JP2017211977A - Data creation device, three-dimensional lamination system, design method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元積層装置で積層して造形する3次元積層製品において、3次元積層製品を支持する支持部を設定するデータ作成装置、3次元積層システム、設定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a data creation device, a three-dimensional stacking system, a setting method, and a program for setting a support unit that supports a three-dimensional stacked product in a three-dimensional stacked product that is stacked and shaped by a three-dimensional stacking device.
3次元積層装置(所謂、3Dプリンタ)で積層して造形する3次元積層製品(以降、製品)は、複雑で精緻な部品形状が実現できるものとして期待されている。 A three-dimensional laminated product (hereinafter referred to as a product) that is laminated and shaped by a three-dimensional laminating apparatus (so-called 3D printer) is expected to be able to realize a complicated and precise part shape.
製品の積層時、特に、複雑な形状の製品を積層するときには、その形状が意図した通りに製作されるように、製品を支持する支持部も同時並行で積層されていく。しかしながら、この支持部の剛性が十分でない場合、積層の途中でそりが発生し、次の積層に進むことができず、意図した形状への造形ができない不具合が発生している。これは、積層時の熱伝導により、熱変形(熱収縮)が発生するためであり、その結果、設計形状との形状差が生じている。 When laminating products, particularly when laminating products with complex shapes, the support portions that support the products are also laminated in parallel so that the shape is manufactured as intended. However, when the rigidity of the support portion is not sufficient, warpage occurs in the middle of the lamination, and it is not possible to proceed to the next lamination, and there is a problem that modeling to the intended shape cannot be performed. This is because thermal deformation (thermal contraction) occurs due to heat conduction during lamination, resulting in a shape difference from the design shape.
そのため、現状では、支持部の位置、形状などを属人的に設定し、製品の試作を行い、熱変形の有無を確認することを繰り返しており、熱変形を低減できる支持部の設定に多くの時間を要している。一方で、支持部は積層後に取り外すため、その剛性を一概に強くしても良いわけではない。つまり、支持部は、熱変形は抑制するが、積層後に取り外しやすい剛性が望ましい。 Therefore, at present, the position, shape, etc. of the support part are set personally, the product is prototyped, and the presence or absence of thermal deformation is repeatedly checked, so there are many support part settings that can reduce thermal deformation. Takes time. On the other hand, since the support portion is removed after lamination, the rigidity of the support portion may not be strengthened. That is, the support portion is preferably rigid enough to suppress thermal deformation but be easily removed after lamination.
このような支持部は、本来であれば、様々な構成を選択可能である。例えば、支持部の断面形状についても、様々な断面形状を選択可能である。しかしながら、現状では、製品を造形する際の熱変形の抑制、取り外しやすさについて、どのような断面形状で、どのような剛性が最適となるかについての明確な指針がない。例えば、支持部の断面形状の1つとして、後述の図4に示すような井桁構造のものを用いているが、その剛性を決定する井桁構造の厚みや間隔については、試行錯誤を繰り返して設定している。 For such a support part, various configurations can be selected. For example, various cross-sectional shapes can be selected for the cross-sectional shape of the support portion. However, at present, there is no clear guideline regarding what cross-sectional shape and what rigidity is optimal with regard to suppression of thermal deformation and ease of removal when modeling a product. For example, as one of the cross-sectional shapes of the support portion, a cross-girder structure as shown in FIG. 4 to be described later is used, but the thickness and interval of the cross-girder structure that determines the rigidity is set by repeating trial and error. doing.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、熱変形を抑制し、また、取り外しやすい支持部を設定するデータ作成装置、3次元積層システム、設定方法及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a data creation device, a three-dimensional stacking system, a setting method, and a program that suppress thermal deformation and set a support portion that is easy to remove.
上記課題を解決する第1の態様に係る支持部設定システムは、
3次元積層装置で製品を積層する際に、前記製品を支持する支持部を設定する支持部設定システムにおいて、
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルが複数蓄積されているデータベースと、
前記データベースを参照して、前記支持部を設定するコンピュータとを有し、
前記コンピュータは、
前記支持部の強度特性を設定する設定工程と、
前記支持部と前記製品について、応力解析を行う解析工程と、
前記解析工程で行われた応力解析に基づいて、前記支持部の応力値を算出する算出工程と、
前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記設定工程で設定された前記強度特性と前記算出工程で算出した前記応力値に基づいて、前記製品や前記支持部にそりが発生するかどうかを判定する第1の判定工程と、
前記第1の判定工程でそりが発生すると判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第1の修正工程と
を実施する
ことを特徴とする。
The support part setting system according to the first aspect that solves the above problem is as follows.
In a support part setting system for setting a support part for supporting the product when the product is laminated by a three-dimensional laminating apparatus,
A database in which a plurality of mathematical models that formulate the relationship between the strength characteristics of the support and the warp prevention stress limit are stored;
A computer for setting the support unit with reference to the database;
The computer
A setting step for setting strength characteristics of the support part;
An analysis step for performing stress analysis on the support and the product;
Based on the stress analysis performed in the analysis step, a calculation step for calculating a stress value of the support part;
Referring to the mathematical model of the database, whether or not warpage occurs in the product or the support unit based on the strength characteristic set in the setting step and the stress value calculated in the calculation step. A first determination step for determining;
When it is determined that warpage occurs in the first determination step, based on the mathematical model of the database, the strength characteristic is corrected within a range not exceeding the warp prevention stress limit, and the corrected strength characteristic is A first correction step of correcting the support portion in a corresponding configuration is performed.
上記課題を解決する第2の態様に係る支持部設定システムは、
上記第1の態様に記載の支持部設定システムにおいて、
前記コンピュータは、
設定又は修正後の前記強度特性が所定の基準値を超えた場合、前記支持部が外しにくいと判定する第2の判定工程と、
前記第2の判定工程で前記支持部が外しにくいと判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記基準値を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第2の修正工程と
を実施する
ことを特徴とする。
The support part setting system according to the second aspect that solves the above problem is as follows.
In the support unit setting system according to the first aspect,
The computer
A second determination step for determining that the support portion is difficult to remove when the strength characteristic after setting or correction exceeds a predetermined reference value;
When it is determined in the second determination step that the support portion is difficult to remove, the intensity characteristic is corrected to a range not exceeding the reference value by referring to the mathematical model of the database, and the corrected intensity And a second correction step of correcting the support portion in a configuration corresponding to the characteristic.
上記課題を解決する第3の態様に係る支持部設定システムは、
上記第2の態様に記載の支持部設定システムにおいて、
前記コンピュータは、前記支持部が修正された場合、修正された前記支持部に基づいて、前記解析工程、前記算出工程、前記第1の判定工程、前記第1の修正工程、前記第2の判定工程及び前記第2の修正工程を再び実施する
ことを特徴とする。
A support unit setting system according to a third aspect for solving the above-described problem is as follows.
In the support unit setting system according to the second aspect,
The computer, when the support portion is corrected, based on the corrected support portion, the analysis step, the calculation step, the first determination step, the first correction step, the second determination The step and the second correction step are performed again.
上記課題を解決する第4の態様に係る支持部設定システムは、
上記第1〜第3の態様のいずれか1つに記載の支持部設定システムにおいて、
前記第1の判定工程は、前記算出工程で算出した前記応力値と、設定又は修正後の前記強度特性に対する前記数理モデル上の前記そり防止応力限界とを比較し、前記応力値が前記そり防止応力限界を超えた場合、前記製品や前記支持部にそりが発生すると判定するものである
ことを特徴とする。
A support part setting system according to a fourth aspect for solving the above-described problem is as follows.
In the support unit setting system according to any one of the first to third aspects,
The first determination step compares the stress value calculated in the calculation step with the warpage prevention stress limit on the mathematical model for the strength characteristics after setting or correction, and the stress value is the warpage prevention. When the stress limit is exceeded, it is determined that warpage occurs in the product or the support portion.
上記課題を解決する第5の態様に係る支持部設定システムは、
上記第1〜第4の態様のいずれか1つに記載の支持部設定システムにおいて、
前記コンピュータは、様々な構成の前記支持部についての応力ひずみ線図に基づいて、前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化する定式化工程を実施する
ことを特徴とする。
A support part setting system according to a fifth aspect for solving the above problem is as follows.
In the support unit setting system according to any one of the first to fourth aspects,
The computer performs a formulation step for formulating a relationship between strength characteristics of the support portion and warpage prevention stress limit based on stress strain diagrams of the support portion having various configurations. .
上記課題を解決する第6の態様に係る3次元積層装置は、
上記第1〜第5の態様のいずれか1つに記載の支持部設定システムで設定された支持部と前記製品とを積層するための造形データに基づいて、前記支持部を含む前記製品を積層する
ことを特徴とする。
A three-dimensional laminating apparatus according to a sixth aspect that solves the above problem is as follows.
The product including the support part is stacked based on modeling data for stacking the support part and the product set by the support part setting system according to any one of the first to fifth aspects. It is characterized by doing.
上記課題を解決する第7の態様に係る支持部設定方法は、
3次元積層装置で製品を積層する際に、前記製品を支持する支持部を設定する支持部設定方法において、
前記支持部の強度特性を設定する設定工程と、
前記支持部と前記製品について、応力解析を行う解析工程と、
前記解析工程で行われた応力解析に基づいて、前記支持部の応力値を算出する算出工程と、
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルが複数蓄積されているデータベースを用い、前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記設定工程で設定された前記強度特性と前記算出工程で算出した前記応力値に基づいて、前記製品や前記支持部にそりが発生するかどうかを判定する第1の判定工程と、
前記第1の判定工程でそりが発生すると判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する修正工程と
を有する
ことを特徴とする。
The support part setting method according to a seventh aspect for solving the above-described problem is
In a support part setting method for setting a support part that supports the product when the product is laminated by a three-dimensional laminating apparatus,
A setting step for setting strength characteristics of the support part;
An analysis step for performing stress analysis on the support and the product;
Based on the stress analysis performed in the analysis step, a calculation step for calculating a stress value of the support part;
Using a database in which a plurality of mathematical models that formulate the relationship between the strength characteristics of the support part and the warp prevention stress limit are stored, referring to the mathematical model that the database has, the set in the setting step A first determination step of determining whether warpage occurs in the product or the support portion based on the strength characteristic and the stress value calculated in the calculation step;
When it is determined that warpage occurs in the first determination step, based on the mathematical model of the database, the strength characteristic is corrected within a range not exceeding the warp prevention stress limit, and the corrected strength characteristic is And a correction step of correcting the support portion in a corresponding configuration.
