JP2017109478A - 情報処理装置、３ｄプリンタシステム、情報処理方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザにモデル操作の手間や複雑な算出を求めることなく、反りの発生しない向きにモデルを自動回転させる。【解決手段】３Ｄモデルの接地面積を算出する接地面積算出部と、３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する粘着力算出部と、３Ｄモデルを任意の向きに回転させる回転制御部と、３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する反り上がり力算出部と、発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する向き探索部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、情報処理装置、３Ｄプリンタシステム、情報処理方法及びコンピュータプログラムに関する。

３Ｄプリンタによる造形方式には、例えば熱溶解積層方式（ＦＤＭ法）、光造形方式（ＳＴＬ法）、粉末焼結方式、インクジェット方式あるいはプロジェクション方式などの種々の方式が知られている。そのうち積層造形の方式の１つである熱溶解積層方式では、ＡＢＳやＰＬＡといった樹脂をフィラメントとし、熱で溶かし、予め積層する各層のデータに基づいて設定された造形プレート上の位置に吐出する。造形プレート上に吐出されたフィラメントは冷えて固まり、１つの層が造形される。次いで上の層も溶けたフィラメントを同様に吐出し、固めて形成するという工程を繰り返す。

ＦＤＭ方式の造形では、熱で溶かされたフィラメントが冷えて固まるとき、フィラメントには「熱収縮」という力が発生する。積層していくに連れ、上の層のフィラメントが熱収縮する力によって、下の層が上方向に引っ張られる「反り上がり力」が発生する。この反り上がり力が、造形物と造形プレートの間に発生している吸着力を上回ると、造形物が反り上がるという「変形」現象が発生してしまい、ユーザが意図した通りの造形物ができ上がらない。

一方、反りを押さえる技術として、例えば特開２００１−３２８１７５号公報（特許文献１）に開示された技術が知られている。この技術は、光造形物を作成するプレート上面に接着層を形成した後、該接着層上に光造形物を作成することを特徴とするものである。接着層としては、透明性を有する樹脂を塗布、硬化させ、接着層を形成した後、光造形を行い、プレートとその上に形成される光造形物との接合強化し、反りを低減するというものである。

他方、反りを抑えるため、ＦＤＭ方式を採用している３Ｄプリンタの多くでは、造形プレート上に粘着性のテープを貼り付け、このテープから発生する粘着力により反り上がる力を押さえ付け、反りの発生を抑制するという方法が取られている。

接着等あるいは粘着テープにより得られる粘着力は、造形されるモデルと接着層あるいは粘着テープとの接地面積に依存する。接地面積が小さいと粘着力が十分に得られず、反り上がる力に負けてしまい、造形物に反りが発生してしまう。

このためユーザは、接着層あるいは粘着テープにより得られる粘着力が、熱収縮により反り上がる力よりも大きくなるように、モデルの向きを適切に調整する必要がある。しかし、反らない向きを検討するには多くの要素が関与するため、ユーザ自身が検討するのは難しく、また、「検討した向きへ正確に手動でモデルを回転させる」という手間もかかることになる。

一方で、反り上がる力はモデルの形状によって異なるものであり、接地面積を最大にする向きにしても、上の層からかかる反り上がる力が大きくなってしまう場合には、結果として反りができてしまう。よって、ユーザは得られる粘着力と発生する反り上がる力のバランスを考慮する必要があり、単に接地面積を最大にすることが必ずしも反りを発生させないことに繋がるわけではない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＦＤＭ方式での３Ｄ造形に関して、ユーザにモデル操作の手間や複雑な算出を求めることなく、反りの発生しない向きにモデルを自動回転させることにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、３Ｄモデルの接地面積を算出する接地面積算出部と、前記３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する粘着力算出部と、前記３Ｄモデルを任意の向きに回転させる回転制御部と、前記３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する反り上がり力算出部と、発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する向き探索部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザにモデル操作の手間や複雑な算出を求めることなく、反りの発生しない向きにモデルを自動回転することができる。尚、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係るシステムの運用形態を示す図である。 本発明の実施の形態１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。 本発明の実施の形態１に係る３Ｄプリンタの構成を示す斜視図である。 ＰＣソフトウェア上における造形エリアイメージを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る３Ｄプリンタの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るＰＣの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１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。 モデルを反らない向きに自動回転する機能を実現するための具体的な処理手順を示すフローチャートである。 反り発生の有無を予想する処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 モデルを造形エリアに収める処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。 はみ出さない位置の探索処理の実施の形態１における詳細な処理手順を示すフローチャートである。 はみ出さない位置の探索処理の実施の形態２における細な処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態３における絞込み探索（１）の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態３における絞込み探索（２）の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態３における絞込み探索（２）の処理手順を示すフローチャートである。

