▶ ケーティーエム テクノロジーズ ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-19
(54)【発明の名称】仮想３次元構造モデル作成方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/386 20170101AFI20230112BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20230112BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20230112BHJP
B29C 64/20 20170101ALI20230112BHJP
B29C 64/40 20170101ALI20230112BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230112BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20230112BHJP
B29C 64/10 20170101ALI20230112BHJP
【ＦＩ】
B29C64/386
B33Y50/02
B33Y80/00
B29C64/20
B29C64/40
B33Y30/00
B33Y10/00
B29C64/10
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022528350
(86)(22)【出願日】2020-11-19
(85)【翻訳文提出日】2022-07-08
(86)【国際出願番号】 EP2020082656
(87)【国際公開番号】W WO2021099451
(87)【国際公開日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】102019131243.4
(32)【優先日】2019-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】102019135526.5
(32)【優先日】2019-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522190708
【氏名又は名称】ケーティーエム テクノロジーズ ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】ＫＴＭ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ． Ｌｅｏｎｈａｒｄｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １０， ５０８１ Ｓａｌｚｂｕｒｇ／Ａｎｉｆ（ＡＴ）
(74)【代理人】
【識別番号】110001494
【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】マルシャル， ダーヴィト
(72)【発明者】
【氏名】リップル， ヘルベルト
【テーマコード（参考）】
4F213
【Ｆターム（参考）】
4F213AM23
4F213AR06
4F213AR07
4F213AR12
4F213AR13
4F213AR15
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL62
4F213WL85
4F213WL96
(57)【要約】
本発明は、ボディ（５）の仮想３次元構造モデル（１９）を作成する方法と装置に関し、ボディ（５）の幾何学モデル（１６）から外殻形状（２５）と基本体積（２６）を確認するステップ、外殻形状（２５）、基本体積（２６）を考慮してボディ（５）の数値モデル（１８）を作成するステップ、数値モデル（１８）に変数（２７）を作用させ、数値モデル（１８）に基づいてボディ（５）の目標特性（３０）を確立するステップ、ボディ（５）の現実特性（３２）を定義する構造モデル（１９）を作成するステップ、現実特性（３２）を目標特性（３０）と調整させるために構造モデル（１９）を反復的に最適化するステップを含む。構造モデル（１９）の反復最適化の間に構造モデル（１９）のパラメータ（１１、１２、１３）を修正することによって、ボディ（５）の機械的、熱的、空気力学的な現実特性（３２）が、ボディ（５）のこれらの目標特性（３０）に適合される。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボディ（５）の仮想３次元構造モデル（１９）を作成する方法であって、ボディ（５）の幾何学モデル（１６）から外殻形状（２５）および基本体積（２６）を確認するステップ、
前記外殻形状（２５）および／または前記基本体積（２６）を考慮して前記ボディ（５）の少なくとも１つの数値モデル（１８）を作成するステップ、
前記数値モデル（１８）に少なくとも１つの変数（２７）を作用させ、かつ、前記少なくとも１つの変数（２７）が作用する前記数値モデル（１８）に基づいて前記ボディ（５）の目標特性（３０）を確立するステップ、
前記ボディ（５）の現実特性（３２）を定義する構造モデル（１９）を作成するステップ、および
