JP6962855B2 - 積層造形物設計支援装置、および、積層造形物設計支援方法 - Google Patents
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Description
本発明は、三次元プリンタで形成される積層造形物の設計を支援する積層造形物設計支援装置、および、積層造形物設計支援方法に関する。
積層造形とは、一般的に、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データなどから作成した三次元形状データ（以下、造形物と称す）にサポートを付与したモデル（以下、造形モデルと称す）を入力データとし、造形モデルと同形状の立体物（以下、造形形状と称す）を出力することであり、三次元印刷の一形態である。
積層造形は、数十〜数百μｍ程度の厚さの層を重ねていくことにより、形状を造形する技術である。金属材料を用いた積層造形は、材料を熱によって溶融・結合することで造形する方式が一般的であり、粉末床融結合方式、指向性エネルギー堆積方式などの各種方式が採用されている。
粉末床融結合方式は、パウダーベッド法ともよばれ、造形形状の断面を包含する領域に粉末を１層ごとに敷き詰め、造形形状がある箇所をレーザや電子ビームなどで溶融・結合する方式である。指向性エネルギー堆積方式は、パウダーデポジション法ともよばれ、造形形状がある箇所に粉末を供給してレーザなどで溶融・結合する方式である。
いずれの方式でも、入熱、放熱などの条件は、レーザの照射条件や造形物の形状などによって異なるため、温度履歴が異なる。温度履歴とは、造形形状が受ける温度変化の履歴を意味する。金属材料では、この温度履歴の違いによって、材料組織が変わるため、同じ粉末で造形しても造形物の材料物性が同じになるとは限らない。この材料物性の違いにより、欠陥組織領域が生じることもある。積層造形では、この欠陥組織領域の予測が重要である。
特許文献１には、造形物の部位ごとに残留応力が異なるため、造形形状の３ＤＣＡＤデータをメッシュ分割し有限要素法で温度履歴を算出するする技術が開示されている。これにより、入熱条件によるひずみへの影響を局所的な領域を対象にミクロスケールの解析で求めておき、この解析で求めたひずみ（固有ひずみ）を入力として、造形物全体の領域を対象にマクロ領域の解析を実施することで、変形や残留応力を予測する。
上で述べたように、造形物の温度履歴は、部位ごとに異なる。造形物全体を対象に微細なメッシュで温度履歴を求めると計算に膨大な期間がかかるため、欠陥組織領域を求めることは困難である。よって従来は、造形形状の組織欠陥が発生するとともに、組織欠陥に対処するための手戻りが発生していた。
そこで、本発明は、部位ごとに異なる温度履歴を短時間で計算して組織欠陥領域を求め、組織欠陥による手戻りを防止することを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明の積層造形物設計支援装置は、造形物の製品形状、材料条件、造形条件を入力として、マクロ領域とミクロ領域の造形プロセスを解析する解析部と、マクロ領域の温度解析結果から、ミクロ領域の温度履歴を格納したデータベースを参照して、局所的な温度履歴を抽出する温度履歴抽出部と、前記造形物の温度履歴分布から求めた組織分布を前記造形物にマッピングするマッピング部と、許容される組織条件を入力として、当該組織条件に反する欠陥組織を抽出する抽出部と、を備える。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明により、部位ごとに異なる温度履歴を短時間で計算でき、これによって組織欠陥領域を求めることができるようになり、組織欠陥による手戻りを防止できる。
さらに、組織状態値が許容閾値を超える箇所を明示できるため、造形物の設計変更の際の手がかりを与えることができる。これにより、材料物性が同じ造形物を造形する際の事前検討を可能にする。
さらに、組織状態値が許容閾値を超える箇所を明示できるため、造形物の設計変更の際の手がかりを与えることができる。これにより、材料物性が同じ造形物を造形する際の事前検討を可能にする。
以下、本発明の積層造形用入力データ作成装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図２から図５を参照して、代表的な金属の積層造形方法である粉末床融結合方式の三次元プリンタの動作について述べる。この三次元プリンタは、積層造形用入力データ作成装置が作成した造形モデルが入力されると、造形モデルと同形状の立体物（以下、造形形状と称す）を出力するものである。
