层叠造形装置制造方法及图纸

层叠造形装置(100)具有：加工光学系统，其具有使加工光透过的物镜，向加工位置照射加工光；测量用照明部(8)，其供给用于对所形成的造形物(4)的尺寸进行测量的照明光；受光元件，其对由造形物(4)反射出的照明光即反射光进行检测；受光光学系统，其对反射光向受光元件进行聚光；运算部(50)，其通过使用了受光元件中的反射光的检测结果的运算，对与使加工位置相对于加工对象物(3)移动的方向即第1方向和焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的造形物(4)的宽度进行计算；以及控制部(51)，其基于造形物(4)的宽度的计算结果，对用于形成焊道的加工条件进行控制。构成加工光学系统的物镜兼作为构成受光光学系统的物镜，或者将来自测量用照明部(8)的照明光向造形物(4)照射的物镜。镜。镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠造形装置


[0001]本专利技术涉及通过在加工对象物附加加工材料，从而形成造形物的层叠造形装置。

技术介绍

[0002]已知如3D(Dimension)打印机那样，使用附加加工材料而形成3维造形物的被称为附加制造(AM：Additive Manufacturing)的技术的层叠造形装置。根据附加制造的技术中的多个方式之中的1个方式即指向性能量沉积(DED：Direct Energy Deposition)方式，层叠造形装置将作为加工材料的线材或者粉末向加工位置供给，并且通过激光束等使加工材料熔融，在加工对象物层叠焊道，由此形成造形物。焊道是熔融的加工材料的固化物。
[0003]层叠造形装置在预先确定的路径中连续地附加加工材料，由此形成造形物，但有时所形成的形状成为与所设计的期望形状不同的形状。作为1个例子，有时在开始造形后经过一定时间时形成的部分的宽度与在开始造形时形成的部分的宽度不同，由此造形物的形状改变。在开始造形时，加工对象物及加工对象物上的造形物的温度低，但随着造形继续，造形物的蓄热增加，由此造形物的温度上升。随着造形物的温度上升，形成的焊道的高度降低，且焊道宽度变大。由蓄热引起的焊道宽度的变化根据加工条件、加工材料、加工形状等而不同，因此难以预先对焊道宽度的变化进行预测而对加工程序进行优化。
[0004]在专利文献1中，关于进行电弧焊接的焊接装置，公开了从焊枪起以一定距离在前方设置光学式传感器，对形成的焊道的剖面形状进行拍摄，由此对焊道宽度进行测量。专利文献1所涉及的焊接装置基于通过光学式传感器得到的测量值对焊枪位置的修正量进行计算，以将焊枪位置的偏移抵消的方式对焊枪的位置进行修正。根据专利文献1的技术，在与测量时的加工位置相比靠前方的位置处，能够对在测量时进行加工的层的下1层中的焊道宽度进行测量。
[0005]专利文献1：日本特开2002－144035号公报

