JP7542891B1 - 3D modeling data generation program and 3D modeling method - Google Patents
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Abstract
【課題】造形対象物のぐらつきや転倒を抑制する技術の提供。
【解決手段】立体造形用データ生成プログラムは、造形対象の立体物OBを支える支持体SPの内部に、入口HIが上方に向き出口HOが立体物OBに対向する面に設けられる貫通路THを形成するパスを決定し、貫通路THの上端を含む層LTに対しては、層LTの造形後に貫通路THに材料を流し込む命令を追加する。このように生成されたデータを用いて造形すると、層LTの造形後に流し込まれた材料が貫通路THに充填され出口HOからはみ出して立体物OBに付着する。材料が付着する層は、貫通路THの下部をなす層と概ね同時期に造形されていることから、材料が付着する時点では十分に冷えているため、付着した材料は固化しても立体物OBと一体化しにくい。したがって、造形中には支持体SPで立体物OBのぐらつきや転倒を抑制することができ、造形後には支持体SPを容易に除去することができる。
【選択図】図8
[Problem] To provide a technology for suppressing wobbling or tipping over of an object to be molded.
[Solution] The data generation program for three-dimensional modeling determines a path for forming a through passage TH inside a support SP supporting a three-dimensional object OB to be modeled, with an inlet HI facing upward and an outlet HO on a surface facing the three-dimensional object OB, and adds a command for pouring material into the through passage TH after the modeling of the layer LT, which includes the upper end of the through passage TH. When modeling is performed using the data generated in this way, the material poured after the modeling of the layer LT fills the through passage TH and overflows from the outlet HO and adheres to the three-dimensional object OB. Since the layer to which the material adheres is modeled at roughly the same time as the layer forming the lower part of the through passage TH, it is sufficiently cooled at the time the material adheres, so that the attached material is unlikely to be integrated with the three-dimensional object OB even if it solidifies. Therefore, the support SP can suppress the wobbling and tipping of the three-dimensional object OB during modeling, and the support SP can be easily removed after modeling.
[Selected figure] Figure 8
Description
本発明は、3Dプリンタ等の立体造形装置による造形において用いられる立体造形用データを生成するプログラム、及び、立体造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a program for generating data for three-dimensional modeling used in modeling by a three-dimensional modeling device such as a 3D printer, and a method for manufacturing a three-dimensional object.
立体を造形する方法として、熱で溶解した材料からなる層を積み上げて造形する熱溶解積層方式(fused filament fabrication;以下、「FFF方式」と称する。)が知られている(例えば、特許文献1を参照)。FFF方式で造形する際に、重心が高い位置にあるものや積層方向に長尺を有しているもの、例えば、鉛筆や煙突、塔のようなものを造形する場合には、造形の過程で物体がぐらついたり転倒したりする虞がある。 As a method for creating three-dimensional objects, fused filament fabrication (hereinafter referred to as the "FFF method") is known, in which layers of material melted by heat are stacked to create a shape (see, for example, Patent Document 1). When creating objects using the FFF method, there is a risk that the object will wobble or fall over during the creation process when creating objects with a high center of gravity or long lengths in the stacking direction, such as pencils, chimneys, and towers.
このような問題への対応策として、従来、造形対象物を支えることだけを目的とした物体(以下、「捨て造形物」と称する。)を複数個、隙間を隔てて造形対象物を挟むような位置に造形対象物と一緒に造形(造形対象物及び捨て造形物の同じ高さの位置にある層を造形した後に、造形対象物及び捨て造形物の次の層を造形する、という態様により、両者の各層を次々と造形)し、一部の層において捨て造形物の端部を造形対象物の側面に付着させることにより、造形中は捨て造形物で造形対象物を支え、造形後に捨て造形物を造形対象物から除去する方法がよく知られている。 As a countermeasure to such problems, a well-known method has been to mold multiple objects (hereafter referred to as "disposable objects") whose sole purpose is to support the object to be printed, with a gap between them, together with the object to be printed (each layer of both is molded one after the other by molding a layer at the same height of the object to be printed and the disposable objects, and then molding the next layer of the object to be printed and the disposable objects), and in some layers, the ends of the disposable objects are attached to the sides of the object to be printed, so that the object to be printed is supported by the disposable objects during printing, and the disposable objects are removed from the object to be printed after printing.
上述した方法においては、造形対象物の層を造形した直後にその層の側面に端部が付着する捨て造形物の層を造形することから、両者の温度差が小さいため、捨て造形物の端部が造形対象物の側面と一体化し易い。その結果、造形後に捨て造形物の除去が困難になり、無理に除去しようとすれば造形対象物の仕上がりに影響を及ぼしかねず、最悪の場合には造形対象物が破損する虞もあるため、捨て造形物の除去に手間と時間がかかる。そうかといって、一体化を回避するために両者の間隔をより大きくすれば、ぐらつきや転倒の抑制が甘くなる。そこで、造形対象物の仕上がりに影響を及ぼすことなく造形対象物のぐらつきや転倒を抑制することができる対応策が求められている。 In the above-mentioned method, a layer of a sacrificial object whose ends adhere to the side of the layer to be printed is printed immediately after the layer of the object to be printed. Since the temperature difference between the two is small, the ends of the sacrificial object tend to become integrated with the side of the object to be printed. As a result, it becomes difficult to remove the sacrificial object after printing, and attempting to remove it forcibly may affect the finished object to be printed, and in the worst case, the object to be printed may be damaged, so removing the sacrificial object is time-consuming and laborious. On the other hand, if the distance between the two is increased to prevent the sacrificial object from becoming integrated, the prevention of wobbling and tipping becomes weak. Therefore, a countermeasure is required that can prevent the object to be printed from wobbling and tipping without affecting the finished object to be printed.
そこで、本発明は、造形対象物のぐらつきや転倒を抑制する技術の提供を目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a technology that prevents the object being shaped from wobbling or falling over.
上記の課題を解決するため、本発明は、以下の立体造形用データ生成プログラム及び立体造形物の製造方法を提供する。なお、以下の括弧書中の文言はあくまで例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following program for generating data for three-dimensional modeling and a method for manufacturing a three-dimensional object. Note that the following words in parentheses are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
すなわち、本発明の立体造形用データ生成プログラムは、モデル材を積層して立体を造形する装置により用いられるデータを生成する立体造形用データ生成プログラムであって、造形される立体の形状と、入口が上方に向き出口が入口より低い位置で立体に対向する貫通路を内部に有した立体を支持する支持体の形状とを、複数の層に分割した各層に対し決定された経路に沿って造形させ、入口をなす層を造形した後に、貫通路に所定量のモデル材を流し込むよう命令するデータを生成する命令生成ステップを、コンピュータに実行させる。 In other words, the three-dimensional modeling data generation program of the present invention is a three-dimensional modeling data generation program that generates data used by a device that forms a three-dimensional object by stacking model materials, and causes a computer to execute a command generation step of generating data that commands the computer to form the shape of the three-dimensional object to be formed and the shape of a support that supports the three-dimensional object, the support having an internal through passage with an entrance facing upward and an exit facing the three-dimensional object at a lower position than the entrance, along a determined path for each layer that is divided into a plurality of layers, and to pour a predetermined amount of model material into the through passage after forming the layer that forms the entrance.
この態様の立体造形用データ生成プログラムにより生成されたデータに沿って造形がなされると、貫通路の入口をなす層(貫通路の上端を含む層)を造形した後に貫通路に所定量のモデル材が流し込まれることで、モデル材が貫通路に概ね充填されたのち出口からはみ出して立体の一部に付着し、時間の経過とともに冷えて固化する。ここで、モデル材が付着した層は、貫通路の出口をなす層と概ね同時期に造形されていることから、貫通路にモデル材を流し込む時点では冷えているため、付着したモデル材は固化しても立体をなすこれらの層と一体化しにくい。 When modeling is performed according to data generated by this type of three-dimensional modeling data generation program, after the layer that forms the entrance to the through passage (the layer that includes the upper end of the through passage) is modeled, a predetermined amount of model material is poured into the through passage, so that the model material mostly fills the through passage and then overflows from the exit and adheres to part of the three-dimensional object, cooling and solidifying over time. Here, the layer to which the model material is attached is modeled at roughly the same time as the layer that forms the exit of the through passage, and therefore is cooled when the model material is poured into the through passage, so even if the attached model material solidifies, it is difficult for it to become integrated with these layers that form the three-dimensional object.
したがって、この態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、造形中には、出口からはみ出したモデル材を介してつながった支持体に立体を支持させてそのぐらつきや転倒を抑制することができるとともに、造形後には、支持体を立体から容易に除去することができる。 Therefore, according to this aspect of the 3D modeling data generation program, the 3D object can be supported on a support connected via the model material protruding from the outlet during modeling, preventing the 3D object from wobbling or tipping over, and after modeling, the support can be easily removed from the 3D object.
好ましくは、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいて、立体の形状を踏まえて支持体の形状及び位置を決定する支持形状決定ステップと、立体の形状と支持体の形状とを複数の層に分割した各層の造形に要する時間を算出して造形中における各層の温度低下を予測する温度予測ステップと、温度予測ステップでの予測結果を踏まえて、貫通路にモデル材を流し込む時点での入口をなす層と出口をなす層との温度差が所定の閾値以上となるように貫通路の形状を決定する貫通路形状決定ステップとを、上記の命令生成ステップに先行して実行させる。 Preferably, in the data generation program for three-dimensional modeling of the above aspect, the following steps are executed prior to the command generation step: a support shape determination step for determining the shape and position of the support based on the shape of the three-dimensional object; a temperature prediction step for calculating the time required to model each layer obtained by dividing the shape of the three-dimensional object and the shape of the support into a plurality of layers and predicting the temperature drop of each layer during modeling; and a through passage shape determination step for determining the shape of the through passage based on the prediction result in the temperature prediction step so that the temperature difference between the layer forming the entrance and the layer forming the exit at the time when the model material is poured into the through passage is equal to or greater than a predetermined threshold value.
この態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、造形中における各層の温度低下の予測結果を踏まえて、モデル材を流し込む時点での入口をなす層と出口をなす層との温度差が所定の閾値以上となるように貫通路の形状を決定されることから、造形時には貫通路の出口をなす層と同じ高さにある立体の層が十分に冷えた後にモデル材を流し込むこととなるため、貫通路に流し込まれるモデル材とこれが付着する立体との一体化を確実に防止することができ、造形後に支持体を容易に除去することが可能となる。 According to this aspect of the program for generating data for three-dimensional modeling, the shape of the through passage is determined based on the predicted temperature drop of each layer during modeling, so that the temperature difference between the layer forming the inlet and the layer forming the outlet at the time the model material is poured in is equal to or greater than a predetermined threshold. During modeling, the layer of the three-dimensional object at the same height as the layer forming the outlet of the through passage cools sufficiently before the model material is poured in. This reliably prevents the model material poured into the through passage from integrating with the three-dimensional object to which it is attached, and makes it possible to easily remove the support after modeling.
