JP2016107638A - 情報処理方法、情報処理装置、立体物の製造方法、立体造形装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑える。【解決手段】注目層のスライスデータを生成するために、造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、前記断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において、前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、前記断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、情報処理方法、情報処理装置、立体物の製造方法、立体造形装置及びプログラムに関するものである。

近年、立体的な造形対象物を平行な面で切断した断面に対応して造形材料を順次積層して造形対象物に応じた造形物を作製する、ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術が注目されている。
ＡＭ技術として種々の方法が知られているが、多くの方法では、作製中に、支持体によって、基準となるステージに造形物またはパーツを固定する必要がある。この支持体は、造形物が形成中に変形することを防止するのが目的である。

この支持体は、パーツの作製中に作用する重力、張力に耐えるために、十分な構造強度を維持する必要がある。特に、造形対象物が張り出した部分（オーバーハング部）の下側は、重力による変形を防止するために、支持体が必要な領域として代表的なところである。以下、支持体と区別するため、ＡＭ技術にて作製された造形物のうち、造形対象物を構成する部分を構造体とよぶ。
造形物の作製が終了すると、手動または支持体を溶かす溶剤を使って、構造体から支持体を除去する必要がある。この除去工程は、非常に手間がかかる工程であり、また除去時に造形物表面を損傷しないように多くの注意が必要となる。
除去された支持体は廃棄物になってしまう問題があり、支持体を作成するのに要する時間、エネルギー、材料を最小限にすることが求められる。

特許文献１では、支持体の構造強度を保ちながら、消費材料を減らす様々な方法が開示されている。
また特許文献２には、支持体必要領域を算出し、構造体と支持体の接合ポイントを計算し、また接合ポイントから特別な計算で求めたランキング法で、不要な支持体を削減する方法が開示されている。
さらに、特許文献３には、造形対象物の重量配分を用いて、支持体の壁の厚さを計算する方法が開示されており、単位体積当たりの重さが大きい部分にあたる支持体の壁の厚みを他の部分よりも厚くすることが記載されている。

米国特許第５５９５７０３号明細書 特許第５３８３６８７号公報 国際公開第２００８／０４４６９３号

しかしながら、従来の方式では、以下のような課題が生じることが懸念される。
特許文献１、２の方式では、支持体は、支持体の上部（重力方向の上側）からかかる荷重にかかわらず、同じ構造をとっている。このため、想定した設計値より軽荷重の場合は、オーバースペックの支持体構造が与えられ、逆に、想定した設計値より重荷重の場合は、支持体が支えきれずに傾くなど、変形したり、形成中のものが崩れてしまうという問題が生じることが懸念される。また、特許文献３は、造形対象物の重量配分だけを用いて支
持体の構造強度を計算しているため、支持体の下側ではその上に設けられる支持体の重量が加わる分、構造強度が不足して変形する恐れがある。さらに、積層時に圧力を加える場合にも、構造強度の不足が生じる。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、造形物が作製中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることを目的とする。

本発明の第一態様は、
層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において前記スライスデータを生成する情報処理方法であって、
注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、
前記断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において、前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、
前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、
前記断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、
を含むことを特徴とする情報処理方法を提供する。

本発明の第二態様は、
層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において前記スライスデータを生成する情報処理装置であって、
注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得する取得手段と、
前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断する判断手段と、
前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定する決定手段と、
前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成する生成手段と、
を有することを特徴とする情報処理装置を提供する。

本発明の第三態様は、
層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する方法において、
前記スライスデータを生成するステップは、
注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、
前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、
前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重
の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、
前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、
を含むことを特徴とする立体物の製造方法を提供する。

本発明の第四態様は、
層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を積層し、造形対象物を構成する構造体と、前記構造体を支持するための支持体とを含む立体物の製造方法であって、
前記立体物が前記構造体によって互いに分離された複数の支持体を有する場合、
前記複数の支持体のうち少なくとも２つの支持体は、支持体ごとに互いに異なる支持構造で形成されることを特徴とする立体物の製造方法を提供する。
本発明の第五態様は、
層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において、
前記スライスデータを生成するスライスデータ生成手段を備え、
前記スライスデータ生成手段は、
注目層のスライスデータを生成するために、造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得する取得手段と、
前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断する判断手段と、
前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定する決定手段と、
前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における前記造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成する生成手段と、
を有することを特徴とする立体造形装置を提供する。

本発明の第六態様は、上記記載の情報処理方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラムを提供する。

