DE112017007132T5

DE112017007132T5 - Dreidimensionales Formgebungsverfahren und dreidimensionale Formgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007132T5
Application number: DE112017007132.1T
Authority: DE
Inventors: Takashi Touma; Chiaki Tanuma
Original assignee: Mutoh Industries Ltd; Hosei University
Current assignee: Mutoh Industries Ltd; Hosei University
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-11-07
Also published as: JPWO2018154767A1; JP6329332B1; WO2018154767A1; US20200156363A1; US11097530B2

Abstract

Die dreidimensionale Formgebungsvorrichtung umfasst eine dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die dreidimensionale Daten erfasst, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren, einen Abgabemechanismus, der ein laminiertes Material einschließlich einer Vielzahl an Arten von Färbemittel abgibt, und eine Steuerungseinheit, die den Abgabemechanismus auf Grundlage der dreidimensionalen Daten steuert, um die dreidimensionale Form zu formen. Eines der Voxel ist in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen unterteilt, wobei jedes aus der Vielzahl der Elemente mit Farbdaten versehen ist, die einer aus einer Vielzahl Farben entsprechen, und die Farbdaten des Elements so bestimmt sind, dass alle aus einer Vielzahl von Oberflächen des Voxels eine ungefähr identische Farbe aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dreidimensionales Formgebungsverfahren und eine dreidimensionale Formgebungsvorrichtung
Bisheriger Stand der Technik
Bei herkömmlichen 3D-Druckern wurde beispielsweise bereits in der Patentliteratur 1 ein 3D-Farbdrucker vorgeschlagen, der dazu ausgebildet ist, eine Oberflächenform zu kolorieren. Jedoch ist der herkömmliche 3D-Farbdrucker dazu ausgebildet, nur eine Oberfläche einer geformten dreidimensionalen Form auf der Grundlage von Polygondaten und ähnlichen Daten zu kolorieren und es war schwer, das Innere der dreidimensionalen Form mit einer Farbe zu kolorieren, die wirklich die Farbe einer ursprünglichen dreidimensionalen Struktur wiedergibt. Der Grund ist, dass dreidimensionale CAD-Daten, die für die Formgebung verwendet werden, nur Daten auf der Oberfläche der dreidimensionalen Form verwenden und keine innere Struktur der dreidimensionalen Form definieren und keine Farbdaten der inneren Struktur umfassen. In Anbetracht dessen wird ein dreidimensionales Formgebungsverfahren und eine Vorrichtung benötigt, um auch das Innere der dreidimensionalen Form genau zu kolorieren.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2016-221789 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein dreidimensionales Formgebungsverfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die dazu ausgebildet sind, auch das Innere einer dreidimensionalen Form genau zu kolorieren.
Lösung des Problems
Ein dreidimensionales Formgebungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Erfassens von dreidimensionalen Daten, die eine dreidimensinale Struktur mit Voxeln repräsentieren; und
einen Schritt des Unterteilens eines der Voxel in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen, und des Bereitstellens von Farbdaten für jedes aus der Vielzahl der Elemente, die einer aus einer Vielzahl von Farben entspricht,
wobei das Bereitstellen der Farbdaten für die Elemente so durchgeführt wird, dass eine Vielzahl von Oberflächen des Voxels eine ungefähr identische Farbe aufweist.
Eine dreidimensionale Formgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die dreidimensionale Daten erfasst, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren, einen Abgabemechanismus, der ein laminiertes Material einschließlich einer Vielzahl an Arten von Färbemitteln abgibt, und eine Steuerungseinheit, die den Abgabemechanismus auf Grundlage der dreidimensionalen Daten steuert, um die dreidimensionale Form zu formen. Eines der Voxel ist in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen unterteilt, wobei jedes aus der der Vielzahl der Elementen mit Farbdaten versehen ist, die einer aus einer Vielzahl von Farben entspricht, und die Farbdaten des Elements so bestimmt sind, dass alle aus einer Vielzahl von Oberflächen des Voxels eine ungefähr identische Farbe aufweisen.
Eine dreidimensionale Formgebungsvorrichtung gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst: eine dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die dreidimensionale Daten erfasst, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren; einen Abgabemechanismus, der ein laminiertes Material einschließlich einer Vielzahl an Arten von Färbemitteln abgibt; und eine Steuerungseinheit, die den Abgabemechanismus auf Grundlage der dreidimensionalen Daten steuert, um eine dreidimensionale Form zu formen, wobei eines der Voxel in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen unterteilt ist, jedes aus der Vielzahl der Elemente mit Farbdaten versehen ist, die einer aus einer Vielzahl von Farben entspricht, und eine Vielzahl der Elemente, die in einem der Voxel enthalten sind, exponierte Elemente, die auf einer der Oberflächen der Voxel erscheinen, und Kernelemente, die mit den exponierten Elementen bedeckt sind, aufweisen und die Steuerungseinheit Farbdaten für die Farbkorrektur der Kernelemente bereitstellt.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Gesamtaufbau eines 3D-Druckers 100 einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Steuerungseinheit 200 zeigt, die den 3D-Drucker 100 in 1 steuert.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konzept von dreidimensionalen Daten (Voxeln) zeigt, die in der Ausführungsform verwendet werden.
