JP2017035879A - 造形システム及び造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物の積層方向の位置の検出精度を向上させ、造形物の積層方向の寸法精度を向上させる。【解決手段】スライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、前記材料層形成部で形成される前記材料層を搬送する搬送部材と、前記搬送部材により搬送された前記材料層が積層されるステージと、を有する造形システムであって、３次元モデルのデータから生成されるスライス像に対して、レジストレーションマーカのデータを付加して前記スライスデータを生成するデータ付加部と、前記ステージ上に積層される前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの積層方向の高さ情報を取得する取得部と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は造形システム及び造形方法に関する。

多数の層を積み上げることで３次元造形物を形成する造形システムが注目を集めている。この種の造形技術は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングなどと呼ばれる。造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。特許文献１には、電子写真プロセスを応用し、モデル部に配置する粉末または空間部に配置する粉末を基板サイズに敷き詰めて形成した平面画像を、順次積層する造形方式が開示されている。

特開平９−３２４２０３号公報

造形システムでは、各層を積み重ねたときの積層方向（高さ方向）の位置精度が、最終的な造形物の品質に大きな影響を与え得る。特に、特許文献１の装置のように、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式では、その問題が大きくなる。そこで、特許文献１の図３では、平面画像を転写した粉末立体の上面をヒータに密着させて定着させる際、レーザ等の測長器を用いて粉末立体の上面がヒータに密着した際の位置を検出し、粉末立体の上面の位置を算出している。
しかし、特許文献１に記載の方法は、３次元モデルの断面形状に関わらず、基板サイズの平面画像を形成して積層するため、空間部に配置する粉末の使用量が増大し、造形にかかるコストが高くなってしまう。

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、造形材料の使用量を低減し、造形物の積層方向の位置の検出精度を向上させ、造形物の積層方向の寸法精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１態様は、
スライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部で形成される前記材料層を搬送する搬送部材と、
前記搬送部材により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有する造形システムであって、
３次元モデルのデータから生成されるスライス像に対して、レジストレーションマーカのデータを付加して前記スライスデータを生成するデータ付加部と、
前記ステージ上に積層される前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの積層方向の高さ情報を取得する取得部と、
を有することを特徴とする造形システムを提供する。

本発明の第２態様は、
スライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部で形成される前記材料層を搬送する搬送部材と、
前記搬送部材により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる造形物を形成する造形システムを用いる造形方法であって、
３次元モデルのデータから生成されるスライス像に対して、レジストレーションマーカのデータを付加して前記スライスデータを生成する工程と、
前記ステージ上に積層される前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの積層方向の高さ情報を取得する工程と、
前記ステージ上の造形物の前記積層方向の高さに関する情報として、取得された高さ情報を用いて、造形物の形成動作を行う工程と、
を有することを特徴とする造形方法を提供する。

本発明によれば、造形物の積層方向の位置の検出精度を向上させ、造形物の積層方向の寸法精度を向上させることが可能となる。

実施例１に係る造形システムの構成を模式的に示す図 造形コントローラの回路ブロック図 キャリブレーションマーカと画像歪みを説明する図 キャリブレーション及びレジストレーションに関わる機能ブロック図 キャリブレーション及び画像歪み補正のフローチャート 画像歪み補正の概念図 レジストレーション転写マーカ検出の概念図 ステージ上の造形物の高さを調整する処理のフローチャート ステージ上に造形された構造体とレジストレーション積層マーカを示す図 実施例における造形エリアの定義を行う図 ２つのプロセスカートリッジを有する造形システムの構成を示す図 実施例２の造形用のスライスデータを出力する際の処理フロー 造形物、レジストレーション積層マーカ及びマーカサポートを示す図 スライス画像データを生成する処理を詳細に説明するフローチャート レジストレーション積層マーカと構造体との重複領域を示す図 マーカサポートと構造体との重複領域を示す図 マーカサポートとサポート体との重複領域を示す図 レジストレーション積層マーカと造形物との重複領域を示す図 マーカサポートと造形物との重複領域を示す図

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［実施例１］
（造形システムの構成）
図１を参照して、本発明の実施例１に係る造形システムの構成を説明する。図１は、本実施例に係る造形システムの構成を模式的に示す図である。

造形システムは、多数の薄膜を積層することによって立体造形物を作成する、積層造形法を用いたシステムである。このシステムは、ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム、３Ｄプリンタ、ＲＰ（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）システムなどとも呼ばれる。

本実施例の造形システムは、概略、材料層形成ユニット（材料層形成部）１００、及び、造形ユニット２００、及び、制御ユニット６０を有する。材料層形成ユニット１００は、与えられたスライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する構成部分である。
材料層形成ユニット１００は、画像生成コントローラ、レーザスキャナ（露光装置）２０、プロセスカートリッジ３０、転写ローラ４１などで構成される。造形ユニット２００は、材料層形成ユニット１００で形成された複数の層を順に積層し固着することによって、３次元構造をもつ造形物を形成する構成部分である。造形ユニット２００は、造形コントローラ、転写体４２、ヒータローラ４３、ステージ５２、ステージガイド５３、複数のモータ１１１〜１１４、複数のセンサ４４，４５，５４，５５，５８などで構成される。制御ユニット６０は、造形対象物の３次元モデルのデータから複数層のスライスデータを生成する処理、造形システムの各部の制御、などを担う構成部分である。ここで、ステージ５２は、積層中の造形物を保持する部材であり、ステージガイド５３によりＸＹＺの３軸方向に移動可能である。

（制御ユニット）
制御ユニット６０は、造形対象物の３次元モデルのデータから造形用のスライスデータを生成する機能、各層のスライスデータを画像生成コントローラ１０へ出力する機能、造形工程を管理する機能、などを有する。制御ユニット６０は、例えばパーソナルコンピュータや組み込み型コンピュータにこれらの機能を有するプログラムを実装することにより構成することができる。３次元モデルのデータとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができる。３次元モデルのデータのフォーマットは問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などのポリゴンデータを好ましく用いることができる。またスライスデータのフォーマットとしては、例えば、多値の画像データ（各値が材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。

（材料層形成ユニット）
画像生成コントローラ１０は、制御ユニット６０から入力されるスライスデータ及び造形コントローラ７０から入力される制御信号などに基づき、材料層形成ユニット１００における材料層形成プロセスを制御する機能を有する。具体的には、画像生成コントローラ１０は、スライスデータの解像度変換や復号処理、レーザスキャナ２０による画像書き出し位置及びタイミングの制御などを行う。その他にも、画像生成コントローラ１０は、一般的なレーザプリンタ（２Ｄプリンタ）に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。

材料層形成ユニット１００は、例えば、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる画像（材料層）を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を潜像に付着させて画像を形成するという一連のプロセスによって、所望の画像を形成する手法である。造形システムでは、トナーの代わりに、造形材料からなる粒子を現像剤として用いるが、電子写真プロセスの基本原理は２Ｄプリンタのものとほぼ同じである。以下、材料層形成ユニット１００が電子写真プロセスを利用する例について説明するが、本発明は、インクジェットプロセスなどの他の方法を利用する場合にも適用することができる。

感光ドラム３４は、有機感光体やアモルファスシリコン感光体などの感光体層を有する像担持体である。一次帯電ローラ３３は、感光ドラム３４の感光体層を一様に帯電するための帯電装置である。レーザスキャナ２０は、画像生成コントローラ１０から与えられる信号にしたがい、レーザ光で感光ドラム３４上をスキャンし、潜像を描画する露光装置で
ある。造形材料供給部３１は現像剤としての造形材料を収容・供給する装置である。現像ローラ３２は、感光ドラム３４上の静電潜像に造形材料を供給する現像装置である。転写ローラ４１は、感光ドラム３４上に形成された造形材料の画像を転写体４２に転写する転写装置である。図示しないが、感光ドラム３４と転写ローラ４１のあいだの転写ニップの下流に、感光ドラム３４の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を設けてもよい。本実施例では、感光ドラム３４、一次帯電ローラ３３、造形材料供給部３１、現像ローラ３２が、プロセスカートリッジ３０として一体化されて造形システムのシステム本体に対して着脱可能に構成され、交換が容易になっている。

造形材料としては、作成する造形物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形物本体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で構成される部分を「構造体」と呼ぶ。造形動作時に造形途中の構造体を支持するための構造を「サポート体」（支持体、例えばオーバーハング部を下から支える柱）と呼び、サポート体を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。なお、造形材料は、後述する、オンラインレジストレーションで用いるレジストレーションマーカ、及び、オフラインキャリブレーションで用いるキャリブレーションマーカを構成する材料でもある。このように、造形物は、構造体とサポート体で構成されるものであるが、サポート体は、作成する造形物の形状に応じて適宜設けられるもので、作製する造形物の形状によっては、サポート体を必要としない場合もある。

