专利名称：光成形方法，光成形系统，和光成形程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及由粉末材料制造三维对象的光成形技术，特别是，涉及通过用光束照射到粉末材料层的指定位置，使粉末层烧结，去除在重复形成烧结层期间目前形成的三维对象的外面，来获得目标三维对象的光成形方法，和实施光成形方法的光成形系统和光成形程序。
背景技术：
日本专利申请公开No.2002-115004(专利文献1)中公开了一种传统的光成形方法。在该方法中，光束照射到粉末材料层的指定位置，使粉末材料层的对应部分烧结(包括曾经熔化的情况)，以形成烧结层。然后，用新的粉末材料层覆盖烧结层，用光束照射其指定位置，以使新的粉末材料层的对应部分烧结，从而形成与下面的烧结层结合成一体的新烧结层。在重复该烧结层形成过程的同时，在形成烧结层的重复步骤期间，对通过层叠的烧结层获得的形成体的外面进行去除加工。
在这种传统的光成形方法中，如专利文献1所揭示的，根据从要生成的三维对象的三维CAD模型数据获得的STL模型数据，为了由光束照射装置和去除加工装置执行光束照射处理和去除加工而计算两个装置的加工路径，以便根据获得的加工路径数据来驱动光束照射装置和去除加工装置。
在该过程中，即使是在传统的CAD中，通过在高度(垂直)方向顺序地指定加工范围能够获得在层叠烧结层以形成对象过程中要插入的去除加工中使用的加工路径(即，第二路径)。然而，当沿高度方向的分割数量增加时，要花费大量劳力和时间，并且操作人员很容易出现错误。
例如，当以0.05mm的层叠间距每层叠10层时执行去除加工的情况下，如果成形体的高度是100mm，分割数量则是200，如果使用5种去除工具，总的分割数量变为1000。如果在设置和进入高度范围中以这样的次数来计算第二路径，这将导致操作者的劳动过多，并且很容易出现错误。另外，必须通过按加工顺序安排第二路径的数量来产生程序，将该程序传送到去除加工装置，在用手工进行时，该项工作也要占用大量时间和劳力。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，已经做出了本发明，本发明的目的是提供一种光成形方法，光成形系统，和光成形程序，能够有效地执行光成形，包括在重复层叠烧结层的步骤期间的去除加工。
为了实现上述目的，本发明提供一种光成形方法，包括由光成形机与计算设备执行的计算过程一起对目标对象进行光成形的过程，所述光成形过程包括步骤将光束照射到粉末材料层的指定位置，以使粉末材料的所需部分烧结，形成烧结层；用新的粉末材料层覆盖烧结层；将光束照射到新的粉末材料层的指定位置，使新的粉末材料粉末的所需部分烧结，与下面的烧结层整体地形成新烧结层，重复该过程形成层叠的烧结层，和包括在重复形成烧结层的过程期间去除处于层叠的烧结层的形成体的外面的步骤。
该方法的特征在于，由计算设备执行的计算过程包括步骤将各种参数的第一参数数据存储于在光成形过程中用于光照射处理的第一参数数据库中；将各种参数的第二参数数据存储在用于去除加工的第一参数数据库中；根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和所述第一参数数据库中存储的第一参数数据，产生第一路径，作为用于光照射处理的光束照射路径；根据三维CAD模型数据，所述第二参数数据库中存储的第二参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径，作为用于去除加工的去除加工路径；根据第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据产生驱动光成形机的驱动程序，所述驱动程序执行包括光束照射和去除加工的光成形过程，从而根据驱动程序进行光成形和去除加工。
本发明还提供一种光成形系统，包括与计算设备一起对目标对象进行光成形的光成形机，所述光成形机具有光照射装置，用于将光束照射到粉末材料层的指定位置，以使粉末材料的所需部分烧结，形成烧结层；用新的粉末材料层覆盖烧结层，将光束照射到新的粉末材料层的指定位置，使新的粉末材料粉末的所需部分烧结，与下面的烧结层整体地形成新的烧结层，重复该过程形成层叠的烧结层，和具有去除加工装置，用于去除在重复形成烧结层的过程期间去除层叠的烧结层的形成体的外面。
