JP2020027491A - 造形データ作成装置、造形データ作成装置用プログラム、造形データ作成方法および造形方法 - Google Patents
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- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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Abstract
Description
(1)積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データが入力され、入力された構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築部。
(2)前記有限要素構築部により作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え第2の要素データを作成する逆変位付与部。
(3)前記逆変位付与部にて作成された第2の要素データのうち前記構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力部。
[1−1.構成]
図1を参照して本実施形態の一例として、造形データ作成装置1について説明する。造形データ作成装置1は、コンピュータ等により構成された装置である。造形データ作成装置1は、製造対象である構造物の製造を行う製造ラインが配置された工場等に設置される。
本造形データ作成装置1は、入力部2、有限要素構築部3、逆変位付与部4、表面情報出力部5を有する。造形データ作成装置1の各部は、コンピュータ内の演算部または、ソフトウェアモジュールにより構成される。また、造形データ作成装置1の各部は、個別のマイクロコンピュータやマイクロコンピュータチップまたはハードウェアにより実現されていてもよい。
入力部2は、インターネットやイントラネット等の通信回線との通信インタフェース、USBメモリやハードディスク等の外部メモリインタフェースまたは、キーボード、マウス、タッチパネル等のマンマシンインタフェースにより構成される。入力部2は、積層造形により製作する製造対象である構造物の形状に関する構造物形状データが入力される。
有限要素構築部3は、表面要素構築部31、ボクセル要素構築部32、要素重合部33により構成される。有限要素構築部3の表面要素構築部31、ボクセル要素構築部32、要素重合部33は、コンピュータ内の演算部または、ソフトウェアモジュールにより構成される。また、有限要素構築部3の表面要素構築部31、ボクセル要素構築部32、要素重合部33は、個別のマイクロコンピュータやマイクロコンピュータチップまたはハードウェアにより実現されていてもよい。
逆変位付与部4は、固有ひずみデータ記憶部41、固有ひずみデータ変換部42、固有ひずみ法解析部43により構成される。逆変位付与部4の固有ひずみデータ変換部42、固有ひずみ法解析部43は、コンピュータ内の演算部または、ソフトウェアモジュールにより構成される。また、逆変位付与部4の固有ひずみデータ変換部42、固有ひずみ法解析部43は、個別のマイクロコンピュータやマイクロコンピュータチップまたはハードウェアにより実現されていてもよい。
表面情報出力部5は、インターネットやイントラネット等の通信回線との通信インタフェース、USBメモリやハードディスク等の外部メモリインタフェース、表示装置、プリンタにより構成される。表面情報出力部5は、入力側が逆変位付与部4の固有ひずみ法解析部43に接続される。表面情報出力部5は、逆変位付与部4にて作成された第2の要素データのうち製造対象である構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する。
次に、図1〜3に基づき本実施形態の造形データ作成装置1の動作の概要を説明する。図2に示す手順により製造対象である構造物は造形される。図2は、造形データ作成装置1用プログラムのフロー、造形データ作成方法にかかる手順、造形方法にかかる手順を示す。
最初に、造形データ作成装置1の入力部2に、構造物形状データが入力される。構造物形状データは、入力部2を構成するインターネットやイントラネット等の通信回線との通信インタフェース、USBメモリやハードディスク等の外部メモリインタフェースまたは、キーボード、マウス、タッチパネル等のマンマシンインタフェースから、作業者により入力される。
次に、造形データ作成装置1は、有限要素構築部3の表面要素構築部31により、表面要素を作成する。表面要素構築部31は、構造物形状データを入力部2から受信し、製造対象である構造物の表面形状を有限要素に分割し、図3(b)に示すような表面要素を作成する。表面要素構築部31は、入力された構造物形状データの外表面データに基づき表面要素を構築する。表面要素は4節点四角形要素にて構成されることが望ましい。表面要素構築部31により作成された表面要素は、要素重合部33に出力される。
次に、造形データ作成装置1は、有限要素構築部3のボクセル要素構築部32により、ボクセル要素を作成する。ボクセル要素構築部32は、構造物形状データを入力部2から受信し、製造対象である構造物の立体形状全体をボクセル型の有限要素に分割し、図3(c)に示すようなボクセル要素を作成する。ボクセル要素構築部32は、入力された構造物形状データの立体データに基づきボクセル要素を構築する。
