特許 7555241 付加製造装置および三次元造形物の製造方法

(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】2024-09-12

(45)【発行日】2024-09-24

(54)【発明の名称】付加製造装置および三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20240913BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240913BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20240913BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240913BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240913BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240913BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240913BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

B23K9/04 J

B23K9/095 501G

B23K26/00 M

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F12/90

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020189737

(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公開番号】P2022078804

(43)【公開日】2022-05-25

【審査請求日】2023-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】小田 千紗子

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】遠山 健

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０３１４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－００５５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０４５３８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０８４６７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３６５７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１０５，３／１６，１０／００，１２／００

Ｂ２３Ｋ ９／００，２６／００

Ｂ２９Ｃ ６４／００

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００，５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって形成されるＸＹ面と平行な第１面を有するベースプレートを支持するステージと、
前記ベースプレートの前記第１面および前記ベースプレート上に形成される堆積物を構成する面のいずれかの面である加工面に向けて付加材料を供給するとともに、ＸＹ面内で移動可能なノズルと、
前記ノズルに前記付加材料を供給する付加材料供給部と、
前記加工面上に熱源を生成する熱源生成部と、
前記ステージおよび前記付加材料のうちの一方に振動を与えることが可能な振動子と、
前記ステージおよび前記付加材料のうちの前記振動子によって振動が与えられていない他方で振動を検知することが可能な振動センサと、
前記付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測する変位計測器と、
前記変位計測器での計測結果に基づいてＸＹ面における前記ノズルの位置を補正する制御を行う第１制御部と、
前記振動子で発生させた振動の検知結果を前記振動センサから取得し、前記検知結果に基づいて、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向における前記付加材料の先端部と前記加工面との間の位置関係を推定し、推定結果に基づいて前記付加材料供給部での前記付加材料の供給状態を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とする付加製造装置。

【請求項2】

前記変位計測器は、予め定められた長さの区間について、前記付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測し、
前記第１制御部は、前記変位計測器での計測結果から、単位長さ当たりの前記付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量である単位変位量を算出し、前記単位変位量から算出したＸＹ面内における前記ノズルの前記付加材料の送出位置を基準とした前記付加材料の先端部の変位量に基づいてＸＹ面における前記ノズルの位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。

【請求項3】

前記第１制御部は、前記付加材料が溶融する前記熱源の照射範囲内に前記付加材料の先端部が位置するように前記ノズルのＸＹ面の位置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造装置。

【請求項4】

ＸＹ面内で前記ノズルを移動可能なアクチュエータをさらに備え、
前記変位計測器は、前記アクチュエータよりも前記付加材料の供給方向の下流側に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項5】

前記振動センサは、縦波の強度、横波の強度および振動の伝播速度を検知することができ、
前記第２制御部は、前記振動センサでの検知結果から、前記付加材料の先端部が前記加工面と接触した状態、前記付加材料が溶融した溶融池を介して前記付加材料の先端部が前記加工面と接触した状態、および前記付加材料の先端部が前記加工面とも前記溶融池とも乖離している状態のうちのいずれかを推定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項6】

前記第２制御部は、推定した状態に基づいて、前記付加材料の先端部が前記加工面と接触しないように、前記付加材料供給部での前記付加材料の供給状態を制御することを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。

【請求項7】

前記第２制御部は、前記振動の伝播速度に基づいて、前記付加材料の先端部が前記溶融池から離れないように、前記付加材料供給部での前記付加材料の供給状態を制御することを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。

【請求項8】

前記第２制御部は、前記付加材料の先端部が前記加工面と接触しないように、前記付加材料の供給速度を制御することを特徴とする請求項６または７に記載の付加製造装置。

【請求項9】

前記第２制御部は、前記付加材料の先端部が前記溶融池から離れないように、前記付加材料の供給速度を制御することを特徴とする請求項６または７に記載の付加製造装置。

【請求項10】

前記振動子は、時間履歴を検知することができる波形を有する振動を発生させ、
前記振動センサは、時間履歴を検知することができる前記波形を有する振動を検知し、
前記第２制御部は、前記振動センサで検知された前記波形から前記付加材料の先端部と前記加工面との間の距離を推定することを特徴とする請求項５から９のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項11】

前記振動子は、前記ステージの前記ベースプレートが配置される面とは反対側の面に、ＸＹ面内で移動可能に設けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項12】

前記熱源生成部は、前記付加材料を溶融させるレーザビームをパルス状に発生させるレーザ発振器であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項13】

前記付加材料を揺動させる付加材料揺動部をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項14】

前記付加材料が溶融した溶融池に電流および磁場を印加して磁気撹拌を生じさせる磁気撹拌部をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の付加製造装置。

【請求項15】

互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって形成されるＸＹ面と平行な第１面を有するベースプレートを支持するステージと、
前記ベースプレートの前記第１面および前記ベースプレート上に形成される堆積物を構成する面のいずれかの面である加工面に向けて付加材料を供給するとともに、ＸＹ面内で移動可能なノズルと、
前記ノズルに前記付加材料を供給する付加材料供給部と、
前記加工面上に熱源を生成する熱源生成部と、
前記付加材料に電流を供給する電流供給部と、
前記ステージの前記ベースプレートが配置される面とは反対側の面に設けられる電流計測器と、
前記付加材料供給部で前記付加材料を供給するモータの負荷を計測する電圧計測器と、
前記付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測する変位計測器と、
前記変位計測器での計測結果に基づいてＸＹ面における前記ノズルの位置を補正する制御を行う第１制御部と、
前記電流供給部から前記付加材料に供給された電流の前記電流計測器での計測結果と、前記電圧計測器での計測結果と、に基づいて、Ｘ軸およびＹ軸の両方に垂直なＺ軸方向における前記付加材料の先端部と前記加工面との間の位置関係を推定し、推定結果に基づいて前記付加材料供給部での前記付加材料の供給状態を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第２制御部は、前記電流計測器での電流の検知の有無によって、前記付加材料の先端部が前記加工面または前記付加材料が溶融した溶融池と接触している接触状態であるか、前記溶融池と接触していない乖離状態であるかを推定し、前記接触状態のうち、前記付加材料の先端部が前記溶融池と接触しているが前記加工面とは接触していない状態に比して前記負荷が上昇した場合に、前記付加材料の先端部が前記加工面と接触している状態であり、前記負荷が上昇していない場合に、前記付加材料の先端部が前記溶融池と接触しているが前記加工面とは接触していない状態であると推定することを特徴とする付加製造装置。

【請求項16】

ステージ上に配置され、互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって形成されるＸＹ面と平行な第１面を有するベースプレートの前記第１面および前記ベースプレート上に形成される堆積物を構成する面のいずれの面である加工面に向けて、付加材料をノズルから供給する供給工程と、
熱源生成部で前記加工面上に生成された熱源の照射によって前記付加材料の先端部を溶融凝固させる溶融凝固工程と、
を含み、前記供給工程と前記溶融凝固工程とを繰り返し行って三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
前記付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測する工程と、
前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の変位量の計測結果に基づいてＸＹ面における前記ノズルの位置を補正する工程と、
前記ステージおよび前記付加材料のうちの一方に振動子で発生させた振動を与え、前記ステージおよび前記付加材料のうちの前記振動子によって振動が与えられていない他方で振動センサで振動を検知する工程と、
前記振動子で発生させた振動の検知結果を前記振動センサから取得し、前記検知結果に基づいて、ＸＹ軸面に垂直なＺ軸方向における前記付加材料の先端部と前記加工面との間の位置関係を推定し、推定結果に基づいて前記付加材料の供給状態を制御する工程と、
を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付加材料を供給する工程と、付加材料を溶融凝固させる工程とを繰り返すことによって三次元造形物を製造する付加製造装置および三次元造形物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属を材料として立体物を製造する手法として、付加製造（Additive Manufacturing）と呼ばれる技術が従来から知られている。付加製造の方式は材料および積層方法などによって、いくつかの種類に分けられるが、付加製造の方式の中の１つに指向性エネルギ堆積（Directed Energy Deposition：ＤＥＤ）方式がある。ＤＥＤ方式は、加工ヘッドに取り付けられたノズルから積層する材料である付加材料を送出する工程と、レーザ、電子ビームまたはアーク放電などの熱源となるエネルギを投入することで、付加材料を選択的に、溶融凝固させる工程と、を含む。そして、これらの工程を繰り返すことによって得られる堆積物から三次元造形物が形成される。

