JP2016150466A - 立体造形装置、立体造形方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】立体造形方法で、インク使用量を抑えるとともに造形時間の短縮化を図る手段の提供。【解決手段】画像データに基づいて、光の照射により硬化するインクを吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物を形成する立体造形装置１０であって、ステージ１２上のインクが吐出される吐出領域が複数に分割され、分割された吐出領域ごとに設けられた昇降ピン１５と、昇降ピン１５を造形物形成面の垂直方向にそれぞれ独立して駆動させる駆動手段２４と、分割された吐出領域の画像データに基づいて、駆動手段２４を制御して、分割された吐出領域ごとの昇降ピン１５の駆動量を制御する制御手段と、を備える造形方法。【選択図】図１

Description

本発明は、立体造形装置、立体造形方法およびプログラムに関する。

近年、金型を用いない３次元物体造形方法として、積層造形が注目されている。積層造形の中でも、素材の塊から造形物を削りだしていく切削工法ではなく、必要な箇所に素材をプリントして積み上げて行く３Ｄプリント工法について、様々な技術が開発されている。

インクジェット記録方式を利用した造形方法として、石膏を敷き詰めた層に凝集剤液（即ち、水分）を吐出し、水分が浸透した箇所が固まる事で造形する方法と、光硬化型のインク（樹脂）を使用し、形成面に吐出した後、紫外線硬化させて順次積層形成して行く方法の２つの方法が知られている。インクジェット記録方式を利用して凝集剤液や光硬化性インクを吐出する場合は、その凝集剤液や光硬化性インクそのものに着色する事で、着色しながら造形が可能である。

インクジェット記録方式を利用した２つの方法においては、装置／材量コスト、微細加工精度、造形物の強度といった点で一長一短があり、どちらも用途によって使い分けられているが、発色の鮮やかさという点においては、光硬化性インクを使用した方法が優れている。このため、光硬化性インクであるＵＶインクを用いたフルカラー印刷は、オフセット印刷分野やサイングラフィック分野にて、既に商用技術として確立されている。

着色済みの光硬化性インクを用いる場合、例えば、特許文献１に記載されるように、白色に着色した光硬化性インクで下地となる白地層を形成しておいて、その上に着色済みインク（ＣＭＹＫ等）で記録を行えば、白い紙にフルカラー印刷するのと同じように、着色済みドットの疎密で濃淡フルカラーを表現することが可能となる。このように、光硬化性インクを使用する方式では、着色剤が造形物最表面に残るため、造形素材中に着色剤が浸透してしまう凝集剤液を用いる場合よりも、鮮やかな発色とすることができる。

そして、近年、光硬化型インクジェット方式を用いて、色彩の鮮やかさと精細さを併せ持つ美術品、特に絵画の複製を行うことが検討されている。絵画の複製は、現在、シルクスクリーン印刷やジークレー（ジクレー）印刷が主流となっているが、いずれも平面の画像を陰影にて立体的に見せる方法であり、オリジナルの絵画が持つ表面の凹凸を完全に再現している訳ではない。これに対して光硬化型インクジェットを使用すれば、色彩の表現だけでなく、オリジナルの表面凹凸まで忠実に立体複製することが可能になる。

しかしながら、光硬化型インクジェット方式では、微小なインク滴を積み重ねて凹凸を形成するため、造形に時間がかかってしまうという特徴がある。吐出するインク滴の滴量にもよるが、一般的に使用される光硬化型のインクジェット記録装置で吐出可能なインク滴量は十数ｐｌ（ピコリットル）〜百数十ｐｌ程度であり、一回の記録動作で形成できる積層厚は、せいぜい数十μｍである。そのためｍｍ単位の厚さの造形物を積層させるには数百回の積層動作を行う必要があり、複製したい絵画のサイズ（縦×横）に比例して造形時間は拡大する。

これは、より緻密な造形、着色品質を得るべく、高解像度のインクジェットヘッド（より微小な滴）を使用する時に顕著になる。解像度を落として大きな滴を使用すると、それに合わせてできあがりの造形、着色品質が低下してしまうため、できあがりの品質と造形時間は、トレードオフの関係にある。

