(57)【要約】【課題】効率的な造形物の製造を行うことを課題とする。【解決手段】造形対象となる造形物の三次元形状データ１２２に対して、造形物の造形時に下方が空となるオーバハングを支えるためのサポートの設置を禁止するサポート禁止領域が、入力部１３１を介して設定され、設定されたサポート禁止領域において、サポートの生成を禁止する処理部１００を有し、処理部１００は、サポート禁止領域にサポートを生成しなくてもよい、三次元形状データ１２２に基づくモデルの姿勢を探索するサポート不要姿勢探索部１１１と、サポートを生成しなくてもよいモデルの姿勢のうち、サポートを付与する面積が最小となる姿勢を探索するサポート最小姿勢探索部１１２とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2017210650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物の三次元形状データ、前記三次元形状データに設定され、前記造形物の造形時に下方が空となる所定部位を支えるサポートの設置を禁止する領域であるサポート禁止領域、及び前記サポートの設置の要・不要判定を行うための判定指標が入力される入力部と、
前記判定指標を基に、前記サポート禁止領域における前記サポートの要・不要を判定して、前記サポート禁止領域においてサポートが不要な姿勢を探索するサポート不要姿勢探索部と、
前記探索した姿勢の形状を表示する表示部と、
を有することを特徴とする三次元造形支援装置。
【請求項２】
前記サポート不要姿勢探索部は、
前記三次元形状データを構成する面要素のうち、前記サポート禁止領域に含まれる前記面要素を抽出し、
前記三次元形状データが示すモデルを所定の角度ずつに回転させることで、前記サポート禁止領域に含まれる前記面要素に前記サポートが必要か否かを判定し、
前記判定の結果、前記サポート禁止領域に含まれるすべての前記面要素でサポートが不要と判定された前記角度を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形支援装置。
【請求項３】
前記サポートが不要な姿勢のすべてについて、前記判定指標を基に、前記サポートの要・不要を判定し、前記サポートが不要な姿勢の中から前記サポートが最小となる姿勢を探索するサポート最小姿勢探索部
を有し、
前記表示部は、
前記探索した姿勢の形状を表示する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形支援装置。
【請求項４】
前記サポート最小姿勢探索部は、
前記三次元形状データが示すモデルを構成する面要素のうち、前記サポート禁止領域に含まれない前記面要素を抽出し、
前記サポート禁止領域に含まれるすべての前記面要素で前記サポートが不要と判定された、すべての前記姿勢のうち、前記サポートを設置する面要素の面積の合計、又は、設置される前記サポートの体積が最小となる角度を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形支援装置。
【請求項５】
前記サポート禁止領域以外の箇所において、前記サポートが必要と判定した部位にサポートを付与するためのサポート付与部を
有し、
前記表示部は、
サポートを付与した造形形状を表示する
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形支援装置。
【請求項６】
使用される工具の大きさに基づいて、前記サポート禁止領域を設定する処理部を
有することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形支援装置。
【請求項７】
造形物の三次元形状データに対して、前記造形物の造形時に下方が空となる所定部位を支えるサポートの設置に関する設定を行う三次元造形支援装置が、
前記三次元形状データ、前記三次元形状データに設定され、前記サポートの設置を禁止する領域であるサポート禁止領域、及び前記サポートの設置の要・不要判定を行うための判定指標が入力され、
前記判定指標を基に、前記サポート禁止領域における前記サポートの要・不要を判定して、前記サポート禁止領域においてサポートが不要な姿勢を探索する
ことを特徴とする三次元造形支援方法。
【請求項８】
前記三次元造形支援装置が、
前記サポートが不要な姿勢のすべてについて、前記判定指標を基に、前記サポートの要・不要を判定し、前記サポートが不要な姿勢の中から前記サポートが最小となる姿勢を探索する
ことを特徴とする請求項７に記載の三次元造形支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形におけるデータを生成する三次元造形支援装置及び三次元造形支援方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に積層造形では、専用のソフトウェア等を用いることで生成された三次元形状データにサポートを付与したモデル（以下、適宜、造形モデルと称す）を基に、積層造形装置（３Ｄ（Dimension）プリンタ装置）によって、実際に造形され造形物が製作される。
【０００３】
金属の積層造形は、粉末床融結合方式、指向性エネルギ堆積方式等の各種方式がある。また、金属の積層造形は、材料を熱によって溶融・結合することで造形する方法が一般的である。この積層造形は数十〜数百μｍ程度の厚さの金属層を重ねていくことにより、形状を造形する技術である。このとき、粉末床融結合方式では、造形形状の断面を包含する領域に１層ごとに金属粉末の層を敷き詰め、造形形状がある箇所において、金属粉末がレーザ等で溶融・結合されることで造形が行われる。また、指向性エネルギ堆積方式では、造形形状がある箇所に粉末を供給し、金属粉末がレーザ等で溶融・結合されることで造形が行われる。いずれの方法でも、造形物の第１層目はベースプレートと呼ばれる必要な剛性を有する板状の材料の上に作成される。