技术实现思路

[0006]根据专利文献1所公开的现有技术，光学式传感器与焊枪分体且设置于从焊枪分离一定距离的位置。因此，在从加工位置分离的位置处对焊道宽度进行测量。测量位置越是远离加工位置的位置，则用于得到形状精度高的造形物的控制变得越困难。另外，测量位置是远离加工位置的位置，由此根据造形物的形状，有可能无法对焊道宽度进行测量。因此，根据现有技术，由于在与加工位置尽可能接近的位置处无法对焊道宽度进行测量，因此存在难以形成形状精度高的造形物这样的问题。
[0007]本专利技术就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够形成形状精度高的造形物的层叠造形装置。
[0008]为了解决上述课题，并达到目的，本专利技术所涉及的层叠造形装置通过对向加工位置供给的加工材料照射加工光，从而使加工材料熔融，将熔融的加工材料的固化物即焊道层叠于加工对象物，由此形成造形物。本专利技术所涉及的层叠造形装置具有：加工光学系统，
其具有使加工光透过的物镜，向加工位置照射加工光；测量用照明部，其供给用于对所形成的造形物的尺寸进行测量的照明光；受光元件，其对由造形物反射出的照明光即反射光进行检测；受光光学系统，其对反射光向受光元件进行聚光；运算部，其通过使用了受光元件中的反射光的检测结果的运算，对与使加工位置相对于加工对象物移动的方向即第1方向和焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的造形物的宽度进行计算；以及控制部，其基于造形物的宽度的计算结果，对用于形成焊道的加工条件进行控制。构成加工光学系统的物镜，兼做构成受光光学系统的物镜，或者将来自测量用照明部的照明光向造形物照射的物镜。
[0009]专利技术的效果
[0010]本专利技术所涉及的层叠造形装置具有下述效果，即，能够形成形状精度高的造形物。
附图说明
[0011]图1是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置的结构的斜视图。
[0012]图2是表示用于实现实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的运算部及控制部的功能的控制电路的例子的图。
[0013]图3是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的加工光学系统及受光光学系统的图。
[0014]图4是表示用于形成通过实施方式1所涉及的层叠造形装置制作的造形物的动作的顺序的流程图。
[0015]图5是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置进行的加工时的情形的第1图。
[0016]图6是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置进行的加工时的情形的第2图。
[0017]图7是表示在实施方式1中成像于受光元件的线光束的像的例子的图。
[0018]图8是用于对根据实施方式1中的造形物的剖面高度分布的测量结果对造形物的宽度进行计算的第1例进行说明的图。
[0019]图9是用于对根据实施方式1中的造形物的剖面高度分布的测量结果对造形物的宽度进行计算的第2例进行说明的图。
[0020]图10是表示通过实施方式1中的加工条件的控制对焊道宽度进行控制的顺序的流程图。
[0021]图11是用于对基于实施方式1中的造形物的宽度的测量结果的加工控制进行说明的图。
[0022]图12是表示在实施方式1中用于基于焊道宽度及焊道高度的测量结果对3维形状进行复原的顺序的流程图。
[0023]图13是表示实施方式1的变形例所涉及的层叠造形装置的结构的斜视图。
[0024]图14是表示在实施方式1的变形例中的造形物的宽度的测量中使用的线光束的图。
[0025]图15是表示实施方式1中的线光束的变形例的图。
[0026]图16是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的光学系统的第1变形例的图。
[0027]图17是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的光学系统的第2变形例的
图。
[0028]图18是表示用于形成通过实施方式2所涉及的层叠造形装置制作的珠状焊道的动作的顺序的流程图。
[0029]图19是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的示意性的剖视图。
[0030]图20是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域送出的线材与加工对象面接触的状态的示意性的剖视图。
[0031]图21是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域照射出光束的状态的示意性的剖视图。
[0032]图22是表示线材向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的供给开始的状态的示意性的剖视图。
[0033]图23是表示从实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域将线材拉出的状态的示意性的剖视图。
[0034]图24是表示光束向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的照射停止的状态的示意性的剖视图。
[0035]图25是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工头向下一个加工点移动的状态的示意性的剖视图。
[0036]图26是用于对通过实施方式2所涉及的层叠造形装置造形出造形物的方法进行说明的示意性的剖视图。
[0037]图27是用于对实施方式2所涉及的层叠造形装置使用已经形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种层叠造形装置，其通过对向加工位置供给的加工材料照射加工光，从而使所述加工材料熔融，将熔融的所述加工材料的固化物即焊道层叠于加工对象物，由此形成造形物，该层叠造形装置的特征在于，具有：加工光学系统，其具有使所述加工光透过的物镜，向所述加工位置照射所述加工光；测量用照明部，其供给用于对所形成的所述造形物的尺寸进行测量的照明光；受光元件，其对由所述造形物反射出的所述照明光即反射光进行检测；受光光学系统，其对所述反射光向所述受光元件进行聚光；运算部，其通过使用了所述受光元件中的所述反射光的检测结果的运算，对与使所述加工位置相对于所述加工对象物移动的方向即第1方向和所述焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的所述造形物的宽度进行计算；以及控制部，其基于所述造形物的宽度的计算结果，对用于形成所述焊道的加工条件进行控制，构成所述加工光学系统的所述物镜，兼作为构成所述受光光学系统的物镜，或者将来自所述测量用照明部的所述照明光向所述造形物照射的物镜。2.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其特征在于，所述照明光是以直线状照射的线光束。3.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，所述测量用照明部供给在从所述加工位置观察时在与所述加工材料的供给源的相反侧在大于或等于90度的范围中延伸的所述线光束。4.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，所述测量用照明部的位置能够以所述线光束的长度方向相对于加工路径成为垂直的方式移动。5.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，所述线光束的光轴相对于所述受光光学系统的光轴倾斜，所述线光束以所述受光光学系统的光轴为中心，且在以与供给所述加工材料的方向相对的方向为基准的至少
±
90度的角度范围中不中断地照射。6.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其特征在于，所述照明光是以圆状照射的线光束。7.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，所述测量用照明部朝向所述加工对象物上或者所形成的所述造形物上的测量位置照射所述照明光，所述测量位置伴随所述加工位置的移动而移动。8.根据权利要求7所述的层叠造形装置，其特征在于，所述测量位置是熔融的所述加工材料凝固的位置。9.根据权利要求7或8所述的层叠造形装置，其特征在于，所述测量位置是以所述加工位置为基准，处于与所述加工位置在所述加工对象物上不断移动的方向同一方向的位置。10.根据权利要求1至9中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，
所述运算部对多个所述加工位置各自的所述造形物的宽度进行测量，所述控制部基于所述造形物的宽度的测量结果，对多个所述加工位置各自的所述加工条件进行控制。11.根据权利要求1至10中任一项所述的层叠造形装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：多久岛秀，森田大嗣，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：