特許 7550937 加工方法、加工装置、および加工プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】加工方法、加工装置、および加工プログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/34 20140101AFI20240906BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20240906BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240906BHJP

   B23P 23/04 20060101ALI20240906BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240906BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240906BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240906BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240906BHJP

   B22F 10/25 20210101ALN20240906BHJP

   B22F 10/64 20210101ALN20240906BHJP

   B22F 10/66 20210101ALN20240906BHJP

【ＦＩ】

B23K26/34

B23K26/08 Z

B23K26/21 W

B23P23/04

B29C64/153

B29C64/268

B33Y10/00

B33Y30/00

B23K26/21 Z

B22F10/25

B22F10/64

B22F10/66

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023136994

(22)【出願日】2023-08-25

【審査請求日】2024-07-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100185719

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 悠樹

(74)【代理人】

【識別番号】100150072

【弁理士】

【氏名又は名称】藤原 賢司

(72)【発明者】

【氏名】森 貴則

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７５１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０９３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－８５３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

Ｂ２２Ｆ １０／００－１０／８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた前記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置によって実行される加工方法であって、
前記付加加工または前記除去加工により前記ワークに不要部分を形成するステップと、
前記不要部分とは異なる前記ワークの箇所に対して前記付加加工を行うステップと、
前記付加加工を行うステップの完了後において、前記不要部分に前記レーザ光を照射するステップと、
前記照射するステップの完了後において、前記除去加工により前記不要部分を除去するステップとを備える、加工方法。

【請求項2】

前記照射するステップでは、前記粉末材料の供給が停止される、請求項１に記載の加工方法。

【請求項3】

前記箇所に対して前記付加加工を行うステップでは、前記粉末材料を前記ワークの表面にコーティングするコーティング加工が実行される、請求項１または２に記載の加工方法。

【請求項4】

前記照射するステップは、前記箇所に対する付加加工が完了してから所定時間が経過した後に実行される、請求項１または２に記載の加工方法。

【請求項5】

前記照射するステップでは、前記レーザ光の照射点が移動されながら前記レーザ光が前記不要部分に照射される、請求項１または２に記載の加工方法。

【請求項6】

前記加工装置は、前記付加加工を行うためのレーザヘッドを備え、
前記照射するステップでは、前記レーザヘッドが駆動されながら前記レーザ光が前記不要部分に照射される、請求項５に記載の加工方法。

【請求項7】

前記照射するステップでは、前記レーザヘッドは、前記不要部分に対する前記レーザ光の照射点が予め定められた経路を繰り返し通るように駆動される、請求項６に記載の加工方法。

【請求項8】

前記照射するステップでは、前記不要部分に対する前記レーザ光の照射点と、前記レーザ光の焦点とが異なるように、前記レーザ光が前記不要部分に照射される、請求項１または２に記載の加工方法。

【請求項9】

ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた前記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置であって、
前記加工装置を制御するための制御部を備え、
前記制御部は、
前記付加加工または前記除去加工により前記ワークに不要部分を形成する処理と、
前記不要部分とは異なる前記ワークの箇所に対して前記付加加工を行う処理と、
前記付加加工を行う処理の完了後において、前記不要部分に前記レーザ光を照射する処理と、
前記照射する処理の完了後において、前記除去加工により前記不要部分を除去する処理とを実行する、加工装置。

【請求項10】

ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた前記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置によって実行される加工プログラムであって、
前記加工プログラムは、前記加工装置に、
前記付加加工または前記除去加工により前記ワークに不要部分を形成するステップと、
前記不要部分とは異なる前記ワークの箇所に対して前記付加加工を行うステップと、
前記付加加工を行うステップの完了後において、前記不要部分に前記レーザ光を照射するステップと、
前記照射するステップの完了後において、前記除去加工により前記不要部分を除去するステップとを実行させる、加工プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワークの加工方法、ワークの加工装置、およびワークの加工プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特表２０２０－５３０５２８号公報（特許文献１）は、ＳＬＭ（Selective Laser Melting）方式により付加加工を行う付加製造装置を開示している。ＳＬＭ方式とは、敷き詰められた金属粉末に対してレーザ光を照射し、当該金属粉末を局所的に溶融及び凝固させることで積層造形を実現する方式である。

【0003】

特許文献１に開示される付加製造装置は、レーザ光を照射するエネルギー源の他に、赤外線ランプなどの熱源を備えている。当該熱源は、レーザ光が照射された部分を後追いで加熱する。これにより、上記付加製造装置は、積層造形物の熱処理を行う。熱処理とは、加熱および冷却により積層造形物の性質を変化させる処理である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０２０－５３０５２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

