JP2017164911A - Color three-dimensional shaping apparatus and method for controlling color three-dimensional shaping apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー立体造形装置、及びカラー立体造形装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a color three-dimensional modeling apparatus and a method for controlling a color three-dimensional modeling apparatus.
入力データに基づいて立体造形物(三次元造形物とも称する)を造形する造形装置として、いわゆる3Dプリンターが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。この種の造形装置で造形された立体造形物は、人が着色することによって精密な色付けが可能であった。一方、立体物に着色する技術として、水圧転写の技術を利用した液圧転写装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。 A so-called 3D printer is known as a modeling apparatus that models a three-dimensional model (also referred to as a three-dimensional model) based on input data (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The three-dimensional modeled object modeled by this type of modeling apparatus can be colored accurately by human coloring. On the other hand, as a technique for coloring a three-dimensional object, a hydraulic transfer apparatus using a hydraulic transfer technique is known (for example, see Patent Document 3).
従来の液圧転写装置を使用する場合、3Dプリンターで立体造形した後に、液圧転写装置に立体造形物をセットし、着色しなければならない。このため、位置精度が要求される着色を行う場合、精密な位置決めが必要であり、カラーの立体造形物が完成するまでに手間と時間がかかる。また、ユーザーが3Dプリンターで使用するデータと、液圧転写装置で使用するデータとをそれぞれ作成し、各装置に読み込ませる必要もある。
そこで、本発明は、カラーの立体造形物を容易に製造可能にすることを目的とする。
When using a conventional hydraulic transfer device, a three-dimensional object must be set and colored in the hydraulic transfer device after three-dimensional modeling with a 3D printer. For this reason, when performing coloring that requires positional accuracy, precise positioning is required, and it takes time and effort to complete a color three-dimensional model. It is also necessary for the user to create data to be used by the 3D printer and data to be used by the hydraulic transfer device, and to read each device.
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily manufacture a color three-dimensional object.
上記目的を達成するために、本発明は、カラー立体造形装置であって、3Dオブジェクトのデータを、入力データとして取得するデータ取得部と、前記入力データから、前記3Dオブジェクトを多層に分割したときの各層の形状に関する第1データと、前記3Dオブジェクトの表面の色に関する第2データとを作成するデータ作成部と、前記第1データに基づいて前記3Dオブジェクトを立体造形する立体造形部と、前記立体造形部が立体造形した立体造形物を、搬送する搬送部と、前記搬送部により搬送された前記立体造形物に対し、前記第2データに基づき前記表面の色を着色する着色部と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、カラーの立体造形物を容易に製造可能になる。 In order to achieve the above object, the present invention is a color three-dimensional modeling apparatus, wherein a data acquisition unit that acquires 3D object data as input data and the 3D object is divided into multiple layers from the input data A data creation unit that creates first data relating to the shape of each layer, second data relating to the color of the surface of the 3D object, a three-dimensional modeling unit that three-dimensionally models the 3D object based on the first data, A conveying unit that conveys a three-dimensional object that has been three-dimensionally modeled by a three-dimensional modeling unit, and a coloring unit that colors the surface color based on the second data for the three-dimensional object conveyed by the conveying unit. It is characterized by providing. According to the present invention, it is possible to easily manufacture a color three-dimensional object.
また、本発明は、上記構成において、前記データ作成部は、前記入力データから前記表面の色が存在する面の法線ベクトルを取得し、前記法線ベクトルに基づき前記面に着色可能な平面を特定し、前記平面に平面展開した転写画像を表す前記第2データを作成し、前記着色部は、前記第2データに基づき前記転写画像を印刷する印刷ヘッドを備え、印刷された前記転写画像を前記立体造形物に転写することを特徴とする。本発明によれば、立体造形物が有する面を着色することができる。この場合、前記平面として、複数の前記面に着色可能な平面を特定することにより、立体造形物が有する複数の面を効率良く着色することができる。 Further, the present invention is the above configuration, wherein the data creation unit obtains a normal vector of a surface on which the color of the surface exists from the input data, and a plane that can be colored on the surface based on the normal vector. The second data representing the transfer image that is specified and developed in the plane is generated, and the coloring unit includes a print head that prints the transfer image based on the second data, and the printed transfer image is It transfers to the said three-dimensional molded item, It is characterized by the above-mentioned. According to this invention, the surface which a three-dimensional molded item has can be colored. In this case, by specifying a plane that can be colored on the plurality of surfaces as the plane, a plurality of surfaces of the three-dimensional structure can be efficiently colored.