【0003】

ＤＥＤ方式は、他の付加製造の方式に比べて、造形速度が速い、積層材料の切り替えが容易である、造形サイズの制限が少ない、など利点を有する。また、ＤＥＤ方式では、必要部分のみに付加材料を付加するので付加材料の歩留まりがよく、特にワイヤを付加材料として用いる場合には、既製品である溶接用ワイヤを流用できる。つまり、ＤＥＤ方式は、価格が安価であるとともに、付加材料の入手が容易であるという利点を有する。

【0004】

また、ワイヤを用いたＤＥＤ方式では、ワイヤを付加材料として挿入するため空気およびシールドガスが造形材料に混じりにくい。このため、ワイヤを用いたＤＥＤ方式は、造形密度が他の付加製造の方式と比較して、高いという利点も有する。しかし、ワイヤ位置を適切に設定しなければ、造形不良が生じることがある。そこで、ワイヤを用いたＤＥＤ方式において、ワイヤの変位を制御する手法は非常に重要である。特許文献１には、ワイヤの供給方向をＺ軸方向とし、溶接方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＹ軸方向の両方に垂直な方向をＸ軸方向としたときに、Ｙ軸方向からワイヤを撮像し、撮像したデータからＸ軸方向の変位を測定し、測定結果に基づいてワイヤのＸ軸方向の位置補正を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第２６０７６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記従来の技術をワイヤを用いたＤＥＤ方式の付加製造に適用した場合には、ワイヤのＸ軸方向の変位を補正制御することはできるが、ワイヤが溶融した溶融池内のワイヤのＺ軸方向の侵入深さおよび溶融池内のワイヤの造形物への突き当りを計測することができない。また、カメラとワイヤとの間が造形物の一部等で遮られてしまった場合には、ワイヤのＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を計測することができない。このように、上記従来の技術をＤＥＤ方式の付加製造に適用した場合には、エネルギ照射点に侵入する付加材料の先端のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位並びにＺ軸方向の位置を精確に測定し、制御することができないという問題があった。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギ照射点に侵入する付加材料の先端のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位並びにＺ軸方向の位置を従来に比して精確に測定し、制御することができる付加製造装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る付加製造装置は、ステージと、ノズルと、付加材料供給部と、熱源生成部と、振動子と、振動センサと、変位計測器と、第１制御部と、第２制御部と、を備える。ステージは、互いに直交するＸ軸およびＹ軸によって形成されるＸＹ面と平行な第１面を有するベースプレートを支持する。ノズルは、ベースプレートの第１面およびベースプレート上に形成される堆積物を構成する面のいずれかの面である加工面に向けて付加材料を供給するとともに、ＸＹ面内で移動可能である。付加材料供給部は、ノズルに付加材料を供給する。熱源生成部は、加工面上に熱源を生成する。振動子は、ステージおよび付加材料のうちの一方に振動を与えることが可能である。振動センサは、ステージおよび付加材料のうちの振動子によって振動が与えられていない他方で振動を検知することが可能である。変位計測器は、付加材料のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測する。第１制御部は、変位計測器での計測結果に基づいてＸＹ面におけるノズルの位置を補正する制御を行う。第２制御部は、振動子で発生させた振動の検知結果を振動センサから取得し、検知結果に基づいて、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向における付加材料の先端部と加工面との間の位置関係を推定し、推定結果に基づいて付加材料供給部での付加材料の供給状態を制御する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、エネルギ照射点に侵入する付加材料の先端のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位並びにＺ軸方向の位置を従来に比して精確に測定し、制御することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１による付加製造装置の構成の一例を模式的に示す図

【図2】実施の形態１による付加製造装置の移動ステージと加工ヘッドの部分を模式的に示す断面図

【図3】実施の形態１による付加製造装置の制御の概要の一例を模式的に示す図

【図4】加工面上におけるワイヤの変位の一例を示す図

【図5】ワイヤの先端部が加工面と接触した状態の一例を模式的に示す図

【図6】ワイヤの先端部が溶融池を介して加工面と接触した状態の一例を模式的に示す図

【図7】ワイヤの先端部が加工面とも溶融池とも接触していない状態の一例を模式的に示す図

【図8】実施の形態１による付加製造装置のワイヤ供給制御処理の概要の一例を模式的に示すブロック図

【図9】実施の形態１による三次元造形物の製造方法の手順の一例を示すフローチャート

【図10】ワイヤノズルのＸＹ面内の位置補正処理の手順の一例を示すフローチャート

【図11】ワイヤ供給部のワイヤ供給制御処理の手順の一例を示すフローチャート

【図12】三次元造形物の製造方法でガス層が形成される様子の一例を模式的に示す断面図

【図13】三次元造形物の製造方法でガス層が形成される様子の一例を模式的に示す断面図

【図14】実施の形態２による付加製造装置の移動ステージ付近の構成の一例を模式的に示す図

【図15】実施の形態２による付加製造装置の移動ステージ付近の構成の一例を模式的に示す図

【図16】実施の形態３による付加製造装置の構成の一例を模式的に示す図

【図17】実施の形態３による付加製造装置のワイヤ供給制御処理の概要の一例を模式的に示すブロック図

【図18】実施の形態１から３による付加製造装置に備えられる制御部、ＸＹ軸制御部およびＺ軸制御部のハードウェア構成の一例を模式的に示すブロック図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本開示の実施の形態に係る付加製造装置および三次元造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

実施の形態１．
以下の実施の形態で説明される付加製造装置は、ワイヤを付加材料として用いたＤＥＤ方式の積層造形法を適用した付加製造装置である。ワイヤを用いたＤＥＤ方式の積層造形法の概要は、ワイヤをワイヤノズルから加工面に向けて供給する供給工程と、加工面上のワイヤに熱源を照射して材料を溶融、凝固させることで堆積物を得る溶融凝固工程と、を含み、これらの供給工程と溶融凝固工程とを繰り返すことによって、三次元形状の造形物である三次元造形物を製造する方法である。ここで、造形物とは、堆積物が積層することにより製造される物体を指すものとする。また、熱源の一例は、レーザビーム、電子ビームまたはアーク放電である。

【0013】

図１は、実施の形態１による付加製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。付加製造装置１は、移動ステージ１１と、レーザ発振器２１と、ガス供給部２２と、チラー２３と、ワイヤ供給部３０と、加工ヘッド４０と、制御部５０と、を備える。なお、図１において、三次元造形物６１が形成される土台となる平面と平行な面内において、互いに直交する方向にＸ軸およびＹ軸をとり、Ｘ軸およびＹ軸の両方に垂直な方向にＺ軸をとるものとする。

【0014】

移動ステージ１１は、三次元造形物６１を積層するための土台となるベースプレート１２を支持し、図示しない駆動機構によって、ベースプレート１２を所望の位置に移動可能である。図２は、実施の形態１による付加製造装置の移動ステージと加工ヘッドの部分を模式的に示す断面図である。移動ステージ１１は、図示しない駆動機構によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って移動可能である。また、図２に示されるように、移動ステージ１１は、Ａ軸およびΘ軸の回転方向にも移動可能である。Ａ軸は、移動ステージ１１のＹ軸方向の中心を通り、Ｘ軸と平行な回転軸である。Θ軸は、移動ステージ１１のＹ軸方向の中心を通り、Ｚ軸と平行である回転軸である。移動ステージ１１は、ステージに対応する。

【0015】

ベースプレート１２は、移動ステージ１１の上面に設けられる。ベースプレート１２は、ＸＹ面と平行な第１面を有する金属プレートである。またベースプレート１２は、平面を有する金属プレート以外のものであってもよく、例えば円柱、羽根形状など移動ステージ１１に設置できる形状を選択可能である。

【0016】

図１に戻り、レーザ発振器２１は、付加材料であるワイヤ３１を堆積させる面である加工面上で熱源を生成する熱源生成部の一例である。レーザ発振器２１は、制御部５０からの指示に基づいて、熱源となるレーザビームＬを発振する。実施の形態１では、レーザ発振器２１からのレーザビームＬは、光伝送路であるファイバケーブル２４と、図示しない集光レンズおよび保護レンズと、を通過し、後述する加工ヘッド４０のビームノズル４２へと伝播する。そして、ビームノズル４２からのレーザビームＬが加工面上に照射される。なお、以下の実施の形態では、ワイヤ３１を溶融させるための熱源が、レーザビームＬである場合を示すが、レーザビームＬ以外にも電子ビーム、アーク放電などを選択できる。電子ビームを選択した場合には、熱源生成部は電子銃となり、アーク放電を選択した場合には、熱源生成部は付加材料の供給源となるアーク溶接棒と移動ステージ１１との間に電圧を印加する電源となる。

