JP7158475B2 - 付加製造環境における構築エラー検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１７年１１月９日に出願された米国仮特許第６２／５８３，８６９号の利益を主張する。該仮出願の内容は、参照により完全に組み込まれる。

本出願は、付加製造に関する。より詳細には、本出願は、物体の構築が物体の実際の付加製造の間に構築失敗するといった構築エラーにつながるかどうかを、付加製造を用いた物体の構築のシミュレーションに基づき、検出するためのシステムおよび方法に関する。

〔関連する技術の説明〕
付加製造の分野において、３次元固体物体がデジタルモデルから成形される。付加製造は、製造される物体が３次元であるため、一般に３次元（「３Ｄ」）印刷として呼ばれる。付加製造のためのいくつかの技術は、選択的レーザ焼結（「ＬＳ」）製造および金属焼結を含む。これらの技術は、所望の３次元（「３Ｄ」）物体を生成するために使用される構築材料の層を重合または固化するために、レーザビームを特定の位置に向ける。３Ｄ物体は、構築材料の層を固化させることにより、層ごとに構築される。

設計段階において、特定の設計された物体が（例えば、エラーなしに、許容範囲内で、など）うまく構築され得るかどうかを知ることは困難であり得る。したがって、物体の構築は、付加製造プロセス中に構築を失敗させる可能性さえあるエラーを有し得る。付加製造プロセス中に物体の構築が失敗した場合、部分的に構築された物体を廃棄し、物体を再設計し、次いで物体の実際の付加製造を再び開始する必要があり得る。同様に、完成まで構築されるがエラーを含む物体は、廃棄され、再設計され、再構築される必要があり得る。構築物は、欠陥のある部品につながる、または物体の実際の付加製造中に数回失敗し、時間および材料を消費する可能性がある。

本発明者によって特定されたこれらの問題および他の問題を考慮して、物体の構築が物体の実際の付加製造中に構築エラーをもたらすかどうかの検出を改善するシステムおよび方法が、本明細書に記載される。本明細書で説明されるように、構築エラーは、一般に、完成まで構築された物体に含まれるエラーおよび／または物体が完成まで構築されない場合の構築障害を含むエラーを指し得ることに留意されたい。

一実施形態において、付加製造を用いて構築されるべき物体の潜在的な構築エラーを判定するためのコンピュータ実行方法が提供される。本方法は、コンピューティングデバイスによって、物体の複数の層の構築をシミュレートすることを含み、複数の層のそれぞれは、複数の層のそれぞれにおける異なる位置に対応する複数のノードを含む。本方法はさらに、複数の層のうちの１つ以上の層の各１つ以上のノードのそれぞれについて、コンピューティングデバイスによって、構築物をシミュレートすることに基づくノードのシミュレートされた位置と、物体の設計に基づくノードの設計された位置との間の差に対応する１つ以上の変位ベクトル値を判定することを含み、ノードの１つ以上の変位ベクトル値のそれぞれは、構築されたようにシミュレートされた異なる数の層に対応する。本方法はさらに、複数の層のうちの１つ以上の層の各１つ以上のノードのそれぞれについて、隣接する層に対応する変位ベクトル値間の差に基づいて、層の距離の間の変形の差に基づいて変位距離をコンピューティングデバイスによって判定することを含む。本方法は、複数の層の複数のノードのいずれかが、閾値を満たさない変位距離を有するとき、コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがあると判定することをさらに含む。本方法はさらに、複数の層の各々の複数のノードのそれぞれが閾値を満たす変位距離を有するとき、コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーが存在しないことを判定することを含む。

図１は、３Ｄ物体を設計および製造するためのシステムの一例である。 図２は、図１に示すコンピュータの一例の機能ブロック図を示す。 図３は、使用する３Ｄ物体を製造するための大まかなプロセスを示す。 図４Ａは、リコーティング機構を有する付加製造装置の一例である。 図４Ｂは、リコーティング機構を有する付加製造装置の別の一例である。 図５は、付加製造を用いて製造されるべき物体の潜在的な構築エラーを検出するための例示的なプロセスのフローチャートである。 図６Ａは、実際の物体上のリコータの動きに影響を与えるか、または妨害し得る実際の変形の例を示す。 図６Ｂは、リコータの運動に衝撃を与えたり妨げたりする可能性のある潜在的な変形を示すシミュレーションの一例を示す。 図７Ａは、実際の物体上の実際の応力線の例を示す。 図７Ｂは、潜在的な応力線を示すシミュレーションの一例を示す。 図８Ａは、実際の物体の実際の亀裂の一例を示す。 図８Ｂは、潜在的な亀裂を示すシミュレーションの一例を示す。

〔発明の実施形態の詳細な説明〕
本明細書で開示されるシステムおよび方法は、物体の構築が物体の実際の付加製造中に構築エラーにつながるエラーを有するかを検出するためのシステムを含む。

本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、特定の構築材料（例えば、金属）を使用する特定の付加製造技術に関して記載されるが、記載されるシステムおよび方法はまた、当業者によって理解されるように、特定の他の付加製造技術および／または特定の他の構築材料とともに使用されてもよい。

