JP2022527454A - シミュレーションを用いた添加剤製造のための過熱を予測するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

シミュレーションを用いた添加剤製造によって１つまたは複数の物体を構築するために１つまたは複数の物体の過熱の位置を予測するためのシステムおよび方法。

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、平成３１年３月２２日に出願された米国仮特許第６２／８２２，６１１号の優先権を主張する。仮出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

〔発明の分野〕
本発明は、添加剤製造に関する。より詳細には、本発明は、シミュレーションを用いた添加剤製造によって１つまたは複数の物体を構築するために、１つまたは複数の物体の過熱の位置を予測するためのシステムおよび方法に関する。

添加剤製造の分野では、３次元ソリッドオブジェクトがデジタルモデルから形成される。製造される物体が三次元であるため、添加剤製造は、一般に三次元（「３Ｄ」）印刷と呼ばれる。添加剤製造のためのいくつかの技術は、選択的レーザ焼結（「ＬＳ」）製造および金属焼結を含む。これらの技術は、所望の三次元（「３Ｄ」）物体を生成するために使用される建築材料の層を重合または固化させるために、特定の位置にレーザビームを向ける。３Ｄ物体は、建築材料の層を固化させることによって、層ごとに構築される。

特定の物体がうまく構築されるかどうかを知ることは、設計段階では困難であり得る。実施例として、１つの一般的な問題は、添加剤製造を使用する物体の構築中に、物体上の特定の位置（例えば、１つまたは複数の層内）が過熱（特定の位置に局所化されるので、局所過熱とも呼ばれる）を受ける可能性があることである。そのような局所過熱は、物体の構築においていくつかの異なる問題を引き起こす可能性がある。実施例として、局所過熱は、物体を製造するために使用される材料を燃焼させることがあり得る。これは、物体の表面色における欠陥のような、結果として生じる物体における視覚的欠陥につながる可能性がある。

別の実施例では、局所過熱は、それらの位置における冷却速度に影響を及ぼす可能性がある。一実施例として、過熱の領域では、物体がこれらの位置で冷却する速度が影響を受ける。冷却速度に基づいて、結果として生じる物体の構造（例えば、微細構造）の欠陥のような（例えば、局所過熱の領域またはその付近における）欠陥が、結果として生じる物体に発生することがある。これは、硬度、形状などの、結果として生じる物体の構造特性に影響を与え、結果として生じる物体にミクロレベルまたはマクロレベルの亀裂をもたらす可能性がある。

したがって、添加剤製造中の局所過熱は、結果として生じる物体を、設計および予想される物体に適合させないことがあり得る。したがって、物体の設計を変更し、物体を再び製造することが必要になる場合がある。これは、時間および／または材料の浪費につながる。

本発明者らによって確認されたこれらの問題および他の問題に鑑みて、添加剤製造を使用して構築するための過熱の予測を改善するシステムおよび方法が、本明細書に記載される。

一実施形態では、添加剤製造のための構築シミュレーション中に過熱を予測するための、コンピュータによる実施の方法が提供される。本方法は、物体の、シミュレートされた添加剤製造構築物における物体の過熱の位置を決定するための、コンピュータによる実装の方法を含む。本方法は、物体の有限要素モデルを得ることを含む。本方法は、物体の複数の位置における、経時的に推移する温度を決定することを含む有限要素モデルを用いて、物体の構築をシミュレートすることを含む。本方法は、物体の複数の位置における、経時的な推移に伴って決定された温度に基づいて、複数の各位置について、経時的に推移する、対応する温度に基づいて、最高温度を決定するステップと、複数の各位置について、熱勾配を抽出するステップと、複数の各位置における、熱係数を計算するステップと、を含む。この方法は、複数の各位置について、対応する最大温度、熱勾配、および熱係数に基づく過熱指数を計算するステップを含む。

特定の実施形態は、そこに記憶された、コンピュータが実行可能な命令を有する、一時的でないコンピュータ読み取り可能媒体を提供し、それは、計算装置のプロセッサによって実行されるとき、計算装置に、記載された方法を実行させる。

