(57)【要約】  本発明は、粉末積層造形において、造形失敗を回避しかつ除去容易性を考慮した適切なサポートの設計・付与が可能となる粉末積層造形用入力データ作成装置を提供することを目的とする。本発明に係る粉末積層造形用入力データ作成装置は、粉末積層造形の造形設計物にサポートを付与したモデルの入力データを作成する装置であって、前記造形設計物における前記サポートを付与する面に生じる力学量を計算する機構を有する力学量計算部、および複数種のサポート形状の情報と当該サポート形状ごとに規定される許容力学量と前記力学量計算部により算出した力学量とに基づいて、当該算出した力学量以上の前記許容力学量を有する適正化サポート形状を前記複数種のサポート形状の中から決定する機構を有するサポート形状決定部、を具備する。
2019064834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末積層造形の造形設計物にサポートを付与したモデルの入力データを作成する装置であって、
前記造形設計物における前記サポートを付与する面に生じる力学量を計算する機構を有する力学量計算部、および複数種のサポート形状の情報と当該サポート形状ごとに規定される許容力学量の情報と前記力学量計算部により算出した力学量とに基づいて、当該算出した力学量以上の前記許容力学量を有する適正化サポート形状を前記複数種のサポート形状の中から決定する機構を有するサポート形状決定部、を具備することを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粉末積層造形用入力データ作成装置において、
前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上であるサポート形状が複数存在するとき、前記サポート形状ごとに規定されるサポート除去工数の情報を参照して、当該サポート除去工数が最も少ないことを前記適正化サポート形状の決定条件とする機構を有していることを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粉末積層造形用入力データ作成装置において、
前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上であるサポート形状が複数存在するとき、前記許容力学量が最も小さいことを前記適正化サポート形状の決定条件とする機構を有していることを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉末積層造形用入力データ作成装置において、
前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、入力情報および計算結果情報を表示する表示部を更に具備し、
前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上である前記適正化サポート形状が存在しないとき、その旨を前記表示部に表示する機構を有していることを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の粉末積層造形用入力データ作成装置において、
前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの許容力学量との関係情報を入力するためのパターン化サポート許容力学量入力部、および前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの除去工数との関係情報を入力するためのパターン化サポート除去工数入力部を、更に具備し、
前記サポート形状決定部は、前記パターン化サポート許容力学量入力部および前記パターン化サポート除去工数入力部に入力された情報に基づいて前記適正化サポート形状を決定する機構を有していることを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の粉末積層造形用入力データ作成装置において、
前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの許容力学量との関係情報を予め記憶したパターン化サポート許容力学量データベース、および前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの除去工数との関係情報を予め記憶したパターン化サポート除去工数データベースを、更に具備し、
前記サポート形状決定部は、前記パターン化サポート許容力学量データベースおよび前記パターン化サポート除去工数データベースに記憶された情報に基づいて前記適正化サポート形状を決定する機構を有していることを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形の技術に関し、特に粉末積層造形用入力データ作成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複雑形状を有する最終製品をニアネットシェイプで製造する技術として、積層造形（Additive Manufacturing）と称される３次元造形技術（いわゆる3Dプリンティング）が注目され、様々な研究開発が活発に行われている。金属材料の積層造形では、該材料の粉末の層（例えば、数十〜数百μm程度の厚さ）を熱源（例えば、レーザー光、電子ビーム）によって溶融・結合することで造形する方式（例えば、粉末床溶融結合方式、指向性エネルギー堆積方式）がしばしば採用される。【０００３】