より好ましくは、上記の態様の立体造形用データ生成プログラムにおいて、貫通路形状決定ステップでは、貫通路の形状を踏まえて上記の所定量を決定する。 More preferably, in the three-dimensional modeling data generation program of the above aspect, in the through passage shape determination step, the above-mentioned predetermined amount is determined based on the shape of the through passage.
仮に、貫通路に流し込むモデル材が足りなければ、出口からはみ出るモデル材を立体に十分に付着させることができず、支持体による立体の支持が甘くなる虞がある一方、モデル材が多すぎれば、必要以上の量のモデル材が立体に付着することで支持体から立体に余計な力が加わり、それ以降の造形に影響を及ぼす虞がある。これに対し、この態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、貫通路の形状を踏まえて貫通路に流し込むモデル材の量が決定されるため、過不足のない適切な量のモデル材を貫通路に流し込むことができ、結果として支持体により立体を安定的に支持することが可能となる。 If there is not enough model material poured into the passage, the model material that protrudes from the exit cannot be sufficiently attached to the three-dimensional object, and there is a risk that the support body will not adequately support the three-dimensional object. On the other hand, if there is too much model material, a more than necessary amount of model material will adhere to the three-dimensional object, causing the support body to apply unnecessary force to the three-dimensional object, which may affect subsequent modeling. In contrast, with this type of three-dimensional modeling data generation program, the amount of model material to be poured into the passage is determined based on the shape of the passage, so that an appropriate amount of model material, neither too much nor too little, can be poured into the passage, and as a result, the support body can stably support the three-dimensional object.
さらに好ましくは、上記のいずれかの態様の立体造形用データ生成プログラムにおいて、貫通路形状決定ステップでは、立体の安定的な起立に影響する要素を踏まえて、支持体における貫通路の位置を決定する。 More preferably, in the three-dimensional modeling data generation program of any of the above aspects, in the through passage shape determination step, the position of the through passage in the support is determined taking into account factors that affect the stable standing of the three-dimensional object.
この態様の立体造形用データ生成プログラムによれば、立体の安定的な起立に影響する要素(例えば、立体における重心の位置等)を踏まえて貫通路の位置が決定されるため、そのような貫通路を有した支持体に立体を支持させることで、立体の起立をより安定させることができ、ぐらつきや転倒をより効果的に抑制することができる。 According to this aspect of the 3D modeling data generation program, the position of the through passage is determined based on factors that affect the stable standing of the solid (e.g., the position of the center of gravity of the solid), so by supporting the solid on a support body having such a through passage, the standing of the solid can be made more stable and wobbling and tipping can be more effectively prevented.
本発明によれば、造形対象物のぐらつきや転倒を抑制することができる。 The present invention makes it possible to prevent the object to be molded from wobbling or falling over.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は好ましい例示であり、本発明はこの例示に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the following embodiment is a preferred example, and the present invention is not limited to this example.
〔立体造形装置の動作環境〕
図1は、一実施形態の立体造形用データ生成プログラムにより生成された立体造形用データを用いて造形する立体造形装置40が動作する環境の一例を示す図である。
[Operating environment of 3D modeling device]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an environment in which a 3D modeling apparatus 40 operates, which models a 3D object using 3D modeling data generated by a 3D modeling data generation program according to an embodiment.
端末10は、立体造形装置40を利用するコンピュータであり、その内部に立体造形用データ生成プログラムが実装されている。立体造形装置40は、USBポートやシリアルポート等を介してプリンタサーバ30に接続されており、プリンタサーバ30との間でデータの送受信が可能である。プリンタサーバ30は、一般的なプリンタサーバと同様に、立体造形装置40に対するプリントジョブを管理/制御するコンピュータであり、有線又は無線のネットワーク20に接続されている。端末10は、立体物の造形を行う際に、プリント要求(造形要求)とともに、造形に用いられる立体造形用データを、ネットワーク20を介してプリンタサーバ30に送信する。 The terminal 10 is a computer that uses the 3D modeling device 40 and has a 3D modeling data generation program implemented therein. The 3D modeling device 40 is connected to the printer server 30 via a USB port, a serial port, etc., and is capable of sending and receiving data to and from the printer server 30. The printer server 30 is a computer that manages/controls print jobs for the 3D modeling device 40, similar to a typical printer server, and is connected to a wired or wireless network 20. When modeling a three-dimensional object, the terminal 10 transmits 3D modeling data used for modeling together with a print request (modeling request) to the printer server 30 via the network 20.
プリンタサーバ30は、端末10からのプリント要求を受信すると、これを1つのプリントジョブとしてキューに挿入するとともに、立体造形用データを受信する。立体造形装置40によりプリントジョブが開始されると、プリンタサーバ30は、立体造形用データを小出しにして立体造形装置40に送信する。このとき、立体造形装置40に送信されるデータ量は、プリンタサーバ30の内部に実装されている制御プログラムによって適量に調整される。1つのプリントジョブに対する立体造形用データが全て立体造形装置40に送り出され、立体造形装置40がこれらのデータによる動作を終えると、立体造形装置40はプリント(造形)を終了する。 When the printer server 30 receives a print request from the terminal 10, it inserts it into the queue as one print job and receives the 3D modeling data. When the print job is started by the 3D modeling device 40, the printer server 30 transmits the 3D modeling data to the 3D modeling device 40 in small amounts. At this time, the amount of data transmitted to the 3D modeling device 40 is appropriately adjusted by a control program implemented inside the printer server 30. When all the 3D modeling data for one print job has been sent to the 3D modeling device 40 and the 3D modeling device 40 has completed its operations using this data, the 3D modeling device 40 ends printing (modeling).
なお、図1においては、端末10がプリンタサーバ30を介して立体造形装置40を利用する場合の構成を例に挙げて説明したが、プリンタサーバ30を介さずに立体造形装置40を端末10に直接接続して利用したり、立体造形用データが格納されたUSBメモリやSDカード等の記憶媒体をセットして立体造形装置40を単独で(端末10から切断された状態で)利用したりすることも可能である。 In FIG. 1, the configuration is described as an example in which the terminal 10 uses the 3D modeling device 40 via the printer server 30. However, it is also possible to connect the 3D modeling device 40 directly to the terminal 10 without using the printer server 30, or to insert a storage medium such as a USB memory or an SD card that stores data for 3D modeling and use the 3D modeling device 40 independently (disconnected from the terminal 10).
〔立体造形用データ生成プログラムの動作環境〕
図2は、一実施形態の立体造形用データ生成プログラムが動作する環境の一例を示す図である。立体造形用データ生成プログラムは、上述したように端末10の内部に実装されている。
[Operating environment for the 3D modeling data generation program]
2 is a diagram showing an example of an environment in which the 3D modeling data generation program according to an embodiment operates. The 3D modeling data generation program is installed in the terminal 10 as described above.
端末10は、一般的なコンピュータの機能が搭載されたコンピュータであり、ハードウェアとしては、CPU11、RAM12、ネットワークインタフェース(I/F)13、HDD14の他、マウス、キーボード又はタッチパネル等の入力デバイス15や、液晶ディスプレイ等の表示デバイス16を備えている。また、ソフトウェアとしては、端末10には、立体形状を表すポリゴンの集合体からなるポリゴンデータ(例えば、STL形式のデータ)を出力する3Dモデリングソフト17、3Dモデリングソフト17から出力されたポリゴンデータに基づいて立体造形用データを生成する立体造形用データ生成ソフト100、端末10が立体造形装置40を利用する上で必要となるプリンタドライバ18等がインストールされている。ここで、立体造形用データ生成ソフト100は、いわゆる「スライサ(スライスソフト)」であり、一実施形態の立体造形用データ生成プログラムにより実装されている。 The terminal 10 is a computer equipped with the functions of a general computer, and includes, as hardware, a CPU 11, a RAM 12, a network interface (I/F) 13, a HDD 14, an input device 15 such as a mouse, a keyboard or a touch panel, and a display device 16 such as a liquid crystal display. As software, the terminal 10 is installed with 3D modeling software 17 that outputs polygon data (e.g., data in STL format) consisting of a collection of polygons that represent a three-dimensional shape, a three-dimensional modeling data generation software 100 that generates three-dimensional modeling data based on the polygon data output from the 3D modeling software 17, a printer driver 18 that is necessary for the terminal 10 to use the three-dimensional modeling device 40, and the like. Here, the three-dimensional modeling data generation software 100 is a so-called "slicer (slicing software)" and is implemented by a three-dimensional modeling data generation program of one embodiment.
3Dモデリングソフト17により出力されたポリゴンデータが立体造形用データ生成ソフト100に入力されると、立体造形用データ生成ソフト100は、ポリゴンデータにより形作られる立体形状を平板状にスライス(水平に切断)する処理を積層方向(高さ方向)に繰り返し行い、これにより生じた各層を形成するためのパスを決定して、決定したパスに沿って材料を吐出させるための命令データを次々と生成していく。そして、立体形状を構成する全ての層を形成するための命令データが生成されると、立体造形用データ生成ソフト100は、これらの命令データの集合体を立体造形用データ(例えば、G-Code形式のデータ)として出力する。立体形状の造形を行う際には、端末10は、プリンタドライバ18を介しネットワークインタフェース13を通して、プリント要求及び立体造形用データをプリンタサーバ30に送信する。 When the polygon data output by the 3D modeling software 17 is input to the 3D modeling data generation software 100, the 3D modeling data generation software 100 repeatedly slices (horizontally cuts) the 3D shape formed by the polygon data into flat plates in the stacking direction (height direction), determines the path for forming each layer resulting from this, and generates command data one after another for discharging material along the determined path. Then, when the command data for forming all layers that make up the 3D shape are generated, the 3D modeling data generation software 100 outputs a collection of these command data as 3D modeling data (for example, data in G-Code format). When forming a 3D shape, the terminal 10 transmits a print request and 3D modeling data to the printer server 30 via the printer driver 18 and the network interface 13.
