JP7532241B2 - 造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラム - Google Patents

Description

本開示は、造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムに関するものである。

例えば３Ｄプリンタでは、複数の造形層を形成することで立体造形物を造形している。具体的には、造形対象とする立体造形物の形状を複数の造形層で疑似的に表した後に、各造形層を形成することで立体造形物が造形される（例えば特許文献１）。

特開２０１９－１５５６０６号公報

積層造形する場合、層表面の凹凸形状が次層の造形品質や形状に影響を及ぼす可能性がある。例えば、内部欠陥や融合不良等が発生する可能性がある。特許文献１では低い領域に層を追加形成しているが、追加形成する層の造形制御を行うことによって造形品質をより向上させることができると考えられる。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、造形品質を向上させることのできる造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムを提供することを目的とする。

本開示の第１態様は、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する制御部と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する判定部と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正部と、を備える造形システムである。

本開示の第２態様は、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する工程と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する工程と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う工程と、を有する造形方法である。

本開示の第３態様は、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する処理と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する処理と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う処理と、をコンピュータに実行させるための造形プログラムである。

本開示によれば、造形品質を向上させることができるという効果を奏する。

本開示の第１実施形態に係る造形装置の概略構成を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る造形手段の概略構成を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示した図である。 本開示の第１実施形態に係る制御装置が備える機能を示した機能ブロック図である。 本開示の第１実施形態に係る所定範囲の一例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る不足部分の一例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るパターン１に対応した修正パスの設定例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るパターン２に対応した修正パスの設定例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る造形処理の手順の一例を示すフローチャートである。 本開示の第２実施形態に係るパターン１に対応するパス方向の例を示す図である。 本開示の第２実施形態に係るパターン２に対応するパス方向の例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本開示に係る造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本開示の第１実施形態に係る造形装置２０の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では、造形装置２０としてデポジション造形方式（以下、「ＤＥＤ」という）を採用する場合について具体的に説明する。デポジション造形方式は、指向性エネルギー堆積法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とも呼ばれる。本実施形態では、ＤＥＤを採用した場合を説明するが、他の造形方式を採用することも可能である。他の造形方式とは、例えば、ＦＦＦ（Ｆｕｓｅｄ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、熱溶解フィラメント製造法）、ＳＬＳ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、粉末焼結積層造形法）、ＭＪ（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｊｅｔｔｉｎｇ、マテリアルジェッティング）、ＥＢＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｍｅｌｔｉｎｇ、電子ビーム溶解法）、ＳＬＡ（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ、光造形法）などである。このように造形方法は限定されない。

図１に示すように、造形装置２０は、造形手段２３と、制御装置（造形システム）２２とを主な構成として備えている。

造形手段２３は、造形対象である立体造形物を造形する装置である。造形手段２３は、制御装置２２により制御されている。造形手段２３は、図２に示すように、ヘッド３１と、ステージ３２とを備えている。本実施形態では、ステージ表面と平行な面をｘ－ｙ平面とし、垂直な方向（すなわち積層高さ）をｚ方向とする。造形手段２３は、ｘ－ｙ平面と平行に移動可能なヘッド３１によりステージ３２上に造形材料からなる造形層を形成する。このようにして、立体造形物のうちの１層分が形成される。造形層を形成すると、ヘッド３１は次層を形成するために１層分の高さ（積層ピッチ）の分だけｚ方向に移動する。造形手段２３では、このような動作を繰り返すことで複数の造形層を積層して立体造形物を形成する。

なお、上記説明ではヘッド３１がｘ－ｙ平面やｚ軸方向へ移動する場合を説明したが、移動方式に限定されない。例えば、ステージ３２がｚ軸方向へ移動することとしてもよい。

造形手段２３の具体的な造形方法は、ＤＥＤ方式である。ＤＥＤでは、ヘッド３１から造形材料が供給される。造形材料は、例えば金属材料等であり、キャリアガスと共に図２のＭとして示すように噴射される。そしてさらに、ヘッド３１からはレーザ（適当な熱源）Ｌが供給されている。すなわち、造形材料をレーザＬによって溶解及び凝固させることで、造形材料のビードを形成する。ヘッド３１がｘ－ｙ平面を移動しながらビードが形成されることによって造形層が形成される。

