JP2017007126A - サポートの配置決定装置、3次元造形システム、および、サポートの配置決定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
J=Ls−S×max(Gt、As)
で表される。前記傾斜角度決定部は、前記候補生成部によって生成された複数の前記傾斜角度についてそれぞれの前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きい前記傾斜角度の中で、前記サポート算出部によって算出された前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする。
J=Ls−S×max(Gt、As)
で表される。前記傾斜角度決定工程では、前記候補生成工程で生成した複数の前記傾斜角度についてそれぞれの前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きい前記傾斜角度の中で、前記サポート算出工程で算出した前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする。
図1は、本実施形態に係る3次元造形システム10の断面図である。図2は、3次元造形システム10の平面図である。なお、図面中の符号F、Rr、L、Rは、それぞれ前、後、左、右を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、3次元造形システム10の設置態様を何ら限定するものではない。
3次元造形装置10Aは、台11と、槽12と、ホルダ13と、光学装置14と、制御装置16とを備えている。
3次元造形装置10Aが対象造形物を造形する際、樹脂層が造形される毎にホルダ13が順次上昇し、当該樹脂層の下方に新たな樹脂層が形成される。ところが、例えば、断面積の大きな樹脂層が形成された後に、比較的小さな樹脂層、例えばホルダ13との接触面積が、大きな樹脂層の半分以下となるような大きさの小さな樹脂層があった場合、当該樹脂層がそれよりも下方に位置する大きな樹脂層を含む全樹脂層の荷重を支えきれない場合がある。その結果、造形の途中で対象造形物が破損するおそれがある。そのため、造形途中の対象造形物の荷重を十分に支持することができるように、対象造形物に対してサポートが追加および配置される。このことにより、対象造形物が造形途中に破損することを防止することができる。
Ls=Sp×Kp×I・・・(1)
Gt=Va×Da・・・(2)
As=Vn×Da+Sn×K・・・(3)
Ls>S×max(Gt,As)・・・(4)
例えば、安全率S=3とした場合、実際にかかると予想される支持荷重Lsの1/3の荷重しかサポート30が支持することができないと仮定することができる。上記式(4)を満たすことにより、サポート30は対象造形物Aの荷重を十分に支持することができる。
前述の通り、3次元造形装置10Aはホルダ13を順次上昇させることにより、対象造形物Aを造形する。対象造形物Aは、上部から下部に向かって順に造形される。3次元造形装置10Aは、対象造形物Aの3次元モデル(以下、対象造形物モデルという。)のデータを受け、そのデータを用いて、対象造形物モデルと実質的に同一形状の対象造形物Aを造形する。
図7は、3次元造形システム10のブロック図である。次に、図7を参照しながら、配置決定装置100について説明する。配置決定装置100は、全体造形物20を造形する際、造形する対象造形物Aの位置および向きを決定し、かつ、サポート30の位置、形状、数などの形態を決定する装置である。配置決定装置100は、3次元造形装置10Aと別体であってもよく、3次元造形装置10Aに内蔵されていてもよい。例えば、配置決定装置100は、コンピュータであり、CPUと、CPUが実行するプログラムなどを格納したROMと、RAMなどを備えていてもよい。配置決定装置100は、3次元造形システム10のための専用のコンピュータであってもよく、汎用のコンピュータであってもよい。ここでは、配置決定装置100は、記憶部52と、前処理部54と、基準部56と、候補生成部58と、サポート算出部60と、傾斜角度決定部62とを備えている。なお、上述した各部は、ソフトウェアによって構成されていてもよいし、ハードウェアによって構成されていてもよい。
次に、図8に示されたフローチャートを用いてサポート30の数および配置位置の決定方法について説明する。本決定方法では、上述したように、遺伝的アルゴリズムを利用する。ここでは、遺伝的アルゴリズムを利用して対象造形物Aの最適な位置および向きを決定し、決定した最適な位置および向きの対象造形物Aに対してサポート30を追加および配置する。
J=Ls−S×max(Gt,As)
=Sp×Kp×I−S×max(Va×Da,Vn×Da+Sn×K)・・・(5)
なお、前述のように、Lsはサポート30の支持可能な荷重(支持荷重)、Gtは対象造形物Aの荷重、Asは対象造形物Aの樹脂層と槽12との間の密着力を表している。すなわち、評価関数Jは、Lsから、GtおよびAsのうちの何れか大きい方を引いた値である。なお、Spは1つのサポート30における対象造形物Aと接触する面積、Kpは引張強度、Iはサポート30の数、Sは安全率を表している。また、Vaは対象造形物Aの体積、Daは対象造形物Aの密度、Vnは1〜n層目まで積層した際の対象造形物Aの体積、Snはn層目の対象造形物Aの断面積、Kは対象造形物Aの応力(引張応力)を表している。
上記実施形態では、図8に示すように、ステップS101において、配置決定装置100がサポート30の数および配置位置を決定する際、前処理部54は、事前に記憶部52に記憶された対象造形物モデルの平滑化処理を行っていた。しかし、ステップS101の前処理は省略することが可能である。この場合、基準部56は、所定の基準の位置および向きとなるように、記憶部52に記憶された対象造形物モデルを移動および回転させてもよい。
10A 3次元造形装置
13 ホルダ
14 光学装置
30 サポート(サポート造形物)
52 記憶部
54 前処理部
56 基準部
58 候補生成部
60 サポート算出部
62 傾斜角度決定部
100 配置決定装置(サポートの配置決定装置)
A 対象造形物
Claims (11)
- 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置して、前記対象造形物および前記サポートを造形する3次元造形装置において、前記サポートの数および配置位置を決定する配置決定装置であって、
前記対象造形物の3次元モデルのデータを記憶する記憶部と、
所定の基準の位置および向きとなるように、前記記憶部に記憶された前記3次元モデルを移動および回転させる基準部と、
