(57)【要約】【課題】積層造形物をビードの積層によって造形するに際して、ビードの形成方向を適切かつ容易に決定して効率的に積層造形物を製造することが可能な積層造形物の積層造形手順設計方法、積層造形物の製造方法及び製造装置、並びに、その造形手順をコンピュータに実行させるプログラムを提供する。【解決手段】３次元形状データを用いて、積層造形物であるブレード２７の形状をビードの高さに応じて複数の層Ｈ１〜Ｈ７に分割し、複数層Ｈ１〜Ｈ７に分割した積層造形物の各層Ｈ１〜Ｈ７に領域Ｒを当てはめて分割し、これらの領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向Ｂに沿ってビードの形成予定線Ｃを決定する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより積層造形する積層造形物の積層造形手順設計方法であって、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
分割された前記層に予め設定された設定形状の領域を当てはめて分割する面分割工程と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
を含む、積層造形物の積層造形手順設計方法。
【請求項２】
前記面分割工程において、分割された前記層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割する、
請求項１に記載の積層造形物の積層造形手順設計方法。
【請求項３】
前記面分割工程において、分割された前記層に、前記予め設定された設定形状の領域を当てはめ、更に当該領域に隣接する前記層の部分に前記設定形状の領域を当てはめることを繰り返し、
次に当てはめる領域を、前記層の部分と重なる面積が最大となるように選定する、
請求項１に記載の積層造形物の積層造形手順設計方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の積層造形物の積層造形手順設計方法により決定された前記造形手順により、前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の積層造形物の製造方法の前記造形手順を決定する制御部と、
前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
【請求項６】
一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用いて、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードで前記積層造形物を積層造形する積層造形手順を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
分割された前記層に複数の領域を当てはめて分割する手順と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
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、積層造形物の造形手順設計方法、積層造形物の造形方法及び製造装置、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産手段として３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザや電子ビーム、更にはアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで積層造形物を作製する。
【０００３】
例えば、ポンプや圧縮機などの流体機械に設けられるインペラやロータ等の回転部材を製造する技術として、ハブとなるベース材の表面にビードを積層して複数のブレードとなる造形部を造形し、その後、造形部を切削してブレードを形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１４９７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような３次元的に湾曲した複雑形状のブレードとなる積層造形部をビードで形成する場合、ビードの形成方向が適切に設定されていないと、ビードで形成した積層造形部を切削加工する際に、無駄に切削する部分が多くなり、歩留りが低下してしまう。
このため、積層造形部をビードで形成する際の形成方向を適切かつ容易に設定して効率的に積層造形を行える技術の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層造形物をビードの積層によって造形するに際して、ビードの形成方向を適切かつ容易に決定して効率的に積層造形物を製造することが可能な積層造形物の積層造形手順設計方法、積層造形物の製造方法及び製造装置、並びに、その造形手順をコンピュータに実行させるプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は下記構成からなる。
（１）  一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより積層造形する積層造形物の積層造形手順設計方法であって、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
