特許 6984851 付加製造のための支持構造最適化

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6984851

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】付加製造のための支持構造最適化

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/10 20200101AFI20211213BHJP

   G06F 30/20 20200101ALI20211213BHJP

   G06F 30/12 20200101ALI20211213BHJP

   G06F 30/27 20200101ALI20211213BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20211213BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20211213BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20211213BHJP

   B29C 64/40 20170101ALI20211213BHJP

   G06F 113/10 20200101ALN20211213BHJP

   G06F 111/06 20200101ALN20211213BHJP

【ＦＩ】

   G06F30/10 200

   G06F30/20

   G06F30/12

   G06F30/27

   B33Y30/00

   B33Y50/00

   B29C64/386

   B29C64/40

   G06F113:10

   G06F111:06

【請求項の数】16

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-515007(P2020-515007)

(86)(22)【出願日】2018年8月21日

(65)【公表番号】特表2020-533707(P2020-533707A)

(43)【公表日】2020年11月19日

(86)【国際出願番号】US2018047346

(87)【国際公開番号】WO2019055181

(87)【国際公開日】20190321

【審査請求日】2020年3月12日

(31)【優先権主張番号】15/702,040

(32)【優先日】2017年9月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】バルア、アナンダ

(72)【発明者】

【氏名】ラグハヴァン、サティアナラヤナン

(72)【発明者】

【氏名】サブラマニヤン、アルン カルティ

(72)【発明者】

【氏名】サン、チャンジエ

(72)【発明者】

【氏名】ランガラジャン、アルビンド

【審査官】 堀井 啓明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１０７２３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１０７３９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１１１８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／００９８２０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３０／００−３０／３９８

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／００

Ｂ２９Ｃ ６４／３８６

Ｂ２９Ｃ ６４／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業上資産アイテムを定義する電子レコードを少なくとも１つ含む産業上資産アイテム定義データストレージと、
前記産業上資産アイテム定義データストレージに通信可能に接続されている支持構造自動生成プラットフォームと、
を含み、
前記支持構造自動生成プラットフォームは、
前記産業上資産アイテムを定義する少なくとも１つの前記電子レコードを受信するように構成されている通信ポートと、
前記通信ポートに通信可能に接続され、構築プロセスシミュレーションエンジンとトポロジー最適化エンジンとを介して、前記産業上資産アイテムの付加プリントプロセスに関連する支持構造ジオメトリを自動的に生成するように構成されている支持構造最適化コンピュータプロセッサと、
付加製造プリンタと、
を含み、
前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、
前記産業上資産アイテムを定義する少なくとも１つの前記電子レコードを受信し、
前記産業上資産アイテムを再定義する少なくとも１つの前記電子レコードに基づいて、前記産業上資産アイテムのシミュレート構築をシミュレートし、
前記産業上資産アイテムのシミュレート構築にしたがって、前記産業上資産アイテムの変形制限及び構築プロセス支持構造ジオメトリ出力を生成する、
ように構成され、
前記トポロジー最適化エンジンは、
前記構築プロセス支持構造ジオメトリ出力および前記産業上資産アイテムの前記変形制限を受信し、
前記構築プロセス支持構造ジオメトリ出力および前記産業上資産アイテムの前記変形制限にしたがいながら、トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリの体積を低減するトポロジー判断プロセスによって、トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリ出力を生成する、
ように構成され、
前記支持構造最適化コンピュータプロセッサは、さらに、最新のトポロジー最適化支持構造設計ジオメトリ出力によって定義される最終支持構造ジオメトリへの収束が、前記産業上資産アイテムの前記変形制限を満たし、前記最新のトポロジー最適化支持構造設計ジオメトリの最新の体積がターゲットの体積の制限を満たすまで、前記トポロジー最適化エンジンおよび前記産業上資産アイテムを定義するデータによって、前記最新のトポロジー最適化支持構造設計ジオメトリ出力に基づいて、前記構築プロセスシミュレーションエンジンおよびトポロジー最適化エンジンの動作を繰り返すように構成され、
前記付加製造プリンタは、前記最終支持構造ジオメトリにしたがって、前記産業上資産アイテムおよび支持構造を形成するために付加製造プロセスを実行するように構成されている、
システム。