粉末床溶融結合方式は、造形しようとする物（以下、造形設計物と称す）の外形状の断面を包含する大きさで粉末の層を敷いた粉末床を形成した後に、造形設計物の中実部分に相当する領域の粉末床を熱源で溶融・結合するものであり、１層ごとに粉末床形成と溶融・結合とを繰り返しながら造形する技術である。また、指向性エネルギー堆積方式は、造形設計物の中実部分に相当する領域に粉末を供給しながら熱源で１層ごとに溶融・結合して造形する技術である。【０００４】
上記のような積層造形を行うためには、一般的に、造形設計物のCADデータ等の三次元形状データから積層方向と垂直にスライスした二次元形状データ群を作成し、該二次元データ群を入力データとして積層造形装置に入力する。【０００５】
ここで、粉末床溶融結合方式および指向性エネルギー堆積方式のいずれの方式でも、積層造形の第１層目は十分な剛性を有する板材（ベースプレートと称する）の上に形成される。言い換えると、第１層目は、安定した支持体の上で形成される。【０００６】
一方、第２層目以降の積層造形において、造形設計物の形状に下層よりも張り出した部分（以下、オーバーハング部分と称す）がある場合、該オーバーハング部分は、溶融・結合されてない粉末床の上（粉末床溶融結合方式の場合）または部分的な空中状態（指向性エネルギー堆積方式の場合）で粉末の溶融・結合をすることになり、下からの支えが弱いことに起因して自重や熱収縮による変形が発生し易い。そして、自重や熱収縮による変形が発生すると、造形した物（以下、造形物と称す）の形状が造形設計物の形状から大きくずれたり、造形途中で想定外に造形物が傾いて積層造形装置内の器具に接触したりして、造形が失敗するという問題が生じることがある。【０００７】
そのような造形失敗を回避するため、オーバーハング部分の下層に、サポートと呼ばれる支持補強部を造形設計物の形状の一部として付与する場合がある。この場合、造形設計物にあらかじめサポートを付与したモデル（以下、造形モデルと称す）の二次元形状データ群を入力データとして作成し、積層造形装置へ入力する。付与したサポートは、造形物の造形後に機械加工等で削除すればよい。【０００８】
なお、当然のことながら、自重や熱収縮による変形が、造形物の製造過程において許容できる範囲内であるならば、変形の抑止を目的としたサポートの付与は不要である（すなわち、造形モデルおよびそれによる入力データを作成する必要はない）。【０００９】
例えば、特許文献１には、造形物が形成中に変形することを防ぐためのサポート（支持体）を設計・付与する方法が記載されている。具体的には、層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において前記スライスデータを生成する情報処理方法であって、注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、前記断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において、前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、前記断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、を含むことを特徴とする情報処理方法、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１６−１０７６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１によると、造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることができるとされている。特に、特許文献１の技術は、シート積層法による積層造形（すなわち、樹脂材料の積層造形）を対象としていることから、造形物とサポートとを異なる材料で形成することが比較的容易と考えられる。その結果、サポートを専用の溶剤によって溶解するなどの方法により、サポートのみを選択的に除去できる利点があると考えられる。【００１２】
しかしながら、金属材料の粉末積層造形の場合、造形物とサポートとを異なる材料で形成することが困難なため、それらを同じ材料で形成することが一般的であり、サポートの除去は切削などの機械加工によって通常なされる。このため、金属材料の粉末積層造形では、樹脂材料の積層造形に比してサポートの除去コストが大きくなり易く、低コスト化の観点から除去し易いサポートを付与することが求められる。【００１３】
ただし、除去容易性を考慮してサポートの付与形態を小さくし過ぎると、金属粉末が溶融・結合する際の体積収縮（粉末粒子間空隙の縮小による容積収縮や、温度変化に伴う熱収縮）に起因する応力により、サポートおよび造形物が変形する可能性が高まるため、該応力に耐えられるサポートの設計・付与が重要である。特に、製造コスト低減の観点から、一つの積層造形装置で複数の造形物を同時に形成するプログラムの場合、複数の造形物のうちの一つでも造形失敗が発生すると、問題のない造形物も再度の造形が必要となり、かえって時間と費用のロスを生じさせるという問題がある。【００１４】
