(57)【要約】【課題】  所望の形状の立体造形物を造形する造形システム、情報処理装置、造形装置、方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】  立体造形物を造形する造形システムであって、造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する造形予測部３２２と、造形予測部３２２が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する境界面形状評価部３２３と、境界面形状評価部３２３の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正するデータ修正部３２４とを含む。【選択図】  図５
2020001283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体造形物を造形する造形システムであって、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する予測手段と、
前記予測手段が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する評価手段と、
前記評価手段の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正する修正手段と
を含む、造形システム。
【請求項２】
モデルデータと造形条件に基づいて前記造形データを生成する生成手段をさらに含み、
前記生成手段は、前記モデルデータの形状に応じて、サポート部を含んだ形状の造形データを生成することを特徴とする、請求項１に記載の造形システム。
【請求項３】
前記評価手段は、
造形データに含まれる、前記本体部の造形に使用する造形材料を示す情報と、前記サポート部の造形に使用する造形材料を示す情報とに基づいて、前記境界面を特定することを特徴とする、請求項１または２に記載の造形システム。
【請求項４】
立体造形物を造形する造形装置を制御する情報処理装置であって、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する予測手段と、
前記予測手段が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する評価手段と、
前記評価手段の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正する修正手段と
を含む、情報処理装置。
【請求項５】
立体造形物を造形する造形装置であって、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する予測手段と、
前記予測手段が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する評価手段と、
前記評価手段の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正する修正手段と
を含む、造形装置。
【請求項６】
立体造形物を造形する方法であって、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測するステップと、
前記予測するステップで予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価するステップと、
前記評価するステップにおける評価結果に基づいて修正された造形データに基づいて、立体造形物を造形するステップと
を含む、方法。
【請求項７】
立体造形物を造形する造形装置を制御する情報処理装置が実行するプログラムであって、前記情報処理装置を、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する予測手段、
前記予測手段が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する評価手段、
前記評価手段の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正する修正手段
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形システム、情報処理装置、造形装置、方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力された立体形状データ（モデルデータ）に基づいて、立体的な造形物を作製する造形装置が開発されている。また、立体造形物の造形精度を向上するために、種々の手法が提案されている。
【０００３】
例えば、下部構造が造形されず、上部構造が張り出した部分（以下、「オーバーハング部」として参照する）がある立体造形物の場合には、当該オーバーハング部が自重によって降下し、立体造形物の外形が崩れる虞があることから、立体造形物の本体部とは別途にサポート部を設けることが一般的である。
【０００４】
