JP2020086575A - Information processing apparatus and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報処理装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing device and a program.
3Dプリンタ(立体印刷機)等の立体造形装置が普及しつつある。3Dプリンタ用のデータ形式としては、例えばSTL(Standard Triangulated Language)形式や3DS形式のように、立体形状をポリゴンのメッシュ表現で記述する形式が広く用いられている。 3D printers (3D printers) and other 3D modeling devices are becoming widespread. As a data format for a 3D printer, a format in which a three-dimensional shape is described by a polygon mesh expression is widely used, such as an STL (Standard Triangulated Language) format or a 3DS format.
また、出願人等は、3Dプリンタで造形する立体のモデルをボクセル表現で記述する「FAV」というデータ形式を提案している(非特許文献1)。FAV形式は、ボクセルに色、材質、他のボクセルとのリンク強度等の様々な属性を持たせることで、立体形状以外の様々な特性を表現することができる。 Further, the applicants have proposed a data format called “FAV” that describes a three-dimensional model to be modeled by a 3D printer in voxel representation (Non-Patent Document 1). The FAV format can express various characteristics other than the three-dimensional shape by giving voxels various attributes such as color, material, and link strength with other voxels.
特許文献1に開示された材料についてのトポロジーを生成する方法は、コンピュータを使用して材料の1つまたは複数の材料特性をパラメータ化するステップと、パラメータ化するステップは、前記材料を表す繰返し微小構造を限定することにより1つまたは複数の降伏強度、破壊強さ、硬さを含む強度関連の材料特性をパラメータ化するステップと、1つまたは複数の仮想試験を実行するステップとを含み、各仮想試験は異なる微小構造を使用する前記材料に少なくともひとつのフィールドの実際の適用をシミュレートし、パラメータ化に基づいて材料についてのトポロジーを生成するステップと、を含む。 A method of generating a topology for a material disclosed in U.S. Patent No. 6,037,898 is a method of using a computer to parameterize one or more material properties of a material, the parameterizing step comprising repeating microscopic representations of the material. Parameterizing one or more strength-related material properties, including yield strength, fracture strength, hardness, by defining a structure, and performing one or more virtual tests, each The virtual test comprises simulating the actual application of at least one field to the material using different microstructures and generating a topology for the material based on the parameterization.
仮にボクセル単位で材料を変えることが可能な造形装置を用いた場合、個々のボクセルにそれぞれ個別に材料を割り当てることで、単一の材料を用いる場合よりも、造形物の構成材料の物性値(例えば強度やヤング率等)の設計に自由度が得られる。 If a modeling device that can change the material in units of voxels is used, by assigning the material to each voxel individually, the physical property value of the constituent material of the modeled object ( For example, the degree of freedom in designing strength and Young's modulus can be obtained.
所望の物性値を得るための材料の割り当てとボクセル配置を決定するためには多数の試行錯誤が必要となる。このような試行錯誤を実際の造形で行うことは時間と費用の観点から困難であるため、コンピュータ上で構造解析を用いることが考えられる。 Many trials and errors are required to determine the material allocation and voxel arrangement for obtaining the desired physical property values. Since it is difficult to perform such trial-and-error in actual modeling from the viewpoint of time and cost, it is conceivable to use structural analysis on a computer.
ボクセルを実際に造形装置で造形すると、流体の性質による濡れ広がりにより隣接ボクセルとの間で材料の混じり合いが発生する。また、層間でのボクセル同士の接着状態は、それらボクセルの材料の組合せによって変わってくる。また、紫外線等の材料硬化のためのエネルギーは、ボクセルの表面から深くなるにつれて減衰していくが、その減衰の度合いは材料に依存する。これらの現象を反映した構造解析のモデルは複雑化しがちであり、解析のための計算時間の増大を招く。 When a voxel is actually formed by a forming apparatus, a material is mixed with an adjacent voxel due to wetting and spreading due to the property of a fluid. Further, the adhesion state of voxels between layers changes depending on the combination of the materials of those voxels. Further, the energy for curing the material such as ultraviolet rays is attenuated as it goes deeper from the surface of the voxel, but the degree of the attenuation depends on the material. The structural analysis model that reflects these phenomena tends to be complicated, which increases the calculation time for analysis.
本発明は、隣接ボクセル間の材料の混じり合い等のボクセル単位の現象をモデルとして組み込んだ構造解析モデルを用いる方式よりも、解析に要する時間を少なくできる仕組みを提供する。 The present invention provides a mechanism that can reduce the time required for analysis as compared with a method using a structural analysis model in which a voxel-based phenomenon such as mixing of materials between adjacent voxels is incorporated as a model.
請求項1に係る発明は、互いに隣り合う複数個のボクセルから構成されるセルごとに、そのセルを構成する各ボクセルがそれぞれ複数の材料のうちのいずれからなるかを特定可能な特定情報と、そのセルの物性値と、を記憶する記憶手段と、三次元造形物をボクセルの集まりとして表現した造形物データを取得する手段と、前記造形物データ内の前記セルと同等のサイズの部分ごとに、当該部分を、当該部分に含まれるボクセル群の材料の組合せと一致する材料の組合せのボクセル群から構成された前記セルに置換することで、前記造形物データを、前記物性値に対応付けられた単位セルの集まりとして前記三次元造形物を表す中間データに変換する変換手段と、前記中間データから、当該中間データを構成する前記各セルの物性値を反映した構造解析モデルに構成し、得られた構造解析モデルを用いて前記造形物データが表す前記三次元造形物の構造解析を行う手段と、を含む情報処理装置である。 The invention according to claim 1, for each cell composed of a plurality of voxels adjacent to each other, specific information capable of specifying which of the plurality of materials each voxel constituting the cell, respectively, The physical property value of the cell, storage means for storing, a means for acquiring the modeled object data expressing the three-dimensional modeled object as a collection of voxels, and for each part of the same size as the cell in the modeled object data. , By replacing the part with the cell composed of a voxel group of a material combination that matches the material combination of the voxel group included in the part, the shaped object data is associated with the physical property value. A conversion means for converting the intermediate data representing the three-dimensional structure as a set of unit cells, and the intermediate data to form a structural analysis model that reflects the physical property values of each of the cells forming the intermediate data, and obtain Means for performing structural analysis of the three-dimensional modeled object represented by the modeled object data using the obtained structural analysis model.
請求項2に係る発明は、前記セルごとに、前記セルを構成する複数のボクセル同士が結合した状態と、それらボクセルのそれぞれの材料と、が反映された構造解析モデルを用いて、前記セルの前記物性値を計算する計算手段を更に含み、前記記憶手段には、前記セルごとに、前記計算手段により計算された当該セルの前記物性値が記憶される、請求項1に記載の情報処理装置である。 The invention according to claim 2 uses, for each cell, a structural analysis model that reflects a state in which a plurality of voxels forming the cell are combined and respective materials of the voxels, and The information processing apparatus according to claim 1, further comprising calculation means for calculating the physical property value, wherein the storage means stores, for each cell, the physical property value of the cell calculated by the calculation means. Is.
請求項3に係る発明は、前記計算手段は、前記構造解析モデルとして、前記セルの同一ボクセル層内で互いに隣接するボクセルについて、それらボクセルの材料同士が混じり合った混じり合い領域を含んだモデルを用いて解析する、請求項2に記載の情報処理装置である。 In the invention according to claim 3, the calculation means includes, as the structural analysis model, a model including a mixed region in which materials of the voxels are mixed with respect to voxels adjacent to each other in the same voxel layer of the cells. The information processing apparatus according to claim 2, which is analyzed by using the information processing apparatus.
請求項4に係る発明は、前記計算手段は、前記構造解析モデルとして、前記セル内のボクセル層間又はボクセル行間で互いに隣接するボクセルについて、それらボクセルの材料の組合せに応じた接着状態を示す境界条件を設定したモデルを用いて解析する、請求項2又は3に記載の情報処理装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the calculation means uses, as the structural analysis model, a boundary condition indicating voxels that are adjacent to each other between voxel layers in the cells or between voxel rows, in accordance with a combination of materials of the voxels. The information processing apparatus according to claim 2 or 3, wherein analysis is performed using a model in which is set.
請求項5に係る発明は、前記計算手段は、前記構造解析モデルとして、前記セル内の各ボクセルについて、当該ボクセルの材料と、硬化用エネルギーの照射方向についての深さと、の組合せに応じた硬化度の分布を反映したモデルを用いて解析する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の情報処理装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, the calculation means uses, as the structural analysis model, curing for each voxel in the cell according to a combination of a material of the voxel and a depth in a curing energy irradiation direction. The information processing apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein analysis is performed using a model that reflects a distribution of degrees.
請求項6に係る発明は、前記計算手段は、前記セルの前記構造解析モデルを用いて均質化解析を行うことで、前記セルの物性値を計算する、請求項2〜5のいずれか1項に記載の情報処理装置である。 The invention according to claim 6 is that the calculation means calculates the physical property value of the cell by performing homogenization analysis using the structural analysis model of the cell. The information processing device described in 1.
請求項7に係る発明は、前記変換手段は、前記造形物データを、物性値が均一とみなせる領域ごとに分割し、各領域を、当該領域のサイズからみてミクロ構造とみなせるサイズであり且つ当該領域の物性値と同等の物性値を持つセルの集まりに置換する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の情報処理装置。 In the invention according to claim 7, the converting means divides the shaped object data into areas in which physical property values can be regarded as uniform, and each area has a size that can be regarded as a microstructure in view of the size of the area. The information processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the information processing apparatus replaces with a group of cells having a physical property value equivalent to a physical property value of a region.
請求項8に係る発明は、前記変換手段は、前記領域を、前記領域のサイズからみてミクロ構造とみなせるサイズであり且つ当該領域の物性値と同等の物性値を持つセルであって、前記造形物を構成する最小の形状要素のサイズ以下のサイズのセル、の集まりに置換する、請求項7に記載の情報処理装置である。 In the invention according to claim 8, the conversion means is a cell having a size that allows the area to be regarded as a microstructure in view of the size of the area and has a physical property value equivalent to the physical property value of the area, The information processing apparatus according to claim 7, wherein the information processing apparatus is replaced with a group of cells each having a size equal to or smaller than a size of a smallest shape element that constitutes an object.
請求項9に係る発明は、コンピュータを、互いに隣り合う複数個のボクセルから構成されるセルごとに、そのセルを構成する各ボクセルがそれぞれ複数の材料のうちのいずれからなるかを特定可能な特定情報と、そのセルの物性値と、を記憶する記憶手段、三次元造形物をボクセルの集まりとして表現した造形物データを取得する手段、前記造形物データ内の前記セルと同等のサイズの部分ごとに、当該部分を、当該部分に含まれるボクセル群の材料の組合せと一致する材料の組合せのボクセル群から構成された前記セルに置換することで、前記造形物データを、前記物性値に対応付けられた単位セルの集まりとして前記三次元造形物を表す中間データに変換する変換手段、前記中間データから、当該中間データを構成する前記各セルの物性値を反映した構造解析モデルに構成し、得られた構造解析モデルを用いて前記造形物データが表す前記三次元造形物の構造解析を行う手段、として機能させるためのプログラムである。 According to a ninth aspect of the present invention, a computer can specify, for each cell composed of a plurality of voxels adjacent to each other, which voxel forming the cell is made of a plurality of materials. Storage means for storing information and the physical property value of the cell, means for obtaining modeled object data expressing a three-dimensional modeled object as a collection of voxels, and each part of the same size as the cell in the modeled object data , By replacing the part with the cell composed of a voxel group of a material combination that matches the material combination of the voxel group included in the part, the modeled object data is associated with the physical property value. Converting means for converting the intermediate data representing the three-dimensional modeled object as a collection of the unit cells formed, from the intermediate data, configured into a structural analysis model reflecting the physical property values of each cell constituting the intermediate data, obtain It is a program for functioning as a means for performing a structural analysis of the three-dimensional modeled object represented by the modeled object data using the obtained structural analysis model.
請求項1、2、6又は9に係る発明によれば、隣接ボクセル間の材料の混じり合い等のボクセル単位の現象をモデルとして組み込んだ構造解析モデルを用いる方式よりも、解析に要する時間を少なくできる。 According to the invention according to claim 1, 2, 6 or 9, the time required for the analysis is reduced as compared with the method using the structural analysis model in which the phenomenon of the voxel unit such as the mixture of the materials between the adjacent voxels is incorporated as a model. it can.
請求項3に係る発明によれば、記憶手段に記憶するセルの物性値として、隣接ボクセル間の材料の混じり合いの影響を考慮に入れたセルの物性値を計算することができる。 According to the invention of claim 3, as the physical property value of the cell stored in the storage means, the physical property value of the cell can be calculated in consideration of the influence of the mixture of the materials between the adjacent voxels.
請求項4に係る発明によれば、記憶手段に記憶するセルの物性値として、ボクセル層間又はボクセル行間での接着状態を考慮に入れたセルの物性値を計算することができる。 According to the invention of claim 4, as the physical property value of the cell stored in the storage means, the physical property value of the cell can be calculated in consideration of the adhesion state between voxel layers or between voxel rows.
請求項5に係る発明によれば、記憶手段に記憶するセルの物性値として、深さに応じた硬化度の分布を考慮に入れたセルの物性値を計算することができる。 According to the invention of claim 5, as the physical property value of the cell stored in the storage means, the physical property value of the cell can be calculated in consideration of the distribution of the curing degree according to the depth.
請求項7に係る発明によれば、ボクセル群をセルに置換することによる構造解析モデルの精度の低下を、この発明を用いない場合よりも抑制することができる。 According to the invention of claim 7, it is possible to suppress a decrease in accuracy of the structural analysis model caused by replacing the voxel group with cells, as compared with the case where the invention is not used.
請求項8に係る発明によれば、領域の最小形状要素も構造解析モデルに反映させることができる。 According to the invention of claim 8, the minimum shape element of the region can be reflected in the structural analysis model.
