JPWO2018123858A1 - 熱変形量演算装置、３次元積層システム、３次元積層方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
熱変形量演算装置は、３次元積層装置で材料を順次積層、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析する熱変形量演算装置であって、１つの層は、前記３次元積層装置から入熱を受ける単位である複数の入熱部により構成されており、前記複数の入熱部が入熱を受ける順番である入熱パターンを受け付ける入熱パターン受付部と、前記入熱パターンに基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する拘束条件抽出部と、前記拘束条件に基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める固有ひずみ決定部と、前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて前記製品の熱変形を求める熱変形量決定部と、を備える。
Description
本発明は、熱変形量演算装置、３次元積層システム、３次元積層方法及びプログラムに関する。
本願は、２０１６年１２月２６日に日本に出願された特願２０１６−２５１１３８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１６年１２月２６日に日本に出願された特願２０１６−２５１１３８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
３次元積層装置（所謂、３Ｄプリンタ）で積層して造形する３次元積層製品（以降、製品）は、複雑で精緻な部品形状が実現できるものとして期待されている。
製品の積層時、特に、複雑な形状の製品を積層するときには、その形状が意図した通りに製作されるように、製品を支持する支持部も同時並行で積層されていく。しかしながら、この支持部の剛性が十分でない場合、積層の途中でそりが発生し、次の積層に進むことができず、意図した形状への造形ができない不具合が発生している。これは、積層時の熱伝導により、熱変形（熱収縮）が発生するためであり、その結果、設計形状との形状差が生じている。
そのため、現状では、支持部の位置、形状などを属人的に設定し、製品の試作を行い、熱変形の有無を確認することを繰り返しており、熱変形を低減できる支持部の設定に多くの時間を要している。一方で、支持部は積層後に取り外すため、その剛性を一概に強くしても良いわけではない。つまり、支持部は、熱変形は抑制するが、積層後に取り外しやすい剛性が望ましい。
そのため、熱変形は抑制するが、積層後に取り外しやすい剛性を実現する支持部の構造を正確に予測する必要がある。その予測を正確に行う１つの方法として、入熱されることで硬化する製品や支持部を構成する粉末をモデル化し、そのモデルを用いて支持部の構造をシミュレーションすることが考えられる。しかしながら、膨大な数の粉末についてシミュレーションを行うため、非常に時間が掛かる。また、その予測を正確に行う別の方法として、その粉末が硬化したときの固有ひずみを用いて製品や支持部の構造をシミュレーションすることが考えられる。しかしながら、支持部を構成する粉末が硬化した材料の固有ひずみは物性により1つの値に定まる。そのため、支持部の構造が異なる場合であっても同一の固有ひずみを用いて支持部の構造のシミュレーションが行われることになり、支持部の構造を正確に特定することができない。
本発明は、上記の課題を解決することのできる熱変形量演算装置、３次元積層システム、３次元積層方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明の一つの態様によれば、熱変形量演算装置は、３次元積層装置で材料を順次積層、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析する熱変形量演算装置であって、１つの層は、前記３次元積層装置から入熱を受ける単位である複数の入熱部により構成されており、前記複数の入熱部が入熱を受ける順番である入熱パターンを受け付ける入熱パターン受付部と、前記入熱パターンに基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する拘束条件抽出部と、前記拘束条件に基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める固有ひずみ決定部と、前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて前記製品の熱変形を求める熱変形量決定部と、を備える。
本発明の実施形態による熱変形量演算装置によれば、短時間で正確に積層構造物の熱変形量を評価することができる。
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、図１に示すように、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
以下、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、図１に示すように、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
３次元積層装置３０は、例えば、薄く積層した粉末をレーザ（又は電子ビーム）により焼結又は溶融固化させ、焼結又は溶融固化させた材料を積層して３次元形状の製品を造形する「粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式」の装置である。なお、３次元積層装置３０には、様々な方式の装置がある。例えば、３次元積層装置３０は、材料を焼結又は溶融固化させる方式の装置、「指向性エネルギ堆積（Directed Energy Deposition）方式」の装置などであってもよい。
ネットワーク２０は、イーサネット（登録商標）などである。ネットワーク２０は、有線であっても無線であってもよい。また、ネットワーク２０は、インターネットなどのネットワークであってもよい。その場合には、データ作成装置１０の遠隔地に３次元積層装置３０があっても、データ作成装置１０と３次元積層装置３０は、ネットワーク２０を介して、通信可能である。なお、データ作成装置１０と３次元積層装置３０とが近接して配置できる場合には、ネットワーク２０を介さず、データ作成装置１０と３次元積層装置３０を直接接続してもよい。
データ作成装置１０は、３次元積層装置３０が３次元形状の製品を造形する際に用いる造形データを作成し、３次元積層装置３０への操作を指示する装置である。
具体的には、データ作成装置１０は、製品の３次元形状を示す製品形状データを読み込む。データ作成装置１０は、製品を支持する支持部に使用される部材の量が最小となる製品の姿勢を決定する。データ作成装置１０は、熱弾塑性解析を用いて固有ひずみを導出する。データ作成装置１０は、導出した固有ひずみを境界条件とした支持部の寸法を最適化するサポート寸法最適化解析を行う。データ作成装置１０は、製品の層毎の寸法を造形データに変換する。データ作成装置１０は、製品の施工条件を設定する。データ作成装置１０は、３次元積層装置３０に製品を製造させる。
具体的には、データ作成装置１０は、製品の３次元形状を示す製品形状データを読み込む。データ作成装置１０は、製品を支持する支持部に使用される部材の量が最小となる製品の姿勢を決定する。データ作成装置１０は、熱弾塑性解析を用いて固有ひずみを導出する。データ作成装置１０は、導出した固有ひずみを境界条件とした支持部の寸法を最適化するサポート寸法最適化解析を行う。データ作成装置１０は、製品の層毎の寸法を造形データに変換する。データ作成装置１０は、製品の施工条件を設定する。データ作成装置１０は、３次元積層装置３０に製品を製造させる。
本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００は、データ作成装置１０に備えられる。３次元積層熱変形量演算装置１００は、上述のデータ作成装置１０が行う処理のうち、熱弾塑性解析を用いて固有ひずみを導出する処理を行う装置である。
本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００は、３次元積層装置で材料を順次積層し、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析して（熱弾塑性解析を行い）固有ひずみを導出する処理を行う。
