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JP7555241B2 - Additive manufacturing device and method for manufacturing three-dimensional objects - Google Patents
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JP7555241B2 - Additive manufacturing device and method for manufacturing three-dimensional objects - Google Patents

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Description

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。 The present disclosure relates to an additive manufacturing apparatus and a method for manufacturing a three-dimensional object by repeating a process of supplying an additive material and a process of melting and solidifying the additive material.

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。 A technology called additive manufacturing has long been known as a method for manufacturing three-dimensional objects using metal as a material. Additive manufacturing methods are divided into several types depending on the material and layering method, and one of the additive manufacturing methods is the directed energy deposition (DED) method. The DED method includes a process of sending out additive material, which is the material to be layered, from a nozzle attached to the processing head, and a process of selectively melting and solidifying the additive material by inputting energy that serves as a heat source such as a laser, electron beam, or arc discharge. A three-dimensional object is then formed from the deposit obtained by repeating these processes.

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。 Compared to other additive manufacturing methods, the DED method has advantages such as a fast modeling speed, easy switching of additive materials, and fewer limitations on modeling size. In addition, with the DED method, additive material is added only to the necessary parts, so the yield of additive material is good, and when wire is used as the additive material, ready-made welding wire can be reused. In other words, the DED method has the advantages of being inexpensive and the additive material is easy to obtain.

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。 In addition, in the wire-based DED method, the wire is inserted as an additive material, so air and shielding gas are less likely to mix with the modeling material. Therefore, the wire-based DED method has the advantage of having a higher modeling density than other additive manufacturing methods. However, if the wire position is not set appropriately, modeling defects may occur. Therefore, in the wire-based DED method, a method for controlling the wire displacement is very important. Patent Document 1 discloses a technology in which the wire is imaged from the Y-axis direction when the wire supply direction is the Z-axis direction, the welding direction is the Y-axis direction, and the direction perpendicular to both the Z-axis direction and the Y-axis direction is the X-axis direction, and the wire is imaged from the Y-axis direction, the displacement in the X-axis direction is measured from the imaged data, and the position of the wire in the X-axis direction is corrected based on the measurement results.

特許第2607691号公報Patent No. 2607691

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。 However, when the above conventional technology is applied to additive manufacturing using a wire using the DED method, it is possible to correct and control the displacement of the wire in the X-axis direction, but it is not possible to measure the penetration depth of the wire in the Z-axis direction in the molten pool where the wire is molten, or the impact of the wire in the molten pool on the model. Furthermore, if the space between the camera and the wire is blocked by part of the model, it is not possible to measure the displacement of the wire in the X-axis and Y-axis directions. Thus, when the above conventional technology is applied to additive manufacturing using the DED method, there is a problem in that it is not possible to accurately measure and control the displacement in the X-axis and Y-axis directions and the position in the Z-axis direction of the tip of the additive material that penetrates the energy irradiation point.

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。 The present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to provide an additive manufacturing device that can more accurately measure and control the displacement in the X-axis and Y-axis directions and the position in the Z-axis direction of the tip of the additive material that penetrates the energy irradiation point than ever before.

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。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the additive manufacturing apparatus according to the present disclosure includes a stage, a nozzle, an additive material supply unit, a heat source generation unit, an oscillator, a vibration sensor, a displacement measuring instrument, a first control unit, and a second control unit. The stage supports a base plate having a first surface parallel to an XY plane formed by an X-axis and a Y-axis perpendicular to each other. The nozzle supplies additive material toward a processing surface, which is either the first surface of the base plate or a surface constituting a deposit formed on the base plate, and is movable within the XY plane. The additive material supply unit supplies additive material to the nozzle. The heat source generation unit generates a heat source on the processing surface. The oscillator is capable of applying vibration to one of the stage and the additive material. The vibration sensor is capable of detecting vibration on the other of the stage and the additive material to which vibration is not applied by the oscillator. The displacement measuring instrument measures the amount of displacement of the additive material in the X-axis and Y-axis directions. The first control unit performs control to correct the position of the nozzle on the XY plane based on the measurement result of the displacement measuring instrument. The second control unit obtains the detection results of the vibrations generated by the vibrator from the vibration sensor, estimates the positional relationship between the tip of the additional material and the processing surface in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane based on the detection results, and controls the supply state of the additional material in the additional material supply unit based on the estimation results.

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。 The present disclosure has the advantage of being able to measure and control the displacement in the X-axis and Y-axis directions and the position in the Z-axis direction of the tip of the added material penetrating the energy irradiation point more accurately than ever before.

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FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment; 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FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a moving stage and a processing head of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment; 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FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an outline of control of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment; 加工面上におけるワイヤの変位の一例を示す図FIG. 1 shows an example of wire displacement on a processing surface. 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FIG. 1 is a diagram showing an example of a state in which the tip of the wire is in contact with the processing surface; 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FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a state in which the tip of the wire comes into contact with the processing surface via the molten pool. 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FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a state in which the tip of the wire is not in contact with either the processing surface or the molten pool. 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FIG. 1 is a block diagram showing an example of an outline of a wire supply control process of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment; 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1 is a flowchart showing an example of a procedure for a method for manufacturing a three-dimensional object according to the first embodiment. 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A flowchart showing an example of a procedure for correcting the position of a wire nozzle in an XY plane. 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A flowchart showing an example of a procedure for a wire supply control process of a wire supply unit. 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FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic example of a state in which a gas layer is formed in a method for producing a three-dimensional object. 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FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic example of a state in which a gas layer is formed in a method for producing a three-dimensional object. 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FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the movable stage and its surroundings in an additive manufacturing apparatus according to a second embodiment; 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FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the movable stage and its surroundings in an additive manufacturing apparatus according to a second embodiment; 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FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an additive manufacturing apparatus according to a third embodiment; 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FIG. 11 is a block diagram showing an example of an outline of a wire supply control process of an additive manufacturing apparatus according to a third embodiment; 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FIG. 1 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of a control unit, an XY-axis control unit, and a Z-axis control unit provided in an additive manufacturing device according to embodiments 1 to 3;

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。 Below, the additive manufacturing device and the method for manufacturing a three-dimensional object according to the embodiment of the present disclosure are described in detail with reference to the drawings.

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。
Embodiment 1.
The additive manufacturing device described in the following embodiments is an additive manufacturing device that applies a DED-type additive manufacturing method using a wire as an additive material. The DED-type additive manufacturing method using a wire includes a supplying step of supplying a wire from a wire nozzle toward a processing surface, and a melting and solidifying step of irradiating a heat source onto the wire on the processing surface to melt and solidify the material to obtain a deposit, and is a method for manufacturing a three-dimensional object, which is a three-dimensional object, by repeating the supplying step and the melting and solidifying step. Here, the object refers to an object manufactured by stacking deposits. An example of the heat source is a laser beam, an electron beam, or an arc discharge.

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。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an additive manufacturing device according to embodiment 1. The additive manufacturing device 1 includes a moving stage 11, a laser oscillator 21, a gas supply unit 22, a chiller 23, a wire supply unit 30, a processing head 40, and a control unit 50. In Figure 1, in a plane parallel to the base plane on which the three-dimensional object 61 is formed, the X-axis and Y-axis are taken in directions perpendicular to each other, and the Z-axis is taken in a direction perpendicular to both the X-axis and the Y-axis.

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。 The moving stage 11 supports a base plate 12 that serves as a base for stacking the three-dimensional object 61, and the base plate 12 can be moved to a desired position by a drive mechanism (not shown). FIG. 2 is a cross-sectional view that shows a schematic diagram of the moving stage and processing head of the additive manufacturing device according to the first embodiment. The moving stage 11 can be moved along the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by a drive mechanism (not shown). As shown in FIG. 2, the moving stage 11 can also be moved in the rotational directions of the A-axis and Θ-axis. The A-axis is a rotational axis that passes through the center of the moving stage 11 in the Y-axis direction and is parallel to the X-axis. The Θ-axis is a rotational axis that passes through the center of the moving stage 11 in the Y-axis direction and is parallel to the Z-axis. The moving stage 11 corresponds to a stage.

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。 The base plate 12 is provided on the upper surface of the moving stage 11. The base plate 12 is a metal plate having a first surface parallel to the XY plane. The base plate 12 may be something other than a metal plate having a flat surface, and may have a shape that can be installed on the moving stage 11, such as a cylinder or a blade shape.

