(57)【要約】【課題】造形において、熱変形が抑制され積層後に取り外しやすい支持部の量をできるだけ減らすことのできる製品の姿勢を特定することができる３次元姿勢決定装置を提供する。【解決手段】３次元姿勢決定装置は、３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の製品の姿勢を決定する装置である。３次元姿勢決定装置は、姿勢指定部と、オーバハングパラメータ抽出部と、姿勢決定部と、を備える。姿勢指定部は、積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの製品の姿勢を指定する。オーバハングパラメータ抽出部は、姿勢指定部が指定した製品の姿勢におけるＺ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求める。姿勢決定部は、姿勢指定部により指定された異なる製品の姿勢に基づいてオーバハングパラメータを求め、求めたオーバハングパラメータに基づいて複数の製品の姿勢の中から１つの製品の姿勢を決定する。【選択図】図２
2018134747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置であって、
積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定する姿勢指定部と、
前記姿勢指定部が指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めるオーバハングパラメータ抽出部と、
前記姿勢指定部により指定された異なる前記製品の姿勢に基づいて求められた前記オーバハングパラメータに基づいて、複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定する姿勢決定部と、
を備える３次元姿勢決定装置。
【請求項２】
前記オーバハングパラメータ抽出部が求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の候補を抽出する候補抽出部、
を備え、
前記姿勢決定部は、
前記候補抽出部が抽出した複数の前記製品の姿勢の候補の中から前記Ｚ軸の方向の高さが低い１つの候補を決定する、
請求項１に記載の３次元姿勢決定装置。
【請求項３】
前記オーバハングパラメータは、
前記Ｚ軸の方向の面積変化に係るパラメータである、
請求項１または請求項２に記載の３次元姿勢決定装置。
【請求項４】
前記オーバハングパラメータは、
前記Ｚ軸の方向の面積における重心の位置の変化に係るパラメータである、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の３次元姿勢決定装置。
【請求項５】
３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置の制御方法であって、
積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定することと、
指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めることと、
指定した異なる前記製品の姿勢に基づいて前記オーバハングパラメータを求め、求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定することと、
を含む３次元姿勢決定装置の制御方法。
【請求項６】
３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置のコンピュータに、
積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定することと、
指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めることと、
指定した異なる前記製品の姿勢に基づいて前記オーバハングパラメータを求め、求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定することと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元姿勢決定装置、３次元姿勢決定装置の制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６１５６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、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量をできるだけ減らすことのできる造形時の製品の姿勢を特定する技術が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決することのできる３次元姿勢決定装置、３次元姿勢決定装置の制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、３次元姿勢決定装置は、３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置であって、積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定する姿勢指定部と、前記姿勢指定部が指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めるオーバハングパラメータ抽出部と、前記姿勢指定部により指定された異なる前記製品の姿勢に基づいて求められた前記オーバハングパラメータに基づいて、複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定する姿勢決定部と、を備える。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様における３次元姿勢決定装置は、前記姿勢決定部が求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の候補を抽出する候補抽出部、を備え、前記姿勢決定部は、前記候補抽出部が抽出した複数の前記製品の姿勢の候補の中から前記Ｚ軸の方向の高さが低い１つの候補を決定してもよい。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様における３次元姿勢決定装置において、前記オーバハングパラメータは、前記Ｚ軸の方向の面積変化に係るパラメータであってもよい。