図２は、粉末床融結合方式の三次元プリンタ５が、材料粉末６１を敷く動作を示す図である。
三次元プリンタ５は、筒状のチャンバ５１と、このチャンバ５１内に設置されたステージ５２と、ステージ５２を上下に可動させる支持部５３を備える。
粉末床融結合方式の三次元プリンタ５は、支持部５３を所定の距離だけ下降させると、不図示の供給部から供給された材料粉末６１を、不図示の篦等によりステージ５２上に敷く。これにより、所定の厚みをもった材料粉末６１の層がステージ５２上に形成される。
三次元プリンタ５は、筒状のチャンバ５１と、このチャンバ５１内に設置されたステージ５２と、ステージ５２を上下に可動させる支持部５３を備える。
粉末床融結合方式の三次元プリンタ５は、支持部５３を所定の距離だけ下降させると、不図示の供給部から供給された材料粉末６１を、不図示の篦等によりステージ５２上に敷く。これにより、所定の厚みをもった材料粉末６１の層がステージ５２上に形成される。
図３は、三次元プリンタ５が、粉末に対してレーザ照射したことを示す図である。
三次元プリンタ５は、不図示の照射部からレーザ５４を所望の位置に照射する。これにより、照射部位の材料粉末６１は溶融・結合する。このようにして立体物６２の一部が形成される。
三次元プリンタ５は、不図示の照射部からレーザ５４を所望の位置に照射する。これにより、照射部位の材料粉末６１は溶融・結合する。このようにして立体物６２の一部が形成される。
図４は、三次元プリンタ５が、粉末の敷き詰めとレーザ照射とを繰り返したことを示す図である。
ここでは、三次元プリンタ５が、１層分の材料粉末６１を敷き詰めてレーザ５４を照射し、更に１層分の材料粉末６１の敷き詰めたのち、レーザ５４を照射しているところである。このようにして、立体物６２の一部が形成される。
ここでは、三次元プリンタ５が、１層分の材料粉末６１を敷き詰めてレーザ５４を照射し、更に１層分の材料粉末６１の敷き詰めたのち、レーザ５４を照射しているところである。このようにして、立体物６２の一部が形成される。
図５は、積層造形方法において造形された物体を示す図である。
ここでは、三次元プリンタ５が、１層分の材料粉末６１の敷き詰めとレーザ照射とを６回繰り返して、立体物６２を形成したことを示している。
ここでは、三次元プリンタ５が、１層分の材料粉末６１の敷き詰めとレーザ照射とを６回繰り返して、立体物６２を形成したことを示している。
立体物６２を形成したとき、材料粉末６１はそのまま残る。取り出した立体物６２にくっついている材料粉末６１は、気体で吹き飛ばすなどの処置により取り除かれる。溶融・結合する部分は、上述したとおり、既に溶融・結合した部分の上部（水平方向長さが許容内の斜め上部を含む）とするのが基本である。しかしながら、任意に指定された造形物の形状は、未溶融部上部の溶融・結合を必要とするケースが多くあり、サポートを付与することにより、前述の基本を守っている。このため、溶融領域は、造形材料、ベースプレート材料、雰囲気などに接している。この造形材料は、粉末状態、溶融状態、溶融凝固後状態など、複数の状態にある。
以下、本発明の装置構成について説明する。
図１は、本実施形態における積層造形用入力データ作成装置１の構成図である。
積層造形用入力データ作成装置１（積層造形物設計支援装置）は、一般的な積層造形に必要な情報を入力するため、製品形状入力部２１と、材料入力部２２と、装置・造形条件入力部２３を備える。製品形状入力部２１は、積層造形する形状を入力する部位である。材料入力部２２は、原料の粉末名とベースプレートの材質名を入力する部位である。装置・造形条件入力部２３は、レーザ５４の移動速度などの装置条件および、その他の造形条件を入力する部位である。
図１は、本実施形態における積層造形用入力データ作成装置１の構成図である。
積層造形用入力データ作成装置１（積層造形物設計支援装置）は、一般的な積層造形に必要な情報を入力するため、製品形状入力部２１と、材料入力部２２と、装置・造形条件入力部２３を備える。製品形状入力部２１は、積層造形する形状を入力する部位である。材料入力部２２は、原料の粉末名とベースプレートの材質名を入力する部位である。装置・造形条件入力部２３は、レーザ５４の移動速度などの装置条件および、その他の造形条件を入力する部位である。
入熱前温度区分テーブル入力部２４は、ミクロ領域の境界条件として、欠陥組織を判定するために必要な温度刻みなどを設定した入熱前温度区分テーブル２４１を、ミクロ領域追加解析判定部３２に出力する。
