(57)【要約】【課題】造形要求に適合した品質の粉末焼結部品を造形する造形管理システムを得ること。【解決手段】本発明の造形管理システムは、ユーザ端末１０１と管理装置１０２と３ＤＰ造形装置１１１を備え、管理装置１０２は、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１を複数の区画７０５に分割して区画ごとに設定された冷却速度を反映した造形特性データと、ユーザ端末１０１から受信した造形要求の引張り強度および表面硬さの各情報とをマッチングさせて、造形領域の中から造形要求にマッチする区画を抽出し、抽出した区画に造形要求を割り当てることを特徴とする。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ端末と管理装置と３ＤＰ造形装置を備える造形管理システムであって、
前記ユーザ端末は、金属粉末の粉末材料、引張り強度、表面硬さ、必要造形領域および形状データの各情報を含む造形要求を前記管理装置に送信し、
前記管理装置は、前記３ＤＰ造形装置の造形領域を複数の区画に分割して区画ごとに設定された冷却速度を反映した造形特性データと、前記ユーザ端末から受信した前記造形要求の前記引張り強度および表面硬さの各情報とをマッチングさせて、前記造形領域の中から前記造形要求にマッチする区画を抽出し、該抽出した区画に前記造形要求を割り当て、
前記３ＤＰ造形装置は、前記管理装置によって前記造形要求が割り当てられた区画内に前記造形要求の形状データの情報に基づいた形状を有する造形物を造形する
ことを特徴とする造形管理システム。
【請求項２】
前記管理装置は、前記必要造形領域を割当可能な大きさと、前記造形要求の平均硬度および引張り強さとを有する区画を、前記造形要求にマッチする区画として抽出することを特徴とする請求項１に記載の造形管理システム。
【請求項３】
前記管理装置は、前記区画に割り当てられた複数の前記造形要求が有する各形状データを一つの形状データにまとめて前記３ＤＰ造形装置に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の造形管理システム。
【請求項４】
前記管理装置は、前記造形要求が割り当てられていない区画に、ダミー造形物を造形するための造形要求を割り当てることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の造形管理システム。
【請求項５】
金属粉末を焼結させて造形物を造形する３ＤＰ造形装置とユーザ端末との間に介在して、ユーザ端末から入力される情報に基づいて前記３ＤＰ造形装置による造形を管理する管理装置であって、
前記３ＤＰ造形装置の造形領域を複数の区画に分割して区画ごとに設定された冷却速度を反映した造形特性データを有し、
前記ユーザ端末から、前記金属粉末の粉末材料、前記造形物の引張り強度、表面硬さ、必要造形領域および形状データの各情報を含む造形要求を受信した場合に、前記引張り強度および表面硬さの各情報と、前記造形特性データとをマッチングさせて、前記造形領域の中から前記造形要求にマッチする区画を抽出し、該抽出した区画に前記造形要求を割り当てて、前記３ＤＰ造形装置により前記造形物を造形させるための形状データを出力することを特徴とする管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光または電子ビームを用いて粉末材料の焼結層を複数積層して一体化した粉末焼結部品を造形生産する造形管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
造形管理システムは、複数の利用者から粉末焼結部品の造形要求を受信し、個々の粉末焼結部品を造形するものであり、その造形プロセスを管理することによって、一回の造形で、できるだけ多くの造形要求を処理して、造形に要する時間と費用を削減し、生産効率を向上させるものである。
【０００３】
粉末焼結部品を造形する方法としては、粉末層にレーザ光、または電子ビームを照射してできた焼結層に、新たに粉末層を被覆してレーザ光を照射し、下の焼結層と一体になった焼結体を形成する工程を繰り返すことが行われ、かかる方法によって、造形物として粉末焼結部品が造形される。