【０００４】
このため、第２層目以降で、造形形状に張り出し（以下、オーバハングと称す）部分があった場合、結合されてない金属材料（金属粉末層）の上又は空中で溶融・結合をすることになり、熱収縮や自重によるオーバハングの変形が発生しやすい。ここで、オーバハングは、張り出しのように、造形物において下方が中空となっている部分（造形物の造形時に下方が空となる所定部位）のことである。例えば、外形又は断面がテーブル状、Ｈ状等となっているものもオーバハングに含まれる。
【０００５】
熱収縮や自重による変形がオーバハングに発生すると、オーバハングにおける造形物が３Ｄプリンタ装置内の器具に接触して、造形が強制停止（造形失敗）したり、最終的に造形された造形物の形状が、予定されている形状とかけ離れてしまったりしてしまう。このような事態を回避するため、オーバハングの下層に、サポートと呼ばれるオーバハングを支えるための補強材を造形形状の一部として付与することが行われる。サポートが付与されることで、熱収縮や自重によるオーバハングの変形を抑止することができる。なお、この付与したサポートは、造形後に機械加工等で削除する。当然のことながら、熱収縮や自重による変形が、製造過程において許容できる範囲内の条件や形状であれば、変形の抑止を目的としたサポートは不要となる。
【０００６】
一方、樹脂の積層造形についても同様な処置が、例えば、特許文献１等に開示されている。特許文献１には、「三次元状の造形物を造形材を用いて造形する三次元造形装置用の設定データ作成装置であって、造形物の三次元データを取得するための入力手段６１と、複数のオブジェクトに相当する三次元造形に要する造形時間と、造形物の造形に要する造形材の使用量とを含む複数の造形パラメータの、いずれを優先するかを設定するためのパラメータ設定手段６３と、パラメータ設定手段６３で設定された造形パラメータの優先度に基づいて、オブジェクトの姿勢が最適となるよう演算するための演算手段６４とを備え、演算手段６４が、複数のオブジェクトの各々に対して、個別に最適姿勢を演算可能に構成される」三次元造形装置用の設定データ作成装置、三次元造形装置用の設定データ作成方法及び三次元造形装置用の設定データ作成プログラム並びにコンピュータで読み取り可能な記録媒体が開示されている（要約参照）。
【０００７】
また、サポート又は造形時間が最小になるようにサポートを付与し、造形モデルを作成する技術も提案されている。このような技術では、サポートの形状として、オーバハングの面をベースプレートに向けて押し出したような形状が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−９６４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
樹脂における積層造形の場合、造形物とサポートとを異なる材料とし、サポートを専用の溶液によって溶かす等の方法により、サポートを除去することが可能であり、多くの場合、サポートを容易に除去することが可能である。
【００１０】
しかしながら、金属における積層造形の場合には、造形物とサポートとを同じ材料で造形することが一般的であり、サポートの除去は機械加工等によって行われる。このため、機械加工工具が届かない位置のサポートは、機械加工等で除去することができないという課題がある。このような課題への対策として、機械加工等で除去することができない領域については、サポート確認画面等において、サポートが設置された造形モデル上のサポートを、ユーザが前もって消去することがある。
【００１１】
しかしながら、このように、前もってサポートが消去された箇所のオーバハングは、本来サポートが必要と想定される部分である。従って、実際の造形が始まると、サポートが消去された部分のオーバハングの変形が過大となるおそれがある。オーバハングの変形が過大となると、前記したように、造形中の造形物が３Ｄプリンタ装置内の器具に接触し、造形が強制停止（造形失敗）するおそれがある。この場合、造形物の姿勢やサポートの配置等を見直して、再度造形する必要があり、時間及び費用の多大なロスとなる。特に、複数の造形物を、同じ３Ｄプリンタ装置で同時に造形していた場合には、変形量に問題のない造形物も再度の造形が必要となり、さらなる時間と費用のロスを生む可能性がある。
【００１２】
この場合、造形物の姿勢やサポートの配置等を見直して、再度造形する必要があり、時間と費用のロスとなる。特に、複数の造形物を、同じ３Ｄプリンタ装置で同時に造形していた場合には、変形量に問題のない造形物も再度の造形が必要となり、さらなる時間と費用のロスを生む可能性がある。
【００１３】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、効率的な造形物の製造を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記した課題を解決するため、本発明は、造形物の三次元形状データ、前記三次元形状データに設定され、前記造形物の造形時に下方が空となる所定部位を支えるサポートの設置を禁止する領域であるサポート禁止領域、及び前記サポートの設置の要・不要判定を行うための判定指標が入力される入力部と、前記判定指標を基に、前記サポート禁止領域における前記サポートの要・不要を判定して、前記サポート禁止領域においてサポートが不要な姿勢を探索するサポート不要姿勢探索部と、前記探索した姿勢の形状を表示する表示部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、機械加工できない領域にサポートが生成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る三次元造形支援装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る三次元造形支援装置のハードウェア構成を示す図である。