幾何形状区分テーブル入力部２５は、ミクロ領域周囲の幾何形状（粉末、溶融、凝固の形状）の分類を設定した幾何形状区分テーブル２５１を、ミクロ領域追加解析判定部３２に出力する。
幾何形状区分テーブル入力部２５は、ミクロ領域周囲の幾何形状（粉末、溶融、凝固の形状）の分類を設定した幾何形状区分テーブル２５１を、ミクロ領域追加解析判定部３２に出力する。
これらと造形装置データベース４１と材料物性データベース４２から得られた情報を、造形物全体で概算的な温度履歴を計算するマクロ領域造形プロセス解析部３１に入力する。そして、マクロ領域造形プロセス解析部３１で得られた結果の温度と形状をキーに、レーザ照射部近傍の温度履歴の計算結果を蓄積するミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４から、該当する温度履歴と幾何形状のデータがあるか否かをミクロ領域追加解析判定部３２で判定する。
このとき、該当する温度履歴と幾何形状のデータがない場合は、ミクロ領域造形プロセス解析部４３で解析し、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４に格納する。その後、入熱前温度・幾何形状に基づく温度履歴抽出部３３は、該当の温度履歴を抽出する。このとき、金属組織への影響が大きい温度指標である冷却速度と温度勾配を計算し、抽出してもよい。
次に温度履歴に基づき組織を予測する組織予測部３４は、例えば有限要素解析メッシュの１節点ごとの組織を予測する。このとき、実験的に求めた数式やフェーズフィールド法などの手法のほか、凝固マップのように温度履歴から求めた温度指標と金属組織の関係を凝固マップデータベースとしておき、必要なデータを抽出してもよい。
続いて、許容組織条件入力部２６は、組織指標の許容閾値を入力する。組織分布マッピング部３５は、予測した金属組織を造形物にマッピングする。欠陥組織領域抽出部３６は、予測した金属組織を造形物にマッピングした可視化データから、許容できない金属組織を欠陥領域として抽出し、入出力部１１に表示する。これにより、例えば、造形物内部において、解析結果上で欠陥と判定した組織の箇所を可視化し、材料試験などの手段でこれらの箇所を評価することにより、効率的に造形物全体の信頼性評価を行うことができる。
以下、本発明の主な構成部で実行する処理フローについて説明する。この説明を簡単にするため、マクロ領域造形プロセス解析部３１で用いるメッシュを六面体要素の集合とした例を用いる。
図６は、マクロ領域で用いられるメッシュを示す図である。
造形物７のマクロ領域で用いられるメッシュは、直交格子状の六面体である。このメッシュの各面の法線は、図６に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のいずれかと平行とする。このうち、＋ｚ軸方向は、積層方向である。
造形物７のマクロ領域で用いられるメッシュは、直交格子状の六面体である。このメッシュの各面の法線は、図６に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のいずれかと平行とする。このうち、＋ｚ軸方向は、積層方向である。
図７は、ミクロ領域の各面を示す図である。
六面体メッシュ７１は、直交格子状である。六面体メッシュ７１のｘ軸方向やｙ軸方向の各面は、ミクロ領域の側面７２〜７５であり、−ｚ軸方向の面は、ミクロ領域の底面７６である。なお、＋ｚ軸方向の上面７７は、上部空間に開放されている。
六面体メッシュ７１は、直交格子状である。六面体メッシュ７１のｘ軸方向やｙ軸方向の各面は、ミクロ領域の側面７２〜７５であり、−ｚ軸方向の面は、ミクロ領域の底面７６である。なお、＋ｚ軸方向の上面７７は、上部空間に開放されている。
六面体メッシュ７１は、底面７６で前回の積層領域と接し、側面７２〜７５で隣接するメッシュと接する。六面体メッシュ７１は、右に隣接するメッシュ７１Ｒと側面７３を介して接し、左に隣接するメッシュ７１Ｌと側面７５を介して接している。六面体メッシュ７１は更に、奧に隣接するメッシュ７１Ｂと側面７４を介して接し、手前側に隣接するメッシュ（不図示）と側面７２を介して接している。六面体メッシュ７１の温度履歴は、隣接するメッシュの温度および状態に基づいて決定することができる。
図８は、ミクロ領域追加解析判定部３２の処理を示すフローチャートである。