＜実施の形態１＞
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データを変換したツールパス等の造形用データを受信し、その造形用データに基づ
いて成形材であるフィラメント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プリンタに造形用データを送信するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ）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プリンタに造形用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。

また、本発明は、ＦＤＭ方式での３Ｄ造形におけるモデル配置に際して、モデルをあらゆるｘ，ｙ，ｚ方向の角度で回転させ、その向きにおける「収縮力による反り上がる力」と「造形プレートから得られる粘着力」を算出し、「反り上がる力 ＜ 粘着力」となる向きを探索する。そしてモデルを「反り上がる力 ＜ 粘着力」となる向きに自動で回転させた状態にすることが特徴になっている。

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２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、基盤２１１、吐出ヘッド２０１、アーム２０２を含む。基盤２１１は、立体物を成形するためにフィラメントを積層していくための平板状のものである。吐出ヘッド２０１は、基盤２１１上にフィラメントを吐出する。アーム２０２は、吐出ヘッド２０１を支持し、基盤２１１上の空間において吐出ヘッド２０１を移動させる。

３Ｄプリンタ２は、入力された造形用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吐出ヘッド２０１からフィラメントを吐出して一層分の成形を行い、その層を積層していくことによって立体造形を行う。具体的には、吐出ヘッド２０１から輪切り状の画像データに応じた位置にフィラメントが吐出される。これにより、フィラメントが吐出された部分が、輪切り状の画像データに応じた形状となる。すなわち、吐出ヘッド２０１及びアーム２０２は、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フィラメントを吐出させるフィラメント吐出部として機能する。

一層分の成形が完了すると、既に成形が完了した層の上に新たな層のためのフィラメントの層を形成する。このような動作を繰り返すことにより、フィラメントを供給して形成された成形層を積層させていき、立体成形が行われる。即ち、基盤２１１は、フィラメントを吐出する際のステージとして機能する。

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、アーム２０２の移動や吐出ヘッド２０１からのフィラメントの吐出が制御される。

また、図４はＰＣソフトウェア上における造形エリアイメージを示す図である。図４に示すように、造形エリア４５は一般的に直方体で表現される。

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、吐出ヘッド２０１に加え、吐出ヘッド２０１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、及び吐出ヘッドドライバ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。吐出ヘッドドライバ２２４は、吐出ヘッド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の制御に従って吐出ヘッド２０１を駆動制御する。

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、立体データアプリ１１０、３Ｄデータ変換処理部１２０、３Ｄプリンタドライバ１３０を含む。

立体データアプリ１１０は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェア等、物体の３次元的形状を表現するデータを処理するソフトウェアアプリケーションである。３Ｄデータ変換処理部１２０は、本実施形態の要旨に係る機能であり、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１２０を実現するためのプログラムが、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１２０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１２０が取得する場合や、立体データアプリ１１０が３Ｄデータ変換処理部１２０の機能を呼び出すことによって実行される。また、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１２０が取得してもよよい。

３Ｄデータ変換処理部１２０は、上記に説明したようにして取得した３Ｄデータを解析し、本実施形態の要旨に係るデータ処理を行うことにより３Ｄデータを変換し、ツールパス等の造形データを作成する。本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０は、入力された３Ｄデータによって表現される立体物が基盤２１１上に造形された場合に、造形された立体物にフィラメントの隙間が小さくなるようにするための造形用データを生成する。即ち、３Ｄデータ変換処理部１２０を含むＰＣ１が、情報処理装置として機能する。詳細は後述する。

３Ｄプリンタドライバ１３０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、一般的な３Ｄプリンタのドライバソフトウェアと同様の機能を有する。３Ｄプリンタドライバ１３０は、例えば一般的な紙のプリンタにおけるプリンタドライバに準じた機能を有している。３Ｄプリンタドライバ１３０は、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断面形状のデータ（以降、「スライスデータ」とする）を生成して、制御するための情報と共に３Ｄプリンタ２に送信する。

次に、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０の機能について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０の内部構成を示す機能ブロック図である。３Ｄデータ変換処理部は、移動制御部１２１、位置修正制御部１２２、位置探索部１２３、向き探索部１２４、接地面積算出部１２５、粘着力算出部１２６、回転制御部１２７、反り上がり力算出部１２８を含む。

移動制御部１２１は、３Ｄモデルを任意の位置に移動するための制御を行う。また、移動制御部１２１は、モデルを造形エリア４５に収めるように移動させる制御を実行する。具体的には、反りが発生しない向きを見つける処理において、回転したモデルが造形エリア４５からはみ出してしまった場合に、モデルの向きを維持した状態のまま造形エリア４５に収まるように移動するための処理である。また、移動制御部１２１は、回転したモデルが造形エリア４５からはみ出した場合に、モデルの向きを維持した状態のまま造形エリア４５に収まるように移動させる制御を行う。

