JP6579815B2 - サポートの配置決定装置、3次元造形システム、および、サポートの配置決定方法 - Google Patents
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J=(x・k・p+β・k・q)/S−max(Gt,As)
で表される。前記決定部は、前記回転角度候補生成部によって生成された複数の前記回転角度と、前記第1太さ候補生成部によって生成された複数の前記第1サポートの前記第1の太さとを組み合わせて複数の個体を生成し、生成した複数の前記個体についてそれぞれ前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きく、かつ、前記第2サポートの数が最小となるような前記個体を抽出し、前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する。
J=(x・k・p+β・k・q)/S−max(Gt,As)
で表される。前記決定工程では、前記回転角度候補生成工程で生成した複数の前記回転角度と、前記第1太さ候補生成工程で生成した複数の前記第1サポートの前記第1の太さとを組み合わせて複数の個体を生成し、生成した複数の前記個体のそれぞれ前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きく、かつ、前記第2サポートの数が最小となるような前記個体を抽出し、前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する。
図1は、本実施形態に係る3次元造形システム10の断面図である。図2は、3次元造形システム10の平面図である。なお、図面中の符号F、Rr、L、Rは、それぞれ前、後、左、右を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、3次元造形システム10の設置態様を何ら限定するものではない。
Ls=Sp×Kp×I・・・(1)
Gt=Va×Da・・・(2)
As=Vn×Da+Sn×K・・・(3)
Ls/S>max(Gt,As)・・・(4)
例えば、安全率S=3とした場合、サポート30は、対象造形物の荷重Gtおよび密着力Asのうちの何れか大きい方の力の3倍までの力に耐えることができる。よって、上記式(4)を満たすことにより、サポート30は対象造形物の荷重を十分に支持することができる。
Ls=x・k・p+β・k・q・・・(5)
上記式(5)において、xは第1サポート30Lの太さ、kは1つのサポート30の引張強度、pは第1サポート30Lの数を表している。βは第2サポート30Sの太さ、qは第2サポート30Sの数を表している。なお、第1サポート30Lの太さxは、第2サポート30Sの太さβに対する割合をc(以下、第1太さ係数cともいう。)とすると、x=β・cで表すことができる。
重心74=(V1×G1+V2×G2+・・・+Vn×Gn)/Vall・・・(6)
J=Ls/S−max(Gt,As)
=(β・c・k・p+β・k・q)/S−max(Va・Da,Vn・Da+Sn・K)・・・(7)
図21は、対象造形物70eを示す斜視図であり、禁止面を示す図である。図21に示すように、対象造形物70eは、文字または模様などの装飾が施された装飾面71eを有することがある。このような対象造形物70eを造形する場合には、装飾面71eにサポート30を追加および配置しないことが好ましい。サポート30を対象造形物70eから引き剥がす際に、対象造形物70eの装飾面71eに傷が付くおそれがあるからである。このような対象造形物70eを造形する場合には、装飾面71eにサポート30が追加および配置されないことが好ましい。そこで、本実施形態では、対象造形物70eにおいて、サポート30を追加および配置すべきでない面(以下、禁止面という。)を有している場合、サポート30が対象造形物70eの荷重を十分に支持することができるということだけでなく、禁止面にサポート30が追加および配置されないように対象造形物70eの位置および向きを決定することが好ましい。図21では、装飾面71eが禁止面となる。
上記各実施形態では、上記式(7)に示すように、第1サポート30Lの太さは、第2サポート30Sの太さに対する割合で表されていた。換言すると、第1サポート30Lの太さは、第2サポート30Sの太さβ×第1太さ係数cで表されていた。そのため、遺伝子アルゴリズムを適用する際、個体の遺伝子の1つを第1太さ係数cとしていた。しかし、個体の遺伝子の1つは、第1太さ係数cに限定されない。