また、微小な滴で一層一層形成していくため、第一層から最終造形層までしっかりと詰まった造形物としてしか形成できない。

すなわち、図１１に示すように、インクジェットヘッド９０から光硬化性樹脂（インク９２）を吐出させるためには、液状になるまで粘度を下げる必要があり、造形物９１に中空構造を形成しようとしても、インク９２は付着した先からより低い位置へ向かって流れ落ちてしまい、中空構造を形成することができない。

このため、光硬化型インクジェット方式による造形では、すべての層においてインクを吐出しなければならず、造形に時間がかかってしまっていた。また、造形物の体積に相当するだけの材料（インク）が必要となり、中空構造にしてインク使用量を抑えるコストダウン手法をとることができない。

これに対し、特許文献２には、三次元造形物を造形するステージを複数の小領域に分割し、その分割したステージを記録ヘッドに接触しない程度に上昇させて、樹脂を吐出することで、樹脂の使用量を低減することができる三次元造形装置が開示されている。

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、分割したステージを高精度に制御しているとはいえず、インク使用量が多くなる場合があり、造形時間を十分に短縮できているとはいえなかった。

そこで本発明は、インク使用量を抑えるとともに造形時間の短縮化を図ることができる立体造形装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る立体造形装置は、画像データに基づいて、光の照射により硬化するインクを吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物を形成する立体造形装置であって、造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域が複数に分割され、分割された吐出領域ごとに設けられた昇降手段と、前記昇降手段を前記造形物形成面の垂直方向にそれぞれ独立して駆動させる駆動手段と、前記分割された吐出領域の画像データに基づいて、前記駆動手段を制御して、前記分割された吐出領域ごとの前記昇降手段の駆動量を制御する制御手段と、を備えるものである。

本発明によれば、インク使用量を抑えるとともに造形時間の短縮化を図ることができる。

立体造形装置の概略構成図である。 立体造形装置の機能ブロック図である。 立体造形装置の記録部の一例を示す模式図である。 立体造形装置の記録部の他の例を示す模式図である。 立体造形装置の記録部の他の例を示す模式図である。 （Ａ）通常の光硬化型インクジェットによる三次元造形、（Ｂ）昇降動作するステージを用いた光硬化型インクジェットによる三次元造形の様子を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｅ）昇降動作するステージを用いた光硬化型インクジェットによる三次元造形の作業工程の説明図である。 （Ａ）ステージの上方から造形面を見た際の造形物のイメージ図、（Ｂ）部分拡大図である。 ステージの昇降部を上方から見た際の模式図である。 立体造形装置による造形処理の一例を示すフローチャートである。 光硬化型インクジェット方式での中空構造の形成の説明図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１０に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態に係る立体造形装置は、画像データに基づいて、光の照射により硬化するインク（液滴２０）を吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物（造形物１７）を形成する立体造形装置（立体造形装置１０）であって、造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域が複数に分割され、分割された吐出領域ごとに設けられた昇降手段（昇降ピン１５）と、昇降手段を造形物形成面の垂直方向にそれぞれ独立して駆動させる駆動手段（昇降駆動部１６）と、分割された吐出領域の画像データに基づいて、駆動手段を制御して、分割された吐出領域ごとの昇降手段の駆動量を制御する制御手段（制御部１００）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

［立体造形装置の構成］
図１は、立体造形装置１０の一例を示す概略構成図である。立体造形装置１０は、記録部１１と、ステージ１２と、駆動部２３，２４と、を備える。

記録部１１は、複数のノズルが設けられた複数のヘッド１８（記録ヘッド、インクジェットヘッド）を備えたインクジェット方式のキャリッジであり、液滴をヘッド１８のノズルから吐出することによってドットを記録する。ノズルは、記録部１１における、ステージ１２との対向面に設けられている。

ステージ１２の画像形成面（造形物形成面）は、昇降部１３となっている。詳細は後述するが、昇降部１３には、昇降ピン１５が複数配列されており、昇降ピン１５はそれぞれ独立してステージ１２の画像形成面から記録部１１側に向けて変位可能となっている。

