JP2020192706A - 上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法 - Google Patents

上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】上側にアンダーカット領域が形成され、下側に内部空間を形成している三次元造形物に対する効率的な造形方向を提供すること。【解決手段】粉末の積層、当該積層に対する焼結、当該焼結層に対する切削によって、上側にアンダーカット領域１を有し、下側に内部空間２を形成する領域を有する三次元造形物の製造方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、前記内部空間２を形成する領域を切削するような水平方向切削パス３を作成するに際し、内部空間２の上端の位置２３を側方とする切削パスが作成された場合には、当該上端の位置２３にて更に積層を行うという指令を設定するか、又は、前記水平方向切削パス３よりも更に切削幅だけ上側の位置の水平方向切削パス３を作成し、切削工具４に対し、当該切削パスに沿った切削の中止の指令を設定することによって、当該上端面２３の切削を避けることを可能とする三次元造形物の製造方法。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法であって、最初に下側の内部空間を形成する領域における積層、焼結及び切削を実現した後に、上側のアンダーカット領域の積層及び焼結を実現する三次元造形物の製造方法を対象としている。
スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づいて造形される三次元造形物には、上側のアンダーカット領域、即ち前記積層及び前記焼結によって下側面が形成されるアンダーカット領域と下側の内部空間を形成するパイプ状の領域との接合という構成による三次元造形物も含まれている。
通常、三次元造形においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって制御が行われているが、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、切削工具の切削パスを作成する場合には、当該切削パスが存在する領域は、切削工具を挿入し得る領域であることを前提としている。
したがって、例えば水道管の内側のような三次元造形物において閉鎖された内部空間を形成している場合には、本来切削工具が挿入され得ない以上、当該内部空間における切削パスをＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動的に作成することは、技術的に不可能とされている。
このような状況を反映して、特許文献１においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる三次元造形物の内部切削を、レーザー光線を照射し、当該光線の焦点位置の調整によって実現しており、切削工具による内部空間における切削パスは作成されていない。
これに対し、特許文献２においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが設定している以下のステップによって、内部空間を形成している三次元造形物における水平方向切削パスを作成している。
（１）内部空間の上端と下端との中間位置における仮想水平方向平面、即ち切断予定平面の設定。
（２）切断予定平面の下側領域における水平方向切削パスの作成。
（３）切断予定平面の上側領域における水平方向切削パスの作成。
（４）前記（２）の水平方向切削パスのうち、上端に位置している水平方向切削パスに対する切削が行われるに到った場合には、前記（１）の切断予定平面における切断を中止すべき旨の指令を設定し、前記（３）の水平方向切削パスのうち、下端に位置している水平方向切削パスに対する切削への移行を指令することによる双方の水平方向切削パスの結合。
しかしながら、前記（４）のように、上端及び下端における双方の水平方向切削パスを結合するためには、格別のプログラムの作成を必要不可欠とする。
しかも、切断予定平面の上側には通常アンダーカット領域が存在し、当該アンダーカット領域の内側面を切削する場合には、必然的に切削工具が上側の切削部分からアンダーカット切削部分に変更し、切削幅も小さな切削幅とならざるを得ない。
然るに、前記（３）のステップにおいては、前記（２）のステップと同一の切削幅を設定しており、切削工具がアンダーカット切削工具に変更されることに対する配慮は行われていない。
本発明のように、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域とを個別に製造し、双方の領域を接合するというプロセスを採用する場合には、下側の内部空間の領域の上端が開口しているため、引用文献２の場合のような切断予定平面を作成する必要がない。
しかしながら、内部空間を形成する領域の内側壁部の上端の位置を側方とする切削が最終段階の切削工程として行われた場合には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、自ら備えているプログラムによって自動的に前記上端における開口部の面をも水平方向に切断するという工程に移行する。
言うまでもなく、このような開口端部の切断は不要かつ無意味であり、しかも効率的な三次元造形の造形を行う上で多大な支障に該当する。
米国公開特許２００２／０１００７５０号公報 日本国特許第６２５１４４７号公報
本発明は、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成している領域との接合による三次元造形物の造形において、前記内部空間の上端に位置している開口部に対する水平方向の切削を防止することによる効率的な造形方向を提供することを課題としている。
上記課題を解決するため、本発明は、以下の基本構成ａ及び同ｂからなる。
ａ スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パスの位置が、開口している上端の位置又は当該上端の位置に対し前記切削幅よりも短い距離にて下側の位置である最終段階の位置に到った場合には、前記上端の位置にて、更に積層を行うという指令の設定。
