(57)【要約】      （修正有）【課題】サポート部を不要とするか、又は極力少なくし得る三次元造形における造形角度の選択。【解決手段】積層、照射に基づく焼結、切削による三次元造形物１の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域２を有する場合の造形角度の設定方法。１．三次元造形物１のモデルの設定。２．基準アンダーカット角度の選択。３．前記モデルにおける角度単位毎の回転。４．アンダーカット領域２のうち、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２'の水平方向面に対する投影面積の合計値の算定。５．前記合計面積が最小である場合又は所定の基準に至る場合の回転角度の選択。６．前記５の算定における最小である合計面積が所定の基準値を越えている場合又は前記４の算定において何れの合計面積が所定の基準値を超えている場合には、アンダーカット領域に対するサポート部の造形の設定を指令する。【選択図】図１
2019031005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序による三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域を有する三次元造形物の前記順序に基づく造形における造形角度の設定方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
【請求項２】
前記４の最小となる合計面積が複数個存在する場合には、前記工程３によるＸＺ平面に沿った回転角度及びＹＺ平面に沿った回転角度の合計角度が最も小さい場合を、造形角度として選択することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の造形角度の設定方法。
【請求項３】
前記４の最小となる合計面積が複数個存在する場合には、前記工程３による回転において、基準アンダーカットよりも小さい角度を呈するアンダーカット領域の水平方向面に下側から交差する角度の総和が最も大きい場合を、造形角度として選択することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の造形角度の設定方法。
【請求項４】
前記４の最小となる合計面積が所定の基準に至っていない場合には、当該最小となる合計面積に対応する前記３における回転角度を選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴とする請求項１、２、３の何れか１項に記載の三次元造形物の造形角度の設定方法。
【請求項５】
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序によって造形される三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域を有する三次元造形物の前記順序に基づく造形角度の設定方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が所定の基準値以下となった場合には、当該基準に対応する前記３におけるＸＺ平面及びＹＺ面に沿ってそれぞれ設定した回転角度を造形角度として選択する。
【請求項６】
前記４の合計面積が所定の基準以下に至らなかった場合には、前記４の合計面積が最も小さい状態に対応する前記３の各回転角度を造形角度として選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴とする請求項５記載の三次元造形物の造形角度の設定方法。
【請求項７】
基準アンダーカットが６０度であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか１項に記載の三次元造形物の造形角度の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層、焼結、切削という順序による各工程によって造形される三次元造形物を製造する際における前記順序に基づく造形における造形角度の設定方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物の壁部においては、水平方向に対する角度が連続的に変化する場合と断続的に変化する場合の双方が存在するが、何れの場合においても、壁部の所定の高さ位置における水平方向に対しその下側領域が、水平方向に対し鋭角にて交差することによってアンダーカット領域を形成することがある。
【０００３】
上記交差している鋭角が所定の角度以下の場合には、三次元造形物の各領域が有している自重によって、焼結以降の製造段階において、三次元造形物が変形するというアクシデントが発生する場合がある。
【０００４】
このようなアクシデントは、アンダーカット領域の上側に位置している水平方向面の面積が大きいほど発生し易いが、当該アクシデントの発生を防止するため、アンダーカット領域の造形途上においてサポート部を造形し、かつアンダーカット領域を下方から支える方法が少なからず採用されている。
【０００５】
従来技術においては、このようなサポート部の造形以外に、上記アクシデントに対する対策は殆ど講じられていない。
【０００６】
例外的に、特許文献１においては、アンダーカットを形成している輪郭領域と、その後に形成される形成層との間に、結合形成部（ヘッド部５０）を形成することによって、アンダーカット領域の脆い状態、即ち変形し易い状態を抑制する構成を提唱している（段落［０００９］、［００５４］及び図１、図３）。
【０００７】
しかしながら、上記のような結合形成部を後の形成層との間に介在させることは、三次元造形物において予定されている形状に対する設計変更を意味しており、正確な三次元造形に対する支障が生ずることにならざるを得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−４７５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、三次元造形において、サポート部を不要とするか、又はサポート部を可能な限り少なくするような造形角度を選択することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の基本構成は、以下の構成（１）、（２）からなる。
（１）ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序による三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域を有する三次元造形物の前記順序に基づく造形における造形角度の設定方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