<単位セル>
インクジェット方式で造形を行う3Dプリンタでは融けた状態の材料(例えば樹脂)を、形状を構成する対象部位に噴射し、例えば紫外線等の硬化用エネルギーを照射してその材料を硬化させることで造形を行う。造形は層単位で行われ、一層分の造形が完了するごとに次の層の造形が行われる。複数のノズルから物性(例えば強度やヤング率等の機械的性質)の異なる材料を噴射させることで、複数の材料により造形することが可能である。造形対象の物体をボクセル単位で表現するモデルを用い、ボクセルごとにそのボクセルを構成する材料を指定しておく(例えばボクセルの材料属性にその材料の識別名を持たせる)ことで、造形装置はそのモデルに従ってボクセルごとに個別に材料を噴射して造形を行うことが可能になる。以下では、造形される物体のことを造形物と呼び、その造形物をボクセルの集まりで表現したモデルのことを造形物データと呼ぶ。造形物データにおいて、ボクセルごとに材料を指定することで、造形物の各部分ごとにそれぞれ個別に所望の機械的性質を持たせることが可能になる。
<Unit cell>
In a 3D printer that performs modeling by an inkjet method, a material in a melted state (for example, resin) is sprayed onto a target portion that constitutes a shape, and the material is cured by irradiating with curing energy such as ultraviolet rays to mold the material. To do. The modeling is performed on a layer-by-layer basis, and the modeling of the next layer is performed each time the modeling for one layer is completed. By injecting materials having different physical properties (for example, mechanical properties such as strength and Young's modulus) from a plurality of nozzles, it is possible to mold with a plurality of materials. By using a model that represents the object to be molded in voxel units and specifying the material that composes the voxel for each voxel (for example, by giving the identification name of the material to the material attribute of the voxel), the modeling device According to the model, it becomes possible to inject the material individually for each voxel and perform modeling. Below, the object to be modeled is referred to as a modeled object, and the model representing the modeled object as a collection of voxels is referred to as modeled object data. By designating the material for each voxel in the model data, it becomes possible to individually impart desired mechanical properties to each part of the model.
ここで、噴射され対象部位(すなわちボクセル位置)に付着した材料が硬化するまでにはある程度の時間がかかる。この時間に、その部位の材料が同じ層内の隣の部位に付着した材料と幾分混じり合う。隣り合う材料が同一であれば問題はないが、異なる材料同士である場合、混じり合った部分の物性は元の各々の材料の物性と異なったものとなる。 Here, it takes some time for the material that is ejected and adheres to the target site (that is, the voxel position) to cure. During this time, the material at that site mixes somewhat with the material deposited at the next site in the same layer. There is no problem if the adjacent materials are the same, but when the materials are different, the physical properties of the mixed parts are different from the physical properties of the original materials.
また、一層ごとの造形にはある程度時間がかかるので、ノズルから材料を対象部位に噴射した時点では、その材料の下の層のボクセルの材料は、混じり合いが生じない程度に硬化している。ただし、その硬化した材料とその上に噴射された材料との接着度合いがどの程度になるかは、上下の材料の組合せにより変わってくる。 Further, since it takes a certain amount of time to form each layer, the material of the voxels in the layer below the material is hardened at the time when the material is injected from the nozzle to the target site. However, the degree of adhesion between the cured material and the material sprayed on it depends on the combination of the upper and lower materials.
また、噴射され対象部位に付着した材料には、紫外線等の硬化用エネルギーが照射され、これによりその材料の硬化が促進される。ここで、照射源から発せられた硬化用エネルギーは材料の層の上から照射されるが、材料の表面から深く進むにつれて減衰し、これに応じて硬化作用も減衰する。このため、造形された1つのボクセルの内部でも、深さに応じて硬化度合いが異なることとなる。 Further, the material that has been sprayed and adhered to the target site is irradiated with curing energy such as ultraviolet rays, thereby promoting the curing of the material. Here, the curing energy emitted from the irradiation source is emitted from above the layer of the material, but is attenuated as it goes deeper from the surface of the material, and the curing action is correspondingly attenuated. For this reason, the degree of curing will vary depending on the depth even inside one voxel that has been formed.
例えば、ボクセルごとに材料が指定された造形物データをもとに造形物の構造解析を行う場合、上述の各種の事情から、個々のボクセルがそれぞれ対応する材料で均一に構成されていると仮定したのでは、妥当な解析結果が得られない。これに対し、造形物モデルの個々のボクセルについて、上述した隣接ボクセル間での材料の混じり合い、層間での接着度合い、層内での深さに応じた硬化度合いを考慮に入れた構造解析モデルを構成すれば、精度のよい解析が行える。しかし、構造解析モデルが複雑になるため、解析に要する時間が膨大になってしまう。 For example, when performing structural analysis of a modeled object based on modeled object data in which the material is specified for each voxel, it is assumed that each voxel is uniformly composed of the corresponding material due to the above-mentioned various circumstances. If you do, reasonable analysis results cannot be obtained. On the other hand, for each voxel of the modeled model, a structural analysis model that takes into account the mixture of materials between the adjacent voxels described above, the degree of adhesion between layers, and the degree of hardening depending on the depth within the layer. By configuring, it is possible to perform accurate analysis. However, since the structural analysis model becomes complicated, the time required for the analysis becomes enormous.
また、造形物データと造形装置とで解像度が異なる場合、すなわち造形物データのボクセルと造形装置のボクセルとのサイズが異なる場合、その造形装置で造形物データが示す造形物を完全に正確に造形できない場合がある。特に造形物データの解像度の方が造形装置の解像度より精細である場合、造形物データ内でボクセルごとに材料が異なる部分はその造形装置では原理上正確に再現できない。なお、造形装置における「ボクセル」とは、その造形装置の造形における最小単位の立体である。 In addition, when the resolution of the model data and the model of the modeling apparatus are different, that is, when the voxels of the model data and the voxels of the modeling apparatus are different in size, the model indicated by the model data is completely and accurately modeled by the modeling apparatus. Sometimes you can't. In particular, when the resolution of the model data is finer than that of the modeling apparatus, a part of the model data in which the material is different for each voxel cannot be reproduced accurately in principle by the modeling apparatus. The "voxel" in the modeling apparatus is a solid of the minimum unit in the modeling of the modeling apparatus.
しかし、互いに近接した複数のボクセルからなる塊を単位とすれば、造形物データ内のその塊の物性(例えば機械的特性)と同等の物性を持つボクセル又はボクセル塊を造形装置で再現することは可能である。すなわち、塊の物性は、その塊を構成する各ボクセルの材料、それらボクセル間での混じり合い、層間の接着、層内での硬化度合いの深さ方向分布からほぼ決まる。造形物データにおけるボクセル塊の物性値を求め、そのボクセル塊を造形装置のボクセルで再現する場合、ボクセル塊としてその物性値と同等の物性値を持つよう個々のボクセルの材料を決めれば、ボクセル塊単位で造形物データの物性を再現した造形物が形成される。 However, if a unit consisting of multiple voxels that are close to each other is used as a unit, it is not possible to reproduce a voxel or voxel block having physical properties equivalent to the physical properties (for example, mechanical characteristics) of the block in the model data with the modeling apparatus. It is possible. That is, the physical properties of the lump are substantially determined by the materials of the voxels forming the lump, the mixing between the voxels, the adhesion between layers, and the distribution of the degree of hardening in the layer in the depth direction. When the physical property value of the voxel block in the model data is obtained and the voxel block is reproduced by the voxel of the modeling apparatus, if the material of each voxel is determined so that it has the same physical property value as the voxel block, the voxel block A modeled object that reproduces the physical properties of the modeled object data in units is formed.
以上のようないくつかの理由から、この実施形態では、互いに近接する複数のボクセルからなる「単位セル」を導入する。単位セルは、互いに隣接する複数個のボクセルから構成された立方体又は直方体である。例えば、図1に示す互いに隣接する2×2×2(すなわち縦に2個、横に2個、奥行き方向に2個)の合計8個のボクセル10からなる単位セル20が考えられる。この例では単位セル20は、一辺2ボクセルの立方体である。図では、各ボクセルの材料の違いを、図におけるボクセルの色の違いで表現している。 For several reasons as described above, this embodiment introduces a “unit cell” composed of a plurality of voxels that are close to each other. The unit cell is a cube or a rectangular parallelepiped composed of a plurality of voxels adjacent to each other. For example, a unit cell 20 including a total of eight voxels 10 of 2×2×2 (that is, two in the vertical direction, two in the horizontal direction, and two in the depth direction) adjacent to each other shown in FIG. 1 can be considered. In this example, the unit cell 20 is a cube with two voxels on each side. In the figure, the difference in the material of each voxel is represented by the difference in the color of the voxel in the figure.
また、互いに隣接する3×3×3=27個のボクセルからなる単位セルや、4×4×4=64個のボクセルからなる単位セルなど、より大きな単位セルを用いてもよい。ただし、単位セルを構成するボクセル数が多くなるほど、単位セルを構成するボクセルの材料の組合せは多くなるため、組合せ毎に物性値を求めるための計算時間は膨大なものとなっていく。 Also, larger unit cells such as unit cells composed of 3×3×3=27 voxels adjacent to each other and unit cells composed of 4×4×4=64 voxels may be used. However, as the number of voxels forming the unit cell increases, the number of combinations of materials of the voxels forming the unit cell increases, and thus the calculation time for obtaining the physical property value for each combination becomes enormous.
本実施形態では、例えば、単位セルを構造解析の単位としたり、造形物データの単位セルを同等の物性値を造形装置の単位セルに置き換えたりすることで、上述の問題に対処する。 In the present embodiment, for example, the unit cell is used as a unit for structural analysis, or the unit cell of the modeled object data is replaced with a unit cell of the modeling apparatus having an equivalent physical property value to address the above-described problem.
<単位セルの物性値>
本実施形態の手法では、単位セルの利用のために、実験又はシミュレーション計算又はこれらの組合せにより、単位セルの物性値を求める。単位セルの物性値は、以下の3つの要素の組合せから求める。
<Physical properties of unit cell>
In the method of this embodiment, in order to use the unit cell, the physical property value of the unit cell is obtained by an experiment, a simulation calculation, or a combination thereof. The physical property value of the unit cell is obtained from the combination of the following three elements.
(1)同一層内の隣接ボクセル間の材料の混じり合い
図2の(a)に例示する、同一層内で2つの隣り合うボクセル10a及び10bを考える。2つのボクセル10a及び10bの材料は異なるものとする。また、これら2つのボクセル10を構成する個々の材料は、インクジェットのノズル又はノズル群から、同時に、又は先に噴射された材料が後の材料と混じり合わなくなる程度に硬化するまでの短い時間の間に、それぞれのボクセル位置に噴射されたものとする。
(1) Mixing of materials between adjacent voxels in the same layer Consider two adjacent voxels 10a and 10b in the same layer, as illustrated in FIG. The materials of the two voxels 10a and 10b are different. Also, the individual materials that make up these two voxels 10 are cured from the nozzles or groups of nozzles of the ink jet at the same time or for a short period of time until the previously jetted material does not mix with the later material. First, it is assumed that each voxel position is injected.
この場合、(b)に示すように、隣り合うボクセル10a及び10bの位置にそれぞれ付着した液状の材料12a及び12bは、互いに接する部分から混じり、混じり合い領域14を形成する。この混じり合い領域14では、材料12a及び12bが混じり合っており、厳密には混じり合いの度合いは場所ごとに異なる。 In this case, as shown in (b), the liquid materials 12a and 12b adhering to the positions of the adjacent voxels 10a and 10b, respectively, are mixed from the portions in contact with each other to form a mixed region 14. In the mixed area 14, the materials 12a and 12b are mixed, and strictly speaking, the degree of the mixed differs depending on the place.
このような混じり合いを含む隣接2ボクセルの物性値を求めるために、(c)に示すように、隣接する2つのボクセル10aと10bに対して、中央に混じり合い領域34を設定した構造解析モデル30を構成する。図示例では、構造解析モデル30は、材料12aのみの領域32a、材料12bのみの領域32b、それら両者の間の、両材料が混じり合った混じり合い領域34、の3つの領域から構成される。混じり合い領域34の幅(隣接する2ボクセル10a及び10bの配列方向についての幅)や混じり合い領域34の物性値(強度、ヤング率、ポアソン比等)は、実験又は数値シミュレーションにより求める。 In order to obtain the physical property value of two adjacent voxels including such a mixture, as shown in (c), the structural analysis model in which the two adjacent voxels 10a and 10b have a mixture region 34 in the center is set. Make up 30. In the illustrated example, the structural analysis model 30 is composed of three regions, that is, a region 32a only for the material 12a, a region 32b only for the material 12b, and a mixed region 34 in which both materials are mixed between them. The width of the mixed region 34 (width in the arrangement direction of the adjacent two voxels 10a and 10b) and the physical property values (strength, Young's modulus, Poisson's ratio, etc.) of the mixed region 34 are obtained by experiment or numerical simulation.
例えば実験の場合は、三次元物体を造形する造形装置(例えば3Dプリンタ)の解像度で異なる材料を例えば同時に隣り合わせに噴射して造形し、その造形結果の微細構造を電子顕微鏡等で観察することで、混じり合い領域を特定する。また、混じり合い領域の強度その他の物性値を測定してもよい。数値シミュレーションの場合は、造形装置の解像度に対応するボクセルのサイズで異なる材料を隣り合わせに造形したときの解析モデルを構成し、この解析モデルをVOF(Volume Of Fluid)法やMPS(Moving Particle Semi- implicit)法等の混相流解析手法を用いて解析することで、混じり合い領域を特定する。そして、このように特定した混じり合い領域の情報から、図2(c)のようにモデル化した場合の混じり合い領域14の幅を決定する。 For example, in the case of an experiment, it is possible to eject different materials at the resolution of a modeling apparatus (for example, a 3D printer) that models a three-dimensional object, for example, by simultaneously ejecting them side by side, and observing the fine structure of the modeling result with an electron microscope or the like. , Specify the mixed area. Further, the strength and other physical property values of the mixed area may be measured. In the case of numerical simulation, an analysis model is constructed when different materials having different voxel sizes corresponding to the resolution of the modeling apparatus are formed next to each other, and this analysis model is constructed by the VOF (Volume Of Fluid) method or MPS (Moving Particle Semi- The mixed region is specified by performing analysis using a multiphase flow analysis method such as the implicit method. Then, the width of the mixed area 14 in the case of modeling as shown in FIG. 2C is determined from the information of the mixed area thus specified.
図示例では、元の材料12a及び12bのみの領域32a及び32bの間、単一の混じり合い領域34を設けたモデルであったが、ボクセル10a及び10bの配列方向に沿って混じり合いの比率が異なる複数の混じり合い領域を設けてもよい。 In the illustrated example, the model has a single blending region 34 between the regions 32a and 32b of the original materials 12a and 12b only, but the blending ratio along the arrangement direction of the voxels 10a and 10b is A plurality of different mixed areas may be provided.