特定の実施形態は、メモリと、記載された方法を実行するように構成されたプロセッサとを備える計算装置を提供する。

３Ｄ物体を設計および製造するためのシステムの一実施例を示す図である。 図１に示すコンピュータの一実施例の機能ブロック図である。 添加剤製造を使用して、３Ｄ物体を製造するための高レベルのプロセスを示す図である。 再コーティング機構を有する添加剤製造装置の実施例を示す図である。 再コーティング機構を有する添加剤製造装置の別の実施例を示す図である。 一実施形態による、添加剤製造を使用して物体の構築中に過熱を有する可能性がある位置を予測するための実施例処理を示すフローチャートである。 一実施形態による、シミュレートされた構築物のための、物体の異なる位置における過熱指数のグラフィック表示を示す図である。 一実施形態による、過熱の位置に直面しない物体設計を示す図である。 一実施形態による、過熱の位置に直面する物体設計を示す図である。

本明細書で開示されるシステムおよび方法は、添加剤製造を使用して構築される１つまたは複数の物体の過熱の位置を予測するための技術を含む。特に、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、添加剤製造を使用して１つまたは複数の物体を構築する間に発生するであろう過熱の位置を予測することができる、１つまたは複数の物体を構築する前のシミュレーションおよび分析のための技術を提供する。特定の実施形態では、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、そのような過熱を防止するために、物体の自動化された再設計をさらに提供する。

本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、特定の建築材料（実施例、金属）を使用する特定の添加剤製造技術に関して記載される。ただし、記載されるシステムおよび方法は、また、当該技術の当業者によって理解されるように、特定の他の添加剤製造技術および／または特定の他の建築材料とともに使用されてもよい。

計算装置は、添加剤製造を使用して物体の構築をシミュレートするために使用可能である。そのような物体のシミュレートされた構築は、結果として物体の構築に関するデータになる。一実施例として、物体の構築のシミュレーションは、空間位置（例えば、物体の構築領域に対する空間位置）および時刻に応じて、物体の構築の温度（例えば、Ｔｅｍｐ ＝ ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ））を出力することができる。本明細書の特定の実施形態は、物体の過熱の位置を予測するために、物体の構築に関するそのようなデータを利用するための技術を提供する。そのような実施形態は、添加剤製造を使用して物体を実際に構築する必要なしに、１つまたは複数の物体の過熱の位置をどのように決定するかという、添加剤製造における技術的課題に対する技術的解決策を有益に提供する。そのような実施形態は、物体の構築不良の可能性を低減することによって、添加剤製造の現場を改善する。さらに、そのような技術は、計算の複雑さが低く、したがって、過熱の位置を予測するために計算装置によって実行される必要がある計算サイクルの数を低減することができる。さらに、そのような過熱を防止するために物体の自動化された再設計を提供する実施形態は、物体の故障した構築の可能性を低減することによって、添加剤製造の現場をさらに改善することがある。

本発明の実施形態は、３Ｄオブジェクトを設計、シミュレート、及び製造するためのシステム内で実践されることがある。図１を見ると、３Ｄオブジェクトデザイン、構築シミュレーション、および製造の実施に適したコンピュータ環境の一実施例が示されている。環境は、システム１００を含む。システム１００は、１つ以上のコンピュータ１０２ａ－１０２ｄを含んでおり、これは、例えば、情報を処理可能な、任意のワークステーション、サーバ、または他の計算装置を含む。いくつかの実施形態において、コンピュータ１０２ａ－１０２ｄの各々は、適切な通信技術（例えば、インターネットプロトコル）によって、ネットワーク１０５（例えば、インターネット）に接続可能である。したがって、コンピュータ１０２ａ－１０２ｄは、ネットワーク１０５を介して相互間で（例えば、ソフトウェア、３Ｄオブジェクトのデジタル表現、添加剤製造装置を動作させるためのコマンドまたは命令など）情報を送受信することがある。