4 ist ein konzeptuelles Diagramm, das dreidimensionale Daten zeigt, die Voxel VD verwenden.
5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Voxel VD und den Elementen ED.
6 zeigt Farbdaten (Pallettendaten), die dem Voxel VD bereitgestellt werden.
7 zeigt Farbdaten (Schattierung) die dem Voxel VD bereitgestellt werden.
8 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Operation einer Phasenumwandlungseinheit 223 zum Verhindern des Auftretens eines Moiré beschreibt.
9 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Operation einer Phasenumwandlungseinheit 223 zum Verhindern des Auftretens des Moiré beschreibt.
10 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Operation einer Farbtonumwandlungseinheit 223 beschreibt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben. Während die folgende Beschreibung einen 3D-Drucker vom Tintenstrahltyp als Beispiel verwendet, ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Tintenstrahltyp beschränkt und der 3D-Drucker ist lediglich dazu ausgebildet, laminiertes Material abzugeben, das eine Vielzahl an Arten von Färbemitteln für jedes später beschriebene Element umfasst.
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Gesamtaufbau eines 3D-Druckers 100 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die sich auf ein dreidimensionales Formgebungsverfahren und eine Vorrichtung bezieht. Der 3D-Drucker 100 umfasst einen Rahmen 11, ein Z-Gerüst 12, ein Y-Gerüst 13, einen Formgebungstisch 14, Hubvorrichtungen 15A und 15B, einen Kopfhalteabschnitt 16, einen Tintentank 17, und einen Tintenstrahlkopf 18.
Der Rahmen 11 weist ein rechteckig geformtes Rahmenwerk auf und nimmt innen das Z-Gerüst 12 und andere später beschriebene Teile auf. Das Z-Gerüst 12 ist dazu ausgebildet, innen in dem Rahmen 11 durch die Hubvorrichtungen 15A und 15B in einer Z-Richtung (einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptebene des Formgebungstischs 14 ist) in 1 bewegt zu werden.
Das Y-Gerüst 13 ist dazu ausgebildet, auf einer Oberfläche des Z-Gerüsts 12 entlang einer Y-Richtung (einer Richtung, die parallel zur Hauptebene des Formgebungstischs 14 ist) in 1 zu gleiten. Der Formgebungstisch 14 ist dazu ausgebildet, auf einer Oberfläche des Y-Gerüsts 13 in einer X-Richtung (einer Richtung, die parallel zur Hauptebene des Formgebungstischs 14 und einer Richtung, die senkrecht zu der Y-Richtung ist) in 1 zu gleiten. Die vorstehend beschriebenen Operationen des Z-Gerüsts 12, des Y-Gerüsts 13, und des Formgebungstischs 14 ermöglichen es einer dreidimensionalen Form, die auf dem Formgebungstisch 14 geformt ist, sich in drei Richtungen zu bewegen, der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung. Die dreidimensionale Form auf dem Formgebungstisch 14, die sich relativ in einer dreidimensionalen Richtung im Hinblick auf den Tintenstrahlkopf 18 bewegt, ermöglicht das Formen der dreidimensionalen Form auf Grundlage von dreidimensionalen Daten.
Der Kopfhalteabschnitt 16 ist sicher an dem Rahmen 11 in einer Position angebracht, die höher als mindestens eine maximale Höhe des Z-Gerüsts 12 ist. Der Tintentank 17 und der Tintenstrahlkopf 18 werden auf dem Kopfhalteabschnit 16 gehalten. Der Tinentank 17 enthält eine Vielzahl an Arten von Tinten, beispielsweise C (Zyan), M (Magenta), Y (Gelb) und Weiß (W) für die Farbformgebung der dreidimensionalen Form. Anschließend injiziert der Tintenstrahlkopf 18 die Tinten, um Voxel als Komponenteneinheiten (dreidimensionale Pixel) der dreidimensionalen Form zu formen. Als Tinte kann eine Tinte vom Ultraviolettaushärtungstyp, die durch Bestrahlen mit einem Ultraviolettstrahl gehärtet wird, verwendet werden. In diesem Fall kann eine Ultraviolettbestrahlungseinheit (nicht gezeigt) neben dem Tintenstrahlkopf 18 angeordnet sein.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Steuerungseinheit 200 zeigt, die den 3D-Drucker 100 in 1 steuert. Die Steuerungseinheit 200 umfasst einen Computer 21, eine Systemsteuerungseinheit 22, eine Kopfsteuerungseinheit 23, eine mechanische Steuerungseinheit 24, einen Höhensteuerungsmotor 25, einen Y-Gerüststeuerungsmotor 26, einen Tischsteuerungsmotor 27 und eine Display-Einheit 28.