液滴は、インク滴および追加液滴である。インク滴は、画像形成に用いる色材を含むインクの液滴（カラーインク）である。

追加液滴は、画像に影響を与えない色の液滴である。追加液滴は、例えば、白色または透明（クリアインク）である。

インク滴および追加液滴は、刺激硬化性を有する。刺激は、例えば、光（紫外線、赤外線など）、熱、電気などである。本実施形態では、インク滴および追加液滴は、一例として、紫外線硬化性を有する場合を説明する。なお、インク滴および追加液滴は、紫外線硬化性を有する形態に限定されない。

記録部１１における、ステージ１２との対向面には、照射部２２が設けられている。照射部２２は、ノズルから吐出されたインク滴や追加液滴を硬化させる波長の光をステージ１２に照射する。照射部２２は、例えば、紫外線を照射する。

駆動部２３は、記録部１１を、主走査方向Ｘに往復移動させる。また、駆動部２４は、ステージ１２を副走査方向Ｙに往復移動させる。また、駆動部２４は、ステージ１２を主走査方向Ｘおよび副走査方向Ｙに直交する鉛直方向Ｚに往復移動させる（高さ調整）。主走査方向Ｘおよび副走査方向Ｙからなる平面は、ステージ１２における記録部１１との対向面に沿ったＸＹ平面に相当する。

なお、図１の例では、記録部１１が主走査方向Ｘ、ステージ１２が副走査方向Ｙに移動可能としているが、記録部１１とステージ１２がＸＹ平面で相対的に移動可能でればこれに限られるものではない。また、記録部１１が鉛直方向Ｚに往復移動可能であってもよい。

（制御部）
図２は、立体造形装置１０の機能ブロック図である。この造形システムの回路構成を示したものである。

立体造形装置１０の制御手段としての制御部１００は、立体造形装置１０全体の制御を司るＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ１０２と、三次元の造形元データ等を一時格納するＲＡＭ１０３と、を備えている。また、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であるＮＶＲＡＭ１０４と、造形元データ等に対する各種信号処理、並び替え等を行な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ＡＳＩＣ１０５と、を備えている。

また、制御部１００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行なうためのホストＩ／Ｆ１０６と、記録部１１を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動波形を生成する駆動波形生成部１０７と、記録部１１を駆動するためのヘッドドライバ１０８と、を備えている。

また、制御部１００は、主走査モータ２５を駆動する主走査モータ駆動部１０９と、副走査モータ２６を駆動する副走査モータ駆動部１１０と、高さ調整モータ２７を駆動する高さ調整モータ駆動部１１１を備えている。

また、制御部１００は、環境温度を検出する環境センサ２８などの各種センサからの検出信号を入力するためのＩ／Ｏ１１２などを備えている。また、制御部１００には、立体造形装置１０に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル２９が接続されている。

制御部１００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、３Ｄスキャナなどの読み取り装置などのホスト装置３０からの造形元データをケーブル或いはネットを介してホストＩ／Ｆ１０６で受信する。

制御部１００のＣＰＵ１０１は、ホストＩ／Ｆ１０６に含まれる受信バッファ内の造形元データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ１０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行なう。そして、各層の画像データを駆動波形生成部１０７からヘッドドライバ１０８に転送する。なお、この処理はホスト装置３０のプリンタドライバ３１で行なっても良い。

また、制御部１００は、照射部２２の光源電源２１を制御し、照射部２２からの紫外線の照射タイミングおよび照射量を制御する。

また、詳細は後述するが、制御部１００は、入力される造形元データに基づいて画像データを生成し、ステージ１２に設けられた昇降部１３の駆動手段である昇降駆動部１６を制御する。昇降部１３は、例えば、配列された昇降ピン１５からなり、複数に分割された吐出領域毎に昇降ピン１５の駆動量を制御する。

（記録部）
次に、記録部１１による造形物の形成ついて説明する。ここでは、ステージ１２に載置された記録媒体Ｐ上に造形物を形成する例を説明する。立体造形装置１０は、光硬化性樹脂によるインク（光硬化型インク）を吐出し、光を照射して光硬化性樹脂を硬化させる光造形法により画像を形成する。