（４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
ｂ スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パスの位置が、開口している上端の位置、又は当該上端の位置に対し、切削幅よりも短い距離にて下側の位置に至った場合には、前記各位置に対し前記切削幅だけ上側の位置を前記最終段階の水平方向切削パスとして作成すると共に、切削工具に対する当該最終段階の水平方向切削パスにおける切削作動の中止指令の設定。
（４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
基本構成ａ及びｂにおいては、下側の内部空間を形成する領域が上端において開口部を有する以上、特許文献２のように切断予定平面を設定せずに、ステップ１（２）のように、水平方向切削パスを設定することができる。
切断予定平面を設定していない以上、特許文献２の構成の場合のように、切断予定平面の下側における水平方向切削パスと上側における水平方向切削パスとを結合させるために格別のプログラムを作成する必要がない。
但し、背景技術の項において説明したように、現状のＣＡＤ／ＣＡＭシステムの場合には、単に水平方向切削パスを設定し、かつ当該設定に基づいて切削が行われ、かつ前記下側領域の上端の位置を側方とする開口部における切削が最終段階である場合には、当該最終段階の切削が終了した段階にて、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、自動的に前記上端における開口部に対し、水平方向の切削を行うという制御を予定しており、このような予定に基づく切削が行われ、当該切削は効率的な造形に対する障害に該当する。
基本構成ａにおいては、ステップ１（３）において、最も上側であり最終段階の水平方向切削パスに沿った切削が行われた場合には、次のステップとして、上端の開口部において、更なる積層が行われるという指令を設定している。
このような指令によって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、開口部の上側の領域にて更なる積層及び焼結に引き続いて更なる切削が行われると判断し、開口部に対する切削が最終段階の切削に該当しないと判断することから、開口部における前記水平方向の切削を避けることができる。
基本構成ｂにおいては、前記上端の位置よりも切削工具の切削幅だけ上側の位置における水平方向切削パス、又は当該上側の位置よりも、更に前記切削幅よりも短い距離による上側の位置における水平方向切削パス、即ち、基本構成ａの最終段階における水平方向切削パスよりも、前記切削幅だけ上側の位置における水平方向切削パスを最終段階の切削パスとして作成した上で、切削工具に対し、前記最終段階の切削パスにおける切削作動を中止するという指令を設定している。
このような中止の指令によって、基本構成ｂにおいては、最終段階の切削は行われないことから、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動的に当該最終段階における水平方向の切削を避けることができる。
しかも、上側から２番目に位置している水平方向切削パス、即ち基本構成ａの最終段階の水平方向切削パスによって、前記下側領域の上端の位置を側方とする開口部に対する切削を現実の最終段階の切削工程とすることができる。
更には、後述する実施形態のように、アンダーカット領域の内側面の切削を行う場合には、アンダーカット用切削工具が切削幅に適した切削用パスを設定しており、かつ双方の切削幅の相違を無視している特許文献２の場合のような問題点を生ずることはない。
基本構成ａの各ステップを示すフローチャートである。 基本構成ａの鉛直方向断面図である。 尚、１（２）のステップにおいて、水平方向切削パスのスタート位置として内側壁部の下端近傍が選択された場合を示す。 基本構成ｂの各ステップを示すフローチャートである。 基本構成ｂの鉛直方向断面図である。 尚、１（２）のステップにおいて、水平方向切削パスのスタート位置として内側壁部の下端が選択された場合を示す。 アンダーカット領域の内側面を切削する実施形態の各ステップを示すフローチャートである。 アンダーカット領域の内側面を切削する実施形態の鉛直方向断面図である。 実施例において採用されている切削工具の状況を示す側面図である。
基本構成ａは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、以下のステップによって、下側の内部空間を形成する領域２の造形を行った上で、上側のアンダーカット領域１の造形を行っている。
尚、図１（ａ）におけるＮは、水平方向切削パス３が下側の内部空間を形成する領域２の上端の位置２３又は当該位置２３よりも切削幅より短い距離で下側の位置という最終段階の水平方向切削パス３０に到るまでに必要な水平方向切削パス３の数を表す一方、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＮに対応する最終段階の水平方向切削パス３０が、前記上端２３よりも切削幅よりも短い距離にて下側の位置である場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端１１が開口している上側のアンダーカット領域１の形状の作成及び上端２３が開口している下側の内部空間を形成する領域２の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域２における内側壁部２１に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パス３を、当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パス３の位置が、開口している上端の位置２３又は当該上端の位置２３に対し前記切削幅よりも短い距離にて下側の位置である最終段階の位置に到った場合には、前記上端の位置２３にて、更に積層を行うという指令の設定。
