JP2015214081A - ３次元造形装置及び３次元造形装置における造形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元造形装置において、品質を低下させることなく、全体の造形処理にかかる時間を短くする。【解決手段】 ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に、粉末積層法を用いて３次元造形物を生成する３次元造形装置であって、粉末を積層する複数層のうち、接合面となる前後層における記録液の吐出位置情報を比較し、前後層における記録液の吐出位置の変化量を算出する算出手段と、算出した前記変化量を比較する比較手段と、前記前後層の前記吐出位置の変化量が所定の閾値を超えないとき、前層の当該吐出位置においては記録液の吐出を行わず、後層における当該吐出位置において記録液の吐出を行うよう記録液の吐出制御を行う制御部２００と、を有する。【選択図】 図５

Description

本発明は、３次元造形装置に関し、特に、ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に３次元造形物を生成する３次元造形装置及び３次元造形装置における造形成方法に関する。

従来から、例えば粉末積層法を利用する３次元造形装置が知られている。この３次元造形装置においては、１層毎に粉末を積層し、積層した粉末に対して、記録ヘッド、例えばインクジェット（ＩＪ）ヘッドによりバインダー液を塗布することを繰り返して３次元造形物を生成している。
この３次元造形装置では、一般に３次元造形プログラムを用いて、造形物を形成するための設定データを作成する。即ち、３次元ＣＡＤ（computer aided design）プログラムで予め作成された造形物の３次元データを、３次元造形プログラムで読み込み、この３次元データのオブジェクトを造形プレート上に配置してオブジェクトの位置及び姿勢を決定する。次に、３次元データのオブジェクトを３次元造形装置用データフォーマットへ変換して３次元造形装置に送信する。これによって、３次元造形装置では造形物生成を行う。

ところで、従来の粉末積層法を利用する３次元造形装置では、複数層の造形処理（一層毎に積層とバインダー液塗布）が必要となるため、全層の造形を完了させるまでの時間が長くなる問題がある。
従来の３次元造形装置の一例として、特許文献１（特開２００３-１４５６３０号公報）には、表面の彩色が精細な立体物を造形する３次元造形装置が記載されている。この３次元造形装置では、断面体ごとに上下に重なり合う断面体との差分による演算処理を行い、その差分情報を用いて３次元データを変換し彩色が粗くなる部分を補正している。しかし、全層の造形を完了させるまでの時間が長くなる問題に対する解決策は示されていない。

本発明は、前記従来の問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、３次元造形装置において、品質を低下させることなく、全体の造形処理に掛かる時間を短縮することである。

本発明は、ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に、粉末積層法を用いて３次元造形物を生成する３次元造形装置であって、粉末を積層する複数層のうち、接合面となる前後層における記録液の吐出位置情報を比較し、前後層における記録液の吐出位置の変化量を算出する算出手段と、算出した前記変化量を比較する比較手段と、前記前後層の前記吐出位置の変化量が所定の閾値を超えないとき、前層の当該吐出位置においては記録液の吐出を行わず、後層における当該吐出位置において記録液の吐出を行うよう記録液の吐出制御を行う制御部と、を有することを特徴とする３次元造形装置である。

本発明によれば、３次元造形装置において、通常の造形処理と比べて品質を低下させることなく全体の造形処理に掛かる時間を短縮することができる。

本発明の１実施形態に係る３次元造形装置を上方からみた斜視図である。 図１に示す３次元造形装置における粉末積層部の拡大図である。 主走査Ｍｄと粉末積層部を備えた３次元造形装置の要部を示す図であり、図３Ａはその側面図、図３Ｂはその平面図である。 ３次元造形装置における印刷工程を模式的に示す図である。 図４Ａ（３）の工程をさらに詳細に示す図である。 主走査Ｍｄ内に搭載された各種制御部と周辺デバイスの構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る３次元造形装置で生成する３次元造形物に用いる各層のデータを模式的に示す図である。 本３次元造形装置によって造形する、ある３次元造形物を示した図である。 図７の造形物（ａ）のスライスデータに基づく記録ヘッドの吐出位置を示した図であり、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ａ）をスライスした時の各層データと、それに対するバインダー液の吐出位置を示す。 図７の造形物（ａ）のスライスデータに基づく吐出制御を示した図である。 図７の造形物（ａ）の各層の吐出有無切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。 図７の造形物（ｂ）のスライスデータに対する吐出位置を示し、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ｂ）をスライスした時の各層データとそれに対する吐出位置を示す図である。 図７の造形物（ｂ）のスライスデータに対する吐出制御を示し、図１１で示した吐出位置に対する吐出制御の方法を示した図である。 図７の造形物（ｂ）の各層の吐出有無切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。 図７の造形物（ｃ）のスライスデータに対する吐出位置を示し、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ｃ）をスライスした時の各層データとそれに対する吐出位置を示す図である。 図７の造形物（ｃ）のスライスデータに対する吐出制御を示し、図１４で示した吐出位置に対する吐出制御の方法を示した図である。 図７の造形物（ｃ）の各層の吐出有無切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。

