JP6919057B2 - 粉末材料の評価装置、粉末材料の評価方法、および粉末材料の評価プログラム - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、粉末材料の評価装置、粉末材料の評価方法、および粉末材料の評価プログラムに関する。

上記技術分野において、特許文献１には、構成成分粒子の蓄積体であり、密度を向上させた顆粒状複合材料に関する技術が開示されている。

特表２０１６−５３５１６９号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、組成物を構成する顆粒状複合材料の密度を向上させることのみを顆粒状複合材料の評価基準としているため、３次元積層造形物の原料となる粉末材料を精度良く評価することができなかった。
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉末材料の評価装置は、
３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価装置であって、
前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出部と、
算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価部と、
を備え、
前記算出部は、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉末材料の評価方法は、
３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価方法であって、
前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出ステップと、
算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価ステップと、
を含み、
前記算出ステップでは、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する。

上記目的を達成するため、本発明に係る粉末材料の評価プログラムは
３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価プログラムであって、
前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出ステップと、
算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価ステップと、
をコンピュータに実行させる粉末材料の評価プログラムであって、
前記算出ステップでは、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する。

本発明によれば、３次元積層造形物の原料となる粉末材料を精度良く評価することができる。

本発明の第１実施形態に係る粉末材料の評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の処理手順を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の算出部が用いる粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データの一例を示したグラフである。 粉末材料を構成する複数の粒子、および複数の粒子によって形成された閉空間を包含する四面体を示したモデル図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の算出部が行なうデローニー分割で得られる四面体と閉空間との関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の算出部が算出する閉空間の体積を閉空間空隙径に換算し、その分布を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の評価部が用いる所定の閾値の一例を示す図である。 粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の一例を示したモデル図である。 粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間が変化していく様子を示したモデル図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の表示部の一例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る粉末材料の評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る粉末材料の評価装置の閉空間判定部が設定する四面体に内接する内接球と閉空間の体積に等しい仮想球との関係を示したモデル図である。

以下に、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して、以下に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などはあくまで一例であり、本発明の技術範囲をそれらの記載のみに限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本実施形態の粉末材料の評価装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の粉末材料の評価装置の構成示すブロック図である。本実施形態の粉末材料の評価装置１００は、３次元積層造形物の原料となる粉末材料を評価する装置である。

本実施形態の粉末材料の評価装置１００の評価対象となる粉末材料は、３次元積層造形物の原料となる材料であれば、特に限定されるものではない。粉末材料としては、例えば、金属粉末材料、セラミック粉末材料、プラスチック粉末材料等を挙げることができる。金属粉末材料としては、鉄、チタン、銅、ステンレス鋼、マレージング鋼、アルミニウム、コバルト、クロム、コバルト・クロム、ニッケル合金、インコネル等を例示することができる。セラミック粉末材料としては、ガラス繊維、石膏等を例示することができる。プラスチック粉末材料としては、ナイロン、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等を例示することができる。本実施形態の粉末材料の評価装置１００の評価対象となる粉末材料は、上記の粉末材料を適宜混合した材料であってもよい。

粉末材料を原料として３次元積層造形物が製造される。３次元積層造形物を製造するために用いる３次元積層造形装置が採用する造形方式は、特に制限されない。３次元積層造形装置が採用する造形方式としては、例えば、レーザ焼結法、熱溶解積層法、光造形法、直接金属レーザ焼結法、レーザ溶融法、電子ビーム溶解法、溶融金属積層法、レーザ直接積層法等を挙げることができる。

図１に示されるように、本実施形態の粉末材料の評価装置１００は、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出部１０１と、算出した閉空間の体積と所定の閾値とを比較して粉末材料を評価する評価部１０２とを備える。

算出部１０１は、粉末材材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いて、粉末材料において、複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出する。算出部１０１は、３次元積層造形物の原料となる粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを取得する。粉末構成データは、少なくとも粉末材料を構成する粒子の粒径（μｍ）、当該粒子の粒径分布（体積百分率（％））、当該粒子の位置データを含む。粒子の位置データは、例えば、（ｘ、y、ｚ）の座標軸によって表示される。