積層造形方式としては、ＳＬＭ方式の他に、ＤＥＤ（Directed Energy Deposition）方式がある。ＤＥＤ方式とは、供給される粉末材料をレーザ光で融解して積層することによりワークを造形する方式である。このようなＤＥＤ方式で造形されたワークについて熱処理を行うことが可能な加工技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一例では、ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた上記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置によって実行される加工方法が提供される。上記加工方法は、上記付加加工または上記除去加工により上記ワークに不要部分を形成するステップと、上記不要部分とは異なる上記ワークの箇所に対して上記付加加工を行うステップと、上記付加加工を行うステップの完了後において、上記不要部分に上記レーザ光を照射するステップと、上記照射するステップの完了後において、上記除去加工により上記不要部分を除去するステップとを備える。

【0007】

本開示の一例では、上記照射するステップでは、上記粉末材料の供給が停止される。

【0008】

本開示の一例では、上記箇所に対して上記付加加工を行うステップでは、上記粉末材料を上記ワークの表面にコーティングするコーティング加工が実行される。

【0009】

本開示の一例では、上記照射するステップは、上記箇所に対する付加加工が完了してから所定時間が経過した後に実行される。

【0010】

本開示の一例では、上記照射するステップでは、上記レーザ光の照射点が移動されながら上記レーザ光が上記不要部分に照射される。

【0011】

本開示の一例では、上記照射するステップでは、上記レーザヘッドは、上記不要部分に対する上記レーザ光の照射点が予め定められた経路を繰り返し通るように駆動される。

【0012】

本開示の一例では、上記照射するステップでは、上記レーザヘッドは、上記不要部分に対する上記レーザ光の照射点が予め定められた経路を繰り返し通るように駆動される。

【0013】

本開示の一例では、上記照射するステップでは、上記不要部分に対する上記レーザ光の照射点と、上記レーザ光の焦点とが異なるように、上記レーザ光が上記不要部分に照射される。

【0014】

本開示の他の例では、ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた上記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置が提供される。上記加工装置は、上記加工装置を制御するための制御部を備える。上記制御部は、上記付加加工または上記除去加工により上記ワークに不要部分を形成する処理と、上記不要部分とは異なる上記ワークの箇所に対して上記付加加工を行う処理と、上記付加加工を行う処理の完了後において、上記不要部分に上記レーザ光を照射する処理と、上記照射する処理の完了後において、上記除去加工により上記不要部分を除去する処理とを実行する。

【0015】

本開示の他の例では、ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いた上記ワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置によって実行される加工プログラムが提供される。上記加工プログラムは、上記加工装置に、上記付加加工または上記除去加工により上記ワークに不要部分を形成するステップと、上記不要部分とは異なる上記ワークの箇所に対して上記付加加工を行うステップと、上記付加加工を行うステップの完了後において、上記不要部分に上記レーザ光を照射するステップと、上記照射するステップの完了後において、上記除去加工により上記不要部分を除去するステップとを実行させる。

【0016】

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】加工装置の外観の一例を示す図である。

【図2】加工装置の装置構成の一例を示す図である。

【図3】付加加工中におけるレーザヘッドの断面図を示す。

【図4】加工装置による加工工程を時系列に示す図である。

【図5】加工装置による加工工程を時系列に示す図である。

【図6】加工装置の駆動機構の一例を示す図である。

【図7】制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図8】加工装置による加工工程の流れを示すフローチャートである。

【図9】実験に用いられたワークを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

【0019】

＜Ａ．加工装置１００の外観＞
まず、図１を参照して、実施の形態に従う加工装置１００について説明する。図１は、加工装置１００の外観の一例を示す図である。

【0020】

加工装置１００は、ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、工具を用いたワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing））とが可能な加工機である。加工装置１００が有する除去加工機能は、たとえば、ミーリング機能と、固定工具を用いた旋削機能との少なくとも一方を含む。

【0021】

加工装置１００は、たとえば、カバー体１３０と、操作盤２００とを含む。

【0022】

カバー体１３０は、加工装置１００の内部に設けられている部品を保護するための機構である。カバー体１３０には、ドアＤＲが設けられている。ドアＤＲは、たとえば、スライド式のドアである。ドアＤＲは、モータなどの駆動源により開閉可能に構成されてもよいし、手動で開閉可能に構成されてもよい。

【0023】

操作盤２００は、汎用のコンピュータであり、加工に関する各種情報を表示するためのディスプレイを有する。当該ディスプレイは、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、またはその他の表示機器である。また、当該ディスプレイは、タッチパネルを備え、加工装置１００に対する各種操作をタッチ操作で受け付ける。