上記課題を解決する第8の態様に係る支持部設定方法は、
上記第7の態様に記載の支持部設定方法において、
設定又は修正後の前記強度特性が所定の基準値を超えた場合、前記支持部が外しにくいと判定する第2の判定工程と、
前記第2の判定工程で前記支持部が外しにくいと判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記基準値を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第2の修正工程と
を有する
ことを特徴とする。
The support part setting method according to an eighth aspect for solving the above problem is as follows.
In the support part setting method according to the seventh aspect,
A second determination step for determining that the support portion is difficult to remove when the strength characteristic after setting or correction exceeds a predetermined reference value;
When it is determined in the second determination step that the support portion is difficult to remove, the intensity characteristic is corrected to a range not exceeding the reference value by referring to the mathematical model of the database, and the corrected intensity And a second correction step of correcting the support portion in a configuration corresponding to the characteristic.
上記課題を解決する第9の態様に係る支持部設定方法は、
上記第8の態様に記載の支持部設定方法において、
前記支持部が修正された場合、修正された前記支持部に基づいて、前記解析工程、前記算出工程、前記第1の判定工程、前記第1の修正工程、前記第2の判定工程及び前記第2の修正工程を再び実施する
ことを特徴とする。
The support part setting method according to the ninth aspect for solving the above problem is as follows.
In the support part setting method according to the eighth aspect,
When the support portion is modified, based on the modified support portion, the analysis step, the calculation step, the first determination step, the first correction step, the second determination step, and the first The second correction step is performed again.
上記課題を解決する第10の態様に係る支持部設定方法は、
上記第7〜第9の態様のいずれか1つに記載の支持部設定方法において、
前記第1の判定工程は、前記算出工程で算出した前記応力値と、設定又は修正後の前記強度特性に対する前記数理モデル上の前記そり防止応力限界とを比較し、前記応力値が前記そり防止応力限界を超えた場合、前記製品や前記支持部にそりが発生すると判定する
ことを特徴とする。
A support part setting method according to a tenth aspect for solving the above problem is as follows.
In the support part setting method according to any one of the seventh to ninth aspects,
The first determination step compares the stress value calculated in the calculation step with the warpage prevention stress limit on the mathematical model for the strength characteristics after setting or correction, and the stress value is the warpage prevention. When the stress limit is exceeded, it is determined that warpage occurs in the product or the support portion.
上記課題を解決する第11の態様に係る支持部設定方法は、
上記第7〜第10の態様のいずれか1つに記載の支持部設定方法において、
様々な構成の前記支持部についての応力ひずみ線図に基づいて、前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化する定式化工程を有する
ことを特徴とする。
A support part setting method according to an eleventh aspect for solving the above problem is as follows.
In the support part setting method according to any one of the seventh to tenth aspects,
It has a formulation process for formulating a relationship between strength characteristics of the support part and warpage prevention stress limit based on stress strain diagrams for the support part of various configurations.
上記課題を解決する第12の態様に係る3次元積層方法は、
上記第7〜第11の態様のいずれか1つに記載の支持部設定方法で設定された支持部と前記製品とを積層するための造形データに基づいて、前記支持部を含む前記製品を積層する
ことを特徴とする。
A three-dimensional stacking method according to a twelfth aspect for solving the above problem is
The product including the support part is laminated based on modeling data for laminating the support part and the product set by the support part setting method according to any one of the seventh to eleventh aspects. It is characterized by doing.
上記課題を解決する第13の態様に係る支持部設定プログラムは、
上記第7〜第11の態様のいずれか1つに記載の支持部設定方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする。
A support part setting program according to a thirteenth aspect for solving the above problem is as follows.
It makes a computer perform the support part setting method as described in any one of the said 7th-11th aspect, It is characterized by the above-mentioned.
上記課題を解決する第14の態様に係るデータ作成装置は、
3次元積層装置で製品を積層する際に、前記製品を支持する支持部を設定するデータ作成装置であって、
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルを記憶するデータベースと、
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析する解析部と、
前記解析部による前記支持部と前記製品にかかる応力についての解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定する支持部形状特定部と、
を備える
ことを特徴とする。
A data creation device according to a fourteenth aspect for solving the above problem,
A data creation device for setting a support portion for supporting the product when the product is laminated by a three-dimensional laminating device,
A database that stores a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support and the warpage prevention stress limit;
An analysis unit for analyzing stress applied to the support unit and the product by a lamination process;
Based on the analysis result of the stress applied to the support part and the product by the analysis part and the mathematical model, the stress of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit. A support part shape specifying part for specifying the shape;
It is characterized by providing.
上記課題を解決する第15の態様に係るデータ作成装置は、
前記支持部形状特定部が、
前記支持部にかかる応力についての前記解析結果に基づいて前記製品にそりが発生すると判定された場合に、前記解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に基づいて前記支持部の形状を特定する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a fifteenth aspect for solving the above problem,
The support part shape specifying part is
When it is determined that the product is warped based on the analysis result of the stress applied to the support portion, based on the analysis result and the mathematical model, the warpage preventing stress limit is not exceeded. The strength characteristic is corrected, and the shape of the support portion is specified based on the corrected strength characteristic.
上記課題を解決する第16の態様に係るデータ作成装置は、
前記製品の姿勢を変更する姿勢変更部と、
前記姿勢変更部が姿勢を変更した場合に前記支持部が必要であるか否かを判定する支持部要否判定部と
を備え、
前記支持部形状特定部が、
前記支持部が必要と前記支持部要否判定部が判定した場合に、前記姿勢変更部が姿勢を変更した前記支持部と前記製品にかかる応力についての前記解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記そり防止応力限界に対応する前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a sixteenth aspect for solving the above problem,
A posture changing unit for changing the posture of the product;
A support unit necessity determination unit that determines whether or not the support unit is necessary when the posture change unit changes the posture; and
The support part shape specifying part is
Based on the analysis result and the mathematical model of the stress applied to the support unit and the product, the posture changing unit changing the posture when the support unit is necessary and the support unit necessity determining unit determines The shape of the support portion having the strength characteristic corresponding to the warp prevention stress limit is specified.
上記課題を解決する第17の態様に係るデータ作成装置は、
前記姿勢変更部は、
前記支持部形状特定部が前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正した際に、修正した前記強度特性が前記強度特性の上限値以上となる場合に、前記製品の姿勢を変更する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a seventeenth aspect for solving the above problem,
The posture changing unit
When the strength characteristic is corrected so that the stress applied to the support part by the support part shape specifying part does not exceed the warp prevention stress limit, the corrected strength characteristic is equal to or higher than the upper limit value of the strength characteristic. The posture of the product is changed.
上記課題を解決する第18の態様に係るデータ作成装置は、
前記姿勢変更部が、
前記支持部形状特定部が前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正した際に、前記強度特性が、強度特性の下限値以下となる場合に、前記製品の姿勢を変更する
ことを特徴とする。
A data creation device according to an eighteenth aspect for solving the above problem is as follows.
The posture changing unit is
When the strength characteristic is equal to or lower than the lower limit value of the strength characteristic when the strength characteristic is corrected in a range where the stress applied to the support part by the support part shape specifying part does not exceed the warp prevention stress limit, It is characterized by changing the attitude of the product.
上記課題を解決する第19の態様に係るデータ作成装置は、
前記姿勢変更部が前記製品を積層する際のリコータの移動平面に垂直な方向の軸を中心に前記製品を回転させた場合に、前記リコータの移動に伴い前記支持部が変形するか否かを判定する変形判定部、
を備える
ことを特徴とする。
A data creation device according to a nineteenth aspect for solving the above problem,
Whether or not the support part is deformed with the movement of the recoater when the product is rotated around an axis perpendicular to the plane of movement of the recoater when the posture changing unit laminates the product. A deformation determination unit for determining,
It is characterized by providing.
上記課題を解決する第20の態様に係るデータ作成装置は、
前記データベースを参照して、前記支持部を設定するコンピュータを有し、
前記コンピュータは、
前記支持部の強度特性を設定する設定工程と、
前記支持部と前記製品について、応力解析を行う解析工程と、
前記解析工程で行われた応力解析に基づいて、前記支持部の応力値を算出する算出工程と、
前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記設定工程で設定された前記強度特性と前記算出工程で算出した前記応力値に基づいて、前記製品や前記支持部にそりが発生するかどうかを判定する第1の判定工程と、
前記第1の判定工程でそりが発生すると判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第1の修正工程と、
設定又は修正後の前記強度特性が所定の基準値を超えた場合、前記支持部が外しにくいと判定する第2の判定工程と、
前記第2の判定工程で前記支持部が外しにくいと判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記基準値を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第2の修正工程と
を実施する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a twentieth aspect for solving the above problem,
A computer for setting the support unit with reference to the database;
The computer
A setting step for setting strength characteristics of the support part;
An analysis step for performing stress analysis on the support and the product;
Based on the stress analysis performed in the analysis step, a calculation step for calculating a stress value of the support part;
Referring to the mathematical model of the database, whether or not warpage occurs in the product or the support unit based on the strength characteristic set in the setting step and the stress value calculated in the calculation step. A first determination step for determining;
When it is determined that warpage occurs in the first determination step, based on the mathematical model of the database, the strength characteristic is corrected within a range not exceeding the warp prevention stress limit, and the corrected strength characteristic is A first correction step of correcting the support portion to a corresponding configuration;
A second determination step for determining that the support portion is difficult to remove when the strength characteristic after setting or correction exceeds a predetermined reference value;
When it is determined in the second determination step that the support portion is difficult to remove, the intensity characteristic is corrected to a range not exceeding the reference value by referring to the mathematical model of the database, and the corrected intensity And a second correction step of correcting the support portion in a configuration corresponding to the characteristic.
上記課題を解決する第21の態様に係るデータ作成装置は、
前記コンピュータが、
前記支持部が修正された場合、修正された前記支持部に基づいて、前記解析工程、前記算出工程、前記第1の判定工程、前記第1の修正工程、前記第2の判定工程及び前記第2の修正工程を再び実施する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a twenty-first aspect that solves the above-described problem,
The computer is
When the support portion is modified, based on the modified support portion, the analysis step, the calculation step, the first determination step, the first correction step, the second determination step, and the first The second correction step is performed again.
上記課題を解決する第22の態様に係るデータ作成装置は、
前記コンピュータが、
様々な構成の前記支持部についての応力ひずみ線図に基づいて、前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化する定式化工程を実施する
ことを特徴とする。
A data creation device according to a twenty-second aspect for solving the above problem,
The computer is
The present invention is characterized in that a formulation step for formulating a relationship between strength characteristics of the support portion and warpage prevention stress limit is performed based on stress strain diagrams of the support portion having various configurations.