算出部１０１は、粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出する。なお、閉空間は、粉末材料において、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される孤立した３次元空間を意味する。

算出部１０１は、シミュレーションを実行して、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出する。算出部１０１が実行するシミュレーションは、例えば、離散要素法（Discrete Element Method（以下「ＤＥＭ」という。））、ＤＥＭおよび任意壁面形状内の数値シミュレーションである符号付距離関数（「ＳＤＦ」という。）を用いた壁面境界モデルを再現した手法に基づいてもよい。

また、算出部１０１が実行するシミュレーションは、ＤＥＭおよび数値流体力学（Computational Fluid Dynamics(以下「ＣＦＤ」という。））を組み合わせたＤＥＭ−ＣＦＤに基づいてもよい。さらに、算出部１０１が実行するシミュレーションは、離散要素法（ＤＥＭ）に粉末材料に含まれる粒子の安息角（粉体の物性値の一つ）から求めた摩擦係数を用いてもよい。さらに、算出部１０１は、粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データとしてＸ線ＣＴによるステレオリソグラフィデータ（ＳＴＬデータ）を用いて、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出してもよい。算出部１０１は、粉末材料を含む等間隔直交格子を設定する。算出部１０１は、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成されるクラスターに属する等間隔直交格子の格子点の数を用いることによって、閉空間の体積を評価する。

算出部１０１が算出した閉空間の体積は、所定の閾値と比較するために評価部１０２に出力される。所定の閾値とは、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積を意味する。評価部１０２は、算出部１０１が算出した閉空間の体積と所定の閾値とを比較する。所定の閾値は、既に製造された３次元積層造形物の品質と関連付けられて設定されている。評価部１０２は、算出部１０１が算出した閉空間の体積と所定の閾値とを比較することによって比較結果を得る。評価部１０２は、比較結果に基づいて、粉末材料を評価する。

このように、本実施形態の粉末材料の評価装置１００は、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間を新たに定義し、当該粒子に関する粉末構成データを用いることによって、閉空間の体積を算出する。そして、本実施形態の粉末材料の評価装置１００は、算出した閉空間の体積と所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて３次元積層造形物の原料となる粉末材料を評価することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置２００について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、本実施形態の粉末材料の評価装置２００は、データ取得部２０１と、算出部２０２と、評価部２０３と、閾値ＤＢ２０４、表示部２０５とを備えている。

データ取得部２０１は、粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを取得する。データ取得部２０１は、粉末構成データを算出部２０２に出力する。算出部２０２は、データ取得部２０１から取得した粉末構成データを用いることにより、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の体積を算出する。算出部２０２は、算出した閉空間の体積を評価部２０３に出力する。

閾値ＤＢ２０４は、所定の閾値を格納している。所定の閾値は、既に製造された３次元積層造形物の各データに基づいている。閾値ＤＢ２０４に格納された所定の閾値は、評価部２０３に出力される。算出部２０２は、算出した閉空間の体積と閾値ＤＢ２０４から出力された所定の閾値とを比較する。算出部２０２は、算出した閉空間の体積と閾値ＤＢ２０４から出力された所定の閾値とを比較した結果を比較結果として評価部２０３に出力する。評価部２０３は、比較結果を判定することにより、粉末材料の評価結果を取得する。評価部２０３は、評価結果を表示部２０５に出力する。表示部２０５は、評価対象となる粉末材料の評価結果を表示する。