【０００４】
この造形方法は、被覆する粉末層の厚さが５０μｍ程度と薄く、造形時間に問題がある。すなわち、１００ｃｍの造形物を生産する場合、２００００層からなる積層工程（1000000÷50＝20000）が必要となり、１層の工程時間を1分とすると、33.3時間(1.4日)かかることになる。造形時間は、積層する高さに依存するので、一回の造形でできるだけ多くの造形物を作製できれば、単位時間に造形できる造形装置当たりの造形個数が増え、コスト低減に繋がる。
【０００５】
この造形方法は、多品種少量生産に適しており、一回の造形で製作する造形物の数は多くない。単位時間に造形できる造形装置当たりの造形個数を増し、コスト低減を実現させるためには、造形領域を多くの造形物で満たす必要があり、このため沢山の顧客からの造形物の作製依頼を必要とする。
【０００６】
そこで近年、粉末焼結部品の造形を効率よく行うために、インターネット等の情報通信網を活用した造形管理システムが提案されており、情報通信網を介して不特定多数の顧客から注文を請け負い、造形物を生産することが行われている。例えば、特許文献１には、オンラインで粉末焼結積層部品の造形発注から造形開始までを処理し、リードオンタイムを短縮するための管理技術が示され、特許文献２には、診療所で得られた画像データを用いて粉末焼結積層部品を簡便に注文するための管理技術が示され、特許文献３には、利用者の情報に基づいて粉末焼結積層部品を作製するための管理技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３４５４２０号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４９３８号公報
【特許文献３】特開２００９−２９４８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、粉末材料に金属粉末を用いた場合、レーザ光、または電子ビームを熱源とする積層造形プロセスは、造形領域内に熱が蓄積され、冷却速度の違いにより完成した造形物の金属組織が異なり品質に差異が生じる。すなわち、造形領域内の熱は、領域の境界から外に放出され、周辺から徐々に冷えていくため、造形領域の中心付近では熱が冷めにくく、境界付近に比べて相対的にゆっくり冷えていく。
【０００９】
金属粉末の積層造形プロセスにより造形される造形物の金属組織および物性値は、溶融してからの凝固過程における冷却速度により異なる。例えば造形領域の中心付近では、境界付近に比べて相対的にゆっくり冷却されるので金属組織は大きく成長する。一方、境界付近では、中心付近に比べて冷却速度が速く、金属組織は小さくなり硬度が高く、強度の大きい粉末焼結積層部品が造形される。したがって、同じ造形プロセスであっても造形領域内における造形場所によって粉末焼結部品の品質が異なることになる。
【００１０】
図１５は、同じ金属粉末の材料を用いても造形領域内の造形場所によって、異なる金属組織の粉末焼結積層部品が造形されることを説明するための図である。図１５において、造形領域１５０１内の中心付近に配置された粉末焼結積層部品１５０２は、冷却速度が遅いので、その金属組織１５０４は大きく成長する。一方、造形領域１５０１内の境界付近に配置された粉末焼結積層部品１５０３は、冷却速度が速いので、その金属組織１５０５は小さくなり、硬度が高く、強度の大きい粉末焼結積層部品が造形される。このように、造形領域内における造形場所によって、品質の異なる粉末焼結積層部品が造形される。
【００１１】
本発明の目的は、造形要求に適合した品質の粉末焼結部品を造形する造形管理システムを提供することである。  