本発明によれば、造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることが可能となる。

実施例１のシート積層装置を用いた場合の積層に関して説明するための図 実施例１において、積層により形成された造形物を示す概略図 実施例１の立体造形装置における造形物形成時の全体の処理フローを示す図 実施例１のサポート計算ステップのフローチャートを示す図 実施例１の論理演算を説明するためのブロック図 図５の演算部が論理演算を行う際に用いる演算表を示す図 実施例１の切り替え信号設定のフローチャートを示す図 実施例１の支持構造切り替え部のブロック図 実施例１の支持構造について説明するための図 実施例２のサポート計算ステップのフローチャートを示す図 実施例３のサポート計算ステップのフローチャートを示す図 実施例３の支持構造について説明するための図 実施例４の画像形成ユニットを用いて造形物を形成する方法を説明する図

［実施例１］
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、本発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
図１は、本実施例の立体的な造形物を形成する立体造形法の一例として、面単位で造形材料を積層するシート積層法を用いた場合の、構造体部分の積層に関して説明するための図である。図２は、本実施例において、積層により形成された造形物を示す概略図である。図２（ａ）は、支持体がない状態、即ち、構造体（造形対象物）を示す図である。図２（ｂ）は、構造体と、造形物の形成時に支持が必要となる支持必要領域と、を示す図である。図２（ａ）の造形対象物を造形する際には、構造体によって互いに分離された支持必要領域が必要となる。

本実施例のシート積層法では、造形対象物の断面データに応じて造形材料が配置された複数のシート状の層を、シート同士を接着しながら下から上に順次積層し、造形対象物を含む立体物（造形物）を作製（製造）する。図１の造形対象物の例では、図示しないプラットフォーム上に、シートａを１０枚、その上にシートｂを５０枚、その上にシートｃを５０枚、その上にシートｄを３０枚、その上にシートｅを８枚と、下から上に順次積層していく。このときの積層方向（下から上へ向かう方向）を図２（ａ）では矢印Ｚで示している。シート間は、熱や造形材料を溶かす溶媒を用いるなど、何らかの方法で接着させるものとする。

このようにして形成された造形物の構造体１０は図２（ａ）に示すような形状になる。図では、積層された各層を区別して示しているが、実際の構造体では、各層は一体となり、その境界線は認識できない場合が多い。図２（ａ）において、上のシートが下のシートよりも、水平方向にはみ出した部分であるオーバーハング部１１は、何らかの手段で支持しないと、構造体が変形して積層が良好に行えなくなってしまうことが懸念される。
そこで、造形の際、このようなオーバーハング部１１を支持するための領域（以下、支持必要領域）１２には、支持体が配置される。図２（ｂ）では、支持必要領域１２をハッチングで示している。
図１のようにシートが積層される際、積層されるシートと同一面上に位置する支持必要領域に対して支持体を設けられることで、オーバーハング部が支持体で支持された状態の造形物が形成される。その後、造形物から支持体が取り除かれることで、構造体だけとなり、造形対象物が完成する。

本実施例では、この支持体が、従来のように同じ構造をとるものではなく、各層に上方からかかる荷重の大きさに応じて、当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するように構成されていることを特徴とする。ここで上方からかかる荷重として考慮するのは、構造体および支持体による荷重である。また、本実施例では、上方からかかる荷重の大きさに応じて、当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定する方法に特徴を有するものである。ここで、支持体は、強度（耐荷重量）が異なる複数の種類から選択することができる。強度は、支持体の構造、材料などにより決まるため、構造毎、材料毎でそれぞれ種類を分けることができるが、本実施例では、支持体の種類として、支持体の構造を決定する例について説明する。尚、支持体の選択肢として、同じ強度のものを複数種類用意しても良い。異なる材料で構成された同じ強度の支持体を選択肢として有していれば、構造体を作製する材料や後の除去工程などに応じて適切な材料の支持体を選択することができる。尚、同じ強度で異なる色の支持体を選択肢として用意しても良い。また、支持体の
強度を変えるために、支持体の構造のみが異なる支持体を選択肢として用意しても良いし、支持体の材料のみが異なる支持体を選択肢として用意しても良いし、支持体の構造と材料の両方が異なる支持体を選択肢として用意しても良い。

図３は、本実施例の立体造形装置における造形物形成時の全体の処理フローを示す図である。この処理は、立体造形装置に組み込まれたり、接続されたりして使用される情報処理装置により実行される。
ステップ３０１は、造形対象物の３Ｄデータのモデリングステップである。モデリングは、３Ｄ−ＣＡＤ，３Ｄ−ＣＧ，３Ｄ−Ｓｃａｎｎｅｒなどの３次元モデル作成ソフトを使って構造物モデルやパーツを作成する部分である。ここでは、それぞれのソフトの必要に応じたファイル形式でデータ作成・保存が行われる。
ステップ３０２は、モデリングソフトのデータをＳＴＬ（StereoLithography）ファイ
ルに変換するステップである。ＳＴＬは、従来から光造形装置などで使われている３次元形状を表す、よく知られたフォーマットで、造形物表面を３角形で表現する。データは３つの頂点座標値と３角面の法線ベクトルである。