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。 Returning to FIG. 1, the laser oscillator 21 is an example of a heat source generating unit that generates a heat source on the processing surface, which is the surface on which the wire 31, which is the additional material, is deposited. The laser oscillator 21 oscillates a laser beam L, which serves as a heat source, based on instructions from the control unit 50. In the first embodiment, the laser beam L from the laser oscillator 21 passes through a fiber cable 24, which is an optical transmission path, and a condenser lens and a protective lens, which are not shown, and propagates to a beam nozzle 42 of the processing head 40, which will be described later. Then, the laser beam L from the beam nozzle 42 is irradiated onto the processing surface. In the following embodiment, the heat source for melting the wire 31 is the laser beam L, but an electron beam, arc discharge, and the like can be selected in addition to the laser beam L. When an electron beam is selected, the heat source generating unit becomes an electron gun, and when an arc discharge is selected, the heat source generating unit becomes a power source that applies a voltage between the arc welding rod, which is the supply source of the additional material, and the moving stage 11.

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。 The gas supply unit 22 supplies gas to the gas nozzle 43 of the processing head 40, which will be described later, based on instructions from the control unit 50. As the gas, a shielding gas G is used, which is a gas for suppressing oxidation of and cooling the deposit 63 when the wire 31 is melted and solidified by the laser beam L to form the deposit 63 on the processing area 62. Examples of the shielding gas G include nitrogen gas and argon gas. The processing area 62 will be described later.

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。 The chiller 23 cools the additive manufacturing device 1. In one example, the chiller 23 circulates a cooling medium such as water between the processing head 40 and the laser oscillator 21 to prevent the processing head 40 from becoming hotter than a predetermined temperature.

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。 The wire supply unit 30 is a device that supplies the wire 31, which is an additional material, to the wire nozzle 41 of the processing head 40 described later. The wire supply unit 30 includes a wire reel 32, a motor 33, a wire holder 34, a wire feed roller 35, and a wire cable 36. The wire reel 32 is the source of the wire 31 to be supplied to the wire nozzle 41. The wire 31 is wound around the wire reel 32. The motor 33 is connected to the rotation shaft of the wire reel 32 and rotates the wire reel 32. The wire holder 34 holds the wire reel 32 to which the motor 33 is connected. The wire feed roller 35 is disposed between the wire reel 32 and the wire nozzle 41 and straightens the wire 31 from the wire reel 32. The wire cable 36 is a hollow cylindrical member that covers the exposed surface of the wire 31 between the wire feed roller 35 and the wire nozzle 41. The wire supply unit 30 corresponds to the additional material supply unit.

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。 The processing head 40 is disposed opposite the base plate 12, and in accordance with instructions from the control unit 50, supplies the wire 31 onto the processing area 62, irradiates the laser beam L onto the processing area 62, and sprays shielding gas G around the wire 31 on the processing area 62. The processing area 62 is an area on the base plate 12 where the traveling direction of the laser beam L intersects with the area to which the wire 31 is supplied. The processing head 40 can be moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction by a drive mechanism (not shown). As shown in FIG. 2, the processing head 40 has a wire nozzle 41, a beam nozzle 42, and a gas nozzle 43.

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。 The wire nozzle 41 is connected to the wire cable 36 of the wire supply unit 30, and supplies the wire 31 from the supply port 41a toward the processing area 62 on the base plate 12. The wire nozzle 41 corresponds to a nozzle that supplies additional material toward the processing surface, which is either the upper surface, which is the first surface of the base plate 12, or one of the surfaces that constitute the deposit 63 formed on the base plate 12.

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。 The beam nozzle 42 is connected to the laser oscillator 21 via a fiber cable 24, and emits the laser beam L emitted from the laser oscillator 21. The beam nozzle 42 is positioned so that the exit port of the laser beam L faces the base plate 12.

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。 The gas nozzle 43 is connected to the gas supply unit 22 via piping, and sprays the shielding gas G from the gas supply unit 22. The gas nozzle 43 is arranged coaxially with the wire nozzle 41, and the shielding gas G is sprayed around the wire 31. The beam nozzle 42 is arranged so that the laser beam L is irradiated within the area surrounded by the shielding gas G.

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。 Returning to FIG. 1, the control unit 50 controls the entire additive manufacturing apparatus 1. FIG. 3 is a diagram showing a schematic example of an overview of the control of the additive manufacturing apparatus according to embodiment 1. As shown in FIG. 3, the control unit 50 controls the movement of the moving stage 11, the operation of the laser oscillator 21, the gas supply of the gas supply unit 22, the wire supply of the wire supply unit 30, and the movement of the processing head 40. In one example, the control unit 50 performs these controls according to a predetermined program. In addition, cooling water, which is a cooling medium, is circulated between the chiller 23 and the laser oscillator 21 and processing head 40.

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。 In controlling the movement of the movable stage 11, the control unit 50 moves the position of the processing surface of the base plate 12 placed on the movable stage 11. The control unit 50 moves the movable stage 11 in any of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and in some cases also rotates it around the A-axis and Θ-axis. This positions the processing surface facing the processing head 40. The area on the processing surface where the deposit 63 is formed is the part that becomes the processing area 62. At the start of modeling, the upper surface of the base plate 12 in the Z direction becomes the processing surface, but as modeling progresses, one of the surfaces that make up the deposit 63 formed on the base plate 12 becomes the processing surface.

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。 In controlling the operation of the laser oscillator 21, the control unit 50 controls the intensity of the laser beam L, whether or not to emit the laser beam L, etc. In controlling the gas supply of the gas supply unit 22, the control unit 50 controls the flow rate of the shielding gas G supplied from the gas supply unit 22, whether or not to supply the shielding gas G, etc.

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。 In the wire supply control of the wire supply unit 30, the control unit 50 controls the supply state of the wire 31 fed from the wire nozzle 41. Examples of the supply state of the wire 31 include the supply speed of the wire 31 and correction of the tip position of the wire 31.

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。 In controlling the movement of the processing head 40, the control unit 50 moves the position of the processing head 40 on the base plate 12. In other words, the control unit 50 moves the irradiation position of the laser beam L toward the processing surface. The control unit 50 moves the processing head 40 in any of the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. In one example, the control unit 50 controls the position of the processing head 40 on the base plate 12 according to data for forming the three-dimensional object 61.

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。 In the additive manufacturing device 1 having such a configuration, the wire reel 32 is usually cylindrical in shape, and has a groove in the center of the cylindrical surface for fitting the wire reel 32 into the wire holder 34, and a groove in the cylindrical side surface for holding the wire 31. The wire reel 32 holds the wire 31 by winding it in a circular shape in the groove on the side surface of the cylinder. The wire supply unit 30 supplies the wire 31 to the wire nozzle 41 of the processing head 40. For this reason, a circular distortion occurs in the central axis of the wire 31 when it is held by the wire reel 32, and this circular distortion remains in the central axis of the wire 31 even when the wire 31 is fed out from the wire supply unit 30. Therefore, the wire supply unit 30 or the processing head 40 uses a wire feed roller 35 that corrects the wire 31. The wire feed roller 35 has multiple rollers. When the wire 31 passes through the wire feed roller 35, pressure is applied to the wire 31 between the rollers, and the distortion of the wire 31 is corrected. The wire 31 sent out from the wire feed roller 35 passes through the inside of the wire cable 36 and is sent to the wire nozzle 41. The wire cable 36 is a hollow cylinder made of a flexible resin that deforms in accordance with the movement of the wire 31. However, it is difficult to completely remove distortion with the wire feed roller 35, and even with a straightened wire 31, the portion exposed from the wire nozzle 41 often has a deflection in either the X-axis or Y-axis direction.

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。 The wire 31 supplied from the wire supply unit 30 is fed by the wire nozzle 41 toward the machining surface. The wire 31 travels from the supply port 41a in the Z-axis direction, which is the supply direction of the wire 31, and the laser beam L is irradiated onto the fed wire 31. However, the central axis of the wire 31 exposed from the supply port 41a of the wire nozzle 41 is displaced from the originally intended supply point in the absence of distortion due to the circular distortion caused by being held by the wire reel 32 as described above. As a result, a displacement occurs in the X-axis or Y-axis direction from the set value set in the positional relationship between the wire 31 and the focus of the laser beam L.