造形手段２３には、造形層の形状を測定するための計測手段としてセンサ（監視装置）が設けられている。センサは、形成された造形層の表面形状（具体的には積層高さ）を測定する。測定を行うタイミングは限定されない。センサとしては、レーザスキャン式やカメラ式など様々な方法を採用することができる。

理想的には、造形データに基づいて造形をすれば、造形データにて設定されている造形層と一致する積層高さの造形層が形成されるはずであるが、環境要因や物性要因などのさまざまな影響によって、現実的には、理想的な造形層が造形できない場合がある。このような場合には、例えば、造形層は、部分的に積層高さが低かったり、高かったりといった表面形状となる場合がある。このような表面凹凸は、内部欠陥や融合不良等といった造形品質の低下を招く可能性があるため、センサで計測を行う。

制御装置（造形システム）２２は、造形手段２３を制御して、造形対象である立体造形物を造形する。

図３は、本実施形態に係る制御装置２２のハードウェア構成の一例を示した図である。
図３に示すように、制御装置２２は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、例えば、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１４と、ネットワーク等に接続するための通信部１５とを備えている。なお、大容量記憶装置としては、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を用いることとしてもよい。これら各部は、バス１８を介して接続されている。

また、制御装置２２は、キーボードやマウス等からなる入力部や、データを表示する液晶表示装置等からなる表示部などを備えていてもよい。

なお、ＣＰＵ１１が実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭ１２に限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。

後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でハードディスクドライブ１４等に記録されており、このプログラムをＣＰＵ１１がＲＡＭ１３等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭ１２やその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

図４は、制御装置２２が備える機能を示した機能ブロック図である。図４に示されるように、制御装置２２は、生成部４１と、制御部４２と、判定部４３と、補正部４４とを備えている。

生成部４１は、造形データを生成する。造形データは、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した情報である。具体的には、まず、生成部４１には、立体造形物（目標造形物）の形状を表す形状データが入力される。形状データは、例えば情報処理装置等などで作成されて制御装置２２へ入力される。そして、生成部４１では、形状データを立体造形物の高さ方向（ｚ軸方向）に対して所定の積層ピッチ単位で分割し、複数の造形層（積層される各層）が表された造形データを生成する。造形データは、例えば、各層のｘ－ｙ平面座標において、造形を行うか行わないかの二値データとなる。そしてさらに、造形データには、各層のｘ－ｙ平面座標において、造形量（積層高さ）などのパラメータを含むことがより好ましい。

このように生成部４１において、立体造形物の形状データを造形データとして表すことによって、立体造形物を各層に分割して表すことができ、各層を形成することによって当該立体造形物を造形することが可能となる。

制御部４２は、造形データに基づいて、造形手段２３を制御して各造形層を積層形成する。制御部４２は、造形手段２３（特にヘッド３１）の動作を制御している。制御部４２では、造形データ（造形層の設計データ）に基づいてヘッド３１の位置等を調整することで、造形の速度や積層高さなどの様々なパラメータを制御しながら対象の造形層を造形する。ＤＥＤでは、例えば造形材料の吐出量やレーザＬの強度等についても制御される。

具体的には、制御部４２では、造形データに基づいて対象とする造形層を形成するためのパス（仮想的なライン）を設定する。そして、パスに沿ってヘッド３１を動作させてビードを形成していくことによって、該ビードにより造形層が形成される。

制御部４２では、対象の造形層を造形した後に、形成した造形層に対して積層される造形層（すなわち、次層の造形層）の造形を行う。このように、各造形層が積層形成されることによって、立体造形物が造形される。

制御部４２では、センサによる造形層の形状計測の制御も実行される。例えば、造形層を造形した後に（造形中としてもよい）、造形層の計測を実施する。計測結果は、後述する判定部４３において用いられる。

