特許 7527551 造形装置、造形方法、および造形プログラムを格納した記憶媒体

(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】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】造形装置、造形方法、および造形プログラムを格納した記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20240729BHJP

   B23K 9/032 20060101ALI20240729BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240729BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

B23K9/04 G

B23K9/04 Z

B23K9/04 A

B23K9/04 B

B23K9/04 N

B23K9/04 P

B23K9/04 Y

B23K9/032 Z

B33Y30/00

B33Y10/00

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020175431

(22)【出願日】2020-10-19

(65)【公開番号】P2022066858

(43)【公開日】2022-05-02

【審査請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】504190548

【氏名又は名称】国立大学法人埼玉大学

(73)【特許権者】

【識別番号】520348314

【氏名又は名称】花井メディテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100153947

【弁理士】

【氏名又は名称】家成 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】阿部 壮志

(72)【発明者】

【氏名】花井 孝文

(72)【発明者】

【氏名】久保田 優典

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１４７７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－５５５０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／０４

Ｂ２３Ｋ ９／０３２

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形対象物の形状に対応した形状を有する型を支持するための支持機構と、
前記型に対して第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるための溶接トーチと、
前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対して前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するためのフィラーワイヤ供給機構と、
を含む、造形装置。

【請求項2】

前記型と、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構と、を相対的に移動させるための移動装置をさらに含み、
前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構は、前記移動装置によって前記型に対して相対的に移動することにより前記第１の金属ワイヤおよび前記第２の金属ワイヤを含む合金のビードを形成するとともに前記ビードを積層するように構成される、
請求項１に記載の造形装置。

【請求項3】

前記造形対象物の形状に応じて前記支持機構の姿勢を制御するように構成される制御装置、
をさらに含み、
前記制御装置は、前記造形対象物のオーバーハング形状の傾きに応じて前記ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように前記支持機構の姿勢を制御するように構成される、
請求項２に記載の造形装置。

【請求項4】

前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構によって形成されるビードを冷却するように構成された冷却機構をさらに含む、
請求項２または３に記載の造形装置。

【請求項5】

前記冷却機構は、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構によって所定の層数のビードが積層されるたびに前記ビードを冷却するように構成される、
請求項４に記載の造形装置。

【請求項6】

前記型は、造形対象物の形状に対応した形状を有するオス型またはメス型である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の造形装置。

【請求項7】

造形対象物の形状に対応した形状を有する型を準備するステップと、
前記型に対して溶接トーチを用いて第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるステップと、
前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対してフィラーワイヤ供給機構を用いて前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するステップと、
を含む、造形方法。

【請求項8】

前記型と、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構と、を相対的に移動させることによって、前記第１の金属ワイヤおよび前記第２の金属ワイヤを含む合金のビードを形成するとともに前記ビードを積層するステップ、
をさらに含む、請求項７に記載の造形方法。

【請求項9】

前記造形対象物のオーバーハング形状の傾きに応じて前記ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように前記型を支持する支持機構の姿勢を制御するステップ、
をさらに含む、請求項８に記載の造形方法。

【請求項10】

所定の層数のビードが積層されるたびに冷却機構を用いて前記ビードを冷却するステップ、
をさらに含む、請求項８または９に記載の造形方法。

【請求項11】

造形対象物の形状に対応した形状を有する型に対して溶接トーチを用いて第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるステップと、
前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対してフィラーワイヤ供給機構を用いて前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するステップと、
を含む造形方法を造形装置のコンピュータに実行させるための造形プログラムを格納した記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、造形装置、造形方法、および造形プログラムを格納した記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、様々な造形技術の１つとして、アディティブマニュファクチャリング（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＭ））が知られている。例えば特許文献１、２には、金属の溶接ワイヤを溶融してビード（溶接ビード）を形成し、ビードを積層することによって三次元造形物を造形するＡＭ造形装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１６０２１７号公報