前記現実特性（３２）を前記目標特性（３０）に調整させるために前記構造モデル（１９）を繰り返し最適化するステップ、
を有し、
構造モデル（１９）の前記繰り返し最適化の間に、前記ボディ（５）の機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性（３２）が、前記構造モデル（１９）の少なくとも１つのパラメータ（１１、１２、１３）を修正することによって前記ボディ（５）の機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性（３０）に適合される、
ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記数値モデル（１８）および／または前記構造モデル（１９）が外殻形状（２５）に適応されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記構造モデル（１９）は、前記数値モデル（１８）の構造均衡（３３）に基づいて作成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記構造モデル（１９）が、互いに連結された複数の構造要素（９）、特に表面要素および／または格子要素を含む、複数のセル（７）から形成されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
少なくとも１つの単一の構造要素（９）の少なくとも１つの構造パラメータ（１１）が修正されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
前記少なくとも１つの単一の構造要素（９）が、これが機械的、熱的、および／または空気力学的に異方性の特性を有するように修正されることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
前記少なくとも１つの構造パラメータ（１１）が、前記構造要素（９）の長手方向および／または横断方向で修正されることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
前記構造パラメータ（１１）として、前記構造要素（９）の材料パラメータ（１２）および／または幾何学パラメータ（１３）が修正されることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記材料パラメータ（１２）として、前記構造要素（９）の密度、硬度、強度、弾力性、延性、材料の減衰、熱膨張、熱伝導率、耐熱性、比熱容量、および／または低温靭性が修正されることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
前記幾何学パラメータ（１３）として、前記構造要素（９）の厚さ、長さ、断面形状、および／または輪郭が修正されることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
同一の前記セル（７）の少なくとも２つの構造要素（９）の少なくとも１つの構造パラメータ（１１）が互いに異なるように設計されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
前記構造モデル（１９）の前記繰返しの最適化において、付加製造装置（３）の少なくとも１つの製造パラメータ（２８）が考慮されることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
前記製造パラメータ（２８）として、前記製造装置（３）の製造空間（８）の内部の温度分布および／または前記製造空間（８）の前記内部の温度変化が考慮されることを特徴とする請求項の１～１２のいずれかに記載の方法。
【請求項14】
前記構造モデル（１９）の少なくとも１つのパラメータ、特に少なくとも１つの単一の構造要素（９）の少なくとも１つの構造要素パラメータ（１１）が製造パラメータ（２８）に応じて修正されることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
少なくとも１つの方法ステップ、特に前記構造モデルの前記繰返しの最適化が、人工知能を有するように好ましくは設計された処理ユニット（２）によって実行されることを特徴とする請求項１～１４のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
ボディ（５）を造形するための付加製造方法、特に３Ｄプリントプロセスであって、前記ボディ（５）の仮想３次元構造モデル（１９）を作成するステップ、
前記仮想３次元構造モデル（１９）に基づいて付加製造装置（３）用の製造データを作成するステップ、および
前記製造データに基づいて前記付加製造装置（３）で前記ボディ（５）を製造するステップ、
を有し、
前記ボディ（５）の前記仮想３次元構造モデル（１９）が請求項１～１５のいずれか１の方法で作成される
ことを特徴とする方法。
【請求項17】