制御部４２では、造形層を形成するが、形成された造形層の形状計測結果に基づいて次層の造形層の形成時に、造形位置によって積層高さを制御する。例えば、形成された造形層のある位置の積層高さが高い場合（または低い場合）には、次層においてその位置の造形層を薄く（または厚く）形成することで、次層の積層高さを理想の積層高さへ近づけることができる。

判定部４３は、形成された造形層の積層高さの計測値が、造形データにおける造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲（施工裕度範囲）内であるか否かを判定する。すなわち、判定部４３では、センサによって計測した造形層のｘ－ｙ平面における各座標位置における積層高さ（計測値）と、該造形層のｘ－ｙ平面における各座標位置における積層高さの理想値に基づく所定範囲とを比較する。理想値（設計値）とは、造形データにおける当該造形層の各座標位置の積層高さである。

所定範囲（施工裕度範囲）は、造形手段２３の仕様に基づいて、形成された造形層に対して積層される造形層の積層高さが所定の閾値以上に形成可能な範囲として予め設定されている。すなわち、上層（未造形層）の造形層の造形高さが、造形手段２３の調整によって閾値（許容下限値）以上とできるような下層（造形済層）の積層高さの範囲として設定される。換言すると、下層の積層高さが所定範囲内であれば、上層は、造形手段２３による調整によって閾値以上（後述するように所定範囲内）の積層高さとすることができる。

本実施形態では、閾値とは、所定範囲の下限値として設定されているものとする。すなわち、下層の積層高さが所定範囲内であれば、上層を形成した際に積層高さを所定範囲内とすることができる。なお、閾値については、上層の積層高さの許容下限値として設定されれば上記に限定されない。

図５は、所定範囲の一例を示す図である。所定範囲は、造形層の理想積層高さ（造形データに基づく積層高さ）を含むように設定されている。例えば、理想積層高さに対して所定距離を足し引きした範囲として設定される。本実施形態ではＤＥＤを採用している。ＤＥＤでは、ヘッド３１において造形材料である粉末がヘッド３１の先端から所定距離離れた加工点において集中している。そして、この加工点に集中した造形材料がレーザＬによってビードとなる。このため、粉末収束状況として示すように、加工点から遠ざかるほど、層造形できなくなる。すなわち、ＤＥＤを採用する場合には、所定範囲は、例えば加工点の収束径に対して、収束径が１０％拡大する範囲として設定される。収束径は、例えば、加工点における集積高さ方向と垂直な方向の粉末集束の広がりである。すなわち、積層高さ方向に設定される所定範囲は、加工点の収束径を１０％拡大させた距離として設定される。具体的には、理想積層高さ±１．０ｍｍとして所定距離が設定される。より好ましくは、収束径を５％拡大させた範囲内で管理されることが好ましい。

図５では、加工点を０（所定範囲の中心）として、±１.０ｍｍの範囲を所定範囲として示している。そして、理想の積層高さを加工点（すなわち０）としている。すなわち、理想の積層高さの±１．０ｍｍの範囲が所定範囲（－１．０以上＋１．０以下の範囲）となる。－１．０より小さい領域（積層高さが低い領域）では、溶着量が減ることで次層は積層高さが所定範囲から遠くなり造形できなくなることが想定される。一方で、＋１．０より大きい領域（積層高さが高い領域）では、次層の積層高さを低く造形することで、次層の積層高さを所定範囲内に造形することができる。所定範囲としては、下限値（－１．０ｍｍ）以上の範囲としてもよい。

補正部４４は、形成された造形層において、積層高さが所定範囲内でない不足部分がある場合に、不足部分に対して、積層高さが所定範囲内となるように補正造形を行う。不足部分とは、造形層表面において、積層高さが所定範囲より低い領域である。図６は不足部分の一例を示す図（平面図）である。図６に示すように、例えば正常部分と不足部分とが層表面に現れる。不足部分については、判定部４３における判定結果により位置や範囲等が特定される。

