特開 2023-178620 造形システムの造形条件選定方法及び造形条件選定プログラム、並びに造形システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023178620

(43)【公開日】2023-12-18

(54)【発明の名称】造形システムの造形条件選定方法及び造形条件選定プログラム、並びに造形システム

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/85 20210101AFI20231211BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231211BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231211BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20231211BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20231211BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20231211BHJP

【ＦＩ】

B22F10/85

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/00

B33Y50/02

B22F10/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022091411

(22)【出願日】2022-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】椎原 克典

(72)【発明者】

【氏名】荒木 翔太

(72)【発明者】

【氏名】辻 大輔

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA03

4K018AA06

4K018AA14

4K018AA24

4K018BA02

4K018BA03

4K018BA08

4K018BA13

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】造形品の表面品質を向上させることが可能な造形条件を事前に設定することができること。
【解決手段】造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムの造形条件選定方法であって、造形条件と造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを保存してデータベースを構築する第１ステップＳ１と、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件をデータベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し（Ｓ２１）、溶融断面の裏面と造形モデルの輪郭補助線との乖離量を演算し（Ｓ２２）、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面をデータベースから選定して造形モデルのデータに再配置する（Ｓ２３）第２ステップＳ２と、第２ステップで再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて造形装置が造形を行なう第３ステップＳ３と、を有するものである。
【選択図】図１７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムの造形条件選定方法であって、
前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを保存してデータベースを構築する第１ステップと、
造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置する第２ステップと、
前記第２ステップで再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置が造形を行う第３ステップと、を有することを特徴とする造形システムの造形条件選定方法。

【請求項2】

前記第３ステップで造形品を造形したときの造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを、データベースに保存してこのデータベースを拡張する第４ステップを、更に有することを特徴とする請求項１に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項3】

前記第１ステップにおいてデータベースに保存される組合せデータの造形条件、造形形状及び造形品質のデータは、造形試験によるデータまたはシミュレーションによるデータであることを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項4】

前記第１ステップにおいてデータベースに保存される造形品質には、溶融断面の輪郭形状、ビード幅及び溶け込み深さが含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項5】

前記第２ステップにおける造形モデルの輪郭形状は、溶融断面の裏面に接し且つ前記造形モデルの輪郭線に平行な輪郭補助線、または前記溶融断面の裏面に接する前記溶融モデルの輪郭線であることを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項6】

前記第２ステップにおいて再配置する溶融断面は、造形モデルの輪郭線の最外周側に配置されて基準溶融断面よりも断面積の小さな溶融断面、または前記基準溶融断面よりも断面積が大きく再配置数が最小になる溶融断面であることを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項7】

前記第２ステップにおいて再配置すべき溶融断面の選定及び再配置は、自動で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項8】

前記第２ステップにおける溶融断面の再配置後に、前記溶融断面の断面積を変化させた位置で造形モデルを分割し、それぞれの分割領域で造形条件を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項9】

前記造形装置は、金属または非金属材料を用いたパウダーベッド方式による積層造形によって造形品を造形することを特徴とする請求項１または２に記載の造形システムの造形条件選定方法。

【請求項10】

造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムであって、
前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータが保存されて構築されるデータベースを記録する記録部と、
造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置させ、この再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置に造形を行わせる演算部と、を有して構成されたことを特徴とする造形システム。

【請求項11】

造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムの造形条件選定プログラムであって、
コンピュータに、
前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを保存してデータベースを構築するステップ、
造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置するステップ、
前記ステップで再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置に造形を行わせるステップ、を実行させることを特徴とする造形システムの造形条件選定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、造形システムの造形条件選定方法、及びこの方法をコンピュータにより実行させるための造形条件選定プログラム、並びに造形条件選定方法の実施により造形を行なう造形システムに関する。