（２）ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序によって造形される三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域を有する三次元造形物の前記順序に基づく造形角度の設定方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
【発明の効果】
【００１１】
基本構成（１）、（２）に立脚している本発明においては、アンダーカット領域の存在によって変形が生じないような状態を実現するか、又はたとえ当該状態の実現に至らないとしても、従来技術に比し、サポート部の造形の程度を少ない状態とすることができ、アンダーカット領域を有する三次元造形物につき、効率的かつ安定した造形を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基本構成（１）の各工程を示すフローチャートである。
【図２】基本構成（２）の各工程を示すフローチャートである。
【図３】ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、予め設定した角度単位によって、三次元造形物のモデルを回転させた状態を示す側面図であって、（ａ）は、ＸＺ平面に沿った回転状態を示しており、（ｂ）は、ＹＺ平面に沿った回転状態を示す。尚、図３に示すモデルの場合には、（ａ）に示すように、ＸＺ平面によってアンダーカット領域を観察し得るも、ＹＺ平面においては、アンダーカット領域を観察することができない状況にある。
【図４】工程３において、アンダーカット領域の水平方向面に対する投影状態（上方向の矢印は、投影を意味する。）を示す断面図であって、（ａ）は、アンダーカット領域が湾曲面である場合を示し、（ｂ）は、アンダーカット領域が平面である場合を示す。尚、太線部分は、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向と交差しているアンダーカット領域及び水平方向面のうち、当該アンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面を示し、細線部分は、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて水平方向と交差しているアンダーカット領域及び水平方向面のうち、当該アンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
基本構成（１）、（２）は、スキージの走行による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による焼結、切削工具の走行による切削という順序によって三次元造形物１の製造を行うことを技術的前提としている。
【００１４】
このような技術的前提に立脚した上で、基本構成（１）においては、以下のような各工程を採用している。
１．図１の（１）に示すように、ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物１のモデルを設定する。
２．図１の（２）に示すように、前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域２が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．図１の（３）の１、２、３及び図３に示すように、前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．図１の（４）の１、２に示すように、前記３の各角度単位による回転毎に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域２’を水平方向面３のうち、前記領域２’に対応する領域３’に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．図１の（５）に示すように、前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
【００１５】
同様に、基本構成（２）においては、以下の各工程を採用している。
１．図２の（１）に示すように、ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物１のモデルを設定する。
２．図２の（２）に示すように、前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域２が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．図２の（３）の１、２、３及び図３に示すように、前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．図２の（４）の１、２に示すように、前記３の各角度単位による回転毎に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域２’を水平方向面３のうち、前記領域２’に対応する領域３’に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．図２の（５）に示すように、前記４の合計面積が所定の基準値以下となった場合には、当該基準に対応する前記３におけるＸＺ平面及びＹＺ面に沿ってそれぞれ設定した回転角度を造形角度として選択する。
【００１６】
前記各工程２において、自重によって変形が生じない基準アンダーカット角度については、三次元造形物１の原料である粉末の種類、焼結の程度、アンダーカット領域２の水平方向の面積という各ファクターを考慮した上で、経験則によって定めることができる。
【００１７】
通常、６０度を最小値と設定する場合が多い。
【００１８】
基本構成（１）の場合には、工程５において、合計面積が最小となる場合を選択する以上、前記工程３における角度単位毎による回転は、−１８０度から１８０度の範囲内にて可能な限り行う。
即ち図１のフローチャートにおいて、Δθを角度単位とし、Ｎ＝［１８０／Δθ］とした場合、ｎ＝Ｎとなるような角度に至るまで、ＸＺ平面及びＹＺ平面に沿った回転を行うことを要す（尚、［］はガウス記号であって、１８０／Δθのうちの１未満の端数を除外した正の整数を表わす。）。
【００１９】
これに対し、基本構成（２）の場合には、工程５において、工程４による合計面積が実際の基準以下の場合には造形角度が選択される以上、工程３における角度単位による回転は、−１８０度〜１８０度を範囲内とするも、可能な限り、即ち、図２のフローチャートにおいて、ｎ＝Ｎとなるような角度に至るまで、ＸＺ平面及びＹＺ平面に沿った回転を行うことは、必ずしも必要ではない。
