JP2015217533A - 立体造形装置、立体情報処理プログラム及び立体物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】層を堆積させて立体物を形成する場合において、層の堆積方向に関わらず立体物の強度を確保すること。
【解決手段】入力された情報に基づいて成形材の層を積層することにより立体物を造形する３Ｄプリンタ２であって、平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給する粉末供給部２１０と、平面状に供給された粉末材料に対して、粉末材料を凝固させるためのバインダー液を、造形するべき目的物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出して粉末材料を凝固させることにより成形材の層を形成するＩＪヘッド２０１と、成形材の層の面が凹凸を有するように、バインダー液を吐出するタイミングを制御する主制御部２２１とを含むことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、立体造形装置、立体情報処理プログラム及び立体物の製造方法に関し、特に、生成される立体物の強度の向上に関する。

近年、ラピッドプロトタイピング等の分野において三次元造型という技術が用いられている。かかる三次元造型によって得られた立体物は、商品開発段階等において最終製品の外観や性能の評価を行うための試作品、または展示品等として利用されることが多い。

このような三次元造型の技術の１つとして、立体物を輪切りにした形状を造形して積層していくことにより目的の立体物を形成する積層法が知られている。そして、そのような積層法を用いる装置の１つとして、粉末等の成形材料を成形部分に対応する位置に供給し、後から成形材料を凝固させるための液体を供給することで層を形成する粉末堆積造形プリンタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

積層法を用いて形成された立体物の幅が狭い場合、立体物に対する層の堆積の方向によっては強度が低くなってしまう。図１７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ外観としては同一の形状であるが、堆積方向の異なる立体物を示している。図１７（ａ）に示す積層方向の場合、矢印の方向、即ち幅が狭い方向に対する強度は堆積された層の面に垂直な方向であり、強度が確保されている。

これに対して、図１７（ｂ）に示す堆積方向の場合、幅が狭い方向に対する強度は堆積された層の面に平行な方向となり、層と層の間をずらす方向に力が加わるため、強度が確保されない。図１７（ａ）、（ｂ）に示すような単純な立体形状であれば、立体物を回転させて層の堆積方向を変えることで対応可能であるが、複雑な形状の立体物の場合にはそのような対応が困難である。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、層を堆積させて立体物を形成する場合において、層の堆積方向に関わらず立体物の強度を確保することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、入力された情報に基づいて成形材の層を積層することにより立体物を造形する立体造形装置であって、平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給する粉末材料供給部と、平面状に供給された粉末材料に対して、供給された前記粉末材料を凝固させるための凝固液を、造形するべき目的物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出して前記粉末材料を凝固させることにより前記成形材の層を形成する凝固液吐出部と、前記成形材の層の面が凹凸を有するように、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを制御する制御部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、層を堆積させて立体物を形成する場合において、層の堆積方向に関わらず立体物の強度を確保することができる。

本発明の実施形態に係るシステムの運用形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る粉末供給の態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＰＣの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積態様の概念を示す図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積態様の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積態様の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積態様の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積態様の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る成形層の堆積手順を示す図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る不均一層を形成する部分を示す図である。 本発明の実施形態に係る吐出タイミングデータの生成判断動作を示すフローチャートである。 立体物の形状と積層構造との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データなどの立体物の形状を示す３Ｄデータを受信し、そのデータに基づいて成形材の層を堆積させることにより立体物を形成する３Ｄプリンタと、３Ｄプリンタに３Ｄデータを送信するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）とによって構成されるシステムを例として説明する。このようなシステムにおいて、３Ｄプリンタに３Ｄデータを送信する際のＰＣによるデータ処理機能が本実施形態に係る要旨の１つである。

図１は、本実施形態に係る立体造形システムの運用形態を示す図である。本実施形態に係る立体造形システムは、入力された３Ｄデータを解析してデータを変換した上で立体造形装置である３Ｄプリンタに立体造形出力を実行させるＰＣ１と、ＰＣ１の制御に従って立体造形出力を実行する３Ｄプリンタ２とを含む。従って、３Ｄプリンタ２が立体物の製造装置としても用いられる。ここで、ＰＣ１のハードウェア構成について図２を参照して説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るＰＣ１は、一般的な情報処理装置と同様の構成を含む。即ち、本実施形態に係るＰＣ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４０及びＩ／Ｆ５０がバス８０を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ５０にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）６０及び操作部７０が接続されている。