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。 Figure 4 is a diagram showing an example of the displacement of the wire on the machining surface. Figure 4 shows an example of the relationship between the base plate 12 and the wire nozzle 41 in the XZ plane. As shown in Figure 4, the wire 31 supplied from the wire nozzle 41 contacts the machining surface through the molten pool 64 in which the wire 31 is melted. In addition, the wire 31 has distortion, and the tip of the wire 31 is slightly bent in the negative direction of the X axis. In other words, if the central axis of the wire 31 near the supply port 41a of the wire nozzle 41 is the ideal central axis A0, the position of the center of the tip of the wire 31 near the machining surface is displaced in the negative direction of the X axis compared to the position of the ideal central axis A0. As a result, the actual central axis A1 parallel to the Z axis passing through the center of the tip of the wire 31 is deviated from the ideal central axis A0. Figure 4 shows the case when viewed from the Y axis direction, but the same is true when viewed from the X axis direction. If the amount of displacement in the X-axis or Y-axis direction exceeds the irradiation range of the laser beam L that melts the wire 31, the wire 31 will not melt sufficiently, resulting in defective molding. Hereinafter, the appropriate irradiation range of the laser beam L, which is the heat source that melts the wire 31, will be referred to as the appropriate irradiation range.

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。 Therefore, in the first embodiment, a configuration is maintained in which the amount of displacement in the X-axis or Y-axis direction caused by distortion of the wire 31 does not exceed the appropriate range for irradiation of the laser beam L. In other words, as shown in FIG. 1, the additive manufacturing device 1 according to the first embodiment further includes a displacement measuring device 37, an actuator 44, and an XY-axis control unit 51.

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。 The displacement meter 37 measures the displacement of the wire 31 in the X-axis and Y-axis directions. Specifically, the displacement meter 37 measures the displacement from the wire feed roller 35's feed position in the XY plane at a position at a predetermined distance downstream of the wire 31's feed direction from the wire feed roller 35's feed position. In one example, the wire feed roller 35's feed position can be the end of the roller located downstream of the wire feed roller 35's feed direction. The displacement meter 37 measures the displacement of the wire 31 in the X-axis or Y-axis direction for a certain section, such as a section having an invariable or measurable distance, such as from the wire feed roller 35's feed position to the displacement meter 37 attached downstream of the wire 31's feed direction. One example of the displacement meter 37 is two laser displacement meters installed in the X-axis and Y-axis directions at the end of a section having a measurable distance. Furthermore, when the XY plane is a horizontal plane, the wire feed roller 35 is positioned so that the wire 31 is fed in a vertical direction in order to measure the displacement of the wire 31 in the horizontal plane. The displacement measuring device 37 outputs the measurement results to the XY axis control unit 51.

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。 The actuator 44 is a movement mechanism that moves the position of the wire nozzle 41 in the processing head 40 in the X-axis and Y-axis directions according to instructions from the XY-axis control unit 51. In other words, the position of the wire nozzle 41 is variable in the X-axis and Y-axis directions. As an example, the wire nozzle 41 is provided with an actuator 44 that moves the wire nozzle 41 in the X-axis direction, and an actuator 44 that moves the wire nozzle 41 in the Y-axis direction. The actuator 44 operates according to instructions from the XY-axis control unit 51, and moves the wire nozzle 41 by the value given by the instruction.

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。 The XY-axis control unit 51 performs control to correct the position of the wire nozzle 41 on the XY plane based on the measurement results of the displacement measuring device 37. The XY-axis control unit 51 corresponds to the first control unit. In FIG. 1, the XY-axis control unit 51 is shown separately from the control unit 50, but is one of the processing units that performs wire supply control of the wire supply unit 30 of the control unit 50. For this reason, the XY-axis control unit 51 may be configured to be provided within the control unit 50.

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。 The XY-axis control unit 51 calculates the unit displacement amount, which is the amount of displacement in the X-axis and Y-axis directions per unit length of the wire 31, from the measurement results of the displacement measuring device 37. For example, in the simplest configuration, the distance from the feed position of the wire feed roller 35 to the end of the section with a measurable distance is defined as α, the origin is the feed position of the wire feed roller 35, the amount of displacement in the X-axis direction at the end of the section with a measurable distance is defined as β, and the amount of displacement in the Y-axis direction is defined as γ. In this case, the unit displacement amount of the wire 31 in the X-axis and Y-axis directions can be calculated as β/α and γ/α, respectively.

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。 Alternatively, there may be two sections with measurable distances. In this case, the distances to the ends of the two sections with measurable distances are defined as α1 and α2, respectively, the origin is defined as the feed position of the wire feed roller 35, the displacement amounts in the X-axis direction at the ends of the two sections with measurable distances are defined as β1 and β2, respectively, and the displacement amounts in the Y-axis direction are defined as γ1 and γ2, respectively, to generate a function. By using this function, the XY-axis control unit 51 can more accurately calculate the displacement amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction per unit length. This allows the XY-axis control unit 51 to obtain the amount of distortion of the wire 31 fed out from the wire nozzle 41.

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。 The wire 31 that has passed through the displacement measuring device 37 passes through the inside of the wire cable 36 and is supplied to the wire nozzle 41. At this time, the wire cable 36 moves in accordance with the movement of the wire 31. Therefore, the wire cable 36 does not affect the amount of distortion of the wire 31. Therefore, it can be assumed that the unit displacement amount of the wire 31 in the X-axis and Y-axis directions calculated by the XY-axis control unit 51 is also maintained for the wire 31 that is supplied downstream in the supply direction from the feed position of the wire feed roller 35.

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。 The XY-axis control unit 51 also uses the unit displacement amount of the wire 31 in the X-axis direction and the Y-axis direction to calculate the displacement amount of the tip of the wire 31 in the X-axis direction and the Y-axis direction with the position of the wire nozzle 41 as the origin, and determines whether the wire 31 is in the appropriate irradiation range of the laser beam L. Hereinafter, the displacement amount in the X-axis direction and the Y-axis direction are referred to as the displacement amount in the XY plane. When the wire 31 is not in the appropriate irradiation range of the laser beam L, the XY-axis control unit 51 generates an instruction to move the wire nozzle 41 so that the tip of the wire 31 is in the appropriate irradiation range of the laser beam L, and controls the actuator 44. Here, the appropriate irradiation range of the laser beam L is the range in the irradiation area of the laser beam L where the laser beam L is irradiated to the tip of the wire 31, the tip of the wire 31 melts and solidifies, and the deposit 63 can be appropriately formed on the processing surface. Since the position of the beam nozzle 42 in the processing head 40 is fixed, if the position of the wire nozzle 41 relative to the beam nozzle 42 and the amount of displacement at the tip of the wire 31 are known, it is possible to determine whether the tip of the wire 31 is within the appropriate range for irradiation with the laser beam L.

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。 For example, the displacement amount of the tip of the wire 31 from the reference position in the XY plane is calculated by multiplying the calculated unit displacement amount of the wire 31 in the X-axis and Y-axis directions by the distance from the supply port 41a of the wire 31 of the wire nozzle 41 to the processing surface. In one example, the displacement amount of the tip of the wire 31 can be used as the correction value of the wire nozzle 41. The XY-axis control unit 51 then controls the actuator 44 of the wire nozzle 41 using the correction value of the wire nozzle 41 as an instruction.

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。 When an instruction is input, the actuator 44 operates according to the instruction. This causes the wire nozzle 41 to move in the XY plane so that the tip of the wire 31 is positioned within the appropriate range for irradiation by the laser beam L. This series of operations makes it possible to correct the amount of displacement in the X-axis or Y-axis direction caused by distortion of the wire 31, and makes it possible to maintain appropriate modeling conditions without the tip of the wire 31 going beyond the appropriate range for irradiation by the laser beam L.