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れかにおける３次元姿勢決定装置において、前記オーバハングパラメータは、前記Ｚ軸の方向の面積における重心の位置の変化に係るパラメータであってもよい。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、３次元姿勢決定装置の制御方法は、３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置の制御方法であって、積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定することと、指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めることと、指定した異なる前記製品の姿勢に基づいて前記オーバハングパラメータを求め、求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定することと、を含む。
【００１３】
本発明の第６の態様によれば、プログラムは、３次元積層装置で材料を積層、硬化させて製品を製造する際の前記製品の姿勢を決定する３次元姿勢決定装置のコンピュータに、
積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの前記製品の姿勢を指定することと、指定した前記製品の姿勢における前記Ｚ軸の方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求めることと、指定した異なる前記製品の姿勢に基づいて前記オーバハングパラメータを求め、求めた前記オーバハングパラメータに基づいて複数の前記製品の姿勢の中から１つの前記製品の姿勢を決定することと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態による３次元姿勢決定装置によれば、造形において、熱変形が抑制され積層後に取り外しやすい支持部の量をできるだけ減らすことのできる製品の姿勢を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一の実施形態による３次元積層システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における製品の正面図の一例を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置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。
【図５】本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置の処理フローを示す図である。
【図６】本発明の第一の実施形態における製品の姿勢の検索範囲を説明するための図である。
【図７】本発明の第一の実施形態における領域Ａを説明するための図である。
【図８】本発明の第一の実施形態における最小の造形時間の特定を説明するための図である。
【図９】本発明の第二の実施形態における製品の正面図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置を含む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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置１００は、データ作成装置１０に備えられる。３次元姿勢決定装置１００は、上述のデータ作成装置１０が行う処理において、少ない支持部で剛性を満足し、かつ、３次元積層装置３０が製品を造形する時間が短くなる造形時の製品の姿勢を特定する装置である。
【００２１】
本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置１００は、３次元積層装置で材料を順次積層し加熱を行って製品を製造する際の積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸とＹ軸とで表される面における製品の断面積の変化量に基づいて、製品の姿勢を特定する処理を行う。
３次元姿勢決定装置１００は、図２に示すように、姿勢指定部１０１と、オーバハングパラメータ抽出部１０２と、姿勢決定部１０３と、候補抽出部１０４と、を備える。
【００２２】
姿勢指定部１０１は、製品の積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの製品の姿勢を指定する。
【００２３】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、姿勢指定部１０１が指定した製品の姿勢におけるＺ軸方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求める。
【００２４】
候補抽出部１０４は、オーバハングパラメータ抽出部１０２が求めたオーバハングパラメータに基づいて複数の製品の姿勢の候補を抽出する。
【００２５】
姿勢決定部１０３は、姿勢指定部１０１により指定された異なる製品の姿勢に基づいて求められたオーバハングパラメータに基づいて、候補抽出部１０４が抽出した複数の製品の姿勢の候補の中から１つの製品の姿勢の候補を決定する。
【００２６】
ここで、本発明の第一の実施形態におけるオーバハングパラメータについて説明する。
本発明の第一の実施形態におけるオーバハングパラメータは、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量に対する製品の断面積の変化量である面積増加率を示す。
次に、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量に対する製品の断面積の変化量である面積増加率の具体例を示す。
図３は、本発明の第一の実施形態における製品の正面図の一例を示す図である。