【0017】

ガス供給部２２は、制御部５０からの指示に基づいて、ガスを後述する加工ヘッド４０のガスノズル４３に供給する。ガスとして、レーザビームＬでワイヤ３１を溶融凝固して加工領域６２上に堆積物６３を形成しているときに、堆積物６３の酸化抑制および冷却のためのガスであるシールドガスＧが用いられる。シールドガスＧの一例は、窒素ガス、アルゴンガスなどである。加工領域６２については後述する。

【0018】

チラー２３は、付加製造装置１を冷却する。一例では、チラー２３は、水などの冷却媒体を加工ヘッド４０およびレーザ発振器２１との間で循環させ、加工ヘッド４０が予め定められた温度よりも高温になってしまうことを抑制する。

【0019】

ワイヤ供給部３０は、付加材料であるワイヤ３１を後述する加工ヘッド４０のワイヤノズル４１へ供給する装置である。ワイヤ供給部３０は、ワイヤリール３２と、モータ３３と、ワイヤホルダ３４と、ワイヤ送りローラ３５と、ワイヤケーブル３６と、を備える。ワイヤリール３２は、ワイヤノズル４１に供給するワイヤ３１の供給元となる。ワイヤリール３２には、ワイヤ３１が巻き回されている。モータ３３は、ワイヤリール３２の回転軸と接続され、ワイヤリール３２を回転させる。ワイヤホルダ３４は、モータ３３が接続されたワイヤリール３２を保持する。ワイヤ送りローラ３５は、ワイヤリール３２とワイヤノズル４１との間に配置され、ワイヤリール３２からのワイヤ３１を矯正する。ワイヤケーブル３６は、ワイヤ送りローラ３５からワイヤノズル４１までの間で、ワイヤ３１の露出面を覆う中空の筒状の部材である。ワイヤ供給部３０は、付加材料供給部に対応する。

【0020】

加工ヘッド４０は、ベースプレート１２と対向して配置され、制御部５０からの指示に従って、加工領域６２上へのワイヤ３１の供給と、加工領域６２上へのレーザビームＬの照射と、加工領域６２上のワイヤ３１の周囲へのシールドガスＧの噴出と、を行う。加工領域６２は、ベースプレート１２上で、レーザビームＬの進行方向とワイヤ３１が供給されるエリアとが交差する領域である。加工ヘッド４０は、図示しない駆動機構によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能である。図２に示されるように、加工ヘッド４０は、ワイヤノズル４１と、ビームノズル４２と、ガスノズル４３と、を有する。

【0021】

ワイヤノズル４１は、ワイヤ供給部３０のワイヤケーブル３６と接続され、供給口４１ａからベースプレート１２上の加工領域６２に向かってワイヤ３１を供給する。ワイヤノズル４１は、ベースプレート１２の第１面である上面またはベースプレート１２上に形成される堆積物６３を構成する面のいずれかの面である加工面に向けて付加材料を供給するノズルに対応する。

【0022】

ビームノズル４２は、レーザ発振器２１とファイバケーブル２４を介して接続され、レーザ発振器２１から発振されるレーザビームＬを出射する。ビームノズル４２は、レーザビームＬの出射口がベースプレート１２側となるように配置される。

【0023】

ガスノズル４３は、ガス供給部２２と配管を介して接続され、ガス供給部２２からのシールドガスＧを噴出する。ガスノズル４３は、ワイヤノズル４１と同軸上に配置され、シールドガスＧは、ワイヤ３１の周囲に噴出される。シールドガスＧで囲まれた領域内にレーザビームＬが照射されるように、ビームノズル４２が配置される。

【0024】

図１に戻り、制御部５０は、付加製造装置１の全体を制御する。図３は、実施の形態１による付加製造装置の制御の概要の一例を模式的に示す図である。図３に示されるように、制御部５０は、移動ステージ１１の移動制御、レーザ発振器２１の動作制御、ガス供給部２２のガス供給制御、ワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御および加工ヘッド４０の移動制御を行う。一例では、制御部５０は、これらの制御を予め定められたプログラムにしたがって行う。また、チラー２３と、レーザ発振器２１および加工ヘッド４０と、の間では、冷却媒体である冷却水が循環される。

【0025】

移動ステージ１１の移動制御では、制御部５０は、移動ステージ１１上に配置されるベースプレート１２の加工面の位置を移動させる。制御部５０は、移動ステージ１１を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうちの任意の方向に移動させ、場合によってはこれに加えて、Ａ軸およびΘ軸を中心に回転させる。これによって、加工面が加工ヘッド４０と対向して配置される。加工面上の堆積物６３が形成される領域は、加工領域６２となる部分である。造形開始時では、ベースプレート１２のＺ方向の上面が加工面となるが、造形の進行に伴い、ベースプレート１２上に形成される堆積物６３を構成する面のいずれかの面が加工面となる。

【0026】

レーザ発振器２１の動作制御では、制御部５０は、レーザビームＬの強度、レーザビームＬの出射の可否などを制御する。ガス供給部２２のガス供給制御では、制御部５０は、ガス供給部２２から供給されるシールドガスＧの流量、シールドガスＧの供給の可否などを制御する。

【0027】

ワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御では、制御部５０は、ワイヤノズル４１から送り出されるワイヤ３１の供給状態を制御する。ワイヤ３１の供給状態として、ワイヤ３１の供給速度、ワイヤ３１の先端位置の補正などが例示される。

【0028】

加工ヘッド４０の移動制御では、制御部５０は、加工ヘッド４０の位置をベースプレート１２上で移動させる。つまり、制御部５０は、加工面に向けてレーザビームＬの照射位置を移動させる。制御部５０は、加工ヘッド４０を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうち任意の方向に移動させる。一例では、制御部５０は、三次元造形物６１を造形するためのデータにしたがって、ベースプレート１２上で加工ヘッド４０の位置を制御する。

【0029】

このような構成の付加製造装置１において、ワイヤリール３２は、通常円柱状の形状であり、円柱状の円面の中央部にワイヤホルダ３４にワイヤリール３２をはめ込む溝と、円柱状の円柱側面部分にワイヤ３１を保持する溝と、を有する。ワイヤリール３２は、ワイヤ３１を円柱側面の溝に円状に巻付けて保持している。ワイヤ供給部３０は、加工ヘッド４０のワイヤノズル４１へとワイヤ３１を供給している。このため、ワイヤ３１の中心軸には、ワイヤリール３２に保持されているときの円形の歪みが発生しており、この円形の歪みが、ワイヤ供給部３０からワイヤ３１が送り出される段階でもワイヤ３１の中心軸に残る。そこで、ワイヤ供給部３０または加工ヘッド４０には、ワイヤ３１を矯正するワイヤ送りローラ３５が使用される。ワイヤ送りローラ３５は、複数のローラを有する。ワイヤ３１がワイヤ送りローラ３５を通過する際にローラとローラとの間でワイヤ３１に圧力を付与することで、ワイヤ３１の歪みが矯正される。ワイヤ送りローラ３５から送出されるワイヤ３１は、ワイヤケーブル３６の内部を通り、ワイヤノズル４１まで送られる。ワイヤケーブル３６は、中空の筒状であり、可撓性を有し、かつワイヤ３１の動きに倣って変形する樹脂によって構成される。しかし、ワイヤ送りローラ３５で歪みを完全に除去することは難しく、矯正がなされたワイヤ３１であっても、ワイヤノズル４１から露出している箇所についてはＸ軸方向またはＹ軸方向のいずれかへの偏向が生じていることが多い。

【0030】

ワイヤ供給部３０から供給されたワイヤ３１はワイヤノズル４１によって、加工面へ向けて送り出される。ワイヤ３１は供給口４１ａからワイヤ３１の供給方向であるＺ軸方向に進み、送り出されたワイヤ３１にレーザビームＬが照射される。しかし、ワイヤノズル４１の供給口４１ａから露出したワイヤ３１の中心軸は、上記したようにワイヤリール３２に保持されていたことによる円形の歪みによって、歪みがない場合の当初予定する供給地点よりもずれてしまう。この結果、ワイヤ３１とレーザビームＬの焦点との位置関係において設定されている設定値からのＸ軸方向またはＹ軸方向の変位が発生する。