構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、造形物本体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート体用の材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。

（造形ユニット）
造形コントローラ７０は、造形システムのメカトロ制御を行う機能を有している。駆動系は、転写ローラ４１を回転する転写ローラモータ１１１、ステージ５２の３軸移動を行うステージ駆動Ｘモータ１１２，ステージ駆動Ｙモータ１１３，及びステージ駆動Ｚモータ１１４を含む。センシング系は、材料先端検知センサ４４、材料先端検知センサ４５、材料左先端センサ５４、材料右先端センサ５５、積層高検知センサ５８を含む。ここで、材料先端検知センサ４４は、オンラインレジストレーションで利用される。材料先端検知センサ４５は、オフラインキャリブレーションで利用される。積層高検知センサ５８は、ステージ５２上の造形物の高さを求める際に利用される。また、プロセスカートリッジ３０内に収容される造形材料の残量を検出する残量検出部としての残量検出センサ３５Ａ，３５Ｂを含む。なお、これらのセンサの役割とオンラインレジストレーション及びオフラインキャリブレーションの詳細については後述する。

図２に、造形コントローラ７０の回路ブロックの一例を示す。造形コントローラ７０はＣＰＵ７１、メモリ７２、インタフェース７３、ＵＩ手段７４、モータ駆動回路７５、モータドライバ７６、センサ回路７７、センサインタフェース７８、その他のＩＯ（入出力）回路７９、ヒータ回路８０、ＩＯインタフェース８１を有する。モータドライバ７６には、転写ローラモータ１１１、ステージ駆動Ｘモータ１１２、ステージ駆動Ｙモータ１１３、及びステージ駆動Ｚモータ１１４が接続される。センサインタフェース７８には、材料先端検知センサ４４、材料先端検知センサ４５、材料左先端センサ５４、材料右先端センサ５５、積層高検知センサ５８、残量検出センサ３５Ａ，３５Ｂが接続される。ヒータ回路８０には、ヒータローラ４３内のヒータ及び熱電対が接続される。ＩＯインタフェー
ス８１には、図示しないが、積層造形システムのカバーオープン検知スイッチ、ステージ５２のホームポジションセンサなどが接続される。
転写体４２は、材料層形成ユニット１００で形成された材料層を担持し、ステージ５２（積層ニップ）まで搬送する搬送部材である。転写体４２は、例えば、樹脂、ポリイミドなどの無端ベルトで構成される。ヒータローラ４３は、ヒータを内蔵しており、転写体４２上（搬送部材上）の材料層を溶融し、ステージ５２上の造形物上に積層する加熱積層装置である。

（造形システムの動作）
次に、造形システムによる造形物作製の基本動作について説明する。
制御ユニット６０は、造形に用いるスライスデータを生成する。例えば、造形対象物の３次元モデルのデータに基づき、当該造形対象物を所定のピッチ（例えば数ミクロンから十数ミクロンの厚さ）でスライスして各層のスライス像を生成する。そして、各層のスライス像にレジストレーションマーカのスライス像（後で詳細に説明する）を付加して各層のスライスデータを生成する。各層のスライス像の生成は必ずしも制御ユニット６０で行う必要はなく、制御ユニット６０の外で生成したスライス像を取得して、レジストレーションマーカのスライス像を付加してスライスデータを生成しても良い。最下層のスライスデータから順に画像生成コントローラ１０に入力される。画像生成コントローラ１０は、入力されたスライスデータにしたがって、レーザスキャナ２０のレーザ発光及びスキャンを制御する。

材料層形成ユニット１００では、一次帯電ローラ３３によって感光ドラム３４の表面が均一に帯電される。レーザスキャナ２０からのレーザ光により感光ドラム３４の表面が露光されると、その露光部分が除電される。現像バイアスで帯電された造形材料が現像ローラ３２によって除電部分に供給され、造形材料からなる画像が感光ドラム３４の表面に形成される。この画像は、転写ローラ４１により転写体４２上に転写される。以下、転写体４２に転写された画像を材料層と呼ぶ。また、この材料層には、後述するレジストレーションマーカが含まれている。

転写体４２は材料層を担持しつつ回転し、材料層を積層位置へと搬送する。一方、造形コントローラ７０は、ステージ５２（又はステージ５２上の造形物）が材料層と同じタイミング且つ同じ速度で積層位置へと進入するように、ステージ５２を制御する。そして、ステージ５２と転写体４２を同期して移動させつつ、ヒータローラ４３により熱を与えることで、材料層が積層面（ステージ５２上、又はステージ５２上の造形物の上面）に熱溶着される。
このとき、材料層に含まれているレジストレーションマーカも、材料層同様、ステージ５２上（又はステージ５２上に積層されたレジストレーションマーカの上面）に熱溶着される。

本実施例では、材料層形成ユニット１００で形成される材料層の１層分の厚みをほぼ一定としている。このため、材料層が積層されるたび、造形コントローラ７０はステージ５２をＺ方向に材料層の１層の厚み分だけ下降させ、次の層の積層に備える。この時、材料層の面積や、材料層を構成する構造材料とサポート材料の比率がスライスデータに応じて変化するため、熱溶着された材料層の熱膨張や熱収縮が一定でなく、積層面に積層される厚さを毎回一定にすることは難しい。
以上の材料層を形成する材料層形成工程及び材料層を積層する造形工程（造形動作）を、スライスデータの枚数分繰り返すことで、ステージ５２上に造形物が形成される。そのため、材料層１枚あたりの積層厚のずれが積層する枚数分だけ積算され、得られる造形物の高さが所望の高さから大きくずれるのを抑制するため、造形物の高さをモニタして造形動作を制御する必要がある。

なお、本明細書では、材料層の形成に用いられるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。具体的には、スライスデータは、造形対象物の３次元モデルのデータから生成されたスライス像のデータにレジストレーションマーカなどのデータなどが付加されたものである。また、造形システムで作成しようとする目的物（つまり造形システムに与えられる３次元モデルのデータが表す物体）を「造形対象物」と呼び、造形システムで作成された（出力された）物体を「造形物」と呼ぶ。また、造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分を特に区別して呼ぶ場合には「構造体」の用語を用いる。

（造形の課題）
本実施例のように、多数の材料層を積層して造形物を形成するタイプの造形システムでは、材料層の形状精度と積層時の位置精度の２つが、最終造形物の品質を左右する。例えば、露光のスキャン精度、感光ドラムや転写ローラの寸法精度などに起因して、材料層に歪みが生じることがある。このような画像歪みが累積すると、造形物の寸法や形状に無視できない影響が表れる。また、各層の材料層をステージ上の造形物上に積層する際に位置のばらつきがあると、造形物の側面が凹凸になり、滑らかな表面を得ることができない。これらは、３桁以上の枚数の材料層を重ねて造形物を作る造形システムに特有の課題といえる。

そこで、本実施例では、各層の材料層の形状精度を担保するために、造形物の形成に先立ち、材料層形成ユニット１００で発生する画像歪みを計測し（オフラインキャリブレーションと呼ぶ）、材料層形成時には各層のスライスデータに対し画像歪み補正を施す。さらに、積層時の位置精度を担保するために、各層の材料層の転写体上の位置を計測し、積層時に材料層とステージ上の造形物のあいだの位置合わせを行う（オンラインレジストレーションと呼ぶ）。
そして本実施例では、このオンラインレジストレーションの際にステージ５２上に積層されるレジストレーションマーカの高さを利用して、ステージ５２上の造形物の高さを求め、造形動作を行うことを特徴とするものである。特に本実施例では、ステージ５２上に積層されるレジストレーションマーカの高さ情報を、レジストレーションマーカの上面の位置を取得部としての積層高検知センサ５８で検知することで取得し、取得した高さ情報を用いてステージ５２上の造形物の高さを求める。以下、オフラインキャリブレーション、画像歪み補正、オンラインレジストレーション、及び、レジストレーションマーカの高さ検知の詳細を説明する。

（オフラインキャリブレーション）
造形物の生成前に行われるオフラインキャリブレーションについて説明する。オフラインキャリブレーションでは、前述した材料層形成及び造形と同じ手順で、キャリブレーションマーカをステージ５２上に形成し、そのマーカの位置ずれから画像歪みを計測する。なお、オフラインキャリブレーションは、造形物の生成前だけでなく材料層を積層する合間に行うこともできる。