【背景技術】

【0002】

３次元プリンタ等の造形装置で用いられるパウダーベッド法(粉末床溶融結合法)による積層造形（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ造形；付加造形）は、材料粉末をテーブル上に敷き詰め、集光特性の高いレーザ光を使用することで、鋳物等と比較し、微細で高精度且つ複雑な形状を製造可能な技術である。この積層造形は、近年、試作のみならず、航空分野や医療分野等の幅広い分野で活用が進められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１６３６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

金属材料を用いたパウダーベッド法による積層造形は、造形装置に搭載されるレーザ発生装置の出力、駆動精度、及び使用する金属材料の種類の影響を受け、且つ造形形状の影響も受けるため、造形条件の汎用性が低く、造形対象により造形条件を選定する必要がある。このため、例えば特許文献１では、造形条件に基づくシミュレーションにより造形品の要求品質の判定を自動で行い、判定結果をユーザに提示する旨が記載されている。

【0005】

しかしながら、この特許文献１では、シミュレーションにより造形品の形状評価ステップまで実施した上で、選定された条件を前提に造形条件を選定しているため、造形条件の選定に時間を要し、しかも適用できる条件範囲も狭い。また、形状評価ステップで造形不可となった場合には、造形条件の変更の裕度が狭く、造形条件の初期設定の評価から行う必要があるので、造形条件の選定に多大な時間を要する。

【0006】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、造形品の表面品質を向上させることが可能な造形条件を事前に設定することができる造形システムの造形条件選定方法及び造形条件選定プログラム、並びに造形システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態における造形システムの造形条件選定方法は、造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムの造形条件選定方法であって、前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを保存してデータベースを構築する第１ステップと、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置する第２ステップと、前記第２ステップで再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置が造形を行う第３ステップと、を有することを特徴とするものである。

【0008】

本発明の実施形態における造形システムは、造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムであって、前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータが保存されて構築されるデータベースを記録する記録部と、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置させ、この再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置に造形を行わせる演算部と、を有して構成されたことを特徴とするものである。

【0009】

本発明の実施形態における造形システムの造形条件選定プログラムは、造形装置が造形条件に基づいて造形品を造形する造形システムの造形条件選定プログラムであって、コンピュータに、前記造形条件と前記造形品の造形形状及び造形品質との組合せデータを保存してデータベースを構築するステップ、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を前記データベースから抽出すると共にこの抽出した造形条件に対応する溶融断面を造形モデルのデータに配置し、前記溶融断面の裏面と前記造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算し、この乖離量が仕様値以内となる溶融断面を前記データベースから選定して前記造形モデルのデータに再配置するステップ、前記ステップで再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて前記造形装置に造形を行わせるステップ、を実行させることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、造形品の表面品質を向上させることが可能な造形条件を事前に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る造形システムとしての積層造形システムの構成を示すブロック図。

【図2】図１の制御装置の構成を示すブロック図。

【図3】図１の積層造形システムにより積層造形される造形品（造形対象及びサポート）を示す斜視図。

【図4】造形に供される材料の溶融断面を示し、（Ａ）が単一の溶融断面を示す模式図、（Ｂ）が一層分の溶融断面を示す模式図。

【図5】各造形条件と造形品の表面粗さとの関係を示すグラフ。

【図6】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し直角の場合における造形モデルへの溶融断面の配置状況を示す模式図。

【図7】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し６０度の場合における造形モデルへの溶融断面の配置状況を示す模式図。

【図8】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し４５度の場合における造形モデルへの溶融断面の配置状況を示す模式図。

【図9】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し３０度の場合における造形モデルへの溶融断面の配置状況を示す模式図。

【図10】造形品（造形ノズル）の側面がベースプレート表面に対し１５度の場合における造形モデルへの溶融断面の配置状況を示す模式図。

【図11】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し３０度の場合における造形モデルへの溶融断面の再配置を含めた配置状況の一例を示す模式図。