粉末材料を構成する複数の粒子は、それぞれ異なる形状、粒径を有しており、粉末材料において、ランダムに位置している。また、粉末材料は、所定の粒径分布（体積百分率（％））を有している。このため、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積を算出することはきわめて困難である。そこで、本実施形態の粉末材料の評価装置２００は、算出部２０２を備えることによって、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積を容易に算出する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る粉末材料の評価装置２００の処理手順を示したフローチャートである。ステップＳ３０１において、算出部２０２は、３次元積層造形物の原料となる粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データをデータ取得部２０１から取得する。粉末構成データは、少なくとも粉末材料を構成する粒子の粒径（μｍ）、当該粒子の粒径分布（体積百分率（％））、当該粒子の位置情報を含む。さらに、粉末構成データは、粒子の熱伝導度、粒子の表面摩擦係数、粒子の真球度、粒子が他の粒子と接している接点数等を含んでいてもよい。

ステップＳ３０３において、算出部２０２は、閉空間を形成している粉末材料を構成する粒子を球と仮定する。算出部２０２は、上記４個の球の中心を母点としてデローニー分割を行い、四面体を得る。

ステップＳ３０５において、算出部２０２は、上記四面体の体積を算出する。算出部２０２は、上記四面体の４つの頂点に存在する上記球と上記四面体との重複部分の体積を算出する。算出部２０２は、上記四面体の体積から上記重複部分の体積を差し引いた体積を閉空間の体積として算出する。

ステップＳ３０７において、評価部２０３、ステップＳ３０５において算出部２０２が算出した閉空間の体積と、閾値ＤＢ２０４に格納されている所定の閾値とを比較する。閾値ＤＢ２０４に格納されている所定の閾値は、一定の条件下において、既に製造された３次元積層造形物の品質と関連付けられて設定されている。

評価部２０３は、算出部２０２が算出した閉空間の体積と閾値ＤＢ２０４に格納されている所定の閾値とを比較することによって、比較結果を出力する。

閾値ＤＢ２０４に格納されている所定の閾値は、複数の閾値を含んで設定されていてもよい。所定の閾値が複数の閾値を含んで設定されている場合には、複数の閾値は、既に製造された複数の３次元積層造形物の品質と関連付けられて設定されている。

評価部２０３が比較結果を取得するために実行する方法は、特に制限されるものではない。算出部２０２が算出した閉空間の体積と閾値ＤＢ２０４に格納されている所定の閾値との比を採って比較結果を得てもよいし、これらの差を採って比較結果を得てもよい。

ステップＳ３０９において、評価部２０３は、比較結果を判定して、粉末材料を評価する。評価部２０３は、ステップＳ３０７において得られた比較結果を判定するための評価基準を有している。評価部２０３は、比較結果を評価基準に照らし合わせて、比較結果を判定する。評価部２０３は、比較結果に基づいて、評価対象となる粉末材料から製造される３次元積層造形物の品質を推定し、粉末材料を評価する。

このように、粉末材料の評価装置２００の処理手順によれば、粉末構成データに基づいて、複数の粒子から形成される閉空間の体積を算出し、当該閉空間の体積と所定の閾値と比較することによって、粉末材料を評価することできる。

図４は、ステップＳ３０１において、算出部が閉空間の体積を算出するために用いる粉末構成データの一例を示したグラフである。図４に示されるように、各粉末材料（粉末１〜５で表される）に含まれる複数の粒子は、１〜２００μｍの範囲で、それぞれ固有の粒径（μｍ）を有している。各粉末材料（粉末１〜５で表される）を構成する一定の粒径を有する粒子は、粉末材料の全体積（全量）に対して、一定の体積の割合（体積分率（％））をもって分布（以下、「粒径分布」という。）している。すなわち、３次元積層造形物の原料となる粉末材料は、一定の粒径を有する粒子（μｍ）が所定の体積分率（％）で存在している複数の粒子の複合体である。

図５は、粉末材料を構成する複数の粒子と、複数の粒子によって形成された閉空間を包含する四面体を示したモデル図である。図５に示されるように、粉末材料５００を構成する複数の粒子は、それぞれ異なる粒径を有し、粉末材料５００においてランダムに位置している。粉末材料５００を構成する複数の粒子から閉空間が形成される。閉空間を形成する粉末材料を構成する複数の粒子の中心を結ぶことによって、四面体５０１〜５０４が形成される。それぞれの四面体５０１〜５０４は、その内部に粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間を包含している。

