JP2004164364A - Generation system and generation method of molding of sensible form - Google Patents

Generation system and generation method of molding of sensible form Download PDF

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JP2004164364A JP2002330294A JP2002330294A JP2004164364A JP 2004164364 A JP2004164364 A JP 2004164364A JP 2002330294 A JP2002330294 A JP 2002330294A JP 2002330294 A JP2002330294 A JP 2002330294A JP 2004164364 A JP2004164364 A JP 2004164364A
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Katsuhiro Maekawa
克廣 前川
Terutake Hayashi
照剛 林
Tomohiro Nishii
智寛 西井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generation system and generation method of a molding of sensible form that can induce a visual impression leading to a motivation for purchase, and a comfortable healing effect, in those who encounter manufactured moldings, by integrating article forms with 1/f fluctuation components at a design stage. <P>SOLUTION: The molding generation system 11 comprises a form data generation device 12 for integrating design data obtained from a basic form of a virtual three-dimensional article with separately obtained fluctuation factors to generate form data with fluctuations, a data conversion processing device 32 for converting the form data with fluctuations generated by the form data generation device 12 to STL format data, and a three-dimensional molding device 42 for generating an article form with fluctuations according to the STL data converted in the data conversion processing device 32. A molding of sensible form can be thus generated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、茶器等を含む各種の物品形状を設計するに際し1/fゆらぎ成分を取り込んで行うことにより、造形物として製品化した物品から単なる工業製品からは感じ取ることができない強い購入意欲を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる感性形状を付与した造形物の創成システム及びその創成方法に関する技術である。
【0002】
【従来の技術】
従来より3次元コピー技術を利用した各種の積層造形システムが提供されてきており、こらのうちには、微粉体テープ用いたレーザーマイクロ積層造形方法及び装置(例えば、特許文献1参照)や光造形装置及び光造形方法(例えば、特許文献2参照)などもある。
【0003】
【特許文献1】特開平11−262657号公報
【特許文献2】特開2001−252986号公報
【0004】
特許文献1には、金属微粉体又は金属とセラミックスの混合微粉体にバインダーを加えて成形した微粉体テープ面にレーザー光を照射して、金属又は金属とセラミックスとからなる積層造形体を形成する技術が開示されている。この開示技術によれば、明確な異相が存在する積層造形体や、空洞部を持つ比較的複雑な形状の造形体を、高精度で比較的容易に製造することができるとされている。
【0005】
特許文献2には、液晶マスクと可視光とを用いて、面露光による非積層での造形を、高い造形自由度、高精度、高速で実現できる技術が開示されている。
【0006】
一方、癒し効果があるとされる1/fゆらぎ成分に関する従来技術のなかには、物品形状に1/fゆらぎ成分を取り込むことにより、見る者に対し快適感を感じさせることができるようにしたもの(例えば、特許文献3参照)もある。
【0007】
【特許文献3】第2775158号特許公報
【0008】
特許文献3には、その表面を1/fでゆらがせることにより、見る者に快適感などのやすらぎを感じさせることができる壁紙に関する技術が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1,2には、積層造形法に代表されるようなラピッドプロトタイピング技術が開示されてはいるものの、これを工業的に製造するに際しては必然的に機能性とコスト性とが追求されることになる。つまり、このような手法により製造される工業製品は、見た目にも画一的で無機質な外観形状を呈するものとなりがちであり、これに接する人間に対し他の同種製品と差別化し得る購入意欲を触発できるような強い動機付けを与えることが難しいという不都合があった。
【0010】
一方、特許文献3には、その表面を1/fでゆらがせることにより、見る者に対し快適感などのやすらぎを感じさせることができるようにした壁紙が開示されてはいるものの、壁紙以外の他の物品に対しても適用できる汎用性がなく、応用領域が狭いという不具合があった。
【0011】
本発明は、従来技術にみられた上記課題に鑑み、物品を設計する際に1/fゆらぎ成分をその形状に取り込むことにより、製品化した造形物に接する人間に対し購入を動機付ける契機となる視覚印象を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる感性形状を付与した造形物の創成システム及びその創成方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、そのうちの第1の発明(造形物の創成システム)は、3次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得したゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データの生成を自在とした形状データ生成装置と、該形状データ生成装置で生成されたゆらぎを伴った形状データのSTL形式のデータへの変換を自在としたデータ変換処理装置と、該データ変換処理装置で変換されたSTLデータに基づいてゆらぎを伴った物品形状の創成を自在とした3次元造形装置とで少なくとも構成したことに構成上の特徴がある。
