CN108248012A - 三维造型物的造型角度的设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及三维造型物的造型角度的设定方法，其课题在于，在能够使得无需支撑部或尽可能减少支撑部的三维造型中选择造型角度，是能够达成上述课题的利用层积、基于照射的烧结、切削来进行的三维造型物的造型方法，通过CAD/CAM系统的以下的工序来设定具有底切区域时的造型角度：1，设定三维造型物(1)的模型；2，选择基准底切角度；3，所述模型按每角度单位旋转；4，算出底切区域(2)中的以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域(2’)对于水平方向面的投影面积的合计值；5，选择所述合计面积为最小时或达到预定的基准时的旋转角度。

Description

三维造型物的造型角度的设定方法
技术领域
本发明以如下造型中的造型角度的设定方法为对象，该造型在制造通过按照层积、烧结、切削这样的顺序的各工序而造型的三维造型物时，基于上述顺序来造型。
背景技术
在三维造型物的壁部，存在相对于水平方向的角度连续地变化的情况和间断地变化的情况这两者，在哪一种情况下都会存在如下状况：壁部的预定的高度位置处的相对于水平方向处于下侧的区域相对于水平方向以锐角交叉从而形成底切(under cut)区域。
在上述交叉的锐角为预定的角度以下的情况下，在三维造型物的各区域所具有的自重的作用下，在烧结以后的制造阶段，有时会产生三维造型物变形这样的事故。
位于底切区域的上侧的水平方向面的面积越大，就越容易产生这样的事故，为了防止该事故的产生，多采用在底切区域的造型过程中造型出支撑部且从下方支撑底切区域的方法。
在以往技术中，除了这样的支撑部的造型以外，几乎没采用针对上述事故的对策。
例外的是，在专利文献1中提出了如下构成：通过在形成底切的轮廓区域与之后形成的形成层之间形成结合形成部(头部50)，来抑制底切区域的脆弱状态、即易变形的状态(段落[0009]、[0054]和图1、图3)。
但是，使上述那样的结合形成部介于与之后的形成层之间意味着在三维造型物中对预定形状的设计变更，从而必然会产生对正确的三维造型的障碍。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-47534号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题在于，在三维造型中选择使得无需支撑部、或尽可能减少支撑部那样的造型角度。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的基本构成由以下的构成(1)、(2)构成。
(1)一种三维造型物的造型角度的设定方法，是基于CAD/CAM系统所制作的程序而按照利用涂刮器进行层积、基于激光束或电子束的照射进行烧结、基于切削工具的行进进行切削的顺序来造型三维造型物的造型方法，其中，通过CAD/CAM系统的以下的工序来设定具有底切区域的三维造型物基于所述顺序的造型中的造型角度：
1，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物的模型；
2，将在所述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域不产生自重所导致的变形的情况下的所述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度；
3，使所述1的模型在-180度～180度的范围内以能够旋转的极限分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；
4，每当进行了所述3的各角度单位的旋转，就算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域对于水平方向面沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积；
5，将与所述4的合计面积为最小的情况相对应的所述3中的沿着XZ面的旋转角度和沿着YZ面的旋转角度选择作为造型角度。
(2)一种三维造型物的造型角度的设定方法，是基于CAD/CAM系统所制作的程序而按照利用涂刮器进行层积、基于激光束或电子束的照射进行烧结、基于切削工具的行进进行切削的顺序来造型三维造型物的造型方法，其中，通过CAD/CAM系统的以下的工序来设定具有底切区域的三维造型物基于所述顺序的造型角度：
1，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物的模型；