【図12】造形品（造形ノズル）の側面がベースプレート表面に対し３０度の場合における造形モデルへの溶融断面の再配置を含めた配置状況の他の例を示す模式図。

【図13】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し１５度の場合における造形モデルへの溶融断面の再配置を含めた配置状況の一例を示す模式図。

【図14】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し１５度の場合における造形モデルへの溶融断面の再配置を含めた配置状況の他の例を示す模式図。

【図15】造形品（造形モデル）の側面がベースプレート表面に対し１５度の場合における造形モデルへの溶融断面の再配置を含めた配置状況を示し、造形モデルの輪郭線が溶融断面の裏面に接する場合の模式図。

【図16】図１３における溶融断面の再配置後にスライスデータを分割した一例を示す模式図。

【図17】図１の積層造形システムによる造形工程を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、一実施形態に係る造形システムとしての積層造形システムの構成を示すブロック図である。この図１に示す積層造形システム１０は、例えばパウダーベッド法（粉末床溶融結合法）による積層造形（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ造形；付加造形）により造形品を積層造形するシステムである。ここで、パウダーベッド法は、テーブル上に材料粉末を一層毎に敷き詰め、集光特性の高いレーザ光により材料粉末を溶融させ、固化させた層を積み上げて造形する方式である。

【0013】

上記積層造形システム１０は、造形装置１１、制御装置１２、表示装置１３及び入力装置１４を有して構成される。造形装置１１は、集光特性の高いレーザ光Ｌを発生するレーザ発生装置１５と、このレーザ発生装置１５からのレーザ光Ｌを、ベースプレート１７に敷き詰められた粉末層１８へ向けて照射経路に沿って照射させるスキャナ１６と、を備える。

【0014】

つまり、造形装置１１は、例えば図示しない貯蔵部から供給されてベースプレート１７上に層状に敷き詰められた材料粉末の粉末層１８に、造形条件に基づいてレーザ光Ｌを照射して、３次元形状の造形品２０（図３）を積層造形する。この造形品２０は、造形対象２１及びサポート２２からなり、サポート２２が造形対象２１をベースプレート１７上で支持する。造形対象２１は、例えば立方体や直方体、球体などの形状の製品または部品である。また、材料粉末は、鉄、銅、アルミニウム、チタンなどの金属材料粉末、またはセラミック等の非金属材料の粉末である。

【0015】

上記造形条件は、レーザ発生装置１５からのレーザ光Ｌの出力（レーザ出力）、スキャナ１６によるレーザ光Ｌのスキャン速度、造形品２０のコンター範囲２０Ａを形成する際のレーザ光Ｌの照射回数（コンター回数）が含まれる。レーザ出力は、造形品２０に対し外周を造形するコンター範囲２０Ａと、内部を造形するハッチング範囲２０Ｂとにおいて変更されるのが一般的である。同様に、レーザ光Ｌのスキャン速度についても、造形品２０のコンター範囲２０Ａとハッチング範囲２０Ｂとにおいて変更されるのが一般的である。また、コンター回数は、造形品２０のコンター範囲２０Ａに対するレーザ光Ｌのビーム径を調整することにより変更される。

【0016】

制御装置１２は、積層造形システム１０の全体の制御、即ち造形装置１１のレーザ発生装置１５及びスキャナ１６を制御する。なお、この制御装置１２については後に詳説する。また、表示装置１３は例えばモニタ等のディスプレイであり、造形装置１１のレーザ出力、スキャン速度、コンター回数等の造形条件、造形品２０の造形形状及び造形品質に関する情報を表示する。また、入力装置１４は、例えばキーボード及びマウスなどであり、表示装置１３に表示される情報に基づいて、造形条件、造形形状及び造形品質に関する情報を入力する。