図３において、縦方向の軸が積層方向であるＺ軸方向を示す。また、図３において、横方向の軸と奥行き方向の軸とを含む平面が製品の断面と平行な面である。製品をＺ軸方向に積層する際のＺ軸方向の造形ピッチを図３に示すようにΔｚとする。また、造形ピッチΔｚだけ積層されたときの断面積の変化をΔＳとする。このとき、造形ピッチΔｚは、例えば、数十ミクロンと製品全体の大きさに対して充分に小さい値である。そのため、Ｚ軸方向にΔｚだけ積層されたときに断面積がΔＳだけ変化した場合、断面積の変化量ΔＳを造形ピッチΔｚで除算することで、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量当たりの製品の断面積の変化量である面積増加率（ΔＳ／Δｚ）を表すことができる。この面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が正の値を示す、すなわち、増加を示すことは、製品の断面積の増加を示し、Δｚだけ積層されたときにＸＹ平面において製品の造形物が広がることを意味する。また、この面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が負の値を示す、すなわち、減少を示すことは、製品の断面積の減少を示し、Δｚだけ積層されたときにＸＹ平面において製品の造形物が狭まることを意味する。この面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が増加するにつれて、Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度が小さくなる傾向を示す。Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度が小さい場合、生成された製品の部分について支持部が必要になる。つまり、オーバハングパラメータは、Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度に係るパラメータであり、生成された製品の部分について支持部が必要であるか否かの判定を可能にするパラメータである。
【００２７】
図４は、本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置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次元姿勢決定装置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。
【００２８】
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。
【００２９】
３次元姿勢決定装置１００における姿勢指定部１０１、オーバハングパラメータ抽出部１０２、姿勢決定部１０３及び候補抽出部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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置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次元姿勢決定装置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におけるオーバハングパラメータは、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）を示すものとする。
【００３３】
３次元姿勢決定装置１００において、製品の姿勢の検索範囲を設定する（ステップＳ１）。
具体的には、姿勢指定部１０１が、Ｘ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲（例えば、０〜３６０度）と、Ｙ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲（例えば、０〜３６０度）とを設定する。姿勢指定部１０１が、Ｘ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲（例えば、０〜３６０度）と、Ｙ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲（例えば、０〜３６０度）とを設定した場合、Ｘ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲とＹ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲との組み合わせで表される全範囲が検索範囲となる。すなわち、図６に示すように、横軸にＸ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲をとり、縦軸にＹ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲をとった場合に、領域Ｒで示される範囲が検索範囲となる。
この設定は、ユーザが予め製品をＸ軸を中心に回転させるときの角度の範囲と、製品をＹ軸を中心に回転させるときの角度の範囲とを記憶部に記憶させ、３次元姿勢決定装置１００がその記憶部からそれらの角度の範囲を読み出して設定するものであってもよい。また、この設定は、３次元姿勢決定装置１００が動作するときに、ユーザが３次元姿勢決定装置１００にそれらの角度の範囲を手入力して設定するものであってもよい。
【００３４】
姿勢指定部１０１は、製品の姿勢を製品の積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りに回転させて製品の姿勢を指定する（ステップＳ２）。
具体的には、例えば、ステップＳ１の処理で製品の姿勢の検索範囲がＸ軸を中心に０〜３６０度、Ｙ軸を中心に０〜３６０度回転させる範囲に設定され、初期値がＸ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度が設定された場合、姿勢指定部１０１は、Ｘ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度となる製品の姿勢を指定する。
姿勢指定部１０１は、指定した製品の姿勢を示す情報をオーバハングパラメータ抽出部１０２に送信する。
【００３５】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、姿勢指定部１０１から製品の姿勢を示す情報を受信する。
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、製品の姿勢を示す情報を受信すると、その情報が示す製品の姿勢におけるＺ軸方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを特定する（ステップＳ３）。