ステップ３０３は、ある時点でのデータ生成の対象となる層である注目層のスライスデータを生成するために、造形対象物の各層における断面を表す断面データを取得するスライス処理ステップである。ここで、スライスデータは造形物を形成する際に用いられるデータであり、層毎に生成される。
このステップは、ＳＴＬで表現された造形物を、一定間隔で積層方向に垂直なＸＹ平面（図１）で切断した断面形状を計算するステップである。このステップでは、基本的には、造形対象物の内側、外側を示す２値のビットマップ画像が断面データとして得られる。

ステップ３０４は、サポート計算ステップである。詳細は後述するが、この処理では、支持必要領域を埋める支持体（本実施例ではシート）の構造を決定するための処理を行い、注目層の断面データと、決定した支持体の構造に基づいて、注目層のスライスデータを生成する。この注目層のスライスデータとしては、造形対象物の注目層に対応する断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データが生成されることとなる。

ステップ３０５は、生成した各層のスライスデータを記憶部にスプールするステップであって、造形物の上から下まで順に生成したスライスデータを記憶するステップである。
ステップ３０６は、スライスデータを用いて各層を形成するステップであって、下から上に順に積層して立体物（造形物）を作る造形ステップである。
本実施例では、スライスデータの生成は上から下へ順に行い、スライスデータをスプールして、積層は下から上へ積み上げる方式について説明する。ただし、この方法に限るものではない。

以下に、図３のステップ３０４のサポート計算ステップについて図４〜図９を用いて説明する。図４は、サポート計算ステップのフローチャートを示す図である。図４では、支持必要領域単位で支持構造を決める場合について説明する。
図４においてステップ４０１は、論理演算を行うステップである。本実施例では、スライスデータの生成は、上から下に順番に行っている。そして、ステップ４０１では、注目層の断面データと、記憶された当該注目層の１つ上の層のスライスデータ（上層スライスデータ）に基づいて、論理演算を行う。
この論理演算により、注目層において支持必要領域の有無を判断することができ、支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求めることができる。

ここで、ステップ４０１で行う論理演算について図５，図６を用いて説明する。
図５は、論理演算を説明するためのブロック図であり、図６は、図５の演算部５０２が論理演算を行う際に用いる演算表を示す図である。
図５に示す断面データ生成部５０１では、造形対象物の断面データが生成される。記憶部としてのスライスデータ蓄積部５０３には、スライスデータがバッファリングされる。

演算部５０２では、断面データ生成部５０１で生成された断面データと、スライスデータ蓄積部５０３にバッファリングされたスライスデータとに対して、垂直方向（上下方向）で重なる画素毎に、図６の演算表を用いた論理演算が行われる。ここでは、断面データの画素Ａと、スライスデータの画素Ｂであって画素Ａと垂直方向で重なる画素Ｂとに対して、論理演算が行われた場合について説明する。ここで、画素Ｂは、画素Ａの真上に位置することとなる。なお、ここでいう画素とは、論理計算を行う単位領域のことである。例えば、粒子１個分の領域を画素としてもよいし、粒子複数個分の領域を画素としてもよい。
演算部５０２では、この論理演算により、断面データの画素Ａに基づいて、「材無：０」と「造形物：１」と「支持体：２」の３値の出力信号Ｃを出力する。ここで、「支持体：２」の信号が生成された場合に、支持必要領域が存在することになる。これにより、２値の画像であった断面データに対して、支持必要領域に関する情報を含んだ３値のスライスデータを生成することができる。

ここで、図６を用いて演算部５０２で行われる論理演算について説明する。
演算部５０２では、断面データ生成部５０１で生成された断面データの画素Ａと、スライスデータ蓄積部５０３にバッファリングされたスライスデータの画素Ｂにおいて、垂直方向で重なる画素毎に対して論理演算が行われる。図６における各記号について説明すると、「Ｗ０」は材無領域、「Ｍ１」は構造体領域、「Ｓ２」は支持体領域を示している。ここで、材無領域「Ｗ０」は、断面データ上では、構造体領域「Ｍ１」の外側の領域であり、スライスデータ上では、構造体領域「Ｍ１」の外側、かつ、支持体領域「Ｓ２」の外側の領域である。

図６では、画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｗ０」の時に演算部５０２により出力されるのは、「材無：０」であることを表している。また、画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｍ１」の時は、オーバーハング部と判断できるので、出力されるのは、「支持体：２」であることを表している。画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｍ１」となるタイミングは、造形物から支持体への切り替えタイミングを意味するもので、このタイミングで図５の新たな支持必要領域決定部５０５により新たな支持必要領域信号Ｄが生成される。

