JP2016175404A - 積層造形装置を用いた積層造形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、請求項1記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
(A1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(A2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(A3)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(A4)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(A5)そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(A6)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(A7)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
(B1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか1つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(B2)前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
(B3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(B4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することにより、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(B5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(B6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(B7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(B8)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
(C1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、若しくは、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、相互に付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(C2)前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
(C3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(C4)取得した3次元データについて、前記基準パーツ及び前記平板パーツに対応するデータを基に、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(C5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(C6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(C7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(C8)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
(D1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(D2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(D3)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(D4)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(D5)そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(D6)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(D7)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
(E1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか1つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(E2)前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
(E3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(E4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することにより、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(E5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(E6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(E7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(E8)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
(F1)所定の厚さを持った、変形に伴う角度変化を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、データ内のXY平面方向に相対して付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内のXY平面方向の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(F2)前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び当該造形パーツのXY平面方向の所定位置に付加される前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
(F3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(F4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(F5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(F6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(F7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(F8)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
(G1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(G2)前記(G1)のステップにおいて、造形中の、若しくは、造形された造形パーツのうち、予め定められた範囲の温度解析を行っていくことで、その範囲の温度分布情報を得るステップ。
(G3)得られた温度分布情報に基づいて、熱応力解析を行い、当該熱応力解析の結果から、変形パラメータを抽出するステップ。
(G4)抽出された変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(G5)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
(G1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(G2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(G3)前記点群データ又はポリゴンデータと前記造形パーツ設計データの一部または全部を最も近い位置に重ね合わせるステップ。
(G4)続いて、前記造形パーツ設計データと前記点群データ又はポリゴンデータに含まれる各点との距離と方向を抽出するステップ
(G6)抽出された距離と方向に基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(G7)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
図1は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第1の実施形態の流れを示したフローチャートで、図3は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第1の実施形態における平板パーツのモデル断面イメージ図で、定めた基準軸からの各方向を表現したものである。
図2は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第2の実施形態の流れを示したフローチャートで、図3は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第2の実施形態における平板パーツのモデル断面イメージ図で、定めた基準軸からの各方向を表現したものである。
ここで、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第1の実施形態により、実験を行った。本実験においては、図4に一例として示すように、100mm×50mm×2mmの平板パーツを造形するに当たり、粉末焼結積層造形装置は、樹脂用(アスペクト社製RaFaEl 550C)、粉末材料はポリアミド12(アスペクト社製PA)、熱源は、炭酸ガスレーザと、シーズヒータ(一部パネルヒータ)とした。
レーザ出力:15W
走査線ピッチ:150μm
積層厚さ:100μm
θx:7.02°
θy:7.25°
レーザ出力:15W
走査線ピッチ:150μm
積層厚さ:100μm
ところで、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形する場合、粉末焼結時の投入熱量を上げれば、造形パーツの強度は上がるが、冷却後に大きく変形をしてしまう原因になることが知られている。そこで、この関係について、実験を行ってみた。
レーザ出力:15W、7.5W
走査線ピッチ:150μm
積層厚さ:100μm
図12は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第3の実施形態の流れを示したフローチャートである。
図13は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第4の実施形態の流れを示したフローチャートである。
図14は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第5の実施形態の流れを示したフローチャートである。
ここで、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第6の実施形態により、実験を行った。本実験においては、図18に一例として示すように、100mm×100mm×20mm、厚さ3mmの枠形状パーツを造形するに当たり、粉末焼結積層造形装置は、樹脂用(アスペクト社製RaFaEl 550C)、粉末材料はポリアミド12(アスペクト社製PA)、熱源は、炭酸ガスレーザと、シーズヒータ(一部パネルヒータ)とした。図18に示す造形方向に積層厚さ100μmで造形を行った。
20 基準パーツ
Claims (13)
- 造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(A1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(A2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(A3)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(A4)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(A5)そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(A6)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(A7)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。 - 造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(B1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか1つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(B2)前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
(B3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(B4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することにより、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、
XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(B5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(B6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(B7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(B8)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。 - 造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(C1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、若しくは、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、相互に付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(C2)前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
(C3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(C4)取得した3次元データについて、前記基準パーツ及び前記平板パーツに対応するデータを基に、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(C5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(C6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(C7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(C8)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。 - 前記造形パーツ設計データを修正するステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項1〜3何れか1項記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
- 前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴とする請求項1〜4記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
- 造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(D1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(D2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(D3)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(D4)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(D5)そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(D6)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(D7)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。 - 造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(E1)所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか1つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(E2)前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
(E3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(E4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することにより、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、
XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(E5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(E6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(E7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(E8)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。 - 造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(F1)所定の厚さを持った、変形に伴う角度変化を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、データ内のXY平面方向に相対して付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内のXY平面方向の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
(F2)前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び当該造形パーツのXY平面方向の所定位置に付加される前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
(F3)造形した前記複合パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(F4)取得した3次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、XYZ軸における原点座標に配置するステップ。
(F5)続いて、前記3次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るXZ平面及びYZ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
(F6)そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
(F7)抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
(F8)前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。 - 造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(G1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(G2)前記(G1)のステップにおいて、造形中の、若しくは、造形された造形パーツのうち、予め定められた範囲の温度解析を行っていくことで、その範囲の温度分布情報を得るステップ。
(G3)得られた温度分布情報に基づいて、熱応力解析を行い、当該熱応力解析の結果から、変形パラメータを抽出するステップ。
(G4)抽出された変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(G5)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。 - 前記(G4)のステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項9記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
- 前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴とする請求項9又は10記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
- 造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
(G1)前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
(G2)造形した前記造形パーツの3次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
(G3)前記点群データ又はポリゴンデータと前記造形パーツ設計データの一部または全部を最も近い位置に重ね合わせるステップ。
(G4)続いて、前記造形パーツ設計データと前記点群データ又はポリゴンデータに含まれる各点との距離と方向を抽出するステップ
(G6)抽出された距離と方向に基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
(G7)前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。 - 前記(G6)のステップは、変形を生じうる条件を反転させコンピュータ上で変形量の計算を行うことで実際の造形における変形とは、逆方向に変形させた前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項12記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
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