2，将在所述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域不产生自重所导致的变形的情况下的所述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度；
3，使所述1的模型在-180度～180度的范围内分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；
4，每当进行了所述3的各角度单位的旋转，就算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域对于水平方向面沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积。
发明效果
在立足于基本构成(1)、(2)的本发明中，实现不会因底切区域的存在而产生变形的状态，或者即使未实现该状态，与以往技术相比，也能够使支撑部的造型的程度为少的状态，对于具有底切区域的三维造型物，能够实现高效且稳定的造型。
附图说明
图1是表示基本构成(1)的各工序的流程图。
图2是表示基本构成(2)的各工序的流程图。
图3是表示在CAD/CAM系统中按预先设定的角度单位使三维造型物的模型旋转了的状态的侧视图，(a)示出了沿着XZ平面的旋转状态，(b)示出了沿着YZ平面的旋转状态。此外，在图3所示的模型的情况下，如(a)所示，为在XZ平面能够观察到底切区域但在YZ平面中却无法观察到底切区域的状况。
图4是表示在工序3中底切区域对于水平方向面的投影状态(向上的箭头意味着投影。)的剖视图，(a)示出了底切区域为弯曲面的情况，(b)示出了底切区域为平面的情况。此外，粗线部分表示以比基准底切角度小的角度而与水平方向交叉的底切区域、以及水平方向面中的将该底切区域沿铅直方向投影了的水平方向面，细线部分表示以比基准底切角度大的角度而与水平方向交叉的底切区域、以及水平方向面中的将该底切区域沿铅直方向投影了的水平方向面。
标号说明
1 三维造型物
2 底切区域
2’ 底切区域中的相对于水平方向面的交叉角度比基准底切角度小的区域
2” 底切区域中的相对于水平方向面的交叉角度比基准底切角度大的区域
3 与底切区域相对应的水平方向面
3’ 水平方向面中的将上述2’的底切区域沿铅直方向投影了的水平方向面
3” 水平方向面中的将上述2”的底切区域沿铅直方向投影了的水平方向面
具体实施方式
基本构成(1)、(2)以按照利用涂刮器(刮刀)的行进进行层积、利用激光束或电子束的照射进行烧结、利用切削工具的行进进行切削这样的顺序来进行三维造型物1的制造为技术前提。
立足于这样技术前提，在基本构成(1)中，采用以下那样的各工序。
1.如图1的(1)所示，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物1的模型。
2.如图1的(2)所示，将在上述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域2不产生由自重所导致的变形时的上述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度。
3.如图1的(3)的1、2、3和图3所示，使上述1的模型在-180度～180度的范围内以能够旋转的极限分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转。
4.如图1的(4)的1、2所示，每当进行了上述3的各角度单位的旋转，就如图4(a)、(b)所示，算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域2中的、相对于水平方向面的交叉角度比基准底切角度小的区域2’，对于水平方向面3中的、与上述区域2’相对应的区域3’沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积。
5.如图1的(5)所示，将与上述4的合计面积为最小时相对应的上述3中的沿着XZ面的旋转角度和沿着YZ面的旋转角度选择作为造型角度。
同样地，在基本构成(2)中，采用以下的各工序。
1.如图2的(1)所示，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物1的模型。
2.如图2的(2)所示，将在上述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域2不产生由自重所导致的变形时的上述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度。
3.如图2的(3)的1、2、3和图3所示，使上述1的模型在-180度～180度的范围内分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转。