例えば、これら2つのボクセル10a及び10bから構成される1つのセルを考えて、その構造解析モデル30を用いて均質化解析(均質化法とも呼ばれる)を行えば、そのセルが単一の材料で構成されるとみなしたときの物性値が計算できる。均質化解析では、境界条件を設定しつつ構造解析モデルを周期的に配置し、それら周期的に配置された構造解析モデルに対して数値シミュレーションを行うことで、そのモデルが示す構造が示す物性を単一材料で構成した場合の物性値(以下「等価材料物性値」ともいう)を算出する。 For example, if one cell composed of these two voxels 10a and 10b is considered and a homogenization analysis (also called a homogenization method) is performed using the structural analysis model 30, the cell is made of a single material. The physical property value can be calculated when it is considered to be composed. In homogenization analysis, structural analysis models are periodically arranged while setting boundary conditions, and numerical simulation is performed on these periodically arranged structural analysis models to obtain the physical properties indicated by the structure. The physical property value (hereinafter also referred to as “equivalent material physical property value”) of a single material is calculated.
隣接するボクセル10aと10bの材料が同じである場合、材料同士が混合しても物性値は変わらない。したがって、材料の混合を考慮した構造解析モデル30又はそのモデルに対する均質化解析結果の物性値は、異なる2材料の組合せ毎に生成すればよい。 When the materials of the adjacent voxels 10a and 10b are the same, the physical property values do not change even if the materials are mixed. Therefore, the structural analysis model 30 considering the mixture of materials or the physical property value of the homogenization analysis result for the model may be generated for each combination of two different materials.
図2は、隣接する2ボクセルの場合を示したが、1方向に隣接する3つのボクセル、又は図1に示した単位セル20の1つの層に該当する2×2の4ボクセル等のように、他の配列構成の隣接ボクセル群について、同様の手法で構造解析モデルや等価材料物性値を求めてもよい。 FIG. 2 shows the case of two adjacent voxels. However, as shown in FIG. 2, three voxels adjacent in one direction or 2×2 four voxels corresponding to one layer of the unit cell 20 shown in FIG. The structural analysis model and the equivalent material physical property values may be obtained by the same method for adjacent voxel groups having other arrangement configurations.
(2)層間の隣接ボクセルの接着
隣接する2つの層の間で隣り合うボクセル同士の接着情報を、実験又は数値シミュレーションで求める。
(2) Adhesion of Adjacent Voxels Between Layers Adhesion information between adjacent voxels between two adjacent layers is obtained by experiment or numerical simulation.
実験では、例えば、2つの材料の組合せごとに、第1層の材料の液滴を噴射して硬化させた後、第2層の材料の液滴をその上に噴射し、硬化させてサンプルを形成する。そして、そのサンプルに対して機械的試験を行うことで、層間の剥離強度又は剪断強度あるいはその両方等の接着性評価指標を測定する。 In an experiment, for example, for each combination of two materials, a droplet of material of the first layer is jetted and cured, then a droplet of material of the second layer is jetted onto it and cured to give a sample. Form. Then, a mechanical test is performed on the sample to measure the adhesion evaluation index such as peel strength between layers or shear strength, or both.
数値シミュレーションでは、硬化した第1層の材料とその上に付着して硬化した第2層の材料との接着状態を分子動力学法やナノシミュレーション等の手法で解析し、この解析結果から接着性評価指標を求める。 In the numerical simulation, the adhesion state between the hardened first layer material and the hardened second layer material adhered on it is analyzed by a method such as molecular dynamics method or nano simulation, and the adhesiveness is determined from this analysis result. Request evaluation indexes.
上述した同一層内の隣接ボクセル間の材料の混じり合いの解析では、異なる材料の組合せのみを調べたが、層間の隣接ボクセルの接着状態の指標については、同一材料同士についても調べる。 In the above-mentioned analysis of the mixture of materials between adjacent voxels in the same layer, only the combination of different materials was examined, but the index of the adhesion state of adjacent voxels between layers is also examined for the same materials.
(3)深さによる硬化度合いの違い
前述のように、材料の硬化度合いは、紫外線等の硬化用エネルギーが当たる表面からの深さ(すなわち硬化用エネルギーの進行方向に沿った距離)によって異なる。そこで、材料ごとに、実験又は数値シミュレーションにより、図3に示すように、ボクセル10の硬化用エネルギー源側の表面から造形の積層方向に沿った深さ範囲毎の硬化度合い、すなわち深さ方向についての硬化度の分布、を求める。
(3) Difference in Curing Degree According to Depth As described above, the curing degree of a material depends on the depth from the surface to which the curing energy such as ultraviolet rays strikes (that is, the distance along the traveling direction of the curing energy). Therefore, as shown in FIG. 3, for each material, as shown in FIG. 3, the degree of hardening in each depth range along the stacking direction of the modeling from the surface of the voxel 10 on the side of the hardening energy source, that is, the depth direction The distribution of the curing degree of is obtained.
例えば、実験により、材料ごとに、硬化用エネルギーの量と硬化度(反応率とも呼ばれる)との関係を、FT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)による赤外スペクトル測定などにより計測する。ボクセル内の表面からの深さごとの硬化エネルギーの量(例えば紫外線の光量)は、ランバート・ベールの法則等に従って求められるので、計測結果と深さごとのエネルギー量から、深さごとの硬化度が求められる。 For example, through an experiment, the relationship between the amount of curing energy and the degree of curing (also referred to as a reaction rate) is measured for each material by infrared spectrum measurement using FT-IR (Fourier transform infrared spectrophotometer). The amount of curing energy for each depth from the surface in the voxel (for example, the amount of ultraviolet light) is calculated according to Lambert-Beer's law, etc., so the curing degree for each depth can be calculated from the measurement results and the amount of energy for each depth. Is required.
単位セルの物性値は、単位セルを構成する複数のボクセル同士が結合した状態を示す構造解析モデルを用いて計算する。この構造解析モデルには、上述した3つの要素を反映させる。 The physical property value of the unit cell is calculated using a structural analysis model showing a state in which a plurality of voxels forming the unit cell are connected to each other. The above three elements are reflected in this structural analysis model.
例えば、図1に例示した2×2×2のボクセルからなる単位セルの場合を考える。造形装置による層内の造形が1ボクセル幅で進行する方式ならば、その造形の進行方向に沿った2つの隣接するボクセルについて上記(1)の隣接する2ボクセル間での材料の混合を考慮した構造解析モデル(図2の(c))を当てはめる。造形進行方向に隣接する2ボクセルが同一材料の場合は、それら2ボクセルについては同一材料からなる構造解析モデルを当てはめる。合計4つの構造解析モデルの組ができる。更に、この構造解析モデルの組の各ボクセルの領域を、ボクセルの表面からの深さ範囲ごとに細分化する。そして個々のボクセルの各深さ範囲の領域に対して、そのボクセルの材料とその深さ範囲との組合せに対応する硬化度を設定する(上述の(3))。このように細分化された構造解析モデルに対して、更に、層間で隣り合うボクセル同士、及び同一層内の行間で隣り合うボクセル同士のそれぞれについて、それら隣り合うボクセル同士の材料の組合せに応じた接着情報(すなわち、剥離強度や剪断強度等)を境界条件として設定する(上述の(2))。行間で隣接するボクセルのうち前に造形された方は、後の方が造形される時点ではある程度硬化が進んでおり、それらボクセル間では材料の混じり合いは生じないとみなしてよいので、層間で隣接する2つのボクセルと同様に取り扱う。このようにして単位セルの構造解析モデルを構成する。厳密には、硬化度の深さ分布や隣接ボクセル間の接着情報は、隣り合うボクセルの異なる材料の混じり合いの影響を受けるが、混じり合う前の元の材料での値は実用的に問題ない程度の近似値として利用できる。 For example, consider the case of a unit cell composed of 2×2×2 voxels illustrated in FIG. If the modeling in the layer by the modeling apparatus proceeds with one voxel width, the mixing of the materials between the two adjacent voxels in (1) above is considered for two adjacent voxels along the direction of the modeling. A structural analysis model ((c) in FIG. 2) is applied. When two voxels adjacent to each other in the modeling progress direction are made of the same material, a structural analysis model made of the same material is applied to those two voxels. A total of four structural analysis model sets can be created. Further, the region of each voxel of this set of structural analysis models is subdivided for each depth range from the surface of the voxel. Then, for each region of each depth range of each voxel, a curing degree corresponding to a combination of the material of the voxel and the depth range is set ((3) described above). For the structural analysis model subdivided in this way, further, for each voxel adjacent to each other between layers, and for each voxel adjacent to each other between rows in the same layer, depending on the combination of materials of the adjacent voxels. Adhesion information (that is, peel strength, shear strength, etc.) is set as a boundary condition ((2) above). Among the voxels that are adjacent between rows, the one that is modeled before is hardened to some extent at the time when the latter is modeled, and it can be considered that there is no mixing of materials between these voxels, so it is possible to consider that there is no intermixing between layers. It is treated like two adjacent voxels. In this way, the structural analysis model of the unit cell is constructed. Strictly speaking, the depth distribution of curing degree and the adhesion information between adjacent voxels are affected by the mixing of different materials in adjacent voxels, but the value of the original material before mixing is practically no problem. It can be used as an approximate value.
このように構成した単位セルの構造解析モデルに対して均質化解析を行うことで、単位セルの等価材料物性値を計算する。 By performing homogenization analysis on the structural analysis model of the unit cell thus configured, the equivalent material physical property value of the unit cell is calculated.
なお、上述のように単位セルのサイズは2×2×2に限らず、例えば3×3×3や5×5×5等のようにより大きいサイズとしてもよいが、そのようにサイズを大きくすると、単位セルの構造解析モデルが複雑なものとなるため、構造解析に要する計算量(例えば計算時間)が膨大になる。 It should be noted that the size of the unit cell is not limited to 2×2×2 as described above, and may be a larger size such as 3×3×3 or 5×5×5. Since the structural analysis model of the unit cell becomes complicated, the amount of calculation (for example, calculation time) required for the structural analysis becomes enormous.
<高次セル>
ボクセル群を上に例示した2×2×2の単位セルに置き換えれば、造形物の構成要素の数が約1/8に減る。しかし、これでもまだ構成要素数が多すぎる場合がある。
<Higher-order cell>
If the voxel group is replaced with the unit cell of 2×2×2 illustrated above, the number of constituent elements of the modeled object is reduced to about 1/8. However, this may still have too many components.
これに対し、単位セルのサイズを例えば5×5×5や8×8×8等と大きくすれば、造形物の構成要素の数を減らすことができるが、前述したとおり、単位セルのサイズを大きくすると、単位セルの物性値を計算するのに要する計算量が膨大になる。 On the other hand, if the size of the unit cell is increased to, for example, 5×5×5 or 8×8×8, the number of constituent elements of the modeled object can be reduced. When the value is increased, the amount of calculation required to calculate the physical property value of the unit cell becomes enormous.
そこで、「高次セル」を導入する。高次セルは、隣接する複数の単位セルからなるセルである。例えば、隣接する2×2×2個の単位セルからなるセルを、レベル1(すなわち1次)セルとする。単位セルは、いわばレベル0(すなわち0次)セルである。同様の規則で、隣接する2×2×2個のレベル1セルからなるレベル2セル、隣接する2×2×2個のレベル2セルからなるレベル3セルというように、再帰的により高レベルのセルを導入してもよい。 Therefore, a "higher-order cell" is introduced. The high-order cell is a cell including a plurality of adjacent unit cells. For example, a cell composed of 2×2×2 unit cells adjacent to each other is a level 1 (that is, primary) cell. The unit cell is, so to speak, a level 0 (that is, 0th order) cell. By the same rule, recursively higher levels such as a level 2 cell consisting of 2×2×2 level 1 cells adjacent to each other and a level 3 cell consisting of 2×2×2 level 2 cells adjacent to each other A cell may be introduced.
レベル1セルの物性値は、それを構成する単位セル群から構成した構造解析モデルを用いて求める。このモデルの各単位セルには、それぞれ当該単位セルの等価材料物性値を設定する。そして、その構造解析モデルに均質化解析を行うことで、レベル1セルの等価材料物性値を求める。同様に、レベルkセル(kは1以上の整数)の物性値は、それを構成するレベル(k−1)セル群から構成した構造解析モデルを用いて均質化解析を行い計算する。 The physical property value of the level 1 cell is obtained by using the structural analysis model composed of the unit cell groups that compose it. The equivalent material physical property value of the unit cell is set in each unit cell of this model. Then, by performing homogenization analysis on the structural analysis model, the equivalent material physical property value of the level 1 cell is obtained. Similarly, the physical property value of the level k cell (k is an integer of 1 or more) is calculated by performing homogenization analysis using a structural analysis model composed of the level (k-1) cell group that constitutes the level k cell.
なお、造形物データに対して適用するセルのレベルの上限は、その造形物データが表す造形物のサイズに対してセルがミクロ構造とみなせる範囲、すなわちセルが造形物の対応領域に十分多く(すなわちあらかじめ定める閾値以上の個数)繰り返し配置できる範囲内とする。 The upper limit of the cell level applied to the model data is a range in which the cells can be regarded as a microstructure with respect to the size of the model represented by the model data, that is, the cells are sufficiently large in the corresponding region of the model ( That is, the number is equal to or larger than a predetermined threshold value) and is within a range in which repeated arrangement is possible.
<解像度変換>
単位セルを利用した造形物データ処理装置100の構成の一例を図4に示す。この例は、造形物データを、造形装置200の解像度のデータ(造形可能データと呼ぶ)に変換する装置である。以下では、造形装置200の解像度で造形物を表現したデータのことを造形可能データと呼ぶ。造形可能データは、造形装置におけるボクセルを単位として造形物を表現する。造形装置200は複数の材料を用いて造形を行うインクジェット方式の3次元造形装置である。造形装置200は、造形に用いる材料ごとに例えば別々のノズルを備え、それらノズルからそれぞれ対応する材料を噴射して造形を行う。なお、造形装置200は、造形物データ処理装置100における解像度変換のターゲットとなる装置であるが、必ずしも図示のように造形物データ処理装置100に接続されていなくてもよい。造形物データ処理装置100は、仮想的な造形装置200をターゲットとして解像度変換を行ってもよい。
<Resolution conversion>
FIG. 4 shows an example of the configuration of the modeled object data processing device 100 using a unit cell. This example is a device that converts the modeled object data into the data of the resolution of the modeling apparatus 200 (referred to as modelable data). In the following, data representing a modeled object at the resolution of the modeling apparatus 200 will be referred to as modelable data. The data that can be formed represents the formed object in units of voxels in the forming apparatus. The modeling apparatus 200 is an inkjet type three-dimensional modeling apparatus that performs modeling using a plurality of materials. The modeling apparatus 200 includes, for example, different nozzles for each material used for modeling, and performs the modeling by injecting the corresponding materials from these nozzles. The modeling apparatus 200 is an apparatus that is a target of resolution conversion in the modeling data processing apparatus 100, but may not necessarily be connected to the modeling data processing apparatus 100 as illustrated. The modeled object data processing apparatus 100 may perform resolution conversion by using the virtual modeled apparatus 200 as a target.
