CN110461578A - 三维层叠造形条件决定方法、三维层叠造形执行方法、三维层叠造形条件决定装置及三维层叠造形执行装置 - Google Patents

三维层叠造形条件决定方法、三维层叠造形执行方法、三维层叠造形条件决定装置及三维层叠造形执行装置 Download PDF

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Abstract

基于三维造形物的设计数据来决定层叠造形材料以造形三维造形物的造形条件的三维层叠造形方法包括：特定部识别步骤，在该步骤中，基于设计数据来识别三维造形物中局部包含的特定部；特定部造形条件决定步骤，在该步骤中，判断是否将与标准造形条件不同的特定造形条件应用于特定部的造形，并决定特定部的造形条件，该标准造形条件用于三维造形物的除了特定部以外的标准部的造形；以造形条件设定发送步骤，在该步骤中，发送以标准造形条件对除了特定部以外的标准部进行造形、并以在特定部造形条件决定步骤中决定的造形条件对特定部进行造形的造形条件设定。

Description

三维层叠造形条件决定方法、三维层叠造形执行方法、三维层 叠造形条件决定装置及三维层叠造形执行装置
技术领域
本公开涉及三维层叠造形方法及三维层叠造形装置。
背景技术
以往已知一种基于设计数据(CAD数据)将造形材料依次层叠以进行三维造形物造形的三维层叠造形技术(AM：Additive Manufacturing)(例如参照专利文献1～4)。例如，在作为三维层叠造形技术的一种而已知的金属层叠造形法中，按照预先设定的造形条件(射束照射条件、粉末层的厚度等)使用复涂器(recoater)在基板上薄薄地铺设金属粉末而形成薄的粉末层，向与造形物部分相当的部分照射射束(例如激射束或电子射束)以使粉末层选择性地溶融并凝固。针对像这样固化了的粉末层的上表面，再次重复进行粉末层的形成及使用射束照射的固化工序，从而完成三维造形物。
根据这样的三维层叠造形技术，能够造形出以锻造或铸造等以往加工方法无法实现的复杂形状，被应用于航空宇宙、汽车、产业设备、植入等广范围的领域。例如专利文献2中公开了下述技术内容：使用三维层叠造形技术(金属层叠造形法)制造涡轮叶片，从而能够短时间制造成品尺寸优良的涡轮叶片。
另外，造形条件包含照射次数、扫描速度、扫描间距、扫描模式、层叠间距、射束输出等各种条件，由于与金属粉末的溶融、凝固有关，因此通常针对每种材料进行优化(参照专利文献3～4)。例如，专利文献3中公开了针对作为造形材料的每种金属粉末而改变射束输出的方案。另外，专利文献4中公开了下述内容：在使光在光硬化性树脂上扫描而使该树脂硬化、并将该硬化了的部分层叠以造形出三维形状的光造形装置中，例如针对每个树脂层评价实时检测到的光硬化性树脂的硬化了的部分中的形状误差是否处于允许值内，若形状误差在允许值内则实施造形，若形状误差超过允许值则变更造形条件后再实施造形。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-134411号公报
专利文献2：日本特开2003-129862号公报
专利文献3：日本特开2015-193866号公报
专利文献4：日本特开平9-76353号公报
发明内容
发明要解决的课题
对于金属层叠造形法等三维层叠造形技术而言，存在在三维造形物的造形中形成微小的空洞等内部缺陷的情况。另外，本发明的发明人发现，在三维造形物的倾斜的侧面部上，表面粗糙度容易增大(参照后述的图7A)。这样的内部缺陷、表面粗糙度成为高循环疲劳寿命的降低的原因等，对三维造形物的疲劳寿命造成影响。这样的课题例如能够通过增加射束的照射次数、减缓扫描速度、缩小扫描间距等优化造形条件的操作来进行抑制，但若以这样的造形条件来进行造形，则三维造形物完成为止所需的造形时间增加，导致生产性及制造成本的增加。
鉴于上述情况，本发明至少一实施方式的目的在于，提供一种能够在抑制造形时间增加的同时满足疲劳寿命要求的三维造形物的造形的三维层叠造形方法。
用于解决课题的方案
(1)本发明至少一实施方式的三维层叠造形条件决定方法基于三维造形物的设计数据来决定层叠造形材料以造形所述三维造形物的造形条件，其包括：
特定部识别步骤，在该特定部识别步骤中，基于所述设计数据来识别所述三维造形物中局部包含的特定部；以及
特定部造形条件决定步骤，在该特定部造形条件决定步骤中，判断是否将与标准造形条件不同的特定造形条件应用于所述特定部的造形，并决定所述特定部的造形条件，所述标准造形条件用于所述三维造形物的除了所述特定部以外的标准部的造形。
根据上述(1)的结构，针对三维造形物所具有的标准部应用标准造形条件，另一方面，针对特定部，根据对基于特定造形条件的造形的必要性进行判断的结果来决定所应用的造形条件(特定造形条件或标准造形条件)。将按照这种方式决定的造形条件设定向实际执行造形的造形执行装置发送。由此，能够将三维造形物的标准部及特定部分别以与部位对应的造形条件进行造形。另外，如后所述，特定造形条件设为与标准造形条件相比例如增加照射次数等能够改善内部缺陷或表面粗糙度的条件，从而能够在实现疲劳寿命容易降低的特定部的疲劳寿命的提高的同时，针对特定部而非三维造形物整体应用特定造形条件来抑制造形时间的增加。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，
所述特定部造形条件决定步骤包括：
因子值预测步骤，在该因子值预测步骤中，预测疲劳寿命降低因子的值，该疲劳寿命降低因子是以所述标准造形条件对所述特定部进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸和表面粗糙度中的至少一方；以及
应用条件判断步骤，在该应用条件判断步骤中，使用所述因子值预测步骤中的所述疲劳寿命降低因子的值的预测结果，判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
根据上述(2)的结构，通过基于疲劳寿命降低因子的值的预测结果来进行是否将特定造形条件应用于特定部的造形的判断，从而能够实现满足疲劳寿命要求的三维造形物的造形。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，
所述应用条件判断步骤包括：
疲劳强度降低系数计算步骤，在该疲劳强度降低系数计算步骤中，计算与在所述因子值预测步骤中所预测的所述疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数；
标准S-N曲线获取步骤，在该标准S-N曲线获取步骤中，获取标准S-N曲线，该标准S-N曲线示出关于由所述造形材料构成的平滑材料的应力振幅与直至断裂为止的重复次数的关系；
应力解析结果获取步骤，在该应力解析结果获取步骤中，基于所述设计数据获取所述三维造形物的至少一部分的应力的解析结果；以及
应用判断步骤，在该应用判断步骤中，使用所述疲劳强度降低系数及所述标准S-N曲线，来针对所述特定部计算与在所述应力解析结果获取步骤中获取到的所述应力的解析结果对应的所述重复次数即预测疲劳寿命，并基于所述预测疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较，来判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