具体的には、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、Ｘ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度となる製品の姿勢を示す情報を受信した場合、Ｘ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度となる製品の姿勢について、製品を造形する方向に造形ピッチΔｚを変化させる毎にＸＹ平面に平行な製品の断面積を算出する。オーバハングパラメータ抽出部１０２は、断面積の変化量ΔＳを算出する。そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、断面積の変化量ΔＳを造形ピッチΔｚで除算して、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）を算出する。
【００３６】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、算出した面積増加率（ΔＳ／Δｚ）と、所定のしきい値とを比較する。所定のしきい値は、例えば、現在の製品の姿勢について支持部が必要であるか否かを判定する判定基準となる値である。
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、比較面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下である場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、現在の製品の姿勢を示すＸ軸回りについての角度及びＹ軸回りについての角度と、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であることと、製品のＺ軸方向の高さとを関連付けて例えば記憶部が記憶するデータテーブルＴＢＬ１に書き込む（ステップＳ５）。
そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、それらを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書き込むと、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定が完了したことを示す面積増加率判定情報を姿勢指定部１０１に送信する。
【００３７】
また、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値を超える場合（ステップＳ４においてＮＯ）、現在の製品の姿勢を示すＸ軸回りについての角度及びＹ軸回りについての角度と、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値を超えることと、製品のＺ軸方向の高さとを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書きこむ（ステップＳ６）。
そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、それらを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書きこむと、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定が完了したことを示す面積増加率判定情報を姿勢指定部１０１に送信する。
【００３８】
姿勢指定部１０１は、オーバハングパラメータ抽出部１０２から面積増加率判定情報を受信する。
姿勢指定部１０１は、面積増加率判定情報を受信すると、検索範囲のすべての領域について製品の姿勢を指定したか否かを判定する（ステップＳ７）。
例えば、姿勢指定部１０１は、Ｘ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲が０〜３６０度であり、Ｙ軸を中心に製品を回転させるときの角度の範囲が０〜３６０度であり、それぞれ１度ごとの組み合わせで製品の姿勢を指定する場合、Ｘ軸回りについての０〜３６０度の３６１個の角度それぞれと、Ｙ軸回りについての０〜３６０度の３６１個の角度それぞれとの組み合わせのすべてについて製品の姿勢を指示したか否かを判定する。
【００３９】
姿勢指定部１０１は、検索範囲のすべての領域について製品の姿勢を指定していないと判定した場合（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ２の処理に戻し、製品の姿勢を異なる姿勢に変更してステップＳ２〜ステップＳ７の処理を行う。
【００４０】
また、姿勢指定部１０１は、検索範囲のすべての領域について製品の姿勢を指定したと判定した場合（ステップＳ７においてＹＥＳ）、検索範囲のすべての領域について製品の姿勢を指定したことを示す姿勢指定完了情報を候補抽出部１０４に送信する。
【００４１】
候補抽出部１０４は、姿勢指定部１０１から姿勢指定完了情報を受信する。
候補抽出部１０４は、姿勢指定完了情報を受信すると、データテーブルＴＢＬ１を読み出す。
候補抽出部１０４が読み出したデータテーブルＴＢＬ１が示す製品の姿勢とその製品の姿勢についての面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定結果との対応関係は、例えば、図７に示すように、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下である領域Ａと、面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値を超える領域Ｂとを示す情報を含んでいる。
候補抽出部１０４は、読み出したデータテーブルＴＢＬ１が示す製品の姿勢とその製品の姿勢についての面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定結果との対応関係に基づいて、検索範囲のすべての領域における面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下である領域Ａを特定する（ステップＳ８）。ここで、例えば、所定のしきい値が、現在の製品の姿勢について支持部が必要であるか否かを判定する判定基準となる値である場合、候補抽出部１０４は、検索範囲のすべての領域における面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値以下である領域Ａを支持部が不要な領域として特定したことになる。また、候補抽出部１０４は、検索範囲のすべての領域における面積増加率（ΔＳ／Δｚ）が所定のしきい値を超える領域Ｂを支持部が必要な領域として特定したことになる。