ＣＰＵ１０は演算手段であり、ＰＣ１全体の動作を制御する。ＲＡＭ２０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ３０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ４０は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。

Ｉ／Ｆ５０は、バス８０と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。ＬＣＤ６０は、ユーザがＰＣ１の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部７０は、キーボードやマウス等、ユーザがＰＣ１に情報を入力するためのユーザインタフェースである。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ３０に格納されたプログラムや、ＨＤＤ４０若しくは図示しない光学ディスク等の記憶媒体からＲＡＭ２０にロードされたプログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係るＰＣ１の機能を実現する機能ブロックが構成される。

次に、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２の構成について図３を参照して説明する。本実施形態に係る３Ｄプリンタ２は、立体物を成形するために成形材を積層していくための基盤２１１、基盤２１１上に粉末材料を供給する粉末供給基盤２１２、粉末供給基盤２１２上の粉末材料を基盤２１１側へ供給するリコーター２１３、基盤２１１側に供給された粉末材料を凝固させるためのバインダー液を吐出するＩＪ（ＩｎｋＪｅｔ）ヘッド２０１及びＩＪヘッド２０１を支持し、基盤２１１上の空間においてＩＪヘッド２０１を移動させるアーム２０２を含む。

３Ｄプリンタ２は、上述したように、入力された３Ｄデータによって確定される立体造形物を水平方向に輪切りにして生成される輪切り画像に応じてＩＪヘッド２０１からバインダー液を吐出して基盤２１１上に供給された粉末材料を凝固させることにより一層分の成形を行い、そのような層を積層していくことによって立体造形を行う。図４（ａ）〜（ｆ）を参照して、本実施形態に係る一層分の成形動作について説明する。

図４（ａ）に示すように、粉末供給基盤２１２上には粉末材料が積載されている。リコーター２１３が移動して粉末供給基盤２１２上に積載された粉末材料を基盤２１１側に押し出すことにより、図４（ｂ）に示すように基盤２１１上に一層分の粉末材料が供給される。

図４（ｂ）に示すように基盤２１１上に粉末材料が供給されると、図４（ｃ）に示すように、ＩＪヘッド２０１から輪切り状の画像データに応じた位置にバインダー液が吐出される。バインダー液とは、粉末材料を凝固させるための凝固液である。これにより、図４（ｄ）に示すように、バインダー液が吐出された部分の粉末材料が、輪切り状の画像データに応じて選択的に凝固される。即ち、ＩＪヘッド２０１及びアーム２０２が、平面状に供給された粉末材料に対して、成形対象の立体物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出捨て粉末材料を凝固させる凝固液吐出部として機能する。

図４（ｄ）に示すように一層分の成形が完了すると、図４（ｅ）に示すように基盤２１１と粉末供給基盤２１２との高さを調整し、再度リコーター２１３を移動させることにより、図４（ｆ）に示すように、既に成形が完了した層の上に新たな層のための粉末材料の層を設ける。このような動作を繰り返すことにより、粉末材料が凝固した成形層を積層させていき、立体成型が行われる。即ち、基盤２１１、粉末供給基盤２１２及びリコーター２１３が、平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給する粉末材料供給部として機能する。

尚、３Ｄプリンタ２も、図２において説明した構成に準ずる情報処理機能を含む。そして、そのような情報処理機能によってＰＣ１からの制御を受け付けると共に、情報処理機能によって実現される制御部によって、基盤２１１と粉末供給基盤２１２との高さの調節、リコーター２１３の移動、アーム２０２の移動やＩＪヘッド２０１からの成形材の吐出が制御される。

次に、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２の制御構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２は、粉末供給基盤２１２及びリコーター２１３によって構成される粉末供給部２１０及びＩＪヘッド２０１に加えて、それらを制御するコントローラ２２０を含む。

