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JP7687871B2 - METAL SHAPE MANUFACTURING METHOD AND METAL SHAPE MANUFACTURING APPARATUS - Google Patents
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Description

本発明は、金属造形物の製造方法及び金属造形物の製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal object and an apparatus for manufacturing a metal object.

従来から、WAAM(Wire arc additive manufacturing)の装置構成として、アーク溶接ロボットを用いて金属の積層を行うものが知られている。 Conventionally, a known device configuration for WAAM (wire arc additive manufacturing) is one that uses an arc welding robot to layer metal.

WAAMによる造形時は、アーク溶接の入熱によって造形物への蓄熱が進むため、造形が進むにつれて、ビード幅が増加してしまい、均一な幅での造形が困難であるという問題がある。これを解決するために、造形物を積層して成形する途中において、冷却装置を用いて、造形物を冷却することが知られている(特許文献1参照)。 When WAAM is used to mold an object, heat input from arc welding causes heat to accumulate in the object, and as the molding progresses, the bead width increases, making it difficult to mold an object with a uniform width. To solve this problem, it is known to use a cooling device to cool the object while it is being stacked and molded (see Patent Document 1).

特開2017-144446号公報JP 2017-144446 A

しかしながら特許文献1に記載された方法では、特に造形を開始して間もないうちにおいては、金属が積層された跡として造形物の表面に大きな凹凸が形成される問題点があることが発明者の検討の結果、判明した。 However, the inventors' investigations revealed that the method described in Patent Document 1 had a problem in that, especially shortly after the start of modeling, large irregularities formed on the surface of the model as a result of the metal being layered.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、金属が積層された跡として金属造形物の表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる金属造形物の製造方法及び金属造形物の製造装置を提供する。 Therefore, the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a manufacturing method and a manufacturing device for a metal object that can prevent large irregularities from being formed on the surface of the metal object as a result of the metal being layered.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る金属造形物の製造方法は、母材に金属造形物を成形する金属造形物の製造方法であって、前記母材を温度調整部に接触した状態で設置する母材設置工程と、前記母材に溶融させた金属材料を積層して前記金属造形物を成形する金属積層工程と、を備え、前記金属積層工程は、前記温度調整部で前記母材を加熱し、予め温める加熱工程を行った後、前記母材に溶融させた前記金属材料を積層して、溶融させた前記金属材料の入熱によって前記母材が高温にならないように前記母材を冷却する冷却工程によって、要求される寸法精度の幅で前記母材に前記金属造形物を成形し、前記母材設置工程では、環状をなし前記母材の外縁に沿って配置される固定治具を前記母材の上側に設置して、前記母材を前記温度調整部と前記固定治具との間に挟み込む
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
In other words, the manufacturing method of a metal object according to the present invention is a manufacturing method of a metal object in which a metal object is formed on a base material, and includes a base material installation step of installing the base material in contact with a temperature adjustment unit, and a metal lamination step of laminating a molten metal material on the base material to form the metal object, in which the base material is heated by the temperature adjustment unit, a heating step of pre-warming the base material, and then laminating the molten metal material on the base material, and a cooling step of cooling the base material so that the base material does not become too hot due to the heat input of the molten metal material, thereby forming the metal object on the base material within a range of required dimensional accuracy , and in the base material installation step, a fixed jig that is annular and arranged along the outer edge of the base material is installed on the upper side of the base material, and the base material is sandwiched between the temperature adjustment unit and the fixed jig .