分割された前記層に予め設定された設定形状の領域を当てはめて分割する面分割工程と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
を含む、積層造形物の積層造形手順設計方法。
（２）  （１）の積層造形物の積層造形手順設計方法により決定された前記造形手順により、前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
（３）  （２）の積層造形物の製造方法の前記造形手順を決定する制御部と、
前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
（４）  一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用いて、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードで前記積層造形物を積層造形する積層造形手順を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
分割された前記層に複数の領域を当てはめて分割する手順と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
を実行させるプログラム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積層造形物をビードの積層によって造形するに際して、ビードの形成方向を適切かつ容易に決定して効率的に積層造形物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
【図２】積層造形物の斜視図である。
【図３】積層造形物を積層設計し、この設計された条件で積層造形物を造形するプログラムを生成するまでの手順を示すフローチャートである。
【図４】積層造形物の一断面において粗形材領域を決定する様子を示す説明図である。
【図５】積層造形物の外形を、粗形材領域と積層造形領域とに区分けした結果を示す説明図である。
【図６】積層造形物の一部正面図である。
【図７】図６に示すVII−VII線のＡ１部における断面図である。
【図８】ビードを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。
【図９】本実施形態に係る積層造形手順の設計方法を説明する図であって、（Ａ）は積層造形物の斜視図、（Ｂ）は積層造形物の展開図である。
【図１０】図９（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１１】層分割したブレードの１層目を面分割した状態を示す積層造形物の展開図である。
【図１２】層分割したブレードの１層目を面分割した一つのブレードの展開図である。
【図１３】ブレードの１層目の形状を三角形のポリゴン面からなる領域に面分割したブレードの一部の展開図である。
【図１４】延長方向の求め方の変形例を説明する図であって、（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれブレードの面分割の仕方を示すブレードの模式図である。
【図１５】延長方向の選定の仕方を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の積層造形物を製造する製造装置の概略構成図である。
本構成の積層造形物の製造装置１００は、造形部１１と、造形部１１を統括制御する造形コントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
【００１１】
造形部１１は、先端軸にトーチ１７が設けられたトーチ移動機構としての溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｆｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。
溶接ロボット１９は、例えば６軸の自由度を有する多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ１７には、溶加材Ｆｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
【００１２】
トーチ１７は、溶加材Ｆｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｆｍの先端からアークを発生する。トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるようになっている。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｆｍがコンタクトチップに保持される。
【００１３】
溶加材Ｆｍは、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ  Ｚ  ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ  Ｚ  ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
【００１４】