【0031】

図４は、加工面上におけるワイヤの変位の一例を示す図である。図４では、ＸＺ面内でのベースプレート１２とワイヤノズル４１との関係の一例を示している。図４に示されるように、ワイヤノズル４１から供給されるワイヤ３１は、ワイヤ３１が溶融した溶融池６４を介して加工面と接触している。また、ワイヤ３１は、歪みを有しており、ワイヤ３１の先端部は、Ｘ軸の負方向にわずかに曲がっている。つまり、ワイヤノズル４１の供給口４１ａ付近のワイヤ３１の中心軸を理想の中心軸Ａ０とすると、理想の中心軸Ａ０の位置に比して、加工面付近のワイヤ３１の先端部の中心の位置はＸ軸の負方向に変位している。この結果、ワイヤ３１の先端部の中心を通るＺ軸に平行な実際の中心軸Ａ１は、理想の中心軸Ａ０からずれている。図４では、Ｙ軸方向から見た場合を示しているが、Ｘ軸方向から見た場合も同様である。このＸ軸方向またはＹ軸方向の変位量が、ワイヤ３１が溶融するレーザビームＬの照射範囲を超えると、ワイヤ３１が十分に融解せず、造形不良が発生する。以下では、ワイヤ３１が溶融する熱源であるレーザビームＬの適正な照射範囲は、照射適正範囲と称される。

【0032】

そこで、実施の形態１では、ワイヤ３１の歪みにより発生するＸ軸方向またはＹ軸方向の変位量が、レーザビームＬの照射適正範囲を超えないようにする構成を保持している。つまり、図１に示されるように、実施の形態１による付加製造装置１は、変位計測器３７と、アクチュエータ４４と、ＸＹ軸制御部５１と、をさらに備える。

【0033】

変位計測器３７は、供給されるワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計測する。具体的には、変位計測器３７は、ワイヤ送りローラ３５の送出位置からワイヤ３１の供給方向の下流側の予め定められた距離の位置において、ＸＹ面内でのワイヤ送りローラ３５の送出位置からの変位を計測する。ワイヤ送りローラ３５の送出位置は、一例ではワイヤ送りローラ３５の供給方向の下流側に位置するローラの端部とすることができる。変位計測器３７は、ある一定区間、例えばワイヤ送りローラ３５の送出位置からワイヤ３１の供給方向の下流側に取り付けられた変位計測器３７までなどのように、不変または計測できる距離をもつ区間について、ワイヤ３１のＸ軸方向またはＹ軸方向の変位量を計測する。変位計測器３７の一例は、計測できる距離を持つ区間の終端において、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に設置された２つのレーザ変位計測器である。また、ＸＹ面が水平面である場合には、水平面内でのワイヤ３１の変位を計測するため、ワイヤ３１の送出方向が鉛直方向となるように、ワイヤ送りローラ３５は配置される。変位計測器３７は、計測結果をＸＹ軸制御部５１に出力する。

【0034】

アクチュエータ４４は、ＸＹ軸制御部５１からの指示にしたがって、加工ヘッド４０におけるワイヤノズル４１の位置をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる移動機構である。つまり、ワイヤノズル４１の位置はＸ軸方向およびＹ軸方向に可変である。一例として、ワイヤノズル４１には、Ｘ軸方向にワイヤノズル４１を移動させるアクチュエータ４４と、Ｙ軸方向にワイヤノズル４１を移動させるアクチュエータ４４と、が設けられる。アクチュエータ４４は、ＸＹ軸制御部５１からの指示に従って動作し、指示によって与えられた値のワイヤノズル４１の移動を実現する。

【0035】

ＸＹ軸制御部５１は、変位計測器３７での計測結果に基づいてワイヤノズル４１のＸＹ面における位置を補正する制御を行う。ＸＹ軸制御部５１は、第１制御部に対応する。図１では、ＸＹ軸制御部５１は、制御部５０とは別に表示されているが、制御部５０のワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御を行う処理部の１つである。このため、ＸＹ軸制御部５１は、制御部５０内に設けられる構成であってもよい。

【0036】

ＸＹ軸制御部５１は、変位計測器３７の計測結果からワイヤ３１の単位長さ当たりのＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量である単位変位量を算出する。例えば最も簡単な構成であればワイヤ送りローラ３５の送出位置から、計測できる距離をもつ区間の終端までの距離をαとし、原点をワイヤ送りローラ３５の送出位置とし、計測できる距離をもつ区間の終端におけるＸ軸方向の変位量をβとし、Ｙ軸方向の変位量をγとする。この場合には、ワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量は、それぞれβ／αおよびγ／αと計算できる。

【0037】

あるいは、計測できる距離をもつ区間を２箇所としてもよい。この場合には、２つの計測できる距離をもつ区間の終端までの距離をそれぞれα１，α２とし、原点をワイヤ送りローラ３５の送出位置とし、２つの計測できる距離を持つ区間の終端におけるＸ軸方向の変位量をそれぞれβ１，β２とし、Ｙ軸方向の変位量をそれぞれγ１，γ２として、関数を生成する。ＸＹ軸制御部５１は、この関数を用いることによってより正確に単位長さにおけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を計算することができる。これにより、ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤノズル４１から送出されたワイヤ３１が持つ歪み量を取得することができる。

【0038】

変位計測器３７を通過したワイヤ３１は、ワイヤケーブル３６の内部を通りワイヤノズル４１まで供給される。このとき、ワイヤケーブル３６は、ワイヤ３１の動きに倣った動作をする。このため、ワイヤケーブル３６は、ワイヤ３１の歪み量に影響を与えない。このため、ＸＹ軸制御部５１で計算されたワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量は、ワイヤ送りローラ３５の送出位置から供給方向の下流側に供給されたワイヤ３１についても維持されているとすることができる。

【0039】

また、ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量を用いて、ワイヤノズル４１の送出位置を原点としたワイヤ３１の先端部におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を算出し、ワイヤ３１がレーザビームＬの照射適正範囲に存在するかを判定する。以下では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の変位量は、ＸＹ面内の変位量と称される。ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤ３１がレーザビームＬの照射適正範囲に存在しない場合に、ワイヤ３１の先端部がレーザビームＬの照射適正範囲となるように、ワイヤノズル４１を移動させる指示を生成し、アクチュエータ４４を制御する。ここで、レーザビームＬの照射適正範囲は、ワイヤ３１の先端部にレーザビームＬが照射され、ワイヤ３１の先端部が溶融凝固して適切に加工面上に堆積物６３を形成することができるレーザビームＬの照射領域中の範囲である。加工ヘッド４０におけるビームノズル４２の位置は固定されているため、ワイヤノズル４１のビームノズル４２を基準とした位置と、ワイヤ３１の先端部での変位量と、が分かれば、ワイヤ３１の先端部がレーザビームＬの照射適正範囲にあるか否かを判定することができる。

【0040】

例えば、算出したワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量に、ワイヤノズル４１のワイヤ３１の供給口４１ａから加工面までの距離を掛けることで、ＸＹ面内におけるワイヤ３１の先端部の基準位置からの変位量が算出される。一例では、このワイヤ３１の先端部の変位量をワイヤノズル４１の補正値とすることができる。そして、ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤノズル４１の補正値を指示としてワイヤノズル４１のアクチュエータ４４を制御する。

【0041】

アクチュエータ４４は、指示が入力されると、指示に従って動作を行う。これによって、レーザビームＬの照射適正範囲にワイヤ３１の先端部が位置するように、ワイヤノズル４１はＸＹ面内で移動する。この一連の動作により、ワイヤ３１の歪みにより発生するＸ軸方向またはＹ軸方向の変位量を補正することができ、ワイヤ３１の先端部がレーザビームＬの照射適正範囲を超えることなく適切な造形条件を維持することが可能となる。

【0042】

ここで、ワイヤノズル４１を駆動するアクチュエータ４４は、変位計測器３７で取得した歪み量に対しＸ軸方向およびＹ軸方向にワイヤノズル４１を移動させる構成を説明したが、ワイヤ３１の先端部の補正方法はこれに限定されない。例えばワイヤノズル４１をアクチュエータ４４によってＺ軸方向に移動させることももちろん可能である。ワイヤ３１が持つ歪み量が大きい場合などは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させることで少ないスペースで歪み量を補正することが可能となる。

【0043】

また、図１では、変位計測器３７が、ワイヤ送りローラ３５のワイヤ３１の供給方向の下流側に設置される構成を説明したが、変位計測器３７の位置はワイヤ送りローラ３５からワイヤノズル４１に至る経路上であれば設置場所が制限されるものではない。また、変位計測器３７からワイヤノズル４１までの距離はできる限り短い方が望ましい。このため、加工ヘッド４０内部の、アクチュエータ４４の下部に変位計測器３７を設けてもよい。この場合には、ＸＹ軸制御部５１は、アクチュエータ４４から変位計測器３７までの距離におけるＸＹ面内でのワイヤ３１の歪み量からワイヤ３１のＸＹ面内の単位変位量を算出する。そして、ＸＹ軸制御部５１は、この単位変位量を用いてワイヤノズル４１から加工面側に供給されたワイヤ３１の先端部の位置を算出し、この位置に基づいてワイヤノズル４１の位置を補正する。この構成によれば、変位計測器３７からワイヤノズル４１までの距離が短くなり、ワイヤノズル４１から供給されるワイヤ３１のＸＹ方向の変位量を算出する際の誤差を小さくすることができる。