造形物データ処理装置100において、基礎データ記憶部102は、単位セルの物性値を求めるための材料となる基礎データを記憶する。記憶される基礎データには、前述した3つの要素(すなわち層内の材料の混じり合い、層間の接着、深さに応じた硬化情報)のデータが含まれる。3つの要素についての基礎データの例を図5〜図7に示す。 In the modeled object data processing device 100, the basic data storage unit 102 stores basic data that is a material for obtaining the physical property value of the unit cell. The basic data to be stored includes data of the above-described three elements (that is, mixing of materials in layers, adhesion between layers, and curing information according to depth). Examples of basic data for the three elements are shown in FIGS.
図5には、ボクセル同士の材料の混じり合いを考慮に入れた隣接2ボクセルの構造解析モデルを規定する情報(以下「層内混合情報」と呼ぶ)が例示される。この例では、文字A、B、C、・・・が材料の識別名を示し、2文字からなる文字列AB、AC等が2つの材料の組合せを示す。例えばABは、互いに隣り合う材料Aのボクセルと材料Bのボクセルの組合せを示している。また領域情報は、それら2つのボクセルにおける材料の混ざり合い度合いごとの領域の幅を示す情報である。図示例では、図2と同様、2つのボクセルをその並び方向に沿って、一方の材料のみの領域、両者が均等に混合した領域、他方の材料のみの領域の3つの領域に区分したモデルを想定している。領域情報には、それら各領域の幅を、ボクセルの幅を1としたときの値で示している。この領域情報から、単位ボクセルの構造解析モデルを生成する際の、同一層内の造形の進行方向に沿った領域の区切りと、その領域の物性が決まる。領域の物性は、その領域を構成する材料によって決まる。なお、図5の例では2つのボクセルを3つの領域に分けたが、もっと多くの領域に分けてもよい。 FIG. 5 exemplifies information (hereinafter referred to as “in-layer mixing information”) that defines a structural analysis model of two adjacent voxels that takes into consideration the mixing of materials between voxels. In this example, the letters A, B, C,... Show the identification names of the materials, and the two-letter character strings AB, AC, etc. show the combination of the two materials. For example, AB indicates a combination of voxels of material A and voxels of material B that are adjacent to each other. The area information is information indicating the width of the area for each degree of mixing of materials in the two voxels. In the illustrated example, as in FIG. 2, a model in which two voxels are divided into three regions along the arrangement direction, that is, a region of one material only, a region in which both materials are evenly mixed, and a region only of the other material are provided. I'm assuming. In the area information, the width of each area is indicated by a value when the voxel width is 1. From this area information, when the structural analysis model of the unit voxel is generated, the division of the area along the advancing direction of modeling in the same layer and the physical properties of the area are determined. The physical properties of the area are determined by the material forming the area. Although the two voxels are divided into three regions in the example of FIG. 5, they may be divided into more regions.
図6には、層間及び同一層内の行間の接着情報の例が示される。この接着情報には、2つの材料の組合せ(同一材料同士の組合せも含む)ごとに、その組合せに該当するボクセル同士の間の剥離強度、剪断強度等の物性値が示される。 FIG. 6 shows an example of adhesion information between layers and between rows in the same layer. In this adhesive information, physical property values such as peel strength and shear strength between voxels corresponding to the combination are shown for each combination of two materials (including a combination of the same materials).
図7には、層内の深さに応じた硬化情報が例示される。この硬化情報には、材料ごとに、ボクセルの硬化用エネルギー源からの表面からの各深さ範囲における硬化度の値のリストが示される。 FIG. 7 illustrates the curing information according to the depth in the layer. This cure information includes, for each material, a list of cure degree values in each depth range from the surface from the voxel curing energy source.
基礎データ記憶部102には、様々な造形装置200で用いられる様々な材料の組合せについて実験等で求めた情報が記憶される。なお、上述した3つの要素の情報は、ボクセルのサイズによって変わることもあり得るので、そのような場合には、異なるいくつかのサイズ範囲毎にそれら3要素の情報を実験等で求め、基礎データ記憶部102に登録しておいてもよい。 The basic data storage unit 102 stores information obtained by experiments and the like regarding combinations of various materials used in various modeling apparatuses 200. In addition, since the information of the three elements described above may change depending on the size of the voxel, in such a case, the information of the three elements is obtained by experiments for each of several different size ranges, and the basic data is obtained. It may be registered in the storage unit 102.
図4の説明に戻る。造形装置情報入力部104は、解像度変換のターゲットである造形装置200の情報の入力を受け付ける。入力される情報には、造形装置200の解像度と、造形装置200が造形に用いる複数の材料を表す情報(例えば材料名のリスト)とが含まれる。 Returning to the explanation of FIG. The modeling apparatus information input unit 104 receives input of information of the modeling apparatus 200 that is the target of resolution conversion. The input information includes the resolution of the modeling apparatus 200 and information indicating a plurality of materials used by the modeling apparatus 200 for modeling (for example, a list of material names).
セル情報計算部106は、造形装置情報入力部104から入力された造形装置200が用いる材料の情報と、基礎データ記憶部102に記憶された基礎データから、造形装置200が用いる材料により造形可能な単位セルと、それら単位セルから構成可能な高次セルの物性値等の情報を計算する。すなわち、セル情報計算部106は、それら材料から構成可能な単位セルのそれぞれについて、上述の3要素の情報を用いてその単位セルの構造解析モデルを構成し、そのモデルを用いた解析により、それら個々の単位セル(すなわちレベル1セル)の物性値を求める。なお、基礎データ記憶部102が、ボクセルのサイズ範囲ごとに上述の3要素の情報を保持している場合は、セル情報計算部106は、造形装置200の解像度に対応するサイズ範囲の3要素の情報を用いて単位セルの物性値を計算する。 The cell information calculation unit 106 can perform modeling using the material used by the modeling apparatus 200 based on the material information used by the modeling apparatus 200 input from the modeling apparatus information input unit 104 and the basic data stored in the basic data storage unit 102. Information such as physical property values of unit cells and higher-order cells that can be configured from the unit cells is calculated. That is, the cell information calculation unit 106 constructs a structural analysis model of the unit cell using the information of the above-mentioned three elements for each of the unit cells that can be constructed from those materials, and analyzes them using the model. Physical property values of individual unit cells (that is, level 1 cells) are obtained. When the basic data storage unit 102 holds the above-described three-element information for each voxel size range, the cell information calculation unit 106 sets the three-element size range corresponding to the resolution of the modeling apparatus 200. The physical property value of the unit cell is calculated using the information.
また、セル情報計算部106は、このように求めた単位セルの情報に基づいて、上述のようにしてそれら単位セルの組合せにより構成可能なすべてのレベル2セルの物性値を求める。また、レベル2セルの情報から、構成可能なすべてのレベル3セルの物性値を計算する。このようにして、使用する可能性のあるレベルまで、高次セルの物性値を求める。求めた単位セル及び高次セルの情報はセル情報DB(データベース)108に保存される。 Further, the cell information calculation unit 106 obtains the physical property values of all level 2 cells that can be configured by the combination of the unit cells as described above, based on the information of the unit cells thus obtained. Also, the physical property values of all configurable level 3 cells are calculated from the information of the level 2 cells. In this way, the physical property value of the high-order cell is obtained up to the level at which it may be used. Information on the obtained unit cell and higher-order cell is stored in the cell information DB (database) 108.
図8に、セル情報DB108に保持されるセル情報の例を示す。図示の例では、レベルごとに、そのレベルに属する各セルのID(すなわち識別情報)に対応付けて、そのセルの物性値と、そのセルを構成する構成要素のリストとが保持される。セルの物性値には、ヤング率、ポアソン比、強度等、1以上の項目の値が含まれる。構成要素のリストは、そのセルを構成する1レベル下のセルのIDが所定の順序で配列したものである。例えば、図1に例示したように、あるレベルのセル(図1の例では単位セル=レベル1セル)が2×2×2の8つの下位セル(図1の例ではボクセル=レベル0セル)から構成される場合、その8つの下位セルに対してあらかじめ定めた順序を設定しておき、それら各下位セルのIDをその順序で並べたものが、上述の構成要素のリストである。なお、レベル0セル(すなわちボクセル)のIDは、材料を識別するIDである。すなわち、4つの材料を用いる造形装置200の場合、レベル0セルは4種類であり、それら4種類を識別するIDをレベル0セルのIDとして用いる。例えばセルID=αの単位セルの構成要素のリストは、材料がそれぞれA、B、C、Dである造形ボクセルを、単位セルを構成する8個のボクセルに対して設定された所定の順序で配列した列「ABCDABCD」である。 FIG. 8 shows an example of cell information stored in the cell information DB 108. In the example shown in the figure, for each level, the physical property value of the cell and the list of the constituent elements of the cell are held in association with the ID (that is, identification information) of each cell belonging to the level. The physical properties of the cell include one or more items such as Young's modulus, Poisson's ratio, strength and the like. The list of components is an array of the IDs of cells one level below that cell in a predetermined order. For example, as illustrated in FIG. 1, cells of a certain level (unit cell=level 1 cell in the example of FIG. 1) are 8×2×2×2 lower cells (voxel=level 0 cell in the example of FIG. 1). In the case of the above configuration, a predetermined order is set for the eight lower cells, and the IDs of the respective lower cells are arranged in that order to form the above list of constituent elements. The ID of the level 0 cell (that is, voxel) is an ID for identifying the material. That is, in the case of the modeling apparatus 200 that uses four materials, there are four types of level 0 cells, and IDs that identify these four types are used as IDs of level 0 cells. For example, the list of the constituent elements of the unit cell with the cell ID=α is a modeling voxel whose material is A, B, C, and D, respectively, in a predetermined order set for eight voxels forming the unit cell. It is the array "ABCDABCD".
図8では、「レベル1造形セル」等と「造形セル」という名称を用いているが、これは造形装置200の解像度のボクセルから構成されるセル(すなわち単位セル及び各レベルの高次セル)であることを示す。解像度変換の対象である造形物データについても、ボクセル(このボクセルは、造形装置200のボクセルと同サイズとは限らない)を元に単位セルや高次セルを構成するので、これと区別するために造形装置200のボクセルに基づくセルを「造形セル」と呼び分ける。これに対して、造形物データのボクセルに基づくセルを「データセル」と呼ぶこととする。 In FIG. 8, names such as “level 1 modeling cell” and “modeling cell” are used, but this is a cell composed of voxels of the resolution of the modeling apparatus 200 (that is, a unit cell and a higher-order cell of each level). Is shown. For the object data that is the target of resolution conversion, unit cells and higher-order cells are configured based on voxels (this voxel is not necessarily the same size as the voxel of the modeling apparatus 200), so to distinguish it from this. The cells based on the voxels of the modeling apparatus 200 are referred to as “modeling cells”. On the other hand, a cell based on the voxel of the object data is called a "data cell".
以上では、ターゲットとなる造形装置200の情報からセル情報計算部106が基礎データ記憶部102内の情報を用いて動的に各レベルの造形セルの情報を求めたが、これは一例に過ぎない。この代わりに造形装置200の機種ごとに、その機種についての造形セルの情報をあらかじめ求め、その情報を機種IDに対応付けてセル情報DB108に登録しておいてもよい。 In the above, the cell information calculation unit 106 dynamically obtains the information of the modeling cell of each level from the information of the target modeling apparatus 200 by using the information in the basic data storage unit 102, but this is only an example. .. Instead of this, for each model of the modeling apparatus 200, information on a modeling cell for that model may be obtained in advance, and the information may be registered in the cell information DB 108 in association with the model ID.
図4の説明に戻ると、造形物データ入力部110は、解像度変換の対象である造形物データの入力を受け付ける。造形物データは、ネットワーク経由で、或いは可搬型の記録媒体に記録された状態で、造形物データ入力部110に入力される。 Returning to the description of FIG. 4, the modeled object data input unit 110 receives input of modeled object data that is the target of resolution conversion. The model data is input to the model data input unit 110 via a network or in a state of being recorded in a portable recording medium.
セル置換部112は、造形物データのボクセル又はこれらボクセルから構成される単位セル又は高次セル(すなわちデータセル)を、造形セルに置換する。これにより、造形物データは、造形物を造形セルの集まりで表現したものとなる。 The cell replacement unit 112 replaces a voxel of the modeled object data, a unit cell composed of these voxels, or a higher-order cell (that is, a data cell) with a modeled cell. As a result, the modeled object data represents the modeled object as a group of modeling cells.
解像度変換部114は、造形物データを構成する個々の造形セルを、造形装置200のボクセルの集まりに変換する。これにより、造形物データは、造形装置200の解像度のデータとなる。解像度変換部114の変換結果は、造形装置200に入力される。 The resolution conversion unit 114 converts each individual modeling cell forming the modeling data into a collection of voxels of the modeling apparatus 200. As a result, the modeled object data becomes the data of the resolution of the modeling apparatus 200. The conversion result of the resolution conversion unit 114 is input to the modeling apparatus 200.
以上、造形物データ処理装置100の構成の一例を説明した。次に、この装置が行う処理の例を説明する。 Heretofore, an example of the configuration of the modeled object data processing device 100 has been described. Next, an example of processing performed by this device will be described.
図9は、造形物データ処理装置100が行う全体的な処理の手順を例示する。この手順では、まず造形物データ処理装置100は、処理の対象となる造形物データを取得する(S10)。次に、セル置換部112により、ボクセルの集まりとして表現されている造形物データの各部を単位セル又は高次セルに置換する(S100)。そして、その置換結果のデータに対して、応用処理を実行する(S200)。解像度変換部114が行う解像度変換処理は、応用処理(S200)の一例である。 FIG. 9 illustrates the procedure of the overall processing performed by the modeled object data processing device 100. In this procedure, the modeled object data processing device 100 first acquires modeled object data to be processed (S10). Next, the cell replacement unit 112 replaces each part of the object data represented as a collection of voxels with a unit cell or a higher-order cell (S100). Then, the applied processing is executed on the data of the replacement result (S200). The resolution conversion processing performed by the resolution conversion unit 114 is an example of application processing (S200).
