(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元造形物の内部空間における切削を実現する切削パスを自動的に作成し得る構成の提供。【解決手段】三次元造形物１の製造に必要な積層、焼結、切削の各プログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、以下の順序の工程による三次元造形物１の内部空間２における切削パス５の自動作成方法。１．内部空間２の上端と下端との間に仮想水平方向平面３を設定する。２．仮想水平方向平面３の下側領域２１にて、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって設定された内側壁部に対する切削パス５を、下端から上下方向切削幅毎の順次上側の位置にて作成する。３．仮想水平方向平面３の上側領域２２にて、前記水平方向切削パス５を、上端に到るまで、上下方向切削幅毎の順次上側の位置に各水平方向切削パス５を作成する。４．前記２の切削パス５と前記３の切削パス５とを結合する。【選択図】図３
2019031003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づく三次元造形物を製造するために必要な前記各工程のプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、以下の順序の工程による三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
１．内部空間の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面を設定する。
２．仮想水平方向平面の下側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．前記２による各水平方向切削パスの作成が仮想水平方向平面又は仮想水平方向平面に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面における水平方向切削パスの作成を中止したうえで、仮想水平方向平面の上側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記２において最後に作成された切削パスよりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．前記２の切削パスと前記３の切削パスとを仮想水平方向平面を介して結合する。
【請求項２】
スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づく三次元造形物を製造するために必要な前記各工程のプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、以下の順序の工程による三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
１．内部空間の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面を設定する。
２．仮想水平方向平面の下側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．前記２による各水平方向切削パスの作成が仮想水平方向平面又は仮想水平方向平面に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面における水平方向切削パスを作成したうえで、仮想水平方向平面の上側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記２において最後に作成された切削パスよりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．仮想水平方向平面における水平方向切削パスを削除したうえで、前記２の切削パスと前記３の切削パスとを仮想水平方向平面を介して結合する。
【請求項３】
前記２の工程において、各水平方向切削パスを作成する前に、前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている下端面に対し、通常の切削工具の使用を前提とする切削パスを作成することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
【請求項４】
前記３の工程において、各水平方向切削パスを作成した後に、前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている上端面に対し、アンダーカット工具の使用を前提とする切削パスを作成することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
【請求項５】
上下方向の一部領域において、内側壁部の水平方向幅が上側方向に沿って順次狭幅となるような形状である場合に、当該形状を呈する内側壁部の領域に対し、アンダーカット工具の使用を前提とする各水平方向切削パスを作成することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
【請求項６】
上下方向の一部領域において、内側壁部の水平方向幅が上側方向に沿って順次狭幅となるような形状であって、他の高さ領域において内側壁部が鉛直方向である場合に、上端の位置と下端の位置とを逆転したうえで、前記１、２、３、４の各工程による水平方向切削パスを作成することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
【請求項７】
上下方向に沿った全領域において相向かい合う内側壁部が平行状態にて傾斜している場合に、三次元造形物の全領域につき、当該傾斜方向を鉛直方向とするような座標変換を行ったうえで、前記１、２、３、４の各工程による水平方向切削パスを作成することを特徴とする請求項１、２の何れか１項に記載の三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキージによる粉末の積層、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に基づく三次元造形物を製造するために必要な前記各工程のプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、当該三次元造形物の内部空間における各水平方向切削パスを自動的に作成する方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、切削工具の切削パスを作成する場合には、当該切削パスが存在する領域は、切削工具を挿入し得る領域であることを前提としている。
