特許 7047536 造形予測システム、情報処理装置、プログラムおよび造形予測方法

(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】

(24)【登録日】2022-03-28

(45)【発行日】2022-04-05

(54)【発明の名称】造形予測システム、情報処理装置、プログラムおよび造形予測方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/10 20200101AFI20220329BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20220329BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220329BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20220329BHJP

   G06F 30/20 20200101ALI20220329BHJP

   G06F 113/10 20200101ALN20220329BHJP

【ＦＩ】

G06F30/10 100

B29C64/386

B33Y10/00

B33Y50/00

G06F30/20

G06F113:10

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018064734

(22)【出願日】2018-03-29

(65)【公開番号】P2019175270

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2021-02-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(72)【発明者】

【氏名】菅原 渉

(72)【発明者】

【氏名】松岡 司

(72)【発明者】

【氏名】竹山 佳伸

(72)【発明者】

【氏名】伊東 陽一

(72)【発明者】

【氏名】前田 博志

【審査官】堀井 啓明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０７７６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２６９２８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１１４１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７７４６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３０／００－３０／３９８

Ｂ２９Ｃ ６４／３８６

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形予測システムであって、
所定の造形方式に応じた造形条件設定およびモデルデータに基づき造形データを生成する生成手段と、
前記造形データおよび前記造形条件設定に基づいて、それぞれが対応する造形方式に従った複数のシミュレーション手段に共通のフォーマットを有する入力データを作成する作成手段と、
前記複数のシミュレーション手段のうちの前記所定の造形方式に対応するシミュレーション手段に前記入力データを入力し、造形物の造形予測結果を取得する予測手段と
を含む、造形予測システム。

【請求項2】

前記作成手段は、さらに、前記予測手段でのシミュレーション条件設定および造形手段のスペックデータの一方または両方に基づいて前記共通のフォーマットを有する前記入力データを作成する、請求項１に記載の造形予測システム。

【請求項3】

前記複数のシミュレーション手段は、造形方式毎に、または、造形方式および解析計算方式の組み合わせ毎に準備されており、前記所定の造形方式に対応し、かつ、指定された解析計算方式に応じたものが前記対応するシミュレーション手段として選択される、請求項１または２に記載の造形予測システム。

【請求項4】

前記造形予測システムは、前記複数のシミュレーション手段を含み、前記複数のシミュレーション手段は、それぞれ、前記共通のフォーマットを有する前記入力データから、解析で用いる情報を抽出し、抽出した情報に基づいて、前記造形物の予測される形状を前記造形予測結果として計算するよう構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の造形予測システム。

【請求項5】

造形手段および前記生成手段が、造形方式が異なる複数の造形システム各々について設けられ、前記複数の造形システムとの通信を通じて前記入力データが作成され、前記入力データが前記複数の造形システムに応じた複数の造形方式に対応する複数のシミュレーション手段に対し入力されて、複数の造形予測結果が取得される、請求項２～４のいずれか１項に記載の造形予測システム。

【請求項6】

造形手段および前記生成手段が、造形システム上に具備され、前記作成手段および前記予測手段は、前記造形システムにネットワークを介して接続される情報処理装置上に具備される、請求項２～５のいずれか１項に記載の造形予測システム。

【請求項7】

情報処理装置であって、
所定の造形方式に応じた造形条件設定および造形データを取得する取得手段と、
取得した前記造形データおよび前記造形条件設定に基づいて、それぞれが対応する造形方式に従った複数のシミュレーション手段に共通のフォーマットを有する入力データを作成する作成手段と、
前記複数のシミュレーション手段のうちの前記所定の造形方式に対応するシミュレーション手段に前記入力データを入力し、造形予測結果を取得する予測手段と
を含む、情報処理装置。

【請求項8】

コンピュータを、
所定の造形方式に応じた造形条件設定および造形データを取得する取得手段、
取得した前記造形データおよび前記造形条件設定に基づいて、それぞれが対応する造形方式に従った複数のシミュレーション手段に共通のフォーマットを有する入力データを作成する作成手段、および
前記複数のシミュレーション手段のうちの前記所定の造形方式に対応するシミュレーション手段に前記入力データを入力し、造形予測結果を取得する予測手段
として機能させるためのプログラム。

【請求項9】

造形予測方法であって、
情報処理装置が、所定の造形方式に応じた造形条件設定および造形データを取得するステップと、
前記情報処理装置が、取得した前記造形データおよび前記造形条件設定に基づいて、それぞれが対応する造形方式に従った複数のシミュレーション手段に共通のフォーマットを有する入力データを作成するステップと、
前記情報処理装置が、前記複数のシミュレーション手段のうちの前記所定の造形方式に対応するシミュレーション手段に前記入力データを入力し、造形予測結果を取得するステップと
を含む、造形予測方法。

【請求項10】

前記造形データは、前記所定の造形方式に対応する造形手段を制御する前記情報処理装置または他の情報処理装置が、前記造形条件設定およびモデルデータに基づき生成したものである、請求項９に記載の造形予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、造形予測に関し、より詳細には、造形物の造形予測を行うための造形予測システム、情報処理装置、プログラムおよび造形予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

入力された立体形状データモデルデータに基づいて、立体的な造形物を作製する造形装置が開発されている。立体造形においては、所望の形状、すなわちモデルデータと、実際に造形された立体造形物との間に差異が生じて造形されることがある。このため、モデルデータに基づいて、造形物を製作する際に、造形結果を予測する技術の開発も試みられている。

