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(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】2024-05-20
(45)【発行日】2024-05-28
(54)【発明の名称】積層造形方法及び積層造形装置
(51)【国際特許分類】
B23P 23/04 20060101AFI20240521BHJP
B23P 13/00 20060101ALI20240521BHJP
B23C 3/13 20060101ALI20240521BHJP
B23K 20/12 20060101ALI20240521BHJP
B23Q 3/06 20060101ALI20240521BHJP
B23Q 3/155 20060101ALI20240521BHJP
B23Q 7/04 20060101ALI20240521BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240521BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240521BHJP
B29C 64/245 20170101ALI20240521BHJP
B29C 64/321 20170101ALI20240521BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20240521BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20240521BHJP
B29C 64/147 20170101ALI20240521BHJP
【ＦＩ】
B23P23/04
B23P13/00
B23C3/13
B23K20/12 310
B23Q3/06 302C
B23Q3/155 Z
B23Q7/04 K
B33Y10/00
B33Y30/00
B29C64/245
B29C64/321
B29C64/393
B33Y50/02
B29C64/147
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020056402
(22)【出願日】2020-03-26
(65)【公開番号】P2021154576
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-12-14
(73)【特許権者】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(73)【特許権者】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】青山 光太
(72)【発明者】
【氏名】早坂 健宏
(72)【発明者】
【氏名】社本 英二
(72)【発明者】
【氏名】山本 誠栄
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－１２３１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－０５７６４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－００１４３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２３０２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－３０１１４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４４５１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｐ ２３／０４
Ｂ２３Ｐ １３／００
Ｂ２３Ｃ ３／００、１３
Ｂ２３Ｋ ２０／１２
Ｂ２３Ｑ ７／００、０４
Ｂ２３Ｑ ３／０６、１５５
Ｂ２９Ｃ ６４／１４７
Ｂ２９Ｃ ６４／２４５
Ｂ２９Ｃ ６４／３２１
Ｂ２９Ｃ ６４／３９３
Ｂ３３Ｙ １０／００
Ｂ３３Ｙ ３０／００
Ｂ３３Ｙ ５０／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる第１工程と、前記第１工程で搬送された前記金属板材を、前記被接合体に接合して積層接合体を形成する第２工程と、
前記積層接合体を加工する第３工程と、
の各工程を、同一の運動機構を用いて実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法であって、
前記運動機構を、前記第１工程において前記金属板材を搬送するための搬送工具と、前記第２工程において前記金属板材を接合するための接合工具と、前記第３工程において前記積層接合体を加工するための加工工具とをそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構として、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記第１工程乃至前記第３工程を実行する一方、
前記搬送工具を、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなるものとして、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送することを特徴とする積層造形方法。
【請求項2】