【０００３】
したがって、例えば水道管の内側のような三次元造形物において閉鎖された内部空間の場合には、本来切削工具が挿入され得ない以上、当該内部空間における切削パスをＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動的に作成することは、技術的に不可能とされている。
【０００４】
このような状況を反映して、特許文献１においては、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによる三次元造形物の内部切削を、レーザー光線を照射し、当該光線の焦点位置の調整によって実現しており、切削工具による内部空間における切削パスは作成されていない。
【０００５】
但し、従来技術においては、内部空間の上端の位置に水平方向平面を設定したうえで、造形領域を当該平面の上側領域と当該平面の下側領域とに分割し、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって前記上側領域及び下側領域における各水平方向切削パスを作成し、かつ当該平面において自動的に作成された切削パスを削除したうえで、双方の切削パスを結合していた。
【０００６】
しかしながら、前記の方法では、上側領域における各水平方向切削パスと下側領域における各水平方向切削パスとが独立して個別に作成される結果、双方の領域が共通の情報によるパラメータを有していないことを原因として、双方の切削パスを結合するプログラムを、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムが自動的に作成することは不可能である。
【０００７】
即ち、上記結合については、手動（マニュアル）によるプログラムの作成を必要不可欠とする。
【０００８】
このように、従来技術においては、三次元造形物の内部空間における切削につき、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって各水平方向切削パスを自動的に作成する方法はこれまで提唱されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国公開特許２００２／０１００７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて三次元造形物の内部空間における切削を実現するために必要な各水平方向切削パスを自動的に作成し得る構成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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づく三次元造形物を製造するために必要な前記各工程のプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、以下の順序の工程による三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
１．内部空間の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面を設定する。
２．仮想水平方向平面の下側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．前記２による各水平方向切削パスの作成が仮想水平方向平面又は仮想水平方向平面に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面における水平方向切削パスの作成を中止したうえで、仮想水平方向平面の上側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記２において最後に作成された切削パスよりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．前記２の切削パスと前記３の切削パスとを仮想水平方向平面を介して結合する。
（２）スキージの走行に伴う粉末による積層、レーザービーム又は電子ビームの照射を伴う焼結、切削工具の走行による切削に基づく三次元造形物を製造するために必要な前記各工程のプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおいて、以下の順序の工程による三次元造形物の内部空間における切削パスの自動作成方法。
１．内部空間の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面を設定する。
２．仮想水平方向平面の下側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．前記２による各水平方向切削パスの作成が仮想水平方向平面又は仮想水平方向平面に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面における水平方向切削パスを作成したうえで、仮想水平方向平面の上側領域において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パスを、前記２において最後に作成された切削パスよりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．仮想水平方向平面における水平方向切削パスを削除したうえで、前記２の切削パスと前記３の切削パスとを仮想水平方向平面を介して結合する、
からなる。
【発明の効果】
【００１２】
基本構成（１）、（２）に立脚している本発明の場合には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって作成された下側領域と上側領域とが概念上設定された仮想水平方向平面の存在位置が特定していることから、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは当該存在位置を介して、自動的に下側領域と上側領域とを結合することが可能となり、双方の領域における各水平方向切削パスを作成しているプログラムを自動的に結合することが可能であって、従来技術の場合のように、当該結合に際し、格別のプログラムを更に手動によって作成することは不要である。