図３に示すように、立体造形装置１０における記録部１１は、ヘッド１８Ｋ，１８Ｃ，１８Ｍ，１８Ｙ，１８Ｗ，１８Ｔ（区別しないときはヘッド１８とする）が所定方向に配列され、所定方向に複数のノズル１９を配列させたキャリッジである。

各ヘッド１８は、インク滴を吐出するノズル１９Ｋ，１９Ｃ，１９Ｍ，１９Ｙ，１９Ｗ，１９Ｔ（区別しないときはノズル１９とする）を有している。

各ノズル１９は、液滴２０として、インク滴、追加液滴、またはインク滴と追加液滴との混合液を吐出する。ノズル１９および液滴を吐出する構成は、公知のインクジェット方式と同様である。ノズル１９Ｋはブラックのインク滴、ノズル１９Ｃはシアンのインク滴、ノズル１９Ｍはマゼンタのインク滴、ノズル１９Ｙはイエローのインク滴、ノズル１９Ｗは白色の追加液滴、ノズル１９Ｔは透明な追加液滴を吐出する。

ノズル１９から液滴２０が吐出されることで、液滴２０に応じたドットがステージ１２上の記録媒体Ｐ上に形成され、画像が形成される。また、液滴２０を積層させて吐出することで、ドットを積層させ、立体の造形物１７を形成する。

本実施形態では、ヘッド１８Ｋ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｙ、１８Ｗ、１８Ｔの配列方向（主走査方向Ｘ）の両端部に、照射部２２が設けられている。各ノズル１９から吐出された液滴２０に、照射部２２から光が照射されることで、液滴２０が硬化する。

照射部２２は、ノズル１９の近傍に配置することが好ましい。照射部２２をノズル１９の近傍に配置することで、ノズル１９から吐出された液滴２０が記録媒体Ｐ側に付着してから硬化するまでの硬化時間の短縮を図ることができる。このため、より高精細な画像を形成することができる。

なお、照射部２２の数や照射部２２の設置位置は、図３に示す形態に限定されない。例えば、図４に示すように、記録部１１の主走査方向Ｘにおいて下流側となる位置に１つの照射部２２を設けてもよい。

また、図３には、各ヘッド１８の各々が１色（１種類）の液滴２０を吐出する場合を示したが、これに限られるものではなく、例えば、図５に示すように、各ヘッド１８が２以上のノズル１９を備えていてもよい。また、ノズル１９は、複数種類の液滴２０の混合液滴を吐出してもよい。また、記録部１１から吐出するインクの色は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローに限定されない。また、記録部１１から吐出する液滴２０の種類は、６種類（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、白色、透明）に限定されない。

また、図１に示されるように、立体造形装置１０では、記録部１１のノズル１９から液滴２０を吐出しながら、記録部１１およびステージ１２を相対的に移動させることで、ステージ１２上の記録媒体Ｐ上に液滴２０によるドットを形成したり、ドットを積層させたりすることができる。なお、記録媒体Ｐは、平面状であってもよいし、凹凸などを備えた立体状であってもよい。

また、ここまで立体造形装置１０の記録部１１がシリアルヘッドタイプである例について説明したが、記録部１１はステージ幅に相当する範囲を一度に打滴できるラインヘッドタイプであってもよい。

［立体造形方法］
次に、立体造形装置１０による立体造形方法の詳細を説明する。図６（Ａ）は、通常の光硬化型インクジェットによる三次元造形方法の様子、図６（Ｂ）は、昇降部１３が昇降動作するステージ１２を用いた光硬化型インクジェットによる三次元造形方法の様子を示す説明図である。

図６（Ａ）に示すように、通常は、ステージ１２上の下地となる土台層１４に一層ずつ光硬化型インクを重ね打ちしていき、所望の厚さになるまでこれを繰り返すことで三次元の造形物１７を造形する。

造形物１７の大きさ、厚さにもよるが、造形物１７によっては、数時間から十数時間かかることもある作業であり、大量の光硬化型インクが必要となる。また、照射部２２にも大量の電力を要するため、長時間に及ぶほどコストもかかってしまう。

これに対して、本実施形態に係る立体造形装置１０は、土台層１４には、伸縮や変形可能な素材を用いるとともに、ステージ１２は造形物形成面から突出する方向に駆動する昇降部１３を有している。ステージ１２の昇降部１３が記録部１１に近づく方向に上昇することで、伸縮や変形可能な材質の土台層１４も変形する。