【請求項2】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、産業上資産アイテムの表面領域と変位量とを相互に関連付け、変形制限を設定するために、前記産業上資産アイテムの前記シミュレート構築をシミュレートするように構成されている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、熱変形モデルを使用する、
請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは構造剛性及び熱経路特性を決定する、
請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記トポロジー最適化エンジンは、さらに、前記変形制限を満たしながら、前記支持構造と関連する材料の量を低減するように前記トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリ出力を生成する、ように構成されている、
請求項２に記載のシステム。

【請求項6】

前記付加プリントプロセスは、直接金属レーザ焼結と関連付けられている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記支持構造の少なくとも一部分は、前記産業上資産アイテムによって画定される領域を超えて延びる、
請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記支持構造最適化コンピュータプロセッサは、さらに、エキスパートデバイスからルールベースナレッジを受信し、ルールベースナレッジに基づいて、前記トポロジー判断プロセスを調整する、ように構成されている、
請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

支持構造ジオメトリデータは（１）画像、（２）製造設計、（３）断面図、（４）バイナリＣＡＤ（Computer Aided Design）ファイル、（５）ジオメトリファイル、（６）分析結果の少なくとも１つと関連する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記付加製造プリンタは、前記最終支持構造ジオメトリを含む最終産業上資産設計を受信し、
前記付加製造プリンタは、（１）３次元プリント、（２）バット光重合、（３）マテリアルジェット、（４）バインダージェット、（６）材料押し出し、（７）パウダーベッド溶解、（８）シート積層、（９）直接エネルギー付与の少なくとも１つと関連する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

支持構造自動生成プラットフォームで、産業上資産アイテム定義データストレージから、産業上資産アイテムを定義するデータを受信し、
支持構造自動最適化プラットフォームの構築シミュレーションエンジンで、前記産業上資産アイテムを定義する前記データを受信し、
構築プロセスシミュレーションエンジンが、前記産業上資産アイテムを定義する前記データに基づいて、前記産業上資産アイテムのシミュレート構築をシミュレートし、
前記構築プロセスシミュレーションエンジンが、前記産業上資産アイテムのシミュレート構築に基づいて、前記産業上資産アイテムの変形制限及び構築プロセス支持構造ジオメトリ出力を生成し、
前記支持構造自動最適化プラットフォームのトポロジー最適化エンジンで、前記構築プロセス支持構造ジオメトリ出力および前記産業上資産アイテムの前記変形制限を受信し、
前記トポロジー最適化エンジンが、前記構築プロセス支持構造ジオメトリ出力および前記産業上資産アイテムの前記変形制限にしたがいながら、トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリの体積を低減するトポロジー判断プロセスによって、トポロジー支持構造ジオメトリ出力を生成し、
前記構築プロセス支持構造ジオメトリ出力、前記変形制限および前記トポロジー支持構造ジオメトリ出力で前記産業上資産アイテムを定義する前記データを更新し、
最新トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリ出力によって定義される最終支持構造ジオメトリが前記産業上資産アイテムの前記変形制限を満たし、最新トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリの最新体積がターゲット体積低減を満たすか判定する、
ことを繰り返し、
前記最終支持構造ジオメトリが前記産業上資産アイテムの前記変形制限を満たし、前記最新トポロジー最適化支持構造設計ジオメトリがターゲット体積低減を満たすことが判定された場合、繰り返しを終了し、
付加製造プリンタが、前記最終支持構造ジオメトリにしたがって、前記産業上資産アイテムおよび支持構造を付加プリントする、
コンピュータ実装方法。

【請求項12】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、前記産業上資産アイテムの表面領域と変位値とを関係付け、前記変形制限を設定するために、付加プリントプロセスと関連する構築プロセスをシミュレートする、
請求項１１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項13】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、熱変形モデルを使用する、
請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項14】

前記構築プロセスシミュレーションエンジンは、構造剛性及び熱経路特性を決定する、請求項１３に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項15】

前記トポロジー最適化エンジンは、前記変形制限を満たしながら、前記支持構造と関連する材料の量を最小化する、
請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項16】

付加プリントプロセスは、直接金属レーザ焼結と関連付けられている、
請求項１１に記載のコンピュータ実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここで開示される実施例は、産業上の資産、より詳細には、付加製造に関連する支持構造を最適化するシステム及び方法に関連する。

