JP2008094001A - 積層造形装置と積層造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元データを造形用データに変換する変換時間を短縮することが可能な積層造形装置を提供する。
【解決手段】データ変換装置３０の親端末４０は、ＣＡＤ２０から送信された３次元形状を記述するデータを、積層方向に複数個に分割した各部分の３次元形状を記述する部分形状データの単位に分割する。親端末４０は、分割した各データを複数のデータ変換端末４２ａ〜４２ｄにそれぞれ転送する。各データ変換端末４２ａ〜４２ｄは、それぞれ転送されてきたデータを造形用データに変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は、３次元形状を記述する形状データから、その形状データが記述する３次元形状を備えた物体を造形する技術に関する。特に、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって、断面形状を積層して造形した３次元物体を作り出す技術に関する。

断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形装置が知られている。断面形状を造形する種々の手法が知られており、断面を構成する輪郭の内側領域に光を照射して光硬化性樹脂を硬化する手法、輪郭の内側領域に熱線を照射して金属粉末を焼結する手法、輪郭の内側領域に熱線を照射して樹脂粉末を溶融する手法、輪郭の内側領域に接着剤を供給して素材を固める手法、輪郭の内側領域に供給する材料と輪郭の外側領域に供給する材料を異ならせる手法、輪郭の内側領域にのみ材料を供給する手法等が知られている。
いずれの積層造形技術でも、積層造形装置の動作を制御するために造形用データを必要とする。造形用データ作成部で作成された造形用データに基づいて３次元形状を造形する積層造形装置が、例えば特許文献１に開示されている。

造形用データ作成部では、ＣＡＤ等で作成された３次元形状を記述するデータを、詳しくは後記するように、例えばコンバート処理し、スライス処理し、オフセット処理し、水平面処理することによって、造形用データに変換する。

特開２００４−２８４０２５号公報

近年、ＣＡＤ等の性能が向上し、３次元形状を記述するデータのデータ量が膨大となっている。そのため、造形用データ作成部が、３次元形状を記述する形状データから、造形用データに変換するのに要する時間がかかってしまう。造形用データに変換するまでに要する時間が長時間化し、それが造形物の完成時期を遅らせる原因となり始めている。
例えば厚みが０．１mmの断面形状を積層して高さ１００ｍｍの物体を造形する場合を想定する。この場合、１０００枚の断面を積層することになる。断面に対して積層開始方向から順に番号をつけると、１から１０００番までの断面が存在する。造形用データ作成部では、断面毎に造形用データに変換する必要がある。従来のデータ変換装置は、１台のデータ変換用のＰＣを用いてデータ変換処理を行っており、データ変換処理時間が長くなってしまう。

本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、積層造形装置において、３次元形状を記述する形状データから造形用データに変換するまでに要する時間を短縮する技術を提供する。

本発明の積層造形装置は、並列処理の利点を充分に享受できるように改良された装置であり、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形部と、その積層造形部の動作を制御する造形用データを作成する造形用データ作成部を備えている。造形用データ作成部は、造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、その全体形状を積層方向に複数個に分割した各部分の３次元形状を記述する部分形状データの単位に分割する分割手段と、並列処理に用いる複数台の変換手段を備えている。各変換手段は、分割手段で分割された部分形状データの一つを入力し、入力した部分形状データから、その部分を構成する断面毎に造形用データに変換する。そして、積層造形部は、各変換手段で断面毎に変換された造形用データを、断面が積層方向に連続する順序で用い、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返して３次元形状を造形する積層造形手段を備えている。
この積層造形装置によると、各変換手段には、各部分形状データの一つを入力すればよい。部分形状データのデータ量は、全体形状データのデータ量よりも小さく、データ通信時間を短縮化することができる。
また、複数の変換手段によって並列にデータ処理するために、処理時間が短縮化される。
さらに、この積層造形装置では、どの変換手段でどの断面を処理するのかが最初からわかっている。例えば前記に例示したように、１番から１０００番までの断面がある場合、第１変換手段で１番から２００番までの断面について造形用データに変換し、以下同様に、第５変換手段で８０１番から１０００番までの断面について造形用データに変換することが事前にわかっている。このために、１つの断面でのデータ処理が終了するたびに、処理結果をマザーコンピュータに通信する必要がなく、データ通信時間が大幅に短縮化される。なお、複数台の変換手段には、データを変換するＰＣ等の端末が複数台並列に用いられている場合と、物理的には１台の端末装置の中に複数の変換手段（ＣＰＵ）が並列に用いられている場合の双方を含む。