上記課題を解決する第23の態様に係る3次元積層システムは、
上記の何れかのデータ作成装置と、
前記データ作成装置によって生成された造形データに基づいて、3次元形状の製品を造形する3次元積層装置と、
を備える
ことを特徴とする。
A three-dimensional stacking system according to a twenty-third aspect that solves the above-described problem,
Any of the above data creation devices;
A three-dimensional laminating apparatus for modeling a three-dimensional product based on the modeling data generated by the data creation apparatus;
It is characterized by providing.
上記課題を解決する第24の態様に係るデータ作成装置の制御方法は、
3次元積層装置で製品を積層する際に、前記製品を支持する支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルを記憶するデータベースを備え、前記支持部の設定方法であって、
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析することと、
前記解析することによって得られた解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定することと、
を含む
ことを特徴とする。
The control method of the data creation device according to the twenty-fourth aspect for solving the above problem is as follows:
When a product is laminated by a three-dimensional laminating apparatus, a database for storing a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support portion supporting the product and the warpage prevention stress limit is provided, and the method for setting the support portion There,
Analyzing the stress applied to the support part and the product by a lamination process;
Based on the analysis result obtained by the analysis and the mathematical model, specifying the shape of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit;
It is characterized by including.
上記課題を解決する第25の態様に係るプログラムは、
3次元積層装置で製品を積層する際に、前記製品を支持する支持部を設定するためのコンピュータに、
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルを記憶させることと、
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析することと、
前記解析することによって得られた解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定することと、
を実行させる
ことを特徴とする。
A program according to a twenty-fifth aspect for solving the above problem is
When laminating products with a three-dimensional laminating apparatus, a computer for setting a support portion for supporting the products,
Storing a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support and the warp prevention stress limit;
Analyzing the stress applied to the support part and the product by a lamination process;
Based on the analysis result obtained by the analysis and the mathematical model, specifying the shape of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit;
Is executed.
本発明によれば、3次元積層製品の支持部について、その熱変形の抑制、取り外しやすさの判定を行うので、適切な剛性を有する支持部を設定することができる。その結果、適切な剛性を有する支持部を用いて、3次元積層製品を作製することができ、製品品質を向上させることができる。 According to the present invention, since the thermal deformation is suppressed and the ease of removal is determined for the support part of the three-dimensional laminated product, a support part having appropriate rigidity can be set. As a result, a three-dimensional laminated product can be manufactured using a support portion having appropriate rigidity, and the product quality can be improved.
以下、本発明に係る支持部設定システム、方法、プログラム及び3次元積層装置、方法の実施形態について、図1〜図5を参照して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of a support setting system, method, program, three-dimensional laminating apparatus, and method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[実施例1]
本実施例においては、図1に示すように、データ作成装置10が、ネットワーク20を介して、3次元積層装置30と接続されている。なお、ここでは、1つの3次元積層装置30を図示しているが、複数の3次元積層装置30と接続されていても良い。
[Example 1]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
データ作成装置10は、例えば、コンピュータであり、装置構成としては、演算装置、記憶装置、通信装置などからなり(図示省略)、機能構成としては、製品形状作成部11、造形データ作成部12、基準データ作成部13、データベース(以降、DB)14を有している。この造形データ作成部12が、本実施例の支持部設定システム、方法を含んでいる。
The
製品形状作成部11は、製品の3次元形状データを作成している。これは、所謂、CAD(Computer Aided Design)プログラムである。
The product
また、造形データ作成部12は、製品形状作成部11で作成した3次元形状データに基づいて、3次元積層装置30で使用する造形データを作成し、3次元積層装置30への操作指示をしている。これは、所謂、CAM(Computer Aided Manufacturing)プログラムであり、本実施例の支持部設定プログラムは、ここに含まれている。
Further, the modeling
また、基準データ作成部13は、DB14に登録する基準データを作成している。これは、所謂、CAE(Computer Aided Engineering)プログラムである。
Further, the reference
また、DB14は、記憶装置などからなり、基準データ作成部13で作成した基準データが複数登録されて、データベースが構築されている。
The
なお、図1では、製品形状作成部11、造形データ作成部12、基準データ作成部13及びDB14を1つのデータ作成装置10が有する構成であるが、製品形状作成部11、造形データ作成部12、基準データ作成部13及びDB14は互いに独立した装置(コンピュータ)で構成しても良く、その場合、DB14をデータベースサーバとし、互いに、ネットワーク20を介して接続する構成とすれば良い。
In FIG. 1, the product
製品形状作成部11、造形データ作成部12、基準データ作成部13及びDB14の詳細については、図2〜図5を参照して後述する。
Details of the product
また、ネットワーク20は、イーサネット(登録商標)などのネットワークからなり、また、有線であっても無線であっても良い。更には、インターネットなどのネットワークでも良く、その場合には、データ作成装置10の遠隔地に3次元積層装置30があっても、ネットワーク20を介して、通信可能である。一方で、データ作成装置10と3次元積層装置30とを近接して配置できる場合には、ネットワーク20を介さず、直接接続するようにしても良い。
The
3次元積層装置には、様々な方式の装置があるが、3次元積層装置30は、薄く積層した粉末をレーザ(又は電子ビーム)により焼結又は溶融固化させ、焼結又は溶融固化させた材料を積層して3次元形状の製品を造形する「粉末床溶融結合(Powder Bed Fusion)方式」の装置とする。なお、これと同様に、材料を焼結又は溶融固化させる方式の装置、例えば、「指向性エネルギー堆積(Directed Energy Deposition)方式」の装置などでも良い。
There are various types of three-dimensional laminating apparatuses, but the three-
そして、図1と共に、図2〜図5を参照して、データ作成装置10で実施する、本実施例の支持部設定方法を含む製品形状データ、造形データ及び基準データの作成方法を説明するが、まずは、図3〜図5を参照して、基準データの作成方法を説明する。図3に示す基準データの作成は、図2に示す造形データの作成より前に行われている。
Then, referring to FIGS. 2 to 5 together with FIG. 1, a method for creating product shape data, modeling data, and reference data including the support unit setting method of the present embodiment, which is performed by the
(ステップS21)
基準データを作成する支持部の構成(外形形状、断面形状、骨組部分の寸法、間隔など)を設定すると共に、設定した支持部の構成についての変更条件を設定する。ここでは、一例として、図4(a)〜(c)に示すように、外形形状として角柱を設定し、断面形状として井桁構造を設定し、また、変更条件として、複数のメッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)を設定している。なお、ここでは、骨組部分の寸法については、条件を変更せず、一定の値を用いる。
(Step S21)
In addition to setting the configuration (external shape, cross-sectional shape, frame portion size, interval, etc.) of the support for creating the reference data, a change condition for the set configuration of the support is set. Here, as an example, as shown in FIGS. 4A to 4C, a prism is set as an outer shape, a cross-girder structure is set as a cross-sectional shape, and a plurality of mesh densities (cross-girder structure) are set as change conditions. The interval of the skeleton part) is set. In addition, about the dimension of a frame part here, a constant value is used, without changing conditions.
具体的には、設定した支持部の構成、変更条件に基づいて、評価対象の支持部を、図4(a)に示す支持部A(メッシュ密度が粗い=井桁構造の骨組部分の間隔が広い)、図4(b)に示す支持部B(メッシュ密度が中程度=井桁構造の骨組部分の間隔が中程度)、図4(c)に示す支持部C(メッシュ密度が細かい=井桁構造の骨組部分の間隔が狭い)としている。つまり、支持部A、B、Cは、メッシュ密度を除いて、断面形状は相似している。 Specifically, based on the configuration and change conditions of the set support portion, the support portion to be evaluated is the support portion A shown in FIG. ), Support portion B shown in FIG. 4B (medium mesh density = medium spacing between the frame portions of the cross-beam structure), and support portion C shown in FIG. 4C (fine mesh density = cross-beam structure) The space between the frame parts is narrow). That is, the support portions A, B, and C have similar cross-sectional shapes except for the mesh density.
なお、ここでは、支持部の構成の外形形状として角柱を設定し、断面形状として井桁構造を設定しているが、例えば、多角柱構造やハニカム構造などであっても良い。 Here, a prism is set as the outer shape of the configuration of the support portion, and a cross-girder structure is set as the cross-sectional shape. However, for example, a polygonal column structure or a honeycomb structure may be used.
また、変更条件としては、上述したメッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)に限らず、様々な条件を設定して、後述する基準データを作成することが望ましい。例えば、井桁構造の骨組部分の寸法(厚さ)を変更条件としても良いし、井桁構造を形成する骨組部分の材料の含有率を変更条件としても良い。 In addition, the changing condition is not limited to the mesh density described above (interval between the frame portions of the cross-girder structure), and it is desirable to set various conditions and create reference data to be described later. For example, the size (thickness) of the frame portion of the cross-girder structure may be set as the change condition, or the content rate of the material of the frame portion forming the cross-girder structure may be set as the change condition.
(ステップS22)
ステップS21で設定した複数種類の支持部A、B、Cについて、3次元積層装置30を用いて実際に積層する積層試験を行う。又は、積層試験は時間及びコストがかかるため、これに代えて、積層解析プログラムによる積層解析を行っても良い。
(Step S22)
A stacking test for actually stacking the plurality of types of support portions A, B, and C set in step S21 using the three-dimensional stacking
(ステップS23)
ステップS23で積層試験した複数種類の支持部A、B、Cについて、引張試験装置を用いて実際に引張試験を行う。又は、引張試験は時間及びコストがかかるため、これに代えて、引張試験プログラムによる引張解析を行っても良い。この引張試験又は引張解析により、支持部A、B、Cについての応力ひずみ線図が求められる。
(Step S23)
A tensile test is actually performed on a plurality of types of support portions A, B, and C subjected to the lamination test in step S23 using a tensile test apparatus. Alternatively, since the tensile test takes time and cost, a tensile analysis by a tensile test program may be performed instead. By this tensile test or tensile analysis, stress strain diagrams for the support portions A, B, and C are obtained.
上述した積層解析、引張解析は、積層試験、引張試験に対する再現解析を行い、その解析手法の妥当性を確認できれば、同一変更条件の他のパラメータに限らず、他の形状や他の変更条件にも適用可能である。このように、積層試験、引張試験と積層解析、引張解析とを関連づけることにより、積層解析、引張解析を用いて、様々な構成の支持部に対して、後述する数理モデルを求めて、これらをデータベース化することも可能である。従って、全ての支持部について、積層試験や引張試験を行う必要はなくなる。 The above-mentioned lamination analysis and tensile analysis are not limited to other parameters of the same change condition, but can be changed to other shapes and other change conditions as long as the reproducibility analysis for the lamination test and tensile test can be performed and the validity of the analysis method can be confirmed. Is also applicable. In this way, by associating the lamination test, the tensile test with the lamination analysis, and the tensile analysis, using the lamination analysis and the tensile analysis, the mathematical models described below are obtained for the support portions having various configurations, and these are obtained. It is also possible to create a database. Therefore, it is not necessary to perform a lamination test or a tensile test on all support parts.