なお、図2においては、立体造形装置40を利用する端末10に3Dモデリングソフト17がインストールされている場合の構成を例に挙げて説明したが、3Dモデリングソフト17は必ずしも端末10にインストールされている必要はなく、立体造形用データ生成ソフト100に対してポリゴンデータを入力可能な構成であればよい。また、端末10には、必要に応じてその他のソフトウェアや外部デバイス等が装備されていてもよい。 Note that in FIG. 2, an example of a configuration in which 3D modeling software 17 is installed on the terminal 10 that uses the 3D modeling device 40 has been described, but the 3D modeling software 17 does not necessarily have to be installed on the terminal 10, and it is sufficient if the configuration allows polygon data to be input to the 3D modeling data generation software 100. In addition, the terminal 10 may be equipped with other software, external devices, etc. as necessary.
また、上述したように、立体造形用データ生成ソフト100の実体は一実施形態の立体造形用データ生成プログラムであるため、以下の説明においては、立体造形用データ生成ソフト100を立体造形用データ生成プログラム100と称することとする。 As described above, the 3D modeling data generation software 100 is in essence a 3D modeling data generation program of one embodiment, so in the following description, the 3D modeling data generation software 100 will be referred to as the 3D modeling data generation program 100.
図3は、立体造形装置40における位置の管理方法を示す概略図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing a method for managing positions in the three-dimensional modeling device 40.
立体造形装置40は、筐体41の内部空間に立体物を造形する上で必要となる構成を備えている。先ず、内部空間の最下部には平坦な造形台42が設けられている。造形台42に材料MMが吐出されて、立体物を構成する複数の層が下の方から順に形成され、下位の層に上位の層が次々と重ねて形成されていくことにより、立体物OBが造形される。 The three-dimensional modeling device 40 has the components necessary to model a three-dimensional object in the internal space of the housing 41. First, a flat modeling table 42 is provided at the bottom of the internal space. Material MM is dispensed onto the modeling table 42, and multiple layers that make up the three-dimensional object are formed in order from the bottom up, with the upper layers being stacked on top of the lower layers in succession to form the three-dimensional object OB.
材料MMは、吐出ノズル44から下方へ吐出される。材料MMは、吐出ノズル44に供給される前の段階では紐状をなした固体のフィラメントの状態であるが、吐出ノズル44の内側に装備されているヒータにより吐出ノズル44から吐出される前に高温に加熱されて溶融し、流動化した状態で吐出される。吐出ノズル44は、支持アーム43により支持されており、支持アーム43の水平方向(図中のX,Y軸方向)及び高さ方向(図中のZ軸方向)への移動に伴って、内部空間内を移動可能に構成されている。なお、支持アーム43を水平方向にのみ移動可能とし、造形台42を高さ方向に移動可能に構成してもよい。或いは、造形台42を水平方向にも移動可能とし、材料MMの吐出位置を造形台42及び支持アーム43の移動により変更可能に構成してもよい。 The material MM is discharged downward from the discharge nozzle 44. Before being supplied to the discharge nozzle 44, the material MM is in the form of a solid filament in the form of a string, but is heated to a high temperature by a heater installed inside the discharge nozzle 44, melted, and discharged in a fluidized state before being discharged from the discharge nozzle 44. The discharge nozzle 44 is supported by the support arm 43, and is configured to be movable within the internal space as the support arm 43 moves in the horizontal direction (X-axis and Y-axis directions in the figure) and the height direction (Z-axis direction in the figure). Note that the support arm 43 may be configured to be movable only in the horizontal direction, and the modeling table 42 may be configured to be movable in the height direction. Alternatively, the modeling table 42 may be configured to be movable in the horizontal direction as well, and the discharge position of the material MM may be changed by moving the modeling table 42 and the support arm 43.
内部空間内の位置は、3次元の座標で管理されている。造形において用いられる立体造形用データには、材料MMを吐出して各層を形成する(塗り潰す)線を描く上で必要となる命令、具体的には、吐出ノズル44の移動先の座標や移動速度、材料MMの吐出量、吐出圧や吐出温度等を指示する命令が大量に羅列されている。なお、図3においては、座標をイメージし易くするために造形台42に格子状の線を付して示しているが、実際の造形台42にはこのような線は付されていない。また、立体造形装置40は、デルタ状に配置された2本で1ペアの軸3組の移動可能な部位に吐出ノズル44が支持されているタイプのもの(いわゆる「デルタ型3Dプリンタ」)であってもよい。 The position in the internal space is managed by three-dimensional coordinates. The 3D modeling data used in modeling lists a large number of commands required for drawing the lines that discharge the material MM to form (fill in) each layer, specifically, commands that specify the coordinates of the destination and movement speed of the discharge nozzle 44, the amount of material MM discharged, the discharge pressure, and the discharge temperature. In FIG. 3, the modeling table 42 is shown with grid lines to make it easier to visualize the coordinates, but the actual modeling table 42 does not have such lines. In addition, the 3D modeling device 40 may be of a type in which the discharge nozzle 44 is supported by three movable parts of a pair of axes arranged in a delta shape (a so-called "delta type 3D printer").
〔立体物の造形態様〕
図4は、立体造形用データ生成プログラム100により生成されたデータを用いて引張試験片を造形した直後の様子を示す図である。なお、発明の理解を容易とするために、これ以降の図面においては、図示の対象物を誇張して表しており、物体の形状や大きさ、物体間に設けられる隙間の大きさ、物体と隙間とのサイズ比等は、実際のものとは必ずしも対応していない。
[Shape of the three-dimensional object]
4 is a diagram showing a state immediately after a tensile test piece is modeled using data generated by the three-dimensional modeling data generation program 100. Note that in order to facilitate understanding of the invention, the objects shown in the drawings are exaggerated in size in the subsequent drawings, and the shapes and sizes of the objects, the sizes of the gaps between the objects, the size ratios between the objects and the gaps, and the like do not necessarily correspond to the actual ones.
図4中(A):立体物OBの造形直後の様子を示す斜視図である。図示された立体物OBは、ASTM D638の規格において規定されたダンベル状の引張試験片であり、試験片の引張方向に材料を積層して造形されている。また、立体物OBを厚み方向の両側から挟むようにして、立体物OBから僅かに離れた位置に2つの支持体SPが造形されている。図中では立体物OBの一部が支持体SPに隠れており全体形状を確認できないが、立体物OBは上下対称な形状をなしており、上端部及び下端部の幅の広い部位が、引張試験において掴まれる部位に相当する。 Figure 4 (A): A perspective view showing the state of a three-dimensional object OB immediately after it is formed. The three-dimensional object OB shown in the figure is a dumbbell-shaped tensile test piece defined in the ASTM D638 standard, and is formed by layering material in the tensile direction of the test piece. In addition, two supports SP are formed at positions slightly away from the three-dimensional object OB, sandwiching it from both sides in the thickness direction. In the figure, part of the three-dimensional object OB is hidden by the supports SP, so the overall shape cannot be confirmed, but the three-dimensional object OB has a shape that is symmetrical from top to bottom, and the wide parts at the upper and lower ends correspond to the parts that are gripped in the tensile test.
図4中(B):立体物OBの造形直後の様子を示す平面図である。立体物OBと支持体SPは一緒に造形され、個々の支持体SPの内部には、入口が上方に向き出口が側方に向いた貫通路THが1つ以上形成されている。貫通路THの出口は立体物OBに対向する面に設けられており、貫通路THの入口をなす層、すなわち貫通路THの上端を含む層(以下、「貫通路の最上流層」と称する場合がある。)の造形時に貫通路THに材料MMが流し込まれることで、材料MMが出口からはみ出して立体物OBの側面に付着する。立体物OBは、この部分を介してつながった支持体SPにより側方から支持されるため、起立の安定度が高められ、ぐらつきや転倒が抑制される。 Figure 4 (B): Plan view showing the state of the three-dimensional object OB immediately after it is formed. The three-dimensional object OB and the support body SP are formed together, and inside each support body SP, one or more through passages TH are formed, with the entrance facing upward and the exit facing sideways. The exit of the through passage TH is provided on the surface facing the three-dimensional object OB, and when the layer forming the entrance of the through passage TH, i.e., the layer including the upper end of the through passage TH (hereinafter sometimes referred to as the "upstream layer of the through passage"), is formed, the material MM is poured into the through passage TH, and the material MM overflows from the exit and adheres to the side of the three-dimensional object OB. The three-dimensional object OB is supported from the side by the support body SP connected through this part, which increases the stability of the upright object and reduces wobbling and tipping over.
ここで、貫通路THの入口が設けられた層は出口が設けられた層の後に造形されることから、貫通路THに材料MMを流し込む際には入口が設けられた層と出口が設けられた層との間に温度差が生じているため、貫通路から流し込まれた材料MMは立体物OBと一体化しにくい。したがって、造形後に、支持体OBを立体物から容易に除去することができる。図示された状態の立体物OBから2つの支持体SPが除去されると、立体物OBが完成する。 Here, the layer with the entrance of the through passage TH is modeled after the layer with the exit, so when the material MM is poured into the through passage TH, a temperature difference occurs between the layer with the entrance and the layer with the exit, and the material MM poured from the through passage does not easily become integrated with the three-dimensional object OB. Therefore, after modeling, the support body OB can be easily removed from the three-dimensional object. When the two supports SP are removed from the three-dimensional object OB in the illustrated state, the three-dimensional object OB is completed.
このように、立体物OBと併せて(一緒に、同時に)上記のような貫通路THを有した支持体SPを造形することにより、造形中における支持体SPによる立体物OBの確実な支持と、造形後における支持体SPの容易な除去とを両立させることができる。 In this way, by forming a support body SP having a through passage TH as described above together with the three-dimensional object OB (together, simultaneously), it is possible to achieve both reliable support of the three-dimensional object OB by the support body SP during the formation and easy removal of the support body SP after formation.
続いて、このような造形を行うためのデータを生成する立体造形用データ生成プログラム100の構成や主要な処理について説明する。 Next, we will explain the configuration and main processing of the 3D modeling data generation program 100, which generates data for such modeling.
〔立体造形用データ生成プログラムの構成〕
図5は、立体造形用データ生成プログラム100の構成例を示す機能ブロック図である。立体造形用データ生成プログラム100は、例えば、各種設定部110、立体形状入力部120、立体形状分析部130、サポート形状決定部140、形状切断部150、温度予測部160、断面形状分析部170、パス決定部180及び生成データ出力部190等で構成されている。
[Configuration of the program for generating data for 3D modeling]
5 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the 3D modeling data generation program 100. The 3D modeling data generation program 100 includes, for example, a various setting unit 110, a 3D shape input unit 120, a 3D shape analysis unit 130, a support shape determination unit 140, a shape cutting unit 150, a temperature prediction unit 160, a cross-sectional shape analysis unit 170, a path determination unit 180, and a generated data output unit 190.
