JP2017519264A - ステレオリソグラフィによる三次元物体の作製への使用に適した三次元物体の数値表現を生成する方法及び機器 - Google Patents

ステレオリソグラフィによる三次元物体の作製への使用に適した三次元物体の数値表現を生成する方法及び機器 Download PDF

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Abstract

ステレオリソグラフィによって作製される三次元物体（１１）の数値表現を生成するためのコンピュータ実施方法は、物体（１１）の幾何学的形状を表すデータの第１の組（１）を準備する操作と、物体（１１）の第１の表面（１３、１３ａ）及びそれらに面する基準面（１４、１４ａ）を定義する操作と、第１の表面（１３、１３ａ）上の対応する第１の点（Ｘ１）、対応する基準面（１４、１４ａ）上の対応する第２の点（Ｘ２）、及び、第１の点（Ｘ１）を第２の点（Ｘ２）に接続する対応する支持要素（１５）の三次元幾何学的形状を定義する対応する幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）を定義する操作と、第１の点（Ｘ１）及び第２の点（Ｘ２）の座標（７）ならびに各支持要素（１５）の幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の値（８）を含有するデータの第３の組（３）を生成する操作と、データの第３の組（３）に基づく各支持要素（１５）の数値表現を生成する操作と、物体（１１）の支持要素（１５）との結合から生じる幾何学的形状を表すデータの第２の組（２）を計算する操作とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ステレオリソグラフィによって製造される三次元物体の幾何学的形状のデータ表現の組を生成するための方法に関するものである。
本発明はまた、前記データの組を生成するための機器、ならびに、それを前記方法の実施態様に適合させるためのコンピュータへの読み込みに適したコンピュータプログラム製品に関するものである。
周知のように、ステレオリソグラフィプロセスは、同一物体のいくつかの層の逐次重畳によって三次元物体を作製することである。
物体の各層は、支持体として役立つ事前に固化された層と接触する液体またはペースト状態の材料を選択的に光放射に露光することによる固化を通して得られる。
一般に、プロセスは、三次元物体の１つまたは複数の表面をそれらに面する対応する基準面に接続するために支持要素が提供されることを必要とする。
前記支持要素により、すでに固化された層によって直接支持されない、新しく固化される層の領域の崩壊及び／または変形を避けることが可能になる。
前記プロセスは、製造される物体の幾何学的形状のデータ表現の第１の組が供給されるコンピュータで制御される。
コンピュータは、ほぼ自動で支持要素を追加し、物体の支持要素との結合から生じる三次元幾何学的形状のデータ表現の第２の組を生成するプログラムを実行する。
次いで、前記データの第２の組は、物体を実際に作製するためのステレオリソグラフィ装置で使用される。
前記既知の方法の欠点は、多くの場合、このように定義される支持要素が最適な幾何学的形状を有しないという点にある。
特に、支持要素の抵抗断面が過大であることがあり、プロセスの最後に物体がきれいにされるときに、より多くの困難が生じることに加えて、材料の過大な使用を引き起こし、物体の作製に必要な時間が増加する。
その他の場合、たとえば特に物体の重要な領域のレベルで、それぞれの支持要素の抵抗断面が不十分で、その製造中、物体に損傷を引き起こすことがある。
さらにまた、支持要素の幾何学的形状も三次元物体の作製に使用される材料に依存することを考慮すべきである。
したがって、使用される所定の材料に基づいて支持要素が生成されると、続いて作業者が材料を変える判断をし、よって、支持要素の修正を必要とする可能性がある。
上記の場合において、既知の技術によると、作業者は、支持要素に対応する領域の材料を追加または除去することによって、支持要素の追加後に生じる物体の幾何学的形状を修正し、これらの操作は、対応する修正をデータの第２の組に転送する好適な３Ｄモデラーによって行われる。
上記の操作はかなり複雑となり、多くの演算時間を必要とするという欠点を引き起こす。
既知の代替案は、支持要素を生成するためのプログラムで使用されるパラメータを修正してから、プログラムを定義し、続いてデータの第２の組を再生成することである。
しかし、前記代替案は、いかなる場合でも、データの第２の組を最初に生成することを必要とし、さらにまた、支持要素を個々に修正することを認めない。
本発明は、既知の技術に属する上記の欠点を克服することを意図するものである。
特に、作業者が容易に支持要素を修正することができる、支持要素が提供される三次元物体の数値表現を生成するための方法を提供することが、本発明の目的である。
物体の支持物との結合を示す三次元幾何学的形状を定義するデータベースを生成する前に、作業者が支持要素を修正することができる方法を提供することが、本発明のさらなる目的である。
また、作業者が他のものと独立して各支持要素を容易に修正できる方法を提供することも本発明の目的である。
前記目的は、請求項１による方法によって実現される。
本発明の主題である方法のさらなる特性及び詳細は、関連する従属請求項に記載される。
前記目的はまた、請求項１２による機器、ならびに請求項１３によるコンピュータプログラム製品によって実現される。
有利なことには、それらが定義され、第２のデータベースが生成される前に、容易に支持要素を修正できることにより、作業者は、より迅速に同じ支持要素を設計することができる。
さらに有利なことには、作業者は、前記プロセスで使用されるステレオリソグラフィ及び材料によって三次元物体を製造するために必要な時間を制限するような方法で、支持要素の幾何学的形状を容易に最適化することができる。
前記目的及び利点は、以下で強調される他のものとともに、添付図面に関して非限定的な例として提供される本発明の好ましい実施形態の説明からより明らかであろう。
図１は、本発明の方法を概略的に示す。 図２は、本発明の方法で使用されるデータの構造を概略的に示す。 図３は、三次元物体を示す。 図４は、図３に示される三次元物体を複数の支持要素に結合することによって得られる三次元物体を示す。 図５は、図４に示される三次元物体の拡大詳細図を示す。 図６は、層にさらに分割された図４の三次元物体を概略的に示す。
ステレオリソグラフィによって製造される三次元物体１１の数値表現を生成することが意図される、本発明の主題である方法は、図１に概略的に示され、下記の操作を含む。
