成してもよい。
【0045】
また、図６に示すように、開先部５７において、トーチ１７を溶接方向に沿ってウィービング（図６中矢印Ｘ方向へ往復移動）させることにより、アークＡｃを繰り返し照射して溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードＢＨを形成してもよい。
【0046】
なお、隣接する溶着ビードＢの境界部５５の形状を検出する検出センサとしては、送信探触子から伝搬させた超音波を受信探触子で受信して回析波を検出する超音波センサ等の各種公知のセンサが使用可能である。例えば、超音波センサを用いた場合、制御部３７は、超音波センサからの回析波を用いてＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法によって境界部５５の形状を推定する。
【0047】
また、上記の例では、前層の溶着ビード層５３の要溶融位置Ｐを有する溶着ビードＢの境界部５５に全長にわたって高溶融溶着ビードＢＨを形成したが、高溶融溶着ビードＢＨは、要溶融位置Ｐ及びその周辺だけに形成してもよい。
【0048】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0049】
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、
次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形する開先部造形工程と、
前記開先部に、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する高溶融溶着ビード形成工程と、を含む、積層造形物の製造方法。
上記（１）の構成の積層造形物の製造方法によれば、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部に溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する。これにより、溶着ビードの境界部を高溶融溶着ビードで再度溶融させて未溶着をなくすことができ、ブローホールやクラック等の溶接欠陥がなく、所望の機械的強度が得られた高品質な積層造形物を製造することができる。
また、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形しておくので、高溶融溶着ビードを形成する際に生じる溶融金属を堰き止めて周囲への広がりや流れ出しを抑えることができる。これにより、前層の溶着ビード層の溶着ビードの境界部に高溶融溶着ビードを円滑に形成することができる。
（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、
次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形する開先部造形工程と、
前記開先部に、溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する高溶融溶着ビード形成工程と、を含む、積層造形物の製造方法。
上記（１）の構成の積層造形物の製造方法によれば、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部に溶け込み深さが深い高溶融溶着ビードを形成する。これにより、溶着ビードの境界部を高溶融溶着ビードで再度溶融させて未溶着をなくすことができ、ブローホールやクラック等の溶接欠陥がなく、所望の機械的強度が得られた高品質な積層造形物を製造することができる。
また、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部を挟んだ両側に溶着ビードを形成して開先部を造形しておくので、高溶融溶着ビードを形成する際に生じる溶融金属を堰き止めて周囲への広がりや流れ出しを抑えることができる。これにより、前層の溶着ビード層の溶着ビードの境界部に高溶融溶着ビードを円滑に形成することができる。
【0050】
（２） 次層の溶着ビード層を造形する際に、前層の溶着ビード層の前記境界部における隙間の幅及び深さを推定し、推定した隙間の幅及び深さに基づいて、前記高溶融溶着ビードを形成する要溶融位置を特定する溶融位置特定工程を含み、
前記溶融位置特定工程で特定した要溶融位置に対して、前記開先部造形工程及び前記高溶融溶着ビード形成工程を行う、（１）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（２）の構成の積層造形物の製造方法によれば、境界部における隙間の幅及び深さに基づいて高溶融溶着ビードの形成が必要な要溶融位置を特定し、この要溶融位置に開先部を造形して高溶融溶着ビードを形成する。これにより、高溶融溶着ビードの形成を必要最小限に抑えることができ、高い製造効率で高品質な積層造形物を製造することができる。
前記溶融位置特定工程で特定した要溶融位置に対して、前記開先部造形工程及び前記高溶融溶着ビード形成工程を行う、（１）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（２）の構成の積層造形物の製造方法によれば、境界部における隙間の幅及び深さに基づいて高溶融溶着ビードの形成が必要な要溶融位置を特定し、この要溶融位置に開先部を造形して高溶融溶着ビードを形成する。これにより、高溶融溶着ビードの形成を必要最小限に抑えることができ、高い製造効率で高品質な積層造形物を製造することができる。
【0051】
