JP2013208845A - Three-dimensional surface printing method - Google Patents

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Raskar Ramesh
ラメッシュ ラスカー
Takeo Igarashi
健夫 五十嵐
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional surface printing technology which is easy in rewriting and does not need electric power for maintaining display.SOLUTION: A printing method for performing printing on a three-dimensional surface being a non-plane includes: a preparation process for preparing the three-dimensional surface on which a bistability thermochromic material changeable in a color development state and a color fading state which are generated by a difference of heating temperatures and a difference of cooling speeds after heating is arranged; and a printing process for performing printing by selectively heating the three-dimensional surface. It is preferable that a laser may be used in the heating. Furthermore, the printing of an arbitrary color becomes possible by coating a plurality of colors of inks by patterning them and controlling color development and color fading at each sub-pixel unit. When the plurality of colors of the inks are sub-pixelated, the positioning of a radiation position can accurately be performed by measuring a color of a laser-radiated position.

Description

本発明は、3次元表面に印刷する技術に関する。   The present invention relates to a technique for printing on a three-dimensional surface.

近年、空間拡張現実(Spatial Augmented Reality)の研究が進められている。例えば
、3次元物体に映像を投影して情報を提供する手法が提案されている(非特許文献1)。この手法によれば投影する映像を変更することで、提示する情報を容易に変えることができる。この効果は、非平面に恒久的な印刷を行う従来の非平面印刷では得られないものである。
In recent years, research on spatial augmented reality has been underway. For example, a method for providing information by projecting an image on a three-dimensional object has been proposed (Non-Patent Document 1). According to this method, the information to be presented can be easily changed by changing the projected image. This effect cannot be obtained by conventional non-planar printing that performs permanent printing on a non-planar surface.

しかしながら、映像の投影には電力が必要であり、また、周囲が暗い必要があるので、日用品には適用できないという問題がある。さらには、物体を所定の投影位置から動かすことができないという問題もある。   However, there is a problem that it cannot be applied to daily necessities because it requires electric power to project an image and the surroundings need to be dark. Furthermore, there is a problem that the object cannot be moved from a predetermined projection position.

容易に書き換え可能であり、かつ表示の維持に電力を要しない技術として、電子ペーパ技術がある。電子ペーパでは、画像の書き換え(画素の白黒の変更)には電界印加が必要なので電力を要するが、表示状態を維持するためには電力を要しない。しかしながら、このようなディスプレイは電子回路を格子状に並べて作製する必要があるので、表示領域の大きさに制約があり、また、表示面も平面または可展面(伸縮無しに平面に展開できる面)に限定される。   There is an electronic paper technology as a technology that can be easily rewritten and does not require power to maintain the display. In electronic paper, an electric field is required for rewriting an image (changing the pixel black and white), so that power is required. However, power is not required to maintain the display state. However, since such a display needs to be manufactured by arranging electronic circuits in a grid pattern, the size of the display area is limited, and the display surface is also a flat surface or a developable surface (a surface that can be expanded into a flat surface without expansion and contraction). ).

特開2011−525445号公報JP 2011-525445 A 国際公開第2005/121072号公報International Publication No. 2005/121072 特開平5−124360号公報JP-A-5-124360 特開2007−182004号公報JP 2007-182004 A

Dalsgaard, P., and Halskov, K., "3D Projection on Physical Objects: Design Insights from Five Real Life Cases", Proceedings of the 2011 annual conference on Human factors in computing systems, ACM, pp. 1041-1050, 2011Dalsgaard, P., and Halskov, K., "3D Projection on Physical Objects: Design Insights from Five Real Life Cases", Proceedings of the 2011 annual conference on Human factors in computing systems, ACM, pp. 1041-1050, 2011 Pfister, H., et. al., "Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives", Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, ACM, pp. 335-342, 2000Pfister, H., et. Al., "Surfels: Surface Elements as Rendering Primitives", Proceedings of the 27th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, ACM, pp. 335-342, 2000

本発明は、非平面上に印刷を行う3次元表面印刷技術であって、書き換えが容易であり、かつ、表示の維持に電力を要しない3次元表面印刷技術を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a three-dimensional surface printing technique for performing printing on a non-planar surface, which is easy to rewrite and does not require electric power to maintain display.

上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る印刷方法は、印刷対象物表面に双安定サーモクロミック材料を設け、この双安定サーモクロミック材料を選択的に加熱することで発色状態と消色状態を切り替えて、印刷対象物表面への印刷を行う。   In order to solve the above-described problem, the printing method according to the first aspect of the present invention provides a bistable thermochromic material on the surface of a printing object, and develops color by selectively heating the bistable thermochromic material. The state and the color erasing state are switched to perform printing on the surface of the printing object.

より具体的には、本発明の第一の態様に係る印刷方法は、非平面である3次元表面に印
刷を行う印刷方法であって、加熱温度の違いまたは加熱後の冷却速度の違いにより発色状態と消色状態とを変更可能な双安定サーモクロミック材料が設けられた3次元表面を用意する準備工程と、前記3次元表面を選択的に加熱して印刷を行う印刷工程と、を含む。
More specifically, the printing method according to the first aspect of the present invention is a printing method in which printing is performed on a non-planar three-dimensional surface, and coloring is caused by a difference in heating temperature or a cooling rate after heating. A preparatory step of preparing a three-dimensional surface provided with a bistable thermochromic material capable of changing a state and a decoloring state; and a printing step of selectively heating the three-dimensional surface to perform printing.

本発明によれば、任意形状の表面に対して印刷を行うことができる。また、双安定サーモクロミック材料は、発色状態あるいは消色状態を維持するために電力を必要としないので、印刷対象物を、印刷後に自由に移動させたりすることができる。さらに、印刷後に加熱あるいは冷却などを再び行えば、印刷内容を容易に書き換えることができる。   According to the present invention, printing can be performed on a surface having an arbitrary shape. In addition, since the bistable thermochromic material does not require electric power to maintain a colored state or a decolored state, the printing object can be moved freely after printing. Furthermore, if heating or cooling is performed again after printing, the printed content can be easily rewritten.

前記準備工程においては、双安定サーモクロミック材料を3次元表面に塗布することによって、双安定サーモクロミック材料が設けられた3次元表面を用意することができる。別の方法としては、双安定サーモクロミック材料を含む素材によって印刷対象とする3次元表面を作成することも考えられる。例えば、双安定性の発色特性を有する繊維を用いて印刷対象物(例えば、服や靴など)を作成しても良い。   In the preparation step, a three-dimensional surface provided with the bistable thermochromic material can be prepared by applying the bistable thermochromic material to the three-dimensional surface. Another method is to create a three-dimensional surface to be printed with a material containing a bistable thermochromic material. For example, an object to be printed (for example, clothes or shoes) may be created using fibers having bistable color development characteristics.

本発明の第一の態様に係る印刷工程における選択的な加熱は、任意の手段によって行うことができるが、分解能の高い印刷を可能とするためには、レーザを用いて加熱を行うことが好ましい。レーザを用いることで、照射領域を小さくできるためである。ただし、レーザ以外の手法によって加熱しても良い。例えば、印刷物表面に電磁波や光をレンズで集束させて加熱しても良いし、温風を吹き付けて加熱しても良い。その他に、熱源自体を印刷対象物表面付近で移動させて選択的な加熱を行っても良い。また、金属膜などに比熱の異なる素材を印刷対象物に重ねて、印刷対象物全体を加熱することによっても、選択的な加熱が実現できる。   The selective heating in the printing process according to the first aspect of the present invention can be performed by any means, but in order to enable printing with high resolution, it is preferable to perform heating using a laser. . This is because the irradiation area can be reduced by using a laser. However, you may heat by methods other than a laser. For example, the surface of the printed material may be heated by focusing electromagnetic waves or light with a lens, or heated by blowing warm air. In addition, selective heating may be performed by moving the heat source itself in the vicinity of the surface of the printing object. Alternatively, selective heating can be realized by superimposing a material having different specific heat on a metal film or the like on the print object and heating the entire print object.