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の造形管理システムは、ユーザ端末と管理装置と３ＤＰ造形装置を備える造形管理システムであって、前記ユーザ端末は、金属粉末の粉末材料、引張り強度、表面硬さ、必要造形領域および形状データの各情報を含む造形要求を前記管理装置に送信し、前記管理装置は、前記３ＤＰ造形装置の造形領域を複数の区画に分割して区画ごとに設定された冷却速度を反映した造形特性データと、前記ユーザ端末から受信した前記造形要求の前記引張り強度および表面硬さの各情報とをマッチングさせて、前記造形領域の中から前記造形要求にマッチする区画を抽出し、該抽出した区画に前記造形要求を割り当て、前記３ＤＰ造形装置は、前記管理装置によって前記造形要求が割り当てられた区画内に前記造形要求の形状データの情報に基づいた形状を有する造形物を造形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、造形要求に適合した品質の粉末焼結部品を造形することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】造形管理システムの全体構成を説明する概念図。
【図２】造形管理システムにおける処理の流れを説明する図。
【図３】造形要求のデータ入力画面の一例を示す図。
【図４】造形管理データの構成を説明する図。
【図５】形状データの構成を説明する図。
【図６】造形区画管理データの構成を説明する図。
【図７】３ＤＰ造形装置の造形領域の構成を説明する図。
【図８】造形特性データの構成を説明する図。
【図９】造形特性データで用いる材料特性を知るための試験片の構成を説明する図。
【図１０】材料特性を知るための試験片を全ての区画に配置した状態を示す概念図。
【図１１】造形プロセスモジュールの動作を説明するフローチャート。
【図１２】造形区画割当可能か否かの判断処理を説明するフローチャート。
【図１３】３ＤＰ造形装置の構成を説明する図。
【図１４】登録されている個々の形状データを一つの形状データにまとめる処理を説明する図。
【図１５】異なる造形場所における金属組織の違いを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の造形管理システムの全体構成を説明する図である。
本発明の造形管理システムは、ユーザ端末１０１と、管理装置１０２と、３ＤＰ造形装置１１１とで構成されている。ユーザ端末１０１は、インターフェースを表す接続線１１３を介して管理装置１０２に接続されており、管理装置１０２は、インターフェースを表す接続線１１４を介して３ＤＰ造形装置１１１と接続されている。３ＤＰ造形装置１１１は、管理装置１０２の管理下に置かれており、ユーザ端末１０１から直接アクセスすることはできない。
【００１６】
ユーザ端末１０１は、利用者が造形を要求する粉末焼結部品の形状や材料特性等の情報を入力するための装置であり、入力した情報は造形要求データとして、インターフェースを表す接続線１１３を通して、管理装置１０２に送信される。ユーザ端末１０１は、少なくとも１台以上であればよく、複数台がインターネットなどの情報通信網を介して管理装置１０２に接続されている構成としてもよい。
【００１７】
管理装置１０２は、例えばユーザ端末１０１から送信される複数の造形要求に含まれる形状データを、一つの形状データにまとめて３ＤＰ造形装置１１１に送信し、粉末焼結部品の造形を行わせる。管理装置１０２は、造形プロセスモジュール１０３と、造形管理データ記憶部１０５と、造形区画管理データ記憶部１０６と、造形特性データ記憶部１０７と、形状データ記憶部１０８とを備えている。造形管理データ記憶部１０５と、造形区画管理データ記憶部１０６と、造形特性データ記憶部１０７と、形状データ記憶部１０８は、インターフェースを表す線１０４で造形プロセスモジュール１０３と接続されており、造形プロセスモジュール１０３によってデータの記憶や読み出し等が行われる。
【００１８】
３ＤＰ造形装置１１１は、粉末材料である金属粉末を焼結させて粉末焼結部品を造形する装置である。図１３は、３ＤＰ造形装置の構成を説明する概念図である。３ＤＰ造形装置１３００は、パルス発振のレーザ光を生成する炭酸ガスレーザ発振器１３１０と、レーザ光のビーム径を調整するコリメータ１３１１と、レーザ光を所定場所に誘導するガルバノ走査装置１３１３と、レーザ光を集光し局所的に粉末を焼結するための集光レンズ１３１４と、粉末１３１７を所定の高さに随時設定する昇降テーブル１３２１と、テーブルを昇降駆動する昇降機構１３２３と、基準位置を定める基準テーブル１３１２と、造形中の粉末１３１８および、積層する厚み分を基準テーブル１３１２の高さから随時降下する昇降テーブル１３２２と、昇降テーブル１３２２を昇降駆動する昇降機構１３２４と、粉末１３１７を造形中の粉末１３１８に供給するスキージー１３１６とを備えている。昇降テーブル１３２２の上には、基盤１３２０が配置されている。