補正部４４は、この不足部分に対して補正部材を形成して補正造形を行う。補正造形は、造形層を造形した後であって、次層を形成する前に行われる。すなわち、判定部４３は、各造形層のそれぞれの形成後において判定処理を行っており、補正部４４では、該判定処理において不足部分があると判定された場合に、次に積層形成される造形層を形成する前に、補正造形を行う。補正造形では、不足部分の積層高さが所定範囲内となるように肉付け（補正部材の形成）が行われる。補正部４４では、補正部材のパス（以下、「修正パス」という）を設定し、この修正パスに沿って補正部材のビードを形成することで、不足部分に対する肉付けを行う。本実施形態では、２パターン（以下、「パターン１」及び「パターン２」として説明する）の補正造形を行う場合を説明する。２パターンの補正造形については、いずれか１つとしてもよいし、選択可能としてもよい。なお、補正造形の具体的方法は、不足部分の積層高さが所定範囲内となるように肉付けが行われれば、パターン１及びパターン２以外を採用することもできる。

また、本実施形態では、直線状の修正パスを形成し、該修正パスに沿ってビードを造形して補正造形を行う場合について説明するが、修正パスについては直線状に限定されない。そしてさらに、本実施形態では、直線状の修正パスの方向も予め設定されているものとする。パスの方向を調整する場合については第２実施形態で説明する。

パターン１の補正造形について説明する。補正部４４は、不足部分のみに対して、修正パスを形成して補正造形を行う。すなわち、パターン１では、不足部分に対してのみ補正造形を行い、不足部分以外（正常部分）の領域に対しては補正造形を行わない。

補正部４４では、不足部分に基づいて、修正パスを設定する。図７は、パターン１に対応した修正パスの設定例を示す図である。図７において、修正パスは、太線で示している。なお、点線は、修正パスが設定可能であるが、設定していないパスを表している。各パスの間隔は、パスに沿ってビードを形成した時に隣接するビードが互いに接触するように設定される。そして、修正パス（長さ等）は、不足部分の範囲内で設定される。図７に示すように、修正パスは不足部分に対してのみ設定されるため、この修正パスに沿ってビードが形成され、不足部分に対する肉付けが行われる。不足部分の積層高さは所定範囲内となるように肉付けが行われる。

不足部分に対してのみ補正部材のパスを形成するため、不足部分以外の部分への補正部材形成を抑制することができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。

次に、パターン２の補正造形について説明する。補正部４４は、不足部分を含む形成された造形層に対して、不足部分を通る補正部材のパスを形成して補正造形を行う。すなわち、パターン２では、不足部分を通るように修正パスが形成されるため、不足部分は全体的に補正造形が行われるとともに正常部分の一部領域にも補正造形が行われる。

補正部４４では、不足部分に基づいて、修正パスを設定する。図８は、パターン２に対応した修正パスの設定例を示す図である。各パスの間隔は、パスに沿ってビードを形成した時に隣接するビードが互いに接触するように設定される。そして、修正パスは、形成された造形層の表面であって、不足部分を通過するように設定される。図８に示すように、修正パスは不足部分を通るように設定されるため、この修正パスに沿ってビードが形成され、不足部分に対する肉付けが行われる。図８に示すように、不足部分を通るように修正パスが設定され、換言すると、造形層の表面であって不足部分を通らないパス（図８の点線）については修正パスが設定されない。修正パスが設定されないため、図８の点線部分については補正造形が行われない。すなわち、修正パスは、造形層の表面であって、不足部分が通過する部分にのみ設定され、その他の部分については設定されない。不足部分の積層高さは所定範囲内となるように肉付けが行われる。なお、例えば、パターン２における修正パス（形成されるビード）の始点及び終点については、不足部分を有する造形層（修正対象の造形層）を形成する際のビードのパスと等しい。すなわち、補正造形に係る修正パスの始点及び終点は、補正造形ではなく造形層を形成する際の通常のビードのパスの始点及び終点と等しい。

不足部分を含む造形層に対して、不足部分を通る補正部材のパスを形成するため、造形層における不足部分を通らない領域には補正部材を形成しないこととすることができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。また、特にＤＥＤ方式では、加工点から遠ざかるほど造形できにくくなるため、不足部分に対する肉付けと比較して、正常部分に対して形成される肉付けは多くないこととすることも可能である。また、パターン２では、形成されるビードの始端及び終端が不足部分の境界部分に形成されないため、次層の形成において補正造形の境目の影響を抑制することができる。