该系统的特征在于，所述计算设备包括第一参数数据库，用于存储在由所述光照射装置执行的光成形过程中使用的各种参数；第二参数数据库，用于存储在由所述去除加工装置执行的去除加工中使用的各种参数；第一路径产生装置，用于根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和所述第一参数数据库中存储的参数数据，产生第一路径，作为用于所述光照射装置的光束照射路径；第二路径产生装置，用于根据三维CAD模型数据，所述第二参数数据库中存储的参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径，作为用于所述去除加工装置的去除加工路径；驱动程序产生装置，根据所述第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据产生用于驱动所述光成形机和所述去除加工装置的驱动程序，从而使所述光成形机和所述去除加工装置根据驱动程序进行光成形和去除加工。
第二路径产生装置根据三维CAD模型数据和所述第二参数数据库中存储的参数数据来确定由去除加工装置执行的去除加工中使用的去除工具。由此，能够利用适合于模型成形的适当工具进行去除加工。
优选的是，所述第二路径产生装置根据三维CAD模型数据和所述第二参数数据库中存储的参数数据产生去除定时数据，和在产生所述去除定时数据中参考的参数数据包含与切削深度的向下重叠量有关的数据。由此，能够根据工具的形状自动地设置适合的去除定时，并且与去除总是在相同去除定时的情况相比，能够减少去除次数，有效地利用工具的切削齿的长度，能够减少换工具的次数，减少重叠量，节省浪费过程，和缩短加工时间。
所述第二路径产生装置在去除定时沿高度方向分割针对整个对象模型产生的第二路径。只需要一次耗时的模型形状识别过程，能够缩短计算加工时间。
这种情况下，优选的是，所述第二路径产生装置产生连贯地连接相邻的第二路径的空中线路路径，忽略产生的第二路径的对象范围之上的形状。由此，能够忽略浪费的干扰检验，并进一步缩短计算过程。
所述第二路径产生装置根据预定的去除定时数据，沿高度方向分割三维CAD模型，和根据分割的模型形状，和存储在用于去除加工的所述第二参数数据库中的参数数据来产生第二路径。由此，能够将优化的去除工具用于每个分割的模型，能够获得无浪费的第二路径。
所述第二路径产生装置构造在光成形中产生的剩余硬化部分的模型，和由所获得的剩余硬化模型确定去除范围，和根据去除范围产生第二路径。由此，能够获得更有效的第二路径。
所述第二路径产生装置在由去除定时指定的范围的最低轮廓，和从所述最低轮廓向外侧偏移指定量的偏移轮廓之间的区域中确定去除范围，和根据所述去除范围产生第二路径。这种情况下，能够获得更有效的第二路径。
如果所述第二路径产生装置在分割模型间的每个不连贯区域中产生第二路径，和产生链接所述第二路径的空中线路路径，很容易识别所谓的岛的一部份，能够获得无浪费的第二路径。
优选的是，所述第二路径产生装置在用作切削装置的去除加工装置执行的去除加工中，依据第二参数数据库中包含的工具形状来确定与去除对象部分接触的接触开始位置，和根据所述接触开始位置产生第二路径。
本发明还提供一种光成形程序，生成由计算机执行的驱动程序，用于对由光成形机与计算过程一起执行的目标对象执行光成形过程，所述光成形过程包括步骤将光束照射到粉末材料层的指定位置，以使粉末材料的所需部分烧结，形成烧结层；用新的粉末材料层覆盖烧结层；将光束照射到新的粉末材料层的指定位置，使新的粉末材料粉末的所需部分烧结，与下面的烧结层整体地形成新烧结层，重复该过程形成层叠的烧结层，和包括在重复形成烧结层的过程期间去除层叠的烧结层的形成体的外面的步骤。
该程序的特征在于，由计算机执行的计算过程包括步骤将各种参数的第一参数数据存储在用于光照射处理的第一参数数据库中；将各种参数的第二参数数据存储在用于去除加工的第一参数数据库中；根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和所述第一参数数据库中存储的第一参数数据，产生第一路径，作为用于光照射处理的光束照射路径；根据三维CAD模型数据，所述第二参数数据库中存储的第二参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径，作为用于去除加工的去除加工路径；根据第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据产生驱动光成形机的驱动程序，使所述光成形机执行包括光束照射和去除加工的光成形过程，从而根据所述驱动程序进行光成形和去除加工。
根据本发明，能够从包含用于光成形的各种参数的第一参数数据库中存储的参数数据、包含用于去除加工的各种参数的第二参数数据库中存储的参数数据、去除定时数据、和模型数据获得第一路径和第二路径，能够获得依次执行这些第一路径和第二路径的驱动程序。由此，能够明显节省操作者执行光成形过程的劳动和时间，和通过在重复层叠烧结层的步骤期间执行去除加工来有效地执行光成形过程。
图1A、1B是根据本发明的光成形系统实施例的方框图。
图2A、2B是第一参数数据库中包含的参数数据的解释示意图。
图3A、3B是第二参数数据库中包含的参数数据的解释示意图。
图4A、4B是接受模型数据的解释示意图。