図６は、ステップＳ３０３において、算出部２０２がデローニー分割を行なうことによって得られる四面体と粉末材料を構成する粒子から形成される閉空間との関係を示した図である。図６に示されるように、算出部２０２は、１個の閉空間を形成する粒子６０１〜６０４を全て球と仮定する。算出部２０２は、球と仮定した粒子６０１〜６０４の中心をそれぞれ点６１１、６２１、６３１、６４１として設定する。算出部２０２は、球の中心として設定した点６１１、６２１、６３１、６４１を母点としてデローニー分割を行い、当該デローニー分割で得られる四面体６０６を得る。

図６に示されるように、ステップＳ３０５において、算出部２０２は、上記四面体６０６の体積を算出する。さらに、算出部２０２は、上記四面体６０６の４つの頂点６１１、６２１、６３１、６４１に存在する各球と上記四面体との重複部分の体積を算出する。そして、算出部２０２は、上記四面体６０６の体積から上記重複部分の体積を引いたものを閉空間６０５の体積として算出する。このように、本実施形態の粉末材料の評価装置２００は、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積を容易に算出することができる。

図７は、ステップＳ３０５において、算出部２０２が算出する閉空間の体積を閉空間空隙径（μｍ）に換算し、その分布を示した一例を示したグラフである。図７によれば、各粉末材料（粉末１〜５で表される）を構成する複数の粒子から形成される閉空間は、当該閉空間の体積に対応するそれぞれの閉空間空隙径（μｍ）を有していることが理解される。

各粉末材料（粉末１〜５で表される）において、複数の粒子により形成された所定の体積を有する閉空間は、粉末材料を構成する粒子から形成された閉空間の全体積（全量）に対して所定の体積の割合（体積分率）をもって分布している。そして、各粉末材料（粉末１〜５で表される）において、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積が粉末材料を構成する粒子から形成された閉空間の全体積（全量）に占める割合（％）は、以下の通りとなった。その割合は、粉末１では０．１７、粉末２では０．２７、粉末３では、０．１８、粉末４では１．２３、粉末５では０．９１となった。

図８は、ステップＳ３０７において、評価部２０３が用いる所定の閾値の一例を示す図である。図８に示されるように、所定の閾値に含まれるデータ８００は、既に製造された３次元積層製造物の各データから構成されている。なお、データ８００は、既に製造された数万以上の３次元積層製造物の各データに基づいており、いわゆるノウハウとして保護される。データ８００は、例えば、粉末材料ＩＤ８０１、粉末材料の成分８０２、粉末材料の粒子の平均粒径８０３、閉空間空隙径８０４、閉空間体積８０５、３次元積層造形物の品質８０６を含んでいる。

粉末材料ＩＤ８０１が０００１である粉末材料は、金属チタン粉末材料の粒子から構成される。上記粉末材料を構成する粒子の平均粒径は、４０μｍである。上記粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間空隙径は、４０μｍである。さらに、上記粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間の体積が粉末材料を構成する粒子から形成された空間の全体積（全量）に占める割合は、０．１０（％）である。

上記粉末材料を用いて製造された３次元積層造形物の内部に存在する空隙の体積が当該３次元積層造形物の体積全体に占める割合は、０．０５（％）である。そして、３次元積層造形物の品質は良好である。

さらに、図８には、粉末材料ＩＤ８０１が"００１０"である粉末材料（ナイロンパウダー）を採択した場合、粉末材料ＩＤ８０１が"００３０"である粉末材料（セラミック）を採択した場合の各データが示されている。

このように、閾値ＤＢ２０４が格納する所定の閾値は、一定の条件下において、既に製造された３次元積層造形物の品質と関連付けられて設定されている。評価部２０３は、算出部２０２が算出する閉空間の体積と所定の閾値とを比較することによって、比較結果を取得する。さらに、評価部２０３は、比較結果を判定して、粉末材料を評価する。