３次元積層熱変形量演算装置１００は、図２に示すように、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。
３次元積層熱変形量演算装置１００は、図２に示すように、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。
入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける。入熱部とは、３次元積層装置が積層する際に、粉末に熱が加えられる領域である。入熱パターンとは、例えば、入熱を受ける順番など、入熱部が入熱される決まりごとを示すものである。
拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１が受け付けた入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する。ここで、拘束条件とは、入熱部の周辺に位置する入熱部の入熱状況に応じて決定される条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２が抽出した拘束条件に基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める。
熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３が求めた複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を求める。
ここで、入熱パターンについて説明する。
入熱パターンは、ある１つの層における断面を、例えば５ｍｍごとの碁盤の目状に分割して、それぞれのマス目が示す領域に熱を加える順番を示す。ここでの、各領域が入熱部である。熱が加えられた領域の粉末は互いに結合してその断面における製品の層を形成する。分割された領域についての入熱パターンは、例えば、図３における（ａ）〜（ｄ）の部分に示すように決定される。具体的には、断面が８×８の領域で表される場合、まず、図３における（ａ）の部分に示すように、１〜１６の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この１〜１６の１６個の領域において熱を加える順番は、乱数などを用いてランダムに決定される。次に、図３における（ｂ）の部分に示すように、１７〜３２の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この１７〜３２の１６個の領域において熱を加える順番は、ランダムに決定される。次に、図３における（ｃ）の部分に示すように、３３〜４８の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この３３〜４８の１６個の領域において熱を加える順番は、ランダムに決定される。最後に、図３における（ｄ）の部分に示すように、４９〜６４の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この４９〜６４の１６個の領域において熱を加える順番はランダムに決定される。
入熱パターンは、ある１つの層における断面を、例えば５ｍｍごとの碁盤の目状に分割して、それぞれのマス目が示す領域に熱を加える順番を示す。ここでの、各領域が入熱部である。熱が加えられた領域の粉末は互いに結合してその断面における製品の層を形成する。分割された領域についての入熱パターンは、例えば、図３における（ａ）〜（ｄ）の部分に示すように決定される。具体的には、断面が８×８の領域で表される場合、まず、図３における（ａ）の部分に示すように、１〜１６の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この１〜１６の１６個の領域において熱を加える順番は、乱数などを用いてランダムに決定される。次に、図３における（ｂ）の部分に示すように、１７〜３２の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この１７〜３２の１６個の領域において熱を加える順番は、ランダムに決定される。次に、図３における（ｃ）の部分に示すように、３３〜４８の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この３３〜４８の１６個の領域において熱を加える順番は、ランダムに決定される。最後に、図３における（ｄ）の部分に示すように、４９〜６４の１６個の領域について熱を加える順番が決定される。この４９〜６４の１６個の領域において熱を加える順番はランダムに決定される。
なお、分割された領域についての入熱パターンは、周囲からの拘束の有無に影響を受ける。例えば、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域は存在しない。そのため、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域は、熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響は小さい場合が多い。
また、例えば、図３において（ｃ）の部分に示した３３で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が３つ存在する。そのため、３３で示される領域は、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域よりも熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響は大きい場合が多い。また、例えば、図３において（ｄ）の部分に示した５０で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が４つ存在する。そのため、５０で示される領域は、３３で示される領域よりも熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響は大きい場合が多い。
また、図３において（ｅ）の部分に示すように、１〜１６の１６個の領域の次に１７〜３２の１６個の領域に熱が加えられる場合、例えば、１８で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が２つ存在する。そのため、図３において（ｅ）の部分に示す１８で示される領域は、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域と図３において（ｃ）の部分に示した３３で示される領域との間の熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響となる場合が多い。
また、例えば、図３において（ｃ）の部分に示した３３で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が３つ存在する。そのため、３３で示される領域は、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域よりも熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響は大きい場合が多い。また、例えば、図３において（ｄ）の部分に示した５０で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が４つ存在する。そのため、５０で示される領域は、３３で示される領域よりも熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響は大きい場合が多い。
また、図３において（ｅ）の部分に示すように、１〜１６の１６個の領域の次に１７〜３２の１６個の領域に熱が加えられる場合、例えば、１８で示される領域は、熱が加えられるときに既に熱が加えられている隣接する領域が２つ存在する。そのため、図３において（ｅ）の部分に示す１８で示される領域は、図３において（ａ）及び（ｂ）の部分に示した３２個の各領域と図３において（ｃ）の部分に示した３３で示される領域との間の熱が加えられたときの周囲からの拘束の影響となる場合が多い。
ただし、分割された領域についての入熱パターンは、上述の図３に示すものに限定するものではない。例えば、分割された領域についての入熱パターンは、熱を加える対象の全体における各領域において熱を加える順番をランダムに決定してもよい。