4.如图2的(4)的1、2所示，每当进行了上述3的各角度单位的旋转，就如图4(a)、(b)所示，算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域2中的、相对于水平方向面的交叉角度比基准底切角度小的区域2’，对于水平方向面3中的、与上述区域2’相对应的区域3’沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积。
5.如图2的(5)所示，在上述4的合计面积为预定的基准值以下的情况下，将与该基准相对应的上述3中的沿着XZ平面和YZ平面分别设定的旋转角度选择作为造型角度。
在上述各工序2中，关于不产生由自重所导致的变形的基准底切角度，能够在考虑了作为三维造型物1的原料的粉末的种类、烧结的程度、底切区域2的水平方向的面积这样的各因素的基础上，根据实践经验规律来确定。
通常，多将60度设定为最小值。
在基本构成(1)的情况下，既然在工序5中选择合计面积为最小的情况，那么上述工序3中的按每个角度单位的旋转在-180度至180度的范围内尽可能地进行。
也就是说，在图1的流程图中，在将Δθ设为角度单位并设N＝[180/Δθ]的情况下，需要进行沿着XZ平面和YZ平面的旋转直到达到n＝N这样的角度为止(此外，[]是高斯记号，表示除掉了180/Δθ中的不足1的小数后的正整数。)。
而与之相对地，在基本构成(2)的情况下，既然在工序5中在工序4的合计面积为实际的基准以下时选出造型角度，那么在工序3中的按角度单位的旋转，即便将-180度～180度设为范围内，也并非必须尽可能地即在图2的流程图中直到达到n＝N这样的角度为止进行沿着XZ平面和YZ平面的旋转。
但是，在工序5中，在合计面积未达到预定的基准值的情况下，如图2的流程图所示，就变成在-180度～180度的范围内尽可能地即直到n＝N成立那样的状态为止进行旋转。
在上述各工序3中，在以Y轴为中心且沿着XZ平面的旋转、以及以X轴为中心且沿着YZ平面的旋转中，旋转的角度单位越小则上述各工序4中的合计面积的变化状态就越细致，但上述各工序4中的合计面积的算出越花费时间。
而与之相对地，上述各工序3中的角度单位越大则上述各工序4中的合计面积的算出就会越快，但合计面积的变化状态必然变得越粗糙。
在上述各工序3中，将作为单位的角度设定为1度～15度是为了能够兼顾各角度变化的效率和准确的造型角度的设定。
其中，在选择了大约7度的情况下，能够兼顾上述各工序4中的算出的速度和投影于水平方向面的合计面积的细致性。
在上述各工序4中，在底切区域2包括球状或圆柱状那样超过基准底切角度的弯曲面的情况下，如图4(a)所示，只要仅将弯曲面中的以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域2’，对于水平方向面3’沿铅直方向投影，由此计算与各底切区域2相对应的面积即可，而对以比基准底切角度大的角度而与水平方向面交叉的底切区域2”，无需进行上述投影和算出基于投影的面积、即对于水平方向面3”的面积。
而与之相对地，在底切区域2为平面且为图4(a)所示那样以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域2’的情况下，既然不存在以比基准底切角度大的角度而与水平方向面交叉的底切区域2”，那么能够由该平面对于水平方向面沿铅直方向投影而得到的面积来算出与各底切区域2相对应的投影面积。
在基本构成(1)的工序4中，存在多个成为最小值的合计面积的情况下，都可以选择。
其中，在上述情况下，通过选择上述工序3的沿着XZ平面的旋转角度和沿着YZ平面的旋转角度的合计角度为最小的情况作为造型角度，能够选择出变化状态相对于在工序1中设定的模型的状态少的造型角度。
不仅如此，在上述情况下，通过选择上述工序3的旋转中、呈比基准底切小的角度的底切区域2’从下侧与水平方向面交叉的角度的总和为最大的情况作为造型角度，能够选择出在工序4中呈最小值的造型角度中的最难变形的状态的造型角度。
在基本构成(2)的工序5的情况下，在初次实现了水平方向的合计面积达到预定的基准那样的XZ平面中的旋转和YZ平面中的旋转的阶段，设定三维造型物1的造型角度。
这样的合计面积能够根据切合三维造型物1的形状及其材料、还有烧结程度的分别的实验所证实的实践经验规律来设定。
实施例
以下，按照实施例来进行说明。
【实施例1】
实施例1的特征在于，在基本构成(1)中，在成为最小的合计面积未达到预定的基准的情况下，在选择了与该成为最小的合计面积相对应的上述工序3中的旋转角度后，CAD/CAM系统设定对于位于最外侧的底切区域2以交叉状态进行支撑的支撑部的造型区域。
根据这样的特征，在实施例1中，即使无法由最小的合计面积而得到适当的造型角度，与通常的造型的情况相比，也能够使支撑部的造型区域成为极少的状态。
【实施例2】