Der Computer 21 dient als dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die von außen bereitgestellte dreidimensionale Daten der zu formenden dreidimensionalen Form erfasst, und führt die Umwandlung verschiedener Daten und ähnliche Operationen durch, die für die Formgebung notwendig ist. Die dreidimensionalen Daten weisen ein Basiselement (dreidimensionales Pixel) eines Voxels mit einer Breite in der dreidimensionalen Richtung als eine Einheit auf und werden durch einen Satz der Voxel repräsentiert. Das heißt, eine Vielzahl von Voxeln sind dreidimensional angeordnet, um die dreidimensionalen Daten darzustellen. Jedes Voxel kann verschiedene Information einschließen, beispielsweise Farbinformationen wie RGB und CMKY, Informationen zu einem Material, welches das Voxel darstellt. Dies wird später beschrieben.
Die Systemsteuerungseinheit 22 weist eine Funktion auf, um Kopfsteuerungsdaten zum Steuern des Tintenstrahlkopfes 18 und Motorsteuerungsdaten zum Steuern der verschiedenen Arten von Motoren auf Grundlage der dreidimensionalen Daten zu erzeugen, und überträgt die Daten auf die Kopfsteuerungseinheit 23 und die mechanische Steuerungseinheit 24. Die Systemsteuerungseinheit 22 umfasst eine Pallettendatenaufnahmeeinheit 221, eine Farbumwandlungseinheit 222, eine Phasenumwandlungseinheit 223 und eine Farbtonkorrektureinheit 224.
Die Pallettendatenaufnahmeeinheit 221 enthält Pallettendaten als Farbdaten. Die Farbumwandlungseinheit 222 weist eine Funktion auf, um Farbdaten, die in dem Voxel enthalten sind, in die Pallettendaten umzuwandeln, die den Farbdaten entsprechen. Die Phasenumwandlungseinheit 223 weist eine Funktion auf, um die Phase des Voxels auf Grundlage der dem Voxel bereitgestellten Pallettendaten umzuwandeln. Die Farbtonkorrektureinheit 224 weist eine Funktion auf, um einen Farbton der Pallettendaten, die dem Voxel auf Grundlage von verschiedenen Daten bereitgestellt werden, zu korrigieren.
Die Kopfsteuerungseinheit 23 steuert auf Grundlage der erhaltenen Kopfsteuerungsdaten den Typ der Tinte, die von dem Tintenstrahlkopf 18 abgegeben wird und die Abgabemenge. Die mechanische Steuerungseinheit 24 unterteilt ferner die Motorsteuerungsdaten in Z-Richtungsdaten, Y-Richtungsdaten, und X-Richtungsdaten und überträgt diese jeweils auf den Höhensteuerungsmotor 25, den Y-Gerüststeuerungsmotor 26 und den Tischsteuerungsmotor 27. Der Höhensteuerungsmotor 25, der Y-Gerüststeuerungsmotor 26 und der Tischsteuerungsmotor 27 treiben das Z-Gerüst 12, das Y-Gerüst 13 und den Formgebungstisch 14 auf Grundlage der Z-Richtungsdaten, der Y-Richtungsdaten und der X-Richtungsdaten an. Die Display-Einheit 28 besteht beispielsweise aus einem Flüssigkristalldisplay.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung der durch das Voxel repräsentierten dreidimensionalen Daten. In einem üblichen 3D-Drucker wird ein STL-Format typischerweise zum Repräsentieren einer dreidimensionalen Form durch Explodieren in Ebenendaten in einer horizontalen Richtung verwendet. Das STL-Format weist kein Verfahren zum Repräsentieren von Eigenschaften des Inneren der Struktur auf. Demgemäß ist es schwierig, durch Bilden der dreidimensionalen Form auf Grundlage des STL-Formats eine innere Struktur der dreidimensionalen Struktur zu repräsentieren und nur die Oberfläche kann koloriert werden.
Beispielsweise ist es notwendig, eine Struktur des Inneren eines Herzens einschließlich der Farbe zu formen, wenn die Form des Herzens in einer Form eines menschlichen Körpers durch einen 3D-Drucker geformt wird. Jedoch ist dies für einen herkömmlichen 3D-Drucker, der das STL Format verwendet, schwierig.