【0003】

例えば、特開２０１７－０７７６７１号公報（特許文献１）は、３Ｄプリンタによる高品質な造形を実現する目的とした技術を開示する。特許文献１の従来技術では、造形時に発生するそり変形や残留応力を事前に計算し、そり変形量または残留応力量が許容範囲に収まるまで、造形条件を変更しながら繰り返し造形シミュレーションを実行することで、最適な造形条件を導き出している。

【0004】

しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、シミュレーション計算のためにユーザが入力しなければならない条件設定パラメータが多岐にわたり、ユーザに対して煩雑な作業を強いてしまうものであり、充分なものではなかった。また、造形方式は、光造形方法、インクジェット法、粉末積層造形法、熱溶融積層法、熱溶解積層法など種々のものが知られているが、造形方式が異なると造形方式に合わせた設定パラメータの入力が必要になり、この点でもユーザに対して煩雑な作業を強いてしまうものであり、充分なものではなかった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、ユーザに対し煩雑な作業を求めずに、造形方式に応じた造形結果を予測することが可能な造形予測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】

【0006】

本開示によれば、上記課題を解決するために、下記特徴を有する造形予測システムを提供する。本造形予測システムは、所定の造形方式に応じた造形条件設定およびモデルデータに基づき造形データを生成する生成手段を含む。本造形予測システムは、さらに、造形データおよび造形条件設定に基づいて、それぞれが対応する造形方式に従った複数のシミュレーション手段に共通のフォーマットを有する入力データを作成する作成手段と、複数のシミュレーション手段のうちの所定の造形方式に対応するシミュレーション手段に入力データを入力し、造形予測結果を取得する予測手段とを含む。

【発明の効果】

【0007】

上記構成により、ユーザに対し煩雑な作業を求めずに、造形方式に応じた造形結果を予測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態における造形システム全体のハードウェアの概略構成を示す図。

【図2】本実施形態の造形装置および情報処理装置に含まれるハードウェア構成を示す図。

【図3】本実施形態の情報処理装置に含まれるソフトウェアブロック図。

【図4】本実施形態における処理のデータフローを示す図。

【図5】モデルデータと、それに基づいて造形または予測された立体造形物の形状の例を示す図。

【図6】本実施形態において造形した立体造形物の形状を評価する処理を示すフローチャート。

【図7】本実施形態において予測結果に基づいて補正する処理を示すフローチャート。

【図8】本実施形態における立体造形物の形状を予測する機能およびデータフローを説明する図。

【図9】本実施形態において作成される共通入力ファイルのフォーマット構造を示す図。

【図10】本実施形態において造形される立体造形物の形状を予測する処理の詳細を示すフローチャート。

【図11】好適な実施形態における複数の造形システムおよび予測システムを含むクラウドシステムの構成を説明する図。

【図12】好適な実施形態において最適な造形方式を選択するために複数の造形システムを用いての形状予測行う処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。

【0010】

図１は、本発明の実施形態における造形システム１００全体の概略構成を示す図である。図１では、例として、造形装置１１０と、情報処理装置１２０とが、インターネットやＬＡＮなどの種々のネットワークを介して接続された造形システム１００を示している。なお、造形装置１１０や情報処理装置１２０数は、図１に示したものに限らず、造形システム１００に含まれる造形装置１１０の台数に制限はない。また、造形装置１１０と情報処理装置１２０は、ネットワークを介さず、直接接続されてもよい。また、造形装置１１０は、情報処理装置１２０に含まれる機能を一部備えてもよいし、情報処理装置１２０に含まれる機能を全て備えてもよい。

【0011】

造形装置１１０は、造形処理を実行する装置である。例えば情報処理装置１２０から、ネットワークを経由して、所望の立体造形物を造形するための造形データを受信して、造形処理を実行する。

【0012】

立体造形には種々の造形方式が提案されており、例えば、ＦＦＦ（Fused Filament Fabrication、熱溶解フィラメント製造法）、ＳＬＳ（Selective Laser Sintering、粉末焼結積層造形法）、ＭＪ（Material Jetting、マテリアルジェッティング）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting、電子ビーム溶解法）、ＳＬＡ（Stereolithography Apparatus、光造形法）などが挙げられる。本発明の実施形態は、造形方式を問わず適用することができる。また、上述した造形方式以外の方式であってもよい。

【0013】

造形装置１１０の構成は、造形方式によって異なるが、例えば、ＦＦＦ方式の場合には、造形材料を溶融する加熱機構や、造形材料を吐出するノズルなどを含む。また、ＳＬＳ方式の場合には、レーザ光源などを含む。

【0014】

情報処理装置１２０は、造形装置１１０が実行する各種処理を制御する制御装置である。情報処理装置１２０の例としては、サーバ装置やパソコン端末などが挙げられる。また、情報処理装置１２０は、造形する立体造形物の形状を示すデータとしてモデルデータの作成、モデルデータを造形装置１１０が処理できる形式に変換する処理、造形装置１１０の造形条件の設定などを行うことができる。

【0015】

次に、造形システム１００を構成するハードウェアについて説明する。図２は、本実施形態の造形装置１１０および情報処理装置１２０に含まれるハードウェア構成を示す図である。なお、図２（ａ）は、造形装置１１０のハードウェア構成を、図２（ｂ）は、情報処理装置１２０のハードウェア構成をそれぞれ示している。

【0016】

図２（ａ）に示すように造形装置１１０は、ＣＰＵ２１１と、ＲＡＭ２１２と、ＲＯＭ２１３と、インターフェース２１４と、造形ユニット２１５と、形状センサ２１６とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。なお、造形装置１１０は、後述するＨＤＤ２２５に対応する記憶装置を含んで構成されてもよい。