従来の金属造形物の製造方法では、金属造形物を構成するために溶融した金属で母材の直上に成形された層に加え、母材に成形された層(下地層)上に順次、金属造形物を構成するために溶融した金属で成形された層は、母材に放熱され、すぐに固化してしまう。このため、新たに積層された層は、下地層となじみにくく、金属造形物の表面に大きな凹凸が形成されやすかった。しかしながら、本発明に係る金属造形物の製造方法は、温度調整部によって母材を加熱する。これにより、金属造形物を構成するために溶融した金属で母材の直上に成形された層に加え、母材に成形された層(下地層)上に順次、金属造形物を構成するために溶融した金属で成形された層は、母材に放熱される熱量が減少する。この結果、新たに積層された層は、下地層となじみやすくなるため、金属が積層された跡として金属造形物の表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる。
また、このように構成された金属造形物の製造方法では、金属積層工程で、温度調整部によって母材を加熱した後、母材を冷却する。このように母材を加熱することにより、積層開始から間もないうちに発生する、金属造形物の表面に形成される大きな凹凸やビード幅が狭く形成されてしまうといった問題の発生を抑制する。一方、金属積層工程において、温度調整部によって母材を加熱した後、母材を冷却することにより、金属造形物を成形するにつれてアーク溶接等の入熱によって蓄熱され高温になりビート幅が大きくなるといった問題を抑制する。したがって本実施形態の金属造形物の製造方法では、金属造形物の成形タイミングに依らず、一定のビート幅とすることができる。
In the conventional method for manufacturing a metal object, the layer formed on the base material with molten metal to form the metal object, and the layer formed on the base material (base layer) in sequence with molten metal to form the metal object, are heat-dissipated to the base material and immediately solidified. For this reason, the newly laminated layer is difficult to blend with the base layer, and large irregularities are likely to be formed on the surface of the metal object. However, in the method for manufacturing a metal object according to the present invention, the base material is heated by a temperature adjustment unit. As a result, the amount of heat dissipated to the base material is reduced for the layer formed on the base material with molten metal to form the metal object, and the layer formed on the base material (base layer) in sequence with molten metal to form the metal object. As a result, the newly laminated layer is easily blended with the base layer, and it is possible to suppress the formation of large irregularities on the surface of the metal object as traces of metal lamination.
In the method for producing a metal object configured as described above, the base material is heated by the temperature adjustment unit in the metal lamination step, and then cooled. Heating the base material in this manner suppresses problems that occur soon after lamination begins, such as large irregularities formed on the surface of the metal object and narrow bead widths. Meanwhile, in the metal lamination step, the base material is heated by the temperature adjustment unit, and then cooled, suppressing problems that occur as the metal object is formed, such as heat being accumulated due to heat input from arc welding or the like, causing the temperature to rise and the bead width to increase. Therefore, in the method for producing a metal object according to this embodiment, a constant bead width can be obtained regardless of the timing of forming the metal object.

また、本発明に係る金属造形物の製造装置は、溶融した金属材料を積層し、金属造形物を成形する造形装置と、前記造形装置で前記金属造形物を成形しているとき、前記造形装置で金属が積層される母材と接触するとともに、熱を発生させる加熱装置と、周囲の熱を吸収する冷却装置と、を有する温度調整部と、前記母材に前記金属造形物を成形する前に、前記加熱装置を稼働させる加熱モード、及び前記加熱モードを停止した後前記冷却装置を稼働させる冷却モードに設定可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱モードとした状態で前記母材に溶融した前記金属材料を積層して前記金属造形物の成形を開始し、前記加熱モードを停止した後、前記冷却モードにして、溶融した前記金属材料の入熱によって前記母材が高温にならないように前記母材を冷却して、要求される寸法精度の幅で前記母材に前記金属造形物を成形するようにし、前記母材は、環状をなし前記母材の外縁に沿って前記母材の上側に設置される固定治具と前記温度調整部との間に挟み込まれている According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a metal object, the apparatus comprising: a modeling device that stacks molten metal material to form a metal object; a temperature adjustment unit that has a heating device that comes into contact with a base material on which metal is stacked by the modeling device and generates heat when the metal object is being formed by the modeling device, and a cooling device that absorbs ambient heat; and a control unit that is capable of setting a heating mode in which the heating device is operated before forming the metal object in the base material, and a cooling mode in which the cooling device is operated after the heating mode is stopped, wherein the control unit starts forming the metal object by stacking the molten metal material on the base material in the heating mode, and switches to the cooling mode after the heating mode is stopped to cool the base material so that the temperature of the base material does not increase due to the heat input of the molten metal material, and forms the metal object in the base material within a range of required dimensional accuracy, the base material being annular and sandwiched between a fixing jig that is installed on the upper side of the base material along an outer edge of the base material, and the temperature adjustment unit .