【0044】

以上では、ワイヤ３１の歪みによるワイヤ３１の先端部のＸＹ面内の変位量を補正する構成について説明した。付加製造装置１では、ワイヤ３１の先端部のＺ軸方向の位置を適切に制御することも求められる。図５、図６および図７は、Ｚ軸方向におけるワイヤの先端部、加工面および溶融池の位置関係の一例を模式的に示す図である。図５は、ワイヤの先端部が加工面と接触した状態の一例を模式的に示す図であり、図６は、ワイヤの先端部が溶融池を介して加工面と接触した状態の一例を模式的に示す図であり、図７は、ワイヤの先端部が加工面とも溶融池とも接触していない状態の一例を模式的に示す図である。溶融池６４は、レーザビームＬによってワイヤ３１が溶融した状態にある部分である。また、これらの図では、Ｙ軸方向から見た状態が示されている。

【0045】

図６に示されるように、ワイヤ３１の先端部が、溶融池６４内にありながらも加工面と接触していない状態が造形には最適である。しかし、ワイヤ３１は加工面に向けて供給されながら、レーザビームＬにより溶融されているため、先端部の位置は常に変化している。また、加工面のＺ軸方向においては、ワイヤ３１の供給速度が過大であると、図５に示されるように、ワイヤ３１が三次元造形物６１またはベースプレート１２を突くことによって、ワイヤ３１に曲げが発生し、この結果、造形不良が生じる。逆に、ワイヤ３１の供給速度が過小であると、図７に示されるように、溶融したワイヤ３１ｍが加工面に堆積されず、ワイヤ３１の先端部に液滴状態として存在するようになる。この結果、不連続の造形となったり、あるいはワイヤノズル４１の先端部に発生した液滴が固化し、ワイヤノズル４１の詰まりが発生する原因となったりする。

【0046】

そこで、実施の形態１では、Ｚ軸方向についての加工面とワイヤ３１との位置関係の情報を取得し、取得結果に基づいてワイヤ供給部３０におけるワイヤ３１の供給状態を制御するための構成を保持している。位置関係は、図５に示されるように、三次元造形物６１の加工面とワイヤ３１とが直接に接触している状態、図６に示されるように、三次元造形物６１の加工面とワイヤ３１との間に溶融池６４が介される状態、および図７に示されるように、ワイヤ３１が三次元造形物６１の加工面とも溶融池６４とも乖離している状態のいずれかである。以下では、図５、図６および図７に示される状態のそれぞれは、状態Ａ、状態Ｂおよび状態Ｃと称される。これらの３つの状態Ａ，Ｂ，Ｃは、三次元造形物６１に振動を付加することで検知することができる。このため、図１に示されるように、実施の形態１による付加製造装置１は、振動子１３と、振動センサ３８と、Ｚ軸制御部５２と、をさらに備える。

【0047】

振動子１３は、移動ステージ１１に振動を付与する。この明細書では、振動は、揺動も含むものとする。振動子１３は、一例では、移動ステージ１１のベースプレート１２が載置される面とは反対側の下面に、ＸＹ面内におけるベースプレート１２の載置位置に対応して設けられる。振動子１３は、制御部５０またはＺ軸制御部５２からの指示に基づいて振動する。

【0048】

振動センサ３８は、振動子１３によって移動ステージ１１に付与され、三次元造形物６１、溶融池６４およびワイヤ３１を介して伝わってきた振動を検知する。振動センサ３８は、縦波の強度、横波の強度および伝播速度を検知できるものであればよい。振動センサ３８は、ワイヤノズル４１またはワイヤ供給部３０に設けられる。図１の例では、振動センサ３８は、ワイヤ供給部３０を構成するワイヤ送りローラ３５に取り付けられる場合を示している。振動センサ３８は、振動の検知結果をＺ軸制御部５２に出力する。振動の検知結果は、縦波の強度、横波の強度並びに縦波および横波の伝播速度を含む。振動センサ３８を設けることで、加工面とワイヤ３１の先端部との位置関係を取得するために振動子１３によって付与された振動を検知することができる。

【0049】

Ｚ軸制御部５２は、振動子１３で発生させた振動の検知結果を振動センサ３８から取得し、検知結果に基づいて、Ｚ軸方向におけるワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を推定し、推定結果に基づいてワイヤ供給部３０でのワイヤ３１の供給速度およびワイヤ３１の先端部の位置であるワイヤ３１の供給状態を制御する。なお、図１では、Ｚ軸制御部５２は、制御部５０とは別に表示されているが、制御部５０のワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御を行う処理部の１つである。このため、Ｚ軸制御部５２は、制御部５０内に設けられる構成であってもよい。Ｚ軸制御部５２は、第２制御部に対応する。

【0050】

ここで、Ｚ軸制御部５２における処理の詳細を説明する。図５から図７に示されるように、移動ステージ１１、ベースプレート１２および三次元造形物６１は固体であり、溶融池６４は液体であり、ワイヤ３１は固体である。固体は、振動子１３からの縦波および横波をともに伝播することができる。液体は、縦波を伝播することができるが、横波を伝播することができない。また、ワイヤ３１が三次元造形物６１の加工面とも溶融池６４とも乖離している場合には、縦波および横波は振動センサ３８まで伝播することができない。

【0051】

実施の形態１では、これらの特徴を利用することで、加工面とワイヤ３１との間の位置関係が状態Ａ，Ｂ，Ｃのいずれであるかを推定する。まず、図５に示されるように、ワイヤ３１の先端部が三次元造形物６１の加工面と接触している状態Ａである場合には、移動ステージ１１に設置された振動子１３の振動は、縦波および横波として、三次元造形物６１を介してワイヤ３１に伝播する。このため、ワイヤ送りローラ３５に設置された振動センサ３８では、縦波および横波がともに検知される。つまり、Ｚ軸制御部５２は、振動センサ３８で縦波および横波がともに検知された場合には、図５に示される状態Ａであると推定し、図６に示される適正状態である状態Ｂ、すなわちワイヤ３１の先端部が加工面と接触していない状態となるようにワイヤ供給部３０を制御する。この場合には、ワイヤ３１の供給速度が、ワイヤ３１が溶融する速度よりも大きい状態であるので、ワイヤ３１の先端部が三次元造形物６１と接触してしまっている。このため、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の溶融速度がワイヤ３１の供給速度と等しくなるようにするために、ワイヤ供給部３０から供給されるワイヤ３１の速度を低下させる制御を行う。あるいは、アクチュエータ４４がワイヤノズル４１をＺ軸方向に移動させることが可能な場合には、Ｚ軸制御部５２は、アクチュエータ４４によってＺ軸方向にワイヤ３１の先端を上昇させる制御を行ってもよい。また、この場合には、Ｚ軸制御部５２は、アクチュエータ４４によってワイヤ３１の先端を上昇させながら、ワイヤ３１の供給速度を低下させるように、両方の制御を行ってもよい。

【0052】

次に、図６に示されるように、三次元造形物６１の加工面とワイヤ３１とが溶融池６４を介して接触している状態Ｂである場合には、縦波は、溶融池６４を伝播することができるが、横波は、溶融池６４を伝播することができない。このため、振動センサ３８では、縦波のみが検知され、横波は検知されない。この状態であれば、三次元造形物６１、ワイヤ３１および溶融池６４の位置関係は適切である。また、縦波の伝播速度は液体と固体とでは１０倍ほど異なるため、振動子１３に付加する振動を、パルス波または異なる波形などの時間履歴を検知することができる波形とすることによって、伝播時間からワイヤ３１の先端部と三次元造形物６１の加工面との間の距離を推定することもできる。Ｚ軸制御部５２は、推定したワイヤ３１の先端部と加工面との間の距離を用いて、造形処理を行う上で望ましい距離となるようにワイヤ３１の供給速度を制御することができる。