コントローラ２２０は、主制御部２２１、ネットワーク制御部２２２、粉末供給部ドライバ２２３及びＩＪヘッドドライバ２２４を含む。主制御部２２１は、コントローラ２２０において全体を制御する制御部であり、ＯＳやアプリケーション・プログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより構成される。ネットワーク制御部２２２は、３Ｄプリンタ２がＰＣ１等の他の機器と情報をやり取りするためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。

粉末供給部ドライバ２２３及びＩＪヘッドドライバ２２４は、夫々粉末供給部２１０、ＩＪヘッド２０１を駆動制御部するためのドライバソフトウェアであり、主制御部２２１の制御に従って夫々粉末供給部２１０、ＩＪヘッド２０１を駆動制御することにより、図４（ａ）〜（ｆ）において説明した動作を実現する。

次に、本実施形態に係るＰＣ１の機能構成について図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施形態に係るＰＣ１は、図２において説明したＬＣＤ６０及び操作部７０に加えて、コントローラ１００及びネットワークＩ／Ｆ１０１を含む。ネットワークＩ／Ｆ１０１は、ＰＣ１がネットワークを介して他の機器と通信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。

コントローラ１００は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成され、ＰＣ１全体を制御する制御部として機能する。図６に示すように、コントローラ１００は、本実施形態の要旨に係る機能として、３Ｄデータ変換処理部１１０及びＰＣ１が３Ｄプリンタ２を制御するための機能を提供する３Ｄプリンタドライバ１２０を含む。

３Ｄデータ変換処理部１１０は、入力された３Ｄデータを取得して変換処理を行う立体情報処理部である。即ち、３Ｄデータ変換処理部１１０を実現するためのプログラムが、立体情報処理プログラムとして用いられる。３Ｄデータ変換処理部１１０への３Ｄデータの入力は、ネットワークを介してＰＣ１に入力されたデータを３Ｄデータ変換処理部１１０が取得する場合や、操作部７０に対するユーザの操作によって指定されたファイルパスのデータを３Ｄデータ変換処理部１１０が取得する場合等がある。

３Ｄデータ変換処理部１１０は、そのように取得した３Ｄデータに基づき、３Ｄデータによって形作られる立体物を輪切り状にした各層のデータ（以降、「輪切りデータ」とする）を生成する。また、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１１０は、本実施形態の要旨に係る処理として、粉末材料を凝固させるためのバインダー液を吐出するタイミングを設定する。これについては後に詳述する。

３Ｄプリンタドライバ１２０は、ＰＣ１から３Ｄプリンタ２を動作させるためのソフトウェア・モジュールであり、３Ｄデータ変換処理部１１０によって生成された輪切りデータ及びバインダー液の吐出タイミングのデータに基づき、３Ｄプリンタ２を動作させるためのジョブを生成して３Ｄプリンタ２に送信する。

図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の要旨に係る成形材料の積層態様を示す図である。図７（ａ）は、成形対象の立体物を示す側面図である。一般的な積層成形の場合、図７（ｂ）に示すように、各層は平坦に形成され、平坦な層が積層されることとなる。これに対して、本実施形態に係る積層形成においては、図７（ｃ）に示すように、層に凹凸を設けることにより、層と層の間の連結力を高めることが要旨の１つである。

図８は、本実施形態に係る積層成形の一態様として、所定間隔で交互に凹凸を設けて積層された立体物を示す図である。また、図９は、図８に示す切断線ＡＡ´での断面図を示す図である。図９においては、層と層の間の境界に相当する部分を網掛けで示している。図９に示すように、境界面を含む断面においては、境界となる部分とそれ以外の部分とが格子状に配置された状態となる。

他方、図１０は、図８の切断線ＢＢ´での断面図を示す図である。図１０に示すように、切断線ＢＢ´の断面においては、境界面となる部分とそれ以外の部分とがＡＡ´の断面とは逆になる。尚、立体物の表面が曲面の場合には、図１１に示すように、凹凸が収まる範囲のみ凹凸に構成される。