(ステップS24)
ステップS23で求めた応力ひずみ線図に基づいて、支持部A、B、Cについての強度特性とそり防止クライテリア(反り防止応力限界)を取得する。なお、ここでは、強度特性として、ヤング率(剛性)を用いるが、同等の強度特性であれば、他の物理量でも良い。また、ここでの「ヤング率」は、例えば、図4に示す井桁構造のように、空洞部分がある断面形状を有する支持部については、空洞部分を含めて求めたヤング率(見かけのヤング率)である。また、「そり防止クライテリア」は、例えば、支持部の弾性限度の応力(弾性変形しても元に戻る応力)から求めれば良い。
(Step S24)
Based on the stress strain diagram obtained in step S23, the strength characteristics and warpage prevention criteria (warping prevention stress limit) for the support portions A, B, and C are acquired. Here, Young's modulus (rigidity) is used as the strength characteristic, but other physical quantities may be used as long as the strength characteristics are equivalent. In addition, the “Young's modulus” here is the Young's modulus (apparent Young's modulus) obtained including the hollow portion for a support portion having a cross-sectional shape with a hollow portion, such as the cross-girder structure shown in FIG. ). Further, the “warp prevention criteria” may be obtained from, for example, the stress of the elastic limit of the support portion (stress that returns to the original even when elastically deformed).
(ステップS25)
基準データを作成する支持部について、必要数取得できたか判断し、必要数取得できていればステップS26へ進み、必要数取得できていなければ、ステップS21へ戻り、上述したステップS21〜S24を繰り返す。必要数としては、設定した変更条件について、後述する定式化が可能な数があれば良い。
(Step S25)
It is determined whether or not the necessary number of the support units for creating the reference data has been acquired. If the required number has been acquired, the process proceeds to step S26. If the required number has not been acquired, the process returns to step S21 to repeat the above-described steps S21 to S24. . As the necessary number, it suffices if there is a number that can be formulated later for the set change condition.
ここでは、図5のグラフに示すように、井桁構造の骨組部分の間隔が広い支持部A、井桁構造の骨組部分の間隔が中程度の支持部B、井桁構造の骨組部分の間隔が狭い支持部Cについて、それぞれ、ヤング率とそり防止クライテリアのデータが取得され、これにより、井桁構造の骨組部分の間隔を変更条件のパラメータとしたそり防止クライテリアのデータが取得されることになる。 Here, as shown in the graph of FIG. 5, the support portion A having a wide interval between the frame portions of the cross beam structure, the support portion B having a medium interval between the frame portions of the cross beam structure, and the support having a narrow interval between the frame portions of the cross beam structure. With respect to the part C, data of Young's modulus and warpage prevention criteria are acquired, respectively, whereby data of warpage prevention criteria using the interval between the frame portions of the cross beam structure as parameters of the change condition is acquired.
(ステップS26;定式化工程)
取得したヤング率とそり防止クライテリアに基づいて、その定式化を行い、図5に示す曲線のような数理モデルMを求める。このような数理モデルMを求めることにより、後述するステップS5で行う判定が可能となる。数理モデルMは、公知のフィッティング関数などを用いて、定式化を行えば良い。
(Step S26; formulation process)
Based on the acquired Young's modulus and warpage prevention criteria, the formulation is performed to obtain a mathematical model M like a curve shown in FIG. By obtaining such a mathematical model M, the determination performed in step S5 described later can be performed. The mathematical model M may be formulated using a known fitting function or the like.
(ステップS27)
ステップS26で求めた数理モデルMをDB14へ登録する。様々な構成の支持部についての数理モデルMをDB14へ登録することで、様々な構成の支持部について、評価を行うことが可能となる。
(Step S27)
The mathematical model M obtained in step S26 is registered in the
基準データ作成部13では、以上のようにして、製品積層時の熱変形抑制を判定するための基準データとなる数理モデルMを作成し、作成した多数の数理モデルMをDB14へ登録して、データベースを構築している。定式化された数理モデルMを多数有するDB14は、最適な構成の支持部を選定する際の汎用ツールとなる。
The reference
次に、図1と共に、図2を参照して、データ作成装置10で実施する製品形状データ及び造形データの作成方法を説明する。この造形データの作成方法には、本実施例の支持部設定方法が含まれている。
Next, with reference to FIG. 2 together with FIG. 1, a method for creating product shape data and modeling data performed by the
(ステップS1)
製品形状作成部11において、製品の3次元形状データ(3D−CADデータ)を作成する。新しい製品であれば、製品形状作成部11において、3次元モデルを作成することにより、3次元形状データを作成する。既に、3次元形状データがある場合には、製品形状作成部11において、その3次元形状データを入力すれば良い。また、既存の製品であれば、3Dスキャナなどで形状をスキャンして、3次元形状データを作成しても良い。
(Step S1)
In the product
(ステップS2)
造形データ作成部12において、製品形状作成部11で作成した3次元形状データに基づいて、3次元積層装置30で使用する造形データを作成する。具体的には、以下のステップS2−1〜S2−3に従って行う。
(Step S2)
The modeling
(ステップS2−1)
積層して造形する製品の積層姿勢を設定する。この設定は、オペレータが設定しても良いし、また、積層姿勢を最適化するプログラムを用いて設定しても良い。
(Step S2-1)
Set the stacking posture of the product to be stacked and shaped. This setting may be set by an operator, or may be set using a program for optimizing the stacking posture.
(ステップS2−2;設定工程)
設定した積層姿勢に基づいて、製品を支持部で支持する支持範囲(位置や数など)、支持部の構成(外形形状、断面形状、骨組部分の寸法、間隔など)を設定する。この際、設定した支持部の構成に基づいて、ヤング率を予め設定しておく。
(Step S2-2; setting process)
Based on the set stacking posture, the support range (position, number, etc.) for supporting the product by the support part, and the configuration of the support part (outer shape, cross-sectional shape, frame part size, interval, etc.) are set. At this time, the Young's modulus is set in advance based on the set configuration of the support portion.
支持範囲については、支持部の位置や数などを設定するプログラムを用いて設定する。このようなプログラムとしては、コスト低減のため、支持部の数などを最小化して設定するものが望ましい。 The support range is set using a program that sets the position and number of support portions. As such a program, a program that minimizes the number of support portions and the like is desirable for cost reduction.
支持部の構成については、初期値を予め設定しておき、最初は、この初期値を用いても良い。ここでは、一例として、支持部の外形形状を角柱とし、断面形状を井桁構造としており、骨組部分の寸法、間隔などについては初期値を用いる。そして、支持部についての3次元形状データが製品の3次元形状データに追加される。 Regarding the configuration of the support portion, an initial value may be set in advance, and initially this initial value may be used. Here, as an example, the outer shape of the support portion is a prism, the cross-sectional shape is a cross-girder structure, and initial values are used for the dimensions and intervals of the frame portions. Then, the three-dimensional shape data about the support portion is added to the three-dimensional shape data of the product.
(ステップS2−3)
支持部を含む製品の3次元形状データについて、これを水平に薄くスライスして分割したスライスデータに変換して、3次元積層装置30で使用する造形データを作成する。
(Step S2-3)
The three-dimensional shape data of the product including the support part is converted into slice data obtained by horizontally slicing and dividing the data, and modeling data to be used in the three-
(ステップS3;解析工程)
造形データ作成部12において、製品及び支持部の応力解析を行う。具体的には、ステップS2(ステップS2−3)で作成した造形データについて、3次元積層装置30で使用する製品の材料及び加熱計画に基づいて、応力解析により、熱変形量を予測する。これは、公知の構造解析プログラムを用いれば良い。
(Step S3; analysis process)
The modeling
(ステップS4;算出工程)
ステップS3で予測した熱変形量に基づいて、製品及び支持部に発生する応力値を算出する。
(Step S4; calculation step)
Based on the thermal deformation amount predicted in step S3, a stress value generated in the product and the support portion is calculated.
(ステップS5;第1の判定工程)
ステップS4で算出した支持部の応力値について、製品や支持部にそりが発生しないかどうか判定し、そりが発生しなければ、ステップS6へ進み、そりが発生すれば、ステップS7へ進む。この判定は、基準データ作成部13で作成し、DB14に登録された基準データを参照して、具体的には、図5に示すような数理モデルMを参照して、行っている。
(Step S5; first determination step)
With respect to the stress value of the support portion calculated in step S4, it is determined whether or not warpage occurs in the product or the support portion. If warpage does not occur, the process proceeds to step S6, and if warpage occurs, the process proceeds to step S7. This determination is made by referring to the reference data created by the reference
例えば、図5に示すパターンIの場合は(パターンIの白丸参照)、支持部のヤング率が40000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が350MPaであるので、算出した応力値が数理モデルMより大きく、製品や支持部にそりが発生する応力値となるので、支持部の見直しが必要になる。 For example, in the case of the pattern I shown in FIG. 5 (see the white circle in the pattern I), the Young's modulus of the support portion is 40000 MPa, and the stress value calculated in step S4 is 350 MPa. Since it is larger and the stress value causes warpage in the product and the support portion, the support portion needs to be reviewed.
(ステップS6;第2の判定工程)
支持部のヤング率について、支持部が製品から外しやすいかどうか判定し、外しやすい場合、ステップS8へ進み、外しにくい場合は、ステップS7へ進む。この判定は、図5に示すように、外しやすさを判定する所定の基準値Lに対する支持部のヤング率の大きさで、支持部の外しやすい、外しにくいを判定している。
(Step S6; second determination step)
For the Young's modulus of the support part, it is determined whether the support part is easily removed from the product. If it is easy to remove, the process proceeds to step S8, and if it is difficult to remove, the process proceeds to step S7. As shown in FIG. 5, this determination is based on the Young's modulus of the support part with respect to a predetermined reference value L for determining ease of removal, and determines whether the support part is easily removed or difficult to remove.
例えば、図5に示すパターンIIの場合は(パターンIIの白丸参照)、支持部のヤング率が160000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が250MPaであるので、算出した応力値は数理モデルMよりは小さく、製品や支持部にそりが発生する応力値ではないが、支持部のヤング率が、基準値L(ここでは、L=90000MPa)より大きいので、支持部の見直しが必要になる。 For example, in the case of the pattern II shown in FIG. 5 (see the white circle in the pattern II), the Young's modulus of the support portion is 160000 MPa, and the stress value calculated in step S4 is 250 MPa. However, the Young's modulus of the support part is larger than the reference value L (here, L = 90000 MPa), and therefore the support part needs to be reviewed.