ミクロ領域追加解析判定部３２は、下記の処理を実行する。以下、説明を簡単にするため、直交格子状の六面体メッシュの場合を例に説明する。
ミクロ領域追加解析判定部３２は、マクロ領域造形プロセス解析結果から、各要素各面の入熱前温度を取得する（ステップＳ１０）。そして、ミクロ領域追加解析判定部３２は、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析したメッシュから、隣接領域の状態（粉末、溶融、凝固など）を取得する（ステップＳ１１）。
ミクロ領域追加解析判定部３２は、下記の処理を実行する。以下、説明を簡単にするため、直交格子状の六面体メッシュの場合を例に説明する。
ミクロ領域追加解析判定部３２は、マクロ領域造形プロセス解析結果から、各要素各面の入熱前温度を取得する（ステップＳ１０）。そして、ミクロ領域追加解析判定部３２は、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析したメッシュから、隣接領域の状態（粉末、溶融、凝固など）を取得する（ステップＳ１１）。
ミクロ領域追加解析判定部３２は、入熱前温度区分テーブル２４１（図９参照）に基づき、ミクロ領域の温度の境界条件を決定する（ステップＳ１２）。ミクロ領域追加解析判定部３２は更に、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した境界条件と異なるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１の境界条件と異なる場合（Ｙｅｓ）、その条件でミクロ領域造形プロセス解析を実行し（ステップＳ１４）、その結果をミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４に格納する（ステップＳ１８）。ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した境界条件と異ならない場合（Ｎｏ）、ステップＳ１５の処理に進む。
ステップＳ１３において、ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１の境界条件と異なる場合（Ｙｅｓ）、その条件でミクロ領域造形プロセス解析を実行し（ステップＳ１４）、その結果をミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４に格納する（ステップＳ１８）。ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した境界条件と異ならない場合（Ｎｏ）、ステップＳ１５の処理に進む。
図９は、入熱前温度区分テーブル２４１の一例を示す図である。
この入熱前温度区分テーブル２４１は、入熱前の底面温度および第１〜第４側面温度と、入熱後の第１〜第４側面温度を対応づけたテーブルである。このように、局所領域の境界条件を単純化しているので、ミクロ領域造形プロセスの解析回数を減すことができる。また部位ごとに異なる温度履歴を、テーブル参照により短時間で求めることができる。ここでは、２０℃と６００℃の組み合わせで構成されているが、更に細かい温度刻みとしてもよい。入熱前温度区分テーブル２４１は、例えば、実験で検証済みの解析条件のリストとし、複数の指標の温度を組み合わせたテーブルとしてもよい。
この入熱前温度区分テーブル２４１は、入熱前の底面温度および第１〜第４側面温度と、入熱後の第１〜第４側面温度を対応づけたテーブルである。このように、局所領域の境界条件を単純化しているので、ミクロ領域造形プロセスの解析回数を減すことができる。また部位ごとに異なる温度履歴を、テーブル参照により短時間で求めることができる。ここでは、２０℃と６００℃の組み合わせで構成されているが、更に細かい温度刻みとしてもよい。入熱前温度区分テーブル２４１は、例えば、実験で検証済みの解析条件のリストとし、複数の指標の温度を組み合わせたテーブルとしてもよい。