【0017】

ＣＰＵ２１１は、造形装置１１０の動作を制御するプログラムを実行し、所定の処理を行う装置である。ＲＡＭ２１２は、ＣＰＵ２１１が実行するプログラムの実行空間を提供するための揮発性の記憶装置であり、プログラムやデータの格納用、展開用として使用される。ＲＯＭ２１３は、ＣＰＵ２１１が実行するプログラムやファームウェアなどを記憶するための不揮発性の記憶装置である。

【0018】

インターフェース２１４は、例えば、情報処理装置１２０や、ネットワーク、外部記憶装置などと接続する通信インターフェースである。造形装置１１０は、インターフェース２１４を介して、造形動作の制御データや、立体造形物のモデルデータ、設定された造形条件などの各種データを送受信することができる。

【0019】

造形ユニット２１５は、造形材料を所望の形状に造形することで、立体造形物を造形する装置である。造形ユニット２１５は、ヘッドや、ステージなどを含んで、造形方式に応じて構成される。

【0020】

形状センサ２１６は、造形した立体造形物の形状を検出する装置であって、立体造形物の外形や高さなどの各種寸法を測定する。形状センサ２１６の例としては、赤外線センサ、カメラ、３Ｄ計測センサ（例えば、光切断プロファイルセンサ）などが挙げられる。

【0021】

次に情報処理装置１２０のハードウェア構成について説明する。図２（ｂ）に示すように情報処理装置１２０は、ＣＰＵ２２１と、ＲＡＭ２２２と、ＲＯＭ２２３と、インターフェース２２４と、ＨＤＤ２２５とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。なお、ＣＰＵ２２１、ＲＡＭ２２２、ＲＯＭ２２３、インターフェース２２４については、上述した造形装置１１０のハードウェアに対応するものであるため、説明は省略する。

【0022】

ＨＤＤ２２５は、情報処理装置１２０を機能させるＯＳや各種アプリケーション、設定情報、各種データなどを記憶する、読み書き可能な不揮発性の記憶装置である。また、ＨＤＤ２２５は、造形装置１１０の動作を制御するアプリケーション、モデルデータ、造形条件などのデータを記憶してもよい。なお、ＨＤＤ２２５は記憶装置の一例であり、他の記憶装置であってもよく、例えばＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置であってもよい。

【0023】

次に、本実施形態の造形システム１００に含まれる各ハードウェアによって実行される機能手段について、図３を以て説明する。図３は、本実施形態の造形システム１００に含まれるソフトウェアブロック図である。

【0024】

本実施形態において、造形装置１１０は、造形部３１１と、形状測定部３１２とを含んで構成される。また、情報処理装置１２０は、造形データ生成部３２１と、形状評価部３２２と、記憶部３２３と、補正部３２４とを含んで構成される。

【0025】

まず、造形装置１１０について説明する。造形部３１１は、造形データに基づいて、造形動作を実行する手段である。造形部３１１は、造形ユニット２１５を制御することで、所望の形状の立体造形物を造形する。

【0026】

形状測定部３１２は、形状センサ２１６を制御することで、造形部３１１が造形した立体造形物の形状を測定する手段である。形状測定部３１２が測定した形状の測定データは、インターフェース２１４を介して、情報処理装置１２０に転送される。

【0027】

次に、情報処理装置１２０について説明する。造形データ生成部３２１は、モデルデータを造形装置１１０が処理できる形式に変換したデータとして、造形データを生成する手段である。造形データは、モデルデータと造形条件の設定データから生成され、一例としては、立体造形物を水平に分割したスライスデータのような形式で出力される。なお、モデルデータは、情報処理装置１２０上で作成してもよいし、他の装置で作成したモデルデータを情報処理装置１２０に入力してもよい。

【0028】

形状評価部３２２は、造形された立体造形物の形状と、モデルデータの形状との差分を算出し、立体造形物を造形した結果を評価する手段である。形状評価部３２２は、形状測定部３１２が測定した測定データとモデルデータとを比較し、形状の差分から、造形結果を評価する。造形結果を評価したデータは、記憶部３２３に記憶する。

【0029】

記憶部３２３は、モデルデータ、造形データ、測定データ、造形条件の設定データ、各種評価結果などの種々のデータを記憶する手段である。記憶部３２３は、各機能手段によって、各種データが書き込まれ、また、読み出される。また、記憶部３２３に記憶されるデータは、ネットワークを介して、複数の造形装置１１０から収集してもよい。

【0030】

補正部３２４は、造形を行う前に、造形される立体造形物の形状を予測し、造形処理を補正する手段である。補正部３２４は、造形予測部３２５、予測評価部３２６、データ修正部３２７を含んで構成される。

【0031】

造形予測部３２５は、設定されている造形条件によって、モデルデータを造形した場合に、如何なる形状の立体造形物が造形されるかを予測する手段である。造形予測部３２５の予測結果は、予測データとして出力される。なお、造形予測部３２５は、造形データ生成部３２１から取得した造形データに基づいて、立体造形物の形状を予測してもよい。

【0032】

予測評価部３２６は、予測データとモデルデータとを比較し、両者の形状の差分から、造形の成否を評価する手段である。予測評価部３２６は、予測データとモデルデータの形状の差分が閾値よりも小さい場合には、造形が成功したと判定する。また、予測評価部３２６は、予測データとモデルデータの形状の差分が閾値以上の場合には、造形が失敗したと判定する。

【0033】

データ修正部３２７は、予測評価部３２６が造形失敗と判定した場合に、モデルデータや造形条件などを修正する手段である。データ修正部３２７は、記憶部３２３に蓄積されている造形結果評価に基づいて、モデルデータや造形条件などを修正する。

