JP2000177018A

JP2000177018A - ３次元造形物の製造方法

Info

Publication number: JP2000177018A
Application number: JP10359393A
Authority: JP
Inventors: Masahide Ueda; 昌秀植田; Akiyoshi Kanzaki; 明佳神前
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元造形物を効率良く得ることができる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、立体モデルの断面形状
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電子写真の静電
転写によりトナーを転写し、ＳＴ３において帯電ブラシ
２１０をシート１の表面に接触させて、シート１に所望
の電荷を帯電させた状態で処理済みシート３の積層体上
に配置することにより、シート１と積層体最上部の処理
済みシート３とを静電吸着させる。そして、ＳＴ４にお
いて、断面の輪郭形状データに基づいて、輪郭形状に合
わせてカットを行い、ＳＴ５において、最終のシートに
一連の処理を施したと確認した場合は、ＳＴ６におい
て、処理済みシート３の積層体を加熱することによりシ
ートどうしを接着する。

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の情報か
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
郭に合わせて切り抜くことで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号公報ではシートの積層の度に接着工
程があるため、多大の時間を必要としていた。

【０００４】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、３次元造形物を効率良く得ること
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。

【０００５】

【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、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、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、前記シート
を積層する際の接着剤を塗布するための接着領域の画像
データを作成するステップ(ａ)と、前記輪郭形状データ
および前記接着領域の画像データに基づいて、前記シー
ト上に前記接着領域を規定し、前記接着領域に前記接着
剤として接着用トナーを転写するステップ(ｂ)と、前記
接着用トナーが転写された前記シートに既に積層済みの
他のシートとは逆の電荷を帯電させた後、前記既に積層
済みの他のシート上に積層して静電吸着により仮接着す
るステップ(ｃ)と、前記仮接着により形成されたシート
の積層体全体を加熱し、前記接着用トナーを溶融させて
シートどうしを接着するステップ(ｄ)とを備えている。

【０００６】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(ａ)が、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作成する
ステップを含み、前記ステップ(ｂ)が、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、前記彩色領域には彩色を施すステップを含んで
いる。

【０００７】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(ｃ)が、前記彩色領域への
彩色が施され、前記接着用トナーが転写された前記シー
トの表面を、正負何れかの電荷に帯電したブラシで走査
するステップと、前記ブラシの電荷を、シートごとに正
負交互に変化させるステップとを含んでいる。

【０００８】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(ｃ)が、前記彩色領域への
彩色が施され、前記接着用トナーが転写された前記シー
トの表面を、正負何れかの電荷に帯電したローラで走査
するステップと、前記ローラの電荷を、シートごとに正
負交互に変化させるステップとを含んでいる。

【０００９】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、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
用いて前記彩色領域に彩色を施すステップを含んでい
る。

【００１０】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(ｂ)が、少なくとも３原色
を含むカラーインクを用いて前記彩色領域に彩色を施す
ステップを含んでいる。

【００１１】

【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。

【００１２】＜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、彩色範囲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。

【００１３】ここで、彩色領域は、造形物の色を着色す
る領域であり、少なくとも断面の輪郭部分に所定の幅を
有した領域として設定される。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。

【００１４】また、彩色領域の画像データは、例えば、
立体モデルの着色面を拡大し、当該面のテクスチャーを
上記のように設定した彩色領域に投影することで作成す
れば良い。

【００１５】接着領域は、シートを積層し固定するため
の接着剤を塗布する領域であり、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）がその候補となる。ここで、論理積部分には彩
色領域も含まれる場合があるが、その場合は彩色領域以
外の論理積部分を接着領域としても良い。また、シート
上に断面の輪郭形状を規定した場合、断面の輪郭の周囲
は不要部分となるが、その部分も接着領域として良い。
ただし、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断面形状の論理積
部分に接着領域を設ける必要がある。なお、彩色領域お
よび接着領域はシートの両面に設定するようにしても良
い。

【００１６】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、彩色領域を除くシート上の全領域、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。

【００１７】＜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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】＜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。

【００２１】＜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。
また、シート上の接着領域には接着領域の画像データに
基づいて、現像器１１ａ〜１１ｄの何れかから接着用ト
ナーとしてカラートナーが転写される。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。

