JP2018135548A - Supporting member, molding model generator, controller, and method for molding molded article - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、支持部材、造形モデル生成装置、制御装置、および造形物の造形方法に関する。 The present invention relates to a support member, a modeling model generation device, a control device, and a modeling method of a modeled object.
特許文献1には、基台に成形層を積層させて三次元造形物を造形する三次元積層造形装置が記載されている。この特許文献1に記載された三次元積層造形装置は、粉末材料に向けて光ビームを照射して粉末材料を溶融させて成形層を形成するとともに、この成形層を積層させることで三次元造型物を造形する。
特許文献1に記載されたような三次元積層造形装置においては、下方に成形層が形成されていないオーバーハング部を備える三次元造形物を造形する場合がある。このようなオーバーハング部を備えた三次元造型物は、成形層を積層させる際にオーバーハング部が重力等により下方に向けて変形しないように、オーバーハング部を下方から支持する支持部材が必要となる場合がある。
この支持部材は、通常、オーバーハング部の造形が完了した後に除去される。しかし、三次元造型物の形状によっては、支持部材を除去するための工具を用いた手作業や機械加工が困難な場合がある。また、支持部材の除去には、研磨用の流体を噴射して除去する方法もある。しかし、支持部材が狭小部等に配置されている場合には、支持部材を完全に除去しきれない可能性が有るとともに、造形物も削られてしまう可能性が有る。
In the three-dimensional additive manufacturing apparatus described in
This support member is usually removed after the overhang portion has been formed. However, depending on the shape of the three-dimensional molded article, manual work or machining using a tool for removing the support member may be difficult. Further, there is a method of removing the support member by ejecting a polishing fluid. However, when the support member is arranged in a narrow portion or the like, there is a possibility that the support member cannot be completely removed, and there is a possibility that the modeled object is also scraped.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、三次元形状造形物の造形後に容易に除去可能な支持部材、造形モデル生成装置、制御装置、および造形物の造形方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a support member, a modeling model generation device, a control device, and a modeling method for a modeling object that can be easily removed after modeling a three-dimensional modeled object. is there.
本発明の第1の態様によれば、支持部材は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第1構造層及び第2構造層を備え、前記第1構造層は、前記第1構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第1構造部材を備え、前記第2構造層は、前記第2構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第2構造部材を備え、前記第1構造部材は、前記第1構造層の積層面内で前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、前記第2構造部材は、前記第2構造層の積層面内で前記第2構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている。
このように構成することで、第1構造層には、第1構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第2構造層には、第2構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材の強度を低下させることができる。
さらに、第1構造層の積層面内で第1構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第2構造層の積層面内で第2構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるので、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、温度分布が生じることを抑制できる。そのため、熱応力が作用することを抑制できる。
さらに、第1構造層と第2構造層とが上下方向に交互に積層されるため、造形物の張出部を下方から支持した場合には、第1構造層と第2構造層とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、上下方向には高剛性とすることができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、又は上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第1構造部材と第2構造部材との間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部を支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物を造形した後に支持部材を容易に除去することができる。
According to the first aspect of the present invention, the support member projects in a horizontal direction provided in the object in the process of forming the object having a three-dimensional shape by laminating materials by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. A support member that supports the portion from below, and includes a first structure layer and a second structure layer that are alternately stacked in the vertical direction and form a stacked surface that extends in the horizontal direction, and the first structure layer includes the first structure layer, A plurality of first structural members extending in the same direction within the laminated surface of the first structural layer, wherein the second structural layer extends in the same direction within the laminated surface of the second structural layer, and the first structural member; A plurality of second structural members extending in a direction intersecting with the extending direction of the first structural member, and the first structural members are spaced apart in a direction intersecting with the extending direction of the first structural member within the laminated surface of the first structural layer. And the second structural member is arranged in the second structure. Are arranged at intervals in a direction intersecting the direction of extension of said second structural member in a stacking plane of the layer.
With this configuration, a plurality of gaps are formed in the first structural layer at intervals in a direction intersecting with the direction in which the first structural member extends, and the second structural layer has the second structural member. A plurality of gaps are formed at intervals in a direction intersecting the extending direction. Therefore, the strength of the support member can be reduced as compared with the case where the horizontal cross-sectional shape of the support member is formed constant in the height direction.
Furthermore, since the first structural members are arranged at intervals in the laminated surface of the first structural layer, and the second structural members are arranged at intervals in the laminated surface of the second structural layer, It becomes a place of escape when thermal expansion occurs. Furthermore, since the surface area can be increased, the heat dissipation performance can be improved and the occurrence of temperature distribution can be suppressed. Therefore, it can suppress that a thermal stress acts.
Furthermore, since the first structure layer and the second structure layer are alternately laminated in the vertical direction, when the overhanging portion of the model is supported from below, the first structure layer and the second structure layer are Thus, only the force in the compression direction can be applied. That is, high rigidity can be achieved in the vertical direction. On the other hand, when there is an input from a direction including a horizontal component different from the vertical direction, or when a force is applied locally even in the vertical direction, the gap between the first structural member and the second structural member. In addition, a force acts in the shearing direction or the peeling direction. That is, the strength can be lowered and weakened with respect to a force other than supporting the overhanging portion.
As a result, the support member can be easily removed after the three-dimensional shaped object is formed.
本発明の第2の態様によれば、第1の態様に係る支持部材は、前記第1構造部材及び前記第2構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さと同じ厚さで形成されているものであってよい。
このように構成することで、上下方向に隙間を有しつつ緻密な積層構造を形成することができる。そのため、上下方向の力に対して剛性を高めることができる。
According to the second aspect of the present invention, the support member according to the first aspect is configured such that the first structural member and the second structural member have a unit lamination thickness that can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. They may be formed with the same thickness.
By comprising in this way, a precise | minute laminated structure can be formed, having a clearance gap in the up-down direction. Therefore, the rigidity can be increased with respect to the force in the vertical direction.
本発明の第3の態様によれば、第1又は2の態様に係る支持部材は、前記第1構造部材及び前記第2構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅と同じ幅で形成されている。
このように構成することで、支持部材を、上方から見て緻密な格子状に形成することができる。そのため、張出部を支持部材の上で形成する場合に、張出部の形状に支持部材の形状が影響を及ぼすことを抑制できる。
According to the third aspect of the present invention, the support member according to the first or second aspect is such that the first structural member and the second structural member can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. It is formed with the same width as the width.
By comprising in this way, a supporting member can be formed in a precise | minute lattice shape seeing from upper direction. Therefore, when forming an overhang | projection part on a support member, it can suppress that the shape of a support member influences the shape of an overhang | projection part.