根据上述(3)的结构，在基于应力条件、疲劳强度降低系数和标准S-N曲线求出以标准造形条件对特定部进行了造形的情况下的特定部的疲劳寿命后，基于该疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较来决定造形条件。具体来说，在预测疲劳寿命小于设计疲劳寿命的情况下，特定部的造形条件应用特定造形条件，在预测疲劳寿命为设计疲劳寿命以上的情况下，特定部的造形条件应用标准造形条件。由此，由于能够使特定部的疲劳寿命增大至设计疲劳寿命以上，因此能够满足三维造形物的疲劳寿命的要求。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)的结构的基础上，
所述特定造形条件是与所述标准造形条件相比能够使所述三维造形物的内部缺陷尺寸减小、或使所述三维造形物的表面粗糙度减小的造形条件。
根据上述(4)的结构，通过根据特定造形条件造形特定部，从而与按照标准造形条件造形特定部的情况相比，能够改善内部缺陷尺寸或表面粗糙度，从而能够实现特定部的疲劳寿命的提高。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)～(4)的结构的基础上，
所述特定部包括所述三维造形物的表层部、所述三维造形物的表面部、以及所述三维造形物的内体部的应力集中部中的至少一个。
根据上述(5)的结构，三维造形物的表层部、表面部或内体部的应力集中部特别容易产生由内部缺陷或表面粗糙度等引起的疲劳寿命降低，能够容易实现这样的特定部的疲劳寿命的提高。
(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构的基础上，
在所述特定造形条件下，与所述标准造形条件相比，用于将层叠的所述造形材料的粉末层固化的射束的照射次数多、扫描速度慢、扫描间距窄、射束输出大、偏移大、所述粉末层的厚度薄中的至少一个成立。
根据上述(6)的结构，通过调整特定造形条件中的粉末层的固化条件或粉末层的厚度条件，从而与基于标准造形条件的造形相比，能够改善内部缺陷尺寸或表面粗糙度。
(7)在几个实施方式中，在上述(6)的结构的基础上，
所述特定部为所述表面部的情况下的所述特定造形条件为，在所述表面部包含突出部的情况下，形成所述突出部的所述粉末层的厚度与所述标准造形条件相比薄，在所述表面部不包含所述突出部的情况下，除了所述粉末层的厚度以外的条件与所述标准造形条件不同。
若与标准造形条件相比减小粉末层的厚度，则铺设粉末层的次数增加，因此，与例如使射束的照射次数在部分特定部增加的情况相比，造形时间进一步增加。根据上述结构，能够在可靠地改善突出部96的表面粗糙度的同时抑制造形时间的增加。
(8)本发明至少一实施方式的三维层叠造形条件决定装置基于三维造形物的设计数据来决定层叠造形材料以造形所述三维造形物的造形条件，其具备：
特定部识别部，其基于所述设计数据来识别所述三维造形物中局部包含的特定部；以及
特定部造形条件决定部，其判断是否将与标准造形条件不同的特定造形条件应用于所述特定部的造形，并决定所述特定部的造形条件，所述标准造形条件用于所述三维造形物的除了所述特定部以外的标准部的造形。
根据上述(8)的结构，能够发挥与上述(1)相同的效果。
(9)在几个实施方式中，在上述(8)的结构的基础上，
所述特定部造形条件决定部包括：
因子值预测部，其预测疲劳寿命降低因子的值，该疲劳寿命降低因子是以所述标准造形条件对所述特定部进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸和表面粗糙度中的至少一方；以及
应用条件判断部，其使用所述因子值预测部中的所述疲劳寿命降低因子的值的预测结果，判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
根据上述(9)的结构，能够发挥与上述(2)相同的效果。
(10)在几个实施方式中，在上述(9)的结构的基础上，
所述应用条件判断部包括：
疲劳强度降低系数计算部，其计算与由所述因子值预测部所预测的所述疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数；
标准S-N曲线获取部，其获取标准S-N曲线，该标准S-N曲线示出关于由所述造形材料构成的平滑材料的应力振幅与直至断裂为止的重复次数的关系；
应力解析结果获取部，其基于所述设计数据获取所述三维造形物的至少一部分的应力的解析结果；以及
应用判断部，其使用所述疲劳强度降低系数及所述标准S-N曲线，来针对所述特定部93计算与由所述应力解析结果获取部获取到的所述应力的解析结果对应的所述重复次数即预测疲劳寿命，并基于所述预测疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较，来判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
根据上述(10)的结构，能够发挥与上述(3)相同的效果。
(11)在几个实施方式中，在上述(8)～(10)的结构的基础上，
所述特定造形条件是与所述标准造形条件相比能够使所述三维造形物的内部缺陷尺寸减小、或使所述三维造形物的表面粗糙度减小的造形条件。
根据上述(11)的结构，能够发挥与上述(4)相同的效果。
(12)在几个实施方式中，在上述(8)～(11)的结构的基础上，
所述特定部包括所述三维造形物的表层部、所述三维造形物的表面部、以及所述三维造形物的内体部的应力集中部中的至少一个。
根据上述(12)的结构，能够发挥与上述(5)相同的效果。
(13)在几个实施方式中，在上述(12)的结构的基础上，
在所述特定造形条件下，与所述标准造形条件相比，用于将层叠的所述造形材料的粉末层固化的射束的照射次数多、扫描速度慢、扫描间距窄、射束输出大、偏移大、所述粉末层的厚度薄中的至少一个成立。
根据上述(13)的结构，能够发挥与上述(6)相同的效果。
(14)在几个实施方式中，在上述(13)的结构的基础上，
所述特定部为所述表面部的情况下的所述特定造形条件为，在所述表面部包含突出部的情况下，形成所述突出部的所述粉末层的厚度与所述标准造形条件相比薄，在所述表面部不包含所述突出部的情况下，除了所述粉末层的厚度以外的条件与所述标准造形条件不同。
根据上述(14)的结构，能够发挥与上述(7)相同的效果。
(15)本发明至少一实施方式的三维层叠造形执行方法为，按照通过上述(1)～(7)中的任一项所述的三维层叠造形条件决定方法所决定的造形条件，造形三维造形物。
(16)本发明至少一实施方式的三维层叠造形执行装置按照由上述(8)～(14)中的任一项所述的三维层叠造形条件决定装置决定的造形条件，造形三维造形物。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，提供一种能够在抑制造形时间增加的同时满足疲劳寿命要求的三维造形物造形的三维层叠造形方法。
附图说明
图1是概略示出本发明一实施方式的三维层叠造形装置的图。
图2是示出本发明一实施方式的三维层叠造形方法的图。
图3是示出本发明一实施方式的特定部造形条件决定步骤的图。
图4是示出本发明一实施方式的特定部造形条件决定步骤的详细内容的图。
图5是用于说明内部缺陷尺寸与疲劳强度的关系的图。
图6A是用于说明本发明一实施方式的内体部中的内部缺陷尺寸与疲劳强度降低系数的关系的图。
图6B是用于说明本发明一实施方式的表层部中的内部缺陷尺寸与疲劳强度降低系数的关系的图。
图7A是用于说明本发明一实施方式的突出角度与表面粗糙度的关系的图。
图7B是用于说明本发明一实施方式的表面粗糙度与疲劳强度降低系数的关系的图。
图8是用于说明本发明一实施方式的预测疲劳寿命比设计疲劳寿命大和小各种情况的图。
图9是示出本发明一实施方式的表层部的造形条件的决定流程的图。