本発明は、ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に、粉末積層法を用いて３次元造形物を生成する３次元造形装置であって、（i）粉末の積載量、記録液の吐出量、各層毎の記録ヘッドによる吐出の要否を前後の層の吐出位置情報によって切り替える、（ii）各層の吐出の要否を自動またはユーザ設定により切り替える。
また、本発明は、造形対象となる層の前後の層の吐出位置情報を基に精密に印刷する必要があるか否かを判断し、造形するモード（造形モード）を随時切替えながら造形処理をすることで、品質を低下させることなく全体の造形処理にかかる時間を短縮することができる。

本発明をその１実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る３次元造形装置を上方からみた斜視図である。
図２は、図１に示す３次元造形装置における粉末積層部の拡大図である。

本実施形態に係る３次元造形装置１００は、リコータ１１０、造形媒体である粉末の供給槽１２０と、３次元造形が行われる造形槽１３０と、ヒータ１４０と、記録液であるバインダー液を吐出する記録ヘッド（吐出ヘッド或いは単にヘッドとも云う）を備えたキャリッジ１５０と、制御部２００と、ヒータ１４０、キャリッジ１５０等を搭載した主走査Ｍｄ（モジュール又は装置）１６０と、記録ヘッドの維持を行う維持部１７０と、バインダー液の供給部１８０等を備えている。

供給部１８０には、バインダー液を収容する図示しないカートリッジ（メインタンク）が装着され、記録ヘッド内に配置されたサブタンクにバインダー液を供給し、記録ヘッドから粉末槽内の所定の造形位置に対しバインダー液を吐出する（なお、メインタンクとサブタンクは一体となる構成であってもよい）。

維持部１７０は、記録ヘッドのノズル面の吐出性能を回復させる手段として用いる。主電源部（図示せず）は、３次元造形装置の電源ＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。３次元造形装置は後述のキャリッジ駆動用モータを備え、記録ヘッドの主走査方向の移動を行う。

また、粉末槽可動用ユニット・モータ（図示しない）を備え、粉末槽のＺ方向（上下方向）とＹの移動を可能とする。
ヘッド部（記録ヘッド及び記録ヘッド駆動部）にはエンコーダセンサ（図示せず）を備え、主走査方向の移動位置情報を制御部２００に通知する。

図３は、主走査Ｍｄ１６０と粉末積層部１７０ａを備えた３次元造形装置の要部を示す図であり、図３Ａはその側面図、図３Ｂはその平面図である。
３次元造形装置は、図３に示すように、リコータ１１０、供給槽１２０、造形槽１３０、主走査Ｍｄ１６０を備える。
ここで、リコータ１１０は、供給槽１２０に収容された造形用の粉末を造形槽１３０に堆積（又は敷き詰め）させるリコータローラ１１２と、リコータローラ１１２をベルト１１２ａにより回転駆動するモータＭ１を支持する支持フレーム１１４と、支持フレーム１１４の一端に設けたネジ環１１４ａとから成っている。このネジ環１１４ａはモータＭ２で回転駆動されるネジ杆１１６に螺合されている。したがって、リコータ１１０は、モータＭ２の回転により図中矢印Ａ１で示すように左右に移動する。

供給槽１２０は、周囲を四角で囲む側壁１２０ａと、側壁の内周内で図３Ａにおいて適宜の機構によりモータＭ３で上下に移動可能な底壁である供給槽ステージ１２０ｂとから成り、内部に造形用媒体である粉末が収容されている。供給槽ステージ１２０ｂは、リコータロール１１２で粉末を造形層１３０に堆積する際に、モータＭ３による一回の移動で紛末一層分の厚みだけ上昇するように構成されている。
造形槽１３０は、供給槽１２０と同様の形状を有し、供給槽１２０と同様にモータＭ４で上下に移動可能な底壁である造形槽ステージ１３０ｂを備えている。
造形層ステージ１２０ｂも一層分の造形が終了する毎に、モータＭ４で一層分だけ上昇するように構成されている。

主走査Ｍｄ１６０にはヒータ１４０とキャリッジ１５０が備えられており、図３Ｂに示すように、モータＭ５で回転駆動されるネジ杆１７４に螺合する螺合部１７２により、図中矢印Ａ２で示すように左右に移動される。
なお、キャリッジ１５０は、図示しないモータ（Ｍ６）により、図中の矢印Ａ３で示すように、図３Ｂでみて上下方向、つまりネジ杆１７４と同一平面内でそれと直交する方向に移動する。
次に、３次元造形装置における印刷工程について説明する。

図４Ａ（１）〜４Ａ（６）は、３次元造形装置における印刷工程を模式的に示す図である。また、図４Ｂ（１）〜４Ｂ（５）は、図４Ａ（３）の工程をさらに詳細に示す図である。
即ち、図４Ａ（１）に示す第１工程では、３次元造形装置１００が、ＰＣから１層分の画像データを受け取る。この状態では、図示のように、リコータローラ１１２、主走査Ｍｄ１６０は退避位置にある。
次に、図４Ａ（２）に示す第２の工程では、モータＭ１、Ｍ２を作動して、リコータローラ１１２を回転させつつ図中左側に移動させて、供給槽１２０中の粉末を造形槽１３０に堆積させる。