【００１３】
しかも、仮想水平方向平面を介して、下側領域及び上側領域が格別の変形を伴わずに結合し得るため、高品質の内部切削を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の工程を示す側断面図であり、（ａ）は上下方向を逆転する前の状態を示しており、（ｂ）は上下方向を逆転した後の状態を示す。
【図２】実施例２の工程を示す側断面図であり、（ａ）は回転による座標変換を行う前の状態を示しており、（ｂ）は当該座標変換を行った後の状態を示す。
【図３】基本構成（１）の工程を示す側断面図であり、（ａ）は工程１を示し、（ｂ）は工程２を示し、（ｃ）は工程３を示し、（ｄ）は工程４を示す（尚、×印は、水平方向切削パスの高さ位置を示し、太い実線は、下端面及び上端面における切削パスを示す。）。
【図４】基本構成（２）の工程を示す側断面図であり、（ａ）は工程１を示し、（ｂ）は工程２を示し、（ｃ）は工程３を示し、（ｄ）は工程４を示す（尚、×印は、水平方向切削パスの高さ位置を示し、太い実線は、仮想水平方向平面における水平方向切削パスを示す。）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
基本構成（１）、（２）は、何れもスキージの走行に伴う粉末の積層、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に基づく三次元造形物１の製造に必要な各工程のプログラムをＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって自動作成することを前提とすると共に、当該三次元造形物１の内部空間２における切削に必要な各水平方向切削パス５をも自動的に作成することを基本的技術思想としている。
【００１６】
基本構成（１）は、図３に示すように、以下のような順序の工程によって、内部空間２の壁部における切削パス５を自動的に作成している。
１．図３（ａ）に示すように、内部空間２の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面３を設定する。
２．図３（ｂ）に示すように、仮想水平方向平面３の下側領域２１において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パス５を、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．図３（ｃ）に示すように、前記２による各水平方向切削パス５の作成が仮想水平方向平面３又は仮想水平方向平面３に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面３における水平方向切削パス５の作成を中止したうえで、仮想水平方向平面３の上側領域２２において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パス５を、前記２において最後に作成された切削パス５よりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．図３（ｄ）に示すように、前記２の切削パス５と前記３の切削パス５とを仮想水平方向平面３を介して結合する。
【００１７】
基本構成（２）は、図４に示すように、以下のような順序の工程によって、内部空間２の壁部における切削パス５を自動的に作成している。
１．図４（ａ）に示すように、内部空間２の上端と下端との中間位置に仮想水平方向平面３を設定する。
２．図４（ｂ）に示すように、仮想水平方向平面３の下側領域２１において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パス５を、前記下端又はその近傍の位置から各切削工具の上下方向切削幅によって、順次上側に設定された各位置にて作成する。
３．図４（ｃ）に示すように、前記２による各水平方向切削パス５の作成が仮想水平方向平面３又は仮想水平方向平面３に対し前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置に到った場合には、仮想水平方向平面３における水平方向切削パス５を作成したうえで、仮想水平方向平面３の上側領域２２において、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている内側壁部に対する水平方向切削パス５を、前記２において最後に作成された切削パス５よりも、前記上下方向幅だけ高い位置から前記上端又はその近傍に到るまで、当該上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成する。
４．図４（ｄ）に示すように、仮想水平方向平面３における水平方向切削パス５を削除したうえで、前記２の切削パス５と前記３の切削パス５とを仮想水平方向平面３を介して結合する。
【００１８】
前記２の工程及び前記３の工程の何れにおいても、各水平方向切削パス５は、一層又は複数層を単位とする前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定された内側壁部を対象として自動的に作成されている。
【００１９】
前記２、３の工程において、各水平方向切削パス５は、各切削工具の上下方向幅によって順次上側となる位置に設定されているが、当該上下方向幅における特定の位置を基準として、各水平方向切削パス５の高さ位置が特定されている。
但し、通常当該上下方向幅の中央位置を各水平方向切削パス５の基準位置とする場合が多い。
【００２０】
尚、図３（ｂ）、（ｃ）及び図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、内側壁部に対する各高さ位置における水平方向切削パス５と高さ位置にて外側壁部に対する水平方向切削パス５が作成されるが、内側壁部に対する水平方向切削パス５を外側壁部に対する水平方向切削パス５よりも先に作成する場合、及びその逆の場合の何れをも選択することができる。
【００２１】
前記３の工程において、仮想水平方向平面３の下側領域２１において最も上側の位置にて作成された各水平方向切削パス５は、仮想水平方向平面３の同一高さ位置であるか又は当該平面に対し高さ方向に沿って前記上下方向切削幅よりも短い距離の位置にある。
【００２２】
何れの場合であっても、前記３の工程においては、各水平方向切削パス５は上側領域２２に移行し、前記上下方向切削幅によって順次上側に設定された各位置にて作成されている。
