特許 7698767 付加加工装置、付加加工方法、および付加加工プログラム

(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】2025-06-17

(45)【発行日】2025-06-25

(54)【発明の名称】付加加工装置、付加加工方法、および付加加工プログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/34 20140101AFI20250618BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20250618BHJP

   B22F 12/44 20210101ALI20250618BHJP

   B22F 12/50 20210101ALI20250618BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20250618BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20250618BHJP

   B29C 64/241 20170101ALI20250618BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20250618BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20250618BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20250618BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20250618BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20250618BHJP

【ＦＩ】

B23K26/34

B22F10/25

B22F12/44

B22F12/50

B23K26/21 Z

B29C64/153

B29C64/241

B29C64/268

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024105211

(22)【出願日】2024-06-28

【審査請求日】2024-10-25

【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

(72)【発明者】

【氏名】川井 崇

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】再公表特許第２０１９／１５１２３９（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開２０２４－１３０９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９０４８４０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／３４

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ２９Ｃ ６４／２４１

Ｂ２２Ｆ １０／２５

Ｂ２２Ｆ １２／４４

Ｂ２２Ｆ １２／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加加工装置であって、
ワークに粉末材料を供給するとともに前記ワークにレーザ光を照射することで、前記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを駆動するための駆動部と、
前記ワークの一方側を保持するとともに、所定軸を中心に前記ワークを回転させるためのワーク主軸と、
前記ワークの他方側を心押しするための心押し機構と
前記付加加工装置を制御するための制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、前記レーザヘッドの駆動パスを生成する処理と、
前記付加部分の水平方向において、前記生成された駆動パスを拡張する処理と、
前記拡張された駆動パスに従って前記レーザヘッドを駆動し、前記ワークを付加加工する処理とを実行し、
前記付加加工する処理では、前記ワーク主軸による前記ワークの回転処理と、前記拡張された駆動パスに従う前記レーザヘッドの駆動処理とが並行して実行される、付加加工装置。

【請求項2】

前記心押し機構は、
前記所定軸の方向に進退可能に構成されているセンターピンと、
前記センターピンを前記ワークに向けて押し付けるための弾性部材とを含む、請求項１に記載の付加加工装置。

【請求項3】

前記拡張する処理は、前記生成された駆動パスを前記所定軸の方向に拡張する処理を含む、請求項１または２に記載の付加加工装置。

【請求項4】

前記拡張する処理は、前記生成された駆動パスを前記心押し機構の設置側において少なくとも拡張する処理を含む、請求項３に記載の付加加工装置。

【請求項5】

前記拡張する処理は、前記付加部分の位置が前記心押し機構に近いほど、前記拡張する処理における駆動パスの拡張距離を長くする処理を含む、請求項１または２に記載の付加加工装置。

【請求項6】

付加加工装置による付加加工方法であって、
前記付加加工装置は、
ワークに粉末材料を供給するとともに前記ワークにレーザ光を照射することで、前記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを駆動するための駆動部と、
前記ワークの一方側を保持するとともに、所定軸を中心に前記ワークを回転させるためのワーク主軸と、
前記ワークの他方側を心押しするための心押し機構とを備え、
前記付加加工方法は、
前記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、前記レーザヘッドの駆動パスを生成するステップと、
前記付加部分の水平方向において、前記生成された駆動パスを拡張するステップと、
前記拡張された駆動パスに従って前記レーザヘッドを駆動し、前記ワークを付加加工するステップとを備える、
前記付加加工するステップでは、前記ワーク主軸による前記ワークの回転処理と、前記拡張された駆動パスに従う前記レーザヘッドの駆動処理とが並行して実行される、付加加工方法。

【請求項7】

付加加工装置による付加加工プログラムであって、
前記付加加工装置は、
ワークに粉末材料を供給するとともに前記ワークにレーザ光を照射することで、前記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを駆動するための駆動部と、
前記ワークの一方側を保持するとともに、所定軸を中心に前記ワークを回転させるためのワーク主軸と、
前記ワークの他方側を心押しするための心押し機構とを備え、
前記付加加工プログラムは、前記付加加工装置に、
前記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、前記レーザヘッドの駆動パスを生成する処理と、
前記付加部分の水平方向において、前記生成された駆動パスを拡張する処理と、
前記拡張された駆動パスに従って前記レーザヘッドを駆動し、前記ワークを付加加工する処理とを実行させ、
前記付加加工する処理では、前記ワーク主軸による前記ワークの回転処理と、前記拡張された駆動パスに従う前記レーザヘッドの駆動処理とが並行して実行される、付加加工プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付加加工装置、付加加工方法、および付加加工プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２３－１２５５３７号公報（特許文献１）は、指向性エネルギー堆積法を用いたワークの付加加工において、ワークの加工精度を高く維持することが可能な加工機械を開示している。当該加工機械は、ワークに対して粉末材料を供給するとともにレーザ光を照射する付加加工用ヘッドと、ワークを回転可能に保持するための第１保持部および第２保持部とを備える。第１保持部および第２保持部は、ワークの回転軸の方向において互いに対向して設けられており、ワークを両側から保持するように構成されている。

【0003】

レーザ光がワークに照射されることによって、ワークは熱膨張する（段落［０００５］参照）。そのため、上記加工機械は、ワークに対する付加加工時において、第１保持部および第２保持部を互いに遠ざかる方向に相対的に移動させる。これにより、上記加工機械は、ワークの表面が第１保持部および第２保持部の間で歪むことを抑制する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２３－１２５５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ワークは、付加加工中にはレーザ光の照射により熱膨張するが、付加加工の完了後には収縮する。このようなサイズ変化により、ワークが意図した形状に付加加工されない場合がある。

