(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ａ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ａ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ａ３）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ａ４）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ａ５）そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ａ６）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ａ７）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【請求項２】
造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｂ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか１つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｂ２）前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
（Ｂ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｂ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することにより、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、
ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｂ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｂ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｂ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｂ８）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【請求項３】
造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｃ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、若しくは、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、相互に付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｃ２）前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
（Ｃ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｃ４）取得した３次元データについて、前記基準パーツ及び前記平板パーツに対応するデータを基に、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｃ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｃ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｃ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｃ８）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【請求項４】
前記造形パーツ設計データを修正するステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
【請求項５】
前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴とする請求項１〜４記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
【請求項６】
造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｄ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｄ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｄ３）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｄ４）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｄ５）そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｄ６）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｄ７）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【請求項７】
造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｅ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか１つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｅ２）前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
（Ｅ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｅ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することにより、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、
前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、
ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｅ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｅ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｅ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｅ８）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【請求項８】
造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｆ１）所定の厚さを持った、変形に伴う角度変化を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、データ内のＸＹ平面方向に相対して付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内のＸＹ平面方向の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｆ２）前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び当該造形パーツのＸＹ平面方向の所定位置に付加される前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
（Ｆ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｆ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｆ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｆ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｆ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｆ８）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【請求項９】
造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、
以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｇ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｇ２）前記（Ｇ１）のステップにおいて、造形中の、若しくは、造形された造形パーツのうち、予め定められた範囲の温度解析を行っていくことで、その範囲の温度分布情報を得るステップ。
（Ｇ３）得られた温度分布情報に基づいて、熱応力解析を行い、当該熱応力解析の結果から、変形パラメータを抽出するステップ。