本発明の第一の態様において、印刷対象物の3次元表面をスキャンするスキャン工程と、スキャンされた3次元表面をテクスチャ編集ソフトウェアに取り込み、3次元表面上に印刷する画像データを前記テクスチャ編集ソフトウェアを用いて生成する編集工程と、をさらに含み、前記印刷工程では、前記画像データに基づいてレーザを制御して加熱を行う、ことも好ましい。   In the first aspect of the present invention, a scanning step of scanning a three-dimensional surface of an object to be printed, and the scanned image of the three-dimensional surface taken into the texture editing software are printed on the three-dimensional surface. It is also preferable to perform heating by controlling a laser based on the image data in the printing step.

印刷対象物の3次元表面をスキャンすることで、その正確な表面形状を取得することができる。そして、テクスチャ編集ソフトウェアを用いて編集された画像データに基づいて印刷を行うことで、画像データを忠実に再現した印刷が可能となる。また、レーザ光源と印刷対象物の距離に応じてレーザのスポット径を制御したり、レーザ照射方向と3次元表面の向きに応じてレーザ照射の走査間隔の制御を行い表面における解像度を一様にしたりすることで、より好適な印刷が行える。   By scanning the three-dimensional surface of the printing object, the accurate surface shape can be acquired. Then, by performing printing based on the image data edited using the texture editing software, it is possible to perform printing that faithfully reproduces the image data. In addition, the laser spot diameter is controlled according to the distance between the laser light source and the object to be printed, and the laser irradiation scanning interval is controlled according to the laser irradiation direction and the direction of the three-dimensional surface to make the surface resolution uniform. Or more suitable printing can be performed.

上述のような双安定サーモクロミック材料として、第1の温度以下に冷却することで発色状態となり、前記第1の温度より高い第2の温度以上に加熱することで消色状態となる材料を用いることができる。このような双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、前記準備工程において発色状態の前記双安定サーモクロミック材料を塗布するか、または、前記準備工程後に前記双安定サーモクロミック材料が塗布された前記3次元表面を前記第1の温度以下に冷却し、前記印刷工程において、消色状態とさせる個所にレーザを照射して前記第2の温度以上に加熱する。このようにすることで、3次元表面に任意の印刷パターンを印刷可能である。また、一度印刷を行った後でも、印刷内容の書き換えも容易に行える。   As the bistable thermochromic material as described above, a material that becomes colored when cooled below the first temperature and becomes decolored when heated above the second temperature higher than the first temperature is used. be able to. When such a bistable thermochromic material is used, the bistable thermochromic material in a colored state is applied in the preparation step, or the bistable thermochromic material is applied after the preparation step. The dimensional surface is cooled to the first temperature or lower, and in the printing process, the portion to be erased is irradiated with a laser to be heated to the second temperature or higher. In this way, it is possible to print an arbitrary print pattern on the three-dimensional surface. In addition, even after printing once, the contents of the print can be easily rewritten.

また、双安定サーモクロミック材料として、加熱後の冷却速度に応じて発色状態と消色状態とを変更可能な材料を用いることができる。このような双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、異なるパルスパターンのレーザを照射することによって、前記双安定
サーモクロミック材料の発色状態と消色状態を変更することができる。例えば、強い強度のパルスレーザを短い時間だけ照射することで、冷却速度の速い加熱が実現できる。また、徐々に強度が弱くなるパルスレーザを照射することで、冷却速度の遅い加熱が実現できる。このような方法によれば、印刷内容を書き換える際に冷却を行う必要が無く、また、発色と消色とを書き換える位置のみにレーザ照射を行えば良いので、印刷内容の書き換えがより容易になる。
In addition, as the bistable thermochromic material, a material capable of changing the coloring state and the decoloring state according to the cooling rate after heating can be used. When such a bistable thermochromic material is used, the coloring state and the decoloring state of the bistable thermochromic material can be changed by irradiating lasers having different pulse patterns. For example, heating with a high cooling rate can be realized by irradiating a pulse laser with high intensity for a short time. In addition, irradiation with a pulse laser whose intensity gradually decreases can realize heating with a low cooling rate. According to such a method, it is not necessary to perform cooling when rewriting the print content, and it is only necessary to irradiate the laser only at the position where the coloring and decoloring are rewritten, so that the rewriting of the print content becomes easier. .

双安定サーモクロミック材料は、1色のみを用いても良いが、異なる色に発色する複数種類の双安定サーモクロミック材料を用いても良い。複数種類の双安定サーモクロミック材料を用いる場合には、これらの双安定サーモクロミック材料をパターン化して3次元表面に塗布することが好ましい。例えば、赤青緑(RGB)の三色を、デルタ配列やストライプ配列、モザイク配列などのパターンで塗布し、各ドット単位で発色と消色を制御することで、任意の色を表現することができる。   As the bistable thermochromic material, only one color may be used, but a plurality of types of bistable thermochromic materials that develop colors in different colors may be used. When a plurality of types of bistable thermochromic materials are used, it is preferable to pattern these bistable thermochromic materials and apply them to a three-dimensional surface. For example, three colors of red, blue and green (RGB) are applied in a pattern such as a delta arrangement, a stripe arrangement, or a mosaic arrangement, and an arbitrary color can be expressed by controlling color development and decoloration in units of dots. it can.

上述のように複数色の双安定サーモクロミック材料をパターン化して用いる場合には、印刷工程が、レーザを前記3次元表面に照射したときの表面における反射光強度を計測して、レーザ照射位置における双安定サーモクロミック材料の色を測定する工程と、前記測定に基づき前記レーザの照射位置を判定するキャリブレーション工程とを含むことが好ましい。レーザ照射によって双安定サーモクロミック材料の色を測定することで、レーザ照射位置を精度良く把握することができる。したがって、精度の良い印刷が行える。   When the bistable thermochromic material of a plurality of colors is used in a pattern as described above, the printing process measures the reflected light intensity on the surface when the laser is irradiated on the three-dimensional surface, and the laser irradiation position is measured. It is preferable to include a step of measuring the color of the bistable thermochromic material and a calibration step of determining the irradiation position of the laser based on the measurement. By measuring the color of the bistable thermochromic material by laser irradiation, the laser irradiation position can be accurately grasped. Therefore, accurate printing can be performed.

本発明の第二の態様は、双安定サーモクロミック材料が設けられた3次元表面に対して印刷を行う上述の印刷方法を好適に実施するための3次元表面印刷装置である。本発明の第二の態様に係る3次元表面印刷装置は、非平面の3次元表面を有する印刷対象物を載せるための載置台と、レーザを照射する光源と、フォトセンサと、前記レーザによって前記3次元表面をスキャンして前記3次元表面の形状を取得する形状取得手段と、スキャンされた3次元表面を取り込み、3次元表面上に印刷する画像データをユーザに編集可能とするテクスチャ編集手段と、前記画像データに基づいて前記レーザを制御して前記3次元表面の加熱を行う印刷手段と、を備える。   The second aspect of the present invention is a three-dimensional surface printing apparatus for suitably carrying out the above-described printing method for printing on a three-dimensional surface provided with a bistable thermochromic material. The three-dimensional surface printing apparatus according to the second aspect of the present invention includes a mounting table for placing a printing object having a non-planar three-dimensional surface, a light source for irradiating a laser, a photosensor, and the laser. A shape acquisition unit that scans a three-dimensional surface to acquire the shape of the three-dimensional surface; a texture editing unit that captures the scanned three-dimensional surface and allows image data to be printed on the three-dimensional surface to be edited by a user; Printing means for controlling the laser based on the image data to heat the three-dimensional surface.