【0006】

上記の点に鑑み、ワークの付加加工精度を従来よりも改善するための技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一例では、付加加工装置は、ワークに粉末材料を供給するとともに上記ワークにレーザ光を照射することで、上記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、上記レーザヘッドを駆動するための駆動部と、上記付加加工装置を制御するための制御部とを備える。上記制御部は、上記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、上記レーザヘッドの駆動パスを生成する処理と、上記付加部分の水平方向において、上記生成された駆動パスを拡張する処理と、上記拡張された駆動パスに従って上記レーザヘッドを駆動し、上記ワークを付加加工する処理とを実行する。

【0008】

本開示の一例では、上記付加加工装置は、さらに、上記ワークの一方側を保持するとともに、所定軸を中心に上記ワークを回転させるためのワーク主軸と、上記ワークの他方側を心押しするための心押し機構とを備える。上記制御部は、上記付加加工する処理において、上記ワーク主軸による上記ワークの回転処理と、上記拡張された駆動パスに従う上記レーザヘッドの駆動処理とを並行して実行する。

【0009】

本開示の一例では、上記心押し機構は、上記所定軸の方向に進退可能に構成されているセンターピンと、上記センターピンを上記ワークに向けて押し付けるための弾性部材とを含む。

【0010】

本開示の一例では、上記拡張する処理は、上記生成された駆動パスを上記所定軸の方向に拡張する処理を含む。

【0011】

本開示の一例では、上記拡張する処理は、上記生成された駆動パスを上記心押し機構の設置側において少なくとも拡張する処理を含む。

【0012】

本開示の一例では、上記拡張する処理は、上記付加部分の位置が上記心押し機構に近いほど、上記拡張する処理における駆動パスの拡張距離を長くする処理を含む。

【0013】

本開示の他の例では、付加加工装置による付加加工方法が提供される。上記付加加工装置は、ワークに粉末材料を供給するとともに上記ワークにレーザ光を照射することで、上記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、上記レーザヘッドを駆動するための駆動部とを備える。上記付加加工方法は、上記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、上記レーザヘッドの駆動パスを生成するステップと、上記付加部分の水平方向において、上記生成された駆動パスを拡張するステップと、上記拡張された駆動パスに従って上記レーザヘッドを駆動し、上記ワークを付加加工するステップとを備える。

【0014】

本開示の他の例では、付加加工装置による付加加工プログラムが提供される。上記付加加工装置は、ワークに粉末材料を供給するとともに上記ワークにレーザ光を照射することで、上記ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、上記レーザヘッドを駆動するための駆動部とを備える。上記付加加工プログラムは、上記付加加工装置に、上記ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、上記レーザヘッドの駆動パスを生成する処理と、上記付加部分の水平方向において、上記生成された駆動パスを拡張する処理と、上記拡張された駆動パスに従って上記レーザヘッドを駆動し、上記ワークを付加加工する処理とを実行させる。

【0015】

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】

【0016】

【図1】付加加工装置の外観の一例を示す図である。

【図2】付加加工装置の装置構成の一例を示す図である。

【図3】レーザヘッドによるワークの付加加工の様子を示す図である。

【図4】ワークに対する積層加工を説明するための図である。

【図5】駆動パスの拡張処理を概略的に示す図である。

【図6】図５に示される駆動パスを拡張している過程を概略的に示す図である。

【図7】付加加工装置の駆動機構の一例を示す図である。

【図8】制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図9】付加加工処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】ある層の付加加工工程を示す図である。

【図11】図１０に続く付加加工工程を示す図である。

【図12】図１１に続く付加加工工程を示す図である。

【図13】異なる層における端部の付加加工の態様を示す図である。

【図14】第２の実施の形態に従う付加加工処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

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

【0019】

付加加工装置１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）が可能な加工機である。付加加工装置１００は、ワークに対して粉末材料を供給するとともに当該ワークにレーザ光を照射することで付加加工を行う。

【0020】

なお、付加加工装置１００は、ワークの付加加工だけでなく、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing））が可能な加工機であってもよい。除去加工の機能としては、たとえば、ミーリング機能と、旋削機能とが挙げられる。

【0021】

付加加工装置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、付加加工装置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、付加加工装置１００に対する各種操作をタッチ操作で受け付ける。

【0024】

＜Ｂ．付加加工装置１００の装置構成＞
次に、図２を参照して、付加加工装置１００の装置構成について説明する。図２は、付加加工装置１００の装置構成の一例を示す図である。図２には、付加加工装置１００の一例として、ワークの付加加工とワークの除去加工とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機が示されている。

【0025】

上述のように、付加加工装置１００は、カバー体１３０を備える。カバー体１３０は、付加加工装置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、付加加工装置１００は、ベッド１１と、刃物台１６と、ワーク主軸２２と、心押し機構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に示されている回転軸ＡＸ１，ＡＸ２と平行な方向である。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、付加加工装置１００内の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、心押し機構２５と、工具主軸３０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、回転軸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、回転軸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の一方側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、その軸方向に沿う回転軸ＡＸ２を中心として回転可能に構成されている。

【0031】

心押し機構２５は、ワーク主軸２２によるワークＷの回転を阻害しないように、ワーク主軸２２とは反対側からワークＷを支持するように構成されている。また、心押し機構２５は、モータなどの各種駆動機構によって回転軸ＡＸ２の方向に移動可能に構成されている。これにより、心押し機構２５は、ワーク主軸２２とは反対側から長尺状のワークＷを心押しする。

