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積層造形物の解析方法及び積層造形物の解析装置、並びに積層造形物の製造方法及び積層造形物の製造装置 NEW

国内特許コード P200017221
整理番号 (S2017-1055-N0)
掲載日 2020年9月29日
出願番号 特願2019-541019
出願日 平成30年9月7日(2018.9.7)
国際出願番号 JP2018033185
国際公開番号 WO2019049981
国際出願日 平成30年9月7日(2018.9.7)
国際公開日 平成31年3月14日(2019.3.14)
優先権データ
  • 特願2017-173123 (2017.9.8) JP
発明者
  • 柴原 正和
  • 生島 一樹
  • 河原 充
  • 竹内 梨乃
  • 橋詰 光
出願人
  • 公立大学法人大阪
発明の名称 積層造形物の解析方法及び積層造形物の解析装置、並びに積層造形物の製造方法及び積層造形物の製造装置 NEW
発明の概要 変位・応力算出部(220)は、理想化陽解法FEMを用いた熱弾塑性解析を実行することによって残留応力及び変形を算出するように構成される。温度増分の大きさは、静的陰解法FEMを用いた熱弾塑性解析において用いられる温度増分の大きさよりも大きい値に設定される。加熱は、互いに隣接しない複数のブロックを同時に加熱する加熱パターンに従って複数のブロック毎に行なわれる。各ブロックに対する加熱は、移動熱源により加熱が行なわれる場合の入熱量に対して調整された入熱量を有する面熱源により行なわれる。
従来技術、競合技術の概要

溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物が近年注目されている。たとえば、金属粉末にレーザーや電子ビーム等を照射して金属粉末を溶融・凝固させることにより所望の形態の物体を造形する、所謂金属3Dプリンタが知られている。特許第2620353号には、金属等の粉末層の所定箇所にレーザービームを照射して該当箇所の粉末を焼結させることで焼結層を形成し、そのような焼結層を順次形成していくことによって三次元形状の積層造形物を生成する方法が開示されている(特許文献1参照)。

その他にも、樹脂粉末を用いる積層造形や、溶融した樹脂やアーク放電により溶融させた金属を堆積させていく積層造形等も知られている。

産業上の利用分野

本開示は、積層造形物の解析方法及び積層造形物の解析装置、並びに積層造形物の製造方法及び積層造形物の製造装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物に生じる残留応力及び変形をコンピュータにより解析するための解析方法であって、
有限要素法(FEM)を用いた前記積層造形物の熱弾塑性解析を実行するためのデータを入力するステップと、
前記積層造形物の造形に伴ない前記積層造形物に生じる温度分布の時系列データに従って前記熱弾塑性解析を実行することによって、前記積層造形物に生じる残留応力及び変形を算出するステップとを含み、
前記残留応力及び変形を算出するステップにおいて、前記時系列データに従う温度増分が与えられた場合に、動的陽解法FEMを用いて所定の静的平衡条件に達するまで前記積層造形物の変位及び応力の計算が行なわれ、前記変位が前記静的平衡条件に達すると、前記温度増分が再度与えられて前記変位及び応力の計算が再度行なわれ、
前記温度増分の大きさは、静的陰解法FEMを用いた前記積層造形物の熱弾塑性解析において用いられる温度増分の大きさよりも大きい値に設定され、
前記積層造形物に対する加熱は、移動熱源により加熱が行なわれる場合の入熱量に対して調整された入熱量を有する瞬間面熱源により行なわれる、積層造形物の解析方法。

【請求項2】
前記積層造形物に対する加熱は、複数のブロックに分割された前記積層造形物の最上位層に対してブロック毎に行なわれ、
前記複数のブロックの各々に対する加熱は、前記瞬間面熱源により行なわれる、請求項1に記載の積層造形物の解析方法。

【請求項3】
前記積層造形物に対する加熱は、互いに隣接しない少なくとも2つのブロックを同時に加熱する加熱パターンに従って行なわれる、請求項2に記載の積層造形物の解析方法。