さらに本発明に係る金属造形物の製造装置では、温度調整部によって母材を加熱する。これにより、金属造形物を構成するために溶融した金属で母材の直上に成形された層に加え、母材に成形された層(下地層)上に順次、金属造形物を構成するために溶融した金属で成形された層は、母材に放熱される熱量が減少する。この結果、新たに積層された層は、下地層となじみやすくなるため、金属が積層された跡として金属造形物の表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる。 Furthermore, in the metal object manufacturing device according to the present invention, the base material is heated by the temperature adjustment unit. As a result, in addition to the layer formed directly on the base material with molten metal to form the metal object, the amount of heat dissipated to the base material is reduced in the layers formed with molten metal to form the metal object, which are successively formed on the layer (base layer) formed on the base material. As a result, the newly laminated layer blends easily with the base layer, making it possible to prevent large irregularities from being formed on the surface of the metal object as traces of the laminated metal.

本発明に係る金属造形物の製造方法及び金属造形物の製造装置によれば、金属が積層された跡として金属造形物の表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる。 The method and device for manufacturing a metal object according to the present invention can prevent large irregularities from forming on the surface of the metal object due to the metal being laminated.

本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造装置を模式的に示す図である。1 is a diagram showing a schematic diagram of a manufacturing apparatus for a metal object according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造装置の温度調整部を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a temperature adjustment unit of the metal object manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing a method for producing a metal object according to an embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造装置について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造装置を模式的に示す図である。図1に示すように、金属造形物の製造装置1は、ポジショナ(支持台)10と、温調プレート(温度調整部)20と、固定治具26と、造形ロボット(造形装置)3と、を備えている。
An apparatus for manufacturing a metal object according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a diagram illustrating a metal object manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, which includes a positioner (support table) 10, a temperature control plate (temperature adjustment unit) 20, a fixing jig 26, and a modeling robot (modeling device) 3.

ポジショナ10は、後述する金属造形物を支持可能である。ポジショナ10は、例えば床面上に設置されている。ポジショナ10は、回転台11を有している。回転台11の上面11uは、水平面に沿う平面状である。回転台11は、所定の方向(例えば鉛直方向)を軸線方向として軸線回りに回動可能とされている。なお、支持台として、ポジショナ10の代わりに、回転しないテーブルを採用してもよい。 The positioner 10 is capable of supporting a metal object, which will be described later. The positioner 10 is installed, for example, on a floor surface. The positioner 10 has a rotating table 11. The upper surface 11u of the rotating table 11 is flat along a horizontal plane. The rotating table 11 is capable of rotating around an axis that has a predetermined direction (for example, the vertical direction) as its axial direction. Note that a non-rotating table may be used as the support table instead of the positioner 10.

温調プレート(温度調整部)20は、ポジショナ10の回転台11の上面11uに設置されている。温調プレート20は、不図示の固定具でポジショナ10の回転台11に固定されていてもよい。 The temperature control plate (temperature adjustment unit) 20 is installed on the upper surface 11u of the rotating table 11 of the positioner 10. The temperature control plate 20 may be fixed to the rotating table 11 of the positioner 10 by a fixing device (not shown).

図2は、温調プレート20を示す図である。図2では、ケース21を二点鎖線で示している。図2に示すように、温調プレート20は、ケース21と、冷却管(冷却装置)22と、加熱部(加熱装置)23と、を有している。 Figure 2 is a diagram showing the temperature control plate 20. In Figure 2, the case 21 is indicated by a two-dot chain line. As shown in Figure 2, the temperature control plate 20 has a case 21, a cooling pipe (cooling device) 22, and a heating section (heating device) 23.