【0053】

次に、図７に示されるように、ワイヤ３１が三次元造形物６１の加工面とも溶融池６４とも乖離している状態Ｃである場合には、振動センサ３８は縦波も横波も検知しない。この場合には、Ｚ軸制御部５２は、造形処理を停止してもよいし、あるいは、ワイヤ３１の先端部が加工面へと向かうようにワイヤ３１の供給速度を増加させるようにしてもよい。

【0054】

このように、Ｚ軸制御部５２は、付加製造装置１内の振動子１３による振動の振動センサ３８での検知結果を用いた評価によって、三次元造形物６１、ワイヤ３１および溶融池６４の位置関係を推定し、推定した位置関係に基づいてワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部の位置を制御することを可能とする。なお、上記した説明では、振動子１３を移動ステージ１１に設置し、振動センサ３８をワイヤ送りローラ３５に設置する構成を示したが、これは一例である。例えば、振動子１３を三次元造形物６１が配置される側に設置し、振動センサ３８をワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの任意の箇所に設置することも可能である。一例では、振動子１３を三次元造形物６１に設置し、振動センサ３８をワイヤノズル４１の直下に設置してもよい。また、三次元造形物６１とワイヤ３１との間で伝わる振動を検知することができればよいため、上記とは逆に、振動子１３をワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの任意の箇所に設置し、振動センサ３８を三次元造形物６１が配置される側に設置してもよい。つまり、振動子１３は、移動ステージ１１および付加材料であるワイヤ３１のうちの一方に振動を与えることが可能な位置に設けられ、振動センサ３８は、移動ステージ１１およびワイヤ３１のうちの振動子１３によって振動が与えられていない他方で振動を検知することが可能な位置に設けられればよい。

【0055】

図８は、実施の形態１による付加製造装置のワイヤ供給制御処理の概要の一例を模式的に示すブロック図である。図８に示されるように、ワイヤ供給部３０には、ワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の歪みを検知する変位計測器３７が設けられる。ＸＹ軸制御部５１は、変位計測器３７での計測結果にしたがって、ＸＹ面内におけるワイヤノズル４１でのワイヤ３１の送出位置を基準としたワイヤ３１の先端部の変位量を算出する。また、ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤ３１の先端部がレーザビームＬの照射適正範囲に収まるように、算出した変位量に基づいてワイヤノズル４１の位置を補正する指示をアクチュエータ４４に出力する。そして、アクチュエータ４４は、ワイヤノズル４１のＸＹ方向の位置を補正する。

【0056】

一方、造形処理中では、振動子１３によってベースプレート１２に振動が与えられる。この振動は、ベースプレート１２から三次元造形物６１を介してワイヤ３１に伝達する。ワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの間に設けられた振動センサ３８によって、縦波の強度、横波の強度および伝播速度が検知される。Ｚ軸制御部５２は、振動センサ３８での検知結果に基づいて、ワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を推定する。Ｚ軸制御部５２は、推定結果に基づいて、ワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部のＺ軸方向の変位量を決定し、ワイヤ供給部３０の動作を制御する指示をワイヤ供給部３０に出力する。そして、ワイヤ供給部３０は、指示に従って、ワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部の位置を変更する。

【0057】

つぎに、図１に示される付加製造装置１における三次元造形物６１の製造方法について説明する。図９は、実施の形態１による三次元造形物の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、制御部５０は、ベースプレート１２上の三次元造形物６１を造形する位置と対向する位置に加工ヘッド４０を移動させる（ステップＳ１１）。ついで、制御部５０は、ワイヤノズル４１からワイヤ３１をベースプレート１２上の加工面に向けて供給させる（ステップＳ１２）。このとき、ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤノズル４１のＸＹ面内の位置補正処理を行う（ステップＳ１３）。その後、制御部５０は、レーザ発振器２１からレーザビームＬを加工面に照射させる（ステップＳ１４）。このとき、ワイヤノズル４１のＸＹ面内の位置補正処理によって、ワイヤ３１の先端部は、レーザビームＬの照射適正範囲に収まっている。また、ワイヤ３１の先端部にレーザビームＬが照射されることによって、ワイヤ３１の先端部が溶融し、加工面上には溶融池６４が形成される。

【0058】

ついで、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を取得し、必要な場合にワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御処理を行う（ステップＳ１５）。ワイヤ供給部３０のワイヤ３１の供給状態の制御処理の一例は、ワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部のＺ軸方向の位置の補正である。その後、制御部５０は、造形処理が終了したかを判定する（ステップＳ１６）。造形処理が終了していないと判定した場合（ステップＳ１６でＮｏの場合）には、ステップＳ１１に処理が戻る。また、造形処理が終了したと判定した場合（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）には、ベースプレート１２上に三次元造形物６１が完成した状態となり、造形処理が終了する。

【0059】

ここで、図９のステップＳ１３のワイヤノズル４１のＸＹ面内の位置補正処理について説明する。図１０は、ワイヤノズルのＸＹ面内の位置補正処理の手順の一例を示すフローチャートである。まず、変位計測器３７は、ワイヤ送りローラ３５の送出位置から送出されたワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の歪みを計測する（ステップＳ３１）。ＸＹ軸制御部５１は、変位計測器３７によって計測されたＸ軸方向およびＹ軸方向の歪みを用いて、ワイヤ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量を算出する（ステップＳ３２）。ついで、ＸＹ軸制御部５１は、算出したＸ軸方向およびＹ軸方向の単位変位量と、ワイヤノズル４１の送出位置と加工面との距離と、からＸＹ面内におけるワイヤノズル４１の送出位置を基準としたワイヤ３１の先端部の変位量を算出する（ステップＳ３３）。ＸＹ軸制御部５１は、算出したワイヤ３１の先端部の変位量に基づいて、ワイヤノズル４１の位置を補正する補正指令をアクチュエータ４４に出力する（ステップＳ３４）。アクチュエータ４４は、補正指令に基づいてワイヤノズル４１の位置を補正し（ステップＳ３５）、処理が図９へと戻る。

【0060】

つぎに、図９のステップＳ１５のワイヤ供給部３０のワイヤ供給制御処理について説明する。図１１は、ワイヤ供給部のワイヤ供給制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。まず、Ｚ軸制御部５２は、振動子１３に振動を発生させる（ステップＳ５１）。振動センサ３８は、振動子１３で発生させた振動の結果を検知し、検知結果をＺ軸制御部５２に出力する。

【0061】

Ｚ軸制御部５２は、振動センサ３８によって振動が検知されたかを判定する（ステップＳ５２）。振動センサ３８によって振動が検知された場合（ステップＳ５２でＹｅｓの場合）には、Ｚ軸制御部５２は、検知した波の種類を判定する（ステップＳ５３）。縦波および横波の両方を検知した場合（ステップＳ５３で縦波および横波の場合）には、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部が加工面と接触していると推定する（ステップＳ５４）。そして、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の供給速度を低下させるように、またはＺ軸方向にワイヤ３１の先端部を上昇させるように、ワイヤ供給部３０に指示を出力する（ステップＳ５５）。ワイヤ供給部３０は、指示に従って、ワイヤ３１の供給速度を低下させる、またはＺ軸方向にワイヤ３１の先端部を上昇させる（ステップＳ５６）。その後、処理が図９へと戻る。

【0062】

ステップＳ５３で、縦波のみを検知した場合（ステップＳ５３で縦波のみの場合）には、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部は、溶融池６４を介して加工面と接触していると推定する（ステップＳ５７）。つまり、ワイヤ３１の先端部と溶融池６４との位置関係は適切であり、ワイヤ３１の供給速度およびワイヤ３１の先端部の位置も適切である。Ｚ軸制御部５２は、振動センサ３８によって検知された伝播速度から加工面とワイヤ３１の先端部との間の距離を算出する（ステップＳ５８）。また、Ｚ軸制御部５２は、算出した加工面とワイヤ３１の先端部との間の距離に基づいてワイヤ３１の供給速度を制御する（ステップＳ５９）。そして、処理が図９へと戻る。

【0063】

状態Ｂにある場合には、適切な状態で造形処理が実行されているが、状態Ｂでも、ワイヤ３１の先端部が加工面に近い場合、あるいはワイヤ３１の先端部が溶融池６４の上端に近い場合には、状態Ａまたは状態Ｃに移行してしまう可能性がある。このため、このような場合には、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部が溶融池６４の中心部付近に位置するようにワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部の位置を制御する。

【0064】

ステップＳ５２で振動センサ３８によって振動が検知されなかった場合（ステップＳ５２でＮｏの場合）には、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部が加工面とも溶融池６４とも乖離していると推定する（ステップＳ６０）。その後、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部が溶融池６４と接触するように、ワイヤ３１の供給速度またはワイヤ３１の先端部の位置を制御し（ステップＳ６１）、処理が図９へと戻る。なお、ステップＳ６１で、ワイヤ３１の先端部が溶融した後に凝固して塊状となってしまっている可能性がある。このため、制御部５０は、造形処理を終了するようにしてもよい。

