JP2017113986A - 立体物造形装置、立体物造形方法、及び、立体物造形装置の制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術を提供する。【解決手段】特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部と、形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する制御部と、を備える立体物造形装置であって、前記制御部は、前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、立体物造形装置。【選択図】図8
Description
本発明は、立体物造形装置、立体物造形方法、及び、立体物造形装置の制御プログラムに関する。
立体物造形装置として、3D(三次元)プリンターが知られている。紫外線照射により硬化するインクを使用する3Dプリンターは、例えば、紫外線硬化型インクの液滴を吐出して形成したドットを紫外線照射により硬化させて造形層を形成し、該造形層を積層することで立体物を造形する。特許文献1には、立体造形物の表面部に対応する表面画素を抽出した画素集合体に誤差拡散処理を行って造形データを作成することが示されている。
しかし、三次元の立体物を造形する各ドットを形成する処理を行うために誤差拡散法を用いると、誤差の拡散方向が多いため、処理が複雑となり、処理時間が長くなる。
尚、上記のような問題は、紫外線硬化型インクを使用する3Dプリンターに限らず、可視光照射により硬化する可視光線硬化型インクを使用する立体物造形装置、加熱により硬化する熱硬化型インクを使用する立体物造形装置、熱可塑性の材料を使用する立体物造形装置、等、種々の技術についても同様に存在する。
尚、上記のような問題は、紫外線硬化型インクを使用する3Dプリンターに限らず、可視光照射により硬化する可視光線硬化型インクを使用する立体物造形装置、加熱により硬化する熱硬化型インクを使用する立体物造形装置、熱可塑性の材料を使用する立体物造形装置、等、種々の技術についても同様に存在する。
以上を鑑み、本発明の目的の一つは、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術を提供することにある。
上記目的の一つを達成するため、本発明は、特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部と、
形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する制御部と、
を備える立体物造形装置であって、
前記制御部は、前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、態様を有する。
形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する制御部と、
を備える立体物造形装置であって、
前記制御部は、前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、態様を有する。
また、本発明は、特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部を用い、形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物を造形する立体物造形方法であって、
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置して前記立体物を造形する、態様を有する。
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置して前記立体物を造形する、態様を有する。
さらに、本発明は、特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部を備え、形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する立体物造形装置の制御プログラムであって、
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する機能をコンピューターに実現させる、態様を有する。
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する機能をコンピューターに実現させる、態様を有する。
上述した態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術を提供することができる。
さらに、本発明は、立体物造形装置を含む立体物造形システム、立体物造形装置の制御方法、この制御方法を含む立体物造形システムの制御方法、立体物造形システムの制御プログラム、立体物造形装置や立体物造形システムの制御プログラムを記録したコンピューター読み取り可能な媒体、等に適用可能である。前述の装置は、分散した複数の部分で構成されてもよい。
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
(1)本技術の概要:
まず、図1〜14を参照して本技術の概要を説明する。尚、図1〜14は模式的に示す図であり、各図は整合していないことがある。
まず、図1〜14を参照して本技術の概要を説明する。尚、図1〜14は模式的に示す図であり、各図は整合していないことがある。
[態様1]
図1等に例示される立体物造形装置100は、特定色の第一ドットDT1、及び、前記特定色でない第二ドットDT2を含むドットDTを形成するためのドット形成部(例えばヘッドユニット3)と、形成される前記ドットDTによる造形層LYを積層した立体物Objの造形を制御する制御部U1と、を備える。前記制御部U1は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(例えばZ方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(例えば二次元ディザマトリクスDZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(例えば三次元ディザマトリクスDZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置する。
図1等に例示される立体物造形装置100は、特定色の第一ドットDT1、及び、前記特定色でない第二ドットDT2を含むドットDTを形成するためのドット形成部(例えばヘッドユニット3)と、形成される前記ドットDTによる造形層LYを積層した立体物Objの造形を制御する制御部U1と、を備える。前記制御部U1は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(例えばZ方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(例えば二次元ディザマトリクスDZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(例えば三次元ディザマトリクスDZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置する。
上記特定色の第一ドットDT1は、立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、造形層LYの積層方向(Z方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(DZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(DZ)と、に基づいて配置される。これにより、ドットDTを形成する際の誤差を拡散させる処理が不要となり、処理が簡素化されて高速化される。従って、本態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な立体物造形装置を提供することができる。
ここで、特定色には、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)、等が含まれる。特定色でない第二ドットには、CL(クリアー)のドット、W(ホワイト)のドット、等が含まれる。
ボクセル(Voxel)は、ドットDTを形成可能な空間を表すための仮想的な立体図形である。ボクセル集合(Voxel-set)は、複数のボクセルの集まりである。
ボクセル(Voxel)は、ドットDTを形成可能な空間を表すための仮想的な立体図形である。ボクセル集合(Voxel-set)は、複数のボクセルの集まりである。
[態様2]