ケース21は、略直方体状をしている。ケース21の内部には、空間が形成さている。なお、温調プレート20には、温度制御のための温度計(不図示)が組み込まれていてもよい。あるいは、後述する金属造形物Wの表面温度を測定する放射温度計が別途設けられていてもよい。 The case 21 has a generally rectangular parallelepiped shape. A space is formed inside the case 21. The temperature control plate 20 may incorporate a thermometer (not shown) for temperature control. Alternatively, a radiation thermometer for measuring the surface temperature of the metal object W, which will be described later, may be provided separately.

冷却管22は、ケース21に形成された挿通孔(不図示)から挿入され、ケース21の内部で蛇行して配置されている。冷却管22は、管状とされている。冷却管22の内部に冷却水を流す(稼働する)ことにより、流れる冷却水に周囲の熱を吸収させて周囲を冷却する。 The cooling pipe 22 is inserted through an insertion hole (not shown) formed in the case 21 and is arranged in a serpentine manner inside the case 21. The cooling pipe 22 is tubular. By flowing (operating) cooling water inside the cooling pipe 22, the flowing cooling water absorbs the surrounding heat and cools the surroundings.

加熱部23は、例えばカートリッジヒータであり、ヒータに通電する(稼働する)ことにより、熱を発生させ、周囲を温める。加熱部23及び冷却管22は、ケース21に形成された挿通孔(不図示)から挿入され、ケース21の内部に配置されている。 The heating unit 23 is, for example, a cartridge heater, and generates heat by passing electricity through the heater (operating), thereby warming the surroundings. The heating unit 23 and the cooling pipe 22 are inserted through an insertion hole (not shown) formed in the case 21, and are disposed inside the case 21.

温調プレート20では、不図示の制御部によって、冷却管22に冷却水を循環させる冷却モードと、加熱部23を加熱させる加熱モードと、を選択的に設定可能である。 The temperature control plate 20 can be selectively set by a control unit (not shown) to a cooling mode in which cooling water is circulated through the cooling pipe 22, and a heating mode in which the heating unit 23 is heated.

温調プレート20は、ポジショナ10の上面11u上に設置されている。ケース21には、冷却管22及び加熱部23に干渉しない位置に、上下方向に貫通する取付孔(不図示)が形成されている。 The temperature control plate 20 is installed on the upper surface 11u of the positioner 10. The case 21 has a mounting hole (not shown) that penetrates in the vertical direction at a position that does not interfere with the cooling pipe 22 and the heating section 23.

図1に示すように、ケース21の上面21uには、後述する母材Bが設置可能とされている。換言すると、温調プレート20は、母材Bと接触可能である。本実施形態では、母材Bは、鉛直上方から見たとき、矩形を有する金属で構成されている。なお、母材Bは、鉛直上方から見たときの形状が矩形のものに限らず、円形のものであってもよい。平面視で、母材Bは、温調プレート20よりも小さい。母材Bの四隅には、上下方向に貫通する取付孔(不図示)が形成されている。 As shown in FIG. 1, the base material B, which will be described later, can be placed on the upper surface 21u of the case 21. In other words, the temperature control plate 20 can come into contact with the base material B. In this embodiment, the base material B is made of a metal that has a rectangular shape when viewed vertically from above. Note that the shape of the base material B when viewed vertically from above is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape. In a plan view, the base material B is smaller than the temperature control plate 20. Mounting holes (not shown) that penetrate in the vertical direction are formed in the four corners of the base material B.

固定治具26は、母材Bの上面Buに設置されている。平面視で、固定治具26は、矩形の環状をしている。固定治具26は、母材Bの外縁に沿って配置されている。固定治具26の四隅には、上下方向に貫通する取付孔(不図示)が形成されている。 The fixing jig 26 is installed on the upper surface Bu of the base material B. In a plan view, the fixing jig 26 has a rectangular ring shape. The fixing jig 26 is arranged along the outer edge of the base material B. Mounting holes (not shown) that penetrate in the vertical direction are formed in the four corners of the fixing jig 26.