本発明の第4の態様によれば、第3の態様に係る支持部材は、同一積層面内で隣り合う前記第1構造部材の間隔及び同一積層面内で隣り合う前記第2構造部材の間隔は、前記単位積層幅と同一寸法であるものであってよい。
このように構成することで、第1構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第1構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。同様に、第2構造部材が熱膨張した場合であっても、隣り合う第2構造部材の間の隙間に熱膨張分を逃がすことができる。
その結果、隣り合う第1構造部材の接触及び隣り合う第2構造部材の接触を抑制して、この接触により熱応力が作用することを抑制できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the support member according to the third aspect includes an interval between the first structural members adjacent in the same laminated surface and an interval between the second structural members adjacent in the same laminated surface. May have the same dimensions as the unit lamination width.
By comprising in this way, even if it is a case where a 1st structural member is thermally expanded, a thermal expansion part can be escaped to the clearance gap between adjacent 1st structural members. Similarly, even when the second structural member is thermally expanded, the thermal expansion can be released to the gap between the adjacent second structural members.
As a result, it is possible to suppress the contact between the adjacent first structural members and the contact between the adjacent second structural members, and suppress the application of thermal stress due to this contact.
本発明の第5の態様によれば、第1から4の何れか一の態様に係る支持部材は、上下方向で隣接する前記第1構造部材と前記第2構造部材とは一体に形成されている。
このように構成することで、第1構造層と第2構造層との位置がずれることを抑制できる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the support member according to any one of the first to fourth aspects, the first structural member and the second structural member that are adjacent in the vertical direction are integrally formed. Yes.
By comprising in this way, it can suppress that the position of a 1st structure layer and a 2nd structure layer shifts | deviates.
本発明の第6の態様によれば、第1から5の何れか一の態様に係る支持部材は、前記第1構造部材及び前記第2構造部材は、粉状の前記材料が未溶融の部分と前記粉状の材料が溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体からなる。
このように構成することで、第1構造部材と第2構造部材とが脆性破壊し易くなる。そのため、支持部材を容易に破壊することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the support member according to any one of the first to fifth aspects is the portion where the first structural member and the second structural member are not melted in the powdery material. And a semi-sintered body including a portion where the powdery material is cured after melting.
By comprising in this way, a 1st structural member and a 2nd structural member become easy to carry out a brittle fracture. Therefore, the support member can be easily broken.
本発明の第7の態様によれば、第1から6の何れか一の態様に係る支持部材は、前記第1構造部材と前記第2構造部材とは、それぞれ直線状に形成され、上方から見て互いに直交するように配置されている。
このように構成することで、上方から見て第1構造部材と第2構造部材との接触点の分布をより一様にすることができる。そのため、造形物の張出部をより安定的に支持することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, in the support member according to any one of the first to sixth aspects, the first structural member and the second structural member are each formed in a straight line, and from above They are arranged so as to be orthogonal to each other.
With this configuration, the distribution of contact points between the first structural member and the second structural member can be made more uniform as viewed from above. Therefore, the overhang | projection part of a molded article can be supported more stably.
本発明の第8の態様によれば、造形モデル生成装置は、三次元形状の造形物の造形制御に用いる三次元図形データである造形モデルを生成する造形モデル生成装置であって、目的物の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する取得部と、前記目的物図形のうち水平方向に張り出す部分である張出部を特定する特定部と、前記目的物図形に、前記張出部の下方に接する上記支持部材の形状を示す支持部材図形を追加することで、前記造形モデルを生成する生成部とを備える。 According to the eighth aspect of the present invention, the modeling model generation device is a modeling model generation device that generates a modeling model that is three-dimensional graphic data used for modeling control of a three-dimensional modeled object. An acquisition unit that acquires a target object model that is three-dimensional graphic data including a target object graphic indicating a shape; a specifying unit that specifies a protruding part that is a part protruding in a horizontal direction of the target object graphic; and the object A generation unit that generates the modeling model is provided by adding a support member graphic indicating the shape of the support member in contact with the object graphic to the lower side of the projecting part.
本発明の第9の態様によれば、制御装置は、材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第1指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第2指示生成部とを備える。 According to the ninth aspect of the present invention, the control device is a control device for a three-dimensional additive manufacturing apparatus that forms a three-dimensional object by laminating materials, and is an object graphic indicating the shape of the object. And dividing a modeling model including a support member figure indicating a range in which a support member for supporting a projecting portion, which is a portion projecting in the horizontal direction in the object, from below is arranged in a height direction. Of the division unit that generates the modeling model, the selection unit that sequentially selects the division modeling model from the lower side of the plurality of division modeling models, and the material layer that is laid on the modeling table, A first instruction generation unit that generates an irradiation instruction for irradiating a portion corresponding to the object graphic with a laser beam, and a part corresponding to the support member graphic of the selected divided modeling model among the materials, To the material layer In a first direction that intersects the sweeping direction of the laser light, and a second instruction generator for generating a sweep command to sweep a plurality of laser beams spaced in a direction intersecting the first direction.
本発明の第10の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引することとを含む。 According to the tenth aspect of the present invention, the modeling method is a modeling method of a three-dimensional modeled object by laminating materials with a three-dimensional layered modeling apparatus, which shows the shape of the target object A plurality of divisions by dividing a modeling model including a figure and a supporting member figure indicating a range in which a supporting member for supporting a protruding part, which is a part protruding in the horizontal direction in the object, from below is arranged in the height direction Generating a modeling model, selecting a division modeling model sequentially from a lower side of the plurality of division modeling models, and the purpose of the selected division modeling model among material layers laid on a modeling table Irradiating a portion corresponding to an object figure with laser light, and, in the material, a portion corresponding to the support member figure of the selected divided modeling model, and a sweep direction of the laser light to the previous material layer, Crossing first Direction, and a sweeping a plurality of laser beams spaced in a direction intersecting the first direction.
上記少なくとも何れか1つの態様によれば、造形物の造形後に容易に支持部材を除去することが可能となる。 According to at least one of the above aspects, the support member can be easily removed after the modeling object is modeled.
〈第1実施形態〉
《三次元積層造形装置》
第1実施形態の三次元積層造形装置は、金属の粉末を焼き固めた焼結層を形成するとともに、この焼結層を繰り返し形成して一体に積層することで、三次元形状の造形物を形成する、いわゆる粉末焼結積層造形を行う。なお、三次元積層造形装置による造形方式は、粉末焼結積層造形に限られない。
<First Embodiment>
《Three-dimensional additive manufacturing equipment》
The three-dimensional additive manufacturing apparatus of the first embodiment forms a sintered layer obtained by baking and solidifying metal powder, and repeatedly forming this sintered layer and stacking them together to form a three-dimensional shaped object. The so-called powder sintering additive manufacturing is performed. The modeling method by the three-dimensional additive manufacturing apparatus is not limited to powder sintering additive manufacturing.