实施例2的特征在于，在基本构成(2)中，在上述工序4的合计面积未达到预定的基准以下的情况下，在选择了与上述4的合计面积为最小的状态相对应的上述3的各旋转角度作为造型角度后，CAD/CAM系统设定对于位于最外侧的底切区域2以交叉状态进行支撑的支撑部的造型区域。
根据这样的特征，在实施例2中，即使无法得到达到预定的基准以下的合计面积，与通常的造型的情况相比，也能够使支撑部的造型区域成为极少的状态。
产业上的可利用性
这样，本发明通过适当的造型角度的设定而能够防止三维造型物的制造过程中的变形、或者至少使支撑部的造型成为极少的状态，从而其利用范围是广泛的。

Claims (7)

1.一种三维造型物的造型角度的设定方法，是基于CAD/CAM系统所制作的程序而按照利用涂刮器进行层积、基于激光束或电子束的照射进行烧结、基于切削工具的行进进行切削的顺序来造型三维造型物的造型方法，其中，通过CAD/CAM系统的以下的工序来设定具有底切区域的三维造型物基于所述顺序的造型中的造型角度：
1，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物的模型；
2，将在所述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域不产生自重所导致的变形的情况下的所述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度；
3，使所述1的模型在-180度～180度的范围内以能够旋转的极限分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；
4，每当进行了所述3的各角度单位的旋转，就算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域对于水平方向面沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积；
5，将与所述4的合计面积为最小的情况相对应的所述3中的沿着XZ面的旋转角度和沿着YZ面的旋转角度选择作为造型角度。
2.如权利要求1所述的三维造型物的造型角度的设定方法，其特征在于，
在所述4的为最小的合计面积存在多个的情况下，将所述工序3的沿着XZ平面的旋转角度和沿着YZ平面的旋转角度的合计角度为最小的情况选择作为造型角度。
3.如权利要求1所述的三维造型物的造型角度的设定方法，其特征在于，
在所述4的为最小的合计面积存在多个的情况下，将所述工序3的旋转中、呈比基准底切角度小的角度的底切区域从下侧与水平方向面交叉的角度的总和为最大的情况选择作为造型角度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的三维造型物的造型角度的设定方法，其特征在于，
在所述4的为最小的合计面积未达到预定的基准的情况下，选择与该为最小的合计面积相对应的所述3中的旋转角度，然后，CAD/CAM系统设定对于位于最外侧的底切区域以交叉状态进行支撑的支撑部的造型区域。
5.一种三维造型物的造型角度的设定方法，是基于CAD/CAM系统所制作的程序而按照利用涂刮器进行层积、基于激光束或电子束的照射进行烧结、基于切削工具的行进进行切削的顺序来造型三维造型物的造型方法，其中，通过CAD/CAM系统的以下的工序来设定具有底切区域的三维造型物基于所述顺序的造型角度：
1，在基于XYZ轴的三维空间中，设定三维造型物的模型；
2，将在所述1的模型的壁部中相对于水平方向以锐角从下方交叉的底切区域不产生自重所导致的变形的情况下的所述锐角的最小值的角度选择作为基准底切角度；
3，使所述1的模型在-180度～180度的范围内分别进行如下旋转：以Y轴为中心且以沿着XZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；以及以X轴为中心且以沿着YZ平面的1度～15度的范围的角度单位进行旋转；
4，每当进行了所述3的各角度单位的旋转，就算出如下面积并算出该面积的合计，该面积是将以比基准底切角度小的角度而与水平方向面交叉的底切区域对于水平方向面沿铅直方向投影而得的面积、即XY平面中的面积；
5，在所述4的合计面积为预定的基准值以下的情况下，将与该基准相对应的所述3中的沿着XZ平面和YZ面而分别设定的旋转角度选择作为造型角度。
6.如权利要求5所述的三维造型物的造型角度的设定方法，其特征在于，
在所述4的合计面积未达到预定的基准的情况下，选择与所述4的合计面积为最小的状态相对应的所述3的各旋转角度作为造型角度，然后，CAD/CAM系统设定对于位于最外侧的底切区域以交叉状态进行支撑的支撑部的造型区域。
7.如权利要求1至6中任一项所述的三维造型物的造型角度的设定方法，其特征在于，
基准底切角度为60度。
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