图10是示出本发明一实施方式的侧面倾斜部的造形条件的决定流程的图。
图11是示出本发明一实施方式的内体部的造形条件的决定流程的图。
图12是本发明一实施方式的造形条件决定装置的功能框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，实施方式中所记载的或者附图中所示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等不旨在将本发明的范围限定于此，而仅仅是说明例。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表达不仅表示严格上该种配置，也表示具有公差或者以能够得到相同功能的程度的角度、距离相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示物事相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差或者能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表达不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“包括”、“设置”、“具备”、“包含”或“具有”一构成要素这样的表达不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表达。
图1是示出本发明一实施方式的三维层叠造形装置1的结构的示意图。三维层叠造形装置1是基于三维造形物9的设计数据D(CAD数据)，层叠造形材料以造形三维造形物9的装置。图1所示的实施方式的三维层叠造形装置1是通过金属层叠造形法来制造三维造形物9的装置，具有执行造形的造形执行装置1B、以及对由造形执行装置1B进行的造形执行进行辅助的造形辅助装置1A。造形执行装置1B包括：基板4；复涂器8，其用于在基板4上形成由作为造形用的造形材料5的金属粉末构成的粉末层6(粉末床)；射束照射单元7，其用于向粉末层6照射射束(例如激光)，以按照三维造形物9的形状选择性固化粉末层6；以及控制器3，其对复涂器8及射束照射单元7进行控制。造形辅助装置1A包括：造形条件决定装置2，其向控制器3输入三维造形物9的造形条件C；以及各种数据库(疲劳寿命降低因子值DB24、强度信息DB25、造形条件保存DB26)，其与造形条件决定装置2连接。
在这样的三维层叠造形装置1中，从造形条件决定装置2向控制器3输入用于三维造形物9的造形的二维切片数据及造形条件C。二维切片数据通过将三维造形物9的设计数据D中包含的三维形状数据在一个方向上分割为多个而生成。并且，在由控制器3进行的基于二维切片数据及造形条件C的控制下，通过复涂器8在基板4上铺设金属粉末(造形材料5)而形成粉末层6，使与造形物部分相当的金属粉末在射束的作用下溶融并凝固，并使基板4下降后新铺设金属粉末，再次使与造形物部分相当的金属粉末在激光的作用下溶融并凝固。通过重复该作业，从而沿与重力方向相反的层叠方向依次层叠造形材料5，以进行三维造形物9的造形。
需要说明的是，在图1所示的实施方式中，控制器3和造形条件决定装置2是彼此独立的装置，但在其他几个实施方式中，也可以通过将造形条件决定装置2装入控制器3等方式而而将它们安装为同一装置。另外，二维切片数据的生成可以由控制器3直接输入设计数据D来进行，也可以通过使造形条件决定装置2具有相应的功能来生成。或者也可以由未图示的其他装置(计算机)生成，并直接或经由造形条件决定装置2向控制器3输入。
以下，使用图2～图3对使用上述造形执行装置1B这样的三维层叠造形装置1等来执行的三维层叠造形方法进行说明。图2是示出本发明一实施方式的三维层叠造形方法的图。另外，图3是示出本发明一实施方式的特定部造形条件决定步骤(S2)的图。
该三维层叠造形方法是基于三维造形物9的设计数据D层叠造形材料5以进行三维造形物9的造形的方法，如图2所示，包括特定部识别步骤(S1)、特定部造形条件决定步骤(S2)和造形条件设定发送步骤(S3)。
在特定部识别步骤(S1)中，基于设计数据D来识别三维造形物9中局部地包含的特定部93。特定部93是三维造形物9中的、造形条件C的差异对疲劳寿命的影响相对较大的特定的部分。作为这样的部分(特定部93)，例如能够列举从用于造形三维造形物9的固体的表面(最表面)(以下记为表面部95)到规定深度为止的固体的内部部分即表层部94、表面部95本身、表面部95中的突出部96(后述)、具有容易产生应力集中的形状的部分等多种。
详细来说，在三维造形物9的造形中，有时产生微小空洞等内部缺陷，该缺陷的形状、大小根据造形条件C而以概率方式确定。并且，在表层部94产生了内部缺陷的情况下，与在与表层部94相比占据更深的部分的内体部92产生了内部缺陷的情况相比，疲劳寿命显著减低。由此，从疲劳寿命的观点来看，对于以某种造形条件C进行了造形的情况下的内部缺陷而言，根据其形状、大小等，可能会出现在产生于内体部92的情况下能够允许，而在产生于表层部94的情况下无法允许的情况。以下将以数值方式表示的内部缺陷的尺寸的形状、大小等称为内部缺陷尺寸a。具体来说，内部缺陷尺寸a可以是内部缺陷的最大长度或平均长度等。
另外，关于表面部95的表面粗糙度R(以下适当简称为表面粗糙度R)，也根据造形条件而变化，且表面粗糙度R越大则疲劳寿命越低。由此，从疲劳寿命的观点来看，在以某种造形条件C进行造形时，有可能在除了表面部95以外的部分能够允许，而在表面部95处由于表面粗糙度R大而无法允许。特别是，在三维造形物9的突出部96处，与除此以外的表面部95相比，即使是以相同的造形条件C进行造形的情况，表面粗糙度R也较大(参照后述的图7A)。此处所称的突出部96是相对于与三维造形物9的造形材料5的层叠方向正交的方向(在图1中为水平方向)以规定的倾斜角度(突出角度α)倾斜的表面部95，且是表面部95的朝向外部的法线具有朝向与层叠方向相反方向的成分的表面部95(0度≤α＜90度)。在这样的部分处，在铺设粉末层6时或进行固化时，未将在先固化了的部分作为基础，因而表面粗糙度R容易增大(参照图7A)。
关于内体部92等，也有时存在三维造形物9的具有容易产生应力集中的形状等的部分(应力集中部)。在该情况下，从疲劳寿命的观点来看，以某种造形条件C进行造形，可能会出现在应力集中部以外的部分能够允许而在应力集中部处由于应力集中而无法允许的情况。应力集中部通过数值解析(FEM)等把握，也可以包含在特定部93中。
在特定部造形条件决定步骤(S2)中，判断是否将与标准造形条件Cn不同的特定造形条件Cs应用于特定部93的造形，并决定特定部93的造形条件C，其中，该标准造形条件Cn用于对三维造形物9的除了特定部93以外的标准部91进行造形。也就是说，在通过上述的特定部识别步骤(S1)从造形对象的三维造形物9中识别出至少一个特定部93的情况下，判断能否将特定造形条件Cs应用于所识别出的各特定部93。并且，判断为应用特定造形条件Cs的特定部93的造形条件C决定为特定造形条件Cs，判断为不应用特定造形条件Cs的特定部93的造形条件C决定为标准造形条件Cn。由此，特定造形条件Cs局部应用于三维造形物9。
在图2～图3所示的实施方式中，特定部93是表层部94、表面部95、表面部95中的尤其是突出部96、应力集中部这四种。并且，分为表层部94、包含突出部96的表面部95以及应力集中部这三者，决定所应用的造形条件C(参照图3)。以上的特定造形条件Cs及标准造形条件Cn也可以预先保存在图1所示那样的的造形条件保存DB26中，并且也可以是，特定造形条件Cs针对每种特定部93而准备，标准造形条件Cn根据造形材料5而准备。