【0017】

制御装置１２はコンピュータにて構成され、図２に示すように、記憶部２３、取得部２４、レーザ制御部２５、位置制御部２６、演算部２７及び表示制御部２８を有する。

【0018】

取得部２４は、造形装置１１の各種の情報、例えばレーザ発生装置１５からのレーザ出力、スキャナ１６からのスキャン速度及びコンター回数などの造形条件に関する情報等を取得する。また、レーザ制御部２５は、演算部２７にて後述の如く演算された造形条件に従って、レーザ発生装置１５によるレーザ出力及びレーザ光Ｌのビーム径等を制御する。

【0019】

位置制御部２６は、演算部２７にて後述の如く演算された造形条件に従って、スキャナ１６によるレーザ光Ｌのスキャン速度及び照射位置を制御する。更に、この位置制御部２６は、ベースプレート１７の移動を制御する。また、表示制御部２８は、造形条件、造形形状及び造形品質（例えば表面粗さ、溶融断面など）に関する情報を表示装置１３に表示させる。

【0020】

記憶部２３には、造形条件と造形品２０の造形形状と造形品２０の造形品質との組合せデータが保存されて構築されるデータベースが記憶される。取得部２４により入力された造形条件と、入力装置１４により入力された造形形状及び造形品質とは、演算部２７により組合せデータとなって記憶部２３に保存される。

【0021】

上記組合せデータのうち造形品２０の造形品質は、充填率、図３に示す造形品２０の天面２９及び側面３０の表面粗さ、並びに図４に示す積層された各層の溶融断面３１の寸法（溶融断面３１の輪郭形状Ｍ、ビード幅Ｗ、溶け込み深さＴ、１層積層高さＨ、１層ビード幅Ｖ、隣接する溶融断面３１のピッチＰ等）である。

【0022】

上述の造形品質及び造形形状のデータは、造形試験もしくは実際の製品造形により造形された造形品２０の外観品質評価、及び上記造形品２０の断面の外観品質評価によって得られるほか、シミュレーションによっても得られるデータである。

【0023】

上述の組合せデータには、図５に示すように、造形条件に対する造形品質（例えば造形品２０の造形対象２１の天面２９及び側面３０の表面粗さ）の感度評価データが含まれる。この図５は、例えば９９．５％以上の充填率が可能な造形条件を中心条件とし、レーザ出力、スキャン速度及びコンター回数の造形条件を変動パラメータとして任意形状の造形品２０を造形する造形試験を行い、この造形品２０の造形対象２１の天面２９及び側面３０の表面粗さを評価指標とする感度評価の結果を示したものである。

【0024】

即ち、符号Ｇ１はレーザ出力と天面２９の表面粗さとの関係を、符号Ｇ２はスキャン速度と天面２９の表面粗さとの関係を、符号Ｇ３はコンター回数と天面２９の表面粗さとの関係を、符号Ｇ４はレーザ出力と側面３０の表面粗さとの関係を、符号Ｇ５は、スキャン速度と側面３０の表面粗さとの関係を、符号Ｇ６はコンター回数と側面３０の表面粗さとの関係を、それぞれ示すグラフである。例えば、造形品２０の造形対象２１の天面２９の表面粗さは、Ｇ１に示すようにレーザ出力が低から中になるに従って増加し、レーザ出力が中から高になるに従って抑制される。また、造形品２０の造形対象２１の側面３０の表面粗さは、Ｇ４に示すように、レーザ出力が低から中になる間では増加が抑制され、レーザ出力が中から後になるに従って増加する。

【0025】

このように、造形品２０の造形対象２１における天面２９と側面３０の表面粗さは、レーザ出力等の造形条件によって感度が異なる。従って、造形品２０の造形部位ごとに最表面（最も外側の面）となる造形形状を把握した上で、造形条件の選定が必要になる。

