JP2000177016A - 3次元造形物の製造方法 - Google Patents

3次元造形物の製造方法

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JP2000177016A JP10359391A JP35939198A JP2000177016A JP 2000177016 A JP2000177016 A JP 2000177016A JP 10359391 A JP10359391 A JP 10359391A JP 35939198 A JP35939198 A JP 35939198A JP 2000177016 A JP2000177016 A JP 2000177016A
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cross
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dimensional structure
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Masahide Ueda
昌秀 植田
Naoki Kubo
直樹 久保
Akiyoshi Kanzaki
明佳 神前
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Minolta Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 着色された3次元造形物を速く、簡単に、正
確に、低コストで得ることができる3次元造形物の製造
方法を提供する。 【解決手段】 ST1において、断面の輪郭形状を規定
するデータ、彩色領域の画像データ、接着領域の画像デ
ータを作成し、ST2において、各画像データに従って
シート上の彩色領域および接着領域にカラートナーを転
写し、ST3においてシート3上に位置決め、積層され
る。次に、シート3の積層体を加熱、加圧することで、
接着し(ST4)、積層接着後のシート1を断面の輪郭
形状に沿ってカットする(ST5)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は立体モデル情報から
3次元造形物を得る3次元造形物の製造方法に関し、特
に、シートを積層して得られる3次元造形物の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、特開平7−195533号公報
には立体モデルの形状データに基づいて、立体モデルの
断面形状を印刷したシートを接着積層し、断面形状の輪
郭に沿って切り抜くことで3次元造形物を得る造形装置
の構成が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−195533号公報には3次元造形物に彩色を施す
技術思想は開示されておらず、無彩色、無模様の3次元
造形物しか得られない。
【0004】これは、他の3次元ラピッドプロトタイピ
ング方式においても同様であり、着色しながら3次元造
形物を速く、簡単に、正確に、低コストで得られる方式
が存在していなかった。
【0005】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、着色された3次元造形物を速く、
簡単に、正確に、低コストで得ることができる3次元造
形物の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の3次元造形物の製造方法は、シートを立体モデル情
報の各断面部分の形状に合わせてカットおよび積層する
ことで3次元造形物を得る3次元造形物の製造方法であ
って、前記シートを準備するステップ(a)と、前記立体
モデルの形状データおよび色データに基づいて、前記立
体モデルを所定間隔でスライスして得られる断面の輪郭
形状データおよび、前記立体モデルの表面に施された彩
色の位置および色に対応させて、前記断面に彩色を施す
ための彩色領域の画像データを作成するステップ(b)
と、前記輪郭形状データおよび前記彩色領域の画像デー
タに基づいて、前記シート上に前記彩色領域を規定し、
該彩色領域に彩色を施すステップ(c)とを備えている。
【0007】本発明に係る請求項2記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(b)が、前記断面の輪郭形
状によって規定される平面領域の重心を基準点として、
前記断面の輪郭を拡大および縮小した拡大および縮小境
界によって規定される領域を前記彩色領域とするステッ
プを含んでいる。
【0008】本発明に係る請求項3記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(b)が、前記断面の輪郭を
中心とし、相反する第1および第2の方向に一定距離だ
け隔てた位置に設定した第1および第2のオフセット境
界によって規定される領域を前記彩色領域とするステッ
プを含んでいる。
【0009】本発明に係る請求項4記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(b)が、前記断面の輪郭近
傍の領域をメッシュ状に分割し、前記断面の輪郭を含む
メッシュと、該メッシュを中心として、相反する方向の
所定個数のメッシュとで規定される領域を前記彩色領域
とするステップを含んでいる。
【0010】本発明に係る請求項5記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(b)が、前記立体モデルを
拡大したモデルの表面に施された彩色部のテクスチャ
を、前記拡大したモデルの表面から前記彩色領域に投影
するステップを含んでいる。
【0011】本発明に係る請求項6記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(a)が、前記シートとして
連続シートを準備するステップを含み、前記ステップ
(c)が、少なくとも3原色(R,G,BまたはY,M,
C)を含むカラートナーを静電転写するための複数の感
光体ドラムを直列に並べたタンデム現像器により、前記
連続シート上の前記彩色領域に彩色を施すステップを含
んでいる。
【0012】本発明に係る請求項7記載の3次元造形物
の製造方法は、前記シートが、その表面にスチレンーア
クリル共重合体、あるいはポリエステル樹脂のコート層
を有している。