【図３Ａ】３Ｄプリンタ装置における造形物の生成手順を示す図（その１）である。
【図３Ｂ】３Ｄプリンタ装置における造形物の生成手順を示す図（その２）である。
【図３Ｃ】３Ｄプリンタ装置における造形物の生成手順を示す図（その３）である。
【図３Ｄ】３Ｄプリンタ装置における造形物の生成手順を示す図（その４）である。
【図４】本実施形態に係る三次元造形支援装置における処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係るサポート不要姿勢探索処理の詳細な手順を示すフローチャート（その１）である。
【図６】本実施形態に係るサポート不要姿勢探索処理の詳細な手順を示すフローチャート（その２）である。
【図７】本実施形態に係るサポート最小姿勢探索処理の詳細な手順を示すフローチャート（その１）である。
【図８】本実施形態に係るサポート最小姿勢探索処理の詳細な手順を示すフローチャート（その２）である。
【図９】本実施形態に係る入力画面の一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る手法でサポートを作成した造形モデルの例を示す図である。
【図１１】図１０と同様の三次元形状データに対して、サポート禁止領域を考慮しない手法（比較例）で作成された造形モデルと、サポートとの例を示す図である。
【図１２】は、第２実施形態に係る入力画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、三次元造形支援装置に入力される三次元形状データを「三次元形状データ」と称し、サポートが付与され、図示しない３Ｄプリンタ装置へ送られる三次元形状データを「造形モデルデータ」と称する。また、三次元形状データが示す形状を「モデル」と適宜称し、「造形モデルデータ」が示す形状を「造形モデル」と適宜称する。そして、造形モデルデータに基づいて、３Ｄプリンタ装置が造形する物体を造形物と称する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
［装置構成］
図１は、本実施形態に係る三次元造形支援装置１の構成を示す機能ブロック図である。
サポート禁止領域データ１２１は、工具が届かない等、サポートの設置に不適な領域に関するデータである。なお、サポート禁止領域は、例えば、ユーザがマウス等で三次元形状データ１２２の領域をポイントすること等で設定される。
三次元形状データ１２２は、例えば、専用ソフトウェア等で作成されたＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データであり、面要素（例えばＳＴＬ形式であれば三角形の形状を有している）の集合からなる。
判定指標１２３は、造形物の造形時に下方が空となる所定部位であるオーバハングがサポートを必要とするものであるか否かを判定するための閾値である。判定指標１２３は、予めユーザによって設定されているものである。例えば、オーバハングの長さが判定指標１２３より大きいか、角度が判定指標１２３未満の場合ではサポート要、それ以外の場合ではサポート不要となる。これにより、サポートを付与したあとの形状は、オーバハングの角度が判定指標１２３で設定された閾値未満や、長さが閾値より大きい箇所がない形状となる。
判定指標１２３は、変形又は放熱と関連する指標であれば、オーバハングの長さや、角度以外を指標としてもよく、複数の指標を用いてもよい。
【００１９】
サポート不要姿勢探索部１１１は、入力されたサポート禁止領域に含まれる三次元形状データ１２２の面要素を抽出し、抽出した面要素がサポート不要になる姿勢を探索する。なお、サポート不要姿勢探索部１１１による探索結果の姿勢は複数となる場合もある。
サポート最小姿勢探索部１１２は、サポート禁止領域以外（サポート可能領域）の面要素において、当該サポートが最小となる姿勢を探索する。
【００２０】
また、サポート不要姿勢探索部１１１や、サポート最小姿勢探索部１１２が行う処理において、三次元形状データ１２２における姿勢を変更する姿勢変更処理が行われる。また、サポート不要姿勢探索部１１１や、サポート最小姿勢探索部１１２が行う処理において、面要素毎にサポートの要不要を判定する面要素ごとのサポート要不要判定処理が行われる。このような、姿勢変更処理や、サポート要不要判定処理は、一般的な技術で実現可能である。
【００２１】
サポート付与部１１３は、サポート不要姿勢探索部１１１や、サポート最小姿勢探索部１１２による処理が終了すると、サポートが最小となる姿勢の三次元形状データ１２２に対し、サポートのデータを付与することで、造形モデルデータを生成する。
【００２２】
ユーザは、入力部１３１を介し、サポート禁止領域データ１２１、三次元形状データ１２２、判定指標１２３等を入力する。
判定指標１２３は、前記したように、サポートの設置が必要か否かを判定するための指標に関するデータであり、例えば、オーバハングの長さや、角度である。
入力されたサポート禁止領域データ１２１、三次元形状データ１２２、判定指標１２３等は、表示部１３２に表示される。ユーザは、表示部１３２に表示されている情報を目視等で確認する。