これにより、図６（Ｂ）の矢印で示すように、造形作業の大部分を占める造形物１７の内部を、土台層１４を持ち上げて中空状態とすることができ、インク使用量を大幅に削減するとともに、造形時間の大幅な短縮が可能となる。

また、実質、積み上げる層数を低減できるため、例えば、インクの噴射曲がりや、メカ的な送り精度（キャリッジ（記録部１１）やステージ１２）に起因するスジやムラが、積層を重ねるたびに大きくなっていくといった障害も回避することができる。

土台層１４としては、ゴムや軟性の樹脂シートを用いることができる。また、光硬化性インクと混じり合う素材でなければ、ゲル状の物質を塗布して敷き詰めたものとすることもできる。

また、造形後の造形物１７の取り外しやステージの清掃が必要となるが、土台層１４を設けず、ステージ１２の昇降部１３上に、直接、光硬化性インクを吐出して造形物１７を造形してもよい。

図７を参照して、昇降部１３が昇降動作するステージ１２を用いた光硬化型インクジェットによる三次元造形方法の一例を説明する。

造形物の造形工程は、先ず、図７（Ａ）に示すように土台層１４はフラットな状態から図７（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、徐々に昇降部１３を上昇させて土台層１４を持ち上げつつ造形を行っていくことで、造形物１７の高さ方向の構造に応じた中空構造を形成することができる。

なお、図７の例では、低い方から一段一段高さをそろえて土台層１４を上昇させていっているが、造形物１７の厚みが薄い場合は、最初に図７（Ｅ）のように、土台層１４を上昇させた状態から全面の造形を行ってもよい。

これは、造形物１７の厚みが厚い場合は、図７（Ｅ）のように土台層１４を上昇させた状態から造形を行うと、高いところと低いところで、インク滴の吐出距離に差ができてしまい、インク滴の着弾精度が悪くなる場合や、硬化用光線の照射にムラができてしまう場合があるためである。このため、ある程度、厚みのある造形物であれば、図７（Ａ）〜（Ｅ）の順に低い箇所から徐々に造形動作を行うことが好ましい。

この造形工程では、図７に示すように、造形を行っていない領域では、照射部２２をオフに、もしくは出力を低下させることができるため、消費電力の削減も図ることも可能である。

図８（Ａ）は、ステージ１２の上方から造形面を見た際の造形物１７のイメージ図、図８（Ｂ）は部分拡大図である。図９は、ステージ１２の昇降部１３を上方から見た際の模式図である。説明のため土台層１４は省略している。

昇降部１３は、例えば、図９に示すように、ステージ１２の造形物形成面に配列された昇降ピン１５からなる。昇降ピン１５は、非駆動時は造形物形成面と面一であって、駆動時にインクの吐出方向に突出する。図９の例では、昇降ピン１５は断面（底面）が円形の円柱形状である場合を示しているが、昇降ピン１５の形状はこれに限られるものではなく、断面が四角形の四角柱形状）や六角形の六角柱形状などの形状であってもよい。

ここで、土台層１４にかかる圧力的な負荷を考えると、昇降ピン１５が鋭角な形状である場合、土台層１４に負荷がかかり、土台層１４の破れ等の損傷が生じるおそれがあるため、昇降ピン１５の底面のコーナー形状は、鈍角の形状を有していることが好ましい。

なお、上記のように、土台層１４を設けず、直接、昇降ピン１５上に造形物を造形する場合は、隙間無く組み合わさった四角形のピン形状であることが好ましい。また、六角形等の多角柱形状の場合は、隙間無く並べるには、ピン配置を縦横でずらす必要があり、吐出領域ごとの画像データとの整合を取ることが難しくなるため、四角形が最も好ましい。