在造形条件设定发送步骤(S3)中，发送将特定部93之外的标准部91以标准造形条件Cn造形、并将特定部93以通过特定部造形条件决定步骤(S2)中的判断而决定的造形条件C进行造形的造形条件设定Ic。例如，在使用造形条件决定装置2决定造形条件的情况下，从造形条件决定装置2向造形执行装置1B(在图1中为控制器3)发送造形条件设定。在该情况下，例如在通过造形条件决定装置2的操作者按下指示造形开始的执行按键等操作发送造形条件设定Ic的情况下，发送造形条件设定Ic这一动作也可以是上述那样的操作者的操作。在不使用造形条件决定装置2等的情况下，向图1的控制器3这样的造形执行装置1B输入造形条件C的输入操作也包含在此处所说的发送中。由此，能够开始由造形执行装置1B进行的三维造形物9的造形。
在此，从例如疲劳寿命或疲劳强度的观点来看，标准造形条件Cn是以适合于内体部92等除了特定部93以外部分的造形的方式确定、或根据造形材料5确定的造形条件C。并且，特定造形条件Cs是与标准造形条件Cn相比，能够改善三维造形物9的内部缺陷的形状、大小、表面粗糙度R的条件。因而，通过进行基于特定造形条件Cs的造形，从而能够减小相应造形部分中的内部缺陷尺寸a及表面粗糙度R。特别是，突出部96、应力集中部是三维造形物9的形状特征部分，即使在使标准造形条件Cn最适合于造形材料5的情况下，也可能会出现未满足设计疲劳寿命Nd那样使疲劳寿命降低的情况，因此容易出现需要基于特定造形条件Cs的造形。
更具体来说，标准造形条件Cn及特定造形条件Cs作为条件分别包含使造形材料5固化的固化条件和造形材料5的层叠厚度t(层叠间距)的层叠厚度条件中的至少一方。例如在像金属层叠造形法(参照图1)或光造形法等那样向造形材料5的各薄层(例如粉末层6)照射射束进行固化的情况下，上述的固化条件是射束的照射次数、扫描速度、扫描间距、射束输出、偏移(后述)等。并且，如后所述，特定造形条件Cs与标准造形条件Cn相比包含例如增加射束照射次数的条件，从而能够实现内部缺陷尺寸a及表面粗糙度R的改善。
也就是说，针对三维造形物9所具有的标准部91应用标准造形条件Cn，另一方面，针对特定部93，根据判断基于特定造形条件Cs的造形的必要性的结果来决定所应用的造形条件C(特定造形条件Cs或标准造形条件Cn)。基于特定造形条件Cs进行了造形的部分与以标准造形条件Cn进行造形的情况相比，虽然能够改善内部缺陷尺寸a及表面粗糙度R，但反过来会导致造形时间增加等。因此，特定造形条件Cs并不应用于三维造形物9整体，而仅应用于特定部93，由此在实现品质提升的同时抑制造形时间增加等。
接下来，按照图2所示的流程说明具有上述步骤的三维层叠造形方法。在以下的说明中，造形条件决定装置2执行该流程。
在图2的步骤S0中，执行标准部造形条件决定步骤，将三维造形物9的标准部91的造形条件C决定为标准造形条件Cn。例如，也可以通过将三维造形物9整体(标准部91和特定部93双方)的造形条件C默认决定为标准造形条件Cn来进行该步骤S0。然后，在步骤S1中执行上述的特定部识别步骤(S1)，识别三维造形物9所具有的特定部93。在步骤S2中，执行上述的特定部造形条件决定步骤(S2)。更详细来说，在该步骤S2中，在步骤S2a中决定表层部94的造形条件C，在步骤S2b中决定表面部95(包含突出部96)的造形条件C。另外，在步骤S2c中决定内体部92中的应力集中部的造形条件C。在步骤S3中，执行上述的造形条件设定步骤(S3)，向控制器3设定(输入)所决定的造形条件C。
然后，在步骤S4中执行造形步骤。即，控制器3按照二维切片数据和所设定(输入)的造形条件C来对复涂器8及射束照射单元7进行控制，从而进行三维造形物9的造形。
根据上述结构，三维造形物9的标准部91以标准造形条件Cn进行造形，且特定部93以所决定的造形条件C进行造形，从而能够以与部位对应的各造形条件C对三维造形物9的标准部91和特定部93分别进行造形。另外，特定造形条件Cs是与标准造形条件Cn相比例如增加照射次数等能够改善内部缺陷或表面粗糙度的条件，从而能够实现特定部93(三维造形物9)的疲劳寿命提高，通过仅针对特定部93而非三维造形物9整体应用特定造形条件Cs，从而能够抑制造形时间的增加。
接下来，使用图4～图8，对与应用于三维造形物9的特定部93的造形条件C的判断方法相关的几个实施方式进行说明。
图4是示出本发明一实施方式的特定部造形条件决定步骤(S2)的详细内容的图。图5是用于说明内部缺陷尺寸a与疲劳强度σw的关系的图。图6A是用于说明本发明一实施方式的内体部92中的内部缺陷尺寸a与疲劳强度降低系数S的关系的图。图6B是用于说明本发明一实施方式的表层部94中的内部缺陷尺寸a与疲劳强度降低系数S的关系的图。图7A是用于说明本发明一实施方式的突出角度α与表面粗糙度R的关系的图。图7B是用于说明本发明一实施方式的表面粗糙度R与疲劳强度降低系数S的关系的图。另外，图8是用于分别说明本发明一实施方式的预测疲劳寿命与设计疲劳寿命Nd相比较大的情况和较小的情况的图。
在几个实施方式中，如图4所示，上述的特定部造形条件决定步骤(图2的S2、图3的S2a、图3的S2b)包括因子值预测步骤(S21)和应用条件判断步骤(S22～S26)。
在因子值预测步骤(S21)中对疲劳寿命降低因子的值进行预测，该疲劳寿命降低因子的值为以标准造形条件Cn对特定部93进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸a和表面粗糙度中的至少一方。更详细来说，针对每种造形材料5，预先通过实验等来把握以标准造形条件Cn对三维造形物9进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸a和/或表面粗糙度R，并将其预先保存于数据库(疲劳寿命降低因子值DB24)中。由此，能够通过参照疲劳寿命降低因子值DB24，来对每种造形材料5预测与造形条件C对应的内部缺陷尺寸a、表面粗糙度R。例如，关于内部缺陷尺寸a，也可以采用在以标准造形条件Cn对三维造形物9进行了造形的情况下的频度分布(概率分布)，能够预测以希望的概率(例如2σ、3σ等)产生的内部缺陷尺寸a。另外，关于表面粗糙度R，也可以分为突出部96等依赖于形状的部分和除此以外的表面部95来预测表面粗糙度R。
在应用条件判断步骤(S22～S26)中，使用因子值预测步骤(S21)中的疲劳寿命降低因子值的预测结果，判断是否将特定造形条件Cs应用于特定部93的造形。在几个实施方式中，该判断可以基于疲劳寿命降低因子值与针对每种疲劳寿命降低因子所设定的规定阈值的比较来进行，也可以在疲劳寿命降低因子值为规定阈值以上的情况下判断为将特定造形条件Cs应用于特定部93的造形，反之在疲劳寿命降低因子值低于规定阈值的情况下判断为将标准造形条件Cn应用于特定部93的造形。如图5所示，推定疲劳强度σw(疲劳限度)在内部缺陷尺寸a变为规定值a1之前不变，但若超过a1，则随着内部缺陷尺寸a增大而降低。因而，也可以将例如推定疲劳强度σw降低至无法允许的值设定为閾值。
在其他几个实施方式中，如后所述，也可以通过计算疲劳强度降低系数S来进行判断。
根据上述结构，基于疲劳寿命降低因子值的预测结果来判断是否将特定造形条件Cs应用于特定部93的造形，从而能够实现满足疲劳寿命要求的三维造形物9的造形。需要说明的是，在应用条件判断步骤(S22～S26)中所判断的造形条件C被决定为特定部93的造形条件C，特定部93的造形条件C被确定为标准造形条件Cn和特定造形条件Cs中的任一个。同时，还确定标准部91的造形条件为标准造形条件Cn。