（４）アンダーカット領域１の下端１１と内部空間を形成する領域２の上端２３とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パス３に沿った前記内側壁部２１に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域１における積層及び焼結。
前記ステップ１（３）において、上端２３の開口部における積層が行われるという指令の設定によって、開口部に対する水平方向の切断という無意味かつ作業効率の支障となるような工程は行われない。
しかも、前記指令通り、上端２３の開口部を側部とする切削が行われた次の段階として、上側のアンダーカット領域１における積層、焼結工程が現実に行われる以上、上記指令の設定は効率的な造形を行う上で格別の支障となる訳ではない。
基本構成ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、以下のステップによって、下側の内部空間を形成する領域２の造形を行った上で、上側のアンダーカット領域１の造形を行っている。
尚、図２（ａ）におけるＮは、水平方向切削パス３が内部空間を形成する領域２の上端の位置２３又は、当該位置に対し切削幅よりも短い距離にて下側の位置であって、最終段階の切削位置よりも切削幅だけ下側の位置に到るまでに必要な水平方向切削パス３の数を表す一方、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＮに対応する水平方向切削パス３の位置が前記上端の位置２３である場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端１１が開口している上側のアンダーカット領域１の形状の作成及び上端２３が開口している下側の内部空間を形成する領域２の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域２における内側壁部２１に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パス３を、当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パス３の位置が、開口している上端の位置２３、又は当該上端の位置２３に対し、切削幅よりも短い距離にて下側の位置に至った場合には、前記各位置に対し前記切削幅だけ上側の位置を前記最終段階の水平方向切削パス３０として作成すると共に、切削工具に対する当該最終段階の水平方向切削パス３０における切削作動の中止指令の設定。
（４）アンダーカット領域１の下端１１と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パス３に沿った前記内側壁部２１に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域１における積層及び焼結。
前記ステップ１（３）において、基本構成ａの最も上側の切削パスよりも更に切削幅だけ上側であって、かつ最も上側に位置しており、最終段階の水平方向切削パス３０に沿った切削を中止するという指令の設定によって、上側から２番目の位置における水平方向切削パス３に沿った切削が行われ、当該切削は最終段階の切削に該当しないことから、上端２３の開口部に対する水平方向の切削を避けることができる。
しかも、前記中止指令は、上側から２番目の位置における切削が終了した次のステップとして瞬時に行われる以上、当該中止指令は、効率的な造形に対する支障となる訳ではない。
尚、ステップ１（３）のように最も上側における水平方向切削パス３は切削工具の空転を前提としているが、実際には中止の指令によって前記空転が行われる訳ではない。
基本構成ａ及びｂにおける各ステップ１（２）の「各切削工具の切削刃における所定の位置」については、切削刃の上端から下端の何れの位置をも選択可能であるが、通常中央の位置又は下端の位置を選択する場合が多い。
したがって、基本構成ａ及び同ｂの各ステップ１（２）における水平方向切削パス３のスタート位置としては、切削刃の中央位置を基準とする場合には、必然的に「当該内側壁部２１の下端の位置」を選択することが必要となる。
これに対し、切削刃の下端の位置を基準とした場合には、「当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置」の何れをも選択することができる。
基本構成ａ及びｂは、アンダーカット領域１については、内側壁部２１を形成する下側面の切削を必ずしも必要としている訳ではない。
しかしながら、図３（ａ）、（ｂ）のように、以下のステップに立脚している実施形態においては、アンダーカット領域１の下側面における切削を実現することができる。
尚、図３（ａ）におけるＮ´は、アンダーカット領域１の下端１１から作成された水平方向切削パス３が下記の１（３）記載のように、最高開口部１２の位置又は当該最高開口部１２の位置に対しアンダーカット用切削工具の切削幅よりも短い距離だけ下側の位置による最終段階の水平方向切削パス３０に到るまでの数を表す一方、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＮ´に対応する水平方向切削パス３が最高開口部１２よりも切削方向幅よりも短い距離にて下側に位置する場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる以下のステップの設定。
（１）積層及び焼結によって順次上側に形成される開口部のうち、アンダーカット用切削工具を斜方向に挿入し得る最も上側の位置に該当する最高開口部１２の位置の設定。
（２）アンダーカット領域１の内側壁部２１に対し、アンダーカット用切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パス３を、アンダーカット領域１の下端の位置１１から、前記切削刃の切削幅を単位として、順次アンダーカット角度に基づく斜方向に沿った各位置にて作成。
（３）前記（１）によって順次形成された水平方向切削パス３の位置が、前記（２）によって設定された最高開口部１２の位置又は当該最高開口部１２の位置に対しアンダーカット用切削工具の切削幅よりも短い距離だけ下側の位置である最終段階の位置に到るまで、前記（２）の水平方向切削パス３の作成を継続。