【0013】
また、第2の発明(造形物の創成方法)は、3次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、ゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、生成されたゆらぎを伴った前記形状データをSTL形式のデータに変換するデータ変換工程と、変換後の前記STLデータに基づいてゆらぎを伴った3次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも含むことに構成上の特徴がある。
【0014】
この場合、前記形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理は、前記仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む1次元的手法により行うことができるほか、前記仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む2次元的手法により行うこともできる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における第1の発明(造形物創成システム)の概略構成例を示すブロック図であり、造形物創成システム11の全体は、形状データ生成装置12とデータ変換処理装置32と3次元造形装置42とで構成されている。
【0016】
このうち、形状データ生成装置12は、基本形状として用意される仮想物品を設計してその設計データを得る基本形状設計手段13と、ゆらぎ因子を生成してこれを取得するゆらぎ因子生成手段14と、このようにして得られた設計データにゆらぎ因子を組み込ませてなる形状データを生成する形状データ生成手段25とで構成されている。
【0017】
このうち、基本形状設計手段13は、コンピュータによる設計支援(CAD)のもとでゆらぎ因子を含まない基本形状としての仮想物品につき設計を行うことができ、これにより該仮想物品の設計データが生成される。
【0018】
ゆらぎ因子生成手段14は、1/fゆらぎを人為的に生成するために用いられるものであり、自然界に存在する1/fゆらぎをデータとして取得することも一応は可能であるものの、その際に取得しなければならないデータ量は膨大なものとなることから、本発明においては、次式(1)で計算される1/fゆらぎ波形を人為的に生成して用いている。
【0019】
【数1】

Figure 2004164364
【0020】
通常、1/fゆらぎを人為的に生成する場合には、上記式(1)の位置を表すパラメータdの代わりに時間を表すパラメータtを用いて、初期値x(0<x<1)を与え、時間tにおける値を求める。しかし、本発明では、時間変化する信号でなく、3次元形状にゆらぎ因子を組み込むため、時間軸の代わりに位置を示すベクトル軸を導入し、式(1)に示すように位置を表すパラメータdを用いて、点dにおける値を求める。このとき、初期値x=0.8とした場合の計算結果(ゆらぎの波形)を図2として示す。また、図3は、図2で示した波形のパワースペクトル分布を示したものである。なお、図3における横軸の「周波数」は、1周の長さを基準とし、その測定基準長さを、繰り返される凹凸の周期の波長で割ったものを意味している。
【0021】
形状データ生成手段25は、造形物の製造段階に何らかのゆらぎ現象が起きるためにその形状もゆらぐものであると仮定し、この現象をシミュレートすることにより1/fゆらぎを造形物に付与するために用いられる。
【0022】
この場合、ゆらぎ現象により造形物の形状がゆらぐという現象には、さまざまな態様が考えられるが、本発明においては、基本形状(仮想物品)をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む1次元的手法と、基本形状をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む2次元的手法との二種類を採用している。
【0023】
図4は、このうちの1次元的手法について示すものであり、まず、物品の基本形状を定めて仮想物品15とし、該仮想物品15の基準面から等間隔となるようにある厚さで輪切り(スライス)にして個々のスライス面15a,15b,15c,・・・を形成する。
【0024】
次に、ゆらぎを導入する流線17を仮想物品15の円周曲面16上にらせん状に設定し、適宜の回数で周回させた流線17とスライス面15a,15b,15c,・・・の円周との交点18の座標を1/fゆらぎに従って半径方向(円心方向)へと移動させて円周曲面上に凹凸をつける。
【0025】
この場合、図2に示した波形からも明らかなように、上記式で求められる1/fゆらぎの波形は、点dの時の値と点d+1の時の値との間には大きな隔たりがある場合が少なくない。
【0026】
図4で示した1/fゆらぎの適用法は、1/fゆらぎの波形を基本形状である仮想物品15の表面にそのまま凹凸として転写する手法である。このため、波形の中に見出されれる不連続な部分は、創成後の造形物の表面中において、局所的に曲率の変化した部分として現れてしまうことになる。
【0027】
そこで、上記1次元的手法においては、1/fゆらぎの波形の特徴を損なうことなく、かつ、局所的に曲率が変化部分を少なくする方法として、次式に示す補間処理を施している。なお、この式において、v,vは頂点座標で、vは求める座標とする。
【0028】
【数2】
Figure 2004164364
【0029】
図5は、他の一つである2次元的手法について例示するものであり、この例によれば、まず、型押し模様が規則正しく並べられた基本形状を定める。図5(a)によれば、基本形状19は、底辺が正方形の四角錐20を等間隔で押し当てた形となって用意される。
【0030】
次に、この基本形状19に1/fゆらぎを導入する。図5(b)に示す例では、四角錐20の頂点21の座標をx,y,z方向のそれぞれにdx,dy,dzだけ移動させている。なお、1/fゆらぎはスカラー量であるから、1の頂点21の移動量を計算するのには、dx,dy,dzのそれぞれについて1/fゆらぎを適用したものを計算し、最終的に足し合わせ、三次元のベクトル量として扱うことになる。
【0031】
図5(c)は、図5(a)の基本形状19に図5(b)に示す1/fゆらぎを導入した後の型押し模様22であり、規則的なデザインにありがちな画一的な視覚印象を防いだものとすることができる。
【0032】
一方、図1におけるデータ変換処理装置32は、3次元CAD装置などからなるSTLデータ作成手段33とSTLデータ入力手段34とデータ処理手段35とで構成されている。
【0033】