図11に例示するように、前記制御部U1は、前記三次元ディザマスク(DZ)を並べる際に該並べる方向D11に交差する方向(D12)へずらして並べ、該並べた三次元ディザマスク(DZ)と前記入力値V1とに基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置してもよい。並べられた三次元ディザマスクが交差方向へずれていない場合、ドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部の特性による筋が目立つことがある。本態様は、ドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部(3)の特性による筋が目立つことを抑制することができるので、立体物の見た目を向上させることが可能な技術を提供することができる。
尚、図10に例示するように、三次元ディザマスクを並べる際に該並べる方向に交差する方向へずらさない場合も、本技術に含まれる。
図11に例示するように、前記制御部U1は、前記三次元ディザマスク(DZ)を並べる際に該並べる方向D11に交差する方向(D12)へずらして並べ、該並べた三次元ディザマスク(DZ)と前記入力値V1とに基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置してもよい。並べられた三次元ディザマスクが交差方向へずれていない場合、ドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部の特性による筋が目立つことがある。本態様は、ドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部(3)の特性による筋が目立つことを抑制することができるので、立体物の見た目を向上させることが可能な技術を提供することができる。
尚、図10に例示するように、三次元ディザマスクを並べる際に該並べる方向に交差する方向へずらさない場合も、本技術に含まれる。
[態様3]
図14に例示するように、前記特定色は、第一の色、及び、第二の色を含んでもよい。前記三次元ディザマスク(DZ)は、前記第一の色における前記第一ドットDT1の形成率を表す第一色入力値V11に適用する三次元の第一ディザマスク(例えばディザマトリクスDZ31)、及び、前記第二の色における前記第一ドットDT1の形成率を表す第二色入力値V12に適用する三次元の第二ディザマスク(例えばディザマトリクスDZ32)を含んでもよい。前記制御部U1は、前記第一ディザマスク(DZ31)の位置と、前記第二ディザマスク(DZ32)の位置と、をずらし、前記第一ディザマスク(DZ31)と前記第一色入力値V11とに基づいて前記第一の色における前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置し、前記第二ディザマスク(DZ32)と前記第二色入力値V12とに基づいて前記第二の色における前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置してもよい。
図14に例示するように、前記特定色は、第一の色、及び、第二の色を含んでもよい。前記三次元ディザマスク(DZ)は、前記第一の色における前記第一ドットDT1の形成率を表す第一色入力値V11に適用する三次元の第一ディザマスク(例えばディザマトリクスDZ31)、及び、前記第二の色における前記第一ドットDT1の形成率を表す第二色入力値V12に適用する三次元の第二ディザマスク(例えばディザマトリクスDZ32)を含んでもよい。前記制御部U1は、前記第一ディザマスク(DZ31)の位置と、前記第二ディザマスク(DZ32)の位置と、をずらし、前記第一ディザマスク(DZ31)と前記第一色入力値V11とに基づいて前記第一の色における前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置し、前記第二ディザマスク(DZ32)と前記第二色入力値V12とに基づいて前記第二の色における前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置してもよい。
第一ディザマスクの位置と第二ディザマスクの位置とがずれていない場合、第一の色の第一ドットと第二の色の第一ドットとが同じボクセルに形成されて滲みや混色が生じ、立体物の品質が低下することがある。また、第一の色と第二の色とでドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部(3)の特性による筋が一致して目立つことがある。上記態様3は、第一の色の第一ドットと第二の色の第一ドットとが同じボクセルに形成され難くなるので、滲みや混色が生じ難くなる。また、第一の色と第二の色とでドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部(3)の特性による筋が一致しないようにドットDTが形成されるので、ドットパターンの周期的な繰り返しやドット形成部(3)の特性による筋が目立つことを抑制することができる。従って、本態様は、立体物の見た目を向上させることが可能な技術を提供することができる。
[態様4]
図6〜14等に例示される立体物造形方法は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(Z方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(DZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(DZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置して前記立体物Objを造形する。この態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な立体物造形方法を提供することができる。
図6〜14等に例示される立体物造形方法は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(Z方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(DZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(DZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置して前記立体物Objを造形する。この態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な立体物造形方法を提供することができる。
[態様5]
図1等に例示される立体物造形装置100の制御プログラムPR0(例えば制御プログラムPR1,PR2)は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(Z方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(DZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(DZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置する機能をコンピューターに実現させる。この態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な制御プログラムを提供することができる。
図1等に例示される立体物造形装置100の制御プログラムPR0(例えば制御プログラムPR1,PR2)は、前記立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける前記第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と、前記造形層LYの積層方向(Z方向)において閾値の配置が異なる二次元ディザマスク(DZ2)を積み重ねた三次元ディザマスク(DZ)と、に基づいて、前記第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置する機能をコンピューターに実現させる。この態様は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な制御プログラムを提供することができる。
(2)立体物造形装置の具体例:
図1は、立体物造形装置の構成例として、造形処理装置1とホスト装置9を備える立体物造形装置100の構成を示している。図2は、立体物Objの造形例を模式的に示している。図3は、造形処理装置1の例を模式的に示している。図2,3に示すYは、イエローの意味ではなく、Y方向を表す。尚、図2,3に示すX,Y,Z方向は、互いに直交するものとするが、互いに交差していれば直交しない場合も本技術に含まれる。図1に示す造形処理装置1は、吐出した液体LQにより形成されるドットDTにより造形層LYを例えば所定の厚さΔZで形成し、この造形層LYを積層することで立体物Objを造形する。本具体例は、図8に例示するように三次元ディザマトリクス(三次元ディザマスクの例)DZを用いてドットの発生位置を選択することで、発生ドットの偏りを抑制し、立体物表面のノイズを小さくし、誤差拡散法と比べて処理を簡略化することができ、処理にかかる時間を短くするものである。図1に示すホスト装置9は、立体物Objの形状及び色彩を定める造形層データFDを生成する。