图5是第一路径的解释示意图。
图6A、6B是第二参数数据库中包含的参数数据的另一个实例的解释示意图。
图7是表示干扰检验的流程图。
图8是表示剩余硬化部分和工具的侧视图。
图9是第二路径的分割的解释示意图。
图10A、10B是表示空中线路路径的解释示意图，图10A是侧视图，图10B是平面图。
图11是表示伴随有分割过程的第二路径产生过程的流程图。
图12是模型分割的解释示意图。
图13是表示伴随有分割过程的第二路径产生过程的另一个实例的流程图。
图14A是模型的一个实例的透视图，图14B是具有重叠的分割模型的解释示意图。
图15A是模型的一个实例的侧视图，图15B是同一模型的制造中间状态的侧视图，图15C是剩余硬化部分的模型的侧视图。
图16是表示剩余硬化部分的模型的制成过程的解释示意图。
图17是表示产生第二路径范围的确定过程的另一个实例的解释示意图。
图18是表示干扰检验的参考范围的解释示意图。
图19A是使用圆头槽铣刀为工具时的问题的侧视图，图19B是表示解决该问题的手段的放大侧视图。
图20A是光成形机的一个实例的切开透视图，图20B是其局部透视图。
具体实施例方式
本申请基于2004年10月26日在日本提交的日本专利申请No.2004-311506(新授权为日本专利3687677)，在此清楚地引入该申请的整体内容作为参考。
下面参考附图描述本发明的优选实施例。图20A和20示出了根据本发明的光成形系统的一个实例，所述光成形系统主要包括光成形机10，计算设备1及CAD(计算机辅助设计)部分，和其它外围设备。光成形机10本身与专利文献1中揭示的光成形机类似。更具体地讲，光成形机10包括粉末层形成装置6，光束照射装置7。去除加工装置8，和将粉末层形成装置6，去除加工装置8和其它装置安装在其中的容器。粉末层形成装置6将来自粉末罐63的金属粉末提供给平台(stage)60。通过在围绕外圆周的空间内移动圆柱体来上、下驱动平台。由挤压叶片(squeezing blade)61均匀地层化供给的金属粉末，以便在平台60上形成具有指定厚度的粉末层F。
光束照射装置7把从激光振荡器70发射的激光束通过扫描光系统照射到粉末层F。扫描光系统由束形校正部分75，电镜(galvano-mirror)71等构成。光束照射装置7被设置在容器28的外部，来自光束照射装置7的光束通过容器28中设置的透光窗口29照射到粉末层F上。去除加工装置8具有铣刀头81，铣刀头81设置在位于粉末层形成装置6的基部之上的XY驱动机构80上。
从粉末罐63溢出的金属粉末被提供到平台60的基面上，同时由叶片61均匀地整平，以形成粉末层F的第一层。诸如激光束LB之类的光束照射到要硬化的粉末层F的所需部分，以使金属粉末烧结，形成与基部结成一体的第一烧结层。然后，使平台略微下降，再次从粉末罐63提供新的金属粉末，并由叶片61整平，以便在第一粉末层F和第一烧结层二者上形成第二粉末层F。诸如激光束LB之类的光束照射到要硬化的第二粉末层F的所需部分，以使粉末烧结，形成与下面的第一烧结层结成一体的第二烧结层。
通过在降低平台60时重复上述形成新粉末层F的过程，并将光束照射到指定位置形成烧结层。以层叠的方式堆叠起多个烧结层。当层叠的烧结层厚度达到根据例如去除加工装置8的铣刀头81的工具长度预先指定的预定值时，对去除加工装置8进行一次驱动，以切除直到目前为止堆叠的形成体的表面(即，铣去侧面)，从而使其外面受到去除加工，以便完成其整个表面。
优选的是，可以使用颗粒大小为10至100mm的、大致为球形的铁粉末作为粉末，用二氧化碳激光束作为光束，但本发明不限于仅使用他们。另外，去除加工装置8不限于使用铣刀头81，而是可以使用其它切削装置。
下面参考图1A和1B描述执行计算过程的计算设备1的构成。如图1A所示，计算设备1包括包含用于进行光成形的各种参数的第一参数数据库2，和包含用于执行去除和切削加工的各种参数的第二数据库3。计算设备1还包括模型数据接受单元11，切开处理单元12，用于为光成形过程产生第一路径P1的第一路径产生单元13，用于为去除或切削加工产生第二路径P2的第二路径产生单元14，还包括驱动程序产生单元15。应该指出，在该构造中，第一和第二参数数据库(2，3)可以被形成为单个数据库。
如图1B所示，包括CPU、RAM和ROM的计算设备1通过I/O接口101与存储单元102、通信单元103(103’)、鼠标105、键盘106、显示单元104、和控制器107相连。
下面参考图1A和1B描述根据本发明的光成形系统的加工操作。
当通过操作键盘和/或鼠标提供规定指令时，CPU根据该指令读出ROM中存储的、或记录在存储单元102中的程序，并将要执行的程序加载到RAM。作为替换，也可以由从通信单元103(103’)接收的信息来指令程序的执行。然后，CPU按照需要发出加工结果，和在由诸如LCD或CRT构成的显示单元104上显示该加工结果，或将加工结果发送到打印机(未示出)，或通过通信单元发送到外部设备，或存储在存储单元102中。