【文献】特開２０１８－２７５５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術の造形装置は、造形対象物の金属成分によってはＡＭ造形を行うのが難しい場合がある。すなわち、従来技術の造形装置は、造形対象物の金属成分を有する金属ワイヤを溶融してビードを形成するものである。これに対して、造形対象物が複数の金属成分を含む合金であり、その合金が延性に乏しい場合には、その合金をワイヤ状に加工することができず、その結果、所望の金属成分を有する造形物を造形するのが困難になる。

【0005】

また、従来技術の造形装置は、ビードを鉛直方向以外の方向に積層する必要がある異形形状が造形対象物に含まれている場合には、所望の形状を造形するのが難しい場合がある。例えば、造形対象物にオーバーハング形状が含まれている場合には、下層のビードに対して上層のビードを斜め方向に積み上げるので、重力が要因となって上層のビードが垂れ、その結果、所望の形状を有する造形物を造形できないおそれがある。

【0006】

そこで本願発明の一実施形態は、所望の金属成分を有し、かつ所望の形状を有する造形物を造形することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願発明の一実施形態の造形装置は、造形対象物の形状に対応した形状を有する型を支持するための支持機構と、前記型に対して第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるための溶接トーチと、前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対して前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するためのフィラーワイヤ供給機構と、を含む。

【0008】

本願発明の一実施形態の造形装置は、前記型と、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構と、を相対的に移動させるための移動装置をさらに含み、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構は、前記移動装置によって前記型に対して相対的に移動することにより前記第１の金属ワイヤおよび前記第２の金属ワイヤを含む合金のビードを形成するとともに前記ビードを積層するように構成され得る。

【0009】

本願発明の一実施形態の造形装置は、前記造形対象物の形状に応じて前記支持機構の姿勢を制御するように構成される制御装置、をさらに含み、前記制御装置は、前記造形対象物のオーバーハング形状の傾きに応じて前記ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように前記支持機構の姿勢を制御するように構成され得る。

【0010】

本願発明の一実施形態の造形装置は、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構によって形成されるビードを冷却するように構成された冷却機構をさらに含み得る。

【0011】

本願発明の一実施形態の造形装置において、前記冷却機構は、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構によって所定の層数のビードが積層されるたびに前記ビードを冷却するように構成され得る。

【0012】

本願発明の一実施形態の造形装置において、前記型は、造形対象物の形状に対応した形状を有するオス型またはメス型であり得る。

【0013】

本願発明の一実施形態の造形方法は、造形対象物の形状に対応した形状を有する型を準備するステップと、前記型に対して溶接トーチを用いて第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるステップと、前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対してフィラーワイヤ供給機構を用いて前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するステップと、を含む。

【0014】

本願発明の一実施形態の造形方法は、前記型と、前記溶接トーチおよび前記フィラーワイヤ供給機構と、を相対的に移動させることによって、前記第１の金属ワイヤおよび前記第２の金属ワイヤを含む合金のビードを形成するとともに前記ビードを積層するステップ、をさらに含み得る。

【0015】

本願発明の一実施形態の造形方法は、前記造形対象物のオーバーハング形状の傾きに応じて前記ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように前記型を支持する支持機構の姿勢を制御するステップ、をさらに含み得る。

【0016】

本願発明の一実施形態の造形方法は、所定の層数のビードが積層されるたびに冷却機構を用いて前記ビードを冷却するステップ、をさらに含み得る。

【0017】

本願の一実施形態として、造形対象物の形状に対応した形状を有する型に対して溶接トーチを用いて第１の金属ワイヤを供給するとともにアーク放電により前記第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるステップと、前記第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対してフィラーワイヤ供給機構を用いて前記第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するステップと、を含む造形方法を造形装置のコンピュータに実行させるための造形プログラムを格納した記憶媒体が開示される。

【発明の効果】

【0018】

本願発明の一実施形態によれば、所望の金属成分を有し、かつ所望の形状を有する造形物を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本実施形態の造形装置の全体構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、本実施形態の溶接トーチおよびフィラーワイヤ供給機構の構成を模式的に示す図である。

【図3】図３は、アディティブマニュファクチャリング（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＭ））を用いた造形を模式的に示す図である。