各種設定部110は、立体造形用データ生成プログラムが機能する上で必要となる各種の閾値やパラメータ値(例えば、吐出する材料の幅(太さ、吐出量)の範囲、各種の温度(庫内温度、造形台42の温度、吐出ノズル44の内部温度)等)、描く形状のパターン等を予め設定する。また、各種設定部110は、ユーザ向けの設定画面を提供し、設定画面を介してユーザにより設定された内容を端末10の内部記憶領域(HDD14)に格納する。 The various setting unit 110 presets various thresholds and parameter values (e.g., the range of width (thickness, amount of material discharged), various temperatures (temperature inside the chamber, temperature of the modeling table 42, internal temperature of the discharge nozzle 44), patterns of shapes to be drawn, etc.) required for the 3D modeling data generation program to function. The various setting unit 110 also provides a setting screen for the user, and stores the contents set by the user via the setting screen in the internal memory area (HDD 14) of the terminal 10.
立体形状入力部120は、立体形状を形作るポリゴンデータを入力する。より具体的には、立体形状入力部120は、3D-CAD等の3Dモデリングソフトにより出力されたポリゴンデータを読み込む。ポリゴンデータは、端末10からアクセス可能な記憶領域(例えば、HDD14や別途接続された外部記憶媒体等)に格納されている。 The three-dimensional shape input unit 120 inputs polygon data that forms a three-dimensional shape. More specifically, the three-dimensional shape input unit 120 reads polygon data output by 3D modeling software such as 3D-CAD. The polygon data is stored in a storage area accessible from the terminal 10 (for example, the HDD 14 or a separately connected external storage medium, etc.).
立体形状分析部130は、立体形状入力部120に入力されたポリゴンデータにより形作られる立体物の形状を分析する。 The three-dimensional shape analysis unit 130 analyzes the shape of a three-dimensional object formed by the polygon data input to the three-dimensional shape input unit 120.
サポート形状決定部140は、立体形状分析部130による分析結果に基づいて、造形対象の立体物を支えるために造形する支持体の形状や位置、支持体の内部に形成する貫通路の形状、位置、個数等を決定する。また、サポート形状決定部140は、後述する温度予測部160からのフィードバックを受けて、必要に応じて貫通路の形状等を調整する。 Based on the analysis results by the three-dimensional shape analysis unit 130, the support shape determination unit 140 determines the shape and position of the support to be formed to support the three-dimensional object to be formed, and the shape, position, number, etc. of the through passages to be formed inside the support. In addition, the support shape determination unit 140 receives feedback from the temperature prediction unit 160 (described later) and adjusts the shape, etc. of the through passages as necessary.
形状切断部150は、立体形状入力部120に入力されたポリゴンデータにより形作られる立体物の形状と、サポート形状決定部140により決定された支持体の形状とを合わせた全体としての立体形状を、複数の平板形状に(高さの異なる複数の位置で水平に)切断し、積層方向(高さ方向)に積み重ねられた複数の層に分割する。 The shape cutting unit 150 cuts the overall three-dimensional shape, which is a combination of the shape of the three-dimensional object formed by the polygon data input to the three-dimensional shape input unit 120 and the shape of the support body determined by the support shape determination unit 140, into multiple flat plate shapes (horizontally at multiple positions of different heights) and divides it into multiple layers stacked in the stacking direction (height direction).
温度予測部160は、形状切断部150により分割された複数の層の各形状から貫通路が含まれる(貫通路をなす)各層の造形時間を概算して、時間の経過に伴う各層の温度低下を予測する。より具体的には、温度予測部160は、概算された造形時間と造形に関する各種の温度とに基づいて貫通路の最上流層の造形時における貫通路の出口をなす層(以下、「貫通路の最下流層」と称する。)と貫通路の最上流層との温度差を予測し、予測した温度差が十分であるか否かを判定して、結果をサポート形状決定部140にフィードバックする。 The temperature prediction unit 160 estimates the molding time of each layer that includes a through passage (constitutes a through passage) from the shapes of each of the multiple layers divided by the shape cutting unit 150, and predicts the temperature drop of each layer over time. More specifically, the temperature prediction unit 160 predicts the temperature difference between the layer that forms the exit of the through passage during molding of the most upstream layer of the through passage (hereinafter referred to as the "most downstream layer of the through passage") based on the estimated molding time and various temperatures related to molding, determines whether the predicted temperature difference is sufficient, and feeds back the result to the support shape determination unit 140.
断面形状分析部170は、形状切断部150により切断された各断面の形状、言い換えると、分割された立体物及び支持体の各層の形状を分析する。 The cross-sectional shape analysis unit 170 analyzes the shape of each cross section cut by the shape cutting unit 150, in other words, the shape of each layer of the divided three-dimensional object and support.
パス決定部180は、断面形状分析部170により分析された結果等を踏まえて、各層を形成するための材料を吐出する経路、経路を辿る上での順序や方向や速度、材料の吐出幅や吐出量等、経路に関する詳細事項(以下、これらをまとめて「パス」と略称する。)を決定し、決定したパスに応じた命令データを生成する。また、パス決定部180は、貫通路の最上流層を造形した後に貫通路に材料を流し込む命令データを生成する。 Based on the results of the analysis by the cross-sectional shape analysis unit 170, the path determination unit 180 determines the path for discharging the material to form each layer, the order, direction, and speed of following the path, the width and amount of material to be discharged, and other details regarding the path (hereinafter, these are collectively referred to as "paths"), and generates command data according to the determined path. The path determination unit 180 also generates command data to pour material into the through passage after the uppermost layer of the through passage has been formed.
生成データ出力部190は、パス決定部180により生成された命令データの集合体、すなわち立体造形用データを出力する。 The generated data output unit 190 outputs a collection of command data generated by the path determination unit 180, i.e., data for three-dimensional modeling.
なお、上述した例においては、貫通路が含まれる各層の造形時間を温度予測部160が概算しているが、これに代えて、各層の造形時間をパス決定部180がより正確に算出し、これに基づいて温度予測部160が貫通路の最上流層の造形時における貫通路の最下流層との温度差を予測してもよい。このような構成においては、予測された温度差に応じてサポート形状決定部140が貫通路の形状を調整した場合には、パス決定部180が貫通路を含む層のパスを再決定(修正)しなければならないが、貫通路の最上流層の造形時における貫通路の最上流層と最下流層との温度差をより正確に予測して、貫通路に流し込む材料と立体物との一体化をより確実に防止することが可能となる。 In the above example, the temperature prediction unit 160 estimates the modeling time for each layer that includes the through passage. Alternatively, the path determination unit 180 may more accurately calculate the modeling time for each layer, and based on this, the temperature prediction unit 160 may predict the temperature difference between the most upstream layer of the through passage and the most downstream layer of the through passage when modeling the most upstream layer of the through passage. In such a configuration, when the support shape determination unit 140 adjusts the shape of the through passage according to the predicted temperature difference, the path determination unit 180 must re-determine (correct) the path of the layer that includes the through passage. However, it is possible to more accurately predict the temperature difference between the most upstream layer and the most downstream layer of the through passage when modeling the most upstream layer of the through passage, and more reliably prevent the material poured into the through passage from being integrated with the three-dimensional object.
〔立体造形用データ生成処理〕
図6は、立体造形用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。立体造形用データ生成処理は、立体造形装置40を利用して立体物を造形する際に必要となる立体造形用データを生成するための処理である。
[3D modeling data generation process]
6 is a flowchart showing an example of a procedure of the 3D modeling data generation process. The 3D modeling data generation process is a process for generating 3D modeling data required when forming a 3D object using the 3D modeling device 40.
フローチャートに示される各ステップを実行するのは立体造形用データ生成プログラム100であるが、立体造形用データ生成プログラム100を動作させる主体は端末10のCPU11であり、厳密にはCPU11が、立体造形用データ生成プログラム100を構成する各機能部110~190に各ステップを実行させる。以下、手順例に沿って説明する。 The steps shown in the flowchart are executed by the 3D modeling data generation program 100, but the main body that operates the 3D modeling data generation program 100 is the CPU 11 of the terminal 10, and strictly speaking, the CPU 11 causes each of the functional units 110 to 190 that make up the 3D modeling data generation program 100 to execute each step. An example procedure will be described below.
ステップS10:CPU11が、立体形状入力部120に立体形状入力処理を実行させる。この処理では、立体形状入力部120が、造形対象とする立体物の形状を形作るポリゴンデータを読み込む。 Step S10: The CPU 11 causes the three-dimensional shape input unit 120 to execute a three-dimensional shape input process. In this process, the three-dimensional shape input unit 120 reads polygon data that forms the shape of the three-dimensional object to be modeled.
ステップS20:CPU11が、立体形状分析部130に立体形状分析処理を実行させる。この処理では、立体形状分析部130が、ステップS10で読み込まれたポリゴンデータにより形作られる立体物の形状を分析し、立体物の安定的な起立に影響し得る要素(例えば、立体物の重心位置、突出した部位における重心位置、又は、立体物の体積の中心位置等)を割り出す。 Step S20: The CPU 11 causes the three-dimensional shape analysis unit 130 to execute a three-dimensional shape analysis process. In this process, the three-dimensional shape analysis unit 130 analyzes the shape of the three-dimensional object formed by the polygon data loaded in step S10, and determines factors that may affect the stable standing of the three-dimensional object (for example, the position of the center of gravity of the three-dimensional object, the position of the center of gravity of a protruding part, or the position of the center of the volume of the three-dimensional object, etc.).
ステップS30:CPU11が、サポート形状決定部140にサポート形状決定処理を実行させる。この処理では、サポート形状決定部140が、ステップS20で割り出された要素を踏まえて、支持体の形状及び位置、支持体の内部に形成する貫通路の形状やその出入口の高低差、貫通路に流し込む材料の体積(量)、形成する貫通路の個数及びそれらの高さ方向における位置等を決定する。貫通路に流し込む材料の量は、貫通路の容積に加え、貫通路の出口とこれに対向する立体物との間の隙間の大きさを踏まえて、立体物と支持体とを繋ぎうる必要十分な量に決定される。 Step S30: The CPU 11 causes the support shape determination unit 140 to execute a support shape determination process. In this process, the support shape determination unit 140 determines the shape and position of the support, the shape of the through passage to be formed inside the support and the elevation difference of its entrance and exit, the volume (amount) of material to be poured into the through passage, the number of through passages to be formed and their positions in the height direction, etc., based on the elements determined in step S20. The amount of material to be poured into the through passage is determined to be a necessary and sufficient amount to connect the three-dimensional object and the support, based on the volume of the through passage as well as the size of the gap between the exit of the through passage and the three-dimensional object facing it.