（Ｇ４）抽出された変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｇ５）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【請求項１０】
前記（Ｇ４）のステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項９記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
【請求項１１】
前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴とする請求項９又は１０記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
【請求項１２】
造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法。
（Ｇ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｇ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｇ３）前記点群データ又はポリゴンデータと前記造形パーツ設計データの一部または全部を最も近い位置に重ね合わせるステップ。
（Ｇ４）続いて、前記造形パーツ設計データと前記点群データ又はポリゴンデータに含まれる各点との距離と方向を抽出するステップ
（Ｇ６）抽出された距離と方向に基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｇ７）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【請求項１３】
前記（Ｇ６）のステップは、変形を生じうる条件を反転させコンピュータ上で変形量の計算を行うことで実際の造形における変形とは、逆方向に変形させた前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴とする請求項１２記載の積層造形装置を用いた積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型を必要としない積層造形装置において適用される積層造形方法であって、詳しくは、造形する造形対象に生じる変形を制御することができる積層造形装置を用いた積層造形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多品種少量生産化が進む近年では、金型を必要としない積層造形装置の開発や、その積層造形装置において適用される積層造形方法の改良に期待が集まっている。また、積層造形方法の中でも、粉末材料を用いた手法は、高靱性な部品の作製や、複数部品の同時成形が可能といった点において、非常に優位であるとされている。
【０００３】
しかしながら、粉末の積層造形によって造形した製品は、大きな変形が発生してしまうことが多く、部品として使いものにならなくなってしまうといった問題が生じる。この問題を解決するために、変形を制御する研究も実施されてきてはいるが、改善率や、実現性に乏しく、結果が出せていないのが実情であった。
【０００４】
例えば、特許文献１には、成形過程の樹脂温度、圧力、結晶化度のデータと任意の結晶化度における樹脂のＰＶＴ特性を求める方法を用いて、成形時の結晶化挙動に従った樹脂のＰＶＴ曲線と樹脂の比容積を計算し、さらに収縮率を予測することを特徴とする結晶性樹脂成形品における成形収縮過程シミュレーション方法が開示されている。これによれば、成形過程の樹脂温度、圧力、結晶化度のデータと任意の結晶化度における樹脂のＰＶＴ特性を求める方法を用いて、成形時の結晶化挙動に従った樹脂のＰＶＴ曲線と樹脂の比容積を計算し、さらに収縮率を予測するように構成したので、成形時の結晶化度に合った収縮率を計算する事ができ、さらに従来の方法に比べて適切な収縮量の計算を行う事が出来るとしている。
【０００５】
また、特許文献２には、成形品形状について微小要素に分割して行われる成形プロセスシミュレーションにおいて、金型表面に接する要素や節点を抽出する抽出工程と、前記抽出範囲の各要素あるいは各節点についてその変形方向と金型表面に対する垂線とのなす角度θが９０度より小さいかどうかを判断する変形方向判断工程と、前記θが９０度より小さい場合に金型と樹脂の接触を考慮して金型方向の変形を拘束し熱変形計算を行う金型拘束変形計算工程と、予めユーザーが指定した離型時間に達しているかどうかを判断する離型時間判断工程と、前記離型時間判断工程で離型時間に達していると判断された場合にユーザーが予め指定した拘束以外の前記金型拘束を解除して熱変形計算を行う金型拘束解除変形計算工程よりなることを特徴とする成形品の変形予測方法が開示されている。これによれば、成形品のそり、ひけ、収縮量について、樹脂材料や成形条件による違いを容易かつ確実に予測することができ、金型試作回数の低減やそれに伴う開発期間の短縮によるコストの低減が図れるとしている。
【０００６】
そして、特許文献３には、プラスチック射出成形品の金型製作の際に必要な成形収縮率の予測方法に関し、詳しくは、成形品内の体積収縮の分布を予測することに対して、解析により詳細に流動方向（ＭＤ）、それに直交する方向（ＴＤ）あるいは成形品厚さ方向（ＮＤ）の成形収縮率を予測する方法について開示されている。これによると、金型の設計製作前に正しい収縮率を求めることができ、これにより金型製作後の試作回数が低減され、金型の低コスト化が可能になるとしている。
【０００７】
一方で、材料面として、特許文献４に、（Ａ）ポリアミド樹脂、液晶性ポリマーおよびポリアリーレンスルフィド樹脂から選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂１００重量部に対し、（Ｂ）平均繊維長２μｍ以上の針状酸化チタンを１０〜２５０重量部配合してなる樹脂組成物が開示されている。この組成物を用いて部品を造形すると、その部品は、低そり性に優れるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２６２８８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９１１７５号公報
【特許文献３】特開２００７−８３６０２号公報
【特許文献４】特開２００７−３２６９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、成形品の収縮率をシミュレートし、それを基準として、金型や成形条件を検討していくための手法及び装置であるが、成形品の変形に対する補正をどのようにするかについての効果的な手段は開示されていなく、更なる検討が必要であった。
【００１０】
また、上記特許文献２記載の技術では、成形品のそり、ひけ、収縮量について、樹脂材料や成形条件による違いを予測し、それを基準として、樹脂組成物を成形することはできるが、実際には、正確な変形の値が把握できないという問題があり、また、取得される変形データを設計のデータに反映させ、確実な変形の制御を行うことまでは実現することができない。
【００１１】
そして、上記特許文献３記載の技術では、金型の設計製作前に成形収縮率を見込めるため、見込み違いによる金型の作り変えや、金型修正の回数を低減させ、金型の低コスト化を実現することができ、また、金型修正の回数の低減に伴って、試作回数も低減させることができるが、やはり、正確な変形の値が把握できないという問題があり、さらに、取得される変形データを設計のデータに反映させ、確実な変形の制御を行うといった作業ができない。
【００１２】
さらに、上記特許文献４記載の組成物を用いて部品を造形すれば、その部品は、低そり性に優れたものにはなるが、それだけでは、変形自体を制御することはできず、更なる改善が必要とされている。
【００１３】
本発明が解決しようとしている課題は、上述の問題に対応するためのもので、正確な変形のデータを算出するとともに、その算出したデータを設計データに反映させることで、造形させる造形パーツの変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ａ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ａ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ａ３）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ａ４）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ａ５）そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ａ６）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ａ７）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｂ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか１つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｂ２）前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