并不总是需要按照加工的时间序列描述计算设备(计算机)1执行各种过程的程序的步骤，可以并行或单独处理这些步骤。计算设备1不限于单个单元，而是可以使用多个计算设备分开处理该程序。此外，计算设备可以位于远端位置，而可以将程序传送到该远端计算设备来执行。
存储单元102不限于特别指定的类型，只要能够存储由CPU执行的程序和数据即可，可以使用计算机能够读取的任何类型的记录介质和存储器件作为存储单元102，例如，诸如内部硬盘和可移动盘之类的磁盘，磁光盘，光盘，非易失性存储器，EPROM，EEPROM，诸如闪存器件之类的半导体存储器件，和任何其它记录介质。
当与能够从记录介质读出要执行的光成形程序的计算设备1一起使用时，记录有本发明的光成形程序的计算机可读记录介质能够显示出本发明的特定效果。
如图1A所示，当计算设备1处理和执行本发明的光成形程序时，模型数据接受单元11从要生产的目标对象的三维CAD获取三维模型数据。切开处理单元12以指定的间距切分模型数据，以获得每个断面的轮廓数据。第一路径产生单元13根据每个断面的轮廓数据和第一参数数据库2中存储的参数数据形成光束照射线路的第一路径P1。第二路径产生单元14根据三维CAD模型数据，第二参数数据库3中存储的参数数据，和表示去除加工定时的去除定时数据产生形成去除加工线路的第二路径P2。驱动程序产生单元15根据上面获得的第一路径P1，第二路径P2的数据，和去除定时数据，产生用于驱动光成形机10和设置在光成形机中的去除加工装置8的驱动程序P3。这意味着可以用在计算设备1中执行操作的计算机程序(即，应用软件)来实施模型接受单元11和各种加工单元12至15。
第一参数数据库2存储光成形机本身的各种数据，如图2A的表中所示，和与成形过程有关的各种参数，如图2B的表中所示。图2B所示的后面的数据表包括诸如光束照射点直径，光束照射功率，照射速度，照射图案(固态描绘图案片段)，和照射间隔之类的各种数据，关于要烧结的每种粉末材料。图2B示出了后面数据表的一个实例，其中在每个烧结粉末材料和后面提到的每个切开间距中描述了数据。
第二参数数据库3存储与去除加工装置8有关的各种数据(参数)，用于进行光成形机中提供的铣和切削加工。如图3A所示，数据库3包括存储工具直径和可在每种工作材料中使用的工具的首下(underhead)长度数据和工具材料的数据的标准工具数据部分，夹具直径，诸如球型和平面型之类的类型数据，或其它规范。如图3B所示，切削条件数据部分存储可在每个结束模式中使用的搜集工具，和其驱动条件。
接下来，下面描述由计算设备1进行的计算操作。首先，模型数据接受单元11从三维CAD获取要生产的目标对象的三维模型数据，作为至少描述表面的面部和背部的三维固态模型或表面模型(例如，STL模型)。
模型数据的表达形式可以被规定为诸如NURBS之类的曲率表达式，和由三角等表示的多边形近似表达式。在所希望的模型需要曲率表达式时，优选曲率表达式，而当加工时间更重要时，优选多边形近似表达式。
在由激光扫描进行的烧结过程中，不需要严格的精度，可以使用图4A所示的大致多边形近似精度的模型数据。在通过铣或切削进行的去除加工中，由于要求高精度的模型，可以应用如图4B中所示的精确的多边形近似模型(例如，STL表达式)数据或曲率显示模型数据。就是说，模型数据的类型在为成形加工产生第一路径P1时的情况与在为去除加工产生第二路径P2时的情况之间可以不同。然而，在此应该指出，在两种模型数据中，定义其位置的坐标系统应该匹配。
接下来，切开处理单元12以规定间距切分模型数据，以便获得每个断面的轮廓数据。该切开处理可以通过，例如，日本专利申请公开No.2001-277369中公开的已知技术来实现，在此为了简单起见而不再具体描述。在该切开处理中，如图5所示，在公开中描述的偏移过程中的偏移量OFST不限于激光束光点直径的值，而是可以预设为指定量。该指定量优选的是参考例如在第一参数数据库2中初步描述的值，或者也可以是在加工期间由操作者输入的值。偏移加工方向不限于轮廓线的内侧，而是该偏移也可以从轮廓线移到外侧，以便可以在去除加工中为去除提供较大的容差。
可以由操作者输入，或者根据粉末材料，模型形状，或所需的精度自动确定切开间距。
当在切开过程中获得每个断面的形状时，第一路径产生单元13参考第一参数数据库3中存储的参数数据，和根据每个断面的轮廓数据在每个断面形状中产生用于形成光束照射路线的第一路径P1。在该第一路径产生步骤中，如图5所示，顺序地描述由光束LB对模型的切开断面M1的轮廓扫描时的位置坐标，和顺序地描述切开断面内的固态描绘路径坐标。因此，以可用作NC控制的光成形机的NC数据的格式来产生第一路径P1。优选的是，应该在第一路径P1的数据中描述光束LB的光点直径，照射速度v，照射间隔p，照射功率和其它照射条件。因此，在开始加工时，不需要分开设置这些条件，能够减少操作错误。