【図4】図４は、型を用いた造形を模式的に示す図である。

【図5】図５は、制御装置による支持機構の姿勢制御を模式的に示す図である。

【図6】図６は、本実施形態の造形方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本実施形態の造形装置、造形方法、および造形プログラムついて説明する。

【0021】

図１は、本実施形態の造形装置の全体構成を模式的に示す図である。本実施形態の造形装置１０は、肉盛溶接技術を利用して金属材料（溶接ワイヤ）を溶融してビード（溶接ビード）を形成し、そのビードを積層させることによって三次元造形を行うように構成される。

【0022】

本実施形態の造形装置１０は、造形対象物の形状に対応した形状を有する（図１には図示していない）型を支持するための支持機構Ｓｕ（例えば支持台）と、少なくとも２種類の金属ワイヤを溶融させるため溶接装置３０と、支持機構Ｓｕと溶接装置３０とを相対的に移動させるための移動装置２０と、を含む。

【0023】

移動装置（機構）２０は代表的には数値制御装置であるが、ロボット装置（直交型ロボット、スカラロボットのいずれでもよい）なども利用できる。この実施例では、移動装置２０は、溶接装置３０と支持機構Ｓｕとを相対的に三次元直交３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）方向へ移動させることが可能である。また、移動装置２０は、溶接装置３０と支持機構Ｓｕとを相対的にＸ軸まわり（Ａ方向）およびＺ軸まわり（Ｃ方向）に回転させることが可能である。Ｃ方向回転は連続的に３６０度以上の回転が可能であるが、Ａ方向回転は１８０度の範囲で充分である。支持機構Ｓｕは回転体２９上に固定される（固定具は図示略）。Ｚ軸方向が鉛直方向にとられており、Ｚ軸に垂直な平面がＸＹ平面である。図示の状態では回転体２９上の支持機構Ｓｕの型設置面は水平である。

【0024】

移動装置２０は、固定された基台２１と、基台２１の上面の案内面２１Ａに沿ってＸ軸方向に移動自在に支持されたＸ方向可動体２２と、を含む。また、移動装置２０は、Ｘ方向可動体２２の前面の案内面２２Ａに沿って上下方向（Ｚ方向）に移動自在に支持された昇降体２３を含む。昇降体２３には溶接装置３０が固定されている。

【0025】

また、移動装置２０は、基台２１に固定されたＹテーブル２４と、Ｙテーブル２４の案内面２４Ａに沿ってＹ方向に移動自在に支持されたＹ方向可動体２５と、を含む。Ｙ方向可動体２５のＸ方向における両側部には支持体２６が設けられ、この支持体２６に回転体２７がそれぞれＡ方向に回転自在に支持されている。両側の回転体２７の間において、それらの回転中心の位置に支持体２８が固定的に支持されている。支持体２８は回転体２７の回転に伴って１８０度の範囲で回転自在である。支持体２８には回転体２９がＣ方向に回転自在に支持されている。上記のように回転体２９上には支持機構Ｓｕが固定される。

【0026】

回転体２９の表面が水平であれば、支持機構Ｓｕは水平面内で回転する。支持体２８が９０度回転して、回転体２９の表面が垂直になると、回転体２９の表面に固定された支持機構Ｓｕは垂直面内で回転する。移動装置２０は、Ｘ方向可動体２２、Ｙ方向可動体２５、昇降体２３それぞれの移動のための駆動装置（モータや回転／移動変換機構など）（図示略）を備えている。これにより、Ｘ方向可動体２２はＸ方向に沿って、Ｙ方向可動体２５はＹ方向に沿って、昇降体２３はＺ方向に沿って移動可能である。また、移動装置２０は、回転体２７、２９の回転駆動装置（モータ、歯車など）（図示略）をそれぞれ支持体２６、２８に備えている。これにより、回転体２７はＡ方向に沿って、回転体２９はＣ方向に沿って回転可能である。なお、本実施形態では、Ｘ軸およびＺ軸まわりに回転可能な移動装置について説明したが、さらにＹ軸のまわりに回転させる機構を設けることもできる。