所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる搬送手段と、前記加工位置に搬送された前記金属板材を前記被接合体に接合して積層接合体を形成する接合手段と、
前記積層接合体を加工する加工手段とを含み、
前記搬送手段と前記接合手段と前記加工手段とを同一の運動機構で動作させて、
前記搬送手段による前記金属板材の搬送と、前記接合手段による前記金属板材の接合と、前記加工手段による前記積層接合体の加工とを実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形装置であって、
前記運動機構は、前記搬送手段に用いられる搬送工具と、前記接合手段に用いられる接合工具と、前記加工手段に用いられる加工工具と、をそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構であり、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記金属板材の搬送と前記金属板材の接合と前記積層接合体の加工とを実行する一方、
前記搬送工具は、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなり、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送可能となることを特徴とする積層造形装置。
【請求項3】
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具とをストックする工具ストッカーをさらに備え、前記３軸送り機構は、前記工具ストッカーとの間で、前記搬送工具と、前記接合工具と、前記加工工具とを交換して各手段を実行することを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項4】
前記ストック位置と前記加工位置とは、同じテーブル上に設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の積層造形装置。
【請求項5】
前記加工位置には、上下方向に昇降動作して前記金属板材をクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置が設けられ、前記クランプ装置は、前記積層接合体の高さの情報に基づいて昇降動作することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の積層造形装置。
【請求項6】
前記加工位置上には、前記被接合体を載置するベースが配置され、前記ベースは、その上面高さを調整可能に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、金属板材の積層及び加工を一層又は複数層ごとに繰り返して、所望の積層構造物を造形する積層造形方法及び積層造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ：以下「ＦＳＷ」と略称する）技術を使用した金属板材を積層する工程と、積層した金属板材を所望の断面形状に加工する工程とを繰り返し実行することで、所望の全体形状をもつ積層構造物を形成する積層造形方法として、特許文献１に積層造形方法および積層造形装置が開示されている。
この先行技術を自動化するためには、素材である金属板材を積層接合体上に配置する供給装置および、ＦＳＷおよび切削加工時に発生する加工力に対して積層構造物の固定機構が必要となる。素材の供給装置としては、ロボットアームによる搬送や、板金搬送に用いられるシートフィーダなどの搬送装置が良く知られている。また、積層構造物の固定機構としては、油圧や空圧を用いた種々のクランプ装置が良く知られている。
この先行技術を自動化するためには、素材である金属板材を積層接合体上に配置する供給装置および、ＦＳＷおよび切削加工時に発生する加工力に対して積層構造物の固定機構が必要となる。素材の供給装置としては、ロボットアームによる搬送や、板金搬送に用いられるシートフィーダなどの搬送装置が良く知られている。また、積層構造物の固定機構としては、油圧や空圧を用いた種々のクランプ装置が良く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６５８７０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、一般的な搬送装置の場合、マシニングセンタなどの積層造形装置の制御機構とは独立した制御機構を有しており、自動化するためには、搬送装置を制御するためのインターフェイスが必要となり高価となるという課題がある。また、搬送装置の可動範囲や金属板材置き場が必要となり、機械設置面積が増大するという課題もある。
一方、クランプ装置は、所望の大きさの部品を強力にクランプする目的で設計されたものが一般的であるため、高さが増大していく積層造形では、クランプ可能なワーク高さがクランプ装置のストローク範囲に制限されるという課題がある。
一方、クランプ装置は、所望の大きさの部品を強力にクランプする目的で設計されたものが一般的であるため、高さが増大していく積層造形では、クランプ可能なワーク高さがクランプ装置のストローク範囲に制限されるという課題がある。
【0005】
そこで、本開示は、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、金属板材の搬送及び配置を自動化できる積層造形方法及び積層造形装置を提供することを目的としたものである。