在用于成形的第一路径产生步骤之后，或与其并行，第二路径产生单元4根据分开给定的模型数据和去除定时数据，以可用作NC控制的去除加工装置的格式产生第二路径P2。关于要使用的工具，操作者可以从第二参数数据库3中存储的工具中选择，或者第二路径产生单元14可以通过参考如下面提到的模型形状，自动确定要使用的工具。
当确定了要使用的工具时，确定加工方法和要加工的区域。加工方法可以包括诸如轮廓线加工，表面复制加工，角落跳过(corner skip)加工，和其他加工之类的传统切削加工，虽然不限于此。
当确定了工具，加工方法，和加工区域时，为去除加工产生第二路径P2。该加工可以利用偏移方法，预留偏移方法，和用于切削加工的传统CAM中采用的Z_map方法，或其他方法来实现，但本发明不限于此。
然而，应该根据对此进行参考的去除定时数据的值，在高度方向分割第二路径P2。例如，在规定去除定时数据以致每当按5mm的厚度堆叠烧结层时执行去除加工的情况下，应该在高度方向按每隔5mm分割路径。可以由操作者规定去除定时数据，或者根据第二参数数据库3中的预设值来规定去除定时数据。另外，可以构成第二路径产生单元14根据模型数据和第二参数数据库3中存储的第二参数数据来产生去除定时数据。另外，如下面提到的，可以根据要使用的根据自动选择去除定时数据。这种情况下，稍后描述分割方法。
当由第一路径产生单元13产生第一路径P1和由第二路径产生单元14产生第二路径P2时，驱动程序产生单元15产生用于监督第一路径P1，第二路径P2，和去除定时数据的驱动程序P3。
程序P3用于与作为子程序的第一和第二路径P1和P2一起来驱动光成形机10和去除定时装置8。就是说，用第一路径P1作为光成形机的NC数据，用第二路径P2作为去除加工装置的NC数据。驱动程序P3，第一路径P1和第二路径P2被传送到控制器107。控制器107控制光成形机和其去除加工装置的操作。当操作者发出执行控制器中存储的驱动程序P3的指令时，程序P3依次获取所需的第一路径P1和第二路径P2，以便驱动光成形机和其去除加工装置。结果是，光成形机和其去除加工装置通过根据第一路径P1照射光束，从而形成要层叠的烧结层，然后每当去除定时数据指定的定时，根据用于执行去除加工的第二路径P2来操作去除加工装置。于是，通过重复上述过程来制造光成形产品的目标对象。
为了自动选择在去除加工中使用的根据，例如，根据波动、曲率选择合适根据的数据，把要切掉的对象表面的水平状态和垂直状态记录在如图6A的表中所示的第二参数数据库3中，或者在能够使用多个工具的情况下记录工具的优先数据，如图6B的表中所示。
于是，如图7所示，当第二路径产生单元14产生第二路径P2时，从模型数据获取表面形状信息和邻近干扰表面区的信息(步骤S3)，根据取决于表面形状的数据来选择工具(步骤S4，S5)，检验与邻近表面的干扰(步骤S6)，和检测是否干扰，选择低优先的工具(通常是直径较小的工具)。
去除工具的自动选择是一种常规技术，而不是新技术，但是，为了在本实施例中的堆叠烧结层的层叠过程中执行去除加工，本实施例中的选择算法与常规算法的区别在于以下几点。就是说，在本发明中执行去除加工时，在比目前要受到去除加工的堆叠烧结层的高度高的位置没有层叠的烧结层。因此，能够跳过检验工具、工具夹具和主轴与要受到去除的形成体之间的干扰。而在常规方法中，当对完成的产品进行去除加工时，该检验步骤是必须的。因此，本发明能够明显缩短工具选择加工时间。
此外，如上所述，当第二路径产生单元14根据模型数据和第二参数数据库3中的第二参数数据产生去除定时数据时，可以根据工具9的首下长度L和端部直径R来确定去除定时数据(切削深度)T。然而，实际上应该优先考虑以下几点。就是说，在执行光成形过程中，如图8所示，在目前层叠和烧结部分5的一侧形成烧结部分50的下垂余量，除了工具9的首下长度L和端部直径R，和从工具9的首下长度L减去重叠量“ovr”和端部直径R的值之外，第二参数数据库3中必须包括去除过量烧结部分50的下垂部分所需的重叠量“ovr”。作为替换，将比该值小的值设置为去除定时数据T。当在层叠和烧结步骤期间实施的一次去除步骤中使用多个工具9时，通过与工具9的最短首下长度L相符来确定去除定时数据T。当使用多个工具9时，通过施加每个工具9的切削定时数据，在达到该定时时能够由工具9执行去除加工。
下面描述在产生第二路径P2的过程中，根据去除定时数据T执行的分割过程。在该分割中，在一种情况下，首先针对整个模型数据计算第二路径P2，然后根据去除定时数据T分割针对整个模型数据的第二路径P2。作为替换，在另一种情况下，首先根据去除定时数据T沿高度方向分割模型数据，然后可以根据各个分割的模型数据产生单独的第二路径P2。