図1は、第1実施形態の三次元積層造形装置の概略構成を示す構成図である。
図1に示すように、第1実施形態における三次元積層造形装置1は、造形部2、供給部3、リコータ4、照射器5、制御装置6を備える。
造形部2は、箱型をなす。造形部2の底面部2aは、鉛直方向に昇降可能となっている。底面部2aには、焼結層を積層可能な造形台2bが設けられる。造形物10の造形前においては、底面部2aの高さは、造形部2の開口面と同じ高さとなっている。造形部2内には、リコータ4によって粉末材料Pが供給される。粉末材料Pとしては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の金属を用いることができる。また粉末材料Pとしては、セラミック等の金属以外の粉末を用いてもよい。造形部2内の粉末材料Pが照射器5が照射するレーザ光によって溶融し、焼結することで、造形物10を構成する焼結層が形成される。そして、造形物10の造形開始後、底面部2aが順次下降することで、焼結層を順次積層することができる。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the three-dimensional additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the three-dimensional
The
供給部3は、造形部2に隣接して設けられる。供給部3は、造形部2と同様の箱型をなす。供給部3の底面部3aは、鉛直方向に昇降可能となっている。造形物10の造形前においては、底面部3aは供給部3の下端に位置しており、供給部3内には、粉末材料Pが充填されている。そして、造形物10の造形開始後、焼結層が形成される度に、底面部3aが順次上昇することで、造形部2に供給すべき量の粉末材料Pを供給部3の開口面より上に押し出すことができる。
The
リコータ4は、造形部2および供給部3の内寸より長い板状部材である。リコータ4は、供給部3から押し出された粉末材料Pを造形部2へ移送する。これによりリコータ4は、造形部2に所定の厚みの粉末材料層を形成することができる。
The
照射器5は、造形部2の上方から造形部2に向けてレーザ光(例えば、炭酸ガスレーザ等)を照射する。照射器5によるレーザ光の照射位置は、制御装置6によって制御される。
The
制御装置6は、目的物の形状を示す三次元図形データである目的物モデルの入力を受け付け、目的物モデルに基づいて照射器5の動作を制御する。
The control device 6 receives an input of an object model that is three-dimensional graphic data indicating the shape of the object, and controls the operation of the
上述した三次元積層造形装置1によれば、造形部2内の粉末材料Pに対して照射器5がレーザ光を一方向に照射することにより、溶融状態となった粉末材料が線状(言い換えれば、二次元形状)の焼結層(以下、単にビードと称する)を形成する。三次元積層造形装置1は、このビードを高さ方向に積層していくことで立体的な三次元形状の造形物10を造形する。
According to the three-dimensional
《造形物》
図2は、第1実施形態における支持部材の配置を示す断面図である。図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。
図2、図3に示すように、目的物モデルによって表される目的物11は、水平方向に張り出す張出部11aを有する場合がある。第1実施形態における張出部11aは、鉛直方向に延びる仮想線K1(鉛直線)に対する角度が45°(図2,3中、「45deg」で示す)を超える部分である。このように、鉛直方向に延びる仮想線K1に対する角度が45°を超える張出部11aは、下層に焼結層が存在しないと、焼結後の冷却時に変形して固化してしまう可能性がある。例えば、張出部11aは、収縮して上方へめくれ上がった状態で固化してしまう可能性がある。そのため、張出部11aの下方には、通常、支持部材12が配置される。つまり、目的物11が張出部11aを有する場合、三次元積層造形装置1が生成する造形物10は、目的物11と支持部材12とを備える。
<Modeling>
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the arrangement of the support members in the first embodiment. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ここで、仮想線K1に対する張出部11aの角度は、例えば、仮想線K1を含む断面視で、仮想線K1と、張出部11aの内周面11bとのなす角度とすることができる。なお、図2においては、張出部11aが鉛直方向に延びる仮想線K1に対して斜め上方に向かって延びる場合を示しているが、張出部11aは、斜め下方に向かって延びている場合もある。
Here, the angle of the overhanging
《支持部材》
図4は、第1実施形態における支持部材の概略構成を示す斜視図である。図5は、図4に示す支持部材を、上方から見た模式図である。
支持部材12は、上述した三次元形状の造形物10を造形する過程で、張出部11aを下方から支持する部材である。支持部材12は、第1構造層13と第2構造層14とを備えている。これら第1構造層13と第2構造層14とは、上下方向で交互に積層されている。ここで、第1構造層13と第2構造層14とは、上下方向で交互に積層されていればよく、例えば、支持部材12の最下層及び最上層には、第1構造層13と第2構造層14との何れが配置されていても良い。
《Support member》
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a support member in the first embodiment. FIG. 5 is a schematic view of the support member shown in FIG. 4 as viewed from above.
The
第1構造層13は、複数の第1構造部材13aを備えている。一つの第1構造層13が備える複数の第1構造部材13aは、一つの第1構造層13の積層面内で同一方向に延びている。ここで、「積層面」とは、例えば、一つの第1構造層13において、その厚さ方向の中心を通る水平方向に広がる仮想面と言い換えることができる(第2構造層14の積層面も同様)。
The first
第1構造部材13aは、例えば、上述した三次元積層造形装置1により一度に積層可能な単位積層幅と同じ幅で形成されてよい。言い換えれば、第1構造部材13aは、照射器5からレーザ光が照射されることにより造形台2b上に形成されるビードの幅(以下、ビード幅と称する)と同じ幅で形成されてよい。
更に、第1構造部材13aは、三次元積層造形装置1により一度に積層可能な単位積層厚さで形成されてよい。すなわち、第1構造部材13aは、一度に形成可能な一本のビードの厚さと同じ厚さで形成されてよい。
The first
Furthermore, the first
一つの第1構造層13を構成する複数の第1構造部材13aは、第1構造層13の積層面内で、第1構造部材13aの延びる方向(図3中、a方向)と交差する方向(以下、b方向と称する)に間隔をあけて配置されている。b方向で隣り合う第1構造部材13aの間隔は、上述した単位積層幅と同一寸法にすることができる。
A plurality of first
第2構造層14は、複数の第2構造部材14aを備えている。一つの第2構造層14が備える複数の第2構造部材14aは、一つの第2構造層14の積層面内で同一方向に延びている。さらに、第2構造部材14aは、第1構造部材13aの延びるa方向と交差するb方向に延びている。
The second
第2構造部材14aは、第1構造部材13aと同様に、例えば、上述した単位積層幅と同じ幅で形成することができる。言い換えれば、第2構造部材14aは、ビード幅と同じ幅で形成することができる。更に、第2構造部材14aは、単位積層厚さである一本のビードの厚さと同じ厚さで形成することができる。
Similar to the first
一つの第2構造層14を構成する複数の第2構造部材14aは、第2構造層14の積層面内で、第2構造部材14aの延びるb方向と交差するa方向に間隔をあけて配置されている。a方向で隣り合う第2構造部材14aの間隔は、上述した単位積層幅と同一寸法にすることができる。
A plurality of second
図5に示すように、第1実施形態における第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、それぞれ直線状に形成されている。そして、第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、上方から見て直交するように配置されている。つまり、支持部材12は、上方から見ると、格子状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the first
第1実施形態における支持部材12は、上述した三次元積層造形装置1により形成することができる。この場合、第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、それぞれ一本のビードにより形成することができる。そして、支持部材12は、第1構造層13の上に第2構造層14を積層し、同様に第2構造層14の上に第1構造層13を積層する工程を繰り返すことで形成できる。
このように形成された支持部材12は、上下方向で隣り合う第1構造層13の第1構造部材13aと第2構造層14の第2構造部材14aとが重なる部分で接合される。すなわち、第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、それぞれの相対移動ができない状態となる。
The
The
なお、第1実施形態においては、単位積層幅と同じ幅、単位積層厚さと同じ厚さで第1構造部材13aと第2構造部材14aとを形成した。更に、b方向における第1構造部材13aの間隔と、a方向における第2構造部材14aの間隔とを単位積層幅とする場合について説明した。しかし、第1構造部材13aと第2構造部材14aとのそれぞれの幅、厚さは、上記単位積層幅及び単位積層厚さに限られない。また、単一のビードによって第1構造部材13aと第2構造部材14aとを構成する場合について説明したが、複数のビードによって第1構造部材13aと第2構造部材14aとを構成するようにしても良い。