次に、上述の造形装置２０による造形処理の一例について図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る造形処理の手順の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローは、例えば、造形層の造形を開始する場合に実行される。

まず、造形データに基づいて、初めの造形層（最下層の造形層）を形成するためのパスを設定する（Ｓ１０１）。

次に、設定されたパスに沿うようにビードを形成する（Ｓ１０２）。これによって対象の造形層が形成される。

次に、形成された造形層に対してセンサにて積層高さの計測を行う（Ｓ１０３）。

次に、積層高さの計測結果と、造形データの理想形状（理想積層高さ）とを比較する（Ｓ１０４）。具体的には、Ｓ１０４では、形成された造形層の積層高さが所定範囲内であるか否かを、層表面の各位置に対して判定する。

次に、形成された造形層の積層高さが所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。Ｓ１０５では、形成された造形層の表面の各位置において、積層高さが所定範囲内であればＹＥＳ判定となる。一方で、いずれかの位置において積層高さが所定範囲内でない部位があれば、ＮＯ判定となる。

形成された造形層の積層高さが所定範囲内でない場合（Ｓ１０５のＮＯ判定）には、不足部分を特定する（Ｓ１０６）。Ｓ１０６では、不足部分の領域がデータ化される。

次に、不足部分に対応して、修正パスを設定する（Ｓ１０７）。Ｓ１０７では、予め選択されたパターン１又はパターン２のいずれかに基づいて修正パスが設定される。Ｓ１０７が実行されると、Ｓ１０２が再度実行されるが、Ｓ１０７において修正パスが設定されているため、Ｓ１０２では修正パスに基づいてビード形成が行われる。

形成された造形層の積層高さが所定範囲内である場合（Ｓ１０５のＹＥＳ判定）には、不足部分は検出されなかったため、最終形状まで施工実行したか否かを判定する（Ｓ１０８）。Ｓ１０８は、換言すると、造形データに含まれるすべての造形層の造形が完了したか否かということとなる。

最終形状まで施工実行していない場合（Ｓ１０８のＮＯ判定）には、次層の造形層を形成するためのパスを設定する（Ｓ１０９）。Ｓ１０９が実行されると、Ｓ１０２が再度実行されるが、Ｓ１０９において次層のパスが設定されているため、Ｓ１０２では次層のパスに基づいてビード形成が行われる。このようにして、各層の造形が行われる。

最終形状まで施工実行した場合（Ｓ１０８のＹＥＳ判定）には、立体造形物が完成したとして処理を終了する。

このように、各層の造形及び補正造形が行われる。特に、Ｓ１０５がＮＯ判定である場合に、Ｓ１０６及びＳ１０７により修正パスが設定され、さらにＳ１０５がＮＯ判定である場合にはＳ１０６及びＳ１０７により再度修正パスが設定される。このため、不足部分の積層高さが所定範囲内となるように、より確実に補正造形を行うことができ、各層の造形品質の低下を効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムによれば、各造形層を積層形成するにあたって、形成された造形層の積層高さが造形データにおける造形層の積層高さ（理想の積層高さ）を含む所定範囲内となっていない不足部分がある場合に、補正造形が行われる。この補正造形は、不足部分の積層高さが所定範囲内となるように行われる。このため、造形層の積層高さをより確実に造形データ（理想）に近づけることができる。すなわち、安定した造形が可能となり、例えば内部欠陥や融合不良等の少ない高品質な造形物を形成することが可能となる。

造形手段２３の仕様に基づいて、次に形成される造形層（形成された造形層に対して積層される造形層）の積層高さが所定の閾値以上に形成可能な範囲として、所定範囲が設定されている。このため、形成された造形層に不足部分があったとしても補正造形が行われることによって、次に形成される造形層は、より確実に閾値以上となり、陥没部分が発生することを抑制することが可能となる。

不足部分に対してのみ補正部材のパスを形成するため、不足部分以外の部分への補正部材形成を抑制することができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。

