JP2015150862A

JP2015150862A - ３次元造形装置を用いて造形物を造形するためのコンピュータプログラムおよびそれを備えた３次元造形システム

Info

Publication number: JP2015150862A
Application number: JP2014029233A
Authority: JP
Inventors: 小林　光一; Koichi Kobayashi; 光一小林
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: US9833985B2; US20150231824A1; JP6377364B2

Abstract

【課題】光硬化性樹脂が紫外線に晒される機会を低減することによって、光硬化性樹脂の劣化を防止し、品質に優れた造形物を造形可能とすること。
【解決手段】液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を算出するための３次元造形装置用コンピュータプログラムである。前記コンピュータプログラムによって、コンピュータ５０は、造形物の情報および造形物を支持する補助部材の情報を記憶した第１記憶部６０と、第１記憶部６０に記憶した造形物の情報および補助部材の情報に基づいて、造形物の造形に必要な樹脂量および補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する第１算出部６２と、算出後の造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する出力部６４として機能する。
【選択図】図５

Description

本発明は、３次元造形装置を用いて造形物を造形するためのコンピュータプログラムおよびそれを備えた３次元造形システムに関する。

従来から、槽内に収容された液体の光硬化性樹脂に光を照射し、この光硬化性樹脂を硬化させることによって３次元物体を造形する３次元造形装置が知られている。

この種の３次元造形装置は、開口が形成された台と、台の上に載置された槽と、槽の上方に配置された昇降自在なホルダとを備える。台の下方には、光を照射する光源およびミラー等を有する光学系が配置されている。槽内に収容された光硬化性樹脂のうち、光が照射された部分は硬化する。光の照射位置を制御することにより、硬化する樹脂の位置を適宜変更することができ、硬化後の樹脂に所望の断面形状を形成することができる。ホルダを順次上昇させることにより、所望の断面形状が下方に向かって連続的に形成される。このようにして、所望の３次元造形物が造形される。

ところで、３次元造形物を造形するときに槽内に存在する樹脂量が不足すると、造形物を造形することができなくなるため、従来は槽内に多量の光硬化性樹脂を予め収容していた。このため、造形物を造形した後には、多量の樹脂が槽内に残存していた。次いで、造形物を造形するときには、かかる樹脂を利用していた。しかし、かかる樹脂の一部は、先の造形物を造形するときに、光源からの光に晒されることがあり、これにより、光硬化性樹脂が劣化してしまうということがあった。劣化した光硬化性樹脂を用いて造形物を造形しようとすると、所望の断面形状を形成することができず、造形物の品質が低下してしまう虞がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光硬化性樹脂が紫外線に晒される機会を低減することによって、光硬化性樹脂の劣化を防止し、品質に優れた造形物を造形可能とすることである。

本発明に係るコンピュータプログラムは、液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を算出するための３次元造形装置用コンピュータプログラムであって、コンピュータを、造形物の情報および前記造形物を支持する補助部材の情報を記憶した第１記憶手段、前記第１記憶手段に記憶した前記造形物の情報および前記補助部材の情報に基づいて、前記造形物の造形に必要な樹脂量および前記補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する第１算出手段、および、算出後の前記造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の前記補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する出力手段、として機能させるためのコンピュータプログラムである。

本発明に係るコンピュータプログラムによれば、第１算出手段によって、造形物の造形に必要な樹脂量および補助部材の造形に必要な樹脂量が算出される。そして、出力手段によって、算出後の造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量が出力される。従って、ユーザは、造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を、造形物の造形前に予め知ることができる。このため、ユーザは、造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を用いることができ、造形物の造形後に多量の樹脂が残存することを防止することができる。多量の樹脂が残存している場合、繰り返し造形物を造形することによって、樹脂の劣化が進行してしまう虞がある。しかし、本発明によれば、造形物を造形する際には、常に状態のよい光硬化性樹脂を用いることになるため、造形物の品質の低下を防止することができる。

本発明の一態様によれば、前記第１算出手段は、前記造形物および前記補助部材を積層方向に複数のセグメントに分割し、前記各セグメントの樹脂量をシンプソンの公式により算出し、算出された前記各セグメントの樹脂量を合算することによって前記第１樹脂量を求める。

上記態様によれば、第１樹脂量を短時間で精度よく求めることができる。

本発明の一態様によれば、前記コンピュータをさらに、前記光硬化性樹脂を収容する槽の情報と、前記槽が配置され、前記光硬化性樹脂に照射する光が通過する光通過部を有する台の情報と、を記憶した第２記憶手段、および、前記第２記憶手段に記憶した前記槽の情報および前記台の情報に基づいて、前記造形物を３次元造形した後に前記槽内に残る第２樹脂量を算出する第２算出手段、として機能させ、前記出力手段は、前記第１樹脂量と前記第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力する。

上記態様によれば、第２算出手段によって、造形物を３次元造形した後に槽内に残る樹脂量が算出される。そして、出力手段によって、第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量が出力される。従って、ユーザは、造形物を３次元造形するときに第３樹脂量だけを用いることによって、造形物の３次元造形中に、光通過部の上方に光硬化樹脂が存在しなくなることを防止することができる。すなわち、ユーザは予め必要な光硬化樹脂量を知ることができ、かかる量の光硬化性樹脂を用いることによって、造形物の造形後に多量の樹脂が槽内に残存することを防止することができる。