尚、移動制御部１２１は、位置修正制御部１２２が行う３Ｄモデルが造形エリア４５からはみ出していないかどうか検知した結果及び３Ｄモデルが造形エリア４５からはみ出さない位置を探索した結果に基づいて、３Ｄモデルを任意の位置に移動させる。

位置修正制御部１２２は、３Ｄモデルが造形エリア４５からはみ出さないように当該３Ｄモデルの配置を修正するための制御を行う。具体的に、位置修正制御部１２２は、現在の向きにおけるモデルのポリゴン情報と、造形エリアサイズに相当する３Ｄプリンタ２の造形可能サイズ情報とに基づいて、３Ｄモデルが造形エリア４５からはみ出していないかどうか検知する。

位置探索部１２３は、造形エリア４５からはみ出さない位置を探索するための基準位置（すなわち、指定座標データのことである）に基づいて造形エリア４５からはみ出さない位置を探索する。具体的に、位置探索部１２３は、所定のアルゴリズムに従って、モデルの移動、及び、そこでのはみ出しの検知を位置修正制御部１２２に実行させ、はみ出さない位置を探索する。

尚、３Ｄプリンタ２の造形可能サイズ情報の準備方法においては特に制限はない。例えば、予めソフトウェアに固定パラメータとして３Ｄプリンタ２の造形可能サイズ情報が保持されていてもよいし、ユーザが３Ｄプリンタ２の造形可能サイズ情報を手動入力する方法で用意されてもよい。

向き探索部１２４は、造形モデルに発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する。

接地面積算出部１２５は、造形モデルを構築するためのポリゴンデータに基づいて、造形モデルが現在の向きにおいて造形プレートに接する面積である接地面積を算出する。

粘着力算出部１２６は、３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する。粘着力算出部１２６は、接地面積と３Ｄプリンタ２の造形プレート上に用意した粘着テープの物理特性、及び、３Ｄプリンタ２内部の温度に基づいて粘着力を算出する。

尚、粘着テープは、温度に依存して粘着力が変化する特徴を有しているため、３Ｄプリンタ内部の温度情報が必要になる。また、粘着テープの物理特性情報の準備方法について特に制限はなく、例えば、予めソフトウェア４に固定パラメータとして保持されていてもよいし、処理実行時にユーザが手動入力する方法で用意されてもよい。

また、３Ｄプリンタ２内部の温度情報とは、主に造形プレートの温度、装置内部全体の温度、フィラメントを溶かす装置の温度（すなわち、吐出時のフィラメントの温度に相当する）、の３つの温度情報である。３Ｄプリンタ２による造形において、これらの値はそれぞれ常に一定に保たれるため、その温度が何度であるかを示す値をパラメータとして用意する必要がある。これらのパラメータの準備方法について特に制限はなく、例えば、予めソフトウェアに固定パラメータとして保持させていてもよいし、ユーザが手動入力する方法で用意してもよい。

回転制御部１２７は、３Ｄモデルを構成するポリゴンデータを任意の角度に回転させ、造形モデル全体の向きを変更する。

反り上がり力算出部１２８は、３Ｄモデルをとある向きで造形する際に発生する反り上がり力を算出する。尚、反り上がり力とは、フィラメントの熱収縮現象で発生する力のことである。熱収縮による力は、フィラメントの収縮率などの物理特性情報と、造形中の３Ｄプリンタ２内部の温度情報、造形モデルの形状が影響する。従って、反り上がり力算出部１２８は、物理特性情報、物理特性情報及び造形モデルの形状などのパラメータに基づいて反り上がり力を算出する。

尚、フィラメントの物理特性情報の準備方法について特に制限はなく、例えば、予めソフトウェアに固定パラメータとして物理特性情報を保持させてもよく、また、ユーザが手動入力する方法で用意されてもよい。

３Ｄプリンタ２が実際に造形できるサイズは、３Ｄプリンタ２の機械的な構造に依存して制限される。このため、３Ｄデータ変換処理部１２０は、使用する３Ｄプリンタ２における造形可能サイズを模した３次元領域（図４の造形エリア４５）を用意し、その領域内にモデルを配置することによって、目的のスライスデータを生成する。このように、３Ｄデータ変換処理部１２０は、造形モデルが３次元領域からはみだすことなく、スライスデータが本来の造形物を表すものと同じものにし、正しい造形が実行できるようにする。

以上説明したように、３Ｄデータ変換処理部１２０は、接地面積と反り上がり力とを算出して造形モデルを回転させ、モデルが造形エリア４５からはみ出ていないかどうかを検知し、モデルを造形エリア４５に収めるように移動させる。これらの処理は、３Ｄデータ変換処理部１２０によって実行され、３Ｄプリンタドライバ１３０に送信される３Ｄモデルデータに反映される。