【背景技術】

【0002】

付加プリント部品は１つもしくは複数の支持構造を必要とする場合がある。例えば、産業上の資産である部品（例えば、風力タービンのレバー）は、付加製造プロセスの間、支持される必要がある張り出し部分をもつ形状を有しているかもしれない。結果として、「犠牲的な」支持構造が、３次元プリンタに送信されるジオメトリに含まれるかもしれない。アイテムがプリントされた後、支持構造は除去され、廃棄されるだろう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、支持構造の設計は複雑な問題であり得る。変形を回避することに加えて、設計者は、一般的に、無駄になる材料の量を最小化しようとする。多くの場合、支持構造は熟練者による手作業で設計され、部品がプリントされ、結果として生じる変形が許容範囲内にあるか判断するために計測される。変形が許容可能でない場合、部品及び／もしくは支持構造は、試行錯誤的に再設計される。このようなプロセスは、時間及びコストを消費し得る。

【0004】

したがって、産業上の資産アイテムである支持構造の設計を効率的かつ正確に促進する、コンピュータを使用した改良方法が所望される。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ある実施例によれば、産業上資産アイテム定義データストレージは、産業上資産アイテムを定義する少なくとも１つの電子レコードを含み得る。支持構造自動生成プラットフォームは、支持構造最適化コンピュータプロセッサを含み得る。支持構造自動最適化コンピュータプロセッサは、例えば、産業上資産アイテムの付加プリントプロセスと関連する支持構造ジオメトリデータを自動的に生成するように適用されていてもよい。生成は、ある実施例によれば、構築プロセスシミュレーションエンジンとトポロジーエンジンとの間の反復ループによって、実行されてもよい。

【0006】

ある実施例は、支持構造自動生成プラットフォームで、産業上資産アイテム定義データストレージから、産業上資産アイテムを定義するデータを受信する手段と、支持構造最適化コンピュータプロセッサによって、産業上資産アイテムの付加プリントプロセスに関連する支持構造ジオメトリデータを自動的に生成する手段と、を含む。生成は、構築プロセスシミュレーションエンジンとトポロジー最適化エンジンとの間の反復ループによって実行される。

【発明の効果】

【0007】

本発明のある実施例の技術的効果は、産業上資産アイテムの支持構造の設計を効率的かつ正確に促進する改良されコンピュータ化された方法である。ここで明らかとなるこれらの及び他の効果及び特徴によって、本発明の本質のより完全な理解が、以下の詳細な説明及び図面によって得られるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】付加製造プロセスによって生成された産業上資産アイテムを例示する。

【図2】支持構造を含む産業上資産アイテムを例示する。

【図3】ある実施例によるシステムのハイレベルダイアグラムである。

【図4】ある実施例によって設計された支持構造を含む産業上資産アイテムを例示する。

【図5】ある実施例による生成設計システムに関連し得る方法である。

【図6】ある実施例による支持構造生成システムのハイレベルダイアグラムである。

【図7】ある実施例による支持構造生成方法全体の例である。

【図8】ある実施例による支持構造設計プロセスの一部分を例示する。

【図9】ある実施例による表示を例示する。

【図10】ある実施例によるプラットフォームを例示する。

【図11】ある実施例による反復設計データベースの一部分である。

【図12】ある実施例による支持構造生成システムのハイレベルダイアグラムである。

【図13】ある実施例による表示を提供するタブレットコンピュータを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明において、様々な特定の詳細が、実施例を完全に理解することができるように、記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細がなくても、実施例が実用化され得ることを当業者は理解するだろう。他の例、即ち、周知の方法、手続き、コンポーネント及び回路については、実施例を不明瞭にしないように、詳細に説明していない。

【0010】

本発明の１つもしくは複数の特定の実施例が以下で説明される。これらの実施例を簡潔に説明するために、実際の実装の全ての特徴については記載しない。エンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトにおける、実際の実装の開発において、実装毎に異なる、システムに関連した制限及びビジネスに関連した制限への対応など、様々な実装に特定な決定が開発者の特定のゴールを達成するために行われる。さらに、このような開発上の努力は複雑であり時間を消費するが、それでも、この開示で利益を得る当業者にとって、設計、製作及び製造の作業上のルーチンである。

【0011】

付加プリント部品は、１つもしくは複数の支持構造を必要とし得る場合がある。図１は、付加製造プロセスによってつくられる産業上の資産アイテム１１０の例示１００である。アイテム１１０は、例えば、３次元プリンタのプリントプレート１６０上でつくられてもよい。アイテムは、下部部分１２０及び、プリンタによってつくられる際に変形する可能性がある上部張り出し部分１３０を含む。結果として、犠牲的な支持構造が、３次元プリンタに送信されるジオメトリに含まれ得る。図２は、張り出し部分２３０を含む産業上の資産アイテム２１０の例示２００である。変形を回避し、または低減するために、支持構造２７０は、張り出し部分２３０を支持するように設計されている。アイテム２１０がプリントされた後、支持構造２７０は、除去され廃棄され得る。