図４は、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００を実現する情報処理装置の構成を示すブロック図である。３次元積層熱変形量演算装置１００は、情報処理装置である、例えば図４に示す一般的なコンピュータ３００を用いて実現される。コンピュータ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３、ストレージ装置３０４、外部Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３０５、および通信Ｉ／Ｆ３０６などを有する。
ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３やストレージ装置３０４などに格納されたプログラムやデータをＲＡＭ３０２に記憶させ、処理を実行することで、コンピュータ３００の各機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ３０２は、ＣＰＵ３０１のワークエリアなどとして用いられる揮発性のメモリである。ＲＯＭ３０３は、電源を切ってもプログラムやデータを保持する不揮発性のメモリである。ストレージ装置３０４は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などにより実現され、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、アプリケーションプログラム、および各種データなどを記憶する。
３次元積層熱変形量演算装置１００における入熱パターン受付部１０１、拘束条件抽出部１０２、固有ひずみ決定部１０３及び熱変形量決定部１０４のそれぞれは、ＣＰＵ３０１が例えばストレージ装置３０４に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
外部Ｉ／Ｆ３０５は、外部装置とのインターフェースである。外部装置には、例えば、記録媒体３０７などがある。コンピュータ３００は、外部Ｉ／Ｆ３０５を介して、記録媒体３０７の読取り、書き込みを行うことができる。記録媒体３０７には、例えば、光学ディスク、磁気ディスク、メモリカード、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリなどが含まれる。
通信Ｉ／Ｆ３０６は、有線通信または無線通信により、コンピュータ３００をネットワークに接続するインターフェースである。バスＢは、上記各構成装置に接続され、制御装置間で各種制御信号などを送受信する。
次に、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理について説明する。
ここでは、図５に示す本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第一の実施形態では、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離（製品の表面から入熱部までの距離）が拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ１に記録されている。
ここでは、図５に示す本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第一の実施形態では、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離（製品の表面から入熱部までの距離）が拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ１に記録されている。
入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける（ステップＳ１）。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１から入熱パターンを受信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域まで、すなわち、製品の表面から複数の入熱部のそれぞれまでの距離を特定する。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第一の実施形態では製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域まで、すなわち、製品の表面から複数の入熱部のそれぞれまでの距離を特定する。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第一の実施形態では製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２から拘束条件を受信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ１を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ１は、例えば、図６に示す製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と、各領域までの距離のそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ１を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ１は、例えば、図６に示す製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と、各領域までの距離のそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した拘束条件と読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係とに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを特定する（ステップＳ３）。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離に一致する距離を特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、特定した距離に対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離に一致する距離を特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、特定した距離に対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３から固有ひずみを受信する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
以上、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００について説明した。３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける。拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１が受け付けた入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する。固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２が抽出した拘束条件に基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める。熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３が求めた複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を求める。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部を含めた積層構造物の熱変形量を評価することができる。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部を含めた積層構造物の熱変形量を評価することができる。
＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。
次に、本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理について説明する。