図８は３Ｄモデルが反らない向きに自動回転する機能を実現するための具体的な処理手順を示すフローチャートである。

同図において、モデルを反らない向きに自動回転する機能は、下記の条件から開始される（Ｓ１００）。その条件とは、
・初期状態としてモデルのｘ，ｙ，ｚ各軸への回転角θｘ，θｙ，θｚ，が０として与えられている。
・各軸への回転角を徐々に増やしながら、反らない向きを探していくことになるため、各軸の回転角増加量パラメータΔｘ， Δｙ， Δｚが与えられている。各軸の回転角増加量パラメータΔｘ， Δｙ， Δｚの指定方法は特に制限はなく、例えば、予めソフトウェア４に固定パラメータとして保持されていてもよいし、ユーザが手動入力する方法で意されてもよい。

次いで、モデルをθｘ，θｙ，θｚの角度で回転させ（Ｓ１０１）、回転後のモデルについて、反り発生の有無を予想する処理を実行する（Ｓ１０２）。この反り発生の有無の予想で、予想の結果が「反り発生する」である場合（Ｓ１０３／ＮＯ）、別の向きを探索するため、回転角度を変更して回転し、再度、反るかどうか確認していく。

本実施形態では、反らない向きが見つからない限りは、ｘ，ｙ，ｚが３６０°回転し終わるまで繰り返す。すなわち、ｘ→ｙ→ｚの順で固定し、ｚの角度θｚをΔｚ分増加して、回転させていく（Ｓ１０４／ＹＥＳ→Ｓ１０５→Ｓ１０１）。

Ｓ１０１からＳ１０２〜Ｓ１０４の処理を繰り返し、ｚを回転し終えると（Ｓ１０４／ＮＯ）、次はｙ回転角を増加して再度ｚを０から回転していく（Ｓ１０６／ＹＥＳ→Ｓ１０７→Ｓ１０８→Ｓ１０１）。そして、Ｓ１０１からＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を繰り返し、ｙを回転し終えると（Ｓ１０６／ＮＯ）、ｘの回転角を増加して再度ｙ，ｚを０から回転していく（Ｓ１０９／ＹＥＳ→Ｓ１１０→Ｓ１１１→Ｓ１１２→Ｓ１０１）。そして、Ｓ１０１からＳ１０２〜Ｓ１０９の処理を繰り返し、モデルのあらゆる向きで反らないものを探していく。ｘ、ｙ、ｚの固定順には特別制限はなく、例えばｚ，ｘ，ｙの順で固定するように実装してもよい。

ｘ，ｙ，ｚを３６０°回転し終えても反らない向きが見つからなかった場合、その旨フィードバックとしてユーザにメッセージを通知する（Ｓ１１３）。ただし、この処理は必須ではない。このようにして上記Ｓ１０１からＳ１１３の処理を実行し、自動回転機能の実行を終了する。

一方、予想の結果が「反り発生しない」である場合（Ｓ１０３／ＹＥＳ）、モデルを造形プレートに接するように移動する（Ｓ１１４）。すなわち、Ｚ軸最小の値が０になるようにする。また、モデルを造形エリア４５からはみ出さないように配置を自動修正する場合には、モデルを造形エリア４５に収める処理（Ｓ１１５）を実行し、その結果としてモデルが造形エリア内に収まったかどうかを確認する（Ｓ１１６）。

モデルが造形エリア内に収まった場合（Ｓ１１６／ＹＥＳ）、その向きと位置でモデルを造形することが確定し（Ｓ１１７）、反らない向きへの自動回転機能の実行を終了する。

モデルが造形エリア内に収まる位置が見つからなかった場合（Ｓ１１６／ＮＯ）、その向きでの造形はできないことになる。別の適切な向きを探すため、Ｓ１０４に移行し、前述の予想の結果が「反り発生する」である場合と同じ処理を実行する。

図９はＳ１０２における反り発生の有無を予想する処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

この処理手順では、まず、現在の向きを示すモデルデータを基に、モデルの最下層部の、ｘ−ｙ平面と平行になっている領域の面積、すなわち、接地面積を算出する（Ｓ２０１）。次いで、接地面積と粘着テープの特性、及び３Ｄプリンタ２の内部温度から、接地面が得られる粘着力を算出する（Ｓ２０２）。

そして、現在の向きにおいて造形する場合に、モデルの接地面にかかる「反り上がり力」を算出する（Ｓ２０３）。反り上がり力は、接地面の上部に重ねて造形される層のフィラメントが熱収縮することによって発生する。よってモデルの形状（すなわち、モデルデータ）、フィラメント熱収縮の特性、熱収縮の力に影響を与える３Ｄプリンタ２の内部温度の情報が必要となる。