Wie in 3 gezeigt, repräsentiert der 3D-Drucker gemäß der Ausführungsform im Gegensatz dazu die Struktur der dreidimensionalen Form durch den Satz der Voxel VD, von denen jedes eine Einheit der dreidimensionalen Struktur darstellt. Der Fall der Voxel VD erleichtert es, die innere Struktur der dreidimensionalen Struktur zu repräsentieren und jedes der Voxel VD ist mit den Farbdaten ausgestattet, und erleichtert daher die Repräsentation der Farbe des Inneren der dreidimensionalen Struktur. Als ein Format, welches die Voxel verarbeitet, ist bereits das FAV (FAbricatable Voxel = fabrizierbare Voxel) Format bekannt, und das FAV Format ist auf die Ausführungsform anwendbar.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Voxel VD ferner in eine Vielzahl von Elementen ED in jeder Richtung der sich schneidenden drei Richtungen (X/Y/Z) unterteilt. Beispielsweise ist ein Voxel VD in mehrere, beispielsweise vier Elemente ED sowohl in der X-Richtung, der Y-Richtung, und der Z-Richtung unterteilt, um in 4 x 4 x 4 = 64 Teile unterteilt zu werden.
Die Größe eines Voxel VD wird in Abhängigkeit von einer Mindest-Abgabemenge des Tintenstrahlkopfes 18 bestimmt. Wenn beispielsweise die Mindest-Abgabemenge des Tintenstrahlkopfes 18 16 pl (Picoliter) beträgt, sind die 16 pl eine Mindest-Größe eines Elements ED. Demgemäß, wenn es sich bei dem Element ED um einen Würfel handelt, beträgt ein Mindestwert einer Seite eines Elements ED ungefähr 25 µm. Wenn eine sichtbare Größe (Auflösung) in einer Beobachtungsentfernung der dreidimensionalen Form 0,1 mm beträgt, werden vier Elemente ED, die eine Seite von 25 µm aufweisen, sowohl in der X-Richtung, der Y-Richtung, und der Z-Richtung gesammelt, in 4 x 4 x 4 = 64 Teilen insgesamt, um ein Voxel VD zu bilden. Wie in 5 gezeigt, können die 64 Elemente ED des einen Voxel VD in 56 exponierte Elemente EDe klassifiziert werden, die auf den Oberflächen der Voxel VD und der Kernelemente EDc erscheinen, die periphäre Bereiche mit den exponierten Elementen EDe bedecken lassen, um innen in dem Voxel VD verborgen zu werden, damit sie von außen nicht mehr sichtbar sind. Die exponierten Elemente EDe können mit anderen Farbdaten als weiß ausgestattet werden. Auf der anderen Seite werden die Kernelemente EDc im Wesentlichen mit Daten für Weiß ausgestattet, mit Ausnahme des Falles, in dem eine Farbtonkorrektur an dem Voxel durchgeführt wird.
In einem Voxel VD müssen die Teilungszahlen (die Anzahl der Elemente) in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung nicht notwendigerweise identisch sein. Beispielsweise kann ein Voxel aus den Elementen von 4 x 6 x 8 Teilen zusammengesetzt sein. Ein Element ED, das sich keiner Würfelform annähern kann, kann in der Z-Richtung oder einer ähnlichen Richtung verglichen mit dem Würfel eine abgeflachte Form aufweisen. In diesem Fall kann die Anzahl von Anordnungen der Elemente in einer Voxel VD in der Z-Richtung, der Y-Richtung und der X-Richtung verschieden sein, so dass der Voxel VD eine Würfelform aufweist.
Jedes Element ED ist mit einem Teil der Farbdaten unter einer Vielzahl an Arten von Farbdaten (beispielsweise Weiß (W), Zyan (C), M (Magenta), Y (Gelb)) auf Grundlage der Pallettendaten bereitgestellt, die in Übereinstimmung mit den Farbdaten (beispielsweise eine der sechs Farben von achromatischen Farben und jeweils vier Farben unter R, G, B, C, M, und Y, insgesamt 30 Farben) zugeordnet sind, um dem Voxel VD bereitgestellt zu werden. Das heißt, zum Bereitstellen eines Teils der Farbdaten für eine von sechs Oberflächen des Voxel VD, wird ein Teil der Farbdaten unter Weiß (W), Zyan (C), M (Magenta), und Y (Gelb) den 16 (4 x 4) Elementen ED bereitgestellt, die auf der einen Oberfläche erscheinen. Kombinationen der Farbdaten (W, C, M, und Y), die den 16 Elementen ED bereitgestellt sind, bestimmen die Farbdaten, die auf einer Oberfläche des Voxels bereitgestellt sind.
Wenn man die Farbdaten den Elementen ED, die auf den sechs Oberflächen des Voxel VD auf solch eine Weise erscheinen, bereitstellt, ist es notwendig, den sechs Oberflächen des Voxel VD eine ungefähr identische Farbe bereitzustellen. In dieser Hinsicht sind in der Ausführungsform die Farbdaten der Elemente ED so bestimmt, dass alle sechs Oberflächen eine ungefähr identische Farbe in dem Voxel VD aufweisen. Dies wird im Einzelnen unter Verwendung von 6 beschrieben.