また、画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｓ２」の時に出力されるのは、「支持体：２」であることを表している。画素Ａに対して「支持体：２」が出力された後、画素Ａと垂直方向で重なる画素であって、画素Ａよりも下に位置する画素に対する論理演算で「支持体：２」の出力が続くと、支持必要領域が連続して存在することになる。
また、画素Ａが「Ｍ１」の時は、画素Ｂが「Ｗ０」、「Ｍ１」のいずれの場合でも、出力されるのは、「造形物：１」であることを表している。また、画素Ａが「Ｍ１」、かつ、画素Ｂが「Ｓ２」の時に出力されるのは、「造形物：１」であることを表している。このタイミングで、支持体から造形物に切り替わることになる。

図４のフローチャートの説明に戻る。
ステップ４０２は、ステップ４０１における図５の演算部５０２の演算結果から、断面データの画素Ａが、新たに支持が必要になった領域かどうかを判定するステップである。上述のように、画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｍ１」の場合に、図５の新たな支持
必要領域決定部５０５により新たな支持必要領域信号Ｄが出力され、ステップ４０２において、新たな支持必要領域と判定される。ステップ４０２において、新たな支持必要領域と判定された場合（ステップ４０２でＹの場合）には、ステップ４０３に進む。

ステップ４０３は、切り替え信号Ｅを設定するステップである。
ステップ４０３では、ステップ４０２で新たな支持必要領域と判定された場合、後述するように累積計算されている荷重相当値に応じて支持体の構造を決定し、支持構造を切り替える信号を設定する。すなわち、荷重相当値が、設定値より小さい場合は支持構造１とし、設定値以上の場合は、支持構造１よりも強度の大きい支持構造２に切り替える切り替え信号Ｅが設定される。
この点について、図７を用いて説明する。

図７は、ステップ４０３の切り替え信号設定のフローチャートを示す図である。
ステップ７０１は、画素毎の荷重相当値の読み出しステップで、図５で示す新たな支持必要領域信号Ｄが出力されたタイミングで、画素毎の荷重相当値を読み出す。
ステップ７０２は、荷重相当値の大きさを判定するステップである。荷重が大きい場合、すなわち、荷重相当値が設定値以上の場合（ステップ７０２でＹの場合）は、支持構造を強化する必要があるため、支持構造２が選ばれるような切り替え信号Ｅに設定する（ステップ７０４）。荷重が小さい場合、すなわち、荷重相当値が設定値未満の場合（ステップ７０２でＮの場合）は、支持構造１が選ばれるような切り替え信号Ｅに設定する（ステップ７０３）。

ここで、支持構造は、上述のように支持体の強度で分けられ、荷重相当値の設定値は、支持体の材料の強度や支持構造の強度に応じて適宜、予め設定されるものであればよい。また、本実施例では、支持体の支持構造として、２種類の支持構造１，２を適用する場合について示しているが、この場合、支持構造２は、造形対象物の最下面に設けられても荷重相当値に耐えられる構造にしておく。支持構造１は、たとえば支持構造２の半分の荷重相当値に耐えられる構造とすればよい。これに限るものではなく、３種類以上の支持構造が適用されるものであってもよい。支持構造の種類が多いほど、支持体の材料消費量を抑える効果が大きい。

また、本実施例では、支持体の材料は１種類として示しているが、これに限るものではなく、支持体としては、特性が異なる材料でそれぞれ構成される複数種類の支持体が用いられるものであってもよい。このような支持体が用いられる場合には、材料毎に支持構造の形が異なるものであってもよい。例えば、材料Ａの場合は支持構造１と支持構造２とを、荷重相当値が設定値未満か以上かで切り替え、材料Ｂの場合には別の支持構造３と支持構造４とを、荷重相当値が設定値未満か以上かで切り替えるように構成するとよい。このとき、荷重相当値は、支持体の材料の種類や支持構造の種類に応じて、それぞれ設定されるものであってもよい。支持体の材料の特性としては、手動で除去されるものであること、溶剤で溶かされることで除去されるものであることを例示することができる。
また、本実施例では、荷重相当値として、垂直方向で重なる画素毎の荷重を累積計算して求めた値を適用するものであるが、これに限るものではない。荷重相当値として、例えば、造形物の最上位からの距離を考慮するものであってもよい。

次に、ステップ７０３、ステップ７０４での切り替え信号の設定例を以下に説明する。図９は、構造体によって互いに分離された支持必要領域に、それぞれ異なる支持構造の支持体が形成される例について説明する図である。ただし、図９は一例であって、構造体によって互いに分離された支持必要領域が３つ以上有する場合、同じ支持構造で形成される支持体が含まれている場合もあり得る。つまり、前記造形物が前記構造体によって互いに分離された複数の支持体を有する場合、前記複数の支持体のうち少なくとも２つの支持体
は、支持体ごとに互いに異なる支持構造で形成される。
切り替え信号の簡単な設定方法としては、次のような方法がある。まず、複数の画素を含む１つの支持必要領域に対する支持構造を、荷重相当値が設定値未満の場合に対応した支持構造１にセットしておく。そして、当該支持必要領域の画素のうちいずれかの画素において、累積計算している荷重相当値が設定値以上となった場合は、その時点で、当該支持必要領域の全ての画素に対して、荷重相当値が設定値以上の場合に対応した支持構造２に切り替える。これにより、図９で示した造形物１０の場合には、上部の支持必要領域は支持構造１で形成される支持体１３、下部の支持必要領域は支持構造２で形成される支持体１４になっている。