【0012】

例示によれば、直接金属レーザ焼結（DMLM: Direct Metal Laser Melting）プロセスを使用してプリントした部品は、アイテム２１０の構築を成功させるために犠牲的支持構造２７０を必要とするかもしれない。支持構造２７０は、アイテム２１０から排出される熱のための熱経路及びアイテム２１０の構造剛性を提供する。支持構造は、熱変形に対して安定的である必要がある張り出し面または非張り出し面をもつ領域に使用され得る。一般的な付加設計プロセスにおいて、支持構造２７０の作成は、設計のボトルネックとなり得る複雑な問題をもつ。例えば、支持構造２７０の作成は、アイテム２１０の支持の許容可能な組合せを提案するために、異なる支持設計（及び関連する付加プリントの試み）の何回かの繰り返しを含む手作業による集中的なプロセスである。これにより、比較的長い（例えば、６ヶ月〜２４ヶ月の）設計サイクル時間が発生する。

【0013】

それゆえ、産業上資産アイテム２１０の支持構造２７０の設計を効率的かつ正確に促進する改良されコンピュータ化された処理方法を得ることが所望されている。例えば、技術設計が最適化された支持構造は、製造実現に要する時間を（例えば、支持構造を設計するために要するプリントの繰り返し数を低減することで、）かなり短縮することができる。図３は、ある実施例による設計生成システム３００のハイレベルダイアグラムである。システムは、最適化プロセス３５５を実行する支持構造自動生成プラットフォーム３５０を含む。いくつかの実施例によれば、支持構造自動生成プラットフォーム３５０は、産業資産アイテム３１０を定義する電子レコード（例えば、コンピュータ支援設計（「ＣＡＤ」）ファイル）を含むアイテム定義データストレージ３２０にアクセスすることができる。支持構造自動生成プラットフォーム３５０は、完全に分散され、及び／または、企業のためにサービスを行うベンダなどのサードパーティと関連し得る。

【0014】

支持構造自動生成プラットフォーム３５０及び／またはシステムの他の要素は、例えば、パーソナルコンピュータ（［ＰＣ」）、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、企業サーバ、サーバファーム及び／またはデータベースもしくは類似のストレージデバイスに関連し得る。いくつかの実施例によれば、支持構造「自動」生成プラットフォーム３５０は、３次元プリンタ３６０に提供され得る支持構造を自動的に生成する。用語「自動」は、例えば、人間を、ほとんど（またはまったく）介在することなく動作し得るアクションを表す。

【0015】

支持構造自動生成プラットフォーム３５０に関連付けられている、及びここで説明される他の任意のデバイスを含むデバイスは、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、メトロポリタンエリアネットワーク（「ＭＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、固有ネットワーク、公衆電話交換網（「ＰＳＴＮ」）、ワイヤレスアプリケーションプロトコル（「ＷＡＰ」）ネットワーク、ブルートゥース（登録商標）ネットワーク、ワイヤレスＬＡＮネットワーク、及び／またはインターネット、イントラネット、またはエクストラネットなどのインターネットプロトコル（「ＩＰ」）ネットワークの１つもしくは複数である通信ネットワークの何れかを経由して情報を交換し得る。１つもしくは複数のこれらの通信ネットワークを経由して、ここで説明されるデバイスの何れかは通信し得る。

【0016】

支持構造自動生成プラットフォーム３５０は、アイテム定義データストレージ３２０を含むデータストレージに情報を記憶させ、データストレージから情報を取り出す。データストレージは、例えば、以前のアイテム設計、３次元プリンタ情報などを表す電子データを記憶する。データストレージは、支持構造自動生成プラットフォーム３５０のローカルに存在してもよいし、支持構造自動生成プラットフォーム３５０と離隔して存在してもよい。単一の支持構造自動生成プラットフォーム３５０が図３に示されているが、当該デバイスの数はいくつであってもよい。さらに、ここで説明する様々なデバイスは、本発明の実施例に応じて組み合わされてもよい。例えば、ある実施例では、支持構造自動生成プラットフォーム３５０、アイテム定義データストレージ３２０、及び／または他のデバイスは、同じ場所に配置されていてもよいし、単一の装置を含んでいてもよい。