図４Ａ（３）に示す第３工程では、主走査Ｍｄ１６０を造形槽１３０上に移動させて、ＰＣから受け取った画像データに基づき、造形槽１３０上の粉末層にバインダー液で印刷する。この第３工程の詳細については、図４Ｂ（i）〜４Ｂ（iv）により後述する。

図４Ａ（４）に示す第４工程では、主走査Ｍｄ１６０に搭載したヒータ１４０により、バインダー液で印刷した粉末層を加熱乾燥させる。
その後、図４Ａ（５）に示す第５工程では、モータＭ４を駆動して主走査Ｍｄ１６０を退避位置に移動させる。
以上の第１〜第４工程を積層する枚数分行って造形物が完成する。

図４Ｂは、第３工程の詳細を説明する図である。
即ち、図４Ｂ（１）は、第３工程のスタート前の状態、つまり３次元造形装置の待機状態を示す。
このスタート状態から、図４Ｂ（２）に示すように、主走査Ｍｄ１６０を印刷開始位置まで図中左側つまりＹ軸に沿って矢印Ａ４のように移動させる。その後、図４Ｂ（３）に示すように、主走査Ｍｄ１６０を矢印Ａ５に示すようにＸ軸に沿って記録ヘッド１５２を移動させつつバインダー液を吐出させる。次に、図４Ｂ（４）に示すように、主走査Ｍｄ１６０を、矢印Ａ６に示すように記録ヘッド１５２の１スキャン分だけ図中右側に移動させる。次に、主走査Ｍｄ１６０の記録ヘッド１５２を矢印Ａ７に示すようにＸ軸に沿って図中下方に向かってを移動させながら、バインダー液を吐出させる。
以上の各工程を、１断面画像全体を書き終わるまで繰り返す。

図５は、主走査Ｍｄ１６０内に搭載された各種制御部と周辺デバイスの構成を示す機能ブロック図である。 制御部２００は、印刷制御やモータ駆動制御、維持・供給制御などの印刷装置全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、ＣＰＵ２０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ（Read Only memory）２０２を備えている。また、画像データ等を一時格納するＲＡＭ（Random Access Memory）２０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ（ＮＶ（Non Volatile）ＲＡＭ）２０４を備えている。また、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２０６を備えている。

また、制御部２００は、ホスト側とのデータ及び信号の送受を行うためのホストＩ／Ｆ（インタフェース）２０５を備えている。制御部２００は、記録ヘッド１５２を駆動するための駆動波形を生成するとともに、キャリッジ１５０に設けた記録ヘッド１５２の圧力発生手段を選択駆動させる画像データ及びそれに伴う各種データをヘッドドライバ２１８に出力する吐出制御部２０９を備えている。また、リコータローラ１１２の回転、リコータ１１０のＹ軸方向移動（図１）、供給層（又は粉末槽とも云う）１２０及び造形層１３０のＺ軸方向の位置移動（図３Ａ）、主走査Ｍｄ１６０のＹ軸方向の移動（図１）、キャリッジ１５０のＸ軸方向移動（図３Ｂ）の各制御を実行するためのモータＭ１〜Ｍ６を制御するモータ制御部２１０〜２１５を備えている。

以上の構成において、制御部２００には、リニアエンコーダ２２６からの検出パルスが入出力部（Ｉ/Ｏ）２０７に入力される。制御部２００は、ホスト装置（パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報処理装置、外部装置等）３００の情報処理装置などのドライバ３１０が生成した３次元造形物生成用データを、ケーブル或いはネットワークを介してホストＩ／Ｆ（インタフェース）２０５で受信する。制御部２００のＣＰＵ２０１は、ホストＩ／Ｆ２０５に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ２０６において必要な画像処理、データの並び替え処理等を行って吐出制御部（又は印刷制御部）２０９に転送する。また、吐出制御部２０９から所要のタイミングでヘッドドライバ２１８に画像データや駆動波形を出力する。

なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えば、ＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行っても、ホスト３００側のヘッドドライバ３１０（プリンタドライバ）で画像データをビットマップデータに展開して３次元造形装置１００の制御部２００に転送するようにしてもよい。 吐出制御部２０９の駆動波形生成部（図示せず）は、ＲＯＭ２０２に格納されてＣＰＵ２０１で読み出される駆動パルスのパターンデータを、Ｄ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び増幅器等で構成される。また、吐出制御部２０９は、１つの駆動パルスあるいは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を、ヘッドドライバ２１８に対して出力する。

ヘッドドライバ２１８は、シリアルに入力される記録ヘッド１５２の１行分に相当するデータ（ドットパターンデータ）に基づいて、吐出制御部２０９の駆動波形生成部から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを、記録ヘッド１５２の圧力発生手段（図示せず）に対して選択的に印加し、これによって記録ヘッド１５２を駆動する。 なお、このヘッドドライバ２１８自体は従来周知又は公知のものであり、例えば、クロック信号及び画像データであるシリアルデータを入力するシフトレジスタと、シフトレジスタのレジスト値をラッチ信号でラッチするラッチ回路と、ラッチ回路の出力値をレベル変化するレベル変換回路（レベルシフタ）と、このレベルシフタでオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）等を含み、アナログスイッチアレイのオン／オフを制御することで駆動波形に含まれる所要の駆動パルスを選択的に記録ヘッド１５２の圧力発生手段に印加する。