【0032】

心押しを実現するための構成は、特に限定されない。一例として、心押し機構２５は、センターピン２６と、弾性部材２７とを含む。

【0033】

センターピン２６は、回転軸ＡＸ２（所定軸）の方向に進退可能に構成されている。一例として、センターピン２６は、回転軸ＡＸ２の方向に延びるピン形状を有する。これにより、センターピン２６は、ワーク主軸２２とは反対側からワークＷの端面を心押しする。

【0034】

弾性部材２７は、心押し機構２５に内蔵されており、センターピン２６をワークＷに向けて押し付ける部材である。すなわち、弾性部材２７は、センターピン２６をワークに向けて押し付けるための弾性力を発生する。これにより、心押し機構２５は、ワークＷを安定的に支持しつつ、ワークＷの付加加工の際に発生するワークＷの熱膨張を吸収することができる。一例として、弾性部材２７は、回転軸ＡＸ２を中心に延びるコイルバネである。

【0035】

工具主軸３０は、たとえば、ワーク主軸２２および心押し機構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。

【0036】

工具主軸３０に対するレーザヘッド１４０の脱着は、たとえば、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）によって実現される。付加加工装置１００は、ワークＷの付加加工を実行する際には工具主軸３０にレーザヘッド１４０を装着する。一方で、付加加工装置１００は、ワークＷの除去加工を実行する際には工具主軸３０に工具を装着する。

【0037】

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、回転軸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。

【0038】

レーザヘッド１４０は、工具主軸３０に装着された状態でＤＥＤ（Direct Energy Deposition）方式による付加加工を行う。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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

＜Ｃ．付加加工＞
次に、図３および図４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、レーザヘッド１４０によるワークＷの付加加工の様子をＺ軸方向から示す図である。

【0042】

付加加工装置１００は、たとえば、高速付加加工を実現可能に構成される。一例として、高速付加加工技術としては、ＥＨＬＡ（Extreme High-speed Laser Application）が挙げられる。

【0043】

より具体的には、レーザヘッド１４０は、ワーク主軸２２の回転軸ＡＸ２の方向（すなわち、Ｚ軸方向）に移動しながら、ワーク主軸２２によって回転駆動されているワークＷに対してレーザ光ＬＳを照射する。その結果、レーザ光ＬＳの照射部分が融解し、溶融池ＭＰがワークＷ上に形成される。

【0044】

また、レーザヘッド１４０は、レーザ光ＬＳの照射と並行して、粉末材料ＰＭをワークＷに供給する。レーザ光ＬＳの焦点Ｆは、ワークＷの表面よりも上部に位置しているため、供給された粉末材料ＰＭは、レーザ光ＬＳによりワークＷの表面に到達する前に融解する。その結果、融解状態の粉末材料ＰＭが溶融池ＭＰに投入される。溶融池ＭＰがワークＷ上で硬化すると、層ＳＬとなる。

【0045】

層ＳＬがワークＷ上に繰り返し形成されることにより、積層加工が実現される。図４は、ワークＷに対する積層加工を説明するための図である。図４には、ＸＹ平面に沿うワークＷの断面図が示されている。

【0046】

図４の例では、ワークＷの母材部分ＰＡに対して、フランジ形状の付加部分ＰＢが形成されている。付加部分ＰＢは、複数の層ＳＬ１～ＳＬ４が順に積み上げられることで形成されている。

【0047】

より具体的には、まず、付加加工装置１００は、１層目の層ＳＬ１における付加加工の開始位置にレーザヘッド１４０を駆動する。その後、付加加工装置１００は、ワーク主軸２２によるワークＷの回転処理と、Ｚ軸方向の正側へのレーザヘッド１４０の駆動処理と、レーザヘッド１４０によるレーザ光ＬＳの照射処理と、粉末材料ＰＭの供給処理とを並行して実行する。付加加工装置１００は、レーザヘッド１４０が層ＳＬ１の付加加工の終了位置に到達したことに基づいて、レーザヘッド１４０によるレーザ光ＬＳの照射処理と、粉末材料ＰＭの供給処理とを停止する。これにより、層ＳＬ１がワークＷに形成される。

【0048】

その後、付加加工装置１００は、２層目の層ＳＬ２における付加加工の開始位置にレーザヘッド１４０を駆動する。次に、付加加工装置１００は、ワーク主軸２２によるワークＷの回転処理と、Ｚ軸方向の正側へのレーザヘッド１４０の駆動処理と、レーザヘッド１４０によるレーザ光ＬＳの照射処理と、粉末材料ＰＭの供給処理とを並行して実行する。付加加工装置１００は、レーザヘッド１４０が層ＳＬ２の付加加工の終了位置に到達したことに基づいて、レーザヘッド１４０によるレーザ光ＬＳの照射処理と、粉末材料ＰＭの供給処理とを停止する。これにより、層ＳＬ２がワークＷに形成される。

【0049】

以上のような処理が繰り返されることで、付加加工装置１００は、ワークＷの母材部分ＰＡに対して様々な形状の付加部分ＰＢを付加加工することができる。

【0050】

なお、付加部分ＰＢの形成は、必ずしも高速付加加工で実現される必要はない。一例として、付加加工装置１００は、ワーク主軸２２を低速で回転させる付加加工で付加部分ＰＢを形成してもよい。この場合、付加加工装置１００は、レーザ光ＬＳの焦点ＦをワークＷの表面に位置させた状態で付加部分ＰＢを形成する。