【0034】

なお、修正されたモデルデータや造形条件に基づいて、造形予測部３２５は、造形される立体造形物の形状を再度予測してもよい。

【0035】

なお、上述したソフトウェアブロックは、ＣＰＵ２１１，２２１が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。また、上述した各機能手段は、必ずしも全てが図３に示すような構成で含まれていなくてもよく、他の好ましい実施形態では、各機能手段は、造形装置１１０と情報処理装置１２０との協働によって実現されてもよい。

【0036】

次に、本実施形態のデータフローについて説明する。図４（ａ）は、本実施形態における立体造形物の形状を評価する処理のデータフローであり、図４（ｂ）は、予測結果に基づいて補正する処理のデータフローである。

【0037】

まず図４（ａ）では、造形データ生成部３２１は、造形条件の設定データに基づいて、入力されたモデルデータから造形データを生成する。造形部３１１は、造形データに基づいて造形処理を行い、立体造形物を造形する。

【0038】

形状測定部３１２は、造形された立体造形物の形状を測定し、測定データとして出力する。形状評価部３２２は、測定データと、造形データの基になったモデルデータとを比較することで、造形された立体造形物の形状を評価する。例えば、外形寸法、形状の反りなどの差分を評価し、造形結果評価データとして出力する。造形結果評価データは、記憶部３２３に記憶される。

【0039】

立体造形物を造形するごとに、上記の評価を行うことで、種々の造形条件やモデルデータに応じた造形結果を蓄積することができ、補正の精度を向上することができる。

【0040】

図４（ｂ）は、造形予測部３２５が、入力されたモデルデータを、設定データに基づいて造形した場合に造形される立体造形物の形状を予測する。なお、立体造形物の予測は、造形データ生成部３２１から取得した造形データに基づいて、行なってもよい。予測評価部３２６は、予測データと、モデルデータとを比較することで、予測された立体造形物の形状を評価する。評価は、例えば予測データとモデルデータから形状の差分を算出し、差分が閾値よりも大きいか否かによって、造形の成否を評価する。

【0041】

データ修正部３２７は、予測結果評価データに基づいて、予測データとモデルデータの形状の差分が小さくなるようにモデルデータや設定データを修正する。データの修正は、記憶部３２３に蓄積されている過去に造形された立体造形物の造形結果評価データを参照して行ってもよく、これによって補正の精度を向上できる。

【0042】

ここで、造形結果と予測結果に基づくデータの修正について説明する。図５は、モデルデータと、それに基づいて造形または予測された立体造形物の形状の例を示す図である。例えば、図５（ａ）のような直方体の形状をした造形対象モデルデータを、条件Ａによって造形した場合に、造形された立体造形物がモデルデータよりも大きくなったとする。

【0043】

形状評価部３２２は、立体造形物の形状と、モデルデータの形状との差分を求め、造形結果を評価する。ここで、差分とは、単に形状の寸法だけでなく、反りの発生の有無、体積などを含んで評価してもよい。また、立体造形物の形状に特徴的な部分がある場合には、その部分の局所的な差分を求めてもよい。そして、差分と、モデルデータと、造形条件を対応付けた造形結果評価データを算出し、記憶部３２３に記憶する。

【0044】

一方で、図５（ｂ）のような予測対象モデルデータを条件Ｂで造形した場合の立体造形物の形状を予測する場合について考える。このとき、予測された立体造形物は、破線で示す領域の直方体形状部分がモデルデータよりも小さくなると予測されたとする。

【0045】

予測評価部３２６は、図５（ｂ）の予測対象モデルデータの形状と予測された立体造形物の形状との差分を算出すると、破線で示す領域の直方体形状部分が差分として抽出される。この差分が閾値よりも大きい場合には、予測対象のモデルデータを条件Ｂで造形すると造形失敗となる蓋然性が高いため、データ修正部３２７は、データの修正を行う。

【0046】

データ修正部３２７は、モデルデータの形状を修正することで、差分を小さくすることができる。予測では、直方体形状部分が小さくなることから、データ修正部３２７は、直方体形状部分の寸法を大きくするようにモデルデータを修正することで、元の予測対象モデルデータの形状に近い立体造形物を造形することができる。

【0047】

また、データ修正部３２７は、記憶部３２３に記憶されている造形結果評価データを参照してもよい。例えば図５（ａ）で説明したように、記憶部３２３には、直方体形状のモデルデータを条件Ａで造形した場合に、造形された立体造形物の寸法は、モデルデータよりも大きいという情報が記憶されている。したがって、データ修正部３２７は、条件Ａで造形すれば直方体形状部分の寸法が大きく造形されると判断し、造形条件の設定データをＢからＡに修正する。これによって、実際に造形した場合に、元の予測対象モデルデータの形状に近い立体造形物を造形することができる。

【0048】

次に、形状評価部３２２が実行する処理の詳細について説明する。図６は、本実施形態において造形した立体造形物の形状を評価する処理を示すフローチャートである。

【0049】

形状評価部３２２は、ステップＳ１０００から処理を開始する。ステップＳ１００１では、形状評価部３２２は、入力されたモデルデータと、該モデルデータに基づいて造形された立体造形物の形状を測定した測定データとを取得する。

【0050】

ステップＳ１００２で、形状評価部３２２は、測定データとモデルデータの形状の位置合わせを行う。位置合わせ処理は、例えば、モデルデータの表面形状と、測定された立体造形物の表面形状とのマッチングによって行うことができる。なお、位置合わせ処理は、上記の方法に限定するものではなく、表面形状マッチング以外の方法によって行ってもよい。例えば、モデルデータのある座標を原点として設定し、その位置に対応する立体造形物の座標が一致するように合わせてもよい。