また、ステップ７０３、ステップ７０４において、切り替え信号を設定するのではなく、ステップ７０２の判定にしたがい支持構造１に設定すること、または、支持構造２に設定することの情報を、画素毎に記録してもよい。このように、スライスデータを４値の信号で生成するように構成することで、切り替え信号を設定することなく、スライスデータを生成することができる。
このように、支持構造１に設定するか、支持構造２に設定するかの情報を画素毎に記録する場合には、次のようにして支持構造を設定してもよい。１つの支持必要領域を構成する複数の画素に対してステップ７０２でそれぞれ判定が行われるが、この判定結果がＹとなる場合とＮとなる場合が混在することがあり、この場合、当該支持必要領域の支持構造として、支持構造１と支持構造２が混在して設定される。このような場合には、当該支持必要領域の支持構造として構造強度が高い方の支持構造２を優先して設定する。

また、支持体の支持構造においては、支持構造２の形状が、支持構造１の形状を含むように、すなわち、支持構造１の形状を補強した形で、支持構造２の形状が形成されるものであってもよい。これにより、隣り合う画素においてそれぞれ支持構造１と支持構造２が設定された場合でも、支持構造１と支持構造２の間で、連続した支持構造を保つことができる。したがって、複数の画素を含む１つの支持必要領域に対する支持構造として、支持構造１と支持構造２が混在する場合でも、より確実に、支持体としての機能を発揮することができる。なお、上述のような支持構造１と支持構造２が混在する場合として、支持構造の判定時に誤判定が起こった場合を例示することができる。

図４のフローチャートの説明に戻る。
ステップ４０２でＮの場合、すなわち、断面データの画素Ａが、新たな支持必要領域でないと判定された場合には、ステップ４０４に進む。このとき、図６において画素Ａが「Ｗ０」、かつ、画素Ｂが「Ｓ２」となる場合には、スライスデータの画素Ｂに配置される支持体の支持構造と同じ支持構造の支持体が、支持体領域として設定されることとなる。

ステップ４０４〜ステップ４０６は、累積計算を行うステップである。この累積計算は、図５の累積計算部５０４により行われる。累積計算部５０４は、演算部５０２から出力される３値の出力信号Ｃに基づいて、垂直方向で重なる画素毎に、以下に示すように垂直方向に累積する計算を行い、その値を記憶する。
ステップ４０４は、画素毎の構造体領域「Ｍ１」の累積計算ステップであり、垂直方向で重なる画素毎に積算してきた荷重相当値を求める。
ステップ４０５は、画素毎の支持体領域「Ｓ２」の累積計算ステップであり、垂直方向で重なる画素毎に積算してきた荷重相当値を求める。なお、ステップ４０４とステップ４０５との順番を入れ替えても構わない。

ステップ４０６は、画素毎の全領域における累積計算ステップであり、構造体領域「Ｍ１」の荷重相当値と、支持体領域「Ｓ２」の荷重相当値との和を計算し、各画素における荷重相当値とする。
ステップ４０７は、スライスデータとして、構造体領域「Ｍ１」と支持体領域「Ｓ２」とを含む画像データを生成するステップである。このとき、支持体領域「Ｓ２」に相当する画像データは、切り替え信号Ｅに従い支持体を支持構造１又は支持構造２に設定して生成する。
この点について図８を用いて説明する。

図８は、支持構造切り替え部のブロック図である。
図８において、８０１は支持構造１のパターン発生器であり、８０２は支持構造２のパターン発生器である。パターン発生器は、内部のカウンタを用いて、支持構造のパターンを構成する画素を発生する。支持構造１は、構造強度は低いが、材料の消費を節約した構造である。支持構造２は、支持構造１よりも構造強度は高いが、支持構造１よりも多くの材料を消費する構造である。本実施例では、支持構造を格子パターンとしているが、これに限るものではなく、例えば、六角形等の多角形パターンであってもよい。

図８に示す出力信号Ｃは、図５において演算部５０２から出力された３値の信号で、支持必要領域に関する情報が含まれている。
支持構造切り替え部８０３では、切り替え信号Ｅに従って、支持構造を支持構造１か支持構造２のいずれかに設定する。
次に、支持構造設定部８０４では、出力信号Ｃに含まれる支持体領域「Ｓ２」を、支持構造切り替え部８０３で設定された支持構造に設定する。そして、スライスデータ生成部８０５で、構造体領域「Ｍ１」と支持体領域「Ｓ２」を含むスライスデータが生成される。