另外，关于上述的应用条件判断步骤(S22～S26)，在几个实施方式中，也可以如图4所示那样，通过计算疲劳强度降低系数S来进行判断。具体来说，应用条件判断步骤(S22～S26)包括疲劳强度降低系数计算步骤(S22)、标准S-N曲线获取步骤(S23)、应力解析结果获取步骤(S24)以及应用判断步骤(S25～S26)。
在疲劳强度降低系数计算步骤(S22)中，计算与通过因子值预测步骤(S21)预测出的疲劳寿命降低因子值对应的疲劳强度降低系数S。在此，疲劳强度降低系数S是用于预测由造形材料5构成的平滑材料的S-N曲线(以下称为标准S-N曲线Ln。)对应于疲劳寿命降低因子值以何种程度降低的系数。例如，通过将标准S-N曲线Ln乘以疲劳强度降低系数，从而得到与疲劳寿命降低因子的值对应的S-N曲线的预测(以下记为预测S-N曲线)(参照图8)。该疲劳强度降低系数S预先通过实验或数值解析等求出。例如也可以与标准S-N曲线Ln一起预先保存于数据库(强度信息DB25)(参照图1)，由此，可通过参照强度信息DB，来获得与造形材料5及疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数S。
在此，对内部缺陷尺寸a与疲劳强度降低系数S的关系进行说明，如图6A～图6B所例示，随着内部缺陷尺寸a的增加，疲劳强度降低系数S也增加。但是，在表层部94和内体部92，疲劳强度降低系数S相对于内部缺陷尺寸a的增加方式不同。具体来说，对于内体部92而言，疲劳强度降低系数S以与内部缺陷尺寸a的增加成比例的方式增加(参照图6A)。与此相对，对于表层部94而言，随着内部缺陷尺寸a的增加而疲劳强度降低系数S以对数函数的方式增加(参照图6B)。也就是说，对于表层部94，与内体部92相比，内部缺陷尺寸a对疲劳强度降低系数S的影响更为显著。这是如上述那样将三维造形物9的表层部94确定为特定部93的理由。
另一方面，对表面粗糙度R与疲劳强度降低系数S的关系进行说明，如图7B所例示的那样，随着表面粗糙度R的增加而疲劳强度降低系数S以对数函数的方式增加。特别是，表面粗糙度R受到突出角度α的影响，如图7A所示，突出角度α越小则表面粗糙度R(算术平均粗糙度Ra)越大。这是如上述那样将三维造形物9的突出部96确定为特定部93的理由。
在标准S-N曲线获取步骤(S23)中获取上述的标准S-N曲线Ln，该标准S-N曲线Ln示出关于由造形材料5构成的平滑材料的应力振幅Δσ与到断裂为止的重复次数N的关系。也可以预先将通过例如疲劳试验、数值解析(FEM)、获取文献值等得到的标准S-N曲线Ln预先保存于强度信息DB25，并从强度信息DB25中获取标准S-N曲线Ln(参照图1)。
在应力解析结果获取步骤(S24)中，基于设计数据D获取特定部93等三维造形物9的至少一部分的应力解析结果。例如，如图1所示，也可以构成为，将通过FEM等数值解析而得到的特定部93中产生的应力(应力振幅Δσ)的解析结果输入至造形条件决定装置2。在其他几个实施方式中，也可以预先将与三维造形物9或部分形状对应的应力的解析结果预先数据库化，并从该数据库中获取。在其他几个实施方式中，也可以通过在该步骤中实际执行应力解析来获取。
在应用判断步骤(S25～S26)中，使用疲劳强度降低系数S及标准S-N曲线Ln，针对特定部93计算与在应力解析结果获取步骤(S24)中获取到的应力的解析结果对应的、直到断裂为止的重复次数即预测疲劳寿命(S25)，并基于所计算出的预测疲劳寿命与设计疲劳寿命Nd的比较，判断是否对特定部93的造形应用特定造形条件Cs(S26)。特定部93的预测疲劳寿命例如能够通过下述方式计算：在通过对疲劳强度降低系数S和标准S-N曲线Ln进行运算(乘法运算)而获得关于特定部93所预测的预测S-N曲线Ls后，根据预测S-N曲线Ls获得与应力解析结果得到的应力振幅Δσ对应的重复次数N。
另外，使用图8对应用于特定部93的造形条件C的判断进行说明，在特定部93中产生的应力的解析结果为例如应力振幅Δσ1的情况下，根据预测S-N曲线Ls，预测疲劳寿命为N1。该情况下的预测疲劳寿命(N1)比设计疲劳寿命Nd小(N1＜Nd)。由此，由于无法满足设计疲劳寿命Nd，因此判断为不允许以标准造形条件Cn进行特定部93的造形，而将特定造形条件Cs应用于特定部93的造形条件C。反之，在特定部93产生的应力的解析结果为例如应力振幅Δσ2的情况下，根据预测S-N曲线Ls，预测疲劳寿命为N2。该情况下的预测疲劳寿命(N2)大，为设计疲劳寿命Nd以上(N2≥Nd)。由此，由于能够满足设计疲劳寿命Nd，因此判断为允许使用标准造形条件Cn进行特定部93的造形，将标准造形条件Cn应用于特定部93的造形条件C。
按照图4所示的流程对包含上述步骤S22～S26的实施方式的三维层叠造形方法进行说明。也可以由造形条件决定装置2执行该流程。
在图4的步骤S1中，执行上述的因子值预测步骤，预测疲劳寿命降低因子的值(内部缺陷尺寸a、表面粗糙度R)。在步骤S22中，执行上述的疲劳强度降低系数计算步骤，计算与所预测的疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数S。在步骤S23中，执行上述的标准S-N曲线获取步骤，获取标准S-N曲线Ln。在步骤S24中，执行上述的应力解析结果获取步骤，获取特定部93中产生的应力的解析结果。
在后续的步骤S25～S26中执行应用判断步骤。具体来说，在步骤S25中，使用疲劳强度降低系数S及标准S-N曲线Ln、特定部93中产生的应力的解析结果，来计算特定部93的预测疲劳寿命。然后，在步骤S26a中，将特定部93的预测疲劳寿命与设计疲劳寿命Nd进行比较，在预测疲劳寿命为设计疲劳寿命Nd以上的情况下，在步骤S26y中，将特定部93的造形条件C判断(决定)为标准造形条件Cn。反之，在步骤S26a中的比较结果为预测疲劳寿命小于设计疲劳寿命Nd的情况下，在步骤S26n中，将特定部93的造形条件C判断(决定)为特定造形条件Cs。这样，在应用判断步骤(S25～S26)中针对每个特定部93所判断出的造形条件C被决定为对该特定部93进行造形的条件。
上述说明的图4的各步骤无论特定部93的种类如何均相同。也就是说，在示出特定部93为表层部94或应力集中部的情况下的造形条件C的决定流程的图9、以及示出特定部93为表面部95的情况下的造形条件C的决定流程的图10中也同样地，在步骤S21～步骤S26中，根据是否允许基于标准造形条件Cn的表层部94、应力集中部(图9)或表面部95(图10)的造形来进行决定，即，在无法允许的情况下通过步骤S27将造形条件C决定为特定造形条件Cs，在能够允许的情况下通过步骤28将造形条件C决定为标准造形条件Cn。
需要说明的是，在其他几个实施方式中，关于内体部92的造形条件C也可以与上述关于特定部93的实施方式同样地应用特定造形条件Cs。即，预测内体部92的内部缺陷尺寸a(因子值预测步骤)，计算与预测出的内部缺陷尺寸a的值对应的疲劳强度降低系数(疲劳强度降低系数计算步骤)，获取标准S-N曲线Ln(标准S-N曲线获取步骤)，基于设计数据D获取三维造形物9的至少一部分的应力的解析结果(应力解析结果获取步骤)，使用疲劳强度降低系数S及标准S-N曲线Ln来针对内体部92计算预测疲劳寿命。基于按照上述方式得到的内体部92的预测疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较，来判断是否将特定造形条件Cs应用于内体部92的造形(应用判断步骤)，从而也可以判断是否能够允许基于标准造形条件Cn的内体部92的造形。在图11所示的实施方式中，在步骤01中进行上述判断，在无法允许的情况下，在步骤S02～步骤S04中应用特定造形条件Cs。具体来说，在步骤S02中，根据其是否为内体部92的一部分(局部)，来执行针对整体(S03)或局部(S04)的重熔。需要说明的是，在步骤S01中判断为能够允许的情况下，内体部92的造形条件C直接成为标准造形条件Cn(S05)。