図６は、本実施形態に係る３次元造形装置で生成する３次元造形物に用いる各層のデータを模式的に示す図である。
即ち、図６は、３次元ＣＡＤで入力された形状データを変換した造形物の断面輪郭データであるＳＴＬ（Stereo Lithography）データと、変換したＳＴＬデータをスライス処理して得られるｎ層のスライスされたデータを模式的に示している。
ここでは、ｎ層にスライスされたデータで構成される造形物のある層をｍ層と定義し以下の説明を行う。
まず、リコータ１１０によって既に敷かれた造形槽１３０中の粉末層に着弾させる記録液であるバインダー液の滴サイズは、主走査Ｍｄ１６０の記録ヘッド１５２からバインダー液を吐出する際の駆動波形により調整可能である。

また、吐出したバインダー液の滴が造形媒体（粉末）層に浸透して粉末を凝固できる厚み（Ｚ方向）が３次元造形物の１層あたりの厚み（Ｘ［μｍ］）より大である時には、その凝固できる厚みに応じて複数層に対する吐出を１度に行うことも可能である。つまり、例えば、ある層（ｍ層）における吐出位置データが、後層（連続する層；ｍ+α、但し、α=１、２・・・）において同一（吐出位置データの差が所定の閾値未満の場合を含む；以下同様）である場合は、その位置に対するバインダー液の吐出を複数層まとめて１回で行い、一方、ｍ層における吐出位置データが後層（ｍ+α）において異な場合（吐出位置データの差が所定の閾値以上の場合；以下同様）は、バインダー液の吐出を各層で行うようにする。

本実施形態では、このように造形物の形状等に応じて記録ヘッド１５２の吐出の「有」、「無」を切り替えることで、全体の造形物の作成時間を短くすることができる。また、ある層（ｍ層）のデータ全てがその後層（ｍ+α）のデータと同一である場合は、リコータローラ１１２で造形層１３０に敷き詰める粉末の量を複数層分に調整することもできる。
本実施形態は、例えば３次元造形物の各層の吐出位置の座標情報を持ち、ある層（ｍ層）のけるバインダー液吐出位置と、そのＺ軸方向（上下方向）の後層（ｍ＋α層）におけるそれとの変化量Ａを算出する算出手段を備える。また吐出位置の許容変化量（距離；閾値）Ｄを予め定めておきメモリ（例えばＮＶＲＡＭ２０４）に保持しておき、前記変化量Ａと閾値Ｄとを比較する。したがって、本実施形態では前記比較を行う比較手段も備える。これら算出手段、比較手段は、いずれもプログラムによりＣＰＵ２０１を含むコンピュータで実現する機能実現手段である。

本実施形態では、以下の表１に示すように、印刷モードとして、例えば印刷モードＭ１〜Ｍ４が、また変化量の閾値として、例えばＤ１〜Ｄ４を予め３次元造形装置に設定しておく。

ここで、Ａ（変化量）＞Ｄ（閾値）の関係が成り立つ場合は、現在の層（ｍ層）でバインダー液の吐出を行う。
一方Ａ（変化量）≦Ｄ（閾値）の関係が成り立つ場合は、現在の層（ｍ層）ではバインダー液の吐出は行わず、次以降の層でまとめて吐出するようにする。このように吐出（印刷）制御モードを切り替えることができる。なお、閾値の関係はＤ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４であり、全体の造形時間の関係はＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４である。
また、この時の全体の造形時間Ｔ１〜Ｔ４は造形に必要な各可動部の移動距離や処理時間から算出可能である。

３次元造形装置１００がＰＣ３００から造形物のデータを受け付けたとき、３次元造形装置１００は、まず各吐出制御モードにおける造形結果（例えば全体の造形時間Ｔ）を基に、使用する吐出制御モードを決定し以降の造形処理を行う。
なお、別の実施形態として、吐出制御モードをユーザがＰＣまたは本体機器に備えたＵＩ（ユーザインタフェース）によって選択するようにしてもよい。
以下、図７に示す造形物（ａ）〜（ｃ）を例に採り、本実施形態に関する３次元造形装置のｎ層分にスライスされた造形データに対する吐出制御方法について説明する。

図７は、本３次元造形装置によって造形するある３次元造形物を示した図である。
即ち、造形物（ａ）は立方体（底面以外は空洞）を示している。
造形物（ｂ）は四角錐（ＸＹ平面とＸＺ平面に四角形を持つ形状、底面以外は空洞）を示している。
造形物（ｃ）は四角錐（ＸＹ平面とＹＺ平面が四角形を持つ形状、底面以外は空洞）を示している。

次に、造形物（ａ）〜（ｃ）の造形処理について説明する。
図８は、図７の造形物（ａ）のスライスデータに基づく記録ヘッド１５２の吐出位置を示した図であり、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ａ）をスライスした時の各層データと、それに対するバインダー液の吐出位置を示す。
図９は、図７の造形物（ａ）のスライスデータ基づく記録ヘッド１５２の吐出制御を示した図である。
図８において、１層目は、主走査Ｍｄ１６０の吐出可能範囲を示す。ｍ層目の吐出位置はｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ+α層目では、吐出位置は（ｍ+α）１、（ｍ+α）２、（ｍ+α）３、（ｍ+α）４、ｎ層目は最終層における吐出位置を模式的に示している。