図８に示す支持構造１，２では、格子（金網）構造の壁の厚さが違うことを、２次元で表現しているが、３次元表示にすると壁のある升目のようになる。なお、このような格子状の支持構造を採用した場合には、スライスデータ上では支持体領域「Ｓ２」となる領域であっても、その位置によっては、支持体を含んだ造形物の形成時に材無となる領域が存在することとなる。

ステップ４０８は、ステップ４０７で生成されたスライスデータを出力するステップである。
図４は、注目層における断面データ１枚に対して行うフローを示すものである。図４のフローを、ステップ３０３でスライス処理された各断面データに対して行うことにより、構造体領域と支持体領域を含むスライスデータが造形対象物全体に対して出力され、スプール部３０５に記憶される。

以上説明したように、本実施例では、支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさに応じて、当該支持必要領域に配置する支持体の構造が異なるように構成している。これにより、造形対象物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることが可能となる。
ここで、本実施例では、造形対象物を形成する材料は１種類として説明したが、これに限るものではなく、本発明は、造形対象物の形成に複数種類の材料を用いる場合であっても、好適に適用することができる。複数種類の材料には、材質の種類が異なる材料や色の種類が異なる材料が含まれる。造形対象物の形成に複数種類の材料を用いる場合には、材料の種類の数に応じた多値のスライスデータが出力されるように論理演算が行われるものであるとよい。

［実施例２］
実施例１では、支持必要領域単位で支持構造を決める場合について説明したが、本実施例では、１つの支持必要領域内で支持構造を切り替える場合について説明する。具体的に
は、図９の造形対象物の下部の支持必要領域において、上からの荷重相当値が設定値以上になる画素が含まれている層より上の支持体部分を支持構造１、その層から下の支持体部分を支持構造２に切り替える。本実施例における造形物形成時の全体の処理フローは図３と同じであるが、サポート計算ステップ３０４が、図４とは異なっている。
サポート計算ステップ３０４のフローチャートを図１０に示す。図１０のフローチャートには、新たな支持必要領域かどうかを判定するステップ４０２がない。このステップ４０２を行わないことで、支持必要領域内において上からの荷重相当値が設定値以上になる画素が含まれている層を境に、支持構造を切り替えることが可能となる。

本実施例の場合、支持必要領域の途中で支持構造を切り替えるため、支持構造１と２が切り替えタイミングで連続している必要がある。例えば、図８に示された支持構造１と２のように、積層方向に延びる構造のピッチを合わせておけば、支持構造の連続性を得るのは容易であるが、連続性が得られれば他の手法を用いても構わない。
本実施例によれば、上からの荷重相当値が設定値以上かどうかに応じて、適宜支持構造を切り替えるため、必要以上に構造強度の高い支持構造を用いることがない。従って、造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることが可能となる。

［実施例３］
以下に、実施例３について説明する。なお、本実施例においては、実施例２に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例２と同様の構成部分については、その説明を省略する。
本実施例では、支持体の積層方向（垂直方向）の長さを考慮して、途中で支持構造を変更することを特徴とする。例えば、造形物のオーバーハング部の下の空間の垂直方向の長さが長い場合や、造形物が逆ピラミッド形状の場合、すなわち、支持必要領域が積層方向に連続して存在する場合に適用される。
本実施例では、連続して存在する支持必要領域が、画素毎に垂直方向でどの程度連続したかをカウントするカウント機能を用いて、次のようなタイミングで支持構造を変更するように構成している。すなわち、カウント数が設定値以上、および、上からかかる荷重相当量が設定値以上のいずれか一方に該当したタイミングで、支持構造を変更するように構成している。
カウント機能は、より具体的には、垂直方向に連続した支持必要領域の最上位からの長さをカウントしている。

図１１は、本実施例のサポート計算ステップのフローチャートを示す図であり、実施例２の図１０のフローチャートに対して、カウンタ機能に関する９００番台のステップが付け加えられている。ここでは、付け加えられたステップのみ説明する。
ステップ９０１は、垂直方向に連続した支持必要領域の最上位からの長さをカウントするステップである。
ステップ９０２は、垂直方向に連続した支持必要領域の最上位からの長さが設定値以上かどうかを判断するステップである。ステップ９０２において、垂直方向に連続した支持必要領域の最上位からの長さが設定値以上と判断された場合は、上からかかる荷重相当量が設定値を超えていなくても、ステップ９０３で支持構造を強度の大きい支持構造に切り替える信号をセットする。これにより、図１２（ａ），（ｂ）のように支持体の途中から支持構造が変わる構成とすることが可能となる。