【0026】

制御装置１２の演算部２７は、入力装置１４から入力された造形品２０の造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を記憶部２３のデータベースから抽出して、造形品２０をコンピュータ上で模擬した造形モデルのデータに割り当てる造形条件抽出割当機能と、上述の抽出した造形条件に対応する溶融断面３１を造形モデルのデータに配置する溶融断面配置機能と、溶融断面３１の裏面と造形モデルの輪郭形状との乖離量を演算する乖離量演算機能と、上記乖離量が仕様値以内になる溶融断面３１を記憶部２３のデータベースから選定して造形モデルに再配置させる溶融断面再配置機能と、再配置された溶融断面３１に対応する造形条件を含む造形条件にて造形装置１１に積層造形を実行させる造形機能と、を有する。

【0027】

造形条件抽出割当機能では、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件の範囲を、表示制御部２８を介して表示装置１３に表示させ、操作者により最適な造形条件を抽出させてもよく、または造形形状と要求された造形品質とに最も適合する造形条件を演算部２７が自動で抽出してもよい。

【0028】

溶融断面配置機能により溶融断面３１が造形モデルに配置された例を、図６～図１０に示す。これらの図において、符号Ｎは、造形品２０における造形対象２１の側面３０及びサポート２２の側面を模擬した造形モデルの最外周の輪郭線、符号Ｕは、ベースプレート１７を模擬したベースプレート表面である。また、符号Ｅは、溶融断面３１の裏面に接し且つ造形モデルの最外周の輪郭線Ｎに平行な、造形モデルの輪郭形状としての輪郭補助線である。この溶融断面配置機能は演算部２７により自動で実行され、また、造形モデルの最外周の輪郭線Ｎ、ベースプレート表面Ｕ及び輪郭補助線Ｅも演算部２７により自動で設定される。

【0029】

乖離量演算機能では、図６～図８に示すように、ベースプレート１７に対する造形品２０の側面の角度（図３の角度α）が直角（α＝９０°）、６０度（α＝６０°）及び４５度（α＝４５°）の各場合に、溶融断面３１の裏面と輪郭補助線Ｅとの乖離量が存在しないか、または仕様値以内であると判断する。これに対し、図９及び図１０に示すように、ベースプレート１７に対する造形品２０の側面の角度が３０度（α＝３０°）、１５度（α＝１５°）の場合には、溶融断面３１の裏面と輪郭補助線Ｅとの乖離量Ｑが仕様値を超えていると判断する。この乖離量Ｑが仕様値を超えている場合には、その部位が表示制御部２８を介して表示装置１３に表示される。この乖離量演算機能は演算部２７により自動で実施される。

【0030】

溶融断面再配置機能において記憶部２３のデータベースから選定され造形モデルに再配置させる溶融断面３１は、図１１、図１３、図１５及び図１６に示すように、造形モデルの最外周側に配置されて、他の位置に配置された基準溶融断面３１Ａよりも断面積が小さな修正溶融断面３１Ｂ、または図１２及び図１４に示すように、基準溶融断面３１Ａよりも断面積が大きく且つ再配置数が最小になる修正溶融断面３１Ｃである。

【0031】

これらの修正溶融断面３１Ｂ及び３１Ｃの選定及び再配置は、仕様値を超えた乖離量Ｑとなる溶融断面３１の部位が表示された表示装置１３の画面を参照して、操作者が入力装置１４を用いて実施してもよく、または演算部２７が自動で実行してもよい。

【0032】

ここで、図１５においては、図１１～図１４の輪郭補助線Ｅに代えて、造形品２０における造形対象２１の側面３０及びサポート２２の側面を模擬した造形モデルの最外周の輪郭線Ｎが、溶融断面３１の裏面に接する、造形モデルの輪郭形状としての造形モデルの輪郭線Ｆとなっている。従って、この造形モデルの輪郭線Ｆと溶融断面３１の裏面との乖離量Ｑが仕様値以内になる溶融断面３１（修正溶融断面３１Ｂまたは３１Ｃ）が記憶部２３のデータベースから選定され、造形モデルに再配置されることになる。