図９は、図８で示した吐出位置に対する記録ヘッドの吐出制御方法を示した図である。
図９において、造形物（ａ）の場合、図中の点１・２・３・４はある層（ここでは２、４層・・・）とその後層（３、５層・・・）を比較したところ全て同じ座標位置であるとする。そこで、一部の層（ここでは２、４層・・・）の点１・２・３・４におけるバインダー液の吐出を省略し、それによって、キャリッジ１５０の移動距離を短縮する。つまり、結果として全体の造形物の作成時間を短縮できることを示している。
なお、図中の実線で示すキャリッジ１５０の移動経路は、例えば図３における主走査Ｍｄ１６０のＹ軸方向（図３）の移動とキャリッジ１５０のＸ軸方向の移動を組み合わせた移動経路を示している。この点は、後に説明する図１２、図１５においても同じである。

図９は、簡単な例として、記録ヘッドの吐出サイズ（大・小）を２種類とし、吐出（小）を各層１回ずつ行う代わりに吐出（大）を２層毎に１回行うものとし、２、４、６・・・２ｍ（ｍ≠ｎ）層での吐出を省略する例を示している。
なお、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層を形成するために敷き詰める造形用粉末の量は、３次元造形装置によって異なるため、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層については、造形物の形状に合わせた最適な組み合わせとなるよう制御することが望ましい。

図１０は、図７の造形物（ａ）の各層の吐出の有・無の切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。
概略的には、堆積層に対する主走査Ｍｄ１６０の記録ヘッド１５２によるバインダー液の吐出制御を行う。吐出の「要」、「否」判定後、吐出「否」と判定された層は制御部２００にて記憶しておき、以降の層の吐出要否判定時に用いる。このようにして各層の吐出制御を繰り返し行った後、全ての層の造形が終了すると、制御部２００は主走査Ｍｄ、粉末積層部に対し処理の終了を通知し動作を終了する。

この造形処理について図１０を参照して具体的に説明する。
即ち、制御部２００は、ＰＣ３００から造形用の各層データを受信すると（Ｓ１０１）、主走査Ｍｄ１６０と粉末積層部（リコータ１１０；リコータローラ１１２、供給槽１２０、造形槽１３０）の制御を開始する。即ち粉末積層部の各モータＭ１〜Ｍ４を駆動し造形用粉末の堆積（又は敷き詰め）処理を行う（Ｓ１０２）。その後、制御部２００は、現在の造形用粉末の層（ｍ層）に対する吐出情報を取得し（Ｓ１０３）、その吐出情報を基に吐出の要否を判断する（Ｓ１０４）。ここで、制御部２００が吐出「要」と判断すると（Ｓ１０４、Ｙｅｓ）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０に移動し（Ｓ１０５）、現在の層（ｍ層）と後層（ｍ+α層；但し、α=１、２・・・）の吐出位置との変化量を算出する（Ｓ１０６）。次に、算出した変化量が閾値を越えるか否か比較し（Ｓ１０７）、算出した変化量が閾値を越えないときは（Ｓ１０８、Ｎｏ）、吐出制御を「現在の層（ｍ）では吐出しない」に変更する（Ｓ１０９）。

ステップＳ１０９で、「現在の層（ｍ）では吐出しない」に変更したときは、後層（ｍ+α層）におけるバインダー液の吐出量を、吐出量小→大に変更し（Ｓ１１０）、次に後層（ｍ+α層）までの吐出要否を「否」に設定する（Ｓ１１１）。この場合、吐出「否」と判定された層を制御部２００に記憶しておき、以降の層の吐出要否判定時に用いる。
次に、現在の層（ｍ層）の吐出処理、即ち、ここでは、吐出要否が「否」に設定されているから吐出を行わずにこのステップの処理を終了し（Ｓ１１２）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０から退避させる（Ｓ１１３）。次にステップＳ１１４に進むが、この場合は全ての層の造形は終了していないから（Ｓ１１４、Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻り、再度各ステップの処理を行う。

ステップＳ１０８において、算出した変化量が閾値を超えたときは（Ｓ１０８、Ｙｅｓ）、現在の層の吐出処理を行い（Ｓ１１２）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０から退避させる（Ｓ１１３）。そこで全ての層の造形が終了していれば（Ｓ１１４、Ｙｅｓ）、この処理を終了する。
ステップＳ１１４で全ての造形が終了していなければ（Ｓ１１４、Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻って以降の処理を繰り返す。