Das oben dargestellte Beispiel zeigt den Farbtyp der Tinte in dem Fall, in dem der Tintenstrahltyp 3D-Drucker in 1 verwendet wird. Der 3D-Drucker in 1 führt Ultraviolettaushärtung an der Tinte selbst aus, um die Elemente ED und ferner die Voxel VD zu laminieren, um die dreidimensionale Form herzustellen, daher wird eine weiße Tinte benötigt. Im Gegensatz dazu können im Fall der Drucker vom anderen Typ, die beispielsweise Färbemittel der Tinte und ähnliches Material auf einem weißen laminierten Material abgeben, eine Vielzahl von Tinten beispielsweise nur C, M und Y sein, und Weiß ist nicht notwendigerweise eingeschlossen.
6 ist ein Entwicklungsdiagramm eines Voxel VD. Das Voxel VD weist sechs Flächen Fs1 bis Fs6 auf. Beispielsweise liegt die Fläche Fs5 der Fläche Fs3 auf einer Seite gegenüber, welche durch die Referenznummern L1 und L2 in 6 angezeigt werden. In 6 ist das Element ED mit Weiß (W) als Farbdaten durch eine Referenzzahl Dw dargestellt. Gleichermaßen werden die Elemente ED, die mit Zyan (C), M (Magenta) und Y (Gelb) ausgestattet sind, jeweils durch die Referenzzahlen Dc, Dm und Dy repräsentiert. Daher handelt es sich bei den Daten, welche die Farbdaten angeben, die der Vielzahl der Elemente ED zugeordnet sind, die in einem Voxel VD enthalten sind, um die oben beschriebenen Pallettendaten. Die Pallettendaten werden von der Palletendaten-Aufnahmeeinheit 221 aufgenommen, und die Pallettendaten, welche zu der Farbe passen, werden beispielsweise von der Pallettendaten-Aufnahmeeinheit 221 ausgelesen, in Übereinstimmung mit der Art der Farbe (beispielsweise eine der sechs Farben von achromatischen Farben und jeweils vier Farben unter R, G, B, C, M, und Y, insgesamt 30 Farben), um dem Voxel VD bereitgestellt zu werden. Wenn die Pallettendaten ausgelesen werden, werden die Farbdaten zu jedem Element auf Grundlage der Pallettendaten bereitgestellt.
6 gibt die Verteilung der Farbdaten für jedes Element ED im Fall an, in welchem dem Voxel VD eine graue Farbe bereitgestellt ist. Um den sechs Flächen Fs1 bis Fs6 des Voxel VD eine identische Farbe bereitzustellen, sind die Proportionen der Elemente, die mit den Referenzzahlen Dw, Dc, Dm und Dy in den jeweiligen Flächen bereitgestellt werden, ungefähr identisch.
Wie in 7 gezeigt, wenn Grau dem Voxel VD bereitgestellt ist, wird die Farbe der Oberfläche des Voxel VD ein dunkleres Grau, wenn eine Summe der Anzahl von Elementen ED der Referenzzahlen Dc, Dm und Dy auf der Oberfläche des Voxel VD im Vergleich zu der Anzahl von Elementen der Referenzzahl Dw ansteigt. Wenn Gelb dem Voxel VD bereitgestellt wird, wird jedes der Elemente ED der Referenzzahlen Dw und Dy bereitgestellt, und, wenn die Anzahl der Elemente ED der Referenzzahl Dy auf einer Oberfläche im Vergleich mit der Anzahl der Elemente der Referenzzahl Dw ansteigt, wird das Gelb, das dem Voxel VD bereitgestellt wird, zu einem dunkleren Gelb. Gleichermaßen, wenn Blau dem Voxel VD bereitgestellt wird, wird jedes der Elemente ED der Referenzzahlen Dy, Dm und Dw bereitgestellt, und, wenn die Anzahl der Elemente ED der Referenzzahlen Dy und Dm auf einer Oberfläche im Vergleich mit der Anzahl der Elemente ED der Referenzzahl Dw ansteigt, wird das Blau, das dem Voxel VD bereitgestellt wird, zu einem dunkleren Blau.
Die Elemente ED, die mit den Farben, die den Referenzzahlen Dy, Dm und Dc entsprechen, ausgestattet sind, sind die in 5 gezeigten exponierten Elemente EDe, und die Kernelemente EDc können im Wesentlichen die Elemente ED der Referenzzahl Dw sein, weil die Kernelemente EDc nicht zur Außenseite hin exponiert sind. Wenn jedoch die Farbtonkorrektur benötigt wird, werden manchmal andere Farbdaten als die Referenzzahl DW bereitgestellt. Dies wird später beschrieben.
Während die in 6 und 7 gezeigten Beispiele eine Anordnung verwenden (ein Punktzeichnungsstil), in welcher die Elemente ED, die eine identische Farbe aufweisen, in der X-Richtung und der Y-Richtung soweit wie möglich nicht aneinander angrenzen, sondern nur in einer schrägen Richtung auf einer Oberfläche aneinander angrenzen, wobei die Anordnung der Elemente ED nicht darauf beschränkt ist, und es kann ein Layout (ein Strichzeichnungsstil) angewendet werden, in welchem zwei Elemente ED, die eine identische Farbe aufweisen, eine gemeinsame Seite aufweisen (in anderen Worten, sie grenzen in der X-Richtung und der Y-Richtung aneinander an).