したがって、本発明の目的は、粉末積層造形において、造形失敗を回避しかつ除去容易性を考慮した適切なサポートの設計・付与が可能となる粉末積層造形用入力データ作成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、粉末積層造形の造形設計物にサポートを付与したモデルの入力データを作成する装置であって、前記造形設計物における前記サポートを付与する面に生じる力学量を計算する機構を有する力学量計算部、および複数種のサポート形状の情報と当該サポート形状ごとに規定される許容力学量の情報と前記力学量計算部により算出した力学量とに基づいて、当該算出した力学量以上の前記許容力学量を有する適正化サポート形状を前記複数種のサポート形状の中から決定する機構を有するサポート形状決定部を具備することを特徴とする粉末積層造形用入力データ作成装置、を提供するものである。【００１６】
なお、本発明における力学量とは、サポートを付与する面およびサポート自体に生じる力や応力を総称するものであり、本発明中の各処理（各計算）において力学量単位（例えば、NやMPa）を統一するように換算すれば、力（force）であってもよいし応力（stress）であってもよい。【００１７】
本発明は、上記の粉末積層造形用入力データ作成装置において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上であるサポート形状が複数存在するとき、前記サポート形状ごとに規定されるサポート除去工数の情報を参照して、当該サポート除去工数が最も少ないことを前記適正化サポート形状の決定の条件とする機構を有している。
（ii）前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上であるサポート形状が複数存在するとき、前記許容力学量が最も小さいことを前記適正化サポート形状の決定の条件とする機構を有している。
（iii）前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、入力情報および計算結果情報を表示する表示部を更に具備し、前記サポート形状決定部は、前記許容力学量が前記算出した力学量以上である前記適正化サポート形状が存在しないとき、その旨を前記表示部に表示する機構を有している。
（iv）前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの許容力学量との関係情報を入力するためのパターン化サポート許容力学量入力部、および前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの除去工数との関係情報を入力するためのパターン化サポート除去工数入力部を、更に具備し、
前記サポート形状決定部は、前記パターン化サポート許容力学量入力部および前記パターン化サポート除去工数入力部に入力された情報に基づいて前記適正化サポート形状を決定する機構を有している。
（v）前記粉末積層造形用入力データ作成装置は、前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの許容力学量との関係情報を予め記憶したパターン化サポート許容力学量データベース、および前記複数種のサポート形状と該サポート形状ごとの除去工数との関係情報を予め記憶したパターン化サポート除去工数データベースを、更に具備し、
前記サポート形状決定部は、前記パターン化サポート許容力学量データベースおよび前記パターン化サポート除去工数データベースに記憶された情報に基づいて前記適正化サポート形状を決定する機構を有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、粉末積層造形における造形失敗を回避しかつ除去容易性を考慮した適切なサポートの設計・付与が可能となる粉末積層造形用入力データ作成装置を提供することができる。また、本発明の粉末積層造形用入力データ作成装置を利用することにより、粉末積層造形の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】粉末床溶融結合方式による粉末積層造形のプロセスの一例を示す断面模式図である。
【図３】力学量計算部で実行する処理を示すフローである。
【図４】サポート形状決定部で実行する処理を示すフローである。
【図５】STEP 4-1での詳細な処理を示すフローである。
【図６】本発明の粉末積層造形用入力データ作成装置の入力画面の一例を示す図である。
【図７】「サポート除去工数最小選択表示」を選択した場合に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】「サポート内部力学量最小選択表示」を選択した場合に表示される画面の一例を示す図である。
【図９】力学量計算部およびサポート決定部での演算結果が表示された画面の一例を示す図である。
【図１０】適正化サポート形状のデータ、および力学量許容内サポート形状リストの中でサポート形状決定部が選択しなかったサポート形状のデータを表示する画面の一例を示す図である。
【図１１】適切なサポートの設計・付与がなされなかった場合に生じる可能性のある造形失敗の一例を示す断面模式図である。