図1は、立体物造形装置の構成例として、造形処理装置1とホスト装置9を備える立体物造形装置100の構成を示している。図2は、立体物Objの造形例を模式的に示している。図3は、造形処理装置1の例を模式的に示している。図2,3に示すYは、イエローの意味ではなく、Y方向を表す。尚、図2,3に示すX,Y,Z方向は、互いに直交するものとするが、互いに交差していれば直交しない場合も本技術に含まれる。図1に示す造形処理装置1は、吐出した液体LQにより形成されるドットDTにより造形層LYを例えば所定の厚さΔZで形成し、この造形層LYを積層することで立体物Objを造形する。本具体例は、図8に例示するように三次元ディザマトリクス(三次元ディザマスクの例)DZを用いてドットの発生位置を選択することで、発生ドットの偏りを抑制し、立体物表面のノイズを小さくし、誤差拡散法と比べて処理を簡略化することができ、処理にかかる時間を短くするものである。図1に示すホスト装置9は、立体物Objの形状及び色彩を定める造形層データFDを生成する。
ホスト装置9は、表示操作部91、モデルデータ生成部92、造形データ生成部93、記憶部94、を備え、図示しないCPU(Central Processing Unit)により各部の動作が制御される。表示操作部91は、ディスプレイ、及び、キーボードやポインティングデバイスといった操作入力装置を含む。モデルデータ生成部92は、後述するモデルデータDatを生成する。造形データ生成部93は、ハーフトーン処理部95を有し、モデルデータDatに基づいて造形層データFDを生成する。ハーフトーン処理部95は、立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1に基づいて、第一ドットDT1を形成するボクセルを決定する。記憶部94は、不揮発性メモリーとRAM(Random Access Memory)を備える。不揮発性メモリーには、ホスト装置9の制御プログラムPR2、造形処理装置1のドライバープログラム、CAD(Computer Aided Design)ソフトといったアプリケーションプログラム、三次元ディザマトリクスDZ、等が記憶される。不揮発性メモリーには、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリーといったデータの書き換え可能な不揮発性半導体メモリー、ハードディスクといったデータの書き換え可能な不揮発性磁気メモリー、等を用いることができる。ホスト装置9には、パーソナルコンピューターといったコンピューター等が含まれる。
モデルデータDatは、立体物Objを表すモデルの形状及び色彩を示すデータであり、立体物Objの形状及び色彩を指定するためのデータである。尚、立体物Objの色彩には、立体物Objに複数色が付される場合における当該複数色の付され方、すなわち、立体物Objに付される複数色により表される模様、文字、その他の画像も含むこととする。モデルデータDatは、少なくとも立体物Objの外部形状を特定可能な情報を含むものであればよく、立体物Objの外部形状や色彩に加えて立体物Objの内部の形状や材料等を指定するものであってもよい。モデルデータDatのデータ形式には、AMF(Additive Manufacturing File Format)、STL(Standard Triangulated Language)、等を用いることができる。
モデルデータ生成部92は、例えば、CADアプリケーションで実現され、立体物造形装置100の利用者が表示操作部91を操作して入力した情報等に基づいて、立体物Objの形状及び色彩を指定するモデルデータDatを生成する。
モデルデータ生成部92は、例えば、CADアプリケーションで実現され、立体物造形装置100の利用者が表示操作部91を操作して入力した情報等に基づいて、立体物Objの形状及び色彩を指定するモデルデータDatを生成する。
本具体例では、造形層LYがQ層(QはQ≧2を満たす自然数)形成された立体物Objを造形する方法を説明することにする。また、造形層LYを形成するQ回の積層処理のうちq回目(qは1≦q≦Qを満たす自然数)の積層処理で形成される造形層LYを造形層LY[q]と称し、造形層LY[q]の形状及び色彩を定める造形層データFDを造形層データFD[q]と称する。
造形データ生成部93は、まず、モデルデータDatの示す三次元の形状を厚さΔZ毎にスライスして得られる断面の形状及び色彩を示す造形層元データODを生成する。尚、q番目の造形層元データODを造形層元データOD[q]と称する。その上で、ハーフトーン処理部95は、造形層元データOD[q]の示す形状及び色彩に対応する造形層LY[q]を形成するために、造形処理装置1が形成すべきドットの配置を決定し、決定結果を造形層データFD[q]として出力する。造形層データFD[q]は、造形層元データOD[q]の示す形状及び色彩を格子状の配置のボクセル(単位造形体)Vxに細分化することで、各ボクセルVxに形成すべきドットDTを指定する。ボクセルVxは、仮想の立体であり、本具体例では厚さがΔZで単位体積の直方体であるものとする。むろん、仮想のボクセルの形状は、直方体に限定されない。一つのボクセルVxには、1個のみドットが形成されてもよいし、2個以上のドットが形成されてもよい。
尚、立体物Objを造形するためには、立体物Objが中実であることが好ましい。本具体例の造形データ生成部93は、モデルデータDatの指定する形状が中空形状である場合、モデルデータDatの示す形状の中空部分を補完して立体物Objが中実となるような造形層データFDを生成するものとする。また、中空部分を水溶性インク等といった、立体物造形後に容易に除去可能な材料で形成して該材料を除去してもよい。
造形処理装置1は、造形層データFD[q]に基づいて造形層LY[q]の積層処理を行う。図2には、造形層データFD[1]に基づいて造形層LY[1]を形成し、造形層データFD[2]に基づいて造形層LY[2]を積層する例を示している。造形処理装置1は、造形層LY[q]を順番に積層することにより立体物Objを造形する。
図1,3に示す造形処理装置1は、造形台45、キャリッジ41、ヘッドユニット(ドット形成部の例)3、硬化ユニット61、位置変化機構7、記憶部60、処理制御部6、等を備える。造形台45は、造形層LYの積載面を上面に有し、造形台昇降機構79aにより筐体40に対して昇降可能に設置されている。キャリッジ41は、ヘッドユニット3とインクカートリッジ(液体カートリッジの例)48が搭載され、造形台45の上方に配置されている。ヘッドユニット3は、詳しくは後述するが、造形台45に向かって液滴(液体LQ)を吐出(噴射)する複数の吐出部Dを有する記録ヘッド30、及び、各吐出部Dへの駆動信号Vinを生成する駆動信号生成部31を備えている。尚、ヘッドユニット3を除く造形処理装置1、及び、ホスト装置9は、制御部U1の例である。
硬化ユニット61は、造形台45の上に吐出された液体LQによるドットDTを硬化させる。硬化ユニット61には液体LQを硬化させるために適切な波長の光源、または熱源を用いる。例えば液体LQとして紫外線硬化インクを用いるなら硬化ユニット61には液体LQの硬化効率の良い波長をもった紫外線光源(例えば波長395nmを中心波長とした近紫外線のLED光源)で構成する。液体LQとして可視光硬化型インクを用いるなら硬化ユニット61には可視光光源を用い、熱硬化型インクを用いるなら硬化ユニット61には赤外線ヒーターなどの熱源を用いる。硬化ユニット61は、例えば、造形台45の上側(+Z方向)に設置することができる。
位置変化機構7は、駆動モーター71〜74、モータードライバー75〜78、等を備える。昇降機構駆動モーター71は、モータードライバー75で駆動されて造形台昇降機構79aを介して造形台45をZ方向(+Z方向及び−Z方向)へ移動させる。キャリッジ駆動モーター72は、モータードライバー76で駆動されてキャリッジ41をキャリッジガイド79bに沿ってY方向(+Y方向及び−Y方向)へ移動させる。キャリッジガイド駆動モーター73は、モータードライバー77で駆動されてキャリッジガイド79bをガイド79cに沿ってX方向(+X方向及び−X方向)へ移動させる。硬化ユニット駆動モーター74は、モータードライバー78で駆動されて硬化ユニット61をガイド79dに沿ってX方向(+X方向及び−X方向)へ移動させる。
記憶部60は、不揮発性メモリーとRAMを備える。不揮発性メモリーには、造形処理装置の制御プログラムPR1等が記憶される。不揮発性メモリーには、ROM、フラッシュメモリーといったデータの書き換え可能な不揮発性半導体メモリー、ハードディスクといったデータの書き換え可能な不揮発性磁気メモリー、等を用いることができる。RAMには、不揮発性メモリーから展開された制御プログラムPR1、ホスト装置9からの造形層データFD、等が格納される。尚、造形処理装置1の記憶部60に記憶されている制御プログラムPR1、及び、ホスト装置9の記憶部94に記憶されている制御プログラムPR2は、制御プログラムPR0の例である。