【0051】

ステップＳ１００３では、形状評価部３２２は、測定データとモデルデータとを比較し、両者の形状の差分を算出する。ステップＳ１００４で、形状評価部３２２は、算出した差分と、モデルデータ、造形条件の設定データを対応付けた造形結果評価データを算出する。

【0052】

造形結果評価データは、ステップＳ１００５で記憶部３２３に記憶される。そして、ステップＳ１００６で処理を終了する。

【0053】

次に、補正部３２４が実行する処理の詳細について説明する。図７は、本実施形態において予測結果に基づいて補正する処理を示すフローチャートである。

【0054】

補正部３２４は、ステップＳ２０００から処理を開始する。ステップＳ２００１では、造形予測部３２５は、造形条件の設定データと、予測対象となるモデルデータから、立体造形物の形状を予測する。形状の予測には、種々のシミュレーション手法を用いることができる。

【0055】

予測評価部３２６は、立体造形物の形状の予測データと、モデルデータとを取得し、ステップＳ２００２で、予測された立体造形物の形状と、モデルデータの形状の位置合わせ処理を行う。位置合わせは、ステップＳ１００２と同様の方法で行うことができる。

【0056】

予測評価部３２６は、ステップＳ２００３で、予測結果とモデルデータの形状を比較し、両者の差分を算出する。ステップＳ２００４では、算出した差分に基づいて、予測結果評価データを算出する。予測結果評価データは、例えば、寸法の差分だけでなく、反りの有無、体積、立体造形物の局所的な形状などの差分を含む。

【0057】

ステップＳ２００５で、予測評価部３２６は、予測結果評価データが許容範囲内であるか否かを判定する。例えば、予測された立体造形物の形状と、モデルデータの形状に差分があったとしても、その差分が許容できる程度のものであれば、造形は成功したものとする。したがって、予測に用いた造形条件やモデルデータは、修正せずに、そのまま造形処理に使用できる。一方で、形状の差分が許容できない程度のものであれば、造形が失敗したとして、モデルデータや造形条件の設定データを修正する。なお、形状以外のパラメータについても、同様にして評価し、造形の成否を判定することができる。

【0058】

ステップＳ２００５において、予測結果評価データが許容範囲内である場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２００７に進み、処理を終了する。一方で、ステップＳ２００５において、予測結果評価データが許容範囲内でない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２００６に進む。

【0059】

ステップＳ２００６では、データ修正部３２７は、造形条件の設定データやモデルデータを修正する。データ修正部３２７は、記憶部３２３に蓄積されている、過去に造形した立体造形物の造形結果評価データに基づいて、修正をすることができる。データを修正した後、ステップＳ２００７に進み、処理を終了する。

【0060】

なお、ステップＳ２００６でデータを修正した後、ステップＳ２００１に戻り、修正されたデータに基づいて再度予測し、評価する処理を繰り返してもよい。繰り返し処理は、所定回数を上限として繰り返してもよいし、ステップＳ２００５において許容範囲内であると判定されるまで繰り返してもよい。このように予測とデータの修正を繰り返すことで、立体造形物を造形する精度を向上することができる。

【0061】

以下、図８～図１０を参照しながら、上述した図７のステップＳ２００１における造形予測部３２５による立体造形物の形状を予測する処理について、より具体的に説明する。

【0062】

図８は、本実施形態における立体造形物の形状を予測する機能およびその際のデータフローを説明する図である。図８には、立体造形物の形状予測に関連したコンポーネントとして、造形部３１１、造形データ生成部３２１および造形予測部３２５が示されている。

【0063】

造形データ生成部３２１は、造形部３１１の造形方式に応じた造形条件設定データ３４１に基づいて、入力されるモデルデータ３４０をレンダリングし、造形データ３４２を生成する。ここで、モデルデータ３４０は、３次元形状を小さな三角形などの図形単位の集合体として表現したデータである。例えば、モデルデータ３４０としては、ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）ファイルといった、ＣＡＤ（Computer Aided Design）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）で用いられている種々の形式のファイルを挙げることができる。造形データ３４２は、上述したようにスライスデータであり、モデルデータ３４０により規定される３次元形状を輪切りにして構成された、複数の層にわたる層毎のデータを含む。

【0064】

造形部３１１は、造形データ生成部３２１により生成された造形データ３４２に基づいて、所定の造形方式に従って造形動作を実行し、所望の形状の立体造形物を造形する。造形部３１１の造形方式としては、特に限定されるものではないが、ＦＦＦ、ＳＬＳ、ＭＪ、ＥＢＭ、ＳＬＡなどを挙げることができる。造形部３１１は、造形部３１１の造形動作のための要素の仕様を示すスペックデータ３４３を保持する。造形動作のための要素は、造形方式によっても異なるが、例えば、ＦＦＦ方式の場合には、例えばモータやヒータなどを挙げることができ、スペックデータ３４３には、モータやヒータの特性情報などが含まれる。造形部３１１は、本実施形態における造形手段を構成する。

【0065】

造形予測部３２５は、上述したように、モデルデータを造形した場合に造形される立体造形物の形状を予測する手段である。図８には、さらに、造形予測部３２５のより具体的な構成が示されている。図８に示すように、本実施形態による造形予測部３２５は、入力ファイル作成部３３０と、複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚを具備した予測部３３２とを含み構成される。