【0013】本発明に係る請求項8記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(c)の後に、(d)前記シー
トを少なくとも上下動が可能な載置台上において積層す
るとともに、その積層高さを検出するステップを備えて
いる。
【0014】本発明に係る請求項9記載の3次元造形物
の製造方法は、前記ステップ(a)が、前記シートとして
厚さの異なる複数種類のシートを準備するステップを含
み、前記ステップ(b)が、前記立体モデルの形状データ
に基づいて、前記断面の形状の変化の度合いに対応させ
て前記立体モデルのスライス間隔を変更するとともに、
当該スライス間隔に合わせて前記複数種類のシートの選
択を行うステップ(b−1)を含んでいる。
【0015】本発明に係る請求項10記載の3次元造形
物の製造方法は、前記ステップ(b−1)が、前記立体モ
デルの各部のうち、前記断面の形状変化が比較的大きい
部分ではスライス間隔を比較的狭くし、形状変化が比較
的小さい部分ではスライス間隔を比較的広くするステッ
プを含んでいる。
【0016】
【発明の実施の形態】<A.実施の形態1>図1は本発
明に係る3次元造形物の製造方法の実施の形態1の基本
動作を説明するフローチャートであり、図2は3次元造
形物の製造装置100の構成を示す図である。まず、図
1および図2を用いて概略動作について説明する。
【0017】<A−1:構成および動作> <A−1−1:断面形状データの作成工程>3次元CA
Dデータ、あるいは3次元形状計測器によって得られた
立体モデルの3次元データおよび色データから、図1に
示すステップST1において、立体モデルの断面形状デ
ータを作成する。これは立体モデルを所定方向にスライ
スして得られるデータであり、断面の輪郭形状を規定す
る輪郭形状データだけでなく、立体モデルの表面に施さ
れた彩色の位置および色に対応させて、断面に彩色を施
すための彩色領域の画像データ、断面の接着領域の画像
データを含んでいる。ここで、彩色領域は、造形物の色
を着色する領域であり、接着領域は、お互いに接着され
るシート上の断面形状のうち少なくとも重なり合う部分
(論理積部分)である。このステップST1は図2に示
す製造装置100のデータ処理部45において実行され
る。なお、3次元データの入力は3次元CADデータ、
あるいは3次元形状計測器に限定されるものではない。
【0018】断面の彩色領域および接着領域の規定方法
および彩色領域の画像データ、接着領域の画像データの
作成方法については後に詳述する。
【0019】<A−1−2:シート>ここで、立体モデ
ルの断面形状を印刷するシートについて説明する。シー
トは普通紙あるいは、樹脂シート、例えばPET(ポリ
エチレンテレフタレート)の透明シートあるいはアクリ
ルの透明シートなどが使用できる。また、光分離性材
料、例えば低分子量のアクリル樹脂などのシートを使用
しても良い。
【0020】PETシートの場合は、トナーの転写面を
トナーとの接着性が良い物質でコートすることにより接
着強度を高めることができる。また積層時の接着強度を
高めるために、シート両面にコートするようにしても良
い。コート材としては、例えばスチレン−アクリル共重
合体、ポリエステル樹脂などから、トナーの材質に合わ
せて選択する。
【0021】なお、図2においてはシート1は、給紙カ
セットや給紙トレイにより一枚づつ給紙される。給紙機
構は電子写真方式の複写機やプリンタで使用されている
ものを使用すれば良い。
【0022】<A−1−3:転写工程>次に、ステップ
ST2において、上記各画像データに従ってシート上の
彩色領域および接着領域に電子写真の静電転写によりカ
ラートナーを転写する。このステップST2は図2に示
す製造装置100のロータリー式現像器21において実
行される。
【0023】<A−1−4:ロータリー式現像器>ロー
タリー式現像器21は、例えばC(シアン)、M(マゼ
ンタ)、Y(イエロー)、Bk(ブラック)の各色のト
ナーを有する現像器11a、11b、11c、11d
と、各現像器に付設された現像スリーブ12と、当該現
像スリーブ12に接触する感光体ドラム18と、感光体
ドラム18から各色のトナーが転写される中間転写ベル
ト13とを主たる構成として備えている。そして、彩色
領域の画像データに基づいて、感光体ドラム18上に各
色のトナーを順次現像し、中間転写ベルト13に重ねて
転写された後、2次転写ローラ10と支持ローラ16と
の間にシート1とトナーが転写された中間転写ベルト1
3を挟むことで、トナーがシート1に静電転写される。
【0024】なお、中間転写ベルト13は、駆動用ロー
ラ14a、従動用ローラ14b、1次転写ローラ15、
支持ローラ16によってループ状に駆動される構成とな
っている。
【0025】そして、シート1に転写されたトナーは、
ヒートローラ17aおよび17bで挟まれることで加熱
され定着する。トナーの定着方法としては、上述したヒ
ートローラによる加熱だけでなく、フラッシュ定着方
式、オーブン定着方式、レーザー照射による定着方式を
採用しても良い。
【0026】なお、トナーの転写は静電転写に限定され
るものではなく、トナーをノズルより噴射することでシ
ートに転写するようにしても良い。また、トナーを溶融
し、シートに噴射することで転写するようにしても良
い。また、トナーはシートの両面に転写するようにして
も良い。
【0027】<A−1−5:積層接着工程>カラートナ
ーの転写、定着がなされたシート1は積層台40上に1
枚づつ搬送され、位置決めローラ20によって、これま
でに処理された処理済みシート3上に位置決めされ、積
層される(ステップST3)。なお、定着後、積層前に
シート1に帯電した静電気を除電するようにしても良
い。
【0028】次に、ヒートローラ19によりシート1を
処理済みシート3の積層体に加熱しつつ加圧すること
で、処理済みシート3あるいはシート1のトナーを溶か
して接着する(ステップST4)。
【0029】なお、接着はヒートローラ方式による加
熱、加圧だけでなく、ホットプレス方式による加熱、加
圧も有効である。ヒートローラ方式やホットプレス方式
においては加熱温度および加圧力のうち少なくとも1つ
が制御可能であり、シートの種類やトナーの転写量、環
境温度、湿度、積層枚数、積層状況などの少なくとも1
つに応じて変更することにより、適切な接着強度や歪の
少ない造形物が得られる。
【0030】また、ヒートローラやホットプレス板に
は、シート上のトナーが付着しにくい材料、例えばPF
A(パーフルオロアルコキシ樹脂)や、PTFE(ポリ
テトラフルオロエチレン)を表面にコーティングするこ