構築材料として金属を使用するときといった、付加製造は、特定の課題を提起し得る。例えば、付加製造を用いて製造される物体は、物体または付加製造プロセス中に物体を支持する付加製造中に形成される支持体の微小破断または亀裂につながり得る、付加製造プロセス中の残留応力による変形を有し得る。付加製造プロセス中のこのような問題は、物体の構築中に故障を引き起こすことがあり、またはその目的に適していない物体をもたらすことがある。したがって、本明細書では、１）（例えば、リコータの運動を妨げる変形に起因して）物体の製造に問題を引き起こす可能性があり、および／または２）物体の品質を損なう亀裂または応力線を物体内にもたらす可能性がある、付加製造（例えば、構築材料として金属を使用する）を用いて製造される物体の設計における領域（例えば、高リスク領域）を定性的に検出するための手法（例えば、数値手法）を提供するための技法が説明される。

本明細書に記載される方法は、製造前でさえ、構築中に問題を引き起こす可能性があり、構築エラーにつながる３Ｄ物体上の領域をどのように識別するかという技術的問題に対処する。例えば、本方法は、応力線形成、リコータ衝突、および潜在的な構築故障に至り得る変位エラーといった、構築物内の変位エラーを識別する工程を提供する。これらの方法は、３Ｄ物体が調整または変更された後に、リスクをさらに評価するために反復的に使用されてもよい。本出願は、シミュレーション方法およびモデル（例えば、熱的解析および／または構造的解析シミュレーション）を開発し、結果を提示すること（例えば、予測された変形を図示するカラープロット）に焦点を当てているが、シミュレーションされた結果が、応力線の形成または構築故障のような構築エラーにどのように関連するかについての更なるガイダンスを提供するものではない当該技術分野における他のアプローチよりも進歩を実証する。

本発明の実施形態は、３Ｄ物体を設計および製造するためのシステム内で実施することができる。図１を参照すると、３Ｄ物体設計および製造の実装に適したコンピュータ環境の一例が示されている。本環境は、システム１００を含む。システム１００は、１つ以上のコンピュータ１０２ａ～１０２ｄを含み、これらは、例えば、任意のワークステーション、サーバ、または情報を処理することができる他のコンピューティングデバイスとすることができる。いくつかの実施形態において、コンピュータ１０２ａ～１０２ｄの各々は、任意の適切な通信技術（例えば、インターネットプロトコル）によって、ネットワーク１０５（例えば、インターネット）に接続することができる。したがって、コンピュータ１０２ａ～１０２ｄは、ネットワーク１０５を介して、互いに情報（例えば、ソフトウェア、３Ｄ物体のデジタル表現、付加製造装置を動作させるためのコマンドまたは命令など）を送受信することができる。

システム１００は、さらに、１つ以上の付加製造装置（例えば、３Ｄプリンタ）１０６ａ～１０６ｂを含む。図示したように、付加製造装置１０６ａは、コンピュータ１０２ｄに直接接続され（ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２ａ～１０２ｃに接続されたコンピュータ１０２ｄによって）、付加製造装置１０６ｂは、ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２ａ～１０２ｄに接続される。したがって、当業者であれば、付加製造装置１０６をコンピュータ１０２に直接接続し、ネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２に接続し、および／または別のコンピュータ１０２およびネットワーク１０５を介してコンピュータ１０２に接続することができることを理解するであろう。

システム１００は、ネットワークおよび１つ以上のコンピュータに関して説明されているが、本明細書で説明される技法は、付加製造装置１０６に直接接続することができる単一のコンピュータ１０２にも適用されることに留意されたい。

図２は、図１のコンピュータの一例の機能ブロック図を示す。コンピュータ１０２ａは、メモリ２２０とデータ通信を行うプロセッサ２１０、入力デバイス２３０、および出力デバイス２４０を含む。いくつかの実施形態において、プロセッサは、任意選択のネットワークインターフェースカード２６０とさらにデータ通信する。別々に記載されているが、コンピュータ１０２ａに関して記載されている機能ブロックは、別々の構造要素である必要はないことを理解されたい。例えば、プロセッサ２１０およびメモリ２２０は、単一のチップ内で実装することができる。

プロセッサ２１０は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で説明される機能を実行するように設計されたそれらの任意の適切な組合せとすることができる。プロセッサは、また、計算デバイスの組合せ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと接続された一つ以上のマイクロプロセッサ、または他のそのような構成として実施されてよい。

プロセッサ２１０は、１つ以上のバスを介して、メモリ２２０から情報を読み取る、または記憶するために連結することができる。プロセッサは追加的に、または代替的に、プロセッサレジスタのようなメモリを含むことができる。メモリ２２０は、異なるレベルで異なる容量およびアクセス速度を有するマルチレベル階層キャッシュを含むプロセッサキャッシュを含むことができる。メモリ２２０はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の揮発性記憶装置、または不揮発性記憶装置を含むことができる。記憶装置には、ハードドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、フラッシュメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、およびＺｉｐドライブなどの光ディスクを含めることができる。