溶加材Ｆｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、造形コントローラ１３からの指令により、溶接ロボット１９はトーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｆｍを溶融及び凝固させる。これにより、溶加材Ｆｍの溶融凝固体であるビードが形成される。ここでは詳細を後述するように、ベース材２３に支持された軸体２５に、ビードで形成されるブレード２７を形成する場合を例に説明する。
【００１５】
溶加材Ｆｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。アークを用いる場合は、シールド性を確保しつつ、素材、構造によらずに簡単にビードを形成できる。電子ビームやレーザにより加熱する場合は、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。
【００１６】
造形コントローラ１３は、溶接方向決定部３１と、プログラム生成部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。制御部３７には、作製しようとする積層造形物の形状を表す３次元モデルデータ（ＣＡＤデータ等）や、各種の指示情報が入力部３９から入力される。
【００１７】
溶接方向決定部３１は、詳細を後述するが、入力された積層造形物の３次元モデルデータを用いて、ビードを形成する位置情報を含むビードマップ（詳細は後述）を生成する。生成されたビードマップは、記憶部３５に記憶される。
【００１８】
プログラム生成部３３は、造形部１１を駆動して積層造形物の造形手順を設定し、この手順をコンピュータに実行させるプログラムを、上記のビードマップを用いて生成する。生成されたプログラムは、記憶部３５に記憶される。
【００１９】
記憶部３５には、造形部１１が有する各種の駆動部や可動範囲等の仕様情報も記憶され、プログラム生成部３３でプログラム生成する際や、プログラムを実行する際に適宜情報が参照される。この記憶部３５は、メモリやハードディスク等の記憶媒体からなり、各種情報の入出力が可能となっている。
【００２０】
制御部３７を含む造形コントローラ１３は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース等を備えるコンピュータ装置であって、記憶部３５に記憶されたデータやプログラムを読み込み、データの処理やプログラムを実行する機能、及び造形部１１の各部を駆動制御する機能を有する。制御部３７は、入力部３９からの操作や通信等による指示によって、記憶部３５からプログラムを読み込み、実行する。
【００２１】
制御部３７がプログラムを実行すると、溶接ロボット１９や電源装置１５等がプログラムされた所定の手順に従って駆動される。溶接ロボット１９は、造形コントローラ１３からの指令により、プログラムされた軌道軌跡に沿ってトーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｆｍを所定のタイミングでアークにより溶融させて、所望の位置にビードを形成する。
【００２２】
溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３は、造形コントローラ１３に設けられるがこれに限らない。図示はしないが、例えば積層造形物の製造装置１００とは別体に、ネットワーク等の通信手段や記憶媒体を介して離間して配置されたサーバや端末等の外部コンピュータに、溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３が設けられてもよい。外部コンピュータに溶接方向決定部３１やプログラム生成部３３が接続されることで、積層造形物の製造装置１００を要せずにビードマップやプログラムを生成でき、プログラム生成作業が繁雑にならない。また、生成したビードマップやプログラムを、造形コントローラ１３の記憶部３５に転送することで、造形コントローラ１３で生成した場合と同様に動作させることができる。
【００２３】
図２は積層造形物４１の斜視図である。
一例として示す積層造形物４１は、円柱状の軸体２５と、軸体２５の外周に径方向外側へ突出する複数条（図示例では６条）の螺旋状のブレード２７とを備える。複数のブレード２７は、軸体２５の軸方向中間部で、周方向に沿って等間隔に設けられたスクリュー形状となっている。
【００２４】
図１に示す積層造形物の製造装置１００は、積層造形物４１を造形する際、全形状を積層造形法により形成するのではなく、軸体２５については棒材等の粗形材を用いて形成し、ブレード２７を積層造形法により形成してもよい。その場合、積層造形物４１の軸体２５を粗形材で形成し、軸体２５の外周に形成されるブレード２７をビードによって積層造形する。これにより、積層造形物４１の造形工数を大きく削減できる。
【００２５】
次に、上記一例としての積層造形物の基本的な積層手順を説明する。
図３は積層造形物４１を積層設計し、この設計された条件で積層造形物４１を造形するプログラムを生成するまでの手順を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、図１に示す入力部３９から制御部３７に積層造形物４１の形状を表す３次元モデルデータ（以降、形状データと称する。）を入力する（Ｓ１１）。形状データには、積層造形物４１の外表面の座標、軸体２５の径や軸長等の寸法情報の他、必要に応じて参照される材料の種類や最終仕上げ等の情報も含まれる。以下のプログラムを生成する工程は、プログラム生成部３３により行われる。
