(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形に用いる光造形システムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースと、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成する造形パス生成処理手段と、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成する除去加工パス生成処理手段と、
上記造形パス生成処理手段で得られた造形パスと除去加工パス生成処理手段で得られた除去加工パス及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成する駆動プログラム生成処理手段と、
上記プログラムに従って光造形と除去加工とを行う光造形機及び除去加工手段とからなり、
上記除去加工パス生成処理手段は、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスの生成を行うとともに、生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して空中経路パスを生成するものであることを特徴とする光造形システム。
【請求項２】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形に用いる光造形システムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースと、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成する造形パス生成処理手段と、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成する除去加工パス生成処理手段と、
上記造形パス生成処理手段で得られた造形パスと除去加工パス生成処理手段で得られた除去加工パス及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成する駆動プログラム生成処理手段と、
上記プログラムに従って光造形と除去加工とを行う光造形機及び除去加工手段とからなり、
上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスを生成するとともに、これらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成するものであることを特徴とする光造形システム。
【請求項３】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形に用いる光造形システムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースと、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成する造形パス生成処理手段と、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成する除去加工パス生成処理手段と、
上記造形パス生成処理手段で得られた造形パスと除去加工パス生成処理手段で得られた除去加工パス及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成する駆動プログラム生成処理手段と、
上記プログラムに従って光造形と除去加工とを行う光造形機及び除去加工手段とからなり、
上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化するとともに、得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成するものであることを特徴とする光造形システム。
【請求項４】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形に用いる光造形システムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースと、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成する造形パス生成処理手段と、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成する除去加工パス生成処理手段と、
上記造形パス生成処理手段で得られた造形パスと除去加工パス生成処理手段で得られた除去加工パス及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成する駆動プログラム生成処理手段と、
上記プログラムに従って光造形と除去加工とを行う光造形機及び除去加工手段とからなり、
上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成するものであることを特徴とする光造形システム。
【請求項５】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形のための光造形機及び除去加工手段の駆動用プログラムを作成する光造形用プログラムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースとを備え、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データと、上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成するステップ、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成するステップ、
得られた造形パス及び除去加工パスと除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成するステップ
の各ステップをコンピュータに実行させるものであり、
且つ上記除去加工パスの生成ステップは、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスを生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して生成することを特徴とする光造形用プログラム。
【請求項６】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形のための光造形機及び除去加工手段の駆動用プログラムを作成する光造形用プログラムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースとを備え、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データと、上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成するステップ、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成するステップ、
得られた造形パス及び除去加工パスと除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成するステップ
の各ステップをコンピュータに実行させるものであり、