本発明の一態様によれば、前記第２樹脂量は、前記槽において、前記光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量である。

上記態様によれば、造形物を３次元造形した後に光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量が算出される。これにより、ユーザは予め必要最低限の光硬化樹脂量を知ることができ、かかる量の光硬化性樹脂を用いることによって、造形物の造形後に多量の樹脂が槽内に残存することを防止することができる。

本発明に係る３次元造形システムは、液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するための３次元造形システムであって、造形物の情報および前記造形物を支持する補助部材の情報を記憶した第１記憶部と、前記第１記憶部に記憶した前記造形物の情報および前記補助部材の情報に基づいて、前記造形物の造形に必要な樹脂量および前記補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する第１算出部と、算出後の前記造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の前記補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する出力部と、液体の光硬化性樹脂を収容する槽と、前記槽が載置され、前記光硬化性樹脂に照射する光を通過させる光通過部を有する台と、前記台の下方に配置され、光を発する光源を少なくとも有し、前記光通過部を通じて前記光源からの光を前記槽内の前記光硬化性樹脂に照射する光学装置と、前記槽の上方において昇降自在に設けられ、下降したときに前記槽内の光硬化性樹脂に浸漬し、上昇するときに、前記光が照射されて硬化した前記光硬化性樹脂を吊り上げるホルダと、を備えた３次元造形装置と、を備えた３次元造形システムである。

本発明に係る３次元造形システムによれば、第１算出部によって、造形物の造形に必要な樹脂量および補助部材の造形に必要な樹脂量が算出される。そして、出力部によって、算出後の造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量が出力される。従って、ユーザは、造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を、造形物の造形前に予め知ることができる。このため、ユーザは、造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を槽内に収容することができ、３次元造形装置で造形物を造形した後に槽内に多量の樹脂が残存することを防止することができる。多量の樹脂が槽内に残存している場合、該樹脂を用いて繰り返し造形物を造形することによって、樹脂の劣化が進行してしまう虞がある。しかし、本発明によれば、造形物を造形する際には、常に状態のよい光硬化性樹脂を槽内に収容することになるため、造形物の品質の低下を防止することができる。

本発明の一態様によれば、前記第１算出部は、前記造形物および前記補助部材を積層方向に複数のセグメントに分割し、前記各セグメントの樹脂量をシンプソンの公式により算出し、算出された前記各セグメントの樹脂量を合算することによって前記第１樹脂量を求める。

本発明の一態様によれば、前記光硬化性樹脂を収容する槽の情報と、前記槽が配置され、前記光硬化性樹脂に照射する光が通過する光通過部を有する台の情報と、を記憶した第２記憶部と、前記第２記憶部に記憶した前記槽の情報および前記台の情報に基づいて、前記造形物を３次元造形した後に槽内に残る第２樹脂量を算出する第２算出部と、を備え、前記出力部は、前記第１樹脂量と前記第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力する。

上記態様によれば、第２算出部によって、造形物を３次元造形した後に槽内に残る樹脂量が算出される。そして、出力部によって、第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量が出力される。従って、ユーザは、造形物を３次元造形するときに第３樹脂量だけ槽内に収容することによって、造形物の３次元造形中に、光通過部の上方に光硬化樹脂が存在しなくなることを防止することができる。すなわち、ユーザは予め必要な光硬化樹脂量を知ることができ、かかる量の光硬化性樹脂を用いることによって、造形物の造形後に多量の樹脂が槽内に残存することを防止することができる。

本発明の一態様によれば、前記槽の所定方向を前後方向としたときに、前記光通過部は、前記槽の後部の底面に位置し、前記槽の前端は、前記槽の後端よりも上方に位置する。

上記態様によれば、槽は傾斜しているため、光硬化性樹脂は槽の後端側に集まる。これにより、造形物を３次元造形した後に台の光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量を少なくすることができる。

本発明の一態様によれば、前記第２樹脂量は、前記造形物を３次元造形した後に、前記槽の底面のうち前記光通過部の上方部分には前記光硬化性樹脂が存在し、前記上方部分以外の一部には前記光硬化性樹脂が存在しない樹脂量である。

上記態様によれば、造形物を３次元造形した後に台の光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量をより少なくすることができる。

本発明の一態様によれば、前記出力部で出力された前記第１樹脂量または前記第３樹脂量を表示する表示装置を備える。

上記態様によれば、ユーザは第１樹脂量または第３樹脂量を視覚的に認識することができる。

本発明の一態様によれば、前記槽に液体の光硬化性樹脂を供給する供給装置を備え、前記供給装置は、前記第１樹脂量または前記第３樹脂量に基づいて前記槽に光硬化性樹脂を自動的に供給する。

上記態様によれば、ユーザが誤った量の樹脂量を供給することが防止される。

本発明の一態様によれば、前記槽内に存在する樹脂量を測定する測定装置と、前記測定装置により測定される前記槽内の樹脂量が所定量であるか否かを判定する判定部とを備え、前記造形物が造形された後に、前記判定部により前記槽内の樹脂量が所定量より多いと判定されると、前記供給装置は、前記槽に供給する光硬化性樹脂の樹脂量を減少させるように構成されている。