（３） 前記高溶融溶着ビード形成工程において、溶着ビードの形成箇所へレーザを照射し、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、（１）または（２）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（３）の構成の積層造形物の製造方法によれば、溶着ビードの形成箇所へレーザを照射して溶着ビードを形成することにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
上記（３）の構成の積層造形物の製造方法によれば、溶着ビードの形成箇所へレーザを照射して溶着ビードを形成することにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
【0052】
（４） 前記高溶融溶着ビード形成工程において、溶着ビードの形成箇所へプラズマ溶接を実施し、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、（１）または（２）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（４）の構成の積層造形物の製造方法によれば、アークがノズルや冷却ガスによって収束されるので、深い溶け込みを実現しやすくなる。
上記（４）の構成の積層造形物の製造方法によれば、アークがノズルや冷却ガスによって収束されるので、深い溶け込みを実現しやすくなる。
【0053】
（５） 前記高溶融溶着ビード形成工程において、高い電流値でアークを生じさせて溶着ビードを形成することにより、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、（１）または（２）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（５）の構成の積層造形物の製造方法によれば、高い電流値でアークを溶着ビードの形成箇所へ集中的に照射させることにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
上記（５）の構成の積層造形物の製造方法によれば、高い電流値でアークを溶着ビードの形成箇所へ集中的に照射させることにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
【0054】
（６） 前記高溶融溶着ビード形成工程において、トーチをウィービングさせてアークを繰り返し照射して溶着ビードを形成することにより、前記溶着ビードを溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードとする、（１）または（２）に記載の積層造形物の製造方法。
上記（６）の構成の積層造形物の製造方法によれば、トーチをウィービングさせてアークを繰り返し照射することにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
上記（６）の構成の積層造形物の製造方法によれば、トーチをウィービングさせてアークを繰り返し照射することにより、溶け込み深さの深い高溶融溶着ビードを容易に形成することができる。
【0055】
（７） 前記積層造形物の形状データを用いて、前記溶着ビードの積層手順及び形状の軌道計画を作成する軌道計画作成工程をさらに含み、
前記開先部造形工程において、前記軌道計画を補正して溶着ビードを形成することにより、次層の溶着ビード層を構成する溶着ビード間に前記開先部となる隙間をあける、（１）～（６）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
上記（７）の構成の積層造形物の製造方法によれば、次層の溶着ビード層を造形する際に、軌道計画を補正して溶着ビードの幅寸法を小さくしたり、溶着ビードを形成するトーチの移動経路をずらすことにより、溶着ビード間に隙間をあける。これにより、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部の上部に、隙間をあけて形成された次層の溶着ビードによって開先部を形成することができる。このように、溶着ビードの積層手順及び形状の軌道計画を補正して開先部を形成するので、開先部を形成するための溶着ビードの軌道計画を改めて作成する手間を不要にできる。これにより、高品質な積層造形物を効率よく製造することができる。
前記開先部造形工程において、前記軌道計画を補正して溶着ビードを形成することにより、次層の溶着ビード層を構成する溶着ビード間に前記開先部となる隙間をあける、（１）～（６）のいずれか一つに記載の積層造形物の製造方法。
上記（７）の構成の積層造形物の製造方法によれば、次層の溶着ビード層を造形する際に、軌道計画を補正して溶着ビードの幅寸法を小さくしたり、溶着ビードを形成するトーチの移動経路をずらすことにより、溶着ビード間に隙間をあける。これにより、前層の溶着ビード層における隣接する溶着ビードの境界部の上部に、隙間をあけて形成された次層の溶着ビードによって開先部を形成することができる。このように、溶着ビードの積層手順及び形状の軌道計画を補正して開先部を形成するので、開先部を形成するための溶着ビードの軌道計画を改めて作成する手間を不要にできる。これにより、高品質な積層造形物を効率よく製造することができる。
【符号の説明】
【0056】
５３ 溶着ビード層
５５ 境界部
５７ 開先部
Ａｃ アーク
Ｂ 溶着ビード
ＢＨ 高溶融溶着ビード
Ｐ 要溶融位置
Ｌ レーザ
Ｍ 溶加材
Ｗ 積層造形物
５５ 境界部
５７ 開先部
Ａｃ アーク
Ｂ 溶着ビード
ＢＨ 高溶融溶着ビード
Ｐ 要溶融位置
Ｌ レーザ
Ｍ 溶加材
Ｗ 積層造形物
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】