その後、Ｓ２０２とＳ２０３の算出で求めた粘着力と反り上がり力を比較する（Ｓ２０４）。粘着力が反り上がり力を上回る場合（Ｓ２０４／ＹＥＳ）、反らないと予想できるので、上位には「反らない」という旨の結果を返して（Ｓ２０５）処理を終える。粘着力が反り上がり力を下回る場合（Ｓ２０４／ＮＯ）、反ると予想できるので、上位には「反る」という旨の結果を返して（Ｓ２０６）処理を終える。

図１０はＳ１１５におけるモデルを造形エリア４５に収める処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

この処理手順では、３Ｄプリンタ２の造形可能サイズ情報から、それを模した造形エリア情報を生成する。すなわち、現在の向きにおいて、モデルデータを構成するポリゴンが持つｘ，ｙ，ｚ軸の最大／最小座標データを取得し、それらの座標が造形エリア４５の内部に収まっているかを確認する（Ｓ３０１）。

この判定をＳ３０２で行い、造形エリア４５の内部に収まっているとき（Ｓ３０２／ＮＯ）、「はみ出さない」という結果が検知される。上位には「造形エリア内に収まっている」ことを通知し（Ｓ３０３）、処理を終了する。

造形エリア４５の内部に収まっていないとき、「はみ出す」という結果が検知される（Ｓ３０２／ＹＥＳ）。この場合は、モデルを造形エリア４５に収めるため、はみ出さない位置の探索処理を実行する（Ｓ３０４）。結果としてはみ出さない位置を発見し、その位置に移動できた場合（Ｓ３０４／ＹＥＳ）、上位には「造形エリア内に収まっている」ことを通知し（Ｓ３０６）、処理を終了する。はみ出さない位置を発見できなかった場合（Ｓ３０５／ＮＯ）、上位には「造形エリア内に収まらない」ことを通知し（Ｓ３０７）、処理を終了する。

図１１はＳ３０４におけるはみ出さない位置の探索処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

この処理手順では、モデルを接地（ｚ＝０）するように移動する（Ｓ４０１）。そして、モデルが造形エリア４５からＺ軸方向にはみ出しているかを確認する（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。ここではＺ軸方向しか確認しないが、確認の方法は通常のはみ出し検出と同様に、モデルを形成するポリゴンデータの座標と造形エリア４５のＺ軸座標を比較すればよい。

この時点ではみ出している場合（Ｓ４０３／ＹＥＳ）、モデルを移動させてもはみ出さない位置は存在しないため、「はみ出さない位置がない」ことを上位に通知して終了する（Ｓ４０４）。Ｚ軸方向にはみ出していない場合（Ｓ４０３／ＮＯ）、次の処理として、造形可能サイズ情報に基づいて造形エリア４５の隅の座標を抽出する（Ｓ４０５）。隅とは、（Ｘ軸方向最小、Ｙ方向最小）の座標のことである。隅と言える座標は全部で４つ考えられる（例えばＸ軸方向最大、Ｙ方向最大など）。ここでは隅の座標であればどれでもよく、その中の１つを抽出できればよい。

次いで、モデルをその隅に接するように移動する（Ｓ４０６）。その位置でモデルがはみ出しているかを確認する（Ｓ４０７、Ｓ４０８）。はみ出していれば（Ｓ４０８／ＹＥＳ）、モデルはその向きでは造形エリア４５に収まらないため、上位に「はみ出さない位置がない」ことを通知し（Ｓ４０９）、処理を終了する。はみ出していなければ（Ｓ４０８／ＮＯ）、その位置であれば現在の向きで造形可能であるので、上位には「はみ出さない位置を発見し、移動した」ことを通知し（Ｓ４１０）、処理を終了する。

＜実施の形態２＞
実施の形態２は、ユーザが指定した座標に近い位置で、モデルが造形エリア４５に収まる場所を探索するユーザが指定した位置を基準とする「はみ出さない位置の探索処理」の例である。実施の形態１において、図１から図１０に示した事項は、実施の形態２においても同一なので、重複する説明は省略する。

図１２は、実施の形態２のＳ３０４において、はみ出さない位置の探索処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、ユーザが指定した位置を基準として「はみ出さない位置の探索処理」を行う例である。この処理手順では、図１１の処理手順とＳ４０１からＳ４０５まで同一で、４０６の処理を省略し、Ｓ４０７の処理及びＳ４０８の判定を行うので、重複する説明は省略し、図１１と異なる処理手順についてのみ説明する。

図１１の処理手順では、Ｓ４０８ではみ出していると判断されたとき、Ｓ４０９ではみ出さない位置が発見できないことを上位に通知して処理を終了する。しかし、図１２の処理手順では、Ｓ４０９の処理を行う前に、Ｓ４１１からＳ４１４の処理を実行する。すなわち、はみ出していると判断されると、まず、はみ出している長さを求める（Ｓ４１１）。はみ出していれば、モデルが造形エリア４５に対して、ｘ軸マイナス／プラス方向、及びｙ軸マイナス／プラス方向にどれだけはみ出しているかを算出する。これは造形エリアのｘ，ｙ最大・最小座標と、モデルの（現在の位置・向きでの）ｘ，ｙ最大・最小座標をから算出可能である。