処理制御部6は、制御プログラムPR1等に従って造形処理装置全体の制御処理を行うCPU等を備えている。処理制御部6は、ホスト装置9からの造形層データFDに基づいて、ヘッドユニット3及び位置変化機構7の動作を制御することにより、モデルデータDatに応じた立体物Objを造形する。例えば、処理制御部6は、造形層データFDに従って、吐出部Dを駆動させるためのアナログ駆動波形信号Comと波形指定信号SIを含む各種信号を生成し、これら生成した信号をヘッドユニット3へ出力する。また、処理制御部6は、造形層データFDに従って、モータードライバー75〜78の動作を制御するための各種信号を生成し、これら生成した信号を位置変化機構7へ出力する。
図4は、ヘッドユニット3に含まれる記録ヘッド30のノズルNZ(図1に示す吐出部Dの一部)の配置例を模式的に示している。図4の上側には、記録ヘッド30において複数のノズル列32がY方向(走査方向D21)へ並べられたノズル面33を示している。図4に示す記録ヘッド30は、移動していない造形台45に対して走査方向D21(往方向D22及び復方向D23)へ移動している最中にドット形成用の液体LQをノズルNZから吐出する双方向記録を行うものとする。むろん、単方向記録を行う記録ヘッドにも、本技術を適用可能である。複数のノズル列32は、特定色C(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー),K(ブラック)の液体の例である色インクLQ1の液滴を吐出する第一ノズルNZ1の列であるノズル列32C,32M,32Y,32K、及び、特定色でない液体の例である造形用インクLQ2の液滴を吐出する第二ノズルNZ2の列であるノズル列32W,32CLを含んでいる。ここで、ノズル列32Cは、Cの液滴を吐出する第一ノズルNZ1がX方向へ並んでいる。ノズル列32Mは、Mの液滴を吐出する第一ノズルNZ1がX方向へ並んでいる。ノズル列32Yは、Yの液滴を吐出する第一ノズルNZ1がX方向へ並んでいる。ノズル列32Kは、Kの液滴を吐出する第一ノズルNZ1がX方向へ並んでいる。ノズル列32Wは、W(ホワイト)の液滴を吐出する第二ノズルNZ2がX方向へ並んでいる。ノズル列32CLは、CL(クリアー)の液滴を吐出する第二ノズルNZ2がX方向へ並んでいる。また、図4の下側に示すように、色インクLQ1の液滴から第一ドットDT1が形成され、造形用インクLQ2の液滴から第二ドットDT2が形成される。尚、液体(LQ1,LQ2)を液体LQと総称し、ノズルNZ1,NZ2をノズルNZと総称し、ドットDT1,DT2をドットDTと総称する。
色インクLQ1に含まれるCインクとMインクとYインクは、有彩色インクである。色インクLQ1に含まれるKインクは、無彩色インクである。造形用インクLQ2に含まれるWインクは、可視光の波長領域(概ね400〜700nm)に属する波長を有する光が照射された場合において、当該照射された光のうち30%以上(好ましくは50%以上)の光を反射する無彩色インクである。造形用インクLQ2に含まれるCLインクは、色材を添加していないインクであり、有彩色インク及び無彩色インクと比較して、色材成分の含有量が少なく透明度の高いインクである。尚、色インクLQ1は、Wインクを含んでもよい。
各ノズル列32のノズルNZの配列は、ノズル面33内においてX方向からずれた方向でもよく、さらに、直線状のみならず、いわゆる千鳥状でもよい。
図1に示す吐出部Dは、ノズルNZに加えて、印加される駆動信号VinによりノズルNZから液滴を吐出させる駆動素子を有している。駆動素子には、ノズルNZに連通する圧力室内の液体LQに圧力を加える圧電素子、熱により圧力室内に気泡を発生させてノズルNZから液滴を吐出させるサーマル素子、等を用いることができるが、本実施形態ではピエゾ素子を圧電素子として駆動素子を構成する。前記圧力室には、インクカートリッジ48から液体LQが供給される。圧力室内の液体LQは、駆動素子によってノズルNZから造形台45に向かって液滴として吐出され、造形層LYに液滴のドットDTが形成される。記録ヘッド30と造形台45とが相対移動することにより、造形層データFDに対応した造形層LYが形成される。
図1に示す吐出部Dは、ノズルNZに加えて、印加される駆動信号VinによりノズルNZから液滴を吐出させる駆動素子を有している。駆動素子には、ノズルNZに連通する圧力室内の液体LQに圧力を加える圧電素子、熱により圧力室内に気泡を発生させてノズルNZから液滴を吐出させるサーマル素子、等を用いることができるが、本実施形態ではピエゾ素子を圧電素子として駆動素子を構成する。前記圧力室には、インクカートリッジ48から液体LQが供給される。圧力室内の液体LQは、駆動素子によってノズルNZから造形台45に向かって液滴として吐出され、造形層LYに液滴のドットDTが形成される。記録ヘッド30と造形台45とが相対移動することにより、造形層データFDに対応した造形層LYが形成される。
駆動信号生成部31には、ノズルNZから液滴を吐出させる駆動素子に駆動信号を印加する種々の公知の回路を使用可能である。
図5は、ドット形成用の液滴の吐出、又は、液滴の非吐出を駆動信号Vinから生成する概念の一例を模式的に示している。尚、図5に示す駆動信号Vinの波形PL1は、あくまでも模式的なものであり、実際の波形とは限らない。
本例においてノズルNZからドット形成用の液滴を吐出する場合、駆動信号生成部31は、処理制御部6から入力される駆動波形信号Comに基づいて所定の吐出単位期間Tuに波形PL1を駆動信号Vinとして吐出部Dに供給する。これにより、波形PL1に合わせたタイミングでノズルNZから液滴が吐出されてドットが形成される。また、ノズルNZから液滴を吐出しない場合、駆動信号生成部31は、上記波形PL1を吐出部Dに供給しない。これにより、ノズルNZから液滴が吐出されずドットが形成されない。
本例においてノズルNZからドット形成用の液滴を吐出する場合、駆動信号生成部31は、処理制御部6から入力される駆動波形信号Comに基づいて所定の吐出単位期間Tuに波形PL1を駆動信号Vinとして吐出部Dに供給する。これにより、波形PL1に合わせたタイミングでノズルNZから液滴が吐出されてドットが形成される。また、ノズルNZから液滴を吐出しない場合、駆動信号生成部31は、上記波形PL1を吐出部Dに供給しない。これにより、ノズルNZから液滴が吐出されずドットが形成されない。
(3)立体物造形装置の第一処理例:
図6は、図1に示す立体物造形装置100で行われる造形処理の例を示している。この処理は、ホスト装置9の造形データ生成部93と造形処理装置1の処理制御部6とが協働して行う。造形データ生成部93は、モデルデータ生成部92から少なくともモデルデータDatを取得すると、ステップS102〜S104の造形層データ生成処理を行う。以下、「ステップ」の記載を省略する。尚、ホスト装置9は、マルチタスクにより複数の処理を並列して実行している。処理制御部6は、ホスト装置9から造形層データFDを取得すると、S108〜S114の造形処理において硬化するドットDTによる立体物Objの造形を制御する。尚、造形処理装置1は、マルチタスクにより複数の処理を並列して実行している。
図7は、三次元ディザマトリクスDZの構造例を模式的に示している。図8は、三次元ディザマトリクスDZを用いて造形層元データODから造形層データFDを生成する例を模式的に示している。
図6は、図1に示す立体物造形装置100で行われる造形処理の例を示している。この処理は、ホスト装置9の造形データ生成部93と造形処理装置1の処理制御部6とが協働して行う。造形データ生成部93は、モデルデータ生成部92から少なくともモデルデータDatを取得すると、ステップS102〜S104の造形層データ生成処理を行う。以下、「ステップ」の記載を省略する。尚、ホスト装置9は、マルチタスクにより複数の処理を並列して実行している。処理制御部6は、ホスト装置9から造形層データFDを取得すると、S108〜S114の造形処理において硬化するドットDTによる立体物Objの造形を制御する。尚、造形処理装置1は、マルチタスクにより複数の処理を並列して実行している。
図7は、三次元ディザマトリクスDZの構造例を模式的に示している。図8は、三次元ディザマトリクスDZを用いて造形層元データODから造形層データFDを生成する例を模式的に示している。
モデルデータDatを取得した造形データ生成部93は、まず、モデルデータDatに基づいて造形層元データODを生成する(S102)。例えば、Q層の造形層元データOD[q](q=1,2,…,Q)が立体物ObjをQ層の造形層LY[q]で表す多階調(例えば256階調)の入力値V1(x,y,z)を各ボクセルVxに有するものとする。