プロセッサ２１０はまた、それぞれ、コンピュータ１０２ａのユーザから入力を受信し、出力を提供するために、入力デバイス２３０および出力デバイス２４０に連結されることができる。適切な入力デバイスにはキーボード、ボタン、キー、スイッチ、ポインティングデバイス、マウス、ジョイスティック、遠隔制御装置、赤外線検出器、バーコードリーダ、スキャナ、ビデオカメラ（例えば、手のジェスチャまたは顔のジェスチャを検出するためにビデオ処理ソフトウェアと結合することができる）、モーション検出器、またはマイクロフォン（音声コマンドを検出するためにオーディオ処理ソフトウェアと結合されることができる）が含まれるが、これらに限定されない。適切な出力デバイスは、ディスプレイおよびプリンタを含む視覚出力デバイス、スピーカー、ヘッドホン、イヤホン、およびアラームを含むオーディオ出力デバイス、付加製造装置、および触覚出力デバイスが含まれるが、これらに限定されない。

プロセッサ２１０はさらに、ネットワークインターフェースカード２６０に結合することができる。ネットワークインターフェースカード２６０は、１つ以上のデータ伝送プロトコルに従ってネットワークを介して伝送するために、プロセッサ２１０によって生成されたデータを準備する。ネットワークインターフェースカード２６０はまた、１つ以上のデータ伝送プロトコルに従って、ネットワークを介して受信されたデータをデコードする。ネットワークインターフェースカード２６０は、送信機、受信機、またはその両方を含むことができる。他の実施形態において、送信機および受信機が２つの別個の構成要素とすることができる。ネットワークインターフェースカード２６０は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ・ロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の適切な組合せとして実施することができる。

図３は、３Ｄ物体またはデバイスを製造するためのプロセス３００を示す。図示したように、ステップ３０５において、コンピュータ１０２ａといったコンピュータを使用して、物体のデジタル表現が設計される。例えば、２Ｄまたは３Ｄデータは、３Ｄ物体のデジタル表現を設計するのを助けるために、コンピュータ１０２ａに入力されてもよい。引き続きステップ３１０において、情報がコンピュータ１０２ａから付加製造装置１０６のような付加製造装置に送信され、装置１０６は、受信した情報に従って製造プロセスを開始する。ステップ３１５において、付加製造装置１０６は、ポリマーまたは金属粉末のような任意の適切な材料を用いて３Ｄ物体を製造し続ける。さらに、ステップ３２０において、３Ｄ物体が生成される。

図４Ａは、３次元（３Ｄ）物体を生成するための例示的な付加製造装置４００を示す。この例において、付加製造装置４００は、レーザ焼結装置である。レーザ焼結装置４００は、１つ以上の３Ｄ物体を層ごとに生成するために使用されてもよい。レーザ焼結装置４００は、例えば、粉末４１４といった粉末（例えば、金属、ポリマーなど）を利用して、構築プロセスの一部として一度に物体の一層を造形することができる。

連続する粉体層は例えば、リコーティング機構４１５Ａ（例えば、リコータブレード）を使用して、互いの上層に広げられる。リコーティング機構４１５Ａは、例えば図示の方向に、またはリコーティング機構４１５Ａが構築領域の他方の側から始まっている場合は反対方向に、構築領域を横切って移動するときに、構築領域の別の層のために、層のための粉末を堆積する。堆積後、コンピュータ制御されたＣＯ２レーザ光線が表面を走査し、生成物の対応する断表面の粉末粒子を一緒に選択的に結合させる。いくつかの実施形態において、レーザ走査装置４１２はＸ－Ｙに移動可能な赤外レーザ源である。上述のように、レーザ源は、そのビームを粉体の最上層の特定の位置に向けるために、Ｘ軸に沿って、およびＹ軸に沿って移動させることができる。あるいは、いくつかの実施形態において、レーザ走査装置４１２は、静止レーザ源からレーザビームを受け取り、移動可能なミラーの上を偏向させて、ビームを装置の作業領域内の指定された位置に向けるレーザスキャナを備えることができる。レーザ露光中、粉末温度は、材料（例えば、ガラス、ポリマー、金属）転移点を超えて上昇し、その後、隣接する粒子が合流して３Ｄ物体を生成する。装置４００はまた、放射ヒーター（例えば、赤外線ランプ）および／または大気制御装置４１６を任意に備えてもよい。放射ヒーターは、新しい粉体層のリコーティングとその層の走査との間の粉体を予熱するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、放射ヒーターは省略されてもよい。大気制御装置は、例えば粉末酸化のような望ましくないシナリオを回避するために、プロセス全体にわたって使用されてもよい。

図４Ｂに関して示されるようないくつかの他の実施形態において、リコーティング機構４１５Ａの代わりに、リコーティング機構４１５Ｂ（例えば、レベリングドラム／ローラー）を使用してもよい。したがって、粉末は、粉末格納器４２８（ａ）および４２８（ｂ）から成形された物体４２４を保持するリザーバ４２６内に粉末を押し出す１つ以上の可動ピストン４１８（ａ）および４１８（ｂ）を使用して分配することができる。次に、リザーバの深さは可動ピストン４２０によっても制御され、これは追加の粉末が粉末格納器４２８（ａ）および４２８（ｂ）からリザーバ４２６に移動されるときに、下方への移動を介してリザーバ４２６の深さを増大させる。リコーティング機構４１５Ｂは、粉末格納器４２８（ａ）および４２８（ｂ）からリザーバ４２６内に粉末を押し込むか、または転がす。図４Ａに示される実施形態と同様に、図４Ｂの実施形態は層のリコーティングと走査との間の粉末を予熱するために、放射ヒーター単独を使用してもよい。