前記した全体形状データは、通常、３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されていることが多い。この場合、分割手段で分割された部分とその部分に隣接する部分の形状を記述する２個の部分形状データの双方が、部分と部分の境界にまたがって存在する３角パッチを示すデータを含むことが好ましい。この積層造形装置によれば、各部分に分割してデータ処理する際に、データが不足することがない。
データ処理に際して、隣接する断面の情報を必要とする場合がある。例えば、２００番の断面を処理するために、１９８番から２０２番までの断面の情報を必要とする場合がある。この場合、１番から２００番断面までを処理する第１変換手段に、１番断面から２０２番断面に関係する３角パッチを示すデータを入力し、２０１番から４００番断面までを処理する第２変換手段に、１９９番断面から４０２番断面に関係する３角パッチを示すデータを入力することが好ましい。その場合、１９９番断面から２０２番断面に関係する３角パッチを示すデータは、第１変換手段と第２変換手段の双方に入力される。

上述した積層造形装置の分割手段は、各部分の積層方向の厚さが均等となるように複数の部分に分割することができる。また、全体形状データが３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されている場合、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数が均等となるように複数の部分に分割してもよく、部分形状データに含まれる３角パッチの個数と、その部分形状データを造形用データに変換する変換手段の処理速度がほぼ比例するように複数の部分に分割してもよい。変換手段の処理速度や、造形する３次元形状等に合わせて、上述したいずれかの分割方法を適宜採用することで、データをより高速に変換することができる。

また、本発明は、上述した積層造形装置で好適に用いられる積層造形方法を提供する。すなわち、本発明の積層造形方法は、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形方法である。この積層造形方法は、造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、その全体形状を積層方向に複数個に分割した各部分の３次元形状を記述する部分形状データの単位に分割する工程と、そうして分割された各部分形状データを、複数台が用意されている変換手段の各々に分散して入力する工程と、各変換手段で前記断面毎に造形用データに変換する変換工程と、各断面の造形用データに基づいて、断面形状を積層して３次元形状を造形する造形工程を備えることを特徴とする。
この積層造形方法によると、変換手段に必要なデータを入力するのに要する時間を短縮し、かつ、データ変換にかかる時間を短縮することができる。

前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されている場合、部分形状データの単位に分割する工程は、前記部分とその部分に隣接する部分の形状を記述する２個の部分形状データの双方に、部分と部分の境界にまたがって存在する３角パッチを示すデータを含めて分割することが好ましい。この積層造形方法によれば、各部分に分割してデータ処理する際に、データが不足することがない。
また、部分形状データの単位に分割する工程は、各部分の積層方向の厚さが略均等となるように複数の部分に分割してもよいし、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数が略均等となるように複数の部分に分割してもよいし、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数と、その部分形状データを造形用データに変換する変換手段の処理速度がほぼ比例するように複数の部分に分割してもよい。上述したいずれかの分割方法を適宜採用することで、データをより高速に変換することができる。

本実施例の主要な特徴を以下に記す。
（特徴１） ３次元形状を記述する形状データは、ＣＡＤで作成されたＳＴＬ形式のデータである。
（特徴２） 本実施例の積層造形装置では、液状の光硬化性樹脂の表面にレーザ光を照射して断面形状を備えている硬化層を造形する。その硬化層の表面に未硬化の光硬化性樹脂の層を導入し、導入した光硬化性樹脂の表面に再びレーザ光を照射することによって、硬化層の上に新たに硬化した硬化層が積層されて一体化した３次元形状を積層造形する。すなわち、光造形装置である。
（特徴３） 第２実施例の積層造形装置は、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形部と、その積層造形部の動作を制御する造形用データを作成する造形用データ作成部を備えており、その造形用データ作成部は、造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、前記断面毎に造形用データに変換する変換手段の複数台を有しており、前記積層造形部は、各変換手段で前記断面毎に変換された造形用データを、断面が積層方向に連続する順序で用い、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返して３次元形状を造形する積層造形手段を有することを特徴とする。