【0027】

造形装置１０は、制御装置５０を備え、造形装置１０の各構成要素は制御装置５０により制御される。一実施形態において、制御装置５０は、入出力装置、ＣＰＵ（中央処理装置）などを備える一般的なコンピュータから構成することができる。さらに、図１に示すように、制御装置５０は記憶媒体５２を備える。記憶媒体５２には、造形装置１０で用いられる各種データの他、下記の造形方法における各ステップを造形装置１０のコンピュータ（制御装置５０）に実行させるためのプログラムが格納されている。制御装置５０のＣＰＵ（中央処理装置）は、記憶媒体５２に格納されたプログラムを読み出して実行することができる。このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録され、記憶媒体を介して制御装置５０に提供され得る。或いは、このプログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して制御装置５０に提供されてもよい。

【0028】

図２は、本実施形態の溶接トーチおよびフィラーワイヤ供給機構の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、溶接装置３０は、型３５または下層のビードに対して第１の金属ワイヤ３１０を供給し、アーク放電Ａｒｃにより第１の金属ワイヤ３１０を溶融させて滴下させるための溶接トーチ３１を含む。第１の金属ワイヤ３１０は、例えば、９０重量％の銅（Ｃｕ）と１０重量％のスズ（Ｓｎ）を含む合金ワイヤであるが、これに限定されない。溶接トーチ３１は、第１の金属ワイヤ３１０をＺ軸下方向（重力方向）に送給するように構成される。

【0029】

溶接トーチ３１は円筒形状を成し、内部の円筒空間には同軸状に給電部３１２が配置されている。溶接トーチ３１内に引き込まれた第１の金属ワイヤ３１０は、給電部３１２と接触摺動することにより電力が供給される。溶接トーチ３１に送り込まれてくるシールドガスＧａは、溶接トーチ３１の円筒空間を通過して、端部開口から噴射される。シールドガスＧａは、例えば二酸化炭素であり、溶融した第１の金属ワイヤ３１０が空気と触れることを防ぐと共に、溶滴３１４の飛散を防ぐ役割を担う。

【0030】

図２には溶接金属（ビード）が第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、および第３層Ｌ３の一部まで積層された状態が描かれている。溶接トーチ３１の先端に送給される第１の金属ワイヤ３１０と型３５との間に電圧が印加され、第１の金属ワイヤ３１０の先端と型３５または既に積層されたビードとの間にアーク放電Ａｒｃが発生する。これにより第１の金属ワイヤ３１０が溶融して滴下し（溶滴）、溶融池Ｐｏが形成される。

【0031】

本実施形態の溶接装置３０は、第１の金属ワイヤ３１０が滴下して形成された溶融池Ｐｏに対して第１の金属ワイヤ３１０とは異なる第２の金属ワイヤ３４０を供給するためのフィラーワイヤ供給機構３４を含む。第２の金属ワイヤ３４０は、例えば、９９重量％のスズ（Ｓｎ）と１重量％のその他の金属とを含む合金ワイヤであるが、これに限定されない。

【0032】

フィラーワイヤ供給機構３４は、円筒形状を成し、溶融池Ｐｏに対して第２の金属ワイヤ３４０を送給するように構成される。第２の金属ワイヤ３４０は、溶融池Ｐｏの熱またはアーク放電Ａｒｃの熱によって溶融し、溶融池Ｐｏ内で第１の金属ワイヤ３１０と第２の金属ワイヤ３４０が混合される。

【0033】

図３は、アディティブマニュファクチャリング（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＭ））を用いた造形を模式的に示す図である。図３は、一例として円柱状の形状を有する造形対象物ＯｂをＡＭによって造形する過程を示している。なお、図３においては、説明の簡略化のために型３５を省略している。