第一に、方法は、作製される三次元物体１１の幾何学的形状を表示するデータの第１の組１を準備する操作を含み、それを単に示す例が図３に示される。
続いて、三次元物体１１の１つまたは複数の第１の表面１３、１３ａが定義され、それは支持される必要があり、一例として図４に示される。
明らかに、第１の表面１３、１３ａは、数学的アルゴリズム、及び作業者によって実行される手動選択の両方によって定義することができる。
同じように、前記第１の表面１３、１３ａに面して、それらを支持することに適した基準面１４、１４ａが定義される。
基準面１４、１４ａは、三次元物体１１の対応する多数の表面として、または、三次元物体１１自体から独立した表面として、定義することができる。
第１の選択肢は好ましくは、三次元物体１１の内部に作成されるキャビティに属する第１の表面１３のために採用される。
この場合、対応する基準面１４は、同一のキャビティに属する反対側の表面である。
第２の選択肢は好ましくは、第１の表面１３ａが三次元物体１１の外側にあるときに採用される。
この第２のケースの場合、対応する基準面１４ａは、最初の三次元物体１１から特定の距離に設置されるように定義される。
この場合、前記基準面１４ａは好ましくは、三次元物体１１の外側に生成される支持ベース２１に属する。
図４に示される前記支持ベース２１は、三次元物体自体の製造中の、ステレオリソグラフィ機械のモデリングプラットフォーム上への物体の載置に役立ち、プラットフォーム自体への物体の密着性を改善する目的も有する。
方法はさらに、図４に一例として示される、第１の表面１３、１３ａを対応する基準面１４、１４ａに接続する複数の支持要素１５を定義する操作を含む。
方法はさらに、上で定義された複数の支持要素１５、及びもしあれば支持ベース２１との三次元物体１１の結合から生じる、修正された三次元物体１２を表示するデータの第２の組２を計算する操作を含む。
本発明によると、支持要素１５は、対応する幾何学的パラメータによって定義される。
より正確には、各支持要素１５に関して、以下が定義される。対応する第１の表面１３、１３ａ上の第１の点Ｘ１、対応する基準面１４、１４ａ上の第２の点Ｘ２、及び、支持要素の従来の説明に基づく支持要素１５自体の三次元幾何学的形状を完全に定義することに適したｎ個の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎ。
明らかに、ｎは、支持要素１５を説明するために使用される自由度の数に基づき、１から任意の数まで変化させることができる。
使用可能な幾何学的パラメータの例がさらに提供される。
各支持要素１５は、端点Ｘ１及びＸ２の座標７、及びその三次元形成を定義する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎによって、完全に定義されることが理解できる。
特に、支持要素１５の定義は、前記座標７を含有するデータの第３の組３の生成、ならびに、支持要素１５に対する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの値８を含む。
前記データの第３の組３は、各支持要素１５の数値表現を生成するために使用され、次いでそれは、データの第２の組２の計算で使用される。
上記のデータの構造は、図２において概略的に示され、ここで、点Ｘ１及びＸ２の座標、ならびに各支持要素１５に対応する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎは従来通り、括弧内の１からｍまでのインデックスによって識別され、ここで、ｍは支持要素１５の数である。
換言すれば、端点の座標及びｉ番目の支持要素の幾何学的パラメータは従来通り、Ｘ１（ｉ）、Ｘ２（ｉ）、及びＰ１（ｉ）．．．Ｐｎ（ｉ）によって示される。
前記データ構造により、関連する幾何学的パラメータＰ１（ｉ）．．．Ｐｎ（ｉ）を修正することで任意のｉ番目の支持要素１５を修正することが可能になることが理解できる。
これは、定義の後及びデータの第２の組２の計算前でさえ、簡単、迅速、及び対話的な方法で、支持要素１５の幾何学的形状を修正することを可能にする。
さらにまた、各支持要素１５が特定の幾何学的パラメータによって定義されるという事実は、支持要素を他の支持要素１５と独立して修正することを可能にし、したがって、本発明の別の目的を実現する。
それゆえに、方法は好ましくは、支持要素１５のうちの少なくとも１つに対応する１つまたは複数の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの値８を修正するようにデータの第３の組３を修正する操作を含む。
続いて、修正された支持要素１５の数値表現が再生成され、次いで、データの第２の組２が更新される。
有利なことには、前記更新は、データの第２の組２の完全な再計算を必要とせず、修正された支持要素１５に対してのみに再生成を制限することを可能にする。
好ましくは、支持要素１５の定義は、各幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの基準値９を含有するデータの第４の組４の生成を含む。前記基準値９に対応する幾何学的パラメータは、各支持要素１５の幾何学的パラメータと区別するために、図２のＰ１＊．．．Ｐｎ＊で示される。
前記基準値９は、データの第３の組３の生成に使用され、各支持要素１５に対応する各幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎにデータの第４の組４の対応する基準値９を割り当てる。
前記データの第４の組４は有利には、すべての支持要素１５のパラメータＰ１．．．Ｐｎに、同一の基準値９を最初に割り当てることを可能にする。
明らかに、基準値９は、三次元物体１１の幾何学的形状、作製するために使用される材料、三次元物体が製造などのためにさらに分割される各層の厚さに基づいて定義することができる。
好ましくは、方法は、１つまたは複数の幾何学的パラメータＰ１＊．．．Ｐｎ＊に対応する基準値９を修正するような方法でデータの第４の組４を修正する操作も含む。
このように修正される基準値９は、データの第３の組３の対応する修正によって、２つ以上の支持要素１５、好ましくはすべての支持要素１５の対応する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに割り当てることができる。
続いて、データの第２の組２の計算が、前に示したように修正されたデータの第３の組３に基づいて繰り返される。