（第１実施例）
（光造形装置の構成）
本発明の積層造形装置の実施例を図面を参照して説明する。図１は、積層造形装置の一つである光造形装置１０の構成を示す構成ブロック図である。光造形装置１０は、データ変換装置３０と造形装置５０を備えている。
図２に示すように、データ変換装置３０は、３次元ＣＡＤ２０に接続され、ＣＡＤ２０で作成された３次元形状を記述するＳＴＬ形式の全体形状データ（以下、ＳＴＬデータと記載することがある）を受信し、造形用データに変換して造形装置５０に送信する。データ変換装置３０は、ＣＡＤ２０に接続されている親端末４０と、親端末４０に接続されている複数台のデータ変換端末４２ａ〜４２ｄで構成されている。
親端末４０は、操作装置３１と、表示装置３３と、入出力ポート３５と、制御装置３７と、記憶装置３９で構成されている。操作装置３１は、キーボードやマウス等により構成されている。オペレータは、操作装置３１を操作することで親端末４０に様々な情報を入力することができる。表示装置３３は、液晶ディスプレイ等により構成されている。表示装置３３は、制御装置３７から指示された様々な情報を表示する。制御装置３７は、ＣＰＵ等により構成されている。制御装置３７は、親端末４０が実行する各処理を統括的に制御する。記憶装置３９は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等により構成されている。記憶装置３９は、制御装置３７が各処理を実行するためのプログラムを記憶している。またＣＡＤ２０で作成されたＳＴＬデータを記憶する。入出力ポート３５には、ＬＡＮ回線が接続されている。親端末４０は、ＬＡＮ回線を介してＣＡＤ２０、サポートデータ作成装置２５、複数台のデータ変換端末４２、造形装置５０に接続されている。

データ変換端末４２ａ〜４２ｄの各々は、親端末４０と同様に、操作装置と、表示装置と、入出力ポートと、制御装置と、記憶装置で構成されている。また入出力ポートには、親端末４０が接続されている。

図３に示すように、造形装置５０は、制御装置５１、レーザ発振器５３、ガルバノミラー５５、液槽５７、液状の光硬化性樹脂５９、テーブル６１、リコータ６３等を備えている。造形装置５０は、レーザ発振器５３が発振したレーザをガルバノミラー５５で反射させ、液槽内の光硬化性樹脂５９の表面に照射する。光硬化性樹脂５９は、レーザが照射された部分が硬化する。制御装置５１は、データ変換装置３０から入力された造形用データに従って、レーザ発振器５３、ガルバノミラー５５を制御して光硬化性樹脂５９を硬化させていく。これにより、３次元形状の所定の断面形状を有する薄層の硬化層が形成される。１つの硬化層が形成されると、制御装置５１は、デーブル６１を硬化層の一層分の厚さだけ下降させる。次に制御装置５１は、リコータ６３を光硬化性液５９の表面上を移動させ、光硬化性樹脂５９の表面を均す。制御装置５１は、造形用データに従って、レーザ照射→デーブル６１の下降→リコータ６３の移動を繰り返して物体を造形する。レーザの照射軌跡を制御するために、断面毎に造形用データを必要とする。

ＣＡＤ２０は、ＳＴＬ形式で３次元の形状を記述するデータを作成する任意のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）を用いることができる。サポートデータ作成装置２５は、サポートデータ作成ソフトを用いて、ＣＡＤ２０で作成された３次元形状が造形装置５０で造形可能となるように、補助形状のデータを作成する。サポートデータは、オペレータがサポートデータ作成装置２５、又は、ＣＡＤ２０を操作して手動で作成してもよい。

（データ分割処理）
次に、データ変換装置３０が、ＣＡＤ２０から入力された３次元形状を記述するＳＴＬデータ(全体形状データ)を、造形用データに変換する処理について図面を参照して説明する。ＳＴＬデータは、図４は、ＳＴＬ形式で作成されたデータを、３角パッチを用いて模式的に描画したモデル１００の正面図である。図６は、親端末４０の制御装置３７が実行する処理を示すフローチャートである。
本実施例では、４つのデータ変換端末４２で、ＳＴＬデータから造形用データにデータ変換する場合について説明する。