且つ上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスとこれらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成することを特徴とする光造形用プログラム。
【請求項７】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形のための光造形機及び除去加工手段の駆動用プログラムを作成する光造形用プログラムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースとを備え、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データと、上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成するステップ、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成するステップ、
得られた造形パス及び除去加工パスと除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成するステップ
の各ステップをコンピュータに実行させるものであり、
且つ上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであるとともに、造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化するとともに、得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することを特徴とする光造形用プログラム。
【請求項８】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形のための光造形機及び除去加工手段の駆動用プログラムを作成する光造形用プログラムであって、
使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、
除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースとを備え、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データと、上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成するステップ、
上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成するステップ、
得られた造形パス及び除去加工パスと除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成するステップ
の各ステップをコンピュータに実行させるものであり、
且つ上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであるとともに、除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することを特徴とする光造形用プログラム。
【請求項９】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形方法であって、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パス生成処理手段にて上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成し、
併せて上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工パス生成処理手段で除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成し、
且つ上記除去加工パスの生成に際しては、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータの生成と、隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスの生成を行うとともに、生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して空中経路パスを生成し、
得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを駆動プログラム生成処理手段にて作成し、
上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行うことを特徴とする光造形方法。
【請求項１０】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形方法であって、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パス生成処理手段にて上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成し、
併せて上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工パス生成処理手段で除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成し、
且つ上記除去加工パスの生成に際しては、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスとこれらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成し、
得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを駆動プログラム生成処理手段にて作成し、
上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行うことを特徴とする光造形方法。
【請求項１１】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形方法であって、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パス生成処理手段にて上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成し、
併せて上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工パス生成処理手段で除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成し、
且つ上記除去加工パスの生成に際しては、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化して得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成し、
得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを駆動プログラム生成処理手段にて作成し、
上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行うことを特徴とする光造形方法。
【請求項１２】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形方法であって、