【００１９】
昇降テーブル１３２１と昇降テーブル１３２２の面積は等しく、それ故、各テーブルの上昇および下降の距離が等しければ、昇降テーブル１３２１から供給される粉末１３１７の分量と昇降テーブル１３２２が受け取れるスペースの分量は等しい。昇降テーブル１３２２が下がるごとに粉末焼結部品１３１９が徐々に造形され、昇降テーブル１３２２は、基準テーブル１３１２が造形領域１３２５の上端に達するまで降下する。
【００２０】
３ＤＰ造形装置１３００において、炭酸ガスレーザ発振器１３１０から照射されるパルス発振のレーザ光は、コリメータ１３１１でビーム径が調整され、ガルバノ走査装置１３１３によりレーザ光を所定の場所に誘導し、集光レンズ１３１４でレーザ光が集光され、粉末焼結部品１３１９上に設置された粉末１３１８に照射される。３ＤＰ造形装置１３００は、熱源に４００ワットレーザ装置を用いているが、電子ビーム装置を用いてもよく、ビームスポット径０．５ｍｍ、パルス幅３．０ｍｓ、操作速度９ｍｍ／ｓ、発振周波数90Ｈzとした。
【００２１】
粉末材料である金属粉末には、粒子径が６５μｍから９０μｍのニッケルベースに鉄やクロム、コバルト粉末を混在させたインコネル系粉末や鉄ベースのクロム、ニッケル粒子を混在させたステンレス系粉末、チタンベースにアルミ、バナジュウムを混在させたチタン系粉末などがあるが、ここではマルエージング鋼の金属粉末とした。
【００２２】
ここで、積層する粉末層の厚さは５０μｍ程度と薄く、造形時間は、造形物の高さに依存し、１０ｃｍの物を造ろうとする場合、２０００層からなる積層工程（100000÷50＝2000）が必要となり、完成まで数時間から数日かかる。したがって、基盤１３２０上に、できるだけ空きがないように、多くの造形物を配置し、一回の造形で多くの造形物を作製できれば、単位時間に造形できる造形装置当たりの造形個数が増え、コスト低減を実現できる。
【００２３】
本発明の造形管理システムは、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域１３２５を複数の区画に分割し、管理装置１０２に区画ごとに異なる冷却速度を反映した造形特性データを持たせ、ユーザ端末から受信した造形要求から粉末焼結部品の引張り強度と表面硬さの情報を取得し、造形特性データと比較して最も値の近い造形領域１３２５の区画を割出し、造形要求を割り当てることを特徴としている。
【００２４】
図２は、本造形管理システムにおける処理の流れを説明する図である。
図２において本造形管理システムは、ユーザ端末１０１、管理装置１０２、３ＤＰ造形装置１１１の三層構造になっており、ユーザ端末１０１はインターフェースを表す接続線２０５を介して管理装置１０２と通信し、管理装置１０２はインターフェースを表す接続線２０６を介して３ＤＰ造形装置１１１と通信し、データを送信する。
【００２５】
時間軸２０４に従い、造形管理システムの処理の流れを説明する。時刻ｔ１から時刻ｔ４にかけて、ユーザ端末１０１からさみだれ的に、複数の造形要求２０７が送信され、インターフェースを表す線２０５を介して管理装置１０２に送信される。
【００２６】
管理装置１０２は、複数の造形要求２０７を順次受取り、それぞれの要求の材料特性が最もマッチする造形区画を造形領域の中から特定し、その特定した造形区画に造形要求を割り当てる。そして、個々の造形要求２０７中の形状データを一つの形状データにマージした形状データ２０８を作成し、インターフェースを表す接続線２０６を介して３ＤＰ造形装置１１１に送信する。３ＤＰ造形装置１１１は、形状データ２０８を受信すると、粉末焼結プロセスを開始し、一回の造形で複数の造形要求２０７に応じた造形物２０９を作製する。
【００２７】
図３は、造形要求のデータ入力画面の一例を示す図である。
ユーザ端末１０１のデータ入力画面３０１には、図３に示すように、造形要求２０７に含まれる情報として、（１）金属材料選択３０２と、（２）引張り強度３０３と、（３）表面硬さ３０４と、（４）必要造形領域３０５と、（５）形状データ３０６が表示される。利用者は、ユーザ端末１０１に表示されるデータ入力画面３０１を通して、造形を依頼する形状や物性値などの粉末焼結部品に関する情報を入力する。