在前一种情况下，如图9所示，首先产生整个模型的第二路径P2，从整个第二路径P2顺序提取与按去除定时数据T分割的每个去除高度范围对应的部分，以便获得分割的第二路径P2。这种情况下，能够确认整个模型的第二路径P2，并且能够确认遗漏的加工步骤和路径。在计算第二路径P2时，虽然需要模型形状识别过程，并且该过程要消耗时间，然而只需要一次模型识别过程，并且能够缩短总的消耗时间。
如上所述，在去除加工中，优选的是重叠到下侧，在从整个模型的第二路径P2提取与去除高度范围对应的提取部分时，在重叠和设置按去除定时数据T分割的每个去除高度范围后提取第二路径P2。
在计算第二路径P2时，如果如图10所示在特定去除高度范围内的不同位置有要去除的部分(岛)，针对这些部分(岛)产生多个去除第二路径P2a，P2b，P2c，并且同时或在该产生之后产生用于链接这些多个第二路径P2a，P2b的空中第二路径P2’，以便创建一个第二路径P2。
与上面提到的为去除加工自动选择工具的情况相同，由于在去除时要连接的第二路径P2a，P2b，P2c的对象部分上没有形成任何对象，因此很容易计算空中线路路径P2’。因此，在该部分上没有干扰对象，实际上不需要考虑干扰来计算空中线路路径P2’。据此，尽管是从整体模型计算第二路径P2，通过在第二路径P2a，P2b，P2c略微偏移来产生空中线路路径P2’，以使工具可以在例如比要连接的第二路径P2a，P2b，P2c的对象部分的上侧略微高0.1mm到1mm之上处经过。在该加工中，能够在目前计算第二路径P2的部分上忽略由图10A中的虚线指示的模型形状。由于几乎不需要考虑干扰，可以只由方便的路径，例如由最短距离链接的空中线路路径P2’来链接要连接的第二路径P2a，P2b，P2c。图11是表示产生包括空中线路路径P2’的上述第二路径P2的操作。
当如图12所示根据去除定时数据T分割模型数据以便为分割的模型数据单独产生第二路径P2时，不需要获得分割的模型数据的最上表面的第二路径P2，并从第二路径P2的计算范围中排除对其计算。图13示出了这种情况中的流程图。根据需要，能够如上所述产生空中线路路径P2’。
由于针对多个模型数据单独地计算第二路径P2，优选的是，启动多个第二路径产生装置，以便将分割的多个模型数据并行地传送到要加工的第二路径P2产生装置，由此缩短消耗的时间。
此外，另一个优点是能够根据分割的模型形状使用适当的工具获得经济的第二路径P2。例如，在图12中，形状(Ma)的模型只在一侧的垂直平面上具有去除表面，并选择大直径的平头铣刀为工具，对于图12中具有曲率和斜面的形状(Mb)，(Mc)，(Md)和(Me)的模型，可以选择圆头槽铣刀为工具，以平滑地完成该表面。另外，在图12的形状(Mc)和(Me)的模型中，由于没有台阶部分，可以使用大直径圆头槽铣刀为工具，以便迅速加工。在图12的形状(Mb)和(Md)的模型中，由于有台阶部分，选择小直径的圆头槽铣刀为工具来有效地加工台阶部分。
如图12所示，当把形状(Me)的模型分割成多个岛时，为了便于识别，很容易伴随某个岛的切削深度的改变而产生第二路径P2a，伴随另一个岛的切削深度的改变而产生第二路径P2b，和用于链接这些第二路径P2a，P2b的一个空中线路路径P2’。这种情况下，与通过用空中线路路径链接某个岛的高度部分的第二路径和另一个岛的高度部分的第二路径，改变切削深度，和进一步重复相同的步骤来产生多个空中线路路径的情况相比，能够以更短的时间，并且容易地产生路径。
如上所述，在产生第二路径P2的过程中，由于优选的是重叠对下侧的去除加工，在分割模型时，如图14所示，根据由去除定时数据T指示的量，从按第二参数数据库3中存储的重叠量“ovr”的一部分延伸到下侧的分割的模型来计算各个第二路径P2。
此外，在根据分割模型产生去除经过P2时，很容易在产生重叠到下侧的第二路径P2的情况下解决下列问题。就是说，如图15A所示，在模型的形状具有中度斜面部分的情况下，对图15B中所示的部分进行去除，和将烧结层层叠在其上。此后，在下一次去除时，在上面计算第二路径P2的过程中，由于中度斜面部分的整个区域处在重叠量“ovr”的范围中，在该整个区域中设置第二路径P2。然而，如图15C所示，下垂的剩余硬化部分50确实只与一部分中度斜面部分重叠，其它部分是被前面的去除加工切去的部分，剩余硬化部分50不存在。因此，该部分不需要另一次去除加工，如果仅按重叠量“ovr”从延伸到下侧的分割模型产生第二路径P2，在消耗浪费时间的同时产生第二路径P2。
然而，通过生成添加有最初预测的剩余硬化部分50的模型的剩余硬化部分附加模型，并产生想要去除该剩余硬化部分附加模型的第二路径P2能够解决该问题。
如图16所示，获得此次剩余硬化部分50的模型。具体地讲，通过在按去除定时数据T截开的模型中向要去除的表面添加偏移量α，将偏移部分的下侧向下延伸重叠量“ovr”的部分或分开给定的剩余硬化部分50的下垂量作为参数数据，和从它们包围的区域排除与初始模型(该模型是与下层侧的模型组合的去除定时数据T分割的模型)重叠的部分。