ボルト等の固定具28が、固定治具26の取付孔及び母材Bの取付孔に挿通され、温調プレート20の取付孔に締結されている。固定治具26は、固定具28によって、母材Bと共に温調プレート20に固定されている。なお、固定具28として、本実施例ではボルトを用いたものの、クランプ等であってもよい。固定具28としてクランプを用いた場合、固定治具26と母材Bに取付孔を設けることなく、固定治具26を母材Bと共に温調プレート20に固定することができる。 A fastener 28 such as a bolt is inserted through the mounting hole of the fastener 26 and the mounting hole of the base material B, and is fastened to the mounting hole of the temperature control plate 20. The fastener 26 is fixed to the temperature control plate 20 together with the base material B by the fastener 28. Note that although a bolt is used as the fastener 28 in this embodiment, a clamp or the like may also be used. When a clamp is used as the fastener 28, the fastener 26 can be fixed to the temperature control plate 20 together with the base material B without providing mounting holes in the fastener 26 and the base material B.

造形ロボット3は、ロボットアーム30と、溶接トーチ31と、有している。造形ロボット3は、アーク溶接を利用した金属溶融積層方式の3Dプリンタ(WAAM)であり、周知の構成である。 The modeling robot 3 has a robot arm 30 and a welding torch 31. The modeling robot 3 is a 3D printer (WAAM) that uses arc welding and is a well-known configuration.

ロボットアーム30は、不図示のロボット本体から延びている。ロボットアーム30の先端部には、溶接トーチ31が設けられている。溶接トーチ31には、不図示のワイヤ供給装置から溶接ワイヤ32が供給されるようになっている。溶接ワイヤ32の先端でアーク放電を行って、溶接ワイヤ32を溶融し、これを母材Bに積層することによって、金属造形物Wを製造することができる。本実施形態では、金属造形物Wは、円筒状をしているが、形状は適宜設定可能である。 The robot arm 30 extends from a robot body (not shown). A welding torch 31 is provided at the tip of the robot arm 30. A welding wire 32 is supplied to the welding torch 31 from a wire supply device (not shown). An arc discharge is generated at the tip of the welding wire 32 to melt the welding wire 32, and the welding wire 32 is layered on the base material B to produce a metal object W. In this embodiment, the metal object W is cylindrical, but the shape can be set as appropriate.

次に、金属造形物の製造方法について説明する。
図3は、金属造形物の製造方法を示すフロー図である。図3に示すように、母材設置工程S1を行う。
支持台10の上面11uに、温調プレート20を設置する。温調プレート20の上面21uに、母材Bを設置する。母材Bの上面Buに、固定治具26を設置する。ボルト等の固定具28を、固定治具26の取付孔及び母材Bの取付孔に挿通して、温調プレート20の取付孔に締結する。
Next, a method for producing a metal shaped article will be described.
3 is a flow diagram showing a method for producing a metal shaped product. As shown in FIG 3, a base material setting step S1 is carried out.
The temperature control plate 20 is placed on the upper surface 11u of the support stand 10. The base material B is placed on the upper surface 21u of the temperature control plate 20. A fixing jig 26 is placed on the upper surface Bu of the base material B. A fixing jig 28 such as a bolt is inserted through the mounting holes of the fixing jig 26 and the mounting holes of the base material B, and fastened to the mounting holes of the temperature control plate 20.