（Ｂ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｂ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することにより、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｂ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｂ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｂ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｂ８）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【００１６】
そして、請求項３記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｃ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、若しくは、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、相互に付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｃ２）前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
（Ｃ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｃ４）取得した３次元データについて、前記基準パーツ及び前記平板パーツに対応するデータを基に、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｃ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｃ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｃ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｃ８）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３何れか１項記載の積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記造形パーツ設計データを修正するステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴としている。そして、請求項５記載の発明は、請求項１〜４何れか１項記載の積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴としている。
【００１８】
さらに、請求項６記載の発明は、造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、  以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｄ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｄ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｄ３）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記造形パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｄ４）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｄ５）そして、作成したそれぞれの断面データ上において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｄ６）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｄ７）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【００１９】
そして、請求項７記載の発明は、造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、  以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｅ１）所定の厚さを持った、変形に伴い生じる曲面形状の状態、又は、角度の変位量を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データ、若しくは、変形測定の基準部となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データのうちの何れか１つのデータを結合データとして、前記造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｅ２）前記造形パーツ設計データと、前記結合データに基づいて、造形パーツ及び前記平板パーツ又は前記基準パーツを合わせた複合パーツを造形するステップ。
（Ｅ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｅ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することにより、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していた場合には、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、前記基準パーツ設計データを前記造形パーツ設計データに付加していない場合には、前記造形パーツ設計データ、又は、前記平板パーツ設計データの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｅ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｅ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｅ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｅ８）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【００２０】
またさらに、請求項８記載の発明は、造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｆ１）所定の厚さを持った、変形に伴う角度変化を測定するために用いる平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツを造形するための基準パーツ設計データとを、データ内のＸＹ平面方向に相対して付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、当該測定用パーツ設計データを、前記造形パーツ設計データ内のＸＹ平面方向の所定位置に該当するデータ部分に付加するステップ。
（Ｆ２）前記測定用パーツ設計データと、前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び当該造形パーツのＸＹ平面方向の所定位置に付加される前記基準パーツ及び前記平板パーツを合わせて複合パーツとして造形するステップ。
（Ｆ３）造形した前記複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｆ４）取得した３次元データについて、データ上における位置を修正することで、前記基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸における原点座標に配置するステップ。
（Ｆ５）続いて、前記３次元データから、前記原点座標に配置された基準点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成するステップ。
（Ｆ６）そして、作成したそれぞれの断面データ上の前記平板パーツに該当する部分において、変形パラメータをそれぞれ抽出するステップ。
（Ｆ７）抽出された各変形パラメータに基づいて、前記粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を制御するステップ。
（Ｆ８）前記制御された投入熱量を設定値とし、前記造形パーツ設計データに基づき、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形パーツを造形するステップ。
【００２１】
そして、請求項９記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｇ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｇ２）前記（Ｇ１）のステップにおいて、造形中の、若しくは、造形された造形パーツのうち、予め定められた範囲の温度解析を行っていくことで、その範囲の温度分布情報を得るステップ。
（Ｇ３）得られた温度分布情報に基づいて、熱応力解析を行い、当該熱応力解析の結果から、変形パラメータを抽出するステップ。