【００２２】なお、カラートナーの代わりにシート上の
接着領域に透明トナーを転写するようにしても良い。こ
の理由は、例えば、第１のシートに重なる第２のシート
の彩色領域が、第１のシートの接着領域に近接している
場合でも第２のシートの彩色領域に第１のシートの接着
領域の色が反映して影響を及ぼすことがなく、第２のシ
ートの彩色領域の色を３次元造形物の表面に鮮明に反映
させるためである。

【００２３】また、シートとして透明シートを使用する
場合は、カラートナーの代わりにシート上の接着領域に
白色トナーを転写するようにしても良い。この理由は、
白色のトナーを転写することで、シート内部に入った光
が乱反射し、彩色領域に転写されたカラートナーの色が
３次元造形物の表面により鮮明に反映されるからであ
る。

【００２４】なお、接着用トナーとして透明トナーおよ
び白色トナーを使用する場合は、それら専用の現像器お
よび現像スリーブ等を備えたロータリー式現像器を使用
すれば良い。

【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、図２に示した３次元造形物の製造装
置１００では、彩色用トナーおよび接着用トナーをシー
ト１の一方面に転写する構成となっていたが、シート１
の両面にともに、彩色用トナーおよび接着用トナーを転
写するようにしても良い。そのためには、シート１を反
転させる機構を設けるか、シート１の両面側にそれぞれ
ロータリー式現像器２１を設ける。

【００２７】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。

【００２８】＜Ａ−１−５：積層仮接着工程＞トナーの
転写、定着がなされたシート１は搬送ローラ２１５によ
って積層台４０上に１枚づつ搬送され、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）。このとき、搬送の途中で、所定の
電圧が印加された帯電ブラシ２１０をシート１の表面に
接触させて、シート１に所望の電荷を帯電させた状態で
処理済みシート３の積層体上に配置することにより、シ
ート１と積層体最上部の処理済みシート３とが静電吸着
の状態になり、簡単にずれるようなことが防止される。
これを仮接着と呼称する。

【００２９】ここで、シート１に帯電させる電荷は、積
層体最上部の処理済みシート３と同じ極性の電荷では、
処理済みシート３の積層体上に配置した場合に反発しあ
うので、少なくとも積層体最上部の処理済みシート３と
は逆極性の電荷を帯電させる必要がある。そのために
は、接触するシート１ごとに帯電ブラシ２１０の電圧を
正と負で交互に変えれば良い。なお、帯電ブラシ２１０
の代わりに、帯電ローラでシート１の表面を走査するよ
うにしても良い。

【００３０】＜Ａ−１−６：カット工程＞次に、ステッ
プＳＴ４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、輪郭形状に合わせてカッタ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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】なお、断面の輪郭形状に合わせてのカット
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。

【００３５】ステップＳＴ４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、ステップＳＴ５におい
てそれが最終のシートであるか否かを確認する。そし
て、最終のシートでなければ、続いて新たなシート１に
ついてステップＳＴ２〜ＳＴ４の動作が施される。

【００３６】＜Ａ−１−７：本接着工程＞ステップＳＴ
５において、最終のシートに一連の処理を施したと確認
した場合は、ステップＳＴ６において、処理済みシート
３の積層体を加熱することにより、全てのシート上のト
ナーを一度に溶融させてシートどうしを接着する。これ
を、本接着と呼称する。

【００３７】積層体の加熱は、図３に示すように、ヒー
タを備えたヒートプレス２２０と、ヒータを備えた積層
台４０によって処理済みシート３の積層体を挟み、上下
方向から加熱しつつ加圧するホットプレス方式により行
われる。

【００３８】なお、本接着の方法は上記方法に限定され
るものではなく、処理済みシート３の積層体の周囲にパ
ネルヒータや加熱ランプを配置して、その輻射熱により
非接触で加熱する方法を採っても良い。

【００３９】ここで、ヒートプレス板２２０には、シー
ト上のトナーが付着しにくい材料、例えばＰＦＡ（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。

【００４０】このステップにより、処理済みシート３の
積層体が強固となり、目的とする３次元造形物が得られ
る。

【００４１】なお、ステップＳＴ４において断面の輪郭
形状に合わせてのカットを施し、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て全て
のシートを積層し、本接着工程が終了した後に、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。

【００４２】また、接着用トナーとして透明トナーおよ
び白色トナーなど、彩色用トナーとは異なるトナーを使
用する場合、接着用トナーとして、その融点が彩色用ト
ナーの融点よりも低いものを使用し、ステップＳＴ６に
おいて本接着する際の加熱温度を、接着用トナーの融点
に合わせることで接着用トナーだけを溶かすことがで
き、彩色用トナーが溶けて彩色領域が乱されることが防
止できる。