とで、ヒートローラやホットプレス板に不要なトナーが
付着することを防止し、シートの汚染を防止できる。
【0031】<A−1−6:カット工程>次に、ステッ
プST5において、積層接着後のシート1は断面の輪郭
形状データに基づいて、輪郭形状に沿ってカッタ30に
よってカットされ、シート上の不要部分を除去すること
で処理済みシート3となる。
【0032】ここで、カッタ30はシート1上を少なく
とも平面方向(X、Y方向)に移動できる。また、高さ
方向(Z方向)にも移動可能としても良い。また、Z軸
回りの回転も可能である。そして、カットに際しては常
にカッタ30の刃先を輪郭形状の接線方向に合わせるよ
うに動作制御することでスムーズなカットが可能とな
る。また、シートの種類や厚みにより、カッタ30をシ
ートに押し付ける圧力、刃の移動速度を可変にすること
でスムーズにカットできる。また、刃の突出量を変える
ことができる。
【0033】なお、以上説明したカッタ30はいわゆる
刃物であったが、刃物の代わりに超音波を使用した超音
波カッタや、レーザー光(例えばCO2レーザー)を使
用したレーザーカッタを用いても良い。これらを用いる
ことによる利点は、超音波およびレーザー光の出力ある
いは走査速度を変化させることで、種々の種類のシート
や厚みに対応できることである。
【0034】また、シートとして光分離性材料のシート
を用いた場合には、所定の波長領域(光分離性材料の分
解特性に対応する波長領域)の光を収束させて照射する
ことによりカットが可能となる。
【0035】なお、断面の輪郭形状に沿ってのカットの
他に、シート上の不要部分について網目状や、放射状に
切り込み、あるいはミシン目を入れるようにしても良
い。このようにすることで、当該不要部分の除去作業が
容易となる。
【0036】ステップST5の終了により1枚のシート
1に対する一連の処理が終了し、続いて新たなシート1
についてステップST2〜ST5の動作が施される。こ
の動作を、立体モデルの全ての断面データについて繰り
返し行うことで目的とする3次元造形物が得られる。
【0037】なお、ステップST5において断面の輪郭
形状に沿ってのカットを施し、シート上の不要部分を除
去することなく次のシートを積層するようにし、最終的
に全てのシートについて積層作業が終了した後に、型抜
きのようにして不要部分を除去するようにしても良い。
【0038】<A−1−7:彩色領域および接着領域の
規定方法>次に、断面形状の彩色領域および接着領域の
規定方法について図3〜図9を用いて説明する。
【0039】3次元造形物の断面において、その彩色領
域は輪郭部分に設定されていれば良い。すなわち、輪郭
部分に彩色を施すことでシートを積層したときにはその
色が積層体の側面にも反映され、あたかも3次元造形物
の表面に彩色が施されているように見える。この効果は
透明シートを使用した場合にはより顕著であり、普通紙
であっても効果は得られる。
【0040】従って、彩色領域は断面の輪郭形状を中心
に設定すれば良い。図3〜図5に彩色領域の規定方法の
概念図を示す。
【0041】図3においては、断面の輪郭形状の一部分
を断面境界71aとして示し、断面境界71aを図面の
中心、例えば断面の輪郭形状によって規定される平面
(XY平面)領域の重心71eを基準点として拡大およ
び縮小した拡大境界71bおよび縮小境界71cを示し
ている。この2つの境界によって囲まれた領域が彩色領
域71dとなる。
【0042】また、図4においては、断面の輪郭形状の
一部分を断面境界72aとして示し、断面境界72aに
対して所定の方向、例えば断面境界72aを中心にX方
向の右左に一定距離だけ隔てた位置に新たな境界(オフ
セット境界72bおよび72c)を設け、この2つの境
界によって囲まれた領域を彩色領域72dとしている。
【0043】図5においては、断面の輪郭形状の一部分
を断面境界73aとして示し、断面境界73aの近傍の
領域をメッシュ状に分割し、断面境界73aを含むメッ
シュとそのメッシュの左右3つめまでのメッシュとで構
成される領域を彩色領域73dとしている。
【0044】上記のようにして規定された彩色領域に図
1を用いて説明したステップST2により彩色が施され
ることになるが、積層した場合、彩色領域のうち、閉曲
線をなす断面の輪郭よりも外側の部分は不要部となるの
で、最終的には除去されることになる。このように着色
領域に幅を持たせることにより、積層位置が多少ずれて
も着色領域内でカットできる。
【0045】以上の説明では立体モデルの断面の輪郭形
状が1つの閉曲線で表される場合を想定していたが、断
面の輪郭形状が複数の閉曲線で表される場合もある。以
下、そのような断面形状の彩色領域の規定方法について
図6〜図9を用いて説明する。
【0046】図6および図7に断面の輪郭形状が複数の
閉曲線で表される立体モデルの例を示す。図6において
は軸方向に楕円の貫通穴67を有する円筒66が示さ
れ、図7には上面70上に楕円円筒69が配置された円
筒68が示されている。
【0047】図8は、円筒66の任意位置での断面およ
び円筒68の上面70での断面を示す図である。図8に
おいて円筒66および円筒68の外周輪郭を外側境界7
4aとして示し、貫通穴67および楕円円筒69の輪郭
を内側境界74bとして示し、外側境界74aに対して
さらに外側の一定距離だけ隔てた位置に新たな境界(オ
フセット境界74c)を設け、内側境界74bに対して
さらに内側の一定距離だけ隔てた位置に新たな境界(オ
フセット境界74d)を設け、この2つの境界によって
挟まれる領域を彩色領域74eとしている。
【0048】図9も、円筒66の任意位置での断面およ
び円筒68の上面70での断面を示す図であり、円筒6
6および円筒68の外周輪郭を外側境界75aとして示
し、貫通穴67および楕円円筒69の輪郭を内側境界7
5bとして示している。そして、外側境界75aを、外
側境界75aによって規定される平面(XY平面)領域
の中心75eを基準点として拡大した拡大境界75c
と、内側境界75bによって規定される平面(XY平
面)領域の中心75fを基準点として縮小した縮小境界
75dとを示し、拡大境界75cおよび縮小境界75d
によって挟まれる領域を彩色領域75gとしている。
【0049】断面形状における接着領域は、お互いに接
着されるシートの断面形状のうち少なくとも重なり合う
部分(論理積部分)が接着領域の候補となる。
【0050】接着領域には接着剤として少なくとも1色
のトナーを転写できれば良く、例えば、図3においては