本実施形態の粉末材料の評価装置は、算出部２０２が算出する閉空間の体積と所定の閾値とを比較することによって取得される比較結果を判定することによって、粉末材料を評価する。このように、本実施形態の粉末材料の評価装置の技術的特徴は、粉末材料の粒子によって形成される閉空間を新たに定義して、閉空間の体積を算出した点にある。

以下、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間がどのように形成されるか、閉空間の存在が３次元積層造形物にどのような影響を与えるかについて説明する。 図９は、粉末材料において、複数の粉末材料の粒子によって形成される閉空間の一例を示したモデル図である。

閉空間は、粉末材料において、孤立して存在しており、粉末材料を構成する複数の粒子９０１が互いに接触することによって形成されている。

図９に示されるように、閉空間９２１は、粉末材料の粒子９１１、粒子９１２、粒子９１３および粒子９１４から形成されている。同様に、閉空間９４１は、粉末材料の粒子９３１、粒子９３２、粒子９３３および粒子９３４から形成されており、閉空間９６１は、粉末材料の粒子９５１、粒子９５２、粒子９５３および粒子９５４から形成されている。これらの閉空間は、粉末材料９００において、複数の粒子９０１によって囲まれた空間である。

これらの閉空間には、粉末材料９００の系内に存在するガスが閉じ込められる。閉空間に閉じ込められたガスは、浮力（３次元の力）によってのみ、閉空間の外部に放出される。このため、閉空間に閉じ込められたガスが粉末材料９００の系内に放出されるまでに時間を要する。その結果、閉空間に閉じ込められたガスは、ほとんど粉末材料９００の系外に放出されない。

閉空間に閉じ込められたガスは、３次元積層造形物の製造工程において、粉末材料９００の系外に放出されることなく、そのまま粉末材料９００の系内に保持される。このような閉空間に閉じ込められたガスは、３次元積層造形物の全ての製造工程が完了した後、そのまま３次元積層造形物の内部に残留する。

最終的に３次元積層造形物の内部には、閉空間に閉じ込められたガスが存在する空隙が形成される。３次元積層造形物の内部に存在する空隙には、３次元積層造形物の原料が存在しない。このため、３次元積層造形物の内部に存在する空隙は、製造される３次元積層造形物の物理的性質の低下の原因となり、結果的に当該３次元積層造形物の品質低下を招く。

一方、粉末材料９００において、複数の粒子９０１によって形成された空間であって、粉末材料９００の系外に通じている空間（以下、「開空間」という。）も存在する。粉末材料９００においては、粒径が１００μｍ程度である粉末材料の粒子が溶解して形成される流体に働く表面張力は、当該流体に働く重力よりも１０００倍以上大きくなる。このため、開空間に存在しているガスは、１次元の力によって粉末材料９００の系外に容易に放出される。最終的に粉末材料９００において、開空間に存在しているガスは、粉末材料９００の内部に残留しない。このように、粉末材料９００を構成する複数の粒子９０１によって形成される開空間は、製造される３次元積層造形物の内部に存在する空隙とならない。すなわち、粉末材料を構成する複数の粒子９０１によって形成された開空間は、３次元積層造形物の品質の低下に影響を与えない。

粉末材料を構成する複数の粒子９０１によって形成された閉空間の体積と開空間の体積は、一定の関係を有する。粉末材料９００において、複数の粒子９０１によって形成された開空間の体積は、複数の粒子９０１によって形成された全体の空間の体積から閉空間の体積を除くことによって得られる。

図１０は、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間が変化していく様子を示したモデル図である。図１０に示されるように、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される閉空間の状態は、材料粉末を構成する粒子が溶解することにより、１０００ａ〜１０００ｄの順序で変化する。状態１０００ａは、３次元積層造形装置から例えば、レーザ等が照射される直前の粉末材料の状態を示している。