なお、ステップS30において、サポート形状決定部140は、支持体の内部に形成する貫通路の形状として、予めパターン化された複数の貫通路の形状からいずれかを選択して適用してもよい。この場合には、貫通路に流し込む材料の体積は、選択されたパターンに応じた一定の量となる。 In step S30, the support shape determination unit 140 may select and apply one of a number of pre-patterned through-path shapes as the shape of the through-path to be formed inside the support. In this case, the volume of material poured into the through-path is a fixed amount according to the selected pattern.
ステップS40:CPU11が、形状切断部150に形状切断処理を実行させる。この処理では、形状切断部150が、ステップS10で読み込まれたポリゴンデータにより形作られる立体物の形状とステップS30で決定された支持体の形状とを合わせた全体としての立体形状を平板状(水平)に切断する処理を積層方向(高さ方向)に繰り返す。 Step S40: The CPU 11 causes the shape cutting unit 150 to execute a shape cutting process. In this process, the shape cutting unit 150 repeats the process of cutting the overall three-dimensional shape, which is a combination of the shape of the three-dimensional object formed by the polygon data read in step S10 and the shape of the support body determined in step S30, into a flat plate (horizontally) in the stacking direction (height direction).
ステップS50:CPU11が、温度予測部160及びサポート形状決定部140に貫通路形状調整処理を実行させる。この処理では、先ず、温度予測部160が、ステップS40での切断によって生成された各層の形状から貫通路が含まれる各層の造形時間を概算し、これに立体造形装置40の庫内温度や吐出ノズル44の内部温度(材料を温めるヒータの温度)等を踏まえて、貫通路の最上流層の造形時に貫通路の最下流層の温度がどの程度まで低下しているか(貫通路の最下流層と最上流層との間の温度差がどの程度であるか)を予測し、予測された温度差と温度差に関して予め設定された閾値との比較により温度差が十分であるか否かを判定して、その結果をサポート形状決定部140にフィードバックする。 Step S50: The CPU 11 causes the temperature prediction unit 160 and the support shape determination unit 140 to execute a through passage shape adjustment process. In this process, the temperature prediction unit 160 first estimates the modeling time for each layer containing a through passage from the shape of each layer generated by cutting in step S40, and then predicts the extent to which the temperature of the downstream layer of the through passage will drop when the upstream layer of the through passage is modeled (the temperature difference between the downstream layer and the upstream layer of the through passage) based on the internal temperature of the three-dimensional modeling device 40 and the internal temperature of the discharge nozzle 44 (the temperature of the heater that warms the material), and then compares the predicted temperature difference with a preset threshold value for the temperature difference to determine whether the temperature difference is sufficient, and feeds back the result to the support shape determination unit 140.
続いて、サポート形状決定部140が、温度予測部160により温度差が不十分であると判定された場合、すなわち貫通路の最上流層の造形時に貫通路の最下流層が十分に冷えていないと判定された場合に、貫通路の形状(特に、貫通路の最上流層と最下流層との間の高さ(層数))等を調整し、これに応じて貫通路に関するその他のパラメータ(例えば、流し込む材料の体積等)を調整する。このような調整を加えることにより、造形時に、最下流層が十分に冷えた貫通路に材料を流し込むことが可能となる。 Next, if the temperature prediction unit 160 determines that the temperature difference is insufficient, i.e., if it is determined that the downstream layer of the through passage is not sufficiently cooled when the upstream layer of the through passage is being modeled, the support shape determination unit 140 adjusts the shape of the through passage (particularly the height (number of layers) between the upstream and downstream layers of the through passage), etc., and adjusts other parameters related to the through passage accordingly (e.g., the volume of material to be poured, etc.). By making such adjustments, it becomes possible to pour material into a through passage whose downstream layer has been sufficiently cooled during modeling.
ステップS60:CPU11が、断面形状分析部170に処理の対象とする層を更新させる。具体的には、断面形状分析部170が、ステップS40で立体形状が切断されたことにより生じた複数の層を下から順に1つずつ、後続する処理(ステップS70)の対象としてセットする。したがって、ステップS60が最初に実行される際には、立体形状の最も下の層が処理の対象としてセットされる。 Step S60: The CPU 11 causes the cross-sectional shape analysis unit 170 to update the layer to be processed. Specifically, the cross-sectional shape analysis unit 170 sets the multiple layers resulting from cutting the three-dimensional shape in step S40, one by one from the bottom up, as the target for subsequent processing (step S70). Therefore, when step S60 is executed for the first time, the bottommost layer of the three-dimensional shape is set as the target for processing.
ステップS70:CPU11が、断面形状分析部170及びパス決定部180に層造形用データ生成処理を実行させる。この処理では、断面形状分析部170が、ステップS60で対象としてセットされた層(以下、「対象層」と称する。)の形状を分析した上で、パス決定部180が、対象層を造形するために最適化した命令データを生成する。なお、層造形用データ生成処理の詳細については、別の図面を用いてさらに後述する。 Step S70: The CPU 11 causes the cross-sectional shape analysis unit 170 and the path determination unit 180 to execute a layer modeling data generation process. In this process, the cross-sectional shape analysis unit 170 analyzes the shape of the layer set as the target in step S60 (hereinafter referred to as the "target layer"), and the path determination unit 180 generates command data optimized for modeling the target layer. Details of the layer modeling data generation process will be described further below using another drawing.
ステップS80:CPU11が、断面形状分析部170に未処理の層、すなわち未だ層造形用データ生成処理(ステップS70)の対象とされていない層が残っているか否かを確認させる。未処理の層が残っている場合には(ステップS80:Yes)、CPU11はステップS60に戻り、以降のステップを繰り返し実行する。一方、未処理の層が残っていない場合には(ステップS80:No)、CPU11はステップS90に進む。 Step S80: The CPU 11 causes the cross-sectional shape analysis unit 170 to check whether any unprocessed layers remain, i.e., whether any layers have not yet been subjected to the layer modeling data generation process (step S70). If any unprocessed layers remain (step S80: Yes), the CPU 11 returns to step S60 and repeats the subsequent steps. On the other hand, if no unprocessed layers remain (step S80: No), the CPU 11 proceeds to step S90.
ステップS90:CPU11は、生成データ出力部190に生成データ出力処理を実行させる。この処理では、生成データ出力部190は、立体形状を構成する全ての層を対象としてステップS70が実行されたことにより生成された命令データの集合体を、立体造形用データとして出力する。 Step S90: The CPU 11 causes the generated data output unit 190 to execute a generated data output process. In this process, the generated data output unit 190 outputs, as data for 3D modeling, a collection of command data generated by executing step S70 for all layers that make up the 3D shape.
以上の手順を終えると、CPU11は、造形対象の立体物及びこれを支持する支持体についての立体造形用データの生成を終了する。 When the above steps are completed, the CPU 11 ends the generation of data for the three-dimensional modeling of the three-dimensional object to be modeled and the support that supports it.
なお、上記の手順例はあくまで一例であり、これに限定されない。例えば、上記の手順例においては、サポート形状決定処理(ステップS30)で支持体の形状及び位置に加えて、支持体の内部に形成する貫通路に関する決定も行い、形状切断処理(ステップS40)で切断された各層の形状を踏まえて、貫通路形状調整処理(ステップS50)で貫通路の最上流層と最下流層との間の温度差を予測し必要に応じて貫通路の形状を調整しているが、これに代えて、サポート形状決定処理(ステップS30)では貫通路の形状は決定しないでおき、貫通路形状調整処理(ステップS50)で温度予測結果を踏まえて十分に冷えた位置に貫通路の下部がくるように貫通路の形状を決定してもよい。 Note that the above procedure is merely an example and is not limited to this. For example, in the above procedure, in addition to the shape and position of the support, the support shape determination process (step S30) also determines the through passage to be formed inside the support, and the through passage shape adjustment process (step S50) predicts the temperature difference between the most upstream and most downstream layers of the through passage based on the shape of each layer cut in the shape cutting process (step S40) and adjusts the shape of the through passage as necessary. Alternatively, the shape of the through passage may not be determined in the support shape determination process (step S30), and the through passage shape adjustment process (step S50) may determine the shape of the through passage so that the lower part of the through passage is located in a sufficiently cooled position based on the temperature prediction result.
〔層造形用データ生成処理〕
図7は、層造形用データ生成処理の手順例を示すフローチャートである。層造形用データ生成処理は、立体造形用データ生成処理の過程(図6中のステップS70)で実行される。以下、手順例に沿って説明する。
[Data generation process for layered modeling]
7 is a flowchart showing an example of the procedure of the layer-modeling data generation process. The layer-modeling data generation process is executed during the 3D modeling data generation process (step S70 in FIG. 6). The procedure will be described below along with the example.
ステップS71:CPU11が、断面形状分析部170に断面形状を分析させる。より具体的には、断面形状分析部170が、対象層における立体物及び支持体の形状を分析する。 Step S71: The CPU 11 causes the cross-sectional shape analysis unit 170 to analyze the cross-sectional shape. More specifically, the cross-sectional shape analysis unit 170 analyzes the shapes of the three-dimensional object and the support in the target layer.
ステップS72:CPU11が、パス決定部180にパスを決定させる。より具体的には、パス決定部180が、ステップS71で分析された対象層の形状等を踏まえて、対象層を造形するためのパス、すなわち経路(吐出ノズル44の移動路)やその経路における材料の吐出量(積層ピッチ)や移動速度、経路に沿って線を描く順序(吐出ノズル44が各経路を移動する順序)等を決定する。 Step S72: The CPU 11 causes the path determination unit 180 to determine a path. More specifically, the path determination unit 180 determines the path for forming the target layer, i.e., the path (the movement path of the discharge nozzle 44), the amount of material discharged on that path (layer pitch), the movement speed, the order in which lines are drawn along the path (the order in which the discharge nozzle 44 moves along each path), etc., based on the shape of the target layer analyzed in step S71.
なお、貫通路を含む層に対して、貫通路及びその周辺部をなす線においては充填率を100%としつつ、その他の線においては充填率を下げて描くように(例えば、線を井桁状に描いて多少の隙間が生じるように)パスを決定してもよい。これにより、造形時に、貫通路の周辺は材料で完全に満たされて隙間が生じないため、貫通路に流し込んだ材料が隙間から漏れ出すのを未然に防ぐことができる。また、貫通路を含む各層において、貫通路をなす線を他の線より先に描くようにパスを決定してもよい。これにより、造形時に、貫通路をなす材料の温度をより早く低下させることが可能となる。 For layers that include through passages, the path may be determined so that the filling rate of the lines that form the through passages and their surroundings is 100%, while the filling rate of the other lines is reduced (for example, the lines are drawn in a crisscross pattern, leaving some gaps). This ensures that the area around the through passage is completely filled with material during modeling, leaving no gaps, and it is possible to prevent the material poured into the through passage from leaking out through the gaps. Also, for each layer that includes through passages, the path may be determined so that the lines that form the through passages are drawn before the other lines. This makes it possible to reduce the temperature of the material that forms the through passages more quickly during modeling.