ここでは、図５で示した本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローと同様の本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第二の実施形態では、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数が拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ２に記録されている。
ここでは、図５で示した本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローと同様の本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第二の実施形態では、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数が拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ２に記録されている。
入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける（ステップＳ１）。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１から入熱パターンを受信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数を特定する。
より具体的には、例えば、入熱部を入熱する順番が予め定められる場合、拘束条件抽出部１０２は、各入熱部を入熱する直前までの入熱済みの周囲の入熱部の数を特定すればよい。また、例えば、入熱部を入熱する順番が乱数などによりランダムに定められる場合、拘束条件抽出部１０２は、その乱数を取得できるときには、入熱部を入熱する順番が予め定められる場合と同様に、各入熱部を入熱する直前までの入熱済みの周囲の入熱部の数を特定すればよい。また、拘束条件抽出部１０２は、その乱数を取得できないが、例えば、図３における（ａ）〜（ｄ）の部分で示した８×８の領域の場合、１〜１６の領域については、入熱済みの周囲の入熱部が無いため、入熱する順番にかかわらず入熱済みの周囲の入熱部の数０を１〜１６の領域のすべてに予め割り当てる。また、１７〜３２の領域については、入熱済みの周囲の入熱部が無いため、入熱する順番にかかわらず入熱済みの周囲の入熱部の数０を１７〜３２の領域のすべてに予め割り当てる。また、３３〜４８の領域については、３６の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が２であり、３３、３４、３５、４０、４４、４８の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が３であり、３７、３８、３９、４１、４２、４３、４５、４６、４７の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が４である。そのため、例えば、入熱する順番にかかわらず、入熱済みの周囲の入熱部の数２〜４の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数４を３３〜４８の領域のすべてに予め割り当ててもよい。また、４９〜６４の領域については、６１の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が２であり、４９、５３、５７、６２、６３、６４の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が３であり、５０、５１、５２、５４、５５、５６、５８、５９、６０の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が４である。そのため、例えば、入熱する順番にかかわらず、入熱済みの周囲の入熱部の数２〜４の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数４を４９〜６４の領域のすべてに予め割り当ててもよい。このように、入熱済みの周囲の入熱部の数を予め割り当ててもよい。また、上記の例のように、入熱済みの周囲の入熱部の数の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数を対象とする領域のすべてに割り当てるものであってもよい。また、対象とする領域のすべてについての入熱済みの周囲の入熱部の数の平均値を整数に丸め込んで領域のすべてに割り当てるものであってもよい。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第二の実施形態では入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数を特定する。
より具体的には、例えば、入熱部を入熱する順番が予め定められる場合、拘束条件抽出部１０２は、各入熱部を入熱する直前までの入熱済みの周囲の入熱部の数を特定すればよい。また、例えば、入熱部を入熱する順番が乱数などによりランダムに定められる場合、拘束条件抽出部１０２は、その乱数を取得できるときには、入熱部を入熱する順番が予め定められる場合と同様に、各入熱部を入熱する直前までの入熱済みの周囲の入熱部の数を特定すればよい。また、拘束条件抽出部１０２は、その乱数を取得できないが、例えば、図３における（ａ）〜（ｄ）の部分で示した８×８の領域の場合、１〜１６の領域については、入熱済みの周囲の入熱部が無いため、入熱する順番にかかわらず入熱済みの周囲の入熱部の数０を１〜１６の領域のすべてに予め割り当てる。また、１７〜３２の領域については、入熱済みの周囲の入熱部が無いため、入熱する順番にかかわらず入熱済みの周囲の入熱部の数０を１７〜３２の領域のすべてに予め割り当てる。また、３３〜４８の領域については、３６の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が２であり、３３、３４、３５、４０、４４、４８の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が３であり、３７、３８、３９、４１、４２、４３、４５、４６、４７の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が４である。そのため、例えば、入熱する順番にかかわらず、入熱済みの周囲の入熱部の数２〜４の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数４を３３〜４８の領域のすべてに予め割り当ててもよい。また、４９〜６４の領域については、６１の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が２であり、４９、５３、５７、６２、６３、６４の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が３であり、５０、５１、５２、５４、５５、５６、５８、５９、６０の領域についての入熱済みの周囲の入熱部の数が４である。そのため、例えば、入熱する順番にかかわらず、入熱済みの周囲の入熱部の数２〜４の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数４を４９〜６４の領域のすべてに予め割り当ててもよい。このように、入熱済みの周囲の入熱部の数を予め割り当ててもよい。また、上記の例のように、入熱済みの周囲の入熱部の数の中で領域の数が最も多い入熱済みの周囲の入熱部の数を対象とする領域のすべてに割り当てるものであってもよい。また、対象とする領域のすべてについての入熱済みの周囲の入熱部の数の平均値を整数に丸め込んで領域のすべてに割り当てるものであってもよい。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第二の実施形態では入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２から拘束条件を受信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ２を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ２は、例えば、図７に示す入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数と、周囲の入熱部の数のそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ２を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ２は、例えば、図７に示す入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数と、周囲の入熱部の数のそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した拘束条件と読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係とに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを特定する（ステップＳ３）。