粉末材料は、複数の粉末材料の粒子１００１から構成されている。例えば、状態１０００ａの左端上部には、上部方向から下部方向に向かって、粉末材料の粒子１０１１、粒子１０１２が位置している。粒子１０１１と粒子１０１２とは、粒子１０１３と粒子１０１４を介して接している。これら４つの粒子によって、閉空間１０１５が形成される。粉末材料１０００ａは、複数の粒子から形成される閉空間１０１５、閉空間１０１６等の複数の閉空間を有している。

次に、状態１０００ａの粉末材料に３次元積層造形装置からレーザ等が照射されると、粉末材料を構成する粒子が溶解することによって、状態１０００ｂに移行する。状態１０００ｂは、粒子１０２１、粒子１０２２、粒子１０２３、粒子１０２４から形成される閉空間１０２５等の複数の閉空間を含む。

さらに、状態１０００ｂの粉末材料に３次元積層造形装置からレーザ等が照射されると、粉末材料を構成する粒子が溶解することによって、状態１０００ｃに移行する。状態１０００ｃの粉末材料は、閉空間１０３１、閉空間１０３２、閉空間１０３３、閉空間１０３４、閉空間１０３５を含む。

最後に、状態１０００ｃの粉末材料に３次元積層造形装置からレーザ等が照射されると、粉末材料の粒子が溶解することによって、状態１０００ｄに移行する。状態１０００ｄは、冷えて固まることにより、最終製品である３次元積層造形物となる。

製造される３次元積層造形物の内部には、閉空間１０４１、閉空間１０４２、閉空間１０４３、閉空間１０４４、閉空間１０４５が存在している。これらの閉空間には、粉末材料１０００ｄの系外に出ることができなかったガスがそのまま残留している。その結果、製造された３次元積層造形物の内部には空隙が存在することになる。製造される３次元積層造形物の品質は、良好とならない。

このように本実施形態の粉末材料の評価装置は、粉末材料において、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される閉空間を新たに定義し、当該閉空間の体積を算出する。さらに、本実施形態の粉末材料の評価装置は、閉空間の体積と所定の閾値と比較することによって、比較結果を取得し、比較結果を判定することによって粉末材料を評価する。

本実施形態の粉末材料の評価装置２００は、粉末材料の評価結果を表示するための表示部２０５を備える。図１１は、本実施形態の粉末材料の評価装置２００の表示部２０５に表示される画面の一例としての画面１１００を示す説明図である。図１１に示されるように画面１１００は、例えば、粉末材料のサンプルＩＤ１１０１、評価スコア１１０２、粉末材料の成分１１０３、粉末材料を構成する粒子の平均粒径１１０４、閉空間体積１１０５、閉空間空隙径１１０６を含んでいる。さらに、画面１１００は、３次元積層造形物の内部に存在する空隙１１０７、３次元積層造形物の品質１１０８を含んでいる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る粉末材料の評価装置について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る粉末材料の評価装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る粉末材料の評価装置１２００は、上記実施形態と比べると、閉空間判定部１２０１を有する点で異なる。その他の構成および動作は、上記実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

図１２に示されるように、本実施形態の粉末材料の評価装置１２００は、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される空間が閉空間であるか否かを判定するための閉空間判定部１２０１をさらに備えている。

３次元積層造形物の原料となる粉末材料を構成する粒子は、それぞれ異なる粒径を有しており、粉末材料において、ランダムに位置している。このため、粉末材料において、粉末材料を構成する粒子により形成された空間が閉空間であるか否かを判定することは、きわめて困難である。そこで、本実施形態の粉末材料の評価装置１２００は、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される空間が閉空間であるか否かを判定する閉空間判定部１２０１を備える。

図１３は、本発明の第３実施形態に係る粉末材料の評価装置１２００の閉空間判定部１２０１が設定する四面体に内接する内接球と閉空間の体積に等しい仮想球との関係を示したモデル図である。