縮小境界71cによって囲まれる重心71e側の領域が
接着領域となる。すなわち、接着用トナーおよび彩色用
トナーは、実質的に同じ種類のトナーを使用し、接着用
トナーの転写においても、彩色用トナーと同様に図2を
用いて説明したロータリー式現像器21で行えば良い。
従って、彩色用トナーも接着力を有するので、論理積部
分に彩色領域が存在する場合は、その部分に接着用のト
ナーを転写しなくてもよい。
【0051】また、シート上の論理積部分以外の領域を
接着領域とすることもできる。例えば、図3においては
拡大境界71bによって囲まれる領域より外側、すなわ
ち重心71e側とは反対側の領域も接着領域にできる。
ただし、この領域は最終的には除去されるので、3次元
造形物の形を保持するには論理積部分に接着領域を設け
る必要がある。
【0052】そして、接着領域においては、接着用トナ
ーの密度、濃度、転写パターンを変えることにより、接
着力を調整できる。また、お互いに接着されるシート上
の論理積以外の部分においては、論理積部分より疎な密
度、あるいは、低い濃度、あるいは、網目状に転写する
ようにしても良い。
【0053】<A−1−8:彩色領域の画像データの作
成方法>次に、彩色領域の画像データの作成方法につい
て図10〜図17を用いて説明する。図10に立体モデ
ルとして円筒モデル90を示す。当該円筒の表面には複
数の異なる着色領域が帯状に連なった着色帯93が存在
しているものとする。
【0054】彩色領域の画像データの作成方法の一例と
しては、円筒モデル90の拡大、縮小モデルを利用する
方法がある。すなわち、図11に示すように円筒モデル
90の輪郭形状を拡大した拡大モデル91、および円筒
モデル90の輪郭形状を縮小した縮小モデル92を設定
し、それぞれの重心Mが一致するように重ね合わせる。
そして、拡大モデル91と縮小モデル92とで挟まれる
領域に、円筒モデル90表面のポリゴン上の色データに
基づいて、重心Mを中心として放射状に区分される領域
に色データを設定する。そして、図12に示すように、
シートを想定した矩形領域94で円筒モデル90、拡大
モデル91、縮小モデル92を切断したと仮定し、矩形
領域94と交わる部分の色データより、シート上の彩色
領域の画像データを作成する。なお、図11における区
分ブロックは便宜的に着色帯93の各着色領域に対応し
た大きさとなっている。
【0055】図13に矩形領域94による切断面におけ
る画像データを模式的に示す。図13において示される
ように、拡大モデル91および縮小モデル92で囲まれ
る領域には、着色帯93の各着色領域の配列に対応して
色データCDが設定されている。
【0056】このように、拡大モデル91および縮小モ
デル92で囲まれる領域に色データCDを設定する手法
は、図3を用いて説明した彩色領域の規定方法と共通す
るものであり、両者の組み合わせは有効である。
【0057】彩色領域の画像データの作成方法の他の例
としては、図14に示す円筒モデル90の拡大モデルの
色データを有する部分、すなわち着色帯93のテクスチ
ャを彩色領域に投影する方法がある。
【0058】すなわち、モデルの断面を示す図15にお
いて、円筒モデル90の拡大モデル91の表面のテクス
チャZZをモデルの重心M方向に投影することで彩色領
域の画像データCDを得ることができる。
【0059】図16に、円筒モデル90の断面の輪郭形
状の一部を断面境界90aとして示し、断面境界90a
を拡大および縮小した拡大境界90b、縮小境界90c
を示す。ここで、拡大境界90bおよび縮小境界90c
によって囲まれた領域を彩色領域として規定し、そこ
に、拡大モデル91の表面のテクスチャを投影すること
で彩色領域の画像データCDとしている。テクスチャの
投影方向については本実施例の方向に限定されるもので
はなく、モデルの形状に応じて適宜設定される。
【0060】また、彩色領域をシートの外観に出る部分
そのものとする場合には、円筒モデル90の表面の色デ
ータを有する部分、すなわち円筒モデル90の表面のテ
クスチャを、円筒モデル90の表面からシートの彩色領
域に投影することにより彩色領域の画像データを得るこ
とができる。
【0061】なお、接着領域の画像データは、彩色領域
の画像データが設定されれば比較的簡単に設定すること
ができる。すなわち、彩色領域を除く全領域、あるい
は、お互いに接着されるシート上の重なり合う部分(論
理積部分)のうち彩色領域を除く領域を接着領域とし、
そこに転写されるトナーの色、密度、濃度、転写パター
ンを適宜設定すれば良い。なお、彩色領域のトナーによ
り十分な接着力が得られる場合には接着用トナーを転写
しなくても良い。
【0062】<A−2:特徴的作用効果>以上説明した
本発明に係る3次元造形物の製造方法によれば、立体モ
デルの断面形状データとして、立体モデルの表面に施さ
れた彩色を断面に施すための彩色領域の画像データを有
し、当該画像データに基づいてシート上の輪郭部分に彩
色を施すことにより、当該シートを積層したときにはそ
の色が積層体の側面にも反映され、その表面に彩色が施
されて見える3次元造形物を得ることができる。また、
彩色領域は基本的にはシート上の輪郭部分に設けられる
ので、彩色に費やす時間および彩色材料の消費は少なく
て済むので、速く、低コストで彩色された3次元造形物
を得ることができる。
【0063】<A−3:変形例1>図2を用いて説明し
た3次元造形物の製造装置100は、給紙カセットある
いは給紙トレイから取り出したシート1の下面にトナー
を転写するため、中間転写ベルト13を含むロータリー
式現像器21の本体がシート面に対して垂直下方に設け
られていたが、給紙カセットあるいは給紙トレイから取
り出したシート1を反転させる構成とすれば、中間転写
ベルト13を含むロータリー式現像器21の本体をシー
ト面に対して垂直上方に設けることができる。
【0064】このような構成を、3次元造形物の製造装
置100Aとして図17に示す。図17に示すように、
給紙カセットあるいは給紙トレイ(図示せず)から取り
出したシート1は反転されてロータリー式現像器21に
搬送される。ロータリー式現像器21の本体はシート面
に対して垂直上方に設けられており、当初は裏面であっ
た面にトナーが転写される。シート1に転写されたトナ
ーを、ヒートローラ17aおよび17bで挟んで加熱さ
れ定着した後、シート1は複数の搬送ローラ対で構成さ
れる搬送経路を通ることで再び反転され、当初の裏面を
下にして積層台40上に積層される。なお、トナーの転
写工程、シート1の切断工程等は3次元造形物の製造装
置100と同じである。