In the first embodiment, the first
さらに、b方向で隣り合う第1構造部材13aの間隔とa方向で隣り合う第2構造部材14aの間隔とは、それぞれ三次元形状の造形物10の材料の特性、例えば、比熱、熱伝導率、密度、表面張力等に応じて、上述した三次元積層造形装置1で造形する際に、格子の形状が崩れないような間隔とすればよい。
Furthermore, the interval between the first
また、上述した第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、図示都合上、断面四角形の柱状に形成される場合を例示した。しかし、第1構造部材13aと第2構造部材14aとの形状は、実際には、ビードが固化したときの形状であるため、断面四角形には限られない。
さらに、一つの第1構造層13における第1構造部材13aの本数と、一つの第2構造層14における第2構造部材14aの本数とは、それぞれ図4、図5に示す本数に限られない。これら第1構造部材13aと第2構造部材14aとの本数は、例えば、張出部11aの形状に応じて、調整される。具体的には、図2、図3に示すような上方に向かって凸の湾曲形状の張出部11aに対しては、支持部材12の上部の階層ほど、第1構造部材13aの本数及び第2構造部材14aの本数が漸次減少される。
Moreover, the case where the 1st
Furthermore, the number of first
したがって、上述した第1実施形態によれば、第1構造層13には、第1構造部材13aの延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第2構造層14には、第2構造部材14aの延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材12の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材12の強度を低下させることができる。
Therefore, according to the first embodiment described above, the first
さらに、第1構造層13の積層面内で第1構造部材13aがそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第2構造層14の積層面内で第2構造部材14aがそれぞれ間隔をあけて配置されるので、これらの隙間が、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、これら隙間が形成されることで表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、支持部材12に温度分布が生じることを抑制できる。そのため、支持部材12に熱応力が作用することを抑制できる。
Further, the first
さらに、第1構造層13と第2構造層14とが上下方向に交互に積層されるため、目的物11の張出部11aを下方から支持した場合には、第1構造層13と第2構造層14とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、支持部材12を上下方向には高剛性に形成することができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、及び、上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第1構造部材13aと第2構造部材14aとの間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部11aを支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物10を造形した後に支持部材12を容易に除去することができる。例えば、造形物10を流体研磨することにより、造形物10から支持部材12を除去し、目的物11を得ることができる。また例えば、造形物10を冷却し、造形物10を収縮させることで、目的物11から支持部材12を剥離させることができる。冷却による支持部材12の剥離は、支持部材12の表面積が目的物11に対し十分に大きいために生じる。
Furthermore, since the first
As a result, the
《支持部材の第1変形例》
上述した第1実施形態においては、金属の粉末を焼き固めた焼結層によって支持部材12を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。例えば、より支持部材12の除去性能を高めたいときには、支持部材12を半焼結体からなるビード(言い換えれば、仮焼結のビード)によって形成しても良い。ここで、半焼結体からなるビードとは、金属の粉末の一部が溶融されずに残存している状態で造形されたビードを意味する。つまり、半焼結体からなるビードは、金属の粉末が溶融して固化した部分と、未溶融の金属の粉末の部分とが混在している。この半焼結体からなるビードにより第1構造部材13aと第2構造部材14aとをそれぞれ造形するには、例えば、金属の粉末が融点付近の温度となるような出力で上述した照射器5から光ビームを短時間照射する方法を用いても良い。このようにすることで、金属の粉末に、融点を超える部分と融点を超えない部分とを生じさせることができ、上述した半焼結体からなるビードを容易に造形することができる。
<< First Modification of Support Member >>
In 1st Embodiment mentioned above, the case where the supporting
この第1変形例によれば、第1構造部材13aと第2構造部材14aとが脆性破壊し易くなる。そのため、支持部材12を、より一層、容易に破壊することが可能となる。
なお、第1変形例においては、第1構造部材13aと第2構造部材14aとの両方が半焼結体からなるビードによって造形される場合について説明した。しかし、第1構造部材13aと第2構造部材14aとの何れか一方のみ半焼結体からなるビードによって造形するようにしても良い。また、支持部材12のうち、上下方向の一部の階層の第1構造部材13a、第2構造部材14aのみ、半焼結体からなるビードで造形するようにしても良い。このように半焼結体を用いる場所を変化させることで、支持部材12の強度を適宜調整することができる。
According to the first modified example, the first
In addition, in the 1st modification, the case where both the 1st
《支持部材の第2変形例》
図6は、支持部材の第2変形例における図5に相当する図である。
上述した第1実施形態においては、上方から見て、それぞれ直線状に形成された第1構造部材13aと第2構造部材14aとが直交するように支持部材12を形成する場合について説明した。しかし、この構成に限られない。第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、上方から見て、交差するように形成されていれば良く、例えば、図6に示すように、支持部材12を上方から見て斜め格子(言い換えれば、ひし形)を形成するようにしてもよい。
<< Second Modification of Support Member >>
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 in the second modification of the support member.
In 1st Embodiment mentioned above, the case where the supporting
上記第1実施形態の第2変形例によれば、特に、ひし形の短い方の対角線が延びる方向(図6中、b方向)からの入力に対して、支持部材12の強度を低下させることができる。したがって、より一層、支持部材12の除去性能を向上できる。
According to the second modification of the first embodiment, the strength of the
なお、上述した第1実施形態及び各変形例においては、第1構造部材13aと第2構造部材14aとが直線状のビードで形成される場合について説明した。しかし、これら第1構造部材13aと第2構造部材14aとは直線状に限られない。第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、例えば、上方から見て曲線状や波線状であっても良い。また、第1構造部材13aと第2構造部材14aとは、上方から見て格子状を形成すればよく、例えば、上方から見て直線、曲線、波線などを適宜組み合わせた線状であっても良い。
In addition, in 1st Embodiment and each modification which were mentioned above, the case where the 1st
さらに、第1実施形態の第1変形例の半焼結体からなるビードによって第1実施形態の第2変形例の支持部材12を形成しても良い。
Furthermore, you may form the
《制御装置》
三次元積層造形装置1の制御装置6は、造形物10を造形するときに、張出部11aの下方に上述した支持部材12を形成するように、照射器5を制御する。
図7は、第1実施形態における制御装置のソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
制御装置6は、取得部61、特定部62、モデル生成部63、分割部64、選択部65、第1指示生成部66、第2指示生成部67、出力部68を備える。
"Control device"
The control device 6 of the three-dimensional
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a software configuration of the control device according to the first embodiment.
