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公開番号2024061146
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022168890
出願日2022-10-21
発明の名称付加製造装置および付加製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人
主分類B23K 26/34 20140101AFI20240425BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】造形効率が低下することを抑制しつつ積層不良を防止することができる付加製造装置を得ること。
【解決手段】付加製造装置1が、付加材料であるワイヤ21を加工面に送出するワイヤノズル12と、ワイヤ21を溶融させるレーザビームを加工面に照射するビームノズル13と、ワイヤ21よりも融点が低くワイヤ21よりも熱伝導率が高い冷却材料78を送出する冷却材料ノズル72と、を備え、ワイヤ21が溶融された堆積物が凝固することによって1層分の堆積物が積層され、冷却材料78から形成された冷却層が、凝固中の堆積物に接触するように冷却層が配置され、複数層の堆積物が積層されることによって造形物41が形成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
付加材料を加工面に送出する材料ノズルと、
前記付加材料を溶融させるビームを前記加工面に照射するビームノズルと、
前記付加材料よりも融点が低く前記付加材料よりも熱伝導率が高い冷却材料を送出する冷却材料ノズルと、
を備え、
前記付加材料が溶融された堆積物が凝固することによって１層分の前記堆積物が積層され、
前記冷却材料から形成された冷却層が、凝固中の前記堆積物に接触するように前記冷却層が配置され、
複数層の前記堆積物が積層されることによって造形物が形成される、
ことを特徴とする付加製造装置。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記堆積物が溶融された後、前記冷却材料ノズルが、前記冷却材料を前記堆積物の周囲に送出することで、凝固中の前記堆積物と前記冷却層とが接触するように前記冷却層が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記冷却材料ノズルは、１層分の前記堆積物が積層されると、前記堆積物の１層分の高さと同じ高さまで前記冷却層を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記冷却材料を前記冷却層として前記堆積物に圧着させる圧着ローラをさらに備え、
前記圧着ローラは、前記冷却層が前記堆積物に沿う形となるように前記冷却材料を前記堆積物に押し当てる、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記冷却材料ノズルは、前記冷却材料の送出方向が、前記堆積物との接線方向となるように前記冷却材料を送出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記圧着ローラによって前記冷却材料に付与される圧力量の値は、前記冷却材料が破断しない値である、
ことを特徴とする請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記冷却材料は、送出される前に冷却されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項８】
前記冷却材料を冷却させる冷却ガスは、前記堆積物を冷却するシールドガスである、
ことを特徴とする請求項７に記載の付加製造装置。
【請求項９】
前記冷却材料は、中空形状となっており、前記冷却層の内部に冷却用の気体または液体が通される、
ことを特徴とする請求項１から８の何れか１つに記載の付加製造装置。
【請求項１０】
前記冷却層が形成された後、前記材料ノズルが、前記付加材料を前記冷却層の周囲に送出するとともに、前記ビームノズルが、前記ビームによって前記付加材料を溶融させることで、凝固中の前記堆積物と前記冷却層とが接触するように前記堆積物が形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、造形物を積層造形する付加製造装置および付加製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
金属材料から立体物を製造する手法として、付加製造（ＡＭ：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りいくつかの種類に分けられる。ＤＥＤ（Directed Energy Deposition）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を送出し、レーザ、電子ビーム、アーク放電などの熱源となるエネルギーを投入することで、材料を選択的に、溶融および凝固させ、さらにこのようなプロセスを繰り返すことで得られる堆積物から三次元造形物を形成する方式である。
【０００３】
ＤＥＤ方式は、他の付加製造の方式と比べて、造形速度が速い、積層材料の切り替えが簡単である、造形サイズの制限が少ない、といった利点がある。このＤＥＤ方式では造形された層の上に新しい層を積層する際に、前層の温度、形状などによって、垂れ落ち、溶け落ち、ドロップといった積層不良が発生する場合がある。このため、垂れ落ちなどの積層不良を防止することが望まれている。
【０００４】
特許文献１に記載の積層造形装置法は、溶着ビードの温度が次層を積層可能な温度よりも高い場合に、溶加材の供給を中断してトーチのシールドガスノズルから冷却ガスを供給することで、溶融金属の凝固スピードを向上させ、これにより、垂れ落ちなどの積層不良を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６８６５６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、冷却ガスを供給する冷却工程に入るたびに造形が停止し造形効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、造形効率が低下することを抑制しつつ積層不良を防止することができる付加製造装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の付加製造装置は、付加材料を加工面に送出する材料ノズルと、付加材料を溶融させるビームを加工面に照射するビームノズルと、付加材料よりも融点が低く付加材料よりも熱伝導率が高い冷却材料を送出する冷却材料ノズルとを備える。付加材料が溶融された堆積物が凝固することによって１層分の堆積物が積層され、冷却材料から形成された冷却層が、凝固中の堆積物に接触するように冷却層が配置され、複数層の堆積物が積層されることによって造形物が形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示にかかる付加製造装置は、造形効率が低下することを抑制しつつ積層不良を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１にかかる付加製造装置の概略構成を示す全体図
図１に示す付加製造装置の加工領域の部分を示す構成図
図１に示す制御装置の機能について説明するための図
図１に示す付加製造装置が製造する造形物の一例を示す図
図１に示す冷却材料供給装置の機能について説明するための図
図１に示す付加製造装置が形成する堆積物および冷却層の断面図
実施の形態１にかかる付加製造装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャート
実施の形態２にかかる冷却材料供給装置の機能について説明するための図
実施の形態４にかかる付加製造装置が、冷却層および堆積物を形成する処理を説明するための図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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