STLデータ作成手段33で作成されるSTLデータは、造形対象物の表面を微小な三角形平面(微小平面)の集合体とみなして造形対象物の形状を表現した形状データとして示される。この場合、個々の微小表面は、微小三角形を構成する3つの頂点と、三次元形状の内部方向を示す法線とによって定義付けられる。
【0034】
すなわち、STLデータは、図6に概念的に示してあるようにひとつの微小平面P1につき、法線ベクトルデータDN1と第1頂点データDA1と第2頂点データDA2と第3頂点データDA3とからなるデータを有している。同図に示すように他の微小平面P2,P3,・・・についても同様のデータを有している。
【0035】
また、STLデータ作成手段33で作成されるSTLデータには、図7に概念的に示されているように感性情報F1,F2,F3,・・・が付加される。なお、感性情報には、ゆらぎ因子生成手段14により生成されるゆらぎ成分のほか、色彩情報のような感性に訴える他の情報も含めておくことができる。
【0036】
STLデータ入力手段34は、作成されたSTLデータを取得してこれを後段に用意されているデータ処理手段35に送る。該データ処理手段35は、送り込まれたSTLデータに基づいてゆらぎ成分を含ませた造形対象物の形状を再現するための造形データを作成する。
【0037】
図1における3次元造形装置42は、駆動制御手段43と図8に例示されているような造形手段44とで構成されている。このうち、駆動制御手段43は、演算制御部(CPU)を備えており、データ変換処理装置32の側から送り込まれた造形データに基づいて造形手段44の駆動を制御し、このような駆動制御手段43からの制御ものとで造形手段44により積層造形プロセスが実行される。
【0038】
図8は、粉末焼結法に適用される造形手段44の装置構成例を示す説明図であり、この場合における造形手段44は、窒素ガス雰囲気46中に設置されている水平基台47上に樹脂やセラミックスなどの適宜素材からなる粉末材料を供給する粉末カートリッジ45と、水平基台46上を転動して粉末薄層49を形成するローラ48と、粉末薄層48における所定の焼結部位50に走査ミラー52を介してレーザビーム53を照射してその照射領域を焼結するCOレーザなどのレーザビーム発生器51と、水平基台47を昇降自在に下支えするピストンなどからなる昇降機構54とを少なくとも備えている。
【0039】
次に、第2の発明(造形物の創成方法)を上記した第1の発明(造形物の創成システム)の作用ととともに説明すれば、感性形状を付与した造形物の創成は、例えば図4(a)に示す3次元形状を呈する基本形状としての仮想物品15や、図5(a)に示す基本形状19から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、生成されたゆらぎを伴った前記形状データをSTL形式のデータに変換するデータ変換工程と、変換後の前記STLデータに基づいてゆらぎを伴った3次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも経ることにより行われる。
【0040】
このうち、形状データ生成工程では、図1における基本形状設計手段13を用いたコンピュータによる設計支援(CAD)のもとで、ゆらぎ因子を含まない図4(a)に示す仮想物品15や、図5(a)に示す基本形状19について設計をまず行うことにより、その設計データを生成する。
【0041】
また、形状データ生成工程では、ゆらぎ因子生成手段14を用いることにより、上記式(1)に初期値x(0<x<1)を与え、順次計算によって点dにおける値について求める。例えば初期値x=0.8とした場合の計算結果であるゆらぎの波形は、図2に示すようにして人為的に生成されることになる。なお、図3は、図2で示した波形のパワースペクトル分布を示したものである。
【0042】
さらに、形状データ生成工程では、このようにして得られた設計データにゆらぎ因子を組み込ませた形状データが図1における形状データ生成手段25を用いて生成される。この場合における設計データにゆらぎ因子を組み込ませる手法には、図4(a)に示す基本形状としての仮想物品15をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む1次元的手法と、図5(a)に示す基本形状19をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む2次元的手法との二種類があるが、これらについては既に詳しく説明してあるので、重複を避けるためにその説明を省略する。
【0043】
次のデータ変換工程では、形状データ生成工程にて生成された形状データが、3次元CAD装置などからなる図1に示すSTLデータ作成手段33を用いることにより、図6に示すSTLデータにさらに感性情報F1,F2,F3,・・・をも付加された図7に示すSTLデータへと変換される。
【0044】
また、データ変換工程では、このようにして作成されたSTLデータを、図1におけるSTLデータ入力手段34を用いて後段に用意されているデータ処理手段35に送り、該データ処理手段35を経ることによりSTLデータに基づくゆらぎ成分を含ませた造形対象物の形状を再現するための造形データが作成される。
【0045】
最終工程である形状創成工程では、駆動制御手段43による駆動制御のもとで造形手段44を駆動させることにより、データ変換工程を経ることで取り込まれた造形データに基づいて所定の積層造形プロセスが実行されることになる。
【0046】
これを粉末焼結法に適用される図8に示す造形手段44について説明すれば、粉末カートリッジ45から窒素ガス雰囲気46中の水平基台47上に供給された粉末材料は、ローラ48を転動させることにより粉末薄層49とすることができる。
【0047】
粉末薄層49の所定の焼結部位50には、走査ミラー52を介してレーザビーム発生器51からレーザビーム53が照射され、その照射領域が焼結される。
【0048】
第1回目の焼結作業を終えると、昇降機構54を介して水平基台47が所定位置にまで降下され、粉末薄層49の所定の焼結部位50にレーザビーム53が照射されてその照射領域が焼結され、第2回目の焼結作業を終える。以下、同様の作業を繰り返すことにより、立体形状となって焼結された感性形状が付与された造形物を創成することができる。
【0049】
図9は、図4に示す1次元的手法により仮想物品15に1/fゆらぎを適用して感性形状を付与した後の形状をパターン別に示す説明図であり、そのうちの(a)は仮想物品15の基本形状を、(b)は2%ゆらぎ(流線17を3回周回)の創成形状61を、(c)は5%ゆらぎ(流線17を3回周回)の創成形状62を、(d)は3%ゆらぎ(流線17を12回周回)の創成形状63をそれぞれ示す。
【0050】
また、図10(b)は、図10(a)に示す無地のカップからなる基本形状19に対し、図5に示す2次元的手法により1/fゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状65の一例を示す説明図である。
【0051】
以上は、本発明の実施形態を図示例に即して説明したものであり、その具体的な実施の形態例はこれに限定されるものではない。例えば、造形手段は、光造形手法やインクジェット手法など、適宜の積層造形法に対応し得るように構成することができる。また、感性情報としては、感性に訴えるものであれば色彩情報などを組み込むことができるほか、各種の感性情報を組み合わせて用いることもできる。