【0017】

このように、システム３００は、アイテム３１０の生成に関連する支持構造の生成を効率的にかつ正確に促進することができる。例えば、図４は、ある実施例に応じた張り出し部分４３０のために設計された支持構造４７０を含む産業上資産アイテム４１０の例４００である。ある実施例において、支持構造４７０は、（図４に破線で例示するように、）張り出し部分４３０によって定義されるアウトラインを超えて延びることができる。付加製造プラットフォームは、次に、プリントプロセスを開始するために、３次元プリンタに、支持構造４７０のジオメトリを伝達することができる。

【0018】

図３のシステム３００は例として提供され、実施例は、追加的な要素またはコンポーネントに関連付けられていてもよい。ある実施例によれば、システム３００の要素は、産業上資産アイテムのための支持構造の設計を自動的に促進する。例えば、図５は、本発明のある実施例に応じて実行される方法４００を例示する。ここで説明するフローチャートのステップの順序は固定されていなくてもよく、本発明の実施例は、実用可能な任意の順序で実行され得る。ここで説明する方法の何れかは、ハードウェアによって実行されてもよいし、ソフトウェアによって実行されてもよいし、これらのアプローチの任意の組み合わせによって実行されてもよい。例えば、コンピュータ可読記憶媒体は、ここで説明する実施例の何れかに応じて、マシンによって実行されると実施される指示を記憶していてもよい。

【0019】

５１０で、システムは、産業上資産アイテムを定義するデータを受信することができる。例えば、支持構造自動生成プラットフォームは、産業上資産アイテム定義データストレージから産業上資産アイテムを定義するデータを受信してもよい。

【0020】

５２０で、システムは、産業上資産アイテムの付加プリントプロセスに関連する支持構造ジオメトリデータを自動的に生成することができる。さらに、生成は、構築プロセスシミュレーションエンジンとトポロジー最適化エンジンとの間の反復ループによって実行されてもよい。構築プロセスシミュレーションエンジンは、例えば、変位値と産業上資産アイテムの表面領域とを関連付けるために付加プリントプロセスに関連する構築プロセスをシミュレートし、変形制限を設定し、及び／または、熱変形モデルを利用してもよい。ある実施例によれば、構築プロセスシミュレーションエンジンは、アイテムに関連する構造剛性及び熱経路特性を決定する。トポロジー最適化エンジンは、ある実施例によれば、変形制限を満足し、かつ、少なくとも１つの支持構造と関連する材料の量を最小化することができる。次に、反復ループは、許容可能な最終支持構造ジオメトリに収束するまで、実行されてもよい。

【0021】

ある実施例によれば、少なくとも１つの支持構造の少なくとも一部分は、産業上資産アイテムによって定義される領域を超えて延びる。５２０で生成される支持構造ジオメトリは、画像、製造設計図、断面図、２値ＣＡＤファイル、ジオメトリファイル、分析結果などとして記憶されてもよいし、送信されてもよい。

【0022】

ある実施例によれば、支持構造に関連する付加プリントプロセスはＤＭＬＭプロセスを含む。実施例は、また、例えば、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials）グループの「ＡＳＴＭ Ｆ４２−付加製造」標準に説明されている、３次元プリントのタイプに関連していてもよい。これらは、（フォトポリマー樹脂のバットを使用する）バット光重合（vat photopolymerisation）、（材料を構築プラットフォームに噴射する）マテリアルジェット（material jetting）、（例えば、粉末ベース材料及びバインダーを使用する）バインダージェット（binder jetting）、熱溶解積層（ＦＤＭ：Fuse Deposition Modelling）などの材料押し出し（material extrusion）、（例えば、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ：Direct Metal Laser Sintering）、電子ビーム溶解（ＥＢＭ：Electron Beam Melting）などの）パウダーベッド溶解（powder bed fusion）、（超音波付加製造（ＵＡＭ：Ultrasonic Additive Manufacturing）及びラミネートオブジェクト製造（ＬＯＭ：Laminated Object Manufacturing）を含む）シート積層（sheet lamination）及び直接エネルギー付与（ＤＥＤ：Directed Energy Deposition）を含む。