【0024】

＜Ｂ．加工装置１００の装置構成＞
次に、図２を参照して、加工装置１００の装置構成について説明する。図２は、加工装置１００の装置構成の一例を示す図である。

【0025】

上述のように、加工装置１００は、カバー体１３０を備える。カバー体１３０は、加工装置１００の外観を成すとともに、ワークＷの付加加工を行うための加工エリアＡＲを区画形成している。

【0026】

また、加工装置１００は、ベッド１１と、刃物台１６と、ワーク主軸２２と、心押し台２５と、工具主軸３０と、レーザヘッド１４０とを備える。

【0027】

説明の便宜のために、以下では、ワーク主軸２２の回転軸方向を「Ｚ軸方向」とも称する。Ｚ軸方向は、図２に示されている軸ＡＸ１～ＡＸ３と平行である。また、Ｚ軸方向に直交する水平面上の一方向を「Ｘ軸方向」とも称する。Ｘ軸方向およびＺ軸方向の両方に直交する方向を「Ｙ軸方向」と称する。図２の例では、Ｙ軸方向は、重力方向に相当している。

【0028】

ベッド１１は、加工装置１００内に設けられている各種装置を支持するためのベース部材である。図２の例では、ベッド１１は、刃物台１６と、ワーク主軸２２と、心押し台２５と、レーザヘッド１４０とを支持している。ベッド１１は、工場などの床面に設置される。ベッド１１は、鋳鉄などの金属から形成されている。

【0029】

刃物台１６は、タレット１８を有する。タレット１８は、軸ＡＸ１を中心として旋回可能に構成されている。タレット１８は、軸ＡＸ１を中心とした周方向に間隔を隔てて複数の工具を保持する。また、刃物台１６は、モータなどの各種駆動機構によって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成されている。刃物台１６は、ワーク主軸２２によって回転駆動されているワークＷに対して、タレット１８に保持される固定工具を接触させることで旋削加工を行う。

【0030】

ワーク主軸２２は、ワークＷを保持しながら回転可能に構成されている。より具体的には、ワーク主軸２２には、チャック機構２３が設けられている。チャック機構２３は、ワーク主軸２２に対してワークＷを固定するための機構である。また、ワーク主軸２２は、その軸方向に沿う軸ＡＸ２を中心として回転可能に構成されている。

【0031】

心押し台２５は、モータなどの各種駆動機構によって軸ＡＸ３に沿って移動可能に構成される。これにより、心押し台２５は、ワーク主軸２２とは反対側から長尺状のワークＷを支持する。典型的には、軸ＡＸ３は、軸ＡＸ２と同軸上にある。また、心押し台２５は、軸ＡＸ３を中心として回転可能に構成されている。

【0032】

なお、心押し台２５の代わりに、第２ワーク主軸（図示しない）が設けられてもよい。第２ワーク主軸は、ワーク主軸２２に対向するように設けられており、ワーク主軸２２と反対側からワークＷを保持可能に構成される。

【0033】

工具主軸３０は、たとえば、ワーク主軸２２および心押し台２５よりも高い位置に設けられている。また、工具主軸３０は、工具やレーザヘッド１４０を脱着可能に構成される。図２には、工具主軸３０に対してレーザヘッド１４０が装着されている例が示されている。

【0034】

工具主軸３０に対するレーザヘッド１４０の脱着は、たとえば、切削工具の自動交換のために用いられる自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）とは別のレーザヘッド１４０専用の脱着機構（図示しない）によって実現される。加工装置１００は、ワークＷの付加加工を行う際には工具主軸３０にレーザヘッド１４０を装着する。一方で、加工装置１００は、ワークＷの除去加工を行う際には工具主軸３０に工具を装着する。

【0035】

除去加工の一例としては、ワーク主軸２２に固定されているワークＷに対して回転中の工具を接触させるミーリング加工が挙げられる。除去加工の他の例としては、軸ＡＸ２を中心として回転するワークＷに対して工具を押し当てる旋削加工が挙げられる。

【0036】

レーザヘッド１４０は、工具主軸３０に装着された状態でＤＥＤ方式による付加加工を行なう。付加加工を実現するための機構として、レーザヘッド１４０は、ヘッド本体１４２と、レーザノズル１４６とを有する。

【0037】

ヘッド本体１４２には、ケーブル（図示しない）を介して粉末材料が供給される。供給される粉末材料は、金属粉末であってもよいし、樹脂粉末であってもよいし、レーザ光の照射で融解するその他の種類の粉末であってもよい。