【0052】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、物品を設計する際に1/fゆらぎ成分をその形状に取り込んであるので、単なる工業製品からは感じ取ることができない強い購入意欲を感受させたり、心地よい癒し効果を感得させたりすることができる造形物を製品として創成することができる。
【0053】
また、本発明における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理を、仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む1次元的手法により行う場合には、適宜の3次元形状を呈する物品形状に対し感性形状を付与することができる。
【0054】
さらに、本発明における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理を、仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む2次元的手法により行う場合には、3次元形状を呈する各種の物品の表面や、布地などの各種の生地を含む2次元形状を呈する各種の物品の表面に対し好ましい感性形状を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第1の発明(造形物創成システム)の概略構成例を示すブロック図。
【図2】ゆらぎ波形の一例を示すグラフ図。
【図3】図2に示すゆらぎ波形のパワースペクトル分布図。
【図4】基本形状をワイヤーフレームデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む1次元的手法を(a)〜(d)として示す説明図。
【図5】基本形状をサーフェスデータとして要素化し、これにゆらぎ成分を組み込む2次元的手法を(a)〜(c)として示す説明図。
【図6】STLデータの概念図。
【図7】図6のSTLデータの概念図に、さらに感性情報を付加したSTLデータの概念図。
【図8】粉末焼結法のために用意される造形手段の装置構成例を示す説明図。
【図9】図4に示す1次元的手法により仮想物品に1/fゆらぎを適用して感性形状を付与した後の形状をパターン別に示す説明図であり、(a)は仮想物品の基本形状を、(b)は2%ゆらぎの創成形状を、(c)は5%ゆらぎの創成形状を、(d)は3%ゆらぎの創成形状をそれぞれ示す。
【図10】図5に示す2次元的手法により1/fゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状の一例を示す説明図であり、(a)は、無地のカップからなる基本形状図を、(b)は、(a)の基本形状に1/fゆらぎを適用して感性形状を付与した後の創成形状をそれぞれ示す。
【符号の説明】
11 造形物創成システム
12 形状データ生成装置
13 基本形状設計手段
14 ゆらぎ因子生成手段
15 仮想物品
15a,15b,15c,・・・ スライス面
16 円周曲面
17 流線
18 交点
19 基本形状
20 四角錐
21 頂点
22 型押し模様
23 形状データ生成手段
32 データ変換処理装置
33 STLデータ作成手段
34 STLデータ入力手段
35 データ処理手段
42 3次元造形装置
43 駆動制御手段
44 造形手段
45 粉末カートリッジ
46 窒素ガス雰囲気
47 水平基台
48 ローラ
49 粉末薄層
50 焼結部位
51 レーザビーム発生器
52 走査ミラー
53 レーザビーム
54 昇降機構
61,62,63,65 創成形状[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention senses a strong willingness to purchase that cannot be perceived from a mere industrial product from an article commercialized as a shaped product by taking in a 1 / f fluctuation component when designing various article shapes including a tea set and the like. The present invention relates to a system for creating a shaped article having a sensible shape capable of causing a user to feel a comfortable healing effect and a technique for creating the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various additive manufacturing systems using a three-dimensional copy technology have been provided. Among them, a laser micro additive manufacturing method and apparatus using a fine powder tape (for example, see Patent Document 1) and an optical modeling There are also an apparatus and a stereolithography method (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1] JP-A-11-262657 [Patent Document 2] JP-A-2001-252886
Patent Literature 1 discloses a method of irradiating a laser beam to a surface of a fine powder tape formed by adding a binder to a metal fine powder or a mixed fine powder of a metal and a ceramic to form a laminated molded body composed of a metal or a metal and a ceramic. The technology is disclosed. According to the disclosed technology, it is said that a laminate molded body having a distinct heterogeneous phase or a molded body having a relatively complicated shape having a cavity can be relatively easily manufactured with high precision.