【００２３】
表示部１３２は、サポート付与後の造形形状と、サポート禁止領域に含まれる面を表示する。この表示において、サポート禁止領域が表示されてもよく、サポート禁止領域の代わりに、サポート可能領域（サポート禁止領域以外の領域）に含まれる面が表示されてもよい。
そして、表示部１３２に表示されている出力結果に基づいたデータ（造形モデルデータ）が、３Ｄプリンタ装置２（図２）に入力されることで、実際の造形が行われる。
【００２４】
［ハードウェア構成］
図２は、第１実施形態に係る三次元造形支援装置のハードウェア構成を示す図である。
三次元造形支援装置１は、メモリ１０１、記憶装置１０２、入力装置１０３、表示装置１０４及びＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５を有している。
メモリ１０１には、記憶装置１０２に格納されているプログラムがロードされ、ロードされたプログラムがＣＰＵ１０５によって実行されることで、処理部１１０及び処理部１１０を構成するサポート不要姿勢探索部１１１、サポート最小姿勢探索部１１２、サポート付与部１１３が具現化している。サポート不要姿勢探索部１１１、サポート最小姿勢探索部１１２及びサポート付与部１１３については、図１において説明済みであるので、ここでの説明を省略する。なお、入力装置１０３は図１の入力部１３１に相当し、表示装置１０４は図１の表示部１３２に相当する。
【００２５】
また、記憶装置１０２には、サポート禁止領域データ１２１、三次元形状データ１２２、判定指標１２３等が格納されている。サポート禁止領域データ１２１、三次元形状データ１２２、判定指標１２３については、図１において説明済みであるので、ここでの説明を省略する。
そして、三次元造形支援装置１には、三次元造形支援装置１によって生成された造形モデルデータに基づいて、積層造形により造形物を造形する３Ｄプリンタ装置２が接続されている。
なお、三次元造形支援装置１と、３Ｄプリンタ装置２とは一体であってもよい。
【００２６】
［３Ｄプリンタ装置の動作説明］
ここで、３Ｄプリンタ装置２（図１）における代表的な金属の積層造形方法である粉末床融結合方式について、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明する。
この方式では、昇降テーブル２０１に粉末２１１が敷かれ（図３Ａ）、この粉末２１１にレーザ２２１等が照射されることで、粉末２１１が溶融・結合する（図３Ｂで黒く塗りつぶしている丸２１２）。この作業が繰り返される（図３Ｃ）ことで、造形物が造形される（図３Ｄ）。
【００２７】
このとき、図３Ｄにおいて、白く塗りつぶされている丸２１１は、粉体のまま残る部分である。取り出した造形物にくっついている粉体（丸２１１）は、気体で吹き飛ばされる等の処置により取り除かれる。溶融・結合する部分（黒く塗りつぶしている丸２１２）は、図３Ｂ〜図３Ｄに示すように、造形物は、既に溶融・結合した部分の上部（水平方向の長さが許容内か、所定の角度以上の斜め上部を含む）とするのが基本である。
【００２８】
しかしながら、任意に指定された造形物の形状は、未溶融部上部の溶融・結合を必要とするケースが多くある。このような場合、サポートが付与されることにより、造形物は、既に溶融・結合した部分の上部（水平方向の長さが許容内か、所定角度以上の斜め上部を含む）とすることが守られる。この基本が守れない場合、熱収縮等の変形により、造形物が意図した形状とならないおそれがある。さらに、変形量が大きい場合には、粉末２１１が敷かれる際、粉末２１１を押し固めるために用いられるローラと、変形した造形物とが接触し、造形処理が強制停止してしまうおそれがある。このようになると、造形物の造形が最後までできないことになる。
【００２９】
このような状態になると、ユーザは、造形物の形状等を見直し、再度、最初から造形をする必要があり、時間と費用のロスとなる。特に、複数の造形物を、同じ３Ｄプリンタ装置２（図１）で同時に造形していた場合には、変形量に問題のない造形物も、再度の造形が必要となり、さらなる時間と費用の多大なロスを生む可能性がある。
【００３０】
前記した通り、既に溶融・結合した部分において斜め上部（水平を含む）に張り出した部分、あるいは下方が中空になっている部分はオーバハングと称される。そして、前記したように、このオーバハングが判定指標１２３で設定された角度未満になると、サポートが必要となる。この角度に関しては、造形形状の表面の水平に対する角度を閾値として設定するのが一般的である。例えば、角度の閾値として４５゜が設定されている場合、水平に対して４５゜未満のオーバハングはサポートが必要な箇所であり、４５゜以上のオーバハングはサポート不要な箇所である。また、閾値未満の角度の面であっても、変形が許容範囲内となるオーバハングの長さであればサポート不要である。
【００３１】
［フローチャート］
図４は、本実施形態に係る三次元造形支援装置における処理の手順を示すフローチャートである。以降の記載では、適宜、図２を参照する。
まず、入力装置１０３を介して、三次元形状データ１２２にサポート禁止領域が設定される（Ｓ１）。例えば、ユーザが三次元形状データ１２２においてサポート禁止領域を、マウス等で選択することによって、サポート禁止領域が設定される。
次に、サポート不要姿勢探索部１１１によって、サポート禁止領域においてサポートを設置しなくてもよいモデルの姿勢を探索するサポート不要姿勢探索処理が行われる（Ｓ２）。ここで、前記したように、モデルとは、三次元形状データ１２２が示す形状である。サポート不要姿勢探索処理の詳細は後記する。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２によって、サポートを設置する必要のあるオーバハングが最小となる姿勢を探索するサポート最小姿勢探索処理が行われる（Ｓ３）。サポート最小姿勢探索処理の詳細は後記する。