ここで、図８（Ｂ）に示すように、昇降ピン１５の大きさ（昇降ピン間隔ｐとする）は、ヘッド１８の造形解像度と比べると、大きなサイズとなる。

ヘッド１８は、フォトプリント用等になると、１２００ｄｐｉを超える解像度を有するものもあるが、例えば、１２００ｄｐｉだと、記録解像度（造形記録ピッチｄとする）は２１μｍ前後の寸法となる。このとき、昇降ピン１５もこのサイズで構成できればより細かな高さ制御が可能となるが、現実的には、そこまで細い部材とすると、昇降ピン１５が折れてしまったり、土台層１４を突き破ってしまったり、吐出曲がりでインク滴が正確に着弾しない等が考えられ、強度的にも精度的にも適切に制御することは困難である。

また、図８（Ｂ）では、造形記録ピッチｄの４倍程度の昇降ピン間隔ｐを図示しているが、実際には、ｐ＝０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度が現実的なサイズといえる。

昇降ピン１５を昇降させる昇降駆動部１６（図２）としては、例えば、油圧等の液体充填、圧電素子やギヤカムによるメカ変位機構、ソレノイド等による磁力反発等の駆動原理を昇降に適用すればよく、特に限られるものではない。

次に、図１０のフローチャートを参照して、本実施形態にかかる立体造形装置１０による造形処理の一例について説明する。

造形処理は、一層分の記録および硬化を行った後、層厚に相当する量の距離分、ステージ１２と記録部１１の間隔を開けて、次の層の造形を行うものである。このとき、ステージ１２を下げても、記録部１１を上げても、どちらであっても良い。

これを層数分繰り返し、必要な高さ分の造形を行うものである。なお、ステージ１２と記録部１１の間隔調整は、造形物の品質に影響がなければ、一層毎でなくても良い。

先ず、立体造形装置１０には、３Ｄスキャナで取り込んだ複製データや、３次元ＣＡＤでのＣＡＤデータや、三次元データ生成ツールなどのアプリケーションで作成される二次元画像に特定の法則で厚みを持たせた加工データなどの造形元データが入力される（Ｓ１０１）。

立体造形装置１０では、造形元データに基づいて層毎の画像データを作成する（Ｓ１０２）。この画像データには着色情報を含んでいる。すなわち、造形元データを一層毎の画像データに分割し、この画像データに基づいて平面画像として記録を行うものである。この一層毎の画像データの記録を高さ方向に繰り返することで三次元の造形物を形成する。

立体造形装置１０は、造形物１７が形成される造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域である造形物１７のフットスペースを、昇降ピン１５の分解能（昇降ピン間隔ｐ）に合わせて複数のエリア（フットエリアともいう）に分割する（Ｓ１０３）。例えば、造形記録ピッチｄが３００〜６００ｄｐｉのとき、５×５画素以上の範囲が１エリアに含まれることととる。

次いで、分割された各フットエリアの中で、最も造形高さの低い画素の高さを、そのフットエリアでの昇降ピン１５の代表値ｈとする（Ｓ１０４）。

そして、全エリアの代表値ｈの中で最も低い値が、１回の昇降ピン１５の上昇行程における上昇量とする（Ｓ１０５）。例えば、土台層１４の厚さをｂ、造形物１７が強度を保つのに必要な厚さマージンをｍ、何回かの上昇行程で上昇させた過去上昇分ｃを考慮すると、上昇量ｕは、次式（１）で算出される。
ｕ＝ｍｉｎ（ｈ）−ｂ−ｍ−ｃ ・・・（１）

上昇が必要なフットエリア全てに対して、昇降ピン１５を上昇量ｕ分上昇させ（Ｓ１０６）、その上に光硬化性インクによる造形と着色を行う（Ｓ１０７）。

この場合の造形と着色は、フットエリアに含まれる各画素毎に必要な高さｈ（ｘ、ｙ）になるまで、繰り返し積層を行う。この時、造形と着色を行うのは、これ以上上昇させる必要のないフットエリアに対してのみで、まだ更に上昇させる必要があるフットエリアには、まだ造形を行わない。造形を行ったフットエリアは、次回以降の上昇では対象から外して、同様の処理を繰り返すことで造形と着色を完成させる（Ｓ１０８，Ｓ１０９）。