【0051】

＜Ｄ．駆動パスの拡張機能＞

【0052】

（Ｄ１．概要）
次に、レーザヘッド１４０の駆動パスを拡張する処理の概要について説明する。

【0053】

付加加工装置１００は、ワークＷの付加部分ＰＢの形状を規定している三次元データに基づいて、レーザヘッド１４０の駆動パスを生成する。そして、付加加工装置１００は、生成された駆動パスに従ってレーザヘッド１４０を駆動し、ワークＷに対して付加部分ＰＢを形成する。

【0054】

このとき、ワークＷは、付加加工中にはレーザ光の照射により熱膨張し、付加加工の完了後には収縮する。そのため、ワークＷの付加部分ＰＢが意図したサイズよりも小さくなることがある。

【0055】

そこで、本実施の形態に従う付加加工装置１００は、三次元データから生成された駆動パスを、付加部分ＰＢの水平方向において拡張する。これにより、付加加工装置１００は、三次元データに規定されている付加部分ＰＢよりも大きいサイズの付加部分ＰＢをワークＷに形成する。付加部分ＰＢは、ワークＷの付加加工後には常温になるため収縮する。これにより、付加部分ＰＢが意図したサイズになる。結果として、ワークの付加加工精度を従来よりも改善する。

【0056】

（Ｄ２．具体例）
次に、図５および図６を参照して、レーザヘッド１４０の駆動パスを拡張する処理の具体例について説明する。図５は、駆動パスの拡張処理を概略的に示す図である。

【0057】

ステップＳ１に示されるように、付加加工装置１００は、まず、ワークＷの付加部分ＰＢを含む三次元データ１２４を取得する。三次元データ１２４は、たとえば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により設計されたデータである。三次元データ１２４は、少なくとも、付加部分ＰＢの形状を示すデータを含む。なお、三次元データ１２４は、付加部分ＰＢを形成する母材部分ＰＡの形状を含んでもよい。

【0058】

ステップＳ２において、付加加工装置１００は、三次元データ１２４に基づいて、レーザヘッド１４０の駆動パスＲを生成する。駆動パスＲは、付加部分ＰＢをワークＷに形成する際におけるレーザヘッド１４０の経路を規定している指令値である。

【0059】

駆動パスＲは、任意の方法で生成される。一例として、駆動パスＲは、設計者によって設計されてもよい。他の例として、駆動パスＲは、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）により自動で生成されてもよい。ＣＡＭは、ＣＡＤで作成された三次元データ１２４を元に、付加加工装置１００での加工に必要なＮＣ（Numerically Control）プログラムを自動生成するためのツールである。

【0060】

ＣＡＭにより生成されるＮＣプログラムは、レーザヘッド１４０の駆動パスＲを含む。他にも、当該ＮＣプログラムは、付加加工時におけるレーザヘッド１４０の姿勢（たとえば、角度など）、付加加工時におけるレーザヘッド１４０の速度、付加加工時におけるレーザヘッド１４０のレーザ光の照射指令（たとえば、ＯＮ／ＯＦＦ指令）、および、付加加工時におけるレーザヘッド１４０の粉末材料ＰＭの供給指令（たとえば、ＯＮ／ＯＦＦ指令）などを含んでもよい。

【0061】

なお、ＣＡＭにより生成されるＮＣプログラムは、レーザヘッド１４０に係る指令値だけでなく、ワーク主軸２２に係る指令値を含んでもよい。一例として、当該ＮＣプログラムは、付加加工時におけるワーク主軸２２の回転速度など含んでもよい。

【0062】

駆動パスＲは、たとえば、形成される層別に生成される。図５のステップＳ２の例では、１～Ｎ層目（Ｎは２以上の自然数）のそれぞれを形成するための駆動パスＲ１～ＲＮが示されている。

【0063】

駆動パスＲ１は、１層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の開始位置ＳＰ１と、１層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の終了位置ＥＰ１とを含む。駆動パスＲ２は、２層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の開始位置ＳＰ２と、２層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の終了位置ＥＰ２とを含む。駆動パスＲＮは、Ｎ層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の開始位置ＳＰＮと、Ｎ層目の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の終了位置ＥＰＮとを含む。

【0064】

ステップＳ３において、付加加工装置１００は、三次元データ１２４から生成された駆動パスＲを回転軸ＡＸ２の方向（すなわち、Ｚ軸方向）に拡張し、拡張後の駆動パスＲ'を生成する。

【0065】

図５の例では、付加加工装置１００は、駆動パスＲ１～ＲＮをそれぞれ拡張し、駆動パスＲ１'～ＲＮ'を生成している。このとき、付加加工装置１００は、回転軸ＡＸ２の一方側において駆動パスＲ１～ＲＮを拡張してもよいし、回転軸ＡＸ２の両側において駆動パスＲ１～ＲＮを拡張してもよい。

【0066】

一例として、付加加工装置１００は、駆動パスＲ１～ＲＮの開始位置ＳＰ１～ＳＰＮをＺ軸方向の負側に移動する。これにより、開始位置ＳＰ１～ＳＰＮが開始位置ＳＰ１'～ＳＰＮ'に更新される。結果として、Ｚ軸方向の負側に拡張された駆動パスＲ１'～ＲＮ'が生成される。

【0067】

他の例として、付加加工装置１００は、駆動パスＲ１～ＲＮの終了位置ＥＰ１～ＥＰＮをＺ軸方向の正側に移動する。これにより、終了位置ＥＰ１～ＥＰＮが終了位置ＥＰ１'～ＥＰＮ'に更新される。結果として、Ｚ軸方向の正側に拡張された駆動パスＲ１'～ＲＮ'が生成される。