上記態様によれば、造形物が造形された後に、槽内の樹脂量が所定量より多い場合には、供給装置は、槽に供給する光硬化性樹脂の樹脂量を減少させる。これにより、次の造形物を造形した後に、多量の樹脂が槽内に残存することを防止することができる。

本発明によれば、光硬化性樹脂が紫外線に晒される機会を低減することによって、光硬化性樹脂の劣化を防止し、品質に優れた造形物を造形可能とすることができる。

本発明の一実施形態に係る３次元造形システムのブロック図である。本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の断面図である。本発明の一実施形態に係る槽が台に載置された状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る槽が台に載置された状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るコンピュータのブロック図である。本発明の一実施形態に係る造形物および補助部材の体積を求めるときの説明図である。本発明の一実施形態に係るメイン画面を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。以下の説明では、本実施形態に係るコンピュータプログラムを用いて、造形物を３次元造形するものとする。図１に示すように、本実施形態に係る３次元造形システム５は、液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するためのシステムである。３次元造形システム５は、本実施形態に係るコンピュータプログラムを用いる。３次元造形システム５は、３次元造形装置１０と、コンピュータ５０と、供給装置９４と、測定装置９６と、を備えている。３次元造形物は、３次元造形装置１０によって造形される。

以下の説明において、特に断らない限り、図２の左、右、上、下をそれぞれ３次元造形装置１０の前、後、上、下とする。図３の上、下をそれぞれ３次元造形装置１０の右、左とする。図２等において、符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕｐ、Ｄｎは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。

図２に示すように、３次元造形装置１０は、台１１と、槽１２と、ホルダ１３と、光学装置１４と、ケース２５とを備えている。

台１１は、ケース２５に支持されている。台１１には、開口２１が形成されている。開口２１は、光硬化性樹脂２３に照射する光を通過させる部位、すなわち光通過部である。開口２１の形状は特に限定されない。本実施形態では、図３に示すように、開口２１は平面視矩形状に形成されている。開口２１は、光通過部の一例である。

図２に示すように、槽１２は、台１１上に載置される。槽１２は、台１１に取り付け可能に配置されている。図３に示すように、槽１２は、台１１（図２参照）に載置された状態において、台１１の開口２１を覆っている。槽１２は、平面視で台１１の開口２１と重なる。図２に示すように、槽１２は、液体の光硬化性樹脂２３を収容する。図３に示すように、槽１２は、平面視矩形状の容器である。槽１２は、平面視矩形状の底壁１２Ａと、底壁１２Ａの左端部、右端部、前端部、後端部からそれぞれ起立した左側壁１２Ｂ、右側壁１２Ｃ、前側壁１２Ｄ、後側壁１２Ｅとを備えている。槽１２の底壁１２Ａは、槽１２が台１１上に載置された際に、一部が台１１の開口２１の上方に位置している。ここでは、槽１２の底壁１２Ａの後部が開口２１の上方に位置している。開口２１は、槽１２の後部の底面に位置している。槽１２のうち少なくとも底壁１２Ａは、光を透過させることのできる材料、例えば透明な樹脂またはガラス等で形成されている。本実施形態では、槽１２は透明なアクリル樹脂で形成されている。なお、槽１２の底壁１２Ａの表面には、光硬化性樹脂２３が固着してしまうことを抑制する層が設けられていてもよい。例えば、槽１２の底壁１２Ａの表面には、シリコン層が設けられていてもよい。図２に示すように、槽１２の前端１２ｆは、槽１２の後端１２ｂよりも上方に位置する。図４に示すように、槽１２は、水平面に対して角度θだけ傾いている。

光硬化性樹脂２３とは、光を照射することによって硬化することが可能な樹脂のことである。

図２に示すように、ホルダ１３は、槽１２の上方に配置されている。ホルダ１３は、台１１の開口２１の上方に配置されている。ホルダ１３の形状は特に限定されないが、平面視矩形状に形成されている。ホルダ１３は、昇降自在な部材である。ホルダ１３は、光学装置１４のプロジェクタ３１からの光が照射されることによって硬化した光硬化性樹脂２３を槽１２から引き上げる。ホルダ１３は、下降したときに槽１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬するように構成されている。ホルダ１３は、上昇するときに、光が照射されて硬化した光硬化性樹脂２３を吊り上げるように構成されている。本実施形態では、台１１には、上下方向に延びた支柱４１が設けられている。支柱４１の前方には、スライダ４２が取り付けられている。スライダ４２は、支柱４１に沿って昇降自在であり、モータ（図示せず）によって上方または下方に移動する。ホルダ１３は、スライダ４２に取り付けられている。ホルダ１３は、上記モータによって上方または下方に移動する。支柱４１は、スライダ４２を介して、ホルダ１３を昇降自在に間接的に支持している。ただし、支柱４１はホルダ１３を直接的に支持していてもよい。ホルダ１３は支柱４１の前方に配置されている。ホルダ１３は前後に移動不能であってもよいが、前後に移動可能になっていてもよい。ホルダ１３は左右に移動不能であってもよいが、左右に移動可能になっていてもよい。