根据上述结构，在基于应力条件、疲劳强度降低系数S以及标准S-N曲线Ln求出以标准造形条件Cn对特定部93进行了造形的情况下的特定部93的预测疲劳寿命后，基于该预测疲劳寿命与设计疲劳寿命Nd的比较来决定造形条件C。具体来说，在预测疲劳寿命小于设计疲劳寿命Nd的情况下，将特定造形条件Cs应用为特定部93的造形条件C，在预测疲劳寿命为设计疲劳寿命Nd以上的情况下，将标准造形条件Cn应用为特定部93的造形条件C。由此，由于能够使特定部93的疲劳寿命大至设计疲劳寿命Nd以上，因此能够满足三维造形物9的疲劳寿命的要求。
接下来对特定造形条件Cs进行说明。
在几个实施方式中，特定造形条件Cs与标准造形条件Cn相比，用于固化层叠的造形材料的粉末层6的射束的照射次数多、或扫描速度慢、或扫描间距窄、或射束输出大、或偏移大、或粉末层6的厚度t薄中的至少一个成立。上述偏移是用于以表面部95为基准来决定开始进行表层部94或内体部92的层叠的位置的参数，通过一边使表层部94的层叠开始位置或内体部92的层叠开始位置中的至少一方的偏移变大一边进行优化，从而能够减小内部缺陷尺寸a或表面粗糙度R。通过像这样调整特定造形条件Cs下的粉末层6的固化条件、粉末层6的厚度条件，从而与基于标准造形条件Cn的造形相比，能够改善内部缺陷尺寸a或表面粗糙度R。
另外，在几个实施方式中，如图10所示，关于特定部93为表面部95的情况下的特定造形条件Cs，在表面部95包含突出部96的情况下，与标准造形条件Cn相比，使形成突出部96的粉末层6的厚度t变薄(步骤S27c)，并且在表面部95不包含突出部96的情况下，使除了粉末层6的厚度t以外的条件与标准造形条件Cn不同(步骤S27b)。在图10所示的实施方式中，关于表面部95是突出部96以外的部分的情况下的特定造形条件Cs，与标准造形条件Cn相比，使将层叠的造形材料5的粉末层6固化的射束的照射次数增加。
更详细来说，在图10所示的实施方式中，上述步骤S27的执行为，首先在步骤S27a中，判断表面部95是否为突出部96。接着，在步骤S27a中的判断结果为表面部95不是突出部96的情况下，在步骤S27b中，应用与标准造形条件Cn相比使射束的照射次数增加了的特定造形条件Cs。需要说明的是，在图10所示的实施方式中，标准造形条件Cn下的射束照射次数为一次，在特定造形条件Cs下进行照射两次的重熔。反之，在表面部95是突出部96的情况下，在步骤S27c中，应用包含与标准造形条件Cn下的层叠厚度条件相比层叠厚度t较薄的条件的特定造形条件Cs。
若与标准造形条件Cn相比使粉末层6的厚度t变薄，则铺设粉末层6的次数增加，因此与例如在局部的特定部93处增加射束的照射次数的情况相比，造形时间进一步增加。根据上述结构，能够在可靠改善突出部96的表面粗糙度R的同时抑制造形时间的增加。
以下使用图12对执行上述三维层叠造形方法的三维层叠造形装置1进行说明。图12是本发明一实施方式的造形条件决定装置2的功能框图。需要说明的是，在图1所示的实施方式中，以造形条件决定装置2执行图2所示的三维层叠造形方法中的步骤S0～S3、造形执行装置1B步骤S4的方式来进行功能分配。
如图12所示，三维层叠造形装置1(造形条件决定装置2)具备执行上述特定部识别步骤(S1)的特定部识别部11、执行上述特定部造形条件决定步骤(S2)的特定部造形条件决定部12、以及执行上述造形条件设定发送步骤(S3)的造形条件设定发送部13。造形条件决定装置2由计算机构成，至少包括未图示的CPU(处理器)、ROM及RAM这样的存储器(存储装置)、用于与控制器3等外部设备连接的外部通信接口。并且，CPU按照下载在主存储装置中的程序(造形条件决定程序)的命令进行动作(数据运算等)，从而实现上述各功能部。
特定部识别部11从未图示的设计信息管理系统等输入设计数据D。另外，特定部识别部11与特定部造形条件决定部12连接，将识别出的特定部93的信息向特定部造形条件决定部12发送。该特定部造形条件决定部12与造形条件设定发送部13连接。另外，造形条件设定发送部13在图1所示的实施方式中与控制器3连接，造形条件设定发送部13将造形条件设定Ic向控制器3发送。
在几个实施方式中，如图12所示，上述的特定部造形条件决定部12也可以包括执行上述因子值预测步骤(S21)的因子值预测部12a、以及执行上述应用条件判断步骤(S22～S26)的应用条件判断部12b。
另外，在几个实施方式中，如图12所示，上述的应用条件判断部12b还可以具备执行上述疲劳强度降低系数计算步骤(S22)的疲劳强度降低系数计算部12c、执行上述标准S-N曲线获取步骤(S23)的标准S-N曲线获取部12d、执行上述应力解析结果获取步骤(S24)的应力解析结果获取部12e、以及执行上述应用判断步骤(S25～S26)的应用判断部12f。
以上以金属层叠造形法为例，对三维层叠造形方法及三维层叠造形装置1进行了说明。本发明不限定于上述实施方式，还包含对上述实施方式实施了变形的方式或将以上方式适当组合而成的方式。
例如，本发明不限定于金属层叠造形法，也可以应用于其他三维层叠造形技术。
另外，上述的三维层叠造形方法在任一实施方式中，作为前提，均决定了根据造形材料5而最优化了的标准造形条件Cn，并按照特定造形条件Cs以改善疲劳寿命降低因子的值的方式来进行决定。但本发明不限定于以上实施方式。在其他几个实施方式中，也可以预先将满足特定部93的设计疲劳寿命Nd的造形条件C预先决定为标准造形条件Cn，并且特定造形条件Cs以标准部91满足设计疲劳寿命Nd为前提、设为为了缩短造形时间而允许疲劳寿命降低因子(内部缺陷尺寸a或表面粗糙度R等)的值与标准造形条件Cn相比恶化那样的条件。
附图标记说明：
1 三维层叠造形装置
1A 造形辅助装置
1B 造形执行装置
11 特定部识别部
12 特定部造形条件决定部
12a 因子值预测部
12b 应用条件判断部
12c 疲劳强度降低系数计算部
12d 标准S-N曲线获取部
12e 应力解析结果获取部
12f 应用判断部
13 造形条件设定发送部
2 造形条件决定装置
24 疲劳寿命降低因子值DB
25 强度信息DB
26 造形条件保存DB
3 控制器
4 基板
5 造形材料
6 粉末层
7 射束照射单元
8 复涂器
9 三维造形物
91 标准部
92 内体部
93 特定部
94 表层部
95 表面部
96 突出部
D 设计数据
C 造形条件
Cn 标准造形条件
Cs 特定造形条件
Ic 造形条件设定
S 疲劳强度降低系数
a 内部缺陷尺寸
R 表面粗糙度
Ln 标准S-N曲线
Ls 预测S-N曲线
N 重复次数
Nd 设计疲劳寿命
t 粉末层的厚度(层叠厚度)

Claims (16)

1.一种三维层叠造形条件决定方法，在该三维层叠造形条件决定方法中，基于三维造形物的设计数据来决定层叠造形材料以造形所述三维造形物的造形条件，其特征在于，
所述三维层叠造形条件决定方法包括：
特定部识别步骤，在该特定部识别步骤中，基于所述设计数据来识别所述三维造形物中局部包含的特定部；以及
特定部造形条件决定步骤，在该特定部造形条件决定步骤中，判断是否将与标准造形条件不同的特定造形条件应用于所述特定部的造形，并决定所述特定部的造形条件，所述标准造形条件用于所述三维造形物的除了所述特定部以外的标准部的造形。