【0023】

このように、実施例は、部品変形を特定の許容量に抑え、かつ、体積が最小となるように、最適化された支持構造を設計する方法を提供する。図６は、ある実施例による支持構造製造システム６００のハイレベルダイアグラムである。システム６００は、適切な支持構造を含む最終設計６９０をつくる支持構造最適化プラットフォーム６５０に、アイテム６１０の形状を提供する。実施例は、プロセスシミュレーションソフトウェア６５２とトポロジー最適化ソフトウェア６５４との間の反復ループを使用してもよい。プロセスシミュレーション６４２は、（部品表面の変位量を提供する）構築プロセスをシミュレートすることができる。次に、トポロジー最適化６５４は、プロセスシミュレーションによって設定される境界条件によって実行されてもよい。トポロジー最適化６５４の問題は、変形の制限を満足しながら、設計空間の体積を最小化するという目的を持ち得る。トポロジー最適化６５０のアウトカムは支持ジオメトリである。この支持ジオメトリは、部品と共に、許容可能な最終支持設計６９０に収束するまで、反復ループで実行されてもよい。図１２に関連して説明されるように、ある実施例において、エキスパートデバイス６６０から受信される追加的なルールまたはナレッジが最終設計６９０を生成するために、もしくは最終設計６９０を調整するために使用されてもよい。

【0024】

図７は、ある実施例による支持構造生成方法７００の全体を例示する。（Ａ）で、モデルジオメトリ、処理条件、向きなどの入力７１０が、熱変形モデル７１０及び予備支持生成要素７３０に提供される。（Ｂ）で、熱変形モデル７２０は、予備支持生成要素７３０及びトポロジー／形状最適化要素７４０に提供される最適化のための境界条件を生成することができる。（Ｃ）で、予備支持生成要素７３０は、最適化のための設計空間を生成し、トポロジー／形状最適化要素７４０に提供する。（Ｄ）で、トポロジー／形状最適化要素７４０は、（Ｅ）で、最終支持構造設計７５０が達成されるまで、反復実行される。このように、（１）熱変形モデル７２０に組み込まれるＤＭＬＭプロセスのプロセスシミュレーション、及び（２）支持設計空間のトポロジー最適化７４０、の２つの分析の間で、反復ループが実行される。

【0025】

ある実施例によれば、設計空間は、部品ジオメトリに基づいて最適化するために生成される。設計空間は、支持構造を生成することができる領域を含み得る。次に、トポロジー最適化を、熱変形モデルによって提供される、（例えば、変位量と関連する）境界条件を使用して、設計空間上で実行できる。最適化は、次に、最大体積をもち、かつ、変形及び他の制限に適合するジオメトリを生成する。新しい支持部品及びオリジナル部品を使用して、熱変形モデルを、最新の変形を取得するために再実行し得る。熱変形モデルは、トポロジー最適化ルーチンによって再実行される。このループは、最終支持設計が生成されるまで実行され、最終支持設計は、次に、プリントされ得る。これは、例えば、ループが改善を停止した場合、または、制限の所定のセットが満足された場合に、起こり得る。

【0026】

図８は、ある実施例による支持構造設計プロセス８００の一部分を例示する。プロセス８００は、産業上資産アイテム８１０の定義によって開始する。熱変形モデル８２０は、次に、変形予測を生成し、境界変位量を設計空間８３０のモデルに提供される力に変換するために使用され得る。図８の設計空間８３０から出る矢印は、支持部品インターフェイス上の力を例示する。図８の設計空間８３０の底面は、（例えば、３次元プリンタのプリントプレートと関連する）固定変位と関連していてもよい。図９は、ある実施例による表示９００を例示する。設計空間９１０から出る矢印は、支持部品インターフェイス上の力を表す。トポロジー最適化は、次に、支持構造設計の繰り返しを生成するために実行され得る。最終設計９３０は、ステレオリソグラフィ、即ち、ＳＴＬ（Standard Tessellation Language）ファイルを伝送することなどによって、出力され得る。

【0027】

ここで説明する実施例は、産業上資産アイテムの支持構造の設計を促進し、任意の数の様々なハードウェア構成を使用して実装され得るツールを含んでいてもよい。例えば、図１０は、図３のシステム３００（及びここで説明する他のシステム）と関連し得るプラットフォーム１０００を例示する。プラットフォーム１０００は、（図１０には示されていない）通信ネットワークを経由して通信するように構成されている通信デバイス１０２０に接続され、ワンチッププロセッサの形態で市販されている１つもしくは複数のＣＰＵ（Central Processing Units）などのプロセッサ１０１０を含む。通信デバイス１０２０は、例えば、１つもしくは複数の遠隔エキスパートデバイスと通信するために使用され得る。通信デバイス１０２０を経由して交換される通信は、パブリックインターネットユーザと保険企業のインターナルネットワークとの間のセキュリティ機能などのセキュリティ機能を利用し得る。セキュリティ機能は、例えば、ウェブサーバ、ファイアウォール、及び／またはＰＣＴインフラストラクチャなどと関連し得る。プラットフォーム１０００は、（例えば、設計ファイルに関する情報、産業上資産アイテムなどを入力するマウス、及び／またはキーボードなどの）入力デバイス１０４０及び（例えば、設計レポートを出力したり、製造状態メッセージをつくったりする）出力デバイス１０５０をさらに含む。