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数に一致する周囲の入熱部の数を特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、特定した入熱部の数に対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数に一致する周囲の入熱部の数を特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件と固有ひずみとの対応関係において、特定した入熱部の数に対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３から固有ひずみを受信する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
なお、本発明の第二の実施形態における拘束条件は、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数に限定するものではない。本発明の第二の実施形態における拘束条件は、例えば、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数、面積及び長さのうちの少なくとも１つであってもよい。
以上、本発明の第二の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００について説明した。３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける。拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１が受け付けた入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する。固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２が抽出した拘束条件に基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める。熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３が求めた複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を求める。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部のような積層構造物の熱変形量を評価することができる。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部のような積層構造物の熱変形量を評価することができる。
＜第三の実施形態＞
本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。
３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。
次に、本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理について説明する。
ここでは、図５で示した本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローと同様の本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第三の実施形態では、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせが拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ３に記録されている。
ここでは、図５で示した本発明の第一の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローと同様の本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
なお、本発明の第三の実施形態では、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせが拘束条件である。拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められ、記憶部（例えば、ストレージ装置３０４）のデータテーブルＴＢＬ３に記録されている。
入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける（ステップＳ１）。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
入熱パターン受付部１０１は、受け付けた入熱パターンを拘束条件抽出部１０２に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１から入熱パターンを受信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせを特定する。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第三の実施形態では製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせ）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
拘束条件抽出部１０２は、受信した入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する（ステップＳ２）。
具体的には、拘束条件抽出部１０２は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせを特定する。
拘束条件抽出部１０２は、抽出した拘束条件（本発明の第三の実施形態では製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせ）を固有ひずみ決定部１０３に送信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２から拘束条件を受信する。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ３を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ３は、例えば、図８に示す製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせと、その組み合わせのそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件を受信すると、記憶部に記録されている拘束条件と固有ひずみとの対応関係を示すデータテーブルＴＢＬ３を読み出す。
記憶部のデータテーブルＴＢＬ３は、例えば、図８に示す製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせと、その組み合わせのそれぞれに対応する固有ひずみとの対応関係を示す条件である。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した拘束条件と読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係とに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを特定する（ステップＳ３）。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせに一致する組み合わせを特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、特定した組み合わせに対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件と一致する拘束条件を特定する。より具体的には、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、受信した拘束条件である製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせに一致する組み合わせを特定する。そして、固有ひずみ決定部１０３は、読み出した拘束条件とその拘束条件に対応する固有ひずみとの対応関係において、特定した組み合わせに対応する固有ひずみを特定する。