【００３２】
そして、サポート最小姿勢探索処理の結果であるポートを設置する必要のあるオーバハングが最小となる姿勢でサポートが付与された三次元形状データ１２２が作成されるサポート付与処理が、サポート付与部１１３によって行われる（Ｓ４）。
そして、ステップＳ４の結果出力される造形モデルデータに従って、図示しない３Ｄプリンタ装置２が造形物を生成する三次元造形処理が行われる（Ｓ５）。
【００３３】
（サポート不要姿勢探索処理）
図５及び図６は、本実施形態に係るサポート不要姿勢探索処理（図４のＳ２）の詳細な手順を示すフローチャートである。
まず、サポート不要姿勢探索部１１１は、三次元形状データ１２２からすべての面要素を抽出し、抽出した面要素の全数（面要素数）をＮｆに代入する（図５のＳ２０１）。このとき、サポート不要姿勢探索部１１１は、抽出した面要素それぞれに１〜Ｎｆの面要素番号を付与する（Ｓ２０２）。
次に、サポート不要姿勢探索部１１１は、面要素番号をｉ（ｉ＝１〜Ｎｆ）とし、ｉ＝１とする（Ｓ２０３）。
そして、サポート不要姿勢探索部１１１は、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれるか否かを判定する（Ｓ２０４）。なお、ステップＳ２０４において、サポート不要姿勢探索部１１１は、処理対象となっている面要素の一部がサポート禁止領域内にある場合、該面要素はサポート禁止領域に含まれると判定する。
ステップＳ２０４の結果、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれていない場合（Ｓ２０４→Ｎｏ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、ステップＳ２０６へ処理を進める。
【００３４】
ステップＳ２０４の結果、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれている場合（Ｓ２０４→Ｙｅｓ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、面要素番号ｉをサポート禁止領域内の面要素番号リストに追加する（Ｓ２０５）。
そして、サポート不要姿勢探索部１１１は、ｉ＝ｉ＋１の演算を行う（Ｓ２０６）。
次に、サポート不要姿勢探索部１１１は、ｉ＞Ｎｆであるか否かを判定する（Ｓ２０７）。
ステップＳ２０７の結果、ｉ≦Ｎｆである場合（Ｓ２０７→Ｎｏ）、サポート不要姿勢探索部１１１はステップＳ２０４へ処理を戻す。
ステップＳ２０７の結果、ｉ＞Ｎｆである場合（Ｓ２０７→Ｙｅｓ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、サポート禁止領域内の面要素番号リストを出力する（Ｓ２０８）。
【００３５】
ここで、ｘｙｚ直行座標系を用いて表現すると、ｚ軸方向を積層方向とした場合、ロールφはｚ軸まわりにφ回転することであり、ピッチθはｘ軸まわりにθを回転することである。図５及び図６の処理では、姿勢のパラメータをロールφ、ピッチθの２つとしているが、これは、造形物が、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して対称の形状を有しているものとしているためである。造形物が、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対して非対称である場合、ロールφ、ピッチθ、ヨーψを姿勢のパラメータとしてもよい。
【００３６】
サポート不要姿勢探索部１１１は、モデルにおける姿勢の回転量をロールφ、ピッチθとし、φ＝０゜、θ＝０゜とする（図６のＳ２１１）。
その後、サポート不要姿勢探索部１１１は、φ、θの角度でモデルを回転する（Ｓ２１２）。ここで、モデルとは、前記したように、三次元形状データ１２２が示す形状である。
そして、サポート不要姿勢探索部１１１は、サポート禁止領域内の面要素番号リストにある面要素番号を有する面要素をすべて抽出する（Ｓ２１３）。
続いて、サポート不要姿勢探索部１１１は、抽出した面要素のすべてに対してサポート不要であるか否かを判定する（Ｓ２１４）。サポート要か否かの判定は、該当する面要素が、判定指標１２３による許容範囲を超えるオーバハングとなるか否かを判定することによって行われる。
ステップＳ２１４の結果、抽出した面要素のすべてでサポートが不要である場合（Ｓ２１４→Ｙｅｓ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、ステップＳ２１６へ処理を進める。
【００３７】
ステップＳ２１４の結果、抽出した面要素のいずれかでサポートが必要である場合（Ｓ２１４→Ｎｏ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、φ、θをペアとして、サポート禁止領域のサポートが不要な姿勢リストに現在のφ、θを追加する（Ｓ２１５）。
そして、サポート不要姿勢探索部１１１は、φ＝φ＋Δφとする（Ｓ２１６）。Δφは、例えば５°である。
次に、サポート不要姿勢探索部１１１は、φ≧３６０°であるか否かを判定する（Ｓ２１７）。
ステップＳ２１７の結果、φ＜３６０°である場合（Ｓ２１７→Ｎｏ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、ステップＳ２１２へ処理を戻す。
【００３８】