親端末４０の制御装置３７は、モデル１００のＳＴＬデータを受信する（ステップＳ１０２）と、図４に示すように、データ変換する端末の台数（本実施例では４つ）に合わせて、モデル１００を積層方向に分割する。制御装置３７は、分割された部分の高さ、即ち、積層方向の厚みが、同一となるよう分割位置を決定する（分割位置は図４の横線Ａで示す）（ステップＳ１０４）。制御装置３７は、分割位置を決定すると、各分割位置の上下にデータが存在するか確認する（ステップＳ１０６）。分割位置の上及び／又は下にデータが存在する場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、分割位置の上下方向それぞれの所定の範囲に含まれているデータを参照データとして添付し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０に進む。例えば、モデル１００の最下部の部分（ゾーン）１０２を記述する部分形状データには、分割位置Ａから所定の範囲だけ上側に位置するゾーン１０４を記述する部分形状データの一部が含まれている。また、ゾーン１０２の上側に隣接するゾーン１０４を記述する部分形状データには、分割位置Ａから所定の範囲だけ下側に位置するゾーン１０２を記述する部分形状データの一部が含まれており、上側に位置するゾーン１０６を記述する部分形状データの一部が含まれている。
前記に例示したように、造形用データに変換するに際して、隣接する断面の情報を必要とする場合がある。例えば、２００番の断面を処理するために、１９８番から２０２番までの断面の情報を必要とする場合がある。この場合、１番から２００番断面までを処理する第１変換手段４２ａに、１番断面から２０２番断面に関係する３角パッチを示すデータを入力する。すなわち、部分１０２を１番断面から２０２番断面までとする。２０１番の断面を処理するために、１９９番から２０３番までの断面の情報を必要とし、４００番の断面を処理するために、３９８番から４０２番までの断面の情報を必要とする場合には、
２０１番から４００番断面までを処理する第２変換手段４２ｂに、１９９番断面から４０２番断面に関係する３角パッチを示すデータを入力する。すなわち、部分１０４を１９９番断面から４０２番断面までとする。
また、ゾーンを跨って位置する３角パッチは、境界の上下のゾーンの両方に含める。例えば、図４のパッチ１１０は、ゾーン１０２，１０４，１０６に跨っているため、ゾーン１０２，１０４，１０６全てに含める。
分割された領域の上及び／又は下にデータが存在しない場合（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１１０に進む。
以上の分割方法によりゾーン１０２，１０４，１０６，１０８毎に分割されたデータの内容を模式的に図５に示す。ゾーン１０２のための部分形状データに含まれる３角パッチ形式のデータ群を（ａ）に示し、ゾーン１０４のための部分形状データに含まれる３角パッチ形式のデータ群を（ｂ）に示し、ゾーン１０６のための部分形状データに含まれる３角パッチ形式のデータ群を（ｃ）に示し、ゾーン１０８のための部分形状データに含まれる３角パッチ形式のデータ群を（ｄ）に示す。
ステップＳ１１０では、制御装置３７が、ゾーン１０２のための部分形状データをデータ変換端末４２ａに入力し、ゾーン１０４のための部分形状データをデータ変換端末４２ｂに入力し、ゾーン１０６のための部分形状データをデータ変換端末４２ｃに入力し、ゾーン１０８のための部分形状データをデータ変換端末４２ｄに入力する。このとき、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄが変換する領域を示す情報（図４の横線Ａの情報）も入力する。制御装置３７は、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに、そのデータ変換端末４２がデータ変換する部分のＳＴＬデータのみを入力すればよい。これにより、データ変換端末４２ａ〜４２ｄへのデータ転送時間を短縮することができる。

（データ変換処理）
次に、データ変換端末４２ａ〜４２ｄの制御装置が、受信した部分形状データを造形用データに変換する処理について図７のフローチャートを参照して説明する。データ変換端末４２ａ〜４２ｄの制御装置は、親端末４０からデータを受信する（ステップＳ２０２）と、受信したＳＴＬデータを造形用データに変換する（ステップＳ２０４）。造形用データの変換処理では、まず、ＳＴＬデータで示される部分形状（これも３次元形状を記述している）を積層方向に所定の厚さでスライスする。次に、スライスされた各層の断面形状を造形装置５０で造形するために、制御装置５１がレーザ発信器５３、ガルバノミラー５５等の動作を制御するデータに変換する。データ変換端末４２の制御装置は、変換領域を示す情報（図４の横線Ａの情報）よりも上方に参照データがあるか否かを確認する（ステップＳ２０６）。参照データがある場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）、ステップＳ２１０に進む。参照データがない場合（ステップＳ２０６でＮｏ）、制御装置は、受信したデータの最上部を物体の上表面と認識して水平面処理を行い（ステップＳ２０８）、ステップＳ２１０に進む。モデル１００の場合、ゾーン１０８のデータを変換するデータ変換端末４２ｄは、データに上方の参照データが含まれていないことを認識することで、ゾーン１０８の最上面がモデル１００の最上面であることを認識する。これにより、データ変換端末４２ｄは、ゾーン１０８の最上面を水平面処理することができる。