固有ひずみ決定部１０３は、特定した固有ひずみを熱変形量決定部１０４に送信する。
熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３から固有ひずみを受信する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
熱変形量決定部１０４は、受信した複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を特定する（ステップＳ４）。
具体的には、熱変形量決定部１０４は、複数の入熱部のそれぞれに受信した固有ひずみを適用し、適用した固有ひずみが示す歪みを補正値として製品の熱変形を演算する。
なお、本発明の第三の実施形態における拘束条件は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせに限定するものではない。本発明の第三の実施形態における拘束条件は、例えば、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の面積との組み合わせであってもよい。また、本発明の第三の実施形態における拘束条件は、例えば、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の長さとの組み合わせであってもよい。
以上、本発明の第三の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００について説明した。３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、を備える。入熱パターン受付部１０１は、３次元積層装置が積層する層のうちの１つの層における複数の入熱部によって構成された入熱パターンを受け付ける。拘束条件抽出部１０２は、入熱パターン受付部１０１が受け付けた入熱パターンに基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する。固有ひずみ決定部１０３は、拘束条件抽出部１０２が抽出した拘束条件に基づいて、複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める。熱変形量決定部１０４は、固有ひずみ決定部１０３が求めた複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて製品の熱変形を求める。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部のような積層構造物の熱変形量を評価することができる。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、短時間で正確に例えば支持部のような積層構造物の熱変形量を評価することができる。
＜第四の実施形態＞
本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
本発明の第四の実施形態による３次元積層システム１は、積層構造物の熱変形量の評価結果に基づいて、入熱後の積層構造物（すなわち、製品）が所望の積層構造物となるように、予め造形データを修正するシステムである。３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層システム１と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。ただし、データ作成装置１０の備える３次元積層熱変形量演算装置１００は、図９に示すように、入熱パターン受付部１０１、拘束条件抽出部１０２、固有ひずみ決定部１０３、熱変形量決定部１０４に加えて、さらに造形データ修正部１０５を備える。
本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置を含む３次元積層システムの構成について説明する。
本発明の第四の実施形態による３次元積層システム１は、積層構造物の熱変形量の評価結果に基づいて、入熱後の積層構造物（すなわち、製品）が所望の積層構造物となるように、予め造形データを修正するシステムである。３次元積層システム１は、本発明の第一の実施形態による３次元積層システム１と同様に、データ作成装置１０、ネットワーク２０、３次元積層装置３０と、を備える。ただし、データ作成装置１０の備える３次元積層熱変形量演算装置１００は、図９に示すように、入熱パターン受付部１０１、拘束条件抽出部１０２、固有ひずみ決定部１０３、熱変形量決定部１０４に加えて、さらに造形データ修正部１０５を備える。
造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の形状の積層構造物となるように、予め造形データを修正する。具体的には、造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の形状の積層構造物となるように予め造形データを拡大する。
例えば、３次元積層装置３０が積層する複数の層のうちの１つの層において、図１０に示すように、積層構造物の造形データが長方形Ａ、入熱後に許容される積層構造物の形状が長方形Ｂであるものとする。造形データ修正部１０５は、例えば、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を予測する。造形データ修正部１０５が対象とする層について予測した入熱後の積層構造物の形状を長方形Ｃとする。ここで、図１０に示すように、長方形Ｂの右側の辺の位置Ｂ１は、長方形Ａの右側の辺の位置Ａ１に比べて重心Ｏ側にδｃだけ許容されている。また、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ｃの右側の辺の位置Ｃ１は、長方形Ａの右側の辺の位置Ａ１に比べて重心Ｏ側にδａだけ収縮すると予測する。この場合、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ａの右辺の位置Ａ１を重心Ｏから右側へδｍ（＝α（δａ−δｃ））だけ移動させた長方形Ｄの右辺の位置Ｄ１へ変更して、長方形Ａの形状を変更する。ここで、αは、係数であって、例えば造形形状、又は寸法精度によって定まる。また、造形データ修正部１０５は、長方形Ａの上側、左側、下側のそれぞれの辺上の位置についても右側の辺の位置Ａ１と同様に変更して、長方形Ａの形状を変更する。
例えば、３次元積層装置３０が積層する複数の層のうちの１つの層において、図１０に示すように、積層構造物の造形データが長方形Ａ、入熱後に許容される積層構造物の形状が長方形Ｂであるものとする。造形データ修正部１０５は、例えば、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を予測する。造形データ修正部１０５が対象とする層について予測した入熱後の積層構造物の形状を長方形Ｃとする。ここで、図１０に示すように、長方形Ｂの右側の辺の位置Ｂ１は、長方形Ａの右側の辺の位置Ａ１に比べて重心Ｏ側にδｃだけ許容されている。また、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ｃの右側の辺の位置Ｃ１は、長方形Ａの右側の辺の位置Ａ１に比べて重心Ｏ側にδａだけ収縮すると予測する。この場合、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ａの右辺の位置Ａ１を重心Ｏから右側へδｍ（＝α（δａ−δｃ））だけ移動させた長方形Ｄの右辺の位置Ｄ１へ変更して、長方形Ａの形状を変更する。ここで、αは、係数であって、例えば造形形状、又は寸法精度によって定まる。また、造形データ修正部１０５は、長方形Ａの上側、左側、下側のそれぞれの辺上の位置についても右側の辺の位置Ａ１と同様に変更して、長方形Ａの形状を変更する。