[0005]
Patent Literature 2 discloses a technique capable of realizing non-lamination modeling by surface exposure using a liquid crystal mask and visible light with high modeling flexibility, high accuracy, and high speed.
[0006]
On the other hand, some of the prior arts related to the 1 / f fluctuation component, which is considered to have a healing effect, include a 1 / f fluctuation component incorporated in an article shape so that a viewer can feel comfortable. For example, see Patent Document 3).
[0007]
[Patent Document 3] Japanese Patent No. 2775158
Patent Literature 3 discloses a technique relating to wallpaper that allows a viewer to feel comfort such as comfort by fluctuating the surface by 1 / f.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Documents 1 and 2 disclose a rapid prototyping technique typified by the additive manufacturing method, but when manufacturing it industrially, the functionality and cost are inevitably reduced. Will be pursued. In other words, industrial products manufactured by such a method tend to have a uniform appearance and an inorganic appearance in appearance, and have a willingness to purchase human beings in contact with this product that can be differentiated from other similar products. There was an inconvenience that it was difficult to give strong motivation that could be triggered.
[0010]
On the other hand, Patent Literature 3 discloses a wallpaper in which the surface is made to fluctuate by 1 / f so that a viewer can feel comfort such as a feeling of comfort. There is no versatility that can be applied to other articles, and the application area is narrow.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems in the prior art, the present invention provides an incentive to purchase a 1 / f fluctuation component into its shape when designing an article, thereby motivating a person who comes into contact with a modeled product to purchase the product. It is an object of the present invention to provide a creation system and a creation method of a modeled object provided with a sensible shape capable of causing a visual impression and a comfortable healing effect.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to achieve the above object, and the first invention (model creation system) of the first invention separately acquires design data obtained from a basic shape of a virtual article having a three-dimensional shape. A shape data generation device that incorporates a fluctuation factor to freely generate shape data with fluctuation, and freely converts the shape data with fluctuation generated by the shape data generation device into STL format data. Is characterized by at least comprising a data conversion processing device having the above configuration and a three-dimensional modeling device capable of freely creating an article shape with fluctuations based on the STL data converted by the data conversion processing device. .
[0013]
In the second invention (a method of creating a modeled object), shape data with fluctuation is generated by incorporating a separately obtained fluctuation factor into design data obtained from a basic shape of a virtual article having a three-dimensional shape. A shape data generation step, a shape data generation step of generating shape data with fluctuation by incorporating a fluctuation factor, and a data conversion step of converting the generated shape data with fluctuation to STL format data, A structural feature is that it includes at least a shape creation step of creating a three-dimensional article shape with fluctuations based on the converted STL data.
[0014]
In this case, the process of incorporating the fluctuation factor into the design data in the shape data generation step is performed by a one-dimensional method of incorporating the fluctuation component after the basic shape of the virtual article is made into spiral wire frame data. In addition, it is also possible to use a two-dimensional method that incorporates a fluctuation component after the basic shape of the virtual article is made into an element as surface data.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a first invention (modeled object creation system) according to the present invention. The entire modeled object creation system 11 includes a shape data generation device 12 and data conversion processing devices 32 and 3. And a three-dimensional modeling device 42.
[0016]
Among these, the shape data generating device 12 is designed to design a virtual article prepared as a basic shape and obtain design data of the virtual article, and a fluctuation factor generating means 14 for generating a fluctuation factor and acquiring the fluctuation factor. And a shape data generating means 25 for generating shape data obtained by incorporating a fluctuation factor into the design data obtained in this way.
[0017]
Among these, the basic shape design means 13 can design a virtual article as a basic shape that does not include a fluctuation factor under computer aided design (CAD), thereby generating design data of the virtual article. Is done.
[0018]
The fluctuation factor generating means 14 is used for artificially generating 1 / f fluctuation. Although it is possible to acquire 1 / f fluctuation existing in nature as data, it is possible at this time. Since the amount of data to be acquired is enormous, in the present invention, the 1 / f fluctuation waveform calculated by the following equation (1) is artificially generated and used.
[0019]
(Equation 1)
Figure 2004164364
[0020]
Normally, when the 1 / f fluctuation is artificially generated, an initial value x 0 (0 <x 0 <1) is used by using a parameter t representing time instead of the parameter d representing the position in the above equation (1). ) To determine the value at time t. However, in the present invention, in order to incorporate a fluctuation factor into a three-dimensional shape instead of a time-varying signal, a vector axis indicating a position is introduced instead of a time axis, and a parameter d representing a position as shown in Expression (1). Is used to find the value at point d. FIG. 2 shows a calculation result (fluctuation waveform) when the initial value x 0 = 0.8. FIG. 3 shows a power spectrum distribution of the waveform shown in FIG. Note that the “frequency” on the horizontal axis in FIG. 3 refers to a value obtained by dividing the measurement reference length by the wavelength of the period of the repeated unevenness with reference to the length of one circumference.