ステップS73:CPU11が、パス決定部180に、対象層が支持体の内部に形成される貫通路の最上流層に該当するか否かを確認させる。対象層が貫通路の最上流層に該当する場合には(ステップS73:Yes)、CPU11はステップS74に進む。一方、対象層が貫通路の最上流層に該当しない場合には(ステップS73:No)、CPU11はS75に進む。 Step S73: The CPU 11 causes the path determination unit 180 to check whether the target layer corresponds to the most upstream layer of the through passage formed inside the support. If the target layer corresponds to the most upstream layer of the through passage (step S73: Yes), the CPU 11 proceeds to step S74. On the other hand, if the target layer does not correspond to the most upstream layer of the through passage (step S73: No), the CPU 11 proceeds to S75.
ステップS74:CPU11は、貫通路の最上流層を造形し終えた後に貫通路に材料を流し込む命令を追加する。この命令において、貫通路に流し込む材料の体積には、サポート形状決定部140により事前に決定された体積、具体的には、図6中のステップS30,50で決定又は調整された体積が適用される。 Step S74: The CPU 11 adds a command to pour material into the through passage after completing the modeling of the most upstream layer of the through passage. In this command, the volume of material to be poured into the through passage is the volume determined in advance by the support shape determination unit 140, specifically, the volume determined or adjusted in steps S30 and 50 in FIG. 6.
ステップS75:CPU11が、パス決定部180に命令データ生成処理を実行させる。この処理では、パス決定部180が、ステップS72で決定されたパス及びステップS74で追加された命令に対応する命令データを生成する。 Step S75: The CPU 11 causes the path determination unit 180 to execute a command data generation process. In this process, the path determination unit 180 generates command data corresponding to the path determined in step S72 and the command added in step S74.
以上の手順を終えると、CPU11は、1つの層(対象層)に対する命令データの生成を終了する。この手順が、全ての層に対して繰り返し実行される。 When the above steps are completed, the CPU 11 ends the generation of command data for one layer (target layer). This procedure is then repeated for all layers.
〔貫通路の造形態様〕
図8は、支持体SPの内部に形成される貫通路THについて説明する図である。
[Design of the passageway]
FIG. 8 is a diagram illustrating the through passage TH formed inside the support body SP.
図8中(A):貫通路THの伸長方向における形状を示す垂直断面図(図4中のVIIIA-VIIIAに沿う断面図)である。支持体SPの内部には、上方に向いた入口HIから側方に向いた出口HOまでの間を略L字状に貫通した貫通路THが形成されている。L字形状の貫通路THの全体としての高さLTは、例えば、出口HOの高さLHの約2~2.5倍(図示の例においては、2倍)に設定されている。なお、貫通路THの高さLTはこれに限定されず、貫通路THの形状に応じて様々に異なる寸法となりうる。 8A: A vertical cross-sectional view showing the shape of the through passage TH in the extension direction (cross-sectional view taken along VIII A -VIII A in FIG. 4). Inside the support SP, a through passage TH is formed that penetrates in a substantially L-shape from an inlet HI facing upward to an outlet HO facing sideways. The overall height L T of the L-shaped through passage TH is set to, for example, about 2 to 2.5 times (2 times in the illustrated example) the height L H of the outlet HO. The height L T of the through passage TH is not limited to this, and may be variously different dimensions depending on the shape of the through passage TH.
図8中(B):貫通路THの径方向における形状(以下、「断面形状」と称する。)を示す垂直断面図(図4中のVIIIB-VIIIBに沿う断面図)である。例えば、貫通路THの断面形状が図4中(B)に示されるように略円形の場合には、貫通路を含む層を造形する際に、描く線を直下の層で描かれた線から徐々にずらしたり45度以下の傾斜で徐々にオーバーハングさせたりすることにより、断面形状が略円形となるように造形される。図示の例においては、吐出孔の断面が略円形で内径が0.4mmの吐出ノズルを用いて積層ピッチ0.1mmで貫通路が造形されている。貫通路THの断面の高さLHすなわち出口HOの高さLH、及び、断面の幅LWは、例えば、0.4~0.6mm程度に設定される。 FIG. 8B: A vertical cross-sectional view (cross-sectional view taken along VIII B -VIII B in FIG. 4) showing the radial shape of the through passage TH (hereinafter referred to as the "cross-sectional shape"). For example, when the cross-sectional shape of the through passage TH is substantially circular as shown in FIG. 4B, the cross-sectional shape is formed to be substantially circular by gradually shifting the drawn line from the line drawn in the layer immediately below or gradually overhanging it at an inclination of 45 degrees or less when forming the layer including the through passage. In the illustrated example, the through passage is formed at a layer pitch of 0.1 mm using a discharge nozzle with a substantially circular cross section and an inner diameter of 0.4 mm. The height LH of the cross section of the through passage TH, i.e., the height LH of the outlet HO, and the width LW of the cross section are set to, for example, about 0.4 to 0.6 mm.
なお、貫通路THの断面形状や太さは一定である必要はなく、貫通路THの位置により異なっていてもよい。また、貫通路THの断面形状は、略円形に限定されず、例えば、略矩形、略三角形、略楕円形等、状況に応じて適宜変更が可能である。 The cross-sectional shape and thickness of the through passage TH do not need to be constant, and may vary depending on the position of the through passage TH. In addition, the cross-sectional shape of the through passage TH is not limited to being approximately circular, and can be changed as appropriate depending on the situation, for example, to be approximately rectangular, approximately triangular, approximately elliptical, etc.
図8中(C):造形対象の立体物OBと、これを支持するための支持体SPと、吐出ノズル44とを、図8中(A)と同じ方向に切断して、貫通路THに材料MMが流し込まれる様子を表している。立体物OBと支持体SPとの間の間隔LSは、FFF方式による造形時に生じうる寸法誤差を超える大きさ(例えば、0.3mm程度)に設定される。 8C: The three-dimensional object OB to be molded, the support SP for supporting it, and the discharge nozzle 44 are cut in the same direction as in FIG. 8A, and the material MM is poured into the through passage TH. The distance LS between the three-dimensional object OB and the support SP is set to a value (e.g., about 0.3 mm) that exceeds the dimensional error that may occur during molding by the FFF method.
立体物OB及び支持体SPは一緒に造形されていき、支持体SPの内部に形成される貫通路THの上端を含む最上流層LTの造形を終えると、吐出ノズル44の先端で入口HIを塞ぎつつ吐出孔46を入口HIの中心に合わせるようにして吐出ノズル44が移動する。そして、層の造形時よりも内圧を高めた状態で吐出孔46から材料MMが勢いよく吐出されることで、材料MMは、貫通路THに概ね充填されたのち出口HOからはみ出して、貫通路THからつながった状態で立体物OBの側面に付着して、時間の経過とともに冷えて固化する。 The three-dimensional object OB and the support body SP are molded together, and when the molding of the most upstream layer LT, which includes the upper end of the through passage TH formed inside the support body SP, is completed, the nozzle 44 moves so that the nozzle hole 46 is aligned with the center of the inlet HI while blocking the inlet HI with its tip. Then, the material MM is forcefully ejected from the nozzle hole 46 with the internal pressure higher than when the layer was molded, so that the material MM fills the through passage TH mostly, then overflows from the outlet HO, and adheres to the side of the three-dimensional object OB while connected to the through passage TH, where it cools and solidifies over time.
このとき、立体物OBにおける材料MMが付着した層は、貫通路THの下部をなす層と概ね同時期に造形されていることから、貫通路THに材料MMを流し込む時点では、既に十分に冷えているため、付着した材料MMは、固化しても立体物OBにおけるこれらの層と一体化しにくい。したがって、造形中には、支持体SPにより立体物OBを支持してぐらつきや転倒を抑制することができ、造形後には、支持体SPを立体物OBから容易に除去することができる。 At this time, the layer of the three-dimensional object OB to which the material MM is attached is formed at roughly the same time as the layer forming the lower part of the through passage TH, and therefore is already sufficiently cooled by the time the material MM is poured into the through passage TH, so that the attached material MM does not easily become integrated with these layers of the three-dimensional object OB even when it solidifies. Therefore, during modeling, the support body SP can support the three-dimensional object OB and prevent it from wobbling or tipping over, and after modeling, the support body SP can be easily removed from the three-dimensional object OB.
図9は、貫通路THの形状の様々な変形例を示す図である。
上述した貫通路THは伸長方向に略L字形状をなしていたが、貫通路THの形状はこれに限定されない。貫通路THは、少なくとも、材料MMの入口が出口よりも高い位置に設けられており、かつ、出口が立体物に対向する位置に設けられていればよい。
FIG. 9 is a diagram showing various modified examples of the shape of the through passage TH.
Although the through passage TH described above has a substantially L-shape in the extension direction, the shape of the through passage TH is not limited to this. The through passage TH only needs to have at least an inlet for the material MM at a position higher than an outlet, and an outlet at a position facing the three-dimensional object.
例えば、図9中(A)に示されるように、貫通路THにおける屈曲した部位を直角状に代えて傾斜状に形成してもよいし、図9中(B)に示されるように、上方から側方に向かって直線状に貫通させた形状としてもよい。また、図9中(C)に示されるように、立体物OBが下向きに傾斜する形状をなしている場合には、これに対向するように支持体SPを上向きに傾斜した形状とし、その内部に略J字形状の貫通路THを形成して、立体物OBの側面に対して下方から材料MMを付着させてもよい。なお、図示を省略するが、貫通路THはその途中で二股以上に分岐していてもよい。また、いずれの形状の貫通路THにおいても、その断面形状(太さ)は一定でなくてもよい。 For example, as shown in FIG. 9A, the bent portion of the through passage TH may be formed to be inclined instead of right-angled, or as shown in FIG. 9B, the through passage TH may be formed to be linearly penetrating from above to the side. Also, as shown in FIG. 9C, when the three-dimensional object OB has a shape that inclines downward, the support body SP may be formed to be inclined upward so as to face it, and a roughly J-shaped through passage TH may be formed inside it, and the material MM may be applied to the side of the three-dimensional object OB from below. Although not shown in the figure, the through passage TH may be branched into two or more branches along the way. In addition, in any shape of the through passage TH, the cross-sectional shape (thickness) may not be constant.
