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公開番号2025126851
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024023283
出願日2024-02-19
発明の名称造形条件設定装置、積層造形システム、造形条件設定方法及びプログラム
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類B23K 9/04 20060101AFI20250822BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】トーチと造形物を理想的な距離に保ちつつ、造形物の形状に応じて適切にトーチの角度を制御して積層造形する技術を提供する。
【解決手段】造形条件設定装置は、造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する造形条件設定装置であって、トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定する手段と、前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正する手段と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する造形条件設定装置であって、
トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定する手段と、
前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正する手段と、
を有する造形条件設定装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記差が前記許容範囲を超え、さらに前記差が前記造形物の過度な温度上昇を示す大きさを有する場合、前記造形条件として、前記造形物を冷却することを設定する手段、
をさらに有する請求項１に記載の造形条件設定装置。
【請求項３】
前記造形対象物が垂直方向に積層されて造形される形状の場合、
前記修正する手段は、
前記差が、前記トーチと前記造形物が前記許容範囲より近づいていることを示していれば、前記差に応じた値だけ、前記目標溶接位置を上方に修正し、
前記差が、前記トーチと前記造形物が前記許容範囲より離れていることを示していれば、前記差に応じた値だけ、前記目標溶接位置を下方に修正する、
請求項１または請求項２に記載の造形条件設定装置。
【請求項４】
前記造形対象物が傾斜した形状の場合、
前記修正する手段は、
前記差が、前記トーチと前記造形物が前記許容範囲より近づいていることを示していれば、前記差に応じた値だけ、前記目標溶接位置を前記傾斜した方向に沿って上層側に修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状が示す造形方向と一致し、かつ、前記トーチの先端が造形における下層方向を向くように前記トーチ角度を修正し、
前記差が、前記トーチと前記造形物が前記許容範囲より離れていることを示していれば、前記差に応じた値だけ、前記目標溶接位置を前記傾斜した方向に沿って下層側に修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状が示す造形方向と一致し、かつ、前記トーチの先端が造形における下層方向を向くように前記トーチ角度を修正する、
請求項１または請求項２に記載の造形条件設定装置。
【請求項５】
前記差が所定の第１閾値以下であれば、前記冷却することを設定する手段は、水又はガスを吹きかけることによって前記造形物を冷却することを決定する、
請求項２に記載の造形条件設定装置。
【請求項６】
前記差が前記第１閾値より大きな所定の第２閾値以上であれば、前記冷却することを設定する手段は、造形を一時停止することを決定する、
請求項５に記載の造形条件設定装置。
【請求項７】
造形対象物をWAAM方式で積層造形する積層造形システムであって、
トーチと、前記トーチと一定の位置関係で固定された造形物までの距離を計測するセンサと、を有する溶接システムと、
前記溶接システムを制御する制御装置と、
請求項１に記載の造形条件設定装置と、
を有する積層造形システム。
【請求項８】
造形対象物をWAAM方式で積層造形する積層造形システムであって、
トーチと、前記トーチと一定の位置関係で固定された造形物までの距離を計測するセンサと、前記造形物を冷却する冷却機と、を有する溶接システムと、
前記溶接システムを制御する制御装置と、
請求項２に記載の造形条件設定装置と、
を有する積層造形システム。
【請求項９】
コンピュータによって実行される、造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する造形条件設定方法であって、
トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定するステップと、
前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正するステップと、
を有する造形条件設定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する処理あって、
トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定するステップと、
前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正するステップと、