ボディ（５）の仮想３次元構造モデル（１９）を作成するためのおよび／または前記ボディ（５）を製造するための装置（１）であって、前記ボディ（５）の前記仮想３次元構造モデル（１９）を作成するための処理ユニット（２）、および／または、
前記ボディ（５）を製造するための付加製造装置（３）、
を備え、
前記処理ユニット（２）が、請求項１～１６のいずれかの１の方法に従って前記ボディ（５）の前記仮想３次元構造モデル（１９）がこの処理ユニット（２）で作成され得るように設計されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項18】
ボディ（５）、特にコンポーネントであって、複数の構造要素（９）、特に互いに連結される表面要素および／または格子要素を含む複数のセル（７）から形成される構造（６）を有し、
前記ボディ（５）が、請求項１～１６のいずれか１の方法に従って造形されたものである、
ことを特徴とするボディ。
【請求項19】
フォームロック方式および／または一体方式で前記構造が連結さている支持要素を含むことを特徴とする請求項１８に記載のボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボディの仮想３次元構造モデルを作成する方法に関する。さらに、本発明は、ボディを造形するための付加製造方法、特に３Ｄプリンティングプロセスに関する。さらに、本発明は、ボディの仮想３次元構造モデルを作成しおよび／またはボディを製造するための装置に関する。さらに、本発明は、この方法で造形されるボディに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、国際公開第２０１７／１２３２６８号は、付加製造によって形成される部分の形状に適合した格子構造を作成するシステムおよび方法を説明する。その方法は、部分のコンピュータモデルを作成し有限要素メッシュを生成することを含む。また、複数のセル状の格子コンポーネントを含む格子構造が生成されてもよい。有限要素メッシュのメッシュ要素の一部は、有限要素メッシュが部分の全体的な形状に適合するように変形されてもよい。そして、格子構造は、有限要素メッシュの有限要素に対応するセル周期を持つように変形されてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１７／１２３２６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明によって解決される課題は、先行技術から知られている欠点を解消すること、特に、複数のセルから形成されるボディの構造の機械的、熱的、および／または空気力学的な特性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、独立請求項の特徴によって解決される。さらなる有利な実施形態が従属請求項および図面から得られる。
【0006】
本発明は、ボディの仮想３次元構造モデルを作成する方法に関する。「構造」という用語は、特に、格子構造および/または表面構造を指すものと解釈される。構造は、複数のセルから形成され得る。これらのセルは、互いに連結される複数の構造要素、特に表面要素および/または格子要素を含むことができる。
【0007】
その方法において、外殻形状および基本体積が最初に幾何学モデルから確認される。幾何学モデルは、例えば、CADモデルであり得る。外殻形状は、仮想ボディの外殻を形成する。基本体積は、外殻形状によって囲まれる体積を形成する。したがって、基本体積は、外殻形状によって少なくとも部分的に囲まれている。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0008】
その後、本発明による方法において、外殻形状および／または基本体積を考慮してボディの少なくとも１つの数値モデルが作成される。数値モデルは、ＦＥモデル（有限要素モデル）および／またはＦＶモデル（有限体積モデル）であり得る。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0009】
数値モデルには、少なくとも１つの変数が作用する。「変数」という用語は、本質的に、ボディの意図された使用の最中にボディに作用する影響変数および/または負荷変数を指すものと解釈される。数値モデルには、少なくとも１つの機械的、熱的、および／または空気力学的な変数が作用する。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0010】
そして、少なくとも１つの変数が作用する数値モデルに基づいて、ボディの目標特性が確立される。これは、好ましくは、ユーザによって、確立されおよび/または予め定義される。加えてまたは代わりに、これは、処理ユニットによる自動化された手法で、確立されおよび／または予め定義され得る。この場合、少なくとも１つの機械的、熱的、および／または空気力学的な変数が作用する数値モデルに基づいて、ボディの機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性が確立される。ここで、ボディの目標特性は、好ましくは、機械的、熱的、および／または空気力学的に異方的であるように確立される。これは、ボディが、好ましくは方向に依存した機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性を有することを、意味する。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0011】