次いで、ユーザ指定座標から、上記のはみ出し量分ずらした位置を最終的なモデルの位置として、モデルを移動させる（Ｓ４１２）。そして、モデルがはみ出しているか否かを再度確認する（Ｓ４１３、Ｓ４１４）。はみ出していなければ（Ｓ４１４／ＮＯ）、その位置であれば現在の向きで造形可能であるので、上位には「はみ出さない位置を発見し、移動した」ことを通知し（Ｓ４１５）、処理を終了する。

これに対し、はみ出していれば（Ｓ４１４／ＮＯ）、上位に「はみ出さない位置がない」ことを通知し（Ｓ４１５）、処理を終了する。はみ出していれば（Ｓ４１４／ＹＥＳ）、はみ出さない位置が発見できないことを上位に通知して（Ｓ４０９）処理を終了する。

その他、特に説明しない各部は実施の形態１と同様に構成され、同様に機能する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３は、始めに大まかな角度で回転しながら探索し、反りにくい向きの見当をつけ、次に、見当をつけた向きを基準にそれに近い向きを詳しく調べていく例である。実施の形態１における図８の「モデルを反らない向きへ自動回転する機能」に代わる処理例である。図１３及び図１４は、実施の形態３の処理手順を示すフローチャートで、前者は絞込み探索（１）を、後者は絞込み探索（２）をそれぞれ示す。

実施の形態３は、図８における反らない向きの絞り込み探索で、始めに反りにくい向きの見当をつけ、見当をつけた向きを基準にそれに近い向きを詳しく調べることにより、探索する向きの範囲を絞り込む手法である。実施の形態１において、図８を除いて図１から図１０に示した事項は、実施の形態３においても同一なので、重複する説明は省略する。

本実施の形態では、角度の増加量Δｘ，Δｙ、Δｚの値を、５°〜１０°のような、比較的大きい増加量に設定する。この増加量は、ユーザの任意で設定できるようにしてもよい。そして、設定した角度増加量でモデルを回転させながら（Ｓ５０１）、反り発生の有無を予想する処理を実行する。その際、その向きでの粘着力と反り上がり力のギャップ値（粘着力−反り上がり力）を、データとして保持しておく（Ｓ５０２）。データの保持は、例えば、回転角とギャップ値をセットにして１つのデータとして保持する。この際、反らない向きが見つかれば（Ｓ５０３／ＹＥＳ）造形エリア４５に収められた場合には（Ｓ５１５／ＹＥＳ）、この向きで確定する（Ｓ５１３→Ｓ５１６）。

この処理手順の処理の内容は、既に説明した図８のＳ１１３を除くＳ１０３からＳ１１７までの処理に対応する。

ｘ，ｙ，ｚ方向３６０°探索し終えると、図１０の絞込み探索（２）の処理（Ｓ６００）に移行する。この処理手順では、角度増加量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を更新し（Ｓ６０１）、各探索で作成したギャップ値（Ｓ５０２）を大きい順にソートする（Ｓ６０２）。そして、ソートしたギャップ値を比較し、この値が正の方向に大きいうちの上位の幾つか（例えば上位Ｎ個）をピックアップして、図１５に示す処理を実行する（Ｓ６０３）。

図１５は、本実施形態に係る絞込み探索（２）においてくり返し行われる絞込み探索の処理の流れを示すシーケンス図である。図１５に示すように、その向きの回転角のプラスマイナスΔｗ（ユーザの任意で設定してよい）の範囲を探索範囲として限定し（Ｓ６０４）、探索範囲を絞りこみ、絞込み探索を実行する。

その範囲に対して、角度の増加量Δｘ，Δｙ、Δｚの値を、１°未満などの高い精度に設定し（ユーザの任意で設定してよい）、反らない向きを繰り返し、探索していく（Ｓ６０５〜Ｓ６２１）。

ピックアップしたギャップ値となる各向きで探索した結果「反らない」向きが見つからなかった場合、次にギャップ値が大きい回転角に設定して同様の動作を繰り返す（Ｓ６１７）。尚、Ｓ６１７において、Ｓ６０３でピックアップしたギャップ値上位Ｎ個の回転角に対して図１５に示す処理を実行し（Ｓ６２２）、反らない向きが見つからない場合には（Ｓ６２２／ＹＥＳ）、そのフィードバックとしてユーザにメッセージを通知し（必須ではない）、絞り込み探索及び、自動回転機能の実行を終了する。