２．アンダーカット領域１の下端１１から最高開口部１２に到る領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）、（３）のステップによって作成された水平方向切削パス３に沿ったアンダーカット領域１の内側壁部２１に対する切削。
４．最高開口部１２に対して上側領域１３を形成するアンダーカット領域１の積層及び焼結。
前記実施形態において、アンダーカット用切削工具による最高開口部１２を側方部とする水平方向切削パス３に沿った切削が行われた場合には、当該切削は最終段階の切削に該当する以上、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、最高開口部１２の水平方向面に対する切削を指令し、かつ現に当該切削が行われることにならざるを得ない。
しかしながら、当該上端２３における開口領域が極めて狭い領域であって、さして、当該上端面２３に切削が行われたとしても、作業効率に著しい支障が生ずる訳ではない。
但し、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、前記１（３）における最終段階の水平方向切削パス３０を作成するに到った場合に、最高開口部１２の位置にて更に積層を行うという指令を設定した場合には、基本構成ａの場合と同様に、最高開口部１２に対する水平方向の切削を避けることができる。
以下、実施例に従って説明する。
実施例においては、図４に示すように、三次元造形物の底部２２が積層及び焼結を終了した段階にて、下端に切削用円盤４０を付した切削工具の回転によって、当該底部２２の上側の底面を切削することを特徴としている。
上記実施形態の場合には、切削工具の先端における先端（下端）における板状の回転盤によって内部空間を形成する領域２の底面を効率的に切削することができる。
このように、本発明は、上側のアンダーカット領域及び下側の内部空間を形成する領域によって構成される三次元造形物の造形において、内部空間を形成する領域の上端面に対する切削を避け、しかも効率的な内側壁部の切削を実現している点において、その利用価値は絶大である。
１ アンダーカット領域
１１ アンダーカット領域における下端の位置及び下端面
１２ アンダーカット領域の最高開口部
１３ アンダーカット領域の最高開口部に対する上側領域
２ 内部空間を形成する領域
２１ 内側壁部
２２ 底部
２３ 内部空間を形成する領域における上端の位置及び上端面
３ 水平方向切削パス
３０ 最終段階の水平方向切削パス
４ 切削工具
４０ 切削用円盤
しかしながら、当該最高開口部１２及びその上側領域１３による開口領域が極めて狭い領域であって、当該最高開口部１２に切削が行われたとしても、作業効率に著しい支障が生ずる訳ではない。
但し、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、前記１（３）における最終段階の水平方向切削パス３０を作成するに到った場合に、最高開口部１２の位置にて更に積層を行うという指令を設定した場合には、基本構成ａの場合と同様に、最高開口部１２に対する水平方向の切削を避けることができる。


本発明は、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法であって、最初に下側の内部空間を形成する領域における積層、焼結及び切削を実現した後に、上側のアンダーカット領域の積層及び焼結を実現する三次元造形物の製造方法を対象としている。
スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づいて造形される三次元造形物には、上側のアンダーカット領域、即ち前記積層及び前記焼結によって下側面が形成されるアンダーカット領域と下側の内部空間を形成するパイプ状の領域との接合という構成による三次元造形物も含まれている。
通常、三次元造形においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって制御が行われているが、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、切削工具の切削パスを作成する場合には、当該切削パスが存在する領域は、切削工具を挿入し得る領域であることを前提としている。
したがって、例えば水道管の内側のような三次元造形物において閉鎖された内部空間を形成している場合には、本来切削工具が挿入され得ない以上、当該内部空間における切削パスをＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動的に作成することは、技術的に不可能とされている。
このような状況を反映して、特許文献１においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる三次元造形物の内部切削を、レーザー光線を照射し、当該光線の焦点位置の調整によって実現しており、切削工具による内部空間における切削パスは作成されていない。
これに対し、特許文献２においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが設定している以下のステップによって、内部空間を形成している三次元造形物における水平方向を走行方向とする切削パスを作成している。
（１）内部空間の上端と下端との中間位置における仮想水平方向平面、即ち切断予定平面の設定。
（２）切断予定平面の下側領域における水平方向を走行方向とする切削パスの作成。
（３）切断予定平面の上側領域における水平方向を走行方向とする切削パスの作成。
（４）前記（２）の水平方向を走行方向とする切削パスのうち、上端に位置しており、かつ水平方向を走行方向とする切削パスに対する切削が行われるに到った場合には、前記（１）の切断予定平面における切断を中止すべき旨の指令を設定し、前記（３）の水平方向を走行方向とする切削パスのうち、下端に位置しており、かつ水平方向を走行方向とする切削パスに対する切削への移行を指令することによる双方の水平方向を走行方向とする切削パスの結合。
しかしながら、前記（４）のように、上端及び下端における双方の水平方向を走行方向とする切削パスを結合するためには、格別のプログラムの作成を必要不可欠とする。
しかも、切断予定平面の上側には通常アンダーカット領域が存在し、当該アンダーカット領域の内側面を切削する場合には、必然的に切削工具が上側の切削部分からアンダーカット切削部分に変更し、切削幅も小さな切削幅とならざるを得ない。