ステップＳ２１０では、変換領域を示す情報（図４の横線Ａの情報）よりも下方に参照データがあるか否かを確認する。参照データがある場合（ステップＳ２１０でＹｅｓ）、ステップＳ２１６に進む。参照データがない場合（ステップＳ２１０でＮｏ）、制御装置は、受信したデータの最下部を物体の下表面と認識し、オフセット処理を行い（ステップＳ２１２）、ステップＳ２１４に進む。ゾーン１０２のデータを変換するデータ変換端末４２ａは、変換するデータに分割位置より下側に参照データが含まれていないことを確認することで、ゾーン１０２の最下面がモデル１００の最下面であること認識する。これにより、データ変換端末４２ａは、ゾーン１０２の最下面を上側にオフセットしてデータを変換することができる。光造形装置の場合、液状の光硬化性樹脂は、レーザが照射されると、照射された位置から下側が硬化する。したがって、物体の下表面を造形する際の造形用データは、レーザが照射されて光硬化性樹脂が硬化する分だけ照射位置を上側にオフセットする必要がある。上側にオフセットすることによって、実際に造形される物体の高さが、データが記述する高さよりも高くなるのを防止する。ステップＳ２１４では、ゾーン１０２の最下面を水平面処理し、ステップＳ２１６に進む。
造形用データへの変換技術自体は、従来の技術を用いることができる。断面毎に輪郭を示すデータに変換し、その輪郭の外部が充填されている形状であるのか内部が充填されている形状であるのかを判別し、液面に照射するレーザビームの半径分だけ輪郭の内側にオフセットする処理を実施し、最後にベクトルデータに変換する。このとき、副走査方向にオフセットしながら主走査方向にレーザビームが移動することによって面的に照射するベクトルデータと、オフセットされた輪郭に沿ってレーザビームが移動するベクトルデータを利用する。
ステップＳ２１６では、変換した造形用データを親端末４０に送信する。各データ変換端末４２ａ〜４２ｄは、入力されたＳＴＬデータのみを変換すればよい。各々のデータ変換端末４２ａ〜４２ｄは、他のデータ変換端末４２と並行してデータ変換することができる。これにより、データ変換時間を短縮することができる。また、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄは、断面毎にデータ処理結果を親端末４０に送信する必要がない。先に例示した場合、データ変換端末４２ａは１番断面から２００番断面までのデータ変換が終了した後に、それらの造形用データを一括して親端末４０に送信すればよい。
親端末４０は、断面毎に変換された造形用データを、断面が積層方向に連続する順序で記憶し、その順序で造形装置５０に転送する。

（モデル２００の場合のデータ変換処理）
次に、図９，１０に示すモデル２００の造形用データを場合について説明する。図９は、モデル２００の斜視図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ断面である。モデル２００は、モデル１００と同様にＳＴＬデータで作成されており、３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で記述されている。
親端末４０の制御装置３７は、図６のフローチャートのステップＳ１０２〜ステップＳ１０８に従って、モデル２００を４つのゾーン２０２，２０４，２０６，２０８に分割する。制御装置３７は、ステップＳ１１０で、ゾーン２０２のための部分形状データをデータ変換端末４２ａに入力し、ゾーン２０４のための部分形状データをデータ変換端末４２ｂに入力し、ゾーン２０６のための部分形状データをデータ変換端末４２ｃに入力し、ゾーン２０８のための部分形状データをデータ変換端末４２ｄに入力する。このとき、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄが変換する領域を示す情報（図１０の横線Ｂ１〜Ｂ５の情報）も入力する。

各データ変換端末４２ａ〜４２ｄの制御装置は、図７のフローチャートに従って、ＳＴＬデータを造形用データに変換する。
ゾーン２０６のデータを変換するデータ変換端末４２ｃは、ステップＳ２０６において、横線Ｂ４の上方の一部に参照データがないことを確認すると、参照データがない領域２１０のデータを物体の上表面と認識し、参照データがある領域２１２のデータを物体の内部であると認識する。データ変換端末４２ｃの制御装置は、物体の上表面と認識した領域２１０を示すデータのみ、ステップＳ２０８で水平面処理を行い、ステップＳ２１０に進む。また、ゾーン２０８のデータを変換するデータ変換端末４２ｄは、ステップＳ２０６において、横線Ｂ５の上方に参照データがないことを確認し、受信したデータの最上部２１８を物体の上表面と認識して、ステップＳ２０８で水平面処理を行い、ステップＳ２１０に進む。データ変換端末４２ａ，４２ｂでは、変換するデータの上方の全領域に参照データがあるため、ステップＳ２０６からステップＳ２１０に進む。