【0065】また、図2を用いて説明した3次元造形物
の製造装置100は、給紙カセットあるいは給紙トレイ
から取り出したシート1の下面にトナーを転写するた
め、中間転写ベルト13を含むロータリー式現像器21
の本体がシート面に対して垂直下方に設けられていた
が、シート1の上面にトナーを転写するのであれば、中
間転写ベルト13を含むロータリー式現像器21の本体
をシート面に対して垂直上方に設けるようにすれば良
い。
【0066】このような構成を、3次元造形物の製造装
置100Bとして図18に示す。図18に示すように、
給紙カセットあるいは給紙トレイ(図示せず)から取り
出したシート1はロータリー式現像器21に搬送され
る。ロータリー式現像器21の本体はシート面に対して
垂直上方に設けられており、シート1の上面にトナーが
転写される。シート1に転写されたトナーを、ヒートロ
ーラ17aおよび17bで挟んで加熱され定着した後、
シート1は積層台40上に積層される。なお、トナーの
転写工程、シート1の切断工程等は3次元造形物の製造
装置100と同じである。
【0067】<A−4.変形例2>図2を用いて説明し
た3次元造形物の製造装置100においては積層台40
の垂直方向の移動については特に言及していなかった
が、積層台40を垂直方向に可動とすることで以下に説
明する作用効果が得られる。
【0068】図19に積層台40が垂直方向(Z方向)
に可動で、積層台40上のシートの積層体の高さを測定
するセンサー110を有した3次元造形物の製造装置1
00Cを示す。なお、図2を用いて説明した3次元造形
物の製造装置100と同様の構成については同様の符号
を付し、重複する説明は省略する。また、図20に当該
製造装置100Cの動作を説明するフローチャートを示
す。
【0069】図20に示すフローチャートにおいて、ス
テップST11〜ST15の動作は図1を用いて説明し
たステップST1〜ST5の動作と同様であり、説明は
省略する。そして、ステップST15の動作を終了した
後、センサー110で最上部の処理済みシート3の位置
を測定し、例えば、最上部のシートの表面位置が予め設
定した所定位置に達するまで積層台40を垂直下方に移
動させることで(ステップST16)、最上部の処理済
みシート3の表面位置は、積層開始当初と同じ位置を保
つことになり、ロータリー式現像器21から送られてき
たシート1を処理済みシート3の最上部にスムーズに載
置することができる。なお、シート1を処理済みシート
3の最上部に載置した後はステップST12以下の動作
を繰り返す。
【0070】ここで、積層台40の移動方向は垂直下方
に限定されるものではなく、垂直上方、あるいは水平方
向に可動としても良い。
【0071】また、以上の説明においては、最上部のシ
ートの位置についての情報は積層台40の移動制御に使
用されるだけであったが、シートの積層高さについての
情報を、立体モデルの断面形状データの作成ステップに
フィードバックするようにしても良い。
【0072】すなわち、立体モデルの断面形状データ
は、少なくともシート1枚で断面1層分となるが、シー
トの厚さによっては例えば立体モデルのスライス数を増
減させる必要がある。立体モデルの断面形状データには
シートの厚みに関するデータも含まれており、シートの
積層高さについての情報からシートの厚みを算出するこ
とで立体モデルのスライス数を調整することができる。
【0073】図21および図22にシートの積層高さに
ついての情報を、立体モデルの断面形状データの作成ス
テップにフィードバックする3次元造形物の製造方法の
一例を示す。
【0074】まず、図21に示すフローチャートによる
動作例を説明する。なお、図21のステップST21〜
ST25の動作は図1を用いて説明したステップST1
〜ST5の動作と同様であり、説明は省略する。図21
において、ステップST25の動作を終了した後、ステ
ップST26においてセンサー110で最上部の処理済
みシート3の位置、および積層台40の基準面の位置を
測定し、ステップST27において処理済みシート3の
積層高さを算出する。そして、ステップST28におい
て、例えば、最上部のシートの表面位置が予め設定した
所定位置に達するまで積層台40を垂直下方に移動させ
るとともに、処理済みシート3の積層高さに関する情報
に基づいて、例えばステップST21においてシートの
厚さを算出し、断面形状データの作成にフィードバック
させる。このような構成により、シート厚さに合わせて
立体モデルのスライス数を調整することが可能になり、
精度の高い3次元造形物を得ることができる。
【0075】次に、図22に示すフローチャートによる
動作例を説明する。なお、図22のステップST32〜
ST36の動作は図1を用いて説明したステップST1
〜ST5の動作と同様であり、説明は省略する。図22
において、ステップST36の動作を終了した後、ステ
ップST37においてセンサー110で最上部の処理済
みシート3の位置を測定し、予めステップST31にお
いて測定しておいた積層台40の初期位置から、ステッ
プST38において処理済みシート3の積層高さを算出
する。そして、ステップST39において、例えば、最
上部のシートの表面位置が予め設定した所定位置に達す
るまで積層台40を垂直下方に移動させ、ステップST
40において、再度最上部の処理済みシート3の位置を
測定することで、積層台40の移動量からシート厚さを
求め、断面形状データの作成にフィードバックさせる。
このような構成により、シート厚さに合わせて立体モデ
ルのスライス数を調整することが可能になり、精度の高
い3次元造形物を得ることができる。
【0076】<A−5:変形例3>図2を用いて説明し
た3次元造形物の製造装置100は、図1に示すステッ
プST2において、シート上の彩色領域および接着領域
に電子写真の静電転写によりカラートナーを転写する際
に、ロータリー式現像器21を使用する構成となってい
たが、ロータリー式現像器21の代わりに、感光体ドラ
ムを直列に並べたタンデム方式の現像器を使用し、連続
シート上にカラートナーを転写するようにしても良い。
【0077】以下、図23〜図25を用いてタンデム方
式の現像器を使用する場合の3次元造形物の製造装置の
構成を説明する。
【0078】図23はタンデム現像器を使用し、連続シ
ート上にカラートナーを転写する3次元造形物の製造装
置200の構成を示す図である。
【0079】図23において、タンデム現像器TDは、
例えばC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロ
ー)、Bk(ブラック)の各色のトナーを吸着して像を
形成する直列に配列された感光体ドラム80a、80
b、80c、80dと、転写ベルト83と、転写ベルト
83を間に挟んで、感光体ドラム80a〜80dにそれ
ぞれ対向して配置された転写ローラ81a、81b、8
1c、81dとを主たる構成として備えている。転写ベ
ルト83は、駆動用ローラ84a、従動用ローラ84b
によってループ状に駆動される構成となっている。
【0080】なお、感光体ドラム80a〜80dの周囲
には、当該ドラムを帯電させるための帯電器や、画像デ
ータに基づいてドラム上の電荷を除去する光源、および
トナーを供給するトナー源等を備えた現像器が設けられ
ているが、簡単化のためそれらの図示は省略している。
【0081】感光体ドラム80a〜80d上に各色のト
ナーで顕像された像は、送りローラ90aおよび巻き取
りローラ90b間に巻渡された連続シート4を、転写ベ
ルト83と感光体ドラム80a〜80dとの間に挟み、
連続シート4の移動に合わせて順次静電転写することで
連続シート4上に転写される。そして、連続シート4に
転写されたトナーは、ヒートローラ17aおよび17b
で挟まれることで加熱され定着する。
【0082】なお、図1を用いて説明したステップST
1〜ST5の動作は共通であり、連続シート4のトナー
定着部分は搬送ローラ91の搬送動作により積層台40
上に搬送されて、積層、位置決めされ、接着された後、
断面の輪郭形状に沿って、カッタ30によってカットさ
れ、不要部分が除去されて処理済みシート3となる。こ
こで、カットされた不要部分は連続シート4に残った状
態で巻き取りローラ90bに巻き取られる。
【0083】あるいは、連続シート4が写真のフィルム
のように転写領域を規定する枠を有している場合には、
接着後に断面の輪郭形状と、それを含む枠の輪郭とに沿
ってカットされ、枠外の不要部分は連続シート4に残っ
た状態で巻き取りローラ90bに巻き取られる。なお、
枠内の不要部分は積層終了後に取り除かれので、断面の
輪郭形状のカット時に、網目状や、放射状に切り込み、
あるいはミシン目を入れておくと除去しやすくなる。
【0084】なお、以上説明した3次元造形物の製造装
置200においては、連続シート4の下面にトナーを転
写するため、感光体ドラム80a〜80dを含むタンデ
ム現像器TDの本体がシート面に対して垂直下方に設け
られていたが、連続シート4の上面にトナーを転写する
のであれば、感光体ドラム80a〜80dを含むタンデ
ム現像器TDの本体をシート面に対して垂直上方に設け
るようにすれば良い。このような構成を、3次元造形物
の製造装置200Aとして図24に示す。
【0085】また、連続シート4の上面にトナーを転写
し、当該面を下にして連続シート4を積層する場合に
は、図25に示す3次元造形物の製造装置200Bのよ
うに感光体ドラム80a〜80dを含むタンデム現像器
TDの本体をシート面に対して垂直上方に設け、連続シ
ート4の上面が処理済みシート3上に重なるように、送
りローラ90aおよび巻き取りローラ90bを配置すれ
ば良い。
【0086】以上説明した3次元造形物の製造装置20
0〜200Bを用いることで、例えば、送りローラ90
aおよび巻き取りローラ90bの間で連続シート4にテ
ンションをかけた状態で搬送することができ、積層台4
0上での位置決めが速やかにかつ正確にでき、また、位
置決めが正確にできることにより彩色領域の色ずれを低
減することができる。さらに、造形物の大きさにあわせ
て連続シート4上の各断面像の配置間隔を任意に変える
ことができるので、シート上の不要部を低減して、シー
トの無駄を低減することができる。
【0087】また、連続シートに、複数の立体モデルの
断面形状を同時に作成したり、同じ立体モデルの断面に
異なる彩色を施すことにより、異なる形状の造形物を一
度に作成したり、同じ形状で異なる色柄の造形物を一度
に作成することができる。
【0088】また、同じ立体モデルを、分割して連続シ
ート上に2次元的に配列することにより、積層高さを低
くして、造形物の作成を速やかに行うことができる。例
えば、図26に示すような立体モデルSMを想定した場
合、立体モデルSMをA部、B部、C部に分割して、そ
れぞれの断面形状データを作成する。そして、一例とし
て、図26のA部のXX線での断面形状SM1、B部の
YY線での断面形状SM2、C部のZZ線での断面形状
SM3を、図27および図28において連続シート4上
に2次元的に配列して示す。なお、図28には転写領域
を規定する枠WKを有した構成が示されている。
【0089】このように、立体モデルSMの各部の断面
形状を一度に転写し、それらを積層台40上で位置決め
してカットすることで、立体モデルSMの3次元造形物
を分割して同時に作成することができ、造形物の作成を
速やかに行うことができる。
【0090】<B.実施の形態2>以上説明した本発明
に係る実施の形態1においては、シートの厚みは一種類
として説明したが、3次元造形物の部分によってはシー
トの厚みを変更するようにしても良い。以下、図29お
よび図30を用いて本発明に係る3次元造形物の製造方
法の実施の形態2について説明する。
【0091】<B−1:構成および動作>図29はシー
トの厚みが部分的に異なるように制作された3次元造形
物120を示す模式図であり、図30は3次元造形物の
製造装置300の構成を示す図である。なお、図29に
おいては処理済みシートを重ねた状態を示し、処理済み
シートから不要部分を除去する前の状態を示している。
【0092】図29に示すように3次元造形物120
は、厚みの異なる3種類のシートで構成されている。す
なわち、曲率が比較的緩やかでXY方向に比較的変化の
大きい断面形状となる下部123においては、第1の厚
さのシート1Aを使用し、曲率が急でXY方向に変化の
大きい断面形状となる中部122においては、第2の厚
さのシート1Bを使用し、形状が単純でXY方向に変化
がほとんどない断面形状となる上部121においては、
第3の厚さのシート1Cを使用している。ここで、各シ
ートの厚みは、シート1Cが最も厚く、次いでシート1
Aが厚く、シート1Cが最も薄い。なお、シートの厚み
の範囲は50〜150μm程度である。
【0093】図30に示す3次元造形物の製造装置30
0は、それぞれ厚みの異なるシートが収納された3種類
の給紙装置5、6、7を備えている。給紙装置5〜7か
ら出力されたシートは複数の搬送ローラ51で構成され
る搬送路を通ってロータリー式現像器21に搬送され、