（Ｇ４）抽出された変形パラメータに基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｇ５）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【００２２】
さらに、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記（Ｇ４）のステップは、抽出された各変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与した上で、前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴としている。そして、請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記積層造形装置は、粉末材料を焼結又は溶融させることで、造形パーツを造形するものであることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１２記載の発明は、造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するとともに、当該造形する造形パーツに生じる変形を制御する積層造形装置を用いた積層造形方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする積層造形装置を用いた積層造形方法である。
（Ｇ１）前記造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形するステップ。
（Ｇ２）造形した前記造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得するステップ。
（Ｇ３）前記点群データ又はポリゴンデータと前記造形パーツ設計データの一部または全部を最も近い位置に重ね合わせるステップ。
（Ｇ４）続いて、前記造形パーツ設計データと前記点群データ又はポリゴンデータに含まれる各点との距離と方向を抽出するステップ
（Ｇ６）抽出された距離と方向に基づいて、前記造形パーツ設計データを修正するステップ。
（Ｇ７）前記修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形するステップ。
【００２４】
そして、請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記（Ｇ６）のステップは、変形を生じうる条件を反転させコンピュータ上で変形量の計算を行うことで実際の造形における変形とは、逆方向に変形させた前記造形パーツ設計データを修正するものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法によれば、主に粉末を焼結又は溶融する積層造形方法で頻発する、形状誤差を補正し、所望形状との誤差が小さい造形パーツを造形することができる。また、強度向上を目的とした焼結熱量（熱源の出力）の増加により大きくなってしまう造形パーツの変形量に対しても、投入熱量の制御や、設計データの的確な補正により、所望の形状を造形することが可能となる。そのため、実用に耐えうる造形パーツの造形、例えば、粉末焼結積層方法による造形にも大きく寄与でき、少量生産や、積層造形でしか造形できない形状の造形パーツの造形にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図２】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図３】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１及び第２の実施形態における平板パーツのモデル断面イメージ図で、定めた基準軸からの各方向を表現したものである。
【図４】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において用いた各パーツの一例を示すもので、（ａ）は平板パーツの平面図、（ｂ）は平板パーツに基準パーツを付加させた状態の側面図、（ｃ）は平板パーツに基準パーツを付加させた状態の平面図、（ｄ）は（ｃ）においてＡで囲った範囲の詳細図である。
【図５】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態により造形した、変形が生じた状態の造形パーツ（平板）及び基準パーツの側面図の一例である。
【図６】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、造形した造形パーツ（平板）から取得した３次元データに基づいて形状解析を行った結果を示した一例である。
【図７】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、ワールド座標系に整列させた造形パーツ（平板）と基準パーツの測定データから原点を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データを作成した状態のイメージ図の一例である。
【図８】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、修正した造形パーツ設計データを３次元上に表した一例図である。
【図９】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、修正された造形パーツ設計データに基づいて造形された造形パーツの一例を示す側面図である。
【図１０】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、修正された造形パーツ設計データに基づいて造形された造形パーツ（平板）から取得した３次元データに基づいて形状解析を行った結果を示した一例である。
【図１１】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、修正前の造形パーツ設計データに基づいて造形された造形パーツ（平板）と、修正後の造形パーツ設計データに基づいて造形された造形パーツ（平板）から取得した３次元データに基づいて形状解析を行った結果を示したグラフである。
【図１２】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第３の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図１３】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第４の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図１４】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第５の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図１５】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第５の実施形態において、平板パーツに対する熱応力解析の結果を示した一例である。
【図１６】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態において、各熱源投入量下で造形された造形パーツ（平板）から取得した点群データから変形量を算出した結果を示したグラフである。
【図１７】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【図１８】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態において用いたパーツの一例を示すもので、（ｄ）は上面図、（ｅ）は側面図、（ｆ）は３Ｄ斜視図である。
【図１９】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態において、造形パーツ設計データと造形パーツ設計データに基づいて造形された造形パーツから取得した３次元データを重ね合わせて形状解析を行った結果を示した一例である。
【図２０】本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態において、造形パーツ設計データと造形パーツ設計データを補正したデータに基づき造形した造形パーツから取得した３次元データを重ね合わせて形状解析を行った結果を示した一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１の実施形態の流れを示したフローチャートで、図３は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１の実施形態における平板パーツのモデル断面イメージ図で、定めた基準軸からの各方向を表現したものである。
【００２８】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図１にフローチャートで示す流れとなっている。まず、造形する製品パーツのデータである造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。次に、造形した造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得する（３次元測定）。
【００２９】