サポート部は、造形後の本体部からの除去性を向上するために、本体部とサポート部とでは異なる造形材料が用いられることが多い。特許第５８３０３２７号公報（特許文献１）では、本体部とサポート部との異種材料界面の平坦性を向上するために、造形材料の吐出量を低減する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、造形材料の吐出量を減少させる制御を行うために、異種材料間に空隙が生じやすくなり、依然として立体造形物の外形が崩れるという課題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、所望の形状の立体造形物を造形する造形システム、情報処理装置、造形装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明によれば、立体造形物を造形する造形システムであって、
造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を予測する予測手段と、
前記予測手段が予測した立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状を評価する評価手段と、
前記評価手段の評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータおよび造形条件のうち少なくとも１つを修正する修正手段と
を含む造形システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、所望の形状の立体造形物を造形する造形システム、情報処理装置、造形装置、方法およびプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における造形システム全体のハードウェアの概略構成を示す図。
【図２】本実施形態の造形装置および情報処理装置に含まれるハードウェア構成を示す図。
【図３】本実施形態の情報処理装置に含まれるソフトウェアブロック図。
【図４】オーバーハング部を有する立体造形物を造形する例を示す図。
【図５】本実施形態における処理のデータフローを示す図。
【図６】本実施形態における情報処理装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図７】対応付け座標テーブルの例。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態における造形システム１００全体の概略構成を示す図である。図１では、例として、造形装置１１０と、情報処理装置１２０とが、インターネットやＬＡＮなどの種々のネットワークを介して接続された造形システム１００を示している。なお、造形装置１１０や情報処理装置１２０数は、図１に示したものに限らず、造形システム１００に含まれる造形装置１１０の台数に制限はない。また、造形装置１１０と情報処理装置１２０は、ネットワークを介さず、直接接続されてもよい。また、造形装置１１０は、情報処理装置１２０に含まれる機能を一部備えてもよいし、情報処理装置１２０に含まれる機能を全て備えてもよい。
【００１２】
造形装置１１０は、造形処理を実行する装置である。例えば情報処理装置１２０から、ネットワークを経由して、所望の立体造形物を造形するための造形データを受信して、造形処理を実行する。
【００１３】
立体造形には種々の造形方式が提案されており、例えば、ＦＦＦ（Fused Filament Fabrication、熱溶解フィラメント製造法）、ＳＬＳ（Selective Laser Sintering、粉末焼結積層造形法）、ＭＪ（Material Jetting、マテリアルジェッティング）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting、電子ビーム溶解法）、ＳＬＡ（Stereolithography Apparatus、光造形法）などが挙げられる。本発明の実施形態は、造形方式を問わず適用することができるが、造形過程でサポート部の形成を要する造形方式に特に有効である。
【００１４】
造形装置１１０の構成は、造形方式によって異なるが、例えば、ＦＦＦ方式の場合には、造形材料を溶融する加熱機構や、造形材料を吐出するノズルなどを含む。以下では、本発明をＦＦＦ方式に適用する場合を例に説明するが、実施形態を限定するものではない。
【００１５】
情報処理装置１２０は、造形装置１１０が実行する各種処理を制御する制御装置である。情報処理装置１２０の例としては、サーバ装置やパソコン端末などが挙げられる。また、情報処理装置１２０は、造形する立体造形物の形状を示すデータとしてモデルデータの作成、モデルデータを造形装置１１０が処理できる形式に変換する処理、造形装置１１０の造形条件の設定などを行うことができる。造形条件とは、例えば、ノズル温度、下面温度(ビルドプレート)、環境温度(空気、チャンバー内)、ノズル移動速度、材料吐出速度、ツールパス(ノズルの軌跡の描き方)、積層厚(１層の高さ)、材料物性値(ヤング率、ポアソン比、剛性(横弾性係数)、線膨張係数、密度、比熱、熱伝導率など)等である。
【００１６】
次に、造形システム１００を構成するハードウェアについて説明する。図２は、本実施形態の造形装置１１０および情報処理装置１２０に含まれるハードウェア構成を示す図である。なお、図２（ａ）は、造形装置１１０のハードウェア構成を、図２（ｂ）は、情報処理装置１２０のハードウェア構成をそれぞれ示している。
【００１７】