[0021]
The shape data generating means 25 assumes that the shape also fluctuates because some fluctuation phenomenon occurs in the manufacturing stage of the modeled object, and simulates this phenomenon to add 1 / f fluctuation to the modeled object. Used for
[0022]
In this case, various aspects can be considered as a phenomenon in which the shape of the modeled object fluctuates due to the fluctuation phenomenon. In the present invention, the basic shape (virtual article) is made into an element as wire frame data, and the fluctuation component is incorporated into this. Two types of methods are adopted: a one-dimensional method and a two-dimensional method in which a basic shape is converted into elements as surface data and a fluctuation component is incorporated into the element.
[0023]
FIG. 4 shows a one-dimensional method among them. First, the basic shape of the article is determined to be a virtual article 15, and the virtual article 15 is sliced at a certain thickness from the reference plane of the virtual article 15. (Slices) to form individual slice surfaces 15a, 15b, 15c,.
[0024]
Next, a streamline 17 for introducing a fluctuation is spirally set on the circumferential curved surface 16 of the virtual article 15, and the streamline 17 and the slice planes 15a, 15b, 15c,. The coordinates of the intersection 18 with the circumference are moved in the radial direction (in the direction of the center of the circle) in accordance with the 1 / f fluctuation to make the circumference curved.
[0025]
In this case, as is clear from the waveform shown in FIG. 2, the 1 / f fluctuation waveform obtained by the above equation has a large gap between the value at the point d and the value at the point d + 1. There are many cases.
[0026]
The method of applying the 1 / f fluctuation shown in FIG. 4 is a method of directly transferring the waveform of the 1 / f fluctuation as irregularities onto the surface of the virtual article 15 having the basic shape. For this reason, the discontinuous part found in the waveform will appear locally as a part with a changed curvature on the surface of the formed object after creation.
[0027]
Therefore, in the above-described one-dimensional method, an interpolation process represented by the following equation is performed as a method of locally reducing the portion where the curvature locally changes without impairing the characteristic of the waveform of 1 / f fluctuation. In this equation, v 1 and v 2 are vertex coordinates, and v is a coordinate to be obtained.
[0028]
(Equation 2)
Figure 2004164364
[0029]
FIG. 5 illustrates another example of a two-dimensional method. According to this example, first, a basic shape in which embossed patterns are regularly arranged is determined. According to FIG. 5A, the basic shape 19 is prepared by pressing square pyramids 20 having a square base at equal intervals.
[0030]
Next, 1 / f fluctuation is introduced into the basic shape 19. In the example shown in FIG. 5B, the coordinates of the vertex 21 of the quadrangular pyramid 20 are moved in the x, y, and z directions by dx, dy, and dz, respectively. Since the 1 / f fluctuation is a scalar amount, in order to calculate the moving amount of one vertex 21, a value obtained by applying the 1 / f fluctuation to each of dx, dy, and dz is calculated, and finally, Additions are treated as three-dimensional vector quantities.
[0031]
FIG. 5C shows the embossed pattern 22 after the 1 / f fluctuation shown in FIG. 5B is introduced into the basic shape 19 of FIG. 5A, and is a uniform pattern that tends to be a regular design. It is possible to prevent a natural visual impression.
[0032]
On the other hand, the data conversion processing device 32 in FIG. 1 is composed of an STL data creating means 33, an STL data input means 34, and a data processing means 35, which are composed of a three-dimensional CAD device or the like.
[0033]
The STL data created by the STL data creating means 33 is represented as shape data expressing the shape of the object to be formed by regarding the surface of the object to be formed as an aggregate of minute triangular planes (small planes). In this case, each minute surface is defined by three vertices constituting a minute triangle and a normal line indicating the inside direction of the three-dimensional shape.
[0034]
That is, as shown conceptually in FIG. 6, the STL data includes normal vector data DN1, first vertex data DA1, second vertex data DA2, and third vertex data DA3 for one minute plane P1. Has data. As shown in the drawing, the other minute planes P2, P3,... Have similar data.
[0035]
Also, the STL data created by the STL data creation means 33 is added with sensibility information F1, F2, F3,... As conceptually shown in FIG. In addition to the fluctuation component generated by the fluctuation factor generation unit 14, other information that appeals to the sensitivity, such as color information, can be included in the sensitivity information.
[0036]
The STL data input means 34 acquires the created STL data and sends it to the data processing means 35 provided at the subsequent stage. The data processing means 35 creates modeling data for reproducing the shape of the modeling object including the fluctuation component based on the sent STL data.
[0037]
The three-dimensional modeling device 42 in FIG. 1 includes a drive control unit 43 and a modeling unit 44 as illustrated in FIG. The drive control means 43 includes an arithmetic control unit (CPU), and controls the drive of the shaping means 44 based on the shaping data sent from the data conversion processing device 32. The additive modeling process is executed by the modeling means 44 under the control of the means 43.
[0038]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of an apparatus configuration of the shaping means 44 applied to the powder sintering method. In this case, the shaping means 44 is placed on a horizontal base 47 installed in a nitrogen gas atmosphere 46. A powder cartridge 45 for supplying a powder material made of a suitable material such as resin or ceramic; a roller 48 for rolling on a horizontal base 46 to form a thin powder layer 49; A laser beam generator 51 such as a CO 2 laser for irradiating a laser beam 53 to a laser beam 50 through a scanning mirror 52 to sinter the irradiated area, and a lifting mechanism including a piston for supporting a horizontal base 47 so as to be able to move up and down. 54 at least.