The control device 6 includes an
取得部61は、目的物11の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する。目的物モデルは、例えばCAD(Computer-Aided Design)ソフトウェアにより作成された三次元図形データであってよい。
特定部62は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部11aの位置を特定する。
モデル生成部63は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部11aの下方に接する支持部材12の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する。造形モデルは、造形物10の造形制御に用いる三次元図形データである。なお、支持部材12の形状を示す支持部材図形は、支持部材12を配置する範囲を示す支持部材図形の一例である。
つまり、第1実施形態に係る制御装置6は、造形モデル生成装置の一例である。
The
The specifying
The
That is, the control device 6 according to the first embodiment is an example of a modeling model generation device.
分割部64は、モデル生成部63が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する。分割部64による分割の幅(分割造形モデルの高さ)は、単位積載幅に相当する長さである。
選択部65は、複数の分割造形モデルのうち、照射器5によって形成すべき積載層に相当する分割造形モデルを選択する。
第1指示生成部66は、造形台2b上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部65によって選択された分割造形モデルの目的物図形に相当する部分に、レーザ光を照射させる照射指示を生成する。例えば、第1指示生成部66は、分割造形モデルの目的物図形に相当する部分を複数の格子領域に切り分け、乱数に基づいて各格子領域にレーザ光を照射する順番を決定することで、照射指示を生成する。
第2指示生成部67は、造形台2b上に敷かれた粉末材料の層のうち、選択部65によって選択された分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分に、複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。例えば、第2指示生成部67は、支持部材図形のうち、第1構造部材13aに相当する図形、または第2構造部材14aに相当する図形に相当する各部分の一端から他端へ、レーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。つまり、第2指示生成部67は、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向(例えばa方向)と交差する方向(例えばb方向)に、その方向に交差する方向(例えばa方向)に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する。
出力部68は、第1指示生成部66が生成した照射指示、および第2指示生成部67が生成した掃引指示を、照射器5に出力する。
The dividing
The
The first
The second
The
《三次元積層造形装置の動作》
三次元積層造形装置1の動作について説明する。
図8は、第1実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置1に造形物10を造形させる場合、利用者は、制御装置6に目的物モデルを入力する。制御装置6の取得部61は、利用者から目的物モデルを取得する(ステップS1)。次に、特定部62は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部11aの位置を特定する(ステップS2)。次に、モデル生成部63は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部11aの下方に接する支持部材12の形状を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する(ステップS3)。次に、分割部64は、モデル生成部63が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する(ステップS4)。
<Operation of 3D additive manufacturing equipment>
The operation of the three-dimensional
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional additive manufacturing apparatus in the first embodiment.
When making the three-dimensional
次に、選択部65は、複数の分割造形モデルのうち、まだ造形されていない積載層のうち最も下方に位置するものに相当する分割造形モデルを選択する(ステップS5)。第1指示生成部66は、ステップS5で選択した分割造形モデルの目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する(ステップS6)。次に、出力部68は、照射指示を照射器5に出力する(ステップS7)。照射器5は、照射指示に従って粉末材料Pにレーザ光を照射する。これにより、目的物11に相当する焼結層が形成される。
Next, the
第2指示生成部67は、ステップS5で選択した分割造形モデルの支持部材図形が、第1構造層13に係る図形であるか否かを判定する(ステップS8)。分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分が第1構造層13に係る図形である場合(ステップS8:YES)、第2指示生成部67は、分割造形モデルの第1構造部材13aに相当する部分の一端から他端に向けてレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する(ステップS9)。分割造形モデルの支持部材図形に相当する部分が第2構造層14に係る図形である場合(ステップS8:NO)、第2指示生成部67は、分割造形モデルの第2構造部材14aに相当する部分の一端から他端に向けてレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する(ステップS10)。第2指示生成部67が掃引指示を生成すると、出力部68は、掃引指示を照射器5に出力する(ステップS11)。照射器5は、掃引指示に従って粉末材料Pに向けて、同一方向に複数回レーザ光を掃引する。これにより、支持部材12に相当する焼結層が形成される。
The second
次に、選択部65は、ステップS5で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものであるか否かを判定する(ステップS12)。これは、複数の分割造形モデルの全てに相当する積載層について、レーザ光の照射がなされたか否かの判定と等価である。
Next, the
ステップS5で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものでない場合(ステップS12:NO)、出力部68は、三次元積層造形装置1に、造形台2b上に新たな粉末材料層を形成させる積層指示を出力する(ステップS13)。積層指示が出力されると、造形部2の底面部2aは、粉末材料層の厚みだけ下降する。また供給部3の底面部3aは、粉末材料層の厚みだけ上昇する。これにより、供給部3の開口面より上に粉末材料Pが押し出される。そして、リコータ4は、供給部3から押し出された粉末材料Pを造形部2へ移送する。これにより、造形台2b上に新たな粉末材料層が形成される。制御装置6は、積層指示を出力すると、ステップS5に処理を戻し、次の積載層に係る分割造形モデルを選択する。
When the divided modeling model selected in step S5 does not constitute the uppermost part of the modeling model (step S12: NO), the
他方、ステップS5で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものである場合(ステップS12:YES)、制御装置6は、三次元積層造形装置1の制御を終了する。これにより、三次元積層造形装置1は、支持部材12の除去が容易な造形物10を造形することができる。
On the other hand, when the division | segmentation modeling model selected at step S5 comprises the uppermost part of a modeling model (step S12: YES), the control apparatus 6 complete | finishes control of the three-dimensional
〈第2実施形態〉
第2実施形態の三次元積層造形装置は、第1実施形態の三次元積層造形装置と制御装置6の動作が異なる。
第1実施形態の制御装置6が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材12の形状を示すものである。これに対し、第2実施形態の制御装置6が生成する造形モデルに含まれる支持部材図形は、支持部材12を配置する範囲を示すものである。つまり、第2実施形態の支持部材図形は、第1構造部材13aおよび第2構造部材14aに相当する形状の図形を有さない充填された立体図形であってよい。ただし、第2実施形態の造形モデルは、目的物図形と支持部材図形とにそれぞれを区別する識別情報が付される。
Second Embodiment
The three-dimensional additive manufacturing apparatus of the second embodiment differs from the three-dimensional additive manufacturing apparatus of the first embodiment in the operation of the control device 6.