然るに、前記（３）のステップにおいては、前記（２）のステップと同一の切削幅を設定しており、切削工具がアンダーカット切削工具に変更されることに対する配慮は行われていない。
本発明のように、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域とを個別に製造し、双方の領域を接合するというプロセスを採用する場合には、下側の内部空間の領域の上端が開口しているため、引用文献２の場合のような切断予定平面を作成する必要がない。
しかしながら、内部空間を形成する領域の内側壁部の上端の位置を側方とする切削が最終段階の切削工程として行われた場合には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、自ら備えているプログラムによって自動的に前記上端における開口部の面をも水平方向に切断するという工程に移行する。
言うまでもなく、このような開口端部の切断は不要かつ無意味であり、しかも効率的な三次元造形の造形を行う上で多大な支障に該当する。
米国公開特許２００２／０１００７５０号公報 日本国特許第６２５１４４７号公報
本発明は、上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成している領域との接合による三次元造形物の造形において、前記内部空間の上端に位置している開口部に対する水平方向の切削を防止することによる効率的な造形方向を提供することを課題としている。
上記課題を解決するため、本発明は、以下の基本構成ａ及び同ｂからなる。
ａ スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とし、かつ水平方向を走行方向とする切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パスの位置が、開口している上端の位置又は当該上端の位置に対し前記切削幅よりも短い距離にて下側の位置である最終段階の位置に到った場合には、前記上端の位置にて、更に積層を行うという指令の設定。
（４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
ｂ スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とし、かつ水平方向を走行方向とする切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パスの位置が、開口している上端の位置、又は当該上端の位置に対し、切削幅よりも短い距離にて下側の位置に至った場合には、前記各位置に対し前記切削幅だけ上側の位置を前記最終段階の水平方向を走行方向とする切削パスとして作成すると共に、切削工具に対する当該最終段階の水平方向を走行方向とする切削パスにおける切削作動の中止指令の設定。
（４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
基本構成ａ及びｂにおいては、下側の内部空間を形成する領域が上端において開口部を有する以上、特許文献２のように切断予定平面を設定せずに、ステップ１（２）のように、水平方向を走行方向とする切削パスを設定することができる。
切断予定平面を設定していない以上、特許文献２の構成の場合のように、切断予定平面の下側における水平方向を走行方向とする切削パスと上側における水平方向を走行方向とする切削パスとを結合させるために格別のプログラムを作成する必要がない。
但し、背景技術の項において説明したように、現状のＣＡＤ／ＣＡＭシステムの場合には、単に水平方向を走行方向とする切削パスを設定し、かつ当該設定に基づいて切削が行われ、かつ前記下側領域の上端の位置を側方とする開口部における切削が最終段階である場合には、当該最終段階の切削が終了した段階にて、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、自動的に前記上端における開口部に対し、水平方向の切削を行うという制御を予定しており、このような予定に基づく切削が行われ、当該切削は効率的な造形に対する障害に該当する。
基本構成ａにおいては、ステップ１（３）において、最も上側であり最終段階の水平方向を走行方向とする切削パスに沿った切削が行われた場合には、次のステップとして、上端の開口部において、更なる積層が行われるという指令を設定している。
このような指令によって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、開口部の上側の領域にて更なる積層及び焼結に引き続いて更なる切削が行われると判断し、開口部に対する切削が最終段階の切削に該当しないと判断することから、開口部における前記水平方向の切削を避けることができる。
基本構成ｂにおいては、前記上端の位置よりも切削工具の切削幅だけ上側の位置における水平方向を走行方向とする切削パス、又は当該上側の位置よりも、更に前記切削幅よりも短い距離による上側の位置における水平方向を走行方向とする切削パス、即ち、基本構成ａの最終段階における水平方向を走行方向とする切削パスよりも、前記切削幅だけ上側の位置における水平方向を走行方向とする切削パスを最終段階の切削パスとして作成した上で、切削工具に対し、前記最終段階の切削パスにおける切削作動を中止するという指令を設定している。
このような中止の指令によって、基本構成ｂにおいては、最終段階の切削は行われないことから、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動的に当該最終段階における水平方向の切削を避けることができる。
しかも、上側から２番目に位置し、かつ水平方向を走行方向とする切削パス、即ち基本構成ａの最終段階の水平方向を走行方向とする切削パスによって、前記下側領域の上端の位置を側方とする開口部に対する切削を現実の最終段階の切削工程とすることができる。
更には、後述する実施形態のように、アンダーカット領域の内側面の切削を行う場合には、アンダーカット用切削工具が切削幅に適した切削用パスを設定しており、かつ双方の切削幅の相違を無視している特許文献２の場合のような問題点を生ずることはない。