【００２８】
（１）金属材料選択３０２は、３ＤＰ造形装置１１１で扱える金属粉末の種類を示しており、例えば、マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ６３０）、チタン合金（６４Ｔｉ）、インコネル７１８などをリスト上に表示し、利用者の入力により選択された金属にチェックマークが入る。本実施例の造形管理システムでは、３ＤＰ造形装置１１１の設定を一台のみとしているので、造形に用いる金属材料の種類は一つである。本実施例では、３ＤＰ造形装置１１１にマルエージング鋼が設置されているとして、（１）金属材料選択３０２では、マルエージング鋼のみが選択可能で、すでに選択された状態としたが、造形管理システムに、扱う金属材料の種類の数だけ３ＤＰ造形装置１１１を設置し、それぞれを管理できるように拡張することは従来技術で容易に対応可能である。
【００２９】
（２）引張り強度３０３は、３ＤＰ造形装置１１１で造形可能な引張り強度を示し、上下ボタン３１０により利用者が数値を選択し決定する。また、（３）表面硬さ３０４も同様に、造形領域で造形可能な表面硬さを示し、上下ボタン３１１により利用者が数値を選択し決定する。ここで、３ＤＰ造形装置１１１で造形可能な引張り強度および表面硬さの値は、図８で説明する造形特性データに基づいて決めることができる。
【００３０】
（４）必要造形領域３０５は、造形に必要な領域を確保するためのデータを与えるもので、図７で説明する造形領域を複数に分割したときの単位区画の寸法の整数倍が設定できるようになっており、上下ボタン３１２で値を調整し、造形に必要な領域を設定する。
【００３１】
（５）形状データ３０６は、造形物に関するＣＡＤデータ、例えばＳＴＬデータのファイル名３０８およびＳＴＬデータ３０９が設定される。利用者によって造形要求に係る情報が入力された後にデータ入力画面３０１の送信ボタン３０７が操作されると、造形要求２０７のデータが管理装置１０２に送信される。図３に示すデータ入力画面３０１は一例であり、このような造形要求の入力のためのグラフィックユーザーインターフェースは、汎用のプログラムツールを用いることで容易に実現可能である。
【００３２】
図４は、図１の造形管理データ記憶部１０５に記憶される造形管理データの構成を説明する図である。造形管理データは、造形ID４０１、金属材料４０２、引張り強度４０３、表面硬さ４０４、必要造形領域４０５、形状データID４０６を含む複数の造形管理レコード４０８を有する。造形管理データの各造形管理レコード４０８は、ユーザ端末１０１から造形要求２０７を受信する度に、造形プロセスモジュール１０３により生成され、造形管理データ記憶部１０５に記憶される。
【００３３】
造形ID４０１は、造形管理レコード４０８を識別するためのIDである。金属材料４０２と、引張り強度４０３と、表面硬さ４０４と、必要造形領域４０５は、造形要求２０７に含まれるデータを記録したものである。形状データID４０６は、造形要求２０７に含まれている形状データ３０６を参照するための識別子である。なお、形状データ３０６は、データサイズが大きく、後で参照処理されるため、専用の記憶領域である図１に示す形状データ記憶部１０８に記憶されている。
【００３４】
図５は、図１の形状データ記憶部１０８に記憶されるデータの構成を説明する図である。形状データ記憶部１０８は、形状データID５０１と形状データ５０２を記憶する。形状データID５０１は、図４で説明した形状データID４０６であり、形状データ５０２は、ユーザ端末１０１から送信された造形要求２０７に含まれている形状データ３０６を記憶したものである。形状データ記憶部１０８の管理は、造形プロセスモジュール１０３により行われ、管理装置１０２がユーザ端末１０１から造形要求２０７を受信する度に新しい形状データID５０１と形状データ５０２が記憶される。
【００３５】
図６は、図１の造形区画管理データ記憶部１０６に記憶される造形区画管理データ６０１の構成を説明する図である。