そして、取得した３次元データについて、データ上の位置や傾きを修正し、造形パーツの所定位置における軸と面をグローバル座標系（ＸＹＺ）の軸と面にそれぞれ対応して一致させることで、造形パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸の原点座標に配置させる（測定データ解析１）。続いて、３次元データから、原点座標に配置させた基準点（原点）を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成していく（測定データ解析２）。これは、造形パーツに発生した変形をＸ方向成分と、Ｙ方向成分に分けるためである。そして、作成したそれぞれの断面データを構成する各座標値の集まりを曲線に近似することで、変形パラメータとなる定義された曲線を抽出していく（測定データ解析３）。
【００３０】
具体的には、断面データ上において、変形パラメータである曲線の方程式（Ｆｘａ、Ｆｘｂ、Ｆｙａ、Ｆｙｂ）、開き角度（θｘａ、θｘｂ、θｙａ、θｙｂ）を抽出する。ここで、ａ、ｂは、モデル断面の基準軸から見たそれぞれの方向を表している（図３参照）。なお、近似する際に、最小二乗法の近似法を用いることで、より正確に把握することが可能であるが、その他の近似法を用いても構わない。なお、抽出するパラメータは、曲線に限らず、直線でも良く、特に、開き角度θに関しては、断面データの側面部を直線に近似すると算出しやすい。また、断面データが基準軸から左右対称であり、基準軸から左右均等に変形している場合は、片側若しくは、両側を合算したデータのみを算出しても良い。
【００３１】
その後、抽出された各変形パラメータに基づいて、造形パーツ設計データを修正する（解析結果から設計データを修正）。なお、この作業は、３次元ＣＡＤデータ（３次元ＣＡＤソフト上）や、ＳＴＬデータ（造形用ソフト上）等によって行うものである。詳しくは、設計データないし、造形データ上の座標値を（曲線の方程式、開き角度に応じて）実際の造形における変形とは、逆方向に、かつ、Ｘ方向、Ｙ方向に分解した変形成分それぞれにおいて移動させる。
【００３２】
続いて、修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形する（造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の造形パーツ設計データに基づくものであるため、変形が生じても、所望の形状に造形されることになるわけである。また、上記「解析結果から設計データを修正」の工程において、抽出された変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与すれば、補正の割合を調整することができ、特に、基準形状の有無による微小の誤差に有効なものとなり得る。
【００３３】
そして、修正した造形パーツ設計データに基づいて造形した造形パーツに対して、３次元計測を行い（点群データ又はポリゴンデータとして取得）、取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出し、再度修正が必要な場合には、図１における測定データ解析１のステップ以降を繰り返すようにすれば、所望形状との誤差が、より小さい造形パーツを造形することが可能となる。
【００３４】
以下、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態の流れを示したフローチャートで、図３は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第２の実施形態における平板パーツのモデル断面イメージ図で、定めた基準軸からの各方向を表現したものである。
【００３５】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図２にフローチャートで示す流れとなっている。まず、後工程において行われる３次元測定の際に、変形の角度を算出するために用いられる、所定の厚さを持った平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツ（例えば、円筒など）を造形するための基準パーツ設計データとを相互に付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、測定用パーツ設計データを、造形する製品パーツのデータである造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加する（設計データ作成）。ここで、測定用パーツ設計データは、造形パーツ設計データのＸＹ平面方向に付与しておけば、後述の測定データ解析１のステップにおいて、３次元データの、データ上の位置や傾きの修正がしやすくなる。
【００３６】
なお、本実施形態では、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データとを相互に付加させ、測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加しているが、例えば、造形パーツ設計データ上に平板パーツに適用できるパーツが存在する場合は、基準パーツ設計データのみを測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するように設定しても良いし、逆に、造形パーツ設計データ上に基準パーツに適用できるパーツが存在する場合は、平板パーツ設計データのみを測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するように設定しても良い。
【００３７】
続いて、測定用パーツ設計データと、造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び造形パーツのＸＹ平面方向の所定位置に付加される基準パーツ及び平板パーツを合わせて複合パーツとして造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。次に、造形した複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得する（３次元測定）。
【００３８】
そして、取得した３次元データについて、基準パーツ及び平板パーツに対応するデータを基に、データ上の位置や傾きを修正し、基準パーツの所定軸と所定面をグローバル座標系（ＸＹＺ）の軸と面にそれぞれ対応して一致させることで、基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸の原点座標に配置させる（測定データ解析１）。続いて、３次元データから、原点座標に配置させた基準点（原点）を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成していく（測定データ解析２）。これは、パーツに発生した変形をＸ方向成分と、Ｙ方向成分に分けるためである。そして、作成したそれぞれの断面データ上の平板パーツに該当する部分において、データを構成する各座標値の集まりを曲線に近似することで、変形パラメータとなる定義された曲線を抽出していく（測定データ解析３）。
【００３９】
具体的には、断面データ上の平板パーツにおいて、変形パラメータである曲線の方程式（Ｆｘａ、Ｆｘｂ、Ｆｙａ、Ｆｙｂ）、開き角度（θｘａ、θｘｂ、θｙａ、θｙｂ）を抽出する。ここで、ａ、ｂは、モデル断面の基準軸から見たそれぞれの方向を表している（図２参照）。なお、近似する際に、最小二乗法の近似法を用いることで、より正確に把握することが可能であるが、その他の近似法を用いても構わない。なお、抽出するパラメータは、曲線に限らず、直線でも良く、特に、開き角度θに関しては、断面データの側面部を直線に近似すると算出しやすい。また、断面データが基準軸から左右対称であり、基準軸から左右均等に変形している場合は、片側若しくは、両側を合算したデータのみを算出しても良い。
【００４０】
その後、抽出された各変形パラメータに基づいて、造形パーツ設計データを修正する（解析結果から設計データを修正）。なお、この作業は、３次元ＣＡＤデータ（３次元ＣＡＤソフト上）や、ＳＴＬデータ（造形用ソフト上）等によって行うものである。詳しくは、設計データないし、造形データ上の座標値を（曲線の方程式、開き角度に応じて）実際の造形における変形とは、逆方向に、かつ、Ｘ方向、Ｙ方向に分解した変形成分それぞれにおいて移動させる。その際、図２の「設計データ作成」における平板パーツ設計データや、基準パーツ設計データに関しては修正しなくても構わない。
【００４１】
続いて、修正された造形パーツ設計データに基づいて造形パーツを造形する（造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の造形パーツ設計データに基づくものであるため、変形が生じても、所望の形状に造形されることになるわけである。また、上記「解析結果から設計データを修正」の工程において、抽出された変形パラメータに対して、任意の補正係数を付与すれば、補正の割合を調整することができ、特に、基準形状の有無による微小の誤差に有効なものとなり得る。
【００４２】
そして、修正した造形パーツ設計データに基づいて造形した造形パーツに対して、３次元計測を行い（点群データ又はポリゴンデータとして取得）、取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出し、再度修正が必要な場合には、図２の工程を繰り返すようにすれば、所望形状との誤差が、より小さい造形パーツを造形することが可能となる。