光学装置１４は、台１１の下方に配置されている。光学装置１４は、槽１２内に収容された液体の光硬化性樹脂２３に光を照射する装置である。光学装置１４は、プロジェクタ３１と、ミラー３２とを備えている。光学装置１４は台１１の下方に設けられたケース２５に収容されている。光学装置１４は、ケース２５に支持されている。

プロジェクタ３１は光を発する光源の一例である。ただし、光学装置１４の光源はプロジェクタ３１に限定される訳ではない。本実施形態では、プロジェクタ３１は、台１１の前部の下方に配置されている。プロジェクタ３１は、ホルダ１３より前方に配置されている。プロジェクタ３１は、レンズ３４を備えている。レンズ３４は、プロジェクタ３１の後部に配置されている。レンズ３４を通じて前方から後方に向かって光が発せられる。プロジェクタ３１の投光方向は特に限定されない。ここでは、プロジェクタ３１から発せられる光は、レンズ３４の光軸３４Ａを通る水平面の下方よりも上方に多く照射される。プロジェクタ３１には、後述のコンピュータ５０が接続されている。コンピュータ５０は、プロジェクタ３１から発せられる光を制御する。例えば、コンピュータ５０は、プロジェクタ３１から発せられる光の波長帯域、光の形状および光を発するタイミングなどを制御する。

ミラー３２は、プロジェクタ３１からの光を槽１２に向かって反射させるものである。ミラー３２は、台１１に形成された開口２１の下方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１の後方に配置されている。ミラー３２は、プロジェクタ３１と前後方向に並ぶように配置されている。側面視において、プロジェクタ３１のレンズ３４の光軸３４Ａは、ミラー３２の中心３２Ｂよりも下方に位置する。レンズ３４の下端３４ｄとミラー３２の下端３２ｄとは、略同じ高さである。レンズ３４の下端３４ｄとミラー３２の下端３２ｄとの上下位置の差は、プロジェクタ３１の上下長さ以下であってよく、レンズ３４の上下長さ以下であってもよい。レンズ３４の下端３４ｄとミラー３２の下端３２ｄとの上下位置の差は、零であってもよい。ミラー３２は、前下がりに傾斜して配置されている。プロジェクタ３１から発せられた光は、ミラー３２によって反射され、台１１の開口２１を通じて槽１２内の光硬化性樹脂２３に照射される。プロジェクタ３１からの光の照射方向は、プロジェクタ３１の上下方向の位置を調整したり、ミラー３２の角度を調整したりすることによって調整することができる。

３次元造形装置１０は、脚１５を備えている。脚１５は、傾斜装置の一例である。脚１５は、槽１２の底面の前部が槽１２の底面の後部よりも上方に配置されるように、すなわち、槽１２が後側に傾くように、槽１２を傾斜させるものである。脚１５は、ケース２５の底壁２５Ａに設けられている。脚１５は、ケース２５の底壁２５Ａの四隅部に設けられており、合計４つ設けられている。図２では、ケース２５の底壁２５Ａの左前部および左後部に設けられた脚１５が図示されているが、ケース２５の底壁２５Ａの右前部および右後部にも同様の脚１５が設けられている。４つの脚１５は、それぞれ独立して長さを調節することが可能である。脚１５は、ケース２５の底壁２５Ａに形成された孔（図示せず）に挿入される軸１５ａを備えている。この軸１５ａがケース２５の底壁２５Ａに挿入される長さを適宜調節することにより、脚１５の長さを調節することができる。４つの脚１５のうち、前側の脚１５は後側の脚１５よりも長い。これにより、槽１２は後側に傾いている。槽１２は、後斜め下方に傾いている。脚１５の長さを調節することによって、槽１２の角度θ（図４参照）を調整することができる。

脚１５の長さを調節することによって槽１２を傾斜させると、３次元造形装置１０自体も傾斜する。台１１と光学装置１４と支柱４１とはケース２５に支持されているため、前側の脚１５の長さと後側の脚１５の長さとを相違させると、台１１と、光学装置１４と、支柱に４１に取り付けられたホルダ１３とは、槽１２と同様に傾斜する。このとき、光学装置１４と、台１１の開口２１と、槽１２と、ホルダ１３との相対的な位置関係は変化しない。３次元造形装置１０の各部位同士の位置関係は変化しない。よって、槽１２を傾斜させたとしても、３次元造形の品質が低下するおそれはない。

図１に示すように、３次元造形装置１０は、コンピュータ５０に通信可能に接続されている。３次元造形装置は、コンピュータ５０に常時接続されていてもよく、適宜に接続されていてもよい。また、３次元造形装置１０とコンピュータ５０との接続は、有線による接続に限らず、無線による接続であってもよい。

コンピュータ５０の種類は特に限定されず、例えば、汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。コンピュータ５０は、本実施形態に係るコンピュータプログラムに従って、３次元造形装置１０を用いて造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を算出する。コンピュータ５０には、読み取り装置５４が設けられている。読み取り装置５４は、コンピュータプログラムを記録した記録媒体５２からコンピュータプログラムを読み取る。なお、この種の記録媒体５２として、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、メモリカード等を利用することができる。ただし、上記コンピュータプログラムは、予めコンピュータ５０の内部のメモリに記憶されていてもよい。また、上記コンピュータプログラムは、有線または無線の通信手段を介してコンピュータ５０に読み取られてもよい。