前記基準部によって前記所定の基準の位置および向きとなるように配置した前記3次元モデルを基準として、造形する前記対象造形物の向きの候補となる傾斜角度を複数生成する候補生成部と、
前記候補生成部によって生成された前記傾斜角度に基づいて傾斜させたそれぞれの前記3次元モデルにおいて、前記対象造形物に追加および配置する前記サポートの数を算出するサポート算出部と、
前記候補生成部によって生成された複数の前記傾斜角度のうち、前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記サポート算出部によって算出された前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする傾斜角度決定部と、
を備えた、サポートの配置決定装置。 - 前記傾斜角度決定部は、遺伝的アルゴリズムを適用して、前記候補生成部によって生成された複数の前記傾斜角度のうち、前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記サポート算出部によって算出された前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする、請求項1に記載されたサポートの配置決定装置。
- 前記遺伝的アルゴリズムで用いられる評価関数Jは、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能な荷重をLs、前記対象造形物の荷重をGt、前記対象造形物と前記3次元造形装置との間の密着力をAs、安全率をSとすると、
J=Ls−S×max(Gt、As)
で表され、
前記傾斜角度決定部は、前記候補生成部によって生成された複数の前記傾斜角度についてそれぞれの前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きい前記傾斜角度の中で、前記サポート算出部によって算出された前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする、請求項2に記載されたサポートの配置決定装置。 - 前記対象造形物は、前記サポートを追加および配置しない禁止面を有し、
前記候補生成部は、前記禁止面に前記サポートを追加および配置するような前記傾斜角度を候補としない、請求項1から3までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定装置。 - 前記記憶部に記憶された前記3次元モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理部を備え、
前記基準部は、前記所定の基準の位置および向きとなるように、前記前処理部によって前記平滑化処理が行われた前記3次元モデルを移動および回転させる、請求項1から4までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定装置。 - 前記3次元造形装置と、
請求項1から5までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定装置と、
を備えた、3次元造形システム。 - 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置して、前記対象造形物および前記サポートを造形する3次元造形装置において、前記サポートの数および配置位置を決定する配置決定方法であって、
前記対象造形物の3次元モデルのデータを記憶する記憶工程と、
所定の基準の位置および向きとなるように、前記記憶工程で記憶した前記3次元モデルを移動および回転させる基準工程と、
前記基準工程において前記所定の基準の位置および向きとなるように配置した前記3次元モデルを基準として、造形する前記対象造形物の向きの候補となる傾斜角度を複数生成する候補生成工程と、
前記候補生成工程で生成した前記傾斜角度に基づいて傾斜させたそれぞれの前記3次元モデルにおいて、前記対象造形物に追加および配置する前記サポートの数を算出するサポート算出工程と、
前記候補生成工程で生成した複数の前記傾斜角度のうち、前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記サポート算出工程で算出した前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする傾斜角度決定工程と、
を包含する、サポートの配置決定方法。 - 前記傾斜角度決定工程では、遺伝的アルゴリズムを適用し、前記候補生成工程で生成した複数の前記傾斜角度のうち、前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記サポート算出工程で算出した前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする、請求項7に記載されたサポートの配置決定方法。
- 前記遺伝的アルゴリズムで用いられる評価関数Jは、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能な荷重をLs、前記対象造形物の荷重をGt、前記対象造形物と前記3次元造形装置との間の密着力をAs、安全率をSとすると、
J=Ls−S×max(Gt、As)
で表され、
前記傾斜角度決定工程では、前記候補生成工程で生成した複数の前記傾斜角度についてそれぞれの前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きい前記傾斜角度の中で、前記サポート算出工程で算出した前記サポートの数が最小となるような前記傾斜角度を、前記所定の基準の向きから傾斜させる角度にする、請求項8に記載されたサポートの配置決定方法。 - 前記対象造形物は、前記サポートを追加および配置しない禁止面を有し、
前記候補生成工程では、前記禁止面に前記サポートを追加および配置するような前記傾斜角度を候補としない、請求項7から9までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定方法。 - 前記記憶工程で記憶した前記3次元モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理工程を包含し、
前記基準工程では、前記所定の基準の位置および向きとなるように、前記前処理工程で前記平滑化処理を行った前記3次元モデルを移動および回転させる、請求項7から10までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定方法。
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