The support member figure included in the modeling model generated by the control device 6 of the first embodiment indicates the shape of the
《三次元積層造形装置の動作》
三次元積層造形装置1の動作について説明する。
図9は、第2実施形態における三次元積層造形装置の動作を示すフローチャートである。
三次元積層造形装置1に造形物10を造形させる場合、利用者は、制御装置6に目的物モデルを入力する。制御装置6の取得部61は、利用者から目的物モデルを取得する(ステップS101)。次に、特定部62は、目的物モデルに含まれる目的物図形の張出部11aの位置を特定する(ステップS102)。次に、モデル生成部63は、目的物モデルに含まれる目的物図形に、張出部11aの下方に支持部材12を配置する範囲を示す支持部材図形を追加することで、造形モデルを生成する(ステップS103)。次に、分割部64は、モデル生成部63が生成した造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する(ステップS104)。
<Operation of 3D additive manufacturing equipment>
The operation of the three-dimensional
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional additive manufacturing apparatus in the second embodiment.
When making the three-dimensional
次に、選択部65は、複数の分割造形モデルのうち、まだ造形されていない積載層のうち最も下方に位置するものに相当する分割造形モデルを選択する(ステップS105)。第1指示生成部66は、ステップS105で選択した分割造形モデルの目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する(ステップS106)。次に、出力部68は、照射指示を照射器5に出力する(ステップS107)。照射器5は、照射指示に従って粉末材料Pにレーザ光を照射する。これにより、目的物11に相当する焼結層が形成される。
Next, the
第2指示生成部67は、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がa方向であるか否かを判定する(ステップS108)。なお、ステップS105で選択した分割造形モデルが造形モデルの最下部に相当する場合、第2指示生成部67は、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がa方向でないと判定する。
前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がa方向でない場合(ステップS108:NO)、第2指示生成部67は、a方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、a方向に掃引させる掃引指示を生成する(ステップS109)。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第1構造部材13aが形成される。
他方、前回の粉末材料層への掃引指示の掃引方向がa方向である場合(ステップS108:YES)、第2指示生成部67は、b方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、b方向に掃引させる掃引指示を生成する(ステップS110)。この掃引指示に従ってレーザ光が掃引されることにより、複数の第2構造部材14aが形成される。
第2指示生成部67が掃引指示を生成すると、出力部68は、掃引指示を照射器5に出力する(ステップS111)。
The second
When the sweep direction of the previous sweep instruction to the powder material layer is not the a direction (step S108: NO), the second
On the other hand, when the sweep direction of the previous sweep instruction to the powder material layer is the a direction (step S108: YES), the second
When the second
次に、選択部65は、ステップS105で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものであるか否かを判定する(ステップS112)。ステップS105で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものでない場合(ステップS112:NO)、出力部68は、三次元積層造形装置1に、造形台2b上に新たな粉末材料層を形成させる積層指示を出力する(ステップS113)。制御装置6は、積層指示を出力すると、ステップS105に処理を戻し、次の積載層に係る分割造形モデルを選択する。
Next, the
他方、ステップS105で選択した分割造形モデルが、造形モデルの最上部を構成するものである場合(ステップS112:YES)、制御装置6は、三次元積層造形装置1の制御を終了する。これにより、三次元積層造形装置1は、第1実施形態と同様に、支持部材12の除去が容易な造形物10を造形することができる。
On the other hand, when the division | segmentation modeling model selected by step S105 comprises the uppermost part of a modeling model (step S112: YES), the control apparatus 6 complete | finishes control of the three-dimensional
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、制御装置6が造形モデルの生成および三次元積層造形装置1の制御を行うが、他の実施形態ではこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置6は、造形モデルの生成を行わないものであってよい。この場合、制御装置6は、利用者や外部の装置(造形モデル生成装置)から造形モデルを取得する。
<Other embodiments>
As described above, the embodiment has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes and the like can be made.
For example, in the above-described embodiment, the control device 6 performs generation of a modeling model and control of the three-dimensional
〈コンピュータ構成〉
図10は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ100は、CPU101、主記憶装置102、補助記憶装置103、インタフェース104を備える。
上述の制御装置6は、コンピュータ100に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置103に記憶されている。CPU101は、プログラムを補助記憶装置103から読み出して主記憶装置102に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。
<Computer configuration>
FIG. 10 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a computer according to at least one embodiment.
The
The control device 6 described above is mounted on the
補助記憶装置103の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。補助記憶装置103は、コンピュータ100のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース104または通信回線を介してコンピュータ100に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ100に配信される場合、配信を受けたコンピュータ100が当該プログラムを主記憶装置102に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、補助記憶装置103は、一時的でない有形の記憶媒体である。
Examples of the
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置103に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Further, the program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-described function in combination with another program already stored in the
1 三次元積層造形装置
2 造形部
3 供給部
4 リコータ
5 照射器
6 制御装置
10 造形物
11 目的物
11a 張出部
12 支持部材
13 第1構造層
13a 第1構造部材
14 第2構造層
14a 第2構造部材
61 取得部
62 特定部
63 モデル生成部
64 分割部
65 選択部
66 第1指示生成部
67 第2指示生成部
68 出力部
P 粉末材料
DESCRIPTION OF
本発明の第1の態様によれば、支持部材は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の目的物を造形する過程で、前記目的物が備える水平方向に張り出す張出部を下方から支持する支持部材であって、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第1構造層及び第2構造層を備え、前記第1構造層は、前記第1構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第1構造部材を備え、前記第2構造層は、前記第2構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第2構造部材を備え、前記第1構造部材は、前記第1構造層の積層面内で前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、前記第2構造部材は、前記第2構造層の積層面内で前記第2構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている。前記第1構造部材及び前記第2構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準に、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準に、形成される。
このように構成することで、第1構造層には、第1構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成され、第2構造層には、第2構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて複数の隙間が形成される。そのため、支持部材の水平断面形状が高さ方向で一定に形成されている場合と比較して、支持部材の強度を低下させることができる。
さらに、第1構造層の積層面内で第1構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるとともに、第2構造層の積層面内で第2構造部材がそれぞれ間隔をあけて配置されるので、熱膨張等が生じた場合の逃げ場となる。さらに、表面積を増加できるため、放熱性能を向上でき、温度分布が生じることを抑制できる。そのため、熱応力が作用することを抑制できる。
さらに、第1構造層と第2構造層とが上下方向に交互に積層されるため、造形物の張出部を下方から支持した場合には、第1構造層と第2構造層とに対してそれぞれ圧縮方向の力のみを作用させることができる。つまり、上下方向には高剛性とすることができる。その一方で、上下方向とは異なる水平方向成分を含む方向から入力が有った場合、又は上下方向でも局所的に力が加わった場合には、第1構造部材と第2構造部材との間に、せん断方向又は剥離方向に力が作用する。すなわち、張出部を支持する以外の力に対しては、強度を低くして脆くすることができる。
その結果、三次元形状の造形物を造形した後に支持部材を容易に除去することができる。
According to the first aspect of the present invention, the support member projects in a horizontal direction provided in the object in the process of forming the object having a three-dimensional shape by laminating materials by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. A support member that supports the portion from below, and includes a first structure layer and a second structure layer that are alternately stacked in the vertical direction and form a stacked surface that extends in the horizontal direction, and the first structure layer includes the first structure layer, A plurality of first structural members extending in the same direction within the laminated surface of the first structural layer, wherein the second structural layer extends in the same direction within the laminated surface of the second structural layer, and the first structural member; A plurality of second structural members extending in a direction intersecting with the extending direction of the first structural member, and the first structural members are spaced apart in a direction intersecting with the extending direction of the first structural member within the laminated surface of the first structural layer. And the second structural member is arranged in the second structure. Are arranged at intervals in a direction intersecting the direction of extension of said second structural member in a stacking plane of the layer. The first structural member and the second structural member have a unit lamination width that can be laminated at one time by the three-dimensional additive manufacturing apparatus based on a unit laminate thickness that can be laminated at a time by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. Formed on the basis of.
