JP2022032714A - 多孔質構造体の設計装置、設計方法及びプログラム - Google Patents
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Description
複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得する取得部と、
前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するランダム点群生成部と、
前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するポーラス生成部と、
を備える。
取得部が、複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得するステップと、
ランダム点群生成部が、前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するステップと、
ポーラス生成部が、前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するステップと、
を含む。
コンピュータを、
複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得する取得手段、
前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するランダム点群生成手段、
前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するポーラス生成手段、
として機能させる。
以上が、設計装置100のハードウェア構成である。
次に、図13のフローチャートを参照して、実施の形態に係る設計装置100の制御部150が実行する多孔質構造体の設計処理を説明する。多孔質構造体の設計処理は、バウンダリのSTLデータ及びランダム点群の位置データからポーラスモデルのSTLデータを生成する処理である。多孔質構造体の設計処理は、ユーザが設計装置100のアプリケーションを起動させた時点で開始される。
まず、ランダム点群生成部152は、ステップS1で入力したバウンダリを覆う大きさの立方体の領域を設定する(ステップS21)。例えば、図5に示されるように立方体の領域を設定する。
以上が、ランダム点群生成処理の流れである。
まず、ポーラス生成部153は、ステップS2で生成されたランダム点群の点の中から、ステップS1の処理で取得したバウンダリの表面より内側に位置する全ての点を判別する(ステップS31)。例えば、図7の点Pjが、ファセットFiが配置された平面Hiの裏側にあり、かつ、図8(a)に示すようにz=0の平面上に投影した点Ppjが同じくz=0の平面上に投影したファセットFpiの三角形の内部にある2つのファセットFiが存在する場合に、点Pjはバウンダリの表面よりも内側にあると判別する。なお、平面Hiの裏側は、平面Hiに対してバウンダリが配置されている側である。
以上が、ポーラス生成部153が実行するポーラス生成処理の流れである。
以上が、多孔質構造体の設計処理の流れである。
以下、図16を参照して、設計装置100のモデル断面解析部155が実行するモデル断面解析処理を説明する。モデル断面解析処理は、ポーラスモデルの任意の位置における断面画面を作成し、断面積を算出する処理である。モデル断面解析処理は、ポーラスモデルの生成終了後にユーザの指示を受け付けた時点で開始される。
以上が、モデル断面解析処理の流れである。
上記実施の形態では、設計装置100がユーザに指定されたグリッド数及び発生確率に基づいてランダム点群を生成していたが、本発明はこれに限られない。例えば、ユーザが事前に用意した任意のランダム点群を設計装置100に読み込んでもよく、事前に設計装置100で様々なサイズ及び密度のランダム点群を生成しておいてもよい。また、グリッド数及び発生確率は、事前に記憶部140に記憶された値を読み出してもよい。
実施例1では、設計装置100を用いてポーラスモデルを生成し、各高さにおけるポーラスモデルの横断面を観察した。図17は、実施例1におけるポーラスモデルの作成手順を示す。多孔質構造体の外形を示すバウンダリモデルは、断面正方形の貫通孔を有する立方体である。バウンダリモデルの寸法は、縦30mm、横30mm、高さ15mmであり、その貫通孔の寸法は、縦10mm、横10mmである。xyz各軸方向のグリッド数75、点の発生確率3%の条件でランダム点群を生成したところ、点の総数は13169個であり、そのうちバウンダリモデル内側の点の総数は4937個であった。ファセットの数は、ポーラス生成処理によって32個から42752個に増加した。ポーラスモデルの生成時間は、1.5分であった。
実施例2では、ランダム点群の密度を増加させたポーラスモデルを作成した。その他の条件は実施例1の場合と同一である。グリッド数150、発生確率3%の条件でランダム点群を生成したところ、点の総数は、103288個であり、実施例1の場合の8倍となった。そのうちバウンダリモデル内側の点の総数は40909個であった。ファセットの数は、ポーラス生成処理によって32個から303268個に増加した。ポーラスモデルの作成時間は、56.9分であった。
実施例3では、実施例1、2と異なる形状のバウンダリモデルを用いてポーラスモデルを作成した。図21(a)は、実施例3におけるポーラスモデルの作成手順を示す。バウンダリモデルは、直径40mm、高さ40mmの円柱である。この円柱には、直径30mm、深さ25mmの凹みを設けた。グリッド数150、発生確率3%の条件でランダム点群を生成したところ、点の総数は103288個であり、そのうちバウンダリモデル内側の点の総数は50738個であった。ファセットの数は、ポーラス生成処理によって430個から503434個に増加した。ポーラスモデルの作成時間は、130.9分であった。