図８に戻り、ステップＳ１５の処理を説明する。ミクロ領域追加解析判定部３２は、幾何形状区分テーブル２５１（図１０参照）に基づき、ミクロ領域周囲の幾何形状（粉末、溶融、凝固の形状）の分類を決定する（ステップＳ１５）。更にミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものが、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した幾何形状の分類と異なるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものの幾何形状の分類が、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した幾何形状の分類と異なる場合（Ｙｅｓ）、その条件でミクロ領域造形プロセス解析を実行する（ステップＳ１７）。ミクロ領域追加解析判定部３２は、その結果をミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４に格納する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１６において、ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものの幾何形状の分類が、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した幾何形状の分類と異ならない場合（Ｎｏ）、図８の処理を終了する。
ステップＳ１６において、ミクロ領域追加解析判定部３２は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４のうち最も近いものの幾何形状の分類が、マクロ領域造形プロセス解析部３１が解析した幾何形状の分類と異ならない場合（Ｎｏ）、図８の処理を終了する。
図１０は、幾何形状区分テーブル２５１の一例を示す図である。
幾何形状区分テーブル２５１は、入熱前の底面および第１〜第４側面の幾何形状、上面接触気体と、入熱後の第１〜第４側面の幾何形状とを対応づけたテーブルである。このように、ミクロ領域の幾何形状の分類を単純化しているので、ミクロ領域造形プロセスの解析回数を減らすことができる。また部位ごとに異なる温度履歴を、テーブル参照により短時間で求めることができる。
幾何形状区分テーブル２５１は、例えば、実験で検証済みの解析条件のリストとし、複数の指標の温度を組み合わせたテーブルとしてもよく、固体だけでなく液体や気体の条件を設定してもよい。
幾何形状区分テーブル２５１は、入熱前の底面および第１〜第４側面の幾何形状、上面接触気体と、入熱後の第１〜第４側面の幾何形状とを対応づけたテーブルである。このように、ミクロ領域の幾何形状の分類を単純化しているので、ミクロ領域造形プロセスの解析回数を減らすことができる。また部位ごとに異なる温度履歴を、テーブル参照により短時間で求めることができる。
幾何形状区分テーブル２５１は、例えば、実験で検証済みの解析条件のリストとし、複数の指標の温度を組み合わせたテーブルとしてもよく、固体だけでなく液体や気体の条件を設定してもよい。
図１１は、温度履歴抽出部３３の処理を示すフローチャートである。
温度履歴抽出部３３は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４内に格納済みのミクロ領域造形プロセス解析結果から、入熱前温度と隣接領域の状態が最も近いものを選択する（ステップＳ２０）。更に温度履歴抽出部３３は、選択したミクロ領域造形プロセス解析結果から、溶融領域（メルトプール）近傍の温度履歴を抽出して（ステップＳ２１）、図９の処理を終了する。
温度履歴抽出部３３は、解析結果を格納したデータベースを参照して温度履歴を抽出しているので、部位ごとに異なる温度履歴を短時間で得ることができる。
温度履歴抽出部３３は、ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース４４内に格納済みのミクロ領域造形プロセス解析結果から、入熱前温度と隣接領域の状態が最も近いものを選択する（ステップＳ２０）。更に温度履歴抽出部３３は、選択したミクロ領域造形プロセス解析結果から、溶融領域（メルトプール）近傍の温度履歴を抽出して（ステップＳ２１）、図９の処理を終了する。
温度履歴抽出部３３は、解析結果を格納したデータベースを参照して温度履歴を抽出しているので、部位ごとに異なる温度履歴を短時間で得ることができる。
図１２は、組織分布マッピング部３５の処理と欠陥組織領域抽出部３６の処理を示すフローチャートである。
最初、組織分布マッピング部３５は、金属組織を造形物にマッピングする（ステップＳ３０）。
欠陥組織領域抽出部３６は、許容組織条件と照合し、許容できない領域を金属組織の欠陥領域として抽出し（ステップＳ３１）、入出力部１１で表示する（ステップＳ３２）。
なお、欠陥組織領域抽出部３６は、凝固マップを用いて、温度履歴から冷却速度や温度勾配など、金属組織や造形物の信頼性に影響する指標を計算し、これを入出力部１１で表示してもよい。