次に、図10及び図11を参照して、応用処理(S200)の一例である解像度変換のためのセル置換処理(S100)の手順の例を説明する。この手順は、入力された造形物データに対して解像度変換を必要とする処理(例えば造形装置200への出力)が指示された場合に実行される。造形物データには、当該データの解像度の情報が含まれている。解像度の情報から、造形物データにおけるボクセル(以下「データボクセル」と呼ぶ)のサイズがわかる。各レベルのセル(すなわち単位セル、及びレベル2、3、4・・・の高次セル)は、1レベル下位のセルを例えば2×2×2個で構成する、というようにセルの構成規則が決まっているので、データボクセルのサイズが分かれば、各レベルのセルのサイズも計算できる。 Next, an example of the procedure of the cell replacement process (S100) for resolution conversion, which is an example of the application process (S200), will be described with reference to FIGS. 10 and 11. This procedure is executed when a process (for example, output to the modeling apparatus 200) that requires resolution conversion is input to the input model data. The model data includes information on the resolution of the data. From the resolution information, the size of voxels in the modeled object data (hereinafter referred to as “data voxels”) can be known. A cell configuration rule that cells of each level (that is, unit cells and higher-order cells of levels 2, 3, 4,...) Are composed of cells of one level lower, for example, 2×2×2. Since the size of each data voxel is known, the size of each level cell can be calculated.
この手順では、セル置換部112は、まず造形装置情報入力部104から、造形装置200の造形ボクセルのサイズの情報を取得する(S102)。そして、データボクセルと、造形ボクセルとのサイズを比較する(S104)。データボクセルが造形ボクセル以上の大きさである場合、セル置換部112は、造形ボクセルから構成される各レベルの造形セルのうち、データボクセルと同サイズになる造形セルのレベルk(kは1以上の整数)を求める(S106)。また、ここで説明を簡単にするために、本来はレベル0であるデータボクセルのレベルをkとみなす(S108)。 In this procedure, the cell replacement unit 112 first acquires information on the size of the modeling voxel of the modeling apparatus 200 from the modeling apparatus information input unit 104 (S102). Then, the sizes of the data voxel and the modeling voxel are compared (S104). When the data voxel is larger than the modeling voxel, the cell replacement unit 112 determines the level k (k is 1 or more) of the modeling cell having the same size as the data voxel among the modeling cells of each level including the modeling voxel. Is calculated (S106). In order to simplify the description here, the level of the data voxel that is originally level 0 is regarded as k (S108).
次にセル置換部112は、造形物データを構成するレベルkデータセル(これは最初の処理ループではデータボクセルそのもの)のそれぞれについて、当該レベルkデータセルの物性値と同じ物性値を持つレベルkの造形セルをセル情報DB106から探す(S110)。セル置換部112は、造形物データをレベルkデータセルのサイズごとに分割し、これにより得られた各レベルkデータセルについて、S110の処理を行う。 Next, the cell replacement unit 112, for each of the level k data cells (this is the data voxel itself in the first processing loop) forming the modeled object data, has a level k having the same physical property value as that of the level k data cell. The modeling cell of is searched for from the cell information DB 106 (S110). The cell replacement unit 112 divides the modeled object data for each size of the level k data cell, and performs the process of S110 for each level k data cell obtained by this.
ここで、レベルkデータセルの物性値は、造形物データの各データボクセルに材料名が設定されている場合は、セル情報計算部106により、上述した造形セルの単位セル、及び各レベルの高次セルの場合と同様の方法で計算すればよい。この場合、基礎データ記憶部102に層内混合情報(図5参照)等の3要素の基礎データがボクセルのサイズ範囲毎に用意されていれば、データボクセルのサイズに対応する基礎データを用いて各レベルのデータセルの属性値を計算する。また、データボクセルに材料名の代わりに物性値が設定されている場合、各ボクセルの物性値を用いて、上述した造形セルの単位セル、及び各レベルの高次セルの場合と同様の方法で計算すればよい。 Here, when the material name is set in each data voxel of the modeled object data, the physical property value of the level k data cell is determined by the cell information calculation unit 106 by the unit cell of the modeled cell described above and the high level of each level. The calculation may be performed in the same manner as in the case of the next cell. In this case, if basic data of three elements such as in-layer mixing information (see FIG. 5) is prepared in the basic data storage unit 102 for each voxel size range, the basic data corresponding to the size of the data voxel is used. Calculate the attribute value of the data cell at each level. Further, if the physical property value is set in the data voxel instead of the material name, using the physical property value of each voxel, in the same manner as in the case of the unit cell of the modeling cell described above, and the high-order cell of each level. Just calculate.
S110では、レベルkデータセルと完全に同じ物性値を持つレベルk造形セルがない場合は、許容範囲内で最も近い物性値を持つレベルk造形セルを、同等の物性値を持つものとして探す。例えば強度、ヤング率、ポアソン比等の個々の物性値の項目ごとに許容範囲を定めておき、全ての項目についてレベルkデータセルの物性値から許容範囲内の物性値を持つレベルk造形セルを抽出し、抽出した中から最もレベルkデータセルの物性値に近い物性値を持つものを特定する。なお、レベルkデータセルの物性値から許容範囲内の物性値を持つレベルk造形セルが見つからなかった場合は、そのレベルkデータセルは造形セルに置換できない。 In S110, if there is no level k modeling cell having the same physical property value as the level k data cell, the level k modeling cell having the closest physical property value within the allowable range is searched for as having the same physical property value. For example, a permissible range is set for each item of physical property values such as strength, Young's modulus, and Poisson's ratio. It is extracted, and the one having the physical property value closest to the physical property value of the level k data cell is specified from the extracted. If no level k modeling cell having a physical property value within the allowable range is found from the physical property value of the level k data cell, the level k data cell cannot be replaced with the modeling cell.
次にセル置換部112は、S110にて、造形物データを構成する全てのレベルkデータセルに対して、同等の物性値を持つレベルk造形セルが見つかったかどうかを判定する(S112)。この判定の結果がNoの場合、造形物データをレベル(k+1)データセルのサイズごとに分割し(すなわち、造形物内の隣り合うレベルkデータセル群からレベル(k+1)データセルを構成し)、セル情報計算部106により各レベル(k+1)データセルの物性値を計算する(S114)。そして、レベル数kを1増加させて(S116)、S110の処理に戻る。 Next, the cell replacement unit 112 determines in S110 whether or not a level k modeling cell having an equivalent physical property value is found for all level k data cells forming the modeling data (S112). If the result of this determination is No, the modeled object data is divided for each size of the level (k+1) data cells (that is, the level (k+1) data cells are formed from the adjacent level k data cell groups in the modeled object). The cell information calculation unit 106 calculates the physical property value of each level (k+1) data cell (S114). Then, the level number k is incremented by 1 (S116), and the process returns to S110.
S112の判定の結果がYesの場合、セル置換部112は、各レベルkデータセルを、それぞれ見つかった同等の物性値を持つレベルk造形セルに置き換える(S118)。すなわち、造形物データを構成する各レベルkデータセルに対して、置換先のレベルk造形セルのIDを対応付ける。これで、セル置換部112の処理は終了する。 When the result of the determination in S112 is Yes, the cell replacement unit 112 replaces each level k data cell with the found level k modeling cell having the same physical property value (S118). That is, the ID of the replacement target level k modeling cell is associated with each level k data cell forming the modeled object data. This completes the processing of the cell replacement unit 112.
S104の判定結果がNoの場合、セル置換部112は、図11に示すように、造形ボクセルと同サイズとなるデータセルのレベルkを求める(S120)。次に造形物データをレベルkデータセルのサイズごとに分割し(S122)、セル情報計算部106によりそれら各レベルkデータセルの物性値を計算する(S124)。セル置換部112は、造形ボクセルをレベルk造形セルとみなし、セル情報DB108内の造形セルの各レベルmを、レベル(k+m)に読み替える(S126)。 When the determination result in S104 is No, the cell replacement unit 112 obtains the level k of the data cell having the same size as the modeling voxel as shown in FIG. 11 (S120). Next, the shaped object data is divided for each size of the level k data cell (S122), and the cell information calculation unit 106 calculates the physical property value of each level k data cell (S124). The cell replacement unit 112 regards the modeling voxel as a level k modeling cell, and replaces each level m of the modeling cell in the cell information DB 108 with a level (k+m) (S126).
次にセル置換部112は、造形物データを構成するレベルkデータセルのそれぞれについて、当該レベルkデータセルの物性値と同等の物性値を持つレベルkの造形セルをセル情報DB108から探す(S128)。S128にて、造形物データを構成する全てのレベルkデータセルに対して、同等の物性値を持つレベルk造形セルが見つかったかどうかを判定する(S130)。この判定の結果がNoの場合、造形物データをレベル(k+1)データセルのサイズごとに分割し、セル情報計算部106により各レベル(k+1)データセルの物性値を計算する(S132)。そして、レベル数kを1増加させて(S134)、S128の処理に戻る。 Next, the cell replacement unit 112 searches the cell information DB 108 for a level k shaped cell having a physical property value equivalent to that of the level k data cell for each level k data cell forming the shaped object data (S128). ). In S128, it is determined whether or not level k modeling cells having equivalent physical property values have been found for all level k data cells forming the modeling data (S130). If the result of this determination is No, the modeled object data is divided for each size of the level (k+1) data cell, and the cell information calculation unit 106 calculates the physical property value of each level (k+1) data cell (S132). Then, the level number k is incremented by 1 (S134), and the process returns to S128.
S130の判定の結果がYesの場合、セル置換部112は、各レベルkデータセルを、それぞれ見つかった同等の物性値を持つレベルk造形セルに置き換える(S136)。これで、セル置換部112の処理は終了する。 If the result of the determination in S130 is Yes, the cell replacement unit 112 replaces each level k data cell with the found level k modeling cell having the same physical property value (S136). This completes the processing of the cell replacement unit 112.
S136の置換により、元々データボクセルから構成されていた造形物データの各部分が、同等の物性値を持つ造形ボクセル由来の造形セルに置き換えられる。 By the replacement of S136, each part of the modeled object data originally composed of the data voxel is replaced with the modeled cell derived from the modeled voxel having the same physical property value.
図10のS106ではデータボクセルと同サイズとなる造形セルのレベルkを求め、図11のS120では造形ボクセルと同サイズとなるデータセルのレベルkを求めた。しかし、例えばデータボクセルのサイズ、すなわち一辺の長さが造形ボクセルのそれの1.5倍である場合には、レベル1造形セルのサイズの長さは造形ボクセルの2倍となり、データボクセルのサイズと無視できない差がある。このように、データボクセルと造形ボクセルのサイズ関係によっては、S106及びS120の処理が実行できない場合がある。このような場合を考慮して、S106及びS120を以下のように改良してもよい。 In S106 of FIG. 10, the level k of the modeling cell having the same size as the data voxel was obtained, and in S120 of FIG. 11, the level k of the data cell having the same size as the modeling voxel was obtained. However, for example, if the size of the data voxel, that is, the length of one side is 1.5 times that of the modeling voxel, the length of the size of the level 1 modeling cell is twice that of the modeling voxel, and the size of the data voxel is There is a difference that can not be ignored. As described above, depending on the size relationship between the data voxels and the modeling voxels, the processes of S106 and S120 may not be able to be executed. Considering such a case, S106 and S120 may be improved as follows.
すなわち、この例では、データボクセルと造形ボクセルの一辺の長さの最小公倍数のサイズを求める。そして、データボクセル及び造形セルのそれぞれについて、この最小公倍数のサイズを持つ単位セルを構成する。例えばデータボクセルと造形ボクセルの一辺の長さの比が3:2である場合、造形ボクセルの一辺の長さを1としたときに長さ6が最小公倍数として求められる。この場合、データボクセルについては2×2×2個のボクセルで単位セルを構成し、造形セルについては3×3×3個のボクセルで単位セルを構成する。なお、高次セルについては、データセルも造形セルも、例えばレベルkセルを2×2×2個でレベル(k+1)セルを構成する等、同じルールで構成する。このように、S106及びS120の代わりに、データボクセル側と造形ボクセル側とで単位セルのサイズを一致させる処理を行えばよい。この場合、データ及び造形のそれぞれの単位セルについて、セル情報計算部106により物性値を計算し、高次セルについても物性値を計算する。なお、基礎データ記憶部102には、単位セルの一辺が2、3、5ボクセル等といったいくつかのサイズについて、基礎データ(特に層内混合情報(図5))を用意しておく。 That is, in this example, the size of the least common multiple of the length of one side of the data voxel and the modeling voxel is obtained. Then, for each of the data voxel and the modeling cell, a unit cell having a size of this least common multiple is configured. For example, when the ratio of the length of one side of the data voxel to the length of the modeling voxel is 3:2, the length 6 is obtained as the least common multiple when the length of one side of the shaping voxel is set to 1. In this case, for data voxels, 2×2×2 voxels form a unit cell, and for modeling cells, 3×3×3 voxels form a unit cell. As for the higher-order cells, both the data cells and the modeling cells are configured according to the same rule, for example, the level (k+1) cells are configured by 2×2×2 level k cells. In this way, instead of S106 and S120, processing for matching the size of the unit cell on the data voxel side and the modeling voxel side may be performed. In this case, the physical property value is calculated by the cell information calculation unit 106 for each unit cell of data and modeling, and the physical property value is calculated also for the higher-order cells. In the basic data storage unit 102, basic data (especially in-layer mixing information (FIG. 5)) is prepared for some sizes such as one side of the unit cell is 2, 3, 5 voxels.
次に、造形物データ処理装置100が行う応用処理(すなわち図9のS200)の一例として、解像度変換部114による解像度変換処理の例を、図12を参照して説明する。 Next, an example of the resolution conversion processing by the resolution conversion unit 114 will be described as an example of the application processing (that is, S200 in FIG. 9) performed by the modeled object data processing device 100 with reference to FIG.