図１２（ａ），（ｂ）は、本実施例の支持構造について説明するための図であり、図１２（ａ）は造形物に傾斜がついた場合の例を示す図であり、図１２（ｂ）はオーバーハング部の下の空間の垂直方向の長さが長い場合の例を示す図である。いずれの図においても、支持必要領域の上部には、支持構造１が適用され、下部には、支持構造１からなる支持
体１３よりも強度の大きい支持構造２である支持体１４が適用されている状態を示している。

以上説明したように、本実施例では、支持体の途中において、支持体の垂直方向の長さを考慮して支持構造を切り替え可能にすることにより、弱い構造が長く連続することで歪みやすくなるのを防止することができる。その結果、実施例２よりも、より効果的に、造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることが可能となる。本実施例は、実施例１においても、同様に適用することができる。

［実施例４］
本実施例では、積層時に圧力を加える場合について説明する。なお、本実施例においては、実施例１乃至３に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例１乃至３と同様の構成部分については、その説明を省略する。

図１３は、本実施例において造形に用いる造形装置を説明するための図である。画像形成ユニット１００は、造形装置において、実施例１乃至３で説明したスライスデータ生成部８０５で生成されたスライスデータに基づき、電子写真方式にて造形材料を配置し、層となる画像を形成する部分である。
画像形成ユニット１００には、粒子１用の感光ドラム１０１、粒子２用の感光ドラム１０２、粒子３用の感光ドラム１０３、粒子４用の感光ドラム１０４が、無端状の転写ベルト１０９の回転方向に沿って設けられている。また、転写ベルト１０９を介して各感光ドラムに対向するように、粒子１用の転写ローラ１０５、粒子２用の転写ローラ１０６、粒子３用の転写ローラ１０７、粒子４用の転写ローラ１０８が設けられている。

画像形成ユニット１００による画像形成動作について説明すると、まず、感光ドラム１０１〜１０４には、光学系より露光され造形材料が供給されることで、画像が形成される。そして、各感光ドラム上に形成された画像は、各感光ドラムと各転写ローラとに挟持された転写ベルト１０９上に転写され、転写ベルト１０９上に画像が形成される。
転写ユニット１１０は、画像形成ユニット１００において転写ベルト１０９上に形成された画像を、画像形成ユニット側の転移ローラ１１１と転写ユニット側の転移ローラ１１２により、転写ベルト１１４に転移させるものである。

転写ユニット１１０において、転写ベルト１１４に転移した画像をヒータ１１３により造形ユニット１２０内の積層ステージ１２２上の積層造形物１２１に熱溶着させる。積層ステージ１２２は、熱溶着時、転写ベルト１１４と同期してステージ移動台１２３を移動可能に構成されている。また、ステージ移動台１２３は積層厚に従って矢印の方向に下降可能に構成されている。
本実施例では、造形材料を粒子１〜粒子４として説明しているが、この粒子１〜粒子４のうち１つを支持体の材料にすることで、支持構造の造形が可能になる。

ここで、ステージ移動台１２３の下降量と、実際の積層厚との間に差が生じた場合には、造形物を形成する際の積層時に、形成中（製造中）の積層造形物１２１に転写ベルト１１４から回転方向の力がかかる場合がある。この回転方向の力の水平分力はせん断力、垂直分力は圧縮力１３０になるため、このような回転方向の力が積層造形物１２１にかかる場合には、実施例１の累積計算で決定した支持構造を本実施例に適用しても、支持体が造形物を好適に支持できない可能性がある。
そこで、本実施例では、実施例２で説明した荷重相当値に、積層造形物１２１にかかる圧縮力１３０に対応する値を加えた累積計算を行うこととした。

本実施例では、実施例２で説明した図１１のステップ４０６における画素毎の累積計算
ステップで、画素毎の荷重相当値に圧縮力１３０に対応する値を加えている。この方法により、圧縮力１３０を考慮した累積計算をより容易に行うことができる。
この圧縮力（圧力）１３０は、図示しない積層高さセンサと積層設定値の誤差を毎回、又は定期的に測定することにより推定することができる。また、転写ベルトをローラに巻き付けて構成した場合には、回転軸の歪みセンサの出力などからも推定することができる。

以上説明したように、本実施例では、実施例１で説明した荷重相当値に、形成中の積層造形物にかかる圧縮力に対応する値を加えた値を、支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさとしている。そして、この大きさに応じて、当該支持必要領域に配置する支持体の構造が異なるように構成している。これにより、実施例２よりも、より効果的に、造形物が形成中に変形してしまうことを防ぎつつ、支持体の材料消費量を抑えることが可能となる。なお、本実施例は、実施例１や実施例３についても同様である。
また、本実施例では、画像形成ユニット１００として電子写真方式を用いて各層を形成する方法を説明したが、インクジェット法式を用いて形成してもよい。