【0034】

図３に示すように、造形装置１０は、まず、移動装置２０によってＸＹ平面に沿って円を描くように溶接装置３０と支持機構Ｓｕを相対的に移動させながら、第１の金属ワイヤ３１０および第２の金属ワイヤ３４０を溶融、混合する。これにより、最下層の円状のビードＢｅ１が形成される。続いて、造形装置１０は、移動装置２０によって溶接装置３０のＺ方向の位置を上昇させた後、再びＸＹ平面に沿って円を描くように溶接装置３０と支持機構Ｓｕを相対的に移動させながら第１の金属ワイヤ３１０および第２の金属ワイヤ３４０を溶融、混合する。これにより、既に形成されたビードＢｅ１の上に新たなビードＢｅ２が積層される。造形装置１０は、新たなビードを積層するたびに溶接装置３０をＺ方向に上昇させながらビードを積層することによって、最終的に円柱状の形状を有する造形対象物Ｏｂを造形することができる。

【0035】

ここで、本実施形態の造形装置１０は、溶接装置３０（溶接トーチ３１およびフィラーワイヤ供給機構３４）によって形成されるビードを冷却するように構成された冷却機構４０を含む。冷却機構４０は、ビードに対して空気（Ａｉｒ）を吹き付けることによってビードを冷却する空冷装置であり得る。しかしながら、冷却機構４０は、空冷装置に限らず、例えば水冷式など、ビードを冷却することができる機構を有する任意の装置である。冷却機構４０は、移動装置２０によって支持機構Ｓｕを移動（Ｚ軸まわりに回転）させながらビードを冷却することによって、ビード全体を冷却するように構成することができる。

【0036】

冷却機構４０は、溶接装置３０（溶接トーチ３１およびフィラーワイヤ供給機構３４）によって所定の層数のビードが積層されるたびにビードを冷却するように構成されている。すなわち、ビードを冷却せずに造形対象物Ｏｂの全体を造形しようとすると、積層されたビードに蓄えられた熱によってビードが溶融して形状が変化するおそれがある。一方で、ビードを１層形成するたびにビードを冷却すると、造形に要する時間が長くなり生産性の観点で好ましくない。そこで、本実施形態の冷却機構４０は、所定の層数（例えば、３の倍数の層）のビードが形成されたら、新たに積層されたビードに対して空気を吹き付けて冷却するように構成される。

【0037】

本実施形態の造形装置１０によれば、所望の金属成分を有する造形物を造形することができる。すなわち、造形対象物の金属成分が、例えば銅とスズの合金であるがスズの含有率が比較的高い場合には、そのような金属成分の合金が延性に乏しく、その合金をワイヤ状に加工することが難しい。この場合、溶接トーチ３１だけを含む造形装置では所望の金属成分を有する造形物を造形するのが困難になる。一方、本実施形態の造形装置１０は、溶接トーチ３１だけではなく、フィラーワイヤ供給機構３４を含んでいる。したがって、第１の金属ワイヤ３１０を溶接トーチ３１によって溶融し、第２の金属ワイヤ３４０をフィラーワイヤ供給機構３４によって溶融し、溶融した第１の金属ワイヤ３１０および第２の金属ワイヤ３４０を混合することによって、所望の金属成分を有する造形物を造形することができる。なお、本実施形態では１台のフィラーワイヤ供給機構を含む例を示したが、これに限定されず、フィラーワイヤ供給機構の数は任意である。

【0038】

図４は、型を用いた造形を模式的に示す図である。図３の例のようにビードを鉛直方向に積層する場合には造形は比較的容易である。しかしながら、ビードを鉛直方向以外の方向に積層する必要がある異形形状が造形対象物に含まれている場合には、所望の形状を造形するのが難しい場合がある。例えば図４に示すように造形対象物Ｏｂがハンドベルであり、造形対象物Ｏｂにオーバーハング形状Ｏｖが含まれている場合には、下層のビードに対して上層のビードを斜め方向に積み上げるので、重力が要因となって上層のビードが垂れ、その結果、所望の形状を有する造形物を造形できないおそれがある。そこで、本実施形態の造形装置１０は、型３５を用いて造形を行うように構成される。なお、本実施形態では、型３５を用いた造形対象物Ｏｂとしてハンドベルを挙げて説明を行うが、造形対象物Ｏｂはハンドベルに限定されない。