次に、金属積層工程S2を行う。
造形ロボット3を用いて、母材Bの上面Buに金属(金属材料)を積層して、金属造形物Wを成形する。金属造形物Wを積層して成形する前に、温調プレート20を加熱モードにして、母材B(上面Bu)を予め加熱しておく(加熱工程)。これにより、金属が積層された跡として金属造形物Wの表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる。
母材Bを予熱した後、造形ロボット3で母材Bの上面Buにおいて、溶接トーチ31を用いて、溶接ワイヤ32をアーク放電によって溶融させた金属を積層し、金属造形物Wの成形を行う。
温調プレート20による母材Bの加熱は、母材Bの上面Buに金属造形物Wの成形開始後、母材Bの温度による影響、より具体的には母材Bへの放熱の影響が小さくなったとき、停止される。
そして、金属積層工程S2において、金属造形物Wの成形を開始するにつれて、母材Bへの放熱の影響が小さくなる一方、溶接ワイヤ32を溶融させた熱が成形中の金属造形物Wに蓄熱されることによって生じる影響が大きくなる。そこで、金属積層工程S2において、温調プレート20を加熱モードを停止した後、一転、温調プレート20を冷却モードにして、母材B(上面Bu)を冷却する(冷却工程)。これにより、金属造形物Wを成形するにつれてビート幅が大きくなることを抑制し、金属造形物Wの成形タイミングに依らず、一定のビート幅とする。
Next, a metal lamination step S2 is performed.
Using the modeling robot 3, metal (metal material) is laminated on the upper surface Bu of the base material B to form a metal object W. Before laminating and forming the metal object W, the temperature control plate 20 is set to a heating mode to preheat the base material B (upper surface Bu) (heating step). This makes it possible to prevent large irregularities from being formed on the surface of the metal object W as traces of the laminated metal.
After preheating the base material B, the modeling robot 3 uses a welding torch 31 to deposit metal melted by arc discharge from a welding wire 32 on the upper surface Bu of the base material B, thereby forming a metal model W.
Heating of the base material B by the temperature control plate 20 is stopped after the formation of the metal object W on the upper surface Bu of the base material B begins, when the effect of the temperature of the base material B, more specifically, the effect of heat radiation to the base material B, becomes small.
Then, in the metal lamination step S2, as the formation of the metal object W starts, the influence of heat radiation to the base material B decreases, while the influence caused by the heat melting the welding wire 32 being stored in the metal object W being formed increases. Therefore, in the metal lamination step S2, after the heating mode of the temperature control plate 20 is stopped, the temperature control plate 20 is switched to the cooling mode to cool the base material B (upper surface Bu) (cooling step). This prevents the bead width from increasing as the metal object W is formed, and keeps the bead width constant regardless of the timing of forming the metal object W.

次に、固定具28を外して、母材Bと一体となった金属造形物Wを温調プレート20から取り外す。次の金属造形物の成形の際には、温調プレート20を再利用することが可能である。 Next, the fixing device 28 is removed, and the metal object W integrated with the base material B is removed from the temperature control plate 20. The temperature control plate 20 can be reused when molding the next metal object.

このように構成された金属造形物の製造装置1及び金属造形物の製造方法によれば、金属積層工程S2で、金属造形物Wを母材Bに成形する前に、温調プレート20によって母材Bを予め加熱する。これにより、金属造形物Wを構成するために溶融した金属で母材Bの直上に成形された層に加え、母材Bに成形された層(下地層)上に順次、金属造形物Wを構成するために溶融した金属で成形された層は、母材Bに放熱される熱量が減少する。この結果、新たに積層された層は、下地層となじみやすくなるため、金属が積層された跡として金属造形物Wの表面に大きな凹凸が形成されることを抑制することができる。 According to the metal object manufacturing device 1 and the metal object manufacturing method configured in this manner, in the metal lamination step S2, before the metal object W is formed on the base material B, the base material B is preheated by the temperature control plate 20. As a result, in addition to the layer formed directly on the base material B with molten metal to form the metal object W, the amount of heat dissipated to the base material B is reduced in the layers formed with molten metal to form the metal object W on the layer (base layer) formed on the base material B in sequence. As a result, the newly laminated layer is more easily compatible with the base layer, and it is possible to prevent large irregularities from being formed on the surface of the metal object W as a trace of the metal lamination.