システム１００は、さらに、１つ以上の添加剤製造装置（例えば、３Ｄプリンタ）１０６ａ－１０６ｂを含む。図示のように、添加剤製造装置１０６ａはコンピュータ１０２ｄに直接接続され（ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２ａ－１０２ｃに接続されたコンピュータ１０２ｄを介して）、添加剤製造装置１０６ｂは、ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２ａ～１０２ｄに接続される。したがって、その技術の当業者は、添加剤製造装置１０６をコンピュータ１０２に直接接続し、ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２に接続し、および／または別のコンピュータ１０２およびネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２に接続することがあることを理解するのであろう。

システム１００は、ネットワークおよび１つまたは複数のコンピュータに関して説明されているが、本明細書で説明される技術は、添加剤製造装置１０６に直接接続されることがある単一のコンピュータ１０２にも適用されることに留意されたい。

図２は、図１のコンピュータの一実施例の機能ブロック図である。コンピュータ１０２ａは、メモリ２２０、入力デバイス２３０、および、出力デバイス２４０とデータ通信を行うプロセッサ２１０を含む。ある実施形態では、プロセッサは、さらに、任意のネットワークインタフェースカード２６０とデータ通信を行っている。別々に記載されているが、コンピュータ１０２ａに関して記載されている機能ブロックは、別々の構造要素である必要がないことを理解されたい。例えば、プロセッサ２１０およびメモリ２２０は、単一のチップ内で実現されることがある。

プロセッサ２１０は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリート・ハードウェア構成要素、または本明細書で説明される機能を実行するように設計された、それらの任意の適切な組合せとすることができる。プロセッサは、また、計算装置の組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つ以上のマイクロプロセッサ、または他のそのような構成として実施されてもよい。

プロセッサ２１０は、１つまたは複数のバスを介して、メモリ２２０から情報を読み出すか、または情報をメモリ２２０に書き込むように結合可能である。プロセッサ２１０は、追加的に、または代替的に、プロセッサレジスタなどのメモリを含むことがあり得る。メモリ２２０は、異なるレベルが異なる容量およびアクセス速度を有するマルチレベル階層キャッシュを含むプロセッサキャッシュを含むことがあり得る。メモリ２２０は、また、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、他の揮発性記憶装置、または不揮発性記憶装置を含むこともあり得る。記憶装置は、ハードドライブ、フラッシュメモリなどを含むことがあり得る。

プロセッサ２１０は、また、それぞれ、コンピュータ１０２ａのユーザから入力を受信し、出力を提供するために、入力デバイス２３０及び出力デバイス２４０に結合可能である。好適な入力装置には、キーボード、ボタン、キー、スイッチ、ポインティングデバイス、マウス、ジョイスティック、遠隔制御装置、赤外線検出器、バーコードリーダ、スキャナ、ビデオカメラ（例えば、手のジェスチャまたは顔のジェスチャを検出するための画像処理ソフトウェアに結合可能である）、動き検出器、またはマイクロホン（例えば、音声コマンドを検出するための音声処理ソフトウェアに結合されることが可能である）が含まれるが、これらに限定されない。好適な出力デバイスには、ディスプレイおよびプリンタを含む視覚出力デバイス、スピーカ、ヘッドホン、イヤホン、およびアラームを含むオーディオ出力デバイス、添加剤製造装置、および触覚出力デバイスが含まれるが、これらに限定されない。

プロセッサ２１０は、さらに、ネットワークインタフェースカード２６０に結合されてもよい。ネットワークインタフェースカード２６０は、１つ以上のデータ伝送プロトコルに従ってネットワークを介して伝送するために、プロセッサ２１０によって生成されたデータを準備する。ネットワークインタフェースカード２６０は、また、１つ以上のデータ伝送プロトコルに従って、ネットワークを介して受信されたデータを復号する。ネットワークインタフェースカード２６０は、送信機、受信機、またはその両方を含むことがあり得る。他の実施形態では、送信機及び受信機は、２つの別個の構成要素とすることができる。ネットワーク・インタフェース・カード２６０は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ・ロジック、ディスクリート・ハードウェア・構成要素、または本明細書で説明する機能を実行するように設計された、それらの任意の好適な組合せとして実現可能である。