コンピュータ５０には、液晶ディスプレイ等からなる表示装置５６と、キーボードやマウス等からなる入力装置５８とが接続されている。

本実施形態に係るコンピュータプログラムは、液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を算出するための３次元造形装置用コンピュータプログラムである。コンピュータ５０は、本実施形態に係るコンピュータプログラムによって、以下の各機能を果たすように機能する。図５は、コンピュータ５０の機能ブロック図である。図５に示すように、コンピュータ５０は、第１記憶部６０として機能する。第１記憶部６０は、造形物の形状等の情報を記憶する。第１記憶部６０は、造形物を支持する補助部材の形状等の情報を記憶する。コンピュータ５０は、第１算出部６２として機能する。第１算出部６２は、第１記憶部６０に記憶した造形物の情報に基づいて、造形物の造形に必要な樹脂量を算出する。第１算出部６２は、第１記憶部６０に記憶した補助部材の情報に基づいて、補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する。第１算出部６２は、造形物の造形に必要な樹脂量と補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を算出する。樹脂量とは、液体の光硬化性樹脂の量を表す。補助部材とは、造形物の造形の際に必要な部材であり、造形物の完成後には取り除かれる部材である。

本実施形態では、第１樹脂量は、以下のようにして求められる。すなわち、図６に示すように、第１算出部６２は、造形物９０および補助部材９２を積層方向に複数のｎ個（ｎは整数）のセグメントに分割する。第１算出部６２は、各セグメントを造形するのに必要な樹脂量をシンプソンの公式により算出する。第１算出部６２は、算出された各セグメントの樹脂量を合算することによって第１樹脂量を求める。本実施形態では、造形物９０および補助部材９２を４個のセグメント９３Ａ〜９３Ｄに分割している。

造形物９０および補助部材９２を積層方向に複数のセグメント９３Ａ〜９３Ｄに分割するとき、各セグメント９３Ａ〜９３Ｄの上下方向の長さＬが相互に同じとなることが好ましい。例えば、各セグメントの長さＬは、０．５ｍｍ〜５ｍｍ（好ましくは、１ｍｍ〜２ｍｍ。）であるとよい。なお、造形物９０および補助部材９２の形状によっては、最上層のセグメントの長さがその他のセグメントの長さと異なることがある。本実施形態では、セグメント９３Ｄの長さは、セグメント９３Ａ〜９３Ｃの長さとは異なっている。

各セグメント９３Ａ〜９３Ｄを造形するのに必要な樹脂量、すなわち各セグメント９３Ａ〜９３Ｄの体積Ｖはシンプソンの公式（シンプソン法）を用いて概算される。シンプソンの公式は下記式（１）で表される。
Ｖ≒ｈ／３×（ｙ_０＋４ｙ_１＋２ｙ_２＋・・・・・＋４ｙ_ｎ−１＋ｙ_ｎ）（１）
ここで、ｈは、各セグメントの上下方向の長さ、ｙ_０は各セグメントの１層目の面積、ｙ_１は各セグメントの２層目の面積、ｙ_２は各セグメントの３層目の面積、ｙ_ｎ−１は各セグメントのｎ層目の面積、ｙ_ｎは各セグメントの（ｎ＋１）層目の面積である。

各セグメントの各層の面積は、外積を用いることによって算出される。すなわち、各セグメントの各層の面積は、各線分と原点によってできる複数の三角形の面積の総和である。また、シンプソンの公式（１）を用いて各セグメント９３Ａ〜９３Ｄの体積を求めるとき、各セグメント９３Ａ〜９３Ｄをｎ層（例えば１０００層から２００００層、好ましくは１００００層）に分割することによって、概算される各セグメントの体積の誤差を低減することができる。

第１算出部６２は、シンプソンの公式（１）により算出された各セグメント９３Ａ〜９３Ｄの体積に光硬化性樹脂の比重を乗ずることによって各セグメントに必要な樹脂量を求め、これら樹脂量を合算する。これにより、造形物９０および補助部材９２の造形に必要な第１樹脂量を求めることができる。

また、図５に示すように、コンピュータ５０は、第２記憶部６６として機能する。第２記憶部６６は、光硬化性樹脂を収容する槽１２の形状等の情報を記憶する。第２記憶部６６は、槽１２が配置され、光硬化性樹脂に照射する光が通過する開口２１を有する台１１の形状等の情報を記憶する。コンピュータ５０は、第２算出部６８として機能する。第２算出部６８は、第２記憶部６６に記憶した槽１２の情報および台１１の情報に基づいて、造形物を３次元造形した後に槽１２内に残る第２樹脂量を算出する。ここで、第２樹脂量は、槽１２において、開口２１の全体を覆うのに必要な樹脂量であることが好ましい。図３に示すように、第２樹脂量は、造形物を３次元造形した後に、光硬化性樹脂２３の前端２３Ｆが開口２１の前端２１Ｆよりも前方かつ槽１２の前壁１２ＤＷよりも後方に位置する樹脂量である。図４に示すように、第２樹脂量は、造形物を３次元造形した後に、槽１２の底面のうち開口２１の上方部分には光硬化性樹脂２３が存在し、上方部分以外の一部には光硬化性樹脂２３が存在しない樹脂量である。