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。 Here, the actuator 44 that drives the wire nozzle 41 has been described as being configured to move the wire nozzle 41 in the X-axis and Y-axis directions in response to the amount of distortion acquired by the displacement measuring device 37, but the method of correcting the tip of the wire 31 is not limited to this. For example, it is of course possible to move the wire nozzle 41 in the Z-axis direction by the actuator 44. When the amount of distortion of the wire 31 is large, it is possible to correct the amount of distortion in a small space by moving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

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。 1, the displacement measuring device 37 is installed downstream of the wire feed roller 35 in the supply direction of the wire 31, but the location of the displacement measuring device 37 is not limited as long as it is on the path from the wire feed roller 35 to the wire nozzle 41. It is also desirable that the distance from the displacement measuring device 37 to the wire nozzle 41 is as short as possible. For this reason, the displacement measuring device 37 may be provided below the actuator 44 inside the processing head 40. In this case, the XY-axis control unit 51 calculates the unit displacement amount of the wire 31 in the XY plane from the distortion amount of the wire 31 in the XY plane at the distance from the actuator 44 to the displacement measuring device 37. Then, the XY-axis control unit 51 uses this unit displacement amount to calculate the position of the tip of the wire 31 supplied from the wire nozzle 41 to the processing surface side, and corrects the position of the wire nozzle 41 based on this position. This configuration shortens the distance from the displacement measuring device 37 to the wire nozzle 41, making it possible to reduce errors when calculating the displacement of the wire 31 supplied from the wire nozzle 41 in the XY directions.

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。 The above describes a configuration for correcting the amount of displacement of the tip of the wire 31 in the XY plane due to distortion of the wire 31. In the additive manufacturing device 1, it is also required to appropriately control the position of the tip of the wire 31 in the Z-axis direction. Figures 5, 6, and 7 are diagrams that show an example of the positional relationship of the tip of the wire, the processing surface, and the molten pool in the Z-axis direction. Figure 5 is a diagram that shows an example of a state in which the tip of the wire contacts the processing surface, Figure 6 is a diagram that shows an example of a state in which the tip of the wire contacts the processing surface via the molten pool, and Figure 7 is a diagram that shows an example of a state in which the tip of the wire is not in contact with either the processing surface or the molten pool. The molten pool 64 is a portion of the wire 31 that is in a melted state by the laser beam L. In addition, these figures show the state as viewed from the Y-axis direction.

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。 As shown in FIG. 6, the optimum state for forming is when the tip of the wire 31 is in the molten pool 64 but not in contact with the processing surface. However, since the wire 31 is melted by the laser beam L while being fed toward the processing surface, the position of the tip is constantly changing. In addition, if the feed speed of the wire 31 is too high in the Z-axis direction of the processing surface, as shown in FIG. 5, the wire 31 will bend as the wire 31 pokes the three-dimensional object 61 or the base plate 12, resulting in defective forming. Conversely, if the feed speed of the wire 31 is too low, as shown in FIG. 7, the molten wire 31m will not be deposited on the processing surface and will remain as droplets at the tip of the wire 31. As a result, discontinuous forming may occur, or the droplets generated at the tip of the wire nozzle 41 may solidify, causing clogging of the wire nozzle 41.

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。 Therefore, in the first embodiment, a configuration is retained for acquiring information on the positional relationship between the machining surface and the wire 31 in the Z-axis direction, and controlling the supply state of the wire 31 in the wire supply unit 30 based on the acquired information. The positional relationship is one of the following: a state in which the machining surface of the three-dimensional object 61 and the wire 31 are in direct contact with each other, as shown in FIG. 5; a state in which the molten pool 64 is interposed between the machining surface of the three-dimensional object 61 and the wire 31, as shown in FIG. 6; and a state in which the wire 31 is separated from both the machining surface of the three-dimensional object 61 and the molten pool 64, as shown in FIG. 7. In the following, the states shown in FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are referred to as state A, state B, and state C, respectively. These three states A, B, and C can be detected by adding vibration to the three-dimensional object 61. For this reason, as shown in FIG. 1, the additive manufacturing device 1 according to the first embodiment further includes a vibrator 13, a vibration sensor 38, and a Z-axis control unit 52.

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。 The oscillator 13 applies vibration to the moving stage 11. In this specification, vibration includes rocking. In one example, the oscillator 13 is provided on the underside of the moving stage 11 opposite the surface on which the base plate 12 is placed, in correspondence with the position of the base plate 12 in the XY plane. The oscillator 13 vibrates based on instructions from the control unit 50 or the Z-axis control unit 52.

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。 The vibration sensor 38 is applied to the moving stage 11 by the vibrator 13 and detects the vibration transmitted through the three-dimensional model 61, the molten pool 64, and the wire 31. The vibration sensor 38 may be any sensor capable of detecting the intensity of longitudinal waves, the intensity of transverse waves, and the propagation speed. The vibration sensor 38 is provided in the wire nozzle 41 or the wire supply unit 30. In the example of FIG. 1, the vibration sensor 38 is attached to the wire feed roller 35 constituting the wire supply unit 30. The vibration sensor 38 outputs the vibration detection result to the Z-axis control unit 52. The vibration detection result includes the intensity of longitudinal waves, the intensity of transverse waves, and the propagation speeds of longitudinal waves and transverse waves. By providing the vibration sensor 38, it is possible to detect the vibration applied by the vibrator 13 in order to obtain the positional relationship between the machining surface and the tip of the wire 31.

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。 The Z-axis control unit 52 obtains the detection result of the vibration generated by the vibrator 13 from the vibration sensor 38, estimates the positional relationship between the tip of the wire 31 in the Z-axis direction and the machining surface based on the detection result, and controls the supply speed of the wire 31 in the wire supply unit 30 and the supply state of the wire 31, which is the position of the tip of the wire 31, based on the estimation result. Note that in FIG. 1, the Z-axis control unit 52 is displayed separately from the control unit 50, but it is one of the processing units that controls the wire supply of the wire supply unit 30 of the control unit 50. For this reason, the Z-axis control unit 52 may be configured to be provided within the control unit 50. The Z-axis control unit 52 corresponds to the second control unit.

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。 Here, the details of the processing in the Z-axis control unit 52 will be described. As shown in Figures 5 to 7, the moving stage 11, base plate 12, and three-dimensional object 61 are solids, the molten pool 64 is liquid, and the wire 31 is solid. A solid can propagate both longitudinal waves and transverse waves from the oscillator 13. A liquid can propagate longitudinal waves, but cannot propagate transverse waves. Furthermore, if the wire 31 is separated from both the machining surface of the three-dimensional object 61 and the molten pool 64, the longitudinal waves and transverse waves cannot propagate to the vibration sensor 38.

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。 In the first embodiment, by utilizing these characteristics, it is estimated whether the positional relationship between the processing surface and the wire 31 is in state A, B, or C. First, as shown in FIG. 5, in state A where the tip of the wire 31 is in contact with the processing surface of the three-dimensional model 61, the vibration of the vibrator 13 installed on the moving stage 11 propagates to the wire 31 through the three-dimensional model 61 as longitudinal waves and transverse waves. Therefore, the vibration sensor 38 installed on the wire feed roller 35 detects both longitudinal waves and transverse waves. In other words, when both longitudinal waves and transverse waves are detected by the vibration sensor 38, the Z-axis control unit 52 estimates that the state is A shown in FIG. 5, and controls the wire supply unit 30 so that the state is the appropriate state shown in FIG. 6, that is, the tip of the wire 31 is not in contact with the processing surface. In this case, the supply speed of the wire 31 is greater than the speed at which the wire 31 melts, so that the tip of the wire 31 comes into contact with the three-dimensional model 61. For this reason, the Z-axis control unit 52 performs control to reduce the speed at which the wire 31 is supplied from the wire supply unit 30 so that the melting speed of the wire 31 becomes equal to the supply speed of the wire 31. Alternatively, if the actuator 44 is capable of moving the wire nozzle 41 in the Z-axis direction, the Z-axis control unit 52 may perform control to raise the tip of the wire 31 in the Z-axis direction using the actuator 44. In this case, the Z-axis control unit 52 may perform both controls, such as raising the tip of the wire 31 using the actuator 44 while lowering the supply speed of the wire 31.