但し、工程５において、合計面積が所定の基準値に至らない場合には、図２のフローチャートに示すように、−１８０度〜１８０度の範囲内にて可能な限り、即ちｎ＝Ｎが成立するような状態に至るまで回転を行うことに帰する。
【００２０】
前記各工程３において、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った回転、及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った回転においては、回転する角度単位が小さいほど、前記各工程４における合計面積の変化状態は緻密となる一方、前記各工程４における合計面積の算定に時間を要する。
これに対し、前記各工程３における角度単位が大きいほど、前記各工程４における合計面積の算定はスピードアップするも、合計面積の変化状態は、粗略とならざるを得ない。
【００２１】
前記各工程３において、単位となる角度を１度〜１５度と設定しているのは、各角度変化の効率と正確な造形角度の設定とが両立し得ることに由来している。
但し、約７度を選択した場合には、前記各工程４における算定のスピードと、水平方向面に投影された合計面積の緻密さとを両立することができる。
【００２２】
前記各工程４において、アンダーカット領域２が球状又は円柱状のように基準アンダーカット角度を超えるような湾曲面を含んでいる場合には、図４（ａ）に示すように、湾曲面において、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２’のみにつき、水平方向面３’に対し鉛直方向に投影することによって、各アンダーカット領域２に対応する面積を計算すれば良く、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて、水平方向面に交差しているアンダーカット領域２”については、上記投影及び投影に基づく面積、即ち水平方向面３”に対する面積を算定する必要はない。
【００２３】
これに対し、アンダーカット領域２が平面であって、しかも図４（ａ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて、水平方向面と交差しているアンダーカット領域２’である場合には、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２”が存在しない以上、当該平面を水平方向面に対し鉛直方向に投影したことによる面積によって、各アンダーカット領域２に対応する投影面積を算定することができる。
【００２４】
基本構成（１）の工程４において、最小値となる合計面積が複数個存在する場合には、何れをも選択することができる。
但し、上記の場合に、前記工程３によるＸＺ平面に沿った回転角度及びＹＺ平面に沿った回転角度の合計角度が最も小さい場合を造形角度として選択することによって、工程１に設定されたモデルの状態に対し変化状態が少ない造形角度を選択することができる。
【００２５】
のみならず、上記の場合に、前記工程３による回転において、基準アンダーカットよりも小さい角度を呈するアンダーカット領域２’の水平方向面に下側から交差する角度の総和が最も大きい場合を、造形角度として選択することによって、工程４にて最小値を呈する造形角度のうち、最も変形しにくい状態による造形角度を選択することが可能となる。
【００２６】
基本構成（２）の工程５の場合には、水平方向の合計面積が所定の基準に至るようなＸＺ平面における回転、及びＹＺ平面における回転を初めて実現した段階にて、三次元造形物１の造形角度を設定している。
【００２７】
このような合計面積は、三次元造形物１の形状、及びその素材、更には、焼結の程度に即した個別の実験に裏付けられた経験則によって設定することができる。
【００２８】
以下、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００２９】
実施例１は、基本構成（１）において、最小となる合計面積が所定の基準に至っていない場合には、当該最小となる合計面積に対応する前記工程３における回転角度を選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域２に対し、交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴としている。
【００３０】
このような特徴によって、実施例１においては、たとえ最小の合計面積によって適切な造形角度が得られなかったとしても、通常の造形の場合に比し、サポート部の造形領域を極めて少ない状態とすることができる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２は、基本構成（２）において、前記工程４の合計面積が所定の基準以下に至らなかった場合には、前記４の合計面積が最も小さい状態に対応する前記３の各回転角度を造形角度として選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域２に対して、交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴としている。
【００３２】
このような特徴によって、実施例２においては、たとえ所定の基準以下に至る合計面積が得られなかったとしても、通常の造形の場合に比し、サポート部の造形領域を極めて少ない状態とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
このように、本発明は、適切な造形角度の設定によって、三次元造形物の製造過程における変形を防止するか、少なくともサポート部の造形を極めて少ない状態とすることが可能であって、その利用範囲は広範である。
【符号の説明】
【００３４】
１    三次元造形物
２    アンダーカット領域
２’  アンダーカット領域のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域
２”  アンダーカット領域のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも大きい領域
３    アンダーカット領域に対応する水平方向面
３’  水平方向面のうち、前記２’のアンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面
３”  水平方向面のうち、前記２”のアンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面
【図１】
2019031005.tif 000003
【図２】
2019031005.tif 000004
【図３】
2019031005.tif 000005
【図４】