データの第４の組４を修正する可能性は有利には、単一の操作で２つ以上の支持要素１５を修正することを可能にすることが理解できる。
好ましくは、方法は、ステレオリソグラフィによる一般的な三次元物体の作製への使用に適し、あらかじめ識別される複数の材料の各材料に対する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの一組の定義済みの基準値１０を含有するデータの第５の組５の定義も含む。
図２において、各組の幾何学的パラメータは、アスタリスク、及び、括弧内の１からｓまでのインデックスによって示され、ここで、ｓは異なる材料の数である。
換言すれば、ｊ番目の材料に関連する幾何学的パラメータの組は、Ｐ１＊（ｊ）．．．Ｐｎ＊（ｊ）によって示される。
好ましくは、データの第４の組４の生成は、前記材料のうちの１つを選択する操作、及び、材料自体に対応し、データの第５の組５に含有される、対応する定義済みの基準値１０をデータの第４の組４の基準値９に割り当てる操作を含む。
有利なことには、上記のデータの第５の組５は、三次元物体１１が作製される材料の種類に基づいて、基準値９を支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに簡単にそして迅速に割り当てることを可能にする。
好ましくは、前記データの第１、第２、第３の組１、２、及び３は、コンピュータのメモリサポートに記憶される。
好ましくは、データの組４及び５も、同じメモリサポートに記憶される。
幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに関して、それらは好ましくは、以下のパラメータのうちの１つまたは複数を備える。
一般的な支持要素１５の横方向寸法。
支持要素１５の横方向寸法と支持要素１５の長さとの比。
図５に示される、支持要素１５の少なくとも一端を定義する球体１６の寸法。
支持要素１５の対応する第１の表面１３、１３ａまたは対応する基準面１４、１４ａにおける前記球体１６の相互貫入深度１７。
支持要素１５の少なくとも一端のレベルでのブランチ１８の最大数。
支持要素１５の形成２０の方向に対する前記ブランチ１８の最大傾角１９。
明らかに、支持要素１５の対応する多数の幾何学的態様を表すさらなる幾何学的パラメータを、前記リストに追加することができる。
好ましくは、上記の方法で得られるデータの第２の組２は、ステレオリソグラフィによって三次元物体１１を作製するためのプロセスで使用される。
このプロセスに従って、単に一例として図６に示されるような、データの第２の組２によって説明される三次元物体の複数の二次元で互いに平行な断面２２を表すデータの第６の組６が計算される。
したがって、データの第６の組６は、三次元物体１１に加えて、もしあれば、支持要素１５及び支持ベース２１も含む。
次いで、前記データの第６の組６は、前記複数の二次元断面２２に対応する複数の固体層を得るために、ステレオリソグラフィ機械で使用される。
すでに述べたように、本発明は、三次元物体１１の前記数値表現の生成のための機器にも関するものである。
前記機器は、本明細書に示されていないがそれ自体が知られている、処理装置及び処理装置によってアクセスできるメモリサポートが設けられるコンピュータを備える。
機器はまた、三次元物体１１の幾何学的形状を表すデータの第１の組１を取得するための手段、及び、メモリサポートにそれをロードするための手段を備える。
機器はまた、第１の表面１３、１３ａ及び基準面１４、１４ａを定義するための手段、及び、支持要素１５を定義するための手段を備える。
特に、支持要素１５を定義するための手段は、第１の点Ｘ１、第２の点Ｘ２、及び各支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎを定義するための手段、及び、データの第３の組３を生成して、メモリサポートにそれをロードするための手段を含む。
機器はまた、上記のようにデータの第３の組３を修正するための手段、及び、上記の方法でデータの第２の組２を計算して、メモリサポートにそれをロードするための手段を備える。
特に、データの第２の組２を計算するための手段は、前記データの第３の組３に基づいて各支持要素１５の数値表現を生成するための手段を含む。
すでに述べたように、本発明は、前記コンピュータで実行されるとき、上記の本発明の方法の実施態様のためにそれを構成するような方法で構成されるプログラム部分が提供されるデータサポートを備えるコンピュータプログラム製品にも関するものである。
特に、コンピュータで実行されるとき、前記プログラム部分は、データの第１の組１を取得して、メモリサポートにそれをロードするための手段、第１の表面１３、１３ａ、基準面１４、１４ａ、及び上記のようにそれらに接続する支持要素１５を定義するための手段、ならびに、上記のようにデータの第２の組２を計算して、メモリサポートにそれをロードするための手段を定義する。
実際には、作業者は、三次元物体１１を表すデータの第１の組１を取得する。
データの第１の組１は、それが三次元幾何学的形状の数値表現に好適である場合、たとえば、ＤＷＧ、ＳＴＥＰ、ＩＧＥ、ＰＲＴ、ＳＴＬ、または任意のその他のフォーマットなどの既知の種類の任意のフォーマットで供給することができる。
データの第１の組１は、たとえば、三次元モデリングプログラム、または、三次元光学読み取り装置、または、三次元物体１１の数値表現の生成が可能な任意の他の装置によって、生成することができる。
作業者は、上記の種類の機器にデータの第１の組１を記憶させて、その中にロードされたプログラムの実行を開始し、それは支持要素１５を定義して、対応するデータの第３の組３を生成する。
必要に応じて、前記プログラムを開始させる前に、作業者は、幾何学的パラメータＰ１＊．．．Ｐｎ＊の基準値９を含有するデータの第４の組４を設定することができる。
次いで機器は、作業者が利用可能な、好ましくは、グラフィックフォーマットに変換された、前記データを作製する。
次いで作業者は、１つまたは複数の支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎを修正し、データの第３の組３を修正することができる、または、複数の支持要素１５を修正し、データの第４の組４に含まれる基準値９に入れることができる。
続いて、プログラムは、必要に応じて使用者によって修正された支持要素１５及びもしあれば支持ベース２１を有する三次元物体１１を表すデータの第２の組２を生成する。
上記によると、数値表現の生成のための方法及び機器、ならびに上記のコンピュータプログラム製品が、すべての集合物体を実現することが理解できる。