【００２７】
図４は積層造形物４１の一断面において粗形材領域を決定する様子を示す説明図である。
積層造形物４１は、円柱状又は円筒状の軸体２５を有し、複数のブレード２７が軸体２５の外周面から立設される。そこで、入力された形状データを用いて、積層造形物４１の外形を、積層造形物４１の基体となる粗形材領域と、基体上に形成される積層造形物４１の外形となる積層造形領域とに区分けする。
【００２８】
粗形材領域と積層造形領域は、積層造形物４１の形状データと、用意可能な粗形材の種類に応じて決定される。図示例の積層造形物４１の場合、一例として示される粗形材（丸棒）４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃのうち、積層造形物４１の形状に合わせるための切削量が最小となる径の粗形材４３Ｃが選択される。
【００２９】
図５は積層造形物４１の外形を、粗形材領域４５と積層造形領域４７とに区分けした結果を示す説明図である。
本例の場合、粗形材４３Ｃが粗形材領域４５となり、粗形材４３Ｃの外周に配置される複数のブレード２７がそれぞれ積層造形領域４７となる（Ｓ１２）。
【００３０】
次に、上記Ｓ１２で決定された積層造形領域４７に、ビードを形成する手順を決定する。
積層造形領域４７では、複数のビードを順次に積層することでブレード２７の粗形状を造形する。積層造形領域４７を構成する個々のビードのビード幅、ビード高さ等のビードサイズは、トーチ１７（図１参照）の移動速度、つまり、ビードの連続形成速度や、電源装置１５からの溶接電流、溶接電圧、印加パルス等の溶加材や溶接部への入熱量、等の溶接条件の変更によって制御される。このビードサイズは、溶着ビードを形成するトーチの移動方向に直交する断面で管理することが好ましい。
【００３１】
図６は積層造形物４１の一部正面図である。
本構成の積層造形物４１においては、螺旋状のブレード２７の延設方向をビード形成方向Ｖｂに一致させれば、溶着ビードの連続形成長さを長くできる。そのため、ビード形成方向Ｖｂをブレード２７の延設方向と同じにして、これを基準方向とする（Ｓ１３）。これにより、ビードサイズは、基準方向（ビード形成方向Ｖｂ）に直交するVII−VII線断面で示すビード断面の形状を基準に制御する。
【００３２】
例えば、特定方向に連続した少なくとも一つの突起部を有する積層造形物においては、この連続する特定方向に沿って溶着ビードを形成すれば、効率よく造形が行え、積層造形工程の煩雑化が軽減される。そこで、作製しようとする積層造形物の形状データから、まず、積層造形物の連続する特定方向を求める。この特定方向は、コンピュータによる演算によって、形状データを適宜なアルゴリズムで解析して決定してもよく、作業者が判断する等、人為的に決定してもよい。
【００３３】
図７は図６に示すVII−VII線のＡ１部における断面図である。図中の横軸は、ブレード２７の延設方向（基準方向）に直交する方向で、縦軸は軸体２５の径方向となるビード積層方向である。
【００３４】
ここで、ブレード２７の積層造形領域４７を、複数の仮想ビード層に層分解する（Ｓ１４）。複数層の仮想ビード層のビード（仮想ビード５１として示す）は、仮想ビード層の１層分のビード高さｈに応じて、ブレード２７の最終形状が内包されるように配置される。図示例では、点線で示す仮想ビード５１を、軸体２５（粗形材４３Ｃ）の表面から順次積層（層Ｈ１，Ｈ２，・・・）して、７層目（層Ｈ７）においてブレード２７の径方向最外縁部２７ａが覆われる場合を示す。つまり、ここでは合計７層の仮想ビード層を有する積層モデルとなる。
【００３５】
この積層モデルは、図５に示す複数の積層造形領域４７の全てに対して生成される。そして、各積層モデルにおいて、共通の断面でビードサイズを設計する。つまり、積層造形領域４７の各仮想ビード層における仮想ビード５１の配置位置（ビード積層高さｈ等）、ビードサイズ（ビード幅Ｗ等）、溶接条件、等の諸条件を設定する（Ｓ１５）。なお、図７においては仮想ビード層を７つに分割しているが、ビードサイズ、積層造形物の大きさや形状、等に応じて分割層数は任意に設定できる。
【００３６】
次に、上記のように設計された積層モデルに従ってビードを粗形材４３Ｃ上に形成する手順を示すプログラムを生成する（Ｓ１６）。このプログラムの生成は、図１に示すプログラム生成部３３が行う。
【００３７】
ここでいうプログラムとは、入力された積層造形物の形状データから、所定の演算により設計されたビードの形成手順を、造形部１１により実施させるための命令コードである。制御部３７は、予め用意されたプログラムの中から所望のプログラムを特定し、この特定されたプログラムを実行することで、造形部１１によって積層造形物４１を製造させる。つまり、制御部３７は、記憶部３５から所望のプログラムを読み込み、このプログラムにしたがってビードを形成して、積層造形物４１を造形する。
【００３８】
図８はビードを形成する様子を模式的に示す工程説明図である。