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。 Next, as shown in FIG. 6, in the state B where the machining surface of the three-dimensional object 61 and the wire 31 are in contact with each other through the molten pool 64, the longitudinal waves can propagate through the molten pool 64, but the transverse waves cannot propagate through the molten pool 64. Therefore, the vibration sensor 38 detects only the longitudinal waves and not the transverse waves. In this state, the positional relationship between the three-dimensional object 61, the wire 31, and the molten pool 64 is appropriate. In addition, since the propagation speed of the longitudinal waves differs by about 10 times between a liquid and a solid, the vibration applied to the vibrator 13 can be a pulse wave or a waveform that can detect the time history, such as a different waveform, to estimate the distance between the tip of the wire 31 and the machining surface of the three-dimensional object 61 from the propagation time. The Z-axis control unit 52 can control the supply speed of the wire 31 so as to obtain a distance that is desirable for performing the molding process, using the estimated distance between the tip of the wire 31 and the machining surface.

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。 Next, as shown in FIG. 7, when the wire 31 is in state C, where the wire 31 is separated from both the machining surface of the three-dimensional object 61 and the molten pool 64, the vibration sensor 38 detects neither longitudinal waves nor transverse waves. In this case, the Z-axis control unit 52 may stop the modeling process, or may increase the feed speed of the wire 31 so that the tip of the wire 31 is directed toward the machining surface.

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。 In this way, the Z-axis control unit 52 estimates the positional relationship between the three-dimensional object 61, the wire 31, and the molten pool 64 by evaluating the vibrations caused by the vibrator 13 in the additive manufacturing device 1 using the detection results of the vibration sensor 38, and can control the supply speed of the wire 31 or the position of the tip of the wire 31 based on the estimated positional relationship. In the above description, the vibrator 13 is installed on the moving stage 11 and the vibration sensor 38 is installed on the wire feed roller 35, but this is just one example. For example, it is also possible to install the vibrator 13 on the side where the three-dimensional object 61 is placed, and install the vibration sensor 38 at any location from the wire supply unit 30 to the wire nozzle 41. In one example, the vibrator 13 may be installed on the three-dimensional object 61, and the vibration sensor 38 may be installed directly below the wire nozzle 41. Also, since it is only necessary to detect the vibration transmitted between the three-dimensional object 61 and the wire 31, the vibrator 13 may be installed at any position between the wire supply unit 30 and the wire nozzle 41, and the vibration sensor 38 may be installed on the side where the three-dimensional object 61 is placed, in the opposite manner to the above. In other words, the vibrator 13 may be installed at a position where it can impart vibration to one of the moving stage 11 and the wire 31, which is the added material, and the vibration sensor 38 may be installed at a position where it can detect vibration on the other of the moving stage 11 and the wire 31 that is not imparted vibration by the vibrator 13.

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。 Figure 8 is a block diagram showing a schematic example of an overview of the wire supply control process of the additive manufacturing device according to the first embodiment. As shown in Figure 8, the wire supply unit 30 is provided with a displacement meter 37 that detects the distortion of the wire 31 in the X-axis direction and the Y-axis direction. The XY-axis control unit 51 calculates the amount of displacement of the tip of the wire 31 based on the position of the wire 31 fed from the wire nozzle 41 in the XY plane according to the measurement result of the displacement meter 37. In addition, the XY-axis control unit 51 outputs an instruction to the actuator 44 to correct the position of the wire nozzle 41 based on the calculated amount of displacement so that the tip of the wire 31 falls within the appropriate irradiation range of the laser beam L. The actuator 44 then corrects the position of the wire nozzle 41 in the XY direction.

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。 On the other hand, during the modeling process, the vibrator 13 applies vibration to the base plate 12. This vibration is transmitted from the base plate 12 to the wire 31 via the three-dimensional model 61. The intensity of the longitudinal wave, the intensity of the transverse wave, and the propagation speed are detected by a vibration sensor 38 provided between the wire supply unit 30 and the wire nozzle 41. The Z-axis control unit 52 estimates the positional relationship between the tip of the wire 31 and the processing surface based on the detection result by the vibration sensor 38. Based on the estimation result, the Z-axis control unit 52 determines the supply speed of the wire 31 or the displacement amount of the tip of the wire 31 in the Z-axis direction, and outputs an instruction to the wire supply unit 30 to control the operation of the wire supply unit 30. The wire supply unit 30 then changes the supply speed of the wire 31 or the position of the tip of the wire 31 according to the instruction.

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。 Next, a method for manufacturing a three-dimensional object 61 in the additive manufacturing device 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure of the method for manufacturing a three-dimensional object according to the first embodiment. First, the control unit 50 moves the processing head 40 to a position facing the position on the base plate 12 where the three-dimensional object 61 is to be formed (step S11). Next, the control unit 50 causes the wire nozzle 41 to supply the wire 31 toward the processing surface on the base plate 12 (step S12). At this time, the XY-axis control unit 51 performs a position correction process on the XY plane of the wire nozzle 41 (step S13). After that, the control unit 50 causes the laser oscillator 21 to irradiate the laser beam L onto the processing surface (step S14). At this time, the tip of the wire 31 is within the appropriate irradiation range of the laser beam L due to the position correction process on the XY plane of the wire nozzle 41. In addition, the tip of the wire 31 is melted by irradiating the tip of the wire 31 with the laser beam L, and a molten pool 64 is formed on the processing surface.

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。 Then, the Z-axis control unit 52 acquires the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface, and performs wire supply control processing of the wire supply unit 30 if necessary (step S15). An example of control processing of the supply state of the wire 31 by the wire supply unit 30 is correction of the supply speed of the wire 31 or the position of the tip of the wire 31 in the Z-axis direction. Then, the control unit 50 judges whether the modeling process has been completed (step S16). If it is determined that the modeling process has not been completed (No in step S16), the process returns to step S11. On the other hand, if it is determined that the modeling process has been completed (Yes in step S16), the three-dimensional object 61 is completed on the base plate 12, and the modeling process is completed.

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。 Here, the position correction process in the XY plane of the wire nozzle 41 in step S13 in FIG. 9 will be described. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the procedure for the position correction process in the XY plane of the wire nozzle. First, the displacement measuring device 37 measures the distortion in the X-axis and Y-axis directions of the wire 31 sent out from the sending position of the wire feed roller 35 (step S31). The XY-axis control unit 51 calculates the unit displacement amount in the X-axis and Y-axis directions of the wire 31 using the distortion in the X-axis and Y-axis directions measured by the displacement measuring device 37 (step S32). Next, the XY-axis control unit 51 calculates the displacement amount of the tip of the wire 31 based on the sending position of the wire nozzle 41 in the XY plane from the calculated unit displacement amount in the X-axis and Y-axis directions and the distance between the sending position of the wire nozzle 41 and the processing surface (step S33). The XY-axis control unit 51 outputs a correction command to the actuator 44 to correct the position of the wire nozzle 41 based on the calculated displacement of the tip of the wire 31 (step S34). The actuator 44 corrects the position of the wire nozzle 41 based on the correction command (step S35), and the process returns to FIG. 9.

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。 Next, the wire supply control process of the wire supply unit 30 in step S15 of FIG. 9 will be described. FIG. 11 is a flowchart showing an example of the procedure of the wire supply control process of the wire supply unit. First, the Z-axis control unit 52 causes the vibrator 13 to generate vibrations (step S51). The vibration sensor 38 detects the result of the vibration generated by the vibrator 13 and outputs the detection result to the Z-axis control unit 52.

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。 The Z-axis control unit 52 determines whether vibration is detected by the vibration sensor 38 (step S52). If vibration is detected by the vibration sensor 38 (Yes in step S52), the Z-axis control unit 52 determines the type of wave detected (step S53). If both longitudinal and transverse waves are detected (longitudinal and transverse waves in step S53), the Z-axis control unit 52 estimates that the tip of the wire 31 is in contact with the processing surface (step S54). Then, the Z-axis control unit 52 outputs an instruction to the wire supply unit 30 to reduce the supply speed of the wire 31 or to raise the tip of the wire 31 in the Z-axis direction (step S55). In accordance with the instruction, the wire supply unit 30 reduces the supply speed of the wire 31 or raises the tip of the wire 31 in the Z-axis direction (step S56). After that, the process returns to FIG. 9.