ゾーン２０４を変換するデータ変換端末４２ｂは、ステップＳ２１０において、横線Ｂ２の下方の一部に参照データがないことを確認すると、参照データがない領域２１４のデータを物体の下表面と認識し、参照データのある領域２１６のデータを物体の内部であると認識する。データ変換端末４２ｂの制御装置は、物体の下表面と認識した領域２１４を示すデータのみ、ステップＳ２１２で上側にオフセット処理を行い、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、データ変換端末４２ｂは、オフセット処理を行ったデータに対して水平面処理を行い、ステップＳ２１６に進む。また、ゾーン２０２のデータを変換するデータ変換端末４２ａは、ステップＳ２１０において、横線Ｂ１の下方に参照データがないことを確認し、受信したデータの最下部２２０を物体の下表面と認識する。次いで、最下部２２０のデータを上側にオフセット処理し、（ステップＳ２１２）、さらに水平面処理（ステップＳ２１４）を行い、ステップＳ２１６に進む。データ変換端末４２ｃ，４２ｄでは、変換するデータの下方の全領域に参照データがあるため、ステップＳ２１０からステップＳ２１６に進む。断面に物体の表面を形成する領域と物体の内部を形成する領域が混在するモデル２００では、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄは、物体の表面を形成する領域のみに水平面処理を行い、物体の下表面を形成する領域については上側にオフセット処理する。

（変形例）
データの分割は、上述した実施例以外の分割方法により分割することができる。例えば、親端末４０の制御装置３７は、分割した部分形状データに含まれる３角パッチの数がほぼ等しくなるように分割してもよい。また、親端末４０の制御装置３７は、データ変換端末４２ａ〜４２ｄの処理速度を自動的にベンチマークテストし、それぞれの処理速度に合わせて、処理時間に大きく差が出ないようにデータを分割してもよい。
また、データの分割数は、上述した実施例のように、データ変換端末４２の数と同数でもよいし、予め分割数を決定しておいてもよい。分割されたデータ数がデータ変換端末４２よりも多い場合には、親端末４０は、変換が終了したデータ変換端末４２に新たなデータを送信する。
また、親端末４０の制御装置３７は、ゾーンをまたがって存在する３角パッチをゾーンの境界で分割し、新たに３角パッチを作成してもよい。例えば、パッチ１１０は、図８（ａ）に示すように、ゾーン１０２，１０４，１０６に跨って存在する。制御装置３７は、図８（ｂ）に示すように、パッチ１１０を分割し、パッチ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆの６つに分割する。制御装置３７は、パッチ１１０を分割すると、パッチ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃをゾーン１０６に、パッチ１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆをゾーン１０４に、パッチ１１０ｆをゾーン１０８に、それぞれ含めてＳＴＬデータを分割する。
親端末４０は、ＳＴＬデータを造形用データに変換するデータ変換用の制御装置（ＣＰＵ）を備えていてもよい。この場合は、他のデータ変換端末と協同して、親端末４０が一つの部分形状データを変換する。また、親端末４０が、データ変換用の制御装置（ＣＰＵ）を複数備えていてもよい。この場合は、それぞれの制御装置（ＣＰＵ）が一つの部分形状データを変換する。あるいは、データ変換端末４２ａ〜４２ｄの各々が、ＳＴＬデータを造形用データに変換する制御装置（ＣＰＵ）を複数備えていてもよい。例えば、４個のＣＰＵを搭載するＰＣの４台を利用し、合計１６個のＣＰＵで変換処理してもよい。

親端末４０の制御装置３７で分割された部分形状データは、隣接する部分形状データ同士の間でデータが重複している。そのため、データ変換端末４２は、自身が変換する部分に隣接する部分の形状を把握することができる。したがって、造形用データに水平面処理やオフセット処理をすることができる。

（第２実施例）
本実施例では、データ変換処理にかかる時間を短縮する他の積層造形装置について図面を参照して説明する。本実施例の積層造形装置は、図１に示す光造形装置１０を用いて説明する。
光造形装置１０のデータ変換装置３０及び造形装置５０の構成は、第１実施例と同様の構成を有している。データ変換装置３０は、図２に示すように、親端末４０とデータ変換端末４２ａ〜４２ｄで構成されており、親端末４０は、操作装置３１、表示装置３５、入出力ポート３５、制御装置３７及び記憶装置３９を有している。