(ステップS7;第1及び第2の修正工程)
ステップS5でそりが発生すると判定された場合、そして、ステップS6で支持部が外しにくいと判定された場合、支持部のヤング率を見直す。具体的には、図5に示すような数理モデルMを参照して、行っている。ここで、図5に示すパターンI及びパターンIIについて、支持部のヤング率の見直しを説明する。
(Step S7; first and second correction steps)
If it is determined in step S5 that warpage occurs, and if it is determined in step S6 that the support portion is difficult to remove, the Young's modulus of the support portion is reviewed. Specifically, this is done with reference to a mathematical model M as shown in FIG. Here, the review of the Young's modulus of the support portion will be described for the pattern I and the pattern II shown in FIG.
図5のパターンIの場合は(パターンIの白丸参照)、上述したように、ステップS4で算出した応力値が数理モデルMより大きくなるので、つまり、製品や支持部にそりが発生する応力値となるので、支持部の見直しが必要になる。この場合は、算出した応力値はそのままで、ヤング率の方を見直し、ヤング率を80000MPaと大きくすることにより(パターンIの黒丸参照)、算出した応力値を数理モデルMより小さくしている。この際、応力解析に用いる解析モデルの形状は変更しない。 In the case of the pattern I in FIG. 5 (see the white circle in the pattern I), as described above, the stress value calculated in step S4 is larger than the mathematical model M, that is, the stress value at which warpage occurs in the product or the support portion. Therefore, it is necessary to review the support section. In this case, the calculated stress value is kept as it is, the Young's modulus is reviewed, and the Young's modulus is increased to 80000 MPa (see the black circle in pattern I), thereby making the calculated stress value smaller than the mathematical model M. At this time, the shape of the analysis model used for the stress analysis is not changed.
また、図5のパターンIIの場合は(パターンIIの白丸参照)、上述したように、支持部のヤング率が基準値Lより大きくなるので、つまり、支持部が製品から外しにくくなるので、支持部の見直しが必要になる。この場合も、算出した応力値はそのままで、ヤング率の方を見直し、ヤング率を40000MPaと小さくすることにより(パターンIIの黒丸参照)、ヤング率を基準値Lより小さくしている。この際も、応力解析に用いる解析モデルの形状は変更しない。 In the case of pattern II in FIG. 5 (see the white circle in pattern II), as described above, the Young's modulus of the support portion is larger than the reference value L, that is, the support portion is difficult to remove from the product. Review of the department is necessary. Also in this case, the Young's modulus is reconsidered with the calculated stress value as it is, and the Young's modulus is made smaller than 40000 MPa (see the black circle in the pattern II), thereby making the Young's modulus smaller than the reference value L. At this time, the shape of the analysis model used for the stress analysis is not changed.
そして、ステップS7での支持部の見直し後、ステップS3へ戻り、見直しにより修正したヤング率を用いて、以降は上述したように、ステップS3において、製品及び支持部の応力解析を行い、ステップS4において、支持部の応力値を算出し、ステップS5で製品や支持部にそりが発生しないかどうか判定し、ステップS6で支持部が製品から外しやすいかどうか判定する。ステップS5及びS6の条件を満たすまで、ステップS3〜S7が繰り返し行われる。なお、もし、ステップS5及びS6の条件を満たす解が見つからない場合は、ステップS2へ戻り、支持部の構成以外の設定である積層姿勢や支持範囲を見直せば良い。 Then, after reviewing the support portion in step S7, the process returns to step S3, and using the Young's modulus corrected by the review, the stress analysis of the product and the support portion is performed in step S3 as described above, and step S4 is performed. In step S5, the stress value of the support part is calculated. In step S5, it is determined whether the product or the support part is warped. In step S6, it is determined whether the support part is easily detached from the product. Steps S3 to S7 are repeated until the conditions of steps S5 and S6 are satisfied. If no solution satisfying the conditions of steps S5 and S6 is found, the process returns to step S2, and the stacking posture and the support range, which are settings other than the configuration of the support portion, may be reviewed.
(ステップS8)
ステップS5及びS6の条件を満たすと判定された場合、設定又は修正したヤング率を支持部の剛性として決定する。例えば、図5のパターンIの場合は(パターンIの黒丸参照)、ヤング率80000MPaを、支持部の剛性として決定し、図5のパターンIIの場合は(パターンIIの黒丸参照)、ヤング率40000MPaを、支持部の剛性として決定する。
(Step S8)
When it is determined that the conditions of steps S5 and S6 are satisfied, the set or corrected Young's modulus is determined as the rigidity of the support portion. For example, in the case of the pattern I in FIG. 5 (see the black circle in the pattern I), the Young's modulus of 80000 MPa is determined as the rigidity of the support, and in the case of the pattern II in FIG. 5 (see the black circle in the pattern II), the Young's modulus is 40000 MPa. Is determined as the stiffness of the support.
(ステップS9)
ステップS8で決定した支持部の剛性に基づいて、支持部の構成を決定する。ここでは、変更条件として、メッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)を設定した基準データを参照しているので(図4参照)、ステップS8で決定した剛性となるメッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)を決定する。
(Step S9)
Based on the rigidity of the support portion determined in step S8, the configuration of the support portion is determined. Here, since the reference data in which the mesh density (interval between the frame portions of the cross-girder structure) is set is referred to as the change condition (see FIG. 4), the mesh density (the girder-structure frame that becomes the rigidity determined in step S8) Determine the spacing between the parts.
(ステップS10)
ステップS9で決定した支持部の構成に基づいて、ステップS2(ステップS2−3)で作成した造形データを修正する。具体的には、ステップS9で決定した構成(井桁構造の骨組部分の間隔)を有する支持部の3次元形状データを製品の3次元形状データに追加し、この支持部を含む製品の3次元形状データをスライスデータに変換して、3次元積層装置30で使用する造形データを修正する。
(Step S10)
Based on the structure of the support part determined in step S9, the modeling data created in step S2 (step S2-3) is corrected. Specifically, the three-dimensional shape data of the support portion having the configuration determined in step S9 (interval of the frame portion of the cross-girder structure) is added to the three-dimensional shape data of the product, and the three-dimensional shape of the product including the support portion Data is converted into slice data, and modeling data used in the three-
(ステップS11)
修正後の造形データを3次元積層装置30へ送信し、3次元積層装置30へ積層開始指示を行う。これにより、3次元積層装置30は、修正後の造形データに基づいて、支持部を含む製品を積層し、造形することになる。
(Step S11)
The corrected modeling data is transmitted to the three-
以上を簡単に整理すると、造形データ作成部12では、DB14に登録された基準データを参照して、製品の積層時に必要な支持部の剛性を判定し、製品の積層時における熱変形を考慮した(最小化した)最適な剛性を有する支持部を自動的に設定するようにしている。この上で、造形データ作成部12では、製品及び支持部の造形データを作成している。
When the above is simply arranged, the modeling
このように、本発明では、3次元積層装置30で造形する製品の支持部について、その熱変形の抑制、取り外しやすさの判定を行うので、適切な剛性を有する支持部を設定することができる。そして、設定した支持部を反映して、3次元積層装置で製品を積層して造形するので、適切な剛性を有する支持部を用いて、製品を作製することができ、製品品質を向上させることができる。
As described above, in the present invention, the support portion of the product to be modeled by the three-
また、適切な支持部を設定する時間を、試行錯誤により設定していた従来と比較して、大幅に短縮することができる。また、様々な構成の支持部に対する基準データを蓄積してデータベースを構築することにより、支持部を評価する汎用ツールとすることもできる。 In addition, the time for setting an appropriate support portion can be significantly reduced as compared with the conventional case where the time is set by trial and error. Moreover, it can also be set as the general purpose tool which evaluates a support part by accumulating the reference data with respect to the support part of various structures, and building a database.
[実施例2]
本実施例によるデータ作成装置10は、製品や支持部にそりが発生し、見かけのヤング率が製品から支持部を外すときの外しにくさの上限値を示すヤング率を超えた場合に、製品の姿勢を見直し、製品及び支持部について応力解析をし直す。
[Example 2]
The
データ作成装置10は、3次元積層装置で製品を積層する際に、製品を支持する支持部を設定するための装置である。
データ作成装置10は、基準データ作成部13と、DB14と、造形データ作成部12(解析部、姿勢変更部、支持部形状特定部、変形判定部)と、製品形状作成部11と、を備える。
The
The
製品形状作成部11は、製品の3次元形状データを作成する。
基準データ作成部13は、数理モデルMを作成し、作成した多数の数理モデルMをDB14へ登録する。
The product
The reference
DB14は、支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルMを記憶する。
なお、強度特性とは、製品及び支持部の強度を示すもので、製品や支持部を構成する材料と構造によって変化する見かけのヤング率で示されるものである。
また、そり防止応力限界とは、製品や支持部を積層する際にそりが発生しない応力の最小値であり、製品や支持部が破損しない限界の応力を示す値である。
The
The strength characteristic indicates the strength of the product and the support part, and is indicated by an apparent Young's modulus that varies depending on the material and structure constituting the product and the support part.
The warpage prevention stress limit is a minimum value of stress at which warpage does not occur when a product or a support is laminated, and is a value indicating a limit stress at which the product or the support is not damaged.