【0038】

レーザノズル１４６は、ワークＷに向けてレーザ光を照射するとともに、ワークＷにおけるレーザ光の照射領域を定める。レーザヘッド１４０に供給された粉末材料は、レーザノズル１４６を通じてワークＷに向けて吐出される。

【0039】

＜Ｃ．付加加工＞
次に、図３を参照して、レーザヘッド１４０による付加加工についてさらに詳細に説明する。図３は、付加加工中におけるレーザヘッド１４０の断面図を示す。

【0040】

レーザヘッド１４０およびワークＷの少なくとも一方が駆動されている最中に、レーザヘッド１４０は、ワークＷの表面にレーザ光ＬＳを照射する。一例として、レーザヘッド１４０は、ワーク主軸２２の軸方向（すなわち、Ｚ軸方向）に移動しながら、回転中のワークＷに対してレーザ光ＬＳを照射する。その結果、レーザ光ＬＳの照射部分においてワークＷが融解し、溶融池ＭＰがワークＷの表面上に形成される。

【0041】

並行して、レーザヘッド１４０は、粉末材料ＰＭを溶融池ＭＰに供給する。粉末材料ＰＭは、レーザヘッド１４０から吐出されるガスＧＳによって溶融池ＭＰに導かれる。その結果、粉末材料ＰＭは、溶融池ＭＰにおいて融解および液状化する。その後、溶融池ＭＰが固まることで、ワークＷ上に層ＳＬが形成される。なお、ガスＧＳは、シールドガスとしての機能も有し、積層物であるワークＷの酸化を防ぐ。

【0042】

加工装置１００は、レーザヘッド１４０を制御することで様々な付加加工を実現することができる。付加加工の種類としては、積層加工とコーティング加工とが挙げられる。積層加工は、ワークＷに層ＳＬを積み上げていく加工である。コーティング加工は、ワークＷの表面を層ＳＬで覆う加工である。

【0043】

＜Ｄ．ワークの熱処理＞
次に、図４および図５を参照して、加工装置１００によるワークの熱処理について説明する。図４および図５は、加工装置１００による加工工程を時系列に示す図である。

【0044】

図４および図５には、加工対象のワークＷが示されている。ワークＷの種類は、任意である。図４および図５の例では、円柱状のワークＷが示されている。他の例として、ワークＷは、円筒形状のシャフトであってもよい。

【0045】

ステップＳ１において、加工装置１００は、ワークＷの母材部分ＰＡに不要部分ＰＢを形成する。不要部分ＰＢとは、最終的にはワークＷから除去される不必要な部分を言う。不要部分ＰＢは、付加加工によりワークＷに形成されてもよいし、除去加工によりワークＷに形成されてもよい。図４の例では、加工装置１００は、粉末材料ＰＭを供給するとともにレーザ光ＬＳを照射することで、母材部分ＰＡに対して不要部分ＰＢを形成している。

【0046】

次に、ステップＳ２において、加工装置１００は、不要部分ＰＢとは異なるワークＷの付加加工箇所ＰＣに対して付加加工を行う。当該付加加工は、たとえば、予め設計されている付加加工プログラムに従って実行される。図４の例では、粉末材料ＰＭをワークＷの表面にコーティングするコーティング加工が実行される。なお、コーティング加工の代わりに、層を積み上げていく積層加工が実行されてもよい。

【0047】

次に、ステップＳ３において、加工装置１００は、ステップＳ１で形成した不要部分ＰＢにレーザ光ＬＳを照射する。これにより、熱が不要部分ＰＢ→母材部分ＰＡ→付加加工箇所ＰＣの順に伝わり、付加加工箇所ＰＣに対する熱処理が実現される。熱処理により、付加加工箇所ＰＣの性質が変化する。変化させる性質としては、硬さ、強さ、および粘り強さなどが挙げられる。

【0048】

次に、ステップＳ４において、加工装置１００は、除去加工によりワークＷから不要部分ＰＢを除去する。不要部分ＰＢの除去加工は、工具主軸３０に装着された工具により実現されてもよいし、上述の刃物台１６（図２参照）に装着された工具より除去されてもよい。図５の例では、レーザヘッド１４０が工具主軸３０から取り外され、その後に、工具Ｔが工具主軸３０に装着されており、不要部分ＰＢは、当該工具Ｔにより除去加工されている。

【0049】

以上のように、加工装置１００は、不要部分ＰＢに対してレーザ光ＬＳを照射することにより、不要部分ＰＢを介して付加加工箇所ＰＣを加熱する。レーザ光ＬＳは、母材部分ＰＡや付加加工箇所ＰＣに直接的に照射されないので、ワークＷの必要部分における加工品質を低下させずに付加加工箇所ＰＣの熱処理を実現することができる。