このようにレーザの照射によって3次元表面に印刷を行うので、任意の形状の物体に対して印刷を行うことができる。また、印刷装置自体を大きくすることで、任意の大きさの物体に対して印刷を行うことができる。   Since printing is performed on the three-dimensional surface by laser irradiation in this way, printing can be performed on an object having an arbitrary shape. In addition, printing can be performed on an object of any size by increasing the size of the printing apparatus itself.

また、本発明の第二の態様は、前記載置台と前記光源とを相対的に移動させる移動機構と、をさらに備え、前記印刷手段は、複数の異なる方向から前記3次元表面に対する加熱を行う、ことも好ましい。このようにすれば、一方向からのレーザ照射では全面を印刷できない対象物であっても、その全面を印刷することができる。なお、載置台と光源の相対的な移動とは、いずれか一方のみを動かすことによって実現しても良いし、これら両方を動かすことによって実現しても良い。   The second aspect of the present invention further includes a moving mechanism that relatively moves the mounting table and the light source, and the printing unit heats the three-dimensional surface from a plurality of different directions. It is also preferable. In this way, even if the object cannot be printed entirely by laser irradiation from one direction, the entire surface can be printed. The relative movement of the mounting table and the light source may be realized by moving only one of them, or may be realized by moving both of them.

また、本発明の第二の態様は、前記レーザを前記3次元表面に照射した際の反射光強度に基づいてレーザ照射位置における前記3次元表面の色を測定し、該測定された色に基づいてレーザ照射位置を判定するキャリブレーション手段をさらに備える、ことも好ましい。照射位置の色を判定することで、照射位置をより精度良く把握することが可能となる。   In the second aspect of the present invention, the color of the three-dimensional surface at the laser irradiation position is measured based on the reflected light intensity when the three-dimensional surface is irradiated with the laser, and based on the measured color. It is also preferable to further include calibration means for determining the laser irradiation position. By determining the color of the irradiation position, the irradiation position can be grasped more accurately.

本発明は、上記処理や手段の少なくとも一部を含む印刷方法あるいは3次元表面印刷装置として捉えることができる。また、上記の方法をコンピュータで実行するためのプログラムとして捉えることもできる。   The present invention can be understood as a printing method or a three-dimensional surface printing apparatus including at least a part of the above processes and means. Moreover, it can also be grasped as a program for executing the above method on a computer.

本発明によれば、書き換えが容易であり、かつ表示の維持に電力を要しない3次元表面印刷が実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize three-dimensional surface printing that is easy to rewrite and does not require power to maintain display.

双安定サーモクロミックインクの2つの安定状態を示す図である。It is a figure which shows the two stable states of a bistable thermochromic ink. 3次元印刷装置の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of a three-dimensional printer. 3次元印刷装置の機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of a three-dimensional printer. 3次元印刷処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a three-dimensional printing process. 双安定サーモクロミックインクの塗布パターンを示す図である。It is a figure which shows the application pattern of a bistable thermochromic ink. 照射するレーザのパルスパターンを示す図である。It is a figure which shows the pulse pattern of the laser to irradiate. カラー印刷を実現するための別の例を示す図である。It is a figure which shows another example for implement | achieving color printing.

以下、図面を参照しながら本発明に係る3次元印刷方法および3次元印刷装置の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a three-dimensional printing method and a three-dimensional printing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<双安定サーモクロミックインク>
本実施形態においては、印刷対象物の表面に双安定サーモクロミックインクを塗布し、その表面を選択的に加熱することで印刷を行う。そこで、まず双安定サーモクロミックインクについて説明する。
<Bistability thermochromic ink>
In the present embodiment, printing is performed by applying a bistable thermochromic ink to the surface of a printing object and selectively heating the surface. First, the bistable thermochromic ink will be described.

双安定サーモクロミックインクとは、温度変化により発色状態を変更可能なインクであり、少なくとも2つの安定状態を有し、新たな相変化を起こさない限り発色状態が保たれるインクである。   The bistable thermochromic ink is an ink that can change the color development state according to a temperature change, and has at least two stable states and maintains the color development state unless a new phase change occurs.

このようなインクの一例として、電子受容性化合物(顕色剤)として、特許文献2に開示される材料を用いるインクや、株式会社パイロットコーポレーションから「フリクションボール」の名称で発売されているボールペンに使用されているインクが知られている。このインクは、図1(a)に示すように、70℃以上に加熱することにより消色状態に変化する。一度消色状態になった後は、70℃以下に冷却しても安定して消色状態を維持する。そして、−10℃以下まで冷却すると、再び発色状態に変化する。発色状態になった後は、−10℃以上に加熱しても安定して発色状態を維持する。   As an example of such an ink, an ink using a material disclosed in Patent Document 2 as an electron-accepting compound (developer) or a ballpoint pen sold under the name of “friction ball” by Pilot Corporation. The ink used is known. As shown in FIG. 1A, this ink changes to a decolored state when heated to 70 ° C. or higher. Once in the decolored state, the decolored state is stably maintained even when cooled to 70 ° C. or lower. And if it cools to -10 degrees C or less, it will change to a coloring state again. After the colored state is reached, the colored state is stably maintained even when heated to -10 ° C or higher.

このようなインクで発色状態と消色状態の切り替えを複数回(10回以上)繰り返しても、状態の劣化は特に無いことを確認している。また、このインクは、赤色、青色、緑色、黄色、マゼンタ、黒色など様々な色のインクが製造されている。このような観点から、特許文献2に記載のインクは、本発明に有用なインクであるといえる。なお、本明細書では、この種のインクを「フリクションインク」と称する。   It has been confirmed that there is no particular deterioration in the state even when switching between the coloring state and the decoloring state with such an ink is repeated a plurality of times (10 times or more). In addition, as for this ink, inks of various colors such as red, blue, green, yellow, magenta, and black are manufactured. From such a viewpoint, it can be said that the ink described in Patent Document 2 is an ink useful for the present invention. In this specification, this type of ink is referred to as “friction ink”.

このような双安定サーモクロミックインクの別の例として、特許文献3、4に開示される材料を用いるインクや、株式会社リコーから発売されているRECO−View(登録商標)サーマルリライタブルフィルムに使用されているインクが知られている。このインクは、図1(B)に示すように、180℃まで加熱して急冷することで発色状態に変化し、安定して発色状態を維持する。また、120℃まで加熱して徐冷することで消色状態に変化し、安定して消色状態を維持する。   As another example of such a bistable thermochromic ink, it is used for inks using the materials disclosed in Patent Documents 3 and 4 and RECO-View (registered trademark) thermal rewritable film sold by Ricoh Co., Ltd. Ink is known. As shown in FIG. 1B, this ink changes to a colored state when heated to 180 ° C. and rapidly cooled, and stably maintains the colored state. Moreover, it changes to a decoloring state by heating to 120 degreeC and slow-cooling, and maintains a decoloring state stably.