その後、構造モデルが作成される。「構造モデル」という用語は、複数のセルから構成される、ボディの仮想モデルを指すものと、解釈される。セルは、複数の構造要素、特に表面要素および／または格子要素から形成され得るものであり、これらは互いに連結されている。構造モデルは、ボディの少なくとも１つの現実特性を定義する。構造モデルは、ボディの機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性を定義する。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0012】
好ましくは、数値モデルおよび/または構造モデルは、外殻形状に適応される。「適応した」という用語は、外殻形状に隣接する数値モデルおよび／または構造モデルのセルが外殻形状によって切断されまたは分割されるのではなく、セルが外殻形状と同一平面上で終了するようにその寸法が外殻形状に正確に適合されるものと、解釈される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0013】
構造モデルは、現実特性を目標特性に適合させるために繰り返し最適化される。その際に、ボディの少なくとも１つの機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性が、構造モデルの少なくとも１つのパラメータを修正することによってボディの機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性に適合される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。有利なことに、その結果、改善された機械的、熱的、および／または空気力学的な特性によって区別される構造モデルが作成され得る。
【0014】
数値モデルの構造均衡を考慮しおよび／またはそれに基づいて構造モデルが作成されるのが有利である。「構造均衡」という用語は、数値モデルの数値メッシュそれらのパラメータであって数値メッシュの個々のセルの均衡を定義するものを指すと解釈される。構造均衡は、特に数値モデルの数値メッシュの角点、特にその座標であり得る。好ましくは、構造モデルは、数値モデルのこれらの構造均衡に基づいて作成される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0015】
少なくとも１つの特性テンソル、特に剛性テンソルによって目標特性および／または現実特性が再現されるのが有利である。
【0016】
構造モデルの機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性が数値モデルに基づいて確認されるのが有利である。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0017】
また、ボディの修正された機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性が数値モデルに基づいて機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性に調整していることが有利である。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0018】
本発明の１つの有利な拡張された実施形態において、構造モデルは、複数のセルから形成され、これらのセルは、互いに連結されている複数の構造要素、特に表面要素および／または格子要素を含む。格子要素は、例えば、ロッドであり得、これらは、好ましくは節点で互いに連結されている。
【0019】
構造モデルの最適化のレベルを上げるために、少なくとも１つの、特に単一の、構造要素、特にセルの少なくとも１つの構造要素パラメータが修正されると有利である。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。したがって、影響されかつ最適化されるのは、セル全体ではなく、１つ下の詳細レベル、少なくとも１つの、特に単一のセルの構造要素である。その結果、機械的、熱的、および／または空気力学的に最適化された異方的な挙動を有するセルが有利に作成され得る。
【0020】
少なくとも１つの、特に単一の、構造要素それ自体が機械的、熱的、および／または空気力学的に異方的な特性を有するように修正されるのが、有利である。その結果、有利なことに、セルの異方的な挙動がさらに正確に影響され確立されることができる。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0021】