【図１２】第２実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る粉末積層造形用入力データ作成装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、公知技術と適宜組み合わせたり公知技術に基づいて改良したりすることが可能である。また、同義の部材・部位については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
［第１実施形態］
前述したように、金属材料の積層造形では、該材料の粉末の層（例えば、数十〜数百μm程度の厚さ）を熱源（例えば、レーザー光、電子ビーム）によって溶融し結合することで造形する方式（例えば、粉末床溶融結合方式、指向性エネルギー堆積方式）がしばしば採用される。本実施形態では、粉末床溶融結合方式を例として、図１〜図１１を用いて説明する。
【００２２】
図２は、粉末床溶融結合方式による粉末積層造形のプロセスの一例を示す断面模式図である。図２に示したように、まず、ベースプレート上に粉末201を敷き詰めて、１層分の粉末床を用意する（図２（ａ）参照）。次に、造形設計物の中実部分に相当する領域にレーザー光202を照射して、当該領域の粉末203を溶融・結合する（図２（ｂ）参照）。白丸で示す粉末201は溶融・結合していない粉体を意味し、黒丸で示す粉末203は溶融・結合したものを意味する。
【００２３】
次に、ベースプレートを粉末床１層分の厚さ（高さ）で降下させ、新たに１層分の粉末床を用意した後、造形設計物の中実部分に相当する領域にレーザー光202を照射して、当該領域の粉末203を溶融・結合する（図２（ｃ）参照）。その後、図２（ｃ）のプロセスを繰り返すことにより、造形物が形成される（図２（ｄ）参照）。粉末床内に埋没している造形物を取り出した後、造形物に付着している粉体（粉末201）は、気体で吹き飛ばすなどの処置により取り除くことができる。
【００２４】
粉末床溶融結合方式では、２層目以降の粉末床で溶融・結合させる領域は、直前の層で溶融・結合した領域の直上（水平方向の位置ずれが許容範囲内の斜め上を含む）とするのが基本である。ただし、造形設計物の形状にオーバーハング部分がある場合、溶融・結合されてない粉末床の上で（直前の層で溶融・結合した領域から明らかに外れた位置で）次の層の溶融・結合が必要となる。そのような場合、オーバーハング部分を下から支えるためのサポートをあらかじめ形成しておくことで、上記の基本を順守する。
【００２５】
言い換えると、上記基本から外れた場合、自重や熱収縮などによる変形が生じ易く、造形物が意図した形状（すなわち、造形設計物の形状）から外れたり、造形途中の造形物が想定外に傾いて積層造形装置の器具と接触したりして、造形失敗となる可能性が高くなる。特に、製造コスト低減の観点から、一つの積層造形装置で複数の造形物を同時に造形するプログラムの場合、複数の造形物のうちの一つでも造形失敗が発生すると、問題のない造形物も再度の造形が必要となり、時間と費用の大きなロスを生じさせてしまう。このようなことから、造形失敗を回避する適切なサポートの設計・付与が可能となる粉末積層造形用入力データ作成装置の技術的意義は高い。
【００２６】
以下、本実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置の構成について説明する。
【００２７】
図１は、第１実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置の概略構成を示す模式図である。図１に示したように、第１実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置100は、入出力部109と、パターン化サポート許容力学量入力部101と、パターン化サポート除去工数入力部102と、製品形状・材料入力部103と、サポート付与面入力部104と、造形条件入力部105と、力学量計算部106と、サポート形状決定部107と、表示部108とを有する。
【００２８】
より具体的には、入出力部109は、粉末積層造形の各種条件を入力し、該入力に基づいた演算結果を出力するための機構である。パターン化サポート許容力学量入力部101は、あらかじめ用意した複数種のパターン化したサポート形状および当該サポート形状ごとに定まる許容力学量の関係情報を入力するための機構である。
【００２９】
なお、サポート形状ごとに定まる許容力学量とは、例えば、サポートが許容以上に塑性変形する力学量およびサポートが破断する力学量（サポートが造形物から分離する力学量）のうちの小さい方の力学量を意味する。
【００３０】
パターン化サポート除去工数入力部102は、パターン化したサポート形状と当該サポートの除去工数との関係情報を入力するための機構である。製品形状・材料入力部103は、製品形状および材料の情報を入力するための機構である。サポート付与面入力部104は、当該製品形状におけるサポートを付与可能な面の情報を入力するための機構である。造形条件入力部105は、積層造形時の条件の情報（例えば、レーザーの走査速度）を入力するための機構である。表示部108には、各種入力を確認するために入力結果が表示されることが好ましい。
【００３１】