特に、端点及びそれらの三次元構成を説明する幾何学的パラメータに基づく支持要素の定義、ならびに、端点の構成及びデータの第３の組の幾何学的パラメータにより、支持要素の形状は定義後に容易に修正することができる。
さらにまた、データの第３の組が残りの支持要素の幾何学的パラメータから独立している各支持要素の幾何学的パラメータを含むため、他のものと独立して各支持要素を容易に修正することができる。
本発明は、ステレオリソグラフィによって製造される三次元物体の幾何学的形状のデータ表現の組を生成するための方法に関するものである。
本発明はまた、前記データの組を生成するための機器、ならびに、それを前記方法の実施態様に適合させるためのコンピュータへの読み込みに適したコンピュータプログラム製品に関するものである。
周知のように、ステレオリソグラフィプロセスは、同一物体のいくつかの層の逐次重畳によって三次元物体を作製することである。
物体の各層は、支持体として役立つ事前に固化された層と接触する液体またはペースト状態の材料を選択的に光放射に露光することによる固化を通して得られる。
一般に、プロセスは、三次元物体の１つまたは複数の表面をそれらに面する対応する基準面に接続するために支持要素が提供されることを必要とする。
前記支持要素により、すでに固化された層によって直接支持されない、新しく固化される層の領域の崩壊及び／または変形を避けることが可能になる。
前記プロセスは、製造される物体の幾何学的形状のデータ表現の第１の組が供給されるコンピュータで制御される。
コンピュータは、ほぼ自動で支持要素を追加し、物体の支持要素との結合から生じる三次元幾何学的形状のデータ表現の第２の組を生成するプログラムを実行する。
次いで、前記データの第２の組は、物体を実際に作製するためのステレオリソグラフィ装置で使用される。
上記の手順の一般的な例は、（非特許文献１）及び（非特許文献２）に記載されている。
Ｋｉｒｓｃｈｍａｎ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ" − Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９１ ＡＳＭＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ − Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ， １９９１ Ｗｅｂｂ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｍｏｄｅｌｓ" − Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｆｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ − １９９４： Ｊｕｎｅ １２−１５， １９９４ − Ｔｈｅ Ｄａｙｔｏｎ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｄａｙｔｏｎ， ＯＨＩＯ ＵＳＡ ／ Ｓｐｏｎｓｏｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｔｈｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， Ｊｕｎｅ １９９４ （１９９４−０６）， ｐａｇｅｓ ２２１−２２５
前記既知の方法の欠点は、多くの場合、このように定義される支持要素が最適な幾何学的形状を有しないという点にある。
特に、支持要素の抵抗断面が過大であることがあり、プロセスの最後に物体がきれいにされるときに、より多くの困難が生じることに加えて、材料の過大な使用を引き起こし、物体の作製に必要な時間が増加する。
その他の場合、たとえば特に物体の重要な領域のレベルで、それぞれの支持要素の抵抗断面が不十分で、その製造中、物体に損傷を引き起こすことがある。
さらにまた、支持要素の幾何学的形状も三次元物体の作製に使用される材料に依存することを考慮すべきである。
したがって、使用される所定の材料に基づいて支持要素が生成されると、続いて作業者が材料を変える判断をし、よって、支持要素の修正を必要とする可能性がある。
上記の場合において、既知の技術によると、作業者は、支持要素に対応する領域の材料を追加または除去することによって、支持要素の追加後に生じる物体の幾何学的形状を修正し、これらの操作は、対応する修正をデータの第２の組に転送する好適な３Ｄモデラーによって行われる。
上記の操作はかなり複雑となり、多くの演算時間を必要とするという欠点を引き起こす。
既知の代替案は、支持要素を生成するためのプログラムで使用されるパラメータを修正してから、プログラムを定義し、続いてデータの第２の組を再生成することである。
しかし、前記代替案は、いかなる場合でも、データの第２の組を最初に生成することを必要とし、さらにまた、支持要素を個々に修正することを認めない。
本発明は、既知の技術に属する上記の欠点を克服することを意図するものである。
特に、作業者が容易に支持要素を修正することができる、支持要素が提供される三次元物体の数値表現を生成するための方法を提供することが、本発明の目的である。
物体の支持物との結合を示す三次元幾何学的形状を定義するデータベースを生成する前に、作業者が支持要素を修正することができる方法を提供することが、本発明のさらなる目的である。
また、作業者が他のものと独立して各支持要素を容易に修正できる方法を提供することも本発明の目的である。
前記目的は、請求項１による方法によって実現される。
本発明の主題である方法のさらなる特性及び詳細は、関連する従属請求項に記載される。
前記目的はまた、請求項１１による機器、ならびに請求項１２によるコンピュータプログラム製品によって実現される。
有利なことには、それらが定義され、第２のデータベースが生成される前に、容易に支持要素を修正できることにより、作業者は、より迅速に同じ支持要素を設計することができる。
さらに有利なことには、作業者は、前記プロセスで使用されるステレオリソグラフィ及び材料によって三次元物体を製造するために必要な時間を制限するような方法で、支持要素の幾何学的形状を容易に最適化することができる。
前記目的及び利点は、以下で強調される他のものとともに、添付図面に関して非限定的な例として提供される本発明の好ましい実施形態の説明からより明らかであろう。
図１は、本発明の方法を概略的に示す。 図２は、本発明の方法で使用されるデータの構造を概略的に示す。 図３は、三次元物体を示す。 図４は、図３に示される三次元物体を複数の支持要素に結合することによって得られる三次元物体を示す。 図５は、図４に示される三次元物体の拡大詳細図を示す。 図６は、層にさらに分割された図４の三次元物体を概略的に示す。