2019031005.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月6日(2017.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序による三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域における造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
６．前記５の最小の合計面積が所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
【請求項２】
前記４の最小となる合計面積が複数個存在する場合には、前記工程３によるＸＺ平面に沿った回転角度の絶対値及びＹＺ平面に沿った回転角度の絶対値の合計角度が最も小さい場合を、造形角度として選択することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の造形方法。
【請求項３】
前記４の最小となる合計面積が複数個存在する場合には、前記工程３による回転において、基準アンダーカットよりも小さい角度を呈するアンダーカット領域の水平方向面に下側から交差する角度の総和が最も大きい場合を、造形角度として選択することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の造形方法。
【請求項４】
前記６の指令が行われた場合には、当該最小となる合計面積に対応する前記３における回転角度を選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴とする請求項１、２、３の何れか１項に記載の三次元造形物の造形方法。
【請求項５】
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序によって造形される三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域における造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が所定の基準値以下となった場合には、当該基準に対応する前記３におけるＸＺ平面及びＹＺ面に沿ってそれぞれ設定した回転角度を造形角度として選択する。
６．前記４の合計面積が何れも所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
【請求項６】
前記６の指令が行われた場合には、前記４の合計面積が最も小さい状態に対応する前記３の各回転角度を造形角度として選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴とする請求項５記載の三次元造形物の造形方法。
【請求項７】
基準アンダーカット角度が６０度であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか１項に記載の三次元造形物の造形方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層、焼結、切削という順序による各工程によって造形される三次元造形物の製造に際しアンダーカット領域における造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物の壁部においては、水平方向に対する角度が連続的に変化する場合と断続的に変化する場合の双方が存在するが、何れの場合においても、壁部の所定の高さ位置における水平方向に対しその下側領域が、水平方向に対し鋭角にて交差することによってアンダーカット領域を形成することがある。
【０００３】
上記交差している鋭角が所定の角度以下の場合には、三次元造形物の各領域が有している自重によって、焼結以降の製造段階において、三次元造形物が変形するというアクシデントが発生する場合がある。
【０００４】
このようなアクシデントは、アンダーカット領域の上側に位置している水平方向面の面積が大きいほど発生し易いが、当該アクシデントの発生を防止するため、アンダーカット領域の造形途上においてサポート部を造形し、かつアンダーカット領域を下方から支える方法が少なからず採用されている。
【０００５】
従来技術においては、このようなサポート部の造形以外に、上記アクシデントに対する対策は殆ど講じられていない。
【０００６】
例外的に、特許文献１においては、アンダーカットを形成している輪郭領域と、その後に形成される形成層との間に、結合形成部（ヘッド部５０）を形成することによって、アンダーカット領域の脆い状態、即ち変形し易い状態を抑制する構成を提唱している（段落［０００９］、［００５４］及び図１、図３）。
【０００７】
しかしながら、上記のような結合形成部を後の形成層との間に介在させることは、三次元造形物において予定されている形状に対する設計変更を意味しており、正確な三次元造形に対する支障が生ずることにならざるを得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−４７５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、三次元造形において、サポート部を不要とするか、又はサポート部を可能な限り少なくするような造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の基本構成は、以下の構成（１）、（２）からなる。
（１）  ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序による三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域における造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
６．前記５の最小の合計面積が所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
（２）ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが作成するプログラムに基づいて、スキージによる積層、レーザービーム又は電子ビームの照射に基づく焼結、切削工具の走行に基づく切削の順序によって造形される三次元造形物の造形方法であって、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムの以下の工程によって、アンダーカット領域における造形角度の設定を伴う三次元造形物の造形方法。
１．ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物のモデルを設定する。