この点で、少なくとも１つのパラメータ、特に構造要素パラメータが、構造要素の１つの長手方向および／またはその２つの横断方向のうちの１つにおいて修正されるのが、有利である。したがって、構造要素は、好ましくは、その機械的、熱的、および／または空気力学的な特性がその３つの空間方向のうちの少なくとも１つにおいて、特にコンスタントにまたは可変的に変化するように設計され得る。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0022】
構造要素パラメータとして、構造要素の材料パラメータおよび／または幾何学パラメータが、特にその３つの空間方向のうちの１つにおいて修正されるのが、有利である。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。この点に関して、材料パラメータとして、構造要素の密度、硬度、強度（特に引張の強度および／または圧縮の強度）、弾力性、延性、材料の減衰、熱膨張、熱伝導率、耐熱性、比熱容量、および／または低温靭性が、特にその３つの空間方向の１つにおいて修正されるのが、有利である。さらに、この点に関して、幾何学パラメータとして、構造要素の厚さ、長さ、断面形状、および／または輪郭が、特にその３つの空間方向のうちの１つにおいて修正されるのが有利である。
【0023】
本発明の１つの有利な拡張された実施形態では、構造要素は、これが特にその長さにわたって可変の厚さを有するように修正される。したがって、構造要素、特にロッド要素は、複数の領域で先細りになりおよび／または厚くなることができる。
【0024】
同じセルの少なくとも２つの構造要素のうちの、特に機械的、熱的、および／または空気力学的な特性が影響する、少なくとも１つの構造パラメータが、互いに異なるように設計されているのが、有利である。その結果、セルの機械的、熱的、および／または空気力学的な特性を異方的に設計され得る。しかも、セルのこの異方的な挙動が高精度に設定され得る。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0025】
付加製造（付加造形）の範囲内で利用される材料の材料特性は、製造工程（造形工程）の中で変化する温度条件により変わり得る。例えば、付加製造装置の製造空間は、付加製造中に徐々に温まる。その結果、利用される材料は、製造工程の最後よりも製造工程の最初のほうが速く冷える。冷却時間の違いにより、付加製造に利用される最初の材料の材料特性が変わり得る。これは、付加製造されたボディの機械的、熱的、および／または空気力学的な特性に影響する。このため、構造モデルの反復最適化において、付加製造装置の少なくとも１つ特に少なくとも１つの、構造要素が影響する製造パラメータが考慮されるのが、有利である。この点に関して、ボディの現実特性および／または目標特性が、この製造パラメータに応じておよび／または考慮されて適合されるのが有利である。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0026】
製造装置の製造空間の内部の温度分布が製造パラメータとして考慮されるのが有利である。加えてまたは代わりに、特にボディの製造中の、製造空間の内部の温度変化が考慮されるのが、有利である。温度分布および／または温度変化は、例えば、経験的に確認され得る。
【0027】
１つの有利な拡張された実施形態において、構造モデルの少なくとも１つのパラメータ、特に、少なくとも単一の構造要素の少なくとも１つの構造要素パラメータは、製造パラメータに応じて変化する。その結果、製造工程の中で変化する温度条件が、造形されたボディの材料特性に悪影響しないことが、保証され得る。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0028】
前述の方法ステップの少なくとも１つ特に構造モデルの反復最適化が、好ましくは人工知能を有するように設計された処理ユニットによって少なくとも部分的に実行されることが、有利である。
【0029】
また、本発明は、ボディを造形するための付加製造方法、特に３Ｄプリントプロセスに関する。この造形方法では、ボディの仮想３次元構造モデルが作成される。好ましくは、ボディの仮想３次元構造モデルを作成するための方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。さらに、製造データが仮想３次元構造モデルに基づいて付加製造装置のために生成される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。その後、ボディが製造データに基づいて付加製造装置で製造される。本発明によると、ボディの仮想３次元構造モデルは、先の説明による仮想３次元構造モデルの作成方法で作成され、前述の特徴は、個別にまたは任意の組合せで存在することが可能である。
【0030】
さらに、本発明は、ボディの仮想３次元構造モデルを作成するためおよび／またはボディを製造するための装置に関する。装置は、ボディの仮想３次元構造モデルを作成するための処理ユニットを含む。加えてまたは代わりに、装置は、ボディを製造するための付加製造装置を含む。装置の処理ユニットは、ボディの仮想３次元構造モデルがこの処理ユニットの補助により先の説明による方法で作成され得るように設計されており、前述の特徴は、個別にまたは任意の組合せで存在し得、および／または、前述の方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0031】