最終的に、パーツ内のすべての層が走査されると、３Ｄ物体が完成する。残念ながら、製造プロセスの様々な異なるステップで構築エラーが生じることがある。構築エラー（または「エラー（ｅｒｒｏｒ）」または「構築中のエラー（ｅｒｒｏｒ ｄｕｒｉｎｇ ｂｕｉｌｄ）」）は、物体の１つ以上の層が３Ｄ物体のデジタル表現に対して、および／または物体内の他の層に対して空間的に変位する変位誤差を含み得る。いくつかの実施形態において、機械的および／または熱的ストレスによって、変位エラーが生じる可能性がある。変位エラーは、構築されている物体または支持構造体のいずれかにおいても発生し得る。製造中に生じる変位誤差は反り、カーリング、またはドロスなどの変形、パーツの１つの層がその隣接する層（複数可）に対して変位する破壊、微小破壊、亀裂、表面誤差、または応力線（収縮線、層シフト、または印刷シフトとも呼ばれる）の形成、および／または部品の突出部分が付加製造装置内のリコータと接触または衝突することがあるリコータ衝突につながることがある。次に、リコータ衝突は、層の全部または一部に対する粉末積層を中断させることがあり、または後続の層の変位を引き起こすことがあり、最終的には、部分的または完全な構築失敗をもたらすことがある。構築失敗は、物体がまったく構築されていないか、または完成まで構築されていない不完全な製造工程を示すことがある。

構築エラーは、構築失敗につながる可能性があり、あるいは、完成するまで物体が構築されるが品質基準を満たさない欠陥のある製造工程につながる可能性がある。例えば、物体内の変位エラー（または、「変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）」）を含む構築エラーには、表面異常および／または構造的脆弱性を含む、変形した、不良な物体品質をもたらし得る。応力線などの構築エラーは、構造的欠陥に関連することがある。このようなエラーを有する低品質の物体は、廃棄され、再構築されなければならない。

構築エラーは、製造工程を中断または遅延させうるため、エラーの根本原因（または複数の根本原因）を調査し、可能であればエラーを解決し、物体を再構築し、構築された物体の品質を検査するために、追加の時間および材料がしばしば必要とされる。例えば、構築準備中に起こり得るエラーを検出し、修正処置を実行することによって、物体が構築される前に構築エラーを検出することができる場合、大幅な時間およびコストを節約することができる。

図５は、付加製造を使用して製造される物体の潜在的な構築エラーを検出するための例示的なプロセス５００のフローチャートである。プロセス５００は、コンピュータ１０２といった適切なコンピューティングデバイスによって実行することができる。特定の実施形態において、プロセス５００が付加製造技術を使用して、物体を実際に製造する場合に生じるであろう物体の潜在的な層に基づく変形を決定するために、層毎に物体を構築する数値（例えば、有限要素法（ＦＥＭ））シミュレーションを使用することを含む。

５０２において、物体の層の構築（例えば、すべての層、１つおきの層など）は、数値シミュレーション（例えば、ＦＥＭ）を使用するといったことにより、シミュレートされる。例えば、物体のデジタルモデル／表現（例えば、ＣＡＤファイル、ＳＴＬファイルなど）は、シミュレーションプログラム（例えば、Ｓｉｍｕｆａｃｔ、Ａｂａｑｕｓ、ＡｍｐｈｙｏｎといったＦＥＭを使用する既知のシミュレーションプログラム）に入力される。シミュレーションプログラムは、物体の各層の異なるノードまたは領域（例えば、ある層に対応するＸ－Ｙ平面の異なるＸ－Ｙ座標における）についてのパラメータ（例えば、収縮量、変位量、ストレス、歪み、剛性、材料特性など）を含む層のシミュレーションを出力する。

例えば、シミュレーションプログラムは、製造時（例えば、設計位置）に（例えば、付加製造装置の構築プラットフォームに対して）物体内にあると想定される場所と、製造時（例えば、シミュレーション位置）にシミュレートされる場所との間の空間におけるそのノードの変位を示す変位ベクトルＵ_ｘｙｚを、それぞれのノードのために出力することができる。変位ベクトルＵｘｙｚは、ｚ構成要素（例えば、構築プラットフォームに垂直であり、後続の層の方向と平行な構成要素）と、ｘ構成要素およびｙ構成要素（例えば、構築プラットフォームに平行な平面内の構成要素、特に層自体の平面内の構成要素）とを含む。変位は、物体の部分が物体上の正しい位置に位置しないことがあり、変形をもたらすことを意味することがある。

変位は、対応するノードの設計位置と比較した、ノードのシミュレーション位置の差として測定されてもよい。一般に、ノードのシミュレーション位置は、変更されないままの基準位置と比較されてもよい。基準位置は、対応するノードの位置であってもよいし、一般的な基準位置であってもよい。