不足部分を含む造形層に対して、不足部分を通る補正部材のパスを形成するため、造形層における不足部分を通らない領域には補正部材を形成しないこととすることができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムについて説明する。
上述した第１実施形態では、修正パスの方向が予め設定されている場合について説明していたが、本実施形態では、修正パスの方向を制御する場合について説明する。以下、本実施形態に係る造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムについて、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

本実施形態において補正部４４は、不足部分の形状に基づいて、補正部材の修正パスの形成方向を設定する。第１実施形態では、パス方向は固定として修正パスを設定する場合を説明したが、本実施形態では、パス方向についても制御対象とする。

補正部４４は、パターン１及びパターン２のそれぞれに対応して、パス方向を設定する。

まず、パターン１の場合について説明する。
パターン１では、上記のように、不足部分に対してのみ修正パスを形成する。このため、パターン１では、補正部４４は、不足部分の形状に基づいて、補正部材のパスの数が少なくなるように補正部材のパスの形成方向を設定する。

パターン１の場合には、不足部分の端部の付近においてビードの端部（始端や終端）が生ずる可能性がある。端部は次層の造形に影響を与える可能性があるため、補正部４４は、不足部分に対して形成される修正パスの数が少なくなるようにパス方向を設定する。例えば、図１０（イメージ図）におけるＰＡ１のパス方向では修正パスが１２本程度となるが、ＰＡ２のパス方向とすることで、修正パスを７本程度とすることができる。すなわち、ＰＡ２の方が不足部分に対してビードの端部が形成されることが抑制されている。修正パスの数は、不足部分の形状に依存するため、パス方向は不足部分の形状に基づいて設定される。

パス数が少なくなるようにとは、より好ましくは、パス数が最小となるパス方向が演算されることが良い。しかしながら、パス数が予め設定した所定数より少なくなるようにしてもよいし、限られたパターンの中から最もパス数の少ないパス方向パターンを選択することとしてもよい。パス数が少なくなるようにパス方向が設定されれば、方法は限定されない。

このように設定されたパス方向の修正パスに沿ってビードが形成されることにより、不足部分に形成されるパスの端部（始端または終端）の形成数を抑制し、該端部が及ぼす造形への影響を抑制することができる。このため、造形精度を向上させることができる。

次に、パターン２の場合について説明する。
パターン２では、上記のように、不足部分を通るように修正パスを形成する。このため、パターン２では、補正部４４は、不足部分の形状に基づいて、修正パスの合計距離が短くなるように補正部材のパスの形成方向を設定する。

パターン２の場合には、ビードの端部は不足部分を含む造形層の表面範囲外とすることができるため、次層に対する端部の影響は抑制されている。しかしながら、修正パスの合計距離が長くなる傾向にあるため、造形時間やコストが抑制されることが好ましい。このため、補正部４４では、修正パスの合計距離が短くなるようにパス方向を設定する。

例えば、図１１（イメージ図）におけるＰＢ１のパス方向よりも、ＰＢ２のパス方向の方が、修正パスの合計距離が短くなる。そしてさらに、ＰＢ２のパス方向よりも、ＰＢ３のパス方向の方が、修正パスの合計距離が短くなる。すなわち、図１１の例では、ＰＢ３のパス方向が最も修正パスの合計距離が短くなることとなる。修正パスの合計距離は、不足部分の形状に依存するため、パス方向は不足部分の形状に基づいて設定される。

修正パスの合計距離が短くなるようにとは、より好ましくは、合計距離が最小となるパス方向が演算されることが良い。しかしながら、合計距離が予め設定した所定距離より少なくなるようにしてもよいし、限られたパターンの中から最も合計距離の少ないパス方向パターンを選択することとしてもよい。修正パスの合計距離が短くなるようにパス方向が設定されれば、方法は限定されない。

このようにパス方向についても制御することによって、余分な修正パスを抑制して、造形時間やコストの抑制等を図ることができる。

なお、本実施形態では、修正パスを直線状として説明をしたが、修正パスについては直線状以外を採用することとしてもよい。この場合においても、パターン１の場合にはパス数が少なくなるようにパス方向を設定し、パターン２の場合には、修正パスの合計距離が短くなるようにパス方向を設定することで同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムによれば、不足部分の形状に基づいて補正部材のパスの形成方向を設定することによって、補正部材の使用量の抑制や、造形精度の向上を図ることができる。