次に、本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理について説明する。
ここでは、３次元積層熱変形量演算装置１００は、図５に示したステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行い、製品の熱変形を特定しているものとして、図１１に示す本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
ここでは、３次元積層熱変形量演算装置１００は、図５に示したステップＳ１〜ステップＳ４の処理を行い、製品の熱変形を特定しているものとして、図１１に示す本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００の処理フローについて説明する。
造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように、予め造形データを修正する。
ステップＳ１〜ステップＳ４の処理の後、造形データ修正部１０５は、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を予測する（ステップＳ１１）。例えば、図１０に示すように、３次元積層装置３０が積層する複数の層のうちの第１の層において、積層構造物の造形データが長方形Ａ、入熱後に許容される積層構造物の形状が長方形Ｂであるものとする。また、図１０に示すように、長方形Ｂの右側の辺の位置は、長方形Ａの右側の辺に比べて重心Ｏ側にδｃだけ許容されているものとする。造形データ修正部１０５は、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を図１０に示す長方形Ｃと予測する。すなわち、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ｃの右側の辺の位置が長方形Ａの右側の辺に比べて重心Ｏ側にδａだけ収縮すると予測する。
造形データ修正部１０５は、予測した入熱後の積層構造物の形状が入熱後に許容される積層構造物の形状の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１〜ステップＳ４の処理の後、造形データ修正部１０５は、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を予測する（ステップＳ１１）。例えば、図１０に示すように、３次元積層装置３０が積層する複数の層のうちの第１の層において、積層構造物の造形データが長方形Ａ、入熱後に許容される積層構造物の形状が長方形Ｂであるものとする。また、図１０に示すように、長方形Ｂの右側の辺の位置は、長方形Ａの右側の辺に比べて重心Ｏ側にδｃだけ許容されているものとする。造形データ修正部１０５は、対象とする層において、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを形状の基準とし、熱変形量決定部１０４が特定した熱による積層構造物の収縮量に基づいて、入熱後の積層構造物の形状を図１０に示す長方形Ｃと予測する。すなわち、造形データ修正部１０５は、図１０に示すように、長方形Ｃの右側の辺の位置が長方形Ａの右側の辺に比べて重心Ｏ側にδａだけ収縮すると予測する。
造形データ修正部１０５は、予測した入熱後の積層構造物の形状が入熱後に許容される積層構造物の形状の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
造形データ修正部１０５は、予測した入熱後の積層構造物の形状が入熱後に許容される積層構造物の形状の範囲内であると判定した場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、対象としている層が３次元積層装置３０の積層する複数の層のうちの最後の層であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
造形データ修正部１０５は、対象としている層が３次元積層装置３０の積層する複数の層のうちの最後の層ではないと判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、３次元積層装置３０が積層する次の層の処理に移行し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１の処理に戻す。
また、造形データ修正部１０５は、対象としている層が３次元積層装置３０の積層する複数の層のうちの最後の層であると判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、処理を終了する。
造形データ修正部１０５は、対象としている層が３次元積層装置３０の積層する複数の層のうちの最後の層ではないと判定した場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、３次元積層装置３０が積層する次の層の処理に移行し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１の処理に戻す。
また、造形データ修正部１０５は、対象としている層が３次元積層装置３０の積層する複数の層のうちの最後の層であると判定した場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、処理を終了する。
また、造形データ修正部１０５は、予測した入熱後の積層構造物の形状が入熱後に許容される積層構造物の形状の範囲外であると判定した場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように造形データを変更する（ステップＳ１５）。例えば、造形データ修正部１０５は、予測した入熱後の積層構造物の形状が入熱後に許容される積層構造物の形状の範囲外であると判定した場合、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように、例えば、入熱部の造形データを変更して、全体の造形データを長方形Ｄに変更する。そして、造形データ修正部１０５は、ステップＳ１１の処理に戻す。なお、造形データ修正部１０５は、造形データを変更した後のステップＳ１１において、造形データの変更前と同一の碁盤の目状のサイズ（例えば５ｍｍ角）で造形データが示す領域を分割して処理を行う。
以上、本発明の第四の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置１００について説明した。３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱パターン受付部１０１と、拘束条件抽出部１０２と、固有ひずみ決定部１０３と、熱変形量決定部１０４と、造形データ修正部１０５と、を備える。造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の形状の積層構造物となるように、予め造形データを修正する。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱後の積層構造物が所望の形状の積層構造物になるように事前に準備することができ、製品の不良率を低減することができる。その結果、製品を短時間に低価格で効率的に製造することができる。
このようにすれば、３次元積層熱変形量演算装置１００は、入熱後の積層構造物が所望の形状の積層構造物になるように事前に準備することができ、製品の不良率を低減することができる。その結果、製品を短時間に低価格で効率的に製造することができる。
なお、本発明の各実施形態における３次元積層熱変形量演算装置１００は、熱変形量演算装置ともいう。
なお、本発明の第四の実施形態において、造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏから入熱を制御できる最小単位の積層構造物の外形を成す入熱部ごとに向かう方向に予め造形データを拡大するものであってもよい。また、造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを原点とする極座標として積層構造物の外形を表し、所定の角度ごと（例えば、１度ごと）に対応する造形データをその積層構造物の外形の法線方向に拡大するものであってもよい。例えば、造形データ修正部１０５は、熱変形量決定部１０４が特定した入熱後の積層構造物の熱変形量に基づいて、入熱後の積層構造物が所望の積層構造物となるように、入熱前の積層構造物の造形データの重心Ｏを原点とする極座標として積層構造物の外形を表し、所定の角度ごとに対応する入熱部の造形データをその積層構造物の外形の法線方向に拡大することで全体の造形データを変更するものであってもよい。