Wenn eine Vielzahl der Voxel VD, die mit einer identischen Farbe ausgestattet sind, entlang einer Oberfläche angeordnet sind, tritt in einigen Fällen Moiré auf, um möglicherweise eine Farbschattierung bereitzustellen, die sich von der ursprünglichen dreidimensionalen Struktur unterscheidet. Anschließend wird in der Ausführungsform die oben beschriebene Phasenumwandlungseinheit 223 verwendet, um die folgenden Steuerungen auszuführen, um das Auftreten des Moiré zu verhindern.
Es wird beispielsweise davon ausgegangen, wie in 8 gezeigt, dass auf einer Oberfläche eine Vielzahl (beispielsweise vier Teile) von Voxeln VD₁₁ , VD₁₂ , VD₂₁ , und VD₂₂ , die eine identische Farbe (eine identische Farbnummer) aufweisen, in einem Gittermuster (2 x 2) auf einer identischen Oberfläche angeordnet sind. Anschließend weisen die vier Voxel VD₁₁ , VD₁₂ , VD₂₁ , und VD₂₂ , denen eine identische Farbe bereitgestellt wird, jeweils die in 6 gezeigte Fläche Fs4 auf, welche derselben identischen Oberflächenseite gegenüberliegt. Es wird davon ausgegangen, dass die letzten Zahlen der Flächen Fs1 bis fs6 in 8 die Flächennummer F sind, und die Flächen Fs1 bis Fs6 Drehwinkel (0° (1), 90° (2), 180° (3) und 270° (4)) bezüglich einer Referenzposition als einen Flächenwinkel θ aufweisen.
In diesem Fall sind, wie in 8 gezeigt, eine Vielzahl der Elemente ED, die eine identische Farbe aufweisen, beispielsweise die Referenzzahl Dm, manchmal in einer geraden Linie angeordnet und dadurch wird möglicherweise das Moiré auf der Oberfläche hervorgerufen. Jedoch wird in der ersten Ausführungsform, um das Auftreten des Moiré zu verhindern, eine Steuerung durchgeführt, die notwendig ist, um den Voxel VD zu drehen und damit das Auftreten des Moiré zu verhindern. 8 zeigt einen Beispielfall, in welchem die Elemente der Referenzzahl Dm in einer schrägen Richtung angeordnet sind, die das Moiré hervorruft. Jedoch ist das Auftreten des Moiré nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Elemente, welche eine identische Farbe aufweisen, in der schrägen Richtung angeordnet sind, und das Moiré tritt möglicherweise in dem Fall auf, in welchem die Elemente, die eine identische Farbe aufweisen, mit einer vorbestimmten Regelmäßigkeit angeordnet sind. Beispielsweise tritt das Moiré möglicherweise in dem Fall auf, in dem die Elemente, welche eine identische Farbe aufweisen, in einer Richtung angeordnet sind, die parallel zur Seite des Voxels angeordnet sind. Selbst in diesem Fall kann eine ähnliche Operation durchgeführt werden.
Dies wird im Einzelnen unter Hinweis auf 9 beschrieben. Wenn die Vielzahl von Voxeln VD₁₁ , VD₁₂ , VD₂₁ , and VD₂₂ wie in 8 gezeigt, erzeugt werden, dreht (wandelt die Phasen) die Phasenumwandlungseinheit 223 die Voxel VD₁₁ , VD₁₂ , VD₂₁ oder VD₂₂ um und verhindert damit, dass die Elemente ED, welche eine identische Farbe aufweisen, in einer geraden Linie angeordnet sind.
9 zeigt einen Zustand, in dem die Voxel in der Anordnung der 8, in der das Moiré auftritt, gedreht wurden, um eine Anordnung der Elemente aufzuweisen, in welcher das Moré nicht auftritt. Wenn die Anordnung, in welcher das Moiré auftritt, bereitgestellt wird, dreht beispielsweise die Phasenumwandlungseinheit 223, die Voxel VD₁₂ and VD₂₁ , um die Flächen Fs1 auf einer Papieroberflächenseite anstelle der Flächen Fs4 erscheinen zu lassen. In 9 wird speziell auf dem Voxel VD₁₂ (f, θ) = (4, 1) in (f, θ) = (1, 2) umgewandelt. Auf dem Voxel VD₂₁ wird (f, θ) = (4, 1) in (f, θ) = (1, 4) umgewandelt.
Auf dem Voxel VD₂₂ wird die Fläche Fs4 um 90° (2) ((f, θ) = (4, 2)) nach links gedreht, während die Fläche Fs4 immer noch der Papieroberflächenseite gegenüberliegt.