物体内のわずか２つの層の間で生じる変位エラーは、構築エラーにつながる可能性がある。例えば、第１の層におけるｘｙ方向（例えば、ｘｙ平面内）のノードの変位は、第１の層と第１の層の平面の上下の隣接する層との間に応力線を形成させるのに既に十分であり得る。いくつかの実施形態において、ｘｙ方向の変位は、複数の層にわたる複数のノードで生じる場合があり、その結果、応力線は、複数の層にわたる複数のノードのｘｙ変位から生じる。ｚ方向のノードの変位（例えば、ｚ平面内）は、リコータ衝突および／または構築失敗を生じさせるのに既に十分であり得る。いくつかの実施形態において、ｚ方向の変位は、リコータ衝突および／または構築失敗が発生する前に、複数の層にわたる複数のノードで発生し得る。ｚ方向の変位誤差が粉体層の厚さより大きいとき、変位誤差は、リコータ衝突につながる可能性がある。

具体的には、シミュレーションプログラムは、物体の各層ｎ（ｎ＝１はシミュレートされた第１の層であり、ｎ＝２はシミュレートされた第２の層であるなど）の構築がシミュレートされるにつれて変位が測定される、各ノードに対する変位ベクトルＵｘｙｚ＿ｎを、時間が経つと出力することができる。例えば、第１層の構築（例えば、ｎ＝１）がシミュレートされるとき、変位ベクトルＵ_{ｘｙｚ＿１}は、計算され、第１層の各々のノードのために出力されてもよい。第２の層の構築（例えば、ｎ＝２）がシミュレートされるとき、第１の層における１つ以上のノードの変位は、第２の層の構築のために変化し得る。したがって、更新された変位ベクトルＵ_{ｘｙｚ＿２}は、第２層の各ノードに加えて、第１層の各ノードに算出されて出力されてもよい。これにより、ある層ｎのノードについて、物体の最後の層ｍまでの各層ｎに変位ベクトルが算出されて出力される。

５０４において、順番に（例えば、構築物の第２の層において開始する、ｎ＝２）次の所与の層について、所与の層内の各ノードにおける、現在の層についての変位の差である（例えば、絶対差、差の大きさなど）変位ベクトルｄＵ_{ｘｙｚ＿ｎ}が計算され、前の層Ｕ_{ｘｙｚ＿ｎ－１}の変位をＵ_{ｘｙｚ＿ｎ}から差し引く（例えば、ｄＵ_{ｘｙｚ＿ｎ} ＝Ｕ_{ｘｙｚ＿ｎ} － Ｕ_{ｘｙｚ＿ｎ－１}）。差の変位ベクトルｄＵ_{ｘｙｚ＿ｎ}は、ｚ構成要素ｄＵ_ｚ＿ｎ（例えば、構築プラットフォームに垂直であり、次の層の方向と平行である差の構成要素の大きさ）と、ｘ－ｙ構成要素ｄＵ_ｘｙ＿ｎ（例えば、構築プラットフォームに平行である差の構成要素の大きさ、特に層自体の平面）とを含んでもよい。

５０６において、所与の層について、所与の層内の各ノードにおける、ノードおよび任意の隣接するノード（例えば、ノードの閾値距離内の所与の層内の他のノード（例えば、１０個の隣接するノード内））の間のｄＵ_ｚ＿ｎの最大絶対差ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}は、計算される。例えば、あるノードがｄＵ_ｚ＿ｎ＝２を持ち、隣接するノードの値が４、７、９、２、５を持つならば、ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}＝ａｂｓ（２－ｍａｘ（４、７、９、２、５））＝７になる。特定の実施形態において、ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}値が正規化されてもよい（例えば、０から１までの範囲にスケールされる）。

５０８において、所与の層について、各ノードにおける、ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たす（例えば、閾値以下である）か、が判定される。ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たさない場合（例えば、閾値を超える場合）、リコータの動きに影響を及ぼす、または妨害する可能性のある変形といったことにより、ノードにおいて構築エラーが発生する可能性があると判定される。ｄＵ_{ｘ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たしていない（例えば、閾値以下である）場合、リコータに衝撃を与える、または動きを妨げる可能性のある変形といったことにより、ノードに潜在的な構築エラーがない、と判断される。特に、ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}値は、隣接するノードと比較して、ノードのｚ方向における変位量の差を示すことがある。ノードがその隣接するノードよりも大きく変位している場合、これは、潜在的なエラーを示す可能性がある。リコータ衝突の危険性を判定するための例示的な閾値は、構築物内の粉末の層の厚さにおおよそ等しい値である。

５１０において、所与の層について、所与の層内の各ノードにおける、ノードおよび任意の隣接するノード（例えば、ノードの閾値距離内の与えられた層内の他のノード（例えば、１０個の隣接するノード内））についての間のｄＵ_ｘｙ＿ｎの最大絶対差ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}は、計算される。例えば、あるノードが、ｄＵ_ｘｙ＿ｎ＝２を持ち、隣接するノードが４、７、９、２、５を持つならば、ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}＝ａｂｓ（２－ｍａｘ（４、７、９、２、５））＝７になる。特定の実施形態において、ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}値は正規化されてもよい（例えば、０～１の範囲にスケーリングされてもよい）。