基本構成ａの各ステップを示すフローチャートである。 基本構成ａの鉛直方向断面図である。 尚、１（２）のステップにおいて、水平方向を走行方向とする切削パスのスタート位置として内側壁部の下端近傍が選択された場合を示す。 基本構成ｂの各ステップを示すフローチャートである。 基本構成ｂの鉛直方向断面図である。 尚、１（２）のステップにおいて、水平方向を走行方向とする切削パスのスタート位置として内側壁部の下端が選択された場合を示す。 アンダーカット領域の内側面を切削する実施形態の各ステップを示すフローチャートである。 アンダーカット領域の内側面を切削する実施形態の鉛直方向断面図である。 実施例において採用されている切削工具の状況を示す側面図である。
基本構成ａは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、以下のステップによって、下側の内部空間を形成する領域２の造形を行った上で、上側のアンダーカット領域１の造形を行っている。
尚、図１（ａ）におけるＮは、水平方向を走行方向とする切削パス３が下側の内部空間を形成する領域２の上端の位置２３又は当該位置２３よりも切削幅より短い距離で下側の位置という最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０に到るまでに必要な水平方向を走行方向とする切削パス３の数を表す一方、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＮに対応する最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０が、前記上端２３よりも切削幅よりも短い距離にて下側の位置である場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端１１が開口している上側のアンダーカット領域１の形状の作成及び上端２３が開口している下側の内部空間を形成する領域２の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域２における内側壁部２１に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向を走行方向とする切削パス３を、当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３の位置が、開口している上端の位置２３又は当該上端の位置２３に対し前記切削幅よりも短い距離にて下側の位置である最終段階の位置に到った場合には、前記上端の位置２３にて、更に積層を行うという指令の設定。
（４）アンダーカット領域１の下端１１と内部空間を形成する領域２の上端２３とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３に沿った前記内側壁部２１に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域１における積層及び焼結。
前記ステップ１（３）において、上端２３の開口部における積層が行われるという指令の設定によって、開口部に対する水平方向の切断という無意味かつ作業効率の支障となるような工程は行われない。
しかも、前記指令通り、上端２３の開口部を側部とする切削が行われた次の段階として、上側のアンダーカット領域１における積層、焼結工程が現実に行われる以上、上記指令の設定は効率的な造形を行う上で格別の支障となる訳ではない。
基本構成ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、以下のステップによって、下側の内部空間を形成する領域２の造形を行った上で、上側のアンダーカット領域１の造形を行っている。
尚、図２（ａ）におけるＮは、水平方向を走行方向とする切削パス３が内部空間を形成する領域２の上端の位置２３又は、当該位置に対し切削幅よりも短い距離にて下側の位置であって、最終段階の切削位置よりも切削幅だけ下側の位置に到るまでに必要な水平方向を走行方向とする切削パス３の数を表す一方、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＮに対応し、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３の位置が前記上端の位置２３である場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
（１）下端１１が開口している上側のアンダーカット領域１の形状の作成及び上端２３が開口している下側の内部空間を形成する領域２の形状の作成。
（２）内部空間を形成する下側の領域２における内側壁部２１に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準し、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３を、当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
（３）前記（２）によって順次作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３の位置が、開口している上端の位置２３、又は当該上端の位置２３に対し、切削幅よりも短い距離にて下側の位置に至った場合には、前記各位置に対し前記切削幅だけ上側の位置を前記最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０として作成すると共に、切削工具に対する当該最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０における切削作動の中止指令の設定。
（４）アンダーカット領域１の下端１１と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向を走行方向とする切削パス３に沿った前記内側壁部２１に対する切削。
４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域１における積層及び焼結。