造形層元データODの生成後、造形データ生成部93は、ハーフトーン処理部95において、造形層元データODの各ボクセルVxの入力値V1に対してハーフトーン処理を行うことにより、第一ドットDT1の形成状況を表す造形層データFDを生成する(S104)。ここで、造形層元データODの各入力値V1(x,y,z)と三次元ディザマトリクスDZとに基づいて、色インクLQ1の第一ドットDT1の形成状況を表すQ層の造形層データFD[q]を生成することにしている。xはX方向における座標値を示し、yはY方向における座標値を示し、zはZ方向における座標値を示す。前記造形層データFD[q]は、例えば、第一ドットDT1を形成する(例えば1)か否(例えば0)かを表す2値データとすることができる。本具体例では、第一ドットDT1を形成しないボクセルに造形用インクLQ2の第二ドットDT2を形成するものとし、ユーザーから受け付けた設定に応じてWインク又はCLインクを造形用インクLQ2として使用するものとする。
尚、S204のハーフトーン処理の詳細は、後述する。
尚、S204のハーフトーン処理の詳細は、後述する。
造形データ生成部93は、造形層データFDを造形処理装置1に送信する。造形処理装置1は、前記造形層データFDを受信する。この造形層データFDを取得した処理制御部6は、まず、ドットDTを形成する造形層LY[q]を設定する(S108)。この処理は、例えば、積層処理の実行回数を示す変数qにS108の処理回数(1,2,…,Q)を設定する処理とすることができる。以下も、同様である。次に、処理制御部6は、造形層LY[q]を形成するためのZ方向における位置に造形台45を移動させるように、モータードライバー75に昇降機構駆動モーター71を駆動させる(S110)。例えば、図2の造形層LY[1]を形成する場合、処理制御部6は、造形台45を硬化ユニット61に近い所定の近接位置に上昇させる。図2の造形層LY[2]を形成する場合、処理制御部6は、造形台45を前記近接位置よりも厚さΔZ下降させる。
造形台45の移動後、処理制御部6は、q層目の造形層データFD[q]に基づいて造形層LY[q]が形成されるように、ヘッドユニット3、位置変化機構7、及び、硬化ユニット61の動作を制御する(S112)。この処理は、例えば、ヘッドユニット3を走査方向D21(X方向)へ走査させながらインク滴(液体LQ)をノズルNZから吐出させてヘッドユニット3をY方向へ送ることを繰り返す処理とすることができる。例えば、処理制御部6は、ヘッドユニット3を走査方向D21へ移動させるようにモータードライバー76にキャリッジ駆動モーター72を駆動させる。また、処理制御部6は、ヘッドユニット3とともにキャリッジガイド79bをY方向へ移動させるようにモータードライバー77にキャリッジガイド駆動モーター73を駆動させる。ここで、造形層データFD[q]に応じて、ボクセルVxに色インクLQ1の第一ドットDT1が有る場合には第一ノズルNZ1から色インクLQ1を吐出させて第一ドットDT1を形成させ、ボクセルVxに第一ドットDT1が無い場合には第二ノズルNZ2からWインク又はCLインク(造形用インクLQ2)を吐出させて第二ドットDT2を形成させる。
上側をヘッドユニット3が通り過ぎたドットDT1,DT2には、硬化ユニット61からの紫外線(UV)が上から照射される。これにより、インクLQ1,LQ2に含まれる成分が重合し、ドットDT1,DT2が硬化する。このようにして、硬化するドットDT1,DT2により造形層LY[q]が形成される。
造形層LY[q]の形成後、処理制御部6は、造形層LY[q]を全て設定した否かを判断する(S114)。q<Qである場合、処理制御部6は、S108〜S114の処理を繰り返す。例えば、q=1である場合、次のS108の処理において造形層LY[2]が設定される。q=Qである場合、処理制御部6は、造形処理を終了させる。これにより、立体物Objが造形台45に載置された状態となる。
図7に示す三次元ディザマトリクスDZは、S104のハーフトーン処理に使用可能なディザマスクの例であり、図9に例示するような二次元ディザマトリクス(二次元ディザマスクの例)DZ2をZ方向(造形層LYの積層方向の例)へ積み重ねた構造を有している。三次元ディザマトリクスDZの形状は、特に限定されないが、図7に示すようにX方向の格納要素E1とY方向の格納要素E1とZ方向の格納要素E1の数がいずれもnである直方体状であるものとして説明する。三次元ディザマトリクスDZに含まれるn層(nは2以上の整数)の二次元ディザマトリクスDZ21,DZ22,…,DZ2nの閾値の配置は、互いに異なっている。ここで、Z座標がz(z=1,2,…,n)の二次元ディザマトリクスDZ2zにおいて、X座標がx(x=1,2,…,n)でY座標がy(y=1,2,…,n)の閾値をTxyzと表している。本具体例では、全ての閾値Txyzが互いに異なるものとする。これにより、三次元ディザマトリクスDZは、Z方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマトリクスDZ2を積み重ねた構造となる。図7に示す三次元ディザマトリクスDZは8×8×8個の閾値Txyzを有しているが、三次元ディザマトリクスの閾値の数は、9×9×9個以上でもよいし、7×7×7個以下でもよい。また、X方向の格納要素数とY方向の格納要素数とZ方向の格納要素数は、互いに異なる等、同数でなくてもよい。ディザマスクの形状は、直方体状に限定されず、三角錐状といった多角錘状等でもよい。
三次元ディザマトリクスDZは、例えば、nの3乗個の互いに異なる閾値を各格納要素E1に対してランダムに配置することにより生成することができる。
三次元ディザマトリクスDZは、例えば、nの3乗個の互いに異なる閾値を各格納要素E1に対してランダムに配置することにより生成することができる。
図9は、二次元ディザマスクの構造例を模式的に示している。図9に示す各セル(四角形の升目)は二次元ディザマトリクスDZ2の格納要素E1を表し、各セルに付された数値は前記格納要素E1に格納された閾値T(x,y,z)を表している。分かり易く説明するため、造形層元データODの入力値V1(x,y,z)を百分率に対応する0以上100以下の整数で表し、二次元ディザマトリクスDZ2の有する各閾値が互いに異なるユニークな値となるように定められていることとする。尚、入力値V1が0〜255の階調値である場合、ドット形成率50%が階調値128程度に対応し、ドット形成率25%が階調値64程度に対応する。図9では、入力値V1(x,y,z)がドット形成率20%である場合に第一ドットDT1が形成される格納要素を太線で囲っている。
立体物Objが三次元ディザマトリクスDZよりも大きい場合、三次元ディザマトリクスDZを繰り返し並べることにより造形層元データODの全入力値V1(x,y,z)を三次元ディザマトリクスDZの各閾値に対応付けることができる。例えば、図10に例示するディザマトリクス群(並べられた三次元ディザマスクの例)GDZ1のように、X方向において造形層元データODを表現するボクセル数が三次元ディザマトリクスDZの格納要素数nよりも多い場合、三次元ディザマトリクスDZをX方向へ繰り返し並べることにする。また、Y方向において造形層元データODを表現するボクセル数が三次元ディザマトリクスDZの格納要素数nよりも多い場合、三次元ディザマトリクスDZをY方向へ繰り返し並べることにする。さらに、Z方向において造形層元データODを表現するボクセル数が三次元ディザマトリクスDZの格納要素数nよりも多い場合、三次元ディザマトリクスDZをZ方向へ繰り返し並べることにする。図10には、立体物Objが、X方向において三次元ディザマトリクスDZの格納要素数の2倍よりも大きくて3倍よりも小さく、Y方向において三次元ディザマトリクスDZの格納要素数の2倍よりも大きくて3倍よりも小さく、Z方向において三次元ディザマトリクスDZの格納要素数の2倍よりも大きくて3倍よりも小さい場合を模式的に示している。この場合、三次元ディザマトリクスDZは、X方向において3個並べられ、Y方向において3個並べられ、Z方向において3個並べられている。
ただ、繰り返し並べられた三次元ディザマトリクスDZが並べられた方向D11に直交(交差)する交差方向D12へずれていない場合、ドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が目立つことがある。