製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パス生成処理手段にて上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成し、
併せて上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工パス生成処理手段で除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成し、
且つ上記除去加工パスの生成に際しては、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成し、
得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを駆動プログラム生成処理手段にて作成し、
上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行うことを特徴とする光造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉末材料から三次元形状造形物を製造するための光造形法、殊に粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成することを繰り返す間に、それまでに造形した造形物の外面の除去加工を行う光造形法と、この光造形法のための光造形システム並びに光造形用プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結（ここではいったん溶融させてしまうものを含む）させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形法が特開２００２−１１５００４号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
このような光造形法においては、特許文献１に示されているように、造形しようとする三次元形状物の三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬモデルを基に、光ビーム照射手段と除去加工手段の２つの手段の各加工経路を計算させて、得られた加工経路データで光ビーム照射手段や除去加工手段を駆動している。
【０００４】
この時、焼結層を積層させていく造形途中で挿入する除去加工工程での加工経路（除去加工パス）は、既存のＣＡＭにおいても高さ方向の加工範囲を順次指定すれば生成することができるが、高さ方向での分割数が多くなると、手間及び時間が非常にかかるとともに、オペレータによるミスが発生しやすくなる。
【０００５】
たとえば、積層ピッチが０．０５ｍｍで１０層積層する毎に除去加工を行う場合、造形物の高さが１００ｍｍであると、分割数は２００個に及ぶ上に、５種の除去加工工具を使用する場合は総分割数が１０００個となる。高さ範囲の設定及び入力で除去加工パスを計算させることを上記の数だけ行うことは、オペレータに多大な労力を課すことになり、ミスが発生しやすい。また、これらの数の除去加工パスを加工すべき順序通りに並べたプログラムを作成して除去加工手段に渡さなくてはならず、この作業も手動では手間及び時間がかかる。
【特許文献１】特開２００２−１１５００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは焼結積層の合間に除去加工を行う光造形を効率良く行うことができる光造形方法と光造形システム並びに光造形用プログラムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る光造形システムは、粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形に用いる光造形システムであって、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースと、製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成する造形パス生成処理手段と、上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成する除去加工パス生成処理手段と、上記造形パス生成処理手段で得られた造形パスと除去加工パス生成処理手段で得られた除去加工パス及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成する駆動プログラム生成処理手段と、上記プログラムに従って光造形と除去加工とを行う光造形機及び除去加工手段とからなり、上記除去加工パス生成処理手段は、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスの生成を行うとともに、生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して空中経路パスを生成するものであることに第１の特徴を有している。
【０００８】
また上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスを生成するとともに、これらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成するものであることに第２の特徴を有しており、上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化するとともに、得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成するものであることに第３の特徴を有しており、更に上記除去加工パス生成処理手段は、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであり、且つ除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成するものであることに第４の特徴を有している。
【０００９】
また、本発明に係る光造形用プログラムは、粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形のための光造形機及び除去加工手段の駆動用プログラムを作成する光造形用プログラムであって、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベースと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベースとを備え、製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データと、上記造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成するステップ、上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、上記除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成するステップ、得られた造形パス及び除去加工パスと除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを作成するステップの各ステップをコンピュータに実行させるものであり、且つ上記除去加工パスの生成ステップは、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスを生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して生成することに第１の特徴を有しており、上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスとこれらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成することに第２の特徴を有しており、上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであるとともに、造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化するとともに、得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することに第３の特徴を有しており、更に上記除去加工パスの生成ステップは、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するものであるとともに、除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することに第４の特徴を有している。
【００１０】
そして本発明に係る光造形方法は、粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当箇所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に焼結層の積層物である造形物の外面の除去加工を行う光造形方法であって、製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤモデルのデータを所定ピッチでスライスした各断面における輪郭形状データと、使用する粉末材料に対する光ビームのスポット径や照射パワーや照射速度を含む光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パス生成処理手段にて上記輪郭形状内を塗り潰すための光ビーム照射経路である造形パスを生成し、併せて上記三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工に用いる除去加工手段における工具マスターデータや使用工具の切削加工条件である除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工パス生成処理手段で除去加工手段における使用工具を移動させて上記除去加工を行う際の使用工具移動経路である除去加工パスを生成し、且つ上記除去加工パスの生成に際しては、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを、除去加工タイミングにて高さ方向で分割して、駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータの生成と、隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスの生成を行うとともに、生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して空中経路パスを生成し、得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムを駆動プログラム生成処理手段にて作成し、上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行うことに第１の特徴を有しており、上記除去加工パスの生成に際して予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスとこれらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成することに第２の特徴を有しており、上記除去加工パスの生成に際して、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化して得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することに第３の特徴を有しており、更に上記除去加工パスの生成に際して、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて駆動プログラム生成処理手段に引き渡す除去加工パスのデータを生成するとともに、除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することに第４の特徴を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと除去加工タイミングデータ並びに対象とするモデルデータによって、造形パス及び除去加工パスを得られる上に、これらの造形パス及び除去加工パスを順序良く実行させることができる駆動用のプログラムも得られるものであり、光造形を行う場合の各種の手間やオペレータに係る負担を大きく軽減して、焼結積層の合間に除去加工を行う光造形を効率良く行うことができる。特に第１の特徴とするところによれば、除去加工パス生成処理手段が、対象モデル全体に対して生成した除去加工パスを除去加工タイミングで高さ方向で分割するために、時間がかかるモデル形状認識処理が１回ですみ、演算処理時間を短くすることができる上に、除去加工パス生成処理手段は、隣接する除去加工パス間を連続させる空中経路パスを生成を行うとともに、生成している除去加工パスの対象範囲よりも上方の形状を無視して空中経路パスを生成するために、無用な干渉チェックを省略することができて演算処理時間を更に短くすることができる。
【００１２】
また第２の特徴とするところによれば、予め定められた除去加工タイミングデータに従って三次元ＣＡＤモデルを高さ方向に分割して、分割されたモデル形状と除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータとに基づいて除去加工パスを生成することから、各分割モデルに対して最適な除去加工用工具を用いることができ、無駄のない除去加工パスを得ることができるほか、除去加工パス生成処理手段は分割されたモデルの中で連続していない領域毎に除去加工パスを生成するとともに、これらの除去加工パス間をつなぐ空中経路パスを生成することから、いわゆる島となる部分の認識が容易で無駄のない空中経路パスを得ることができる。
【００１３】
また第３の特徴とするところによれば、各分割モデルに対して最適な除去加工用工具を用いることができ、無駄のない除去加工パスを得ることができる上に、除去加工パス生成処理手段は造形時に生成されてしまう余剰硬化部分をモデル化して得られた余剰硬化部モデルを除去加工範囲とし、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することから、さらに効率の良い除去加工パスを得ることができる。
【００１４】