造形コントローラ１３（図１参照）は、造形部１１を生成したプログラムにしたがって駆動して、積層造形物４１の粗形材４３Ｃにビード５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，・・・を順次に並設し、第１層目（層Ｈ１）のビード層を形成する。そして、第１層目（層Ｈ１）のビード層の上に第２層目（層Ｈ２）のビード５５Ｄ，５５Ｅ，・・・を順次に並設する。
【００３９】
ここで、ビード５５Ｄの外表面とビード５５Ｂの外表面との境界をＰｃ（ビード５５Ｄの図中右側の境界）とし、境界Ｐｃにおけるビード５５Ｄの外表面の接線をＬ１、境界Ｐｃにおけるビード５５Ｂの外表面の接線をＬ２とする。また、接線Ｌ１とＬ２とのなす角をαとし、角αの二等分線をＮとする。
【００４０】
ビード５５Ｄに隣接する次のビード５５Ｅは、境界Ｐｃを目標位置として形成される。ビード５５Ｅを形成する際、トーチ１７のトーチ軸線の向きは、直線Ｌと概ね同じ方向に設定される。なお、ビード５５Ｅを形成する目標位置は、境界Ｐｃに限らず、ビード５５Ｂとビード５５Ｃとの間の境界Ｐｃａにしてもよい。
【００４１】
造形コントローラ１３は、各ビード５５Ａ〜５５Ｅ，・・・の形成時に、上記したプログラムに従ってトーチ１７を図中奥側（紙面垂直方向）に向けて移動させ、シールドガスＧ雰囲気中で発生させたアークによりビード形成の目標位置付近を加熱する。そして、加熱により溶融した溶加材Ｆｍが目標位置で凝固することで、新たなビードが形成される。これにより、図７に示す粗形状のビード層が形成される。ビード層が形成された積層造形領域４７は、その後の適宜な加工によって所望のブレード２７の形状に仕上げられる。
【００４２】
ここで、本実施形態では、積層造形物の製造装置１００の造形部１１を駆動させてビードにより積層造形する積層造形物の積層造形手順を、層分割工程と、面分割工程と、連続線抽出工程と、延長方向推定工程と、ビード形成線決定工程とから設計する。
【００４３】
以下、具体的な積層造形手順の設計方法を、各工程毎に説明する。
図９は本実施形態に係る積層造形手順の設計方法を説明する図であって、（Ａ）は積層造形物の斜視図、（Ｂ）は積層造形物の展開図である。図１０は図９（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。図１１は層分割したブレードの１層目を面分割した状態を示す積層造形物の展開図である。図１２は層分割したブレードの１層目を面分割した一つのブレードの展開図である。
【００４４】
（層分割工程）
積層造形物の３次元形状データを用いて、積層造形物４１の形状をビードの高さに応じて複数の層に分割する。図９（Ａ）に示すように、複数のブレード２７を有する積層造形物４１を展開すると、図９（Ｂ）に示すように、各ブレード２７が斜めに整列した状態となる。この展開図において、ブレード２７を、軸体２５の軸線に直交する方向に断面視すると、図１０に示すように、ブレード２７は、軸体２５からなる基材から立設された形状となる。層分割工程では、このブレード２７を、積層造形物４１の３次元形状データを用い、ビードの高さに応じて複数の層に分割する。本例では、Ｈ１〜Ｈ７の７層に分割している。
【００４５】
（面分割工程）
分割された各層Ｈ１〜Ｈ７の形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割する。図１１に示すものは、展開図におけるブレード２７の１層目Ｈ１の平面形状を示している。この１層目Ｈ１において、その形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割する。ここでは、四角形からなるポリゴン面でブレード２７の１層目Ｈ１の平面形状をポリゴン面からなる複数の領域Ｒに分割している。
【００４６】
（連結線抽出工程）
各層において、ブレード２７の一端部２７Ａから他端部２７Ｂに向けて、隣接する領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求める。例えば、図１２に示すように、ブレード２７の一端部２７Ａにおける一つの領域Ｒを任意に選択する。ここでは、ブレード２７の一端部２７Ａにおける左端の領域Ｒを選択する。次に、予め設定した設定方向Ａに隣接する領域Ｒを選択し、これらの領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを求める。その後も設定方向Ａに隣接する領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを順次求める。なお、領域Ｒの設定方向Ａ側がブレード２７の縁部となっているために設定方向Ａに隣接する領域Ｒがない場合は、左側に隣接する領域Ｒを選択し、それぞれの中心位置を結ぶ連結線Ｌを求める。
【００４７】
なお、ブレード２７の一端部２７Ａで選択する領域Ｒは、左端に限らず、中央または右端でもよく、いずれの場合も、連結線Ｌを求めていくことで、その後に同一ルートをたどることとなる（図１２中点線参照）。
【００４８】
（延長方向推定工程）
抽出した連結線Ｌから、例えば、最小二乗法等によってビードを形成する方向であるブレード２７の延長方向Ｂを求める。
【００４９】
（ビード形成線決定工程）
分割されたブレード２７の層を、推定した延長方向Ｂに沿って複数のビードに分割して、それぞれのビードを形成するための形成予定線Ｃを決定する。
【００５０】