を有する処理、を実行させるプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、造形条件設定装置、積層造形システム、造形条件設定方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して、所望の形状の造形物を造形するWAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)方式の積層造形法（アークとワイヤによる積層造形法）が提供されている。造形物を高精度に作成するためには、溶着ビードの幅や高さを制御する必要があるが、実際の造形においては、所望の形状の溶着ビードが得られない場合がある。例えば、造形中に造形物の温度が過度に上昇すると、図８Ａに示すように溶着ビードが扁平化し、造形幅が広がり、造形高さが低くなる。特に積層数が多い場合には、高さの誤差が積分値で効いてくるため、1層当たりではわずかな違いでも、層数が増えるとその違いは無視できず、形状の変化に加えて、トーチと造形物の間隔が変化して造形が不安定になったり、トーチと造形物が接触したりする可能性がある。このような課題に対し、特許文献１には、既設の溶着ビードの形状を、トーチに取り付けたセンサによって計測し、計測した溶着ビード高さの計測値と計画値との差を低減するために、溶加材の供給量、溶接速度、入熱量、ウィービング条件などの溶接条件を調整して、後続の積層造形を実施する方法が開示されている。しかし、溶接条件を変更すると、造形幅が変化する可能性がある。すると、例えば、積層造形における各層が１パス（１回の溶接）で造形されるような薄肉の造形物の場合、計画された造形物とは異なる肉厚の造形物が造形されることになり、好ましくない。
【０００３】
造形中の過度な温度上昇により溶着ビードの形状が扁平になると、１層当たりではわずかな違いでも、層数が増えるとその違いの積分値でトーチと造形物の距離は変化するため、その違いは無視できず、トーチと造形物の距離が離れることになる。図８Ｂにトーチと造形物の距離と品質との関係を示す。図８Ｂの左図８１にトーチと造形物の距離が理想的な状態を示す。図８Ｂの中図８２にトーチと造形物の距離が離れた状態を示す。この場合、欠陥が生じたりアークが不安定になったりする。図８Ｂの右図８３にトーチと造形物の距離が近づいた状態を示す。この場合、造形物とトーチが干渉したり、造形が不安定になったりする。溶着ビードが扁平になると、トーチと造形物が離れるため、溶接が不安定になる可能性がある。
また、造形物の造形角度が変化するようなものについては、溶着ビードの形状が扁平になると、多層の造形を行った場合に１層あたりの造形高さの誤差が積算されると同時に、弧の長さに応じた角度変化が反映されないため、計画された造形物とは、まったく異なる形状が造形されることになる。このような造形例を図８Ｃに示す。図８Ｃのライン８４は造形対象物の形状を反映して設定した造形物の軌跡（トーチの先端部が移動する軌跡）を示し、ライン８５は実際に造形された造形物の形状を示す。この例の場合、扁平化やトーチと造形物の距離の変化の影響による１層ごとの造形高さの誤差の蓄積と、それによりトーチの角度の変化を適切に変更できなかったことにより、目標とは異なる形状が造形されている。造形物の形状を変えることなく、積層造形を行うためには、造形幅の変化を招くような溶接条件の変更を行うことなく、トーチと造形物の間隔を理想的な距離に保つと同時に造形したい形状に応じてトーチ角度を変更して積層造形することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６９１２６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トーチと造形物の間隔を理想的な距離に保ちつつ、造形物の形状に応じて適切にトーチ角度を制御して積層造形する技術を提供する。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決することができる造形条件設定装置、積層造形システム、造形条件設定方法及びプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る造形条件設定装置は、造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する造形条件設定装置であって、トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定する手段と、前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正する手段と、を有する。
【０００８】
本開示に係る積層造形システムは、造形対象物をWAAM方式で積層造形する積層造形システムであって、トーチと、前記トーチと一定の位置関係で固定された造形物までの距離を計測するセンサと、を有する溶接システムと、前記溶接システムを制御する制御装置と、上記の造形条件設定装置と、を有する。
【０００９】
本開示に係る造形条件設定方法は、造形条件設定方法は、コンピュータによって実行される、造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する造形条件設定方法であって、トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定するステップと、前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正するステップと、を有する。
【００１０】
本開示に係るプログラムは、コンピュータに、造形対象物をWAAM方式で積層造形する際の造形条件を設定する処理あって、トーチと造形物の距離の計測値と前記距離の設計値との差が許容範囲か否かを判定するステップと、前記差が許容範囲を超える場合には、前記差が前記許容範囲となるように前記造形条件に含まれる目標溶接位置を修正するとともに、修正後の前記目標溶接位置における前記造形対象物の形状に基づいて造形方向と一致するようにトーチ角度を修正するステップと、を有する処理を実行させる。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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