図２（ａ）に示すように造形装置１１０は、ＣＰＵ２１１と、ＲＡＭ２１２と、ＲＯＭ２１３と、インターフェース２１４と、造形ユニット２１５と、形状センサ２１６とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。なお、造形装置１１０は、後述するＨＤＤ２２５に対応する記憶装置を含んで構成されてもよい。
【００１８】
ＣＰＵ２１１は、造形装置１１０の動作を制御するプログラムを実行し、所定の処理を行う装置である。ＲＡＭ２１２は、ＣＰＵ２１１が実行するプログラムの実行空間を提供するための揮発性の記憶装置であり、プログラムやデータの格納用、展開用として使用される。ＲＯＭ２１３は、ＣＰＵ２１１が実行するプログラムやファームウェアなどを記憶するための不揮発性の記憶装置である。
【００１９】
インターフェース２１４は、例えば、情報処理装置１２０や、ネットワーク、外部記憶装置などと接続する通信インターフェースである。造形装置１１０は、インターフェース２１４を介して、造形動作の制御データや、立体造形物のモデルデータ、設定された造形条件などの各種データを送受信することができる。
【００２０】
造形ユニット２１５は、造形材料を所望の形状に造形することで、立体造形物を造形する装置である。造形ユニット２１５は、ヘッドや、ステージなどを含んで、造形方式に応じて構成される。
【００２１】
次に情報処理装置１２０のハードウェア構成について説明する。図２（ｂ）に示すように情報処理装置１２０は、ＣＰＵ２２１と、ＲＡＭ２２２と、ＲＯＭ２２３と、インターフェース２２４と、ＨＤＤ２２５とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。なお、ＣＰＵ２２１、ＲＡＭ２２２、ＲＯＭ２２３、インターフェース２２４については、上述した造形装置１１０のハードウェアに対応するものであるため、説明は省略する。
【００２２】
ＨＤＤ２２５は、情報処理装置１２０を機能させるＯＳや各種アプリケーション、設定情報、各種データなどを記憶する、読み書き可能な不揮発性の記憶装置である。また、ＨＤＤ２２５は、造形装置１１０の動作を制御するアプリケーション、モデルデータ、造形条件などのデータを記憶してもよい。なお、ＨＤＤ２２５は記憶装置の一例であり、他の記憶装置であってもよく、例えばＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置であってもよい。
【００２３】
次に、本実施形態の造形システム１００に含まれる各ハードウェアによって実行される機能手段について、図３を以て説明する。図３は、本実施形態の造形システム１００に含まれるソフトウェアブロック図である。
【００２４】
本実施形態において、造形装置１１０は、造形データに基づいて造形動作を実行する造形部３１１を含んで構成される。造形部３１１は、造形ユニット２１５を制御することで、所望の形状の立体造形物を造形する。
【００２５】
情報処理装置１２０は、造形データ生成部３２１と、造形予測部３２２と、境界面形状評価部３２３と、データ修正部３２４とを含んで構成される。
【００２６】
造形データ生成部３２１は、モデルデータを造形装置１１０が処理できる形式に変換したデータとして、造形データを生成する手段である。造形データは、モデルデータと造形条件の設定データとに基づいて生成される。例えば造形データは、使用する造形材料、吐出ノズル、造形層を造形するためのツールパスなどの各種の情報を含み、立体造形物を水平に分割したスライスデータとして、ＧＣｏｄｅと呼ばれる形式で出力される。なお、モデルデータは、情報処理装置１２０上で作成してもよいし、他の装置で作成したモデルデータを情報処理装置１２０に入力してもよい。
【００２７】
また、造形データ生成部３２１は、立体造形物の形状に応じて、適宜サポート部を追加してもよい。例えば、立体造形物にオーバーハング部が含まれる場合には、造形データ生成部３２１は、オーバーハング部を支持するサポート部を付加した造形データを生成することができる。以下では、立体造形物を構成する構造を「本体部」と「サポート部」とに便宜的に区別する。
【００２８】
造形予測部３２２は、設定されている造形条件に基づいてモデルデータを造形した場合に、如何なる形状の立体造形物が造形されるかを予測する手段である。造形予測部３２２の予測結果は、予測データとして出力される。なお、造形予測部３２２は、造形データ生成部３２１から取得した造形データに基づいて、立体造形物の形状を予測してもよい。
【００２９】
境界面形状評価部３２３は、予測された立体造形物の本体部とサポート部との境界面の形状の状態を評価する手段である。境界面形状評価部３２３は、予測データとモデルデータとを比較し、境界面の形状の差分が、閾値よりも大きいか否かを判定する。差分が閾値よりも大きい場合には、モデルデータや造形条件などを修正するために評価データをデータ修正部３２４に出力する。評価データは、境界面形状が適正に造形されるための修正パラメータを含む。
【００３０】
データ修正部３２４は、評価データに基づいてモデルデータや造形条件などを修正する手段である。修正されたデータは、造形装置１１０に出力される。なお、データ修正部３２４は、モデルデータや造形条件を修正することで、結果として造形データを修正することとなるが、直接的に造形データを修正して出力する構成であってもよい。また、データ修正部３２４によって修正されたモデルデータや造形条件などに基づいて、造形予測部３２２は、造形される立体造形物の形状を再度予測し、予測データを評価してもよい。