なお、本発明の第四の実施形態において、拘束条件抽出部１０２が抽出する拘束条件は、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数であってもよい。また、その拘束条件は、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数、面積及び長さのうちの少なくとも１つであってもよいし、製品の表面から入熱パターンが示す各領域までの距離と入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数との組み合わせであってもよい。
なお、本発明の第四の実施形態において、入熱後の積層構造物は収縮するものであり、３次元積層熱変形量演算装置１００は、造形データが示す領域を拡大させる変更を行うものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、入熱後の積層構造物は拡大するものであり、３次元積層熱変形量演算装置１００は、造形データが示す領域を縮小させる変更を行うものであってもよい。
なお、本発明の第一の実施形態〜第四の実施形態の３次元積層熱変形量演算装置１００において、拘束条件は、入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の熱の分布を含んでいてもよい。３次元積層熱変形量演算装置１００の入熱パターン受付部１０１、拘束条件抽出部１０２、固有ひずみ決定部１０３及び熱変形量決定部１０４は、その熱分布の拘束条件をさらに加えて製品の熱変形を求めてもよい。
なお、本発明の第一の実施形態〜第四の実施形態における３次元積層熱変形量演算装置１００は、処理に用いる各データが離散的な値であり、所望の値が存在しない場合には、例えば線形補間などにより所望のデータを補間し、補間したデータを用いて処理を行うものであってもよい。
なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
本発明の実施形態について説明したが、上述の３次元積層熱変形量演算装置１００、３次元積層システム１における装置のそれぞれは内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。
本発明の実施形態による３次元積層熱変形量演算装置によれば、短時間で正確に積層構造物の熱変形量を評価することができる。
１０・・・データ作成装置
２０・・・ネットワーク
３０・・・３次元積層装置
１００・・・３次元積層熱変形量演算装置
１０１・・・入熱パターン受付部
１０２・・・拘束条件抽出部
１０３・・・固有ひずみ決定部
１０４・・・熱変形量決定部
１０５・・・造形データ修正部
３００・・・コンピュータ
３０１・・・ＣＰＵ
３０２・・・ＲＡＭ
３０３・・・ＲＯＭ
３０４・・・ストレージ装置
３０５・・・外部Ｉ／Ｆ
３０６・・・通信Ｉ／Ｆ
３０７・・・記録媒体
２０・・・ネットワーク
３０・・・３次元積層装置
１００・・・３次元積層熱変形量演算装置
１０１・・・入熱パターン受付部
１０２・・・拘束条件抽出部
１０３・・・固有ひずみ決定部
１０４・・・熱変形量決定部
１０５・・・造形データ修正部
３００・・・コンピュータ
３０１・・・ＣＰＵ
３０２・・・ＲＡＭ
３０３・・・ＲＯＭ
３０４・・・ストレージ装置
３０５・・・外部Ｉ／Ｆ
３０６・・・通信Ｉ／Ｆ
３０７・・・記録媒体
Claims (13)
- ３次元積層装置で材料を順次積層、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析する熱変形量演算装置であって、
１つの層は、前記３次元積層装置から入熱を受ける単位である複数の入熱部により構成されており、
前記複数の入熱部が入熱を受ける順番である入熱パターンを受け付ける入熱パターン受付部と、
前記入熱パターンに基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出する拘束条件抽出部と、
前記拘束条件に基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求める固有ひずみ決定部と、
前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて前記製品の熱変形を求める熱変形量決定部と、
を備える熱変形量演算装置。 - 前記拘束条件は、表面からの距離に関するパラメータを含む
請求項１に記載の熱変形量演算装置。 - 前記拘束条件は、前記入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の数、当該周囲の入熱部の面積及び当該周囲の入熱部の長さのうちの少なくとも１つを含む
請求項１または請求項２に記載の熱変形量演算装置。 - 前記拘束条件は、前記入熱部を入熱する際に入熱済みの周囲の入熱部の熱の分布を含む
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の熱変形量演算装置。 - 前記熱変形量決定部が求めた前記製品の熱変形に基づいて、前記製品を造形するための造形データを変更する造形データ修正部、
を備える請求項１から請求項４の何れか一項に記載の熱変形量演算装置。 - 造形データ修正部は、
前記製品の熱収縮による形状の変化を予測し、予測した前記製品の形状と、前記製品の熱収縮による形状の変化の許容範囲とを基に、前記造形データの変更の要否を判定する、
請求項５に記載の熱変形量演算装置。 - 造形データ修正部は、
予測した前記製品の形状が許容範囲外であると判断した場合に、予測した前記製品の形状が前記許容範囲内となるように前記造形データを変更する、
請求項６に記載の熱変形量演算装置。 - 造形データ修正部は、
前記材料を積層する前記層毎に、造形データの修正の要否を判断する、
請求項６又は請求項７に記載の熱変形量演算装置。 - 造形データ修正部は、
入熱を制御できる最小単位の前記入熱部について前記造形データを変更する、
請求項５から請求項８の何れか一項に記載の熱変形量演算装置。 - 前記複数の入熱部の少なくとも１つは、前記製品の外形を構成する、
請求項９に記載の熱変形量演算装置。 - 請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の熱変形量演算装置と、
前記熱変形量演算装置による演算結果に基づいて生成された３次元形状の製品を造形するための造形データを用いて前記３次元形状の製品を造形する３次元積層装置と、
を備える３次元積層システム。 - ３次元積層装置で材料を順次積層、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析する３次元積層方法であって、
前記３次元積層装置から入熱を受ける単位である複数の入熱部により構成された１つの層における前記複数の入熱部が入熱を受ける順番である入熱パターンを受け付けることと、
前記入熱パターンに基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出することと、
前記拘束条件に基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求めることと、
前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて前記製品の熱変形を求めることと、
を含む３次元積層方法。 - ３次元積層装置で材料を順次積層、入熱を行って製品を製造する際の前記製品に生じる熱変形を解析する方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記３次元積層装置から入熱を受ける単位である複数の入熱部により構成された１つの層における前記複数の入熱部が入熱を受ける順番である入熱パターンを受け付けることと、
前記入熱パターンに基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける拘束条件を抽出することと、
前記拘束条件に基づいて前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみを求めることと、
前記複数の入熱部のそれぞれにおける固有ひずみに基づいて前記製品の熱変形を求めることと、
を実行させるプログラム。
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