図３は、３Ｄ物体またはデバイスを製造するための処理３００を示す図である。図示のように、ステップ３０５では、コンピュータ１０２ａなどのコンピュータを使用して、物体のデジタル表現が設計される。一実施例として、２Ｄまたは３Ｄのデータは、３Ｄ物体のデジタル表現を設計するのを助けるためにコンピュータ１０２ａに投入されてもよい。引き続きステップ３１０において、情報がコンピュータ１０２ａから添加剤製造装置１０６のような添加剤製造装置に送信され、装置１０６は、受信した情報に従って製造プロセスを開始する。ステップ３１５において、添加剤製造装置１０６は、ポリマーまたは金属粉末のような任意の好適な材料を用いて、３Ｄ物体を製造し続ける。さらに、ステップ３２０において、３Ｄ物体が生成される。

図４Ａは、３次元（３－Ｄ）物体を生成するための例示的な添加剤製造装置４００を示す。この実施例において、添加剤製造装置４００は、レーザ焼結装置である。レーザ焼結装置４００は、１つ以上の３Ｄ物体を層ごとに生成するために使用されてもよい。レーザ焼結装置４００は、例えば、構築処理の一部として一度にある層の物体を構築するために、粉末４１４などの粉末（例えば、金属、ポリマーなど）を利用してもよい。

一実施例として、再コーティング機構４１５Ａ（例えば、リコータブレード）を使用して、連続する粉末層を互いの上に広げる。再コーティング機構４１５Ａは、例えば、図示された方向に、構築された領域を横切って移動する層のために粉末を堆積させる。または、構築物の他の層のために、構築された領域の反対側から再コーティング機構４１５Ａが始まりつつある場合には、層が逆方向に移動する。堆積後、コンピュータ制御のＣＯ２レーザビームは、表面を走査し、生成物の対応する断面の粉末粒子を選択的に結合させる。いくつかの実施形態では、レーザ走査装置４１２がＸ－Ｙ可動赤外レーザ源である。そのように、レーザ源は、そのビームを粉体の最上層の特定の位置に向けるために、Ｘ軸に沿って、かつＹ軸に沿って移動させることができる。あるいは、ある実施形態では、レーザ走査装置４１２は、静止レーザ源からレーザビームを受け取り、ビームを装置の作業領域内の指定された位置に向けるために、移動可能なミラーの上を偏向させるレーザスキャナを備えることがある。レーザ露光中、粉末温度は物質（例えば、ガラス、ポリマー、金属）転移点を超えて上昇して、その後、隣り合う粒子は、一緒に流れて３Ｄ物体を生成する。また、装置４００は、任意に、放射ヒータ（例えば、赤外線ランプ）および／または大気制御装置４１６を含んでもよい。放射ヒータは、新しい粉体層の再コーティングとその層の走査との間の粉体を予熱するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、放射ヒータは省略されてもよい。大気制御装置は、例えば、粉末酸化のような望ましくないシナリオを回避するために、工程全体にわたって使用されてもよい。

図４Ｂに関して示されるような、いくつかの他の実施形態では、再コーティング機構４１５Ａの代わりに、再コーティング機構４１５Ｂ（例えば、レベリングドラム／ローラ）を使用してもよい。したがって、粉末容器４２８（ａ）および４２８（ｂ）から、成形された物体４２４を保持するリザーバ４２６内に粉末を押し出す１つまたは複数の可動ピストン４１８（ａ）および４１８（ｂ）を使用して、粉末は分配されてもよい。次に、リザーバの深さは、可動ピストン４２０によっても制御される。可動ピストン４２０は、追加の粉末が粉末容器４２８（ａ）および４２８（ｂ）からリザーバ４２６に移動されるときに、下方への移動を介してリザーバ４２６の深さを増加させる。再コーティング機構４１５Ｂは、粉末容器４２８（ａ）および４２８（ｂ）からリザーバ４２６内に粉末を押し込むか、または転がす。図４Ａに示される実施形態と同様に、図４Ｂの実施形態は、層のリコーティングと走査との間で粉末を予熱するために、放射ヒータのみを使用してもよい。