【0068】

さらに他の例として、付加加工装置１００は、駆動パスＲ１～ＲＮの開始位置ＳＰ１～ＳＰＮをＺ軸方向の負側に移動するとともに、駆動パスＲ１～ＲＮの終了位置ＥＰ１～ＥＰＮをＺ軸方向の正側に移動する。これにより、開始位置ＳＰ１～ＳＰＮが開始位置ＳＰ１'～ＳＰＮ'に更新され、終了位置ＥＰ１～ＥＰＮが終了位置ＥＰ１'～ＥＰＮ'に更新される。結果として、Ｚ軸方向の両側に拡張された駆動パスＲ１'～ＲＮ'が生成される。

【0069】

その後、付加加工装置１００は、拡張後の駆動パスＲ'に従ってレーザヘッド１４０を駆動し、ワークＷに付加部分ＰＢを形成する。このとき、付加加工装置１００は、図２で説明したように、ワーク主軸２２と心押し機構２５とでワークＷを保持した状態で付加加工を行う。心押し機構２５は、熱膨張を吸収するための弾性部材２７を有するため、ワークＷのサイズは、付加加工中において回転軸ＡＸ２の方向に変化する。この変化に合わせて、付加加工装置１００は、三次元データ１２４から生成された駆動パスＲを回転軸ＡＸ２の方向に拡張する。そのため、ワークＷが付加加工完了後に常温になり収縮したとしても、付加部分ＰＢは、回転軸ＡＸ２の方向に関して意図したサイズになる。以上により、回転軸ＡＸ２の方向における付加部分ＰＢの加工精度が向上する。

【0070】

なお、ワークＷのサイズは、ワーク主軸２２の設置側よりも、弾性機能を有する心押し機構２５の設置側に変化しやすい。そこで、好ましくは、付加加工装置１００は、三次元データ１２４から生成された駆動パスＲを心押し機構２５の設置側において少なくとも拡張する。

【0071】

以下では、図６を参照して、当該拡張方法について説明する。図６は、図５に示される駆動パスＲを駆動パスＲ'に拡張している過程を概略的に示す図である。

【0072】

なお、図６には、１つの駆動パスＲが拡張されている例が示されているが、典型的には、付加加工装置１００は、図５に示される駆動パスＲ１～ＲＮのそれぞれについて、図６に示される拡張処理を適用する。

【0073】

本例においては、付加加工装置１００は、ワーク主軸２２の設置側において拡張距離ΔＥ１の分だけ駆動パスＲを拡張し、心押し機構２５の設置側において拡張距離ΔＥ２の分だけ駆動パスＲを拡張する。このとき、付加加工装置１００は、心押し機構２５の設置側における拡張距離ΔＥ２を、ワーク主軸２２の設置側における拡張距離ΔＥ１よりも長くする。これにより、付加加工装置１００は、ワークＷの付加加工精度をさらに改善することができる。

【0074】

なお、ワーク主軸２２の設置側における拡張距離ΔＥ１は、０であってもよい。すなわち、付加加工装置１００は、心押し機構２５の設置側においてのみ駆動パスＲを拡張してもよい。

【0075】

また、付加部分ＰＢは、心押し機構２５に近いほど回転軸ＡＸ２の方向に熱変位しやすい。そのため、付加加工装置１００は、ワークＷに対する付加部分ＰＢの位置に応じて拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を変えてもよい。この場合、付加加工装置１００は、付加部分ＰＢの位置が心押し機構２５に近いほど、拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を長くする。これにより、付加加工装置１００は、ワークＷの付加加工精度をさらに改善することができる。

【0076】

なお、駆動パスＲの拡張距離は、上記以外の様々な要因で決められ得る。一例として、付加加工装置１００は、回転軸ＡＸ２の方向におけるワークＷの幅が長いほど拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を長くする。異なる言い方をすれば、付加加工装置１００は、回転軸ＡＸ２の方向におけるワークＷの幅が短いほど拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を短くする。

【0077】

他の例として、付加加工装置１００は、付加加工時におけるワークＷの温度が高いほど拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を長くする。異なる言い方をすれば、付加加工装置１００は、付加加工時におけるワークＷの温度が低いほど拡張距離ΔＥ１，ΔＥ２を短くする。付加加工中におけるワークＷの温度は、温度センサで測定されてもよいし、レーザヘッド１４０から照射されるレーザ光の照射強度に基づいて推定されてもよい。

【0078】

＜Ｅ．付加加工装置１００の駆動機構＞
次に、図７を参照して、付加加工装置１００における駆動機構について説明する。図７は、付加加工装置１００の駆動機構の一例を示す図である。

【0079】

図７に示されるように、付加加工装置１００は、制御部５０と、駆動部２１０，２２０，２３０Ａ，２３０Ｂ，２４０とを含む。

【0080】

制御部５０は、付加加工装置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。

【0081】

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７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。

【0082】

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。

【0083】

駆動部２２０は、心押し機構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７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。

【0084】

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機構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。

【0085】

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７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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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７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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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７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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

＜Ｆ．制御部５０のハードウェア構成＞
次に、図８を参照して、図７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８は、制御部５０のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0097】

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８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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。付加加工装置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。

【0102】

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および上述の三次元データ１２４などを格納する。加工プログラム１２２および三次元データ１２４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。