また、本開示は、積層造形による金属板材の高さの増大にも対応できる積層造形方法及び積層造形装置を提供することも他の目的としたものである。
また、本開示は、積層造形による金属板材の高さの増大にも対応できる積層造形方法及び積層造形装置を提供することも他の目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、第１の発明は、所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる第１工程と、
前記第１工程で搬送された前記金属板材を、前記被接合体に接合して積層接合体を形成する第２工程と、
前記積層接合体を加工する第３工程と、
の各工程を、同一の運動機構を用いて実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法であって、
前記運動機構を、前記第１工程において前記金属板材を搬送するための搬送工具と、前記第２工程において前記金属板材を接合するための接合工具と、前記第３工程において前記積層接合体を加工するための加工工具とをそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構として、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記第１工程乃至前記第３工程を実行する一方、
前記搬送工具を、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなるものとして、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送することを特徴とする。
上記目的を達成するために、第２の発明は、所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる搬送手段と、
前記加工位置に搬送された前記金属板材同士を接合して積層接合体を形成する接合手段と、
前記積層接合体を加工する加工手段とを含み、
前記搬送手段と前記接合手段と前記加工手段とを同一の運動機構で動作させて、
前記搬送手段による前記金属板材の搬送と、前記接合手段による前記金属板材の接合と、前記加工手段による前記積層接合体の加工とを実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形装置であって、
前記運動機構は、前記搬送手段に用いられる搬送工具と、前記接合手段に用いられる接合工具と、前記加工手段に用いられる加工工具と、をそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構であり、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記金属板材の搬送と前記金属板材の接合と前記積層接合体の加工とを実行する一方、
前記搬送工具は、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなり、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送可能となることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具とをストックする工具ストッカーをさらに備え、
前記３軸送り機構は、前記工具ストッカーとの間で、前記搬送工具と、前記接合工具と、前記加工工具とを交換して各手段を実行することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記ストック位置と前記加工位置とは、同じテーブル上に設定されることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置には、上下方向に昇降動作して前記金属板材をクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置が設けられ、
前記クランプ装置は、前記積層接合体の高さの情報に基づいて昇降動作することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置上には、前記被接合体を載置するベースが配置され、前記ベースは、その上面高さを調整可能に設けられていることを特徴とする。
前記第１工程で搬送された前記金属板材を、前記被接合体に接合して積層接合体を形成する第２工程と、
前記積層接合体を加工する第３工程と、
の各工程を、同一の運動機構を用いて実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法であって、
前記運動機構を、前記第１工程において前記金属板材を搬送するための搬送工具と、前記第２工程において前記金属板材を接合するための接合工具と、前記第３工程において前記積層接合体を加工するための加工工具とをそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構として、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記第１工程乃至前記第３工程を実行する一方、
前記搬送工具を、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなるものとして、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送することを特徴とする。