そして、ブレード２７の全ての層Ｈ１〜Ｈ７において形成予定線Ｃを決定し、その決定した形成予定線Ｃに沿ってビード５５を形成する。
【００５１】
このように、上記実施形態によれば、複数層に分割した積層造形物であるブレード２７の各層Ｈ１〜Ｈ７に領域Ｒを当てはめて分割し、これらの領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向Ｂに沿ってビードの形成予定線Ｃを決定する。具体的には、ブレード２７の各層Ｈ１〜Ｈ７の形状を複数のポリゴン面からなる領域Ｒに分割して連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線Ｃを決定する。これにより、ビードを形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形が行える。
【００５２】
なお、上記実施形態では、面分割工程において、各層Ｈ１〜Ｈ７におけるブレード２７の平面形状を四角形のポリゴン面からなる領域Ｒに分割したが、領域Ｒの形状は四角形に限らない。
【００５３】
図１３はブレードの１層目の形状を三角形のポリゴン面からなる領域に面分割したブレードの一部の展開図である。
図１３に示すように、面分割工程において、各層Ｈ１〜Ｈ７におけるブレード２７の平面形状を三角形のポリゴン面からなる領域Ｒに分割してもよい。ここで、この三角形のポリゴン面からなる領域Ｒで分割した場合における連結線抽出工程について説明する。
【００５４】
三角形のポリゴン面からなる領域Ｒで分割した場合、連結線Ｌの進行方向の選択の優先順位を、例えば、上、右、左とし、隣接する領域Ｒ同士を連結する連結線Ｌを求める。具体的には、ブレード２７の一端部２７Ａにおける一つの領域Ｒを任意に選択し、予め設定した設定方向Ａに隣接する領域Ｒを選択し、これらの領域Ｒの中心位置を結ぶ連結線Ｌを順次求める。このとき、設定方向Ａに隣接する領域Ｒが存在しない場合は、進行方向の選択の優先順位に沿って隣接する領域Ｒを選択する。
【００５５】
その後は、抽出した連結線Ｌから、ビードを形成する方向であるブレード２７の延長方向Ｂを求め（延長方向推定工程）、分割されたブレード２７の層において、推定した延長方向Ｂに沿って複数のビードに分割して、それぞれのビードを形成するための形成予定線Ｃを決定する（ビード形成線決定工程）。
【００５６】
次に、延長方向の求め方の変形例について説明する。
図１４は延長方向の求め方の変形例を説明する図であって、（Ａ）から（Ｄ）は、それぞれブレードの面分割の仕方を示すブレードの模式図である。図１５は延長方向の選定の仕方を示すグラフである。
【００５７】
変形例では、面分割工程において、分割された層に予め設定された設定形状の領域Ｒを当てはめ、この当てはめた領域Ｒに隣接する部分で設定形状を当てはめる際に、既に当てはめた領域Ｒに接する面の面積Ｓが最大となるように領域Ｒを設定していく。
【００５８】
図１４に示すものは、ブレード２７に対して一端部２７Ａ側に、設定形状（平行四辺形）の領域Ｒ１を当てはめ、この領域Ｒ１に隣接する部分に同一形状の設定形状の領域Ｒ２を当てはめる場合を示している。図１４（Ａ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が左側へ大きくずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が−θ２となっている。図１４（Ｂ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が左側へずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が−θ１となっている。図１４（Ｃ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置と隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置とを連結する連結線Ｌが設定方向Ａに一致している。図１４（Ｄ）では、一端部２７Ａ側の領域Ｒ１の中心位置に対して隣接する部分の領域Ｒ２の中心位置が右側へずれており、設定方向Ａに対して連結線Ｌの傾き角が＋θ１となっている。
【００５９】
このような場合において、図１５に示すように、互いに隣接する領域Ｒ１，Ｒ２の接する面の面積Ｓは、設定方向Ａに対する連結線Ｌの傾き角が−θ１のときに最大となっている。したがって、この場合、設定方向Ａに対して領域Ｒ１，Ｒ２の連結線Ｌの傾き角が−θ１となるように面分割し、その連結線Ｌからブレード２７の延長方向Ｂを求める。
【００６０】
このように、変形例によれば、積層造形物であるブレード２７の各層Ｈ１〜Ｈ７の形状に予め設定された設定形状の領域Ｒを当てはめ、この当てはめた領域Ｒに隣接する部分で設定形状の領域Ｒを当てはめる際に、既に当てはめた領域Ｒに接する面の面積が最大となるように領域Ｒを設定していく。そして、各領域Ｒの連結線Ｌを求めて延長方向Ｂを割り出し、その延長方向Ｂに沿ってビードの形成予定線Ｃを適切かつ容易に決定することができる。