図12の手順では、解像度変換部114は、セル置換部112から入力された造形物データを受け取る。この造形物データは、造形物をレベルk造形セルの集まりで表現したデータとなっている。解像度変換部114は、その造形物データを構成する各レベルk造形セルを、それぞれ1レベル下のレベル(k−1)造形セルに分解する(S202)。この分解処理では、セル情報DB108内にあるレベルk造形セルの情報を読み出す。そして、レベルk造形セルを、その情報に含まれる「構成要素」のリスト(図8参照)に示される各レベル(k−1)セルを所定の順序で並べたものに置き換える。 In the procedure of FIG. 12, the resolution conversion unit 114 receives the modeled object data input from the cell replacement unit 112. This modeled object data is data that represents the modeled object as a group of level k modeling cells. The resolution conversion unit 114 decomposes each level k modeling cell forming the modeling data into a level (k-1) modeling cell that is one level lower (S202). In this disassembly processing, the information of the level k modeling cell in the cell information DB 108 is read. Then, the level k modeling cell is replaced with a cell in which each level (k-1) cell shown in the list (see FIG. 8) of the "components" included in the information is arranged in a predetermined order.
次に解像度変換部114は、S202の分解によりレベル0、すなわち造形ボクセルのレベルに到達したかどうかを判定し(S204)、到達していなければ、kを1つ減らして(S206)、S202の処理に戻る。S204の判定結果がYesの場合は、S202での分解(下位セルへの置換)後の造形物データは造形ボクセルの集まりとして表現されたものとなっている。すなわち、この造形物データは、造形装置200の解像度で造形物を表現したものとなっており、これを「造形可能データ」と呼ぶ。解像度変換部114は、この造形可能データを造形装置200に出力する(S208)。造形装置200は、この造形可能データに従って、造形物を造形する。 Next, the resolution conversion unit 114 determines whether or not the level 0, that is, the level of the modeling voxel has been reached by the decomposition of S202 (S204), and if not reached, k is decremented by 1 (S206). Return to processing. If the determination result in S204 is Yes, the modeled object data after the decomposition (replacement with the lower cell) in S202 is expressed as a group of modeled voxels. That is, the modeled object data expresses the modeled object at the resolution of the modeling apparatus 200, and this is called “modelable data”. The resolution conversion unit 114 outputs this modeling data to the modeling apparatus 200 (S208). The modeling apparatus 200 models the modeled object according to the modeling enable data.
<物性値バリエーションを増やす>
造形装置200が例えば物性値の異なるm種類(mは2以上の整数)の材料を用いて造形を行うものである場合、単純に考えるとm種の物性値しか実現できない。ここで、mより多いn種の物性値のバリエーションを持つボクセル群からなる造形物データが入力された場合、上述した単純な考えでは造形できない。この例では、このように造形物データの各部の物性値のバリエーションが造形装置200の用いる材料群の物性値のバリエーションよりも多い場合でも、造形物データが表す造形物を高精度に造形できるようにするためのデータ変換手法を提案する。
<Increase variations in physical properties>
In the case where the modeling apparatus 200 performs modeling using m kinds (m is an integer of 2 or more) of materials having different physical property values, for example, only m kinds of physical property values can be realized simply. Here, when the modeled object data including the voxel group having n kinds of physical property value variations larger than m is input, modeling cannot be performed by the above-described simple idea. In this example, even when the variation of the physical property value of each part of the modeled object data is larger than the variation of the physical property value of the material group used by the modeling apparatus 200, the modeled object represented by the modeled object data can be modeled with high accuracy. We propose a data conversion method to achieve.
この例のための造形物データ処理装置100の装置構成は、図4に示したものと同様でよい。この例では、セル置換部112が図13に例示する処理を実行する。 The device configuration of the modeled object data processing device 100 for this example may be the same as that shown in FIG. In this example, the cell replacement unit 112 executes the process illustrated in FIG.
すなわち、セル置換部112は、まず制御変数kを1に初期化する(S140)。次に、セル置換部112は、造形物データをレベルkデータセルごとに分割し(S142)、分割結果の各レベルkデータセルの物性値をセル情報計算部106に計算させる(S144)。この計算は、図10のS114における物性値の計算と同様の方法で行えばよい。 That is, the cell replacement unit 112 first initializes the control variable k to 1 (S140). Next, the cell replacement unit 112 divides the shaped object data into level k data cells (S142), and causes the cell information calculation unit 106 to calculate the physical property value of each level k data cell as a result of the division (S144). This calculation may be performed by the same method as the calculation of the physical property value in S114 of FIG.
次にセル置換部112は、セル情報DB108から、レベルkの各造形セルの物性値を読み出す(S144)。ここでのレベルk造形セルは、レベルkデータセルと同じサイズの造形セルである。造形ボクセルとデータボクセルのサイズが異なる場合、レベルkデータセルと同じサイズの造形セルのレベルがkとなるよう、セル情報DB108に保持された造形セルのレベルを読み替える。 Next, the cell replacement unit 112 reads the physical property value of each modeling cell of level k from the cell information DB 108 (S144). The level k modeling cell here is a modeling cell having the same size as the level k data cell. When the size of the modeling voxel and the size of the data voxel are different, the level of the modeling cell held in the cell information DB 108 is replaced so that the level of the modeling cell having the same size as the level k data cell becomes k.
そしてセル置換部112は、造形物データを構成する全てのレベルkデータセルについて、そのセルの物性値と同等の物性値を持つレベルk造形セルがあるかどうかを判定する(S146)。この判定の結果がNoの場合、レベルkの粒度では造形物データの各部分の物性値を造形装置200の材料の組合せで表現できない。そこで、セル置換部112は、レベルを1上げて(すなわちkを1増加させて)(S147)、再度S142〜S146の処理を行う。レベルを上げることで造形セルのサイズが大きくなるので、造形セルを構成する材料の組合せが増える。これにより、造形セルの物性値のバリエーションが増えるため、造形物データの各部の物性値と同等の物性値を持つ造形セルが見つかる確率が上がる。 Then, the cell replacement unit 112 determines whether or not there is a level-k modeling cell having a physical property value equivalent to the physical property value of all the level-k data cells forming the molded product data (S146). When the result of this determination is No, the physical property value of each part of the modeled object data cannot be expressed by the combination of the materials of the modeling apparatus 200 with the level k grain size. Therefore, the cell replacement unit 112 raises the level by 1 (that is, increments k by 1) (S147), and performs the processes of S142 to S146 again. Increasing the level increases the size of the shaping cell, so that the number of combinations of materials forming the shaping cell increases. As a result, the variation in the physical property value of the modeling cell increases, so that the probability of finding a modeling cell having a physical property value equivalent to the physical property value of each part of the modeling data increases.
このようにしてS142〜S147の処理ループを繰り返し、S146の判定がYesになった場合、セル置換部112は、造形物データのレベルkデータセルのそれぞれを、同等の物性値を持つレベルk造形セルに置換する(S148)。これにより、造形物をレベルk造形セルの集まりで表現した造形物データが得られる。この造形物データは、解像度変換部114に入力される。 In this way, when the processing loop of S142 to S147 is repeated and the determination of S146 is Yes, the cell replacement unit 112 sets each of the level k data cells of the modeling data to the level k modeling having the same physical property value. The cell is replaced (S148). As a result, model data representing the model with a group of level k modeling cells is obtained. This modeled object data is input to the resolution conversion unit 114.
解像度変換部114は、この造形物データを図12の処理により造形ボクセル単位の造形可能データへと変換する。これにより、元の造形物データの各部分の物性値を、造形装置200が用いる材料からなる造形ボクセルの組合せでおおよそ表現した造形可能データが完成する。完成した造形可能データは、造形装置200に供給される。 The resolution conversion unit 114 converts this modeled object data into modelable data in units of modeling voxels by the processing of FIG. As a result, the physical property value of each part of the original modeled object data is approximately represented by a combination of modeling voxels made of the material used by the modeling apparatus 200 to complete the modelable data. The completed printable data is supplied to the modeling apparatus 200.
<造形物の構造解析>
次に、造形物データの構造解析の負荷軽減のために、造形物データを構成するボクセル群を単位セル又は高次セルに置換する例を説明する。
<Structural analysis of the modeled object>
Next, an example in which the voxel group forming the model data is replaced with a unit cell or a higher-order cell in order to reduce the load of the structural analysis of the model data will be described.
図14に、この例に係る造形物データ処理装置100の機能構成を例示する。この造形物データ処理装置100は、図4の例における解像度変換部114の代わりに、モデル構成部116を有する。モデル構成部116は、セル置換部112aが生成したレベルkセル単位の造形物データから、構造解析用のモデル(例えば有限要素法による解析のためのモデル)を構成する。 FIG. 14 illustrates a functional configuration of the modeled object data processing device 100 according to this example. The modeled object data processing apparatus 100 has a model configuration unit 116 instead of the resolution conversion unit 114 in the example of FIG. The model configuration unit 116 configures a model for structural analysis (for example, a model for analysis by the finite element method) from the modeling object data in units of level k cell generated by the cell replacement unit 112a.
セル置換部112aは、造形物データ入力部110から入力された造形物データのボクセル群を単位セル又は高次セルに置換することで、造形物データの要素(すなわちデータセル)の数をボクセル単位の場合よりも大幅に少なくする。ボクセル単位だと造形物データの構成要素数が非常の多く、構成要素単位での材料の割り当てとそれら要素の配置の組合せが膨大なものとなってしまい、構造解析モデルが大規模化してしまう。そこで、この例では、造形物データをボクセル単位からよりサイズの大きい単位セルまたは高次セル単位に変換してから構造解析モデルを構成することで、構造解析モデルの規模を抑制する。 The cell replacement unit 112a replaces the voxel group of the modeled object data input from the modeled object data input unit 110 with a unit cell or a higher-order cell to determine the number of elements (that is, data cells) of the modeled object data in voxel units. Significantly less than in the case of. In the voxel unit, the number of constituent elements of the model data is very large, and the combination of material allocation and arrangement of these elements becomes enormous, and the structural analysis model becomes large-scale. Therefore, in this example, the scale of the structural analysis model is suppressed by converting the modeled object data from the voxel unit to a larger unit cell or higher-order cell unit before configuring the structural analysis model.
セル置換部112aが実行する処理手順の例を図15に示す。 FIG. 15 shows an example of the processing procedure executed by the cell replacement unit 112a.
この処理では、セル置換部112aは、対象となる造形物データを、均一な物性値の領域ごとに分割する(S150)。例えば造形物データの各データボクセルに物性値が設定されている場合は、その造形物データを、同じ物性値を持つ複数の領域に分割する。この場合、個々の領域は、例えば、完全に同じ物性値を持つボクセルの集まりである。また、このように物性値の完全同一を要件とせずに、物性値が所定のばらつき(例えば分散値)以下で同一とみなせるボクセルの集まりを1つの領域としてもよい。また造形物データの各ボクセルに材料が設定されている場合は、例えば同一材料のボクセルが連結した部分を1つの領域としてもよい。また同一材料に限定せず、複数の材料からなる同じ組合せが周期的に繰り返されている範囲を1つの領域としてもよい。この場合、領域の物性値は、その繰り返される材料の組合せを1つの単位として、単位セルの物性値を求めるのと同じ方法で求めればよい。これらの領域は、レベルkセルが後述するミクロ構造の要件を満たすかどうかの判断に用いる。 In this process, the cell replacement unit 112a divides the target object data into areas having uniform physical property values (S150). For example, when a physical property value is set for each data voxel of the molded product data, the molded product data is divided into a plurality of regions having the same physical property value. In this case, each area is, for example, a group of voxels having completely the same physical property values. In addition, a group of voxels that can be regarded as identical when the physical property values are equal to or less than a predetermined variation (e.g., dispersion value) may be set as one region without requiring the physical property values to be completely the same. Further, when a material is set in each voxel of the modeled object data, for example, a portion in which voxels of the same material are connected may be set as one area. Further, it is not limited to the same material, and a range in which the same combination of a plurality of materials is periodically repeated may be set as one region. In this case, the physical property value of the region may be obtained by the same method as that for obtaining the physical property value of the unit cell with the repeated combination of materials as one unit. These areas are used to determine whether the level k cells meet the microstructure requirements described below.
次にセル置換部112aは、制御変数kを1に初期化し(S152)、造形物データの各領域につき、その領域を埋めるレベルkデータセル(最初のループでは単位セルと等しい)の数を求め、その数が閾値以上かどうかを判定する(S154)。この判定は、レベルkデータセルが個々の領域にとってミクロ構造とみなせる(すなわち当該セルが領域に対して十分小さく、そのセル自体の内部構造を考慮しなくても問題ないとみなせる)サイズかどうかを判定するものである。レベルkデータセルが領域内に十分多くの数だけ繰り返し配置できれば、そのセルはその領域にとってミクロ構造とみなせる。造形物データを構成する全ての領域にとってレベルkデータセルがミクロ構造とみなせれば、その造形物データをボクセル単位の表現からレベルkデータセルを単位とする表現に変換しても、構造解析上大きな問題は起こらない。S154の判定の対象である領域を埋めるレベルkデータセルの数は、三次元であるその領域に配置されるレベルkデータセルの総数であってもよい。また、その数は、その領域の縦、横、奥行きの3方向のそれぞれについてのレベルkデータセルを配置できる個数から求めた代表値であってもよい。その代表値としては、例えば方向ごとのセルの配置可能個数の代表値(例えば平均値、最大値、最小値等)を、3つの方向について平均したものを用いてもよいし、それら各方向の代表値のうちの最大値等といった平均値以外の代表値を用いてもよい。 Next, the cell replacement unit 112a initializes the control variable k to 1 (S152), and for each area of the model data, obtains the number of level k data cells (equal to the unit cell in the first loop) filling the area. , It is determined whether the number is equal to or more than the threshold value (S154). This judgment determines whether or not the level k data cell is a size that can be regarded as a microstructure for each region (that is, the cell is sufficiently small with respect to the region and can be regarded as a problem without considering the internal structure of the cell itself). It is a judgment. If the level k data cells can be repeatedly arranged in a region in a sufficient number, the cells can be regarded as microstructures for the region. If the level k data cells can be regarded as a microstructure for all the regions that make up the model data, even if the model data is converted from the expression in voxel units to the expression in level k data cells as a unit, structural analysis is performed. No big problems occur. The number of level-k data cells that fill the area that is the target of the determination in S154 may be the total number of level-k data cells arranged in the area that is three-dimensional. Further, the number may be a representative value obtained from the number of level k data cells that can be arranged in each of the three directions of the region, that is, in the vertical, horizontal, and depth directions. As the representative value, for example, a representative value of the number of cells that can be arranged in each direction (for example, an average value, a maximum value, a minimum value, etc.) may be averaged in three directions, or may be used in each direction. A representative value other than the average value such as the maximum value of the representative values may be used.