造形データ作成部12は、支持部と製品について、応力を解析する。
また、造形データ作成部12は、製品の姿勢を変更する。具体的には、造形データ作成部12は、支持部にかかる応力がそり防止応力限界を超えない範囲に強度特性を修正した際に強度特性が所定の上限値を上回る場合に、製品の姿勢を変更する。例えば、図6に示すように、強度特性の上限値である見かけのヤング率の上限値をLで示される90000MPaとした場合、そり防止クライテリアがおよそ380MPa以上になると、見かけのヤング率が上限値を上回る。このような場合に、造形データ作成部12は、製品の姿勢を変更して、見かけのヤング率を低減する。
The modeling
In addition, the modeling
造形データ作成部12は、解析結果と数理モデルとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。造形データ作成部12は、解析結果が製品にそりが発生することを示す場合に、解析結果と数理モデルとに基づいて、そり防止応力限界を超えない範囲に強度特性を修正し、修正した強度特性に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
造形データ作成部12は、製品の姿勢を変更したときの解析結果と数理モデルとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
Based on the analysis result and the mathematical model, the modeling
The modeling
次に、本実施例によるデータ作成装置10の処理について説明する。
ここでは、図7に示すデータ作成装置10の処理フローについて説明する。
Next, processing of the
Here, the processing flow of the
製品形状作成部11は、製品の3次元形状データを作成する(ステップS1)。例えば、新しい製品であれば、製品形状作成部11は、3次元モデルを作成することにより、3次元形状データを作成する。既に、3次元形状データがある場合には、製品形状作成部11は、その3次元形状データを取得する。また、既存の製品であれば、製品形状作成部11は、3Dスキャナなどで形状をスキャンして、3次元形状データを作成する。
The product
造形データ作成部12は、製品形状作成部11が作成した3次元形状データに基づいて、3次元積層装置30で使用する造形データを作成する(ステップS2)。具体的には、造形データ作成部12は、上述のステップS2−1〜S2−3と同様の下記のステップS2−1〜S2−3を行う。
The modeling
すなわち、造形データ作成部12は、積層姿勢を最適化するプログラムを用いて積層して造形する製品の積層姿勢を設定する(ステップS2−1)。なお、この設定は、オペレータが設定しても良い。
That is, the modeling
造形データ作成部12は、設定した積層姿勢に基づいて、製品を支持部で支持する支持範囲(位置や数など)、支持部の構成(外形形状、断面形状、骨組部分の寸法、間隔など)を設定する(ステップS2−2)。この際、造形データ作成部12は、設定した支持部の構成に基づいて、ヤング率を予め設定しておく。
造形データ作成部12は、支持範囲について、支持部の位置や数などを設定するプログラムを用いて設定する。このようなプログラムとしては、コスト低減のため、支持部の数などを最小化して設定するものが望ましい。
造形データ作成部12は、支持部の構成について、初期値を予め設定しておく。造形データ作成部12は、最初は、この初期値を用いる。ここでは、一例として、支持部の外形形状を角柱とし、断面形状を井桁構造としており、造形データ作成部12は、骨組部分の寸法、間隔などについて、初期値を用いる。そして、造形データ作成部12は、支持部についての3次元形状データを製品の3次元形状データに追加する。
Based on the set stacking posture, the modeling
The modeling
The modeling
造形データ作成部12は、支持部を含む製品の3次元形状データについて、これを水平に薄くスライスして分割したスライスデータに変換して、3次元積層装置30で使用する造形データを作成する(ステップS2−3)。
The modeling
次に、造形データ作成部12(解析部)は、製品及び支持部の応力解析を行う(ステップS3)。具体的には、造形データ作成部12は、ステップS2−3で作成した造形データについて、3次元積層装置30で使用する製品の材料及び加熱計画に基づいて、応力解析により、熱変形量を予測する。造形データ作成部12(解析部)は、公知の構造解析プログラムを用いて熱変形量を予測すれば良い。
Next, the modeling data creation part 12 (analysis part) performs stress analysis of a product and a support part (step S3). Specifically, the modeling
造形データ作成部12は、予測した熱変形量に基づいて、製品及び支持部に発生する応力値を算出する(ステップS4)。
The modeling
造形データ作成部12は、算出した支持部の応力値について、製品や支持部にそりが発生しないかどうか判定する(ステップS5)。
具体的には、造形データ作成部12は、基準データ作成部13が作成し、DB14に登録した例えば図6に示す基準データを参照して、この判定を行う。
例えば、図6に示すパターンIの場合は(パターンIの白丸参照)、支持部の見かけのヤング率が40000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が350MPaである。そのため、造形データ作成部12は、算出した応力値が数理モデルMより大きく、製品や支持部にそりが発生する応力値となると判定する(ステップS5においてNO)。また、例えば、図6に示すパターンIIIの場合は(パターンIIIの白丸参照)、支持部の見かけのヤング率が55000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が400MPaである。そのため、造形データ作成部12は、算出した応力値が数理モデルMより大きく、製品や支持部にそりが発生する応力値となると判定する(ステップS5においてNO)。また、例えば、図6に示すパターンIIの場合は(パターンIIの白丸参照)、支持部の見かけのヤング率が160000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が250MPaである。そのため、造形データ作成部12は、算出した応力値が数理モデルMより小さく、製品や支持部にそりが発生しない応力値となると判定する(ステップS5においてYES)。
The modeling
Specifically, the modeling
For example, in the case of the pattern I shown in FIG. 6 (see the white circle in the pattern I), the apparent Young's modulus of the support portion is 40000 MPa, and the stress value calculated in step S4 is 350 MPa. Therefore, the modeling
造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合(ステップS5においてNO)、支持部の見かけのヤング率を、解析結果に係る応力値と等しいそり防止限界に関連付けられた数理モデルM上の見かけのヤング率に見直す(ステップS7)。
具体的には、造形データ作成部12は、図6に示すパターンIの場合、数理モデルMにおいて応力値が350MPaとなる80000MPaの見かけのヤング率に見直す。また、具体的には、造形データ作成部12は、図6に示すパターンIIIの場合、数理モデルMにおいて応力値が400MPaとなる110000MPaの見かけのヤング率に見直す。
When the modeling
Specifically, in the case of the pattern I shown in FIG. 6, the modeling
造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が基準値Lと同一の値に設定された上限値Lを超えているかどうかを判定する(ステップS12)。
例えば、見かけのヤング率の上限値Lが90000MPaである場合、造形データ作成部12は、図6に示すパターンIについて見直した後の見かけのヤング率について、見かけのヤング率の上限値Lを超えていないと判定する。また、例えば、造形データ作成部12は、図6に示すパターンIIIについて見直した後の見かけのヤング率について、見かけのヤング率の上限値Lを超えていると判定する。
The modeling
For example, when the upper limit L of the apparent Young's modulus is 90000 MPa, the modeling
造形データ作成部12は、見かけのヤング率の上限値Lを超えていないと判定した場合(ステップS12においてNO)、ステップS3の処理に戻す。
また、造形データ作成部12は、見かけのヤング率の上限値Lを超えていると判定した場合(ステップS12においてYES)、ステップS2の処理に戻し製品の姿勢を前回の最適化の次によかった製品の姿勢に変更する。
If the modeling
If the modeling
造形データ作成部12は、そりが発生しないと判定した場合(ステップS5においてYES)、支持部の見かけのヤング率について、支持部が製品から外しやすいかどうか判定する(ステップS6)。
具体的には、造形データ作成部12は、支持部の見かけのヤング率が基準値L(図6では90000MPa)よりも大きいと判定した場合、支持部が製品から外しにくいと判定する(ステップS6においてNO)。例えば、図6に示すパターンIIの場合は(パターンIIの白丸参照)、支持部のヤング率が160000MPaであり、ステップS4で算出した応力値が250MPaであるので、支持部が製品から外しにくいと判定する。また、具体的には、造形データ作成部12は、支持部の見かけのヤング率が基準値Lよりも小さいと判定した場合、支持部が製品から外しやすいと判定する(ステップS6においてYES)。
If it is determined that warpage does not occur (YES in step S5), the modeling
Specifically, if the modeling
造形データ作成部12は、支持部が製品から外しにくいと判定した場合(ステップS6においてNO)、ステップS7の処理に進める。
If the modeling
造形データ作成部12は、支持部が製品から外しやすいと判定した場合(ステップS6においてYES)、設定又は修正したヤング率を支持部の剛性として決定する(ステップS8)。造形データ作成部12は、例えば、図5のパターンIの場合(パターンIの黒丸参照)、ヤング率80000MPaを支持部の剛性として決定する。造形データ作成部12は、例えば、図5のパターンIIの場合(パターンIIの黒丸参照)、ヤング率40000MPaを支持部の剛性として決定する。
If it is determined that the support part is easily removed from the product (YES in step S6), the modeling
造形データ作成部12は、決定した支持部の剛性に基づいて、支持部の構成を決定する(ステップS9)。具体的には、造形データ作成部12は、変更条件すなわち決定した支持部の剛性と、その支持部の剛性に対応するメッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)との関係を予め設定した基準データを参照して(例えば、図4を参照)、決定した剛性となるメッシュ密度(井桁構造の骨組部分の間隔)を決定する。
The modeling
造形データ作成部12は、決定した支持部の構成に基づいて、ステップS2−3で作成した造形データを修正する(ステップS10)。具体的には、造形データ作成部12は、決定した構成(井桁構造の骨組部分の間隔)を有する支持部の3次元形状データを製品の3次元形状データに追加し、この支持部を含む製品の3次元形状データをスライスデータに変換して、3次元積層装置30で使用する造形データを修正する。
The modeling
造形データ作成部12は、修正後の造形データを3次元積層装置30へ送信し、3次元積層装置30へ積層開始指示を行う(ステップS11)。これにより、3次元積層装置30は、修正後の造形データに基づいて、支持部を含む製品を積層し、造形することになる。
The modeling
以上、本発明の実施形態における実施例2について説明した。実施例2によるデータ作成装置10は、DB14と、造形データ作成部12と、製品形状作成部11と、を備える。DB14は、支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルMを記憶する。造形データ作成部12は、支持部と製品について、応力を解析する。また、造形データ作成部12は、製品の姿勢を変更する。製品形状作成部11は、造形データ作成部12の解析結果と数理モデルMとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
つまり、造形データ作成部12は、製品形状作成部11がそり防止応力限界を超えない範囲に強度特性を修正した際に、強度特性の上限値以上となる場合に、製品の姿勢を変更する。そして、製品形状作成部11は、造形データ作成部12が製品の姿勢を変更したときの解析結果と数理モデルMとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
The example 2 in the embodiment of the present invention has been described above. The
In other words, the modeling
このように、実施例2によるデータ作成装置10は、3次元積層装置30で造形する製品の支持部について、その熱変形の抑制、取り外しやすさの判定を行うので、適切な剛性を有する支持部を設定することができる。そして、実施例2によるデータ作成装置10は、強度特性の上限値を設けて支持部について取り外しにくさの判定を行うので、取り外しにくい支持部を有する製品を作製することを回避することができる。
Thus, since the
[実施例3]
3次元積層装置30による製品の造形する過程において3次元積層装置30が備えるリコータが移動するときに支持部が破損することがある。
[Example 3]
When the recoater provided in the three-
ここでリコータを備える3次元積層装置30について説明する。
3次元積層装置30は、積層構造の製品を造形するための装置である。
3次元積層装置30は、図8に示すように、造形プラットフォーム101、金属フレーム102、未硬化粉末103、レンズ104、リコータ105、粉末106、レーザビーム109、造形物110を備える。
Here, the three-
The three-
As shown in FIG. 8, the three-
造形プラットフォーム101は、3次元積層装置30が積層構造の造形物110を造形する際に、造形物の底面を支える板である。
金属フレーム102は、造形物110の原材料となる未硬化粉末103を収納する容器である。
The
The
未硬化粉末103は、造形物110の原材料となるレーザビーム109が照射されると硬化する材料である。未硬化粉末103は、硬化して造形物110となる。
The
レンズ104は、集光されたレーザビーム109を未硬化粉末103に照射する。
リコータ105は、リコータ105内に納められた粉末をまきながら造形物を積層する平面方向(例えば、図8の左右方向)に移動し、まいた粉末106を平らにする。
The
The
3次元積層装置30は、平らになった面にレーザを照射し粉末106を硬化し造形物110を積層させる。
造形プラットフォーム101が下がる。
3次元積層装置30は、リコータ105を用いて粉末106をまきながら造形物110を積層する平面方向に移動し、まいた粉末を平らにする。
3次元積層装置30は、平らになった面にレーザを照射し粉末106を硬化し造形物110を積層させる。これを繰り返すことで、3次元積層装置30は、造形物110を生成する。
The three-
The
The three-
The three-
本実施例によるデータ作成装置10は、リコータ105が上述のように移動しても支持部が破損しない見かけのヤング率の下限値Loを設定する。そして、データ生成装置100は、支持部にかかる応力が見かけのヤング率の下限値Lo以下となった場合に、製品の姿勢を見直し、製品及び支持部について応力解析をし直す。
The
造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合、応力値と等しいそり防止限界に関連付けられた数理モデルM上の見かけのヤング率に支持部の見かけのヤング率を見直す。造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であるかどうかを判定する。造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Loを超えていると判定した場合、見直した後の見かけのヤング率が見かけのヤング率の上限値Lを超えているかどうかを判定する。また、造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であると判定した場合、製品の姿勢を変更する。そして、造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が見かけのヤング率の上限値Lを超えているかどうかを再度判定する。
When it is determined that warpage occurs, the modeling
また、造形データ作成部12は、支持部が製品から外しにくいと判定した場合、応力値はそのままで見かけのヤング率が下限値Loを超え、かつ、見かけのヤング率が上限値Lよりも小さくなるように製品の姿勢を変更し、製品及び支持部の応力解析を再度行う。
Further, when the modeling
次に、本実施例によるデータ作成装置10の処理について説明する。
ここでは、図9に示すデータ作成装置10の処理フローについて説明する。
なお、ここでは、製品から支持部を外すときの外しやすさの下限値を示すヤング率Loが予め設定されており、図7に示す処理フローと異なる、見かけのヤング率が製品から支持部を外すときの外しやすさの下限値を示すヤング率以下となった場合の処理について説明する。
Next, processing of the
Here, the processing flow of the
Here, the Young's modulus Lo indicating the lower limit value of the ease of removal when removing the support portion from the product is set in advance, and the apparent Young's modulus is different from the processing flow shown in FIG. A process when the Young's modulus is equal to or lower than the lower limit value of the ease of removal when removing will be described.