【００６１】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００６２】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  一方向に延びる突起部を有する積層造形物を、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードにより積層造形する積層造形物の積層造形手順設計方法であって、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する層分割工程と、
分割された前記層に予め設定された設定形状の領域を当てはめて分割する面分割工程と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める連結線抽出工程と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める延長方向推定工程と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定するビード形成線決定工程と、
を含む、積層造形物の積層造形手順設計方法。
この積層造形物の積層造形手順設計方法によれば、複数層に分割した積層造形物の各層に領域を当てはめて分割し、これらの領域同士を連結する連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を決定する。これにより、ビードを形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形が行える。
【００６３】
（２）  前記面分割工程において、分割された前記層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割する
（１）に記載の積層造形物の積層造形手順設計方法。
この積層造形物の積層造形手順設計方法によれば、積層造形物の各層の形状を複数のポリゴン面からなる領域に分割して連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を適切かつ容易に決定することができる。
【００６４】
（３）  前記面分割工程において、分割された前記層に、前記予め設定された設定形状の領域を当てはめ、更に当該領域に隣接する前記層の部分に前記設定形状の領域を当てはめることを繰り返し、
次に当てはめる領域を、前記層の部分と重なる面積が最大となるように選定する、
（１）に記載の積層造形物の積層造形手順設計方法。
この積層造形物の積層造形手順設計方法によれば、積層造形物の各層の形状に予め設定された設定形状の領域を当てはめ、この当てはめた領域に隣接する部分で設定形状の領域を当てはめる際に、既に当てはめた領域に接する面の面積が最大となるように領域を設定していく。そして、各領域の連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を適切かつ容易に決定することができる。
【００６５】
（４）  （１）から（３）のいずれか一つに記載の積層造形物の積層造形手順設計方法により決定された前記造形手順により、前記積層造形物を造形する積層造形物の製造方法。
この積層造形物の製造方法によれば、ビード形成方向を適切かつ容易に行うことができ、高効率に積層造形が行える。
【００６６】
（５）  （４）に記載の積層造形物の製造方法の前記造形手順を決定する制御部と、
前記制御部により決定された前記造形手順に応じて駆動され、前記ビードを形成する造形部と、
を備える積層造形物の製造装置。
この積層造形物の製造装置によれば、積層造形物を高効率で造形できる。
【００６７】
（６）  一方向に延びる突起部を有する積層造形物の３次元形状データを用いて、溶加材を溶融及び凝固させて形成するビードで前記積層造形物を積層造形する積層造形手順を決定する手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記積層造形物の３次元形状データを用いて、前記積層造形物の形状を前記ビードの高さに応じて複数の層に分割する手順と、
分割された前記層に複数の領域を当てはめて分割する手順と、
前記層の前記突起部の一端部から他端部に向けて、隣接する前記領域同士を連結する連結線を求める手順と、
前記連結線から前記突起部の延長方向を求める手順と、
分割された前記層を前記延長方向に沿って複数の前記ビードに分割して、前記ビードの形成予定線を決定する手順と、
を実行させるプログラム。
このプログラムによれば、ビードの形成予定線を、複数層に分割した積層造形物の各層に領域を当てはめて分割し、これらの領域同士を連結する連結線を求めて延長方向を割り出し、その延長方向に沿ってビードの形成予定線を決定する。これにより、ビード形成する際の形成方向を適切かつ容易に決定することができ、最適な造形手順で効率的に積層造形できる。
【符号の説明】
【００６８】
１３  造形コントローラ
１７  トーチ
２７  ブレード（突起部）
３１  溶接方向決定部
３３  プログラム生成部
３５  記憶部
３７  制御部
４１  積層造形物
５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ，５５Ｅ  ビード
Ｂ  延長方向
Ｃ  形成予定線
Ｆｍ  溶加材
Ｈ１〜Ｈ７  層
Ｌ  連結線
Ｒ  領域
【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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