また、上記構成において、前記平面は、複数の前記面に着色可能な平面であることを特徴とする。本発明によれば、立体造形物が有する複数の面を効率良く着色することができる。
また、本発明は、上記構成において、前記着色部は、水圧転写技術により前記立体造形物に着色することを特徴とする。本発明によれば、立体造形物の表面が曲面であっても容易に着色することができる。
Further, in the above structure, the plane is a plane that can be colored on a plurality of the surfaces. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the several surface which a three-dimensional molded item can have can be colored efficiently.
Moreover, this invention is characterized by the said coloring part coloring the said three-dimensional molded item with a hydraulic transfer technique in the said structure. According to the present invention, even if the surface of the three-dimensional structure is a curved surface, it can be easily colored.
また、本発明は、上記構成において、前記着色部は、前記立体造形物の表面に沿って変形可能であって、前記第2データに基づき転写画像が印刷される転写用部材を有し、前記転写用部材と前記立体造形物とを互いに接触させて、前記転写画像を前記立体造形物に転写することを特徴とする。本発明によれば、立体造形物が有する凹部の内面等に容易に着色することができる。 Further, the present invention is the above configuration, wherein the colored portion is deformable along the surface of the three-dimensional structure, and includes a transfer member on which a transfer image is printed based on the second data, The transfer member and the three-dimensional model are brought into contact with each other, and the transfer image is transferred to the three-dimensional model. According to the present invention, it is possible to easily color the inner surface or the like of the concave portion of the three-dimensional structure.
また、本発明は、上記構成において、前記着色部は、インクジェット技術により、前記色に対応する画像を前記転写用部材に印刷する印刷ヘッドを有することを特徴とする。本発明によれば、公知の印刷ヘッドを用いて高品質な画像を転写要部材に印刷し易くなる。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described configuration, the colored portion has a print head that prints an image corresponding to the color on the transfer member by an ink jet technique. According to the present invention, it becomes easy to print a high-quality image on a transfer essential member using a known print head.
また、本発明は、上記構成において、前記搬送部は、前記立体造形物を回転可能であることを特徴とする。本発明によれば、立体造形物の向きを、立体造形部と着色部とでそれぞれ適切な向きにすることができる。また、内部の面と外部の面の両方に着色することができる。 Moreover, this invention is the said structure, The said conveyance part can rotate the said three-dimensional molded item, It is characterized by the above-mentioned. According to the present invention, the direction of the three-dimensional structure can be set to an appropriate direction in each of the three-dimensional structure and the coloring part. Also, both the inner surface and the outer surface can be colored.
また、本発明は、カラー立体造形装置の制御方法において、データ取得部により、3Dオブジェクトのデータを、入力データとして取得し、データ作成部により、前記入力データから、前記3Dオブジェクトを多層に分割したときの各層の形状に関する第1データと、前記3Dオブジェクトの表面の色に関する第2データとを作成し、立体造形部により、前記第1データに基づいて前記3Dオブジェクトを立体造形し、搬送部により、前記立体造形部が立体造形した立体造形物を搬送し、着色部により、前記搬送された前記立体造形物に対し、前記第2データに基づき前記表面の色を着色することを特徴とする。本発明によれば、カラーの立体造形物を容易に製造可能になる。 Further, according to the present invention, in the control method of the color three-dimensional modeling apparatus, the data acquisition unit acquires 3D object data as input data, and the data creation unit divides the 3D object into multiple layers from the input data. First data related to the shape of each layer and second data related to the color of the surface of the 3D object are created, and the 3D object is three-dimensionally modeled based on the first data by the three-dimensional modeling unit, and the transport unit The three-dimensional modeled object is three-dimensionally modeled by the three-dimensional modeled part, and the colored part colors the surface of the transported three-dimensional modeled object based on the second data. According to the present invention, it is possible to easily manufacture a color three-dimensional object.