以下の説明では、画像生成コントローラ１０に与えられるキャリブレーションマーカ用の画像データを「キャリブレーションマーカデータ」と呼ぶ。キャリブレーションマーカデータは、例えば制御ユニット６０のメモリ内に記憶されており、オフラインキャリブレーションの際に読み出される。また、材料層のキャリブレーションマーカデータに基づいて形成された部分を「キャリブレーションマーカ」又は単に「マーカ」と呼ぶ。さらに、感光ドラム３４から転写体４２に転写されたマーカ（つまり転写体４２上のマーカ）を「キャリブレーション転写マーカ」と呼び、ステージ５２上に転写されたマーカを「キャリブレーション積層マーカ」と呼ぶ。場所によってマーカの呼称を変える理由は、マーカが転移していく過程において画像歪みが変化し得ること、及び、場所ごとに異なるセンサを
用いてマーカを検出すること等から、マーカがどこにあるかを説明の便宜上区別するほうが好ましいからである。なお、場所を特に区別する必要のない文脈では「キャリブレーションマーカ」又は「マーカ」の用語を用いる。

図３Ａは、本実施例で用いるキャリブレーションマーカ（画像歪みの無い状態）の一例を示す。点線で示した四角形の領域２０３は、横２００ｍｍ、縦３００ｍｍの画像を形成可能な範囲（造形エリア、画像エリア）を表している。この造形エリア２０３の大きさは、ステージ５２上の造形エリア（造形が可能な最大領域）の大きさに等しい。造形エリア２０３の四隅に、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＡＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＡＲＲがある。各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲは、５ｍｍ角の正方形画像であり、造形エリア２０３の四隅の１０ｍｍ角の領域の中心に生成される。

図３Ｂは、ステージ５２上に転写されたキャリブレーション積層マーカの一例を示す。材料層の形成及び／又は造形の過程で発生した画像歪みにより、造形エリア２０４、四隅のマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置及び、マーカ間の相対位置が変化している様子を示している。

図３Ｃは、ステージ、キャリブレーション積層マーカ、センサの構成を示す模式図である。ステージ５２の、造形エリアの外側には、センサの検出基準となる原点Ｏ１と原点Ｏ２が記されている。原点Ｏ１，Ｏ２は寸法基準となるもので、高い位置精度が要求される。よってレーザマーキングのような高精度印字か、高精度ＮＣ加工による穴開けにより、原点Ｏ１，Ｏ２を作成することが望ましい。センサの検出精度にも影響を与えるため、本実施例で用いるような光学センサの場合には、原点とその周囲の間のコントラストが最大となる印字手法または加工手法が望ましい。ここではレーザマーキングにより原点Ｏ１，Ｏ２を作成する。

ステージ５２の上方には、原点Ｏ１に対応するＹ位置に材料左先端センサ５４が配置され、原点Ｏ２に対応するＹ位置に材料右先端センサ５５が配置されている。材料左先端センサ５４は、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬと後左端キャリブレーションマーカＡＲＬの位置を検出するためのセンサである。材料右先端センサ５５は、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲと後右端キャリブレーションマーカＡＲＲの位置を検出するためのセンサである。図３Ｃに示すベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲはそれぞれ、画像歪みがない状態でのマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置に対する、ＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの変位（変形ベクトル）を表している。本実施例のオフラインキャリブレーションは、キャリブレーションマーカを実際にステージ５２上に形成し、材料層形成や造形によって生じる変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを実測する処理である。

四隅のマーカの変形ベクトルは同一方向のベクトルとはならない場合が多い。転写体４２の歪みや各ローラ軸のアライメントずれなどの影響で、造形エリア内の位置ごとに変位の方向や程度が相違するからである。したがって、キャリブレーションマーカとしては、造形エリア内の複数点について変形ベクトルを取得できるものであればよい。例えば、ステージ上の造形エリア内の離れた位置に少なくとも２つ以上のマーカを配置し、それぞれの位置における変形ベクトルを検出（計測）するとよく、望ましくは、本実施例のように矩形の造形エリア内の四隅にマーカを配置するとよい。キャリブレーションマーカは複数のマーカで構成されるものには限定はされず、ＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲを繋いだ枠状の材料層をキャリブレーションマーカとして形成し、枠の角部で変形ベクトルを計測してもよい。これにより、造形エリア内の各マーカ位置に生じる変位を把握することができる。なお、転写体４２として硬質のベルト材を用いることにより、造形エリア内の各位
置で生じる変位は比較的線形となるため、四隅のマーカ以外の位置での変形ベクトルは四隅のマーカから得られる変形ベクトルの線形補間により求めることができる。もし転写体４２の撓みが部分的に周期を有していたり不連続性が有る場合は、キャリブレーションマーカの数を増やしてもよい。例えば、造形エリアの四辺に沿って複数のマーカを配列することが望ましい。

図４及び図５Ａを用いて、オフラインキャリブレーションの詳細を説明する。図４は、オフラインキャリブレーションに関わる機能を示すブロック図であり、図５Ａは、オフラインキャリブレーションの処理フローである。

図４に示すように、制御ユニット６０は、オフラインキャリブレーションに関わる機能として、キャリブレーションマーカ生成部６５を有する。また造形コントローラ７０は、オフラインキャリブレーションに関わる機能として、キャリブレーション積層マーカ位置検出部（マーカ検出部）２０１と画像歪計測部２０２を有する。キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１は、材料左先端センサ５４と材料右先端センサ５５のセンシング結果に基づき、各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置を検出する機能である。画像歪計測部２０２は、各マーカの変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを求める機能である。

図５Ａのフローチャートに沿って、造形コントローラ７０によるオフラインキャリブレーションの流れを説明する。
ステップ３０１では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステージ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４の出力を監視する。造形コントローラ７０は、原点Ｏ１を検出すると、そのときのステージ５２のＸＹ位置をＸ＝０，Ｙ＝０として記憶する。ステップ３０２では、同じように、造形コントローラ７０はステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料右先端センサ５５の出力を監視する。ステップ３０３では、造形コントローラ７０は、原点Ｏ２を検出したときのステージ５２のＸＹ位置と原点Ｏ１を検出したときのステージ５２のＸＹ位置との差を、Ｘ＝ｄｘ、Ｙ＝ｄｙとして記憶する。この（ｄｘ，ｄｙ）は、材料左先端センサ５４と材料右先端センサ５５の取り付け誤差を表す誤差オフセット量である。なお、２つのセンサ５４，５５の取り付け誤差を無視できる場合（つまりｄｘ＝ｄｙ＝０とみなせる場合）には、ステップ３０２と３０３の処理は省略してもよい。

ステップ３０４では、制御ユニット６０のキャリブレーションマーカ生成部６５がキャリブレーションマーカデータを画像生成コントローラ１０に出力する。このことで、材料層形成ユニット１００及び造形ユニット２００にキャリブレーション積層マーカの生成処理を行わせる。具体的には、材料層形成ユニット１００は、キャリブレーションマーカデータに基づき、造形物の材料層を形成するのと同じプロセスで、感光ドラム３４上に造形材料からなるキャリブレーションマーカを形成する。このマーカは感光ドラム３４から転写体４２上に転写され、キャリブレーション転写マーカとして造形ユニット２００へ搬送される。材料先端検知センサ４５によってキャリブレーション転写マーカの先端が検知されると、造形コントローラ７０は、ステージ５２がキャリブレーション転写マーカと同じタイミングで積層位置へと進入するよう、ステージ５２を制御する。そして、ヒータローラ４３によりキャリブレーション転写マーカがステージ５２上に転写され、キャリブレーション積層マーカが得られる。キャリブレーション積層マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲには、図３Ｂに示すように、材料層形成工程から造形工程までのプロセス、具体的には露光、現像、転写、積層といった一連のプロセスの中で発生した画像歪みの情報が含まれている。

ステップ３０５では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステー
ジ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４及び材料右先端センサ５５の出力を監視する。材料左先端センサ５４で検出されたマーカＡＦＬのＸＹ位置、及び、材料右先端センサ５５で検出されたマーカＡＦＲのＸＹ位置は、キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１に記憶される。ステップ３０６では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２を制御し、ステージ５２を後端のキャリブレーション積層マーカＡＲＬ，ＡＲＲの位置まで移動させる。ステップ３０７では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステージ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４及び材料右先端センサ５５の出力を監視する。材料左先端センサ５４で検出されたマーカＡＲＬのＸＹ位置、及び、材料右先端センサ５５で検出されたマーカＡＲＲのＸＹ位置は、キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１に記憶される。