【００４３】
なお、図２の「設計データ作成」の工程と同様に、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを修正後の造形パーツ設計データに付与した状態のまま、それらデータに基づき複合パーツとして造形しておけば、３次元測定により取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出しやすくなる。
【００４４】
また、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを付与せずに、造形パーツ設計データに基づいて造形すれば、所望形状の造形パーツが得られることになるが、仮に、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを含めて造形した場合でも、再度の修正が必要なければ、造形後の複合パーツから、平板パーツと基準パーツを機械加工等で除去すれば良い。
【００４５】
（実験１）
ここで、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第１の実施形態により、実験を行った。本実験においては、図４に一例として示すように、１００ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの平板パーツを造形するに当たり、粉末焼結積層造形装置は、樹脂用（アスペクト社製RaFaEl 550C）、粉末材料はポリアミド１２（アスペクト社製PA）、熱源は、炭酸ガスレーザと、シーズヒータ（一部パネルヒータ）とした。
【００４６】
変形を定量的に計測するため、平板パーツの底面部にφ８ｍｍ×４ｍｍの円筒を基準パーツとして、３次元ＣＡＤ（Solid Works 2012）において平板パーツの設計データに基準パーツの設計データとして付与した。なお、本実験では、造形パーツ自体が平板パーツであることから、第２の実施形態における、変形の角度を算出するために用いられる平板パーツに関しては省略することとした。
【００４７】
次に、上記の設計データに基づいて、以下の条件により造形を実施した。
レーザ出力：１５Ｗ
走査線ピッチ：１５０μｍ
積層厚さ：１００μｍ
【００４８】
造形されたパーツは、図５に示すように、変形によって、両眼側に向かうに従って、上面側に変形していることが分かった。そして、この変形量を数値化するため、造形されたパーツに対して、３次元デジタイザにより３次元データ（点群データ）を測定した。さらに、点群データを扱いやすくするため、ポリゴンデータ（ＳＴＬデータ）へと変換した。
【００４９】
次に、測定したデータ（ポリゴンデータ）の円筒部分をポリゴン解析ソフト（アルモニコス社製 spGauge）によって円筒形状と認識させることで、円筒軸を抽出し、これをワールド座標系のＺ軸と一致させた。また、円筒軸と造形パーツ（平板）の下面部が交差する点（基準点）をワールド座標系の原点と一致させた。ここで、図６に、造形パーツを測定したデータの形状解析結果を示す。なお、図中、（１）は変位量０ｍｍ程度、（２）は変位量０〜０．４ｍｍ程度、（３）は変位量０．４〜０．８ｍｍ程度、（４）は変位量０．８〜１．２ｍｍ程度、（５）は変位量１．２〜１．６ｍｍ程度、（６）は変位量１．６〜２．０ｍｍ程度である。本結果によっても、造形パーツ（平板）の端側に向かうに従って、Ｚ軸方向への変形量が多いことが読み取れる。
【００５０】
ここで、ワールド座標系に整列させた測定データから、原点を通るＸＺ平面（Ｘ軸方向の変形要素）と、ＹＺ平面（Ｙ軸方向の変形要素）において、断面データをそれぞれ作成した（図７参照）。本実験では、造形パーツは、単純な平板状であるため、作成した断面データから側端面部間の角度θｘ、θｙのみを導出した。この場合、基準軸から左右対称に変形したと想定し、角度θを導出することとした。その結果、本実験における角度θｘ、θｙは、以下の通りとなった。
θｘ：７．０２°
θｙ：７．２５°
【００５１】
次に、導出した角度から造形パーツの設計データを修正した。造形パーツの設計データの修正は、３次元ＣＡＤソフト上にて行った。３次元イメージ上で対象モデルのベンディング角度が、それぞれθｘ、θｙとなるように設定（修正）した。なお、ベンディングさせる方向は実造形で発生した変形とは逆方向となるように行った（図８参照）。ここで、基準用として付与した円筒は、再造形後における変形の改善率を算出するための基準として用いるため、修正した造形パーツの設計データにも同様に付与することとした。なお、本実験では、補正係数を省略してデータの修正を行っている。
【００５２】
続いて、修正した設計データに基づき、以下の条件で造形を実施した。
レーザ出力：１５Ｗ
走査線ピッチ：１５０μｍ
積層厚さ：１００μｍ
【００５３】
造形したパーツは、図９に示すように、変形がほとんど無い状態で造形されていることが分かる。これは、変形が生じる方向とは逆方向に向けて修正（変形）させた造形パーツの設計データに基づいて造形するため、その後、変形が発生しても、結果的に変形が少なくなったように見えるというものである。
【００５４】
ここで、修正した設計データに基づいて造形したパーツと、修正無しの設計データに基づいて造形したパーツに対して、それぞれデジタイザによってポリゴンデータ化し、所望寸法との平均誤差の解析を行ってみた。まず、修正した造形パーツの設計データに基づいて造形したパーツの解析結果を図１０に示す。これによれば、ほぼ全域に渡り、Ｚ軸方向への変位量が、０〜０．４ｍｍ程度と、誤差がほとんど生じていないということが分かる。つまり、どの位置においても、Ｚ軸方向への変形がほとんど発生していないということである。
【００５５】
続いて、修正した造形パーツの設計データに基づいて造形したパーツと、修正無しの造形パーツの設計データに基づいて造形したパーツの解析結果を比較すると、修正した造形パーツの設計データに基づいて造形したパーツの方が、修正無しの造形パーツの設計データに基づいて造形したパーツよりも平均誤差（ｍｍ単位）が約７５％も減少していることが分かった（図１１参照）。なお、補正係数を設定することにより、さらに誤差を低くすることが可能となる。
【００５６】
（実験２）
ところで、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形する場合、粉末焼結時の投入熱量を上げれば、造形パーツの強度は上がるが、冷却後に大きく変形をしてしまう原因になることが知られている。そこで、この関係について、実験を行ってみた。
【００５７】
実験１における設計データに基づいて、以下の条件により造形を実施した。
レーザ出力：１５Ｗ、７．５Ｗ
走査線ピッチ：１５０μｍ
積層厚さ：１００μｍ
【００５８】
造形パーツの造形後、３次元デジタイザにより３次元データ（点群データ）を測定し、このデータから変形量を抽出した。その結果を図１６に示す。図に示すように、レーザ出力（熱投入量）が大きい方が、変形量が大きいことが読み取れる。
【００５９】
つまり、造形パーツの強度を上げるために、熱投入量を上げると、変形が大きくなってしまい、製品としての形状の精度に問題が出てしまうが、本発明の工程を踏めば、造形したパーツの強度と形状の精度を両立させることが可能になるという優れた効果が奏されるわけである。
【００６０】
続いて、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１２は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第３の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【００６１】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図１２にフローチャートで示す流れとなっている。まず、造形する製品パーツのデータである造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。次に、造形した造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得する（３次元測定）。
【００６２】
そして、取得した３次元データについて、データ上の位置や傾きを修正し、造形パーツの所定位置における軸と面をグローバル座標系（ＸＹＺ）の軸と面にそれぞれ対応して一致させることで、造形パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸の原点座標に配置させる（測定データ解析１）。続いて、３次元データから、原点座標に配置させた基準点（原点）を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成していく（測定データ解析２）。これは、造形パーツに発生した変形をＸ方向成分と、Ｙ方向成分に分けるためである。そして、作成したそれぞれの断面データを構成する各座標値の集まりを曲線に近似することで、変形パラメータとなる定義された曲線を抽出していく（測定データ解析３）。
【００６３】
具体的には、断面データ上において、変形パラメータである曲線の方程式（Ｆｘａ、Ｆｘｂ、Ｆｙａ、Ｆｙｂ）、開き角度（θｘａ、θｘｂ、θｙａ、θｙｂ）を抽出する。ここで、ａ、ｂは、モデル断面の基準軸から見たそれぞれの方向を表している（図３参照）。なお、近似する際に、最小二乗法の近似法を用いることで、より正確に把握することが可能であるが、その他の近似法を用いても構わない。なお、抽出するパラメータは、曲線に限らず、直線でも良く、特に、開き角度θに関しては、断面データの側面部を直線に近似すると算出しやすい。また、断面データが基準軸から左右対称であり、基準軸から左右均等に変形している場合は、片側若しくは、両側を合算したデータのみを算出しても良い。