前記ステップ１（３）において、基本構成ａの最も上側の切削パスよりも更に切削幅だけ上側であって、かつ最も上側に位置しており、最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０に沿った切削を中止するという指令の設定によって、上側から２番目の位置における水平方向を走行方向とする切削パス３に沿った切削が行われ、当該切削は最終段階の切削に該当しないことから、上端２３の開口部に対する水平方向の切削を避けることができる。
しかも、前記中止指令は、上側から２番目の位置における切削が終了した次のステップとして瞬時に行われる以上、当該中止指令は、効率的な造形に対する支障となる訳ではない。
尚、ステップ１（３）のように最も上側における水平方向を走行方向とする切削パス３は切削工具の空転を前提としているが、実際には中止の指令によって前記空転が行われる訳ではない。
基本構成ａ及びｂにおける各ステップ１（２）の「各切削工具の切削刃における所定の位置」については、切削刃の上端から下端の何れの位置をも選択可能であるが、通常中央の位置又は下端の位置を選択する場合が多い。
したがって、基本構成ａ及び同ｂの各ステップ１（２）における水平方向を走行方向とする切削パス３のスタート位置としては、切削刃の中央位置を基準とする場合には、必然的に「当該内側壁部２１の下端の位置」を選択することが必要となる。
これに対し、切削刃の下端の位置を基準とした場合には、「当該内側壁部２１の下端の位置又は当該下端近傍の位置」の何れをも選択することができる。
基本構成ａ及びｂは、アンダーカット領域１については、内側壁部２１を形成する下側面の切削を必ずしも必要としている訳ではない。
しかしながら、図３（ａ）、（ｂ）のように、以下のステップに立脚している実施形態においては、アンダーカット領域１の下側面における切削を実現することができる。
尚、図３（ａ）におけるＮ´は、アンダーカット領域１の下端１１から作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３が下記の１（３）記載のように、最高開口部１２の位置又は当該最高開口部１２の位置に対しアンダーカット用切削工具の切削幅よりも短い距離だけ下側の位置による最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０に到るまでの数を表す一方、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＮ´に対応し、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３が最高開口部１２よりも切削方向幅よりも短い距離にて下側に位置する場合を示す。
１．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる以下のステップの設定。
（１）積層及び焼結によって順次上側に形成される開口部のうち、アンダーカット用切削工具を斜方向に挿入し得る最も上側の位置に該当する最高開口部１２の位置の設定。
（２）アンダーカット領域１の内側壁部２１に対し、アンダーカット用切削工具の切削刃における所定の位置を基準とし、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３を、アンダーカット領域１の下端の位置１１から、前記切削刃の切削幅を単位として、順次アンダーカット角度に基づく斜方向に沿った各位置にて作成。
（３）前記（１）によって順次形成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３の位置が、前記（２）によって設定された最高開口部１２の位置又は当該最高開口部１２の位置に対しアンダーカット用切削工具の切削幅よりも短い距離だけ下側の位置である最終段階の位置に到るまで、前記（２）の水平方向を走行方向とする切削パス３の作成を継続。
２．アンダーカット領域１の下端１１から最高開口部１２に到る領域における積層及び焼結。
３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成され、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３に沿ったアンダーカット領域１の内側壁部２１に対する切削。
４．最高開口部１２に対して上側領域１３を形成するアンダーカット領域１の積層及び焼結。
前記実施形態において、アンダーカット用切削工具による最高開口部１２を側方部とし、かつ水平方向を走行方向とする切削パス３に沿った切削が行われた場合には、当該切削は最終段階の切削に該当する以上、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、最高開口部１２の水平方向面に対する切削を指令し、かつ現に当該切削が行われることにならざるを得ない。
しかしながら、当該最高開口部１２及びその上側領域１３による開口領域が極めて狭い領域であって、当該最高開口部１２に切削が行われたとしても、作業効率に著しい支障が生ずる訳ではない。
但し、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、前記１（３）における最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス３０を作成するに到った場合に、最高開口部１２の位置にて更に積層を行うという指令を設定した場合には、基本構成ａの場合と同様に、最高開口部１２に対する水平方向の切削を避けることができる。
以下、実施例に従って説明する。
実施例においては、図４に示すように、三次元造形物の底部２２が積層及び焼結を終了した段階にて、下端に切削用円盤４０を付した切削工具の回転によって、当該底部２２の上側の底面を切削することを特徴としている。
上記実施形態の場合には、切削工具の先端における先端（下端）における板状の回転盤によって内部空間を形成する領域２の底面を効率的に切削することができる。
このように、本発明は、上側のアンダーカット領域及び下側の内部空間を形成する領域によって構成される三次元造形物の造形において、内部空間を形成する領域の上端面に対する切削を避け、しかも効率的な内側壁部の切削を実現している点において、その利用価値は絶大である。
１ アンダーカット領域
１１ アンダーカット領域における下端の位置及び下端面
１２ アンダーカット領域の最高開口部
１３ アンダーカット領域の最高開口部に対する上側領域