S154の判定の結果がYesの場合、セル置換部112aはkを1増加させ(S156)、再度S154の判定を行う。すなわち、この場合、更に1レベル大きなデータセルが造形物にとってミクロ構造とみなせるかどうかを判定する。 If the result of the determination in S154 is Yes, the cell replacement unit 112a increments k by 1 (S156), and performs the determination in S154 again. That is, in this case, it is determined whether or not the data cell that is one level larger can be regarded as a microstructure for the modeled object.
S154とS156のループを繰り返すことで、造形物にとってミクロ構造とみなせるデータセルの最高レベルが特定される。すなわち、S154の判定結果がNoとなった場合、その時点のレベルkデータセルは造形物データにとってミクロ構造とみなせないので、その1つ前のレベル(k−1)がミクロ構造とみなせる最高レベルである。セル置換部112aは、造形物データを、レベル(k−1)データセル単位のデータに変換する(S158)。すなわち、造形物データの各領域を、その領域の物性値と同等の物性値を持つレベル(k−1)データセルに置き換える。レベル(k−1)のデータセルは十分多くのデータボクセルから構成され、表現できる物性値のバリエーションが多いので、各領域の物性値を表現できるレベル(k−1)データセルは通常見つかる。ただし、念のため、レベル(k−1)データセルが表現可能な物性値のバリエーションをセル情報計算部106により計算し、それらバリエーションの中に各領域の物性値と同等のものがあるかどうかを確認してもよい。そして、もしそのバリエーションで表現できない物性値を持つ領域があれば、S158の置換処理を中止し、ユーザにその旨を通知してもよい。 By repeating the loop of S154 and S156, the highest level of the data cell that can be regarded as a microstructure for the modeled object is specified. That is, if the determination result in S154 is No, the level k data cell at that time cannot be regarded as a microstructure for the modeled object data, and therefore the immediately preceding level (k-1) can be regarded as a microstructure. Is. The cell replacement unit 112a converts the modeled object data into data in units of level (k-1) data cells (S158). That is, each area of the modeled object data is replaced with a level (k-1) data cell having a physical property value equivalent to that of the area. Since the level (k-1) data cell is composed of a sufficient number of data voxels and there are many variations of the physical property values that can be expressed, a level (k-1) data cell that can express the physical property value of each area is usually found. However, as a precaution, the cell information calculation unit 106 calculates variations of the physical property values that can be expressed by the level (k-1) data cell, and whether or not there is a physical property value equivalent to each area among these variations. You may check. Then, if there is a region having a physical property value that cannot be expressed by the variation, the replacement process of S158 may be stopped and the user may be notified of that.
セル置換部112aは、S158の置換結果の造形物データをモデル構成部116に出力する。 The cell replacement unit 112a outputs the modeled object data resulting from the replacement in S158 to the model configuration unit 116.
モデル構成部116は、セル置換部112aから受け取った造形物データに対して、応用処理(すなわち図9のS200)の1つとして、構造解析モデルへの変換を行う。すなわちモデル構成部116は、受け取った造形物データのデータセル単位の構造と各データセルの物性値から、公知の手法により、その造形物データについて有限要素法等の構造解析のためのモデルを構成する。隣接ボクセル間の材料の混じり合い、層間等のボクセル同士の接着、深さ方向の硬化度合いの分布等の要素は単位セルの物性値の計算に織り込んであるので、ここで構成される構造解析モデルにはそれら細部の要素を反映させなくてよい。 The model composing unit 116 converts the modeled object data received from the cell replacing unit 112a into a structural analysis model as one of the application processes (that is, S200 of FIG. 9). That is, the model configuration unit 116 configures a model for structural analysis such as the finite element method for the modeled object data by a known method from the structure of the received modeled object data in data cell units and the physical property value of each data cell. To do. Elements such as mixing of materials between adjacent voxels, adhesion of voxels between layers, distribution of hardening degree in the depth direction, etc. are incorporated in the calculation of physical properties of unit cells, so the structural analysis model constructed here Does not have to reflect those details.
そして、構成した構造解析モデルを解析装置300に出力する。解析装置300は、その構造解析モデルを用いて構造解析の計算を行う。データセル群から構成したその構造解析モデルは、ボクセル単位の造形物データから構成した構造解析モデルよりも構造要素数が少なく、また隣接ボクセル間の材料の混じり合い等の細部の要素についての解析を行わなくてよい。 Then, the constructed structural analysis model is output to the analysis device 300. The analysis apparatus 300 uses the structural analysis model to perform structural analysis calculations. The structural analysis model composed of data cell groups has a smaller number of structural elements than the structural analysis model composed of model data for each voxel, and analysis of detailed elements such as mixing of materials between adjacent voxels can be performed. You don't have to.
図15の手順では、造形物データのボクセルを単位として構成したレベルkセルを用いていたが、これは一例に過ぎない。造形物データを造形する造形装置を想定する場合、造形装置のボクセルサイズと、造形装置が造形に用いる材料のリストと、に基づいて構成したレベルkセルを用いてもよい。この場合、各レベルkセルのサイズは造形ボクセルのサイズを基準に定められる。また、S158で置換に用いるレベル(k−1)セルが決まった場合に、レベル(k−1)セルが取り得る物性値のバリエーションは、その材料のリストに基づいて求められる。すなわち、材料の情報から上述の手法で各単位セルの物性値が計算され、以降下位のレベルから順に、そのレベルに属する各造形セルの物性値が、1つ下のレベルの構成要素のセルの物性値から計算される。 In the procedure of FIG. 15, the level k cell configured by using the voxel of the model data as a unit is used, but this is only an example. When assuming a modeling apparatus that models the modeled object data, a level k cell configured based on the voxel size of the modeling apparatus and the list of materials used by the modeling apparatus for modeling may be used. In this case, the size of each level k cell is determined based on the size of the modeling voxel. Further, when the level (k-1) cell to be used for replacement is determined in S158, the variation of the physical property value that the level (k-1) cell can take is obtained based on the list of the materials. That is, the physical property value of each unit cell is calculated from the material information by the above-mentioned method, and the physical property values of the respective molding cells belonging to that level are calculated one by one from the lower level in order of the cell of the constituent element of the next lower level. Calculated from physical properties.
また、図15の手順では、造形物の分割結果であるすべての領域を、同一レベルのセルの集まりに置換したが、これは一例に過ぎない。別の例として、領域ごとにそれぞれ個別にその領域の置換するセルのレベル、すなわちサイズ、を決定してもよい。この場合、セル置換部112aは、領域ごとに、その領域のサイズからみてミクロ構造とみなせるサイズのセルのレベルを特定し、その領域をそのレベルの造形セルの繰り返しで置換すればよい。またこのときセル置換部112aは、領域のサイズから見てミクロ構造とみなせるサイズのセルのうち、その領域の物性値と同等の物性値を持つ最大のセルを選択し、その領域をそのセルの繰り返しに置換してもよい。 Further, in the procedure of FIG. 15, all the regions resulting from the division of the modeled object are replaced with a group of cells of the same level, but this is merely an example. As another example, the level, or size, of cells to be replaced in the area may be individually determined for each area. In this case, the cell replacement unit 112a may specify, for each area, the level of a cell having a size that can be regarded as a microstructure in view of the size of the area, and replace the area by repeating the shaping cells of that level. Further, at this time, the cell replacement unit 112a selects the largest cell having a physical property value equivalent to the physical property value of the region among cells of a size that can be regarded as a microstructure in view of the size of the region, and selects that region as the cell You may repeat and substitute.
また更に別の例として、構造解析のためのデータセルのサイズを、造形物を構成する形状要素のサイズを基準に決めてもよい。すなわち、造形物の形状には突起などの小さい形状要素が含まれている場合があり、そのような個々の形状要素のサイズの最小値を、データセルのサイズの上限としてもよい。これにより、造形物の最小の形状要素まで、データセルを単位としてその形状が表現される。1つの例では、セル置換部112aは、造形物データの各領域を、その最小値のサイズに対応するサイズのレベルkデータセルの集まりに置換してもよい。また、図15の手順において、レベルkを増加させる上限を、その最小値に対応するレベルとしてもよい。 As still another example, the size of the data cell for structural analysis may be determined based on the size of the shape element forming the modeled object. That is, the shape of the modeled object may include small shape elements such as protrusions, and the minimum value of the size of such individual shape elements may be the upper limit of the size of the data cell. As a result, the shape is expressed in units of data cells up to the smallest shape element of the modeled object. In one example, the cell replacement unit 112a may replace each area of the modeled object data with a set of level k data cells having a size corresponding to the size of the minimum value. Further, in the procedure of FIG. 15, the upper limit for increasing the level k may be the level corresponding to the minimum value.
また更にセル置換部112aの処理の別の例として、図16に、造形物データのうち、物性値が均一とみなせる領域ごとに個別にその物性値を表現できる最小サイズのセルに置換する処理を示す。 Further, as another example of the process of the cell replacement unit 112a, FIG. 16 shows a process of replacing each region of the modeled object data in which the physical property value can be regarded as uniform, with a cell having a minimum size capable of expressing the physical property value individually. Show.
この処理では、セル置換部112aは、図15の手順のS150と同様、対象となる造形物データを、均一な物性値の領域ごとに分割する(S160)。またセル置換部161は、分割の結果得られた各領域に対して、1から順に通し番号nを割り当てると共に、それら領域の総数をNとする(S161)。 In this process, the cell replacement unit 112a divides the target object data into regions having uniform physical property values, as in S150 of the procedure of FIG. 15 (S160). Further, the cell replacement unit 161 assigns a serial number n from 1 to each area obtained as a result of the division, and sets the total number of these areas to N (S161).
次にセル置換部112aは、領域を指し示す制御変数nを1に初期化する(S162)。以降のS163〜S168の処理は、番号1が割り当てられた領域について実行される。以下、番号nが割り当てられた領域のことを領域nと表記する。 Next, the cell replacement unit 112a initializes the control variable n indicating the area to 1 (S162). The subsequent processing of S163 to S168 is executed for the area to which the number 1 is assigned. Hereinafter, the area assigned the number n is referred to as the area n.
この処理においてセル置換部112aは、制御変数kを1に初期化し(S163)、造形物データの領域nにつき、レベルkセルの中から、その領域nの物性値と同じとみなせる物性値を持つを探す(S164)。ここで探索の対象となるレベルkセルは、レベルk造形セルであってもよいし、レベルkデータセルであってもよい。ここでレベルkセルとしてレベルk造形セルを用いる場合、S164では、図8に例示したのと同様のデータベース(すなわち図4のセル情報DB108)を参照すればよい。またレベルkセルとしてレベルkデータセルを用いる場合には、例えば、レベルkデータセルについてセル情報DB108と同様のデータベースを用意しておき、そのデータベースを参照すればよい。また、S164の探索では、領域nの物性値とレベルkセルの物性値との差が予め定めた閾値以下である場合に、それら両者の物性値が同じとみなせると判定する。 In this process, the cell replacement unit 112a initializes the control variable k to 1 (S163), and has a physical property value that can be regarded as the same as the physical property value of the region n among the level k cells for the region n of the modeled object data. Search for (S164). The level k cell to be searched here may be a level k modeling cell or a level k data cell. When the level k modeling cell is used as the level k cell, the same database as that illustrated in FIG. 8 (that is, the cell information DB 108 in FIG. 4) may be referred to in S164. When a level k data cell is used as the level k cell, for example, a database similar to the cell information DB 108 is prepared for the level k data cell and the database may be referred to. Further, in the search of S164, when the difference between the physical property value of the region n and the physical property value of the level k cell is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined that the physical property values of the both can be regarded as the same.
S164の判定の結果がYesの場合、セル置換部112aはkを1増加させ(S165)、1レベル大きいサイズのレベルkセルを対象として、再度S164の判定を行う。 If the result of the determination in S164 is Yes, the cell replacement unit 112a increments k by 1 (S165), and performs the determination in S164 again for the level k cell that is one level larger.
S164とS165のループを繰り返した結果、S164の判定結果がYesとなった場合、そのとき見つかったレベルkセルは、領域nと同じとみなせる物性値を持つ最小サイズのセルである。セル置換部112aは、領域n内のボクセル群を、S164で見つかったレベルkセルに置換する(S166)。 As a result of repeating the loop of S164 and S165, when the determination result of S164 is Yes, the level k cell found at that time is the minimum size cell having the physical property value that can be regarded as the same as the region n. The cell replacement unit 112a replaces the voxel group in the region n with the level k cell found in S164 (S166).
次にセル置換部112aは、制御変数nが領域の総数Nに達しているかどうかを判定する(S167)。この判定の結果がNoの場合、セル置換部112aは、nを1増加させ(S168)、S163以降の処理を繰り返す。 Next, the cell replacement unit 112a determines whether or not the control variable n has reached the total number N of regions (S167). If the result of this determination is No, the cell replacement unit 112a increments n by 1 (S168) and repeats the processing from S163.
S167の判定結果がYesとなった場合、造形物データを構成する全ての領域nについて、ボクセル群をセルに置換する処理が完了している。セル置換部112aは、その置換結果の造形物データをモデル構成部116に出力する。モデル構成部116は、セル置換部112aから受け取った造形物データに対して、応用処理(すなわち図9のS200)の1つとして、構造解析モデルへの変換を行う。すなわちモデル構成部116は、受け取った造形物データのデータセル単位の構造と各データセルの物性値から、公知の手法により、その造形物データについて有限要素法等の構造解析のためのモデルを構成する。 If the determination result in S167 is Yes, the process of replacing the voxel group with cells has been completed for all the regions n forming the modeled object data. The cell replacement unit 112a outputs the modeled object data resulting from the replacement to the model configuration unit 116. The model composing unit 116 converts the modeled object data received from the cell replacing unit 112a into a structural analysis model as one of the application processes (that is, S200 of FIG. 9). That is, the model configuration unit 116 configures a model for structural analysis such as the finite element method for the modeled object data by a known method from the structure of the received modeled object data in data cell units and the physical property value of each data cell. To do.
<設計支援>
次に、単位セル及び高次セルの情報を用いた設計支援を行う装置の例を説明する。この例の装置は、ユーザが造形物の各領域の物性値を指定すれば、その物性値を実現するために個々のボクセルの材料を自動的に割り当てる。
<Design support>
Next, an example of an apparatus that performs design support using information on unit cells and higher-order cells will be described. The apparatus of this example automatically assigns the material of each voxel to realize the physical property value when the user specifies the physical property value of each area of the modeled object.