【0103】

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。

【0104】

＜Ｇ．付加加工の制御フロー＞
次に、図９を参照して、付加加工の制御フローについて説明する。図９は、付加加工処理の流れを示すフローチャートである。

【0105】

図９に示される処理は、たとえば、付加加工装置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。

【0106】

ステップＳ１１０において、制御部５０は、ワークＷの付加部分ＰＢを含む三次元データ１２４を取得する。

【0107】

ステップＳ１１２において、制御部５０は、ステップＳ１１０で取得した三次元データ１２４に基づいて、レーザヘッド１４０の駆動指令を規定したＮＣプログラムを生成する。当該ＮＣプログラムは、付加部分ＰＢを形成するためのレーザヘッド１４０の駆動パスを含む。また、ＮＣプログラムは、付加加工時におけるレーザヘッド１４０の姿勢（角度など）、レーザヘッド１４０の速度、レーザヘッド１４０によるレーザ光の照射指令、レーザヘッド１４０からの粉末材料ＰＭの供給指令などを含んでもよい。さらに、ＮＣプログラムは、ワーク主軸２２の回転速度などの指令値を含んでもよい。

【0108】

ステップＳ１１４において、制御部５０は、ステップＳ１１２で生成されたＮＣプログラムに規定されているレーザヘッド１４０の駆動パスを拡張する。当該駆動パスの拡張処理については上述の通りであるので、その説明については繰り返さない。

【0109】

ステップＳ１１６において、制御部５０は、ステップＳ１１４での拡張処理後のＮＣプログラムに従って、レーザヘッド１４０を制御する。これにより、付加加工装置１００は、ワークＷに対して付加部分ＰＢを形成する。

【0110】

なお、上述では、ステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１１６の処理が連続的に実行される例について説明を行ったが、これらの処理は、必ずしも連続的に実行される必要はない。一例として、ステップＳ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４に示されるＮＣプログラムの生成処理と、ステップＳ１１６に示される付加加工処理とは、それぞれ異なるタイミングで実行されてもよい。この場合、これらの処理は、同一の装置で実行されてもよいし、異なる装置で実行されてもよい。

【0111】

［第２の実施の形態］
＜Ｈ．概要＞
次に、第２の実施の形態に従う付加加工装置１００について説明する。

【0112】

上述の第１の実施の形態に従う付加加工装置１００は、付加加工中におけるワークの熱膨張を考慮してレーザヘッド１４０の駆動パスを拡張していた。これにより、当該付加加工装置１００は、ワークの付加加工精度を改善していた。

【0113】

これに対して、第２の実施の形態に従う付加加工装置１００は、異なる加工態様でワークの付加加工精度を改善する。具体的には、粉末材料ＰＭが付加部分ＰＢの端部に供給される際に、粉末材料ＰＭの一部は、付加部分ＰＢの端部から落下してしまうことがある。その結果、付加部分ＰＢの幅が意図したよりも短くなることがある。このことは、積層数が多くなるほど顕著になる。

【0114】

そこで、第２の実施の形態に従う付加加工装置１００は、付加部分ＰＢの水平方向の端部を付加加工する際に、上面視においてレーザヘッド１４０の光軸が付加部分ＰＢの外側から当該端部に向くように、レーザヘッド１４０を駆動する。ここでいう光軸とは、レーザヘッド１４０におけるレーザ光ＬＳの出射口の中心と、レーザ光ＬＳの焦点Ｆ（図３参照）とを結ぶ直線である。当該光軸が重力方向に対して傾斜するようにレーザヘッド１４０が駆動されることで、粉末材料ＰＭは、ワークＷの内側に入り込みやすくなる。これにより、ワークＷの端部から粉末材料ＰＭの落下が抑制され、付加加工精度が改善される。

【0115】

なお、以下では、第１の実施の形態に従う付加加工装置１００と第２の実施の形態に従う付加加工装置１００との相違点について説明を行い、それらの共通点については説明を省略する。

【0116】

＜Ｉ．レーザヘッド１４０の駆動態様＞
次に、図１０～図１２を参照して、本実施の形態に従う付加加工時におけるレーザヘッド１４０の駆動態様について説明する。

【0117】

図１０は、層ＳＬ４の付加加工工程Ｓ１０を示す図である。図１１は、図１０に続く層ＳＬ４の付加加工工程Ｓ１１を示す図である。図１２は、図１１に続く層ＳＬ４の付加加工工程Ｓ１２を示す図である。

【0118】

以下では、レーザヘッド１４０の光軸ＡＸＬと、回転軸ＡＸ２の直交面ＳＦとが成す角度をレーザヘッド１４０の傾斜角度θと定義する。

【0119】

また、回転軸ＡＸ２の方向における付加部分ＰＢの端部分を端部Ｅと定義する。端部Ｅは、たとえば、回転軸ＡＸ２の方向における付加部分ＰＢの端面から所定距離に含まれる付加部分ＰＢの部分である。また、回転軸ＡＸ２の方向における端部Ｅの一方側を端部Ｅ１と称し、回転軸ＡＸ２の方向における端部Ｅの他方側を端部Ｅ２と称する。

【0120】

付加加工工程Ｓ１０において、層ＳＬ４の付加加工が開始されたとする。このことに基づいて、付加加工装置１００は、傾斜角度θが０°よりも大きくなるようにレーザヘッド１４０を駆動する。このとき、付加加工装置１００は、上面視において光軸ＡＸＬが付加部分ＰＢの外側から端部Ｅ１に向くようにレーザヘッド１４０を傾ける。付加加工工程Ｓ１０における傾斜角度θは、たとえば、１０°以上かつ４５°以下である。