ステップＳ２１７の結果、φ≧３６０°である場合（Ｓ２１７→Ｙｅｓ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、θ＝θ＋Δθ、φ＝０゜とする（Ｓ２１８）。Δθは、例えば５°である。
そして、サポート不要姿勢探索部１１１は、θ＞１８０°であるか否かを判定する（Ｓ２１９）。
ステップＳ２１９の結果、θ≦１８０°である場合（Ｓ２１９→Ｎｏ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、ステップＳ２１２へ処理を戻す。
ステップＳ２１９の結果、θ＞１８０°である場合（Ｓ２１９→Ｙｅｓ）、サポート不要姿勢探索部１１１は、サポート禁止領域のサポートが不要な姿勢リストを出力する（Ｓ２２０）。
【００３９】
ステップＳ２１４において、サポート禁止領域内で、サポートを不要とする姿勢が見つからないケースも考えられる。この場合、表示装置１０４にサポート禁止領域内の面要素におけるすべての姿勢を表示することで、ユーザにすべての姿勢を提示してもよい。そして、サポート禁止領域にサポートを付与した状態が、造形物の性能，信頼性等に問題のない造形形状（許容する製造誤差の範囲内等）をユーザが判断することで、当該姿勢を、サポート禁止領域のサポートが不要な姿勢に含めてもよい。
あるいは、サポート禁止領域内で、サポートを不要とする姿勢が見つからない場合、サポート不要姿勢探索部１１１が、モデルを分割し、分割した各モデルに対して、図５及び図６に示す処理を行ってもよい。
なお、ステップＳ２１７及びステップＳ２１９の真偽判定において、ロールφ、ピッチθの閾値は形状の対称性を考慮し、他の値としてもよい。
【００４０】
図５及び図６の処理では、サポート設定不適領域内においてサポートが不要となる姿勢を算出している。
【００４１】
（サポート最小姿勢探索処理）
図７及び図８は、本実施形態に係るサポート最小姿勢探索処理（図４のＳ３）の詳細な手順を示すフローチャートである。
まず、サポート最小姿勢探索部１１２は、三次元形状データ１２２からすべての面要素を抽出し、抽出した面要素の全数を（面要素数）をＮｆに代入する（図７のＳ３０１）。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２は、抽出した面要素それぞれに１〜Ｎｆの面要素番号を付与する（Ｓ３０２）。
次に、サポート最小姿勢探索部１１２は、面要素番号をｉ（１〜Ｎｆ）とし、ｉ＝１とする（Ｓ３０３）。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２は、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれないか否かを判定する（Ｓ３０４）。なお、ステップＳ３０４において、サポート最小姿勢探索部１１２は、面要素の一部がサポート禁止領域内にある場合、該面要素はサポート禁止領域に含まれると判定する。
ステップＳ３０４の結果、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれる場合（Ｓ３０４→Ｎｏ）、サポート最小姿勢探索部１１２は、ステップＳ３０６へ処理を進める。
【００４２】
ステップＳ３０４の結果、ｉ番目の面要素がサポート禁止領域に含まれない場合（Ｓ３０４→Ｙｅｓ）、サポート最小姿勢探索部１１２は、面要素番号ｉを、サポート可能領域内の面要素番号リストに追加する（Ｓ３０５）。
続いて、サポート最小姿勢探索部１１２は、ｉ＝ｉ＋１の演算を行う（Ｓ３０６）。
次に、サポート最小姿勢探索部１１２は、ｉ＞Ｎｆであるか否かを判定する（Ｓ３０７）。
ステップＳ３０７の結果、ｉ≦Ｎｆである場合（Ｓ３０７→Ｎｏ）、ステップＳ３０４へ処理を戻す。
ステップＳ３０７の結果、ｉ＞Ｎｆである場合（Ｓ３０７→Ｙｅｓ）、サポート最小姿勢探索部１１２は、サポート可能領域内の面要素番号リストを出力する（Ｓ３０８）。なお、サポート可能領域とは、サポート禁止領域以外の領域である。
【００４３】
続いて、サポート最小姿勢探索部１１２は、図６のステップＳ２２０で出力されたサポート禁止領域内のサポートが不要な姿勢リストから、すべての姿勢（φ、θの組）を抽出し、抽出した姿勢の数（姿勢数）をＮａに代入する（図８のＳ３１１）。
このとき、サポート最小姿勢探索部１１２は、抽出した姿勢、つまり、φ、θの組のそれぞれに１〜Ｎａの姿勢番号を付与する（Ｓ３１２）
次に、サポート最小姿勢探索部１１２は、姿勢番号をｊ（１〜Ｎａ）とし、ｊ＝１とする（Ｓ３１３）
【００４４】
続いて、サポート最小姿勢探索部１１２は、モデルをφ、θの角度に回転させる（Ｓ３１４）。ここで、モデルとは、前記したように、三次元形状データ１２２が示す形状である。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２は、サポート可能領域内の面要素番号リストにある面要素をすべて抽出する（Ｓ３１５）。
続いて、サポート最小姿勢探索部１１２は、抽出した各面要素に対してサポート要不要判定を実施し、サポートを必要とする面要素の面積の合計を算出し、Ａｊに代入する（Ｓ３１６）。なお、ここでは、サポートを必要とする面要素の面積が算出対象となっているが、必要となるサポートの体積が算出対象となってもよい。
次に、サポート最小姿勢探索部１１２は、ｊ＝ｊ＋１を演算する（Ｓ３１７）。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２は、ｊ＞Ｎａか否かを判定する（Ｓ３１８）。
ステップＳ３１８の結果、ｊ≦Ｎａである場合（Ｓ３１８→Ｎｏ）、サポート最小姿勢探索部１１２は、ステップＳ３１５へ処理を戻す。