図10は、貫通路THの上端部をザグリ形状にする場合の使い方を説明する図である。
図10中(A)に示されるように、貫通路THの上端部にザグリCBが形成される場合には、ザグリCBを含む層の造形を終えた後に貫通路THに材料MMが流し込まれる。このような形状とすることにより、造形時に、ザグリCBを用いて吐出ノズル44の内圧調整を行うことができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of using the through passage TH when the upper end portion thereof is formed in a countersunk shape.
10A, when a countersink CB is formed at the upper end of the through passage TH, the material MM is poured into the through passage TH after the modeling of the layer including the countersink CB is completed. By forming the through passage TH in this manner, the internal pressure of the discharge nozzle 44 can be adjusted using the countersink CB during modeling.
具体的には、先ず、図10中(B)に示されるように、吐出ノズル44の先端で入口HIを塞ぐようにした状態で、層の造形時よりも内圧を高めて吐出孔46から材料MMが勢いよく吐出されることで、貫通路THに材料MMが充填される。その後で、吐出ノズル44を少し上に移動させ、図10中(C)に示されるように、ザグリCBを埋めるように内圧を下げながら材料MMを吐出することにより、次層の造形を開始するまでの間に吐出ノズル44の内圧を層の造形に適した内圧に戻すことが可能となる。 Specifically, first, as shown in FIG. 10B, with the tip of the discharge nozzle 44 blocking the inlet HI, the internal pressure is increased from that during the formation of the layer and the material MM is forcefully discharged from the discharge hole 46, filling the through passage TH with the material MM. After that, the discharge nozzle 44 is moved slightly upward, and as shown in FIG. 10C, the material MM is discharged while decreasing the internal pressure so as to fill the countersunk hole CB, making it possible to return the internal pressure of the discharge nozzle 44 to an internal pressure suitable for forming the layer before starting to form the next layer.
図11は、宙に浮いた部位を造形する際にその部位を支える土台となる、いわゆる一般的なサポート領域を支持体SPと捉え、そのような支持体SPの内部に貫通路THを形成した例を示す図である。視認性を考慮し、図11においては立体物OBを網かけして示している。 Figure 11 shows an example in which a support SP is a so-called general support area that serves as a base for supporting a part suspended in air when modeling the part, and a through passage TH is formed inside such a support SP. For visibility, the three-dimensional object OB is shown shaded in Figure 11.
例えば、図11中(A)に示されるように、上方に伸びる柱状の部位の途中から腕状の部位が右方に伸びる、いわば略トの字形状をなした立体物OBを造形する場合には、通常、腕状の部位を下から支える支持体SPが造形される。そのような支持体SPにおいて、図11中(B)に示されるように、内部に貫通路THを形成し、貫通路THの上端を含む最上流層LTの造形後に材料MMを貫通路THに流し込むことにより、材料MMが貫通路THの出口からはみ出し、立体物OBの柱状の部位の側面に付着して固化する。これにより、上方に伸びる柱状の部位の造形中に、支持体SPが当該部位を側方から支持することができ、当該部位の起立を安定させてぐらつきや転倒を抑制することができる。 For example, as shown in FIG. 11 (A), when forming a three-dimensional object OB having an arm-like portion extending to the right from the middle of a columnar portion extending upward, in other words a roughly U-shaped object, a support body SP is usually formed to support the arm-like portion from below. In such a support body SP, as shown in FIG. 11 (B), a through passage TH is formed inside, and after forming the uppermost layer LT including the upper end of the through passage TH, material MM is poured into the through passage TH, so that the material MM overflows from the outlet of the through passage TH and adheres to the side of the columnar portion of the three-dimensional object OB and solidifies. This allows the support body SP to support the columnar portion extending upward from the side while the columnar portion is being formed, stabilizing the standing of the portion and preventing it from wobbling or falling over.
図12は、立体物OBに対して設置する支持体SPの位置及び個数の様々な例を示している。このうち、(A-1)、(B-1)、(C-1)は、立体物OBの形状の例を示す斜視図であり、(A-2)、(B-2)、(C-2)は、直前に示した立体物OBの造形直後の様子を示す平面図である。 Figure 12 shows various examples of the positions and number of supports SP to be installed on a three-dimensional object OB. Of these, (A-1), (B-1), and (C-1) are perspective views showing examples of the shape of a three-dimensional object OB, and (A-2), (B-2), and (C-2) are plan views showing the state of the three-dimensional object OB shown immediately before immediately after it has been formed.
上述した図4の例においては、立体物OBが積層方向に長尺を有する薄板状の試験片であることから、これを安定的に支持できるよう、厚み方向の両側から挟むようにして2つの支持体SPが設置された。これに対し、図12中(A-1)に示されるように、立体物OBが軸対称な形状である場合には、例えば、図12中(A-2)に示されるように、中心軸に対して3回対称の位置に支持体SPを1つずつ設置して、3方向から立体物OBを支持することができる。なお、3回対称に限定されず、中心軸に対して回転対称となる位置に支持体SPを1つずつ設置すればよい。 In the example of Figure 4 described above, since the three-dimensional object OB is a thin plate-like test piece that is long in the stacking direction, two supports SP are placed to sandwich it from both sides in the thickness direction so that it can be stably supported. In contrast, if the three-dimensional object OB has an axisymmetric shape as shown in (A-1) in Figure 12, for example, as shown in (A-2) in Figure 12, the supports SP can be placed one by one at positions that are three-fold symmetric about the central axis, and the three-dimensional object OB can be supported from three directions. Note that this is not limited to three-fold symmetry, and the supports SP can be placed one by one at positions that are rotationally symmetric about the central axis.
図12中(B-1)に示されるように、立体物OBが上方に伸びる直方体である場合には、例えば、図12中(B-2)に示されるように、その4つの側面に対向する位置に支持体SPを1つずつ設置して、4方向から立体物OBを支持することができる。また、図12中(C-1)に示されるように、例えば、立体物OBが下部においては安定した形状をなしているが、上部に片側のみに高く伸びる部位を有しており、この部位の造形により重心が片側に寄って起立が不安定になる虞がある場合には、図12中(C-2)に示されるように、その要因となる部位に対向する位置に支持体SPを設置してこの部位を支持することにより、立体物OBのぐらつきや転倒を防止することができる。 As shown in FIG. 12 (B-1), if the three-dimensional object OB is a rectangular parallelepiped extending upward, then, for example, as shown in FIG. 12 (B-2), supports SP can be installed at positions facing each of the four sides to support the three-dimensional object OB from four directions. Also, as shown in FIG. 12 (C-1), for example, if the three-dimensional object OB has a stable shape at the bottom but has a part at the top that extends high on only one side, and the shape of this part may cause the center of gravity to shift to one side, making it unstable to stand up, then, as shown in FIG. 12 (C-2), supports SP can be installed at positions facing the part that causes this to happen, to support this part, thereby preventing the three-dimensional object OB from wobbling or falling over.
図13は、支持体SPの内部に形成される貫通路TH(出口HO)の位置の変形例を示す図である。上述したように、貫通路THは支持体SPの内部に1つ以上形成され、その出口HOは支持体SPにおける立体物OBに対向する面(以下、「対向面」と称する。)に設けられるが、貫通路THの形成位置ひいては出口HOの設置位置は、様々に変形することができる。 Figure 13 shows modified positions of the through passage TH (exit HO) formed inside the support body SP. As described above, one or more through passages TH are formed inside the support body SP, and the exits HO are provided on the surface of the support body SP facing the three-dimensional object OB (hereinafter referred to as the "facing surface"). However, the formation position of the through passage TH, and thus the installation position of the exit HO, can be modified in various ways.
例えば、図13中(A)に示されるように、対向面における幅方向の略中心に沿って、高さ方向に略等間隔となる位置に複数の貫通路THを形成してもよい。また、図13中(B)に示されるように、対向面における同じ高さの位置に2つの貫通路THを形成し、この位置から所定の間隔をおいた上方の位置に1つの貫通路THを形成し、さらにこの位置から所定の間隔をおいた上方の位置に2つの貫通路THを形成する、という具合に、高さ方向に略等間隔となる位置に貫通路THを2個→1個→2個→1個→・・・と交互に個数を変えて形成してもよい。或いは、図13中(C)に示されるように、対向面における高さ方向に略等間隔となる位置に、貫通路THを1つずつジグザグ状に形成してもよい。 For example, as shown in FIG. 13A, multiple through passages TH may be formed at positions that are approximately equally spaced in the height direction along the approximate center of the width direction on the opposing surface. Also, as shown in FIG. 13B, two through passages TH may be formed at the same height on the opposing surface, one through passage TH may be formed at a position above this position at a predetermined distance, and two through passages TH may be formed at a position above this position at a predetermined distance, in this manner, the number of through passages TH may be alternatingly changed from 2 to 1 to 2 to 1 to ... at positions that are approximately equally spaced in the height direction. Alternatively, as shown in FIG. 13C, through passages TH may be formed one by one in a zigzag pattern at positions that are approximately equally spaced in the height direction on the opposing surface.
また、図示を省略するが、立体物OBの重心の位置に基づいて貫通路THの形成位置を決定することも可能である。例えば、立体物OB単体での重心の位置を算出し、その高さより下の位置に貫通路THを形成する。造形時には、この貫通路THに流し込まれる材料を介して立体物OBが支持体SPに支持されることになる。そこで、貫通路THを複数形成する場合には、次に、1つ目の貫通路THを用いて支持がなされた状態における立体物OBの重心の位置を算出し、その高さより下の位置に2つ目の貫通路THを形成する。このようにして、立体物OBの重心の位置を算出し、その結果に応じた位置に1つ以上の貫通路THを形成してもよい。なお、立体物OBの重心の位置は上記の立体形状分析部130により算出され、それに応じた貫通路THの形成位置は上記のサポート形状決定部140により決定される。 Although not shown in the figure, it is also possible to determine the formation position of the through passage TH based on the position of the center of gravity of the three-dimensional object OB. For example, the position of the center of gravity of the three-dimensional object OB alone is calculated, and the through passage TH is formed at a position below that height. During modeling, the three-dimensional object OB is supported by the support body SP via the material poured into the through passage TH. Therefore, when forming multiple through passages TH, next, the position of the center of gravity of the three-dimensional object OB in a state where it is supported using the first through passage TH is calculated, and the second through passage TH is formed at a position below that height. In this way, the position of the center of gravity of the three-dimensional object OB may be calculated, and one or more through passages TH may be formed at a position according to the result. Note that the position of the center of gravity of the three-dimensional object OB is calculated by the above-mentioned three-dimensional shape analysis unit 130, and the formation position of the through passage TH according to it is determined by the above-mentioned support shape determination unit 140.