また、本発明は、上記制御方法において、前記着色部は、水圧転写技術により、前記立体造形物に着色することを特徴とする。本発明によれば、立体造形物の表面が曲面であっても容易に着色することができる。 Further, the present invention is characterized in that, in the above control method, the colored portion colors the three-dimensional structure by a hydraulic transfer technique. According to the present invention, even if the surface of the three-dimensional structure is a curved surface, it can be easily colored.
また、本発明は、上記制御方法において、前記着色部は、前記立体造形物の表面に沿って変形可能であって前記第2データに基づき転写画像が印刷される転写用部材と、前記立体造形物とを互いに接触させて、前記転写画像を前記立体造形物に転写することを特徴とする。本発明によれば、立体造形物が有する凹部の内面等に容易に着色することができる。 Further, in the control method according to the present invention, the coloring unit is deformable along the surface of the three-dimensional structure, and a transfer member on which a transfer image is printed based on the second data; and the three-dimensional structure The object is brought into contact with each other, and the transfer image is transferred to the three-dimensional object. According to the present invention, it is possible to easily color the inner surface or the like of the concave portion of the three-dimensional structure.
また、本発明のカラー立体造形装置の制御方法を、カラー立体造形装置を制御するコンピューターが実行するプログラムに適用してもよい。これらプログラムは、上記コンピューターで読み取り可能に記録した記録媒体、或いは、このプログラムを伝送する伝送媒体の態様で構成することも可能である。上記記録媒体としては、磁気的、光学的記録媒体又は半導体メモリーデバイスを用いることができる。具体的には、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)、Blu−ray(登録商標)Disc、光磁気ディスク、フラッシュメモリー、カード型記録媒体等の可搬型の、或いは固定式の記録媒体が挙げられる。また、上記記録媒体は、カラー立体造形装置が備える内部記憶装置、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、等の不揮発性記憶装置であっても良い。 Moreover, you may apply the control method of the color three-dimensional model | molding apparatus of this invention to the program which the computer which controls a color three-dimensional model | molding apparatus performs. These programs can be configured in the form of a recording medium recorded so as to be readable by the computer or a transmission medium for transmitting the program. As the recording medium, a magnetic or optical recording medium or a semiconductor memory device can be used. Specifically, portable types such as a flexible disk, a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), a Blu-ray (registered trademark) Disc, a magneto-optical disk, a flash memory, and a card-type recording medium. Or a fixed recording medium. The recording medium may be an internal storage device included in the color three-dimensional modeling apparatus, for example, a nonvolatile storage device such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an HDD (Hard Disk Drive). good.
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。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るカラー立体造形装置のブロック図である。
カラー立体造形装置(以下、造形装置と言う)10は、制御部11と、立体造形部12と、着色部13と、搬送部14とを備える。この造形装置10は、制御部11の制御の下、立体造形部12により立体造形物を造形し、造形した立体造形物を、搬送部14により着色部13に搬送し、着色部13により立体造形物を着色する装置である。
以下、立体造形物に関し、立体造形部12に位置する場合は符号100Aを付して示し、着色部13に位置する場合は符号100Bを付して示す。また、立体造形物の位置を特に区別する必要がない場合、立体造形物100と表記する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a color three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
A color three-dimensional modeling apparatus (hereinafter referred to as a modeling apparatus) 10 includes a
Hereinafter, when it is located in the three-dimensional modeled
制御部11は、造形装置10の各部を制御する部分であり、データ取得部21と、記憶部22と、演算処理部23と、操作入力部24、データ作成部25と、と、報知部26とを備える。データ取得部21は、3Dオブジェクトのデータ(以下、3Dデータ)DAを、入力データとして取得するインターフェースである。データ取得部21は、例えば、パーソナルコンピューター、又は外部記憶媒体等からなる外部の装置から直接、或いはインターネット等の通信ネットワークを介して3DデータDAを取得する。
The
ここで、3Dオブジェクトは、立体物を示し、3次元オブジェクト、又は3Dオブジェクトモデルとも称する。3Dオブジェクトは、表面の色を有する。その色は、色分け、線又は図形からなる模様、及び文字を含み、テクスチャーとも称する。
3DデータDAは、例えばSTL、OBJ、IGE等の公知のフォーマットで立体物を表現したデータであり、3次元コンピューターグラフィックス(3DCG)、又は3次元CADのソフトウェアによって作成される。また、3Dオブジェクトの色は、これらソフトウェアによって3DデータDAに追加できる情報である。
Here, the 3D object indicates a three-dimensional object and is also referred to as a three-dimensional object or a 3D object model. The 3D object has a surface color. The color includes color coding, a pattern made of lines or figures, and characters, and is also called a texture.