ステップ３０８では、画像歪計測部２０２が、原点Ｏ１のＸＹ位置に基づき、画像歪みが無い場合の各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲのＸＹ位置（これを正規位置と呼ぶ）を計算する。そして、画像歪計測部２０２は、各マーカの正規位置と、ステップ３０５及び３０７で検出された各マーカの検出位置との差に基づいて、各マーカの歪変位量と変位の向きを表す変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを計算する。２つのセンサ５４と５５の間に誤差オフセット量（ｄｘ，ｄｙ）がある場合は、変形ベクトルＶＦＲ，ＶＲＲを計算する際に誤差オフセット量（ｄｘ，ｄｙ）を考慮する。
ステップ３０９では、造形コントローラ７０が、各マーカの変形ベクトルを、材料層形成ユニット１００で形成されステージ上に積層されるまでに、材料層に生じる画像歪みに関する画像歪情報として制御ユニット６０に送信する。

（画像歪み補正）
次に、図４及び図５Ｂを参照して、オフラインキャリブレーションによって予め取得された画像歪情報に基づき、材料層の形成時に実行される画像歪み補正について説明する。

図４に示すように、制御ユニット６０は、スライスデータの生成及び画像歪み補正に関わる機能として、３Ｄデータスライサ６１、データ付加部６２、画像歪補正部６３、プリンタドライバ６４を有する。以下、図５Ｂのフローチャートに沿って、材料層形成時の制御ユニット６０の動作を説明する。

ステップ３１１では、造形コントローラ７０から画像歪情報が取得される。ステップ３１２では、画像歪補正部６３が、画像歪情報として得られた四隅のマーカの変形ベクトルから逆ベクトルを算出し、それらを線形補間することによって画素ごとの補正パラメータを算出する。補正パラメータは、例えば、補正前の画像における画素座標と補正後の画像における画素座標の対応を示す情報である。

ステップ３１３では、造形対象物の３次元モデルのデータが読み込まれる。ステップ３１４では、３Ｄデータスライサ６１が３次元モデルのデータに基づき、当該造形対象物の３次元モデルを所定のピッチ（例えば数ミクロンから十数ミクロンの厚さ）でスライスして各層のスライス画像を生成する。ステップ３１５では、データ付加部６２が、各層のスライス画像に対しレジストレーションマーカを付加し、造形スライスデータを生成する。レジストレーションマーカの詳細については後述する。ステップ３１４〜３１５に変えて、データ付加部６２が読み込んだ３次元モデルのデータにレジストレーションマーカの積層体を付加した後、３Ｄデータスライサ６１がスライスすることにより、各層のスライスデータを生成してもよい。
ステップ３１６では、画像歪補正部６３が、ステップ３１２で求めた補正パラメータを用いて、ステップ３１４で生成したスライスデータの歪み補正を行う。ここでの歪み補正は、材料層形成から造形までの過程で発生する画像歪みが低減ないしキャンセルされるよ
うに、逆方向の歪みをスライス画像に与える処理となる。なお、３Ｄデータスライサ６１によるスライス後のデータに歪み補正を行う以外に、スライス前の３次元モデルのデータに対して歪み補正を行うことにより、スライスデータの歪み補正を行うもできる。ステップ３１７では、プリンタドライバ６４が、補正後の造形スライスデータを画像生成コントローラ１０に送信する。

以上のように、オフラインキャリブレーションによって得られた画像歪情報に基づきスライスデータを補正することで、ステージ５２上に積層したときに画像歪みの無い又は小さい材料層を形成することができ、造形物の寸法精度を向上することができる。

図６Ａ〜図６Ｃを用いて、画像歪み補正の概念を説明する。図６Ａ〜図６Ｃでは、説明を簡略化するため、画像の上端辺の画素の補正についてのみ示す（実際の補正では、画像中のすべての画素について同様の補正が行われる）。

図６Ａの破線はステージ５２上の造形エリアを示し、造形エリアの左右の白四角ＡＦＬＯ，ＡＦＲＯは画像歪みが無い状態でのキャリブレーション積層マーカの正規位置を示している。また、黒四角ＡＦＬ，ＡＦＲは、オフラインキャリブレーションのときに実際にキャリブレーション積層マーカが積層された位置を示している。ＶＦＬ及びＶＦＲは、それぞれ、マーカＡＦＬ及びＡＦＲの変形ベクトルを示す。図６Ａの例では、画像が左右に伸び、画像の左側は正規位置より前進し、右側は正規位置より後退していることがわかる。

図６Ｂは画像歪み補正の概念を模式的に示している。破線はステージ５２上の造形エリアを示し、実線は補正後のスライス画像の領域を仮想的に示している。画像の左上端においては、変形ベクトルＶＦＬの逆ベクトル−ＶＦＬだけ画素を移動させる。また画像の右上端においては、変形ベクトルＶＦＲの逆ベクトル−ＶＦＲだけ画素を移動させる。左上端と右上端のあいだの位置では、逆ベクトル−ＶＦＬと−ＶＦＲの線形補間により、画素の移動及び間引きを行う。なお、造形に用いるスライス画像は二値画像（材料粒子の有り無し）であるため、各画素は中間階調をもつことができない。したがって、画像歪みの補正（画素の移動）は画素単位となり、補正後の画像のエッジは図６Ｂのように階段状になる。画素間引きについても、図６Ｂのように２つの画素の移動先が同じ画素になった場合に、いずれか一方の画素を削除するという単純間引きとなる。

図６Ｃは、図６Ｂの実線で示した補正後のスライスデータを用いて材料層形成及び造形を行った場合にステージ５２上に形成される画像を示している。キャリブレーション積層マーカＡＦＬ，ＡＦＲは正規位置に積層され先端は傾きが無い直線となる。これにより、画像歪みの無い積層が実現できる。ここでは厳密には表現されていないが画像の上端エッジは階段状になっており部分的には画素が傾斜している。画素数が少なく実際の升目（一画素）は若干伸びて横幅は正規幅となっている。一画素５０ミクロンの粒子であれば１％の伸縮では０．５ミクロンの伸縮となるが全体の画像レベルでは見た目では判断できない差分である。

（オンラインレジストレーション）
次に、材料層の積層時に行われるオンラインレジストレーションについて説明する。オンラインレジストレーションでは、材料層に含まれるレジストレーションマーカの検出位置に基づき積層時の位置合わせを行う。

以下の説明では、画像生成コントローラ１０に与えられるレジストレーションマーカ用の画像データを「レジストレーションマーカデータ」と呼ぶ。また、材料層のうちレジストレーションマーカデータに基づき形成された造形材料からなる部分を「レジストレーシ
ョンマーカ」又は単に「マーカ」と呼ぶ。さらに、感光ドラム３４から転写体４２に転写されたマーカ（つまり転写体４２上のマーカ）を「レジストレーション転写マーカ」と呼び、ステージ５２上に転写されたマーカを「レジストレーション積層マーカ５０」と呼ぶ。場所によってマーカの呼称を変える理由は、マーカが転移していく過程において画像歪みが変化し得ること、及び、場所ごとに異なるセンサを用いてマーカを検出すること等から、マーカがどこにあるかを説明の便宜上区別するほうが好ましいからである。なお、場所を特に区別する必要のない文脈では「レジストレーションマーカ」又は「マーカ」の用語を用いる。

図４に示すように、造形コントローラ７０は、オンラインレジストレーションに関わる機能として、レジストレーション転写マーカ位置検出部２１１、位置計測部２１２、積層位置調整部２１３を有する。

図５Ｂのステップ３１５で説明したように、各層のスライス像に位置合わせ用のレジストレーションマーカの像が付加され、スライスデータが生成される。本実施例では、図７に示すように、造形エリア内の所定位置（造形物断面と重ならない位置）に直角三角形のレジストレーションマーカＡＦが形成されるようにする。

レジストレーション転写マーカ位置検出部２１１は、材料先端検知センサ４４を用いて、転写体４２上のレジストレーション転写マーカＡＦを検出する。そして、位置計測部２１２が、レジストレーション転写マーカＡＦの検出結果から、材料層のＸ方向位置（先端位置）とＹ方向の基準位置からの位置ずれ量を取得する。ここで、Ｘ方向とは転写体４２の進行方向であり、Ｙ方向は転写体４２の幅方向（進行方向に直交する方向）である。ここでいう位置ずれ量は、ずれの大きさと方向を含む量である。積層位置調整部２１３は、材料層のＸ方向位置を基に、ステージ駆動Ｘモータ１１２の駆動開始タイミングを制御し、ステージ５２上の造形物と転写体４２上の材料層の先端合わせを行う。また積層位置調整部２１３は、材料層のＹ方向の位置ずれ量を基に、ステージ駆動Ｙモータ１１３を制御し、ステージ５２上の造形物と転写体４２上の材料層の左端の位置合わせを行う。これにより、造形物と材料層のＸＹ面内での積層ばらつきがオンラインで解消され、高品質な造形が可能となる。