【００４３】逆に、接着用トナーおよび彩色用トナーを
同じ融点のものとすることで、本接着においては両者を
溶融させて接着力を強くするようにしても良い。

【００４４】＜Ａ−２：特徴的作用効果＞以上説明した
本発明に係る実施の形態１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。そして、彩色され
たシートの積層に際しては、当該シートを帯電させるこ
とでシートどうしを静電吸着させて仮接着した状態で断
面の輪郭形状に合わせてのカットを施し、全てのシート
を積層した後に全てのシート上のトナーを一度に溶融さ
せてシートどうしを接着するので、各シートごとに加熱
する方法に比べてシートの積層に費やす時間を短縮で
き、着色された３次元造形物を効率良く得ることができ
る。

【００４５】＜Ａ−３．変形例＞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。

【００４６】図４に積層台４０を垂直方向に可動とした
場合の動作を説明するフローチャートを示す。

【００４７】図４に示すフローチャートにおいて、ステ
ップＳＴ１１〜ＳＴ１４の動作は図１を用いて説明した
ステップＳＴ１〜ＳＴ４の動作と同様であり、説明は省
略する。そして、ステップＳＴ１４の動作を終了した
後、例えばシートの積層体の高さを測定するセンサーで
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ＳＴ１５）、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る。そし
て、ステップＳＴ１６において、最終のシートに一連の
処理を施したか否かを確認した後、最終のシートでなけ
れば、続いて新たなシート１についてステップＳＴ１２
〜ＳＴ１４の動作が施され、ロータリー式現像器２１か
ら送られてきたシート１が処理済みシート３の最上部に
スムーズに載置されることになる。

【００４８】なお、ステップＳＴ１６において、最終の
シートに一連の処理を施したと確認した場合は、ステッ
プＳＴ１７において、処理済みシート３の積層体を加熱
することにより本接着を行う。ＳＴ１７の動作は図１を
用いて説明したステップＳＴ６の動作と同様であり、説
明は省略する。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】ここで、図５および図６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。

【００５２】まず、図５に示すフローチャートによる動
作例を説明する。なお、図５のステップＳＴ２１〜ＳＴ
２４の動作は図１を用いて説明したステップＳＴ１〜Ｓ
Ｔ４の動作と同様であり、説明は省略する。図５におい
て、ステップＳＴ２４の動作を終了した後、ステップＳ
Ｔ２５において、例えばシートの積層体の高さを測定す
るセンサ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ＳＴ２６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ＳＴ２７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。なお、ステップＳＴ２７において積
層台４０を移動させた後は、ステップＳＴ２８において
最終のシートに一連の処理を施したか否かを確認した
後、最終のシートでなければ、続いて新たなシート１に
ついてステップＳＴ２２〜ＳＴ２４の動作が施される。

【００５３】そして、ステップＳＴ２８において、最終
のシートに一連の処理を施したと確認した場合は、ステ
ップＳＴ２９において、処理済みシート３の積層体を加
熱することにより本接着を行う。ＳＴ２９の動作は図１
を用いて説明したステップＳＴ６の動作と同様であり、
説明は省略する。

【００５４】次に、図６に示すフローチャートによる動
作例を説明する。なお、図６のステップＳＴ３２〜ＳＴ
３５の動作は図１を用いて説明したステップＳＴ１〜Ｓ
Ｔ４の動作と同様であり、説明は省略する。

【００５５】図６において、ステップＳＴ３５の動作を
終了した後、ステップＳＴ３６において、例えばシート
の積層体の高さを測定するセンサ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Ｓ
Ｔ３７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ＳＴ３８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ＳＴ３
９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。

【００５６】なお、ステップＳＴ３９において積層台４
０を移動させた後は、ステップＳＴ４０において最終の
シートに一連の処理を施したか否かを確認した後、最終
のシートでなければ、続いて新たなシート１についてス
テップＳＴ３３〜ＳＴ３５の動作が施される。

【００５７】そして、ステップＳＴ４０において、最終
のシートに一連の処理を施したと確認した場合は、ステ
ップＳＴ４１において、処理済みシート３の積層体を加
熱することにより本接着を行う。ＳＴ４１の動作は図１
を用いて説明したステップＳＴ６の動作と同様であり、
説明は省略する。