【００４５】
ステップＳ３１８の結果、ｊ＞Ｎａである場合、サポート最小姿勢探索部１１２は、Ａ１〜ＡＮａの中の最小値を探索し、探索した最小値をＡｍｉｎに代入する（Ｓ３１９）。
続いて、サポート最小姿勢探索部１１２は、サポートを必要とする面要素の面積の合計がＡｍｉｎのときの姿勢番号ｊをサポート最小姿勢番号に代入する（Ｓ３２０）。
そして、サポート最小姿勢探索部１１２はサポート最小姿勢番号を出力する（Ｓ３２１）。
【００４６】
ステップＳ３１９において、Ａｍｉｎをとる姿勢番号ｊが複数見つかることを想定し、ステップＳ３２０において、サポート最小姿勢番号の代わりに、サポート最小姿勢リストが出力されてもよい。この場合、ステップＳ３２０において、サポート最小姿勢探索部１１２は、サポート最小姿勢リスト、代表的なサポート最小姿勢番号のいずれか一方、又は両方を出力してもよい。代表的なサポート最小姿勢番号とは、サポート最小姿勢リストに含まれるサポート最小姿勢番号のうち、サポート最小姿勢探索部１１２が選択したものである。代表的なサポート最小姿勢番号は、例えば、サポート最小姿勢リストにおいて最初のサポート最小姿勢番号である。
また、ステップＳ３２０において、サポート最小姿勢リストが出力する場合、造形までの過程のどこかで１つの姿勢に絞ってもよく、あるいは、サポート最小姿勢リストにおけるすべての姿勢で造形が行われてもよい。
【００４７】
（入力画面）
図９は、本実施形態に係る入力画面の一例を示す図である。
入力画面３００において、三次元形状データ入力欄３０１には、三次元形状データ１２２のファイル名が入力される。
サポート禁止領域設定欄３０２には、サポート禁止領域が設定されているＳＴＬデータのファイル名が入力される。例えば、図示しない画面において、ユーザが三次元形状データ１２２における所定の領域をマウスで選択すると、選択された領域の面要素がＳＴＬデータとして抽出される。ユーザは、抽出されたＳＴＬデータにファイル名を付与し、付与したファイル名をサポート禁止領域設定欄３０２に入力する。
オーバハング判定角度設定欄３０３及びオーバハング判定長さ設定欄３０４は、判定指標１２３を設定するための欄である。
オーバハング判定角度設定欄３０３には、サポートが設置されるためのオーバハングの角度が入力される。図９の例では、オーバハングが４５°未満であればサポートが設置される。
オーバハング判定長さ設定欄３０４には、オーバハングが設定可能な最小の長さが入力される。図９の例では、オーバハングの長さが１ｍｍ以下であればサポート不要であり、１ｍｍより大きければサポートを作成する。なお、オーバハング判定角度設定欄３０３に入力される条件と、オーバハング閾値設定欄３０４に入力される条件とはＯＲの関係にある。つまり、図９の例では、オーバハングの角度が４５°未満であるか、長さが１ｍｍより大きい場合に、オーバハングが形成される。
【００４８】
次に、本実施形態に係る三次元造形支援装置１の効果について、図１０及び図１１を参照して説明する。適宜、図２を参照する。
【００４９】
（本実施形態）
図１０は、第１実施形態に係る手法でサポート４０１を作成した造形モデル４００の例を示す図である。なお、図１０は、三次元造形支援装置１１の表示装置１０４に表示されるものである。
なお、図１０及び図１１において、造形モデル４００及びサポート４０１，４１１における横線は、積層されることで製造されることを示している。
図１０において、造形モデル４００内の空間４０３は機械加工できないため、サポート禁止領域４０２とする。従って、造形モデル４００内の空間４０３にはサポートが設置されない。このように、本実施形態によれば、機械加工ができない領域にサポートが生成されることを防止することができる。なお、符号４２３で示す部分がオーバハングとなる。
【００５０】
また、オーバハングの長さの閾値を符号４２１の長さとした場合、図１０に示す造形モデル４００の姿勢において、サポート４０１が作成される。なお、図１０に示す姿勢とは逆向きにすれば、一見サポートが不要であるようにみえるが、符号４２２で示す部分の長さが閾値を超えてしまっている。前記したように、符号４２２で示す部分はサポート禁止領域４０２に含まれるため、サポートを作成することはできないので、図１０と逆向きの姿勢は図５及び図６のサポート不要姿勢探索処理ではじかれる。
結局、図１０に示す姿勢で、サポート４０１が作成されることなる。このように、サポート不要姿勢探索処理が行われることで、サポート禁止領域４０２にサポート４０１が設置されなくても、サポート禁止領域４０２における造形物の変形を避けることができる。
【００５１】
（比較例）
図１１は、図１０と同様の三次元形状データに対して、サポート禁止領域を考慮しない手法（比較例）で作成された造形モデル４００と、サポート４１１との例を示す図である。
前記したように、内部に空間４０３を有する造形モデル４００において、この空間４０３には工具が入らず、機械加工できない領域とする。また、符号４３１に示す長さがオーバハングの長さの閾値と同じ長さであるとする。サポート禁止領域を設定しない場合、造形モデル４００において、サポート最小姿勢は図１１に示すような姿勢となる。このとき、サポート４１１は、図１１に示すように、空間４０３内に設置されることになる。
【００５２】
図１０に示すサポート４０１の量は、サポート禁止領域を考慮しない図１１に示すサポート４１１の量より多い。
しかしながら、図１０に示すサポート４０１は、造形終了後に、機械加工で容易に除去することができるため、造形モデル４００を意図した形状により近く造形することができる。
【００５３】