ステレオリソグラフィによって製造される三次元物体１１の数値表現を生成することが意図される、本発明の主題である方法は、図１に概略的に示され、下記の操作を含む。
第一に、方法は、作製される三次元物体１１の幾何学的形状を表示するデータの第１の組１を準備する操作を含み、それを単に示す例が図３に示される。
続いて、三次元物体１１の１つまたは複数の第１の表面１３、１３ａが定義され、それは支持される必要があり、一例として図４に示される。
明らかに、第１の表面１３、１３ａは、数学的アルゴリズム、及び作業者によって実行される手動選択の両方によって定義することができる。
同じように、前記第１の表面１３、１３ａに面して、それらを支持することに適した基準面１４、１４ａが定義される。
基準面１４、１４ａは、三次元物体１１の対応する多数の表面として、または、三次元物体１１自体から独立した表面として、定義することができる。
第１の選択肢は好ましくは、三次元物体１１の内部に作成されるキャビティに属する第１の表面１３のために採用される。
この場合、対応する基準面１４は、同一のキャビティに属する反対側の表面である。
第２の選択肢は好ましくは、第１の表面１３ａが三次元物体１１の外側にあるときに採用される。
この第２のケースの場合、対応する基準面１４ａは、最初の三次元物体１１から特定の距離に設置されるように定義される。
この場合、前記基準面１４ａは好ましくは、三次元物体１１の外側に生成される支持ベース２１に属する。
図４に示される前記支持ベース２１は、三次元物体自体の製造中の、ステレオリソグラフィ機械のモデリングプラットフォーム上への物体の載置に役立ち、プラットフォーム自体への物体の密着性を改善する目的も有する。
方法はさらに、図４に一例として示される、第１の表面１３、１３ａを対応する基準面１４、１４ａに接続する複数の支持要素１５を定義する操作を含む。
方法はさらに、上で定義された複数の支持要素１５、及びもしあれば支持ベース２１との三次元物体１１の結合から生じる、修正された三次元物体１２を表示するデータの第２の組２を計算する操作を含む。
本発明によると、支持要素１５は、対応する幾何学的パラメータによって定義される。
より正確には、各支持要素１５に関して、以下が定義される。対応する第１の表面１３、１３ａ上の第１の点Ｘ１、対応する基準面１４、１４ａ上の第２の点Ｘ２、及び、支持要素の従来の説明に基づく支持要素１５自体の三次元幾何学的形状を完全に定義することに適したｎ個の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎ。
明らかに、ｎは、支持要素１５を説明するために使用される自由度の数に基づき、１から任意の数まで変化させることができる。
使用可能な幾何学的パラメータの例がさらに提供される。
各支持要素１５は、端点Ｘ１及びＸ２の座標７、及びその三次元形成を定義する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎによって、完全に定義されることが理解できる。
特に、支持要素１５の定義は、前記座標７を含有するデータの第３の組３の生成、ならびに、支持要素１５に対する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの値８を含む。
前記データの第３の組３は、各支持要素１５の数値表現を生成するために使用され、次いでそれは、データの第２の組２の計算で使用される。
上記のデータの構造は、図２において概略的に示され、ここで、点Ｘ１及びＸ２の座標、ならびに各支持要素１５に対応する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎは従来通り、括弧内の１からｍまでのインデックスによって識別され、ここで、ｍは支持要素１５の数である。
換言すれば、端点の座標及びｉ番目の支持要素の幾何学的パラメータは従来通り、Ｘ１（ｉ）、Ｘ２（ｉ）、及びＰ１（ｉ）．．．Ｐｎ（ｉ）によって示される。
前記データ構造により、関連する幾何学的パラメータＰ１（ｉ）．．．Ｐｎ（ｉ）を修正することで任意のｉ番目の支持要素１５を修正することが可能になることが理解できる。
これは、定義の後及びデータの第２の組２の計算前でさえ、簡単、迅速、及び対話的な方法で、支持要素１５の幾何学的形状を修正することを可能にする。
さらにまた、各支持要素１５が特定の幾何学的パラメータによって定義されるという事実は、支持要素を他の支持要素１５と独立して修正することを可能にし、したがって、本発明の別の目的を実現する。
それゆえに、方法は好ましくは、支持要素１５のうちの少なくとも１つに対応する１つまたは複数の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの値８を修正するようにデータの第３の組３を修正する操作を含む。
続いて、修正された支持要素１５の数値表現が再生成され、次いで、データの第２の組２が更新される。
有利なことには、前記更新は、データの第２の組２の完全な再計算を必要とせず、修正された支持要素１５に対してのみに再生成を制限することを可能にする。
好ましくは、支持要素１５の定義は、各幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの基準値９を含有するデータの第４の組４の生成を含む。前記基準値９に対応する幾何学的パラメータは、各支持要素１５の幾何学的パラメータと区別するために、図２のＰ１＊．．．Ｐｎ＊で示される。
前記基準値９は、データの第３の組３の生成に使用され、各支持要素１５に対応する各幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎにデータの第４の組４の対応する基準値９を割り当てる。
前記データの第４の組４は有利には、すべての支持要素１５のパラメータＰ１．．．Ｐｎに、同一の基準値９を最初に割り当てることを可能にする。
明らかに、基準値９は、三次元物体１１の幾何学的形状、作製するために使用される材料、三次元物体が製造などのためにさらに分割される各層の厚さに基づいて定義することができる。
好ましくは、方法は、１つまたは複数の幾何学的パラメータＰ１＊．．．Ｐｎ＊に対応する基準値９を修正するような方法でデータの第４の組４を修正する操作も含む。
このように修正される基準値９は、データの第３の組３の対応する修正によって、２つ以上の支持要素１５、好ましくはすべての支持要素１５の対応する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに割り当てることができる。