力学量計算部106は、上記の各入力部101〜105で入力された情報に基づいてサポート付与面に生じる力学量を求めるための機構である。サポート形状決定部107は、力学量計算部106で得られたサポート付与面の力学量に基づいて、サポート自体が塑性変形または破断せずに除去工数が最小となるサポートを求めるための機構である。
【００３２】
サポート形状を決定するにあたっては、サポートの最大変形量またはサポートが塑性変形しない最大力学量を制約として除去工数を最小にしてもよいし、最大除去工数を制約としてサポートの変形量またはサポートに掛かる力学量を最小にしてもよい。また、サポートの塑性変形の有無は、例えば、力学量計算部106で算出した力学量をサポートの造形物接続面（すなわち、サポート付与面）の境界条件として設定し、有限要素解析などの手段を利用して「サポート内の相当力学量（例えば、ミーゼス応力）の最大値≧サポートの塑性変形力学量（例えば、降伏応力や0.2％耐力）」が真のときに塑性変形すると判定し、偽のときに塑性変形しないと判定する。なお、降伏応力や0.2％耐力の値は、使用する積層造形装置で別途作製した試験試料を用いて測定した特性値を利用してもよいし、文献等に記載された機械的特性値を利用してもよい。
【００３３】
その後、サポート形状決定部107で求めたサポート形状および力学量計算部106で算出したサポートに掛かる力学量を表示部108に表示する。この表示部108の結果に基づいて、使用する積層造形装置に対応したデータ形式（例えば、STL形式）にサポートの形状データを変換し、入出力部109を介して当該形状データを積層造形装置へ出力する。これにより、造形物を形成することができる。
【００３４】
なお、積層造形装置へ出力するデータは、サポートの形状データと許容力学量データとの両方を出力してもよいし、データ容量を削減するため形状データの代わりに許容力学量データのみを積層造形装置へ出力する方法でもよい。また、力学量計算部106で算出した力学量がサポートの許容値を超える場合（例えば、サポートが塑性変形すると予測される場合）には、表示部108内でハイライトなどの強調表示を行うと共に、積層造形装置への出力を停止することが好ましい。
【００３５】
次に、力学量計算部106で実行する処理フローについて説明する。図３は、力学量計算部で実行する処理を示すフローである。図３に示したように、力学量計算部106は下記のSTEP 3-1〜3-3の処理を実行する。
【００３６】
＜STEP 3-1＞
製品形状・材料入力部103に入力した製品形状・材料データ、サポート付与面入力部104に入力したサポート付与面データ、および造形条件入力部105に入力した造形条件データを基づいて、造形過程における、変位拘束したサポート付与面に掛かる力学量の履歴をシミュレーションする。
【００３７】
＜STEP 3-2＞
STEP 3-1で得られたサポート付与面に掛かる力学量の履歴から、最大力学量を抽出する。サポート付与面が複数ある場合には、各付与面の最大力学量をそれぞれ抽出する。
【００３８】
＜STEP 3-3＞
抽出した最大力学量を出力する。
【００３９】
次に、サポート形状決定部107で実行する処理フローについて説明する。図４は、サポート形状決定部で実行する処理を示すフローである。図４に示したように、サポート形状決定部107は下記のSTEP 4-1〜4-3の処理を実行する。
【００４０】
＜STEP 4-1＞
パターン化サポート許容力学量入力部101で入力されたサポート形状ごとに規定される許容力学量が、力学量計算部106で算出した力学量以上であることを条件として、複数種のサポート形状の中から造形設計物に適用可能なサポート形状を全て抽出して力学量許容内サポート形状リストを作成する。
【００４１】
＜STEP 4-2＞
作成した力学量許容内サポート形状リストの中から許容力学量が最大となるサポート形状を抽出する。なお、サポート形状ごとに規定される許容力学量が力学量計算部106で算出した力学量以上であるサポート形状が抽出できない場合、当該造形設計物の設計自体がエラーであると判定し、その旨を表示部108に表示する。
【００４２】
＜STEP 4-3＞
STEP 4-2で抽出したサポート形状が複数存在する場合、その中から除去工数が最小となるサポート形状を抽出する。
【００４３】
次に、図５を用いて上述のSTEP 4-1のより詳細な処理フローの一例について説明する。図５は、STEP 4-1での詳細な処理を示すフローである。図５に示したように、STEP 4-1では下記のSTEP 4-1-1〜4-1-11の処理を実行する。
【００４４】
＜STEP 4-1-1＞
サポート付与面入力部104で入力したサポート付与面の数をMに代入する。
【００４５】
＜STEP 4-1-2＞
パターン化サポート許容力学量入力部101で入力したサポート形状のパターン数をNに代入する。
【００４６】
＜STEP 4-1-3＞
サポート付与面に番号jを付して、初めにj＝0を代入する。
【００４７】
＜STEP 4-1-4＞
「j＝j＋1」を行って、加算後のjを1〜Mの範囲で1ずつ変える。
【００４８】
＜STEP 4-1-5＞
サポート形状パターンに番号iを付して、初めにi＝0を代入する。
【００４９】
＜STEP 4-1-6＞
「i＝i＋1」を行って、加算後のiを1〜Nの範囲で1ずつ変える。
【００５０】
＜STEP 4-1-7＞