【0065】

実施の形態１の付加製造装置１は、ベースプレート１２と、ワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの部材と、の一方に振動子１３を備え、他方に振動センサ３８を備える。また、付加製造装置１は、振動子１３によって発生した振動の振動センサ３８での検知結果に基づいて、Ｚ軸方向におけるワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を推定するＺ軸制御部５２を備える。具体的には、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ３１の先端部が、加工面と接触している状態Ａ、溶融池６４を介して加工面と接触している状態Ｂおよび加工面とも溶融池６４とも乖離している状態Ｃのいずれかであることを推定する。これによって、ワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を把握するための撮像装置を必要とせずに、ワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を推定することができる。また、円筒内側面のような造形処理で撮像部と加工面との間に三次元造形物６１の一部などの干渉物がある場合には、撮像部でワイヤ３１の先端部の状態を観察することができないので、制御が不能となる。しかし、実施の形態１の付加製造装置１では、撮像部を用いることがないので、このような状況でもワイヤ３１の先端部と加工面との間の位置関係を把握することができ、造形処理の制御を続行することができる。一例では、円筒内側面の造形処理中でも、ワイヤ３１の先端部の位置を制御することができる。また、Ｚ軸方向においては、ワイヤ３１の供給速度が過大であることによるワイヤ３１による加工面への突きまたはワイヤ３１の曲げの発生、あるいはワイヤ３１の供給速度が過小であることによるワイヤ３１の先端部に液滴状態の不良発生またはワイヤノズル４１の詰まりの発生を抑制することができる。さらに、液体金属の状態である溶融池６４内におけるワイヤ３１の状態も評価することができる。

【0066】

また、付加製造装置１は、ワイヤ送りローラ３５の送出位置の下流側にワイヤ３１のＸＹ面内での変位を計測する変位計測器３７と、ワイヤノズル４１をＸＹ面内で移動させるアクチュエータ４４と、変位計測器３７での計測結果に基づいてワイヤ３１の先端部のＸＹ面内の変位量を算出し、算出した変位量に基づいてワイヤノズル４１の位置を補正するようにアクチュエータ４４に指示するＸＹ軸制御部５１と、を備える。これによって、ワイヤ３１の中心軸に生じた歪みによってワイヤ３１の先端部に変位が生じたとしても、ワイヤ３１の先端部がレーザビームＬの照射適正範囲に収まるようにワイヤノズル４１の位置を補正することができる。つまり、ワイヤ３１の歪みにより発生するＸＹ面内の変位量が、レーザビームＬの照射適正範囲を超えないようにすることができる。以上のように、実施の形態１によれば、ワイヤ３１を用いたＤＥＤ方式の付加製造装置１において、エネルギ照射点に侵入するワイヤ３１の先端のＸＹ面内の変位量並びにＺ軸方向の位置を従来に比して精確に測定し、制御することができる。

【0067】

実施の形態２．
付加製造による造形では、堆積物６３を形成する工程を繰り返して予め定められた厚さになるまで積層することによって、三次元造形物６１が形成される。しかし、これらの工程の繰り返しによって新たに形成される堆積物６３では、既に形成された下層の堆積物６３と一体化される際に、外部空気またはシールドガスＧなどのガス層を間に含んだまま凝固することに起因する、ボイドなどの造形不良が発生することがある。そこで、実施の形態２では、振動を溶融池６４に付与することで、堆積物６３間に発生したガス層の脱離を促し、ボイドを低減させることができる付加製造装置１について説明する。

【0068】

まず、三次元造形物６１の製造方法でガス層が形成される概要について説明する。図１２および図１３は、三次元造形物の製造方法でガス層が形成される様子の一例を模式的に示す断面図である。図１２は、Ｘ軸に垂直な断面図であり、図１３は、Ｙ軸に垂直な断面図である。図１２および図１３では、実施の形態１で説明したように、ベースプレート１２上にＸ方向に延在する１層目の堆積物６３が形成された後、１層目の堆積物６３上に２層目の堆積物６３が形成される場合を示している。上記したように、新たに形成される堆積物６３と既に形成された下層の堆積物６３とが一体化される際に、ボイドなどの造形不良が発生することがある。図１２および図１３に示されるように、堆積物６３間に発生するガス層６５は、堆積物６３が重なり合う線上に発生することが実験によって判明している。すなわち、既に形成された堆積物６３と接触するように新たな堆積物６３を形成する場合に、新たな堆積物６３の輪郭が既に形成された堆積物６３の輪郭と交わる部分である線の上に、ガス層６５が発生する。また、図１３に示されるように、ガス層６５は線上に発生した後、溶融方向に向けて上昇するような挙動をみせることも判明している。これは、ガス層６５が脱離する前に溶融池６４の金属成分が凝固することでボイドが発生するためであると考えられる。つまり、ガス層６５が堆積物６３の外部に逃げる前に溶融した金属成分が凝固してしまうために、ボイドが発生するものと考えられる。

【0069】

そこで、実施の形態２の付加製造装置１は、造形処理中にも溶融池６４に揺動を与えることで、溶融池６４に運動量を付加し、内部のガス層６５に振動を与えてより大きな空気として結合を促進させる構成を有する。実施の形態２でも、振動には、揺動が含まれる。ガス層６５は振動を付加しない場合と比較して上部への浮力を早く得る。この結果、ガス層６５の堆積物６３からの脱離が促される。実施の形態２の付加製造装置１の構成は、実施の形態１と同様である。ただし、実施の形態１では、制御部５０は、ワイヤ３１の先端部と加工面との間のＺ軸方向の位置関係を検出する場合に振動子１３に振動を与えていたが、実施の形態２では、造形処理中にも振動子１３に振動を与える。

【0070】

また、ガス層６５同士の結合を促進するためには溶融池６４に効果的に振動を与えることが望ましい。溶融池６４は、液体であり横波を伝播しないことから、例えば溶融池６４のＺ軸方向における最短位置に振動子１３が位置することが望ましい。

【0071】

図１４および図１５は、実施の形態２による付加製造装置の移動ステージ付近の構成の一例を模式的に示す図である。図１４は、Ｘ軸に垂直な断面図であり、図１５は、Ｙ軸に垂直な断面図である。図１４および図１５に示されるように、実施の形態２の付加製造装置１では、移動ステージ１１の下面のサイズよりも小さいサイズであり、ＸＹ面内で移動可能な振動子１３ａが設けられる。実施の形態１では、移動ステージ１１の下面のベースプレート１２の載置位置に対応する位置に振動子１３が設けられる場合を示したが、実施の形態２では、移動ステージ１１の下面にＸＹ面内で移動可能な振動子１３ａが設けられる。一例では、付加製造装置１は、移動ステージ１１の下面で振動子１３ａをＸＹ面内で移動可能とする図示しないアジャスタをさらに備える。アジャスタは、制御部５０またはＺ軸制御部５２からの指示によってＸＹ面内で振動子１３ａを移動させる。

【0072】

図１４および図１５に示されるように、溶融池６４の下方に振動子１３ａが移動され、造形処理中に振動が加えられる。すなわち、ＸＹ面内における振動子１３ａの位置は、加工ヘッド４０の位置と対応するように、振動子１３ａの位置が制御される。これによって、溶融池６４から振動子１３ａまでの距離が短くなり、効果的に縦波の振動を溶融池６４に付与することが可能となる。この結果、ガス層６５が溶融池６４中を移動するとともに溶融方向に向けて上昇し、溶融池６４が凝固する前に、ガス層６５の堆積物６３の外部への脱離を促進させることが可能となる。その他の構成については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

【0073】

なお、上記した説明では、移動ステージ１１の下部に、ＸＹ面内で移動可能なアジャスタを設け、アジャスタに振動子１３ａを取り付ける場合を示したが、溶融池６４に振動を与える方法は、これに限定されるものではない。

【0074】

一例では、レーザ発振器２１に、レーザビームＬをパルス状に発生させる機能を付加してもよい。これによって、パルス状のレーザビームＬが溶融池６４に照射されるたびに、溶融池６４に振動が発生することになる。この結果、堆積物６３間に発生したガス層６５の脱離が促進され、堆積物６３の堆積によって形成される三次元造形物６１におけるボイドを低減させることができる。また、パルス状のレーザビームＬを照射することで、溶融池６４のピーク温度を低減させ、溶接部の冷却速度を向上させることもできる。