【0121】

付加加工工程Ｓ１１において、付加加工位置が端部Ｅ１を抜けたとする。付加加工装置１００は、端部Ｅ１以外における付加加工中においては、光軸ＡＸＬが重力方向と平行となる状態を維持してレーザヘッド１４０を駆動する。このとき、光軸ＡＸＬが直交面ＳＦと平行になり、傾斜角度θは０°となる。これにより、粉末材料ＰＭが重力方向（すなわち、Ｙ軸方向正側）に供給される。その後、付加加工装置１００は、傾斜角度θを０°に維持した状態でレーザヘッド１４０をＺ軸方向の正側に駆動する。

【0122】

付加加工工程Ｓ１２において、付加加工位置が端部Ｅ２に達したとする。このことに基づいて、付加加工装置１００は、傾斜角度θが０°よりも大きくなるようにレーザヘッド１４０を駆動する。このとき、付加加工装置１００は、上面視において光軸ＡＸＬが付加部分ＰＢの外側から端部Ｅ２に向くようにレーザヘッド１４０を傾ける。すなわち、付加加工工程Ｓ１２においては、付加加工装置１００は、付加加工工程Ｓ１０とは反対回りにレーザヘッド１４０を傾ける。付加加工工程Ｓ１２におけるレーザヘッド１４０の傾斜角度θは、たとえば、１０°以上かつ４５°以下である。

【0123】

好ましくは、付加加工装置１００は、レーザヘッド１４０から付加部分ＰＢまでの離間距離を付加加工工程Ｓ１０～Ｓ１２で一定に維持する。一例として、当該離間距離は、光軸ＡＸＬの方向における距離である。この場合、付加加工装置１００は、光軸ＡＸＬの方向におけるレーザヘッド１４０から付加部分ＰＢまでの距離を付加加工工程Ｓ１０～Ｓ１２で一定に維持する。これにより、付加部分ＰＢに対するレーザ光の焦点位置が変動しにくくなり、付加加工の品質が安定する。

【0124】

他の例として、上記離間距離は、重力方向における距離である。この場合、付加加工装置１００は、レーザヘッド１４０の重力方向の位置を維持した状態で付加加工工程Ｓ１０～Ｓ１２の付加加工を行う。

【0125】

なお、付加加工装置１００は、端部Ｅの付加加工時において、傾斜角度θを段階的に変えてもよいし、傾斜角度θを一定に維持してもよい。好ましくは、付加加工装置１００は、付加加工位置が回転軸ＡＸ２の方向における付加部分ＰＢの最端に向かうほど傾斜角度θを大きくする。異なる言い方をすれば、付加加工装置１００は、付加加工位置が回転軸ＡＸ２の方向における付加部分ＰＢの内側に向かうほど傾斜角度θを小さくする。これにより、付加加工装置１００は、端部Ｅからの粉末材料ＰＭの落下量を減少できるとともに、付加加工の品質をより安定させることができる。

【0126】

また、上述では、層ＳＬ４の付加加工工程Ｓ１０～Ｓ１２について説明を行ったが、付加加工装置１００は、層ＳＬ１～ＳＬ４のそれぞれの端部Ｅの付加加工時において傾斜角度θを０°よりも大きくしてもよい。このとき、層ＳＬ１～ＳＬ４のそれぞれの端部Ｅにおける傾斜角度θは、一定であってもよいし、層ごとに変えられてもよい。好ましくは、付加加工装置１００は、上層の端部Ｅにおける傾斜角度θが下層の端部Ｅにおける傾斜角度θよりも大きくなるようにレーザヘッド１４０を駆動する。

【0127】

図１３は、異なる層ＳＬ３，ＳＬ４における端部Ｅ２の付加加工の態様を示す図である。図１３（Ａ）においては、層ＳＬ３の端部Ｅ２の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の傾斜角度θが「θ１」として示されている。図１３（Ｂ）においては、層ＳＬ４の端部Ｅ２の付加加工時におけるレーザヘッド１４０の傾斜角度θが「θ２」として示されている。

【0128】

図１３に示されるように、付加加工装置１００は、層ＳＬ４の付加加工時における傾斜角度θ２を、より下層の層ＳＬ３の付加加工時における傾斜角度θ１よりも大きくする。これにより、粉末材料ＰＭは、上層における端部Ｅほど斜めから供給される。その結果、付加加工装置１００は、粉末材料ＰＭを各層により確実に積み上げることができ、付加加工精度を改善することができる。

【0129】

＜Ｊ．付加加工の制御フロー＞
次に、図１４を参照して、第２の実施の形態に従う付加加工の制御フローについて説明する。図１４は、本実施の形態に従う付加加工処理の流れを示すフローチャートである。

【0130】

図１４に示される処理は、たとえば、付加加工装置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。

【0131】

ステップＳ２１０において、制御部５０は、変数「Ｎ」を初期化する。このとき、変数「Ｎ」は、「１」に初期化される。

【0132】

ステップＳ２１２において、制御部５０は、Ｎ層目におけるレーザヘッド１４０の駆動パスを取得し、当該駆動パスに規定されている開始位置にレーザヘッド１４０を移動する。

【0133】

ステップＳ２１４において、制御部５０は、上述の傾斜角度θ（図１０参照）を０°よりも大きくする傾斜姿勢になるようにレーザヘッド１４０を駆動する。その後、制御部５０は、レーザヘッド１４０によるレーザ光の照射と、レーザヘッド１４０による粉末材料の供給とを開始するとともに、ステップＳ２１２で取得した駆動パスに従ってレーザヘッド１４０を駆動する。