The 3D data DA is data representing a three-dimensional object in a known format such as STL, OBJ, IGE, etc., and is created by 3D computer graphics (3DCG) or 3D CAD software. The color of the 3D object is information that can be added to the 3D data DA by these software.
3DデータDAが例えばSTLフォーマットのファイルである場合、3DデータDAは、3つの頂点(座標値)を有する多角形(ポリゴンに相当)の集合により立体が表現される。ここでいう座標値とは、互いに直交する3軸により定義された座標空間における座標値である。ポリゴンは例えば三角形である。また、各多角形は面法線ベクトルを有し、各面法線ベクトルが向く方向は立体物の表面が向く方向を示す。 When the 3D data DA is, for example, an STL format file, the 3D data DA represents a solid by a set of polygons (corresponding to polygons) having three vertices (coordinate values). The coordinate value here is a coordinate value in a coordinate space defined by three axes orthogonal to each other. The polygon is, for example, a triangle. Each polygon has a surface normal vector, and the direction in which each surface normal vector faces indicates the direction in which the surface of the three-dimensional object faces.
記憶部22は、造形装置10が処理する各種のデータやプログラム等を記憶する。この記憶部22は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、又はSSD(Solid State Drive)等である。
演算処理部23は、記憶部22に記憶されたプログラムを実行することにより、造形装置10の各部を制御するマイクロコンピューターとして機能する。より具体的には、演算処理部23は、マイコン、SOC(System-on-a-chip)又はCPU(Central Processing Unit)等で構成される。
The
The
操作入力部24は、キーボード等の入力デバイスを介してユーザー指示を入力し、ユーザー指示に対応する信号を演算処理部23に出力する。これによって、演算処理部23は、ユーザー指示に基づき各種処理を行うことができる。報知部26は、ユーザーに対して各種情報を報知する装置であり、例えば、各種の情報を表示する表示機能と、各種の音声を報知する音声出力機能などを有している。
The
データ作成部25は、演算処理部23の制御の下、データ取得部21を介して取得した3DデータDAにデータ変換処理を行うブロックである。このデータ作成部25は、第1データ作成部25Aと第2データ作成部25Bとを備える。
第1データ作成部25Aは、3DデータDAから、3Dオブジェクトを多層に分割したときの各層の形状に関する第1データD1を得るデータ変換処理を行う。また、第2データ作成部25Bは、3DデータDAから、3Dオブジェクトの色に関する第2データD2を得るデータ変換処理を行う。
The
The first
このデータ変換処理について一例を挙げて説明する。
図2は3DデータDAのデータ内容を模式的に示した図である。なお、図2に示す3DデータDAは人の頭部を示している。3DデータDAは、頭部(3Dオブジェクトに相当)の形状を示す形状データDA1と、頭部の色を示す色データDA2、つまり、目、眉毛、唇の色を示す色データDA2とを含んでいる。肌の色は立体造形物の地の色を採用するので、色データDA2には含まれていないが、地の色と異なる場合は含んでいてもよい。なお、色データDA2はテクスチャーデータとも称する。
第1データ作成部25Aは、3DデータDAから形状データDA1を抽出し、形状データDA1に基づき頭部を多層に分割した各層の断面形状を演算により取得する。各層の断面形状を表した2次元データのそれぞれが第1データD1である。なお、第1データD1は、スライスデータとも称する。
頭部の3DデータDAの場合、頭部の上下方向において所定のスライス幅の間隔で、断面形状を示す複数の第1データD1を作成する。このスライス幅は、立体造形部12が積層可能な各層の厚さを満たす範囲内であれば良く、スライス幅は一定でなくても良い。このようにして、立体造形部12に立体造形させる第1データD1が作成される。
This data conversion process will be described with an example.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the data content of the 3D data DA. Note that the 3D data DA shown in FIG. 2 indicates a human head. The 3D data DA includes shape data DA1 indicating the shape of the head (corresponding to a 3D object) and color data DA2 indicating the color of the head, that is, color data DA2 indicating the colors of the eyes, eyebrows, and lips. Yes. Since the skin color employs the ground color of the three-dimensional structure, it is not included in the color data DA2, but may be included if it differs from the ground color. The color data DA2 is also referred to as texture data.