第２記憶部６６は、槽１２および台１１の情報を記憶する。第２記憶部６６は、槽１２の前後方向の長さＡ（図４参照）と、槽１２の高さ方向の長さＢ（図４参照）と、槽１２の左右方向の長さＺ（図３参照）と、を記憶する。図４に示すように、槽１２の前後方向の長さＡとは、前側壁１２Ｄの内壁１２ＤＷから後側壁１２Ｅの内壁１２ＥＷまでの長さＡである。槽１２の上下方向の長さＢとは、底壁１２Ａの上面１２ＡＴから前側壁１２Ｄの上面１２ＤＴまでの長さＢである。図３に示すように、槽１２の左右方向の長さＺとは、左側壁１２Ｂの内壁１２ＢＷから右側壁１２Ｃの内壁１２ＣＷまでの長さＺである。第２記憶部６６は、台１１の開口２１の形状および寸法を記憶する。第２記憶部６６は、台１１上に槽１２が載置されたときに、槽１２のどの部分の下方に開口２１が位置するのかを記憶する。

本実施形態では、第２樹脂量は、以下のようにして求められる。すなわち、第２算出部６８は、造形物を３次元造形した後に槽１２内に残る光硬化性樹脂２３の上下方向の長さＸ（図４参照）と、造形物を３次元造形した後に槽１２内に残る光硬化性樹脂２３の前後方向長さＹ（図４参照）と、左側壁１２Ｂの内壁１２ＢＷから右側壁１２Ｃの内壁１２ＣＷまでの長さＺ（図３参照）と、を乗じることによって第２樹脂量を求める。好ましくは、光硬化性樹脂２３の上下方向の長さＸ（図４参照）は、開口２１の全体を覆うのに必要な樹脂量であり、光硬化性樹脂２３の前後方向長さＹ（図４参照）は、開口２１の全体を覆うのに必要な樹脂量である。図４に示すように、長さＸは、槽１２の底壁１２Ａの上面１２ＡＴから光硬化性樹脂２３の上面２３Ｔまでの長さであって、最も長い部分の長さである。本実施形態では、長さＸは、後側壁１２Ｅに沿った部分の長さである。長さＹは、槽１２の後側壁１２Ｅの内壁１２ＥＷから光硬化性樹脂２３の前端２３Ｆ（図３参照）までの長さである。ここで、槽１２の傾きθと開口２１の位置情報とから、開口２１の前後方向の全てを覆うのに必要な長さＹを求めることができる。なお、図３に示すように、長さＹは、後側壁１２Ｅの内壁１２ＥＷから開口２１の前端２１Ｆまでの長さＣ（図３参照）と同じか長さＣよりも大きければよい。ただし、造形物を３次元造形した後に、槽１２内に収容される光硬化性樹脂２３は少ないほどよいため、長さＹは、長さＣよりも僅かに長いことが好ましい。開口２１の前端２１Ｆから光硬化性樹脂２３の前端２３Ｆまでの距離Ｅは、後側壁１２Ｅの内壁１２ＥＷから開口２１の後端２１Ｂまでの距離Ｆと同じかそれ以下であることが好ましい。

また、図５に示すように、コンピュータ５０は、出力部６４として機能する。出力部６４は、第１算出部６２によって算出された造形物の造形に必要な樹脂量と第１算出部６２によって算出されたの補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する。また、出力部６４は、第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力する。出力部６４で出力された第１樹脂量または第３樹脂量は、表示装置５６に表示される。

また、コンピュータ５０は、判定部７０として機能する。判定部７０は、測定装置９６により測定される槽１２内の樹脂量が所定量であるか否かを判定する。

また、コンピュータ５０は、供給部７２として機能する。供給部７２は、第１算出部６２により算出された第１樹脂量を槽１２内に供給するように供給装置９４に指示する。供給部７２は、第１算出部６２により算出された第１樹脂量と第２算出部６８により算出された第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を槽１２内に供給するように供給装置９４に指示する。

図１に示すように、測定装置９６は、コンピュータ５０に接続されている。測定装置９６は、槽１２（図２参照）内に存在する樹脂量を測定する。測定装置９６は、３次元造形装置１０の槽１２内に配置される。測定装置９６の種類は特に限定されず、例えば、液面センサ等の周知のセンサを好適に用いることができる。

図１に示すように、供給装置９４は、コンピュータ５０に接続されている。供給装置９４は、３次元造形装置１０に設けられる。供給装置９４は、槽１２（図２参照）に液体の光硬化性樹脂を自動的に供給する。なお、ユーザが槽１２に光硬化性樹脂を直接供給してもよい。図５に示すように、供給装置９４は、供給部７２の指示に基づいて、槽１２に液体の光硬化性樹脂を第１樹脂量または第３樹脂量だけ自動的に供給する。造形物が造形された後に、判定部７０により槽１２内の樹脂量が所定量より多いと判定されると、判定部７０は供給部７２に指示をする。これにより、供給装置９４は、槽１２に供給する光硬化性樹脂の樹脂量を減少させるように構成されている。また、造形物の造形中に、判定部７０により槽１２内の樹脂量が所定量より少ないと判定されると、判定部７０は供給部７２に指示をする。これにより、供給装置９４は、槽１２に不足分だけ光硬化性樹脂を供給するように構成されている。