2.根据权利要求1所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
所述特定部造形条件决定步骤包括：
因子值预测步骤，在该因子值预测步骤中，预测疲劳寿命降低因子的值，该疲劳寿命降低因子是以所述标准造形条件对所述特定部进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸和表面粗糙度中的至少一方；以及
应用条件判断步骤，在该应用条件判断步骤中，使用所述因子值预测步骤中的所述疲劳寿命降低因子的值的预测结果，判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
3.根据权利要求2所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
所述应用条件判断步骤包括：
疲劳强度降低系数计算步骤，在该疲劳强度降低系数计算步骤中，计算与在所述因子值预测步骤中所预测的所述疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数；
标准S-N曲线获取步骤，在该标准S-N曲线获取步骤中，获取标准S-N曲线，该标准S-N曲线示出关于由所述造形材料构成的平滑材料的应力振幅与直至断裂为止的重复次数的关系；
应力解析结果获取步骤，在该应力解析结果获取步骤中，基于所述设计数据获取所述三维造形物的至少一部分的应力的解析结果；以及
应用判断步骤，在该应用判断步骤中，使用所述疲劳强度降低系数及所述标准S-N曲线，来针对所述特定部计算与在所述应力解析结果获取步骤中获取到的所述应力的解析结果对应的所述重复次数即预测疲劳寿命，并基于所述预测疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较，来判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
所述特定造形条件是与所述标准造形条件相比能够使所述三维造形物的内部缺陷尺寸减小、或使所述三维造形物的表面粗糙度减小的造形条件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
所述特定部包括所述三维造形物的表层部、所述三维造形物的表面部、以及所述三维造形物的内体部的应力集中部中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
在所述特定造形条件下，与所述标准造形条件相比，用于将层叠的所述造形材料的粉末层固化的射束的照射次数多、扫描速度慢、扫描间距窄、射束输出大、偏移大、所述粉末层的厚度薄中的至少一个成立。
7.根据权利要求6所述的三维层叠造形条件决定方法，其特征在于，
所述特定部为所述表面部的情况下的所述特定造形条件为，在所述表面部包含突出部的情况下，形成所述突出部的所述粉末层的厚度与所述标准造形条件相比薄，在所述表面部不包含所述突出部的情况下，除了所述粉末层的厚度以外的条件与所述标准造形条件不同。
8.一种三维层叠造形条件决定装置，其基于三维造形物的设计数据来决定层叠造形材料以造形所述三维造形物的造形条件，其特征在于，
所述三维层叠造形条件决定装置具备：
特定部识别部，其基于所述设计数据来识别所述三维造形物中局部包含的特定部；以及
特定部造形条件决定部，其判断是否将与标准造形条件不同的特定造形条件应用于所述特定部的造形，并决定所述特定部的造形条件，所述标准造形条件用于所述三维造形物的除了所述特定部以外的标准部的造形。
9.根据权利要求8所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
所述特定部造形条件决定部包括：
因子值预测部，其预测疲劳寿命降低因子的值，该疲劳寿命降低因子是以所述标准造形条件对所述特定部进行了造形的情况下的内部缺陷尺寸和表面粗糙度中的至少一方；以及
应用条件判断部，其使用所述因子值预测部中的所述疲劳寿命降低因子的值的预测结果，判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
10.根据权利要求9所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
所述应用条件判断部包括：
疲劳强度降低系数计算部，其计算与由所述因子值预测部所预测的所述疲劳寿命降低因子的值对应的疲劳强度降低系数；
标准S-N曲线获取部，其获取标准S-N曲线，该标准S-N曲线示出关于由所述造形材料构成的平滑材料的应力振幅与直至断裂为止的重复次数的关系；
应力解析结果获取部，其基于所述设计数据获取所述三维造形物的至少一部分的应力的解析结果；以及
应用判断部，其使用所述疲劳强度降低系数及所述标准S-N曲线，来针对所述特定部计算与由所述应力解析结果获取部获取到的所述应力的解析结果对应的所述重复次数即预测疲劳寿命，并基于所述预测疲劳寿命与设计疲劳寿命的比较，来判断是否将所述特定造形条件应用于所述特定部的造形。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
所述特定造形条件是与所述标准造形条件相比能够使所述三维造形物的内部缺陷尺寸减小、或使所述三维造形物的表面粗糙度减小的造形条件。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
所述特定部包括所述三维造形物的表层部、所述三维造形物的表面部、以及所述三维造形物的内体部的应力集中部中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
在所述特定造形条件下，与所述标准造形条件相比，用于将层叠的所述造形材料的粉末层固化的射束的照射次数多、扫描速度慢、扫描间距窄、射束输出大、偏移大、所述粉末层的厚度薄中的至少一个成立。
14.根据权利要求13所述的三维层叠造形条件决定装置，其特征在于，
所述特定部为所述表面部的情况下的所述特定造形条件为，在所述表面部包含突出部的情况下，形成所述突出部的所述粉末层的厚度与所述标准造形条件相比薄，在所述表面部不包含所述突出部的情况下，除了所述粉末层的厚度以外的条件与所述标准造形条件不同。
15.一种三维层叠造形执行方法，其特征在于，
按照通过权利要求1至7中任一项所述的三维层叠造形条件决定方法所决定的造形条件，造形三维造形物。
16.一种三维层叠造形执行装置，其特征在于，
按照由权利要求8至14中任一项所述的三维层叠造形条件决定装置决定的造形条件，造形三维造形物。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113635547A (zh) * 2020-04-27 2021-11-12 精工爱普生株式会社 三维造型装置及三维造型物的制造方法
CN114103096A (zh) * 2020-04-27 2022-03-01 精工爱普生株式会社 三维造型装置以及三维造型物的制造方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11951566B2 (en) * 2019-07-31 2024-04-09 General Electric Company Assignment of multiple print parameter sets in additive manufacturing