候補抽出部１０４は、特定した領域Ａとその領域Ａのそれぞれの姿勢におけるＺ軸方向の製品の高さとの対応関係（複数の製品の姿勢の候補）を少なくとも含む面積増加率情報を姿勢決定部１０３に送信する。
例えば、候補抽出部１０４は、領域Ａとその領域Ａのそれぞれの姿勢におけるＺ軸方向の製品の高さとの対応関係、及び、領域Ｂとその領域Ｂのそれぞれの姿勢におけるＺ軸方向の製品の高さとの対応関係を含む面積増加率情報を姿勢決定部１０３に送信する。
【００４２】
ここで、３次元積層装置３０のＸＹ平面における走査領域は製品の姿勢を変更してもあまり変わらないことが多い。また、３次元積層装置３０のＸＹ平面における走査に掛かる時間は、Ｚ軸方向の積層に掛かる時間に比べてかなり短い。そのため、３次元積層装置３０による製品の造形に掛かる時間は、製品のＺ軸方向の高さにほぼ比例すると考えることができる。
姿勢決定部１０３は、候補抽出部１０４から面積増加率情報を受信する。
姿勢決定部１０３は、面積増加率情報を受信すると、面積増加率情報に基づいて複数の製品の姿勢の候補の中から１つの製品の姿勢の候補を決定する（ステップＳ９）。
具体的には、例えば、姿勢決定部１０３は、面積増加率情報が示すＺ軸方向の製品の高さを例えば、図８に示すような製品の造形に掛かる造形時間に変換して、領域Ａにおいて最小の造形時間を特定する。そして、姿勢決定部１０３は、特定した最小の造形時間に対応する製品の高さに関連付けられた製品の姿勢を特定する。
【００４３】
以上、本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置１００について説明した。３次元姿勢決定装置１００は、姿勢指定部１０１と、オーバハングパラメータ抽出部１０２と、姿勢決定部１０３と、候補抽出部１０４と、を備える。姿勢指定部１０１は、製品の積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの製品の姿勢を指定する。オーバハングパラメータ抽出部１０２は、姿勢指定部１０１が指定した製品の姿勢におけるＺ軸方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求める。候補抽出部１０４は、オーバハングパラメータ抽出部１０２が求めたオーバハングパラメータに基づいて複数の製品の姿勢の候補を抽出する。姿勢決定部１０３は、姿勢指定部１０１により指定された異なる製品の姿勢に基づいて求められたオーバハングパラメータに基づいて、候補抽出部１０４が抽出した複数の製品の姿勢の候補の中から１つの製品の姿勢の候補を決定する。
このようにすれば、３次元姿勢決定装置１００は、造形において、熱変形が抑制され積層後に取り外しやすい支持部の量をできるだけ減らすことのできる製品の姿勢を特定することができる。
【００４４】
＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態による３次元姿勢決定装置を含む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次元姿勢決定装置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。
【００４５】
３次元姿勢決定装置１００は、姿勢指定部１０１と、オーバハングパラメータ抽出部１０２と、姿勢決定部１０３と、候補抽出部１０４と、を備える。
【００４６】
次に、本発明の第二の実施形態による３次元姿勢決定装置１００の処理について説明する。
図５で示した本発明の第一の実施形態による３次元姿勢決定装置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次元姿勢決定装置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におけるオーバハングパラメータは、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量に対する製品の断面積における重心の位置の変化に係るパラメータである。
【００４７】
３次元姿勢決定装置１００は、ステップＳ１〜ステップＳ２の処理を行う。
そして、姿勢指定部１０１は、指定した製品の姿勢を示す情報をオーバハングパラメータ抽出部１０２に送信する。
【００４８】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、姿勢指定部１０１から製品の姿勢を示す情報を受信する。
【００４９】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、製品の姿勢を示す情報を受信すると、その情報が示す製品の姿勢におけるＺ軸方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを特定する（ステップＳ３）。
ここで、本発明の第二の実施形態におけるオーバハングパラメータについて説明する。
本発明の第二の実施形態におけるオーバハングパラメータは、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量に対する製品の断面積の重心の位置の変化量である重心位置変化率を示す。
図９は、本発明の第二の実施形態における製品の正面図の一例を示す図である。
図９において、縦方向の軸が積層方向であるＺ軸方向を示す。また、図９において、横方向の軸と奥行き方向の軸とを含む平面が製品の断面と平行な面である。製品をＺ軸方向に積層する際のＺ軸方向の造形ピッチを図９に示すようにΔｚとする。また、造形ピッチΔｚだけ積層されたときの断面の重心の位置の変化をΔＰとする。このとき、造形ピッチΔｚは、例えば、数十ミクロンと製品全体の大きさに対して充分に小さい値である。そのため、Ｚ軸方向にΔｚだけ積層されたときに断面の重心の位置がΔＰだけ変化した場合、断面の重心の位置の変化量ΔＰを造形ピッチΔｚで除算することで、製品の積層方向となるＺ軸方向の造形位置の変化量当たりの製品の断面の重心の位置の変化量である重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）を表すことができる。この重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が大きくなるにつれて、Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度が小さくなる傾向を示す。Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度が小さい場合、生成された製品の部分について支持部が必要になる。つまり、オーバハングパラメータは、Δｚだけ製品が積層したときに生成された製品の部分の外形とＸＹ平面との成す角度に係るパラメータであり、生成された製品の部分について支持部が必要であるか否かの判定を可能にするパラメータである。