５１２において、所与の層について、各ノードおける、ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たす（例えば、閾値以下である）か、が判定される。ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たさない場合（例えば、閾値を超える場合）、亀裂または応力線を引き起こす可能性のある変形などによって、ノードに潜在的な構築エラーがあると判定される。ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}が閾値を満たす（例えば、閾値以下である）場合、亀裂または応力線を引き起こす可能性のある変形のために、ノードに潜在的な構築エラーがないと判断される。特に、ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}値は、隣接するノードと比較して、ノードのｘｙ方向における変位量の差を示すことができる。ノードがその隣接するノードよりも大きく変位しているならば、これは、潜在的なエラーを示す場合がある。

特定の態様において、変位は、複数のノードについて測定され得る。ノードのすべてまたは統計的に有意な数が閾値を満たす場合、これは、構築エラーがないことを示すことができる。逆に、全てのまたは統計的に有意な数のノードが閾値を満たさない場合、潜在的な構築エラーがあると判定される。

図５に示されるように、５０６および５０８は、５１０および５１２と並行して実行され得る。しかしながら、他の実施形態において、そのような動作が直列に実行されてもよいことに留意されたい。

５１４において、全ての層がエラーについてテストされたか、が判定される。すべての層がテストされていない場合、プロセス５００は、５０４に戻る。そうでない場合、プロセスは終了する。

特定の実施例において、ｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}および／またはｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}の代わりに、またはそれに加えて、前述のように閾値と比較され、ｄＵ_ｚ＿ｎおよび／またはｄＵ_ｘｙ＿ｎを閾値と比較することができる。例えば、ｄＵ_ｚ＿ｎが閾値を満たす（例えば、閾値以下である）場合、構築エラーの可能性はないが、ｄＵ_ｚ＿ｎが閾値を満たさない（例えば、閾値を超える）場合、潜在的な構築エラーがあるかもしれない。さらに、ｄＵ_ｘｙ＿ｎが閾値を満たす（例えば、閾値を下回る）場合、潜在的な構築エラーは存在しないかもしれないが、ｄＵ_ｘｙ＿ｎが閾値を満たさない（例えば、閾値を超える）場合、潜在的な構築エラーが存在する可能性がある。特に、ノードの一般的な変位が、その隣接するノードの変位にかかわらず高い場合、構築エラーが存在し得る。

変位値の傾向は、構築エラーのリスクを示し得る。例えば、ノード間の変位の差は一般的に、最初は低い（例えば、閾値を下回るか、または他のノードと比較して、相対的に一定である）が、例えば、閾値を超える値に達するために、後続の層の構築のために、時間の経過とともに増加することがある。これらの差は、構築エラー、または構築エラーが生じる可能性の増加を示し得る。

物体内の幾何学的特徴は、変位誤差の影響を受けやすい場合がある。いくつかの態様において、物体内の幾何学的特徴が構築エラーを引き起こしやすいものとして識別され得る。幾何学的特徴は例えば、シミュレーションの前に識別されてもよく、シミュレーションは幾何学的特徴のみに対して実行されてもよく、または問題が少ないと見なされる物体の部分と比較して、幾何学的特徴に更なる焦点を合わせて実行されてもよい。あるいは、幾何学的特徴は、シミュレーションが実行され、変位が決定された後に、ビルドエラーの影響を受けやすいと識別されてもよい。変位誤差の影響を受けやすい典型的な幾何学的特徴には、ｘｙ方向よりもｚ方向により大きなビルド領域を有する物体の細長い部分、一部の領域（島とも呼ばれる）で結合されていないが、互いに合体して結合する２つの部分、壁に接続するビーム（梁）、または物体内のオーバーハング領域が含まれる。

５０８および／または５１２において判定された潜在的な構築エラーに関する情報は、ディスプレイ内のコンピューティングデバイスのユーザに出力され得る。例えば、ノードが閾値を満たす場合、ノードは１つの色または値で表示され、ノードが閾値を満たさない場合、ノードは別の色または値で表示され得る。特定の実施形態において、ｄＵ_{ｘｙ＿ｎ＿ｍｘ}および／またはｄＵ_{ｚ＿ｎ＿ｍｘ}について計算された実際の値が表示されてもよく、または値に対応するカラーとして表示されてもよい。したがって、ユーザは、潜在的な構築エラーが物体内のどこで発生する可能性があるかを決定することができる。

いくつかの実施形態において、プロセス５００に基づいた１つ以上のノードで潜在的な構築エラーが示される場合、（例えば、手動または自動で）物体の設計が調整される。例えば、コンピューティングデバイス１００は、物体の回転、潜在的な構築エラーの領域における物体のサイズまたは形状の変更、潜在的な構築エラーの領域におけるサポートの追加などを試みることができる。次いで、コンピューティングデバイス１００は、プロセス５００を再び実行することができる。コンピューティングデバイス１００は、物体の設計を反復的に調整し、構築エラーがないことをシミュレーションが示すまでプロセス５００を実行することができる。次いで、コンピューティングデバイス１００は、付加製造を使用して、物体の最終設計の構築を指示することができる。