[0039]
Next, a description will be given of the second invention (method for creating a shaped object) together with the operation of the first invention (creation system for a shaped object) described above. A virtual article 15 as a basic shape having a three-dimensional shape shown in FIG. 5A and a shape with fluctuation by incorporating a separately obtained fluctuation factor into design data obtained from the basic shape 19 shown in FIG. A shape data generating step of generating data, a data converting step of converting the generated shape data with fluctuation into STL format data, and a three-dimensional article with fluctuation based on the converted STL data This is performed at least through a shape creation step of creating a shape.
[0040]
Among them, in the shape data generation step, under the design support (CAD) by a computer using the basic shape design means 13 in FIG. 1, the virtual article 15 shown in FIG. First, design data is generated by designing the basic shape 19 shown in FIG.
[0041]
In the shape data generation step, the initial value x 0 (0 <x 0 <1) is given to the above equation (1) by using the fluctuation factor generation means 14, and the value at the point d is obtained by sequential calculation. For example, a fluctuation waveform which is a calculation result when the initial value x 0 = 0.8 is generated artificially as shown in FIG. FIG. 3 shows the power spectrum distribution of the waveform shown in FIG.
[0042]
Further, in the shape data generation step, shape data in which a fluctuation factor is incorporated in the design data obtained in this way is generated by using the shape data generation means 25 in FIG. In this case, a method of incorporating a fluctuation factor into the design data includes a one-dimensional method in which a virtual article 15 as a basic shape shown in FIG. 4A is made into elements as wire frame data and a fluctuation component is incorporated into the element. There are two types, a two-dimensional method in which the basic shape 19 shown in FIG. 5 (a) is elementized as surface data and a fluctuation component is incorporated into the element. These are already described in detail. The description is omitted.
[0043]
In the next data conversion step, the shape data generated in the shape data generation step is further sensitized to the STL data shown in FIG. 6 by using the STL data creation means 33 shown in FIG. The information is converted into STL data shown in FIG. 7 to which information F1, F2, F3,.
[0044]
In the data conversion step, the STL data created in this way is sent to the data processing means 35 provided at the subsequent stage using the STL data input means 34 in FIG. Thus, modeling data for reproducing the shape of the modeling object including the fluctuation component based on the STL data is created.
[0045]
In the shape creation step, which is the final step, by driving the modeling means 44 under the drive control of the drive control means 43, a predetermined additive manufacturing process is performed based on the modeling data captured through the data conversion step. Will be executed.
[0046]
This will be described with reference to the molding means 44 shown in FIG. 8 which is applied to the powder sintering method. The powder material supplied from the powder cartridge 45 onto the horizontal base 47 in the nitrogen gas atmosphere 46 rolls the rollers 48. By doing so, a thin powder layer 49 can be obtained.
[0047]
A predetermined sintered portion 50 of the thin powder layer 49 is irradiated with a laser beam 53 from a laser beam generator 51 via a scanning mirror 52, and the irradiated region is sintered.
[0048]
When the first sintering operation is completed, the horizontal base 47 is lowered to a predetermined position via the elevating mechanism 54, and a predetermined sintering portion 50 of the thin powder layer 49 is irradiated with the laser beam 53, and the irradiation is performed. The region is sintered and the second sintering operation is completed. Hereinafter, by repeating the same operation, it is possible to create a three-dimensionally shaped object to which a sintered shape is imparted.
[0049]
FIG. 9 is an explanatory diagram showing, by pattern, shapes after applying a 1 / f fluctuation to the virtual article 15 to give a sensible shape by the one-dimensional method shown in FIG. 4, in which (a) is a virtual article. 15 (b) shows a wound shape 61 with 2% fluctuation (circle stream line 17 three times), (c) a wound shape 62 with 5% fluctuation (circle stream line 17 three times), (D) shows the wound shape 63 with 3% fluctuation (streamline 17 circling 12 times).
[0050]
FIG. 10B shows a case where the 1 / f fluctuation is applied to the basic shape 19 made of a plain cup shown in FIG. 10A by the two-dimensional method shown in FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the wound molding 65 of FIG.
[0051]
The embodiments of the present invention have been described with reference to the illustrated examples, and specific embodiments thereof are not limited thereto. For example, the shaping means can be configured to be compatible with an appropriate additive manufacturing method such as an optical shaping method or an inkjet method. In addition, as the sensibility information, color information or the like can be incorporated as long as it appeals to kansei, and various kansei information can be used in combination.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when designing an article, the 1 / f fluctuation component is incorporated into the shape, so that a strong purchase willingness that cannot be sensed from a mere industrial product can be felt or a comfortable healing can be achieved. It is possible to create a shaped article that can make the user feel the effect as a product.
[0053]
In addition, when the process of incorporating the fluctuation factor into the design data in the present invention is performed by a one-dimensional method of incorporating the fluctuation component after the basic shape of the virtual article is made into a spiral wire frame data element. A sensible shape can be imparted to the article shape having the three-dimensional shape.