【００３１】
なお、上述したソフトウェアブロックは、ＣＰＵ２１１，２２１が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。また、上述した各機能手段は、必ずしも全てが図３に示すような構成で含まれていなくてもよく、他の好ましい実施形態では、各機能手段は、造形装置１１０と情報処理装置１２０との協働によって実現されてもよい。
【００３２】
図４は、オーバーハング部ＯＨを有する立体造形物を造形する例を示す図である。本実施形態では、一例として図４に示す形状の立体造形物を造形する場合について説明する。図４では、本体部Ｍを薄い色で示し、サポート部Ｓを濃い色で示している。図４（ａ）は、所望の形状の立体造形物を示しており、破線で囲われる領域のようなオーバーハング部ＯＨを有している。このような形状の立体造形物を造形するには、造形過程でのオーバーハング部ＯＨの降下を防止するために、サポート部Ｓを付加して造形することが好ましい。
【００３３】
図４（ｂ）は、サポート部Ｓを付加して造形された立体造形物を示している。図４（ｂ）に示すように、オーバーハング部ＯＨの下部にサポート部Ｓを造形する。サポート部Ｓを設けることで、本体部Ｍは、オーバーハング部ＯＨの降下を制限でき、所望の形状の立体造形物とすることができる。
【００３４】
一方で、サポート部Ｓの造形精度が低く、外形が崩れたままオーバーハング部ＯＨを造形すると、本体部Ｍの外形に影響を与え得る。例えば、図４（ｃ）に示すように、サポート部Ｓの上面の平坦性が損なわれると、当該部分と接する本体部Ｍのオーバーハング部ＯＨの形状も崩れることになる。また、オーバーハング部ＯＨの形状が崩れたまま、さらに本体部Ｍの上層を造形すると、形状の崩れが上層にも波及し、結果として本体部Ｍの全体の外形が崩れることになる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、立体造形物を造形する前に、本体部Ｍとサポート部Ｓの形状をシミュレーションによって予測し、本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面の形状が適切であるかを評価する。
【００３６】
図５は、本実施形態における処理のデータフローを示す図である。造形データ生成部３２１には、立体造形物のモデルデータと造形条件データが入力される。造形データ生成部３２１は、モデルデータに係る形状の立体造形物を、設定された造形条件で造形するための造形データを生成する。造形データには、必要に応じてサポート部Ｓを造形するための造形データが含まれる。例えば、所望の立体造形物にオーバーハング部ＯＨがある場合などには、サポート部Ｓを付加して造形することが好ましい。
【００３７】
造形データは、造形予測部３２２に出力される。造形予測部３２２は、造形データに基づいて造形した場合に、如何なる形状の立体造形物が造形されるかをシミュレーションする。シミュレーション方法の一例としては、造形データに係る形状を微細な多面体オブジェクトに分割し、ポリゴンメッシュとして生成する。そして、熱などの諸条件によって各ポリゴンメッシュがどのように変形するかを算出することによって、立体造形物の形状を求めることができる。造形予測部３２２は、シミュレーションの結果を予測データとして出力する。
【００３８】
境界面形状評価部３２３には、予測データとモデルデータとが入力される。境界面形状評価部３２３では、予測データとモデルデータとを比較し、予測された立体造形物の本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面の形状を評価する。なお、図５では、本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面を濃い色で示している。境界面形状評価部３２３において、境界面の形状が許容されないと判定された場合には、評価結果をデータ修正部３２４に出力する。
【００３９】
データ修正部３２４は、評価結果に基づいて、立体造形物のモデルデータの形状や造形条件を修正する。これによって、予測結果に基づいて修正されたデータを使用して造形できるので、所望の形状の立体造形物を造形することができる。
【００４０】
図６は、本実施形態における情報処理装置１２０が実行する処理を示すフローチャートである。情報処理装置１２０は、ステップＳ１０００から処理を開始する。造形データ生成部３２１は、ステップＳ１００１で、立体造形物のモデルデータと、設定された造形条件データに基づいて、立体造形物の造形データを生成する。造形データは、一例としてスライスデータのような形式で出力され、立体造形物の形状に応じて、本体部Ｍとサポート部Ｓとを造形する造形データを含む。
【００４１】
造形予測部３２２は、ステップＳ１００２において、造形データに基づく、立体造形物の形状を予測する。予測データは、境界面形状評価部３２３に出力される。境界面形状評価部３２３は、ステップＳ１００３〜Ｓ１００５において、予測データに基づく立体造形物の形状と、モデルデータの立体造形物の形状とを比較し、予測結果を評価する。
【００４２】