【0075】

また、他の例では、ワイヤ供給部３０が、ワイヤ３１を揺動させるワイヤ揺動部を備えていてもよい。ワイヤ揺動部によるワイヤ３１の揺動方法として、ワイヤ３１の進行方向に垂直な方向もしくは平行な方向への揺動、ワイヤ３１の進行方向に垂直な方向での円運動、またはこれらを組み合わせたものを挙げることができる。これによって、堆積物６３間に発生したガス層６５に運動量を与え、ガス層６５の脱離を促進することができる。この場合には、ガス層６５に運動量を与えるためのワイヤ３１の揺動と、振動センサ３８によって検知される振動と、は、例えばタイミングをずらす等の方法によって分離して検知できるようにされている。ワイヤ揺動部は、付加材料揺動部に対応する。

【0076】

さらに、ワイヤ３１をアーク放電によって溶融するアーク溶接の場合には、溶融池６４に流れるアーク電流および磁場の向きによる磁気撹拌による揺動によって、溶融池６４に振動を与えてもよい。つまり、この場合の付加製造装置１は、溶融池６４に電流および磁場を印加して磁気撹拌を生じさせる磁気撹拌部をさらに備える。一例では、アーク溶接棒に励磁コイルを設けることで、溶融池６４に磁場を印加することができる。

【0077】

実施の形態２では、造形処理中の溶融池６４に縦波の振動を与えるようにした。これによって、堆積物６３間に発生するガス層６５に運動量が与えられ、溶融池６４が凝固する前にガス層６５の溶融池６４の外部への脱離を促進することができる。この結果、堆積物６３の堆積によって形成される三次元造形物６１内におけるボイドの量を実施の形態１の場合に比して減少させることができるという効果を有する。

【0078】

実施の形態３．
実施の形態１では、三次元造形物６１とワイヤ３１との間の位置関係の取得にワイヤ３１に付加した振動を、縦波の強度、横波の強度および伝播速度を検知できる振動センサ３８によって検知する場合を述べた。実施の形態３では、電流によって三次元造形物６１とワイヤ３１との間の位置関係を取得する場合を説明する。

【0079】

図１６は、実施の形態３による付加製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。以下では、実施の形態１と異なる点について説明し、実施の形態１と同様の構成については、説明を省略する。実施の形態３による付加製造装置１ａは、実施の形態１の付加製造装置１から振動子１３および振動センサ３８が除去され、電流供給部７１と、電流センサ１４と、電圧センサ７２と、を備える。

【0080】

電流供給部７１は、一例では、Ｚ軸制御部５２からの指示によってワイヤ３１に電流を供給する。電流供給部７１は、ワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの間でワイヤ３１と接触するように設けられる。電流センサ１４は、移動ステージ１１に設けられる。電流センサ１４は、電流の検知の有無をＺ軸制御部５２に出力する。電圧センサ７２は、ワイヤリール３２に設けられるモータ３３の負荷である電圧を計測する。電圧センサ７２は、計測した電圧をＺ軸制御部５２に出力する。ワイヤ３１に供給する電流は、電流センサ１４で検知することができる程度のものであればよい。

【0081】

図１７は、実施の形態３による付加製造装置のワイヤ供給制御処理の概要の一例を模式的に示すブロック図である。以下では、実施の形態１の図８と異なる点について説明し、図８と同様の構成については、説明を省略する。図１７に示されるように、実施の形態３では、Ｚ軸制御部５２は、電流センサ１４での計測結果に基づいて、Ｚ軸方向のワイヤ３１の位置を制御する。例えばワイヤ３１に通電し、溶融池６４または三次元造形物６１に接触させる。この場合、溶融池６４および三次元造形物６１は金属であり、またベースプレート１２および移動ステージ１１も金属である場合には、電流センサ１４で電流を検知することで、Ｚ軸制御部５２は、図５の状態Ａまたは図６の状態Ｂであることを検知できる。図５の状態Ａと図６の状態Ｂとのいずれかであるかの検知については、例えばワイヤ３１が三次元造形物６１に接触した場合にはワイヤ供給部３０のモータ３３の負荷が上昇する。このため、実施の形態３では、Ｚ軸制御部５２は、電圧センサ７２からの計測結果を用いて、モータ３３の負荷が上昇しているか否かを判定する。Ｚ軸制御部５２は、モータ３３の負荷が上昇している場合には、図５の状態Ａであると推定し、モータ３３の負荷が上昇していない場合には、図６の状態Ｂであると推定することができる。また、ワイヤ３１に電流を供給したにもかかわらず、電流センサ１４が電流を計測しない場合には、ワイヤ３１が溶融池６４および三次元造形物６１と接触していない図７の状態Ｃであると推定する。なお、ワイヤ３１の先端部と加工面との位置関係を推定した後のワイヤ供給部３０の制御については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

【0082】

また、図１７において、電圧センサ７２を設けず、実施の形態１の場合のように、移動ステージ１１と、ワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの間と、の一方に振動子１３を設け、他方に振動センサ３８を設ける構成としてもよい。これによって、図５および図６のいずれかの状態であるかの推定には、実施の形態１のように、振動子１３からの振動を振動センサ３８で検知した結果を用いることができる。

【0083】

あるいは、実施の形態２で説明したように、ガス層６５を除去するために移動ステージ１１の下部に移動可能な振動子１３ａを設け、ワイヤ供給部３０からワイヤノズル４１までの間に振動センサ３８を設けてもよい。

【0084】

実施の形態３では、付加製造装置１は、ワイヤ３１に電流を供給する電流供給部７１と、移動ステージ１１に設けられる電流センサ１４と、を備える。これによって、ワイヤ３１に供給した電流が移動ステージ１１で検知されたか否かによって、ワイヤ３１の先端部と加工面との間のＺ軸方向の位置関係を推定することができる。また、付加製造装置１は、ワイヤ３１を供給するワイヤリール３２に設けられるモータ３３に負荷を検知する電圧センサ７２をさらに備える。これによって、モータ３３の負荷が上昇した場合には、ワイヤ３１の先端部と加工面とが接触している状態であり、モータ３３の負荷が上昇していない場合には、ワイヤ３１の先端部と加工面とが溶融池６４を介して接触している状態であると推定することができる。これによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0085】

実施の形態１から３の制御部５０、ＸＹ軸制御部５１およびＺ軸制御部５２は、処理回路として実現される。処理回路は専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える回路であってもよい。図１８は、実施の形態１から３による付加製造装置に備えられる制御部、ＸＹ軸制御部およびＺ軸制御部のハードウェア構成の一例を模式的に示すブロック図である。制御部５０、ＸＹ軸制御部５１およびＺ軸制御部５２は、プロセッサ５０１と、メモリ５０２と、を有する。プロセッサ５０１とメモリ５０２とは、バスライン５０３を介して接続される。制御部５０、ＸＹ軸制御部５１およびＺ軸制御部５２は、メモリ５０２に記憶されたプログラムをプロセッサ５０１が実行することによって実現される。また、複数のプロセッサ５０１および複数のメモリ５０２が連携して上記機能を実現してもよい。さらに、制御部５０、ＸＹ軸制御部５１およびＺ軸制御部５２の機能のうちの一部を専用のハードウェアである電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ５０１およびメモリ５０２を用いて実現するようにしてもよい。ＸＹ軸制御部５１は、ワイヤノズル４１に設けられるアクチュエータ４４を電気信号によって制御し、Ｚ軸制御部５２は、ワイヤ供給部３０を電気信号によって制御する。

【0086】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0087】

１，１ａ 付加製造装置、１１ 移動ステージ、１２ ベースプレート、１３，１３ａ 振動子、１４ 電流センサ、２１ レーザ発振器、２２ ガス供給部、２３ チラー、２４ ファイバケーブル、３０ ワイヤ供給部、３１ ワイヤ、３２ ワイヤリール、３３ モータ、３４ ワイヤホルダ、３５ ワイヤ送りローラ、３６ ワイヤケーブル、３７ 変位計測器、３８ 振動センサ、４０ 加工ヘッド、４１ ワイヤノズル、４１ａ 供給口、４２ ビームノズル、４３ ガスノズル、４４ アクチュエータ、５０ 制御部、５１ ＸＹ軸制御部、５２ Ｚ軸制御部、６１ 三次元造形物、６２ 加工領域、６３ 堆積物、６４ 溶融池、６５ ガス層、７１ 電流供給部、７２ 電圧センサ、Ｇ シールドガス、Ｌ レーザビーム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】