上記目的を達成するために、第２の発明は、所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる搬送手段と、
前記加工位置に搬送された前記金属板材同士を接合して積層接合体を形成する接合手段と、
前記積層接合体を加工する加工手段とを含み、
前記搬送手段と前記接合手段と前記加工手段とを同一の運動機構で動作させて、
前記搬送手段による前記金属板材の搬送と、前記接合手段による前記金属板材の接合と、前記加工手段による前記積層接合体の加工とを実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形装置であって、
前記運動機構は、前記搬送手段に用いられる搬送工具と、前記接合手段に用いられる接合工具と、前記加工手段に用いられる加工工具と、をそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構であり、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記金属板材の搬送と前記金属板材の接合と前記積層接合体の加工とを実行する一方、
前記搬送工具は、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなり、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送可能となることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具とをストックする工具ストッカーをさらに備え、
前記３軸送り機構は、前記工具ストッカーとの間で、前記搬送工具と、前記接合工具と、前記加工工具とを交換して各手段を実行することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記ストック位置と前記加工位置とは、同じテーブル上に設定されることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置には、上下方向に昇降動作して前記金属板材をクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置が設けられ、
前記クランプ装置は、前記積層接合体の高さの情報に基づいて昇降動作することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置上には、前記被接合体を載置するベースが配置され、前記ベースは、その上面高さを調整可能に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、金属板材の搬送装置を独立して設ける必要がなくなる。よって、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、金属板材の搬送及び配置を自動化することができる。
また、クランプ装置に係る本開示によれば、金属板材を積み重ねて積層接合体の高さが変わっても確実にクランプ可能となり、積層造形によるワーク高さの増大にも対応できる。
また、クランプ装置に係る本開示によれば、金属板材を積み重ねて積層接合体の高さが変わっても確実にクランプ可能となり、積層造形によるワーク高さの増大にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】積層造形装置の概略図である。
【図2】搬送工具の説明図である。
【図3】テーブルの詳細を示す斜視図である。
【図4】積層造形方法のフローチャートである。
【図5】（Ａ）はストックエリアからワークを取り出す状態、（Ｂ）は加工エリアへワークを搬送した状態をそれぞれ示す概略図である。
【図6】（Ａ）はＦＳＷを行う状態、（Ｂ）は切削加工を行う状態をそれぞれ示す概略図である。
【図7】（Ａ）はベースブロックを代えた状態、（Ｂ）はクランプ装置をかさ上げした状態をそれぞれ示す概略図である。
【図8】積層造形方法の変更例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、積層造形装置の一例を示す概略図である。積層造形装置１は、例えば立形マシニングセンタ等の工作機械を含んで構成される。積層造形装置１は、ベッド２上に立設したコラム３に、回転駆動する主軸５を下向きに備えた主軸頭４を有している。主軸頭４は、Ｚ軸によって上下方向の運動が可能である。ベッド２上には、テーブル６が備えられている。テーブル６は、Ｚ軸に直交するＸ・Ｙ軸により水平２軸方向の運動が可能である。各軸は、図示しない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動されて３軸送り機構を形成している。この３軸送り機構により、テーブル６に対する主軸頭４の相対的な位置が制御される。
図１は、積層造形装置の一例を示す概略図である。積層造形装置１は、例えば立形マシニングセンタ等の工作機械を含んで構成される。積層造形装置１は、ベッド２上に立設したコラム３に、回転駆動する主軸５を下向きに備えた主軸頭４を有している。主軸頭４は、Ｚ軸によって上下方向の運動が可能である。ベッド２上には、テーブル６が備えられている。テーブル６は、Ｚ軸に直交するＸ・Ｙ軸により水平２軸方向の運動が可能である。各軸は、図示しない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動されて３軸送り機構を形成している。この３軸送り機構により、テーブル６に対する主軸頭４の相対的な位置が制御される。