また、通常、金属造形物Wの上側ではアーク溶接等の入熱によって蓄熱され高温になりビート幅が大きくなり、下側では母材Bに放熱され、すぐに固化するため、ビート幅が小さくなる。本実施形態の金属造形物の製造方法では、金属積層工程S2で、温調プレート20によって母材Bを加熱した後、母材Bを冷却する。このように母材Bを加熱することにより、積層を開始してから間もないうちに発生する、金属造形物Wの表面に形成される大きな凹凸やビード幅が狭く形成されてしまうといった問題の発生を抑制する。一方、金属積層工程S2において、温調プレート20によって母材Bを加熱した後、母材Bを冷却することにより、金属造形物Wを成形するにつれてアーク溶接等の入熱によって蓄熱され高温になりビート幅が大きくなるといった問題を抑制する。したがって本実施形態の金属造形物の製造方法では、金属造形物Wの成形タイミングに依らず、一定のビート幅とすることができる。 In addition, usually, the upper side of the metal molded object W accumulates heat due to heat input from arc welding, etc., and becomes hot, resulting in a large bead width, while the lower side is dissipated to the base material B and solidifies immediately, resulting in a small bead width. In the manufacturing method of the metal molded object of this embodiment, in the metal lamination step S2, the base material B is heated by the temperature control plate 20 and then cooled. By heating the base material B in this manner, problems such as large irregularities formed on the surface of the metal molded object W and narrow bead widths, which occur shortly after lamination begins, are suppressed. On the other hand, in the metal lamination step S2, the base material B is heated by the temperature control plate 20 and then cooled, thereby suppressing problems such as heat accumulation due to heat input from arc welding, etc., and becoming hot as the metal molded object W is formed, resulting in a large bead width. Therefore, in the manufacturing method of the metal molded object of this embodiment, a constant bead width can be obtained regardless of the timing of forming the metal molded object W.

また、固定治具26が温調プレート20との間に母材Bを挟み込んだ状態で、固定具28によって固定治具26は温調プレート20に固定されている。ここで、金属造形物Wは、母材Bを部分的に熱で溶かし、母材Bと接合するようにして形成するため、母材Bは熱で溶けて膨張した状態から冷えて固まることで収縮した状態となるため、母材Bの反り(いわゆる溶接歪み)が生じる。しかしながら、母材Bが固定治具26と温調プレート20との間に挟み込まれるため、母材Bの反りが抑制される。 In addition, with the base material B sandwiched between the fixing jig 26 and the temperature control plate 20, the fixing jig 26 is fixed to the temperature control plate 20 by the fixing jig 28. Here, the metal object W is formed by partially melting the base material B with heat and bonding it to the base material B, so that the base material B goes from a melted and expanded state to a contracted state as it cools and hardens, causing warping of the base material B (so-called welding distortion). However, because the base material B is sandwiched between the fixing jig 26 and the temperature control plate 20, warping of the base material B is suppressed.

また、温調プレート20には、温度計が組み込まれており、金属造形物Wの温度制御をして、均一な幅や、要求する寸法精度の幅での造形が可能となる。 In addition, a thermometer is built into the temperature control plate 20, allowing the temperature of the metal object W to be controlled, making it possible to create an object of uniform width or width with the required dimensional accuracy.

また、常に同じ温度で積層を開始することができるため、常温で開始する場合と比較すると、金属造形物Wのばらつきを軽減することができる。 In addition, since the lamination can always start at the same temperature, the variation in the metal object W can be reduced compared to starting at room temperature.

また、金属造形物Wの形状に合わせた冷却装置自体の位置制御が不要であるため、制御がしやすい。 In addition, since there is no need to control the position of the cooling device itself to match the shape of the metal object W, it is easy to control.

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The assembly procedures and the shapes and combinations of the components shown in the above-mentioned embodiments are merely examples, and may be modified in various ways based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.