〔貫通路を有する支持体の応用例〕
図14は、支持体SPのさらなる活用例を説明する図である。
[Application example of a support having a through passage]
FIG. 14 is a diagram for explaining a further example of use of the support SP.
これまでに説明した例においては、ぐらつきや転倒の虞がある形状をなした立体物OBを支持するために、貫通路THを内部に有する支持体SPが設置されたが、安定した形状の立体物OBを造形する際にも、同様の支持体SPを活用することができる。 In the examples described so far, a support SP with an internal through passage TH was installed to support a three-dimensional object OB with a shape that is prone to wobbling or tipping over, but a similar support SP can also be used when forming a three-dimensional object OB with a stable shape.
図14中(A):立体物OBの造形直後の様子を示す斜視図である。図示された立体物OBは、天面及び底面が広く安定した形状であるが、造形後に背面側の壁を多少切削して均す必要があると想定する。そのような立体物OBを造形する場合には、先ず造形台42の上に先ずラフトRAを造形し、ラフトRAの上に立体物OB及びこれを支持する適切な個数の支持体SPを造形する。支持体SPは、切削される部位とは反対側の位置、図示の例においては立体物OBの正面に対向する位置に設けられる。造形を終えると、造形物がラフトRAごと切削装置に移される。 Figure 14 (A): A perspective view showing the state of a three-dimensional object OB immediately after it has been formed. The three-dimensional object OB shown in the figure has a wide and stable shape on the top and bottom, but it is assumed that after formation, it will be necessary to cut some of the wall on the back side to make it smooth. When forming such a three-dimensional object OB, a raft RA is first formed on the forming table 42, and then the three-dimensional object OB and an appropriate number of supports SP to support it are formed on the raft RA. The supports SP are provided at a position opposite the area to be cut, in the illustrated example, at a position facing the front of the three-dimensional object OB. Once formation is complete, the object is transferred to a cutting device together with the raft RA.
図14中(B):造形物が切削装置に移された様子を表す平面図である。なお、切削装置は図示を省略している。造形物は、ラフトRAの四隅に設けられた位置決め穴PHを介して切削装置に固定された後で、背面側の壁CPの一部が切削される。このとき、通常は、切削による衝撃が伝達して立体物OBが振動することで、立体物OBがラフトRAから剥離する場合があり、その場合には切削対象でない部位を破損する虞がある。これに対し、立体物OBを支持する支持体SPが設置されていれば、支持体SPの支持により立体物OBの振動を抑制することができ、結果として立体物OBがラフトRAから剥離するのを未然に防ぐことが可能となる。 Figure 14 (B): Plan view showing the state in which the object has been transferred to the cutting device. The cutting device is not shown. The object is fixed to the cutting device via positioning holes PH provided at the four corners of the raft RA, and then a part of the wall CP on the back side is cut. At this time, the impact from the cutting is usually transmitted to the three-dimensional object OB, causing it to vibrate, which may cause the three-dimensional object OB to peel off from the raft RA, and in that case, there is a risk of damaging parts that are not to be cut. In contrast, if a support body SP is installed to support the three-dimensional object OB, the support of the support body SP can suppress the vibration of the three-dimensional object OB, and as a result, it is possible to prevent the three-dimensional object OB from peeling off from the raft RA.
本発明は、上述した実施形態に制約されることなく、種々に変更して実施することが可能である。また、実施形態で挙げた各種の数値はあくまで例示であり、それらの数値に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified in various ways. The various numerical values given in the embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to these numerical values.
上述した実施形態においては、断面が略円形の吐出孔46を備えた吐出ノズル44を造形に用いているが、吐出孔46の断面形状は略円形に限定されない。例えば、矩形や菱形であってもよい。 In the above-described embodiment, a discharge nozzle 44 having a discharge hole 46 with a substantially circular cross section is used for the shaping, but the cross-sectional shape of the discharge hole 46 is not limited to a substantially circular shape. For example, it may be rectangular or rhombic.
10 端末
11 CPU
20 ネットワーク
30 プリンタサーバ
40 立体造形装置
42 造形台
44 吐出ノズル
46 吐出孔
100 立体造形用データ生成プログラム
10 Terminal 11 CPU
20 Network 30 Printer server 40 Three-dimensional modeling device 42 Modeling table 44 Discharge nozzle 46 Discharge hole 100 Three-dimensional modeling data generation program
Claims (8)
コンピュータに、
造形される立体の形状と、入口が上方に向き出口が前記入口より低い位置で前記立体に対向する貫通路を内部に有した前記立体を支持する支持体の形状とを、複数の層に分割した各層に対し決定された経路に沿って造形させ、前記入口をなす層を造形した後に、前記貫通路に前記立体と前記支持体とを繋ぎうる必要十分な所定量のモデル材を流し込むよう命令するデータを生成する命令生成ステップ
を実行させる立体造形用データ生成プログラム。 A three-dimensional modeling data generation program for generating data used by an apparatus for stacking model materials to form a three-dimensional object, comprising:
On the computer,
a command generating step of generating data for generating a three-dimensional modeling data generating program for executing a command generating step of generating data for generating a command to pour a predetermined amount of model material into the through passage after forming the layer forming the entrance, the command generating step generating data for generating a command to pour a predetermined amount of model material into the through passage, the amount being sufficient to connect the three-dimensional object and the support, the command generating step generating data for generating a command to pour a predetermined amount of model material into the through passage, the amount being sufficient to connect the three-dimensional object and the support, the command generating step generating data for generating a command to pour a predetermined amount of model material into the through passage, the command ...
前記立体の形状を踏まえて前記支持体の形状及び位置を決定する支持形状決定ステップと、
前記立体の形状と前記支持体の形状とを複数の層に分割した各層の造形に要する時間を算出して造形中における各層の温度低下を予測する温度予測ステップと、
前記温度予測ステップでの予測結果を踏まえて、前記貫通路にモデル材を流し込む時点での前記入口をなす層と前記出口をなす層との温度差が予め設定された十分な温度差に対応する所定の閾値以上となるように前記貫通路の形状を決定する貫通路形状決定ステップとを、
前記命令生成ステップに先行して実行させることを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。 2. The three-dimensional modeling data generation program according to claim 1,
a support shape determination step of determining a shape and a position of the support based on the shape of the solid body;
a temperature prediction step of calculating a time required for modeling each of a plurality of layers obtained by dividing the shape of the three-dimensional object and the shape of the support into the plurality of layers, and predicting a temperature decrease of each layer during modeling;
a through passage shape determination step of determining a shape of the through passage based on the prediction result in the temperature prediction step so that a temperature difference between the layer forming the inlet and the layer forming the outlet at the time when the model material is poured into the through passage is equal to or greater than a predetermined threshold value corresponding to a sufficient temperature difference set in advance ;
A program for generating data for three-dimensional modeling, the program being executed prior to the command generating step.
前記貫通路形状決定ステップでは、
前記貫通路の形状を踏まえて前記所定量を決定することを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。 3. The three-dimensional modeling data generation program according to claim 2,
In the through passage shape determination step,
The predetermined amount is determined based on a shape of the through passage.
前記貫通路形状決定ステップでは、
前記立体の安定的な起立に影響する要素を踏まえて、前記支持体における前記貫通路の位置を決定することを特徴とする立体造形用データ生成プログラム。 4. The three-dimensional modeling data generation program according to claim 2,
In the through passage shape determination step,
A data generation program for three-dimensional modeling, characterized in that a position of the through passage in the support is determined taking into account factors that affect the stable standing of the three-dimensional object.
造形される立体の形状と、入口が上方に向き出口が前記入口より低い位置で前記立体に対向する貫通路を内部に有した前記立体を支持する支持体の形状とを、複数の層に分割した各層に対し決定された経路に沿って造形させ、前記入口をなす層を造形した後に、前記貫通路に前記立体と前記支持体とを繋ぎうる必要十分な所定量のモデル材を流し込むよう命令するデータを生成する命令生成工程と、
前記装置に前記データに沿って前記各層を造形させることで前記立体及び前記支持体を造形させる造形工程と、
造形された前記支持体を除去する除去工程と
を含む立体造形物の製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional object using an apparatus for forming a three-dimensional object by stacking model materials, comprising the steps of:
a command generation process for generating data for generating commands to generate data for generating a command to generate a command for generating data for generating a command ...
a modeling process for modeling the three-dimensional object and the support by causing the apparatus to model each of the layers according to the data;
and a removing step of removing the shaped support.
前記立体の形状を踏まえて前記支持体の形状及び位置を決定する支持形状決定工程と、
前記立体の形状と前記支持体の形状とを複数の層に分割した各層の造形に要する時間を算出して造形中における各層の温度低下を予測する温度予測工程と、
前記温度予測工程での予測結果を踏まえて、前記貫通路にモデル材を流し込む時点での前記入口をなす層と前記出口をなす層との温度差が予め設定された十分な温度差に対応する所定の閾値以上となるように前記貫通路の形状を決定する貫通路形状決定工程とを、
前記命令生成工程の前にさらに含んだ立体造形物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional object according to claim 5 ,
a support shape determination step of determining a shape and a position of the support based on the shape of the solid body;
a temperature prediction step of calculating a time required for modeling each of a plurality of layers obtained by dividing the shape of the three-dimensional object and the shape of the support into a plurality of layers, and predicting a temperature decrease of each layer during modeling;
a through passage shape determination process for determining a shape of the through passage based on a prediction result in the temperature prediction process so that a temperature difference between the layer forming the inlet and the layer forming the outlet at the time when the model material is poured into the through passage is equal to or greater than a predetermined threshold value corresponding to a sufficient temperature difference set in advance ;
The method for manufacturing a three-dimensional object further includes a step before the command generating step.
前記貫通路形状決定工程では、
前記貫通路の形状を踏まえて前記所定量を決定することを特徴とする立体造形物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional object according to claim 6,
In the through passage shape determination process,
The method for manufacturing a three-dimensional object, comprising determining the predetermined amount based on a shape of the through passage.
前記貫通路形状決定工程では、
前記立体の安定的な起立に影響する要素を踏まえて、前記支持体における前記貫通路の位置を決定することを特徴とする立体造形物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional object according to claim 6 or 7,
In the through passage shape determination process,
A method for manufacturing a three-dimensional object, comprising determining a position of the through passage in the support, taking into account factors that affect the stable standing of the three-dimensional object.
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