続いて、データの第２の組２の計算が、前に示したように修正されたデータの第３の組３に基づいて繰り返される。
データの第４の組４を修正する可能性は有利には、単一の操作で２つ以上の支持要素１５を修正することを可能にすることが理解できる。
好ましくは、方法は、ステレオリソグラフィによる一般的な三次元物体の作製への使用に適し、あらかじめ識別される複数の材料の各材料に対する幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎの一組の定義済みの基準値１０を含有するデータの第５の組５の定義も含む。
図２において、各組の幾何学的パラメータは、アスタリスク、及び、括弧内の１からｓまでのインデックスによって示され、ここで、ｓは異なる材料の数である。
換言すれば、ｊ番目の材料に関連する幾何学的パラメータの組は、Ｐ１＊（ｊ）．．．Ｐｎ＊（ｊ）によって示される。
好ましくは、データの第４の組４の生成は、前記材料のうちの１つを選択する操作、及び、材料自体に対応し、データの第５の組５に含有される、対応する定義済みの基準値１０をデータの第４の組４の基準値９に割り当てる操作を含む。
有利なことには、上記のデータの第５の組５は、三次元物体１１が作製される材料の種類に基づいて、基準値９を支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに簡単にそして迅速に割り当てることを可能にする。
好ましくは、前記データの第１、第２、第３の組１、２、及び３は、コンピュータのメモリサポートに記憶される。
好ましくは、データの組４及び５も、同じメモリサポートに記憶される。
幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎに関して、それらは好ましくは、以下のパラメータのうちの１つまたは複数を備える。
一般的な支持要素１５の横方向寸法。
支持要素１５の横方向寸法と支持要素１５の長さとの比。
図５に示される、支持要素１５の少なくとも一端を定義する球体１６の寸法。
支持要素１５の対応する第１の表面１３、１３ａまたは対応する基準面１４、１４ａにおける前記球体１６の相互貫入深度１７。
支持要素１５の少なくとも一端のレベルでのブランチ１８の最大数。
支持要素１５の形成２０の方向に対する前記ブランチ１８の最大傾角１９。
明らかに、支持要素１５の対応する多数の幾何学的態様を表すさらなる幾何学的パラメータを、前記リストに追加することができる。
好ましくは、上記の方法で得られるデータの第２の組２は、ステレオリソグラフィによって三次元物体１１を作製するためのプロセスで使用される。
このプロセスに従って、単に一例として図６に示されるような、データの第２の組２によって説明される三次元物体の複数の二次元で互いに平行な断面２２を表すデータの第６の組６が計算される。
したがって、データの第６の組６は、三次元物体１１に加えて、もしあれば、支持要素１５及び支持ベース２１も含む。
次いで、前記データの第６の組６は、前記複数の二次元断面２２に対応する複数の固体層を得るために、ステレオリソグラフィ機械で使用される。
すでに述べたように、本発明は、三次元物体１１の前記数値表現の生成のための機器にも関するものである。
前記機器は、本明細書に示されていないがそれ自体が知られている、処理装置及び処理装置によってアクセスできるメモリサポートが設けられるコンピュータを備える。
機器はまた、三次元物体１１の幾何学的形状を表すデータの第１の組１を取得するための手段、及び、メモリサポートにそれをロードするための手段を備える。
機器はまた、第１の表面１３、１３ａ及び基準面１４、１４ａを定義するための手段、及び、支持要素１５を定義するための手段を備える。
特に、支持要素１５を定義するための手段は、第１の点Ｘ１、第２の点Ｘ２、及び各支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎを定義するための手段、及び、データの第３の組３を生成して、メモリサポートにそれをロードするための手段を含む。
機器はまた、上記のようにデータの第３の組３を修正するための手段、及び、上記の方法でデータの第２の組２を計算して、メモリサポートにそれをロードするための手段を備える。
特に、データの第２の組２を計算するための手段は、前記データの第３の組３に基づいて各支持要素１５の数値表現を生成するための手段を含む。
すでに述べたように、本発明は、前記コンピュータで実行されるとき、上記の本発明の方法の実施態様のためにそれを構成するような方法で構成されるプログラム部分が提供されるデータサポートを備えるコンピュータプログラム製品にも関するものである。
特に、コンピュータで実行されるとき、前記プログラム部分は、データの第１の組１を取得して、メモリサポートにそれをロードするための手段、第１の表面１３、１３ａ、基準面１４、１４ａ、及び上記のようにそれらに接続する支持要素１５を定義するための手段、ならびに、上記のようにデータの第２の組２を計算して、メモリサポートにそれをロードするための手段を定義する。
実際には、作業者は、三次元物体１１を表すデータの第１の組１を取得する。
データの第１の組１は、それが三次元幾何学的形状の数値表現に好適である場合、たとえば、ＤＷＧ、ＳＴＥＰ、ＩＧＥ、ＰＲＴ、ＳＴＬ、または任意のその他のフォーマットなどの既知の種類の任意のフォーマットで供給することができる。
データの第１の組１は、たとえば、三次元モデリングプログラム、または、三次元光学読み取り装置、または、三次元物体１１の数値表現の生成が可能な任意の他の装置によって、生成することができる。
作業者は、上記の種類の機器にデータの第１の組１を記憶させて、その中にロードされたプログラムの実行を開始し、それは支持要素１５を定義して、対応するデータの第３の組３を生成する。
必要に応じて、前記プログラムを開始させる前に、作業者は、幾何学的パラメータＰ１＊．．．Ｐｎ＊の基準値９を含有するデータの第４の組４を設定することができる。
次いで機器は、作業者が利用可能な、好ましくは、グラフィックフォーマットに変換された、前記データを作製する。
次いで作業者は、１つまたは複数の支持要素１５の幾何学的パラメータＰ１．．．Ｐｎを修正し、データの第３の組３を修正することができる、または、複数の支持要素１５を修正し、データの第４の組４に含まれる基準値９に入れることができる。
続いて、プログラムは、必要に応じて使用者によって修正された支持要素１５及びもしあれば支持ベース２１を有する三次元物体１１を表すデータの第２の組２を生成する。
上記によると、数値表現の生成のための方法及び機器、ならびに上記のコンピュータプログラム製品が、すべての集合物体を実現することが理解できる。