【0033】

造形機能において、再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件は、再配置された修正溶融断面３１Ｂ、３１Ｃに対応する造形条件と、基準溶融断面３１Ａに対応する造形条件とである。この造形機能では、これらの造形条件は、図１６に示すように、造形モデルまたはスライスデータを分割することで、分割領域ごとに演算される。なお、上記スライスデータは、積層造形を行なうために造形モデルから各層毎に作成されるデータである。

【0034】

つまり、この造形機能では、図１６に示すように、溶融断面の断面積が異なる位置を境界として造形モデルまたはスライスデータを複数に分割、例えば１層分のスライスデータＺを２分割して分割スライスデータＸ、Ｙとする。そして、この造形機能では、分割スライスデータＸにて基準溶融断面３１Ａに対応する造形条件を、分割スライスデータＹにて修正溶融断面３１Ｂまたは３１Ｃに対応する造形条件をそれぞれ演算し、これらの造形条件に基づいて造形を行う。

【0035】

上述の造形モデルまたはスライスデータの分割、並びに各分割領域（例えば分割スライスデータＸ、Ｙ）での造形条件の演算は、制御装置１２の演算部２７により自動で実施される。また、造形条件に基づく積層造形は、制御装置１２の演算部２７からの指示に基づきレーザ制御部２５及び位置制御部２６により実施される。

【0036】

以上のように構成された積層造形システム１０の造形条件選定方法を含む造形工程（造形ステップ）、及び積層造形システム１０の造形条件選定プログラムを含む造形プログラムを、主に図１７を参照して説明する。

【0037】

第１ステップＳ１は、造形条件と造形品２０の造形形状及び造形品質との組合せデータを、制御装置１２の記憶部２３に保存してデータベースを構築する工程である。具体的には、操作者により入力装置１４を用いて入力された造形条件に基づいて、造形装置１１のレーザ発生装置１５及びスキャナ１６が任意形状の造形品２０を造形試験により積層造形する（Ｓ１１）。次に、この造形試験により造形された造形品２０に対し、操作者が外観品質評価及び断面の外観品質評価を行って、充電率や表面粗さ、溶融断面の各寸法等の造形品質及び造形形状を取得する（Ｓ１２）。

【0038】

このようにして造形試験により取得された造形品２０の造形形状及び造形品質が、制御装置１２の演算部２７により、造形試験時の造形条件と共に組合せデータとして、制御装置１２の記憶部２３に入力され保存されてデータベースが構築される。また、制御装置１２の演算部２７は、記憶部２３のデータベースに基づいて、造形条件に対する造形品質の感度評価を行い（Ｓ１３）、この評価結果（例えば図５）も組合せデータの一部となる。

【0039】

第２ステップＳ２は、造形品２０の造形形状と要求される造形品質とに適合する造形条件を、操作者または制御装置１２の演算部２７が記憶部２３のデータベースから抽出し、この抽出した造形条件を造形モデルのデータに割り当てる工程である。この造形条件の割当工程では、同時に、抽出した造形条件に対応する溶融断面３１を、演算部２７が造形モデルに配置する（Ｓ２１）。次に、演算部２７は、造形モデルの輪郭補助線Ｅ（図７～図１４、図１６）または造形モデルの輪郭線Ｆ（図１５）と溶融断面３１の裏面との乖離量Ｑを演算し、この乖離量Ｑが仕様値以内であるか、または超えているかを判定する（Ｓ２２）。乖離量Ｑが仕様値を超えている場合には、操作者または演算部２７は、乖離量Ｑが仕様値以内となる溶融断面３１を記憶部２３のデータベースから選定して、造形モデルに再配置する（Ｓ２３）。

【0040】

第３ステップＳ３は、再配置された溶融断面３１（修正溶融断面３１Ｂ、３１Ｃ）に対応する造形条件を演算部２７が記憶部２３のデータベースから抽出し、この造形条件と、溶融断面３１（基準溶融断面３１Ａ）に対応する造形条件とに基づいて、制御装置１２のレーザ制御部２５及び位置制御部２６が、実際の製品である造形品２０を積層造形する工程である。