（データ変換処理）
データ変換装置３０がＣＡＤ２０から入力された３次元形状を記述するＳＴＬデータ(全体形状データ)を、造形用データに変換する処理について図面を参照して説明する。図９は、親端末４０の制御装置３７が実行する処理を示すフローチャートである。
制御装置３７は、ＣＡＤ２０からＳＴＬデータを受信する（ステップＳ３０２）と、データ変換端末４２ａ〜４２ｄに受信した全ＳＴＬデータを入力する（ステップＳ３０４）。次に、制御装置３７は、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに変換するデータを指示する（ステップＳ３０６）。例えば、厚みが０．１ｍｍの断面形状を積層して高さ１００ｍｍの物体を造形する場合を想定する。この場合、１０００枚の断面を積層することになる。断面に対して積層開始方向から順に番号をつけると、１から１０００番までの断面が存在する。制御装置３７は、データ変換端末４２ａに１番断面のデータ変換を指示し、以下同様にして、データ変換端末４２ｂに２番断面のデータ変換を指示し、データ変換端末４２ｃに３番断面のデータ変換を指示し、データ変換端末４２ｄに４番断面のデータ変換を指示する。
制御装置３７は、データ変換端末４２ａ〜４２ｄでデータ変換された造形用データを受信し（ステップＳ３０８）、記憶装置３９に格納する（ステップＳ３１０）。記憶装置３９には、造形用データに変換された断面を示すデータが積層方向に連続する順序で格納されている。制御装置３７は、全てのＳＴＬデータが変換されるまでステップＳ３０６からステップＳ３１０の処理を繰り返す（ステップＳ３１２）。例えば、データ変換端末４２ａは、最初に指示された１番断面をデータ変換し、変換した造形用データを制御装置３７に送信する。制御装置３７は、データ変換端末４２ａに５番断面のデータを変換するよう指示する。その後は、データ変換を終了したデータ変換端末に６番断面のデータ処理を指示し、つぎにデータ処理を終了したデータ変換端末に７番断面のデータ処理を指示するというアルゴリズムで４台のデータ変換端末４２ａ〜４２ｄで並列処理する。全てのＳＴＬデータの変換が終了すると（ステップＳ３１２でＹｅｓ）、制御装置３７は、造形装置５０に、造形用データを送信する（ステップＳ３１４）。この構成によれば、複数のデータ変換端末を並列に用いることより、３次元形状データであるＳＴＬデータから造形用データに変換するまでに要する時間を短縮することができる。なお、上述した実施例では、親端末４０の制御装置３７は、３次元形状全体の造形用データを変換端末４２ａ〜４２ｄから受信してから造形装置５０に送信しているが、それ以外にも、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄから受信した造形用データを受信するごとに造形装置５０に送信してもよいし、複数の断面の造形用データをまとめて造形装置５０に送信してもよい。

（変形例）
上述した第２実施例では、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに３次元形状の全体を示すＳＴＬデータを送信している。しかしながら、３次元形状の全体を示すＳＴＬデータを全て送信することなく、データ変換を実施することができる。例えば、親端末４０の制御装置３７が各データ変換端末４２ａ〜４２ｄにデータ変換を指示する際に、親端末４０が受信したＳＴＬデータの中から、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄがデータ変換するのに必要なデータを送信してもよい。また、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄが、親端末４０の制御装置３７からデータ変換の指示を受けると、親端末４０から指示された断面をデータ変換するのに必要なデータを取り込んでもよい。また、予め親端末４０が各データ変換端末４２ａ〜４２ｄのデータ変換速度をベンチマークテストしておき、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄの変換速度に合わせて複数の断面を示すＳＴＬデータをまとめて送信し、データ変換するように指示するようにしてもよい。かかる場合には、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄの変換終了時間が略同時となるようにデータを割り当てることが好ましい。これにより、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄにデータを入力する時間を短縮することができる。