特に、端点及びそれらの三次元構成を説明する幾何学的パラメータに基づく支持要素の定義、ならびに、端点の構成及びデータの第３の組の幾何学的パラメータにより、支持要素の形状は定義後に容易に修正することができる。
さらにまた、データの第３の組が残りの支持要素の幾何学的パラメータから独立している各支持要素の幾何学的パラメータを含むため、他のものと独立して各支持要素を容易に修正することができる。

Claims (13)

  1. 三次元物体（１１）の前記幾何学的形状を表すデータの第１の組（１）を準備する操作と、
    前記三次元物体（１１）の１つまたは複数の第１の表面（１３、１３ａ）及び前記第１の表面（１３、１３ａ）のそれぞれに面する１つまたは複数の基準面（１４、１４ａ）を定義する操作と、
    前記第１の表面（１３、１３ａ）を前記１つまたは複数の対応する基準面（１４、１４ａ）に接続する複数の支持要素（１５）を定義する操作と、
    前記三次元物体（１１）の、前記複数の支持要素（１５）との結合から生じる幾何学的形状を表すような方法でデータの第２の組（２）を計算する操作と
    を含み、
    前記複数の支持要素（１５）を定義する前記操作が、
    前記支持要素（１５）のそれぞれに対して、前記対応する第１の表面（１３、１３ａ）上の前記支持要素（１５）に属する対応する第１の点（Ｘ１）、前記対応する基準面（１４、１４ａ）上の前記支持要素（１５）に属する対応する第２の点（Ｘ２）、及び、前記支持要素（１５）の前記三次元構成を完全に定義するのに適した１つまたは複数の対応する幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）を定義する操作と、
    前記第１の点（Ｘ１）及び前記第２の点（Ｘ２）の前記座標（７）ならびに前記支持要素（１５）のそれぞれの前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の前記値（８）を含有するデータの第３の組（３）を生成する操作と
    を含み、
    前記データの第２の組（２）を計算する前記操作が、前記データの第３の組（３）に基づく各支持要素（１５）の数値表現の前記生成を含む、
    ことを特徴とする、
    ステレオリソグラフィによって作製される三次元物体（１１）の数値表現を生成するためのコンピュータ実施方法。
  2. 前記データの第２の組（２）を計算する前記操作の前に、他の支持要素（１５）に対応する前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）と独立して、前記複数の支持要素（１５）の少なくとも１つの支持要素（１５）に対応する１つまたは複数の幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の前記値（８）を修正するように前記データの第３の組（３）を修正する操作を含む、
    ことを特徴とする、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数の支持要素（１５）を定義する前記操作が、前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）のそれぞれの基準値（９）を含有するデータの第４の組（４）の生成を含み、
    前記データの第３の組（３）の前記生成が、前記基準値（９）の各支持要素（１５）の対応する幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）への割当てを含む、
    ことを特徴とする、
    請求項１〜２のうちいずれか一項に記載の方法。
  4. 前記複数の支持要素（１５）を定義する前記操作が、
    前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の少なくとも１つに対応する前記基準値（９）を修正するように前記データの第４の組（４）を修正することと、
    前記修正された基準値（９）を、前記支持要素（１５）のうちの少なくとも２つの前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）のうちの前記少なくとも１つに割り当てるように前記データの第３の組（３）を修正することと
    を含む、
    ことを特徴とする、
    請求項３に記載の方法。
  5. ステレオリソグラフィによる前記三次元物体（１１）の製造への使用に適した複数の材料を識別する操作と、
    前記材料のそれぞれに関して、前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の定義済みの基準値（１０）の対応する組を含有するデータの第５の組（５）を定義する操作と
    を含み、
    前記データの第４の組（４）の前記生成が、前記複数の材料に属する材料の選択、及び、前記材料に対応する定義済みの基準値（１０）の前記データの第４の組（４）への割当てを含む、
    ことを特徴とする、
    請求項３または４に記載の方法。
  6. コンピュータのメモリサポートに前記データの第１の組（１）、データの第２の組（２）、及びデータの第３の組（３）を記憶させる操作を含む、
    ことを特徴とする、
    請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）が、以下のパラメータ、
    支持要素（１５）の横方向寸法、
    支持要素（１５）の前記横方向寸法と前記支持要素（１５）の長さとの比、
    支持要素（１５）の端部の少なくとも１つを定義する球体（１６）の寸法、
    前記対応する第１の表面（１３、１３ａ）または前記対応する基準面（１４、１４ａ）における前記球体（１６）の相互貫入深度（１７）、
    前記端部の少なくとも１つのレベルでの支持要素（１５）のブランチ（１８）の最大数、
    前記支持要素（１５）の形成（２０）の方向に対する前記ブランチ（１８）の最大傾角（１９）
    のうちの１つまたは複数を備える、
    ことを特徴とする、
    請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記基準面（１４）の少なくとも１つが、前記三次元物体（１１）の表面である、
    ことを特徴とする、
    請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記基準面（１４ａ）の少なくとも１つが、前記三次元物体（１１）から独立している表面である、