そして第４の特徴とするところによれば、各分割モデルに対して最適な除去加工用工具を用いることができ、無駄のない除去加工パスを得ることができる上に、除去加工パス生成処理手段は、除去加工タイミングで指定される範囲のうちの最下部の輪郭と、この輪郭から外側に所定量だけオフセットさせたオフセット輪郭との間の領域を除去加工範囲として、この除去加工範囲を対象に除去加工パスを生成することから、この場合も効率の良い除去加工パスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、本発明に係る光造形システムは、前記特許文献１に示されたような除去加工手段を備えた光造形機をその一部とするもので、図２０にその一例を示す。粉末層形成手段６と光ビーム照射手段７と除去加工手段８、そして粉末層形成手段６や除去加工手段８等を内部に納めているチャンバー２８で構成され、上記粉末層形成手段６は、外周が囲まれた空間内をシリンダー駆動で上下に昇降するステージ６０上に粉末タンク６３内の金属粉末をスキージング用ブレード６１で供給するとともに均すことで所定厚みの粉末層Ｆをステージ６０上に形成するものとして構成されている。
【００１６】
光ビーム照射手段７は、レーザー発振器７０から出力されたレーザーをビーム形状補正手段７５及びガルバノミラー７１等のスキャン光学系を介して上記粉末層Ｆに照射するものであり、チャンバー２８外に配設されていて、該光ビーム照射手段７から出射された光ビームはチャンバー２８に設けられた光透過性の窓２９を通じて粉末層Ｆに照射される。加工手段８は上記粉末層形成手段２のベース部にＸＹ駆動機構８０を介してミーリングヘッド８１を設けたものとして構成されている。
【００１７】
ステージ６０上面の造形用ベース表面に粉末タンク６３から溢れさせた金属粉末をブレード６１で供給すると同時にブレード６１で均すことで第１層目の粉末層Ｆを形成し、この粉末層Ｆの硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して金属粉末を焼結させてベースと一体化した焼結層を形成する。この後、ステージ６０を少し下げて再度金属粉末を供給してブレード６１で均すことで第１層目の粉末層Ｆ（と焼結層）の上に第２層目の粉末層Ｆを形成し、この第２層目の粉末層Ｆの硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層と一体化した焼結層を形成する。
【００１８】
ステージ６０を下降させて新たな粉末層Ｆを形成し、光ビームを照射して所要箇所を焼結層とする工程を繰り返すことで、焼結層を積層していくものであり、また積層された焼結層の厚みがたとえば除去加工手段８におけるミーリングヘッド８１の工具長さなどから予め定めた値になれば、いったん除去加工手段８を作動させてそれまでに造形した造形物の表面（側面）を切削することで、外面の除去加工を行って表面仕上げを行う。
【００１９】
粉末としては粒径１０〜１００μｍのほぼ球形の鉄粉、光ビームとしては炭酸ガスレーザーを好適に用いることができるが、これらに限定されるものではなく、また除去加工手段８も上記ミーリングヘッド８１に限定されるものではない。
【００２０】
そして、本光造形システムはこのような光造形機をその一部とするものであるとともに、光造形用の各種パラメータを収めた造形パラメータデータベース２と、除去加工用の各種パラメータを収めた除去加工パラメータデータベース３とを備えて後述する演算処理を行う演算装置１を主体とするもので、該演算装置１は、図１(b)に示すように、ＣＰＵとＲＡＭ及びＲＯＭを内蔵するとともに、Ｉ／Ｏインターフェースを介して記憶部と通信部、マウス、キーボード、ディスプレー等が接続されたものであり、後述する本発明に関わる処理は次のように実行される。すなわち、キーボードやマウスの操作によって所定の指示が入力されると、ＣＰＵはその指示に従ってＲＯＭに格納されているプログラム、あるいは記憶部に記録されたプログラムを読み出してＲＡＭにロードして実行する。尚、通信部から受信した情報によってプログラムの実行が指示される場合もある。そしてＣＰＵはその処理結果を必要に応じてＬＣＤやＣＲＴ等で構成されたディスプレー、あるいはプリンターから出力したり、通信部を通じて外部に送出、あるいは記憶部に記憶する。
【００２１】
演算装置（コンピュータ）１に各種の処理を実行させるプログラムを記述する処理ステップは、必ずしも時系列で処理される必要はなく、並列的に、あるいは個別に実行される処理も含むものであってもよい。また演算装置１は単一のものでなくてもよく、複数のものでプログラムを分散処理するものであてもよい。またプログラムは遠隔の演算装置に転送されて実行されるものであってもよい。
【００２２】
上記記憶部は、ＣＰＵによって実行されるプログラム及びデータを格納するのに適したものであれば、その種類を問うものではなく、内部ハードディスクやリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、磁気光学ディスク、光ディスク、不揮発性メモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリデバイスのような半導体メモリデバイス等、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば任意のものを用いることができる。
【００２３】
なお、本発明に係る光造形プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、この記録媒体から光造形プログラムを読み出して実行することができる演算装置１を利用することによって本発明特有の効果を奏することができるものとなる。
【００２４】
上記演算装置１は、本発明に係る光造形用プログラムを処理実行することにより、図１(a)に示すように、製造しようとする造形物の三次元ＣＡＤによる三次元モデルデータを取り込む三次元モデルデータ取込部１１と、上記モデルデータを所定ピッチでスライスして各断面の輪郭形状データを得るスライス処理部１２と、各断面の輪郭形状データと上記造形パラメータデータベース２中のパラメータデータとを基に光ビームの照射経路である造形パスＰ１を生成する造形パス生成処理部１３と、上記三次元ＣＡＤモデルのデータと上記除去加工パラメータデータベース３中のパラメータデータと除去加工をどの時点で行うのかの除去加工タイミングデータとを基に除去加工経路である除去加工パスＰ２を生成する除去加工パス生成処理部１４と、上記造形パス生成処理部１３で得られた造形パスＰ１と除去加工パス生成処理部１４で得られた除去加工パスＰ２及び除去加工タイミングデータを基に光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用のプログラムＰ３を作成する駆動用プログラム生成処理部１５とを周辺機器と共に構成するものとなる。つまり上記取り込み部１１及び各処理部１２〜１５は、演算装置１において稼働するさせるプログラム（アプリケーションソフトウェア）として実装されている。
【００２５】
上記造形パラメータデータベース２は、図２(a)に示すような光造形機に関するデータと、造形に関する各種データ（パラメータ）とを収録したもので、後者は焼結粉末材料ごとに照射スポット径、光ビームの照射パワー、照射速度、照射パターン（断面内の塗り潰しパターン）、照射間隔などが記載されている。図２(b)は一例を示しており、ここでは焼結粉末材料と後述するスライスピッチ毎にデータを記載している。
【００２６】
除去加工データベースは、光造形機に付属させた除去加工手段、ここでは切削加工手段に関する各種データ（パラメータ）を収録したもので、図３(a)に示すように、被加工材質と工具材質毎に使用可能な工具（エンドミル）についての工具径や首下長、ホルダー径、ボール型かフラット型かの種別といったデータを収めた工具マスターデータ部と、図３(b)に示すように、加工仕上げモード毎に使用することができる工具とその駆動条件とを収めた切削加工条件データ部とを備えている。
【００２７】