如图17所示，通过从由去定时数据T分割的模型最低部分的轮廓向外侧添加偏移量γ伽马，将添加该添加偏移量γ的轮廓的内侧和只有未与最初模型重叠的范围设置为工具的可移动范围Ω，只在与从去除定时数据T和重叠量“ovr”确定的去除范围Z和工具可移动范围Ω二者相符的区域中产生第二路径P2。于是，能够消除产生不需要的第二路径P2的问题。
最初根据要使用的粉末材料和其烧结条件来确定这些偏移量α，γ和向下延伸量(例如，重叠量“ovr”)，这些量存储在第二参数数据库3中。
另外，当基于按照去除定时数据T分割的每个模型确定第二路径P2时，当计算第二路径P2时，在把下层侧的模型形状作为对工具的干扰检验区的情况下，优选的是，参考与由去除定时数据T和重叠量“ovr”确定的第二路径P2的计算范围远的下层侧的模型形状。
如图18所示，当由作为圆头槽铣刀的工具9的边缘切削和去除对象范围Z的局部开口9a时，由于工具9的前端可能与下层侧造成干扰，把从去除对象范围Z起的下部9b传送到第二路径产生单元14作为参考区域。要参考的模型的范围可以是比去除对象范围Z低的全部模型形状，但是，考虑到速度，可以是与工具9的半径R对应的范围。
当针对整个模型确定第二路径P2，然后根据去除定时数据T分割路径P2时存在类似问题。然而，由于用于切削的模型和要产生的第二路径P2是整个模型，不需要将其作为参考范围分开添加，可以直接检验干扰。
当以两种方式中的任何一种分割时，如果要使用的工具9是圆头槽铣刀，优选的是考虑以下几点来计算第二路径P2。就是说，当根据去除定时数据T产生第二路径P2时，如果工具9是圆头槽铣刀，由于工具9的前端是半球状的，切削开始位置来到图19A中所示的点，并且在轮廓线处理中的最初路径中，可以根本不与剩余硬化部分5接触，可能导致加工失败。
因此，根据第二参数数据库3中存储的工具9的端半径R和剩余硬化部分5的宽度w的预测数据来确定工具9的接触高度，并且通过从该高度开始切削，能够消除由失败造成的加工时间损失。
通过从模型中要去除的部分的上表面下降距离ΔH来计算带有剩余硬化部分5的工具9的接触高度作为位置值，其中由如下的公式获得ΔH
(R-ΔH)2+(R-W)2＝R2(R-ΔH)2＝W(2R-W)ΔH＝R-(W(2R-W))1/2当然，当工具9是平头铣刀时，通过假设R＝0来确定切削开始位置工业实用性由此，本发明能够从包含用于光成形的各种参数的第一参数数据库中存储的参数数据，包含用于去除加工的各种参数的第二数据库中存储的参数数据，去除定时数据，和模型数据来获得第一路径和第二路径，能够获得用于顺序执行这些第一路径和第二路径的驱动程序。因此，能够明显节省操作者执行光成形加工的体力和时间，通过在层叠烧结层的重复步骤期间执行去除加工能够有效地执行光成形加工。
权利要求
1.一种光成形方法，包括由光成形机(10)与计算设备(1)执行的计算过程一起对目标对象进行光成形的过程，所述光成形过程包括步骤将光束照射到粉末材料层的指定位置，以使粉末材料的所需部分烧结，形成烧结层；用新的粉末材料层覆盖烧结层；将光束照射到新的粉末材料层的指定位置，使新的粉末材料粉末的所需部分烧结，与下面的烧结层整体地形成新烧结层；重复该过程形成层叠的烧结层；所述光成形过程还包括在重复形成烧结层的过程期间去除处于层叠的烧结层的形成体的外面的步骤，其特征在于，由计算设备(1)执行的计算过程包括步骤将各种参数的第一参数数据存储于在光成形过程中用于光照射处理的第一参数数据库(2)中；将各种参数的第二参数数据存储在用于去除加工的第一参数数据库中(2)；根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和所述第一参数数据库(2)中存储的第一参数数据，产生第一路径(P1)，作为用于光照射处理的光束照射路径；根据三维CAD模型数据，所述第二参数数据库(3)中存储的第二参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径(P2)，作为用于去除加工的去除加工路径；根据第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据，产生驱动用于执行光成形过程的光成形机(10)的驱动程序，所述光成形过程执行包括光束照射和去除加工，从而根据驱动程序进行光成形和去除加工。
