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公開番号2025067525
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2023177582
出願日2023-10-13
発明の名称3Dプリンタ用の造形モデル作成支援システム、造形モデル作成支援方法、及び、造形モデル作成支援プログラム
出願人旭化成株式会社
代理人弁理士法人RYUKA国際特許事務所
主分類G06F 30/20 20200101AFI20250417BHJP(計算;計数)
要約【課題】3Dプリンタ用の造形モデル作成支援システム、造形モデル作成支援方法及び、造形モデル作成支援プログラムを提供する。
【解決手段】3Dプリンタ用の造形モデル作成支援システム10は、造形モデルの負荷条件及び形状制約を入力する入力部と、形状制約を満たし、負荷条件下で、造形モデルの物理的特性を目的変数として、造形モデルの構成材料の配置である材料配置を最適化する配置最適化部と、材料配置を実現するために、強化材料を含む強化プリント材料を3Dプリンタで供給する第1供給経路を特定する経路特定部と、第1供給経路で強化プリント材料を供給した場合において、強化材料が造形モデルを強化する程度を示す強化程度を算出する算出部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
造形モデルの負荷条件、及び、形状制約を入力する入力部と、
前記形状制約を満たし、前記負荷条件下で、前記造形モデルの物理的特性を目的変数として、前記造形モデルの構成材料の配置である材料配置を最適化する配置最適化部と、
前記材料配置を実現するために、強化材料を含む強化プリント材料を３Ｄプリンタで供給する第１供給経路を特定する経路特定部と、
前記第１供給経路で前記強化プリント材料を供給した場合において、前記強化材料が造形モデルを強化する程度を示す強化程度を算出する算出部と、
を備える３Ｄプリンタ用の造形モデル作成支援システム。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記負荷条件は、前記造形モデルを固定する条件である固定条件、及び、前記造形モデルに付加する荷重に関する荷重条件の１つ以上を含む、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項３】
前記形状制約は、前記造形モデルが占める領域に関する領域制約、前記造形モデルの体積に関する体積制約、及び、前記造形モデルの寸法に関する寸法制約の１つ以上を含む、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項４】
前記材料配置は、前記構成材料が空間中に配置される密度を含む、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項５】
前記材料配置は、前記構成材料が空間中に配置される配向方向を更に含む、
請求項４に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項６】
前記物理的特性は、前記造形モデルの軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性、引張応力、圧縮応力、せん断応力、曲げ応力、ヤング率、弾性率、及び、コンプライアンスの少なくとも１つ以上を含む、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項７】
前記強化材料は、連続強化繊維、及び、フィラーの少なくとも１つ以上を含む、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項８】
前記強化程度は、前記造形モデルの予め定められた領域における、前記強化材料の前記造形モデル中における含有量である、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項９】
前記強化材料は連続強化繊維を含み、
前記強化程度は、前記連続強化繊維の連続長さである、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
【請求項１０】
前記配置最適化部は、複数の異なる前記形状制約について前記材料配置を最適化することで、複数の異なる材料配置を出力し、
前記経路特定部は、前記複数の異なる材料配置に対応する、複数の異なる第１供給経路を特定し、
前記算出部は、前記複数の異なる第１供給経路に対応する複数の強化程度を算出する、
請求項１に記載の造形モデル作成支援システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリンタ用の造形モデル作成支援システム、造形モデル作成支援方法、及び、造形モデル作成支援プログラムに関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、「位置の関数として異方性材料の配向を最適化することにより、前記異方性材料を含む構成要素を設計する方法であって、第一配向テンソルを含む数理的設計変数を初期化することと、前記第一配向テンソルを物理的設計変数の第二配向テンソルに写像することと、前記物理的設計変数を使用して、前記異方性材料が前記第二配向テンソルに従って配向されているときに前記構成要素の性能をシミュレートすることによって、最適化される量を表す目的関数Ｆの値を計算することと、前記数理的設計変数を反復的に調整して前記目的関数Ｆの値を最適化することと、を備え、前記写像することは、前記第一配向テンソルが第一制約を満たすかどうかに関係なく、前記第二配向テンソルが前記第一制約を実質的に満たすことを確実なものとし、前記第一制約は、前記数理的設計変数に直接に適用されることなく、前記数理的設計変数から前記物理的設計変数への前記写像を通じて前記目的関数Ｆの値の最適化に間接的に課される、方法。（請求項１）」が記載されている。
特許文献２には、「構造物の設計領域を示す設計領域データを格納する設計領域データ格納部と、初期構造が設定された設計領域の各部が構造を形成する物体領域、空洞を形成する空洞領域、又はそれら領域の境界であるかを示し、物体領域を表す値及び空洞領域を表す値の間の所定値が前記境界を表すレベルセット関数を示すレベルセット関数データを格納しているレベルセット関数データ格納部と、所定の制約条件下において、剛性等の構造物の性能を目標値に近づけるように前記レベルセット関数を更新して、前記物体領域と前記空洞領域との境界を移動させるとともに、前記レベルセット関数の更新に伴う前記物体領域内のトポロジー変化（形態変化）を許容して前記物体領域内に新たな空洞領域を形成し、その新たな空洞領域と物体領域との境界を移動させるレベルセット関数更新部と、を具備する構造最適化装置。（請求項１）」が記載されている。