【００２３】
基本構成（１）の場合には、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは仮想水平方向平面３の切削パス５の作成を中止しているのに対し、基本構成（２）の場合には、仮想水平方向平面３の切削パス５を作成した後に当該切削パス５を削除している。
【００２４】
したがって、仮想水平方向平面３における水平方向切削パス５の作成及びその削除という工程の存否において、基本構成（１）の方が基本構成（２）よりも効率的である。
【００２５】
但し、何れの場合においても、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、仮想水平方向平面３の存在位置を特定し、かつ記録しており、かつ当該存在位置に即して、上側領域２２における各水平方向切削パス５を作成しているプログラムと下側領域２１における各水平方向切削パス５を作成しているプログラムとの結合プログラムを作成し得る以上、前記４の工程が何れの場合であっても、自動的に実現し得ることに変わりはない。
【００２６】
内部空間２においては、必然的に前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって下端面４１及び上端面４２が設定されている。
【００２７】
然るに、基本構成（１）、（２）においては、これらの下端面４１及び上端面４２に対する切削プログラムの自動作成を要件としていない。
【００２８】
その原因は、通常の工具、又はアンダーカット工具を内部空間２に挿入したうえで、当該下端面４１及び上端面４２の切削が必ずしも実現可能である訳ではないことに由来している。
【００２９】
しかしながら、通常の切削工具及びアンダーカット工具が内部空間２に挿入可能であり、しかも前記下端面４１及び前記上端面４２の一部領域又は全領域に対する切削が可能である場合、又は通常の切削工具及びアンダーカット工具の先端における回転位置を切削面に設定した場合には、前記下端面４１及び前記上端面４２における切削を実現することができる。
【００３０】
このような場合には、図４（ｂ）に示すように、
前記２の工程において、各水平方向切削パス５を作成する前に、前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている下端面４１に対し、通常の切削工具の使用を前提とする切削パス５を作成することによる実施形態、
及び
前記３の工程において、各水平方向切削パス５を作成した後に、前記積層及び前記焼結を実現するために必要なプログラムによって設定されている上端面４２に対し、アンダーカット工具の使用を前提とする切削パス５を作成することによる実施形態を採用することができる。
【００３１】
尚、前記各実施形態は、上端面４２及び下端面４１が、図３に示すような平坦面の場合、及び図４に示すような湾曲面の場合の何れにおいても採用可能である。
【００３２】
図３のように、上側領域２２及び下側領域２１の内側壁部が全て鉛直方向である場合には、各水平方向切削パス５は、何れも通常の切削工具を前提としたうえで作成することができる。
【００３３】
これに対し、図４（ｃ）に示すように、上下方向の一部領域において、内側壁部の水平方向幅が上側方向に沿って順次狭幅となるような形状である場合に、当該形状を呈する内側壁部の領域に対し、アンダーカット工具の使用を前提とする各水平方向切削パス５を作成することを特徴とする実施形態によって、各水平方向切削パス５を自動的に作成することができる。
【００３４】
以下、実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００３５】
実施例１は、図１に示すように、上下方向の一部領域において、内側壁部の水平方向幅が上側方向に沿って順次狭幅となるような形状であって、他の高さ領域において内側壁部が鉛直方向である場合に、上端の位置と下端の位置とを逆転したうえで、前記１、２、３、４の各工程による水平方向切削パス５を作成することを特徴としている。
【００３６】
このような実施例１においては、図１に示すように、内側壁部の高さ方向に沿った領域の一部が上端となるにしたがって狭幅であることから、本来ならばアンダーカット工具の使用を不可欠とするにも拘らず、高さ方向に沿った他の領域が鉛直方向であることから、下端と上端とを逆転することによって、各水平方向切削パス５につき通常の切削工具の使用を前提とするプログラムを自動的に作成することが可能となり、効率的な切削パス５の作成に資することができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例２は、図２に示すように、上下方向に沿った全領域において相向かい合う内側壁部が平行状態にて傾斜している場合に、三次元造形物１の全領域につき、当該傾斜方向を鉛直方向とするような座標変換を行ったうえで、前記１、２、３、４の各工程による水平方向切削パス５を作成することを特徴としている。
【００３８】
このような実施例２においては、傾斜している内側壁部については、本来ならばアンダーカット工具の使用を余儀なくされるにも拘らず、高さ方向に沿った領域において相向かい合う内側壁部が平行状態にて傾斜していることから、傾斜方向を鉛直方向とするような角度変更を伴う座標変換によって、全領域につき通常の工具の使用を前提とする各切削パス５を作成することができ、効率的な切削パス５の作成を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、三次元造形物の内部空間をＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって水平方向切削パスの全自動化を実現していることから、内部空間の作成を必要不可欠とする三次元造形において広範に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    三次元造形物
２    内部空間
２１  内部空間の下側領域
２２  内部空間の上側領域
３    仮想水平方向平面
４１  下端面
４２  上端面
５    切削パス
【図１】
2019031003.tif 000003
【図２】
2019031003.tif 000004
【図３】
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【図４】
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