このような凹凸形状の積層構造を用いることにより、層と層の間で凹凸形状が互いに噛み合うことにより、平面の層が積層された場合よりも結合の強度を高めることが可能となる。従って、各層の面積が狭い場合であっても、層と層の間が剥離するような事態を防ぐことが可能となる。

次に、図８に示すような凹凸の積層構造を形成するための手順について、図１２（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｆ）において説明したように、積層成形は粉末材料の層の形成とバインダー液の吐出を繰り返すことによって行われる。そして、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２においては、バインダー液の吐出タイミングを調整することにより、図８に示すような凹凸の積層構造を形成する。

図１２（ａ）の矢印に示すように、基盤２１１上に供給された粉末材料に対して、図９、図１０に示すように層の境界に対応する位置に対してバインダー液が吐出される。これにより、図１２（ｂ）に示すように、バインダー液が吐出された位置のみ、粉末材料が凝固する。図１２（ｂ）に示すように一部の粉末材料が凝固した層の上に、図４（ａ）〜（ｆ）において説明したように粉末材料の層が供給される。これにより、図１２（ｃ）に示すような状態となる。

そして、図１２（ｃ）の矢印に示すように、図１２（ａ）とは異なる位置にバインダー液が吐出される。これにより、バインダー液が吐出された位置のみ、粉末材料が凝固し、図１２（ｄ）に示すように凹凸が形成される。そして、図１２（ｅ）に示すように、更にその上に粉末材料の層が供給され、図１２（ｃ）とは異なる位置にバインダー液が吐出される。

その結果、図１２（ｆ）に示すように、既に形成された凹凸に噛み合うように粉末材料が凝固する。このような粉末材料の供給とバインダー液の吐出を繰り返すことにより、図８に示すような凹凸形状の積層構造が形成される。

即ち、図８に示す凹凸形状の積層構造は、バインダー液を吐出するタイミングを調整することにより実現される。そのため、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１１０は、上述した輪切りデータの生成に加えて、図１２（ａ）〜（ｆ）において説明したようなバインダー液の吐出タイミングを設定するための情報（以降、「吐出タイミングデータ」とする）を生成する。

即ち、本実施形態に係る主制御部２２１は、吐出タイミングデータに基づき、図１２（ａ）に示すように、平面状に供給された粉末材料の上部に上層の粉末材料が堆積される前にバインダー液を吐出する場合と、図１２（ｅ）に示すように、上層の粉末材料堆積された後に凝固液を吐出する場合とを切り替える。

そして、本実施形態に係る凹凸形状の積層構造においては、図９、図１０に示すように、上層の粉末材料が堆積される前にバインダー液が吐出される範囲と、上層の粉末材料が堆積された後に凝固液を吐出する範囲とが格子状に配置される。これにより、凹凸が格子状に噛み合い、層と層の間の結合力を効率的に向上することが出来る。

一層分の輪切りデータは、二次元の画像データと同様に基盤２１１上の位置に応じて成形材料の有無を示す情報である。複数層分のそのような情報により、立体物の輪切りデータが構成される。また、吐出タイミングデータは、輪切りデータと同じく、二次元の画像データと同様に基盤２１１上の位置に応じてバインダー液の吐出有無を示す情報である。

上述したように、本実施形態に係るバインダー液の吐出タイミングは、層と層の間の境界面である。即ち、図８、図９において網掛けで示されている位置にバインダー液の吐出有を示す情報が設定される。

次に、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１１０に含まれる機能について図１３を参照して説明する。図１３に示すように、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１１０は、３Ｄデータ取得部１１１、輪切り処理部１１２、液吐出設定部１１３及び変換データ出力部１１４を含む。

３Ｄデータ取得部１１１は、３Ｄデータ変換部１１０に入力された３Ｄデータを取得する。上述したように、３Ｄデータとは造形するべき目的物の三次元的形状を示す目的物立体情報である。輪切り処理部１１２は、３Ｄデータ取得部１１１が取得した３Ｄデータに基づいて輪切りデータを生成する。液吐出設定部１１３は、輪切り処理部１１２が生成した輪切りデータに応じて、図８において説明した凹凸形状の積層構造が形成されるように上述した吐出タイミングデータを生成する。