図１１は、図７の造形物（ｂ）のスライスデータに対する記録ヘッド１５２の吐出位置を示し、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ｂ）をスライスした時の各層データとそれに対する吐出位置を示す図である。
図１２は、図７の造形物（ｂ）のスライスデータに対する吐出制御を示し、図１１で示した記録ヘッド１５２の吐出位置に対する吐出制御の方法を示した図である。
造形物（ｂ）の場合、図１２において、図中の点１・２は、ある層（ここでは２、４層・・・）とその後層（３、５層・・・）を比較したところ同じ座標位置であるとする。また、点３・４は異なり、吐出位置の差が所定の閾値Ｄよりも大きいとする。そこで、一部の層（ここでは２、４層・・・）の点１・２におけるバインダー液の吐出を省略し、点３、４のみ吐出を行う。それによって、キャリッジ１５０の移動距離を短縮する。つまり、結果として全体の造形物の作成時間を短縮できることを示している。

ここでは、簡単な例として、記録ヘッド１５２の吐出サイズ（大・小）が２種類であるとする。また、吐出（小）を各層１回ずつ行う代わりに吐出（大）を各層の２層ごとに１回行うものとし、２、４、・・・２ｍ（ｍ=１、２・・・、但し、ｍ≠Ｎ）層では、点１・２（ライン）では吐出を省略した内容を図示している。この場合は、２層毎に一回吐出を行う点１・２（ライン）では大滴を使用し、その他は小滴を使用することを示している。
なお、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層を形成するために敷き詰める造形用粉末の量は、３次元造形装置によって異なるため、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層については、造形物の形状に合わせた最適な組み合わせとなるよう制御することが望ましい。

図１３は、図７の造形物（ｂ）の各層の吐出有無切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。
概略的には、制御部２００がＰＣから造形用の各層データを受信すると、主走査Ｍｄと粉末積層部（リコータ１１０）の制御を開始する。リコータ１１０の各モータＭ１、Ｍ２を駆動し造形槽１３０への造形用粉末の堆積を行う。その後現在の層に対する吐出情報を基に制御部２００は吐出要否を判断した後、その堆積層に対する主走査Ｍｄ１６０のヘッド部（記録ヘッド駆動部）によるバインダー液の吐出制御を行う。さらに対象ラインの吐出要否を判定し対象層の吐出制御を行う。層・ラインの吐出要否判定後、吐出否と判定された層・ラインは制御部２００にて記憶しておき、以降の層・ラインの吐出要否判定時に用いる。このようにして各層の吐出制御を繰り返し行った後、全ての層の造形が終了すると、制御部２００は主走査Ｍｄ１６０、粉末積層部に対し処理の終了を通知し動作を終了する。

次に、以上の造形処理の手順を図１３に従って説明する。
まず、制御部２００は、ＰＣ３００から造形用の各層データを受信すると（Ｓ２０１）、主走査Ｍｄ１６０と粉末積層部（リコータ１１０；リコータローラ１１２、供給槽１２０、造形槽１３０）の制御を開始する。即ち粉末積層部の各モータＭ１〜Ｍ４を駆動し造形用粉末の造形槽１３０内における堆積処理を行う（Ｓ２０２）。その後、制御部２００は、現在の層（ｍ層）に対する吐出情報を取得し（Ｓ２０３）、その吐出情報を基に吐出の「要」、「否」を判断する（Ｓ２０４）。ここで、制御部２００は、吐出「要」と判断すると（Ｓ２０４、Ｙｅｓ）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０に移動し（Ｓ２０５）、現在の層（ｍ層）と後層（ｍ+α層）の対象ラインにおける吐出位置との変化量を算出する（Ｓ２０６）。次に、算出した変化量が閾値を越えるか否か比較し（Ｓ２０７）、算出した変化量が閾値を越えないときは（Ｓ２０８、Ｎｏ）、吐出制御（又は印刷制御）を「現在の層（ｍ）の対象ライン（図示例では点１・２）では吐出しない」に変更する（Ｓ２０９）。次に、後層（ｍ+α層）の対象ラインにおけるバインダー液の吐出量を、吐出量小→大に変更し（Ｓ２１０）、３次元造形装置において、次に後層（ｍ+α層）の対象ラインまでの吐出要否を「否」に設定する（Ｓ２１１）。

次に、対象ラインの吐出要否が「要」か「否」か判定し（Ｓ２１２）、「要」でなければ（Ｓ２１２、Ｎｏ）、対象ラインにおけるバインダー液の吐出を省略する（Ｓ２１３）。「要」であれば（Ｓ２１２、Ｙｅｓ）、対象ラインにおけるバインダー液の吐出を行う（Ｓ２１４）。ここで、現在の層（ｍ層）の全ラインの吐出が終了していなければ（Ｓ２１５、Ｎｏ）、次ラインの処理に移り（Ｓ２１６）、ステップ２１２からの処理を繰り返す。

ステップＳ２１５で、現在の層（ｍ）の全ラインの吐出が終了していれば（Ｓ２１５、Ｙｅｓ）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０から退避させる（Ｓ２１７）。ここで、全ての層の造形が終了していれば（Ｓ２１８、Ｙｅｓ）、この処理を終了する。ステップＳ２１８で、まだ全ての層の造形が終了しなければ（Ｓ２１８、Ｙｅｓ）、次層の処理に移り（Ｓ２１９）、以上で説明したステップＳ２０２以降の処理を繰り返す。
なお、ステップＳ２０４で、現在の層（ｍ層）の吐出要否情報が「要」でなければ（Ｓ２０４、Ｎｏ）、ステップＳ２０２に戻り、以降の処理を繰り返す。
また、ステップＳ２０８で、算出した変化量が閾値を超えたときは（Ｓ２０８、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０９〜Ｓ２１１をスキップして、ステップＳ２１２に進み、以降の処理を行う。但し、この場合はステップＳ２１２では、常に対象ラインは吐出要（Ｓ２１２、Ｙｅｓ）となる。