Die oben beschriebene Drehung der Voxel ermöglicht eine Auswahl der Anordnung, in welcher die Elemente, welche eine identische Farbe aufweisen, nicht in einer Reihe angeordnet sind, und verhindern damit das Auftreten des Moiré. Das oben beschriebene Beispiel verwendet ein Vorgehen, bei dem eines oder beide der Flächennummer f der Voxel VD und des Drehwinkels θ geändert werden, um das Moiré zu verhindern. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und ein Vorgehen, bei dem entweder das F oder das θ festgelegt sind und nur das andere geändert wird, kann verwendet werden, soweit die Verhinderung des Moiré erreicht werden kann.
Wenn die Drehoperation durch die Phasenumwandlungseinheit 223 vorzugsweise so durchgeführt wird, dass, wenn die Systemsteuerungseinheit 22 die angeordneten Voxel VD, die eine identische Farbe aufweisen, erkennt, wird die Drehsteuerung automatisch durchgeführt, um eine Anordnung für das Verhindern des Auftretens des Moiré bereitzustellen. Alternativ kann die Drehoperation durch die Phasenumwandlungseinheit 223 vorzugsweise so durchgeführt werden, dass die Systemsteuerungseinheit 22 die oben beschriebene Anordnung der Elemente ED, welche eine identische Farbe aufweisen, automatisch erkennt, um die Drehsteuerung für das Freigeben der Anordnung durchzuführen.
Alternativ wird stattdessen ermöglicht, dass beispielsweise die Display-Einheit 28 die Anordnung der Voxel VD zeigt und ein Bediener die Anzeige der Display-Einheit 28 erfasst und die Drehung der Voxel über eine Eingabeeinheit (eine Computermaus, eine Tastatur und ähnliche Einheit) des Computers 21 anweist.
Die in 8 und 9 gezeigten Beispiele zeigen die Fälle, in denen, unter den vier Voxel VD, die in dem Gittermuster angeordnet sind, die Voxel angeordnet sind, die eine identische Farbe aufweisen. Jedoch ist dies lediglich ein Beispiel und die Phasenumwandlungseinheit 223 kann dazu ausgebildet sein, in dem Fall, in dem die Voxel, die eine identische Farbe aufweisen, in einer Einheit von zwei angrenzenden Voxeln aneinander angrenzen, zu funktionieren.
Als nächstes wird unter Hinweis auf 10 eine Beschreibung einer Verteilung der Farbdaten durch die Farbtonumwandlungseinheit 224 an das Kernelement EDc gegeben. Wie oben beschrieben, können die zugeordneten Farbdaten, die dem Kernelement EDcy bereitgestellt sind, Weiß (W) sein (die Referenzzahl ist Dw), weil das Kernelement EDc von der Außenseite nicht gesehen wird.
Jedoch wird in einigen Fällen aus verschiedenen Gründen ein gewünschter Farbton nur in Abhängigkeit von den Farbdaten, die dem exponierten Element EDe bereitgestellt sind, nicht erhalten. Beispielsweise wird erwartet, dass das Bereitstellen der Farbdaten von Weiß (W), Zyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y) für jedes Element ED des Voxel VD theoretisch sicherstellt, dass dem Voxel VD der gewünschte Farbton bereitgestellt wird. Jedoch zeigt ein Prüfen der jeweiligen Farben auf einen tatsächlichen Farbton in Farbräumen von L*, a* und b* an, dass der tatsächliche Farbton von dem theoretischen Farbton abweicht. In diesem Fall wird eine Operation für die Farbkorrektur benötigt.
Weil die verwendeten Tinten oft eine vorbestimmte Transparenz aufweisen, beeinflusst die Farbschattierung des Kernelements EDc möglicherweise die Farbschattierung des gesamten Voxel VD.
In Anbetracht des vorstehenden kann, in dem Fall, in dem die Farbkorrektur notwendig ist, in der Ausführungsform das Kernelement EDc mit Zyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y) ausgestattet sein, während das Kernelement EDc im Wesentlichen mit Weiß (W) ausgestattet ist. Dies ermöglicht die Korrektur des Farbtons des Voxel VD.
Beispielsweise kann davon ausgegangen werden, wie oben in 10 gezeigt, dass jedes Kernelement EDc weiß ist. Ein einfallendes Licht IL dringt in das Element der Referenzzahl Dm des Voxel VD ein, um ein reflektiertes Licht RL von Rot (R) zu werden und das reflektierte Licht RL durchdringt das Element ED der Referenzzahl Dy nach außen. Zu diesem Zeitpunkt führt ein Farbton des Elements der Referenzzahl Dm, welcher zu einer Y-Richtung tendiert, manchmal dazu, dass das reflektierte Licht RL eine gelbliche Farbe aufweist.