そこで、図11に例示するディザマトリクス群GDZ2〜GDZ4のように、三次元ディザマトリクスDZが繰り返し並んだ方向D11に直交(交差)する交差方向D12へずらされて並べられてもよい。例えば、図11に示すディザマトリクス群GDZ2は、並べられたX方向(並べる方向D11の例)に直交するZ方向(交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられている。ディザマトリクス群GDZ2は、並べられたY方向(並べる方向D11の例)に直交するZ方向(交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられているともいえる。図11に示すディザマトリクス群GDZ3は、並べられたX方向(並べる方向D11の例)に直交するY方向及びZ方向(ともに交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられている。すなわち、ずらす方向は、X方向とY方向とZ方向の内、一方向のみならず、二方向以上でもよい。図11に示すディザマトリクス群GDZ4は、並べられたY方向(並べる方向D11の例)に直交するX方向及びZ方向(ともに交差方向D12の例)へ繰り返しずらされて並べられている。むろん、ディザマトリクスDZをずらす方向は、任意の方向にすることができる。ディザマトリクス群GDZ2〜GDZ4のように三次元ディザマトリクスDZを並べることにより、ディザマトリクスを記憶するデータ容量を少なくすることができるうえ、ドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が目立つことを抑制することができる。従って、立体物の見た目が向上する。
そこで、図11に例示するディザマトリクス群GDZ2〜GDZ4のように、三次元ディザマトリクスDZが繰り返し並んだ方向D11に直交(交差)する交差方向D12へずらされて並べられてもよい。例えば、図11に示すディザマトリクス群GDZ2は、並べられたX方向(並べる方向D11の例)に直交するZ方向(交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられている。ディザマトリクス群GDZ2は、並べられたY方向(並べる方向D11の例)に直交するZ方向(交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられているともいえる。図11に示すディザマトリクス群GDZ3は、並べられたX方向(並べる方向D11の例)に直交するY方向及びZ方向(ともに交差方向D12の例)へディザマトリクスDZがずらされて並べられている。すなわち、ずらす方向は、X方向とY方向とZ方向の内、一方向のみならず、二方向以上でもよい。図11に示すディザマトリクス群GDZ4は、並べられたY方向(並べる方向D11の例)に直交するX方向及びZ方向(ともに交差方向D12の例)へ繰り返しずらされて並べられている。むろん、ディザマトリクスDZをずらす方向は、任意の方向にすることができる。ディザマトリクス群GDZ2〜GDZ4のように三次元ディザマトリクスDZを並べることにより、ディザマトリクスを記憶するデータ容量を少なくすることができるうえ、ドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が目立つことを抑制することができる。従って、立体物の見た目が向上する。
以下、図12等を参照して、図6のS104において三次元ディザマトリクスDZを用いるハーフトーン処理の具体例を説明する。まず、色インクLQ1が一種類(Cインク、Mインク、Yインク、又は、Kインク)であり、造形用インクLQ2がCLインクである場合について、説明する。
図12に示すハーフトーン処理が開始されると、ハーフトーン処理部95は、ハーフトーン処理対象の造形層LY[q]を設定する(S202)。次に、ハーフトーン処理部95は、造形層LY[q]に含まれる全ボクセル位置の中から処理対象のボクセル位置(x,y,z)を設定する(S204)。例えば、図12の右上に示すように、z=qである造形層LY[q]の中から、y=1においてx=1,2,…,Xmaxの順にボクセル位置を設定し、y=2においてx=1,2,…,Xmaxの順にボクセル位置を設定し、このような繰り返しをy=1,2,…,Ymaxの順に行ってもよい。図12に示す例では、z=qにおいて、Xmax×Ymax箇所のボクセル位置の中から未設定であった1箇所のボクセル位置(x,y,z)が設定される。むろん、ボクセル位置の設定順は、図12に示す例に限定されない。
図12に示すハーフトーン処理が開始されると、ハーフトーン処理部95は、ハーフトーン処理対象の造形層LY[q]を設定する(S202)。次に、ハーフトーン処理部95は、造形層LY[q]に含まれる全ボクセル位置の中から処理対象のボクセル位置(x,y,z)を設定する(S204)。例えば、図12の右上に示すように、z=qである造形層LY[q]の中から、y=1においてx=1,2,…,Xmaxの順にボクセル位置を設定し、y=2においてx=1,2,…,Xmaxの順にボクセル位置を設定し、このような繰り返しをy=1,2,…,Ymaxの順に行ってもよい。図12に示す例では、z=qにおいて、Xmax×Ymax箇所のボクセル位置の中から未設定であった1箇所のボクセル位置(x,y,z)が設定される。むろん、ボクセル位置の設定順は、図12に示す例に限定されない。
ボクセル位置の設定後、ハーフトーン処理部95は、設定されたボクセル位置(x,y,z)に対応する閾値T(x,y,z)を三次元ディザマトリクスDZから取得する(S206)。例えば、ハーフトーン処理部95は、三次元ディザマトリクスDZから造形層LY[q]に対応する二次元ディザマトリクスDZ2zを選択し、この二次元ディザマトリクスDZ2zから設定ボクセル位置(x,y,z)に対応する閾値T(x,y,z)を読み出せばよい。立体物Objが三次元ディザマトリクスDZよりも大きい場合、図10,11で示したように三次元ディザマトリクスDZを複数並べたうえで設定ボクセル位置(x,y,z)に対応する閾値T(x,y,z)を三次元ディザマトリクスDZから読み出せばよい。図10に示す例では、立体物Objの設定ボクセル位置(x,y,z)に重なっている左下のディザマトリクスDZ0から設定ボクセル位置(x,y,z)に対応する閾値T(x,y,z)が取得されることになる。
閾値T(x,y,z)の取得後、ハーフトーン処理部95は、設定されたボクセル位置(x,y,z)に対応する入力値V1(x,y,z)を造形層元データOD[q]から読み出し、この入力値V1(x,y,z)が閾値T(x,y,z)以上であるか否かを判断する(S208)。V1(x,y,z)≧T(x,y,z)である場合、ハーフトーン処理部95は、造形層データFD[q]の設定ボクセル位置(x,y,z)に色インクLQ1の第一ドットDT1が有ることを表すデータ(例えば1)を出力値V2(x,y,z)として格納する(S210)。V1(x,y,z)<T(x,y,z)である場合、ハーフトーン処理部95は、造形層データFD[q]の設定ボクセル位置(x,y,z)に色インクLQ1の第一ドットDT1が無いことを表すデータ(例えば0)を出力値V2(x,y,z)として格納する(S212)。出力値V2(x,y,z)は、例えば、第一ドットDT1を形成する(例えば1)か否(例えば0)かを表す2値データとなる。
例えば、造形層元データOD[q]の各ボクセルにドット形成率20%に相当する入力値V1が格納されているとする。三次元ディザマトリクスDZを構成する二次元ディザマトリクスDZ2が図9で示した閾値T(x,y,z)を有する場合、閾値T(x,y,z)が20以下であるボクセル位置の造形層データFD[q]が第一ドット有りを表す「1」となり、閾値T(x,y,z)が20よりも大きいボクセル位置の造形層データFD[q]が第一ドット無しを表す「0」となる。
例えば、造形層元データOD[q]の各ボクセルにドット形成率20%に相当する入力値V1が格納されているとする。三次元ディザマトリクスDZを構成する二次元ディザマトリクスDZ2が図9で示した閾値T(x,y,z)を有する場合、閾値T(x,y,z)が20以下であるボクセル位置の造形層データFD[q]が第一ドット有りを表す「1」となり、閾値T(x,y,z)が20よりも大きいボクセル位置の造形層データFD[q]が第一ドット無しを表す「0」となる。
造形層データFD[q]の設定ボクセル位置(x,y,z)に2値の出力値V2(x,y,z)を格納した後、ハーフトーン処理部95は、ボクセル位置を全て設定した否かを判断する(S214)。設定していないボクセル位置が残っている場合、ハーフトーン処理部95は、S204〜S214の処理を繰り返す。ボクセル位置が全て設定された場合、ハーフトーン処理部95は、造形層LY[q]を全て設定した否かを判断する(S216)。q<Qである場合、ハーフトーン処理部95は、S202〜S216の処理を繰り返す。q=Qである場合、ハーフトーン処理部95は、ハーフトーン処理を終了させる。その後、図6のS108〜S114の処理が行われる。すなわち、立体物Objのボクセル集合に含まれるボクセルVxに色インクLQ1の第一ドットDT1が有る場合(例えばV2(x,y,z)=1)、第一ノズルNZ1から吐出される色インクLQ1により第一ドットDT1が形成される。前記ボクセルVxに第一ドットDT1が無い場合(例えばV2(x,y,z)=0)、第二ノズルNZ2から吐出されるCLインク(LQ2)により第二ドットDT2が形成される。最終的に、造形層LY[q]が順に積層された立体物Objが造形台45に載置された状態となる。