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。 If only longitudinal waves are detected in step S53 (if only longitudinal waves are detected in step S53), the Z-axis control unit 52 estimates that the tip of the wire 31 is in contact with the machining surface via the molten pool 64 (step S57). In other words, the positional relationship between the tip of the wire 31 and the molten pool 64 is appropriate, and the feed speed of the wire 31 and the position of the tip of the wire 31 are also appropriate. The Z-axis control unit 52 calculates the distance between the machining surface and the tip of the wire 31 from the propagation speed detected by the vibration sensor 38 (step S58). The Z-axis control unit 52 also controls the feed speed of the wire 31 based on the calculated distance between the machining surface and the tip of the wire 31 (step S59). Then, the process returns to FIG. 9.

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。 When in state B, the molding process is being performed in an appropriate state, but even in state B, if the tip of the wire 31 is close to the machining surface or close to the upper end of the molten pool 64, there is a possibility that the state may transition to state A or state C. For this reason, in such cases, the Z-axis control unit 52 controls the feed speed of the wire 31 or the position of the tip of the wire 31 so that the tip of the wire 31 is located near the center of the molten pool 64.

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。 If no vibration is detected by the vibration sensor 38 in step S52 (No in step S52), the Z-axis control unit 52 estimates that the tip of the wire 31 is separated from both the machining surface and the molten pool 64 (step S60). The Z-axis control unit 52 then controls the supply speed of the wire 31 or the position of the tip of the wire 31 so that the tip of the wire 31 contacts the molten pool 64 (step S61), and the process returns to FIG. 9. Note that in step S61, the tip of the wire 31 may have melted and then solidified into a lump. For this reason, the control unit 50 may end the molding process.

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。 The additive manufacturing device 1 of the first embodiment is provided with an oscillator 13 on one side of the base plate 12 and the members from the wire supply unit 30 to the wire nozzle 41, and a vibration sensor 38 on the other side. The additive manufacturing device 1 also has a Z-axis control unit 52 that estimates the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface in the Z-axis direction based on the detection result of the vibration sensor 38 of the vibration generated by the oscillator 13. Specifically, the Z-axis control unit 52 estimates that the tip of the wire 31 is in any one of state A in contact with the machining surface, state B in contact with the machining surface via the molten pool 64, and state C in which the tip of the wire 31 is separated from both the machining surface and the molten pool 64. This makes it possible to estimate the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface without requiring an imaging device to grasp the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface. In addition, if there is an interfering object between the imaging unit and the machining surface, such as a part of the three-dimensional object 61, during the molding process of the inner surface of the cylinder, the state of the tip of the wire 31 cannot be observed by the imaging unit, and control becomes impossible. However, since the additive manufacturing device 1 of the first embodiment does not use an imaging unit, it is possible to grasp the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface even in such a situation, and control of the molding process can be continued. In one example, the position of the tip of the wire 31 can be controlled even during the molding process of the inner surface of the cylinder. In addition, in the Z-axis direction, it is possible to suppress the wire 31 from poking the machining surface or bending the wire 31 due to an excessively high supply speed of the wire 31, or the occurrence of a defective liquid droplet state at the tip of the wire 31 or clogging of the wire nozzle 41 due to an insufficient supply speed of the wire 31. Furthermore, the state of the wire 31 in the molten pool 64, which is in a liquid metal state, can also be evaluated.

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。 The additive manufacturing device 1 also includes a displacement meter 37 that measures the displacement of the wire 31 in the XY plane downstream of the feed position of the wire feed roller 35, an actuator 44 that moves the wire nozzle 41 in the XY plane, and an XY axis control unit 51 that calculates the amount of displacement of the tip of the wire 31 in the XY plane based on the measurement result by the displacement meter 37 and instructs the actuator 44 to correct the position of the wire nozzle 41 based on the calculated amount of displacement. As a result, even if the tip of the wire 31 is displaced due to distortion caused in the central axis of the wire 31, the position of the wire nozzle 41 can be corrected so that the tip of the wire 31 falls within the appropriate irradiation range of the laser beam L. In other words, the amount of displacement in the XY plane caused by the distortion of the wire 31 can be prevented from exceeding the appropriate irradiation range of the laser beam L. As described above, according to the first embodiment, in the additive manufacturing device 1 of the DED method using the wire 31, the displacement amount in the XY plane and the position in the Z-axis direction of the tip of the wire 31 that enters the energy irradiation point can be measured and controlled more accurately than in the past.

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。
Embodiment 2.
In additive manufacturing, a three-dimensional object 61 is formed by repeating the process of forming a deposit 63 and stacking it until a predetermined thickness is reached. However, when a new deposit 63 is formed by repeating these processes and is integrated with an already formed lower deposit 63, a molding defect such as voids may occur due to solidification with a gas layer such as external air or shielding gas G contained between the deposits 63. Therefore, in the second embodiment, an additive manufacturing device 1 is described that can promote the detachment of the gas layer generated between the deposits 63 by applying vibration to the molten pool 64, thereby reducing voids.

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。 First, an overview of the gas layer formed in the manufacturing method of the three-dimensional object 61 will be described. Figures 12 and 13 are cross-sectional views showing an example of the gas layer formed in the manufacturing method of the three-dimensional object. Figure 12 is a cross-sectional view perpendicular to the X axis, and Figure 13 is a cross-sectional view perpendicular to the Y axis. As described in the first embodiment, Figures 12 and 13 show a case where a first layer of deposit 63 extending in the X direction is formed on the base plate 12, and then a second layer of deposit 63 is formed on the first layer of deposit 63. As described above, when the newly formed deposit 63 and the already formed lower layer deposit 63 are integrated, molding defects such as voids may occur. As shown in Figures 12 and 13, it has been found by experiments that the gas layer 65 generated between the deposits 63 occurs on the line where the deposits 63 overlap. That is, when a new deposit 63 is formed so as to come into contact with an already formed deposit 63, a gas layer 65 is generated on the line where the outline of the new deposit 63 intersects with the outline of the already formed deposit 63. It has also been found that, as shown in FIG. 13, after the gas layer 65 is generated on the line, it behaves as if it rises in the melting direction. This is thought to be because voids are generated when the metal components of the molten pool 64 solidify before the gas layer 65 is detached. In other words, it is thought that voids are generated because the molten metal components solidify before the gas layer 65 escapes to the outside of the deposit 63.

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。 The additive manufacturing device 1 of the second embodiment is configured to add momentum to the molten pool 64 by imparting oscillation to the molten pool 64 even during the modeling process, and to vibrate the internal gas layer 65 to promote bonding by forming larger air. In the second embodiment, oscillation is also included in the vibration. The gas layer 65 gains buoyancy toward the top more quickly compared to when no oscillation is added. As a result, detachment of the gas layer 65 from the deposit 63 is promoted. The configuration of the additive manufacturing device 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the control unit 50 imparts oscillation to the vibrator 13 when detecting the positional relationship in the Z-axis direction between the tip of the wire 31 and the processing surface, but in the second embodiment, the control unit 50 imparts oscillation to the vibrator 13 even during the modeling process.

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。 In addition, to promote bonding between the gas layers 65, it is desirable to effectively vibrate the molten pool 64. Since the molten pool 64 is liquid and does not propagate transverse waves, it is desirable to position the vibrator 13 at the shortest position in the Z-axis direction of the molten pool 64, for example.

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。 14 and 15 are diagrams showing an example of the configuration near the moving stage of the additive manufacturing device according to the second embodiment. FIG. 14 is a cross-sectional view perpendicular to the X-axis, and FIG. 15 is a cross-sectional view perpendicular to the Y-axis. As shown in FIG. 14 and FIG. 15, in the additive manufacturing device 1 of the second embodiment, a vibrator 13a that is smaller than the size of the lower surface of the moving stage 11 and can move in the XY plane is provided. In the first embodiment, the vibrator 13 is provided at a position corresponding to the mounting position of the base plate 12 on the lower surface of the moving stage 11, but in the second embodiment, the vibrator 13a that can move in the XY plane is provided on the lower surface of the moving stage 11. In one example, the additive manufacturing device 1 further includes an adjuster (not shown) that allows the vibrator 13a to move in the XY plane on the lower surface of the moving stage 11. The adjuster moves the vibrator 13a in the XY plane according to an instruction from the control unit 50 or the Z-axis control unit 52.