２．前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．前記３の各角度単位による回転毎に、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域を水平方向面に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．前記４の合計面積が所定の基準値以下となった場合には、当該基準に対応する前記３におけるＸＺ平面及びＹＺ面に沿ってそれぞれ設定した回転角度を造形角度として選択する。
６．前記４の合計面積が何れも所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
【発明の効果】
【００１１】
基本構成（１）、（２）に立脚している本発明においては、アンダーカット領域の存在によって変形が生じないような状態を実現するか、又はたとえ当該状態の実現に至らないとしても、従来技術に比し、サポート部の造形の程度を少ない状態とすることができ、アンダーカット領域を有する三次元造形物につき、効率的かつ安定した造形を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基本構成（１）の各工程を示すフローチャートである。
【図２】基本構成（２）の各工程を示すフローチャートである。
【図３】ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、予め設定した角度単位によって、三次元造形物のモデルを回転させた状態を示す側面図であって、（ａ）は、ＸＺ平面に沿った回転状態を示しており、（ｂ）は、ＹＺ平面に沿った回転状態を示す。尚、図３に示すモデルの場合には、（ａ）に示すように、ＸＺ平面によってアンダーカット領域を観察し得るも、ＹＺ平面においては、アンダーカット領域を観察することができない状況にある。
【図４】工程３において、アンダーカット領域の水平方向面に対する投影状態（上方向の矢印は、投影を意味する。）を示す断面図であって、（ａ）は、アンダーカット領域が湾曲面である場合を示し、（ｂ）は、アンダーカット領域が平面である場合を示す。尚、太線部分は、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向と交差しているアンダーカット領域及び水平方向面のうち、当該アンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面を示し、細線部分は、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて水平方向と交差しているアンダーカット領域及び水平方向面のうち、当該アンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
基本構成（１）、（２）は、スキージの走行による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射による焼結、切削工具の走行による切削という順序によって三次元造形物１の造形を行うことを技術的前提としている。
【００１４】
このような技術的前提に立脚した上で、基本構成（１）においては、以下のような各工程を採用している。
１．図１の（１）に示すように、ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物１のモデルを採用している。
２．図１の（２）に示すように、前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域２が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．図１の（３）の１、２、３及び図３に示すように、前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて回転可能な限度にて行う。
４．図１の（４）の１、２に示すように、前記３の各角度単位による回転毎に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域２’を水平方向面３のうち、前記領域２’に対応する領域３’に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．図１の（５）に示すように、前記４の合計面積が最小である場合に対応している前記３におけるＸＺ面に沿った回転角度及びＹＺ面に沿った回転角度を、造形角度として選択する。
６．前記５の最小の合計面積が所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
【００１５】
同様に、基本構成（２）においては、以下の各工程を採用している。
１．図２の（１）に示すように、ＸＹＺ軸による三次元空間において三次元造形物１のモデルを設定する。
２．図２の（２）に示すように、前記１のモデルの壁部において、水平方向に対し鋭角にて下方から交差しているアンダーカット領域２が自重による変形が生じないような場合の前記鋭角の最小値の角度を基準アンダーカット角度として選択する。
３．図２の（３）の１、２、３及び図３に示すように、前記１のモデルにつき、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った１度〜１５度の範囲の角度単位による回転をそれぞれ−１８０度〜１８０度の範囲内にて行う。
４．図２の（４）の１、２に示すように、前記３の各角度単位による回転毎に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域２’を水平方向面３のうち、前記領域２’に対応する領域３’に対し鉛直方向に投影した面積、即ちＸＹ平面における面積を算定し、当該面積の合計を算定する。
５．図２の（５）に示すように、前記４の合計面積が所定の基準値以下となった場合には、当該基準に対応する前記３におけるＸＺ平面及びＹＺ面に沿ってそれぞれ設定した回転角度を造形角度として選択する。
６．前記４の合計面積が何れも所定の基準値よりも大きい場合には、アンダーカット領域を支持するサポート部の造形領域を設定するという指令を行う。
【００１６】
前記各工程２において、自重によって変形が生じない基準アンダーカット角度については、三次元造形物１の原料である粉末の種類、焼結の程度、アンダーカット領域２の水平方向の面積という各ファクターを考慮した上で、経験則によって定めることができる。
【００１７】
通常、６０度を最小値と設定する場合が多い。
【００１８】
基本構成（１）の場合には、工程５において、合計面積が最小となる場合を選択する以上、前記工程３における角度単位毎による回転は、−１８０度から１８０度の範囲内にて可能な限り行う。