特定の実施形態では、コンピュータ１０２などの好適な計算装置は、添加剤製造を使用して構築される物体の構築をシミュレートする。例えば、特定の実施形態では、計算装置は、物体を層ごとに構築する数値（例えば、有限要素法（ＦＥＭ）または有限要素解析（ＦＥＡ））シミュレーション（例えば、マクロ層ベースの四面体またはボクセル／六角メッシュシミュレーション）を使用する。例えば、本明細書で論じられるような物体の構築をシミュレートすることは、そのような数値シミュレーションを用いて実行され、物体のシミュレートされたモデルを生成してもよい。

実施例として、物体のデジタル有限要素モデル（例えば、ＦＥＭモデル）は、計算装置上で実行されているシミュレーションプログラム（例えば、アナシス、アバッカス、マークなどのＦＥＭを使用する既知のシミュレーションプログラム）に入力される。デジタル有限要素モデルは、記憶装置から取得されてもよいし、ユーザによって生成されてもよいし、またはシミュレーションプログラムから生成されてもよい。デジタル有限要素モデルは、例えば、物体の別のデジタルモデル／表現（例えば、ＣＡＤファイル、ＳＴＬファイルなど）をシミュレーションプログラムに入力することによって生成されてもよく、シミュレーションプログラムは、次いで、有限要素モデルを生成する。シミュレーションプログラムは、有限要素モデルを使用して、物体の構築のＦＥＭシミュレーションを実行する。

シミュレーションプログラムは、論じられた物体の有限要素モデルに基づいて、物体の構築のＦＥＭシミュレーションを実行し、物体の各層の異なる位置（例えば、ノードまたは領域（例えば、層に対応するＸ－Ｙ平面の異なるＸ－Ｙ座標における））に対するパラメータ（例えば、収縮量、変位、反力、応力、歪み、経時的な温度、熱損失など）を含む層のシミュレーションを備える物体のシミュレーションモデルを出力する。

一実施例では、物体の各層の異なる位置に関するパラメータは、構築領域内の物体の各空間位置に関する時間の関数として温度を含む。例えば、計算装置上で実行されるシミュレーションプログラムは、伝導方程式および熱損失方程式を利用して、位置の空間座標（例えば、ｘ、ｙ、ｚ座標、ｚは構築領域内の層深度を示し、ｘおよびｙは構築領域内のＸ－Ｙを示す）および時刻ｔの関数ｆとして温度Ｔを生成する。

一実施例では、伝導式は、以下の通りである。

ここで、ρ、Ｃ、およびｋは、構築材料の密度、比熱、および熱伝導率をそれぞれ指し、Ｑは適用される熱流束である（例えば、添加剤製造装置のレーザスキャニング装置による）。

一実施例では、熱損失の式は以下の通りである。

ここで、

は、単位法線がｎである表面からの伝導による熱損失である。

は、熱入力のように熱流束である。

は、対流による熱損失である。

は、放射による熱損失である。

は、それぞれ、熱伝導率、対流熱伝達係数、Ｓｔｅｆａｎ－Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ 定数、放射率、および周囲温度を示す。

伝導方程式および熱損失方程式は、Ｔ ＝ ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）について解くために、空間位置ごとに時間増分ｔごとに解くことができ、それによって物体のシミュレーション構築のための各位置での温度を、経時的な推移に伴って示す。

本明細書の特定の態様は、どの位置が過熱している可能性が高いかを予測するために、物体のシミュレーション構築の空間的位置について、経時的に推移する温度に関する情報を利用するための技術を提供する。

特定の実施形態では、物体のシミュレーション構築の空間的位置に対する、経時的に推移する温度は、各空間的位置における最高温度を決定するために使用される。また、最高温度に到達した時間の各位置に対する熱勾配が決定される。各位置における最高温度および熱勾配に基づいて、その場所の蓄熱量が決定される（例えば、最高温度を熱勾配で割ったものなど、蓄熱量の指標）。特定の態様では、指数が熱係数にさらに基づく。