図７は、本実施形態に係るコンピュータプログラムの実行中に、表示装置５６（図１参照）に表示されるメイン画面５６Ａを表している。メイン画面５６Ａには、造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を表示する領域５６Ｂと、上記必要な樹脂量の計算を操作するためのボタン５６Ｃと、造形物９０および補助部材９２を表示する領域５６Ｄとが含まれている。第１算出部６２（図５参照）で算出された第１樹脂量と第２算出部６８（図５参照）で算出された第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量は、領域５６Ｂに表示される。なお、第１算出部６２で算出された第１樹脂量だけを領域５６Ｂに表示してもよい。第１記憶部６０に記憶されている造形物９０および補助部材９２の情報が領域５６Ｄに表示される。

ユーザがボタン５６Ｃをクリックすると、第１算出部６２（図５参照）は、領域５６Ｄに表示されている造形物９０および補助部材９２の造形に必要な樹脂量を算出する。このとき、第２算出部６８（図５参照）は、造形物９０および補助部材９２を３次元造形した後に台１１の開口２１の全体を覆うのに必要な第２樹脂量を算出する。そして、第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量が、領域５６Ｂに表示される。なお、ユーザがボタン５６Ｃをクリックしたとき、第１算出部６２が算出した第１樹脂量だけを領域５６Ｂに表示してもよい。

本実施形態の３次元造形装置１０では、以下のようにして造形物を３次元造形する。ここでは、槽１２内に第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を供給する場合を例に説明する。先ず、ユーザがボタン５６Ｃ（図７参照）をクリックすることによって、第１算出部６２（図５参照）が第１樹脂量を算出し、第２算出部６８（図５参照）が第２樹脂量を算出する。次いで、出力部６４（図５参照）が第１樹脂量と第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力し、メイン画面５６Ａの領域５６Ｂに第３樹脂量が出力される。このとき、供給部７２（図５参照）の指示に基づいて、供給装置９４（図５参照）は槽１２（図２参照）内に液体の光硬化性樹脂を第３樹脂量だけ自動的に供給する。なお、ユーザが槽１２内に液体の光硬化性樹脂を第３樹脂量だけ供給してもよい。

次に、図２に示すように、コンピュータ５０によって、プロジェクタ３１のレンズ３４を通して、プロジェクタ３１から光を照射させる。プロジェクタ３１の光は、ミラー３２によって反射される。ミラー３２に反射した光は、台１１の開口２１を通過する。開口２１を通過した光は、槽１２の底壁１２Ａを通過する。槽１２の底壁１２Ａを通過した光は、上記底壁１２Ａとホルダ１３との間に位置し、槽１２内に収容された光硬化性樹脂２３に照射される。光を受けた光硬化性樹脂２３は硬化する。ミラー３２の角度が適宜変更されることにより、光の照射位置が適宜変更され、光硬化性樹脂２３によって、所望の断面形状を有する固体の樹脂の層が形成される。

上記層が形成されると、ホルダ１３を昇降自在に動かすモータ（図示せず）が駆動され、ホルダ１３は上方に移動する。このとき、ホルダ１３に保持された固体の樹脂層は引き上げられ、その樹脂層と槽１２との間に隙間が形成される。この隙間に液体状の光硬化性樹脂２３が流れ込む。そして、プロジェクタ３１からの光が上記隙間内の光硬化性樹脂２３に照射され、所望の断面形状を有する次の固体の樹脂層が形成される。以後、同様の動作が繰り返され、所望の３次元形状を有する造形物９０（図７参照）および補助部材９２（図７参照）が生成される。なお、造形物９０および補助部材９２を造形中に、槽１２内の光硬化性樹脂が不足したと判定部７０（図５参照）が判定したとき、供給装置９４は、不足分を槽１２内に自動的に供給する。また、造形物９０および補助部材９２が造形された後に、判定部７０が槽１２内の樹脂量が所定量より多いと判定したとき、供給装置９４は、次の造形物９０の作成に備えて、槽１２に供給する光硬化性樹脂の樹脂量を減少させる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することが可能である。

上述した実施形態では、第１記憶部６０は、造形物の情報および補助部材の情報を記憶するが、造形物を３次元造形するときに、補助部材を必要としない場合は、第１記憶部６０は、造形物の情報のみを記憶する。

上述した実施形態では、第１算出部６２は、造形物の造形に必要な樹脂量および補助部材の造形に必要な樹脂量を算出するが、造形物を３次元造形するときに、補助部材を必要としない場合は、第１算出部６２は、造形物の造形に必要な樹脂量のみを算出する。

上述した実施形態では、第１算出部６２は、造形物全体の造形に必要な樹脂量と補助部材全体の造形に必要な樹脂量とを一度に算出しているが、所望の断面形状を有する固体の各樹脂層の造形物および補助部材の造形に必要な樹脂量を、樹脂層ごとに算出してもよい。