CN111036901A (zh) * 2019-12-10 2020-04-21 西安航天发动机有限公司 一种多材料零件的激光选区熔化成形方法
US20230349641A1 (en) * 2020-02-27 2023-11-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Heat exchanger core, heat exchanger, and method of producing heat exchanger core
US11321508B2 (en) 2020-06-26 2022-05-03 Autodesk, Inc. Generative design shape optimization with damage prevention over loading cycles for computer aided design and manufacturing
JP2022056810A (ja) * 2020-09-30 2022-04-11 セイコーエプソン株式会社 三次元造形用データの生成方法および三次元造形物の製造方法
JP2023003252A (ja) 2021-06-23 2023-01-11 株式会社神戸製鋼所 積層造形支援装置、積層造形装置、積層造形支援方法、及びプログラム
WO2023042387A1 (ja) * 2021-09-17 2023-03-23 株式会社ニコン 情報処理装置、計測システム、造形システム、情報処理方法、造形方法及び情報出力装置
JP2024063592A (ja) * 2022-10-26 2024-05-13 株式会社神戸製鋼所 造形支援情報生成方法及び造形支援情報生成装置、造形支援方法及び造形支援装置、並びにプログラム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437284A1 (de) * 1994-10-18 1996-04-25 Eos Electro Optical Syst Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung zur Ablenkung eines Laserstrahls
CN104050314A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 西科尔斯基飞机公司 用于多功能组件的增材拓扑优化制造
CN105307840A (zh) * 2013-07-19 2016-02-03 波音公司 添加制造部件的质量控制
EP3026516A1 (en) * 2014-11-25 2016-06-01 United Technologies Corporation System and process for evaluating and manufacturing additively manufactured components

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0976353A (ja) 1995-09-12 1997-03-25 Toshiba Corp 光造形装置
JP3943315B2 (ja) * 2000-07-24 2007-07-11 松下電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法
JP2003129862A (ja) 2001-10-23 2003-05-08 Toshiba Corp タービン翼の製造方法
US20130124151A1 (en) * 2011-08-26 2013-05-16 Radomir Mech Methods and Apparatus for Printability of Three-Dimensional Objects
AU2014206669B2 (en) * 2013-01-17 2017-11-23 Bae Systems Plc Object production using an additive manufacturing process
JP6308421B2 (ja) 2014-01-16 2018-04-11 株式会社Ihi 三次元造形物の製造方法
JP2015193866A (ja) 2014-03-31 2015-11-05 日本電子株式会社 ３次元積層造形装置、３次元積層造形システム及び３次元積層造形方法
JP6320123B2 (ja) * 2014-03-31 2018-05-09 三菱重工業株式会社 三次元積層装置及び三次元積層方法
US9987800B2 (en) * 2014-11-17 2018-06-05 Formlabs, Inc. Systems and methods of simulating intermediate forms for additive fabrication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437284A1 (de) * 1994-10-18 1996-04-25 Eos Electro Optical Syst Verfahren zum Kalibrieren einer Steuerung zur Ablenkung eines Laserstrahls
CN104050314A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 西科尔斯基飞机公司 用于多功能组件的增材拓扑优化制造
CN105307840A (zh) * 2013-07-19 2016-02-03 波音公司 添加制造部件的质量控制
EP3026516A1 (en) * 2014-11-25 2016-06-01 United Technologies Corporation System and process for evaluating and manufacturing additively manufactured components
CN105825039A (zh) * 2014-11-25 2016-08-03 联合工艺公司 用于评估和制造增材制造组件的系统和工艺

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113635547A (zh) * 2020-04-27 2021-11-12 精工爱普生株式会社 三维造型装置及三维造型物的制造方法
CN114103096A (zh) * 2020-04-27 2022-03-01 精工爱普生株式会社 三维造型装置以及三维造型物的制造方法
US11701833B2 (en) 2020-04-27 2023-07-18 Seiko Epson Corporation Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaped article production method
CN113635547B (zh) * 2020-04-27 2023-10-03 精工爱普生株式会社 三维造型装置及三维造型物的制造方法
CN114103096B (zh) * 2020-04-27 2024-01-26 精工爱普生株式会社 三维造型装置以及三维造型物的制造方法

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