【0050】

このような熱処理は、ハイス鋼などの高硬度材料を用いた付加加工を行う場合に特に有効となる。熱処理が行われない場合には、付加加工箇所ＰＣの硬度が不十分な可能性があるが、実施の形態に従う加工装置１００においては、ステップＳ３でのレーザ光ＬＳの照射により高温の熱処理が実現される。付加加工箇所ＰＣの硬度が十分に向上する。また、付加加工箇所ＰＣの粘り強さも向上し、付加加工箇所ＰＣが割れにくくなる。

【0051】

また、実施の形態に従う加工装置１００においては、ワークＷの付加加工処理と、ワークＷの熱処理とが同一の機内で実現される。そのため、作業者は、加工装置１００からワークＷを取り外すことなく、ワークＷの熱処理を行うことができる。これにより、作業効率が大幅に改善される。

【0052】

なお、上述のステップＳ３においては、加工装置１００は、不要部分ＰＢに粉末材料ＰＭを供給しながら熱処理を行ってもよいし、不要部分ＰＢへの粉末材料ＰＭの供給を停止して熱処理を行ってもよい。好ましくは、加工装置１００は、不要部分ＰＢに対してレーザ光ＬＳのみを照射し、粉末材料ＰＭの供給を停止する。これにより、加工装置１００は、粉末材料ＰＭの使用量を抑えることができる。

【0053】

また、好ましくは、ステップＳ３における熱処理は、ステップＳ２における付加加工が完了してから所定時間が経過した後に実行される。これにより、加工装置１００は、ステップＳ２での付加加工で熱されたワークＷを冷ました後に熱処理を行うことができる。その結果、付加加工箇所ＰＣの硬度および粘り強さがより向上する。

【0054】

なお、ステップＳ２における付加加工が完了してから、ステップＳ３での熱処理が開始されるまでの時間は、予め設定されてもよいし、ユーザによって任意に設定されてもよい。当該時間は、ワークＷの温度が所定温度まで低下するように設定される。当該所定温度は、たとえば、加工装置１００内の室温である。

【0055】

また、好ましくは、ステップＳ３における熱処理時には、加工装置１００は、レーザ光ＬＳの照射点を移動させながら不要部分ＰＢにレーザ光ＬＳを照射する。このとき、不要部分ＰＢに対するレーザ光ＬＳの照射点が相対的に移動する態様であれば、レーザヘッド１４０が駆動されてもよいし、ワークＷが駆動されてもよいし、レーザ光ＬＳの照射方向がガルバノミラーなどで変えられてもよい。

【0056】

ある局面では、レーザヘッド１４０を駆動しながらレーザ光ＬＳを不要部分ＰＢに照射する。これにより、レーザ光ＬＳの照射が不要部分ＰＢの一点に集中しなくなり、加工装置１００は、不要部分ＰＢが融解することを防止できる。

【0057】

このとき、レーザヘッド１４０は、不要部分ＰＢに対するレーザ光ＬＳの照射点が予め定められた経路を繰り返し通るように駆動される。当該経路の形状は、任意である。一例として、当該経路の形状は、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、矩形であってもよいし、その他の形状であってもよい。これにより、レーザヘッド１４０は、ワークＷ全体をより均一に加熱することができる。

【0058】

好ましくは、不要部分ＰＢは、付加加工箇所ＰＣから可能な限り離されて形成される。一例として、付加加工箇所ＰＣがワークＷの第１の表面にある場合、不要部分ＰＢは、ワークＷの第２の表面に形成される。第２の表面は、第１の表面と直交する面であってもよいし、第１の表面と反対の面であってもよい。このように、不要部分ＰＢが付加加工箇所ＰＣから可能な限り離されることで、ステップＳ３での熱処理時において、熱が付加加工箇所ＰＣに一様に伝わり、付加加工箇所ＰＣの性質を一様に変化させることができる。

【0059】

また、ステップＳ３における熱処理時には、加工装置１００は、レーザ光ＬＳの焦点が不要部分ＰＢの表面上に位置するようにレーザ光ＬＳを照射してもよいし、レーザ光ＬＳの焦点が不要部分ＰＢの表面上に位置しないようにレーザ光ＬＳを照射してもよい。好ましくは、加工装置１００は、不要部分ＰＢに対するレーザ光ＬＳの照射点とレーザ光ＬＳの焦点とが異なるように、不要部分ＰＢにレーザ光ＬＳを照射する。これにより、加工装置１００は、熱処理時において、ワークＷが高温になりすぎることを防止できる。