【0010】
また、積層造形装置１は、工具ストッカー７を備えている。工具ストッカー７には、ＦＳＷ工具８と、切削工具９と、金属板材であるワークＷの搬送工具１０とがストックされており、主軸５との間で自動交換可能となっている。
ＦＳＷ工具８は、下端中心にピン（プローブ）８ａを突設させた円柱形状を有している。切削工具９は、工作機械で使用されるエンドミル等が使用される。
搬送工具１０は、吸着式となっている。図２に一例を示す。搬送工具１０は、主軸５に着脱されて内部にエアブロー流路を有するホルダ１１と、ホルダ１１のエアブロー流路に接続されるパイプ１２と、パイプ１２に接続される真空エジェクタ１３と、真空エジェクタ１３に接続される真空パッド１４とを含んでなる。真空エジェクタ１３は、空気供給口１５がパイプ１２に接続され、真空口１６が真空パッド１４に接続される。よって、主軸頭４から供給される圧縮空気をホルダ１１からパイプ１２を介して真空エジェクタ１３に通過させて空気排出口１７から排気させることで、真空パッド１４内に負圧を生じさせてワークＷの表面に吸着可能となる。
ＦＳＷ工具８は、下端中心にピン（プローブ）８ａを突設させた円柱形状を有している。切削工具９は、工作機械で使用されるエンドミル等が使用される。
搬送工具１０は、吸着式となっている。図２に一例を示す。搬送工具１０は、主軸５に着脱されて内部にエアブロー流路を有するホルダ１１と、ホルダ１１のエアブロー流路に接続されるパイプ１２と、パイプ１２に接続される真空エジェクタ１３と、真空エジェクタ１３に接続される真空パッド１４とを含んでなる。真空エジェクタ１３は、空気供給口１５がパイプ１２に接続され、真空口１６が真空パッド１４に接続される。よって、主軸頭４から供給される圧縮空気をホルダ１１からパイプ１２を介して真空エジェクタ１３に通過させて空気排出口１７から排気させることで、真空パッド１４内に負圧を生じさせてワークＷの表面に吸着可能となる。
【0011】
テーブル６上には、図３に示すように、加工エリアＡ１と、ワークＷのストックエリアＡ２とが設けられている。加工エリアＡ１は、テーブル６上に固定されるベースブロック２０と、ベースブロック２０の周囲に配置される複数（ここでは４つ）のクランプ装置２１，２１・・とを備えている。各クランプ装置２１は、上向きに立設されるスリーブ２２内に、クランプ軸２４を上向きに設けたエアシリンダ２３を備えている。クランプ軸２４は、エアシリンダ２３へのエアの供給によって昇降動作する。エアシリンダ２３は、図示しないモータ及び減速機構によって回転動作する。クランプ軸２４の上端には、クランプアーム２５の一端が取り付けられている。クランプアーム２５の他端には、下向きにボルト２６が螺合されている。
ストックエリアＡ２では、上向きに立設された複数の支持ロッド２７，２７・・の内側に、ワークＷ，Ｗ・・を厚み方向に複数積み重ねてストック可能となっている。
ストックエリアＡ２では、上向きに立設された複数の支持ロッド２７，２７・・の内側に、ワークＷ，Ｗ・・を厚み方向に複数積み重ねてストック可能となっている。
【0012】
以上の如く構成された積層造形装置１における積層造形の具体的な動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
加工プログラムを読み込み、加工を開始すると、Ｓ（ＳＴＥＰ）１で、主軸５に搬送工具１０を取り付ける。そして、Ｓ２で、図５（Ａ）に示すように、搬送工具１０をストックエリアＡ２に移動させ、真空パッド１４を最上段のワークＷ１（他のワークＷと区別するため「Ｗ１」と表記する）に吸着させる。このとき各クランプ装置２１は、クランプアーム２５のボルト２６がベースブロック２０の上方から外側へ退避するエアシリンダ２３の回転位置で待機している。
次に、Ｓ３で、吸着したワークＷ１を加工エリアＡ１に搬送し、図５（Ｂ）に示すように、ベースブロック２０に固定されているワークＷの上面に載せる（Ｓ２，Ｓ３：第１工程）。
加工プログラムを読み込み、加工を開始すると、Ｓ（ＳＴＥＰ）１で、主軸５に搬送工具１０を取り付ける。そして、Ｓ２で、図５（Ａ）に示すように、搬送工具１０をストックエリアＡ２に移動させ、真空パッド１４を最上段のワークＷ１（他のワークＷと区別するため「Ｗ１」と表記する）に吸着させる。このとき各クランプ装置２１は、クランプアーム２５のボルト２６がベースブロック２０の上方から外側へ退避するエアシリンダ２３の回転位置で待機している。
次に、Ｓ３で、吸着したワークＷ１を加工エリアＡ１に搬送し、図５（Ｂ）に示すように、ベースブロック２０に固定されているワークＷの上面に載せる（Ｓ２，Ｓ３：第１工程）。
【0013】
次に、Ｓ４で、図５（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１によりワークＷ１をクランプする。このとき、各クランプ装置２１では、クランプ軸２４をストロークの上限まで上昇させた後、クランプアーム２５のボルト２６がワークＷ１の上方となる回転位置へエアシリンダ２３を回転させ、クランプ軸２４を下降させる。これにより、各ボルト２６がワークＷ１の外縁に上方から当接してワークＷ１をクランプする。なお、上昇させる量は、ワークＷ１の厚み分以上であればよく、必ずしもクランプ軸２４をストロークの上限まで上昇させなくてもよい。
クランプ後、搬送工具１０の吸着を解除して加工エリアＡ１から退避させる。
クランプ後、搬送工具１０の吸着を解除して加工エリアＡ１から退避させる。
【0014】