このインクは、加熱のみによって発色状態と消色状態を制御できるため本発明に有用なインクであるといえる。また、フリクションインクと比較すると利用可能な色が、青、緑、黒などに限られる。しかし、消色状態では透明になるため、通常のインクの上にこのイ
ンクをフィルタとして用いることで、種々の色での印刷を実現できる。なお、本明細書では、この種のインクを「Recoインク」と称する。
This ink can be said to be an ink useful for the present invention because the coloring state and the decoloring state can be controlled only by heating. Also, the colors that can be used are limited to blue, green, black, and the like as compared with friction ink. However, since it is transparent in the decolored state, printing with various colors can be realized by using this ink as a filter on top of normal ink. In this specification, this type of ink is referred to as “Reco ink”.

上記2種類のインクは本発明に好適に利用できるインクであると言えるが、その他のインクであっても、加熱温度や加熱後の冷却速度の違いによって発色状態と消色状態を制御可能な双安定サーモクロミックインクであればどのようなインクを採用しても構わない。   The above two types of inks can be said to be inks that can be suitably used in the present invention. However, even with other inks, dual inks that can control the coloring state and the decoloring state by the difference in heating temperature and cooling rate after heating. Any ink may be adopted as long as it is a stable thermochromic ink.

<概要>
ここで、本発明に係る印刷方法の概要について説明する。基本的には、本発明に係る印刷方法は、以下の2つの工程からなる。第1の工程は、印刷対象物の表面に上述のような双安定サーモクロミックインクを塗布する工程である。第2の工程は、双安定サーモクロミックインクが塗布された印刷対象物表面を選択的に加熱して、双安定サーモクロミックインクの発色状態と消色状態を切り替えることで印刷を行う工程である。
<Overview>
Here, the outline of the printing method according to the present invention will be described. Basically, the printing method according to the present invention includes the following two steps. The first step is a step of applying the bistable thermochromic ink as described above to the surface of the printing object. The second step is a step of performing printing by selectively heating the surface of the object to be printed on which the bistable thermochromic ink has been applied, and switching between the coloring state and the decoloring state of the bistable thermochromic ink.

インクを印刷対象物に塗布する工程では、何色のインクを塗布しても良い。単色での印刷を行う場合には1種類のみのインクを塗布すればよい。多色印刷を行うためには、反射スペクトルを変更可能なインクを用いればよいが、そのような双安定サーモクロミックインクは現在のところ存在していない。そこで、例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の双安定サーモクロミックインクを、サブピクセルにパターン化して塗布する。サブピクセルのパターンとしてはデルタ配列を採用することができるが、モザイク配列やストライプ配列などとしても良い。そして、これらサブピクセルの発色/消色状態を個別に制御することで、任意の色を印刷することができる。   In the step of applying the ink to the printing object, any color ink may be applied. When printing in a single color, only one type of ink needs to be applied. In order to perform multicolor printing, an ink that can change the reflection spectrum may be used, but such a bistable thermochromic ink does not exist at present. Therefore, for example, bistable thermochromic inks of three colors of red (R), green (G), and blue (B) are applied to the subpixels in a pattern. As the sub-pixel pattern, a delta arrangement can be adopted, but a mosaic arrangement or a stripe arrangement may be used. An arbitrary color can be printed by individually controlling the coloring / decoloring state of these subpixels.

選択的な加熱により印刷を行う工程では、解像度の高い印刷を可能とするためには、加熱する領域を細かく制御できることが好ましい。このような観点から、レーザの照射により印刷対象物表面を加熱することが望ましい。レーザ光源や光学系の性能および照射距離によっても変化するが、数10μmから100μmのスポット径でのレーザ照射が実用的に利用可能であり、250dpiから1000dpi程度の解像度で印刷ができる。   In the step of performing printing by selective heating, it is preferable that the heating region can be finely controlled in order to enable printing with high resolution. From such a viewpoint, it is desirable to heat the surface of the printing object by laser irradiation. Although it varies depending on the performance of the laser light source and the optical system and the irradiation distance, laser irradiation with a spot diameter of several tens of μm to 100 μm can be practically used, and printing can be performed with a resolution of about 250 dpi to 1000 dpi.

フリクションインクのように、加熱温度の違いにより発色状態と消色状態を切り替えるインクを用いている場合には、印刷対象物を一旦冷却してから消色する部分をレーザによって加熱することで印刷が行える。Recoインクのように加熱後の冷却速度の違いによって発色状態と消色状態を切り替えるインクを用いている場合は、フリクションインクと同様に全てを一旦消色状態(あるいは発色状態)にしてから状態を変えても良いが、レーザを照射して照射位置の色を測定して必要に応じて状態を変えるようにしても良い。   When using ink that switches between the colored state and the decolored state due to the difference in heating temperature, such as friction ink, the printing object can be printed by heating the portion to be decolored with a laser after it is cooled once. Yes. When using an ink that switches between the colored state and the decolored state depending on the difference in the cooling rate after heating, such as the Reco ink, all the state is changed to the decolored state (or colored state) once in the same way as the friction ink. However, the state may be changed as necessary by measuring the color of the irradiation position by irradiating a laser.

なお、後述するように、印刷する画像データは、印刷対象物の3次元モデルに貼り付けるテクスチャとして、テクスチャ編集ソフトウェア上で作成すればよい。そして、テクスチャデータに応じて、レーザの照射位置を動かしつつ印刷を行えば良い。なお、印刷対象物が3次元形状であるため、1つの方向からだけでは対象物の全面を印刷できない場合には、レーザと印刷対象物の位置を相対的に移動させれば良い。   As will be described later, the image data to be printed may be created on the texture editing software as a texture to be pasted on the three-dimensional model of the print target. Then, printing may be performed while moving the laser irradiation position according to the texture data. Since the printing object has a three-dimensional shape, if the entire surface of the object cannot be printed from only one direction, the position of the laser and the printing object may be relatively moved.

<装置構成>
次に、本発明の3次元印刷方法を実施するために好適な3次元印刷装置について説明する。図2は、本実施形態に係る3次元印刷装置1の外観である。図3は、本実施形態にかかる3次元印刷装置1のブロック図である。
<Device configuration>
Next, a three-dimensional printing apparatus suitable for carrying out the three-dimensional printing method of the present invention will be described. FIG. 2 is an external view of the three-dimensional printing apparatus 1 according to this embodiment. FIG. 3 is a block diagram of the three-dimensional printing apparatus 1 according to the present embodiment.

本実施形態にかかる3次元印刷装置本体10は、RGBレーザ12、ガルバノメータ13、フォトセンサ14、ターンテーブル15を備える。また、3次元印刷装置1は、コンピュータ20とマイクロコントローラ30を備え、マイクロコントローラ30を介してコ
ンピュータ20からの命令に従って制御される。コンピュータ20は、演算装置、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置などを含む通常のコンピュータである。コンピュータ20は、演算装置がプログラムを実行することで、形状取得部21、形状データ記憶部22、テクスチャ編集部23、UVテクスチャ記憶部24、印刷制御部25として機能する。
The three-dimensional printing apparatus main body 10 according to the present embodiment includes an RGB laser 12, a galvanometer 13, a photosensor 14, and a turntable 15. The three-dimensional printing apparatus 1 includes a computer 20 and a microcontroller 30, and is controlled according to instructions from the computer 20 via the microcontroller 30. The computer 20 is a normal computer including an arithmetic device, a main storage device, an auxiliary storage device, an input / output device, and the like. The computer 20 functions as a shape acquisition unit 21, a shape data storage unit 22, a texture editing unit 23, a UV texture storage unit 24, and a print control unit 25 when the arithmetic device executes a program.