【0060】

なお、上述では、ステップＳ１における不要部分ＰＢの形成処理が、ステップＳ２における付加加工処理の開始前に実行される例について説明を行ったが、不要部分ＰＢの形成タイミングは、これに限定されない。一例として、ステップＳ１における不要部分ＰＢの形成処理は、ステップＳ２における付加加工処理の完了後に実行されてもよい。

【0061】

＜Ｅ．加工装置１００の駆動機構＞
次に、図６を参照して、加工装置１００における駆動機構について説明する。図６は、加工装置１００の駆動機構の一例を示す図である。

【0062】

図６に示されるように、加工装置１００は、制御部５０と、駆動部２１０，２２０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２４０とを含む。

【0063】

制御部５０は、加工装置１００内の各種装置を制御する。制御部５０の装置構成は、任意である。制御部５０は、単体の制御ユニットで構成されてもよいし、複数の制御ユニットで構成されてもよい。一例として、制御部５０は、ＣＮＣ（Computer Numerical Control）と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）との少なくとも一方を含む。

【0064】

駆動部２１０は、ワーク主軸２２を回転駆動するための駆動機構である。駆動部２１０は、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図６の例では、駆動部２１０は、モータドライバ２１１Ｃと、モータ２１２Ｃとで構成されている。

【0065】

モータドライバ２１１Ｃは、ワーク主軸２２の目標回転角度または目標回転速度の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標回転角度または当該目標回転速度に応じた電流をモータ２１２Ｃに出力する。これにより、ワーク主軸２２に保持されているワークは、Ｚ軸方向を回転中心として回転する。モータ２１２Ｃは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0066】

駆動部２２０は、心押し台２５を駆動するための駆動機構である。駆動部２２０は、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図６の例では、駆動部２２０は、モータドライバ２２１Ｚと、モータ２２２Ｚとで構成されている。

【0067】

モータドライバ２２１Ｚは、ワーク主軸２２に関する目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２２２Ｚに出力する。これにより、モータ２２２Ｚは、Ｚ軸方向の任意の位置に心押し台２５を移動する。モータ２２２Ｚは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0068】

駆動部２３０Ａは、工具主軸３０の位置を移動するための駆動機構である。上述のレーザヘッド１４０は、工具主軸３０に装着されることで駆動される。駆動部２３０Ａは、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図６の例では、駆動部２３０Ａは、モータドライバ２３１Ｘ～２３１Ｚと、モータ２３２Ｘ～２３２Ｚとで構成されている。

【0069】

モータドライバ２３１Ｘは、Ｘ軸方向における工具主軸３０の目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２３２Ｘに出力する。これにより、モータ２３２Ｘは、Ｘ軸方向の任意の位置に工具主軸３０を駆動する。モータ２３２Ｘは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0070】

モータドライバ２３１Ｙは、Ｙ軸方向における工具主軸３０の目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２３２Ｙに出力する。これにより、モータ２３２Ｙは、Ｙ軸方向の任意の位置に工具主軸３０を駆動する。モータ２３２Ｙは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0071】

モータドライバ２３１Ｚは、Ｚ軸方向における工具主軸３０の目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２３２Ｚに出力する。これにより、モータ２３２Ｚは、Ｚ軸方向の任意の位置に工具主軸３０を移動する。モータ２３２Ｚは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0072】

駆動部２３０Ｂは、工具主軸３０を回転駆動するための駆動機構である。駆動部２３０Ｂは、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図６の例では、駆動部２３０Ｂは、モータドライバ２３１Ａ，２３１Ｂと、モータ２３２Ａ，２３２Ｂとで構成されている。

【0073】

モータドライバ２３１Ａは、Ｘ軸方向を中心とした工具主軸３０の目標回転角度または目標回転速度の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標回転角度または当該目標回転速度に応じた電流をモータ２３２Ａに出力する。モータ２３２Ａは、Ｘ軸方向を中心として工具主軸３０を旋回駆動する。モータ２３２Ａは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0074】

モータドライバ２３１Ｂは、工具主軸３０の軸方向を回転中心とした工具主軸３０の目標回転角度または目標回転速度の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標回転角度または当該目標回転速度に応じた電流をモータ２３２Ｂに出力する。モータ２３２Ｂは、工具主軸３０の軸方向を回転中心として工具主軸３０を回転駆動する。モータ２３２Ｂは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0075】

駆動部２４０は、刃物台１６やタレット１８を駆動するための駆動機構である。駆動部２４０は、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図６の例では、駆動部２４０は、モータドライバ２４１Ｃ，２４１Ｙ，２４１Ｚと、モータ２４２Ｃ，２４２Ｙ，２４２Ｚとで構成されている。

