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公開番号2025181752
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-11
出願番号2025088304
出願日2025-05-27
発明の名称溶接装置および積層造形装置
出願人国立大学法人大阪大学
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類B23K 9/173 20060101AFI20251204BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】ワイヤおよび被溶接部材への入熱を良好に制御すると共に、造形の精度を向上させる。
【解決手段】積層造形装置(1)は、フィラー材でありかつ陽極となるワイヤ(2)と、陰極となる2本の金属棒(4)と、を備え、ワイヤ(2)の先端部(2a)と2本の金属棒(4)の先端部(4a)との間のアーク放電により、ワイヤ(2)の先端部(2a)が溶融した溶融フィラー(2b)が、2本の金属棒(4)の先端部(4a)の間を通過するように、ワイヤ(2)および2本の金属棒(4)が配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
フィラー材でありかつ陽極となるワイヤと、
陰極となる複数の金属棒と、を備え、
前記ワイヤの先端部と前記複数の金属棒の先端部との間のアーク放電により、前記ワイヤの先端部が溶融した溶融フィラーが、前記複数の金属棒の先端部の間を通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されている、溶接装置。
続きを表示（約 830 文字）【請求項２】
前記金属棒の数が２本であり、かつ、
２本の前記金属棒の先端部を結ぶ線分の中点を前記溶融フィラーが通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されている、請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記金属棒の数が３本以上であり、
複数の前記金属棒の先端部は、複数の前記金属棒の数が辺の数である正多角形の頂点に位置し、かつ、
前記正多角形の中心を前記溶融フィラーが通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されている、請求項１に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記ワイヤが延びる方向と、前記複数の金属棒のそれぞれが延びる方向とがなす角度は同じである、請求項１に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記角度は、３０°以上９０°以下である、請求項４に記載の溶接装置。
【請求項６】
前記角度は、４５°以上７５°以下である、請求項５に記載の溶接装置。
【請求項７】
前記角度は、５５°以上６５°以下である、請求項６に記載の溶接装置。
【請求項８】
前記複数の金属棒は、タングステン、または、タングステンに対し酸化セリウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、および酸化ジルコニウムの少なくとも１つが添加されたタングステン合金からなる、請求項１に記載の溶接装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の溶接装置と、
被溶接部材が載置されるステージと、を備え、
前記溶接装置および前記ステージの少なくとも一方は移動可能である、積層造形装置。
【請求項１０】
前記ステージに前記被溶接部材が次々に載置される方向の反対方向に、前記溶接装置における少なくとも１つの金属棒の先端部が配置されている、請求項９に記載の積層造形装置。
（【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】
本発明は溶接装置および積層造形装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ワイヤ-アーク積層造形（Wire-Arc Additive Manufacturing、ＷＡＡＭ）プロセスは、溶接プロセスをベースとする金属積層造形プロセスである（非特許文献１）。ＷＡＡＭでは、フィラー材であるワイヤと被溶接部材と間でアークプラズマを発生させる。或いは、被溶接部材の近くにワイヤを配置し、タングステン棒と被溶接部材との間でアークプラズマを発生させる。これにより、ワイヤの先端部と被溶接部材の一部とが溶融し、ワイヤの先端部の溶融フィラーが被溶接部材（母材）の溶融部に滴下することにより、溶融フィラーが上記溶融部と一体化し、凝固することで溶接される。これを繰り返すことにより、フィラーが積層されて、造形物が作製される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
S. W. Williams, et al., "Wire + Arc Additive Manufacturing", Materials Science and Technology, 2016, Vol. 32, p. 641-647
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、実用化されている３Ｄ金属プリンタは、金属粉末を敷いた領域にレーザ等で熱エネルギーを与え、溶融接合させて層を積み重ねる一方、接合していない金属粉末を除去するＰＢＦ（Powder Bed Fusion）方式で造形している。しかしながら、上記ＰＢＦでは、大型の造形物の作製が困難である、造形スピードが極めて遅い、などの問題があった。これに対して、上記ＷＡＡＭは、上記ＰＢＦに比べて、大型の造形物を効率よく作製できる一方、造形の精度が悪いという問題があり、また、ワイヤおよび被溶接部材への入熱の制御に問題があった。
【０００５】
本発明の一態様は、ワイヤおよび被溶接部材への入熱を良好に制御すると共に、造形の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る溶接装置は、フィラー材でありかつ陽極となるワイヤと、陰極となる複数の金属棒と、を備え、前記ワイヤの先端部と前記複数の金属棒の先端部との間のアーク放電により、前記ワイヤの先端部が溶融した溶融フィラーが、前記複数の金属棒の先端部の間を通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されている。
【０００７】
前記溶接装置において、前記金属棒の数が２本であり、かつ、２本の前記金属棒の先端部を結ぶ線分の中点を前記溶融フィラーが通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されていてもよい。
【０００８】
前記溶接装置において、前記金属棒の数が３本以上であり、複数の前記金属棒の先端部は、複数の前記金属棒の数が辺の数である正多角形の頂点に位置し、かつ、前記正多角形の中心を前記溶融フィラーが通過するように、前記ワイヤおよび前記複数の金属棒が配置されていてもよい。
【０００９】
前記溶接装置において、前記ワイヤが延びる方向と、前記複数の金属棒のそれぞれが延びる方向とがなす角度は同じであってもよい。前記角度は、３０°以上９０°以下であってもよいし、４５°以上７５°以下であってもよいし、５５°以上６５°以下であってもよい。
【００１０】
前記溶接装置において、前記複数の金属棒は、タングステン、または、タングステンに対し酸化セリウム、酸化ランタン、酸化イットリウム、および酸化ジルコニウムの少なくとも１つが添加されたタングステン合金からなってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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