閉空間判定部１２０１は、上記実施形態と同様に粉末材料を構成する粒子を球と仮定して、上記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、四面体１３００を得る。閉空間判定部１２０１は、四面体１３００に内接する内接球１３０１を考える。また、閉空間判定部１２０１は、粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される空間の体積を算出し、当該空間の体積に等しい仮想球１３０２を考える。

次に、閉空間判定部１２０１は、四面体１３００に内接する内接球１３０１の中心と粉末材料を構成する複数の粒子によって形成される空間の体積に等しい仮想球１３０２の中心を四面体１３００の重心１３０３に置く。

さらに、閉空間判定部１２０１は、内接球１３０１の大きさと仮想球１３０２の大きさとを比較する。閉空間判定部１２０１は、複数の粒子によって形成される空間の体積に等しい仮想球１３０２が四面体１３００に内接する内接球１３０１よりも小さいか否かを判断する。仮想球１３０２の大きさと内接球１３０１の大きさの比較は、仮想球１３０２の半径１３２１と内接球１３０１の半径１３１１とを比較することによって行なう。

閉空間判定部１２０１は、複数の粒子によって形成される空間の体積に等しい仮想球１３０２が四面体１３０１に内接する内接球１３０１よりも小さい場合には、閉空間と判定する。一方、判定部１２０１は、複数の粒子によって形成される空間の体積に等しい仮想球１３０２が四面体１３０１に内接する内接球１３０１よりも大きい場合には、開空間と判定する。判定部１２０１は、複数の粒子によって形成される空間が閉空間であると判定した場合には、「閉空間有り」の判定結果を算出部２０２に出力する。算出部２０２は、「閉空間有り」の判定結果に基づいて、粉末材料を構成する複数の粒子から形成される空間が閉空間であると判断して、上記実施形態と同様に閉空間の体積を算出する。評価部２０３は、記実施形態と同様に粉末材料を評価する。

このように、閉空間判定部１２０１は、粉末材料を構成する粒子を球と仮定して、上記球の中心を母点としてデローニー分割を行って得られる四面体に内接する内接球を設定する。そして、閉空間判定部１２０１は、内接球の体積と粉末材料を構成する粒子から形成される空間の体積に等しい仮想球の体積とを比較することによって閉空間であるか否かを判断する。すなわち、本実施形態の粉末材料の評価装置は、粉末材料に含まれる粒子より形成される空間が閉空間であるか否かを判定することができる閉空間判定部をさらに備えることによって、粉末材料の評価を精度良く、かつ迅速に行うことができる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。

Claims (4)

1. ３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価装置であって、
   前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出部と、
   算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価部と、
   を備え、
   前記算出部は、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する粉末材料の評価装置。
2. 前記閉空間の体積に等しい仮想球を考え、前記仮想球の中心を前記四面体の重心に置き、前記仮想球が前記四面体に内接する内接球よりも小さい場合には閉空間と判定する閉空間判定部をさらに備えた請求項１に記載の粉末材料の評価装置。
3. ３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価方法であって、
   前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出ステップと、
   算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価ステップと、
   を含み、
   前記算出ステップでは、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する粉末材料の評価方法。
4. ３次元積層造形物の原料となる粉末材料の評価プログラムであって、
   前記粉末材料を構成する粒子に関する粉末構成データを用いることにより、前記粉末材料において、複数の前記粒子によって形成される閉空間の体積を算出する算出ステップと、
   算出した前記閉空間の体積と、所定の閾値とを比較することにより、前記粉末材料を評価する評価ステップと、
   をコンピュータに実行させる粉末材料の評価プログラムであって、
   前記算出ステップでは、前記粒子を球と仮定した場合において、前記球の中心を母点としてデローニー分割を行い、前記デローニー分割で得られる四面体の体積から、前記四面体の４つの頂点に存在する球と前記四面体との重複部分の体積を引いたものを前記閉空間の体積として算出する粉末材料の評価プログラム。

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