上記各実施形態では、主軸設定部58は、図12に示すように、対象造形物モデル72を構成する複数のポリゴンの重心を利用して対象造形物モデル72の主軸78を設定していた。主軸78は、対象造形物モデル72の重心74と、複数のポリゴンの重心の何れかの重心(ここでは、最遠点76)とを結ぶ線であった。しかし、主軸78は、対象造形物モデル72の重心74と、複数のポリゴンの頂点のうち重心74から最も離れた頂点とを結ぶ線であってもよい。この場合、主軸設定部58は、対象造形物モデル72の重心74と、対象造形物モデル72を構成する複数のポリゴンの頂点との距離をそれぞれ算出する。そして、主軸設定部58は、対象造形物モデル72の重心74と複数のポリゴンの頂点との間の複数の距離のうち、距離が最も長い距離に対応したポリゴンの頂点を最遠点とし、最遠点と対象造形物モデル72の重心74とを結ぶ線を主軸78として設定してもよい。
10A 3次元造形装置
13 ホルダ
30 サポート(サポート造形物)
30L 第1サポート
30S 第2サポート
52 記憶部
56 重心算出部
58 主軸設定部
60 基準部
62 回転角度候補生成部
63 第1太さ候補生成部
64 配置面決定部
65 基準点設定部
66 領域分割部
67 数算出部
68 決定部
70 対象造形物
72 対象造形物モデル(3次元モデル)
74 重心
86 基準点
91 第1の領域
92 第2の領域
100 配置決定装置(サポートの配置決定装置)
Claims (9)
- 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置して、前記対象造形物および前記サポートを造形する3次元造形装置において、前記サポートの配置位置を決定する配置決定装置であって、
前記サポートは、第1の太さの第1サポートと、第1の太さよりも細い第2の太さの第2サポートとを有し、
前記対象造形物の3次元モデルのデータを記憶する記憶部と、
前記3次元モデルの重心を算出する重心算出部と、
前記3次元モデルの外周面上の点のうち前記3次元モデルの前記重心から最も離れた最遠点を算出し、前記3次元モデルの前記重心と前記最遠点とを結ぶ主軸を設定する主軸設定部と、
前記主軸が水平面に対して平行となる前記3次元モデルの位置および向きを所定の基準の位置および向きとしたとき、前記所定の基準の位置および向きとなるように、前記記憶部に記憶された前記3次元モデルを移動および回転させる基準部と、
前記所定の基準の位置および向きとなるように配置した前記3次元モデルを基準にして、前記主軸を軸にして前記3次元モデルを回転させる回転角度の候補を複数生成する回転角度候補生成部と、
複数生成された前記回転角度に基づいて回転させたそれぞれの前記3次元モデルにおいて、前記サポートを追加および配置する配置面を決定する配置面決定部と、
前記重心から前記配置面に向かう垂線を引き、前記垂線と前記配置面とが交わる基準点を設定する基準点設定部と、
それぞれの前記配置面において、前記基準点設定部によって設定された前記基準点を含む所定の範囲内の領域であって、前記第1サポートが所定の数追加および配置される第1の領域と、前記第1の領域を除く領域であって、前記第2サポートが追加および配置される第2の領域とに分割する領域分割部と、
前記第1サポートの太さである前記第1の太さの候補を複数作成する第1太さ候補生成部と、
前記配置面決定部によって決定されたそれぞれの前記配置面において、間隔を空けて前記第2サポートを前記第2の領域に追加および配置したときの前記第2サポートの数を算出する数算出部と、
前記回転角度候補生成部によって生成された複数の前記回転角度、および、前記第1太さ候補生成部によって生成された複数の前記第1サポートの前記第1の太さのうち、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記第2サポートの数が最小となるような前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する決定部と、
を備えた、サポートの配置決定装置。 - 前記決定部は、前記回転角度候補生成部によって生成された前記回転角度と、前記第1太さ候補生成部によって生成された前記第1の太さとを遺伝子とする個体を生成し、遺伝的アルゴリズムを利用して、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記第2サポートの数が最小となるような前記回転角度および前記第1の太さを決定する、請求項1に記載されたサポートの配置決定装置。
- 前記遺伝的アルゴリズムで用いられる評価関数Jは、前記第1サポートの数をp、前記第1サポートの太さをx、前記第2サポートの数をq、前記第2サポートの太さをβ、1つの前記サポートの引張強度をk、前記対象造形物の荷重をGt、前記対象造形物と前記3次元造形装置との間の密着力をAs、安全率をSとすると、
J=(x・k・p+β・k・q)/S−max(Gt,As)
で表され、
前記決定部は、前記回転角度候補生成部によって生成された複数の前記回転角度と、前記第1太さ候補生成部によって生成された複数の前記第1サポートの前記第1の太さとを組み合わせて複数の個体を生成し、生成した複数の前記個体についてそれぞれ前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きく、かつ、前記第2サポートの数が最小となるような前記個体を抽出し、前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する、請求項2に記載されたサポートの配置決定装置。 - 前記対象造形物は、前記サポートを追加および配置しない禁止面を有し、