ステップＳ１００３では、境界面形状評価部３２３は、本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面を抽出する。境界面の抽出は、造形データや予測データなどに基づいて行うことができる。本体部Ｍの造形材料と、サポート部の造形材料とは異なるのが一般的であることから、造形データや予測データに含まれる造形材料などの情報によって、本体部Ｍとサポート部Ｓとを区別できる。なお、境界面の抽出は、造形材料の情報以外にも、造形に使用する吐出ノズルの情報などによって行うこともできる。
【００４３】
境界面形状評価部３２３は、ステップＳ１００４で、抽出した境界面の形状を評価する。境界面の形状の評価は、予測データとモデルデータについてそれぞれのポリゴンメッシュを生成し、比較することで行うことができる。境界面形状評価部３２３は、生成したポリゴンメッシュについて、対応するポリゴンメッシュを抽出し、その座標を比較する。
【００４４】
図７は、座標対応付けテーブル４００の例である。境界面形状評価部３２３は、予測データとモデルデータとに基づいて、図７に示すような座標対応付けテーブル４００を生成する。座標対応付けテーブル４００には、フィールド４０２に格納されたモデルデータの形状のメッシュ座標と、フィールド４０４に格納された予測データの形状のメッシュ座標とが含まれる。境界面形状評価部３２３は、本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面を特定し、当該境界面に当接する立体造形物の各フィールドの値に基づいて、境界面の形状を評価する。
【００４５】
説明を図６に戻す。ステップＳ１００５では、境界面形状評価部３２３は、予測データの境界面の形状が許容範囲内であるか否かを判定して処理を分岐する。例えば、予測データの形状と、モデルデータの形状とを比較し、それぞれの境界面の座標の差分が所定の閾値以下であれば、予測データの境界面の形状が許容範囲内であるとして（ＹＥＳ）、ステップＳ１００８に進み、処理を終了する。また、それぞれの境界面の座標の差分が所定の閾値より大きい場合には、予測データの境界面の形状が許容範囲内でないとして（ＮＯ）、ステップＳ１００６に進む。
【００４６】
予測データを評価する方法は、上記の方法に限定されず、他の方法であってもよい。例えば、予測データを評価する別の方法として、予測されたサポート部Ｓの形状と、モデルデータの形状とを対応させる方法が挙げられる。この場合には、予測されたサポート部Ｓと、モデルデータとのポリゴンメッシュが重複している箇所や、ポリゴンメッシュ間の空隙の有無などを探索することによって、境界面の形状を評価することができる。
【００４７】
データ修正部３２４は、ステップＳ１００６では、立体造形物の形状および造形条件を修正する。データ修正部３２４は、評価結果に基づいてデータを修正することができ、立体造形物の形状と造形条件のどちらか一方または両方を修正する。
【００４８】
なお、ステップＳ１００７でデータを修正した後、ステップＳ１００２に戻り、修正されたデータに基づいて再度予測し、評価する処理を繰り返してもよい。繰り返し処理は、所定回数を上限として繰り返してもよいし、ステップＳ１００５において許容範囲内であると判定されるまで繰り返してもよい。このように予測とデータの修正を繰り返すことで、立体造形物を造形する精度を向上することができる。
【００４９】
その後、データ修正部３２４は、ステップＳ１００７で修正したデータを出力し、ステップＳ１００８で処理を終了する。
【００５０】
図７の処理を行うことにより、情報処理装置１２０は、立体造形物を造形する前に、本体部Ｍとサポート部Ｓとの境界面の形状が適切であるかを予測し、評価できる。また、評価した結果、境界面の形状が適切でない場合には、モデルデータや造形条件を修正することができるので、所望の形状の立体造形物を造形することができる。
【００５１】
以上、説明した本発明の実施形態によれば、所望の形状の立体造形物を造形する造形システム、情報処理装置、造形装置、方法およびプログラムを提供することができる。
【００５２】
上述した本発明の実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。
【００５３】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１００…造形システム、１１０…造形装置、１２０…情報処理装置、２１１，２１２…ＣＰＵ、２１２，２２２…ＲＡＭ、２１３，２２３…ＲＯＭ、２１４，２２４…インターフェース、２１５…造形ユニット、２２５…ＨＤＤ、３１１…造形部、３２１…造形データ生成部、３２２…造形予測部、３２３…境界面形状評価部、３２４…データ修正部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特許第５８３０３２７号公報
【図１】
2020001283.tif 000003
【図２】
2020001283.tif 000004
【図３】
2020001283.tif 000005
【図４】
2020001283.tif 000006
【図５】
2020001283.tif 000007
【図６】
2020001283.tif 000008
【図７】
2020001283.tif 000009