［その他の実施形態］
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。
また、造形材料の積層を面単位で行う方法について説明してきたが、本発明はこの方法に限定されるものではない。熱溶解積層法（Fused deposition modeling：FDM）や光造形法など、スライスデータを生成し、支持必要領域にサポート体を形成する造形法に適用することができる。

１０…造形物、８０３…支持構造切り替え部、８０５…スライスデータ生成部

Claims (16)

1. 層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において前記スライスデータを生成する情報処理方法であって、
   注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、
   前記断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において、前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、
   前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、
   前記断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、
   を含むことを特徴とする情報処理方法。
2. 前記造形材料の積層は下から上に順番に行い、前記スライスデータの生成は上から下に順番に行うことを特徴とする請求項１に記載の情報処理方法。
3. 生成した各層のスライスデータを記憶部に記憶するステップをさらに含み、
   前記判断するステップでは、前記注目層の断面データと、前記記憶部に記憶された前記注目層の１つ上の層の上層スライスデータに基づいて、前記注目層における前記支持必要領域の有無を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の情報処理方法。
4. 前記判断するステップでは、前記注目層では造形対象物の断面の外側に位置する点であって、前記上層スライスデータのうち、当該点の真上に位置する点が、構造体領域又は支持体領域の内側にある場合に、支持必要領域が有りと判断することを特徴とする請求項３に記載の情報処理方法。
5. 前記決定するステップでは、前記上層スライスデータのうち、支持必要領域の真上に位置する領域が、構造体領域である場合は、荷重相当値に応じて前記支持必要領域に配置する支持体の種類を決定し、前記上層スライスデータのうち、支持必要領域の真上に位置する領域が、支持体領域である場合は、当該支持体領域に配置される支持体の種類と同じ種類の支持体が設定されることを特徴とする請求項４に記載の情報処理方法。
6. 前記支持体の種類は支持体の強度で分けられ、
   前記決定するステップでは、荷重相当値が予め設定された設定値以上の場合に決定される支持体の種類は、前記設定値より小さい場合に決定される支持体の種類よりも、支持体の強度が大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理方法。
7. 前記支持体の種類は支持体の強度で分けられ、
   支持必要領域が上下方向に連続して存在する場合、当該支持必要領域の最上位からの長さが予め設定された設定値以上となる支持必要領域に配置する支持体の種類は、最上位の支持必要領域に配置する支持体の種類よりも、支持体の強度が大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理方法。
8. 前記造形装置が、前記造形材料の積層時に、製造中の立体物に圧縮力がかかる構成の場合、前記荷重相当値には、前記圧縮力に対応する値が含まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理方法。
9. 前記造形装置は、前記造形材料を面単位で積層することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理方法。
10. 前記造形装置は、前記スライスデータに基づいて各層を形成する画像形成ユニットを備えることを特徴とする請求項９に記載の情報処理方法。
11. 前記画像形成ユニットは、電子写真方式を用いて各層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の情報処理方法。
12. 層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において前記スライスデータを生成する情報処理装置であって、
    注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得する取得手段と、
    前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断する判断手段と、
    前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定する決定手段と、
    前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成する生成手段と、
    を有することを特徴とする情報処理装置。
13. 層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する方法において、
    前記スライスデータを生成するステップは、
    注目層のスライスデータを生成するために、前記造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得するステップと、
    前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断するステップと、
    前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定するステップと、
    前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成するステップと、
    を含むことを特徴とする立体物の製造方法。
14. 層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を積層し、造形対象物を構成する構造体と、前記構造体を支持するための支持体とを含む立体物の製造方法であって、
    前記立体物が前記構造体によって互いに分離された複数の支持体を有する場合、
    前記複数の支持体のうち少なくとも２つの支持体は、支持体ごとに互いに異なる支持構造で形成されることを特徴とする立体物の製造方法。
15. 層毎に生成されるスライスデータに基づいて造形材料を順次積層して造形対象物を含む立体物を製造する造形装置において、
    前記スライスデータを生成するスライスデータ生成手段を備え、
    前記スライスデータ生成手段は、
    注目層のスライスデータを生成するために、造形対象物の前記注目層に対応する断面を表す断面データを取得する取得手段と、
    前記注目層の断面データと前記注目層よりも上にある前記造形対象物の形状に基づいて、前記注目層において前記造形対象物を支持する支持体が必要な支持必要領域の有無を判断する判断手段と、
    前記注目層に支持必要領域が存在する場合に、当該支持必要領域に上方からかかる荷重の大きさを表す荷重相当値を求め、荷重相当値に応じて当該支持必要領域に配置する支持体の種類を決定する決定手段と、
    前記注目層の断面データと前記決定した支持体の種類に基づいて、前記注目層のスライスデータとして、前記注目層における前記造形対象物の断面を表す構造体領域と支持体の断面を表す支持体領域とを含む画像データを生成する生成手段と、
    を有することを特徴とする立体造形装置。
16. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の情報処理方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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