With this configuration, a plurality of gaps are formed in the first structural layer at intervals in a direction intersecting with the direction in which the first structural member extends, and the second structural layer has the second structural member. A plurality of gaps are formed at intervals in a direction intersecting the extending direction. Therefore, the strength of the support member can be reduced as compared with the case where the horizontal cross-sectional shape of the support member is formed constant in the height direction.
Furthermore, since the first structural members are arranged at intervals in the laminated surface of the first structural layer, and the second structural members are arranged at intervals in the laminated surface of the second structural layer, It becomes a place of escape when thermal expansion occurs. Furthermore, since the surface area can be increased, the heat dissipation performance can be improved and the occurrence of temperature distribution can be suppressed. Therefore, it can suppress that a thermal stress acts.
Furthermore, since the first structure layer and the second structure layer are alternately laminated in the vertical direction, when the overhanging portion of the model is supported from below, the first structure layer and the second structure layer are Thus, only the force in the compression direction can be applied. That is, high rigidity can be achieved in the vertical direction. On the other hand, when there is an input from a direction including a horizontal component different from the vertical direction, or when a force is applied locally even in the vertical direction, the gap between the first structural member and the second structural member. In addition, a force acts in the shearing direction or the peeling direction. That is, the strength can be lowered and weakened with respect to a force other than supporting the overhanging portion.
As a result, the support member can be easily removed after the three-dimensional shaped object is formed.
また、このように構成することで、上下方向に隙間を有しつつ緻密な積層構造を形成することができる。そのため、上下方向の力に対して剛性を高めることができる。また、このように構成することで、支持部材を、上方から見て緻密な格子状に形成することができる。そのため、張出部を支持部材の上で形成する場合に、張出部の形状に支持部材の形状が影響を及ぼすことを抑制できる。 Further, with this configuration, a dense laminated structure can be formed with a gap in the vertical direction. Therefore, the rigidity can be increased with respect to the force in the vertical direction. Moreover, by comprising in this way, a supporting member can be formed in a precise | minute lattice shape seeing from upper direction. Therefore, when forming an overhang | projection part on a support member, it can suppress that the shape of a support member influences the shape of an overhang | projection part.
本発明の第2の態様によれば、第1の態様に係る支持部材は、前記第1構造部材及び前記第2構造部材は、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さのN倍(Nは自然数)、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅のM倍(Mは自然数)に形成される。According to the second aspect of the present invention, the supporting member according to the first aspect is such that the first structural member and the second structural member can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. N times (N is a natural number), or M times the unit laminated width (M is a natural number) that can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus.
本発明の第9の態様によれば、制御装置は、材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第1指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させることで、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成させる掃引指示を生成する第2指示生成部とを備える。
また、本発明の第10の態様によれば、制御装置は、粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物を造形する三次元積層造形装置の制御装置であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第1指示生成部と、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第2指示生成部とを備え、前記第2指示生成部は、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように、前記掃引指示を生成する。
According to the ninth aspect of the present invention, the control device is a control device for a three-dimensional additive manufacturing apparatus that forms a three-dimensional object by laminating materials, and is an object graphic indicating the shape of the object. And dividing a modeling model including a support member figure indicating a range in which a support member for supporting a projecting portion, which is a portion projecting in the horizontal direction in the object, from below is arranged in a height direction. Of the division unit that generates the modeling model, the selection unit that sequentially selects the division modeling model from the lower side of the plurality of division modeling models, and the material layer that is laid on the modeling table, A first instruction generation unit that generates an irradiation instruction for irradiating a portion corresponding to the object graphic with a laser beam, and a part corresponding to the support member graphic of the selected divided modeling model among the materials, To the material layer In a first direction that intersects the sweeping direction of the laser light, the at first be swept a plurality of laser beams spaced in a direction crossing the direction, are alternately stacked in the vertical direction, it extends in the horizontal direction, respectively A plurality of layers on the basis of a unit lamination thickness that can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus or a unit laminate width that can be laminated at a time by the three-dimensional additive manufacturing apparatus. And a second instruction generation unit that generates a sweep instruction for forming a surface .
According to the tenth aspect of the present invention, the control device is a control device for a three-dimensional additive manufacturing apparatus that forms a three-dimensional object by laminating powdery materials, and the shape of the object A modeling model including a target object graphic indicating a range and a support member graphic indicating a range in which a support member for supporting a projecting portion that is a portion projecting in a horizontal direction in the target object from below is disposed. The division unit that generates a plurality of division modeling models, the selection unit that selects the division modeling models in order from the lower side of the plurality of division modeling models, and the material layer laid on the modeling table are selected. Corresponds to the first instruction generation unit that generates an irradiation instruction for irradiating a portion corresponding to the object graphic of the divided modeling model with laser light, and the support member graphic of the selected divided modeling model among the materials Before the part A second instruction generation unit that generates a sweep instruction for sweeping a plurality of laser beams spaced in a direction intersecting the first direction in a first direction intersecting a sweep direction of the laser light to the material layer of And the second instruction generation unit generates the sweep instruction so that the material is a semi-sintered body including an unmelted portion and a portion cured after melting.