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。 As shown in Figures 14 and 15, the vibrator 13a is moved below the molten pool 64 and vibration is applied during the molding process. That is, the position of the vibrator 13a in the XY plane is controlled so that it corresponds to the position of the processing head 40. This shortens the distance from the molten pool 64 to the vibrator 13a, making it possible to effectively apply longitudinal wave vibration to the molten pool 64. As a result, the gas layer 65 moves in the molten pool 64 and rises in the melting direction, making it possible to promote the detachment of the deposits 63 of the gas layer 65 to the outside before the molten pool 64 solidifies. The other configurations are the same as those in embodiment 1, so their description will be omitted.

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。 In the above explanation, an adjuster that can move in the XY plane is provided below the moving stage 11, and a vibrator 13a is attached to the adjuster, but the method of applying vibration to the molten pool 64 is not limited to this.

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。 In one example, the laser oscillator 21 may be provided with a function for generating a pulsed laser beam L. This causes vibrations in the molten pool 64 each time the pulsed laser beam L is irradiated onto the molten pool 64. As a result, the desorption of the gas layer 65 generated between the deposits 63 is promoted, and voids in the three-dimensional object 61 formed by the accumulation of the deposits 63 can be reduced. Furthermore, irradiating the pulsed laser beam L can reduce the peak temperature of the molten pool 64 and improve the cooling rate of the weld.

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。 In another example, the wire supply unit 30 may include a wire swinging unit that swings the wire 31. Examples of methods for swinging the wire 31 using the wire swinging unit include swinging in a direction perpendicular or parallel to the direction of travel of the wire 31, circular motion in a direction perpendicular to the direction of travel of the wire 31, or a combination of these. This can impart momentum to the gas layer 65 generated between the deposits 63, and promote desorption of the gas layer 65. In this case, the swinging of the wire 31 for imparting momentum to the gas layer 65 and the vibration detected by the vibration sensor 38 can be detected separately, for example, by shifting the timing. The wire swinging unit corresponds to the additional material swinging unit.

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。 Furthermore, in the case of arc welding, in which the wire 31 is melted by arc discharge, the molten pool 64 may be vibrated by the arc current flowing through the molten pool 64 and the magnetic stirring caused by the direction of the magnetic field. In other words, in this case, the additive manufacturing device 1 further includes a magnetic stirring unit that applies a current and a magnetic field to the molten pool 64 to generate magnetic stirring. In one example, a magnetic field can be applied to the molten pool 64 by providing an excitation coil on the arc welding rod.

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。 In the second embodiment, a longitudinal wave vibration is applied to the molten pool 64 during the molding process. This gives momentum to the gas layer 65 that is generated between the deposits 63, and promotes the detachment of the gas layer 65 to the outside of the molten pool 64 before the molten pool 64 solidifies. As a result, there is an effect that the amount of voids in the three-dimensional object 61 formed by the accumulation of the deposits 63 can be reduced compared to the first embodiment.

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。
Embodiment 3.
In the first embodiment, a case has been described in which the vibration applied to the wire 31 is detected by the vibration sensor 38 capable of detecting the intensity of longitudinal waves, the intensity of transverse waves, and the propagation speed in order to obtain the positional relationship between the three-dimensional object 61 and the wire 31. In the third embodiment, a case will be described in which the positional relationship between the three-dimensional object 61 and the wire 31 is obtained by using a current.

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。 Figure 16 is a diagram showing a schematic example of the configuration of an additive manufacturing apparatus according to embodiment 3. Below, differences from embodiment 1 will be described, and explanations of configurations similar to embodiment 1 will be omitted. The additive manufacturing apparatus 1a according to embodiment 3 is obtained by removing the oscillator 13 and vibration sensor 38 from the additive manufacturing apparatus 1 of embodiment 1, and is equipped with a current supply unit 71, a current sensor 14, and a voltage sensor 72.

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。 In one example, the current supply unit 71 supplies current to the wire 31 in response to an instruction from the Z-axis control unit 52. The current supply unit 71 is provided so as to be in contact with the wire 31 between the wire supply unit 30 and the wire nozzle 41. The current sensor 14 is provided on the moving stage 11. The current sensor 14 outputs the presence or absence of detection of current to the Z-axis control unit 52. The voltage sensor 72 measures the voltage, which is the load of the motor 33 provided on the wire reel 32. The voltage sensor 72 outputs the measured voltage to the Z-axis control unit 52. It is sufficient that the current supplied to the wire 31 is one that can be detected by the current sensor 14.

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。 Figure 17 is a block diagram showing an example of an outline of the wire supply control process of the additive manufacturing device according to the third embodiment. Below, differences from Figure 8 of the first embodiment will be described, and the same configuration as that of Figure 8 will not be described. As shown in Figure 17, in the third embodiment, the Z-axis control unit 52 controls the position of the wire 31 in the Z-axis direction based on the measurement result of the current sensor 14. For example, the wire 31 is energized and brought into contact with the molten pool 64 or the three-dimensional object 61. In this case, if the molten pool 64 and the three-dimensional object 61 are metal, and the base plate 12 and the moving stage 11 are also metal, the Z-axis control unit 52 can detect that it is in state A of Figure 5 or state B of Figure 6 by detecting the current with the current sensor 14. Regarding the detection of whether it is state A of Figure 5 or state B of Figure 6, for example, when the wire 31 comes into contact with the three-dimensional object 61, the load of the motor 33 of the wire supply unit 30 increases. For this reason, in the third embodiment, the Z-axis control unit 52 uses the measurement results from the voltage sensor 72 to determine whether the load on the motor 33 is increasing. If the load on the motor 33 is increasing, the Z-axis control unit 52 can estimate that the state is A in FIG. 5, and if the load on the motor 33 is not increasing, the Z-axis control unit 52 can estimate that the state is B in FIG. 6. Furthermore, if the current sensor 14 does not measure a current even though a current is supplied to the wire 31, the Z-axis control unit 52 estimates that the state is C in FIG. 7, in which the wire 31 is not in contact with the molten pool 64 and the three-dimensional object 61. Note that the control of the wire supply unit 30 after estimating the positional relationship between the tip of the wire 31 and the machining surface is the same as in the first embodiment, and therefore will not be described.

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。 In addition, in FIG. 17, instead of providing the voltage sensor 72, as in the first embodiment, the vibrator 13 may be provided on one side between the moving stage 11 and the area from the wire supply unit 30 to the wire nozzle 41, and the vibration sensor 38 may be provided on the other side. In this way, to estimate whether the state is as shown in FIG. 5 or FIG. 6, the result of detecting the vibration from the vibrator 13 by the vibration sensor 38 can be used, as in the first embodiment.

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。 Alternatively, as described in the second embodiment, a movable vibrator 13a may be provided under the moving stage 11 to remove the gas layer 65, and a vibration sensor 38 may be provided between the wire supply unit 30 and the wire nozzle 41.

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。 In the third embodiment, the additive manufacturing device 1 includes a current supply unit 71 that supplies a current to the wire 31, and a current sensor 14 that is provided on the moving stage 11. This allows the positional relationship in the Z-axis direction between the tip of the wire 31 and the machining surface to be estimated based on whether or not the current supplied to the wire 31 is detected by the moving stage 11. The additive manufacturing device 1 also includes a voltage sensor 72 that detects the load on the motor 33 that is provided on the wire reel 32 that supplies the wire 31. This allows the estimation that when the load on the motor 33 increases, the tip of the wire 31 is in contact with the machining surface, and when the load on the motor 33 does not increase, the tip of the wire 31 is in contact with the machining surface via the molten pool 64. This also allows the same effect as in the first embodiment to be obtained.

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。 The control unit 50, the XY-axis control unit 51, and the Z-axis control unit 52 in the first to third embodiments are realized as a processing circuit. The processing circuit may be dedicated hardware or a circuit equipped with a processor. FIG. 18 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the control unit, the XY-axis control unit, and the Z-axis control unit provided in the additive manufacturing apparatus according to the first to third embodiments. The control unit 50, the XY-axis control unit 51, and the Z-axis control unit 52 have a processor 501 and a memory 502. The processor 501 and the memory 502 are connected via a bus line 503. The control unit 50, the XY-axis control unit 51, and the Z-axis control unit 52 are realized by the processor 501 executing a program stored in the memory 502. In addition, a plurality of processors 501 and a plurality of memories 502 may cooperate to realize the above functions. Furthermore, some of the functions of the control unit 50, the XY-axis control unit 51, and the Z-axis control unit 52 may be implemented as an electronic circuit, which is dedicated hardware, and the other parts may be realized using the processor 501 and the memory 502. The XY-axis control unit 51 controls the actuator 44 provided on the wire nozzle 41 with an electrical signal, and the Z-axis control unit 52 controls the wire supply unit 30 with an electrical signal.