1…金属造形物の製造装置
3…造形ロボット
10…ポジショナ(支持台)
26…固定治具
28…固定具
B…母材
S1…母材設置工程
S2…金属積層工程
W…金属造形物
Reference Signs List 1: Metal object manufacturing device 3: Modeling robot 10: Positioner (support stand)
26... Fixing jig 28... Fixing jig B... Base material S1... Base material installation step S2... Metal lamination step W... Metal molded object

Claims (2)

母材に金属造形物を成形する金属造形物の製造方法であって、
前記母材を温度調整部に接触した状態で設置する母材設置工程と、
前記母材に溶融させた金属材料を積層して前記金属造形物を成形する金属積層工程と、を備え、
前記金属積層工程は、前記温度調整部で前記母材を加熱し、予め温める加熱工程を行った後、前記母材に溶融させた前記金属材料を積層して、溶融させた前記金属材料の入熱によって前記母材が高温にならないように前記母材を冷却する冷却工程によって、要求される寸法精度の幅で前記母材に前記金属造形物を成形し、
前記母材設置工程では、環状をなし前記母材の外縁に沿って配置される固定治具を前記母材の上側に設置して、前記母材を前記温度調整部と前記固定治具との間に挟み込む金属造形物の製造方法。
A method for manufacturing a metal object by forming a metal object on a base material, comprising the steps of:
a base material installation step of installing the base material in a state where the base material is in contact with a temperature adjustment unit;
a metal lamination process of laminating a molten metal material on the base material to form the metal object,
In the metal lamination step, the base material is heated by the temperature adjustment unit, a heating step is performed to pre-warm the base material, the molten metal material is laminated on the base material, and the base material is cooled in a cooling step to prevent the base material from becoming too hot due to the heat input of the molten metal material, thereby forming the metal object on the base material within a required range of dimensional accuracy.
In the base material installation process, a fixed jig that is annular and arranged along the outer edge of the base material is installed on the upper side of the base material, and the base material is sandwiched between the temperature adjustment unit and the fixed jig .
溶融した金属材料を積層し、金属造形物を成形する造形装置と、
前記造形装置で前記金属造形物を成形しているとき、前記造形装置で金属が積層される母材と接触するとともに、熱を発生させる加熱装置と、周囲の熱を吸収する冷却装置と、を有する温度調整部と、
前記母材に前記金属造形物を成形する前に、前記加熱装置を稼働させる加熱モード、及び前記加熱モードを停止した後前記冷却装置を稼働させる冷却モードに設定可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記加熱モードとした状態で前記母材に溶融した前記金属材料を積層して前記金属造形物の成形を開始し、
前記加熱モードを停止した後、
前記冷却モードにして、溶融した前記金属材料の入熱によって前記母材が高温にならないように前記母材を冷却して、要求される寸法精度の幅で前記母材に前記金属造形物を成形するようにし、
前記母材は、環状をなし前記母材の外縁に沿って前記母材の上側に設置される固定治具と前記温度調整部との間に挟み込まれている金属造形物の製造装置。
a molding device that layers molten metal material to form a metal object;
a temperature adjustment unit that comes into contact with a base material on which metal is deposited by the modeling device and that generates heat and a cooling device that absorbs heat from the surroundings when the metal object is being formed by the modeling device;
a control unit that can be set to a heating mode in which the heating device is operated before the metal object is formed on the base material, and a cooling mode in which the cooling device is operated after the heating mode is stopped,
The control unit is
In the heating mode, the molten metal material is laminated on the base material to start forming the metal object.
After the heating mode is stopped,
switching to the cooling mode, cooling the base material so that the base material does not become too hot due to the heat input of the molten metal material, and forming the metal shape in the base material within a required range of dimensional accuracy ;
The base material has an annular shape and is sandwiched between a fixing jig that is installed on the upper side of the base material along the outer edge of the base material and the temperature adjustment unit .
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