図17に、この例の造形物データ処理装置100の機能構成を例示する。図17の構成において、基礎データ記憶部102〜セル情報DB108までは、図4に示した装置の同符号の要素と同様のものである。セル情報計算部106は、基礎データ記憶部102に記憶されたデータを用いて、造形装置200が造形可能な造形セルの物性値を計算し、計算結果をセル情報DB108に登録する。 FIG. 17 illustrates a functional configuration of the modeled object data processing device 100 of this example. In the configuration of FIG. 17, the basic data storage unit 102 to the cell information DB 108 are the same as the elements having the same reference numerals in the device shown in FIG. The cell information calculation unit 106 uses the data stored in the basic data storage unit 102 to calculate the physical property value of the modeling cell that the modeling apparatus 200 can model, and registers the calculation result in the cell information DB 108.
造形物形状入力部120は、造形物の形状情報の入力を受け付ける。この形状情報は、造形物の形状を示す情報であり、例えばCAD(コンピュータ支援設計)システムが生成する。形状情報は、造形物各部の材料や物性値の情報は含まない。 The model shape input unit 120 receives input of shape information of the model. This shape information is information indicating the shape of the modeled object, and is generated by, for example, a CAD (Computer Aided Design) system. The shape information does not include information on materials and physical property values of each part of the modeled object.
物性値指定受付部122は、入力された造形物形状情報が示す造形物の各領域に対してユーザから物性値の指定を受け付ける。また物性値指定受付部122は、領域に対して指定された物性値と同等の物性値を持つ造形セルをセル情報DB108から求め、その領域をその造形セルの繰り返しで埋めることで、造形物のその領域に対して造形セルのIDを対応付ける。造形可能データ生成部124は、造形物の各領域の造形セルを、図12に示した解像度変換の処理と同様の処理により造形ボクセルの単位へと分解する。この処理により、造形物形状情報から、材料が設定された造形ボクセルの集まりとして造形物を表す造形可能データが生成される。造形装置200は、その造形可能データに従って造形を行う。 The physical property value designation receiving unit 122 receives designation of physical property values from the user for each region of the modeled object indicated by the input model shape information. In addition, the physical property value designation receiving unit 122 obtains a modeling cell having a physical property value equivalent to the physical property value specified for the area from the cell information DB 108, and fills the area by repeating the modeling cell, thereby The ID of the modeling cell is associated with the area. The printable data generation unit 124 decomposes the print cells of the respective regions of the print object into the units of the print voxels by the same processing as the resolution conversion processing shown in FIG. 12. By this process, the formable data representing the formed object as a collection of the formed voxels in which the material is set is generated from the formed object shape information. The modeling apparatus 200 performs modeling according to the modeling possible data.
以上の構成において、物性値指定受付部122は、ユーザから造形物の各領域の物性値の指定を受け付けるUI(ユーザインタフェース)画面に、セル情報DB108に登録された各レベルkの造形セルの物性値のリストを表示してもよい。ユーザは、このリストの中から各領域に割り当てる物性値を選択する。 In the above configuration, the physical property value specification receiving unit 122 displays the physical property of the modeling cell of each level k registered in the cell information DB 108 on the UI (user interface) screen that receives the specification of the physical property value of each area of the modeled object from the user. You may display a list of values. The user selects a physical property value to be assigned to each area from this list.
図18に、このような物性値指定のためのUI画面400の例を模式的に示す。このUI画面400には、造形物の形状を表示する形状表示欄410と、その造形物の各領域に対する物性値の指定内容を示す指定内容欄420が表示される。形状表示欄410に表示される形状は3Dモデルであり、公知の技術で視線方向や表示サイズを変更できる。図示例では、造形物412は複数の3次元のオブジェクト414から構成されており、個々のオブジェクトを1つの領域とし、物性値を指定する。ただし、これはあくまで一例であり、形状表示欄410上でユーザが造形物412の領域分けの指定ができるようにしてもよい。指定内容欄420には、造形物の各領域のIDに対応付けて、その領域に指定された造形セルのIDとその造形セルの物性値とが表示される。 FIG. 18 schematically shows an example of a UI screen 400 for specifying such physical property values. On the UI screen 400, a shape display field 410 that displays the shape of the modeled object and a specification content field 420 that indicates the specified content of the physical property value for each area of the modeled object are displayed. The shape displayed in the shape display field 410 is a 3D model, and the line-of-sight direction and display size can be changed by known techniques. In the illustrated example, the modeled object 412 is composed of a plurality of three-dimensional objects 414, and each object is set as one area, and the physical property value is designated. However, this is only an example, and the user may be allowed to specify the area division of the modeled object 412 on the shape display field 410. In the designated content column 420, the ID of the modeling cell designated in the area and the physical property value of the modeling cell are displayed in association with the ID of each area of the modeled object.
(b)に示すように、ユーザが形状表示欄410内の造形物412内のオブジェクト414(図示例ではID「003」のオブジェクト)を選択し、物性値指定のためのメニューを呼び出す操作(例えば右クリックによるコンテキストメニュー呼び出し)を行うと、メニュー430が画面に表示される。このメニュー430には、造形装置が造形可能な各レベルkの造形セルのIDと物性値とが表示される。ユーザは、このメニューの中から、そのオブジェクトすなわち領域に割り当てる物性値を選択する。物性値の選択は、造形セルのリストから所望の物性値を持つ造形セルを選択することにより行われる。選択結果は、指定内容欄420に反映される。 As shown in (b), the user selects an object 414 (object with ID “003” in the illustrated example) in the modeled object 412 in the shape display field 410 and calls a menu for specifying physical property values (for example, When the context menu is called by right-clicking), the menu 430 is displayed on the screen. In this menu 430, the ID and the physical property value of the modeling cell of each level k that can be modeled by the modeling apparatus are displayed. The user selects a physical property value to be assigned to the object or area from this menu. The selection of the physical property value is performed by selecting the modeling cell having the desired physical property value from the list of modeling cells. The selection result is reflected in the designated content column 420.
ここで、物性値指定受付部122は、メニュー430に列挙する造形セルの選択肢を、ユーザが選択したオブジェクト414のサイズからみてミクロ構造とみなせるレベルk以下の造形セルのみに限定してもよい。また、この場合に、メニュー430に列挙する選択肢を、そのオブジェクト414が含む突起等の最小形状のサイズ以下のレベルに対応する造形セルのみに限定してもよい。 Here, the physical property value specification receiving unit 122 may limit the options of the modeling cells listed in the menu 430 to only the modeling cells having a level k or less that can be regarded as a microstructure in view of the size of the object 414 selected by the user. Further, in this case, the options listed in the menu 430 may be limited to only the modeling cells corresponding to the level equal to or smaller than the size of the minimum shape such as the protrusion included in the object 414.
またメニュー430には、選択肢を物性値の昇順又は降順にソートして表示してもよい。この場合、ユーザは、各領域について、その領域に持たせたい物性値に最も近い選択肢を、それら物性値でソートされた選択肢の中から選ぶ。また、物性値指定受付部122は、選択肢(すなわち造形セルと物性値のペア)をレベルkごとに区分して示したメニュー430を表示してもよい。 Further, in the menu 430, options may be sorted and displayed in ascending or descending order of physical property values. In this case, the user selects, for each area, the option closest to the physical property value that the area should have, from the options sorted by the physical property values. In addition, the physical property value designation receiving unit 122 may display a menu 430 in which options (that is, a pair of a molding cell and a physical property value) are classified and displayed for each level k.
以上では、造形物データ処理装置が備える解像度変換、物性値バリエーションを増やす機能、構造解析、設計支援等の機能やそれを実現するための装置構成や処理手順を説明した。ここで、造形物データ処理装置は、以上に説明した機能の全てを有している必要はない。造形物データ処理装置は、上述した解像度変換、物性値バリエーションを増やす機能、構造解析、設計支援の機能のいずれか1つのみをもつものであってもよいし、それら機能のうちの2以上を持つものであってもよい。 In the above, the functions of the resolution conversion, the function of increasing the variation of physical property values, the function of the structural analysis, the design support, and the like, which the modeled object data processing apparatus has, and the apparatus configuration and the processing procedure for realizing the functions have been described. Here, the modeled object data processing device does not need to have all of the functions described above. The modeled object data processing device may have only one of the functions of resolution conversion, increasing physical property value variation, structural analysis, and design support described above, or two or more of these functions. You may have one.
以上に例示した造形物データ処理装置は、例えば、コンピュータに上述の各機能を表すプログラムを実行させることにより実現される。ここで、コンピュータは、例えば、ハードウエアとして、CPU等のマイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ(RAM)およびリードオンリメモリ(ROM)等のメモリ(一次記憶)、フラッシュメモリやSSD(ソリッドステートドライブ)、HDD(ハードディスクドライブ)や等の固定記憶装置を制御するコントローラ、各種I/O(入出力)インタフェース、ローカルエリアネットワークなどのネットワークとの接続のための制御を行うネットワークインタフェース等が、たとえばバス等を介して接続された回路構成を有する。それら各機能の処理内容が記述されたプログラムがネットワーク等の経由でフラッシュメモリ等の固定記憶装置に保存され、コンピュータにインストールされる。固定記憶装置に記憶されたプログラムがRAMに読み出されCPU等のマイクロプロセッサにより実行されることにより、上に例示した機能モジュール群が実現される。 The modeled object data processing device illustrated above is realized by, for example, causing a computer to execute a program representing each of the above-described functions. Here, the computer is, for example, as a hardware, a microprocessor such as a CPU, a memory (primary storage) such as a random access memory (RAM) and a read only memory (ROM), a flash memory, an SSD (solid state drive), an HDD. A controller for controlling a fixed storage device such as (hard disk drive) or the like, various I/O (input/output) interfaces, a network interface for controlling connection with a network such as a local area network, etc. Has a circuit configuration connected with each other. A program in which the processing content of each function is described is stored in a fixed storage device such as a flash memory via a network or the like and installed in a computer. The program stored in the fixed storage device is read into the RAM and executed by a microprocessor such as a CPU, whereby the functional module group illustrated above is realized.
100 造形物データ処理装置、102 基礎データ記憶部、104 造形装置情報入力部、106 セル情報計算部、108 セル情報DB、110 造形物データ入力部、112 セル置換部、112a セル置換部、114 解像度変換部、116 モデル構成部、120 造形物形状入力部、122 物性値指定受付部、124 造形可能データ生成部、200 造形装置、300 解析装置、400 UI画面、410 形状表示欄、412 造形物、414 オブジェクト、420 指定内容欄、430 メニュー。
100 model data processing device, 102 basic data storage unit, 104 model device information input unit, 106 cell information calculation unit, 108 cell information DB, 110 model data input unit, 112 cell replacement unit, 112a cell replacement unit, 114 resolution Conversion unit, 116 model configuration unit, 120 modeled object shape input unit, 122 physical property value specification acceptance unit, 124 modelable data generation unit, 200 modeler, 300 analyzer, 400 UI screen, 410 shape display field, 412 modeled object, 414 object, 420 designated content column, 430 menu.
Claims (9)
三次元造形物をボクセルの集まりとして表現した造形物データを取得する手段と、
前記造形物データ内の前記セルと同等のサイズの部分ごとに、当該部分を、当該部分に含まれるボクセル群の材料の組合せと一致する材料の組合せのボクセル群から構成された前記セルに置換することで、前記造形物データを、前記物性値に対応付けられた単位セルの集まりとして前記三次元造形物を表す中間データに変換する変換手段と、
前記中間データから、当該中間データを構成する前記各セルの物性値を反映した構造解析モデルに構成し、得られた構造解析モデルを用いて前記造形物データが表す前記三次元造形物の構造解析を行う手段と、
を含む情報処理装置。 For each cell composed of a plurality of voxels adjacent to each other, specific information capable of specifying which of the plurality of materials each voxel forming the cell is composed of, and the physical property value of the cell, Storage means for storing,
A means for acquiring model data representing a three-dimensional model as a collection of voxels,
For each part of the same size as the cell in the shaped object data, the part is replaced with the cell composed of the voxel group of the material combination that matches the material combination of the voxel group included in the part. Thus, the modeling object data, a conversion unit for converting the three-dimensional modeled object intermediate data as a set of unit cells associated with the physical property value,
From the intermediate data, a structural analysis model that reflects the physical property values of each of the cells that make up the intermediate data is configured, and using the obtained structural analysis model, the structural analysis of the three-dimensional structure represented by the modeled object data. Means for doing
Information processing device including.
前記記憶手段には、前記セルごとに、前記計算手段により計算された当該セルの前記物性値が記憶される、
請求項1に記載の情報処理装置。 For each cell, a state in which a plurality of voxels forming the cell are combined, and respective materials of the voxels, and using a structural analysis model that reflects the calculation means for calculating the physical property value of the cell Further including,
In the storage means, for each cell, the physical property value of the cell calculated by the calculation means is stored.
The information processing apparatus according to claim 1.
互いに隣り合う複数個のボクセルから構成されるセルごとに、そのセルを構成する各ボクセルがそれぞれ複数の材料のうちのいずれからなるかを特定可能な特定情報と、そのセルの物性値と、を記憶する記憶手段、
三次元造形物をボクセルの集まりとして表現した造形物データを取得する手段、
前記造形物データ内の前記セルと同等のサイズの部分ごとに、当該部分を、当該部分に含まれるボクセル群の材料の組合せと一致する材料の組合せのボクセル群から構成された前記セルに置換することで、前記造形物データを、前記物性値に対応付けられた単位セルの集まりとして前記三次元造形物を表す中間データに変換する変換手段、
前記中間データから、当該中間データを構成する前記各セルの物性値を反映した構造解析モデルに構成し、得られた構造解析モデルを用いて前記造形物データが表す前記三次元造形物の構造解析を行う手段、
として機能させるためのプログラム。
Computer,
For each cell composed of a plurality of voxels adjacent to each other, specific information capable of specifying which of the plurality of materials each voxel forming the cell is composed of, and the physical property value of the cell, Storage means for storing,
A means for acquiring model data representing a three-dimensional model as a collection of voxels,
For each part of the same size as the cell in the shaped object data, the part is replaced with the cell composed of the voxel group of the material combination that matches the material combination of the voxel group included in the part. Thus, the modeling data, the conversion means for converting the three-dimensional modeled intermediate data as a set of unit cells associated with the physical property value,
From the intermediate data, a structural analysis model that reflects the physical property values of each of the cells that make up the intermediate data is configured, and using the obtained structural analysis model, the structural analysis of the three-dimensional structure represented by the modeled object data. Means to do
Program to function as.
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