図７は、転写体上のレジストレーション転写マーカ検出の概念図である。レジストレーション転写マーカＡＦは転写体４２上の造形エリア先端部の所定位置（造形物断面に重ならない位置）に形成される。本実施例のレジストレーション転写マーカＡＦは、転写体４２の進行方向（Ｘ方向）に対し直交する第１エッジと、Ｘ方向に対し斜めの第２エッジを有する、直角三角形状の図形である。

直角三角形の斜辺の変化量を式にあらわすと、
Ｙ＝１−ａＸとなる。ここで、ａは斜辺の傾きであり、三角形の一辺の長さは１である。

ズレなく転写された場合のレジストレーション転写マーカＡＦの左端の辺をＹ＝０とし、Ｙ＝０．５を正規位置とすると、ずれ量ΔＹは、
ΔＹ＝Ｙ−０．５＝（１−ａＸ）−０．５＝０．５−ａＸと表すことができる。

斜辺の角度が４５°であればａ＝１であり、
Ｘ＝０．５のときに ΔＹ＝０
Ｘ＝０のときに ΔＹ＝０．５
Ｘ＝１のときに ΔＹ＝−０．５となる。０＜Ｘ＜１の範囲とする。

材料先端検知センサ４４により、レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジと第２エッジを検出する。Ｌ１は、転写体４２上のレジストレーション転写マーカＡＦが正規位置を通過した場合の材料先端検知センサ４４の検出ラインである。つまり、材料先端検知センサ４４がラインＬ１を通過する状態が基準位置（ずれ量ΔＹ＝０）となる。ラインＬ１を通過したときの材料先端検知センサ４４の出力信号をＳ１に示す。レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化する。第２エッジＬ２を検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。

ここで仮に転写体４２が基準位置からΔＹだけ左にシフトした場合、材料先端検知センサ４４はラインＬ３を通過することになる。ラインＬ３を通過したときの材料先端検知センサ４４の出力信号をＳ３に示す。レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化する。第２エッジＬ４を検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。

したがって、材料先端検知センサ４４の出力信号Ｓ３の立ち上がりのタイミングによってＸ方向位置（先端位置）がわかる。また、出力信号Ｓ３のハイレベルの期間（第１エッジの検出タイミングと第２エッジの検出タイミングの差）と式Ｙ＝１−ａＸから、レジストレーション転写マーカの、正規位置に対するＹ方向の位置ずれ量ΔＹを求めることができる。このように１つのレジストレーション転写マーカ及び１つの材料先端検知センサ４４により、Ｘ、Ｙの２方向の位置の検出が可能となる。これは構成及び処理が簡易化されるというコストメリットと、２方向の位置合わせを高速に行うことができるというメリットがある。造形時は転写体４２及びステージ５２が高速に移動するために、本実施例のような構成が有効である。ただし、Ｙ方向の位置ずれが無視できるほど小さい場合は、Ｘ方向の位置さえ検出できればよく、例えば、Ｙ方向に平行な二辺とＸ方向に平行な二辺とを有する四角形のマーカを用いることができる。

以上述べた構成によれば、オフラインキャリブレーション及び画像歪み補正を行うことにより、材料層形成から造形までの過程で発生する画像のＸＹ面内歪みを可及的に抑えることができる。また、オンラインレジストレーションを行うことにより、積層時の位置ずれを可及的に抑えることができる。したがって、形状精度及び寸法精度の高い、高品質な造形物を形成することが可能となる。

これまでの説明では、プロセスカートリッジが１つの場合について示したが、プロセスカートリッジは複数設けられるものであってもよい。この構成は、例えば、複数のカートリッジのうち１つのカートリッジにサポート材料を入れることで、造形物本体とは異なる材料（例えば除去性の高い材料）からなるサポート体を有する造形物を簡単に作成する目的に使用できる。この場合、制御部では、造形対象物のスライス像にサポート材料の情報に関するデータが付加され、スライスデータが生成される。あるいは、複数のカートリッジのうち２つのカートリッジに同じ材料を入れておき、１つのプロセスカートリッジで材料層形成を行い、材料が空になると自動的に他方のプロセスカートリッジに切り替えて材料層形成を続行する、という目的にも使用できる。あるいは、複数のカートリッジに色や物性がそれぞれ異なる材料を入れておき、カラフルな造形物や、複数種の材料が混ざった造形物を作る目的にも使用できる。

ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、本実施例における造形エリアの定義を行う。以下に説明する形態では、２つのプロセスカートリッジを有する形態とし、２種類の造形材料を用いるものとする。造形材料としては、構造材料とサポート材料を用いるものとする。
ここでは造形物５１として、両端に鍔のついた円筒形状の造形物を例にして説明する。図１０Ａは、円筒形状の造形物５１の側面図を示す図である。図１０Ｂは、ステージ５２
上に形成された造形物５１、キャリブレーションマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲ、レジストレーションマーカＡＦをステージ５２の上方から見た図であり、造形物５１においては、図１０ＡのＺ１−Ｚ２断面を示している。

以下の説明においては、造形物５１のうち、構造体をＳＬで示し、サポート体をＳＰで示すこととする。図８Ｂでは、サポート体ＳＰは、造形時に構造体ＳＬの鍔の部分を支持している。
また図１０Ｂにおいて、レジストレーションマーカＡＦを取り囲む破線部内領域をマーカエリアＭＫＡとする。
本実施例では、図１０Ｂにおいて造形エリア２０３のうち、マーカエリアＭＫＡを除いた領域が、造形物の造形が可能な造形エリアとなる。

図１１は、２つのプロセスカートリッジを有する造形システムの構成を示す図である。図１１の例では、感光ドラム３４Ａ、転写ローラ４１Ａを有する第１のカートリッジ３０Ａと、感光ドラム３４Ｂ、転写ローラ４１Ｂを有する第２のカートリッジ３０Ｂが設けられている。そして、カートリッジ３０Ａには構造材料、カートリッジ３０Ｂにはサポート材料がそれぞれの造形材料供給部３１（収容部）に収容されている。
図１１のように、２種類の造形材料を用いて造形を行う場合は、次のような２つの画像を転写体上で合わせてできる画像が、１回の積層に用いられる材料層となる。すなわち、感光ドラム３４Ａで形成された構造材料からなる構造体の画像と、感光ドラム３４Ｂで形成されたサポート材料からなるサポート体の画像とを転写体上で合わせてできる画像が、１回の積層に用いられる材料層となる。なお、図１１では、説明の便宜上、ステージ５２と、ステージ５２上の造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が、２つの位置にそれぞれ位置した状態を示している。図１１において、右側の位置が積層時の位置であり、左側の位置が、ステージ５２上に積層されたレジストレーション積層マーカ５０の高さを、積層高検知センサ５８で検知するときの位置である。

（レジストレーション積層マーカの高さ検知）
次に、レジストレーション積層マーカ５０の高さ検知について説明する。
本実施例では、上述のように、ステージ５２上に積層されたレジストレーション積層マーカ５０の高さを、積層高検知センサ５８で検知することで、ステージ５２上の造形物５１の高さを求めている。本実施例では、積層高検知センサ５８として、拡散反射タイプの変位センサを使用した。変位センサは、測定基準位置に対する対象物体の変位量を検出するものであるが、このとき、対象物体に対して、複数点を計測したり、面状や帯状の範囲を計測して、平均値を求めるものであるとよい。本実施例では、ステージ５２は、材料層が積層されるたびに、材料層の１層の厚み分、Ｚ方向に下降する。このため、センサの測定基準位置とステージ５２表面とのＺ軸方向の距離が、材料層の積層数で決まってくる。この距離は、ステージ５２上の造形物５１の厚みの目標値である。したがって、ステージ５２上の造形物５１の表面のＺ方向の変位量としてレジストレーション積層マーカ５０の高さを、積層高検知センサ５８で測定することで、ステージ５２上の造形物５１の高さ（厚み）を求めることができる。
特許文献１のように、サポート材料を無駄に敷き詰めずに造形物の高さを取得する方法として、直接ステージ５２上の造形物の上面の位置をセンサで検知する方法が考えられる。しかしながら、ステージ５２上の造形物の上面の位置は、造形物の形状によっては、ＸＹ面内で常に同じ位置とはならず、このような場合に、造形物の上面の位置をセンサで検知するには、センサをＸＹ面内で移動させる必要があった。センサをＸＹ面内で移動させるためには、移動機構が必要となり、コストアップにつながってしまい、また、センサをＸＹ面内で移動させることで検知を行う場合には、センサを固定して検知を行う場合に比べて精度が低下してしまうことが懸念される。