実施例4では、実施例1~3の場合と異なる形状のバウンダリモデルを用いてポーラスモデルを作成した。図22(a)は、実施例4におけるポーラスモデルの作成手順を示す。バウンダリモデルは、外直径50mm、内直径35mm、高さ10mmのリングである。グリッド数75、発生確率3%の条件でランダム点群を生成したところ、点の総数は13169個であり、そのうちバウンダリモデル内側の点の総数は736個であった。ファセットの数は、ポーラス生成処理によって192個から12458に増加した。ポーラスモデルの作成時間は、0.4分であった。
実施例5では、底面からの高さが高くなるに従って点の密度が減少する密度勾配を有する点群を用いてポーラスモデルを作成した。その他の条件は、実施例1の場合と同一である。図23(a)は、実施例5におけるポーラスモデルの作成手順を示し、図23(b)は、実施例5におけるポーラスモデルの縦断面を示す断面図である。この断面図からは、高さが高くなるに従って空洞の大きさが徐々に大きくなっている様子を確認できた。
100 設計装置
110 操作部
120 表示部
130 通信部
140 記憶部
150 制御部
151 取得部
152 ランダム点群生成部
153 ポーラス生成部
154 STLデータ生成部
155 モデル断面解析部
156 出力部
200 製造装置
Claims (8)
- 複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得する取得部と、
前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するランダム点群生成部と、
前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するポーラス生成部と、
を備える設計装置。 - 前記ポーラス生成部は、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点に基づいて複数のテトラヘッドロンを生成し、前記バウンダリを構成するファセットと、前記テトラヘッドロンを構成するファセットとに基づいて、前記ポーラスに対応する複数のポリヘッドロンを生成する、
請求項1に記載の設計装置。 - 前記ポーラス生成部は、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点から1つの点を選択し、選択された1つの点に最も近い3つの点を前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点から判別し、選択された1つの点と判別された3つの点とを頂点とするテトラヘッドロンを生成する、
請求項2に記載の設計装置。 - 前記ポーラス生成部は、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群のうち前記テトラヘッドロンの外側にある点から前記テトラヘッドロンを構成する一つのファセットに最も近い点を判別し、前記テトラヘッドロンを構成する一つのファセットに最も近いと判別された点と前記テトラヘッドロンを構成する一つのファセットの3つの頂点とからなる他のテトラヘッドロンを生成し、前記テトラヘッドロンを構成する一つのファセットを削除することで、前記テトラヘッドロンと前記他のテトラヘッドロンとが組み合わされたポリヘッドロンを生成する、
請求項2又は3に記載の設計装置。 - 前記ポーラス生成部は、前記テトラヘッドロンを構成する一つのファセットに最も近いと判別された点が、前記テトラヘッドロンから離れて配置されたテトラヘッドロンの頂点である場合に、前記他のテトラヘッドロンを構成するファセットの一つと、前記テトラヘッドロンから離れて配置されたテトラヘッドロンを構成するファセットの一つとを複数のファセットで接続することで、前記テトラヘッドロン、前記他のテトラヘッドロン及び前記テトラヘッドロンから離れて配置されたテトラヘッドロンを一体化したポリヘッドロンを生成する、
請求項4に記載の設計装置。 - 前記ランダム点群生成部は、前記バウンダリを覆う三次元領域を設定し、前記三次元領域を互いに直交する平面で分割してメッシュを生成し、点の発生確率に基づいて前記メッシュの各交点に確率的に点を配置する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の設計装置。 - 取得部が、複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得するステップと、
ランダム点群生成部が、前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するステップと、
ポーラス生成部が、前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するステップと、
を含む設計方法。 - コンピュータを、
複数のファセットで表現されたバウンダリの立体モデルを取得する取得手段、
前記バウンダリを覆う三次元領域内にランダムに分布する複数の点からなるランダム点群を生成するランダム点群生成手段、
前記ランダム点群から前記バウンダリの内側に配置された点を判別し、前記バウンダリを構成する複数のファセットの各頂点と、前記バウンダリの内側に配置された前記ランダム点群の各点とに基づいて、ポーラスを含む多孔質構造体の立体モデルを生成するポーラス生成手段、
として機能させるためのプログラム。
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JP2020136793A JP7094037B2 (ja) | 2020-08-13 | 2020-08-13 | 多孔質構造体の設計装置、設計方法及びプログラム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023190762A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 国立大学法人北海道大学 | 設計装置、設計方法、プログラム、多孔質構造体及びその製造方法 |
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2020
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