不足部分の形状に基づいて、補正部材のパスの数が少なくなるように補正部材のパスの形成方向を設定することで、不足部分に形成されるパスの端部（始端または終端）の形成数を抑制し、該端部が及ぼす造形への影響を抑制することができる。このため、造形精度を向上させることができる。

不足部分の形状に基づいて、補正部材のパスの合計距離が短くなるように補正部材のパスの形成方向を設定することで、造形時間やコストを削減することが可能となる。

本開示は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。なお、各実施形態を組み合わせることも可能である。すなわち、上記の第１実施形態、及び第２実施形態については、それぞれ組み合わせることも可能である。

以上説明した各実施形態に記載の造形システム及び造形装置、並びに造形方法、並びに造形プログラムは例えば以下のように把握される。
本開示に係る造形システム（２２）は、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段（２３）を制御して各前記造形層を積層形成する制御部（４２）と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する判定部（４３）と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正部（４４）と、を備える。

本開示に係る造形システムによれば、各造形層を積層形成するにあたって、形成された造形層の積層高さが造形データにおける造形層の積層高さ（理想の積層高さ）を含む所定範囲内となっていない不足部分がある場合に、補正造形が行われる。この補正造形は、不足部分の積層高さが所定範囲内となるように行われる。このため、造形層の積層高さをより確実に造形データ（理想）に近づけることができる。すなわち、安定した造形が可能となり、例えば内部欠陥や融合不良等の少ない高品質な造形物を形成することが可能となる。

本開示に係る造形システムは、前記所定範囲は、前記造形手段の仕様に基づいて、形成された前記造形層に対して積層される前記造形層の積層高さが所定の閾値以上に形成可能な範囲として予め設定されていることとしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、造形手段の仕様に基づいて、次に形成される造形層（形成された造形層に対して積層される造形層）の積層高さが所定の閾値以上に形成可能な範囲として、所定範囲が設定されている。このため、形成された造形層に不足部分があったとしても補正造形が行われることによって、次に形成される造形層は、より確実に閾値以上となり、陥没部分が発生することを抑制することが可能となる。

本開示に係る造形システムは、前記補正部は、前記不足部分のみに対して、補正部材のパスを形成して補正造形を行うこととしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、不足部分に対してのみ補正部材のパスを形成するため、不足部分以外の部分への補正部材形成を抑制することができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。

本開示に係る造形システムは、前記補正部は、前記不足部分を含む形成された前記造形層に対して、前記不足部分を通る補正部材のパスを形成して補正造形を行うこととしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、不足部分を含む造形層に対して、不足部分を通る補正部材のパスを形成するため、造形層における不足部分を通らない領域には補正部材を形成しないこととすることができる。すなわち、造形時間やコストを削減することができる。

本開示に係る造形システムは、前記補正部は、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの形成方向を設定することとしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、不足部分の形状に基づいて補正部材のパスの形成方向を設定することによって、補正部材の使用量の抑制や、造形精度の向上を図ることができる。

本開示に係る造形システムは、前記補正部は、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの数が少なくなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定することとしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、不足部分の形状に基づいて、補正部材のパスの数が少なくなるように補正部材のパスの形成方向を設定することで、不足部分に形成されるパスの端部（始端または終端）の形成数を抑制し、該端部が及ぼす造形への影響を抑制することができる。このため、造形精度を向上させることができる。

本開示に係る造形システムは、前記補正部は、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの合計距離が短くなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定することとしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、不足部分の形状に基づいて、補正部材のパスの合計距離が短くなるように補正部材のパスの形成方向を設定することで、造形時間やコストを削減することが可能となる。

本開示に係る造形システムは、前記判定部は、各前記造形層のそれぞれの形成後において判定処理を行い、前記補正部は、前記判定処理において前記不足部分があると判定された場合に、次に積層形成される前記造形層を形成する前に、前記補正造形を行うこととしてもよい。