本発明の第11の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引することで、上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面であって、前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層厚さを基準とし、又は前記三次元積層造形装置により一度に積層可能な単位積層幅を基準とした、複数の積層面を形成することとを含む。
また、本発明の第12の態様によれば、造形物の造形方法は、三次元積層造形装置により粉状の材料を積層させて三次元形状の造形物の造形方法であって、目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を、前記材料が未溶融の部分と溶融後に硬化した部分とを含む半焼結体となるように掃引することとを含む。
According to the eleventh aspect of the present invention, the modeling method is a modeling method of a three-dimensional modeled object by laminating materials with a three-dimensional layered modeling apparatus, and shows a target object shape. A plurality of divisions by dividing a modeling model including a figure and a supporting member figure indicating a range in which a supporting member for supporting a protruding part, which is a part protruding in the horizontal direction in the object, from below is arranged in the height direction Generating a modeling model, selecting a division modeling model sequentially from a lower side of the plurality of division modeling models, and the purpose of the selected division modeling model among material layers laid on a modeling table Irradiating a portion corresponding to an object figure with laser light, and, in the material, a portion corresponding to the support member figure of the selected divided modeling model, and a sweep direction of the laser light to the previous material layer, Crossing first Direction, the by sweeping a first direction a plurality of laser beams spaced in a direction crossing the, are alternately stacked in the vertical direction, a laminated surface, each extending horizontally, the three-dimensional laminate molding Forming a plurality of laminated surfaces on the basis of the unit lamination thickness that can be laminated at once by the apparatus or on the basis of the unit lamination width that can be laminated at once by the three-dimensional additive manufacturing apparatus .
According to the twelfth aspect of the present invention, the modeling method for a model is a method for modeling a three-dimensional model by laminating powdery materials with a three-dimensional layered modeling apparatus, A modeling model including an object graphic indicating a shape and a support member graphic indicating a range in which a support member for supporting a protruding portion that is a portion protruding in the horizontal direction in the target object from below is arranged in a height direction. Generating a plurality of division modeling models, selecting a division modeling model in order from the lower side of the plurality of division modeling models, and the selected division among the material layers laid on the modeling table Irradiating a portion corresponding to the object graphic of the modeling model with laser light, and applying a laser to the previous material layer on the portion of the material corresponding to the supporting member graphic of the selected divided modeling model Light sweep direction A plurality of laser beams spaced apart in a direction intersecting the first direction are swept in a first intersecting direction so as to form a semi-sintered body including an unmelted portion and a portion cured after melting. Including .
Claims (10)
上下方向に交互に積層され、それぞれ水平方向に広がる積層面を形成する第1構造層及び第2構造層を備え、
前記第1構造層は、前記第1構造層の積層面内で同一方向に延びる複数の第1構造部材を備え、
前記第2構造層は、前記第2構造層の積層面内で同一方向に延びるとともに、前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に延びる複数の第2構造部材を備え、
前記第1構造部材は、前記第1構造層の積層面内で前記第1構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置され、
前記第2構造部材は、前記第2構造層の積層面内で前記第2構造部材の延びる方向と交差する方向に間隔をあけて配置されている支持部材。 In the process of forming a three-dimensional object by laminating materials with a three-dimensional additive manufacturing apparatus, a support member that supports a projecting portion that projects in a horizontal direction provided for the object from below,
Comprising a first structure layer and a second structure layer that are alternately stacked in the vertical direction and each form a stacked surface extending in the horizontal direction;
The first structural layer includes a plurality of first structural members extending in the same direction within a stacking surface of the first structural layer,
The second structural layer includes a plurality of second structural members that extend in the same direction within the stacked surface of the second structural layers and extend in a direction intersecting with the extending direction of the first structural member,
The first structural member is disposed with a gap in a direction intersecting a direction in which the first structural member extends in a stacking surface of the first structural layer,
The second structural member is a support member that is disposed with a gap in a direction intersecting a direction in which the second structural member extends within a stacked surface of the second structural layer.
目的物の形状を示す目的物図形からなる三次元図形データである目的物モデルを取得する取得部と、
前記目的物図形のうち水平方向に張り出す部分である張出部を特定する特定部と、
前記目的物図形に、前記張出部の下方に接する請求項1から請求項7の何れか1項に記載の支持部材の形状を示す支持部材図形を追加することで、前記造形モデルを生成する生成部と
を備える造形モデル生成装置。 A modeling model generation device that generates a modeling model that is three-dimensional graphic data used for modeling control of a three-dimensional modeled object,
An acquisition unit that acquires an object model that is three-dimensional graphic data including an object graphic indicating the shape of the object;
A specifying unit for specifying a protruding portion that is a portion protruding in the horizontal direction in the object graphic;
The said modeling model is produced | generated by adding the supporting member figure which shows the shape of the supporting member of any one of Claims 1-7 in contact with the downward direction of the said overhang | projection part to the said object figure. A modeling model generation device comprising: a generation unit.
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを、高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成する分割部と、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択する選択部と、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射させる照射指示を生成する第1指示生成部と、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引させる掃引指示を生成する第2指示生成部と
を備える制御装置。 A control device of a three-dimensional additive manufacturing apparatus that laminates materials to form a three-dimensional object,
A modeling model including an object graphic indicating the shape of the object and a support member graphic indicating a range in which a support member for supporting a projecting portion which is a portion projecting in the horizontal direction in the object from below is disposed. A dividing unit that generates a plurality of divided modeling models by dividing in a direction;
A selection unit that selects a division modeling model in order from the lower side of the plurality of division modeling models,
A first instruction generating unit that generates an irradiation instruction for irradiating a portion corresponding to the object graphic of the selected divided modeling model among the material layers laid on the modeling table;
A direction intersecting the first direction in a first direction intersecting a sweep direction of a laser beam to the previous material layer in a portion corresponding to the support member figure of the selected divided modeling model among the materials. And a second instruction generation unit that generates a sweep instruction for sweeping a plurality of laser beams spaced apart from each other.
目的物の形状を示す目的物図形と前記目的物において水平方向に張り出す部分である張出部を下方から支持する支持部材を配置する範囲を示す支持部材図形とを含む造形モデルを高さ方向に分割することで複数の分割造形モデルを生成することと、
前記複数の分割造形モデルの下方側から順に分割造形モデルを選択することと、
造形台上に敷かれた材料層のうち、選択された前記分割造形モデルの前記目的物図形に相当する部分にレーザ光を照射することと、
前記材料のうち、選択された前記分割造形モデルの前記支持部材図形に相当する部分に、前回の材料層へのレーザ光の掃引方向と交差する第1方向に、前記第1方向に交差する方向に間隔を空けた複数のレーザ光を掃引することと
を含む造形物の造形方法。 A method for forming a three-dimensional shaped object by laminating materials with a three-dimensional additive manufacturing apparatus,
A modeling model including an object graphic indicating the shape of the object and a support member graphic indicating a range in which a support member for supporting a projecting portion that is a portion projecting in the horizontal direction in the object from below is disposed. Generating a plurality of divided modeling models by dividing into
Selecting a division modeling model in order from the lower side of the plurality of division modeling models;
Irradiating a portion corresponding to the object figure of the selected divided modeling model among the material layers laid on the modeling table,
A direction intersecting the first direction in a first direction intersecting a sweep direction of a laser beam to the previous material layer in a portion corresponding to the support member figure of the selected divided modeling model among the materials. And sweeping a plurality of laser beams spaced apart from each other.
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