【0134】

ステップＳ２２０において、制御部５０は、現在の付加加工位置が上述の端部Ｅ１（図１０参照）を抜けたか否かを判断する。制御部５０は、現在の付加加工位置が端部Ｅ１を抜けたと判断した場合（ステップＳ２２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２２０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ２２０の処理を再び実行する。

【0135】

ステップＳ２２２において、制御部５０は、端部Ｅ１，Ｅ２の間における付加加工時には、上述の傾斜角度θ（図１１参照）を０°とする直立姿勢になるようにレーザヘッド１４０を駆動する。その後、制御部５０は、ステップＳ２１２で取得した駆動パスに従う付加加工を継続する。

【0136】

ステップＳ２３０において、制御部５０は、現在の付加加工位置が上述の端部Ｅ２（図１２参照）に達したか否かを判断する。制御部５０は、現在の付加加工位置が端部Ｅ２に達したと判断した場合（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２３０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ２３０の処理を再び実行する。

【0137】

ステップＳ２３２において、制御部５０は、上述の傾斜角度θ（図１２参照）を０°よりも大きくする傾斜姿勢になるようにレーザヘッド１４０を駆動し、ステップＳ２１２で取得した駆動パスに従う付加加工を継続する。

【0138】

ステップＳ２４０において、制御部５０は、レーザヘッド１４０の現在位置がステップＳ２１２で取得した駆動パスに規定されている終了位置に達したか否かを判断する。レーザヘッド１４０の現在位置が当該終了位置に達したと判断した場合（ステップＳ２４０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２４２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２４０においてＮＯ）、制御部５０は、ステップＳ２４０の処理を再び実行する。

【0139】

ステップＳ２４２において、制御部５０は、付加加工を停止する。すなわち、制御部５０は、レーザヘッド１４０によるレーザ光ＬＳの照射と、レーザヘッド１４０による粉末材料ＰＭの供給とを停止する。

【0140】

ステップＳ２５０において、制御部５０は、所定の終了条件が満たされたか否かを判断する。一例として、当該終了条件は、変数「Ｎ」が所定値以上である場合に満たされる。当該所定値は、１以上の自然数である。制御部５０は、所定の終了条件が満たされたと判断した場合（ステップＳ２５０においてＹＥＳ）、図１４に示される処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ２５０においてＮＯ）、制御部５０は、制御をステップＳ２５２に切り替える。

【0141】

ステップＳ２５２において、制御部５０は、変数「Ｎ」をインクリメントする。すなわち、制御部５０は、変数「Ｎ」に「１」を加算する。

【0142】

＜Ｋ．その他＞
上記第１，第２の実施の形態は、適宜選択的に組み合わされてもよい。また、上記第１，第２の実施の形態の思想は、種々の改良や変更が可能である。以下、上記第１，第２の実施の形態の変形例について説明する。

【0143】

上述では、ワーク主軸２２および心押し機構２５を備える付加加工装置１００を前提として説明を行った。しかしながら、本明細書に記載の技術思想は、ワーク主軸２２および心押し機構２５を備えない付加加工装置１００にも適用され得る。当該付加加工装置１００は、回転していないワークＷに対して層を順次形成することで付加部分ＰＢを形成する。本明細書に記載の技術思想は、このような付加加工装置１００に対しても適用され得る。

【0144】

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】

【0145】

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 心押し機構、２６ センターピン、２７ 弾性部材、３０ 工具主軸、５０ 制御部、１００ 付加加工装置、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、１２４ 三次元データ、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 回転軸、ＡＸ２ 回転軸、ＡＸＬ 光軸、ＤＲ ドア、Ｅ 端部、Ｅ１ 端部、Ｅ２ 端部、ＥＰＮ 終了位置、ＥＰ１ 終了位置、ＥＰ１' 終了位置、ＥＰ２ 終了位置、Ｆ 焦点、ＬＳ レーザ光、ＭＰ 溶融池、ＰＡ 母材部分、ＰＢ 付加部分、ＰＭ 粉末材料、Ｒ 駆動パス、Ｒ１ 駆動パス、Ｒ１' 駆動パス、Ｒ２ 駆動パス、ＲＮ 駆動パス、Ｒ' 駆動パス、ＳＦ 直交面、ＳＬ 層、ＳＬ１ 層、ＳＬ２ 層、ＳＬ３ 層、ＳＬ４ 層、ＳＰＮ 開始位置、ＳＰ１ 開始位置、ＳＰ１' 開始位置、ＳＰ２ 開始位置、Ｗ ワーク、ΔＥ１ 拡張距離、ΔＥ２ 拡張距離、θ 傾斜角度、θ１ 傾斜角度、θ２ 傾斜角度。

【要約】

【課題】ワークの付加加工精度を従来よりも改善するための技術を提供する。
【解決手段】付加加工装置は、ワークに粉末材料を供給するとともにワークにレーザ光を照射することで、ワークの付加加工を行うことが可能なレーザヘッドと、レーザヘッドを駆動するための駆動部と、付加加工装置を制御するための制御部とを備える。制御部は、ワークの付加部分の形状を規定している三次元データに基づいて、レーザヘッドの駆動パスを生成する処理と、付加部分の水平方向において、生成された駆動パスを拡張する処理と、拡張された駆動パスに従ってレーザヘッドを駆動し、ワークを付加加工する処理とを実行する。
【選択図】図５

【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】