データ作成装置10がステップS5の処理を行う。造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合(ステップS5においてNO)、応力値がそのままのときの数理モデルM上の見かけのヤング率となるように支持部の見かけのヤング率を見直す(ステップS7)。
The
造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であるかどうかを判定する(ステップS13)。
造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Loを超えていると判定した場合(ステップS13においてNO)、ステップS12の処理に進める。
また、造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であると判定した場合(ステップS13においてYES)、ステップS2の処理に戻す。
The modeling
If the modeling
Further, if the modeling
造形データ作成部12は、支持部が製品から外しにくいと判定した場合(ステップS6においてNO)、ステップS7の処理に戻す。
If the modeling
以上、本発明の実施形態における実施例3について説明した。実施例3によるデータ作成装置10は、DB14と、造形データ作成部12と、製品形状作成部11と、を備える。DB14は、支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルMを記憶する。造形データ作成部12は、支持部と製品について、応力を解析する。また、造形データ作成部12は、製品の姿勢を変更する。製品形状作成部11は、造形データ作成部12の解析結果と数理モデルMとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。そして、造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合、応力値がそのままのときの数理モデルM上の見かけのヤング率となるように支持部の見かけのヤング率を見直す。造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であるかどうかを判定する。造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Loを超えていると判定した場合、見直した後の見かけのヤング率が見かけのヤング率の上限値Lを超えているかどうかを判定する。また、造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が下限値Lo以下であると判定した場合、製品の姿勢を変更する。そして、造形データ作成部12は、見直した後の見かけのヤング率が見かけのヤング率の上限値Lを超えているかどうかを再度判定する。また、造形データ作成部12は、支持部が製品から外しにくいと判定した場合、応力値はそのままで見かけのヤング率が下限値Loを超え、見かけのヤング率がLよりも小さくなるように製品の姿勢を変更し、製品及び支持部の応力解析を再度行う。製品形状作成部11は、造形データ作成部12が製品の姿勢を変更したときの解析結果と数理モデルMとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
つまり、造形データ作成部12は、製品形状作成部11がそり防止応力限界を超えない範囲に強度特性を修正した際に、強度特性が、製品を積層する際のリコータの移動により支持部が破損しないことを示す強度特性の下限値以下となる場合に、製品の姿勢を変更する。そして、製品形状作成部11は、造形データ作成部12が製品の姿勢を変更したときの解析結果と数理モデルとに基づいて、そり防止応力限界に対応する強度特性を有する支持部の形状を特定する。
The example 3 in the embodiment of the present invention has been described above. The
In other words, when the product
このように、実施例3によるデータ作成装置10は、3次元積層装置30で造形する製品の支持部について、その熱変形の抑制、取り外しやすさの判定を行うので、適切な剛性を有する支持部を設定することができる。そして、実施例3によるデータ作成装置10は、強度特性の下限値を設けて支持部について取り外しやすさの判定を行うので、取り外す前に破損する支持部を有する製品を作製することを回避することができる。
Thus, since the
[実施例4]
製品の製造過程においてリコータが移動し、支持部が破損することがある。支持部の破損は、リコータの移動方向によって発生確率が異なる。そのため、本実施例によるデータ作成装置10は、リコータが移動すると支持部が破損する場合に、製品の姿勢を見直し、製品及び支持部について応力解析をし直す。
[Example 4]
The recoater may move during the product manufacturing process, and the support may be damaged. The probability of occurrence of breakage of the support portion varies depending on the moving direction of the recoater. For this reason, when the recoater moves, the
造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合、シミュレーションなどによって、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないかどうかを判定する。造形データ作成部12は、製品を積層する際のリコータの移動平面に垂直な方向の軸を中心に製品を回転させる。造形データ作成部12は、製品及び支持部の応力解析を再度行う。
When it is determined that warpage occurs, the modeling
次に、本実施例によるデータ作成装置10の処理について説明する。
ここでは、図10に示すデータ作成装置10の処理フローについて説明する。
なお、ここでは、図7に示す処理フローと異なる、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないかどうかを判定し、リコータの移動平面に垂直な方向の軸を中心に製品を回転させる処理について説明する。
Next, processing of the
Here, the processing flow of the
Here, different from the processing flow shown in FIG. 7, it is determined whether or not the product or the support portion is damaged by the shear force of the recoater, and the product is rotated about the axis perpendicular to the moving plane of the recoater. Will be described.
造形データ作成部12は、そりが発生しないと判定した場合(ステップS5においてYES)、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないかどうかを判定する(ステップS14)。
造形データ作成部12は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないと判定した場合(ステップS14においてYES)、ステップS6の処理に進める。
If it is determined that warpage does not occur (YES in step S5), the modeling
If the modeling
造形データ作成部12は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損すると判定した場合(ステップS14においてNO)、リコータの移動平面に垂直な方向の軸を中心に製品の姿勢が過去の姿勢と同一にならないように回転させる(ステップS15)。
このとき、造形データ作成部12は、ランダムにZ軸回りの角度を決定してもよい。また、造形データ作成部12は、支持部がリコータによるせん断力により破損しにくい姿勢、例えば、支持部の断面の長手方向がリコータの移動方向となる姿勢となる角度を優先して決定してもよい。
そして、造形データ作成部12は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないかどうかを判定する(ステップS16)。
If the modeling
At this time, the modeling
And the modeling
造形データ作成部12は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないと判定した場合(ステップS16においてYES)、ステップS6の処理に進める。
If the modeling
造形データ作成部12は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損すると判定した場合(ステップS16においてNO)、ステップS2の処理に戻す。
If the modeling
なお、実施例4によるデータ作成装置10は、図9で示した実施例3によるデータ作成装置10のステップS12、ステップS13の処理を行うものであってもよい。
Note that the
なお、実施例4では、データ作成装置10がリコータによるせん断力で製品や支持部が破損するか否かを判定する例を示したが、データ作成装置10は、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損するか否かを判定するものに限定しない。データ作成装置10は、例えば、せん断力のほか、曲げ力やねじれ力についてせん断力の場合と同様のよりを行うものであってもよい。
In the fourth embodiment, the example in which the
以上、本発明の実施形態における実施例4について説明した。実施例4によるデータ作成装置10において、造形データ作成部12は、そりが発生すると判定した場合、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損しないかどうかを判定する。造形データ作成部12は、製品を積層する際のリコータの移動平面に垂直な方向の軸を中心に製品を回転させる。造形データ作成部12は、Z軸を中心として製品を回転させた場合に、製品及び支持部の応力解析せずに、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損するか否かを判定するを再度行う。
The example 4 in the embodiment of the present invention has been described above. In the
このように、実施例4によるデータ作成装置10は、3次元積層装置30で造形する製品の支持部について、リコータの移動により破損が生じるかどうかの判定を行うので、取り外す前に破損する支持部を有する製品を作製することを回避することができる。
Thus, since the
実施例4によるデータ作成装置10において、造形データ作成部12は、Z軸を中心として製品を回転させる。このとき、製品の見かけのヤング率は変化しない。したがって、造形データ作成部12は、Z軸を中心として製品を回転させた場合に、製品及び支持部の応力解析せずに、リコータによるせん断力で製品や支持部が破損するか否かを判定するを再度行うことが可能となる。つまり、造形データ作成部12は、応力解析の解析時間を省けかつリコータによるせん断力や曲げ力やねじれ力による製品や支持部の破損を解消することを可能にする。
In the
なお、図1の指示部設定システムは、3次元積層システムと呼ばれてもよい。 The instruction unit setting system in FIG. 1 may be referred to as a three-dimensional stacking system.
なお、本発明の実施形態におけるデータ作成装置10は、処理に用いる各データが離散的な値であり、所望の値が存在しない場合には、例えば線形補間などにより所望のデータを補間し、補間したデータを用いて処理を行うものであってもよい。
Note that the
なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。 Note that the processing order of the processing according to the embodiment of the present invention may be changed within a range in which appropriate processing is performed.
記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。 Each of the storage units may be provided anywhere as long as appropriate information is transmitted and received. Each of the storage units may exist in a range in which appropriate information is transmitted and received, and data may be distributed and stored.