例えば、図６Ａは、円で囲まれた領域において、リコータの動きに影響を与える、または妨害する実際の変形が、実際の物体上でどのように見えるかを示す。さらに、図６Ｂは、丸で囲まれた領域において、シミュレーションがリコータの運動に影響を与えるか、または妨害する可能性のある潜在的な変形を示すノードに表示され得るものを示す。

例えば、図７Ａは、矢印で示された領域において、実際の応力線が実際の物体上でどのように見えるかを示す。さらに、図７Ｂは、矢印で指し示した領域において、シミュレーションが潜在的な応力線を示すノードに表示され得るものを示す。

例えば、図８Ａは、矢印で示された領域において、実際の亀裂が実際の物体上でどのように見えるかを示す。さらに、図８Ｂは、矢印で指し示した領域において、シミュレーションが潜在的な亀裂を示すノードに表示され得るものを図示する。

本方法のステップは、例えば、リコータ衝突または応力線などの変形エラーといった構築エラーに高リスクとして識別され、修正された物体に対して反復的に実行することができる。修正された３Ｄ物体は構築エラーについて分析されてもよく、結果は本明細書に記載されるように表示されてもよい。

本明細書に開示される様々な実施形態は、計算機制御システムの使用を提供する。当業者は、これらの実施形態が汎用および／または特殊な目的のコンピューティングシステム環境または構成の両方を含む、多数の異なる種類のコンピューティングデバイスを使用して実行され得ることを容易に理解するのであろう。上記の実施形態に関連して使用するのに適した周知のコンピューティングシステム、環境、および／または構成の例には、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドまたはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、プログラマブル家庭用電化製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステムまたはデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境などが含まれ得るが、これらに限定されない。これらの装置は、記憶された命令を含むことができ、これは、コンピューティングデバイス内のマイクロプロセッサによって実行されると、コンピュータデバイスに、指定された動作を実行させて、命令を実行させる。本明細書で使用されるように、命令は、システム内の情報を処理するためのコンピュータ実行工程を指す。命令は、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアで実施することができ、システムの構成要素によって行われる任意の種類のプログラムされた工程を含む。

マイクロプロセッサは、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標） Ｐｒｏプロセッサ、８０５１プロセッサ、ＭＩＰＳ（登録商標）プロセッサ、Ｐｏｗｅｒ ＰＣ（登録商標）プロセッサ、またはＡｌｐｈａ（登録商標）プロセッサなどの従来の汎用シングルまたはマルチチップマイクロプロセッサであってもよい。さらに、マイクロプロセッサは、デジタル信号プロセッサまたはグラフィックプロセッサなどの任意の従来の専用マイクロプロセッサであってもよい。マイクロプロセッサは、典型的には従来のアドレス線、従来のデータ線、および１つ以上の従来の制御線を有する。

本明細書で開示される本発明の態様および実施形態はソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの任意の組合せを生成するために、標準的なプログラミング技法またはエンジニアリング技法を使用して、方法、装置、または製造物品として実行され得る。本明細書で使用される「製造物品（ａｒｔｉｃｌｅ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」という用語は、光記憶デバイスなどのハードウェアまたは非一時的なコンピュータ可読媒体、ならびに信号、搬送波などの揮発性または不揮発性メモリデバイス、または一時的なコンピュータ読み取り可能媒体で実装されるコードまたはロジックを指す。そのようなハードウェアはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）、マイクロプロセッサ、または他の同様の処理デバイスを含むことができるが、これらに限定されない。

Claims (16)