最初、組織分布マッピング部３５は、金属組織を造形物にマッピングする（ステップＳ３０）。
欠陥組織領域抽出部３６は、許容組織条件と照合し、許容できない領域を金属組織の欠陥領域として抽出し（ステップＳ３１）、入出力部１１で表示する（ステップＳ３２）。
なお、欠陥組織領域抽出部３６は、凝固マップを用いて、温度履歴から冷却速度や温度勾配など、金属組織や造形物の信頼性に影響する指標を計算し、これを入出力部１１で表示してもよい。
図１３は、入出力部１１が表示する入力画面９を示す図である。
入出力部１１では、造形形状名９１、材料名９２、造形条件名９３、入熱前温度区分テーブル名９４、幾何形状区分テーブル名９５を、オペレータが指定できるようにした。
入出力部１１では、造形形状名９１、材料名９２、造形条件名９３、入熱前温度区分テーブル名９４、幾何形状区分テーブル名９５を、オペレータが指定できるようにした。
造形形状名９１は、この積層造形用入力データ作成装置１が取り扱う造形形状のファイル名である。製品形状入力部２１は、造形形状名９１によって造形形状のファイル名を取得し、このファイルの情報をマクロ領域造形プロセス解析部３１に出力する。
材料名９２は、立体物を造形するための材料の名称である。材料入力部２２は、この材料名９２によって材料の情報を取得し、この材料の情報をマクロ領域造形プロセス解析部３１に出力する。
造形条件名９３は、立体物を造形する際の条件名である。装置・造形条件入力部２３は、この造形条件名９３によって立体物を造形する際の条件ファイルを取得し、このファイルの情報をマクロ領域造形プロセス解析部３１に出力する。
入熱前温度区分テーブル名９４は、ミクロ領域の境界条件として、欠陥組織を判定するために必要な温度刻みなどを設定した入熱前温度区分テーブル２４１の名称である。入熱前温度区分テーブル入力部２４は、この入熱前温度区分テーブル名９４によって、入熱前温度区分テーブル２４１を取得し、このファイルの情報をマクロ領域造形プロセス解析部３１に出力する。
幾何形状区分テーブル名９５は、クロ領域周囲の幾何形状（粉末、溶融、凝固の形状）の分類を設定した幾何形状区分テーブル２５１の名称である。幾何形状区分テーブル入力部２５は、この幾何形状区分テーブル名９５によって、幾何形状区分テーブル２５１を取得し、このファイルの情報をマクロ領域造形プロセス解析部３１に出力する。
許容組織条件指標９６は、組織指標の許容閾値である。許容組織条件入力部２６は、この許容組織条件指標９６に入力された許容閾値を、組織分布マッピング部３５に出力する。
実行ボタン９７は、積層造形用入力データ作成装置１の動作を実行させるボタンである。
許容組織条件指標９６は、組織指標の許容閾値である。許容組織条件入力部２６は、この許容組織条件指標９６に入力された許容閾値を、組織分布マッピング部３５に出力する。
実行ボタン９７は、積層造形用入力データ作成装置１の動作を実行させるボタンである。
図１４は、造形物８１２の表示画面８１を示す図である。
この表示画面８１には、タイトルバーにファイル名“PLATE0403.STL”が表示され、ウインドウ本体に造形物８１２と、積層方向を示す矢印８１１とが表示されている。入出力部１１は、表示画面８１において、許容できない領域を欠陥領域８１３として黒塗りで表示し、それ以外を白塗りで表示している。この例では、下層の溶融、凝固した場所には、欠陥領域８１３が形成される。それ以外の場所には、非欠陥領域８１４が形成される。
この表示画面８１には、タイトルバーにファイル名“PLATE0403.STL”が表示され、ウインドウ本体に造形物８１２と、積層方向を示す矢印８１１とが表示されている。入出力部１１は、表示画面８１において、許容できない領域を欠陥領域８１３として黒塗りで表示し、それ以外を白塗りで表示している。この例では、下層の溶融、凝固した場所には、欠陥領域８１３が形成される。それ以外の場所には、非欠陥領域８１４が形成される。
図１５は、欠陥領域８１３の抽出画面８２を示す図である。
この抽出画面８２には、タイトルバーにファイル名“PLATE0403.STL”が表示され、ウインドウ本体に抽出された欠陥領域８１３が表示されている。このように、本実施形態の積層造形用入力データ作成装置１によれば、造形物内部の欠陥も可視化することができる。
抽出画面８２によれば、組織状態値が許容閾値を超える箇所を明示できる。そのため造形物の設計変更の際の手がかりを与えることができる。これにより、材料物性が同じ造形物を造形する際の事前検討を可能にする。