2.一种光成形系统，包括与计算设备(1)一起对目标对象进行光成形的光成形机(10)，所述光成形机具有光照射装置(8)，用于将光束照射到粉末材料层的指定位置，以使粉末材料的所需部分烧结，形成烧结层；用新的粉末材料层覆盖烧结层，将光束照射到新的粉末材料层的指定位置，使新的粉末材料粉末的所需部分烧结，与下面的烧结层整体地形成新的烧结层；重复该过程形成层叠的烧结层；所述光成形机还具有去除加工装置(8)，用于去除在重复形成烧结层的过程期间去除层叠的烧结层的形成体的外面，其特征在于，所述计算设备(1)包括第一参数数据库(2)，用于存储在由所述光照射装置(7)执行的光成形过程中使用的各种参数；第二参数数据库(3)，用于存储在由所述去除加工装置(8)执行的去除加工中使用的各种参数；第一路径产生装置(13)，用于根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和所述第一参数数据库(2)中存储的参数数据，产生第一路径(P1)，作为用于所述光照射装置的光束照射路径；第二路径产生装置(14)，用于根据三维CAD模型数据，所述第二参数数据库(3)中存储的参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径(P2)，作为用于所述去除加工装置的去除加工路径；驱动程序产生装置(15)，根据所述第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据产生用于驱动所述光成形机(10)和所述去除加工装置(8)的驱动程序(P3)，从而使所述光成形机(10)和所述去除加工装置(8)根据驱动程序进行光成形和去除加工。
3.根据权利要求2所述的光成形系统，其中第二路径产生装置(14)根据三维CAD模型数据和所述第二参数数据库(3)中存储的参数数据来确定由去除加工装置(8)执行的去除加工中使用的去除工具。
4.根据权利要求2或3所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)根据三维CAD模型数据和所述第二参数数据库(3)中存储的参数数据产生去除定时数据，在产生所述去除定时数据时所参考的参数数据包含与切削深度的向下重叠量(ovr)有关的数据。
5.根据权利要求2至4中的任何一项所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)在去除定时沿高度方向分割针对整个对象模型产生的第二路径(P2)。
6.根据权利要求5所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)产生连贯地连接相邻的第二路径的空中线路路径，忽略所产生的第二路径的对象范围之上的形状。
7.根据权利要求2至4中的任何一项所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)根据预定的去除定时数据，沿高度方向分割三维CAD模型，根据分割的模型形状和存储在用于去除加工的所述第二参数数据库(3)中的参数数据来产生第二路径。
8.根据权利要求7所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置构造在光成形中产生的剩余硬化部分的模型，依据所获得的剩余硬化模型确定去除范围，根据去除范围产生第二路径。
9.根据权利要求7所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)在由去除定时指定的范围的最低轮廓，和从所述最低轮廓向外侧偏移指定量的偏移轮廓之间的区域中确定去除范围，根据所述去除范围产生第二路径。
10.根据权利要求7至9中的任何一项所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)在分割模型间的每个不连贯区域中产生第二路径，产生链接所述第二路径的空中线路路径。
11.根据权利要求2至10中的任何一项所述的光成形系统，其中所述第二路径产生装置(14)在用作切削装置的去除加工装置(8)执行的去除加工中，依据第二参数数据库(3)中包含的工具形状来确定与去除对象部分接触的接触开始位置，根据所述接触开始位置产生第二路径。
全文摘要
在由光成形机(10)与计算设备(1)一起对目标对象执行光成形的过程中，根据以要形成的目标对象的三维CAD模型数据的指定间距切开的每个断面的轮廓数据，和第一参数数据，产生第一路径(P1)，作为光束照射路径。根据三维CAD模型数据，第二参数数据，和指示执行去除加工的定时的去除定时数据，产生第二路径(P2)，作为去除加工路径。根据第一路径数据，第二路径数据和去除定时数据产生驱动程序(P3)，所述驱动程序执行包括光束照射和去除加工的光成形过程，从而根据驱动程序进行光成形和去除加工。
文档编号B22F3/10GK101048273SQ20058003675
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月21日 优先权日2004年10月26日
发明者阿部谕, 新开弘一 申请人:松下电工株式会社