変換データ出力部１１４は、輪切り処理部１１２が生成した輪切りデータ及び液吐出設定部１１３が生成した吐出タイミングデータをジョブ生成部１２０に対して出力する。これにより、ジョブ生成部１２０が、輪切りデータ及び吐出タイミングデータに基づいて、３Ｄプリンタ２を動作させるためのジョブを生成して３Ｄプリンタ２に送信する。

次に、このようなジョブを受信した３Ｄプリンタ２の動作について図１４を参照して説明する。図１４に示すように、主制御部２２１は、粉末供給部ドライバ２２３を制御してリコーター２１３を動作させることにより、粉末供給基盤２１２から基盤２１１に粉末材料を供給する（Ｓ１４０１）。次に、主制御部２２１は、ＩＪヘッドドライバ２２４を制御してアーム２０２を移動させることによりＩＪヘッド２０１を各画素の位置に移動させる（Ｓ１４０２）。

ＩＪヘッド２０１を移動した後、主制御部２２１は吐出タイミングデータを参照し、バインダー液の吐出有が設定されている位置である場合、即ち、層と層の境界面である場合（Ｓ１４０３／ＹＥＳ）、主制御部２２１は、ＩＪヘッドドライバ２２４を制御してＩＪヘッド２０１からバインダー液を吐出させる（Ｓ１４０４）。

Ｓ１４０４におけるバインダー液の吐出量は、凝固させる粉末材料の厚さに応じた量である。例えば図７（ｃ）のような積層構造の場合、位置によって粉末材料の厚さが異なる。従って、凝固させる粉末材料が薄い場合、少量のバインダー液が吐出され、凝固させる粉末材料が厚い場合、層の厚さに応じた量のバインダー液が吐出される。

換言すると、Ｓ１４０４において主制御部２２１は、バインダー液を吐出する対象の位置の下層側の層の境界面までの距離に応じた量の凝固液を吐出するように、ＩＪヘッド２０１を制御する。尚、図１２（ａ）〜（ｆ）のような方法を用いる場合、最下層の凹部以外の層の厚さはすべて同一である。

尚、凝固させる粉末材料の層の厚さに応じたバインダー液の吐出態様としては、バインダー液の量を調整する場合の他、浸透性の異なるバインダー液を吐出するようにしても良い。即ち、凝固させる粉末材料が薄い場合、浸透しにくいバインダー液が吐出され、凝固させる粉末材料が厚い場合、浸透しやすいバインダー液が吐出される。

主制御部２２１は、一層分について処理を完了するまでＳ１４０２からＳ１４０５までの処理を繰り返す（Ｓ１４０５／ＮＯ）。そして、一層分の処理を完了したら（Ｓ１４０５／ＹＥＳ）、すべての層について処理を完了するまで、新たな層の粉末材料の供給から処理を繰り返す（Ｓ１４０６／ＮＯ）。そして、すべての層について処理を完了すると（Ｓ１４０６／ＹＥＳ）、処理を終了する。このような処理により、ジョブを受信した３Ｄプリンタ２の動作が完了する。

以上、説明したように、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２においては、粉末材料をバインダー液によって凝固させることによって形成した層を堆積させて立体物を形成する粉末堆積造形方式において、各層に凹凸を設ける。これにより、層と層の間の結合の強度を向上することが可能となる。

尚、図８に示すような凹凸形状の積層構造を用いる趣旨は、図１７（ｂ）に示すように、細長い形状の立体物の成形に際して、長手方向に層を積層していく場合に強度を確保することにある。従って、成形対象の立体物が図１５の部位Ｐのように、積層方向に対して平行な面の幅が狭くなるような部分（以降、「狭小部」とする）を有する場合のみ、本実施形態に係る凹凸形状の積層構造を適用しても良い。