この抽出画面８２には、タイトルバーにファイル名“PLATE0403.STL”が表示され、ウインドウ本体に抽出された欠陥領域８１３が表示されている。このように、本実施形態の積層造形用入力データ作成装置１によれば、造形物内部の欠陥も可視化することができる。
抽出画面８２によれば、組織状態値が許容閾値を超える箇所を明示できる。そのため造形物の設計変更の際の手がかりを与えることができる。これにより、材料物性が同じ造形物を造形する際の事前検討を可能にする。
（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。
（ａ） 造形物のマクロ領域で用いられるメッシュは、直交格子状の六面体に限られず、例えば三角柱や六角柱など、任意の幾何学形状であってもよい。
（ｂ） 本発明は、粉末床融結合方式の三次元プリンタに限定されず、指向性エネルギー堆積方式の三次元プリンタに適用してもよく、限定されない。
（ｃ） 入熱前温度区分テーブルと幾何形状区分テーブルは、いずれか一方だけを適用してもよい。
（ｂ） 本発明は、粉末床融結合方式の三次元プリンタに限定されず、指向性エネルギー堆積方式の三次元プリンタに適用してもよく、限定されない。
（ｃ） 入熱前温度区分テーブルと幾何形状区分テーブルは、いずれか一方だけを適用してもよい。
１ 積層造形用入力データ作成装置 （積層造形用設計支援装置）
１１ 入出力部
２１ 製品形状入力部
２２ 材料入力部
２３ 装置・造形条件入力部
２４ 入熱前温度区分テーブル入力部
２４１ 入熱前温度区分テーブル
２５ 幾何形状区分テーブル入力部
２５１ 幾何形状区分テーブル
２６ 許容組織条件入力部
３１ マクロ領域造形プロセス解析部 （解析部）
３２ ミクロ領域追加解析判定部 （追加解析判定部）
３３ 温度履歴抽出部
３４ 組織予測部
３５ 組織分布マッピング部 （マッピング部）
３６ 欠陥組織領域抽出部 （抽出部）
４１ 造形装置データベース
４２ 材料物性データベース
４３ ミクロ領域造形プロセス解析部 （解析部）
４４ ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース （データベース）
５ 三次元プリンタ
５１ チャンバ
５２ ステージ
５３ 支持部
５４ レーザ
６１ 材料粉末
６２ 立体物
８１ 表示画面
７ 造形物
７１ 六面体メッシュ
７１Ｌ，７１Ｒ，７１Ｂ メッシュ
７２〜７５ 側面
７６ 底面
７７ 上面
８１１ 矢印
８１２ 造形物
８１３ 欠陥領域
８１４ 非欠陥領域
８２ 抽出画面
９１ 造形形状名
９２ 材料名
９３ 造形条件名
９４ 入熱前温度区分テーブル名
９５ 幾何形状区分テーブル名
９６ 許容組織条件指標
９７ 実行ボタン
１１ 入出力部
２１ 製品形状入力部
２２ 材料入力部
２３ 装置・造形条件入力部
２４ 入熱前温度区分テーブル入力部
２４１ 入熱前温度区分テーブル
２５ 幾何形状区分テーブル入力部
２５１ 幾何形状区分テーブル
２６ 許容組織条件入力部
３１ マクロ領域造形プロセス解析部 （解析部）
３２ ミクロ領域追加解析判定部 （追加解析判定部）
３３ 温度履歴抽出部
３４ 組織予測部
３５ 組織分布マッピング部 （マッピング部）
３６ 欠陥組織領域抽出部 （抽出部）
４１ 造形装置データベース
４２ 材料物性データベース
４３ ミクロ領域造形プロセス解析部 （解析部）
４４ ミクロ領域造形プロセス解析結果データベース （データベース）
５ 三次元プリンタ
５１ チャンバ
５２ ステージ
５３ 支持部
５４ レーザ
６１ 材料粉末
６２ 立体物
８１ 表示画面
７ 造形物
７１ 六面体メッシュ
７１Ｌ，７１Ｒ，７１Ｂ メッシュ
７２〜７５ 側面
７６ 底面
７７ 上面
８１１ 矢印
８１２ 造形物
８１３ 欠陥領域
８１４ 非欠陥領域
８２ 抽出画面
９１ 造形形状名
９２ 材料名
９３ 造形条件名
９４ 入熱前温度区分テーブル名
９５ 幾何形状区分テーブル名
９６ 許容組織条件指標
９７ 実行ボタン
Claims (6)
- 造形物の製品形状、材料条件、造形条件を入力として、マクロ領域とミクロ領域の造形プロセスを解析する解析部と、
マクロ領域の温度解析結果から、ミクロ領域の温度履歴を格納したデータベースを参照して、局所的な温度履歴を抽出する温度履歴抽出部と、
前記造形物の温度履歴分布から求めた組織分布を前記造形物にマッピングするマッピング部と、
