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公開番号2025070155
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023180275
出願日2023-10-19
発明の名称積層造形装置及び方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類B22F 12/90 20210101AFI20250424BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】造形物に発生する減肉部に対し適切に対応して造形物を造形することで、設計寸法に適合した製品を得ることができること。
【解決手段】材料Nにレーザ光Lを照射して材料を溶融し固化して形成する層3を順次積層して、層を含む造形物1を、設計寸法に準拠した設計モデルに基づいて造形する造形手段11と、造形手段による造形中に、造形物の表面から造形物の表面形状及び造形厚さを計測する計測手段12と、計測手段による計測データから、造形物に発生した減肉部を検出する減肉検出手段13と、減肉検出手段により造形物に減肉部が検出されたときに、造形手段による造形を減肉部に対応して制御する制御手段14と、を有して構成されたものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
材料にエネルギ線を照射して前記材料を溶融し固化して形成する層を順次積層して、前記層を含む造形物を、設計寸法に準拠した設計モデルに基づいて造形する造形手段と、
前記造形手段による造形中に、前記造形物の表面から前記造形物の表面形状及び造形厚さを計測する計測手段と、
前記計測手段による計測データから、前記造形物に発生した減肉部を検出する減肉検出手段と、
前記減肉検出手段により前記造形物に前記減肉部が検出されたときに、前記造形手段による造形を前記減肉部に対応して制御する制御手段と、を有して構成されたことを特徴とする積層造形装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記減肉検出手段は、計測手段による計測データに基づいて造形物の造形厚さをモデル化して造形モデルを求め、この造形モデルと設計モデルについて厚さデータを比較することで、前記造形物に発生した減肉部を検出可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記制御手段は、減肉検出手段により造形物に減肉部が検出されたとき、前記減肉部の範囲を再溶融して余盛部を形成する再造形を造形手段に行わせるよう制御する請求項１または２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記制御手段は、減肉検出手段により造形物に減肉部が検出されたとき、造形後の加工によって設計寸法となるように前記減肉部を考慮して設計モデルを修正して再構築し、この再構築した設計モデルに基づいて造形手段に造形を行わせるよう制御する請求項１または２に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記計測手段は、造形物の表面形状を前記造形物の表面から計測する表面形状計測装置を有することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記計測手段は、造形物の造形厚さを前記造形物の表面から計測する造形厚さ計測装置を有することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記造形厚さ計測装置は、レーザ光を照射して受信波から造形物の造形厚さを計測するレーザ超音波計測装置であることを特徴とする請求項６に記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記造形厚さ計測装置は、渦電流探傷器を造形物の表面で走査することで前記造形物の造形厚さを計測する渦電流探傷計測装置であることを特徴とする請求項６に記載の積層造形装置。
【請求項９】
造形手段が、材料にエネルギ線を照射して前記材料を溶融し固化して形成する層を順次積層して、前記層を含む造形物を、設計寸法に準拠した設計モデルに基づいて造形するステップと、
計測手段が、前記造形手段による造形中に、前記造形物の表面から前記造形物の表面形状及び造形厚さを計測するステップと、
減肉検出手段が、前記計測手段による計測データから、前記造形物に発生した減肉部を検出するステップと、
前記減肉検出手段により前記造形物に前記減肉部が検出されたときに、制御手段が、前記造形手段による造形を前記減肉部に対応して制御するステップと、を有して構成されたことを特徴とする積層造形方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層造形装置及び積層造形方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、パウダーベッド方式による積層造形（Additive Manufacturing：ＡＭ造形；付加造形）は、材料粉末をテーブル上に敷詰め、集光特性の高いレーザ光を使用することで、鋳物等と比較して微細で高精度かつ複雑な形状を製造可能な技術として、近年、試作のみならず、航空分野や医療分野等の幅広い分野で活用が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許５９０５０６０号公報
特開２０２１－８５６６２号公報
特開２０１９－７３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属材料を用いる積層造形は、装置に搭載されるレーザ発振器の出力や駆動精度及び使用する金属材料の種類の影響を受け、更に造形形状の影響も受けるため、施工条件の汎用性が低く、溶融金属の内部に欠陥が発生するので補修を行う必要がある。例えば、公知文献１では、造形中に弾性波による計測で内部欠陥を検出し、検出した欠陥部分を機械加工にて除去し、除去部分を埋め戻した後、造形を計測する方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、内部欠陥を検出して除去しても、造形中の熱変形等による減肉や形状異常により、造形後に設計モデルの形状（設計寸法）を再現できない場合があり、設計モデルを見直して再造形する等のように時間を要する課題がある。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、造形物に発生する減肉部に対し適切に対応して造形物を造形することで、設計寸法に適合した製品を得ることができる積層造形装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態における積層造形装置は、材料にエネルギ線を照射して前記材料を溶融し固化して形成する層を順次積層して、前記層を含む造形物を、設計寸法に準拠した設計モデルに基づいて造形する造形手段と、前記造形手段による造形中に、前記造形物の表面から前記造形物の表面形状及び造形厚さを計測する計測手段と、前記計測手段による計測データから、前記造形物に発生した減肉部を検出する減肉検出手段と、前記減肉検出手段により前記造形物に前記減肉部が検出されたときに、前記造形手段による造形を前記減肉部に対応して制御する制御手段と、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の実施形態における積層造形方法は、造形手段が、材料にエネルギ線を照射して前記材料を溶融し固化して形成する層を順次積層して、前記層を含む造形物を、設計寸法に準拠した設計モデルに基づいて造形するステップと、計測手段が、前記造形手段による造形中に、前記造形物の表面から前記造形物の表面形状及び造形厚さを計測するステップと、減肉検出手段が、前記計測手段による計測データから、前記造形物に発生した減肉部を検出するステップと、前記減肉検出手段により前記造形物に前記減肉部が検出されたときに、制御手段が、前記造形手段による造形を前記減肉部に対応して制御するステップと、を有して構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、造形物に発生する減肉部に対し適切に対応して造形物を造形することで、設計寸法に適合した製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
一実施形態に係る積層造形装置の構成を示すブロック図。
図１の計測手段における表面形状計測装置としてのカメラ、及び造形厚さ計測装置としてのレーザ超音波計測装置を、造形物と共に示す概略側面図。
図２のカメラ及びレーザ超音波計測装置を、減肉部が発生した造形物と共に示す概略側面図。
図２及び図３におけるレーザ超音波計測装置による計測結果の一例を示すグラフ。
図４の計測結果等に基づく減肉部の判定状況を説明するものであり、（Ａ）が減肉部無しの場合、（Ｂ）が減肉部有り場合をそれぞれ示すグラフ。
図３の減肉部に対して再造形により余盛部を形成して修正した例を示す造形物の概略側面図。
図６の余盛部の形成を含む造形物の造形手順を示すフローチャート。
図３の減肉部の発生に対し設計モデルの再構築を説明するものであり、（Ａ）が元の設計モデルと造形物とを示す概略側面図、（Ｂ）が再構築設計モデルと造形物を機械加工した製品とを示す概略側面図。
図８の設計モデルを再構築する場合における造形物の造形手順を示すフローチャート。
造形厚さ計測装置としての渦流探傷計測装置を、造形物と共に示す概略側面図。
図１の造形手段の変形形態を備えた積層造形装置の構成を示すブロック図。
【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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