In solch einem Fall kann beispielsweise die Farbtonumwandlungseinheit 224 wie in einer unteren Seite von 10 gezeigt, die Farbdaten von Weiß (W) zur anderen Farbe, beispielsweise Magenta (M), ändern, die einem EDcR als einem der Kernelemente EDc bereitgestellt werden. Dies ermöglicht die Korrektur des reflektierten Lichts RL zu einer Farbe, die näher an dem ursprünglichen Rot liegt.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Ausführungsformen in verschiedenen anderen Formen verkörpert werden; darüber hinaus können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von der Idee der Erfindungen abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Entsprechungen sollen solche Formen oder Änderungen abdecken, die unter den Umfang und die Idee der Erfindungen fallen würden.
Bezugszeichenliste

100: 3D-Drucker
200: Steuerungseinheit
11: Rahmen
12: Z-Gerüst
13: Y-Gerüst
14: Formgebungstisch
15A, 15B: Hubvorrichtung
16: Kopfhalteabschnitt
17: Tintentank
18: Tintenstrahlkopf
21: Computer
22: Systemsteuerungseinheit
23: Kopfsteuerungseinheit
24: Mechanische Steuerungseinheit
25: Höhensteuerungsmotor
26: Y-Gerüststeuerungsmotor
27: Tischsteuerungsmotor
28: Display-Einheit
VD: Voxel
ED: Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016221789 A [0003]

Claims

Dreidimensionales Formgebungsverfahren, umfassend: einen Schritt des Erfassens dreidimensionaler Daten, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren; und einen Schritt des Unterteilens eines der Voxel in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen, und des Bereitstellens von Farbdaten für jedes aus der Vielzahl der Elemente, die einer aus einer Vielzahl von Farben entspricht, wobei das Bereitstellen der Farbdaten für die Elemente so durchgeführt wird, dass eine Vielzahl von Oberflächen des Voxels eine ungefähr identische Farbe aufweist.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Schritt des Drehens des Voxels.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Drehens des Voxels ausgeführt wird, wenn eine Vielzahl der Voxel, die eine identische Farbe aufweisen, Seite an Seite angeordnet sind.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Elementen, die in einem der Voxel enthalten sind, exponierte Elemente, die auf einer Oberfläche des Voxels erscheinen und Kernelemente, die mit den exponierten Elementen bedeckt sind, aufweisen und das dreidimensionale Formgebungsverfahren ferner einen Schritt des Bereitstellens von Farbdaten zur Farbkorrektur für die Kernelemente einschließt.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren, umfassend: eine dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die dreidimensionale Daten erfasst, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren; ein Abgabemechanismus, der ein laminiertes Material einschließlich einer Vielzahl an Arten von Färbemitteln abgibt; und eine Steuerungseinheit, die den Abgabemechanismus auf Grundlage der dreidimensionalen Daten steuert, um die dreidimensionale Form zu formen, wobei eines der Voxel in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen unterteilt ist, jedes aus der Vielzahl der Elemente mit Farbdaten versehen ist, die einer aus einer Vielzahl von Farben entsprechen, und die Farbdaten des Elements so bestimmt sind, dass eine Vielzahl von Oberflächen des Voxels eine ungefähr identische Farbe aufweist.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinheit eine Steuerung zum Drehen des Voxels ausführt.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Steuerungseinheit die Steuerung zum Drehen des Voxels ausführt, wenn eine Vielzahl der Voxel, die eine identische Farbe aufweisen, Seite an Seite angeordnet sind.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 5: wobei eine Vielzahl der Elemente, die in dem einen der Voxel enthalten sind, exponierte Elemente, die auf einer Oberfläche des Voxels erscheinen und Kernelemente, die mit den exponierten Elementen bedeckt sind, aufweisen und die Steuerungseinheit Farbdaten für die Farbkorrektur der Kernelemente bereitstellt.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren, umfassend: eine dreidimensionale Datenerfassungseinheit, die dreidimensionale Daten erfasst, die eine dreidimensionale Struktur mit Voxeln repräsentieren; einen Abgabemechanismus, der ein laminiertes Material einschließlich einer Vielzahl an Arten von Färbemitteln abgibt; und eine Steuerungseinheit, die den Abgabemechanismus auf Grundlage der dreidimensionalen Daten steuert, um die dreidimensionale Form zu formen, wobei eines der Voxel in jeder der sich schneidenden drei Richtungen in eine Vielzahl von Elementen unterteilt ist, jedes aus der Vielzahl der Elemente mit Farbdaten versehen ist, die einer aus einer Vielzahl von Farben entsprechen, und eine Vielzahl von Elementen, die in dem einen der Voxel enthalten sind, exponierte Elemente, die auf einer Oberfläche des Voxels erscheinen und Kernelemente, die mit den exponierten Elementen bedeckt sind, aufweisen und die Steuerungseinheit Farbdaten für die Farbkorrektur der Kernelemente bereitstellt.
Dreidimensionales Formgebungsverfahren nach Anspruch 9: wobei die Steuerungseinheit das Kernelement in Weiß hält, wenn keine Farbkorrektur nötig ist.