造形区画管理データ６０１は、造形区画ID６０２と造形ID６０３を含む。造形区画ID６０２は、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１(図７を参照)を複数の区画に分割し、それぞれに分割した区画７０５を示すための識別子である。造形区画ID６０２は、（ｘ、ｙ、ｚ）で記述され、後で図７を用いて説明するように造形領域のどの部分であるか分かるようにしてある。造形ID６０３は、図４で説明した造形ID４０１であり、分割された領域のどの区画に造形要求が割り当てられたのかを示すものである。
【００３６】
図６の造形区画管理データ６０１では、造形区画ID（１，１，１）および（１，１，２）で示される区画に、造形IDがZ001である造形要求が割り当てられている。そして、造形区画ID（３，１，１）には、造形IDがZ003である造形要求が割り当てられており、造形区画ID（５，１，１）には、造形IDがZ002である造形要求が割り当てられている。
【００３７】
図７は、図１における３ＤＰ造形装置１１１の造形領域の構成を説明する図である。
図７は、造形領域７０１内における所定の区画７０５に造形要求が割り当てられている様子を示している。本実施形態では、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１は、横２５０ｍｍ、縦２５０ｍｍ、高さ２５０ｍｍの大きさを有している。そして、横方向にx軸７０２、縦方向にｙ軸７０３、高さ方向にｚ軸７０４を対応させ、それぞれ５等分した要素を用いて、造形領域７０１を分割している。
【００３８】
こうしてできた造形領域７０１の複数の区画７０５をｘ、ｙ、ｚの各要素に対応させてそれぞれ識別する。例えば図７に太線で示した区画７０５ａは、ｘが４、ｙが３、ｚが５に位置するから（４，３，５）となる。このｘ、ｙ、ｚの組み合わせで示したものを造形区画IDとして用いることにする。図７の造形領域７０１を示した概念図では、造形区画ID（１，１，１）および（１，１，２）と、造形区画ID（３，１，１）と、造形区画ID（５，１，１）の各区画７０５に、それぞれ造形物が割り当てられていることが示されている。
【００３９】
図８は、図１にある造形特性データ記憶部１０７に記憶される造形特性データの構成を説明する図である。
造形特性データは、造形区画ID８０１と特性値８０２とで構成されている。造形区画ID８０１は、図６で説明した造形区画ID６０２であり、特性値８０２は、造形領域７０１の各区画７０５の中心部における造形物の強度および平均硬度を金属材料別に示したものである。
【００４０】
３ＤＰ造形装置１１１による粉末焼結部品の造形では、造形領域７０１内の造形場所によって冷却速度が違うため、完成した造形物の物性値が造形場所に応じて異なる。本発明では、それぞれの区画７０５の物性値を予め求めておき、データベースとして活用することで、粉末焼結部品である造形物の要求する材料特性に最もマッチする区画７０５を選定し、かかる区画７０５に造形要求２０７を割り当てることができる。
【００４１】
次に、各区画における物性値を予め求める方法の一例について説明する。
図９は、試験片９０１の構成を説明する図である。試験片９０１は、中心部に引張り試験片９０２とこれを囲むようにして、左右に硬さ試験片９０５および９０６が、上下に硬さ試験片９０３および９０４が、奥に硬さ試験片９０７が配置されている。説明の便宜上、図９では、中が見えるように本来手前に配置してある硬さ試験片は取り除いて示してあるが、実際に材料特性を調べる際には配置されている。試験片９０１は、造形領域７０１内の各区画７０５に対応した材料特性の情報を取得するために、各区画７０５でそれぞれ造形される。
【００４２】
図１０は、図９で説明した材料特性を知るための試験片を、図７で説明した全ての区画に配置した状態を示す概念図である。
材料特性を知るための試験片１００１を３ＤＰ造形装置１１１で作製し、区画７０５毎の試験片９０１から、中心部における引張り試験片９０２を用いて引張り試験を実施することで、その区画７０５における造形物の引張り強さを取得する。また、区画７０５を囲むようにして造形した硬さ試験片９０３〜９０７から、その区画７０５を囲む、上下、左右、前後の壁面に対し硬さ試験を実施し、その平均値を区画７０５の代表硬度として用いる。このようにして造形領域７０１の全ての区画７０５について、引張り強さと平均硬度を求め、図８に示す造形特性データを得る。