【0076】

モータドライバ２４１Ｃは、Ｚ軸方向を中心としたタレット１８の旋回角度に関して目標値の入力を受け、当該目標値に応じた電流をモータ２４２Ｃに出力する。これにより、モータドライバ２４１Ｃは、Ｚ軸方向を回転中心としたタレット１８の旋回角度を制御する。モータ２４２Ｃは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0077】

モータドライバ２４１Ｙは、Ｙ軸方向における刃物台１６の目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２４２Ｙに出力する。これにより、モータ２４２Ｙは、Ｙ軸方向の任意の位置に刃物台１６を移動する。モータ２４２Ｙは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0078】

モータドライバ２４１Ｚは、Ｚ軸方向における刃物台１６の目標位置の入力を制御部５０から逐次的に受け、当該目標位置に応じた電流をモータ２４２Ｚに出力する。これにより、モータ２４２Ｚは、Ｚ軸方向の任意の位置に刃物台１６を移動する。モータ２４２Ｚは、交流モータであってもよいし、ステッピングモータであってもよいし、サーボモータであってもよいし、その他の種類のモータであってもよい。

【0079】

＜Ｆ．制御部５０のハードウェア構成＞
次に、図７を参照して、図６に示される制御部５０のハードウェア構成について説明する。図７は、制御部５０のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0080】

上述のように、制御部５０は、ＣＮＣであってもよいし、ＰＬＣであってもよい。図７には、ＣＮＣとしての制御部５０のハードウェア構成が示されている。

【0081】

制御部５０は、たとえば、制御回路１０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、通信インターフェイス１０４と、補助記憶装置１２０とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス１０９に接続される。

【0082】

制御回路１０１は、たとえば、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。

【0083】

制御回路１０１は、加工プログラム１２２などの各種プログラムを実行することで制御部５０の動作を制御する。加工プログラム１２２は、本明細書に記載の各種処理を実現するためのプログラムである。制御回路１０１は、加工プログラム１２２の実行命令を受け付けたことに基づいて、ＲＯＭ１０２からＲＡＭ１０３に加工プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、加工プログラム１２２の実行に必要な各種データを一時的に格納する。

【0084】

通信インターフェイス１０４は、各種装置と通信を実現するためのインターフェイスである。加工装置１００は、たとえば、通信インターフェイス１０４を介して、ワークの付加加工を実現するための各種駆動ユニット（たとえば、上述の駆動部２１０，２２０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２４０など）と通信する。

【0085】

補助記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。補助記憶装置１２０は、加工プログラム１２２などを格納する。加工プログラム１２２の格納場所は、補助記憶装置１２０に限定されず、制御回路１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュメモリ）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

【0086】

また、加工プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う各種処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う加工プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、加工プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが加工プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で制御部５０が構成されてもよい。

【0087】

＜Ｇ．制御フロー＞
次に、図８を参照して、加工装置１００の制御フローについて説明する。図８は、加工装置１００による加工工程の流れを示すフローチャートである。

【0088】

図８に示される処理は、加工装置１００の制御部５０が上述の加工プログラム１２２を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

【0089】

ステップＳ１１０において、制御部５０は、付加加工の実行指示を受け付けたか否かを判断する。付加加工の実行指示とは、たとえば、工具主軸３０にレーザヘッド１４０を取り付ける指令や、レーザ光ＬＳを射出する前においてレーザヘッド１４０が取り付けられた工具主軸３０を移動させるための指令などである。制御部５０は、付加加工の実行指示を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ１１０の処理を再び実行する。

【0090】

ステップＳ１１２において、制御部５０は、レーザヘッド１４０を制御することで、ワークＷの母材部分ＰＡに不要部分ＰＢを形成する。不要部分ＰＢは、付加加工によりワークＷに形成されてもよいし、除去加工によりワークＷに形成されてもよい。

【0091】

ステップＳ１１４において、制御部５０は、レーザヘッド１４０を制御することで、不要部分ＰＢとは異なるワークＷの付加加工箇所ＰＣに対して付加加工を行う。当該付加加工は、たとえば、予め設計されている付加加工プログラムに従って実行される。

【0092】

ステップＳ１２０において、制御部５０は、付加加工が完了してから所定時間が経過したか否かを判断する。一例として、制御部５０は、付加加工プログラムの実行が終了したことに基づいて、ワークの付加加工が終了したと判断する。制御部５０は、付加加工が完了してから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ１２０の処理を再び実行する。