また、本発明は、互いに連結された複数の構造要素、特に表面要素および／または格子要素を含む複数のセルから形成される構造を有するボディ、特に、コンポーネントに関する。ボディは、先の説明による方法で造形され、前述の特徴は、個別にまたは任意の組合せで存在することができ、および／または前述の方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニットによって自動化された手法で実行される。
【0032】
ボディが、フォームロック方式および／または一体式で構造が連結される支持要素を含むのが、有利である。好ましくは、構造は、フォームロック方式で支持要素にクリップされる。加えてまたは代わりに、支持要素は、好ましくは支持要素および／または構造の同じ材料からなる連結材料を介して一体的に接合され得る。
【0033】
本発明のさらなる利点は、以下の例示的な実施形態に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【発明を実施するための形態】
【0035】
図１は、ボディ５の仮想３次元構造モデル１９を作成するための処理ユニット２を示す。処理ユニット２の動作モードは、以下の説明、特に図４において詳細に論じられ、そこに示される方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行され得る。さらに、図１は、付加製造装置（付加造形装置）３を示し、ボディ５が付加製造装置３を用いて付加製造方法で造形され得る。製造装置（造形装置）３は、製造空間（造形空間）８を含み、その内部でボディ５が造形される。付加製造装置３は、ボディ５を造形するための製造ユニット４を含む。処理ユニット２および付加製造装置３は共に、仮想３次元構造モデル１９を作成しボディ５を付加製造するための装置１を形成する。ボディ５は、図１に単に示されかつ複数のセル７から形成される構造６を有する。
【0036】
これらの孤立したセル７の１つが例として図２に表わされる。これらのセル７のそれぞれは、互いに連結された複数の構造要素９から形成される。構造要素９は、図２に表されるように、格子要素であり得る。しかし、代わりに、構造要素９は、表面要素としても形成され得る。ノード１０を介して構造要素９が連結され得、それらのうちの１つだけが、明確のために図２において参照文字で提供される。
【0037】
図３は、セル７の単一の構造要素９を示す。本構造要素９は、これが異方的な特性を有するように設計されている。その結果、構造要素９は、方向によって異なる特性を有する。この目的のために、構造要素９の少なくとも１つの構造要素パラメータ１１が修正される。構造要素パラメータ１１は、材料パラメータ１２および／または幾何学パラメータ１３とすることができる（図４参照）。材料パラメータ１２は、例えば、密度、硬度、強度、弾力性、延性、材料減衰、熱膨張、熱伝導率、耐熱性、比熱容量、および／または低温靭性であり得る。したがって、構造要素９は、例えば、第２セクション１５より第１セクション１４において他の材料パラメータ１２を有することができる。この例では、したがって、材料パラメータ１２は、構造要素９の横断方向で変化する。しかしながら、代わりに、構造要素パラメータ１１は、構造要素９の長手方向にも変化し得る。本例示的な実施形態では、幾何学パラメータ１３が変化する。幾何学パラメータ１３は、構造要素９の厚さ、長さ、断面形状、および／または輪郭であり得る。図３が示すように、本構造要素９では、構造要素９の厚さがその長さ全体で変化する。
【0038】
図４は、ボディ５を造形するための造形方法のためのフローチャートを示す。さらに、図４は、ボディ５の仮想３次元構造モデルを作成するための方法を示す。この方法は、図１に示される処理ユニット２で実行される。好ましくは、前述の方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。特に、処理ユニット２が、ユーザによって入力されなければならずかつその後処理ユニット２によって処理される入力データに依存することが起こり得る。付加製造の続きのステップは、図１で表される付加製造装置３を用いて行われる。
【0039】
付加製造装置３の製造パラメータ（造形パラメータ）２８が本方法において考慮される。これらの製造パラメータ２８は、製造装置３の製造空間８における温度分布であり得る。製造パラメータは、好ましくは、センサーを介して検出されおよび/またはユーザによって手動で入力され得る。さらに、造形工程中の製造空間８の内部の温度変化は、製造パラメータ２８として考慮され得る。製造空間８には様々な温度が存在し、また、製造工程中に変化する。付加製造されたボディ５の１つの領域は、製造空間８の１つの領域内でのほうが製造空間８の他の領域でよりも速く冷え得る。そのため、ボディ５の材料特性は、冷却の進行に伴って変化する。そこで、製造装置３のこの効果を考慮できるようにするために、材料データ収集１７が実行される。製造装置３の製造パラメータ２８に伴う材料特性の効果は、試験製造およびその後の材料試験の範囲内で経験的に確認される。これらの製造関連材料データ（造形関連材料データ）２９は、材料特性の制限値でありおよび／または材料特性の制限値を含むことも可能である。材料データ収集１７の範囲内で確認される製造関連材料データ２９は、以下で詳細に説明するように、異なるポイントで組み込まれる。