【0066】

入力ファイル作成部３３０は、造形部３１１の造形方式に応じた造形条件設定データ３４１、造形データ生成部３２１が生成した造形データ３４２、および、スペックデータ３４３を取得する。入力ファイル作成部３３０は、また、シミュレーションで並列計算を行うか否か、並列計算を行う場合にはさらに使用するＣＰＵコアやスレッドの数などのシミュレーション条件設定データ３４４を保持する。ここで、シミュレーション条件設定データ３４４は、プログラム内部で定義されていてもよいし、外部から設定させることとしてもよい。入力ファイル作成部３３０は、造形条件設定データ３４１、造形データ３４２、スペックデータ３４３およびシミュレーション条件設定データ３４４に基づいて、共通フォーマットの入力ファイル（以下、共通入力ファイル）３４５を作成する。入力ファイル作成部３３０は、本実施形態における作成手段および取得手段を構成する。

【0067】

ここで、共通入力ファイル３４５は、それぞれが対応する造形方式に従ったものである複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚに共通するフォーマットを有するものである。共通入力ファイル３４５については、詳細を後述する。

【0068】

予測部３３２は、上述したように複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚを具備する。造形方式としては、ＦＦＦ、ＳＬＳ、ＭＪ、ＥＢＭ、ＳＬＡなどの種々の方式が存在するところ、複数のシミュレーション部３３３は、それぞれ異なる造形方式毎に準備されている。また、同一の造形方式に対して複数の解析計算方式がある場合もあるので、複数のシミュレーション部３３３は、造形方式および解析計算方式の組み合わせ毎に準備されてもよい。予測部３３２は、複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚのうちの所定の造形方式に対応するシミュレーション部３３３に共通入力ファイル３４５を入力し、造形予測結果として予測データ３４６を取得する。ここで、対応するシミュレーション部３３３としては、所定の造形方式に対応するものが選択され、複数の解析計算方式がある場合には、さらに、指定された解析計算方式に応じたものが選択される。予測部３３２は、本実施形態による予測手段を構成する。

【0069】

シミュレーション部３３３は、それぞれ、共通入力ファイル３４５から、解析で用いる情報を抽出し、立体造形物の予測される形状を造形予測結果として計算するよう構成されている。シミュレーション部３３３は、それぞれ、本実施形態によるシミュレーション手段を構成する。シミュレーション部３３３は、形状に加えて残留応力量を計算するよう構成されていてもよい。

【0070】

なお、図８では、複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚは、造形予測部３２５が具備しており、つまり、造形予測部３２５を備える情報処理装置１２０上で動作するものとして示されているが、図８に示す実施形態に限定されるものではない。他の実施形態では、シミュレーション部３３３ａ～３３３ｚの一部または全部が、他のコンピュータ・システム上で構成されてもよい。この場合に、予測部３３２が、他のコンピュータ・システム上のシミュレーション部に共通入力ファイル３４５を送信し、シミュレーション結果である予測データ３４６を受信する態様としてもよい。

【0071】

図９は、本実施形態において作成される共通入力ファイルのフォーマット構造を示す図である。図９に示すように、共通入力ファイル３４５は、造形条件設定セクション３４５ａと、造形データセクション３４５ｂと、シミュレーション条件設定セクション３４５ｃと、スペックセクション３４５ｄとを含み構成される。

【0072】

造形条件設定セクション３４５ａは、造形データ生成部３２１から取得された所定の造形方式に応じた造形条件設定データ３４１を保持する部分である。造形条件設定セクション３４５ａに保持される情報としては、例えば、材料温度や環境温度などの温度条件や、材料の溶融温度などの物性などの情報を挙げることができる。

【0073】

造形データセクション３４５ｂは、造形データ生成部３２１から取得された造形データ３４２を保持する部分である。造形データは、例えば、ＦＦＦ方式であれば、ＧＣｏｄｅなどのフォーマットのデータを挙げることができる。

【0074】

シミュレーション条件設定セクション３４５ｃは、入力ファイル作成部３３０のシミュレーション条件設定データ３４４を保持する部分である。シミュレーション条件設定セクション３４５ｃに保持される情報としては、シミュレーションでマルチコア並列計算を行うか否か、並列計算を行う場合は使用するコアあるいはスレッドの数などの挙げることができる。

【0075】

スペックセクション３４５ｄは、造形部３１１から取得したスペックデータ３４３を保持する部分である。スペックセクション３４５ｄに保持される情報としては、モータのステッピング角度などの特性情報、ヒータの特性情報などの情報を挙げることができる。

【0076】

共通入力ファイル３４５は、特定の実施形態では、予測部３３２が具備する複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚでそれぞれ求められる設定項目を網羅的に備えたフォーマットを有する入力ファイルとして構成することができる。つまり、共通入力ファイル３４５は、複数のシミュレーション部３３３ａ～３３３ｚそれぞれで求められる１以上の設定項目を結合した項目を含むことができる。なお、造形データについては、複数の造形方式で共通利用できる記憶領域（造形データセクション３４５ｂ）が設けられ、造形方式に応じてこの記憶領域に保存する造形データが変わることとなる。そして、シミュレーション部３３３ａ～３３３ｚは、それぞれ、自身が必要とする設定項目の値を共通入力ファイル３４５から抽出し、シミュレーションを実施する。なお、説明する実施形態では、入力データとして、共通入力ファイルを説明したが、ファイル形式に限らず、いかなる形式であってもよい。

【0077】

次に、図１０を参照しながら、本実施形態において造形される立体造形物の形状を予測する処理について、より詳細に説明する。図１０に示す処理は、図７のステップＳ２００１で呼び出されて、ステップＳ３０００から開始される。

【0078】

ステップＳ３００１では、入力ファイル作成部３３０は、造形部３１１の所定の造形方式に応じた造形条件設定データ３４１、各層の造形データ３４２およびスペックデータ３４３を取得する。