５３次元造形システム
１０３次元造形装置
１１台
１２槽
２１開口
２３光硬化性樹脂
５０コンピュータ
６０第１記憶部
６２第１算出部
６４出力部
６６第２記憶部
６８第２算出部
９０造形物
９２補助部材

Claims

液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するときに必要な樹脂量を算出するための３次元造形装置用コンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
造形物の情報および前記造形物を支持する補助部材の情報を記憶した第１記憶手段、
前記第１記憶手段に記憶した前記造形物の情報および前記補助部材の情報に基づいて、前記造形物の造形に必要な樹脂量および前記補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する第１算出手段、および、
算出後の前記造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の前記補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する出力手段、
として機能させるためのコンピュータプログラム。
前記第１算出手段は、前記造形物および前記補助部材を積層方向に複数のセグメントに分割し、前記各セグメントの樹脂量をシンプソンの公式により算出し、算出された前記各セグメントの樹脂量を合算することによって前記第１樹脂量を求める、請求項１に記載のコンピュータプログラム。
前記コンピュータをさらに、
前記光硬化性樹脂を収容する槽の情報と、前記槽が配置され、前記光硬化性樹脂に照射する光が通過する光通過部を有する台の情報と、を記憶した第２記憶手段、および、
前記第２記憶手段に記憶した前記槽の情報および前記台の情報に基づいて、前記造形物を３次元造形した後に前記槽内に残る第２樹脂量を算出する第２算出手段、
として機能させ、
前記出力手段は、前記第１樹脂量と前記第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力する、請求項１または２に記載のコンピュータプログラム。
前記第２樹脂量は、前記槽において、前記光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量である、請求項３に記載のコンピュータプログラム。
液体の光硬化性樹脂を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を３次元造形するための３次元造形システムであって、
造形物の情報および前記造形物を支持する補助部材の情報を記憶した第１記憶部と、
前記第１記憶部に記憶した前記造形物の情報および前記補助部材の情報に基づいて、前記造形物の造形に必要な樹脂量および前記補助部材の造形に必要な樹脂量を算出する第１算出部と、
算出後の前記造形物の造形に必要な樹脂量と算出後の前記補助部材の造形に必要な樹脂量との合計樹脂量である第１樹脂量を出力する出力部と、
液体の光硬化性樹脂を収容する槽と、
前記槽が載置され、前記光硬化性樹脂に照射する光を通過させる光通過部を有する台と、
前記台の下方に配置され、光を発する光源を少なくとも有し、前記光通過部を通じて前記光源からの光を前記槽内の前記光硬化性樹脂に照射する光学装置と、
前記槽の上方において昇降自在に設けられ、下降したときに前記槽内の光硬化性樹脂に浸漬し、上昇するときに、前記光が照射されて硬化した前記光硬化性樹脂を吊り上げるホルダと、を備えた３次元造形装置と、を備えた３次元造形システム。
前記第１算出部は、前記造形物および前記補助部材を積層方向に複数のセグメントに分割し、前記各セグメントの樹脂量をシンプソンの公式により算出し、算出された前記各セグメントの樹脂量を合算することによって前記第１樹脂量を求める、請求項５に記載の３次元造形システム。
前記光硬化性樹脂を収容する槽の情報と、前記槽が配置され、前記光硬化性樹脂に照射する光が通過する光通過部を有する台の情報と、を記憶した第２記憶部と、
前記第２記憶部に記憶した前記槽の情報および前記台の情報に基づいて、前記造形物を３次元造形した後に前記槽内に残る第２樹脂量を算出する第２算出部と、を備え、
前記出力部は、前記第１樹脂量と前記第２樹脂量との合計樹脂量である第３樹脂量を出力する、請求項５または６に記載の３次元造形システム。
前記第２樹脂量は、前記槽において、前記光通過部の全体を覆うのに必要な樹脂量である、請求項７に記載の３次元造形システム。
前記槽の所定方向を前後方向としたときに、前記光通過部は、前記槽の後部の底面に位置し、
前記槽の前端は、前記槽の後端よりも上方に位置する、請求項５から８のいずれか一項に記載の３次元造形システム。
前記第２樹脂量は、前記造形物を３次元造形した後に、前記槽の底面のうち前記光通過部の上方部分には前記光硬化性樹脂が存在し、前記上方部分以外の一部には前記光硬化性樹脂が存在しない樹脂量である、請求項９に記載の３次元造形システム。
前記出力部で出力された前記第１樹脂量または前記第３樹脂量を表示する表示装置を備える、請求項５から１０のいずれか一項に記載の３次元造形システム。
前記槽に液体の光硬化性樹脂を供給する供給装置を備え、
前記供給装置は、前記第１樹脂量または前記第３樹脂量に基づいて前記槽に光硬化性樹脂を自動的に供給する、請求項５から１１のいずれか一項に記載の３次元造形システム。
前記槽内に存在する樹脂量を測定する測定装置と、
前記測定装置により測定される前記槽内の樹脂量が所定量であるか否かを判定する判定部とを備え、
前記造形物が造形された後に、前記判定部により前記槽内の樹脂量が所定量より多いと判定されると、前記供給装置は、前記槽に供給する光硬化性樹脂の樹脂量を減少させるように構成されている、請求項１２に記載の３次元造形システム。