【0028】

プロセッサ１０１０は、また、ストレージデバイス１０３０と通信する。ストレージデバイス１０３０は、（例えば、ハードディスクドライブなどの）磁気ストレージデバイス、光ストレージデバイス、モバイル電話、及び／または半導体メモリデバイスの組み合わせを含む適切な情報ストレージデバイスを含んでいてもよい。ストレージデバイス１０３０は、プログラム１０１２及び／または、ネットワークセキュリティサービスまたはプロセッサ１０１０を制御するアプリケーションを記憶する。プロセッサ１０１０は、プログラム１０１２の指示を実行し、ここで説明する実施例の何れかに応じて動作する。例えば、プロセッサ１０１０は、産業上資産アイテムを定義する情報を受信してもよい。プロセッサ１０１０は、次に、産業上資産アイテムの付加プリントプロセスと関連する支持構造ジオメトリデータを生成し得る。ある実施例によれば、構築プロセスシミュレーションエンジンとトポロジー最適化エンジンとの間の反復ループによって、生成が実行され得る。

【0029】

プログラム１０１２は、圧縮済み、未コンパイル、及び／または暗号済みフォーマットで記憶されてもよい。プログラム１０１２は、さらに、オペレーティングシステム、データベース管理システム、及び／または周辺デバイスとインターフェイスをとるためにプロセッサ１０１０によって使用されるデバイスドライバーを含んでもよい。

【0030】

ここで使用される情報は、例えば、（１）他のデバイスからプラットフォーム１０００によって「受信」されてもよいし、他のデバイスからプラットフォーム１０００に「送信」されてもよいし、あるいは、（２）他のソフトウェアアプリケーション、モジュール、または、任意の他のソースからプラットフォーム１０００内のソフトウェアアプリケーションまたはモジュールによって「受信」されてもよいし、他のソフトウェアアプリケーション、モジュール、または、任意の他のソースからプラットフォーム１０００内のソフトウェアアプリケーションまたはモジュールに「送信」されてもよい。

【0031】

（図１０に示されるように）ある実施例において、ストレージデバイス１０３０は、産業上資産アイテム定義データストレージ１０６０、（図１２に関連して説明される）ルールベースナレッジ１０７０、及び、反復設計データベース１１００を記憶する。プラットフォーム１０００と関連して使用されるデータベースの例を、図１１を参照して詳細に説明する。ここで説明されるデータベースは単なる例示であり、追加的な及び／または異なる情報が当該データベースに記憶されてもよい。さらに、ここで説明する実施例の何れかにしたがって、様々なデータベースが分割されてもよいし、もしくは、組み合わされてもよい。例えば、アイテム定義データストレージ１０６０及び／または反復設計データベース１１００は組み合わされてもよいし、プログラム１０１２の中で、相互にリンクされてもよい。

【0032】

図１１は、ある実施例による、プラットフォーム１０００に記憶され得る反復設計データベースを表すテーブルである。テーブルは、例えば、産業上資産アイテムのために生成された設計識別項目を含み得る。テーブルは、項目の各々についてフィールド１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０、１１１２を定義する。フィールド１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０、１１１２は、ある実施例によれば、設計識別子１１０２、アイテム名称１１０４、処理条件１１０６、向き１１０８、支持構造ジオメトリ１１１０、状態１１１２を特定する。反復設計データベース１１００は、例えば、管理者、付加製造業者プラットフォームなどから電気的に受信した情報に基づいて、生成され、更新され得る。

【0033】

設計識別子１１０２は、例えば、アイテム名称１１０４によって示される産業上資産を識別するユニークな英数字コードであってよい。処理条件１１０６及び向き１１０８は、アイテムが付加製造プロセスによってどのように生成されるかを定義し得る。支持構造ジオメトリ１１１０は、例えば、設計識別子１１０２の犠牲的な支持構造を定義する電子ファイルを含み得る。状態１１１２は、ある実施例によれば、設計が保留中であるか、仕掛かり中であるか、プリント済みであるか、などを示し得る。