図５は、付加的な製造を使用して物体を構築する間に過熱する可能性のある位置を予測するための実施例の処理５００のフローチャートである。処理５００は、コンピュータ１０２などの好適な計算装置によって実行されてもよい。処理５００は、物体の各位置における過熱を予測することに関して説明されているが、特定の実施形態では、すべての位置（例えば、複数の位置）よりも少ない位置が予測されることに留意されたい。

ブロック５０２において、計算装置は、物体の有限要素モデルを取得する。ブロック５０４では、計算装置は、物体の構築をシミュレートし（例えば、論じられているようにＦＥＭシミュレーションを実行することによって）、シミュレーションのための物体の各位置（または、全ての位置よりも少ない複数場所）における、経時的に推移する温度を決定する。

ブロック５０６において、計算装置は、各位置における最高温度を特定する。最高温度は、シミュレートされた構築の時間の経過に伴って、その場所で到達する最高温度である。実施例として、モデル化された（例えば、添加剤製造装置のシミュレートされたレーザ源からの）入熱は、物体の各層について同じであってもよい。従って、層が堆積されているとき、その層は最高温度に達する。この最高温度は、シミュレーションのために、経時的な推移に伴って、物体の各位置において蓄積される。

ブロック５０８において、計算装置は、物体の位置ごとに、その位置が、特定された最高温度にあった時点における熱勾配（例えば、構築されたプラットフォームに垂直なＺ方向であって、かつ、その時点で層が構築される方向）を抽出する。実施例として、Ｚ方向における熱勾配は、蓄熱に影響する最も支配的な熱勾配である。ある態様では、熱勾配は、伝導方程式および熱損失方程式から抽出される。ある態様では、Ｚ方向における熱勾配

は、次のように計算される。

ここで、Ｔ_Ａは、ある位置（例えば、ｘ－ｙ位置）の第１の層における温度である。Ｔ_Ｂは、その位置の第２の層（例えば、第２の層は、その上に第１の層が堆積される、以前の層である）における温度である。第１の層と第２の層との間の距離である。

続いて、ブロック５１０において、計算装置は、物体の各位置について、熱係数を計算する。特定の実施形態では、熱係数は、熱損失（例えば、熱伝導損失に利用可能な面積に比例する）に寄与する層の底部面積に対する層体積（例えば、層内の熱蓄積に比例する）の比率として計算される幾何学的要因である。

ブロック５１２において、計算装置は、物体の各位置について、その位置における最高温度、温度勾配、および熱係数の関数に基づいて過熱指数を計算する。例えば、過熱指数は、（最高温度／温度勾配）＊熱係数として計算することができる。

各位置の過熱指数は、所定の位置で過熱が発生する可能性があるか否かを示すことができる。例えば、過熱指数が所定の位置に対する閾値よりも大きい場合、計算装置は、所定の位置で過熱が発生する可能性があると判定する。さらに、過熱指数が所定の位置に対する閾値未満である場合、計算装置は、所定の位置で過熱が発生しそうにないと判定する。いくつかの態様では、計算装置は、過熱の可能性を示す熱指数を有する位置を示す警報（例えば、オーディオ、視覚など）をユーザに提供するように構成される。次いで、ユーザは、過熱がもはや発生しないように過熱の位置を補正するために、（例えば、走査パターン、スキャン時間、構築プラットフォームに対する物体の方向などのための）構築パラメータを変更すること、または（例えば、支持体の位置の追加／除去／変更、特徴の形状または大きさの変更などのための）物体の設計を変更することなどの、是正処置を手動で行うことができる。

特定の実施形態では、計算装置は、グラフィック形式で各位置について、決定された過熱指数などの過熱データを表示する／表すように構成される。例えば、図６は、シミュレートされた構築物に対する物体の異なる位置における過熱指数を描画する。各位置に対する過熱指数は、物体のデジタル図示上の位置で出力される異なる色、陰影、または数字によって図示されてもよい。

特定の実施形態では、熱蓄積および過熱は、支持体と物体の主要部分との間の境界点などで、構築される物体の断面における突然の変化によって発生する。例えば、図７に示すように、物体の断面に突然の変化はなく、したがって、過熱の位置は発生しない。しかしながら、図８に示すように、支持体と物体の主要部分との間の境界点で断面に突然の変化があると、これらの位置における過熱につながる。