また、図１１のサポート４１１は、機械加工できない領域であるので、ユーザはサポート確認画面等で、３次元形状データからサポートを消去することを行う。しかしながら、オーバハング４３２の長さは、閾値の長さである符号４３１の長さを大幅に上回っているため、オーバハング４３２は、造形中の変形量が過大となるおそれがある。
これに対して、本実施形態の技術によれば、図５及び図６で説明したサポート不要姿勢探索処理においてサポート禁止領域４０３にサポートが必要となる図１１のような姿勢は除外される。そのため、図１０のサポート禁止領域４０３にサポートがなくても、オーバハングの長さが閾値の長さである符号４２１を超えない姿勢が選択される。
ちなみに、これまでの技術では、最適な姿勢として図１１に示す姿勢が選択される。
【００５４】
さらに、図１０に示すサポート４０１は、機械加工で容易に除去することができる位置に設けられている。従って、図１０に示す本実施形態に係る手法によれば、サポート４０１の除去の手間を大幅に減らすことができ、造形モデル４００の製造スピードを大幅に速めることができる。この結果、造形物の製造の効率化を図ることができる。
【００５５】
また、図７及び図８に示すサポート最小姿勢探索処理が行われることで、サポート禁止領域４０３にサポートを設置しない状態における、サポート４０１の量を最小化することができる。これにより、サポート４０１の除去時間を短縮することができる。
【００５６】
なお、サポート禁止領域４０３において形成されるサポートが、所定の値以下である場合、サポート禁止領域４０３においてサポートが形成されるようにしてもよい。
【００５７】
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態に係る入力画面の一例を示す図である。なお、図１２において、図９と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態では、図９のサポート禁止領域を、ＳＴＬデータ等で指定している（図９のサポート禁止領域設定欄３０２参照）。これに対して、第２実施形態に示す入力画面３００ａでは、図１２の最小エンドミル直径入力欄３０２ａに、最小のエンドミル直径が入力される等することで、工具形状に関する情報が入力される。処理部１１０（図２）は、入力された工具形状に関する情報から、三次元形状データ１２２において機械加工できない領域を検索し、検索した領域をサポート禁止領域として設定する。このようにすることで、処理部１１２０は、使用される工具の大きさに基づいて、サポート禁止領域を設定する。
なお、工具形状に関する情報から、三次元形状データ１２２において機械加工できない領域を検索することは公知の技術である。
【００５８】
このようにすることで、ユーザが機械加工できない領域か否かを判断する必要がなくなり、作業の効率化を図ることができる。
【００５９】
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施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、必ずしも説明したすべての構成を有す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、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。また、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。
【００６０】
また、前記した各構成、機能、各部１１０〜１１３、記憶装置１０２等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ１０５等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤ（Hard Disk）に格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【００６１】
１      三次元造形支援装置
１０３  入力装置
１０４  表示装置
１１０  処理部
１１１  サポート不要姿勢探索部
１１２  サポート最小姿勢探索部
１１３  サポート付与部
１２１  サポート禁止領域データ
１２２  三次元形状データ
１２３  判定指標
１３１  入力部
１３２  表示部
３００，３００ａ  入力画面
３０１  三次元形状データ入力欄
３０２  サポート禁止領域設定欄
３０２ａ  最小エンドミル直径入力欄
３０３  オーバハング判定角度設定欄
３０４  オーバハング判定長さ設定欄
４００  造形モデル
４０１，４１１  サポート
４０２  サポート禁止領域
４２３，４３２  オーバハング（造形物の造形時に下方が空となる所定部位）
【図１】
2017210650.tif 000003
【図２】
2017210650.tif 000004
【図３Ａ】
2017210650.tif 000005
【図３Ｂ】
2017210650.tif 000006
【図３Ｃ】
2017210650.tif 000007
【図３Ｄ】
2017210650.tif 000008
【図４】
2017210650.tif 000009
【図５】
2017210650.tif 000010
【図６】
2017210650.tif 000011
【図７】
2017210650.tif 000012
【図８】
2017210650.tif 000013
【図９】
2017210650.tif 000014
【図１０】
2017210650.tif 000015
【図１１】
2017210650.tif 000016
【図１２】
2017210650.tif 000017