次に演算装置１にて行われる演算について説明すると、まず三次元モデルデータ取込部１１は、製造しようとする造形物に関する三次元モデルデータを三次元ＣＡＤから三次元ソリッドモデルまたは少なくとも面の表裏属性が記載されたサーフェスモデル（例えばＳＴＬモデル）として取り込む。
【００２８】
上記モデルデータの表現形式はＮＵＲＢＳなどの曲面表現、三角形をはじめとする多角形で近似した表現のいずれでもよいが、製造しようとするモデルに曲面精度が要求される場合は曲面表現、処理時間を優先させる場合は多角形近似表現とするのが好ましい。
【００２９】
また、レーザ走査による焼結工程ではそれほど精度が要求されないことから、図４(a)に示すように粗い多角形近似精度のモデルデータを、高精度なモデルが要求される除去加工工程は図４(b)に示すような高精度な多角形近似モデル（例えばＳＴＬ表現）データや曲面表示モデルデータを適用するものとしてもよい。つまり、造形パスＰ１の生成と除去加工パスＰ２との生成に際して与えるモデルデータの種類が異なっていてもよい。ただし、両モデルデータは座標系が一致しているものとしておく。
【００３０】
次いでスライス処理部１２で上記モデルデータを所定ピッチでスライスして各断面の輪郭形状データを得るスライス処理を行うのであるが、この処理については公知の手法、たとえば特開２００１−２７７３６９号公報などに示された手法を用いればよく、ここでは詳述しないが、上記公報に記載されているオフセット処理に際してのオフセット量ＯＦＳＴ（図５参照）は、光ビームスポット径の値に限るものではなく、予め設定した所定量としてもよい。この所定量は、たとえば造形パラメータデータベース２に予め記載した値を参照するものとするのが好ましいが、処理中にオペレータが入力した値を採用するようにしてもよい。オフセット処理の方向も輪郭線内側に限定されるものではなく、輪郭線より外側にオフセットさせて除去加工に際しての除去代を大きくとるようにしてもよい。
【００３１】
スライスの際のピッチについても、オペレータが入力した値を採用するほか、用いる粉末材料やモデルの形状、要求される精度等に応じて自動的に決定されるようにしてもよい。
【００３２】
上記スライス処理で各断面形状を得られたならば、造形パス生成処理部１３が造形パラメータデータベースのパラメータデータを参照して、各断面の輪郭形状データを元に光ビームの照射経路である造形パスを各断面形状毎に生成する。この造形パス生成処理ステップでは、図５に示すようにモデルのスライス断面Ｍ１の輪郭上を光ビームＬで走査する際の位置座標を順次記述し、次いでスライス断面内部の塗り潰し経路座標を順次記述することで、ＮＣ制御される光造形機のためのＮＣデータとして利用することができる形式の造形パスＰ１を生成する。この造形パスＰ１のデータ中に光ビームＬのスポット径や照射速度ｖ、照射間隔ｐ、照射パワーなどの照射条件も記述しておくことが好ましい。加工を行う際にこれらの条件を別途設定する必要が無くてオペレーションミスを削減することができる。
【００３３】
次いであるいは上記造形パス生成処理ステップと並行して、除去加工パス生成処理部１４が、前記モデルデータと別途与えられる除去加工タイミングデータを基にＮＣ制御される除去加工手段のためのＮＣデータとして利用することができる形式の除去加工パスＰ２を生成する。使用する工具については前述の除去加工パラメータデータベース３に格納された工具の中からオペレータが選択したものを用いるほか、後述するようにモデル形状を参照して造形パス生成処理部１４が自動的に使用工具を決定するようにしていてもよい。
【００３４】
使用する工具が決まれば、どのような加工方法をどの領域に適用するかを決定する。ここでの加工方法は、従来より切削加工において適用されている等高線加工、面沿い加工、コーナー取り残し処理加工などであるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
使用する工具と加工方法並びに加工領域が決定すれば、除去加工パスＰ２を生成するが、この処理も従来の切削加工用ＣＡＭにおいて用いられているオフセット法や逆オフセット法、Ｚ＿Ｍａｐ法などを適用することができるとともに、これらに限定されるものではない。
【００３６】
ただし、除去加工パスＰ２は除去加工タイミングデータを参照してその値に応じて高さ方向において分割されたものとする。例えば焼結層が５ｍｍ積み上がるごとに除去加工を行うことを除去加工タイミングデータとする場合、高さ方向において５ｍｍごとに分割されたものとする。上記除去加工タイミングデータはオペレータが指定する形式でも、除去加工パラメータデータベース３中に予め設定してある値を参照する形式でもよい。また、後述するように、使用する工具に応じた除去加工タイミングデータが自動採用されるようにしてもよい。なお、この分割に関しては後に詳述する。
【００３７】
造形パス生成処理部１３による造形パスＰ１の生成と、除去加工パス生成処理部１４による除去加工パスＰ２の生成とがなされたならば、駆動用プログラム生成処理部１５がこれらの造形パスＰ１及び除去加工パスＰ２と除去加工タイミングデータを統括する駆動用のプログラムＰ３を作成する。
【００３８】
光造形機及び該光造形機にセットされた除去加工手段の駆動用である上記プログラムＰ３は、光造形機にとってのＮＣデータである造形パスＰ１と、除去加工手段にとってのＮＣデータとなる除去加工パスＰ２とをサブプログラムとしているもので、光造形機とこれに付属する除去加工手段の動作制御を司るコントローラに上記駆動用プログラムＰ３と造形パスＰ１及び除去加工パスＰ２が転送され、オペレータがコントローラでの駆動用のプログラムＰ３の実行を指示すれば、プログラムＰ３は必要とする造形パスＰ１及び除去加工パスＰ２を順次呼び出して光造形機及び除去加工手段を作動させる。この結果、光造形機とこれに付属する除去加工手段は、造形パスＰ１に従って光ビームを照射して焼結層を形成するとともにこれを積層させていくことによる光造形と、除去加工タイミングデータで指定された時点で除去加工手段を除去加工パスＰ２に従って作動させて除去加工を行うこととを順次繰り返すことで、光造形物の製造を行う。
【００３９】
除去加工に際して使用する工具の選択を自動で行うには、例えば図６(a)に示すように、切削対象となる表面の凹凸曲率や水平度及び垂直度に対してどの工具を使用するのが適切であるかのデータや、図６(b)に示すように複数種の工具が使用可能である場合にどの工具を優先使用するかのデータを除去加工パラメータデータベース中に収録しておき、除去加工パス生成処理部１４が除去加工パスＰ２を作成するに際し、図７に示すように、モデルデータから表面形状と近傍干渉面情報を取得し、表面形状に応じて上記データから工具を選択するとともに近傍面との干渉をチェックし、干渉する場合は、優先度が低い工具（通常は工具径がより小さい工具）を選択するようにしておくのである。
【００４０】
除去加工用の工具の自動選定そのものは従来からも行われていることであるが、焼結層を積層していく過程で除去加工を行うために、従来の選定アルゴリズムとは以下の点で相違する。つまり除去加工時点ではそれまでに積層された高さ以上の部分には焼結積層物が存在していないことから、できあがった造形物を対象として除去加工を行う場合には必須の「工具及び工具ホルダや主軸などと被切削物との干渉を確認する」というステップがここでは不要となっているものであり、これ故に工具選定処理時間がかなり短くなっている。
【００４１】