次に、Ｓ５で、搬送工具１０をＦＳＷ工具８と交換し、Ｓ６で、図６（Ａ）に示すように、ＦＳＷ工具８を回転駆動させてＦＳＷを行い、最上段のワークＷ１をワークＷに接合する（第２工程）。これにより、複数のワークＷの積層による積層接合体３０が形成される。
接合が終了すると、Ｓ７で、図６（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１によるワークＷ１のクランプを解除する。すなわち、各クランプ装置２１は、クランプ軸２４を上昇させてクランプアーム２５のボルト２６をワークＷ１から離間させると共に、エアシリンダ２３を回転させてボルト２６をワークＷ１の上方から外側へ退避させる。その後、クランプ軸２４を下降させる。但し、切削加工の邪魔にならなければクランプ軸２４は下降させなくてもよい。
また、クランプの解除は接合の終了時に限らず、接合の途中に行ってもよい。このようにすれば、クランプ装置２１が干渉して接合できない箇所があってもクランプの解除により接合可能となる。
次に、Ｓ８で、ＦＳＷ工具８を切削工具９に交換し、Ｓ９で積層接合体３０の切削加工を行う（第３工程）。
接合が終了すると、Ｓ７で、図６（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１によるワークＷ１のクランプを解除する。すなわち、各クランプ装置２１は、クランプ軸２４を上昇させてクランプアーム２５のボルト２６をワークＷ１から離間させると共に、エアシリンダ２３を回転させてボルト２６をワークＷ１の上方から外側へ退避させる。その後、クランプ軸２４を下降させる。但し、切削加工の邪魔にならなければクランプ軸２４は下降させなくてもよい。
また、クランプの解除は接合の終了時に限らず、接合の途中に行ってもよい。このようにすれば、クランプ装置２１が干渉して接合できない箇所があってもクランプの解除により接合可能となる。
次に、Ｓ８で、ＦＳＷ工具８を切削工具９に交換し、Ｓ９で積層接合体３０の切削加工を行う（第３工程）。
【0015】
切削加工後、Ｓ１０で読み込んだ内容がプログラムエンドであると積層構造物の完成となり、積層造形は終了する。積層構造物が完成していなければ、加工を継続する。具体的にはＳ１に戻り搬送工具への交換からＳ１２の切削加工までの動作を繰り返すことにより積層造形を完成させる。
このとき、読み込まれる指令には、加工の一時停止とオペレータへの報知とを含ませることができる。すなわち、加工の進行に伴いワークＷ１の上面高さが徐々に上昇し、クランプ装置２１の動作範囲を超えることが想定される場合には、加工の一時停止と共にオペレータへその対処作業を促す。具体的には、Ｓ１０で読み込んだ次の指令に対しＳ１１で加工停止指令および報知指令が含まれているか否かを確認し、含まれていなければ通常の次加工動作として上述のようにＳ１からの作業を繰り返す。Ｓ１１で加工停止指令および報知指令が含まれる場合には、Ｓ１２において加工を一旦停止させオペレータへの報知を行う。
なおＳ１０～Ｓ１２は、動作を説明する便宜上、判断の処理記号を用いて説明しているが、実際には、積層構造物の完成の可否や、ワーク上面高さがクランプ動作範囲を超えるタイミングは、ＣＡＭあるいはオペレータによる加工プログラム作成の段階で既知であるので、単に加工停止や報知の指令が加工プログラムに挿入されていれば良い。また、説明を単純化するためＳ１～Ｓ１０の動作を繰り返す説明としているが、実際の加工プログラムにおいては必要な回数の指令が書かれているものであって良い。
このとき、読み込まれる指令には、加工の一時停止とオペレータへの報知とを含ませることができる。すなわち、加工の進行に伴いワークＷ１の上面高さが徐々に上昇し、クランプ装置２１の動作範囲を超えることが想定される場合には、加工の一時停止と共にオペレータへその対処作業を促す。具体的には、Ｓ１０で読み込んだ次の指令に対しＳ１１で加工停止指令および報知指令が含まれているか否かを確認し、含まれていなければ通常の次加工動作として上述のようにＳ１からの作業を繰り返す。Ｓ１１で加工停止指令および報知指令が含まれる場合には、Ｓ１２において加工を一旦停止させオペレータへの報知を行う。
なおＳ１０～Ｓ１２は、動作を説明する便宜上、判断の処理記号を用いて説明しているが、実際には、積層構造物の完成の可否や、ワーク上面高さがクランプ動作範囲を超えるタイミングは、ＣＡＭあるいはオペレータによる加工プログラム作成の段階で既知であるので、単に加工停止や報知の指令が加工プログラムに挿入されていれば良い。また、説明を単純化するためＳ１～Ｓ１０の動作を繰り返す説明としているが、実際の加工プログラムにおいては必要な回数の指令が書かれているものであって良い。
【0016】
報知への対処作業としては、図７（Ａ）に示すように、ベースブロック２０を厚みの小さいものに交換するか、図７（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１のスリーブ２２を予め用意したスペーサ２２ａ等を用いてかさ上げするかして対応する。上面高さと昇降ストローク範囲の上限との差が小さければ、ボルト２６の位置を調整することで対応してもよい。これらの何れが適切かを事前に決定しておき、報知時の表示に組み込んでおくことでオペレータは迷うことなく適切な作業を行うことができる。
オペレータによる作業が終了して所定のリセット操作がされれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。これにより、クランプ装置２１の昇降装置のストロークに限定されることをなくし、制作する積層造形のサイズを大きくすることができる。