図１４は、図７の造形物（ｃ）のスライスデータに対する吐出位置を示し、Ｘ−Ｙ平面に対し造形物（ｃ）をスライスした時の各層データとそれに対する吐出位置を示す図である。
図１５は、図７の造形物（ｃ）のスライスデータに対する吐出制御（又は印刷制御）を示し、図１４で示した吐出位置に対する吐出制御の方法を示した図である。

造形物（ｃ）の場合、図１５中の点２・４は、ある層（ｍ層）とその後層（ｍ+α層）を比較したとき同じ座標位置であるとする。また、点１・３は、異なり、吐出位置の差が所定の閾値Ｄよりも大きいとする。そこで、一部の層の点２・４におけるバインダー液の吐出を省略し、点１・３のみ吐出を行う。それによって、キャリッジ１５０の移動距離を短縮する。つまり、結果として全体の造形物の作成時間を短縮することができることを示している。

ここでは簡単な例として、記録ヘッド１５２が２種類の吐出サイズ（大・小）を持ち、吐出（小）を各層１回ずつ行う代わりに吐出（大）を各層の２層ごとに１回行うものとし、２、４、６・・・２ｍ（ｍ≠Ｎ）層を省略した内容を図示しているが、
なお、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層を形成するために敷き詰める造形用粉末の量は、３次元造形装置によって異なるため、記録ヘッドの吐出液滴のサイズ及び層については、造形物の形状に合わせた最適な組み合わせとなるよう制御することが望ましい。

図１６は、図７の造形物（ｃ）の各層の吐出有無切り替えによる造形処理の手順を示すフロー図である。
概略的には、制御部２００がＰＣから造形用の各層データを受信すると、主走査Ｍｄ１６０と粉末積層部（リコータ１１０、リコータローラ１１２、供給槽１２０、造形槽１３０）の制御を開始する。粉末積層部の各モータＭ１〜Ｍ４を駆動し造形用粉末の堆積を行う。その後、制御部２００は現在の層（ｍ層）に対する吐出情報を基に吐出要否を判断した後、その堆積層に対する主走査Ｍｄ１６０のヘッド部によるバインダー液の吐出制御を行う。さらに対象ライン・エリア（ライン中の最大移動幅）の吐出要否を判定し対象層の吐出制御を行う。層・ライン・エリアの吐出；要否判定後、吐出否と判定された層・ライン・エリアは制御部２００にて記憶しておき、以降の層・ライン・エリアの吐出要否判定時に用いる。このようにして各層の吐出制御を繰り返し行った後、全ての層の造形が終了すると、制御部２００は主走査Ｍｄ、粉末積層部に対し処理の終了を通知し動作を終了する。

次に、以上の造形処理の手順を図１６に従って説明する。
まず、制御部２００はＰＣ３００から造形用の各層データを受信し（Ｓ３０１）、主走査Ｍｄ１６０と粉末積層部（リコータ１１０；リコータローラ１１２）の制御を開始する。即ち粉末積層部の各モータＭ１〜Ｍ４を駆動し造形用粉末の堆積処理を行う（Ｓ３０２）。その後、制御部２００は、現在の層（ｍ層）に対する吐出情報を取得し（Ｓ３０３）、その吐出情報を基に吐出要否を判断する（Ｓ３０４）。ここで、制御部２００は、吐出要と判断すると（Ｓ３０４、Ｙｅｓ）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０に移動し（Ｓ３０５）、現在の層（ｍ層）と後層（ｍ+α層）の対象ライン中の対象エリアにおける吐出位置との変化量を算出する（Ｓ３０６）。次に、算出した変化量が閾値を越えるか否か比較し（Ｓ３０７）、算出した変化量が閾値を越えないときは（Ｓ３０８、Ｎｏ）、吐出制御を「現在の層（ｍ）の対象ライン中の対象エリアでは吐出しない」に変更する（Ｓ３０９）。次に、後層（ｍ+α層）の対象ラインにおけるバインダー液の吐出量を、吐出量小→大に変更し（Ｓ３１０）、３次元造形装置１００において、次に後層（ｍ+α層）の対象ライン中の対象エリアまでの吐出要否を「否」に設定する（Ｓ３１１）。

次に、対象ライン中の対象エリアの吐出要否が「要」か否かを判定し（Ｓ３１２）、「要」でなければ（Ｓ３１２、Ｎｏ）、対象ライン中の対象エリアにおける記録ヘッド１５２の吐出を省略する（Ｓ３１３）。「要」であれば（Ｓ３１２、Ｙｅｓ）、対象ライン中の対象エリアにおける記録ヘッド１５２の吐出を行う（Ｓ３１４）。ここで、現在の層（ｍ）の全ラインの吐出が終了していなければ（Ｓ３１５、Ｎｏ）、次ラインの処理に移り（Ｓ３１６）、ステップＳ３１２からの処理を繰り返す。