【００６４】
その後、抽出された各変形パラメータに基づいて、粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を修正する（解析結果から投入熱量を修正）。ここで、投入熱量を修正するのは、粉末を焼結又は溶融する際の投入熱量を制御することによって、変形量を制御することができるからである（投入した熱量は熱応力として残留し、冷却後の変形量に比例する）。なお、ここで言う投入熱量は、ビームの出力、ビームの走査速度、ビームの走査線間隔、ビーム径、加熱用ヒータ出力等を意味する。
【００６５】
続いて、修正された投入熱量により、造形パーツを造形する（造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の投入熱量にて造形されるものであるため、変形が生じず、所望の形状に造形されることになるわけである。
【００６６】
そして、修正した投入熱量により造形した造形パーツに対して、３次元計測を行い（点群データ又はポリゴンデータとして取得）、取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出し、再度修正が必要な場合には、図１１における測定データ解析１のステップ以降を繰り返すようにすれば、所望形状との誤差が小さい造形パーツを造形することが可能となる。
【００６７】
次に、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１３は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第４の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【００６８】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図１３にフローチャートで示す流れとなっている。まず、後工程において行われる３次元測定の際に、変形の角度を算出するために用いられる、所定の厚さを持った平板パーツを造形するための平板パーツ設計データと、変形測定の基準となる基準パーツ（例えば、円筒など）を造形するための基準パーツ設計データとを、データ内のＸＹ平面方向に相対して付加させて測定用パーツ設計データを作成し、さらに、測定用パーツ設計データを、造形する製品パーツのデータである造形パーツ設計データ内のＸＹ平面方向の所定位置に該当するデータ部分に付加する（設計データ作成）。ここで、測定用パーツ設計データは、造形パーツ設計データのＸＹ平面方向に付与しておけば、後述の測定データ解析１のステップにおいて、３次元データの、データ上の位置や傾きの修正がしやすくなる。
【００６９】
なお、本実施形態では、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データとを相互に付加させ、測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加しているが、例えば、造形パーツ設計データ上に平板パーツに適用できるパーツが存在する場合は、基準パーツ設計データのみを測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するように設定しても良いし、逆に、造形パーツ設計データ上に基準パーツに適用できるパーツが存在する場合は、平板パーツ設計データのみを測定用パーツ設計データとして、造形パーツ設計データ内の所定位置に該当するデータ部分に付加するように設定しても良い。
【００７０】
続いて、測定用パーツ設計データと、造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツ及び造形パーツのＸＹ平面方向の所定位置に付加される基準パーツ及び平板パーツを合わせて複合パーツとして造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。次に、造形した複合パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得する（３次元測定）。
【００７１】
そして、取得した３次元データについて、基準パーツ及び平板パーツに対応するデータを基に、データ上の位置や傾きを修正し、基準パーツの所定軸と所定面をグローバル座標系（ＸＹＺ）の軸と面にそれぞれ対応して一致させることで、基準パーツの所定ポイントを基準点として、ＸＹＺ軸の原点座標に配置させる（測定データ解析１）。続いて、３次元データから、原点座標に配置させた基準点（原点）を通るＸＺ平面及びＹＺ平面の断面データをそれぞれ作成していく（測定データ解析２）。これは、パーツに発生した変形をＸ方向成分と、Ｙ方向成分に分けるためである。そして、作成したそれぞれの断面データ上の平板パーツに該当する部分において、データを構成する各座標値の集まりを曲線に近似することで、変形パラメータとなる定義された曲線を抽出していく（測定データ解析３）。
【００７２】
具体的には、断面データ上の平板パーツにおいて、変形パラメータである曲線の方程式（Ｆｘａ、Ｆｘｂ、Ｆｙａ、Ｆｙｂ）、開き角度（θｘａ、θｘｂ、θｙａ、θｙｂ）を抽出する。ここで、ａ、ｂは、モデル断面の基準軸から見たそれぞれの方向を表している（図２参照）。なお、近似する際に、最小二乗法の近似法を用いることで、より正確に把握することが可能であるが、その他の近似法を用いても構わない。なお、抽出するパラメータは、曲線に限らず、直線でも良く、特に、開き角度θに関しては、断面データの側面部を直線に近似すると算出しやすい。また、断面データが基準軸から左右対称であり、基準軸から左右均等に変形している場合は、片側若しくは、両側を合算したデータのみを算出しても良い。
【００７３】
その後、抽出された各変形パラメータに基づいて、粉末材料を焼結又は溶融させる際の投入熱量を修正する（解析結果から投入熱量を修正）。ここで、投入熱量を修正するのは、粉末を焼結又は溶融する際の投入熱量を制御することによって、変形量を制御することができるからである（投入した熱量は熱応力として残留し、冷却後の変形量に比例する）。なお、ここで言う投入熱量は、ビームの出力、ビームの走査速度、ビームの走査線間隔、ビーム径、加熱用ヒータ出力等を意味する。
【００７４】
続いて、修正された投入熱量により、造形パーツを造形する（造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の投入熱量にて造形されるものであるため、変形が生じず、所望の形状に造形されることになるわけである。
【００７５】
そして、修正した投入熱量により造形した造形パーツに対して、３次元計測を行い（点群データ又はポリゴンデータとして取得）、取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出し、再度修正が必要な場合には、図１３の工程を繰り返すようにすれば、所望形状との誤差が小さい造形パーツを造形することが可能となる。
【００７６】
なお、図１３の「設計データ作成」の工程と同様に、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを修正後の造形パーツ設計データに付与した状態のまま、それらデータから複合パーツとして造形しておけば、３次元測定により取得したデータと、所望形状のデータとの誤差を算出しやすくなる。
【００７７】
また、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを付与せずに、造形パーツ設計データに基づいて造形すれば、所望形状を得られることになるが、仮に、平板パーツ設計データと、基準パーツ設計データからなる測定用パーツ設計データを含めて造形した場合でも、再度の修正が必要なければ、造形後の複合パーツから、平板パーツと基準パーツを機械加工等で除去すれば良い。
【００７８】
次に、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１４は、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第５の実施形態の流れを示したフローチャートである。
【００７９】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図１４にフローチャートで示す流れとなっている。まず、造形パーツ設計データに基づいて、造形パーツを造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。
【００８０】
次に、造形中、若しくは、造形完了後の温度について、実測、若しくは、造形条件である熱源の設定値から温度解析により、造形パーツ（ケーキ：粉末の塊）の温度分布を取得する（温度分布取得）。そして、取得した温度分布に基づいて熱応力解析を実施し、所定温度に達した際の、変形したモデルデータを取得する（熱応力解析）（図１５参照）。なお、温度解析により温度分布を取得する場合には、温度分布のステップと、熱応力解析のステップを同時進行させても良い。なお、図１５においては、中心周囲から端側に向かって行くにつれ、Ｚ軸方向に向かって変位量が増加していることが示されている。
【００８１】