【0079】

ステップＳ３００２では、入力ファイル作成部３３０は、自身のシミュレーション条件設定データ３４４を取得する。

【0080】

ステップＳ３００３では、入力ファイル作成部３３０は、取得した造形条件設定データ３４１、各層の造形データ３４２、スペックデータ３４３およびシミュレーション条件設定データ３４４に基づいて、共通入力ファイル３４５を作成する。

【0081】

ステップＳ３００４では、予測部３３２は、造形部３１１の所定の造形方式および指定された解析計算方式に応じたシミュレーション部３３３を選択する。なお、解析計算方式は、所定の造形方式について複数あるうちの特定の１つが事前に指定されてもよいし、所定の造形方式について存在する複数の解析計算方式が指定されてもよい。

【0082】

予測部３３２は、ステップＳ３００５で、作成された共通入力ファイル３４５を、選択したシミュレーション部３３３に入力し、ステップＳ３００６で、シミュレーション部３３３から予測データを取得する。ステップＳ３００７では、本処理が終了される。なお、複数の解析計算方式が指定される場合、複数のシミュレーション部３３３が選択され、複数の予測データが得られる。

【0083】

図８～図１０を参照しながら、立体造形物の形状を予測する処理について具体的な実施形態をもって説明した。図８～図１０に示した実施形態は、造形予測部３２５を、複数の造形方式に対応した共通のコンポーネントとして開発することができるという利点がある。一方、上述した共通入力ファイルを用いる造形予測機能は、異なる造形方法を採用する複数の造形システムに対する造形予測を行う共通のクラウドサービスとして提供する際に有用である。以下、図１１および図１２を参照しながら、複数の造形システムに対して共通して造形予測機能を提供する好適な実施形態について説明する。

【0084】

図１１は、好適な実施形態における、複数の造形システム３００および予測システム４１０を含むクラウドシステム４００を説明する図である。

【0085】

図１１に示すクラウドシステム４００は、それぞれ所定の造形方式を採用する造形装置１１０および情報処理装置１２０を含む複数の造形システム３００と、複数の造形システム３００にインターネット４０２を介して接続される予測システム４１０とを含み構成される。本実施形態において、造形装置１１０は、造形部３１１と、形状測定部３１２とを含んで構成される。また、情報処理装置１２０は、造形データ生成部３２１と、記憶部３２３とを含んで構成される。

【0086】

各造形システム３００において、造形データ生成部３２１は、対応する造形部３１１の造形方式に応じた造形条件設定データに基づいて、入力されるモデルデータをレンダリングし、造形データを生成する。記憶部３２３は、モデルデータ、造形データ、測定データ、造形条件設定データなどを記憶する。

【0087】

予測システム４１０は、補正部４１１と、記憶部４１８と、形状評価部４１９とを含んで構成される。図３に示した実施形態において情報処理装置１２０上にあった補正部３２４および形状評価部３２２は、図１１に示す実施形態においては、それぞれ、補正部４１１および形状評価部４１９として、予測システム４１０上に設けられている。本実施形態における予測システム４１０は、それぞれ異なる造形方式を採用し得る複数の造形システム３００に対し共通して、造形される立体造形物の形状を予測する機能をクラウドサービスとして提供するものである。なお、以下に説明する実施形態では、立体造形物の形状を予測する機能をクラウドサービスとして提供するものとして説明するが、必ずしもクラウドサービスに限定されるものではない。

【0088】

補正部４１１は、各造形システム３００において、造形を行う前に、造形される立体造形物の形状を予測し、必要に応じて予測される造形物の形状の評価、造形処理の補正を行う手段である。補正部４１１は、造形予測部４１２、予測評価部４１６およびデータ修正部４１７を含んで構成され、これらは、図３および図８を参照して説明した造形予測部３２５、予測評価部３２６およびデータ修正部３２７と同様のはたらきをする。

【0089】

造形予測部４１２は、各造形システム３００について、設定されている造形条件によって、モデルデータを造形した場合に、如何なる形状の立体造形物が造形されるかを予測する手段である。本実施形態による造形予測部４１２は、入力ファイル作成部４１３と、複数のシミュレーション部４１５を具備する予測部４１４とを含み構成される。複数のシミュレーション部４１５は、複数の造形システム３００が有する異なる造形方式および解析計算方式の組み合わせ毎に準備されている。

【0090】

入力ファイル作成部４１３は、各造形システム３００と通信して、それぞれの造形データ生成部３２１が保持する造形条件設定データ、造形データ生成部３２１が生成した造形データ、および、造形部３１１が保持するスペックデータを取得する。なお、各造形システム３００側には、これらのデータを、インターネット４０２を介して、予測システム４１０に提供する機能を有しており、複数の造形システム３００が予測システム４１０に事前に接続されているものとする。

【0091】

入力ファイル作成部４１３は、取得された造形条件設定データおよび造形データに基づいて、共通入力ファイルを作成する。入力ファイル作成部４１３は、好ましくは、上記に加えて、スペックデータおよびシミュレーション条件設定データの一方または両方に基づいて共通入力ファイルを作成する。

【0092】

予測部４１４は、造形システム３００それぞれについて、複数のシミュレーション部４１５のうちの所定の造形方式および解析計算方法に対応するシミュレーション部に共通入力ファイルを入力し、造形予測結果として予測データを取得する。