許容される組織条件を入力として、当該組織条件に反する欠陥組織を抽出する抽出部と、
を備えることを特徴とする積層造形物設計支援装置。 - 入熱前温度区分テーブルに基づいて局所領域の温度境界条件を決定し、前記データベースに前記温度境界条件が格納されていない場合、前記解析部に対して当該局所領域を対象とするミクロ領域の解析を実施させ、前記データベースに追加させる追加解析判定部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の積層造形物設計支援装置。 - 前記入熱前温度区分テーブルには、前記欠陥組織を判定するために必要な温度の境界条件が格納されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の積層造形物設計支援装置。 - 幾何形状区分テーブルに基づいて局所領域の幾何形状分類を決定し、前記データベースに前記幾何形状分類が格納されていない場合、前記解析部に対して当該局所領域を対象にミクロ領域の解析を実施させ、前記データベースに追加させる追加解析判定部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の積層造形物設計支援装置。 - 前記幾何形状区分テーブルには、前記欠陥組織を判定するために必要な形状のタイプが格納されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の積層造形物設計支援装置。 - 造形物の製品形状、材料条件、造形条件を入力として、マクロ領域とミクロ領域の造形プロセスを解析するステップと、
マクロ領域の温度解析結果から、ミクロ領域の温度履歴を格納したデータベースを参照して、局所的な温度履歴を抽出するステップと、
前記造形物の温度履歴分布から求めた組織分布を前記造形物にマッピングするステップと、
許容される組織条件を入力として、当該組織条件に反する欠陥組織を抽出するステップと、
を実行することを特徴とする積層造形物設計支援方法。
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|---|---|---|---|
| JP2018077301A JP6962855B2 (ja) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 積層造形物設計支援装置、および、積層造形物設計支援方法 |
| PCT/JP2019/010759 WO2019198417A1 (ja) | 2018-04-13 | 2019-03-15 | 積層造形物設計支援装置、および、積層造形物設計支援方法 |
| US17/047,010 US11796980B2 (en) | 2018-04-13 | 2019-03-15 | Additive-manufactured object design supporting device and additive-manufactured object design supporting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018077301A JP6962855B2 (ja) | 2018-04-13 | 2018-04-13 | 積層造形物設計支援装置、および、積層造形物設計支援方法 |
Publications (2)
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| JP2019183238A JP2019183238A (ja) | 2019-10-24 |
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ID=68163352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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-
2019
- 2019-03-15 US US17/047,010 patent/US11796980B2/en active Active
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|---|---|
| US11796980B2 (en) | 2023-10-24 |
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