本開示に係る造形システムによれば、複数形成される造形層のそれぞれにおいて判定処理が行われ、不足部分がある場合には次層を形成する前に補正造形を行う。すなわち、造形途中でも不足部分があれば補正造形を行うことができる。

本開示に係る造形装置（２０）は、形材料を積層して造形層を形成する造形手段と、上記の造形システムと、を備える。

本開示に係る造形方法は、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する工程と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する工程と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う工程と、を有する。

本開示に係る造形プログラムは、造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する処理と、形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する処理と、形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う処理と、をコンピュータに実行させる。

１１ ：ＣＰＵ
１２ ：ＲＯＭ
１３ ：ＲＡＭ
１４ ：ハードディスクドライブ
１５ ：通信部
１８ ：バス
２０ ：造形装置
２２ ：制御装置（造形システム）
２３ ：造形手段
３１ ：ヘッド
３２ ：ステージ
４１ ：生成部
４２ ：制御部
４３ ：判定部
４４ ：補正部
Ｌ ：レーザ

Claims (11)

1. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する制御部と、
   形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する判定部と、
   形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記不足部分を含む形成された前記造形層に対して、前記不足部分を通る補正部材のパスを形成して補正造形を行う造形システム。
2. 前記補正部は、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの形成方向を設定する請求項１に記載の造形システム。
3. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する制御部と、
   形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを判定する判定部と、
   形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記不足部分のみに対して、補正部材のパスを形成して補正造形を行うとともに、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの数が少なくなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定する造形システム。
4. 前記補正部は、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの合計距離が短くなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定する請求項１に記載の造形システム。
5. 前記判定部は、各前記造形層のそれぞれの形成後において判定処理を行い、
   前記補正部は、前記判定処理において前記不足部分があると判定された場合に、次に積層形成される前記造形層を形成する前に、前記補正造形を行う請求項１から４のいずれか１項に記載の造形システム。
6. 前記所定範囲は、前記造形手段の仕様に基づいて、形成された前記造形層に対して積層される前記造形層の積層高さが所定の閾値以上に形成可能な範囲として予め設定されている請求項１から５のいずれか１項に記載の造形システム。
7. 造形材料を積層して造形層を形成する造形手段と、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の造形システムと、
   を備える造形装置。
8. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する積層形成工程と、
   形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを計測し判定する判定工程と、
   形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正造形工程と、
   を有し、
   前記補正造形工程において、前記不足部分を含む形成された前記造形層に対して、前記不足部分を通る補正部材のパスを形成して補正造形を行う造形方法。
9. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する積層形成工程と、
   形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを計測し判定する判定工程と、
   形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正造形工程と、
   を有し、
   前記補正造形工程において、前記不足部分のみに対して、補正部材のパスを形成して補正造形を行うとともに、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの数が少なくなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定する造形方法。
10. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する積層形成処理と、
    形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを計測し判定する判定処理と、
    形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正造形処理と、
    をコンピュータに実行させるための造形プログラムであって、
    前記補正造形処理において、前記不足部分を含む形成された前記造形層に対して、前記不足部分を通る補正部材のパスを形成して補正造形を行う造形プログラム。
11. 造形対象である立体造形物を複数の造形層を用いて表した造形データに基づいて、造形手段を制御して各前記造形層を積層形成する積層形成処理と、
    形成された前記造形層の積層高さの計測値が、前記造形データにおける前記造形層の積層高さを含み予め設定された所定範囲内であるか否かを計測し判定する判定処理と、
    形成された前記造形層において、積層高さが前記所定範囲内でない不足部分がある場合に、前記不足部分に対して、積層高さが前記所定範囲内となるように補正部材を形成して補正造形を行う補正造形処理と、
    をコンピュータに実行させるための造形プログラムであって、
    前記補正造形処理において、前記不足部分のみに対して、補正部材のパスを形成して補正造形を行うとともに、前記不足部分の形状に基づいて、前記補正部材のパスの数が少なくなるように前記補正部材のパスの形成方向を設定する造形プログラム。