本実施形態では、RGBレーザ12の光源として、青色レーザダイオード12B(405nm)、赤色レーザダイオード12R(650nm)、緑色レーザダイオード12G(532nm)を使用している。3色のレーザは、キネマティックマウント(不図示)やダイクロイックミラー17,18を介して結合され、2軸ガルバノメータ13によって印刷対象物100の表面を走査可能としている。なお、印刷対象物100の表面を加熱するだけであれば、1色のレーザ(例えば青色レーザ)のみを用いても良いが、本実施形態ではレーザ照射位置のインクの色を測定するために3色のレーザを採用している。詳しくは後述するが、RGB3色のレーザでそれぞれ照射して、フォトセンサ14により反射光の波長を計測することで、レーザ照射位置表面の色を測定する。   In this embodiment, a blue laser diode 12B (405 nm), a red laser diode 12R (650 nm), and a green laser diode 12G (532 nm) are used as the light source of the RGB laser 12. The three color lasers are coupled via a kinematic mount (not shown) and dichroic mirrors 17 and 18 so that the surface of the printing object 100 can be scanned by the biaxial galvanometer 13. If only the surface of the printing object 100 is heated, only one color laser (for example, a blue laser) may be used. In this embodiment, 3 is used to measure the color of ink at the laser irradiation position. Color laser is adopted. As will be described in detail later, the color of the laser irradiation position surface is measured by irradiating each of the three RGB lasers and measuring the wavelength of the reflected light by the photosensor 14.

ターンテーブル15は印刷対象物100を載置するためのものであり、回転して印刷対象物100とレーザ12の位置を相対的に移動させる。これは、印刷対象物100の表面全体を印刷可能とするためである。本実施形態においては、レーザ12とターンテーブル15との間の距離は450〜550mmである。   The turntable 15 is for placing the printing object 100 and rotates to relatively move the positions of the printing object 100 and the laser 12. This is because the entire surface of the printing object 100 can be printed. In the present embodiment, the distance between the laser 12 and the turntable 15 is 450 to 550 mm.

コンピュータ20によって実現される各機能部の説明については、以下の印刷方法の説明の中でまとめて行う。   The description of each functional unit realized by the computer 20 will be collectively performed in the following description of the printing method.

<処理方法>
図4は、本実施形態にかかる3次元印刷装置1を用いて、3次元表面に対して印刷を行う処理の流れを示したフローチャートである。
<Processing method>
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing for performing printing on a three-dimensional surface using the three-dimensional printing apparatus 1 according to the present embodiment.

まず、印刷対象物100を用意する(S1)。印刷対象物100は、双安定サーモクロミックインクを塗布可能な物体であり、3次元印刷装置に格納可能であれば任意の物体であって良い。印刷対象物100の表面は平面である必要は無く、任意の形状であって構わない。   First, the printing object 100 is prepared (S1). The print object 100 is an object to which bistable thermochromic ink can be applied, and may be any object as long as it can be stored in the three-dimensional printing apparatus. The surface of the printing object 100 does not have to be a flat surface, and may have an arbitrary shape.

次に、印刷対象物100を3次元スキャンして3次元形状データを取得する(S2−S3)。本実施形態においては、印刷に用いるのと同じレーザを用いてスキャンを行う。形状取得部21は、レーザ等を制御して印刷対象物100の3次元形状を取得して、3次元形状データを形状データ記憶部22に格納する。ただし、印刷対象物100の形状データの取得は、3次元印刷装置1を用いて行う必要は無く、その他の装置によって実行して3次元形状データをコンピュータ20に取り込むようにしても構わない。   Next, the printing object 100 is three-dimensionally scanned to obtain three-dimensional shape data (S2-S3). In the present embodiment, scanning is performed using the same laser used for printing. The shape acquisition unit 21 controls the laser or the like to acquire the three-dimensional shape of the printing object 100 and stores the three-dimensional shape data in the shape data storage unit 22. However, it is not necessary to obtain the shape data of the printing object 100 using the three-dimensional printing apparatus 1, and the three-dimensional shape data may be taken into the computer 20 by being executed by another apparatus.

次に、テクスチャ編集部23によって、利用者は印刷対象物の表面に印刷する画像データ(テクスチャデータ)の編集を行う(S4〜S5)。テクスチャ編集部23は、3次元表面に対するテクスチャを作成・編集するための既存のソフトウェアプログラムによって実現可能である。利用者によってUVテクスチャデータが作成されたら、UVテクスチャ記憶部24にそのデータを記憶する。   Next, the user edits the image data (texture data) to be printed on the surface of the printing object by the texture editing unit 23 (S4 to S5). The texture editing unit 23 can be realized by an existing software program for creating and editing a texture for a three-dimensional surface. When the UV texture data is created by the user, the data is stored in the UV texture storage unit 24.

また、印刷対象物100の表面に対して双安定サーモクロミックインクを塗布する(S6)。本実施形態ではカラー印刷を実現するために、赤、青、緑の3色のインクをパターン化して塗布する。ここでは、図5に示すようにRGBの3色のインクをデルタ配列にて塗布する。各サブピクセルの大きさは、印刷に要求される分解能に応じて適宜調整すればよいが、ここでは直径0.1mm程度(250dpi)の大きさとする。なお、双安定サ
ーモクロミックインクの塗布は、例えば、従来のインクジェット方式の3次元印刷手法などによって実現可能である。なお、印刷対象物の表面の材質や形状によっては、双安定サーモクロミックインクが塗布されたフィルムを貼り付けても構わない。そして、双安定サーモクロミックインクが塗布された印刷対象物100を、ターンテーブル15上に載置する(S8)。なお、ここでは形状をスキャンしてからインクの塗布を行うと説明したが、インクを塗布した後の印刷対象物100をスキャンしても良い。
Further, the bistable thermochromic ink is applied to the surface of the printing object 100 (S6). In this embodiment, in order to realize color printing, three colors of ink of red, blue, and green are applied in a pattern. Here, as shown in FIG. 5, the three colors of RGB are applied in a delta arrangement. The size of each sub-pixel may be adjusted as appropriate according to the resolution required for printing. Here, the size is about 0.1 mm (250 dpi) in diameter. The application of the bistable thermochromic ink can be realized by, for example, a conventional inkjet three-dimensional printing method. Depending on the material and shape of the surface of the printing object, a film coated with bistable thermochromic ink may be attached. Then, the printing object 100 to which the bistable thermochromic ink is applied is placed on the turntable 15 (S8). Here, it has been described that the ink application is performed after the shape is scanned, but the printing object 100 after the ink application may be scanned.

印刷制御部25は、3次元形状データとUVテクスチャデータとから、印刷対象物100に対してレーザ照射を行うのに適した照射ビューを決定する(S9)。また、それぞれの照射ビューにおいて、UVテクスチャのどの点のデータに対するレーザ照射を実行するかも決定する。レーザ照射を行うのに適した照射ビューとは、できるだけ少ないビュー数で印刷対象物100表面の全体にレーザ照射可能であり、かつ、できるだけ印刷対象物100の表面に垂直にレーザを照射できるようなビューである。照射ビューを適切に決定することで、印刷時間の短縮化および印刷精度の向上が見込める。   The print control unit 25 determines an irradiation view suitable for performing laser irradiation on the print object 100 from the three-dimensional shape data and the UV texture data (S9). In addition, in each irradiation view, it is also determined which point of the UV texture is subjected to laser irradiation. The irradiation view suitable for performing laser irradiation is such that the entire surface of the printing object 100 can be irradiated with laser with the smallest possible number of views, and the laser can be irradiated as perpendicularly to the surface of the printing object 100 as possible. It is a view. By appropriately determining the irradiation view, it is possible to shorten the printing time and improve the printing accuracy.