「番号iのサポート形状パターンの許容力学量≧番号jのサポート付与面に掛かる力学量」が真の場合、STEP 4-1-8に進む。これ以外の場合、STEP 4-1-9に進む。
【００５１】
＜STEP 4-1-8＞
番号iのサポート形状パターンを、力学量許容内サポート形状リストに追加する。
【００５２】
＜STEP 4-1-9＞
「i＞N」が真の場合、STEP 4-1-10に進む。これ以外の場合、STEP 4-1-6に戻る。
【００５３】
＜STEP 4-1-10＞
「j＞M」が真の場合、STEP 4-1-11に進む。これ以外の場合、STEP 4-1-4に戻る。
【００５４】
＜STEP 4-1-11＞
サポート付与面に掛かる力学量を許容可能とする力学量許容内サポート形状リストを出力する。
【００５５】
サポート形状パターンの許容力学量は、サポート付与面に掛かる力学量の関数としておいてもよい。この場合、サポート付与面に掛かる力学量によってサポート形状のパラメータを決定できるようにしておく。
【００５６】
また、力学量を境界条件とした構造解析を実行することにより、サポートに塑性変形箇所が生じるか否かを確認し、塑性変形しなければ許容できると判定してもよい。サポートの塑性変形の有無は、前述したように、力学量計算部106で算出した力学量をサポート付与面の境界条件として設定し、有限要素解析などの手段を利用して「サポート内の相当力学量（例えば、ミーゼス応力）の最大値≧サポートの塑性変形応力」が真のときに塑性変形すると判定し、偽のときに塑性変形しないと判定する。
【００５７】
サポート形状パターンの除去工数は、例えば、円柱サポート１本あたりの横断面積が小さいほど除去工数を小さくし、横断面積が大きいほど除去工数を大きくしておくことが好ましい。
【００５８】
次に、本発明の粉末積層造形用入力データ作成装置における各種入力画面の例について説明する。粉末積層造形用入力データ作成装置100は、利用者からの種々の入力を入出力部109により受け付け、入力内容を表示部108に表示することが好ましい。なお、ここでは利用者から必要な情報の入力を受け付ける形式を説明するが、それら必要な情報を粉末積層造形用入力データ作成装置100の記憶部（図示せず）にあらかじめ記憶させておく形式としてもよい。
【００５９】
図６は、本発明の粉末積層造形用入力データ作成装置の入力画面の一例（表示部における表示の一例）を示す図である。図６に示したように、入力画面は、例えば、製品形状表示601、材料表示602、サポート付与面表示603、造形条件表示604、パターン化したサポート形状と許容力学量との関係表示605、パターン化したサポート形状と除去工数との関係表示606を有し、サポート除去工数最小選択表示607およびサポート内部力学量最小選択表示608を有している。サポート除去工数最小選択表示607およびサポート内部力学量最小選択表示608は、図６のように両方を表示する仕組みでもよいし、いずれか一方のみを表示する仕組みでもよい。
【００６０】
造形条件表示604には、レーザーの走査速度などの条件が含まれる。また、造形条件表示604において、造形条件と該造形条件に合う粉末積層造形装置とを紐づけておいて、粉末積層造形装置を選択できるようにしてもよい。
【００６１】
サポート付与面表示603では、積層方向に対する造形設計物の外形面の角度（積層面と造形設計物の外形面との成す角度）などを閾値として入力し、演算によりサポート付与面を決定・表示する方法でもよい。
【００６２】
図６の例においては、サポート除去工数最小選択表示607またはサポート内部力学量最小選択表示608を選択した後、次へ表示609を押下することにより、次の画面に移動するようになっている。例えば、サポート除去工数最小選択表示607が選択されている場合は図７に示す画面に移動し、サポート内部力学量最小選択表示608が選択されている場合は図８に示す画面に移動する。
【００６３】
図７は、「サポート除去工数最小選択表示」を選択した場合に表示される画面の一例を示す図である。図７に示したように、塑性変形なし表示701または変形量上限表示702を選択できるようになっている。変形量上限表示702を選択する場合は、変形量上限値表示703に数値を入力する。当然のことながら、当該上限値は0より大きい値とする。入力が完了したら実行表示704を押下する。
【００６４】
図８は、「サポート内部力学量最小選択表示」を選択した場合に表示される画面の一例を示す図である。図８に示したように、サポート除去工数上限値表示801に数値を入力する。当然のことながら、当該上限値は0より大きい値とする。入力が完了したら実行表示802を押下する。
【００６５】
次に、実行表示704または実行表示802を押下した後の表示部108の画面について説明する。
【００６６】
図９は、力学量計算部およびサポート決定部での演算結果が表示された画面の一例を示す図である。図９に示したように、製品形状表示901、サポート付与面表示902、および力学量の演算結果903が表示される。合わせて、サポート形状決定部107が決定した適正化サポート形状904が表示される。なお、力学量許容内サポート形状が決定できない場合には、前述したように、そのサポート付与面の箇所を強調表示することが好ましい。
【００６７】