図１５の手順では、ギャップ値の上位Ｎ個それぞれの回転角（θｘｎ，θｙｎ，θｚｎ）に対してＳ６０４以降の処理を実行する（図１４、Ｓ６０３）。ただし、Ｎは２以上の正の整数。Ｓ６０４では、
θｘ＝θｘｎ―Δｗ
θｙ＝θｙｎ―Δｗ
θｚ＝θｚｎ―Δｗ
に設定する。

そして、モデルを角度（θｘ，θｙ，θｚ）に回転させ（Ｓ６０５）、反り発生の有無を予想する（Ｓ６０６、Ｓ６０７）。予想で反らない向きが見つからない限りは、ｘ，ｙ，ｚ方向の角度θｘ，θｙ，θｚの増加量Δｘ，Δｙ，Δｚを加えた角度と、ギャップ値の上位Ｎ個それぞれの回転角θｘｎ，θｙｎ，θｚｎにユーザが設定した回転角の増分Δｗを加えた角度の大小をそれぞれ比較する（Ｓ６０８、Ｓ６１０、Ｓ６１３）。

後者が大きい場合に角度θｘ，θｙ，θｚに増加量Δｘ，Δｙ，Δｚをそれぞれ加え（Ｓ６０９、Ｓ６１１、Ｓ６１４）、回転角の増分Δｗをそれぞれ減じた（Ｓ６１２、Ｓ６１５、Ｓ６１６）角度θｘ，θｙ，θｚに回転させ（Ｓ６０５）同様の動作を繰り返して反らない角度を求める。

反らない角度が見つからない場合には（Ｓ６１３／ＮＯ）、ギャップ値予想結果が反らないものとなれば（Ｓ６０７／ＹＥＳ）、モデルを造形プレートに接するように移動する（Ｓ６１８）。また、モデルを造形エリア４５からはみ出さないように配置を自動修正する場合には、モデルを造形エリア４５に収める処理（Ｓ６１９）を実行し、その結果としてモデルが造形エリア内に収まったかどうかを確認する（Ｓ６２０）。

モデルが造形エリア内に収まった場合（Ｓ６２０／ＹＥＳ）、絞込み探索を終了する（Ｓ６２１）。

また、探索速度の目標値次第では、図１５に示す処理を複数回繰り返し、探索範囲の絞り込み回数を増やしてもよい。

図８から図１５に記載したフローチャートは、コンピュータプログラムとして構成され、コンピュータ、ここではＰＣ３にダウンロードされ、プログラムの手順に従って実行される。また、当該プログラムは、記録媒体に記憶させてもよい。その場合、この記録媒体を用いてコンピュータに当該プログラムをインストールすることができる。尚、記録媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記憶媒体は特に限定されないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体が使用できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、次のような効果を奏する。尚、以下の説明において、特許請求の範囲に記載された各構成要素と実施の形態に記載された各部とを対応させるため、両者の用語が異なる場合には後者をかっこ書きで示す。

（１）：本発明の実施の形態に係る情報処理装置は、３Ｄモデルの接地面積を算出する接地面積算出部と、３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する粘着力算出部と、３Ｄモデルを任意の向きに回転させる回転制御部と、３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する反り上がり力算出部と、発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する向き探索部と、を備えている。そのため、ユーザにモデル操作の手間や複雑な算出を求めることなく、反りの発生しない向きにモデルを自動回転することができる。すなわち、向き探索部によってＦＤＭ方式での３Ｄ造形に関して、造形物と造形プレートの間に発生する粘着力がフィラメントの熱収縮により発生する「反り上がる力」よりも大きくなるような、すなわち、反りが発生しない向きに、モデルを自動回転させることができる。

（２）：（１）の情報処理装置が、３Ｄモデルを任意の位置に移動させる移動制御部と、３Ｄモデルが造形エリア４５からはみ出さないように当該３Ｄモデルの配置を修正する位置修正制御部と、を備えているので、回転によってモデルが造形エリア４５からはみ出す場合に、位置修正制御部によってはみ出さない位置に修正し、移動制御部によってモデルを自動で配置することができる。

（３）：（２）の情報処理装置が、造形エリア４５からはみ出さない位置を探索するための基準位置に基づいて造形エリア４５からはみ出さない位置を探索する位置探索部と、を備えたので、基準位置に基づいて反らない向きでモデルを配置することができる。

（４）：（３）の情報処理装が、基準位置を入力する基準位置入力部備えているので、ユーザが入力する任意の座標を基準に、反らない向きでモデルを配置することができる。

（５）：（３）の情報処理装置が、予め設定された基準位置に基づいて造形エリア４５からはみ出さない位置を探索するので、例えば予め設定された造形エリアの隅を基準に自動的にはみ出さない位置を探索することができる。