以下のステップS10からS14の処理は、印刷制御部25によって、それぞれの照射ビューに対して実行される。まず、ステップS9で求められた照射ビューに一致するように、印刷制御部25がマイクロコントローラ30を介してターンテーブル15を回転させる(S10)。   The following steps S10 to S14 are executed for each irradiation view by the print control unit 25. First, the print control unit 25 rotates the turntable 15 via the microcontroller 30 so as to coincide with the irradiation view obtained in step S9 (S10).

以下のステップS11からS13の処理は、レーザ加熱による1点の印刷処理である。これらのステップは、照射ビューにおける描画点の数だけ繰り返される。   The following steps S11 to S13 are one-point printing processes by laser heating. These steps are repeated for the number of drawing points in the illuminated view.

まず、印刷制御部25は、ガルバノメータを制御して、レーザの照射位置をUVテクスチャデータにおける点と一致させる。そして、その照射位置において、青色レーザ(10mW)、赤色レーザ(0.4mW)、緑色レーザ(0.5mW)を照射して、フォトセンサ14によって反射光を計測する(S11)。この処理により、照射位置のRGB値を得ることができる。   First, the print control unit 25 controls the galvanometer to match the laser irradiation position with a point in the UV texture data. Then, at the irradiation position, a blue laser (10 mW), a red laser (0.4 mW), and a green laser (0.5 mW) are irradiated, and the reflected light is measured by the photosensor 14 (S11). By this process, the RGB value of the irradiation position can be obtained.

誤差がなければ、照射ビューと3次元形状データに基づいてガルバノメータを制御することで、レーザの照射位置をサブピクセルの単位で正確に決定することができる。しかしながら、サブピクセルの分解能を上げると正確な位置決めが困難となる。そこでレーザ照射位置の色を測定することで、レーザ照射位置制御の較正(キャリブレーション)を実行する。印刷制御部25は、上記の測定によって得られるレーザ照射位置の色に基づいて、レーザ照射位置が何色のサブピクセルであるかを判定することができる。このようなキャリブレーション処理を含めることで、レーザ照射位置の制御を精度良く行うことができる。   If there is no error, the laser irradiation position can be accurately determined in units of subpixels by controlling the galvanometer based on the irradiation view and the three-dimensional shape data. However, if the resolution of the subpixel is increased, accurate positioning becomes difficult. Therefore, the laser irradiation position control is calibrated by measuring the color of the laser irradiation position. The print control unit 25 can determine how many subpixels the laser irradiation position is based on the color of the laser irradiation position obtained by the above measurement. By including such a calibration process, the laser irradiation position can be controlled with high accuracy.

印刷制御部25は、得られた色(RGB値)とUVテクスチャデータの対象点における色とを比較し(S12)、レーザ照射の要否を判定する。レーザ照射位置での発色/消色を変更する必要があれば、照射位置にレーザを照射して、UVテクスチャデータにしたがった色に変更させる(S13)。加熱温度によって発色状態を制御可能なフリクションインクを用いている場合には、インクを消色状態に変化させる際はレーザを照射(50mW、50ms)し、発色状態を維持する際はレーザの照射を行わない。発色状態のためのレーザ照射はキャリブレーション工程とは異なり1色のレーザだけを用いればよい。何色を用いても良いが、本実施形態では青色レーザで加熱を行う。   The print control unit 25 compares the obtained color (RGB value) with the color at the target point of the UV texture data (S12), and determines whether laser irradiation is necessary. If it is necessary to change the coloring / decoloring at the laser irradiation position, the laser is irradiated to the irradiation position to change the color according to the UV texture data (S13). When using friction ink whose color development state can be controlled by heating temperature, laser is irradiated (50 mW, 50 ms) when changing the ink to the decolored state, and laser irradiation is performed when maintaining the color development state. Not performed. Unlike the calibration process, the laser irradiation for the coloring state may use only one color laser. Any color may be used, but in this embodiment, heating is performed with a blue laser.

なお、加熱後の冷却速度で発色状態を制御可能なRecoインクを用いている場合には、照射するレーザのパルスパターンを変化させることで、発色状態を変更する。具体的には、消色状態から発色状態に変化させるためには、図6(a)に示すように、200mW
のパルスを100msの間1回だけ照射する。これにより、加熱後の急速な冷却が実現され、Recoインクは消色状態から発色状態に変化する。一方、インクを消去する場合には、図6(b)に示すように、150mWから徐々に弱くなる5つのパルスを50msのパルス間隔で照射する。これにより、加熱後のゆっくりとした冷却が実現され、Recoインクは発色状態から消色状態に変化する。また、発色状態あるいは消色状態を維持する場合には、レーザの照射を行わない。
When Reco ink that can control the coloring state at the cooling rate after heating is used, the coloring state is changed by changing the pulse pattern of the laser to be irradiated. Specifically, in order to change from the decolored state to the colored state, as shown in FIG.
Are irradiated only once for 100 ms. Thereby, rapid cooling after heating is realized, and the Reco ink changes from a decolored state to a colored state. On the other hand, when erasing ink, as shown in FIG. 6B, five pulses gradually weakening from 150 mW are irradiated at a pulse interval of 50 ms. Thereby, slow cooling after heating is realized, and the Reco ink changes from the colored state to the decolored state. In addition, when the color developing state or the color erasing state is maintained, the laser irradiation is not performed.

上述のレーザ照射において、レーザ光源と印刷対象表面との距離や角度などが変わっても、レーザの焦点スポット径の大きさや、スポット間距離(レーザ照射密度)を一定とする必要がある。焦点スポット径が大きくなると加熱量が小さくなり発色状態の制御ができなくなるためである。また、スポット間距離を一定にしなければ良好な印刷ができないためである。そこで、本実施形態においては、印刷制御部25は、画像空間においてラスタライズ処理を行うのではなく、非特許文献2に開示される手法と同様に物体空間においてラスタライズ処理を行う。このようにレーザ光源と印刷対象表面の距離や角度を考慮してレーザスポット径を制御したりレーザ走査間隔を制御したりすることで、より良好な印刷が達成できる。   In the laser irradiation described above, the focal spot diameter of the laser and the distance between the spots (laser irradiation density) must be constant even if the distance or angle between the laser light source and the surface to be printed changes. This is because when the focal spot diameter is increased, the heating amount is decreased and the color development state cannot be controlled. This is also because good printing cannot be performed unless the distance between spots is constant. Therefore, in the present embodiment, the print control unit 25 does not perform rasterization processing in the image space, but performs rasterization processing in the object space in the same manner as the method disclosed in Non-Patent Document 2. By controlling the laser spot diameter and the laser scanning interval in consideration of the distance and angle between the laser light source and the surface to be printed in this way, better printing can be achieved.

現在の照射ビュー内において印刷すべき全ての点について上記S11からS13の処理を実行したか判断し(S14)、全て完了した場合にはターンテーブルを回転して次の照射ビューでのレーザ照射を開始する(S10)。   It is determined whether or not the processing of S11 to S13 has been executed for all points to be printed in the current irradiation view (S14), and when all of the points are completed, the turntable is rotated to perform laser irradiation in the next irradiation view. Start (S10).