【００５８】＜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、シートの彩色領域にカ
ラートナーを静電転写により転写する構成について説明
したが、カラートナーの代わりにカラーインクをインク
ジェット方式あるいは静電転写により転写するようにし
ても良い。

【００５９】以下、本発明に係る実施の形態２として、
シートの彩色領域にカラーインクをインクジェット方式
で転写することにより、彩色された３次元造形物を得る
方法について説明する。

【００６０】図７は本発明に係る実施の形態２の基本動
作を説明するフローチャートであり、図８は３次元造形
物の製造装置２００の構成を示す図である。図７および
図８を用いて構成および動作について説明する。

【００６１】＜Ｂ−１：構成および動作＞３次元ＣＡＤ
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７に示
すステップＳＴ５１において、立体モデルの断面形状デ
ータ（輪郭形状データ、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む）を作成する動作は、図１
に示すステップＳＴ１の動作と同じであるので説明は省
略する。

【００６２】次に、ステップＳＴ５２において、上記彩
色領域の画像データに従って、シート１の彩色領域にカ
ラーインクを転写し、接着領域に接着剤として例えば、
透明トナーを電子写真の静電転写により転写する。この
ステップＳＴ５２は図８に示す製造装置２００の転写部
９０において実行される。

【００６３】転写部９０は、少なくともＣ（シアン）、
Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂｋ（ブラック）の
各色のカラーインクを噴射するインクノズルを有するイ
ンクジェットヘッド１３０と、接着用トナー、例えば透
明トナーをシートに転写する感光体ドラム１４０および
感光体ドラム１４０に対向して配置された転写ローラ１
４５と、ヒートローラ１７ａおよび１７ｂとを主たる構
成として備えている。

【００６４】なお、感光体ドラム１４０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。

【００６５】そして、彩色領域の画像データに基づい
て、インクジェットヘッド１３０から各色のカラーイン
クがシート１上の彩色領域に噴射された後、シート上の
接着領域には接着領域の画像データに基づいて、感光体
ドラム１４０から接着用トナー、例えば透明トナーが転
写される。

【００６６】なお、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、例えば不要部においては、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。

【００６７】そして、シート１に転写された透明トナー
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。

【００６８】トナーの転写、定着がなされたシート１は
搬送ローラ２１５によって積層台４０上に１枚づつ搬送
される。搬送の途中で、所定の電圧が印加された帯電ブ
ラシ２１０をシート１の表面に接触させて、シート１に
所望の電荷を帯電させた状態で処理済みシート３の積層
体上に位置決めされ、静電吸着により仮接着される（ス
テップＳＴ５３）。なお、ステップＳ５３〜ＳＴ５６
は、図１を用いて説明したステップＳＴ３〜ＳＴ６と同
じであるので、説明は省略する。

【００６９】＜Ｂ−２．特徴的作用効果＞以上説明した
本発明に係る実施の形態２によれば、シートの彩色領域
にカラーインクを転写するようにしたので、シートの彩
色領域をカラートナーで彩色する場合に必要であったロ
ータリー式現像器やタンデム現像器などの大型の装置が
不要になり、３次元造形物の製造装置を小型化できる。
また、カラートナーに比べてカラーインクはシートに染
み込みやすく、シートの側面にも浸出し、当該シートを
積層したときには彩色領域の色が積層体の側面に鮮明に
反映することになる。

【００７０】なお、図８に示した３次元造形物の製造装
置２００では、カラーインクも接着用トナーも、シート
の同じ面に転写する構成となっていたが、互いに異なる
面に転写するようにしても良い。すなわち、カラーイン
クはシートの上面側の彩色領域に、接着用トナーはシー
トの下面側の接着領域に転写するようにしても良い。こ
のような構成とすることで、接着用トナーの影響で彩色
領域の色がくすむといった影響がなくなる。また、シー
トの両面にともに、カラーインクおよび接着用トナーを
転写するようにしても良い。

【００７１】以上説明した実施の形態１および２におい
ては、最終のシートを仮接着後に本接着を行う例につい
て説明したが、この構成では比較的小さな造形物を製造
する場合には問題とならないが、大型の造形物を製造す
る場合には、本接着の工程で造形物全体を熱するのが困
難となる場合がある。そこで、変形例として、所定枚数
を積層するごとに本接着を行うようにしても良い。本接
着は数回行われることになるが、１枚ごとに本接着を行
う場合に比べて造形時間は大幅に短縮される。