これに対して、本実施例では、ステージ５２上で毎層ＸＹ面内の同じ位置に積層されるレジストレーション積層マーカ５０の上面を積層高検知センサ５８で検知するので、積層高検知センサ５８を固定して使用することができる。
即ち、本実施例では、積層高検知センサ５８は、レジストレーションマーカがステージ５２上に積層される領域における高さが検知できるように設置すればよく、ＸＹ面内で移動させる必要がない。例えば図１１の場合、ステージ５２が高さ検知を行う位置にある時に、測定光が、レジストレーション積層マーカ５０が位置する領域に照射できる位置に固定すればよい。従って、センサの移動機構が不要であり、また、センサをＸＹ面内で移動させる場合に比べてセンサの検知精度を向上させることができる。このようにレジストレーション積層マーカ５０の高さを検知し、その検知結果を用いてステージ５２上の造形物５１の高さを求めることで、サポート材料を無駄にすることなく、造形物５１をより精度よく造形することができる。

以下に、レジストレーション積層マーカ５０の高さを検知し、その検知結果を用いてステージ５２上の造形物５１の高さを求め、この高さを用いて行う造形物５１の造形動作の一例として、造形物５１の高さの調整動作について説明する。
本実施例では、レジストレーション積層マーカ５０の高さを検知することで求めたステージ５２上の造形物５１の高さが、予め設定された設定範囲内にあるかどうかを判断する。そして、造形物５１の高さが、設定範囲から外れたと判断した場合には、その時点で、ステージ５２上に積層される材料層の積層数を調整する制御を行う。
ここで、設定範囲は、高さ方向（ステージ５２上に材料層を積層するときの積層方向）に関してステージ５２上の造形物５１の形状の精度が保持されているとみなすことができるときの造形物５１の上面が取り得る位置の範囲（許容範囲）である。また、本実施例では、上述のように、材料層形成ユニットで形成する材料層の１層分の厚みを一定としている。このため、ステージ５２上の造形物５１の高さが、設定範囲から外れた場合には、材料層の積層数を増減することで、高さ方向における造形物５１の形状の精度を保持することができる。
この点について以下に詳しく説明する。

注目層のスライスデータに基づく材料層がステージ５２上に積層されたときの造形物の高さが、設定範囲に満たなかったとする。この場合には、再度、この注目層のスライスデータに基づく材料層を形成し、この材料層をステージ５２上に積層させる。
また、注目層のスライスデータに基づく材料層がステージ５２上に積層されたときの造形物の高さが、設定範囲を超えたとする。この場合には、この注目層の次の層のスライスデータに基づく材料層の形成を省く処理を行う。
ここで、積層数の増減は、同じ材料層が複数積層された場合、または、ステージ５２上の造形物５１に積層されるはずの材料層が積層されなかった場合においても、構造体の構造や形状などに影響がないタイミングで行われるとよい。例えば、積層数の増減を行う造形物の部分が、造形対象物において高さ方向に同じ形状が続く部分に対応する部分であれば、構造体の構造や形状などに影響を与えることなく、積層数の増減を行うことができる。また、造形動作時に、構造体の構造や形状などに影響を与えない部分に到達するタイミングが予め設定されるとよい。また、造形動作時に、構造体の構造や形状などに影響を与えない部分に到達するタイミングを予測する手段を有するとよい。
これにより、積層数の増減が必要となったときに、構造体の構造や形状などに影響を与えるタイミングで積層数の増減が行われることはなく、構造体の構造や形状などに影響を与えない部分に到達したタイミングで、積層数の増減を行うことができる。

このように、ステージ５２上の造形物５１の高さが、設定範囲を外れ、高さが足りないと判断した場合には、判断時の直前またはその直後に行う積層動作を繰り返し行い、積層数を調整することで造形物５１の高さを許容寸法範囲内とすることができる。
また、ステージ５２上の造形物５１の高さが、設定範囲を外れ、高過ぎると判断した場合には、判断時の直後に行う積層動作で積層される材料層の形成を省く（次に積層される材料層を間引く）処理を行う。このように積層数を調整することで造形物５１の高さを許容寸法範囲内とすることができる。
これにより、ステージ５２上の造形物５１をより精度よく造形することができる。

図８は、ステージ５２上の造形物５１の高さを調整する処理のフローチャートである。
図８に示す処理は、レジストレーションマーカが付加された材料層がステージ５２上に積層されるたびに制御ユニット６０により行われる。以下に、図８のフローチャートについて説明する。
まず、注目層のスライスデータに基づく材料層であってレジストレーションマーカを含む材料層がステージ５２上に積層されると、積層高検知センサ５８が、レジストレーション積層マーカ５０の高さを検知する（ステップ４０１）。
次に、ステップ４０１の検知結果からステージ５２上の造形物５１の高さを求めて、想定高さと比較し、造形物５１の高さが、設定範囲内にあるかどうかを判断する（ステップ４０２）。造形物に求められる精度にもよるが、設定範囲は、精度の低いものでも造形物５１の高さと想定高さとの差分が０．１ｍｍ以下に収まることが求められる。
ステップ４０２で造形物５１の高さが設定範囲に満たないと判断した場合には、ステップ４０３で次のような処理を行う。すなわち、ステージ５２上の造形物５１の高さが、設定範囲内に入るように、注目層のスライスデータに基づく材料層を再度、形成し、ステージ５２上に積層される材料層の積層数を増やす。
その後、注目層の次の層のスライスデータに基づく材料層を形成し、造形動作を継続する（ステップ４０５）。

ステップ４０２で造形物５１の高さが設定範囲を超えると判断した場合には、ステップ４０４で次のような処理を行う。すなわち、ステージ５２上の造形物５１の高さが、設定範囲内に入るように、注目層の次の層のスライスデータに基づく材料層の形成動作を省く、いわゆる間引きする処理を行い、ステージ５２上に積層される材料層の積層数を減らす。
その後、間引き処理に対応する層の次の層のスライスデータに基づく材料層を形成し、造形動作を継続する（ステップ４０５）。
ステップ４０２で造形物５１の高さが設定範囲内にあると判断した場合には、引き続き造形動作を継続する（ステップ４０５）。
このように積層数が調整されることで造形物５１の高さ精度が確保される。

図９Ａは、ステージ５２上に構造体ＳＬとレジストレーション積層マーカ５０が造形された状態を示す外観図である。図９Ｂは、ステージ５２上に構造体ＳＬと、レジストレーション積層マーカ５０とは断面形状が異なるレジストレーション積層マーカ５０ａが造形された状態を示す外観図である。マーカの断面形状は、レジストレーション積層マーカ５０が上述のように直角三角形なのに対して、レジストレーション積層マーカ５０ａでは四角形に設定されている。図９Ｂに示す形態では、材料先端検知センサ４４が、転写体４２上のレジストレーション転写マーカの形状に対応して、転写体４２のＹ方向への位置ずれを検出できるように構成されている。
このように、材料先端検知センサ４４が、転写体４２上のレジストレーション転写マーカの形状に対応して、転写体４２のＹ方向への位置ずれを検出できれば、転写体４２上のレジストレーション転写マーカＡＦの形状は、特に限定されるものではない。なお、転写体４２のＹ方向への位置ずれを検出する手段を、転写体４２上のレジストレーション転写マーカの先端のＸ方向位置を検出する手段とは別に設けてもよい。

以上説明したように、本実施例によれば、レジストレーション積層マーカ５０の高さを
検知し、その検知結果を用いてステージ５２上の造形物５１の高さを求めることで、造形物５１をより精度よく造形することができる。
また、本実施例では、材料層形成ユニットで材料層の厚さを制御することなく、造形物５１を造形している。ステージ上の造形物の厚さに応じて適宜、材料層の厚さを調整しようとすると、材料層の厚さを変更するためのデータ処理が積層動作毎に必要となり、制御部に負荷がかかり、造形物５１の造形速度が低下することが懸念される。これに対して、本実施例のように、材料層の厚さを制御することがないため、材料層をステージ５２上に積層する場合には、制御部に負荷がかかったり、造形物５１の造形速度が低下したりするようなことなく、造形物５１の造形動作が可能である。