【請求項4】
前記瞬間面熱源の入熱量は、移動熱源により加熱が行なわれる場合と前記積層造形物の収縮量が同等になるように、移動熱源により加熱が行なわれる場合の入熱量に対して調整される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の積層造形物の解析方法。

【請求項5】
前記材料は金属であり、
前記温度増分の大きさは、少なくとも100度以上である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の積層造形物の解析方法。

【請求項6】
前記温度増分の大きさは、前記積層造形物を構成する金属の力学的溶融温度に基づいて決定される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の積層造形物の解析方法。

【請求項7】
溶融した材料を表層で凝固させることにより生成される積層造形物に生じる残留応力及び変形を解析する解析装置であって、
有限要素法(FEM)を用いた前記積層造形物の熱弾塑性解析を実行するためのデータを入力するように構成された入力部と、
前記積層造形物の造形に伴ない前記積層造形物に生じる温度分布の時系列データに従って前記熱弾塑性解析を実行することによって、前記積層造形物に生じる残留応力及び変形を算出するように構成された算出部とを備え、
前記算出部は、前記時系列データに従う温度増分が与えられた場合に、動的陽解法FEMを用いて所定の静的平衡条件に達するまで前記積層造形物の変位及び応力の計算を行ない、前記変位が前記静的平衡条件に達すると、前記温度増分が再度与えられて前記変位及び応力の計算を再度行ない、
前記温度増分の大きさは、静的陰解法FEMを用いた前記積層造形物の熱弾塑性解析において用いられる温度増分の大きさよりも大きい値に設定され、
前記積層造形物に対する加熱は、移動熱源により加熱が行なわれる場合の入熱量に対して調整された入熱量を有する瞬間面熱源により行なわれる、積層造形物の解析装置。

【請求項8】
前記積層造形物に対する加熱は、複数のブロックに分割された前記積層造形物の最上位層に対してブロック毎に行なわれ、
前記複数のブロックの各々に対する加熱は、前記瞬間面熱源により行なわれる、請求項7に記載の積層造形物の解析装置。

【請求項9】
前記積層造形物に対する加熱は、互いに隣接しない少なくとも2つのブロックを同時に加熱する加熱パターンに従って行なわれる、請求項8に記載の積層造形物の解析装置。

【請求項10】
溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物の製造方法であって、
請求項1に記載の解析方法を用いた解析結果に基づいて、前記積層造形物の最上位層を加熱する際の加熱パターンを決定するステップと、
前記加熱パターンに従って、前記積層造形物に対する加熱を行なうステップとを含む、積層造形物の製造方法。

【請求項11】
溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物の製造方法であって、
前記積層造形物に対する加熱は、複数のブロックに分割された前記積層造形物の最上位層に対してブロック毎に行なわれ、
最周縁部のブロックを加熱するステップと、
前記最周縁部のブロックの加熱後に、前記最周縁部のブロックの内周側のブロックを加熱するステップとを含む、積層造形物の製造方法。

【請求項12】
溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物の製造装置であって、
前記積層造形物の最上位層を加熱するように構成された加熱装置と、
前記加熱装置を制御するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
請求項1に記載の解析方法を用いた解析結果に基づいて、前記積層造形物の最上位層を加熱する際の加熱パターンを決定し、
前記加熱パターンに従って前記積層造形物に対する加熱を行なうように前記加熱装置を制御する、積層造形物の製造装置。

【請求項13】
溶融した材料を凝固させつつ堆積していくことにより生成される積層造形物の製造装置であって、
前記積層造形物の最上位層を加熱するように構成された加熱装置と、
複数のブロックに分割された前記最上位層に対して、前記加熱装置を制御することによってブロック毎に加熱するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記加熱装置を制御することによって、最周縁部のブロックの加熱後に、前記最周縁部のブロックの内周側のブロックを加熱するように構成される、積層造形物の製造装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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