【００４３】
図１１は図１にある造形プロセスモジュール１０３の動作を説明するフローチャートである。造形プロセスモジュール１０３は、ユーザ端末１０１から造形要求２０７を受信するたびに起動し、図１１のフローチャートに示す動作を行う。
【００４４】
まず、造形プロセスモジュール１０３は、ステップ１１０１の造形要求処理でユーザ端末１０１から受信した造形要求２０７を読み出し、次のステップ１１０２で造形要求２０７を割り当て可能かの判断処理を行う。ここでは、受信した造形要求２０７で指定された造形領域が、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域に割当てが可能なのかを調べる。この調べ方は図１２のフローチャートを用いて詳しく説明するが、ここで、もし造形要求を満たす領域が確保できる場合（ステップ１１０２でＹＥＳ）は、割当てる造形区画ID６０２の値が返され、この値を基にステップ１１０３で造形区画割当の処理を実施し、確保できない場合（ステップ１１０２でＮＯ）は、NGが返され、ステップ１１０４で造形要求拒否の処理を実施する。
【００４５】
ステップ１１０３の造形区画割当の処理では、造形管理データ記憶部１０５に新しいレコードを記録するための欄を設け、新規に造形ID４０１を作成し、割当が可能と判断された造形要求２０７の（１）金属材料選択、（２）引張り強度、（３）表面硬さ、（４）必要造形領域、（５）形状データを読出し、図４で説明した、造形管理レコード４０８の金属材料４０２、引張り強度４０３、表面硬さ４０４、必要造形領域４０５、形状データID４０６に記録し、（５）形状データ５０２は、形状データID５０１とペアで形状データ記憶部１０８に記録する。さらに、図６で説明した、造形区画管理データ６０１に、ステップ１１０２の判断処理で得られた造形区画ID６０２の欄に、新規作成の造形ID６０３を記録し、要求元のユーザ端末１０１に造形要求２０７が受諾されたことを示すメッセージを送信する。
【００４６】
ステップ１１０４の造形要求拒否の処理では、データ登録は何もせず、要求元のユーザ端末１０１に造形要求が受諾されなかったことを示すメッセージを送信し、造形プロセスモジュール１０３の動作を終了する。
【００４７】
次に、ステップ１１０５の造形開始可能か否かの判断処理において、図６で説明した造形区画管理データ６０１を見て、造形ID６０３の登録されている数から造形領域７０１の空き状況を調べる。そして、占有率が例えば５０％を超えている場合は、造形開始可能と判断し、次のステップ１１０６の形状データ作成の処理を実施し、占有率が例えば５０％を下回っている場合には、造形開始不可と判断し、造形プロセスモジュール１０３の動作を終了する。
【００４８】
このように、造形区画管理データ６０１を調べることで、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１における空き領域を知ることができる。そして、占有率の閾値を設定することで、ユーザ端末１０１からさみだれ的に逐次送信される複数の造形要求２０７をまとめて処理することができる。したがって、一度に造形する粉末焼結部品を増やすことができるので、生産効率を高めコストの低減が実現できる。また、ある程度の数量を受け付けてから造形を実行できるので、歩留まりをよくすることができる。
【００４９】
また、造形領域７０１内における造形物の数量や大きさ等に応じて、各々の造形プロセスの冷却速度に大きな差が生じるおそれがある場合には、造形領域７０１内にダミー造形物を造形して、冷却速度を相互に均一になるように調整する伝熱補償を行ってもよい。管理装置１０２は、例えば占有率が造形開始可能であるが比較的低めの場合には、ユーザ端末１０１からの造形要求が割り当てられていない区画７０５に、ダミー造形物を造形するための造形要求を割り当てる。これにより、造形プロセス間で占有率が一定になるように調整して、冷却速度の均一化を図り、伝熱補償を行うことができる。
【００５０】