【００７２】また、仮接着したシートの高さが所定量に
達するごとに本接着を行うようにしても良い。この場
合、図５および図６を用いて説明した、積層高さを測定
する構成を利用し、測定された高さを加算することによ
り仮接着したシートの高さを算出することができる。

【００７３】

【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、シートの積層に際しては、当該
シートを帯電させることでシートどうしを静電吸着させ
て仮接着し、全てのシートを積層した後に全体的に加熱
することでシート上のトナーを一度に溶融させてシート
どうしを接着するので、各シートごとに加熱する方法に
比べてシートの積層に費やす時間を短縮でき、着色され
た３次元造形物を効率良く得ることができる。

【００７４】本発明に係る請求項２記載の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。

【００７５】本発明に係る請求項３および請求項４記載
の３次元造形物の製造方法によれば、彩色領域への彩色
が施され、接着用トナーが転写されたシートに、既に積
層済みの他のシートとは逆の電荷を確実に帯電させるこ
とができる。

【００７６】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、カラートナーを用いて彩色を行う
ので、カラートナーを溶融させることで接着力の補強が
可能となる。

【００７７】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、カラーインクを用いて彩色を行う
ので、シートの彩色領域をカラートナーで彩色する場合
に必要であった大型の転写装置が不要になり、機器構成
を簡単化し小型化できる。また、カラートナーに比べて
カラーインクはシートに染み込みやすく、シートの側面
にも浸出し、当該シートを積層したときには彩色領域の
色が積層体の側面に鮮明に反映することになる。

【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】本発明に係る実施の形態１の動作を説明する
図である。

【図４】本発明に係る実施の形態１の変形例の動作を
説明するフローチャートである。

【図５】本発明に係る実施の形態１の変形例の動作を
説明するフローチャートである。

【図６】本発明に係る実施の形態１の変形例の動作を
説明するフローチャートである。

【図７】本発明に係る実施の形態２の基本動作を説明
するフローチャートである。

【図８】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】

２１ロータリー式現像器、４０積層台、９０転写
部、１３０インクジェットヘッド、２２０ヒートプ
レス板

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記シートを積層する際の接
着剤を塗布するための接着領域の画像データを作成する
ステップと、 (ｂ)前記輪郭形状データおよび前記接着領域の画像デー
タに基づいて、前記シート上に前記接着領域を規定し、
前記接着領域に前記接着剤として接着用トナーを転写す
るステップと、 (ｃ)前記接着用トナーが転写された前記シートに既に積
層済みの他のシートとは逆の電荷を帯電させた後、前記
既に積層済みの他のシート上に積層して静電吸着により
仮接着するステップと、 (ｄ)前記仮接着により形成されたシートの積層体全体を
加熱し、前記接着用トナーを溶融させてシートどうしを
接着するステップと、を備える３次元造形物の製造方
法。
【請求項２】前記ステップ(ａ)は、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
像データ作成するステップを含み、前記ステップ(ｂ)は、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、前記彩色領域には彩色を施すス
テップを含む、請求項１記載の３次元造形物の製造方
法。
【請求項３】前記ステップ(ｃ)は、前記彩色領域への彩色が施され、前記接着用トナーが転
写された前記シートの表面を、正負何れかの電荷に帯電
したブラシで走査するステップと、前記ブラシの電荷を、シートごとに正負交互に変化させ
るステップとを含む、請求項２記載の３次元造形物の製
造方法。
【請求項４】前記ステップ(ｃ)は、前記彩色領域への
彩色が施され、前記接着用トナーが転写された前記シー
トの表面を、正負何れかの電荷に帯電したローラで走査
するステップと、前記ローラの電荷を、シートごとに正負交互に変化させ
るステップとを含む、請求項２記載の３次元造形物の製
造方法。
【請求項５】前記ステップ(ｂ)は、少なくとも３原色を含むカラートナーを用いて前記彩色
領域に彩色を施すステップを含む、請求項２〜請求項４
の何れかに記載の３次元造形物の製造方法。
【請求項６】前記ステップ(ｂ)は、少なくとも３原色を含むカラーインクを用いて前記彩色
領域に彩色を施すステップを含む、請求項２〜請求項４
の何れかに記載の３次元造形物の製造方法。