以上説明した本実施形態に係る立体造形装置によれば、インク滴の積層を行う土台層として、薄く伸縮可能なゴムや樹脂等の部材を使用するとともに、その土台層の積層面に対向する側に一定の面積を昇降させる昇降手段を設け、三次元造形の立体データに基づいて、昇降手段で土台層を変形させつつ造形と着色を行うことで、造形物の中空構造を形成することができ、インク使用量を抑えるとともに短時間で立体造形を行うことができる。

このとき、分割された吐出領域の画像データに基づいて、吐出領域ごとの昇降手段のそれぞれの駆動量を制御することで、高精度に、ステージからの突出量を制御することで、より好適にインク使用量を抑えるとともに、短時間で立体造形を行うことができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１０ 立体造形装置
１１ 記録部
１２ ステージ
１３ 昇降部
１４ 土台層
１５ 昇降ピン
１６ 昇降駆動部
１７ 造形物
１８ ヘッド
１９ ノズル
２０ 液滴
２１ 光源電源
２２ 照射部
２３ 駆動部
２４ 駆動部
２５ 主走査モータ
２６ 副走査モータ
２７ 高さ調整モータ
２８ 環境センサ
２９ 操作パネル
３０ ホスト装置
３１ プリンタドライバ
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＮＶＲＡＭ
１０５ ＡＳＩＣ
１０６ ホストＩ／Ｆ
１０７ 駆動波形生成部
１０８ ヘッドドライバ
１０９ 主走査モータ駆動部
１１０ 副走査モータ駆動部
１１１ 高さ調整モータ駆動部
１１２ Ｉ／Ｏ

特許第５２３４５９２号公報 特開２０００−２８０３５５号公報

Claims (10)

1. 画像データに基づいて、光の照射により硬化するインクを吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物を形成する立体造形装置であって、
   造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域が複数に分割され、分割された吐出領域ごとに設けられた昇降手段と、
   前記昇降手段を前記造形物形成面の垂直方向にそれぞれ独立して駆動させる駆動手段と、
   前記分割された吐出領域の画像データに基づいて、前記駆動手段を制御して、前記分割された吐出領域ごとの前記昇降手段の駆動量を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする立体造形装置。
2. 前記吐出領域は、インクの記録解像度以下の分解能で分割されたサイズの領域であることを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記駆動手段は、前記昇降手段を低位から高位に段階的に上昇させるものであって、
   前記昇降手段が所定位置にあるときにおいて、インクの吐出、硬化を行ったのち、前記昇降手段が前記所定位置よりも高位に上昇し、次のインクの吐出、硬化を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形装置。
4. 前記造形物形成面の前記昇降手段上にインクが吐出される土台層が設けられていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の立体造形装置。
5. 前記土台層は、前記昇降手段の昇降に連れて伸縮または変形可能な部材からなることを特徴とする請求項４に記載の立体造形装置。
6. 前記昇降手段は、非駆動時は前記造形物形成面と面一であって、駆動時にインクの吐出方向に突出する昇降ピンからなることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の立体造形装置。
7. 前記昇降ピンは、円柱形状または底面の角部が鈍角である角柱形状であることを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
8. 前記昇降ピンは、前記造形物形成面に所定間隔を有して配列されていることを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
9. 画像データに基づいて、光の照射により硬化するインクを吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物を形成する立体造形方法であって、
   造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域が複数に分割されており、
   分割された吐出領域の画像データに基づいて、
   前記分割された吐出領域ごとに設けられた昇降手段を前記造形物形成面の垂直方向にそれぞれ独立して駆動させて、前記分割された吐出領域ごとの前記昇降手段の駆動量を制御しつつ造形物を形成することを特徴とする立体造形方法。
10. 造形物形成面においてインクが吐出される吐出領域が複数に分割され、分割された吐出領域ごとに設けられた昇降手段と、
    前記昇降手段を前記造形物形成面の垂直方向に独立して駆動させる駆動手段と、を備え、
    画像データに基づいて、光の照射により硬化するインクを吐出するとともに、光を照射してインクを硬化させる動作を複数回行って造形物を形成する立体造形装置に、
    前記分割された吐出領域の画像データに基づいて、前記駆動手段を制御させて、前記分割された吐出領域ごとの前記昇降手段の駆動量を制御させる処理、
    を実行させることを特徴とするプログラム。