【0041】

第４ステップＳ４は、第３ステップで積層造形された造形品２０の造形品質を操作者が測定し、入力装置１４を用いて制御装置１２に入力したとき、この制御装置１２の演算部２７が、この測定により得られた造形品質と上記造形品２０の造形形状と上記造形品２０を積層造形したときの造形条件とを、組合せデータとして記憶部２３のデータベースに保存して、このデータベースを拡張する工程である。この組合せデータの保存及びデータベースの拡張は、造形品２０を造形した後に直ちに実施するほか、造形品２０を既に造形したときに取得したデータ（造形条件、造形形状、造形品質の各データ）を用いて実施してもよい。

【0042】

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）～（３）を奏する。
（１）積層造形システム１０の造形条件選定方法では、制御装置１２の演算部２７が、例えば図１１及び図１３に示すように、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件の溶融断面３１を造形モデルのデータに配置したとき、溶融断面３１の裏面と造形モデルの輪郭補助線Ｅとの乖離量Ｑが仕様値以内となる溶融断面３１（修正溶融断面３１Ｂ）をデータベースから選定して造形モデルのデータに再配置し、この再配置された溶融断面に対応する造形条件を含む造形条件にて積層造形を行っている。このため、この積層造形による造形品２０（図３）の表面には、造形モデルの輪郭補助線Ｅと溶融断面３１の裏面との乖離量Ｑの影響が無くなるので、造形品２０の表面品質を向上させることが可能な造形条件を、実際の製品の造形前に設定することができる。

【0043】

（２）積層造形システム１０の造形条件選定方法では、実際の製品の造形品２０を積層造形したときの造形条件と、この造形品２０の造形形状及び測定可能な位置での造形品質とが組合せデータとして、制御装置１２の記憶部２３におけるデータベースに保存されて、このデータベースが拡張される。このため、造形条件に対する造形品質の感度評価の精度を、実際の製品である造形品２０の造形毎に向上させることができる。更に、造形形状と要求された造形品質とに適合する造形条件を記憶部２３のデータベースから抽出したり、再配置された溶融断面３１（修正溶融断面３１Ｂ、３１Ｃ）に対応する造形条件を選定したりする際の造形条件の選択範囲を拡大することができる。

【0044】

（３）造形試験により積層造形された造形品２０に対し、外観品質評価及び断面の外観品質評価を行なうことで、造形品２０の外部の造形品質（例えば造形対象２１の天面２９及び側面３０の表面粗さなど）と、造形品２０の内部の造形品質（例えば充填率、溶融断面３１の寸法など）を計測し評価することができる。このため、記憶部２３におけるデータベースの構築時間を短縮することができる。

【0045】

ここで、図１及び図２に示す制御装置１２は、取得部２４、レーザ制御部２５、位置制御部２６、演算部２７及び表示制御部２８がＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサにて構成され、記憶部２３がＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などにて構成される。また、表示装置１３はモニタ等のディスプレイにて、入力装置１４はキーボード及びマウスにてそれぞれ構成される。従って、制御装置１２、表示装置１３及び入力装置１４は通常のコンピュータを利用したハードウェアで実現可能であり、造形条件選定プログラムを含む造形プログラムにより動作させることが可能である。

【0046】

そして、造形プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしてもよい。また、造形プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。

【0047】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組合せは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１０…積層造形システム（造形システム）、１１…造形装置、１２…制御装置、１５…レーザ発生装置、１６…スキャナ、２０…造形品、２３…記憶部、２７…演算部、３１…溶融断面、３１Ａ…基準溶融断面、３１Ｂ、３１Ｃ…修正溶融断面、Ｅ…輪郭補助線（造形モデルの輪郭形状）、Ｆ…造形モデルの輪郭線（造形モデルの輪郭形状）、Ｎ…造形モデルの最外周の輪郭線、Ｘ、Ｙ…分割スライスデータ、Ｚ…スライスデータ

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】