即ち図１のフローチャートにおいて、Δθを角度単位とし、Ｎ＝［１８０／Δθ］とした場合、ｎ＝Ｎとなるような角度に至るまで、ＸＺ平面及びＹＺ平面に沿った回転を行うことを要す（尚、［］はガウス記号であって、１８０／Δθのうちの１未満の端数を除外した正の整数を表わす。）。
【００１９】
これに対し、基本構成（２）の場合には、工程５において、工程４による合計面積が実際の基準以下の場合には造形角度が選択される以上、工程３における角度単位による回転は、−１８０度〜１８０度を範囲内とするも、可能な限り、即ち、図２のフローチャートにおいて、ｎ＝Ｎとなるような角度に至るまで、ＸＺ平面及びＹＺ平面に沿った回転を行うことは、必ずしも必要ではない。
但し、工程５において、合計面積が所定の基準値に至らない場合には、図２のフローチャートに示すように、−１８０度〜１８０度の範囲内にて可能な限り、即ちｎ＝Ｎが成立するような状態に至るまで回転を行うことに帰する。
【００２０】
前記各工程３において、Ｙ軸を中心とするＸＺ平面に沿った回転、及びＸ軸を中心とするＹＺ平面に沿った回転においては、回転する角度単位が小さいほど、前記各工程４における合計面積の変化状態は緻密となる一方、前記各工程４における合計面積の算定に時間を要する。
これに対し、前記各工程３における角度単位が大きいほど、前記各工程４における合計面積の算定はスピードアップするも、合計面積の変化状態は、粗略とならざるを得ない。
【００２１】
前記各工程３において、単位となる角度を１度〜１５度と設定しているのは、各角度変化の効率と正確な造形角度の設定とが両立し得ることに由来している。
但し、約７度を選択した場合には、前記各工程４における算定のスピードと、水平方向面に投影された合計面積の緻密さとを両立することができる。
【００２２】
前記各工程４において、アンダーカット領域２が球状又は円柱状のように基準アンダーカット角度を超えるような湾曲面を含んでいる場合には、図４（ａ）に示すように、湾曲面において、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２’のみにつき、水平方向面３’に対し鉛直方向に投影することによって、各アンダーカット領域２に対応する面積を計算すれば良く、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて、水平方向面に交差しているアンダーカット領域２”については、上記投影及び投影に基づく面積、即ち水平方向面３”に対する面積を算定する必要はない。
【００２３】
これに対し、アンダーカット領域２が平面であって、しかも図４（ｂ）に示すように、基準アンダーカット角度よりも小さな角度にて、水平方向面と交差しているアンダーカット領域２’である場合には、基準アンダーカット角度よりも大きな角度にて水平方向面と交差しているアンダーカット領域２”が存在しない以上、当該平面を水平方向面に対し鉛直方向に投影したことによる面積によって、各アンダーカット領域２に対応する投影面積を算定することができる。
【００２４】
基本構成（１）の工程４において、最小値となる合計面積が複数個存在する場合には、何れをも選択することができる。
但し、上記の場合に、前記工程３によるＸＺ平面に沿った回転角度の絶対値及びＹＺ平面に沿った回転角度の絶対値の合計角度が最も小さい場合を造形角度として選択することによって、工程１に設定されたモデルの状態に対し変化状態が少ない造形角度を選択することができる。
【００２５】
のみならず、上記の場合に、前記工程３による回転において、基準アンダーカットよりも小さい角度を呈するアンダーカット領域２’の水平方向面に下側から交差する角度の総和が最も大きい場合を、造形角度として選択することによって、工程４にて最小値を呈する造形角度のうち、最も変形しにくい状態による造形角度を選択することが可能となる。
【００２６】
基本構成（２）の工程５の場合には、水平方向の合計面積が所定の基準に至るようなＸＺ平面における回転、及びＹＺ平面における回転を初めて実現した段階にて、三次元造形物１の造形角度を設定している。
【００２７】
このような合計面積は、三次元造形物１の形状、及びその素材、更には、焼結の程度に即した個別の実験に裏付けられた経験則によって設定することができる。
【００２８】
以下、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００２９】
実施例１は、基本構成（１）において、前記６の指令が行われた場合には、当該最小となる合計面積に対応する前記３における回転角度を選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域２に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴としている。
【００３０】
このような特徴によって、実施例１においては、たとえ最小の合計面積によって適切な造形角度が得られなかったとしても、通常の造形の場合に比し、サポート部の造形領域を極めて少ない状態とすることができる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２は、基本構成（２）において、前記６の指令が行われた場合には、前記４の合計面積が最も小さい状態に対応する前記３の各回転角度を造形角度として選択した上で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが最も外側に位置しているアンダーカット領域２に対し交差状態にて支持するサポート部の造形領域を設定することを特徴としている。
【００３２】
このような特徴によって、実施例２においては、たとえ所定の基準値以下に至る合計面積が得られなかったとしても、通常の造形の場合に比し、サポート部の造形領域を極めて少ない状態とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
このように、本発明は、適切な造形角度の設定によって、三次元造形物の製造過程における変形を防止するか、少なくともサポート部の造形を極めて少ない状態とすることが可能であって、その利用範囲は広範である。
【符号の説明】
【００３４】
１    三次元造形物
２    アンダーカット領域
２’  アンダーカット領域のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも小さい領域
２”  アンダーカット領域のうち、水平方向面に対する交差角度が基準アンダーカット角度よりも大きい領域
３    アンダーカット領域に対応する水平方向面
３’  水平方向面のうち、前記２’のアンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面
３”  水平方向面のうち、前記２”のアンダーカット領域を鉛直方向に投影した水平方向面