彩色が施される。なお、3次元造形物の制作過程は、立
体モデルの断面形状データの作成工程において、断面形
状の変化の度合いに合わせて立体モデルのスライス間隔
を変更し、当該スライス間隔に合わせてシート厚さの選
択を行うステップが含まれる以外は基本的には本発明に
係る実施の形態1と同じであり、また、3次元造形物の
製造装置300の構成は、3種類の給紙装置5、6、7
を備えている以外は図1を用いて説明した3次元造形物
の製造装置100と同じである。
【0094】<B−2:特徴的作用効果>以上説明した
ように、断面形状の変化の度合いに合わせて異なる厚み
のシートを使用することにより、シートの使用枚数が削
減でき、3次元造形物の制作がより速やかにできる。ま
た、断面形状の変化の度合いが大きな部分では薄いシー
トを使用することにより、形状を正確に再現できるの
で、3次元造形物の正確な造形ができる。
【0095】
【発明の効果】本発明に係る請求項1記載の3次元造形
物の製造方法によれば、シート上の彩色領域に、立体モ
デルの表面に施された彩色の位置および色に対応させて
彩色を施すことにより、当該シートを積層したときには
その色が積層体の側面にも反映され、その表面に彩色が
施されて見える3次元造形物を得ることができる。
【0096】本発明に係る請求項2〜4記載の3次元造
形物の製造方法によれば、彩色領域がシート上の断面の
輪郭部分に設けられるので、彩色に費やす時間および彩
色材料の消費が少なくて済み、速く、低コストで彩色さ
れた3次元造形物を得ることができる。
【0097】本発明に係る請求項5記載の3次元造形物
の製造方法によれば、彩色領域の画像データを比較的容
易に得ることができる。
【0098】本発明に係る請求項6記載の3次元造形物
の製造方法によれば、タンデム現像器により連続シート
上の彩色領域に彩色を施すので、テンションをかけた状
態でシートを搬送することができ、積層のための位置決
めが速やかにかつ正確にでき、また、位置決めが正確に
できることにより彩色領域の色ずれを低減することがで
きる。さらに、造形物の大きさにあわせて連続シート上
の各断面像の配置間隔を任意に変えることができるの
で、シート上の不要部を低減して、シートの無駄を低減
することができる。また、連続シートに、複数の立体モ
デルの断面形状を同時に作成したり、同じ立体モデルの
断面に異なる彩色を施すことにより、異なる形状の造形
物を一度に作成したり、同じ形状で異なる色柄の造形物
を一度に作成することができる。また、同じ立体モデル
を、分割して連続シート上に2次元的に配列することに
より、積層高さを低くして、造形物の作成を速やかに行
うことができる。
【0099】本発明に係る請求項7記載の3次元造形物
の製造方法によれば、シートの表面にスチレンーアクリ
ル共重合体、あるいはポリエステル樹脂のコート層を有
するので、彩色のためにトナーを用いる場合に、トナー
との接着性が良好となる。また、トナーを接着剤として
使用する場合には接着強度を高めることができる。
【0100】本発明に係る請求項8記載の3次元造形物
の製造方法によれば、シートの積層高さを検出すること
により、例えば、最上部のシートの表面位置が予め設定
した所定位置に達するまで積層台を垂直下方に移動させ
ることで最上部のシートの表面位置は、積層開始当初と
同じ位置を保つことになり、シートの積層が容易にな
る。また、シートの積層高さに基づいてシートの厚さを
算出することで、シート厚さに合わせて立体モデルのス
ライス数を調整することが可能になり、精度の高い3次
元造形物を得ることができる。
【0101】本発明に係る請求項9および請求項10記
載の3次元造形物の製造方法によれば、断面の形状の変
化の度合いに対応させて立体モデルのスライス間隔を変
更するとともに、当該スライス間隔に合わせて複数種類
のシートの選択を行うので、断面の形状の変化の度合い
が小さい部分ではスライス間隔を広げることでシートの
使用枚数が削減でき、3次元造形物の制作がより速やか
にできる。また、断面形状の変化の度合いが大きな部分
ではスライス間隔を狭めることで、形状を正確に再現で
きるので、3次元造形物の正確な造形ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1の基本動作を説明
するフローチャートである。
【図2】 本発明に係る実施の形態1の3次元造形物の
製造装置を示す図である。
【図3】 彩色領域の規定方法を説明する概念図であ
る。
【図4】 彩色領域の規定方法を説明する概念図であ
る。
【図5】 彩色領域の規定方法を説明する概念図であ
る。
【図6】 断面の輪郭形状が複数の閉曲線で表される立
体モデルの例を示す斜視図である。
【図7】 断面の輪郭形状が複数の閉曲線で表される立
体モデルの例を示す斜視図である。
【図8】 彩色領域の規定方法を説明する概念図であ
る。
【図9】 彩色領域の規定方法を説明する概念図であ
る。
【図10】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図11】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図12】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図13】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図14】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図15】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図16】 彩色領域の画像データの作成方法を説明す
る概念図である。
【図17】 本発明に係る実施の形態1の変形例1の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図18】 本発明に係る実施の形態1の変形例1の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図19】 本発明に係る実施の形態1の変形例2の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図20】 本発明に係る実施の形態1の変形例2の動
作を説明するフローチャートである。
【図21】 本発明に係る実施の形態1の変形例2の動
作を説明するフローチャートである。
【図22】 本発明に係る実施の形態1の変形例2の動
作を説明するフローチャートである。