1. 付加製造を用いて構築されるべき物体における潜在的な構築エラーを判定するためのコンピュータによる実行の方法であって、
   コンピューティングデバイスにおいて、前記物体の複数の層のシミュレートされた構築物を取得する工程であって、前記複数の層のそれぞれは、前記複数の層のそれぞれにおける異なる位置に対応する複数のノードを備える工程と、
   前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記コンピューティングデバイスによって、前記構築物を前記シミュレートすることに基づく前記ノードのシミュレートされた位置と、前記物体の設計に基づく前記ノードの設計された位置との間の差に対応する１つ以上の変位ベクトル値を判定する工程であって、前記ノードの１つ以上の変位ベクトル値のそれぞれは、構築されたようにシミュレートされた異なる数の層に対応する工程と、
   前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記コンピューティングデバイスによって、隣接する層に対応する変位ベクトル値間の差を判定する工程と、
   前記複数の層のうちの１つ以上のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記コンピューティングデバイスによって、
   １）前記ノードの隣接する層に対応する変位ベクトル値間の前記差、および
   ２）前記ノードの１つ以上の隣接ノードの隣接する層に対応する変位ベクトル値間の１つ以上の差
   の間の差の最大絶対差を決定する工程と、
   前記複数の層の前記複数のノードのいずれかが閾値を満たさない最大絶対差を有する場合、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがあると判定する工程と、
   前記複数の層のそれぞれにおける前記複数のノードのそれぞれが前記閾値を満たす最大絶対差を有する場合、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがないと判定する工程と、
   を含む方法。
2. 前記１つ以上の隣接ノードは、前記ノードの閾値距離内にある、請求項１に記載の方法。
3. 前記最大絶対差は、前記複数の層のうちの一層に垂直な方向における差を示す、請求項１に記載の方法。
4. 前記コンピューティングデバイスによって、前記複数のノードのいずれかに潜在的な構築エラーがあるかを示すグラフィックを表示する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記コンピューティングデバイスによって、前記物体の設計を反復的に調整し、前記物体の設計に潜在的な構築エラーがなくなるまで、潜在的な構築エラーがあるかを判定する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 付加製造を用いて前記物体を製造する工程をさらに備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記１つ以上の変位ベクトル値はｘｙ平面内の変位を示し、前記ｘｙ平面は、前記物体の第１の層に対応し、前記物体が構築される構築プラットフォームに平行である、請求項１に記載の方法。
8. 前記ｘｙ平面における前記変位は、前記物体の前記第１の層と前記物体の少なくとも１つの追加の層との間に形成される収縮線を示す、請求項７に記載の方法。
9. 前記１つ以上の変位ベクトル値は、ｚ方向の変位を示す、請求項１に記載の方法。
10. 前記ｚ方向の変位は、構築失敗を示す、請求項９に記載の方法。
11. 命令を含む非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体であって、
    前記命令は、コンピューティングデバイスによって実行されると、物体の複数の層のシミュレートされた構築物を取得することを前記コンピューティングデバイスに実行させる命令であり、
    前記複数の層のそれぞれは、前記複数の層のそれぞれにおける異なる位置に対応する複数のノードを備え、
    前記命令は、前記コンピューティングデバイスによって実行されると、前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記構築物をシミュレートすることに基づく前記ノードのシミュレートされた位置と、前記物体の設計に基づく前記ノードの設計された位置との間の差に対応する１つ以上の変位ベクトル値を判定することを前記コンピューティングデバイスに実行させる命令であり、
    前記ノードの１つ以上の変位ベクトル値のそれぞれは、構築されたようにシミュレートされた異なる数の層に対応し、
    前記命令は、前記前記コンピューティングデバイスによって実行されると、前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記コンピューティングデバイスによって、隣接する層に対応する変位ベクトル値間の差に基づく変位距離を判定することと、
    前記複数の層の前記複数のノードのいずれかが閾値を満たさない変位距離を有するとき、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがあると判定することと、
    前記複数の層のそれぞれにおける前記複数のノードのそれぞれが前記閾値を満たす変位距離を有するとき、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがないと判定することと、を前記コンピューティングデバイスに実行させる命令であり、
    前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記変位距離は、前記ノードの層の距離の間の変形の差と、１つ以上の隣接ノードの層の距離の間の変形の差と、の間の差に基づく最大差距離に基づく、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
12. メモリと、
    前記メモリに結合されたプロセッサを備えるコンピューティングデバイスであって、
    前記プロセッサは、物体の複数の層のシミュレートされた構築物を取得するように構成され、
    前記複数の層のそれぞれは、前記複数の層のそれぞれにおける異なる位置に対応する複数のノードを備え、
    前記プロセッサは、前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記構築物をシミュレートすることに基づく前記ノードのシミュレートされた位置と、前記物体の設計に基づく前記ノードの設計された位置との間の差に対応する１つ以上の変位ベクトル値を判定するように構成され、
    前記ノードの１つ以上の変位ベクトル値のそれぞれは、構築されたようにシミュレートされた異なる数の層に対応し、
    前記プロセッサは、
    前記複数の層のうちの１つ以上の層のそれぞれにおける１つ以上のノードのそれぞれについて、前記コンピューティングデバイスによって、隣接する層に対応する変位ベクトル値間の差に基づく変位距離を判定し、
    前記複数の層の前記複数のノードのいずれかが閾値を満たさない変位距離を有するとき、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがあると判定し、
    前記複数の層のそれぞれにおける前記複数のノードのそれぞれが前記閾値を満たす変位距離を有するとき、前記コンピューティングデバイスによって、潜在的な構築エラーがないと判定され、
    前記プロセッサは、前記物体の設計を反復的に調整し、前記物体の前記設計に潜在的な構築エラーがなくなるまで、潜在的な構築エラーがあるかを判定するようにさらに構成されるコンピューティングデバイス。
13. 前記変位距離は、前記複数の層のうちの１層に垂直な方向の変位を示す、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
14. 前記命令は、前記コンピューティングデバイスによって実行されると、前記コンピューティングデバイスに、前記複数のノードのいずれかに潜在的な構築エラーがあるかどうかを示すグラフィックの表示を実行させる、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
15. 前記１つ以上の変位ベクトル値は、ｘｙ平面内の変位を示し、前記ｘｙ平面は前記物体の第１の層に対応し、前記物体が構築される構築プラットフォームに平行である、請求項１２に記載のコンピューティングデバイス。
16. 前記ｘｙ平面における前記変位が、前記物体の第１の層と、前記物体の少なくとも１つの追加の層と、の間に形成される収縮線を示す、請求項１５に記載のコンピューティングデバイス。

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