以上の処理により、立体物Objを表現するボクセル集合に含まれるボクセルVxにおける第一ドットDT1の形成率を表す入力値V1と三次元ディザマトリクスDZとに基づいて第一ドットDT1がボクセル集合に配置され、この配置に従ったドットDT1,DT2が形成されて立体物Objが造形される。立体物Objを造形するためのハーフトーン処理に三次元ディザマトリクスDZを用いることによりドットの発生位置が選択されるので、三次元空間で発生ドットの分散性が良好であり、粒状感の点で良好な立体物表面が実現される。また、ドットDTを形成する際の誤差を拡散させる処理が不要となり、処理が簡素化されて高速化される。従って、本具体例は、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術を提供することができる。
(4)立体物造形装置の第二処理例:
ところで、色インクLQ1の種類毎に三次元ディザマスクを用意し、各三次元ディザマスクを用いて複数色の第一ドットDT1を形成することも可能である。
図13は、図6のS104において色インクLQ1の種類毎に三次元ディザマスクを用いるハーフトーン処理の例を示している。例として、色インクLQ1がCインク、Mインク、Yインク、及び、Kインクの4種類であり、造形用インクLQ2がCLインクである場合について、説明する。
ところで、色インクLQ1の種類毎に三次元ディザマスクを用意し、各三次元ディザマスクを用いて複数色の第一ドットDT1を形成することも可能である。
図13は、図6のS104において色インクLQ1の種類毎に三次元ディザマスクを用いるハーフトーン処理の例を示している。例として、色インクLQ1がCインク、Mインク、Yインク、及び、Kインクの4種類であり、造形用インクLQ2がCLインクである場合について、説明する。
図13に示すハーフトーン処理が開始されると、ハーフトーン処理部95は、Kインクについて、図12で示した処理を行う。これにより、ハーフトーン処理部95は、立体物Objを表現するボクセル集合の全ボクセルVxについて、造形層元データODの入力値V1(x,y,z)と三次元ディザマトリクスDZの閾値T(x,y,z)とに基づいて、Kインクの第一ドットDT1をボクセル集合に配置する(S302)。
次いで、ハーフトーン処理部95は、Cインクについて、図12で示した処理を行う。これにより、ハーフトーン処理部95は、立体物Objを表現するボクセル集合の全ボクセルVxについて、造形層元データODの入力値V1(x,y,z)と三次元ディザマトリクスDZの閾値T(x,y,z)とに基づいて、Cインクの第一ドットDT1をボクセル集合に配置する(S304)。
次いで、ハーフトーン処理部95は、Mインクについて、図12で示した処理を行う。これにより、ハーフトーン処理部95は、立体物Objを表現するボクセル集合の全ボクセルVxについて、造形層元データODの入力値V1(x,y,z)と三次元ディザマトリクスDZの閾値T(x,y,z)とに基づいて、Mインクの第一ドットDT1をボクセル集合に配置する(S306)。
次いで、ハーフトーン処理部95は、Yインクについて、図12で示した処理を行う。これにより、ハーフトーン処理部95は、立体物Objを表現するボクセル集合の全ボクセルVxについて、造形層元データODの入力値V1(x,y,z)と三次元ディザマトリクスDZの閾値T(x,y,z)とに基づいて、Yインクの第一ドットDT1をボクセル集合に配置する(S308)。
その後、図6のS108〜S114の処理が行われる。すなわち、立体物Objのボクセル集合に含まれるボクセルVxにCインク、Mインク、Yインク、又は、Kインクの第一ドットDT1が有る場合、第一ノズルNZ1から吐出される色インクLQ1によりCインク、Mインク、Yインク、又は、Kインクの第一ドットDT1が形成される。前記ボクセルVxに第一ドットDT1が無い場合、第二ノズルNZ2から吐出されるCLインク(LQ2)により第二ドットDT2が形成される。
以上の処理により、Cインク、Mインク、Yインク、及び、Kインクの少なくとも一種類以上のインクの第一ドットDT1を含む立体物Objが造形される。
以上の処理により、Cインク、Mインク、Yインク、及び、Kインクの少なくとも一種類以上のインクの第一ドットDT1を含む立体物Objが造形される。
ところで、各色の三次元ディザマトリクスDZの位置が同じである場合、各色のドットが同じ位置に発生し、滲みや混色が生じて立体物Objの品質が低下することがあり、ドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が目立つことがある。
そこで、図14に例示する三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKのように、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKの位置を三次元ディザマトリクス一つ分よりも少ない範囲でずらしてもよい。尚、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKが一つでは閾値を立体物Objの全ボクセルVxに対応付けることができない場合、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKを繰り返し並べることにより閾値を立体物Objの全ボクセルVxに対応付けることができる。
そこで、図14に例示する三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKのように、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKの位置を三次元ディザマトリクス一つ分よりも少ない範囲でずらしてもよい。尚、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKが一つでは閾値を立体物Objの全ボクセルVxに対応付けることができない場合、三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY,DZKを繰り返し並べることにより閾値を立体物Objの全ボクセルVxに対応付けることができる。
例として、特定色がC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、及び、K(ブラック)を含み、便宜上、Cについての入力値V1C(x,y,z)に適用する三次元ディザマトリクスDZをディザマトリクスDZC、Mついての入力値V1M(x,y,z)に適用する三次元ディザマトリクスDZをディザマトリクスDZM、Yついての入力値V1Y(x,y,z)に適用する三次元ディザマトリクスDZをディザマトリクスDZY、Kついての入力値V1K(x,y,z)に適用する三次元ディザマトリクスDZをディザマトリクスDZKとする。また、第一の色がCであり、第二の色がMであるとする。この場合、入力値V1C(x,y,z)が第一色入力値V11となり、入力値V1M(x,y,z)が第二色入力値V12となり、ディザマトリクスDZCが第一色入力値V11に適用する三次元の第一ディザマトリクス(第一ディザマスクの例)DZ31となり、ディザマトリクスDZMが第二色入力値V12に適用する三次元の第二ディザマトリクス(第二ディザマスクの例)DZ32となる。
図14に示すように、ディザマトリクスDZC(DZ31)の位置と、ディザマトリクスDZM(DZ32)の位置と、は、X方向とY方向とZ方向の全てにおいてディザマトリクスDZC,DZMが一部重複するようにずらされている。図13で示したハーフトーン処理では、ディザマトリクスDZC(DZ31)の位置と、ディザマトリクスDZM(DZ32)の位置と、を三次元ディザマトリクス一つ分よりも少ない範囲でずらし、ディザマトリクスDZC(DZ31)と入力値V1C(x,y,z)とに基づいてCにおける第一ドットDT1をボクセル集合に配置し、ディザマトリクスDZM(DZ32)と入力値V1M(x,y,z)とに基づいてMにおける第一ドットDT1を前記ボクセル集合に配置すればよい。
むろん、第一の色と第二の色の組合せは、特定色の中で様々な組合せが可能である。この組合せには、第一の色がCであって第二の色がYであること、第一の色がCであって第二の色がKであること、第一の色がMであって第二の色がYであること、等が含まれる。
三次元ディザマトリクスDZC,DZM,DZY、DZKの位置を一致しないようにずらすことにより、第一の色と第二の色とでドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が一致しないようにドットDTが形成される。従って、本具体例は、ドットパターンの周期的な繰り返しやヘッドユニット3の特性による筋が目立つことを抑制することができ、立体物の見た目を向上させることが可能な技術を提供することができる。
(5)その他変形例:
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、Cインク、Mインク、Yインク、Kインク、Wインク、及び、CLインク以外の液体を使用する立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。例えば、V(バイオレット)インク等も使用可能である。むろん、Cインク、Mインク、Yインク、Kインク、Wインク、及び、CLインクの一部を使用しない立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。
ヘッドユニットから吐出される液体は、熱可塑性樹脂等といった熱可塑性の液体でもよい。この場合、ヘッドユニットは、液体を加熱して溶融状態で吐出してもよい。また、硬化ユニットは、立体物造形装置においてヘッドユニットからの液体によるドットが冷却されて固化する部位でもよい。本技術において、「硬化」は「固化」を含む。また、造形用インクと支持用インクとで異なった種類の硬化・固化プロセスを有する液体を用いても良い(例えば、造形用インクに紫外線硬化型樹脂を用いて支持用インクに熱可塑性樹脂を用いる等。)。
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、Cインク、Mインク、Yインク、Kインク、Wインク、及び、CLインク以外の液体を使用する立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。例えば、V(バイオレット)インク等も使用可能である。むろん、Cインク、Mインク、Yインク、Kインク、Wインク、及び、CLインクの一部を使用しない立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。
ヘッドユニットから吐出される液体は、熱可塑性樹脂等といった熱可塑性の液体でもよい。この場合、ヘッドユニットは、液体を加熱して溶融状態で吐出してもよい。また、硬化ユニットは、立体物造形装置においてヘッドユニットからの液体によるドットが冷却されて固化する部位でもよい。本技術において、「硬化」は「固化」を含む。また、造形用インクと支持用インクとで異なった種類の硬化・固化プロセスを有する液体を用いても良い(例えば、造形用インクに紫外線硬化型樹脂を用いて支持用インクに熱可塑性樹脂を用いる等。)。
造形層の厚さは、均一でなくてもよい。
硬化ユニットは、キャリッジに搭載されてもよい。
造形処理装置は、層状に敷き詰められた粉体を硬化性の液体により固めることで造形層を形成し、形成された造形層を積層することで立体物を造形してもよい。
また、立体物造形装置は、液体を吐出してドットを形成するインクジェット方式の装置に限定されず、紫外線硬化型液体樹脂を満たした槽に紫外線レーザーを照射して硬化ドットを形成する光造形方式の装置、粉末材料に高出力のレーザー光を当てて焼結ドットを形成する粉末焼結積層方式の装置、等でもよい。
硬化ユニットは、キャリッジに搭載されてもよい。
造形処理装置は、層状に敷き詰められた粉体を硬化性の液体により固めることで造形層を形成し、形成された造形層を積層することで立体物を造形してもよい。
また、立体物造形装置は、液体を吐出してドットを形成するインクジェット方式の装置に限定されず、紫外線硬化型液体樹脂を満たした槽に紫外線レーザーを照射して硬化ドットを形成する光造形方式の装置、粉末材料に高出力のレーザー光を当てて焼結ドットを形成する粉末焼結積層方式の装置、等でもよい。
ハーフトーン処理部を含む造形データ生成部は、ホスト装置に無く、造形処理装置に有ってもよい。モデルデータを生成するモデルデータ生成部も、ホスト装置に無く、造形処理装置に有ってもよい。表示操作部も、ホスト装置に無く、造形処理装置に有ってもよい。
上述した処理は、順番を入れ替える等、適宜、変更可能である。例えば、図13のハーフトーン処理において、第一ドットDT1の配置を決定するS302,S304,S306,S308の処理は、任意に入れ替え可能である。
また、上述した判断処理において、「以上」(≧)を「より大きい」(>)に変えること、「より大きい」(>)を「以上」(≧)に変えること、「未満」(<)を「以下」(≦)に変えること、及び、「以下」(≦)を「未満」(<)に変えることは、実施可能であり、本技術に含まれる。
また、上述した判断処理において、「以上」(≧)を「より大きい」(>)に変えること、「より大きい」(>)を「以上」(≧)に変えること、「未満」(<)を「以下」(≦)に変えること、及び、「以下」(≦)を「未満」(<)に変えることは、実施可能であり、本技術に含まれる。
(6)結び:
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術等を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、立体物を造形するためのドットを配置する処理の時間を短くすることが可能な技術等を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
1…造形処理装置、3…ヘッドユニット(ドット形成部の例)、6…処理制御部、7…位置変化機構、9…ホスト装置、30…記録ヘッド、31…駆動信号生成部、32…ノズル列、33…ノズル面、45…造形台、48…インクカートリッジ(液体カートリッジの例)、60…記憶部、61…硬化ユニット、91…表示操作部、92…モデルデータ生成部、93…造形データ生成部、94…記憶部、95…ハーフトーン処理部、100…立体物造形装置、D11…並べる方向、D12…交差方向、DT…ドット、DT1…第一ドット、DT2…第二ドット、DZ…ディザマトリクス(ディザマスクの例)、DZ2…二次元ディザマトリクス(二次元ディザマスクの例)、DZ31…ディザマトリクス(第一ディザマスクの例)、DZ32…ディザマトリクス(第二ディザマスクの例)、Dat…モデルデータ、FD…造形層データ、GDZ1〜GDZ4…ディザマトリクス群(並べられた三次元ディザマスクの例)、LQ…液体、LQ1…色インク(特定色の液体の例)、LQ2…造形用インク(造形用液体の例)、LY…造形層、NZ…ノズル、Obj…立体物、OD…造形層元データ、PR0,PR1,PR2…制御プログラム、U1…制御部、V1…入力値、V11…第一色入力値、V12…第二色入力値、Vx…ボクセル。
Claims (5)
- 特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部と、
形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する制御部と、
を備える立体物造形装置であって、
前記制御部は、前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、立体物造形装置。 - 前記制御部は、前記三次元ディザマスクを並べる際に該並べる方向に交差する方向へずらして並べ、該並べた三次元ディザマスクと前記入力値とに基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、請求項1に記載の立体物造形装置。
- 前記特定色は、第一の色、及び、第二の色を含み、
前記三次元ディザマスクは、前記第一の色における前記第一ドットの形成率を表す第一色入力値に適用する三次元の第一ディザマスク、及び、前記第二の色における前記第一ドットの形成率を表す第二色入力値に適用する三次元の第二ディザマスクを含み、
前記制御部は、前記第一ディザマスクの位置と、前記第二ディザマスクの位置と、をずらし、前記第一ディザマスクと前記第一色入力値とに基づいて前記第一の色における前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置し、前記第二ディザマスクと前記第二色入力値とに基づいて前記第二の色における前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する、請求項1又は請求項2に記載の立体物造形装置。 - 特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部を用い、形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物を造形する立体物造形方法であって、
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置して前記立体物を造形する、立体物造形方法。 - 特定色の第一ドット、及び、前記特定色でない第二ドットを含むドットを形成するためのドット形成部を備え、形成される前記ドットによる造形層を積層した立体物の造形を制御する立体物造形装置の制御プログラムであって、
前記立体物を表現するボクセル集合に含まれるボクセルにおける前記第一ドットの形成率を表す入力値と、前記造形層の積層方向において閾値の配置が異なる二次元ディザマスクを積み重ねた三次元ディザマスクと、に基づいて、前記第一ドットを前記ボクセル集合に配置する機能をコンピューターに実現させる、立体物造形装置の制御プログラム。
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