ステップＳ３１５で、現在の層（ｍ）の全ラインの吐出が終了していれば（Ｓ３１５、Ｙｅｓ）、主走査Ｍｄ１６０を造形層１３０から退避させる（Ｓ３１７）。ここで、全ての層の造形が終了していれば（Ｓ３１８、Ｙｅｓ）、この処理を終了する。
ステップＳ３１８で、まだ全ての層の造形が終了しなければ（Ｓ３１８、Ｎｏ）、次層の処理に移り（Ｓ３１９）、以上で説明したステップＳ３０２以降の処理を繰り返す。
なお、ステップＳ３０４で、現在の層（ｍ層）の吐出要否情報が「要」でなければ（Ｓ３０４、Ｎｏ）、ステップＳ３０２に戻り、以降の処理を繰り返す。
また、ステップＳ３０８で、算出した変化量が閾値を超えたときは（Ｓ３０８、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０９〜Ｓ３１１をスキップして、ステップＳ３１２に進み、以降の処理を行う。但し、この場合はステップＳ３１２では、常に対象ラインは吐出要（Ｓ３１２、Ｙｅｓ）となる。

１００・・・三次元造形装置、１１０・・・リコータ、１２０・・・供給槽。１３０・・・造形槽、１４０・・・ヒータ、１５０・・・キャリッジ、１５２・・・記録ヘッド、１６０・・・主走査Ｍｄ、２００・・・制御部、２０１・・・ＣＰＵ、２０２・・・ＲＯＭ、２０３・・・ＲＡＭ、２０４・・・ＮＶＲＡＭ、２０５・・・ホストＩ／Ｆ、２０６・・・ＡＳＩＣ、２０７・・・Ｉ／Ｏ、２０８・・・供給部、２０９・・・吐出制御部、２１０〜２１５・・・モータ制御部。

特開２００３−１４５６３０号公報

Claims (9)

1. ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に、粉末積層法を用いて３次元造形物を生成する３次元造形装置であって、
   粉末を積層する複数層のうち、接合面となる前後層における記録液の吐出位置情報を比較し、前後層における記録液の吐出位置の変化量を算出する算出手段と、
   算出した前記変化量を比較する比較手段と、
   前記前後層の前記吐出位置の変化量が所定の閾値を超えないとき、前層の当該吐出位置においては記録液の吐出を行わず、後層における当該吐出位置において記録液の吐出を行うよう記録液の吐出制御を行う制御部と、
   を有することを特徴とする３次元造形装置。
2. 請求項１に記載された３次元造形装置において、
   前記制御部は、前記前後層の吐出位置の変化量が所定の閾値を超えず後層において記録液の吐出を行うとき、記録液を吐出する記録ヘッドにおける記録液の滴の吐出量を、１層ごとに吐出する場合よりも増量することを特徴とする３次元造形装置。
3. 請求項１に記載された３次元造形装置において、
   前記制御部は、前記吐出位置情報に基づき吐出対象層の吐出の要否を判定し、前記吐出対象層の吐出有無の切り替えを行うことを特徴とする３次元造形装置。
4. 請求項３に記載された３次元造形装置において、
   前記制御部は、前記吐出の要否判定によって得られたある層の吐出の要否情報を基に、各層を形成するための紛末堆積処理における紛末の堆積量を変更することを特徴とする３次元造形装置。
5. 請求項１に記載された３次元造形装置において、
   前記制御部は、前記吐出制御において、前記吐出位置情報に基づき造形層における造形対象ラインの吐出の要否を判定し、造形対象層における造形ラインの吐出の有無の切替、及び吐出の無から吐出有りに切り替えたときの造形対象層における造形ライン層での吐出量を変更することを特徴とする３次元造形装置。
6. 請求項１に記載された３次元造形装置において、
   前記制御部は、前記吐出制御において、前記吐出位置情報に基づき造形対象層の対象ライン中の対象エリア内の吐出の要否を判定し、造形対象層における造形ラインと造形エリアにおける吐出の有無の切替、及び吐出無から吐出有りに切り替えたときの造形対象層における造形ラインと造形エリアでの吐出量を変更することを特徴とする３次元造形装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載された３次元造形装置において、
   前記吐出制御の変更をユーザ設定又は記録液の前記吐出位置の変化量に基づき自動で切り替えることを特徴とする３次元造形装置。
8. 請求項７に記載された３次元造形装置において、
   前記吐出制御の切替の判定に造形物の品質又は生成時間を用いることを特徴とする３次元造形装置。
9. ＣＡＤモデルから作成した３次元オブジェクトを基に、粉末積層法を用いて３次元造形物を生成する３次元造形装置における造形成方法であって、
   複数層の前後の記録液の吐出位置情報を比較し、接合面となる前後層における記録液の吐出位置の変化量を比較する比較工程と、
   前記前後層の吐出位置の変化量が所定の閾値を超えないとき、前層の当該吐出位置においては記録液の吐出を行わず、後層における当該吐出位置において記録液の吐出を行うよう記録液の吐出制御を行う制御工程を有することを特徴とする３次元造形装置における造形成方法。

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