本発明の実施形態について説明したが、上述のデータ作成装置10における装置のそれぞれは内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described, each of the devices in the
図11は、本発明の実施形態であるデータ作成装置10を実現する情報処理装置の構成を示すブロック図である。データ作成装置10は、情報処理装置である、例えば一般的なコンピュータ300を用いて実現することができる。コンピュータ300は、CPU(Central Processing Unit)301、RAM(Random Access Memory)302、ROM(Read Only Memory)303、ストレージ装置304、外部I/F(Interface)305、および通信I/F306などを有する。
CPU301は、ROM303やストレージ装置304などに格納されたプログラムやデータをRAM302に記憶させ、処理を実行することで、コンピュータ300の各機能を実現する演算装置である。RAM302は、CPU301のワークエリアなどとして用いられる揮発性のメモリである。ROM303は、電源を切ってもプログラムやデータを保持する不揮発性のメモリである。ストレージ装置304は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)などにより実現され、OS(Operation System)、アプリケーションプログラム、および各種データなどを記憶する。
データ作成装置10の各機能部は、CPU301が例えばストレージ装置304に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
外部I/F305は、外部装置とのインターフェースである。外部装置には、例えば、記録媒体307などがある。コンピュータ300は、外部I/F305を介して、記録媒体307の読取り、書き込みを行うことができる。記録媒体307には、例えば、光学ディスク、磁気ディスク、メモリカード、USB(Universal Serial Bus)メモリなどが含まれる。
通信I/F306は、有線通信または無線通信により、コンピュータ300をネットワークに接続するインターフェースである。バスBは、上記各構成装置に接続され、制御装置間で各種制御信号などを送受信する。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an information processing apparatus that implements the
The
Each functional unit of the
The external I /
The communication I /
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may realize part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in the computer system.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are examples and do not limit the scope of the invention. These embodiments may be variously added, omitted, replaced, and changed without departing from the gist of the invention.
本発明は、3次元積層装置で作製される全ての部品に適用可能である。例えば、ガスタービン、ターボチャージャー、コンプレッサ、航空・宇宙部品などにも適用可能である。 The present invention is applicable to all parts manufactured by a three-dimensional laminating apparatus. For example, it can be applied to gas turbines, turbochargers, compressors, aerospace components, and the like.
10 データ作成装置
11 製品形状作成部
12 造形データ作成部
13 基準データ作成部
14 データベース
20 ネットワーク
30 3次元積層装置
101 造形プラットフォーム
102 金属フレーム
103 未硬化粉末
104 レンズ
105 リコータ
106 粉末
109 レーザビーム
110 造形物
300 コンピュータ
301 CPU
302 RAM
303 ROM
304 ストレージ装置
305 外部I/F
306 通信I/F
307 記録媒体
DESCRIPTION OF
302 RAM
303 ROM
304
306 Communication I / F
307 recording medium
Claims (12)
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルを記憶するデータベースと、
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析する解析部と、
前記解析部による前記支持部と前記製品にかかる応力についての解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定する支持部形状特定部と、
を備えるデータ作成装置。 A data creation device for setting a support portion for supporting the product when the product is laminated by a three-dimensional laminating device,
A database that stores a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support and the warpage prevention stress limit;
An analysis unit for analyzing stress applied to the support unit and the product by a lamination process;
Based on the analysis result of the stress applied to the support part and the product by the analysis part and the mathematical model, the stress of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit. A support part shape specifying part for specifying the shape;
A data creation device comprising:
前記支持部にかかる応力についての前記解析結果に基づいて前記製品にそりが発生すると判定された場合に、前記解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に基づいて前記支持部の形状を特定する、
請求項1に記載のデータ作成装置。 The support part shape specifying part is
When it is determined that the product is warped based on the analysis result of the stress applied to the support portion, based on the analysis result and the mathematical model, the warpage preventing stress limit is not exceeded. Modify the strength characteristics and identify the shape of the support based on the modified strength characteristics;
The data creation device according to claim 1.
前記姿勢変更部が姿勢を変更した場合に前記支持部が必要であるか否かを判定する支持部要否判定部と
を備え、
前記支持部形状特定部は、
前記支持部が必要と前記支持部要否判定部が判定した場合に、前記姿勢変更部が姿勢を変更した前記支持部と前記製品にかかる応力についての前記解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記そり防止応力限界に対応する前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定する、
請求項1または請求項2に記載のデータ作成装置。 A posture changing unit for changing the posture of the product;
A support unit necessity determination unit that determines whether or not the support unit is necessary when the posture change unit changes the posture; and
The support part shape specifying part is
Based on the analysis result and the mathematical model of the stress applied to the support unit and the product, the posture changing unit changing the posture when the support unit is necessary and the support unit necessity determining unit determines Identifying the shape of the support having the strength characteristics corresponding to the warp prevention stress limit;
The data creation device according to claim 1 or 2.
前記支持部形状特定部が前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正した際に、修正した前記強度特性が前記強度特性の上限値以上となる場合に、前記製品の姿勢を変更する、
請求項3に記載のデータ作成装置。 The posture changing unit
When the strength characteristic is corrected so that the stress applied to the support part by the support part shape specifying part does not exceed the warp prevention stress limit, the corrected strength characteristic is equal to or higher than the upper limit value of the strength characteristic. , Change the attitude of the product,
The data creation device according to claim 3.
前記支持部形状特定部が前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正した際に、前記強度特性が、強度特性の下限値以下となる場合に、前記製品の姿勢を変更する、
請求項3または請求項4に記載のデータ作成装置。 The posture changing unit
When the strength characteristic is equal to or lower than the lower limit value of the strength characteristic when the strength characteristic is corrected in a range where the stress applied to the support part by the support part shape specifying part does not exceed the warp prevention stress limit, Change the attitude of the product,
The data creation device according to claim 3 or 4.
を備える請求項3から請求項5の何れか一項に記載のデータ作成装置。 Whether or not the support part is deformed with the movement of the recoater when the product is rotated around an axis perpendicular to the plane of movement of the recoater when the posture changing unit laminates the product. A deformation determination unit for determining,
The data creation device according to any one of claims 3 to 5, further comprising:
前記コンピュータは、
前記支持部の強度特性を設定する設定工程と、
前記支持部と前記製品について、応力解析を行う解析工程と、
前記解析工程で行われた応力解析に基づいて、前記支持部の応力値を算出する算出工程と、
前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記設定工程で設定された前記強度特性と前記算出工程で算出した前記応力値に基づいて、前記製品や前記支持部にそりが発生するかどうかを判定する第1の判定工程と、
前記第1の判定工程でそりが発生すると判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルに基づいて、前記そり防止応力限界を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第1の修正工程と、
設定又は修正後の前記強度特性が所定の基準値を超えた場合、前記支持部が外しにくいと判定する第2の判定工程と、
前記第2の判定工程で前記支持部が外しにくいと判定された場合、前記データベースが有する前記数理モデルを参照して、前記基準値を超えない範囲に前記強度特性を修正し、修正した前記強度特性に対応する構成に前記支持部を修正する第2の修正工程と
を実施する、
請求項1から請求項6の何れか一項に記載のデータ作成装置。 A computer for setting the support unit with reference to the database;
The computer
A setting step for setting strength characteristics of the support part;
An analysis step for performing stress analysis on the support and the product;
Based on the stress analysis performed in the analysis step, a calculation step for calculating a stress value of the support part;
Referring to the mathematical model of the database, whether or not warpage occurs in the product or the support unit based on the strength characteristic set in the setting step and the stress value calculated in the calculation step. A first determination step for determining;
When it is determined that warpage occurs in the first determination step, based on the mathematical model of the database, the strength characteristic is corrected within a range not exceeding the warp prevention stress limit, and the corrected strength characteristic is A first correction step of correcting the support portion to a corresponding configuration;
A second determination step for determining that the support portion is difficult to remove when the strength characteristic after setting or correction exceeds a predetermined reference value;
When it is determined in the second determination step that the support portion is difficult to remove, the intensity characteristic is corrected to a range not exceeding the reference value by referring to the mathematical model of the database, and the corrected intensity Performing a second correction step of correcting the support portion in a configuration corresponding to the characteristics;
The data creation device according to any one of claims 1 to 6.
前記支持部が修正された場合、修正された前記支持部に基づいて、前記解析工程、前記算出工程、前記第1の判定工程、前記第1の修正工程、前記第2の判定工程及び前記第2の修正工程を再び実施する、
請求項7に記載のデータ作成装置。 The computer
When the support portion is modified, based on the modified support portion, the analysis step, the calculation step, the first determination step, the first correction step, the second determination step, and the first Perform the correction process of 2 again,
The data creation device according to claim 7.
様々な構成の前記支持部についての応力ひずみ線図に基づいて、前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化する定式化工程を実施する、
請求項7または請求項8に記載のデータ作成装置。 The computer
Based on the stress-strain diagram for the support portion of various configurations, a formulation step is performed to formulate the relationship between the strength characteristics of the support portion and the warpage prevention stress limit.
The data creation device according to claim 7 or 8.
前記データ作成装置によって生成された造形データに基づいて、3次元形状の製品を造形する3次元積層装置と、
を備える3次元積層システム。 The data creation device according to any one of claims 1 to 9,
A three-dimensional laminating apparatus for modeling a three-dimensional product based on the modeling data generated by the data creation apparatus;
A three-dimensional stacking system comprising:
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析することと、
前記解析することによって得られた解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定することと、
を含む設定方法。 When a product is laminated by a three-dimensional laminating apparatus, a database for storing a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support portion supporting the product and the warpage prevention stress limit is provided, and the method for setting the support portion There,
Analyzing the stress applied to the support part and the product by a lamination process;
Based on the analysis result obtained by the analysis and the mathematical model, specifying the shape of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit;
Setting method including.
前記支持部の強度特性とそり防止応力限界との関係を定式化した数理モデルを記憶させることと、
積層工程によって前記支持部と前記製品にかかる応力を解析することと、
前記解析することによって得られた解析結果と前記数理モデルとに基づいて、前記支持部にかかる応力が前記そり防止応力限界を超えない前記強度特性を有する前記支持部の形状を特定することと、
を実行させるプログラム。 When laminating products with a three-dimensional laminating apparatus, a computer for setting a support portion for supporting the products,
Storing a mathematical model that formulates the relationship between the strength characteristics of the support and the warp prevention stress limit;
Analyzing the stress applied to the support part and the product by a lamination process;
Based on the analysis result obtained by the analysis and the mathematical model, specifying the shape of the support part having the strength characteristic that the stress applied to the support part does not exceed the warp prevention stress limit;
A program that executes
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