【0093】

ステップＳ１２２において、制御部５０は、ワークＷの熱処理を実行する。より具体的には、制御部５０は、レーザヘッド１４０を制御することで、ステップＳ１１２で形成した不要部分ＰＢにレーザ光ＬＳを照射する。このとき、好ましくは、制御部５０は、粉末材料ＰＭの供給を停止した状態でレーザヘッド１４０にレーザ光ＬＳを照射させる。ステップＳ１２２における熱処理は、所定時間実行される。

【0094】

ステップＳ１３０において、制御部５０は、ステップＳ１２２の熱処理が完了してから所定時間が経過したか否かを判断する。制御部５０は、ステップＳ１２２の熱処理が完了してから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１３０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ１３０の処理を再び実行する。

【0095】

ステップＳ１３２において、制御部５０は、レーザヘッド１４０を工具主軸３０から取り外し、工具主軸３０に工具Ｔを装着させる。その後、制御部５０は、工具主軸３０を制御することで、不要部分ＰＢの除去加工を実行する。

【0096】

＜Ｈ．実験結果＞
発明者は、上述の実施の形態に従う熱処理の有効性を実験により確認した。以下では、図９を参照して、当該実験の結果について説明する。図９は、本実験に用いられたワークＷを示す図である。

【0097】

本実験で使用されたワークＷは、母材部分ＰＡと、不要部分ＰＢと、付加加工箇所ＰＣとで構成されていた。ワークＷの母材部分ＰＡは、固定治具ＪＡ，ＪＢにより固定されていた。不要部分ＰＢは、母材部分ＰＡの一方面に形成されていた。付加加工箇所ＰＣは、粉末のハイス鋼をコーティング加工することにより、母材部分ＰＡの他方面に形成されていた。

【0098】

本実験では、発明者は、上記熱処理を行わなかった場合における付加加工箇所ＰＣのビッカース硬さと、上記熱処理を行った場合における付加加工箇所ＰＣのビッカース硬さとを測定した。上記熱処理を行わなかった場合における付加加工箇所ＰＣのビッカース硬さは、８６０ＨＶ程度であった。これに対して、上記熱処理を行った場合における付加加工箇所ＰＣのビッカース硬さは、９５０ＨＶ～９８０ＨＶであった。これにより、発明者は、上記熱処理により付加加工箇所ＰＣの硬度が向上することを確認した。

【0099】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0100】

１１ ベッド、１６ 刃物台、１８ タレット、２２ ワーク主軸、２３ チャック機構、２５ 心押し台、３０ 工具主軸、５０ 制御部、１００ 加工装置、１０１ 制御回路、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ 通信インターフェイス、１０９ 内部バス、１２０ 補助記憶装置、１２２ 加工プログラム、１３０ カバー体、１４０ レーザヘッド、１４２ ヘッド本体、１４６ レーザノズル、２００ 操作盤、２１０ 駆動部、２１１Ｃ モータドライバ、２１２Ｃ モータ、２２０ 駆動部、２２１Ｚ モータドライバ、２２２Ｚ モータ、２３０Ａ 駆動部、２３０Ｂ 駆動部、２３１Ａ モータドライバ、２３１Ｂ モータドライバ、２３１Ｘ モータドライバ、２３１Ｙ モータドライバ、２３１Ｚ モータドライバ、２３２Ａ モータ、２３２Ｂ モータ、２３２Ｘ モータ、２３２Ｙ モータ、２３２Ｚ モータ、２４０ 駆動部、２４１Ｃ モータドライバ、２４１Ｙ モータドライバ、２４１Ｚ モータドライバ、２４２Ｃ モータ、２４２Ｙ モータ、２４２Ｚ モータ、ＡＲ 加工エリア、ＡＸ１ 軸、ＡＸ２ 軸、ＡＸ３ 軸、ＤＲ ドア、ＧＳ ガス、ＪＡ 固定治具、ＪＢ 固定治具、ＬＳ レーザ光、ＭＰ 溶融池、ＰＡ 母材部分、ＰＢ 不要部分、ＰＣ 付加加工箇所、ＰＭ 粉末材料、ＳＬ 層、Ｔ 工具、Ｗ ワーク。

【要約】

【課題】ＤＥＤ方式で造形されたワークについて熱処理を行うことが可能な加工技術が望まれている。
【解決手段】ワークにレーザ光を照射しながら粉末材料を供給する付加加工と、工具を用いたワークの除去加工とを行うことが可能な加工装置によって実行される加工方法は、付加加工または除去加工によりワークに不要部分を形成するステップと、不要部分とは異なるワークの箇所に対して付加加工を行うステップと、付加加工を行うステップの完了後において、不要部分にレーザ光を照射するステップと、照射するステップの完了後において、除去加工により不要部分を除去するステップとを備える。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】