前記回転角度候補生成部は、前記禁止面に前記サポートを追加および配置するような前記回転角度を候補としない、請求項1から3までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定装置。 - 前記3次元造形装置と、
請求項1から4までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定装置と、
を備えた、3次元造形システム。 - 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置して、前記対象造形物および前記サポートを造形する3次元造形装置において、前記サポートの配置位置を決定する配置決定方法であって、
前記サポートは、第1の太さの第1サポートと、第1の太さよりも細い第2の太さの第2サポートとを有し、
3次元モデルの重心を算出する重心算出工程と、
前記3次元モデルの外周面上の点のうち前記3次元モデルの前記重心から最も離れた最遠点を算出し、前記3次元モデルの前記重心と前記最遠点とを結ぶ主軸を設定する主軸設定工程と、
前記主軸が水平面に対して平行となる前記3次元モデルの位置および向きを所定の基準の位置および向きとしたとき、前記所定の基準の位置および向きとなるように、前記3次元モデルを移動および回転させる基準工程と、
前記所定の基準の位置および向きとなるように配置した前記3次元モデルを基準にして、前記主軸を軸にして前記3次元モデルを回転させる回転角度の候補を複数生成する回転角度候補生成工程と、
複数生成された前記回転角度に基づいて回転させたそれぞれの前記3次元モデルにおいて、前記サポートを追加および配置する配置面を決定する配置面決定工程と、
前記重心から前記配置面に向かう垂線を引き、前記垂線と前記配置面とが交わる基準点を設定する基準点設定工程と、
それぞれの前記配置面において、前記基準点設定工程で設定した前記基準点を含む所定の範囲内の領域であって、前記第1サポートが所定の数追加および配置される第1の領域と、前記第1の領域を除く領域であって、前記第2サポートが追加および配置される第2の領域とに分割する領域分割工程と、
前記第1サポートの太さである前記第1の太さの候補を複数作成する第1太さ候補生成工程と、
前記配置面決定工程で決定したそれぞれの前記配置面において、間隔を空けて前記第2サポートを前記第2の領域に追加および配置したときの前記第2サポートの数を算出する数算出工程と、
前記回転角度候補生成工程で生成した複数の前記回転角度、および、前記第1太さ候補生成工程で生成した複数の前記第1サポートの前記第1の太さのうち、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記第2サポートの数が最小となるような前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する決定工程と、
を包含する、サポートの配置決定方法。 - 前記決定工程では、前記回転角度候補生成工程で生成した前記回転角度と、前記第1太さ候補生成工程で生成した前記第1の太さとを遺伝子とする個体を生成し、遺伝的アルゴリズムを利用して、前記サポートが前記対象造形物の荷重を支持することが可能であって、前記第2サポートの数が最小となるような前記回転角度および前記第1の太さを決定する、請求項6に記載されたサポートの配置決定方法。
- 前記遺伝的アルゴリズムで用いられる評価関数Jは、前記第1サポートの数をp、前記第1サポートの太さをx、前記第2サポートの数をq、前記第2サポートの太さをβ、1つの前記サポートの引張強度をk、前記対象造形物の荷重をGt、前記対象造形物と前記3次元造形装置との間の密着力をAs、安全率をSとすると、
J=(x・k・p+β・k・q)/S−max(Gt,As)
で表され、
前記決定工程では、前記回転角度候補生成工程で生成した複数の前記回転角度と、前記第1太さ候補生成工程で生成した複数の前記第1サポートの前記第1の太さとを組み合わせて複数の個体を生成し、生成した複数の前記個体のそれぞれ前記評価関数から求められる値を算出し、前記評価関数の値が0よりも大きく、かつ、前記第2サポートの数が最小となるような前記個体を抽出し、前記回転角度、および、前記第1サポートの前記第1の太さを決定する、請求項7に記載されたサポートの配置決定方法。 - 前記対象造形物は、前記サポートを追加および配置しない禁止面を有し、
前記回転角度候補生成工程では、前記禁止面に前記サポートを追加および配置するような前記回転角度を候補としない、請求項6から8までの何れか一つに記載されたサポートの配置決定方法。
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