［実施例２］
以下に、実施例２について説明する。
実施例１では、ステージ５２上で造形エリアとマーカエリアを別々に設定し、造形時において各エリアが互いに重ならないように設定していた。このような場合には、ステージ５２上で造形可能な構造体の実質的な大きさが限定されてしまうことが懸念される。特に、レジストレーション積層マーカ５０の強度を得るためにマーカを支持するマーカサポート５６を使用する場合、マーカサポート５６の領域分、マーカエリアを広くする必要があり、ステージ５２上で所望の広さの造形エリアを確保できないことが懸念される。
そこで、本実施例では、造形エリアとマーカエリアの重なりを許容し、エリアの重なりが生じる場合には、マーカよりも造形物５１を優先して造形することを特徴とする。これにより、ステージ５２上の領域を有効に活用して、可能な限り大きな造形物５１をステージ５２上に造形することができる。

ここで、マーカ支持体としてのマーカサポート５６は、レジストレーションマーカの検出に影響を与えないように配設されている。これには、マーカサポート５６は、レジストレーションマーカの検出に影響のない位置で、レジストレーションマーカを支持するように設けられるとよい。すなわち、マーカサポート５６は、レジストレーション積層マーカ５０のうち次のような領域に付加されるように配置されることで、レジストレーション積層マーカ５０を支持するものであるとよい。それは、レジストレーション積層マーカ５０がレジストレーション転写マーカＡＦとして転写体４２上に存在するときに、材料先端検知センサ４４により行われるレジストレーション転写マーカＡＦの検出動作に影響を与えない領域である。
また、マーカサポート５６は、レジストレーションマーカとは異なる材料で構成されるものであるとよく、また、同じ材料であってもレジストレーションマーカとは異なる色で構成されるものであるとよい。これにより、マーカサポート５６は、レジストレーションマーカに対してどの位置に付加されても、材料先端検知センサ４４によるレジストレーション転写マーカＡＦの検出に影響を与えることはない。
なお、マーカサポート５６の材料としては、上述したサポート体ＳＰ同様、造形後に除去され、レジストレーション積層マーカ５０から分離しやすい材料（例えば水溶性材料）を好ましく用いることができる。また、マーカサポート５６及びサポート体ＳＰの構造としては、造形後の処理を考慮した構造を好ましく用いることができる。

図１２は、本実施例において、造形対象物の３次元モデルのデータに基づいて生成されたスライス像に、レジストレーションマーカデータを付加して、スライスデータを出力する際の処理フローである。本実施例において、画像生成コントローラ１０に与えられるレジストレーションマーカデータには、マーカサポート５６用の画像データも含むものとする。
図１２に示す処理は、実施例１で説明した図５Ｂのステップ３１３〜３１７に対応する。以下、図１２のフローチャートに沿って、スライスデータを生成する制御ユニット６０の動作を説明する。

ステップ５０１では、造形対象物の３次元モデルのデータを取得する。
ステップ５０２では、造形対象物の３次元モデルのデータに基づいて形成された材料層がステージ５２上に積層されたと仮定したときに、次のような判断を行う。すなわち、レジストレーション積層マーカ５０と造形物５１との間、または、マーカサポート５６と造形物５１との間に、重なり合う重複領域が存在するかどうかを判断する。ここで、レジストレーション積層マーカ５０において造形物５１との間に存在する重複領域は、レジストレーション積層マーカ５０のうち次のような領域に存在する。それは、レジストレーション積層マーカ５０がレジストレーション転写マーカＡＦとして転写体４２上に存在するときに、材料先端検知センサ４４により行われるレジストレーション転写マーカＡＦの検出動作に影響を与えない領域である。

ステップ５０２で否定判断の場合、すなわち、重複領域が存在しないと判断した場合には、ステップ５０３に進む。ステップ５０３では、造形対象物の３次元モデルのデータから生成されたスライス像に、レジストレーションマーカデータをそのまま付加する。
その後、キャリブレーションで取得した画像歪情報を反映する補正を実行して、スライスデータの歪み補正を実行して、スライスデータを出力する（ステップ５０５）。このスライスデータに基づいて形成された材料層がステージ５２上に積層された場合には、レジストレーション積層マーカ５０と造形物５１とは、ステージ５２上で離れた位置に配置される。また、マーカサポート５６がステージ５２上に積層された場合には、マーカサポート５６と造形物５１とにおいても、ステージ５２上で離れた位置に配置される。
ステップ５０２で肯定判断の場合、すなわち、重複領域が存在すると判断した場合には、ステップ５０４に進む。

ステップ５０４では、レジストレーションマーカデータのうち、重複領域に対応するデータ部分を削除したデータを、造形対象物の３次元モデルのデータに基づいて生成されたスライス像に付加する。
その後、キャリブレーションで取得した画像歪情報を反映する補正を実行して、スライスデータの歪み補正を実行して、スライスデータを出力する（ステップ５０５）。このスライスデータに基づいて形成された材料層がステージ５２上に積層された場合には、レジストレーション積層マーカ５０と造形物５１とは、ステージ５２上で互いに接触した状態で配置される。また、マーカサポート５６がステージ５２上に積層された場合には、マーカサポート５６と造形物５１とにおいても、ステージ５２上で互いに接触した状態で配置される。

図１３は、マーカサポート５６を使用した場合の積層後の造形物５１、レジストレーション積層マーカ５０及びマーカサポート５６を示す外観図である。図１３では、造形エリアとマーカエリアとの重なりがなく、レジストレーション積層マーカ５０及びマーカサポート５６と、造形物５１とがステージ５２上で離れた位置に配置された状態を示す。

図１４は、図１２のステップ５０４でスライスデータを生成する処理を詳細に説明するためのフローチャートである。
以下に、造形対象物の３次元モデルのデータに基づいて形成された材料層がステージ５２上に積層されたと仮定したときに、上述した重複領域が存在すると判断される形態について図１５〜１９を用いて説明する。

ステップ５０２で、重複領域が存在すると判断した場合、まず、重複領域が、レジストレーション積層マーカ５０と構造体ＳＬとの間に存在するものであるかどうかを判断する（ステップ６０１）。
図１５Ａは、ステージ５２上に積層された、レジストレーション積層マーカ５０と構造
体ＳＬとの間に、重複領域９１が存在する形態を示す概略図である。図１５Ｂは、重複領域９１を含む断面において形成される材料層の例を示す概略図である。
ステップ６０１で、重複領域９１が、レジストレーション積層マーカ５０と構造体ＳＬとの間に存在すると判断すると、レジストレーションマーカデータのうち、重複領域９１に対応する領域のデータを削除する。
このことで、ステージ５２上に造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が積層される場合には、図１５Ｂに示すように、重複領域９１に構造体が配置された材料層が生成されることとなる。

このとき、本形態では、図１５Ｂに示すように、構造体ＳＬとマーカ５０との間にサポート体ＳＰを挟んだ状態の材料層が生成されるように、スライスデータを生成している（ステップ６０２）。
このように、構造体ＳＬとレジストレーション積層マーカ５０との間に、サポート体ＳＰが存在することで、造形後に構造体ＳＬとレジストレーション積層マーカ５０の分離が容易となる。従って、分離が容易になるように、構造体ＳＬとマーカ５０との間に設けるサポート体ＳＰの厚さをあらかじめ設定しておくとよい。
一方、ステップ６０１で、重複領域９１が、レジストレーション積層マーカ５０と構造体との間に存在するものでないと判断すると、ステップ６０３に進む。

次に、ステップ６０３では、重複領域が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間に存在するものであるかどうかを判断する。
図１６Ａは、ステージ５２上に積層された、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間に、重複領域９２が存在する形態を示す概略図である。図１６Ｂは、重複領域９２を含む断面において形成される材料層の例を示す概略図である。
ステップ６０３で、重複領域９２が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間に存在すると判断すると、レジストレーションマーカデータのうち、重複領域９２に対応する領域のデータを削除する。
このことで、ステージ５２上に造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が積層される場合には、図１６Ｂに示すように、重複領域９２に構造体が配置された材料層が生成されることとなる（ステップ６０４）。
一方、ステップ６０３で、重複領域９２が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間に存在するものでないと判断すると、ステップ６０５に進む。