（６）：（１）の情報処理装置において、向き探索部が、３Ｄモデルを初期位置からｘ，ｙ，ｚ方向の全方向に予め設定された均等な角度範囲を探索範囲として当該探索範囲毎に、反り上がる力と接地面から得られる粘着力を算出し、反り上がる力が粘着力よりも小さくなる向きを探索するので、精度よく探索する探索手法を使用して３Ｄモデルが反らない方向を探索することができる。

（７）：（１）の情報処理装置において、向き探索部が、３Ｄモデルを初期位置からｘ，ｙ，ｚ方向の全方向にユーザが設定した角度範囲を探索範囲として当該探索範囲毎に、反り上がる力と接地面から得られる粘着力を算出し、両者の差を記憶して、当該差の大きい角度を選択して反り上がる力と粘着力を算出し、反り上がる力が粘着力よりも小さくなる向きを探索するので、ユーザ指定で効率よく探索する探索手法を使用して３Ｄモデルが反らない方向を探索することができる。

（８）：３Ｄプリンタシステム１が、（１）〜（７）のいずれかの情報処理装置と、情報処理装置からの３Ｄプリンタ制御データに基づいて造形する３Ｄプリンタ２と、を備えているので、（１）〜（７）で述べた効果を奏する３Ｄプリンタシステムを提供することができる。

（９）：本発明の実施の形態に係る情報処理方法によれば、３Ｄモデルの接地面積を算出する工程と、３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する工程と、３Ｄモデルを任意の向きに回転させる工程、３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する工程と、発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する工程と、を備えているので、当該方法を実行することにより（１）で述べた効果を奏することができる。

（１０）：本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムによれば、コンピュータに、３Ｄモデルの接地面積を算出する手順と、３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する手順と、３Ｄモデルを任意の向きに回転させる手順と、３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する手順と、発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する手順と、を実行させるので、当該プログラムをコンピュータが実行することにより（１）で述べた効果を奏することができる。

さらに、本発明は前述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。また、実施の形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ ３Ｄプリンタシステム
２ ３Ｄプリンタ
３ ＰＣ（情報処理装置）
４ ３Ｄプリント向けソフトウェア
５ ３Ｄモデルデータ
６ 入力装置
４５ 造形エリア

特開２００１−３２８１７５号公報

Claims (10)

1. ３Ｄモデルの接地面積を算出する接地面積算出部と、
   前記３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出する粘着力算出部と、
   前記３Ｄモデルを任意の向きに回転させる回転制御部と、
   前記３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出する反り上がり力算出部と、
   発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する向き探索部と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記３Ｄモデルを任意の位置に移動させる移動制御部と、
   前記３Ｄモデルが造形エリアからはみ出さないように当該３Ｄモデルの配置を修正する位置修正制御部と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
3. 請求項２に記載の情報処理装置であって、
   前記造形エリアからはみ出さない位置を探索するための基準位置に基づいて前記造形エリアからはみ出さない位置を探索する位置探索部と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、
   前記基準位置を入力する基準位置入力部を備えることを特徴とする情報処理装置。
5. 請求項３に記載の情報処理装置であって、
   前記基準位置は予め設定されたものであることを特徴とする情報処理装置。
6. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記向き探索部は、前記３Ｄモデルを初期位置からｘ，ｙ，ｚ方向の全方向に予め設定された均等な角度範囲を探索範囲として当該探索範囲毎に、前記反り上がる力と前記接地面から得られる粘着力を算出し、前記反り上がる力が前記粘着力よりも小さくなる向きを探索することを特徴とする情報処理装置。
7. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記向き探索部は、前記３Ｄモデルを初期位置からｘ，ｙ，ｚ方向の全方向にユーザが設定した角度範囲を探索範囲として当該探索範囲毎に、前記反り上がる力と前記接地面から得られる粘着力を算出し、両者の差を記憶し、当該差の大きい角度を選択して、さらに前記反り上がる力と前記粘着力を算出し、前記反り上がる力が前記粘着力よりも小さくなる向きを探索することを特徴とする情報処理装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
   前記情報処理装置からの３Ｄプリンタ制御データに基づいて造形する３Ｄプリンタと、
   を備えることを特徴とする３Ｄプリンタシステム。
9. ３Ｄモデルの接地面積を算出し、
   前記３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出し、
   前記３Ｄモデルを任意の向きに回転させ、
   前記３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出し、
   発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索する、
   ことを特徴とする情報処理方法。
10. コンピュータに、
    ３Ｄモデルの接地面積を算出するステップと、
    前記３Ｄモデルの接地面に発生する粘着力を算出するステップと、
    前記３Ｄモデルを任意の向きに回転するステップと、
    前記３Ｄモデルをある向きで造形するときに発生する反り上がる力を算出するステップと、
    発生する反り上がる力が、接地面から得られる粘着力より小さくなるようなモデルの向きを探索するステップと、
    を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。