    ことを特徴とする、
    請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記データの第２の組（２）の前記計算が、
    前記少なくとも１つの基準面（１４、１４ａ）を備える支持ベース（２１）を定義する操作と、
    前記三次元物体（１１）の、前記複数の支持要素（１５）及び前記支持ベース（２１）との結合から生じる幾何学的形状を表すような方法で前記データの第２の組（２）を計算する操作と
    を含む、
    ことを特徴とする、
    請求項９に記載の方法。
  11. 前記三次元物体（１１）を表すデータの第２の組（２）を生成するための請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の方法を適用する操作と、
    前記データの第２の組（２）によって示される三次元物体の複数の二次元で互いに平行な断面（２２）を表すデータの第６の組（６）を計算する操作と、
    ステレオリソグラフィ機械において、前記複数の二次元の断面（２２）にそれぞれ対応する複数の固体層を得るような方法で、前記データの第６の組（６）を使用する操作と
    を含む、
    ことを特徴とする、
    三次元物体（１１）を作製する方法。
  12. 処理装置及び前記処理装置によってアクセス可能なメモリサポートを備えるコンピュータと、
    前記三次元物体（１１）の幾何学的形状を表すデータの第１の組（１）を取得するための手段、及び、前記メモリサポートに前記データの第１の組をロードするための手段と、
    前記三次元物体（１１）の１つまたは複数の第１の表面（１３、１３ａ）及び前記第１の表面（１３、１３ａ）のそれぞれに面する１つまたは複数の基準面（１４、１４ａ）を定義するための手段と、
    前記第１の表面（１３、１３ａ）のそれぞれを前記１つまたは複数の対応する基準面（１４、１４ａ）に接続する複数の支持要素（１５）を定義するための手段と、
    前記三次元物体（１１）の、前記複数の支持要素（１５）との結合から生じる幾何学的形状を表すような方法で前記データの第２の組（２）を計算するための手段、及び、前記メモリサポートに前記データの第２の組をロードするための手段と
    を備え、
    前記複数の支持要素（１５）を定義するための前記手段が、
    前記支持要素（１５）のそれぞれに対して、前記対応する第１の表面（１３、１３ａ）上の前記支持要素（１５）の対応する第１の点（Ｘ１）、前記対応する基準面（１４、１４ａ）上の前記支持要素（１５）の対応する第２の点（Ｘ２）、及び、前記支持要素（１５）の前記三次元構成を完全に定義するのに適した１つまたは複数の対応する幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）を定義するための手段と、
    前記第１の点（Ｘ１）及び前記第２の点（Ｘ２）の座標ならびに前記支持要素（１５）のそれぞれの前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の値（８）を含有するデータの第３の組（３）を生成するための手段、ならびに、前記メモリサポートに前記データの第３の組をロードするための手段と、
    前記複数の支持要素（１５）のうちの少なくとも１つの支持要素（１５）に対応する１つまたは複数の幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の前記値（８）を修正するように前記データの第３の組（３）を修正するための手段と
    を含み、
    前記データの第２の組（２）を計算するための前記手段が、前記データの第３の組（３）に基づいて各支持要素（１５）の数値表現を生成するための手段を含む、
    ことを特徴とする、
    ステレオリソグラフィによって作製される三次元物体（１１）の数値表現を生成するための機器。
  13. 前記複数の支持要素（１５）を定義するための前記手段が、
    前記支持要素（１５）のそれぞれに対して、対応する第１の表面（１３、１３ａ）上の前記支持要素（１５）の対応する第１の点（Ｘ１）、前記対応する基準面（１４、１４ａ）上の前記支持要素（１５）の対応する第２の点（Ｘ２）、及び、前記支持要素（１５）の前記三次元構成を完全に定義するのに適した１つまたは複数の対応する幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）を定義するための手段と、
    前記第１の点（Ｘ１）及び前記第２の点（Ｘ２）の座標ならびに前記支持要素（１５）のそれぞれの前記幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の値（８）を含有するデータの第３の組（３）を生成するための手段、ならびに、前記メモリサポートに前記データの第３の組をロードするための手段と、
    前記複数の支持要素（１５）のうちの少なくとも１つの支持要素（１５）に対応する１つまたは複数の幾何学的パラメータ（Ｐ１．．．Ｐｎ）の前記値（８）を修正するように前記データの第３の組（３）を修正するための手段と
    を含み、
    前記データの第２の組（２）を計算するための前記手段が、前記データの第３の組（３）に基づいて各支持要素（１５）の数値表現を生成するための手段を含む、
    ことを特徴とする、
    処理装置及び前記処理装置によってアクセス可能なメモリサポートを備えるコンピュータで実行されるとき、プログラム部分が、
    三次元物体（１１）の前記幾何学的形状を表すデータの第１の組（１）を取得するための手段、及び、前記メモリサポートに前記データの第１の組をロードするための手段と、
    前記三次元物体（１１）の１つまたは複数の第１の表面（１３、１３ａ）及び前記第１の表面（１３、１３ａ）のそれぞれに面する１つまたは複数の基準面（１４、１４ａ）を定義するための手段と、
    前記第１の表面（１３、１３ａ）のそれぞれを前記対応する基準面（１４、１４ａ）に接続する複数の支持要素（１５）を定義するための手段と、
    前記三次元物体（１１）の、前記複数の支持要素（１５）との結合から生じる幾何学的形状を表すようにデータの第２の組（２）を計算するための手段、及び、前記メモリサポートに前記データの第２の組をロードするための手段と
    を定義するような方法で構成されるプログラム部分が提供されるデータサポートを備えるコンピュータプログラム製品。
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