【0034】

ある実施例によれば、支持構造最適化コンピュータプロセッサは、さらに、エキスパートデバイスからルールベースナレッジを受信し、受信したルールベースナレッジに基づいて、最適化プロセスを調整する。例えば、図１２は、ある実施例による支持構造生成システム１２００のハイレベルダイアグラムである。

【0035】

（Ａ）で、モデルジオメトリ、処理条件、向きなどの入力１２１０が熱変形モデル１２２０及び予備支持生成要素１２３０に提供される。（Ｂ）で、熱変形モデル１２２０は、予備支持生成要素１２３０及びトポロジー／形状最適化要素１２４０に提供される最適化のための境界条件を生成し得る。（Ｃ）で、予備支持生成要素１２３０は、最適化のための設計空間を生成し、トポロジー／形状最適化要素１２４０に設計空間を提供する。（Ｄ）で、トポロジー／形状最適化要素１２４０は反復的に動作する。しかしながら、この実施例によれば、（Ｅ）で、ルールベース支持設計データ１２５０が（例えば、支持構造技術のナレッジを有するエキスパートから）受信されてもよい。（Ｆ）で、システムは、ルールベース支持設計データ１２５０及びトポロジー／形状最適化要素１２４０を使用して、最終支持構造設計１２７０が（Ｇ）で達成されるまで、支持生成１２６０を反復的に行う。このように、反復ループは２つの分析：（１）熱変形モデル１２２０に組み込まれるＤＭＬＭのプロセスシミュレーション、（２）ルールベース支持設計データを考慮した支持設計空間のトポロジー最適化１２４０、の間で実行される。

【0036】

ここで説明されるある実施例は、部品の変形を最小化し、及び／または支持材料の無駄を最小化し、支持構造を設計する能力を改善し、自動化するなどの技術的な効果を提供する。さらに、実施例は、付加部品のための設計サイクル時間を改善し、（例えば、支持が最小体積で設計されることで、）製造コストを低減するよう支援する。

【0037】

以下は、本発明の様々な追加的な実施例を例示する。これらは、全ての実施可能な実施例の定義を含むものではなく、当業者であれば、本発明が他の多くの実施例に適用可能であることを理解するだろう。さらに、以下の実施例は、明瞭さのために簡潔に記載されているが、当業者であれば、必要に応じて、これらの及び他の実施例及び適用に調和させるために上記装置及び方法を適宜変更することができるであろう。

【0038】

特定のハードウェア及びデータ構成が説明されたが、任意の数の他の構成が、本発明の実施例に従って提供されてもよい。（例えば、ここで説明された情報のいくつかは組み合わされてもよいし、外部システムに記憶されてもよい。）さらに、実施例は産業的なシステムに関連して説明されたが、実施例は、非産業システム、消費者アイテムなどを含む他のタイプの計算処理システムに関連していてもよい。同様に、ここで示され説明された表示は例示だけのために提供され、他のタイプの表示及び表示装置が任意の実施例を支持してもよい。例えば、図１３は、グラフィカルユーザインタフェースを利用するインタラクティブ支持構造設計ディスプレイ１３１０をもつタブレットコンピュータ１３００を例示する。ディスプレイ１３１０は、産業上資産アイテムのために自動的に生成された支持構造の全体像を含み得る。ディスプレイ１３１０の要素の選択は、要素に関する追加的な情報の表示につながり得る。ディスプレイ１３１０は、（例えば、タッチスクリーンによる）反復ユーザインタフェースを含むことができ、ここで説明した実施例のいくつかによれば、「資産アイテムをインポート」アイコン及び「支持構造を生成」アイコン１３２０を含む。

【0039】

ある実施例は、例えば、エンジンの部品、ジェネレーターのコンポーネントなどである「産業上資産アイテム」の生成に関連して説明された。しかしながら、ここで使用される「産業上資産アイテム」との用語は、何れか他のアイテム、消費者家電、玩具、家財道具、自動車部品などを含み得る。一般的に、実施例は、ジオメトリが本質的に複雑であり、従来のツールまたはプロセスによって導出することが困難である付加製造における問題に対処し得る。付加製造に加えて、支持構造設計調査も、ここに説明されるようにルールベース設計データでコーディングされた集合知によって強化され得る。

【0040】

例示の目的だけで、いくつかの実施例に関して、本発明が説明された。当業者は、本発明が実施例に限定されず、添付請求項の範囲及び思想によってのみ限定される変更及び変形で実用され得ることを理解するだろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】