そのような対応は、３Ｄデータ変換処理部１１０によって実現される。図１６は、狭小部の有無に応じて凹凸形状の積層構造の要否を判断する場合の３Ｄデータ変換処理部１１０の動作を示すフローチャートである。図１６に占め鵜ように、３Ｄデータ変換処理部１１０は、成形対象の立体物についての輪切りデータを生成すると（Ｓ１６０１）、生成した輪切りデータを解析し、狭小部の有無を確認する（Ｓ１６０２）。

Ｓ１６０２において、３Ｄデータ変換処理部１１０は、生成した輪切りデータを夫々参照し、成形材料が有ることを示す領域の画像の縦方向及び横方向夫々の幅を抽出する。そのようにして抽出した幅の最小値が、予め定められた閾値を下回る場合、３Ｄデータ変換処理部１１０は、狭小部ありと判断する。

狭小部ありと判断した場合（Ｓ１６０２／ＹＥＳ）、立体物の強度を確保するために凹凸形状の積層構造が必要であるため、３Ｄデータ変換処理部１１０は、図８に示すような凹凸形状の積層構造を構成するために吐出タイミングデータを生成する（Ｓ１６０３）。他方、狭小部なしと判断した場合（Ｓ１６０２／ＮＯ）、凹凸形状の積層構造は不要であるため、３Ｄデータ変換処理部１１０は、そのまま処理を終了する。

このような処理に対して、３Ｄプリンタ２の主制御部２２１は、吐出タイミングデータが生成されている場合のみ、生成された吐出タイミングデータに基づき、供給された粉末材料に対するバインダー液の吐出を制御する。結果的に、３Ｄプリンタ２は、造形するべき目的物において、成形材である粉末材料を積層する方向に対して垂直な面上の幅が所定の閾値よりも狭い部位が含まれる場合に、図８に示す凹凸形状の積層構造を行う。

他方、吐出タイミングデータが生成されていない場合には、従来通りのバインダー液の吐出制御を行う。これにより、吐出タイミングデータが生成されている場合のみ、図８に示すような凹凸形状の積層構造が形成されることとなる。

図１６の例の場合、図１５に示すように狭小部が存在する立体の場合には、成形対象の立体物全体に対して、図８に示すような凹凸形状の積層構造を適用することを前提としている。しかしながら、強度を向上する必要が生じるのは図１５の部位Ｐの部分であるため、部位Ｐの部分のみ図８に示す凹凸形状の積層構造を適用するようにしても良い。この場合、３Ｄデータ変換処理部１１０は、図１６のＳ１６０３において吐出タイミングデータを生成する際に、狭小部があると判断した範囲についてのみ、吐出タイミングデータを生成する。

そして、３Ｄプリンタ２の主制御部２２１は、吐出タイミングデータが生成されている範囲についてのみ、生成された吐出タイミングデータに基づき、供給された粉末材料に対するバインダー液の吐出を制御する。他方、吐出タイミングデータが生成されていない範囲については、従来通りのバインダー液の吐出制御を行う。これにより、吐出タイミングデータが生成されている範囲、即ち、図１５の部位Ｐのような範囲のみ、図８に示すような凹凸形状の積層構造が形成されることとなる。

また、上記実施形態においては、３Ｄデータ変換処理部１１０の液吐出設定部１１３が吐出タイミングデータを生成することにより、３Ｄプリンタ２が図１２（ａ）〜（ｂ）において説明した粉末材料の堆積工程を実施し、図８に示すような凹凸形状の積層構造を実現することを例として説明した。

即ち、本実施形態に係る要旨である凹凸形状の積層構造は、３Ｄプリンタ２がバインダー液を吐出する際、図１２に示すように平面状に供給された粉末材料の平面上の位置に応じて、図１２（ａ）や図１２（ｃ）に示すように、バインダー液を吐出するタイミングを制御することにより実現されるが、それを実現するための吐出タイミングデータは３Ｄプリンタ２ではなくＰＣ１において生成されている。