【0040】
ボディ５の仮想３次元構造モデル１９を作成するために、ボディ５の幾何学モデル１６が最初に作成される。外殻形状２５および基本体積２６が幾何学モデル１６に基づいて確認される。外殻形状２５は、ボディ５の外殻を形成する。したがって、基本体積２６は、外殻形状２５によって囲まれる。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。
【0041】
その後、ボディ５の第１数値モデル１８が作成される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。事前に確認された外殻形状２５および／または基本体積２６は、数値モデル１８の作成中に考慮される。数値モデル１８は、数値メッシュを含み、この数値メッシュは、好ましくは、数値要素および／またはこれらの数値要素を互いに連結する角点から形成される。数値モデル１８、特にその数値メッシュは、外殻形状２５に適応される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。その結果、数値モデル１８の数値メッシュは、外殻形状２５から突出するのではなく、これに対して直接載置されるようにそこに適応する。そのため、数値メッシュの端部領域に位置する数値セルは、外殻形状２５によって切断されるのではなく、すべて完全でありおよび／または閉じた状態である。
【0042】
数値モデル１８は、ＦＥモデル（有限要素モデル）および／またはＦＶモデル（有限体積モデル）であり得る。数値モデル１８には、少なくとも１つの変数２７および／または複数の変数（ロードコレクティブ）が作用する。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。これらは、ボディ５の意図的な使用中にボディ５に作用する影響力のある変数であり得る。変数２７は、好ましくは、機械的、熱的、および／または空気力学的な変数２７である。さらに、製造パラメータ２８がこのステップで考慮され得る。これは、製造関連材料データ２９を介して行われる。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。ボディ５の目標特性３０は、適用変数２７および／または製造関連材料データ２９の考慮の下で第１数値モデル１８に基づいて確立される。これは、経験値に基づいてユーザによって手動で実行されるのが望ましい。しかしながら、代わりに、これは、好ましくはこの目的のために人工知能を有し得る処理ユニット２によって完全に自動化された手法で実行されることもできる。目標特性３０は、機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性３０である。したがって、これらの機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性３０は、確認されるべきボディ５の構造６が有するべき基準値を形成する。
【0043】
第１数値モデル１８は、構造均衡３３を有する。「構造均衡」という用語は、数値モデル１８の第１数値メッシュのそれらのパラメータであって数値メッシュの個々のセルの均衡を定義するものを指すと、解釈される。構造均衡３３は、例えば、数値モデル１８の第１数値メッシュの角点、特にその座標とすることができる。
【0044】
構造６を確認するために、第１構造モデル１９が最初に作成される。これは、数値モデル１８の構造均衡３３に基づいて行われる。この目的のために、構造均衡３３は、第１構造モデル１９へ転送される。構造モデル１９は、構造均衡３３の利用によって外殻形状２５に適応する。あるいは、外殻形状２５への構造モデル１９の適応がこのステップで実行され得る。その結果、構造モデル１９の構造は、外殻形状２５から突出するのではなく、これに対して直接寄りかかるようにそこに適応する。そのため、構造の端部領域に位置するセル７は、外殻形状２５によって切断されるのではなく、すべて完全でありおよび／または閉じた状態である。構造モデル１９は、少なくとも１つの現実特性テンソル３１を生じる。構造モデル１９のこの少なくとも１つの現実特性テンソル３１によって、数学的モデルの機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性３２が定義される。これらの現実特性３２をチェックするために、構造モデル１９の少なくとも１つの現実特性テンソル３１は、第２数値モデル２０へ転送される。また、材料データ収集１７の製造関連材料データ２９は、この第２数値モデル２０において考慮され得る。好ましくは、前述の方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。