また、前述のように、モデルデータと除去加工パラメータデータベース３中のパラメータデータとに基づいて除去加工パス生成処理手段１４が除去加工タイミングデータを生成する場合、工具９の首下長Ｌと先端径Ｒ（図８参照）に基づいて除去加工タイミングデータ（＝切り込み深さ）Ｔを決定すればよいが、実際には次の点を考慮したものとしておくのが好ましい。すなわち光造形を行う時、図８に示すように、それまでに積層焼結した部分５の側面に垂れ下がった過剰焼結部５０が生じることから、除去加工パラメータデータベース３中に、工具９毎の首下長Ｌと先端径Ｒに加えて、過剰焼結部５０の垂れ下がった部分の除去に必要なオーバーラップ量ｏｖｒも収めておき、使用する工具９の首下長Ｌからオーバーラップ量ｏｖｒと先端径Ｒとを引いた値もしくはこの値よりも小さい値を除去加工タイミングデータＴとするのである。積層焼結工程の合間に行う１回の除去加工工程で複数本の工具９を使用する場合は、もっとも首下長Ｌが短い工具９に合わせて除去加工タイミングデータＴを決定する。なお、複数本の工具９を使用する場合、工具９ごとの切削タイミングデータを適用して、そのタイミングとなった時点でその工具９での除去加工を行うようにしてもよい。
【００４２】
次に除去加工パスＰ２の生成にあたっての除去加工タイミングデータＴに応じた分割について説明すると、この分割はモデルデータ全体に対してまず除去加工パスＰ２を計算し、その後、全体に対する除去加工パスＰ２を除去加工タイミングデータＴに従って分割する。モデルデータをまず高さ方向において除去加工タイミングデータＴに応じて分割し、分割されたモデルデータについて夫々除去加工パスＰ２を生成するようにしてもよい。
【００４３】
前者の場合、図９に示すように、モデル全体の除去加工パスＰ２をまず生成し、次いで除去加工タイミングデータＴで分割される各除去加工高さ範囲に該当する部分を全体に対する除去加工パスＰ２から順次抽出することで分割された除去加工パスＰ２を得るものであり、この場合、モデル全体の除去加工パスＰ２を確認することができ、加工漏れやパス抜けの発生などを確認することができる。また、除去加工パスＰ２の計算時には、モデル形状認識処理が必要であるとともにこの処理には時間がかかるが、形状認識処理が一度で済むために計算処理時間を短縮することができる。
【００４４】
なお、前述のように除去加工は下方側にオーバーラップさせることが好ましいことから、モデル全体の除去加工パスＰ２からの除去加工高さ範囲に該当する部分を抽出するに際し、除去加工タイミングデータＴで分割される各除去加工高さ範囲をオーバーラップさせて設定した上で、上記除去加工パスＰ２の抽出を行う。
【００４５】
また、除去加工パスＰ２の計算に際し、図１０に示すようにある除去加工高さ範囲内で異なる箇所に除去加工すべき部分（島）がある場合、これらに対する複数の除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃを生成すると同時に、もしくは生成後にこれら複数の除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ間をつなぐ空中経路パスＰ２’も生成して、１つの除去加工パスＰ２とする。
【００４６】
上記空中経路パスＰ２’は、前述の除去加工用の工具の自動選定の場合と同様に、接続すべき除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃの対象となっている部分よりも上方には、除去加工を行う時点で未だ光造形がなされておらず、上記部分よりも上方には干渉する物体が存在していないことから、干渉を考慮して空中経路パスＰ２’を計算する必要は殆どない。このためにモデル全体から除去加工パスＰ２を演算するにもかかわらず、空中経路パスＰ２’は現在除去加工パスＰ２を演算している部分よりも上方の図１０(a)で鎖線で示すモデル形状は無視して、接続すべき除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃの対象となっている部分の上面よりも少しだけ上方、たとえば０．１ｍｍ〜１ｍｍ上方を工具先端が通過するように、除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃよりも上方にシフトさせて空中経路パスＰ２’を生成している。干渉について殆ど考慮する必要がなく、単に接続すべき除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ２ｃを都合の良い経路、例えば最短で結ぶ経路を空中経路パスＰ２’とすればよいものである。図１１は上記空中経路パスＰ２’を含む除去加工パスＰ２の生成に関するフローチャートである。
【００４７】
前記モデルデータを除去加工タイミングデータＴに従って図１２に示すように分割し、分割されたモデルデータについて除去加工パスＰ２を夫々生成する場合には、分割されたモデルデータの最上面については除去加工パスＰ２を求める必要はなく、除去加工パスＰ２の計算領域から除外する。図１３にこの場合のフローチャートを示す。必要に応じて前述のように空中経路パスＰ２’を生成するのはもちろんである。
【００４８】
また、複数のモデルデータについて夫々除去加工パスＰ２の計算を行うことから、除去加工パス生成プログラムを複数起動し、分割した複数のモデルデータを各除去加工パス生成プログラムに渡してパラレルに処理を行えば、計算処理時間を短縮することができる。
【００４９】
更には分割されたモデル形状に応じて最適な工具による無駄のない除去加工パスＰ２を得ることができるメリットがある。たとば、図１２中のイの形状のモデルでは、除去加工すべき面は側面の垂直面だけであることから、使用する工具として径の大きいフラットエンドミルを選択して切り込み量の大きい加工を行うことができ、図１２中のロ，ハ，ニ，ホの各モデルについては、曲面や斜面を持つために、使用する工具としてボールエンドミルを選択して加工面をきれいに仕上げることができる。さらに図１２中のハ，ホのモデルでは段となっている部分がないために、使用する工具として径の大きいボールエンドミルを選択して迅速な加工を行うことができ、図１２中のロ，ニのモデルでは段となっている部分があるために、使用する工具として径の小さいボールエンドミルを選択して段の部分の加工を適切に行うことができる。
【００５０】
また、図１２中のホのモデルのように複数の島に分かれる時、これを容易に認識することができるために、ある島に対する切り込み深さの変更を伴う除去加工パスＰ２ａと、他の島に対する切り込み深さの変更を伴う除去加工パスＰ２ｂとを生成するとともに、これら除去加工パスＰ２ａ，Ｐ２ｂ間をつなぐ一つだけの空中経路パスＰ２’を生成することが簡単にできる。この場合、ある島のある高さ部分の除去加工パスと他の島のある高さ部分の除去加工パスとを空中径路パスでつなぎ、切り込み深さを変更して更に同様のことを繰り返すという多数の空中径路パスが生じる場合に比して、無駄な時間がないパス生成を容易に行うことができる。
【００５１】
なお、前述のように除去加工パスＰ２の生成に際して、除去加工を下方側にオーバーラップさせることが好ましいことから、モデルの分割に際しては図１４に示すように除去加工タイミングデータＴで示された量に、除去加工パラメータデータベース３中に収められているオーバーラップ量ｏｖｒの分だけ下方側に延長した分割モデルから夫々除去加工パスＰ２を計算している。
【００５２】