しかしながらこれは一例であり、３Ｄデータ変換処理部１１０及びジョブ生成部１２０の機能を３Ｄプリンタ２に含め、図１３において説明した３Ｄデータ取得部１１１が取得する３Ｄデータを３Ｄプリンタ２に入力するようにしても良い。この場合、凹凸形状の積層構造を実現するための吐出タイミングデータは、３Ｄプリンタ２内部において生成されることとなる。

１０ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
３０ ＲＯＭ
４０ ＨＤＤ
５０ Ｉ／Ｆ
６０ ＬＣＤ
７０ 操作部
８０ バス
１００ コントローラ
１０１ ネットワークＩ／Ｆ
１１０ ３Ｄデータ変換処理部
１１１ ３Ｄデータ取得部
１１２ 輪切り処理部
１１３ 液吐出設定部
１１４ 変換データ出力部
２０１ ＩＪヘッド
２０２ アーム
２１０ 粉末供給部
２１１ 基盤
２１２ 粉末供給基盤
２１３ リコーター
２２０ コントローラ
２２１ 主制御部
２２２ ネットワーク制御部
２２３ 粉末供給部ドライバ
２２４ ＩＪヘッドドライバ

特開２００４−２９１６２５号公報

Claims (9)

1. 入力された情報に基づいて成形材の層を積層することにより立体物を造形する立体造形装置であって、
   平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給する粉末材料供給部と、
   平面状に供給された粉末材料に対して、供給された前記粉末材料を凝固させるための凝固液を、造形するべき目的物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出して前記粉末材料を凝固させることにより前記成形材の層を形成する凝固液吐出部と、
   前記成形材の層の面が凹凸を有するように、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを制御する制御部とを含むことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記制御部は、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて、上部に粉末材料が堆積される前に凝固液を吐出する場合と、上部に粉末材料が堆積された後に凝固液を吐出する場合とを切り替えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記制御部は、平面状に供給された前記粉末材料において、上部に粉末材料が堆積される前に凝固液を吐出する範囲と、上部に粉末材料が堆積された後に凝固液を吐出する範囲とが格子状に配置されるように制御することを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
4. 前記制御部は、造形するべき目的物において、前記成形材の層を積層する方向に対して垂直な面上の幅が所定の閾値よりも狭い部位が含まれる場合に、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の立体造形装置。
5. 前記制御部は、造形するべき目的物において、前記成形材の層を積層する方向に対して垂直な面上の幅が所定の閾値よりも狭い部位が含まれる場合に、幅が所定の閾値よりも狭い部位について、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを制御することを特徴とする請求項４に記載の立体造形装置。
6. 前記制御部は、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置のうち、前記成形材の層の境界に相当する位置に対して前記凝固液を吐出するように制御することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の立体造形装置。
7. 前記制御部は、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置のうち、前記成形材の層の境界に相当する位置に対して、下層側に位置している前記成形材の層の境界までの距離に応じた前記凝固液を吐出するように制御することを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
8. 平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給すると共に、前記粉末材料を凝固させるための凝固液を、供給された前記粉末材料に対して吐出して前記粉末材料を凝固させて成形材の層を積層することにより立体物を造形する立体造形装置に入力するための情報を処理する立体情報処理プログラムであって、
   造形するべき目的物の三次元的形状を示す目的物立体情報を取得するステップと、
   取得された前記目的物立体情報に基づき、前記三次元的形状を鉛直方向に垂直な面で輪切りにした輪切りデータを鉛直方向に所定の間隔で生成するステップと、
   前記成形材の層の面が凹凸を有するように、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを制御するための吐出タイミングデータを生成するステップと、
   前記輪切りデータ及び前記吐出タイミングデータを出力するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする立体情報処理プログラム。
9. 成形材の層を積層することにより立体物を製造する立体物の製造方法であって、
   平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給し、
   平面状に供給された粉末材料に対して、供給された前記粉末材料を凝固させるための凝固液を、造形するべき目的物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出して前記粉末材料を凝固させ、
   前記成形材の層の面が凹凸を有するように、平面状に供給された前記粉末材料の平面上の位置に応じて前記凝固液を吐出するタイミングを変えることを特徴とする立体物の製造方法。