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。 The configurations shown in the above embodiments are merely examples, and may be combined with other known technologies, or the embodiments may be combined with each other. In addition, parts of the configurations may be omitted or modified without departing from the spirit of the invention.

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。 1, 1a additive manufacturing device, 11 moving stage, 12 base plate, 13, 13a transducer, 14 current sensor, 21 laser oscillator, 22 gas supply unit, 23 chiller, 24 fiber cable, 30 wire supply unit, 31 wire, 32 wire reel, 33 motor, 34 wire holder, 35 wire feed roller, 36 wire cable, 37 displacement measuring device, 38 vibration sensor, 40 processing head, 41 wire nozzle, 41a supply port, 42 beam nozzle, 43 gas nozzle, 44 actuator, 50 control unit, 51 XY-axis control unit, 52 Z-axis control unit, 61 three-dimensional object, 62 processing area, 63 deposit, 64 molten pool, 65 gas layer, 71 current supply unit, 72 voltage sensor, G shielding gas, L laser beam.

Claims (16)

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。
a stage supporting a base plate having a first surface parallel to an XY plane defined by an X-axis and a Y-axis perpendicular to each other;
a nozzle that supplies an additional material toward a processing surface, which is either the first surface of the base plate or a surface that constitutes a deposit formed on the base plate, and that is movable within an XY plane;
an additional material supply unit that supplies the additional material to the nozzle;
A heat source generating unit that generates a heat source on the processing surface;
an oscillator capable of applying vibration to one of the stage and the additional material;
a vibration sensor capable of detecting vibrations in the other of the stage and the additional material to which vibration is not applied by the vibrator;
a displacement measuring device for measuring the amount of displacement of the additional material in the X-axis direction and the Y-axis direction;
a first control unit that performs control to correct a position of the nozzle on an XY plane based on a measurement result by the displacement measuring device;
a second control unit that acquires a detection result of the vibration generated by the vibrator from the vibration sensor, estimates a positional relationship between the tip of the additional material and the processing surface in a Z-axis direction perpendicular to the XY plane based on the detection result, and controls a supply state of the additional material in the additional material supply unit based on the estimation result;
An additive manufacturing apparatus comprising:
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。
The displacement measuring device measures the amount of displacement of the additional material in the X-axis direction and the Y-axis direction for a section of a predetermined length,
The additive manufacturing apparatus according to claim 1, characterized in that the first control unit calculates a unit displacement amount, which is a displacement amount in the X-axis direction and Y-axis direction of the added material per unit length, from the measurement result of the displacement measuring device, and corrects the position of the nozzle in the XY plane based on the displacement amount of the tip of the added material calculated from the unit displacement amount with reference to the discharge position of the added material from the nozzle in the XY plane.
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。 The additive manufacturing device according to claim 1 or 2, characterized in that the first control unit controls the position of the nozzle in the XY plane so that the tip of the additive material is positioned within the irradiation range of the heat source where the additive material melts. 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。
Further comprising an actuator capable of moving the nozzle in an XY plane;
The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the displacement measuring device is provided downstream of the actuator in the supply direction of the additive material.
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。
The vibration sensor can detect the intensity of longitudinal waves, the intensity of transverse waves, and the propagation speed of vibration;
The additive manufacturing device described in any one of claims 1 to 4, characterized in that the second control unit estimates, from the detection results of the vibration sensor, one of the following states: a state in which the tip of the additional material is in contact with the machining surface, a state in which the tip of the additional material is in contact with the machining surface via a molten pool in which the additional material is melted, and a state in which the tip of the additional material is separated from both the machining surface and the molten pool.
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。 The additive manufacturing device according to claim 5, characterized in that the second control unit controls the supply state of the additive material in the additive material supply unit based on the estimated state so that the tip of the additive material does not come into contact with the processing surface. 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。 The additive manufacturing device according to claim 5, characterized in that the second control unit controls the supply state of the additive material in the additive material supply unit based on the propagation speed of the vibration so that the tip of the additive material does not leave the molten pool. 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。 The additive manufacturing device according to claim 6 or 7, characterized in that the second control unit controls the supply speed of the additive material so that the tip of the additive material does not come into contact with the processing surface. 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。 The additive manufacturing device according to claim 6 or 7, characterized in that the second control unit controls the supply speed of the additive material so that the tip of the additive material does not leave the molten pool. 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。
The oscillator generates vibrations having a waveform that allows detection of a time history;
The vibration sensor detects vibration having the waveform capable of detecting a time history;
The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 5 to 9, characterized in that the second control unit estimates the distance between the tip of the additive material and the machining surface from the waveform detected by the vibration sensor.
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。 An additive manufacturing device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the oscillator is provided on the surface of the stage opposite the surface on which the base plate is placed, and is movable within the XY plane. 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。 An additive manufacturing device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the heat source generating unit is a laser oscillator that generates a pulsed laser beam that melts the additive material. 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。 The additive manufacturing device according to any one of claims 1 to 10, further comprising an additive material oscillating unit that oscillates the additive material. 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。 The additive manufacturing device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a magnetic stirring unit that applies an electric current and a magnetic field to the molten pool in which the additive material is molten to generate magnetic stirring. 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。
a stage supporting a base plate having a first surface parallel to an XY plane defined by an X-axis and a Y-axis perpendicular to each other;
a nozzle that supplies an additional material toward a processing surface, which is either the first surface of the base plate or a surface that constitutes a deposit formed on the base plate, and that is movable within an XY plane;
an additional material supply unit that supplies the additional material to the nozzle;
A heat source generating unit that generates a heat source on the processing surface;
A current supply unit that supplies a current to the additional material;
a current measuring device provided on a surface of the stage opposite to a surface on which the base plate is placed;
a voltage meter that measures a load of a motor that supplies the additional material in the additional material supply unit;
a displacement measuring device for measuring the amount of displacement of the additional material in the X-axis direction and the Y-axis direction;
a first control unit that performs control to correct a position of the nozzle on an XY plane based on a measurement result by the displacement measuring device;
a second control unit that estimates a positional relationship between a tip end of the additional material and the processing surface in a Z-axis direction perpendicular to both the X-axis and the Y-axis based on a measurement result by the current meter of the current supplied to the additional material from the current supply unit and a measurement result by the voltage meter, and controls a supply state of the additional material from the additional material supply unit based on the estimation result;
Equipped with
The second control unit estimates whether the tip of the additional material is in a contact state in which it is in contact with the machining surface or the molten pool in which the additional material is melted, or in a disengaged state in which it is not in contact with the molten pool, based on whether or not the current is detected by the current meter, and estimates that, among the contact states, if the load increases compared to a state in which the tip of the additional material is in contact with the molten pool but not in contact with the machining surface, the tip of the additional material is in contact with the machining surface, and if the load does not increase, the tip of the additional material is in contact with the molten pool but not in contact with the machining surface .
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。
a supply step of supplying an additional material from a nozzle toward a processing surface which is either a first surface of a base plate arranged on a stage and having a first surface parallel to an XY plane formed by an X-axis and a Y-axis perpendicular to each other, or a surface constituting a deposit formed on the base plate;
a melting and solidifying step of melting and solidifying a tip of the additional material by irradiating a heat source generated on the processing surface by a heat source generating unit;
A method for producing a three-dimensional object, comprising repeating the supplying step and the melting and solidifying step to form a three-dimensional object,
measuring the amount of displacement of the additional material in the X-axis direction and the Y-axis direction;
correcting the position of the nozzle on an XY plane based on the measurement results of the displacement amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction;
applying vibration generated by a vibrator to one of the stage and the additional material, and detecting vibration with a vibration sensor in the other of the stage and the additional material to which vibration is not applied by the vibrator;
obtaining a detection result of the vibration generated by the vibrator from the vibration sensor, estimating a positional relationship between the tip of the additional material and the processing surface in a Z-axis direction perpendicular to the XY-axis plane based on the detection result, and controlling a supply state of the additional material based on the estimation result;
A method for producing a three-dimensional object, comprising:
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