次に、ステップ６０５では、重複領域が、マーカサポート５６と、構造体ＳＬを支えるサポート体ＳＰとの間に存在するものであるかどうかを判断する。
図１７Ａは、ステージ５２上に積層された、マーカサポート５６とサポート体ＳＰとの間に、重複領域９３が存在する形態を示す概略図である。図１７Ｂは、重複領域９３を含む断面において形成される材料層の例を示す概略図である。
ステップ６０５で、重複領域９３が、サポート体ＳＰとマーカサポート５６との間に存在すると判断すると、レジストレーションマーカデータのうち、重複領域９３に対応する領域のデータを削除する。
このことで、ステージ５２上に造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が積層される場合には、図１７Ｂに示すように、重複領域９３にサポート体ＳＰが配置された材料層が生成されることとなる（ステップ６０６）。ここで、サポート体ＳＰとマーカサポート５６を、同一のサポート材でそれぞれ構成する場合には、サポート体ＳＰの代わりにマーカサポート５６を重複領域９３に配置するものであってもよい。
一方、ステップ６０５で、重複領域９３が、サポート体ＳＰとマーカサポート５６との間に存在するものでないと判断すると、ステップ６０７に進む。

次に、ステップ６０７では、重複領域が、構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰすなわち造形
物５１のうち少なくともサポート体ＳＰと、レジストレーション積層マーカ５０との間に存在するものであるかどうかを判断する。
図１８Ａは、ステージ５２上に積層された、構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰと、レジストレーション積層マーカ５０との間に、重複領域９４が存在する形態を示す概略図である。図１８Ｂは、重複領域９４を含む材料層を示す概略図である。
ステップ６０７で、重複領域９４が、構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰのうち少なくともサポート体ＳＰと、レジストレーション積層マーカ５０との間に存在すると判断すると、レジストレーションマーカデータのうち重複領域９４に対応する領域のデータを削除する。
このことで、ステージ５２上に造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が積層される場合には、重複領域９４に構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰのうち少なくともサポート体ＳＰが配置された材料層が生成されることとなる（ステップ６０８、図１８Ｂ）。
一方、ステップ６０７で、重複領域９４が、構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰのうち少なくともサポート体ＳＰと、レジストレーション積層マーカ５０との間に存在するものでないと判断した場合には、ステップ６０９に進む。

次に、ステップ６０９では、重複領域が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間、及び、マーカサポート５６とサポート体ＳＰとの間に、同時に存在するものであるかどうかを判断する。
図１９Ａは、ステージ５２上に積層された、マーカサポート５６と、構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰとの間に、重複領域９５が存在する形態を示す概略図である。図１９Ｂは、重複領域９５を含む断面において形成される材料層の例を示す概略図である。
ステップ６０９で、重複領域が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間、及び、マーカサポート５６とサポート体ＳＰとの間に、同時に存在するものであると判断すると、レジストレーションマーカデータのうち、重複領域９５に対応する領域のデータを削除する。
このことで、ステージ５２上に造形物５１及びレジストレーション積層マーカ５０が積層される場合には、図１９Ｂに示すように、重複領域９５に構造体ＳＬ及びサポート体ＳＰが配置された材料層が生成されることとなる（ステップ６１０）。
その後、ステップ５０５で、造形スライスデータを出力する。
一方、ステップ６０９で、重複領域が、マーカサポート５６と構造体ＳＬとの間、及び、マーカサポート５６とサポート体ＳＰとの間に、同時に存在するものでないと判断した場合、ステップ５０５に進む。

以上説明したように、本実施例では、造形エリアとマーカエリアの重なりを許容し、エリアの重なりが生じる場合には、マーカよりも造形物５１を優先して造形することとした。これにより、ステージ５２上の領域を有効に活用して、可能な限り大きな造形物５１をステージ５２上に造形することが可能となる。

１０：画像生成コントローラ、３４：感光ドラム、４２：転写体、５２：ステージ、５８：積層高検知センサ、６０：制御ユニット、６２：データ付加部、７０：造形コントローラ

Claims (14)

1. スライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
   前記材料層形成部で形成される前記材料層を搬送する搬送部材と、
   前記搬送部材により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
   を有する造形システムであって、
   ３次元モデルのデータから生成されるスライス像に対して、レジストレーションマーカのデータを付加して前記スライスデータを生成するデータ付加部と、
   前記ステージ上に積層される前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの積層方向の高さ情報を取得する取得部と、
   を有することを特徴とする造形システム。
2. 前記材料層形成部の動作を制御する制御部を有しており、
   前記制御部は、前記取得部により取得された高さ情報に基づいて、前記材料層形成部における材料層の形成動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形システム。
3. 前記制御部は、前記取得部により取得された高さ情報に基づいて、注目層の前記スライスデータに基づく前記材料層が前記材料層形成部で形成され前記ステージ上に積層されたときの造形物の前記積層方向の高さが、設定範囲に満たないと判断した場合には、前記材料層形成部により再度、注目層の前記スライスデータに基づく前記材料層を形成させ、該造形物の前記積層方向の高さが、前記設定範囲を超えると判断した場合には、前記材料層形成部による、注目層の次の層の前記スライスデータに基づく前記材料層の形成動作を省く処理を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の造形システム。
4. 前記データ付加部は、前記スライスデータを生成する際、
   前記レジストレーションマーカのデータと前記３次元モデルのスライス像とが重なり合う第１の重複領域が存在すると判断した場合には、前記レジストレーションマーカのデータうち、前記第１の重複領域に対応するデータ部分を削除して、前記３次元モデルのスライス像に付加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形システム。
5. 前記搬送部材上における、前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの基準位置からの位置ずれ量を求め、前記搬送部材上の前記材料層を前記ステージ上に積層するときに、前記レジストレーションマーカの位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向における前記ステージの位置を調整する調整部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形システム。
6. 前記調整部は、前記搬送部材上の前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカを検出する検出部を有し、前記検出部の検出結果から前記搬送部材上の前記材料層の位置ずれを求め、
   前記レジストレーションマーカのデータと前記３次元モデルのスライス像とが重なり合う第１の重複領域は、前記レジストレーションマーカのうち、前記検出部による前記レジストレーションマーカの検出に影響のない領域に存在することを特徴とする請求項５に記載の造形システム。
7. 前記レジストレーションマーカは、前記搬送部材の進行方向に対し直交する第１のエッジと前記搬送部材の進行方向に対し斜めの第２のエッジとを有する図形であり、
   前記調整部は、前記検出部による前記第１のエッジの検出タイミングから、前記搬送部材の進行方向に関する前記材料層の位置を取得し、前記検出部による前記第１のエッジの
   検出タイミングと前記第２のエッジの検出タイミングの差から、前記搬送部材の進行方向に直交する方向に関する前記材料層の位置ずれを取得することを特徴とする請求項６に記載の造形システム。
8. 前記データ付加部は、前記材料層形成部に与える前記スライスデータに対して、前記レジストレーションマーカのデータとともに、前記レジストレーションマーカを支持するマーカ支持体を前記ステージ上に積層するためのデータを付加することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形システム。
9. 前記データ付加部は、前記スライスデータに対して、前記マーカ支持体のデータを付加する際、前記材料層が前記ステージ上に積層されたと仮定したときに、前記マーカ支持体と造形物との間に、重なり合う第２の重複領域が存在する場合には、前記マーカ支持体のデータうち、前記第２の重複領域に対応するデータ部分を削除したデータを、前記スライスデータに付加することを特徴とする請求項８に記載の造形システム。
10. 前記ステージ上に積層される造形物は、造形物本体と、前記造形物本体が形成される際に前記造形物本体を支持する支持体とを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の造形システム。
11. 前記レジストレーションマーカのデータと前記３次元モデルのスライス像とが重なり合う第１の重複領域が、前記造形物本体と、前記レジストレーションマーカとの間に存在する場合には、
    前記第１の重複領域に対応するデータを削除した前記レジストレーションマーカのデータのうち、前記ステージ上に積層されたと仮定したときに前記造形物本体に接触する領域に対応するデータを、前記支持体のデータに置き換えることを特徴とする請求項１０に記載の造形システム。
12. 前記材料層形成部は、電子写真プロセスによって前記材料層を形成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の造形システム。
13. スライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
    前記材料層形成部で形成される前記材料層を搬送する搬送部材と、
    前記搬送部材により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
    を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる造形物を形成する造形システムを用いる造形方法であって、
    ３次元モデルのデータから生成されるスライス像に対して、レジストレーションマーカのデータを付加して前記スライスデータを生成する工程と、
    前記ステージ上に積層される前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの積層方向の高さ情報を取得する工程と、
    前記ステージ上の造形物の前記積層方向の高さに関する情報として、取得された高さ情報を用いて、造形物の形成動作を行う工程と、
    を有することを特徴とする造形方法。
14. 前記搬送部材上における、前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカの基準位置からの位置ずれ量を求め、前記搬送部材上の前記材料層を前記ステージ上に積層するときに、前記レジストレーションマーカの位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向における前記ステージの位置を調整する工程を有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の造形方法。
    
    

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