上述のように、特定の実施形態では、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、そのような過熱を防止するために、物体の自動化された再設計をさらに提供する。

特定の実施形態では、上述したように、計算装置が過熱を有する可能性があると判断した位置について、計算装置は、物体の設計に関する是正処置を自動的に行う。例えば、計算装置は、過熱する可能性のある位置と物体の別の一部分または構築プラットフォームとの間に、１つまたは複数の支持体（例えば、円錐形の形状）を自動的に位置させてもよい。それに加えて、またはその代わりに、計算装置は、特定の層の設計を変更することによって、過熱が追加の層に亘ってより緩やかになる可能性のある位置において断面の突然の変化を設定してもよい。さらに、またはその代わりに、計算装置は、断面の突然の変化が少なく、支援設計がより良好になるように、（例えば、ある方向に一定量だけ）物体を回転させることによって、自動的に物体の向きを変える。

さらに、物体の再設計の代わりに、またはそれに加えて、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、過熱を防止するために物体を構築するための構築パラメータを自動的に変更することを提供する。

特定の実施形態では、上述したように、計算装置が過熱を有する可能性があると判定する位置について、計算装置は、過熱を有する可能性があると判定される任意の位置または層において、（例えば、添加剤製造装置のレーザ源によって提供されるような）エネルギー密度を低減するなどの是正処置を自動的に行う。例えば、エネルギー密度Ｅは、以下のように計算される。

ここで、Ｐは、レーザ出力（例えば、単位はＷ）である。ｖは、走査スピード（例えば、単位はｍｍ／ｓ）である。ｈは、ハッチ間隔（例えば、単位はｍｍ）である。ｔは、層厚（例えば、単位はｍｍ）である。

従って、計算装置は、電力の削減、速度の増加、ハッチ間隔の増加（例えば、走査方法の変更）、または層の厚さの増加のうちの１つまたは複数によって、エネルギー密度を減少させることを決定してもよい。計算装置は、物体の構築に使用されるジョブファイルにおいて、このような変更を行ってもよい。

次いで、計算装置は、再設計された物体に起こりそうな過熱の位置を決定するためのプロセス（例えば、プロセス５００）を再度実行し、および／または、構築パラメータを変更してもよい。計算装置は、物体に過熱の位置がないと判定するまで、物体の再設計および／または構築パラメータを変更し、プロセスを実行することを繰り返し続けてもよい。次いで、計算装置は、再設計されたように、および／または、変更された構築パラメータを使用して、物体の構築を引き起こしてもよい。

したがって、本明細書の実施形態は、添加剤製造を使用して構築された物体の過熱問題を改善するための自動化されたプロセスを提供する。

本明細書に開示される様々な実施形態は、コンピュータ制御システムの利用方法を提供する。当業者は、これらの実施形態が汎用および／または専用計算システムの環境または構成の両方を含む、多数の異なる種類の計算装置を使用して実装され得ることを容易に理解するであろう。上述の実施形態に関連して使用するのに適し得る周知の計算システム、環境、および／または構成の実施例には、パーソナルコンピュータ、サーバーコンピュータ、ハンドヘルドまたはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、プログラマブル家庭用電化製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステムまたはデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境などが含まれ得るが、これらに限定されない。これらの装置は、計算装置内のマイクロプロセッサによって実行されると、計算装置に命令を実行するための指定された動作を行わせる、記憶された命令を含んでもよい。本明細書で使用されるように、命令は、システム内の情報を処理するためのコンピュータ実装工程を指す。命令は、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアで実行することができ、システムの構成要素によって実行される任意の種類のプログラムされた工程を含む。

マイクロプロセッサは、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）Ｐｒｏプロセッサ、８０５１プロセッサ、ＭＩＰＳ（登録商標）プロセッサ、ＰｏｗｅｒＰＣ（登録商標）プロセッサ、またはＡｌｐｈａ（登録商標）プロセッサなどの従来の汎用のシングルチップまたはマルチチップマイクロプロセッサであってもよい。さらに、マイクロプロセッサは、デジタル信号プロセッサまたはグラフィックプロセッサなどの任意の従来の専用マイクロプロセッサであってもよい。マイクロプロセッサは、典型的には従来のアドレス線、従来のデータ線、および１つまたは複数の従来の制御線を有する。