【0039】

図４に示すように、型３５は、造形対象物Ｏｂ（ハンドベル）の形状に対応した形状を有するメス型３５Ｂまたはオス型３５Ａである。溶接装置３０の溶接トーチ３１は、型３５に対して第１の金属ワイヤを供給し、アーク放電により第１の金属ワイヤを溶融させて滴下させるよう構成される。また、溶接装置３０のフィラーワイヤ供給機構３４は、第１の金属ワイヤが滴下して形成された溶融池に対して第１の金属ワイヤとは異なる第２の金属ワイヤを供給するよう構成される。

【0040】

これにより、造形装置１０は、型３５の形状に沿ってビードＢｅを積層することができるので、造形対象物Ｏｂにオーバーハング形状Ｏｖが含まれており下層のビードに対して上層のビードを斜め方向に積み上げたとしても、上層のビードが垂れ難くなる。造形装置１０は、型３５に対してビードＢｅを積層した後、型３５からビードＢｅを取り外し、切削、研削、研磨などの加工を施すことによって、所望の形状を有する造形物を造形することができる。

【0041】

図５は、制御装置による支持機構の姿勢制御を模式的に示す図である。造形装置１０は、造形対象物の形状に応じて支持機構Ｓｕの姿勢を制御するように構成される制御装置５０を含む。本実施形態では、制御装置５０は、回転体２７をＡ方向に回転させる回転駆動機構（モータなど）、および、回転体２９をＣ方向の回転させる回転駆動機構（モータなど）の回転角度を調整することによって支持機構Ｓｕの姿勢を制御するように構成される。制御装置５０は、図５に示すように、造形対象物のオーバーハング形状の傾きに応じてビードＢｅの積層方向が鉛直方向に近づくように支持機構Ｓｕの姿勢を制御するように構成される。

【0042】

これにより、例えば図４に示すように造形対象物がハンドベルであり、造形対象物にオーバーハング形状が含まれている場合であっても、ビードＢｅを鉛直方向に積層することができる。その結果、上層のビードが重力によって垂れるのを抑制することができるので、本実施形態の造形装置１０は、所望の形状を有する造形物を造形することができる。なお、図５は、型３５を用いない場合に制御装置５０が支持機構Ｓｕの姿勢を制御する一例を示したが、これに限らず、型３５を用いて造形を行う場合にも制御装置５０は支持機構Ｓｕの姿勢を制御することができる。

【0043】

次に、本実施形態の造形方法について説明する。図６は、本実施形態の造形方法のフローチャートである。図６に示すように、造形方法は、まず、造形対象物の形状に対応した形状を有する型３５を準備する（ステップ１０２）。具体的には、型３５を支持機構Ｓｕに設置する。

【0044】

続いて、造形方法は、ビードを形成する（ステップ１１０）。ビードを形成するステップ１１０は、型３５に対して溶接トーチ３１を用いて第１の金属ワイヤ３１０を供給するとともにアーク放電により第１の金属ワイヤ３１０を溶融させて滴下させるステップ（ステップ１１２）を含む。また、ビードを形成するステップ１１０は、第１の金属ワイヤ３１０が滴下して形成された溶融池Ｐｏに対してフィラーワイヤ供給機構３４を用いて第１の金属ワイヤ３１０とは異なる第２の金属ワイヤ３４０を供給するステップ（ステップ１１４）を含む。さらに、ビードを形成するステップ１１０は、型３５と溶接装置３０（溶接トーチ３１およびフィラーワイヤ供給機構３４）と、を相対的に移動させるステップ（ステップ１１６）を含む。ステップ１１２、ステップ１１４、およびステップ１１６を平行して実行することによって、第１の金属ワイヤ３１０および第２の金属ワイヤ３４０を含む合金のビードを形成することができる。

【0045】

続いて、造形方法は、ビードの層が形成されたか否かを判定する（ステップ１１８）。ステップ１１８は、ステップ１１０によって１層のビード（図３の例におけるビードＢｅ１、Ｂｅ２など）が形成されたか否かを判定する。造形方法は、ビードの層がまだ形成されていないと判定した場合には（ステップ１１８、Ｎｏ）、ステップ１１２に戻って処理を繰り返す。