全ての照射ビューについて上記ステップS10からS14の処理を実行したか判断し(S15)、全て完了した場合には印刷処理が完了したことになるので、ターンテーブルから印刷対象物を取り出す(S16)。   It is determined whether the processes of steps S10 to S14 have been executed for all the irradiation views (S15). If all the irradiation views are completed, the printing process is completed, and the print target is taken out from the turntable (S16).

なお、以上の説明では印刷対象物にインクを塗布する工程を含めて説明したが、すでに印刷済みの物体に対して再度印刷を行う場合には、インクを塗布する必要は無い。フリクションインクのように加熱と冷却によって発色状態を変更可能なインクを用いている場合には、再印刷を行う前に印刷対象物を冷却して、表面全面を発色状態にしてから上記の印刷処理を再度行えば良い。Recoインクのように加熱後の冷却速度の違いにより発色状態を変更可能なインクを用いている場合には、前処理無しで上記の印刷処理を再度行えば良い。もちろん、Recoインクの場合にも、あらかじめ全面を発色状態あるいは消色状態にしてから印刷処理を開始しても構わない。   In the above description, the process of applying ink to a print object has been described. However, when printing is performed again on an already printed object, it is not necessary to apply ink. When using ink that can change the coloring state by heating and cooling, such as friction ink, the printing object is cooled before reprinting, and the entire surface is colored, and then the above printing process is performed. Can be done again. In the case of using an ink that can change the color development state due to the difference in the cooling rate after heating, such as the Reco ink, the above-described printing process may be performed again without preprocessing. Of course, also in the case of the Reco ink, the printing process may be started after the entire surface has been colored or decolored in advance.

<実施形態の作用・効果>
本実施形態は、双安定サーモクロミックインクにレーザ照射を照射することで印刷を行うので、非平面の表面に対して印刷が可能であり、しかも書き換えも可能である。書き換えが可能であるという特徴は、たとえばデザインのプロトタイプ作成などに有効である。また、レーザ照射による発色状態の制御は比較的高速に行えるので、印刷も高速に実現できる。
<Operation / Effect of Embodiment>
In this embodiment, printing is performed by irradiating a laser beam to a bistable thermochromic ink, so that printing can be performed on a non-planar surface and rewriting is also possible. The feature of being rewritable is effective for creating a prototype of a design, for example. In addition, since the coloring state by laser irradiation can be controlled at a relatively high speed, printing can also be realized at a high speed.

印刷された画像を保持するために電力や特殊な装置は必要ではない。したがって、印刷後の物体を移動させることができる。したがって、日用品に印刷を行ってそれをそのまま使用することができる。一般家庭において、靴やバッグなどの外観を比較的容易に変えることができる。また、飲食店などにおいてはカップやペンなどに広告を印刷するために用いれば、頻繁に広告内容を変更できる。   No power or special equipment is needed to hold the printed image. Therefore, the printed object can be moved. Therefore, it is possible to print daily commodities and use them as they are. In general households, the appearance of shoes and bags can be changed relatively easily. In addition, in restaurants and the like, if used for printing advertisements on cups and pens, the contents of advertisements can be changed frequently.

また、レーザ照射によって発色状態を制御しているため、印刷対象物の大きさに対する制限が事実上無い点も本実施形態の有利な点である。例えば、車両の表面に印刷を行うことも可能である。その他にも、道路標識、建物の壁・床・天井などに対しても印刷が可能
である。
In addition, since the color development state is controlled by laser irradiation, there is an advantage of this embodiment in that there is virtually no restriction on the size of the print object. For example, it is possible to print on the surface of the vehicle. In addition, it is possible to print on road signs, building walls, floors and ceilings.

<変形例>
上述の説明では、カラー印刷を実現するために複数色のインクをデルタ配列にパターン化して塗布している。しかしながら、デルタ配列以外にストライプ配列やモザイク配列などによりサブピクセルを形成しても同様の効果が得られる。
<Modification>
In the above description, in order to realize color printing, a plurality of colors of ink are applied in a pattern in a delta arrangement. However, the same effect can be obtained even if subpixels are formed by a stripe arrangement or a mosaic arrangement other than the delta arrangement.

また、カラー印刷の実現方法は上記と異なる方法によっても実現できる。たとえば、白色と黒色とを変更可能な双安定サーモクロミックインクを用いてもカラー印刷を実現できる。図7(a)に示すように、印刷物表面に双安定サーモクロミックインクを塗布し、その上にサブピクセル化したカラーフィルタを設ける。これにより、双安定サーモクロミックインクを白色にした部分はカラーフィルタの色となり、双安定サーモクロミックインクを黒色にした部分は黒色となる。   Further, the color printing can be realized by a method different from the above. For example, color printing can be realized using a bistable thermochromic ink that can change between white and black. As shown in FIG. 7 (a), a bistable thermochromic ink is applied to the surface of the printed material, and a color filter formed into sub-pixels is provided thereon. As a result, the portion where the bistable thermochromic ink is white is the color of the color filter, and the portion where the bistable thermochromic ink is black is black.

また、透明と不透明(黒色)を変更可能な双安定サーモクロミックインクを用いてもカラー印刷を実現できる。図7(b)に示すように、印刷物表面に通常のカラーインクによりサブピクセル化したパターンを印刷し、その上に双安定サーモクロミックインクを塗布する。これにより、双安定サーモクロミックインクを透明にした部分はその下のインクの色となり、双安定サーモクロミックインクを不透明とした部分は黒色となる。   Color printing can also be realized using a bistable thermochromic ink that can change between transparent and opaque (black). As shown in FIG. 7B, a pattern formed by sub-pixels using a normal color ink is printed on the surface of the printed material, and a bistable thermochromic ink is applied thereon. As a result, the transparent portion of the bistable thermochromic ink becomes the color of the ink below it, and the opaque portion of the bistable thermochromic ink becomes black.

また、カラー印刷ではなく単色での印刷を行う場合には、印刷対象物表面の全体に一色の双安定サーモクロミックインクを塗布すればよい。この場合の印刷処理は、図4のフローチャートにおけるステップS11のキャリブレーションが不要になる点で上記の実施形態と異なる。   In addition, when performing printing in a single color instead of color printing, it is only necessary to apply one color of bistable thermochromic ink to the entire surface of the printing object. The printing process in this case differs from the above embodiment in that the calibration in step S11 in the flowchart of FIG. 4 is not necessary.

また、上記の実施形態では、印刷対象物の表面に双安定サーモクロミックインクを塗布しているが、印刷対象表面に双安定サーモクロミック材料が含まれれば選択的な加熱による印刷が実行できる。したがって、印刷対象物表面に双安定サーモクロミックインクを塗布する以外に、双安定サーモクロミック材料を含む素材によって印刷対象物を作成しても構わない。例えば、双安定性の発色特性を有する繊維を用いて衣服等を作成し、これを対象として印刷を行うこともできる。   In the above-described embodiment, the bistable thermochromic ink is applied to the surface of the print object. However, if the bistable thermochromic material is included in the print object surface, printing by selective heating can be executed. Therefore, in addition to applying the bistable thermochromic ink to the surface of the printing object, the printing object may be made of a material containing a bistable thermochromic material. For example, clothing or the like can be created using fibers having bistable color development characteristics, and printing can be performed on this.