本明細書で開示される本発明の態様および実施形態は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組合せを生成する、標準的なプログラミング技術またはエンジニアリング技術を使用して、方法、装置、または製造物品として実装され得る。本明細書で使用される「製造物品」という用語は、光記憶デバイスなどのハードウェアまたは非一時的なコンピュータ可読媒体、ならびに信号、搬送波などの揮発性または不揮発性メモリデバイス、または一時的なコンピュータ可読媒体で実装されるコードまたはロジックを指す。そのようなハードウェアは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Arrays,ＦＰＧＡｓ）、特定用途向け集積回路（Application-Specific Integrated Circuits,ＡＳＩＣｓ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Devices,ＣＰＬＤｓ）、プログラマブル論理アレイ（Programmable Logic Arrays,ＰＬＡｓ）、マイクロプロセッサ、または他の同様の処理デバイスを含んでもよいが、これらに限定されない。

Claims (14)

1. 物体のシミュレートされた添加剤製造構築において、前記物体の過熱の位置を決定するための、コンピュータによって実施される方法であって、
   前記物体の有限要素モデルを取得することと、
   前記物体の複数の位置における、経時的に推移する温度を決定することを含む前記有限要素モデルを用いて前記物体の構築をシミュレートすることと、
   前記物体の前記複数の位置における、経時的な推移に伴って、前記決定された温度に基づいて、
   前記複数の位置のそれぞれについて、経時的に推移する、対応する温度に基づいて最高温度を決定することと、
   前記複数の位置のそれぞれについて、熱勾配を抽出することと、および、
   前記複数の位置のそれぞれについて、熱係数を計算することと、および、
   前記複数の位置のそれぞれについて、対応する最高温度、熱勾配、および熱係数に基づいて、過熱指数を計算することと、
   を含む方法。
2. 前記温度を経時的に決定することは、伝導方程式および熱損失方程式に基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記最高温度は、前記シミュレートされた構築の時間の経過に伴って、前記位置で到達された最高温度である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記熱勾配は、前記シミュレートされた構築に使用される、シミュレートされた構築プラットフォームに垂直な方向である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記熱勾配は、伝導方程式および熱損失方程式から抽出される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記熱係数は、熱損失の一因となる、層体積対層底面積の比率として計算される幾何学的因子である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記物体のデジタル表現上の前記位置で出力される色、陰影、または数によって表されるような、前記複数の位置のそれぞれについての前記過熱指数を表示することをさらに含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. １つ以上の支持体を配置することのうちの１つ以上によって前記物体を自動的に再設計すること、または、少なくとも１つの過熱指数が過熱に直面する可能性のある位置を示すことを決定することに基づいて、構築プラットフォームに対して前記物体を再配向することと、
   前記複数の位置のそれぞれについて、前記再設計された物体に基づいて前記過熱指数を再計算することと、
   をさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 過熱指数が過熱を示さないと判定されるまで、前記物体を自動的に反復的に再設計することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. １つ以上の位置の対応する１つ以上の過熱指数が過熱を示すことを判定することに基づいて、前記１つ以上の位置におけるエネルギー密度を自動的に低減することと、
    前記複数の位置の各々について、前記１つ以上の位置における前記低減されたエネルギー密度に基づいて前記過熱指数を再計算することと、
    をさらに含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 過熱指数が過熱を示さないと判定されるまで、１つ以上の位置におけるエネルギー密度を自動的に反復的に低減させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 添加剤製造を使用して前記物体の製造を引き起こすことをさらに含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. コンピュータが実行可能な命令が記憶された、一時的でないコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、計算装置のプロセッサによって実行されるとき、前記計算装置に請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を実行させる、コンピュータ可読媒体。
14. メモリと、
    請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたプロセッサと、
    を備える、計算装置。
    

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