次に、造形データ作成装置1は、有限要素構築部3の要素重合部33により、第1の要素データを作成する。要素重合部33は、表面要素構築部31により作成された表面要素と、ボクセル要素構築部32により作成されたボクセル要素を重ね合わせ、図3(d)に示すような重合要素を作成する。重合要素は、表面要素を含むボクセル要素において、表面要素の節点とボクセル要素の辺または節点が連結され作成される。作成された重合要素は、第1の要素データとされる。作成された第1の要素データは、逆変位付与部4の固有ひずみ法解析部43に出力される。
次に、造形データ作成装置1は、逆変位付与部4の固有ひずみデータ変換部42により、固有ひずみマトリクスを作成する。固有ひずみデータ変換部42は、固有ひずみデータを固有ひずみデータ記憶部41から受信し、構造物のひずみに関するデータである固有ひずみデータに基づき、造形時に生じる変位に対し逆変位となる固有ひずみマトリクスを作成する。
次に、造形データ作成装置1は、逆変位付与部4の固有ひずみ法解析部43により、第2の要素データを作成する。固有ひずみ法解析部43は、有限要素構築部3の要素重合部33により作成された第1の要素データおよび固有ひずみデータ変換部42により作成された固有ひずみマトリクスに基づき、固有ひずみ法解析を行い第2の要素データを作成する。
次に、造形データ作成装置1は、表面情報出力部5により第3の要素データを出力する。表面情報出力部5は、逆変位付与部4にて作成された第2の要素データのうち製造対象である構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する。
(1)本実施形態によれば、積層造形物の造形データ作成装置1は、積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データが入力され、入力された構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築部3と、有限要素構築部3により作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え、第2の要素データを作成する逆変位付与部4と、逆変位付与部4にて作成された第2の要素データのうち構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力部5と、を有するので、製造対象である構造物の、三次元積層造形における変形を軽減することができる造形データ作成装置、造形データ作成装置用プログラム、造形データ作成方法および造形方法を提供することができる。
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
2・・・入力部
3・・・有限要素構築部
4・・・逆変位付与部
5・・・表面情報出力部
31・・・表面要素構築部
32・・・ボクセル要素構築部
33・・・要素重合部
41・・・固有ひずみデータ記憶部
42・・・固有ひずみデータ変換部
43・・・固有ひずみ法解析部
Claims (17)
- 積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データが入力され、入力された前記構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築部と、
前記有限要素構築部により作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え、第2の要素データを作成する逆変位付与部と、
前記逆変位付与部にて作成された第2の要素データのうち前記構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力部と、
を有する積層造形物の造形データ作成装置。 - 前記有限要素構築部は、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の表面形状を有限要素に分割し表面要素を作成する表面要素構築部と、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の立体形状をボクセル型の有限要素に分割しボクセル要素を作成するボクセル要素構築部と、
前記表面要素構築部により作成された前記表面要素と、前記ボクセル要素構築部により作成された前記ボクセル要素を重ね合わせ重合要素を作成し、前記第1の要素データとする要素重合部と、
を有する、
請求項1に記載の造形データ作成装置。 - 前記表面要素構築部は、4節点四角形要素または3節点三角形要素にて前記表面要素を作成し、
前記ボクセル要素構築部は、8節点6面体要素にて前記ボクセル要素を作成する、
請求項2に記載の造形データ作成装置。 - 前記逆変位付与部は、
前記構造物のひずみに関するデータである固有ひずみデータに基づき造形時に生じる変位に対し逆変位となる固有ひずみマトリクスを作成する固有ひずみデータ変換部と、
前記有限要素構築部により作成された前記第1の要素データおよび前記固有ひずみデータ変換部により作成された前記固有ひずみマトリクスに基づき、固有ひずみ法解析を行い前記第2の要素データを作成する固有ひずみ法解析部と、
を有する、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の造形データ作成装置。 - 前記逆変位付与部は、
造形時に生じる変位を実験によって求める変位評価部を有する、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の造形データ作成装置。 - 入力された、積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築ステップと、
前記有限要素構築ステップにより作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え、第2の要素データを作成する逆変位付与ステップと、