２ 内部空間を形成する領域
２１ 内側壁部
２２ 底部
２３ 内部空間を形成する領域における上端の位置及び上端面
３ 水平方向を走行方向とする切削パス
３０ 最終段階の水平方向を走行方向とする切削パス
４ 切削工具
４０ 切削用円盤

Claims (5)

  1. スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
    １．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
    （１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
    （２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
    （３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パスの位置が、開口している上端の位置又は当該上端の位置に対し前記切削幅よりも短い距離にて下側の位置である最終段階の位置に到った場合には、前記上端の位置にて、更に積層を行うという指令の設定。
    （４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
    ２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
    ３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
    ４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
  2. スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による当該積層に対する焼結、切削工具の走行による当該焼結層に対する切削に基づく三次元造形物の製造方法であって、以下の工程によって上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
    １．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、以下のステップを設定する。
    （１）下端が開口している上側のアンダーカット領域の形状の作成及び上端が開口している下側の内部空間を形成する領域の形状の作成。
    （２）内部空間を形成する下側の領域における内側壁部に対し、各切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パスを、当該内側壁部の下端の位置又は当該下端近傍の位置から前記切削刃の切削幅を単位として、順次上側に沿った各位置にて作成。
    （３）前記（２）によって順次作成された水平方向切削パスの位置が、開口している上端の位置、又は当該上端の位置に対し、切削幅よりも短い距離にて下側の位置に至った場合には、前記各位置に対し前記切削幅だけ上側の位置を前記最終段階の水平方向切削パスとして作成すると共に、切削工具に対する当該最終段階の水平方向切削パスにおける切削作動の中止指令の設定。
    （４）アンダーカット領域の下端と内部空間を形成する領域の上端とを接合する指令。
    ２．前記１（１）のステップに基づく前記下側領域における積層及び焼結。
    ３．前記１（２）及び１（３）のステップによって作成された水平方向切削パスに沿った前記内側壁部に対する切削。
    ４．前記１（１）及び１（４）のステップに基づく前記アンダーカット領域における積層及び焼結。
  3. 以下のステップによって、アンダーカット領域における積層、焼結及び切削を実現することを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の、上側のアンダーカット角度が一定であるアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
    １．ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる以下のステップの設定。
    （１）積層及び焼結によって順次上側に形成される開口部のうち、アンダーカット用切削工具を斜方向に挿入し得る最も上側の位置に該当する最高開口部の位置の設定。
    （２）アンダーカット領域の内側壁部に対し、アンダーカット用切削工具の切削刃における所定の位置を基準とする水平方向切削パスを、アンダーカット領域の下端の位置から、前記切削刃の切削幅を単位として、順次アンダーカット角度に基づく斜方向に沿った各位置にて作成。
    （３）前記（１）によって順次形成された水平方向切削パスの位置が、前記（２）によって設定された最高開口部の位置又は当該最高開口部の位置に対しアンダーカット用切削工具の切削幅よりも短い距離だけ下側の位置である最終段階の位置に到るまで、前記（２）の水平方向切削パスの作成を継続。
    ２．アンダーカット領域の下端から最高開口部に到る領域における積層及び焼結。
    ３．前記１（２）、（３）のステップによって作成された水平方向切削パスに沿ったアンダーカット領域の内側壁部に対する切削。
    ４．最高開口部に対して上側領域を形成するアンダーカット領域の積層及び焼結。
  4. ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが、前記１（３）の水平方向切削パスを作成するに到った場合に、最高開口部の位置にて更に積層を行うという指令を設定することを特徴とする請求項３記載の上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
  5. 前記下側の領域の底部における積層及び焼結を終了した段階にて、先端に切削用円盤を付した切削工具の回転によって、当該底部の上側の底面を切削することを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の上側のアンダーカット領域と下側の内部空間を形成する領域との接合による三次元造形物を製造する方法。
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