上記の実施形態においては、ターンテーブルを用いて印刷対象物をレーザに対して移動させているが、その他の方法によって照射ビューを変えても良い。例えば、レーザ光源の方を移動させても良い。印刷対象物の周辺に反射鏡を設置して全面をレーザ照射可能としても良い。また、上記の実施形態においてはレーザは1個所のみから照射可能としたが、複数個所からレーザを照射可能としても構わない。このようにすることで、より大きな印刷対象物であっても、印刷の対象とすることができる。特に大きな印刷面に対しては、印刷装置自体が移動する形態が好適と考えられる。   In the above embodiment, the print object is moved with respect to the laser using the turntable, but the irradiation view may be changed by other methods. For example, the laser light source may be moved. A reflecting mirror may be installed around the print target so that the entire surface can be irradiated with laser. In the above embodiment, the laser can be irradiated from only one place, but the laser may be irradiated from a plurality of places. By doing in this way, even a larger printing object can be set as a printing object. In particular, for a large printing surface, a form in which the printing apparatus itself moves is considered preferable.

10 3次元印刷装置
12R,12G,12B レーザダイオード
13 ガルバノメータ
14 フォトセンサ
15 ターンテーブル
20 コンピュータ
21 形状取得部
23 テクスチャ編集部
25 印刷制御部
30 マイクロコントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 3D printing apparatus 12R, 12G, 12B Laser diode 13 Galvanometer 14 Photo sensor 15 Turntable 20 Computer 21 Shape acquisition part 23 Texture edit part 25 Print control part 30 Microcontroller

Claims (11)

非平面である3次元表面に印刷を行う印刷方法であって、
加熱温度の違いまたは加熱後の冷却速度の違いにより発色状態と消色状態とを変更可能な双安定サーモクロミック材料が設けられた3次元表面を用意する準備工程と、
前記3次元表面を選択的に加熱して印刷を行う印刷工程と、
を含む印刷方法。
A printing method for printing on a non-planar three-dimensional surface,
A preparation step of preparing a three-dimensional surface provided with a bistable thermochromic material capable of changing a colored state and a decolored state by a difference in heating temperature or a cooling rate after heating;
A printing step of selectively heating the three-dimensional surface for printing;
Including printing method.
前記印刷工程では、レーザを用いて加熱を行う、
請求項1に記載の印刷方法。
In the printing step, heating is performed using a laser.
The printing method according to claim 1.
前記3次元表面の形状をスキャンするスキャン工程と、
スキャンされた3次元表面をテクスチャ編集ソフトウェアに取り込み、3次元表面上に印刷する画像データを前記テクスチャ編集ソフトウェアを用いて生成する編集工程と、
をさらに含み、
前記印刷工程では、前記画像データに基づいて前記レーザを制御して加熱を行う、
請求項2に記載の印刷方法。
A scanning step of scanning the shape of the three-dimensional surface;
An editing step of taking the scanned 3D surface into texture editing software and generating image data to be printed on the 3D surface using the texture editing software;
Further including
In the printing step, heating is performed by controlling the laser based on the image data.
The printing method according to claim 2.
前記双安定サーモクロミック材料は、第1の温度以下に冷却することで発色状態となり、前記第1の温度より高い第2の温度以上に加熱することで消色状態となる材料であり、
前記準備工程において発色状態の前記双安定サーモクロミック材料を塗布するか、または、前記準備工程後に前記双安定サーモクロミック材料が塗布された前記3次元表面を前記第1の温度以下に冷却し、
前記印刷工程において、消色状態とさせる個所にレーザを照射して前記第2の温度以上に加熱する、
請求項3に記載の印刷方法。
The bistable thermochromic material is a material that enters a colored state when cooled below the first temperature, and is decolored when heated above the second temperature higher than the first temperature,
Applying the bistable thermochromic material in a colored state in the preparation step, or cooling the three-dimensional surface on which the bistable thermochromic material is applied after the preparation step to the first temperature or less,
In the printing process, the portion to be decolored is irradiated with a laser to be heated to the second temperature or higher.
The printing method according to claim 3.
前記双安定サーモクロミック材料は、加熱後の冷却速度に応じて発色状態と消色状態とを変更可能な材料であり、
前記印刷工程は、異なるパルスパターンのレーザを照射することによって、前記双安定サーモクロミック材料の発色状態と消色状態を変更する、
請求項3に記載の印刷方法。
The bistable thermochromic material is a material that can change the colored state and the decolored state according to the cooling rate after heating,
The printing step changes the color development state and the color erasure state of the bistable thermochromic material by irradiating lasers having different pulse patterns.
The printing method according to claim 3.
前記準備工程では、前記3次元表面に前記双安定サーモクロミック材料を塗布する、
請求項1〜5のいずれかに記載の印刷方法。
In the preparation step, the bistable thermochromic material is applied to the three-dimensional surface.
The printing method according to claim 1.
前記準備工程では、異なる色に発色する複数種類の双安定サーモクロミック材料を、パターン化して、前記3次元表面に塗布する、
請求項6に記載の印刷方法。
In the preparation step, a plurality of types of bistable thermochromic materials that develop different colors are patterned and applied to the three-dimensional surface.
The printing method according to claim 6.
前記印刷工程は、
レーザを前記3次元表面に照射したときの表面における反射光強度を計測して、レーザ照射位置における双安定サーモクロミック材料の色を測定する工程と、
前記測定に基づき前記レーザの照射位置を判定するキャリブレーション工程と、
を含む、
請求項7に記載の印刷方法。
The printing process includes
Measuring the reflected light intensity on the surface when the laser is irradiated on the three-dimensional surface, and measuring the color of the bistable thermochromic material at the laser irradiation position;
A calibration step of determining an irradiation position of the laser based on the measurement;
including,
The printing method according to claim 7.
非平面の3次元表面を有する印刷対象物を載せるための載置台と、
レーザを照射する光源と、
フォトセンサと、
前記レーザによって前記3次元表面をスキャンして前記3次元表面の形状を取得する形状取得手段と、
スキャンされた3次元表面を取り込み、3次元表面上に印刷する画像データをユーザに編集可能とするテクスチャ編集手段と、
前記画像データに基づいて前記レーザを制御して前記3次元表面の加熱を行う印刷手段と、
を備える3次元表面印刷装置。
A mounting table for mounting a printing object having a non-planar three-dimensional surface;
A light source for irradiating a laser;
A photo sensor,
Shape acquisition means for acquiring the shape of the three-dimensional surface by scanning the three-dimensional surface with the laser;
Texture editing means for capturing a scanned three-dimensional surface and enabling a user to edit image data to be printed on the three-dimensional surface;
Printing means for heating the three-dimensional surface by controlling the laser based on the image data;
A three-dimensional surface printing apparatus comprising:
前記載置台と前記光源とを相対的に移動させる移動機構、をさらに備え、
前記印刷手段は、複数の異なる方向から前記3次元表面に対する加熱を行う、
請求項9に記載の3次元表面印刷装置。
A moving mechanism for relatively moving the mounting table and the light source,
The printing means heats the three-dimensional surface from a plurality of different directions.
The three-dimensional surface printing apparatus according to claim 9.
前記レーザを前記3次元表面に照射した際の反射光強度に基づいてレーザ照射位置における前記3次元表面の色を測定し、該測定された色に基づいてレーザ照射位置を判定するキャリブレーション手段をさらに備える、
請求項9または10に記載の3次元表面印刷装置。
Calibration means for measuring the color of the three-dimensional surface at the laser irradiation position based on the reflected light intensity when the laser is irradiated on the three-dimensional surface, and determining the laser irradiation position based on the measured color In addition,
The three-dimensional surface printing apparatus according to claim 9 or 10.
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