また、図９の画面中の適正化サポート形状904に合わせて押下することにより、適正化サポート形状904のデータ、および力学量許容内サポート形状リストの中でサポート形状決定部107が選択しなかったサポート形状のデータが表示されるようになっていてもよい。
【００６８】
図１０は、適正化サポート形状のデータ、および力学量許容内サポート形状リストの中でサポート形状決定部が選択しなかったサポート形状のデータを表示する画面の一例を示す図である。図１０には、例えば、円筒形状のサポート形状表示1001、および格子形状のサポート形状表示1002が示されており、利用者の意思で選択・変更できるようになっている。さらに、選択されたサポート形状パターンに調整可能なパラメータ（図中では、外径パラメータ表示1003、内径パラメータ表示1004）がある場合には、当該パラメータが合わせて表示され、該パラメータの数値を利用者が変更できるようになっていることが好ましい。なお、該パラメータの数値を変更することによって許容力学量から外れる場合には、その旨を表示することが好ましい。
【００６９】
本実施形態の作用効果について簡単に説明する。図１１は、適切なサポートの設計・付与がなされなかった場合に生じる可能性のある造形失敗の一例を示す断面模式図である。図１１に示したように、所望形状の製品1101に適切でないサポート1102を付与した造形モデルに基づいて粉末積層造形した場合、サポートで支持されていない領域で造形物の自重による変形が生じたり、サポートの機械的強度不足に起因して造形物の体積収縮による変形（ここでは、造形物とサポートとの分離、造形物のそり反り上がり）が生じたりすることがある。
【００７０】
これに対し、本実施形態では、造形設計物の形状維持に必要なサポートの機械的強度をシミュレーションによって求めておくため、適切な機械的強度をもつサポート（適正化サポート形状904）を付与することができる。その結果、所望形状の造形物を低コストで効率的に製造する（すなわち、粉末積層造形の効率を向上させる）ことができる。
【００７１】
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置の概略構成を示す模式図である。図２に示したように、第２実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置1200は、第１実施形態の粉末積層造形用入力データ作成装置100に対して、パターン化サポート許容力学量入力部101およびパターン化サポート除去工数入力部102の代わりに、パターン化サポート許容力学量データベース1201およびパターン化サポート除去工数データベース1202を有する点において異なり、他を同じとするものである。
【００７２】
パターン化サポート許容力学量およびパターン化サポート除去工数をあらかじめデータベース化して保有しておくことにより、粉末積層造形の都度の利用者による入力を省略することができる。これにより、粉末積層造形用入力データ作成処理が効率化する。
【００７３】
上述した実施形態は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を当業者の技術常識の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に当業者の技術常識の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態の構成の一部について、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
100…粉末積層造形用入力データ作成装置、101…パターン化サポート許容力学量入力部、102…パターン化サポート除去工数入力部、103…製品形状・材料入力部、104…サポート付与面入力部、105…造形条件入力部、106…力学量計算部、107…サポート形状決定部、108…表示部、109…入出力部、201…粉末、202…レーザー光、203…粉末、601…製品形状表示、602…材料表示、603…サポート付与面表示、604…造形条件表示、605…パターン化したサポート形状と許容力学量との関係表示、606…パターン化したサポート形状と除去工数との関係表示、607…サポート除去工数最小選択表示、608…サポート内部力学量最小選択表示、609…次へ表示、701…塑性変形なし表示、702…変形量上限表示、703…変形量上限値表示、704…実行表示、801…サポート除去工数上限値表示、802…実行表示、901…製品形状表示、902…サポート付与面表示、903…力学量の演算結果、904…適正化サポート形状、1001…円筒形状のサポート形状表示、1002…格子形状のサポート形状表示、1003…外径パラメータ表示、1004…内径パラメータ表示、1101…所望形状の製品、1102…適切でないサポート、1200…粉末積層造形用入力データ作成装置、1201…パターン化サポート許容力学量データベース、1202…パターン化サポート除去工数データベース。
【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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【国際調査報告】
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