特許文献３には、「物性について異方性を有する材料で形成された機械部品を表すモデル化オブジェクトを設計するコンピュータ実装方法であって、第１のメッシュ、モデル化オブジェクトの少なくとも境界を表す密度場、及び所望の異方性挙動を表す配向テンソル場を提供するステップと、前記配向テンソル場の各第ｉの主方向について、第ｉのメッシュ上の異方性反応拡散パターン（Ｓｉ）を計算するステップであって、当該第ｉのメッシュは、前記第１のメッシュよりも高い解像度を有し、モデル化オブジェクトの境界によって境界が決められるステップと、ブール演算によって、第２のメッシュ上に投影された計算された異方性反応拡散パターンの結合をするステップとを有するコンピュータ実装方法。（請求項１）」が記載されている。
特許文献４には、「材料中に形成され、使用時に負荷を受け、１つ又は複数の制約境界を有する機械部品を表すモデル化された被写体を設計するためのコンピュータ実施方法であって、以下を提供するステップと○有限要素メッシュ、○有限要素メッシュに関連付けられ、以下を含むデータ・荷重の一部を表す力、・１つ又は複数の制約境界の少なくとも一部を表す境界条件、・材料に関連するパラメータ、及び・有限要素メッシュ内の材料のグローバル量に関するグローバル量制約、及び○有限要素メッシュのそれぞれのローカルゾーン内の材料のそれぞれのローカル量に関する１つ又は複数のローカル量制約の不均一分布と、有限要素メッシュ及び不均一な分布に基づいてトポロジー最適化を実行するステップであって、前記データが前記有限要素メッシュ及びに関連付けられたステップを含む方法。（請求項１）」が記載されている。
特許文献５には、「物理的特性に対して異方性挙動を有する材料に形成された機械部品を表す３Ｄモデル化オブジェクトを設計するための、コンピュータで実行される方法であって、３Ｄ有限要素メッシュと、前記３Ｄ有限要素メッシュに関連付けられたデータであって、複数の荷重ケースを形成する複数の力と、境界条件とを含むデータと、を提供することと、前記３Ｄ有限要素メッシュ上に分布する配向場を、前記物理的特性に関して配向連続性に報酬を与える目的関数に関して最適化することであって、前記３Ｄ有限要素メッシュと、前記３Ｄ有限要素メッシュに関連付けられた前記データとに基づいて最適化することとを含むことを特徴とする方法。（請求項１）」が記載されている。
特許文献６には、「三次元プリンタに対する三次元工具経路命令を生成する方法であって、三次元形状を受け取るステップと、前記三次元形状をスライスしてレイヤに分けるステップと、三次元プリンタを制御して実質的に等方性の充填材料を堆積させるための等方性充填材料工具経路を生成するステップであって、生成される前記等方性工具経路が第１のレイヤの周囲の少なくとも一部を定義するステップと、三次元プリンタを制御して実質的に異方性の充填材料を堆積させるために異方性充填工具経路を生成するステップであって、前記実質的に異方性の充填材料の異方性特性が前記異方性充填工具経路の軌道に対して配向され、生成される前記異方性工具経路が前記第１のレイヤの内部の少なくとも一部を定義するステップと、を含む方法。（請求項１）」が記載されている。
非特許文献１には「本研究では，異方性材料を最適化することを目的としSIMP法を拡張する．特に本稿では，剛性最大化問題を対象とし，積層面内で繊維配向を構造形状と同時に最適設計した場合に得られる構造および構造剛性の調査結果を述べる．また，一方向材に対して構造形状のみ最適設計した場合と比較することで，提案手法の有効性を確認した．（１．緒言）」が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０２０－１９４５３６号公報
［特許文献２］ＷＯ２０１０／０２９８１０公報
［特許文献３］特開２０２３－０５６５１５号公報
［特許文献４］特開２０２０－０７１８８７号公報
［特許文献５］特開２０２１－１０５９８８号公報
［特許文献６］特開２０１９－１１６１０４号公報
［非特許文献］
［非特許文献１］高橋佑亮ら、日本設計工学会2019 年度秋季研究発表講演会「3D プリントCFRPに適用可能なトポロジー最適化手法」
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の態様においては、入力部と配置最適化部と経路特定部と算出部とを備える３Ｄプリンタ用の造形モデル作成支援システムを提供する。入力部は、造形モデルの負荷条件、及び、形状制約を入力する。配置最適化部は、形状制約を満たし、負荷条件下で、造形モデルの物理的特性を目的変数として、造形モデルの構成材料の配置である材料配置を最適化する。経路特定部は、材料配置を実現するために、強化材料を含む強化プリント材料を３Ｄプリンタで供給する第１供給経路を特定する。算出部は、第１供給経路で強化プリント材料を供給した場合において、強化材料が造形モデルを強化する程度を示す強化程度を算出する。
【０００４】
上記において、負荷条件は、造形モデルを固定する条件である固定条件、及び、造形モデルに付加する荷重に関する荷重条件の１つ以上を含んでよい。
【０００５】
上記において、形状制約は、造形モデルが占める領域に関する領域制約、造形モデルの体積に関する体積制約、及び、造形モデルの寸法に関する寸法制約の１つ以上を含んでよい。
【０００６】
上記において、材料配置は、構成材料が空間中に配置される密度を含んでよい。
【０００７】
上記において、材料配置は、構成材料が空間中に配置される配向方向を更に含んでよい。
【０００８】
上記において、物理的特性は、造形モデルの軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性、引張応力、圧縮応力、せん断応力、曲げ応力、ヤング率、弾性率、及び、コンプライアンスの少なくとも１つ以上を含んでよい。
【０００９】
上記において、強化材料は、連続強化繊維、及び、フィラーの少なくとも１つ以上を含んでよい。
【００１０】
上記において、強化程度は、造形モデルの予め定められた領域における、強化材料の造形モデル中における含有量であってよい。上記において、強化材料は連続強化繊維を含んでよい。強化程度は、連続強化繊維の連続長さであってよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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