[0054]
Furthermore, when the process of incorporating the fluctuation factor into the design data according to the present invention is performed by a two-dimensional method of incorporating the fluctuation component after the basic shape of the virtual article is made into surface data as elements, the three-dimensional shape is exhibited. A favorable sensible shape can be imparted to the surface of various articles or the surface of various articles exhibiting a two-dimensional shape including various fabrics such as cloth.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a first invention (modeled object creation system) according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of a fluctuation waveform.
FIG. 3 is a power spectrum distribution diagram of the fluctuation waveform shown in FIG.
FIGS. 4A to 4D are explanatory diagrams showing a one-dimensional method in which a basic shape is elementized as wire frame data and a fluctuation component is incorporated into the element as wire frame data.
FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams showing a two-dimensional method in which a basic shape is elementized as surface data and a fluctuation component is incorporated into the element as surface data.
FIG. 6 is a conceptual diagram of STL data.
FIG. 7 is a conceptual diagram of STL data obtained by adding sensitivity information to the conceptual diagram of STL data of FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory view showing an example of an apparatus configuration of a shaping means prepared for a powder sintering method.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing, by pattern, shapes after applying a 1 / f fluctuation to a virtual article to give a sensible shape by the one-dimensional method shown in FIG. 4, and FIG. 9 (a) is a basic shape of the virtual article; (B) shows a 2% fluctuation creation shape, (c) shows a 5% variation creation shape, and (d) shows a 3% variation creation shape.
FIG. 10 is an explanatory view showing an example of a wound-formed shape after giving a sensible shape by applying 1 / f fluctuation by the two-dimensional method shown in FIG. 5; FIG. (B) shows the wound shape after applying the 1 / f fluctuation to the basic shape of (a) to give a sensible shape.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Modeling object creation system 12 Shape data generation device 13 Basic shape design means 14 Fluctuation factor generation means 15 Virtual articles 15a, 15b, 15c, ... Slice surface 16 Circular curved surface 17 Streamline 18 Intersection point 19 Basic shape 20 Square pyramid 21 Vertex 22 embossed pattern 23 shape data generating means 32 data conversion processing device 33 STL data generating means 34 STL data input means 35 data processing means 42 three-dimensional forming apparatus 43 drive control means 44 forming means 45 powder cartridge 46 nitrogen gas atmosphere 47 horizontal Base 48 Roller 49 Powder thin layer 50 Sintered portion 51 Laser beam generator 52 Scanning mirror 53 Laser beam 54 Lifting mechanism 61, 62, 63, 65

Claims (4)

3次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得したゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データの生成を自在とした形状データ生成装置と、該形状データ生成装置で生成されたゆらぎを伴った形状データのSTL形式のデータへの変換を自在としたデータ変換処理装置と、該データ変換処理装置で変換されたSTLデータに基づいてゆらぎを伴った物品形状の創成を自在とした3次元造形装置とで少なくとも構成したことを特徴とする感性形状を付与した造形物の創成システム。A shape data generation device that incorporates a separately obtained fluctuation factor into design data obtained from a basic shape of a virtual article having a three-dimensional shape to freely generate shape data with fluctuation, and a shape data generation device A data conversion processing device that can freely convert shape data with fluctuations into STL format data, and can freely create an article shape with fluctuations based on the STL data converted by the data conversion processing device And a three-dimensional modeling apparatus configured as described above. 3次元形状を呈する仮想物品の基本形状から得られる設計データに別途取得されるゆらぎ因子を組み込ませてゆらぎを伴った形状データを生成する形状データ生成工程と、
生成されたゆらぎを伴った前記形状データをSTL形式のデータに変換するデータ変換工程と、
変換後の前記STLデータに基づいてゆらぎを伴った3次元の物品形状を創成する形状創成工程とを少なくとも含むことを特徴とする感性形状を付与した造形物の創成方法。
A shape data generating step of generating shape data with fluctuation by incorporating a separately obtained fluctuation factor into design data obtained from a basic shape of a virtual article exhibiting a three-dimensional shape;
A data conversion step of converting the shape data with the generated fluctuation into STL format data;
At least a shape creation step of creating a three-dimensional article shape with fluctuations based on the converted STL data.
前記形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込み処理は、前記仮想物品の基本形状をらせん状のワイヤーフレームデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む1次元的手法により行われる請求項2に記載の感性形状を付与した造形物の創成方法。The process of incorporating a fluctuation factor into design data in the shape data generating step is performed by a one-dimensional method of incorporating a fluctuation component after converting a basic shape of the virtual article into spiral wireframe data. 3. A method for creating a shaped article provided with the sensible shape according to 2. 形状データ生成工程における設計データへのゆらぎ因子の組み込みは、仮想物品の基本形状をサーフェスデータとして要素化した上で、ゆらぎ成分を組み込む2次元的手法により行われる請求項2に記載の感性形状を付与した造形物の創成方法。3. The method according to claim 2, wherein the incorporation of the fluctuation factor into the design data in the shape data generation step is performed by a two-dimensional method of incorporating a fluctuation component after converting the basic shape of the virtual article into surface data. A method of creating a given shaped object.
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