【図23】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図24】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図25】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の3
次元造形物の製造装置を示す図である。
【図26】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の動
作を説明する概念図である。
【図27】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の動
作を説明する概念図である。
【図28】 本発明に係る実施の形態1の変形例3の動
作を説明する概念図である。
【図29】 本発明に係る実施の形態2の動作を説明す
る概念図である。
【図30】 本発明に係る実施の形態2の3次元造形物
の製造装置を示す図である。
【符号の説明】
40 積層台、71a,72a,73a 断面境界、7
1b 拡大境界、71c 縮小境界、71e 基準点、
72b,72c オフセット境界、80a〜80d 感
光体ドラム、TD タンデム現像器
フロントページの続き (72)発明者 神前 明佳 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 4F213 AA13 AA24 AA43 AA44 WA25 WB01 WL02 WL22 WL27 WL64 WL67 WL95

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 立体モデルの情報に基づいて、シートを
    前記立体モデルの各断面部分の形状に合わせてカットお
    よび積層することで3次元造形物を得る製造方法であっ
    て、 (a)前記シートを準備するステップと、 (b)前記立体モデルの形状データおよび色データに基づ
    いて、前記立体モデルを所定間隔でスライスして得られ
    る断面の輪郭形状データおよび、前記立体モデルの表面
    に施された彩色の位置および色に対応させて、前記断面
    に彩色を施すための彩色領域の画像データを作成するス
    テップと、 (c)前記輪郭形状データおよび前記彩色領域の画像デー
    タに基づいて、前記シート上に前記彩色領域を規定し、
    該彩色領域に彩色を施すステップと、を備える3次元造
    形物の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ステップ(b)は、 前記断面の輪郭形状によって規定される平面領域の重心
    を基準点として、前記断面の輪郭を拡大および縮小した
    拡大および縮小境界によって規定される領域を前記彩色
    領域とするステップを含む、請求項1記載の3次元造形
    物の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ステップ(b)は、 前記断面の輪郭を中心とし、相反する第1および第2の
    方向に一定距離だけ隔てた位置に設定した第1および第
    2のオフセット境界によって規定される領域を前記彩色
    領域とするステップを含む、請求項1記載の3次元造形
    物の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ステップ(b)は、前記断面の輪郭近
    傍の領域をメッシュ状に分割し、前記断面の輪郭を含む
    メッシュと、該メッシュを中心として、相反する方向の
    所定個数のメッシュとで規定される領域を前記彩色領域
    とするステップを含む、請求項1記載の3次元造形物の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記ステップ(b)は、 前記立体モデルを拡大したモデルの表面に施された彩色
    部のテクスチャを、前記拡大したモデルの表面から前記
    彩色領域に投影するステップを含む、請求項2〜4の何
    れかに記載の3次元造形物の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ステップ(a)は、 前記シートとして連続シートを準備するステップを含
    み、 前記ステップ(c)は、 少なくとも3原色を含むカラートナーを静電転写するた
    めの複数の感光体ドラムを直列に並べたタンデム現像器
    により、前記連続シート上の前記彩色領域に彩色を施す
    ステップを含む、請求項1記載の3次元造形物の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記シートは、その表面にスチレンーア
    クリル共重合体、あるいはポリエステル樹脂のコート層
    を有する、請求項1記載の3次元造形物の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記ステップ(c)の後に、 (d)前記シートを少なくとも上下動が可能な載置台上に
    おいて積層するとともに、その積層高さを検出するステ
    ップを備える、請求項1記載の3次元造形物の製造方
    法。
  9. 【請求項9】 前記ステップ(a)は、 前記シートとして厚さの異なる複数種類のシートを準備
    するステップを含み、 前記ステップ(b)は、 (b−1)前記立体モデルの形状データに基づいて、前記
    断面の形状の変化の度合いに対応させて前記立体モデル
    のスライス間隔を変更するとともに、当該スライス間隔
    に合わせて前記複数種類のシートの選択を行うステップ
    を含む、請求項1記載の3次元造形物の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記ステップ(b−1)は、 前記立体モデルの各部のうち、前記断面の形状変化が比
    較的大きい部分ではスライス間隔を比較的狭くし、形状
    変化が比較的小さい部分ではスライス間隔を比較的広く
    するステップを含む、請求項9記載の3次元造形物の製
    造方法。
JP10359391A 1998-12-17 1998-12-17 3次元造形物の製造方法 Pending JP2000177016A (ja)

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