ステップ１１０６の形状データ作成の処理では、図１４に示すように、造形管理データに登録されている個々の形状データ１４０１、１４０２、１４０３を一つの形状データ１４０４にまとめる処理を行う。この処理は、造形管理データ中の造形ID４０１から、形状データID４０６をもとに形状データ記憶部１０８内の形状データ５０２を参照し、造形区画管理データ記憶部１０６から造形ID４０１が割り当てられている造形領域７０１内の区画７０５の配置位置を知ることで、全ての形状データを一つにまとめた（マージした）形状データ１４０４を作成することができる。
【００５１】
ステップ１１０６の形状データ作成の処理では、作成した形状データ１４０４を３ＤＰ造形装置１１１に送り、造形を開始させる。造形プロセスモジュール１０３は、形状データ１４０４を３ＤＰ造形装置１１１に送信した後、造形管理データ記憶部１０５、造形区画管理データ記憶部１０６、形状データ記憶部１０８に記憶されているデータを消去し、動作を終了する。
【００５２】
次に図１２を用いて、図１１におけるステップ１１０２の内容について説明する。図１２に示すフローチャートは、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１に、新たに受信した造形要求２０７が割当て可能かどうかを判別するための処理である。この処理によって、必要造形領域を割当可能な大きさと、造形要求の平均硬度および引張り強さとを有する区画が、造形要求２０７にマッチする区画７０５として抽出される。
【００５３】
まず、ステップ１２０１における造形領域の有無の判断処理において、造形要求２０７に含まれている必要造形領域３０５の情報に基づき、縦、横、高さからなる造形に必要な必要造形領域が、まだ割り当てられていない造形領域７０１中にあるか否か、すなわち、造形物の造形に必要な大きさの必要造形領域を割り当て可能な区画７０５が造形領域７０１内にあるか否かを判断する。これは、図６および図７で説明した造形区画管理データ６０１から造形ID６０３がまだ登録されていない区画７０５を調べることで判別できる。
【００５４】
そして、造形領域７０１内に必要造形領域を割当可能な区画７０５がある場合、割当可能な造形区画ID６０２の組み合わせを出力し、次のステップ１２０２の強度・硬度を満たせるかの判断処理に進む。一方、造形領域７０１内に割当可能な区画７０５がない場合には、ステップ１２０４でＮＧを返す処理を行い、本フローを終了する。
【００５５】
ステップ１２０２の強度・硬度満たせるかの判断処理では、ステップ１２０１で求めた割当可能な造形区画ID６０２の組み合わせの中から、図８で説明した造形特性データを用いて、造形区画ID６０２ごとの平均硬度と引張り強さを参照する。そして、新たに受信した造形要求２０７に含まれている（２）引張り強度および（３）表面硬さを満たす割当可能な造形区画ID６０２の組み合わせがあるかどうか調べる。そして、組み合わせがある場合には、かかる造形区画ID６０２の組み合わせを、造形要求にマッチする区画として抽出し、その抽出した区画に造形要求２０７を割り当てるべく、ステップ１２０３に移行する。ステップ１２０３では、そのときの割当可能な造形区画ID６０２の値を返す処理が行われる。一方、ステップ１２０２の判断処理で、組み合わせがないと判断された場合には、ステップ１２０４でＮＧを返す処理を行い、本フローは終了する。
【００５６】
上記した本発明の造形管理システムによれば、３ＤＰ造形装置１１１の造形領域７０１を複数の区画７０５に分割して区画７０５ごとに設定された冷却速度を反映した造形特性データと、ユーザ端末１０１から受信した造形要求の引張り強度および表面硬さの各情報とをマッチングさせて、造形領域７０１の中から造形要求にマッチする区画７０５を抽出し、その抽出した区画７０５に造形要求を割り当てて、３ＤＰ造形装置１１１により造形物を造形させるので、造形要求に適合した品質の粉末焼結部品を造形することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１  ユーザ端末
１０２  管理装置
１０３  造形プロセスモジュール
１０５  造形管理データ
１０６  造形区画管理データ
１０７  造形特性データ
１０８  形状データ
１１１  ３ＤＰ造形装置
【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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