【0093】

予測評価部４１６は、各造形システム３００に関し、予測データとモデルデータとを比較し、両者の形状の差分から、造形の成否を評価する手段である。予測評価部４１６は、所定の造形システム３００に関し、予測データとモデルデータの形状の差分が閾値よりも小さい場合には、その造形システム３００での造形が成功すると判定する。また、予測評価部４１６は、予測データとモデルデータの形状の差分が閾値以上の場合には、その造形システム３００での造形が失敗すると判定する。

【0094】

データ修正部４１７は、各造形システム３００に関し、予測評価部４１６が造形失敗であると判定した場合に、モデルデータや造形条件などを修正する候補を算出する手段である。

【0095】

形状評価部４１９は、各造形システム３００で造形された立体造形物の測定形状と、モデルデータの形状との差分を算出し、立体造形物を造形した結果を評価する手段である。複数の造形システム３００各々で造形結果を評価したデータは、記憶部４１８に集められ、蓄積される。記憶部４１８に蓄積されている造形結果評価は、上述したデータ修正部４１７によりモデルデータや造形条件などを修正する候補を算出する際に利用される。

【0096】

この好適な実施形態では、ユーザが複数の造形方式の予測結果を比較考量することによって最適な造形方式を選択可能となる。以下、図１２を参照しながら、好適な実施形態において最適な造形方式を選択するために複数の造形システムを用いての形状予測行う処理について説明する。

【0097】

図１２に示す処理は、例えば、操作者からのモデルデータを指定した形状予測の要求に応答して、ステップＳ４０００から開始される。ステップＳ４００１では、予測システム４１０は、入力された形状予測対象のモデルデータを取得する。ステップＳ４００２～ステップＳ４００５のループでは、対象となる複数の造形システム３００それぞれについて、ステップＳ４００３およびステップＳ４００４の処理が実行される。

【0098】

ステップＳ４００３では、入力ファイル作成部４１３は、各造形システム３００の造形データ生成部３２１に対し、入力された形状予測対象のモデルデータを入力する。ステップＳ４００４では、入力ファイル作成部４１３は、各造形システム３００から、造形部３１１の所定の造形方式に応じた造形条件設定データ、各層の造形データおよび造形部３１１のスペックデータを取得する。

【0099】

複数の造形システム３００それぞれについて、ステップＳ４００３～ステップＳ４００４の処理が完了すると、処理は、ステップＳ４００２～ステップＳ４００５のループを抜けて、ステップＳ４００６へ進められる。

【0100】

ステップＳ４００６では、入力ファイル作成部３３０は、自身が保持するシミュレーション条件設定データ、ステップＳ４００２～ステップＳ４００５のループにより対象となる各造形システム３００について得られた造形条件設定データ、造形データおよびスペックデータに基づいて、共通入力ファイルを作成する。

【0101】

ステップＳ４００７では、予測部４１４は、複数の造形システム３００各々の造形部３１１の所定の造形方式に応じた複数のシミュレーション部３３３各々に対し、作成された共通入力ファイルを入力し、複数のシミュレーション部３３３各々から予測データを取得する。

【0102】

ステップＳ４００８では、予測評価部４１６は、各シミュレーション部３３３から得られた予測データに基づいて、複数の造形システム３００各々での造形の成否の評価を行う。ステップＳ４００９では、予測システム４１０は、各シミュレーション部３３３から得られた予測データおよびそれぞれの評価結果を表示し、ステップＳ４０１０で、本処理は終了する。

【0103】

ユーザは、結果を受けて、複数の造形システム３００の中から、最適な造形方式の造形システムを選択することが可能となる。そして、選択した造形方式の造形システム３００に対し、造形処理の開始を指示することができる。また、上述したように、必要に応じて、各造形システム３００で造形するに際しての修正されたモデルデータや修正された造形条件設定を算出し、ユーザに提案する態様としてもよい。

【0104】

以上、説明した本発明の実施形態によれば、ユーザに対し煩雑な作業を求めずに、造形方式に応じた造形結果を予測することが可能な造形予測システム、情報処理装置、該情報処理装置を実現するためのプログラムおよび造形予測方法を提供することができる。

【0105】

上述した実施形態によれば、造形システムの造形データ生成部や造形部から、シミュレーション計算に必要な造形条件データ、造形データやスペックデータなどが取得される。このため、ユーザは、造形方式に依存した設定パラメータなどのシミュレーション部の特性を意識することなく、造形シミュレーションを行うことができる。さらに、造形方式が異なる複数のシミュレーション部に対して、共通フォーマットのデータファイルが作成されるので、１つの入力ファイルに対して複数の造形方式のシミュレーションを行って、ユーザが入力した条件から最適な造形方式を提案することも可能となる。

【0106】

なお、上述した本発明の実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。

【0107】

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0108】

１００…造形システム、１１０…造形装置、１２０…情報処理装置、２１１，２１２…ＣＰＵ、２１２，２２２…ＲＡＭ、２１３，２２３…ＲＯＭ、２１４，２２４…インターフェース、２１５…造形ユニット、２１６…形状センサ、２２５…ＨＤＤ、３１１…造形部、３１２…形状測定部、３２１…造形データ生成部、３２２，４１９…形状評価部、３２３，４１８…記憶部、３２４，４１１…補正部、３２５，４１２…造形予測部、３２６，４１６…予測評価部、３２７，４１７…データ修正部、３３０，４１３…入力ファイル作成部、３３２，４１４…予測部、３３３，４１５…シミュレーション部、３４０…モデルデータ、３４１…造形条件設定データ、３４２…造形データ、３４３…スペックデータ、３４４…シミュレーション条件設定データ、３４５…共通入力ファイル、３４６…予測データ、４００…クラウドシステム、４１０…予測システム

【先行技術文献】

【特許文献】

【0109】

【文献】特開２０１７－０７７６７１号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】