ステップＳ３は具体的には、オーバハングパラメータ抽出部１０２が、Ｘ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度となる製品の姿勢を示す情報を受信した場合、Ｘ軸回りについて０度、Ｙ軸回りについて０度となる製品の姿勢について、製品を造形する方向に造形ピッチΔｚを変化させる毎にＸＹ平面に平行な製品の断面の重心を算出する。オーバハングパラメータ抽出部１０２は、断面の重心の変化量ΔＰを算出する。そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、断面の重心の変化量ΔＰを造形ピッチΔｚで除算して、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）を算出する。
【００５０】
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、算出した重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）と、所定のしきい値とを比較する。所定のしきい値は、例えば、現在の製品の姿勢について支持部が必要であるか否かを判定する判定基準となる値である。
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
オーバハングパラメータ抽出部１０２は、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値以下である場合、（ステップＳ４においてＹＥＳ）、現在の製品の姿勢を示すＸ軸回りについての角度及びＹ軸回りについての角度と、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値以下であることと、製品のＺ軸方向の高さとを関連付けて例えば記憶部が記憶するデータテーブルＴＢＬ１に書き込む（ステップＳ５）。
そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、それらを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書き込むと、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定が完了したことを示す重心位置変化率判定情報を姿勢指定部１０１に送信する。
【００５１】
また、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値を超える場合（ステップＳ４においてＮＯ）、現在の製品の姿勢を示すＸ軸回りについての角度及びＹ軸回りについての角度と、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値を超えることと、製品のＺ軸方向の高さとを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書きこむ（ステップＳ６）。
そして、オーバハングパラメータ抽出部１０２は、それらを関連付けてデータテーブルＴＢＬ１に書きこむと、重心位置変化率（ΔＰ／Δｚ）が所定のしきい値以下であるか否かの判定が完了したことを示す重心位置変化率判定情報を姿勢指定部１０１に送信する。
そして、３次元姿勢決定装置１００は、ステップＳ７〜ステップＳ９の処理を行う。
【００５２】
以上、本発明の第二の実施形態による３次元姿勢決定装置１００について説明した。３次元姿勢決定装置１００は、姿勢指定部１０１と、オーバハングパラメータ抽出部１０２と、姿勢決定部１０３と、候補抽出部１０４と、を備える。姿勢指定部１０１は、製品の積層方向となるＺ軸に直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸回りの製品の姿勢を指定する。オーバハングパラメータ抽出部１０２は、姿勢指定部１０１が指定した製品の姿勢におけるＺ軸方向の面の変化に係るオーバハングパラメータを求める。候補抽出部１０４は、オーバハングパラメータ抽出部１０２が求めたオーバハングパラメータに基づいて複数の製品の姿勢の候補を抽出する。姿勢決定部１０３は、姿勢指定部１０１により指定された異なる製品の姿勢に基づいて求められたオーバハングパラメータに基づいて、候補抽出部１０４が抽出した複数の製品の姿勢の候補の中から１つの製品の姿勢の候補を決定する。
このようにすれば、３次元姿勢決定装置１００は、造形において、熱変形が抑制され積層後に取り外しやすい支持部の量をできるだけ減らすことのできる製品の姿勢を特定することができる。
【００５３】
なお、本発明の第一の実施形態及び第二の実施形態による３次元積層システム１について、熱が加えられた領域の粒子は互いに結合し硬化して断面における製品の層を形成する場合を例に説明した。しかしながら、本発明の第一の実施形態及び第二の実施形態による３次元積層システム１は、熱が加えられた領域の粒子は互いに結合し硬化して断面における製品の層を形成するものに限定されるものではない。例えば、本発明の第一の実施形態及び第二の実施形態による３次元積層システム１は、領域の粒子が紫外線に反応する粒子であり、紫外線が照射された領域の粒子が硬化して断面における製品の層を形成するものであってもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本発明の実施形態について説明したが、上述の３次元姿勢決定装置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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
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次元姿勢決定装置
１０１・・・姿勢指定部
１０２・・・オーバハングパラメータ抽出部
１０３・・・姿勢決定部
１０４・・・候補抽出部
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
【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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