前記逆変位付与ステップにて作成された第2の要素データのうち前記構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力ステップと、
を有する積層造形物の造形データ作成装置用プログラム。 - 前記有限要素構築ステップは、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の表面形状を有限要素に分割し表面要素を作成する表面要素構築ステップと、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の立体形状をボクセル型の有限要素に分割しボクセル要素を作成するボクセル要素構築ステップと、
前記表面要素構築ステップにより作成された前記表面要素と、前記ボクセル要素構築ステップにより作成された前記ボクセル要素を重ね合わせ重合要素を作成し、前記第1の要素データとする要素重合ステップと、
を有する、
請求項6に記載の造形データ作成装置用プログラム。 - 前記表面要素構築ステップは、4節点四角形要素または3節点三角形要素にて前記表面要素を作成し、
前記ボクセル要素構築ステップは、8節点6面体要素にて前記ボクセル要素を作成する、
請求項7に記載の造形データ作成装置用プログラム。 - 前記逆変位付与ステップは、
前記構造物のひずみに関するデータである固有ひずみデータに基づき造形時に生じる変位に対し逆変位となる固有ひずみマトリクスを作成する固有ひずみデータ変換ステップと、
前記有限要素構築ステップにより作成された前記第1の要素データおよび前記固有ひずみデータ変換ステップにより作成された前記固有ひずみマトリクスに基づき、固有ひずみ法解析を行い前記第2の要素データを作成する固有ひずみ法解析ステップと、
を有する、
請求項6乃至8のいずれか1項に記載の造形データ作成装置用プログラム。 - 前記逆変位付与ステップは、
造形時に生じる変位を実験によって求める変位評価ステップを有する、
請求項6乃至8のいずれか1項に記載の造形データ作成装置用プログラム。 - 入力された、積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築手順と、
前記有限要素構築手順により作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え、第2の要素データを作成する逆変位付与手順と、
前記逆変位付与手順にて作成された第2の要素データのうち前記構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力手順と、
を有する積層造形物の造形データ作成方法。 - 前記有限要素構築手順は、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の表面形状を有限要素に分割し表面要素を作成する表面要素構築手順と、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の立体形状をボクセル型の有限要素に分割しボクセル要素を作成するボクセル要素構築手順と、
前記表面要素構築手順により作成された前記表面要素と、前記ボクセル要素構築手順により作成された前記ボクセル要素を重ね合わせ重合要素を作成し、前記第1の要素データとする要素重合手順と、
を有する、
請求項11に記載の造形データ作成方法。 - 前記表面要素構築手順は、4節点四角形要素または3節点三角形要素にて前記表面要素を作成し、
前記ボクセル要素構築手順は、8節点6面体要素にて前記ボクセル要素を作成する、
請求項12に記載の造形データ作成方法。 - 前記逆変位付与手順は、
前記構造物のひずみに関するデータである固有ひずみデータに基づき造形時に生じる変位に対し逆変位となる固有ひずみマトリクスを作成する固有ひずみデータ変換手順と、
前記有限要素構築手順により作成された前記第1の要素データおよび前記固有ひずみデータ変換手順により作成された前記固有ひずみマトリクスに基づき、固有ひずみ法解析を行い前記第2の要素データを作成する固有ひずみ法解析手順と、
を有する、
請求項11乃至13のいずれか1項に記載の造形データ作成方法。 - 前記逆変位付与手順は、
造形時に生じる変位を実験によって求める変位評価手順を有する、
請求項11乃至13のいずれか1項に記載の造形データ作成方法。 - 入力された、積層造形により製作する構造物の形状に関する構造物形状データを有限要素に分割し第1の要素データを作成する有限要素構築手順と、
前記有限要素構築手順により作成された第1の要素データに、造形時に生じる変位の逆変位を与え、第2の要素データを作成する逆変位付与手順と、
前記逆変位付与手順にて作成された第2の要素データのうち前記構造物の表面に関する情報である第3の要素データを出力する表面情報出力手順と、
前記表面情報出力手順により出力された第3の要素データに基づき積層造形により前記構造物を造形する手順と、
を有する積層造形物の造形方法。 - 前記有限要素構築手順は、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の表面形状を有限要素に分割し表面要素を作成する表面要素構築手順と、
入力された前記構造物形状データに基づき前記構造物の立体形状をボクセル型の有限要素に分割しボクセル要素を作成するボクセル要素構築手順と、
前記表面要素構築手順により作成された前記表面要素と、前記ボクセル要素構築手順により作成された前記ボクセル要素を重ね合わせ重合要素を作成し、前記第1の要素データとする要素重合手順と、
を有する、
請求項16に記載の造形方法。
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