更には、分割したモデルから除去加工パスＰ２を生成する場合、下方側にオーバーラップさせた除去加工パスＰ２を生成する時の次の問題の解決が容易となる。つまり、図１５(a)に示すように緩斜面となる部分が存在する形状のモデルの時、図１５(b)に示す部分の除去加工を行い、その上に焼結積層を行って、更に次の除去加工を行う時、前述のような除去加工パスＰ２の計算では、緩斜面部分の全域がオーバーラップ量ｏｖｒの範囲内にあることから、この全域について除去加工パスＰ２が設定されてしまうことになる。しかし、垂れ下がった余剰硬化部５０は、実際には図１５(c)に示すように、緩斜面のうちの一部に重なるだけであり、他の部分は前回の除去加工で切削された部分であって余剰硬化部５０が存在しないために再度の除去加工を必要としない部分であり、単にオーバーラップ量ｏｖｒだけ下方側に延長した分割モデルから除去加工パスＰ２を生成するのでは、無駄な時間を消費することになる除去加工パスＰ２が生成されることなる。
【００５３】
しかし、分割されたモデルに対し、予め予測される余剰硬化部５０のモデルを付加した余剰硬化部付加モデルを作成し、この余剰硬化部付加モデルを除去加工対象とする除去加工パスＰ２を生成することで、上記問題を解決することができる。
【００５４】
この時の余剰硬化部５０のモデルは、図１６に示すように、除去加工タイミングデータＴで区切られるモデルにおける除去加工対象面に対してオフセット量αを加えた後、このオフセット部分の下面をオーバーラップ量ｏｖｒもしくは別途パラメータデータとして与えた余剰硬化部５０の垂れ下がり量だけ下方に延長し、これらで囲まれた領域から当初のモデル（このモデルは除去加工タイミングデータＴで区切られるモデルに下層側のモデルを付加したもの）と重なる部分を除外することで得ることができる。
【００５５】
図１７に示すように、除去加工タイミングデータＴで区切られるモデルの最下部の輪郭から外側にオフセット量γを加えて、このオフセット量γが加えられた輪郭の内側で且つ当初のモデルと重ならない範囲だけを工具の可動範囲Ωとし、除去加工タイミングデータＴとオーバーラップ量ｏｖｒとから定まる除去加工範囲Ｚと、上記工具の可動範囲Ωとの両方に当てはまる領域についてのみ、除去加工パスＰ２を生成するようにしても、無駄な除去加工パスＰ２を生成してしまう問題を無くすことができる。
【００５６】
なお、上記オフセット量α，γや下方へ延長させる量（たとえばオーバーラップ量ｏｖｒ）は、使用する粉末材料とその焼結条件などに応じて予め決定して、除去加工パラメータデータベース３に収めておく。
【００５７】
更に、モデルを除去加工タイミングデータＴに従って分割して分割された各モデルについて除去加工パスＰ２を求める場合は、除去加工パスＰ２の演算に際し、除去加工タイミングデータＴとオーバーラップ量ｏｖｒで定められる除去加工パスＰ２の演算対象範囲よりも更に下層側のモデル形状も工具との干渉検討エリアとして参照することが好ましい。図１８に示すように、除去加工対象範囲Ｚとなっている部分ロの切削をボールエンドミルである工具９の側面の刃で切削除去を行う時、工具９の先端部が下層側の部分に干渉してしまう虞があることから、除去加工対象範囲Ｚよりも下方の形状（図中のイ）を参照領域として除去加工パス生成処理部１４に渡すのである。参照すべきモデルの範囲は、除去加工対象範囲Ｚよりも下方のすべてのモデル形状としてもよいが、速度的には使用する工具９の半径Ｒに相当する範囲であってもよい。
【００５８】
ちなみに全体モデルに対して除去加工パスＰ２を求めてこれを除去加工タイミングデータＴに従って分割する場合にしても同様の問題があるが、切削除去加工パスＰ２の生成対象となるモデルが全体モデルであるために、別途参照範囲として付加する必要はなく、そのまま干渉のチェックを行えばよい。
【００５９】
このほか、上記分割をどちらで行う場合においても、使用する工具９がボールエンドミルである場合、次の点を考慮して除去加工パスＰ２を演算することが好ましい。すなわち、除去加工タイミングデータＴに従って除去加工パスＰ２を生成すると、工具９がボールエンドミルである場合、工具９の先端が半球形であることから、図１９(a)に示すところに切り込み開始位置がきて、等高線加工での初期経路では工具９が除去すべき余剰硬化部５に全く接触せずに空振りしてしまうことが生ずる。
【００６０】
このために、除去加工パラメータデータベース３に記載された工具９の先端部半径Ｒと予測される余剰硬化部５の幅ｗのデータに基づいて工具９が接触する高さを求め、この高さから切り込みを開始することで、空振りによる加工時間ロスを無くすことができる。
【００６１】
工具９が余剰硬化部５に接触する高さは、モデルにおける除去加工対象となっている部分の上面から
ΔＨ＝（ｗ（２Ｒ−ｗ）1/2
で求められるΔＨだけ下げたところとして求める。もちろん、工具９がフラットエンドミルである場合は、Ｒ＝０として扱って切り込み開始位置を求める。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る実施形態の一例のブロック図である。
【図２】(a)(b)は造形パラメータデータベースに収めたパラメータデータの説明図である。
【図３】(a)(b)は除去加工パラメータデータベースに収めたパラメータデータの説明図である。
【図４】(a)(b)は取り込むモデルデータについての説明図である。
【図５】造形パスについての説明図である。
【図６】(a)(b)は除去加工パラメータデータベースに収めたパラメータデータの他例の説明図である。
【図７】干渉チェックに関するフローチャートである。
【図８】余剰硬化部と工具を示す側面図である。
【図９】除去加工パスの分割についての説明図である。
【図１０】空中経路パスを示すもので、(a)は側面図、(b)は平面図である。
【図１１】分割処理を伴う除去加工パス生成処理についてのフローチャートである。
【図１２】モデルの分割についての説明図である。
【図１３】分割処理を伴う除去加工パス生成処理についての他例のフローチャートである。
【図１４】(a)はモデルの一例の斜視図、(b)はオーバーラップを付加した分割モデルの説明図である。
【図１５】(a)はモデルの一例の側面図、(b)は同上のモデルの製造途中の状態の側面図、(c)は余剰硬化部のモデルについて示した側面図である。
【図１６】余剰硬化部のモデルの作成手順の示す説明図である。
【図１７】除去加工パスの生成範囲の決定に関する他例の説明図である。
【図１８】干渉チェックのための参照範囲に関する説明図である。
【図１９】(a)は工具がボールエンドミルである場合の問題点を示す側面図、(b)はこの問題点の解消策を示す拡大側面図である。
【図２０】(a)は光造型機の一例の破断斜視図、(b)は部分斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  演算装置
２  造形パラメータデータベース
３  除去加工パラメータデータベース
【要約】
【課題】焼結積層の合間に除去加工を行う光造形を効率良く行う。
【解決手段】粉末材料の層に光ビームを照射して焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成の繰り返しの合間に造形物の外面の除去加工を行うにあたり、三次元ＣＡＤモデルのデータをスライスした各断面の輪郭形状データと、造形パラメータデータベース中のパラメータデータとを基に造形パスを生成し、三次元ＣＡＤモデルのデータと、除去加工パラメータデータベース中のパラメータデータと、除去加工タイミングデータとを基に除去加工パスを生成する。得られた造形パスと除去加工パス及び上記除去加工タイミングデータを基に、光造形機及び除去加工手段の駆動用のプログラムを作成し、上記プログラムに基づく光造形機及び除去加工手段の駆動で除去加工を伴う光造形を行う。
【選択図】図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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