なお、ベースブロック２０を厚みの異なるものに交換する場合には、ワークＷ１の上面高さが変わるため、予め交換すべき厚みを報知すること及び交換後のワークＷ１の高さに合わせて加工することを考慮したプログラムを作成しておくか、あるいはオペレータがリセット操作をする前にベースブロック交換後のワークＷ１の高さに合わせ加工ができるように補正値を入力することは言うまでもない。
オペレータによる作業が終了して所定のリセット操作がされれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。これにより、クランプ装置２１の昇降装置のストロークに限定されることをなくし、制作する積層造形のサイズを大きくすることができる。
なお、ベースブロック２０を厚みの異なるものに交換する場合には、ワークＷ１の上面高さが変わるため、予め交換すべき厚みを報知すること及び交換後のワークＷ１の高さに合わせて加工することを考慮したプログラムを作成しておくか、あるいはオペレータがリセット操作をする前にベースブロック交換後のワークＷ１の高さに合わせ加工ができるように補正値を入力することは言うまでもない。
【0017】
ところで、上述のクランプ装置の動作は、加工プログラムなどで事前に計画されるものに限定されるものではなく、リアルタイムで判定、動作が行われるようにさせることもできる。具体的な動作を図８のフローチャートに従って説明する。Ｓ１からＳ１０までは図４の動作と同一であるので説明を割愛する。
Ｓ１０でプログラムエンドであると積層構造物の完成となり、積層造形は終了する。積層構造物が完成していなければ、Ｓ２１で、次に搬送されるワークＷ１がクランプ装置２１でクランプ可能か否かを判別する。この判別は、上記のように積層造形装置１の制御装置に入力されるＮＣプログラム作成時に予め行えるが、直前の上面加工時の切削工具９の位置情報から算出することもできる。また、ワークＷ１の上面高さを検出し、当該上面高さがクランプ装置２１の昇降ストローク範囲内にあるか否かで判別してもよい。上面高さは、例えば反射型レーザセンサ等の非接触式センサを用いて検出したり、搬送したワークＷの枚数とワークＷの厚み、切削による厚みの減少量とから算出したりすることで得られる。Ｓ２１でＹＥＳ、すなわち次のワークＷ１のクランプが可能と判断されると、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。
Ｓ２１でワークＷ１のクランプが不可（Ｓ２１でＮＯ：上面高さが昇降ストローク範囲内にない）であれば、Ｓ１２で積層造形装置１による加工を一旦停止し、オペレータに対応を促す報知を行う。以降の処理は図４と同じである。
Ｓ１０でプログラムエンドであると積層構造物の完成となり、積層造形は終了する。積層構造物が完成していなければ、Ｓ２１で、次に搬送されるワークＷ１がクランプ装置２１でクランプ可能か否かを判別する。この判別は、上記のように積層造形装置１の制御装置に入力されるＮＣプログラム作成時に予め行えるが、直前の上面加工時の切削工具９の位置情報から算出することもできる。また、ワークＷ１の上面高さを検出し、当該上面高さがクランプ装置２１の昇降ストローク範囲内にあるか否かで判別してもよい。上面高さは、例えば反射型レーザセンサ等の非接触式センサを用いて検出したり、搬送したワークＷの枚数とワークＷの厚み、切削による厚みの減少量とから算出したりすることで得られる。Ｓ２１でＹＥＳ、すなわち次のワークＷ１のクランプが可能と判断されると、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。
Ｓ２１でワークＷ１のクランプが不可（Ｓ２１でＮＯ：上面高さが昇降ストローク範囲内にない）であれば、Ｓ１２で積層造形装置１による加工を一旦停止し、オペレータに対応を促す報知を行う。以降の処理は図４と同じである。
【0018】
このように、上記形態の積層造形装置１では、所定のストック位置であるストックエリアＡ２にストックされるワークＷ１を、所定の加工位置である加工エリアＡ１に搬送し、先に搬送・接合・加工されているワークＷ（被接合体）上に積み重ねる第１工程（搬送手段）と、第１工程で搬送されたワークＷ１を、ワークＷに接合して積層接合体３０を形成する第２工程（接合手段）と、積層接合体３０を加工する第３工程（加工手段）と、を繰り返し実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法を、同一の運動機構である３軸送り機構を用いて実行している。
この構成により、ワークＷの搬送装置を独立して設ける必要がなくなる。よって、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、ワークＷの搬送及び配置を自動化することができる。
この構成により、ワークＷの搬送装置を独立して設ける必要がなくなる。よって、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、ワークＷの搬送及び配置を自動化することができる。
【0019】
特に、３軸送り機構は、第１工程においてワークＷを搬送するための搬送工具１０と、第２工程においてワークＷを接合するための接合工具であるＦＳＷ工具８と、第３工程において積層接合体３０を加工するための加工工具である切削工具９とをそれぞれ着脱可能な主軸５を運動（ワークＷとの間の相対的な運動）させるものであり、搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９との何れかを選択して主軸５に装着することで第１工程乃至第３工程（搬送手段、接合手段、加工手段）を実行可能となっている。