【0045】
その後、構造モデル１９または第２数値モデル２０の現実特性３２が第１数値モデル１８の予め確立された目標特性３０に対応しているか否かを判断するためにチェックが実行される。これは、目標－実際比較２１の範囲内で行われる。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。
【0046】
機械的、熱的、および／または空気力学的な現実特性３２が、機械的、熱的、および／または空気力学的な目標特性３０から依然として過度に大きく外れている場合に、構造モデル１９の反復最適化が実行される。この反復最適化の範囲内で、現実特性３２は、これらが十分な程度に一致するまで目標特性３０と何度も調整される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。
【0047】
現実特性３２を修正するために、パラメータ適合２２が実行される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。構造モデル１９の少なくとも１つのパラメータ、特に構造要素パラメータ１１が修正される。「構造要素パラメータ」という用語は、単一の構造要素９のパラメータを指すものと解釈される。したがって、セル７の少なくとも単一の構造要素９の少なくとも１つの構造要素パラメータ１１が修正される（図２参照）。構造要素９は、例えば、図３に表されるように、修正され得る。少なくとも１つの単一の構造要素９は、これが機械的、熱的、および／または空気力学的に異方的な特性を有するように修正される。少なくとも１つの構造要素パラメータ１１は、構造要素９の１つの空間方向において可変的に設計され得る。構造要素パラメータ１１は、構造要素９の材料パラメータ１２および／または幾何学パラメータ１３であり得る。その結果、構造モデル１９は、したがって、同じセル７の少なくとも２つの構造要素９の少なくとも１つの構造要素パラメータ１１が互いに異なるように設計されている少なくとも１つのセル７を有することができる。
【0048】
修正された構造要素パラメータ１１によって適合された構造モデル１９の機械的、熱的、および／または空気力学的な特性は、少なくとも１つの現実特性テンソル３１を介して第２数値モデル２０へ転送される。その後、再度、目標－実際比較２１が実行される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。
【0049】
現実特性３２が目標特性３０と十分よく対応する場合に、製造データ生成（造形データ生成）２３が実行される。このステップにおいて、付加製造装置３に適した製造データが生成される。好ましくは、この方法ステップは、ユーザによって少なくとも部分的に手動でおよび／または処理ユニット２によって自動化された手法で実行される。また、製造関連材料データ２９は、製造データ生成２３において考慮され得る。その結果、製造装置３の製造空間８において造形されたボディ５の正確な位置決めがなされる。そして、最後のステップで製造（造形）２４が製造装置３において行われる。
【0050】
本発明は、表現しかつ説明された例示的な実施形態に限定されない。特許請求の範囲内の変更も可能であり、それらが異なる例示的な実施形態で表現されかつ説明されているとしても、特徴の任意の組合せがそのまま適用できる。
【符号の説明】
【0051】
１ 装置
２ 処理ユニット
３ 付加製造装置（付加造形装置）
４ 製造ユニット
５ ボディ
６ 構造
７ セル
８ 製造空間（造形空間）
９ 構造要素
１０ ノード
１１ 構造要素パラメータ
１２ 材料パラメータ
１３ 幾何学パラメータ
１４ 第１セクション
１５ 第２セクション
１６ 幾何学モデル
１７ 材料データ収集
１８ 第１数値モデル
１９ 構造モデル
２０ 第２数値モデル
２１ 目標－実際比較
２２ パラメータ適合
２３ 製造データ生成（造形データ生成）
２４ 製造（造形）
２５ 外殻形状
２６ 基本体積
２７ 変数
２８ 製造パラメータ（造形パラメータ）
２９ 製造関連材料データ（造形関連材料データ）
３０ ボディの目標特性
３１ 現実特性テンソル
３２ ボディの現実特性
３３ 構造均衡
２ 処理ユニット
３ 付加製造装置（付加造形装置）
４ 製造ユニット
５ ボディ
６ 構造
７ セル
８ 製造空間（造形空間）
９ 構造要素
１０ ノード
１１ 構造要素パラメータ
１２ 材料パラメータ
１３ 幾何学パラメータ
１４ 第１セクション
１５ 第２セクション
１６ 幾何学モデル
１７ 材料データ収集
１８ 第１数値モデル
１９ 構造モデル
２０ 第２数値モデル
２１ 目標－実際比較
２２ パラメータ適合
２３ 製造データ生成（造形データ生成）
２４ 製造（造形）
２５ 外殻形状
２６ 基本体積
２７ 変数
２８ 製造パラメータ（造形パラメータ）
２９ 製造関連材料データ（造形関連材料データ）
３０ ボディの目標特性
３１ 現実特性テンソル
３２ ボディの現実特性
３３ 構造均衡
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】