上述した２つの実施例で、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄが行う処理には、モデルの３次元形状を記述するＳＴＬデータと、造形中にモデルが倒れないようにする為のサポート形状を記述するＳＴＬデータを造形用データ（ＳＴＳデータ）に変換する処理と、造形用データ（ＳＴＳデータ）を複数の断面造形用データ（ＳＬＤデータ）に分割する処理と、複数の断面造形用データ（ＳＬＤデータ）の前後断面を含め３層分の断面造形用データ（ＳＬＤデータ）で各層のオフセットデータ（ＯＦＴデータ）を作成する処理と、各層のオフセットデータ（ＯＦＴデータ）に基づいて各層のレーザ照射方法を制御するスキャンデータを作成する処理のうち、少なくとも１つの処理を含む。
また、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに３次元形状の全体を示すＳＴＬデータを送信しない場合、即ち、データ変換に必要なデータのみが各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに入力される場合には、親端末４０の制御装置３７が断面造形用データ（ＳＬＤデータ）に分割する処理（いわゆるスライス処理）までを行うようにしてもよい。かかる場合、親端末４０の制御装置３７は、各データ変換端末４２ａ〜４２ｄがデータ変換するＳＬＤデータと、そのＳＬＤデータの近傍の１つ又は複数のＳＬＤデータを各データ変換端末４２ａ〜４２ｄに送信するようにしてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。
例えば、本実施例では、光造形装置を例示して説明したが、それ以外にも、粉末焼結装置や粉末接着装置等、様々な積層造形装置に適応することができる。
また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

光造形装置の構成を示すブロック図。 データ変換装置の構成を示すブロック図。 造形装置の構成を示す概略図。 造形するモデル形状をＳＴＬデータ形式で示す図。 モデルを分割した図。 データ変換装置の親端末のデータ分割処理を示すフローチャート。 データ変換端末のデータ変換処理を示すフローチャート。 三角パッチデータの分割を示す概念図。 造形するモデル形状を示す斜視図。 図９のＸ−Ｘ断面。 第２実施例のデータ変換装置の親端末の処理を示すフローチャート。

符号の説明

１０：光造形装置
２０：ＣＡＤ
３０：データ変換装置
４０：親端末
４２：データ変換端末
５０：造形装置
５３：レーザ発振器
５５：ガルバノミラー
５７：液槽
５９：光硬化性樹脂
６１：テーブル
６３：リコータ

Claims (10)

1. 断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形部と、その積層造形部の動作を制御する造形用データを作成する造形用データ作成部を備えており、
   その造形用データ作成部は、
   造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、その全体形状を積層方向に複数個に分割した各部分の３次元形状を記述する部分形状データの単位に分割する分割手段と、
   前記分割手段で分割された各部分形状データを入力し、前記部分を構成する前記断面毎に造形用データに変換する変換手段の複数台を有しており、
   前記積層造形部は、
   各変換手段で前記断面毎に変換された造形用データを、断面が積層方向に連続する順序で用い、断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返して３次元形状を造形する積層造形手段
   を有することを特徴とする積層造形装置。
2. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
   前記部分とその部分に隣接する部分の形状を記述する２個の部分形状データの双方が、部分と部分の境界にまたがって存在する３角パッチを示すデータを含むことを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記分割手段は、各部分の積層方向の厚さが略均等となるように複数の部分に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層造形装置。
4. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
   前記分割手段は、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数が略均等となるように複数の部分に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層造形装置。
5. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
   前記分割手段は、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数と、その部分形状データを造形用データに変換する変換手段の処理速度がほぼ比例するように複数の部分に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層造形装置。
6. 断面形状を造形する処理を積層方向に繰り返すことによって３次元形状を積層造形する積層造形方法であり、
   造形する３次元形状の全体を記述する全体形状データを、その全体形状を積層方向に複数個に分割した各部分の３次元形状を記述する部分形状データの単位に分割する工程と、
   前記分割工程で分割された各部分形状データを、複数台が用意されている変換手段の各々に分散して入力する工程と、
   各変換手段で、前記断面毎に造形用データに変換する変換工程と、
   各断面の造形用データに基づいて、断面形状を積層して３次元形状を造形する造形工程
   を備えることを特徴とする積層造形方法。
7. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
   前記分割する工程は、前記部分とその部分に隣接する部分の形状を記述する２個の部分形状データの双方に、部分と部分の境界にまたがって存在する３角パッチを示すデータを含めて分割することを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
8. 前記分割する工程は、各部分の積層方向の厚さが略均等となるように複数の部分に分割することを特徴とする請求項６又は７に記載の積層造形方法。
9. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
   前記分割する工程は、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数が略均等となるように複数の部分に分割することを特徴とする請求項６又は７に記載の積層造形方法。
10. 前記全体形状データは３角パッチの頂点の位置を示すデータの集合で形成されており、
    前記分割する工程は、各部分形状データに含まれる３角パッチの個数と、その部分形状データを造形用データに変換する変換手段の処理速度がほぼ比例するように複数の部分に分割することを特徴とする請求項６又は７に記載の積層造形方法。

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