よって、主軸５に対する各工具の交換により、各工程（各手段）を効率よく実行することができる。
よって、主軸５に対する各工具の交換により、各工程（各手段）を効率よく実行することができる。
【0020】
搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９とをストックする工具ストッカー７をさらに備え、３軸送り機構は、工具ストッカー７との間で、搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９とを交換して各工程（各手段）を実行するようにしている。
よって、各工程への移行がスムーズに行え、機械設置面積の増大も抑制可能となる。
加工エリアＡ１とストックエリアＡ２とは、同じテーブル６上に設定される。よって、加工エリアＡ１へのワークＷの搬送が短時間で行える。
よって、各工程への移行がスムーズに行え、機械設置面積の増大も抑制可能となる。
加工エリアＡ１とストックエリアＡ２とは、同じテーブル６上に設定される。よって、加工エリアＡ１へのワークＷの搬送が短時間で行える。
【0021】
一方、加工エリアＡ１には、上下方向に昇降動作してワークＷをクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置２１が設けられ、クランプ装置２１は、全ストローク或いは積層接合体３０の高さの情報に基づいて昇降動作する。
よって、ワークＷを積み重ねて積層接合体３０の高さが変わっても確実にクランプ可能となる。
よって、ワークＷを積み重ねて積層接合体３０の高さが変わっても確実にクランプ可能となる。
【0022】
以下、変更例について説明する。
搬送工具は、上記形態に限らない。例えば真空パッドが複数あってもよいし、ワークに磁性があれば電磁石／永久磁石であってもよいし、ワークの形状によっては吸着以外の搬送工具（ロボットアーム等）を使用してもよい。
ワーク同士の接合方法は、ＦＳＷに限らない。プラズマ溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等も採用できる。よって、接合工具も接合方法に合わせて変更できる。
加工工具は、複数種類を交換して第３工程で異なる加工を行ってもよい。
金属板材の積層及び加工は、一層（一枚）ごとでなく、複数層（複数枚）ごとに行ってもよい。
搬送工具は、上記形態に限らない。例えば真空パッドが複数あってもよいし、ワークに磁性があれば電磁石／永久磁石であってもよいし、ワークの形状によっては吸着以外の搬送工具（ロボットアーム等）を使用してもよい。
ワーク同士の接合方法は、ＦＳＷに限らない。プラズマ溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等も採用できる。よって、接合工具も接合方法に合わせて変更できる。
加工工具は、複数種類を交換して第３工程で異なる加工を行ってもよい。
金属板材の積層及び加工は、一層（一枚）ごとでなく、複数層（複数枚）ごとに行ってもよい。
【0023】
上記形態では、第１工程（搬送）、第２工程（接合）、第３工程（加工）をそれぞれ１回ずつ順番に実行しているが、これに限らず、各工程は複数回ずつ実行してもよい。例えば、第１工程（搬送）を複数回行ってから第２工程（接合）と第３工程（加工）とを１回ずつ実行したり、第１工程（搬送）と第２工程（接合）とのセットを複数繰り返してから第３工程（加工）を実行したりすることが考えられる。
クランプ装置は、数や配置を適宜変更できる。クランプ装置自体の構造も適宜変更可能で、エアシリンダでなく油圧シリンダやボールねじ等の他のアクチュエータも使用できる。ワークの上面高さに合わせてベースブロック又はテーブルが沈むことでクランプ可能とすることもできる。更にはベースブロックに代えて、内部にその上面高さを調整可能な機構を持たせたベースとし、ワークの上面高さに合わせてその上面高さを調整するようにすることもできる。調整機構は工作機械でも使用される送りねじやリンク機構など一般的な機構でよく、操作は手動であっても、数値制御装置による操作や加工プログラムによる制御であっても良い。
クランプ装置は、数や配置を適宜変更できる。クランプ装置自体の構造も適宜変更可能で、エアシリンダでなく油圧シリンダやボールねじ等の他のアクチュエータも使用できる。ワークの上面高さに合わせてベースブロック又はテーブルが沈むことでクランプ可能とすることもできる。更にはベースブロックに代えて、内部にその上面高さを調整可能な機構を持たせたベースとし、ワークの上面高さに合わせてその上面高さを調整するようにすることもできる。調整機構は工作機械でも使用される送りねじやリンク機構など一般的な機構でよく、操作は手動であっても、数値制御装置による操作や加工プログラムによる制御であっても良い。
【符号の説明】
【0024】
１・・積層造形装置、２・・ベッド、３・・コラム、４・・主軸頭、５・・主軸、６・・テーブル、７・・工具ストッカー、８・・ＦＳＷ工具、９・・切削工具、１０・・搬送工具、１３・・真空エジェクタ、１４・・真空パッド、２０・・ベースブロック、２１・・クランプ装置、２２・・スリーブ、２３・・エアシリンダ、２４・・クランプ軸、２５・・クランプアーム、２６・・ボルト、３０・・積層接合体、Ａ１・・加工エリア、Ａ２・・ストックエリア、Ｗ（Ｗ１）・・ワーク。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】