【0046】

一方、造形方法は、ビードの層が形成されたと判定した場合には（ステップ１１８、Ｙｅｓ）、所定の層数のビードが積層されたか否かを判定する（ステップ１２０）。ステップ１２０は、一例として、３の倍数の層数のビードが積層されたか否かを判定する。造形方法は、例えば、１層、２層、４層、または５層など、３の倍数の層数以外の層数が積層されている場合には（ステップ１２０、Ｎｏ）、溶接装置３０（溶接トーチ３１およびフィラーワイヤ供給機構３４）のＺ方向の位置を上昇させる（ステップ１２２）。

【0047】

続いて、造形方法は、造形対象物の形状に応じて型３５を支持する支持機構Ｓｕの姿勢を制御する（ステップ１２３）。このステップ１２３は、第２層目以降のビードを積層する際には、直下のビードに対してビードの積層方向が鉛直方向であれば、現状の支持機構Ｓｕの姿勢を保持する。一方、ステップ１２３は、例えば造形対象物のオーバーハング形状の部分を造形するときのように、直下のビードに対してビードの積層方向が鉛直方向から傾いている場合には、その傾きが小さくなるように（ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように）、支持機構Ｓｕの姿勢を制御する。造形方法は、ステップ１２３の後、ステップ１１２へ戻る。

【0048】

造形方法は、３の倍数の層数のビードが積層された場合には（ステップ１２０、Ｙｅｓ）、冷却機構４０を用いてビードを冷却する（ステップ１２４）。続いて、造形方法は、全ての層数のビードが積層されたか否かを判定する（ステップ１２６）。造形方法は、全ての層数のビードが積層されていない場合には（ステップ１２６、Ｎｏ）、溶接装置３０（溶接トーチ３１およびフィラーワイヤ供給機構３４）のＺ方向の位置を上昇させる（ステップ１２２）とともに、造形対象物の形状に応じて型３５を支持する支持機構Ｓｕの姿勢を制御して（ステップ１２３）、ステップ１１２へ戻る。一方、造形方法は、全ての層数のビードが積層された場合には（ステップ１２６、Ｙｅｓ）、積層したビードを型３５から取り外して（ステップ１３０）、処理を終了する。

【0049】

本実施形態の造形方法によれば、第１の金属ワイヤ３１０を溶接トーチ３１によって溶融し、第２の金属ワイヤ３４０をフィラーワイヤ供給機構３４によって溶融し、溶融した第１の金属ワイヤ３１０および第２の金属ワイヤ３４０を混合することによって、所望の金属成分を有する造形物を造形することができる。また、本実施形態の造形方法によれば、型３５の形状に沿ってビードを積層することができるので、例えばオーバーハング形状が造形対象物に含まれており下層のビードに対して上層のビードを斜め方向に積み上げたとしても、上層のビードが垂れ難くなる。さらに、本実施形態の造形方法によれば、ビードの積層方向が鉛直方向に近づくように支持機構Ｓｕの姿勢を制御するので、造形対象物にオーバーハング形状が含まれている場合であっても、上層のビードが重力によって垂れるのを抑制することができる。その結果、本実施形態の造形方法によれば、所望の形状を有する造形物を造形することができる。

【符号の説明】

【0050】

１０ 造形装置
２０ 移動装置
３０ 溶接装置
３１ 溶接トーチ
３４ フィラーワイヤ供給機構
３５ 型
３５Ａ オス型
３５Ｂ メス型
４０ 冷却機構
５０ 制御装置
５２ 記憶媒体
３１０ 第１の金属ワイヤ
３１４ 溶滴
３４０ 第２の金属ワイヤ
Ａｒｃ アーク放電
Ｂｅ ビード
Ｇａ シールドガス
Ｏｂ 造形対象物
Ｏｖ オーバーハング形状
Ｐｏ 溶融池
Ｓｕ 支持機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】