続いて、熱応力解析のステップにおいて取得した変形したモデルデータから、変形量である変形パラメータを抽出する（測定データ解析）。続いて、抽出された変形パラメータに基づいて、造形パーツ設計データを修正していく（解析結果から設計データを修正）。なお、この作業は、３次元ＣＡＤデータ（３次元ＣＡＤソフト上）や、ＳＴＬデータ（造形用ソフト上）等によって行うものである。その際、補正係数を付与し、補正の割合を調整することが望ましい。なお、本実施形態では、初回の解析時には、補正係数を１とする。
【００８２】
次に、修正した造形パーツの設計データに基づいて、造形パーツを造形する（造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の造形パーツ設計データに基づくものであるため、変形が生じても、所望の形状に造形されることになるわけである。
【００８３】
そして、造形中、若しくは、造形完了後の温度について、実測、若しくは、造形条件である熱源の設定値から温度解析により、造形パーツ（ケーキ：粉末の塊）の温度分布を取得し（温度分布取得）、さらに、取得した温度分布に基づいて熱応力解析を実施し、所定温度に達した際の、変形したモデルデータを取得する（熱応力解析）（図１５参照）。なお、温度解析により温度分布を取得する場合には、温度分布のステップと、熱応力解析のステップを同時進行させても良い。
【００８４】
続いて、熱応力解析のステップにおいて取得した変形したモデルデータと、所望形状の造形パーツの設計データ（修正前の設計データ）について、誤差解析を行い、その結果を確認する。所望形状のデータとの誤差解析から、再度修正が必要な場合には、図１４の工程を繰り返すようにすれば、所望形状との誤差が、より小さい造形パーツを造形することが可能となる。また、上記の補正係数を調整し、誤差を調整していくようにすれば、より効果的である。
【００８５】
ところで、粉末材料を焼結又は溶融させることで造形する場合、投入熱量を上げれば、造形パーツの強度は上がるが、冷却後に大きく変形をしてしまう原因になることが知られている。しかし、本発明の工程を踏むことで、造形したパーツの強度と形状の精度を両立させることが可能になるという優れた効果が奏される。
【００８６】
以下、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８７】
本実施形態における積層造形装置を用いた積層造形方法は、図１７にフローチャートで示す流れとなっている。まず、造形する製品パーツのデータである造形パーツ設計データ（設計データ作成）に基づいて、造形パーツを造形する（造形実施）。なお、本実施形態では、粉末材料を用いて造形を実施するが、この材料は、例えば、各種金属や各種樹脂に適用することができるものである。次に、造形した造形パーツの３次元データを点群データ又はポリゴンデータとして取得する（３次元測定）。
【００８８】
そして、取得した点群データ又はポリゴンデータと、造形パーツ設計データを重ね合わせる（測定データと設計データの重ね合わせ）。重ね合わせは最小二乗法を用いて行うことで正確性が増すが、重ね合わせに用いる手法は最小二乗法に限定されるものではなく、目視による位置合わせを行っても良いし、他の手法を用いても良い。また、取得した点群データ又はポリゴンデータと造形パーツ設計データの重ね合わせは、一方を固定し、もう一方を動かす手法を取るが、どちらを固定してもかまわない。さらに重ね合わせは造形パーツの変形量を知ることを目的としており、変形量を部分的に取得できればよい場合は、取得した点群データ又はポリゴンデータの一部分と造形パーツ設計データの対応する一部分のみを重ね合わせてもよい。この場合は一部分のみを計算すればよいことになり、計算量を少なくするメリットがある。
【００８９】
重ね合わせの後、造形パーツ設計データと取得した点群データ又はポリゴンデータの各点との距離をそれぞれ算出する（測定データ解析）。造形パーツ設計データは面で構成され、点群データ又はポリゴンデータは点で構成されるため、面と点の距離は容易に計算できる。
【００９０】
その後、得られた造形パーツ設計データと取得した点群データ又はポリゴンデータの各点との距離情報に基づいて、造形パーツ設計データを修正する（設計データ修正）。なお、この作業は、３次元ＣＡＤデータ（３次元ＣＡＤソフト上）や、ＳＴＬデータ（造形用ソフト上）等によって行うものである。詳しくは、設計データないし、造形データ上の座標値を実際の造形における変形とは、逆方向に移動させる。さらに、実際の造形における変形は物理現象であることから、コンピュータ上で変形を生じうる条件を反転させることで実際の造形における変形とは、逆方向に移動したデータを得ることができる。これにより造形パーツ設計データを修正する手作業を減らすことができる。
【００９１】
次に、修正した造形パーツの設計データに基づいて、造形パーツを造形する（修正済み設計データで造形実施）。ここで造形される造形パーツは、修正後の造形パーツ設計データに基づくものであるため、変形が生じても、所望の形状に造形されることになるわけである。
【００９２】
（実験３）
ここで、本発明に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の第６の実施形態により、実験を行った。本実験においては、図１８に一例として示すように、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの枠形状パーツを造形するに当たり、粉末焼結積層造形装置は、樹脂用（アスペクト社製RaFaEl 550C）、粉末材料はポリアミド１２（アスペクト社製PA）、熱源は、炭酸ガスレーザと、シーズヒータ（一部パネルヒータ）とした。図１８に示す造形方向に積層厚さ１００μｍで造形を行った。
【００９３】
造形されたパーツの変形量を数値化するため、造形されたパーツに対して、３次元デジタイザにより３次元データ（点群データ）を測定した。さらに、点群データを扱いやすくするため、ポリゴンデータ（ＳＴＬデータ）へと変換した。
【００９４】
次に、測定したデータ（ポリゴンデータ）と枠形状パーツデータをポリゴン解析ソフト（アルモニコス社製 spGauge）によるマッチング機能を用いて一致させた。
【００９５】
測定したデータ（ポリゴンデータ）に含まれる点と枠形状パーツデータに含まれる面との距離を計算した。図１９は前述の点と面の距離をマッピングした結果である。（１）と（２）の相対変位量は側面垂直方向に０．５ｍｍ程度、（３）と（４）の相対変位量は側面垂直方向に０．３ｍｍ程度である。以上から造形パーツ（枠）の側面中央が外側に膨らんでいることが読み取れる。
【００９６】
次に、この測定データに基づき、造形パーツ設計データを補正する。枠の側面の膨らみが発生した原因を、枠の内側から外側への方向に荷重を受けたとし、ソフトウェア上で枠の側面に内側へ向かう荷重をかけることでデータ補正を行った。これらは一般的な有限要素法を用いることで実施し、データ上で枠が内側へ０．３ｍｍ変形する荷重をかけた。また、補正は測定データである点と面の距離を逆方向に反転させたデータを基に、手作業で造形パーツデータのモデリングを行っても良い。
【００９７】
再度フローチャートに従い、補正した造形パーツデータで造形を行い、測定を行った結果を図２０に示す。（５）と（６）の相対変位量は側面垂直方向に０．２ｍｍ程度、（７）と（８）の相対変位量は側面垂直方向に０．０ｍｍ程度である。図１９の結果と比較すると相対変位量は０．３ｍｍ程度抑制されており、本手法に効果があったことを示している。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によれば、主に粉末を焼結又は溶融する積層造形方法で頻発する、形状誤差を補正し、所望形状との誤差が小さい造形パーツを造形することができ、また、強度向上を目的とした焼結熱量（熱源の出力）の増加により大きくなってしまう造形パーツの変形量に対しても、投入熱量の制御や、設計データの的確な補正により、所望の形状を造形することが可能となるため、少量生産や、積層造形でしか造形できない形状の造形を実施する際に用いる粉末焼結積層装置による造形に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０  平板パーツ
２０  基準パーツ
【図１】
0006719230.tif 000002
【図２】
0006719230.tif 000003
【図３】
0006719230.tif 000004
【図４】
0006719230.tif 000005
【図５】
0006719230.tif 000006
【図６】
0006719230.tif 000007
【図７】
0006719230.tif 000008
【図８】
0006719230.tif 000009
【図９】
0006719230.tif 000010
【図１０】
0006719230.tif 000011
【図１１】
0006719230.tif 000012
【図１２】
0006719230.tif 000013
【図１３】
0006719230.tif 000014
【図１４】
0006719230.tif 000015
【図１５】
0006719230.tif 000016
【図１６】
0006719230.tif 000017
【図１７】
0006719230.tif 000018
【図１８】
0006719230.tif 000019
【図１９】
0006719230.tif 000020
【図２０】
0006719230.tif 000021