25 A of 1st data preparation parts extract shape data DA1 from 3D data DA, and acquire the cross-sectional shape of each layer which divided | segmented the head into multilayer based on shape data DA1 by calculation. Each of the two-dimensional data representing the cross-sectional shape of each layer is the first data D1. The first data D1 is also referred to as slice data.
In the case of the 3D data DA of the head, a plurality of first data D1 indicating a cross-sectional shape is created at intervals of a predetermined slice width in the vertical direction of the head. The slice width may be in a range satisfying the thickness of each layer that can be laminated by the three-
第2データ作成部25Bは、3DデータDAから色データDA2を抽出し、この色データDA2に対応する画像を、着色部13の転写面に平面展開した画像に変換する。この変換後の画像を示すデータが、第2データD2である。この着色部13は、水圧転写により転写画像を転写するので、転写面は水面である。
すなわち、第2データ作成部25Bは、形状データDA1が示す3Dオブジェクトに、水圧転写により色データDA2に対応する画像を転写できる転写画像を生成し、この転写画像を表すデータを、第2データD2として作成する。これにより、着色部13に水圧転写させる第2データD2が作成される。これら第1データ作成部25A及び第2データ作成部25Bのデータ変換処理には、公知の変換処理を広く適用可能である。
The second data creation unit 25B extracts the color data DA2 from the 3D data DA, and converts the image corresponding to the color data DA2 into an image developed in a plane on the transfer surface of the
That is, the second data creation unit 25B generates a transfer image that can transfer an image corresponding to the color data DA2 to the 3D object indicated by the shape data DA1 by water pressure transfer, and uses the second data D2 as the data representing the transfer image. Create as. Thereby, the second data D2 to be hydraulically transferred to the
立体造形部12は、引き上げ造形型であり、造形が進むにつれ、立体造形物100Aは搬送部14によって上方に引き上げられる。図1及び後述の各図において、X軸、Y軸、Z軸は、造形装置10の方向を示す空間軸である。より具体的には、これらX〜Z軸は、互いに直交する3軸であり、Z軸は、鉛直方向に沿った方向(Z方向)に延びる軸であり、鉛直下向きの方向が−Z方向であり、鉛直上向きの方向が+Z方向である。また、Z軸に垂直な面がXY平面であり、XY平面は水面と平行である。
The three-
立体造形部12は、制御部11の制御の下、搬送部14と連係して動作することにより、光造形方式の積層造形装置として機能する。この立体造形部12は、立体造形物100Aを造形するための作業面として機能するステージ31と、ステージ31に立体造形物の各層を積層する造形ユニット32と、造形ユニット32を駆動する造形駆動部33とを備える。
立体造形部12において、ステージ31の下面が作業面であり、作業面はXY平面に沿った面である。このステージ31は、Z軸に沿って上下に移動可能であり、且つ、搬送部14によって着色部13等へ移動したり、回転したりすることができる。
造形ユニット32は、ステージ31の下方に設けられた不図示の樹脂槽内の造形材料に光を照射する。造形材料は、光で硬化する光硬化樹脂である。これによって、造形ユニット32の光が照射された部分が硬化する。造形駆動部33は、制御部11の演算処理部23の制御の下、造形ユニット32の照射位置の制御等を行う。
The three-
In the three-
The
立体造形部12は、3Dオブジェクトを分割した各層の形状に関する第1データD1に基づき、造形ユニット32により、各層の形状(単位層)を形成した後、+Z方向にステージ31を単位層の厚さだけ引き上げて次の単位層を形成する。これによって、3Dオブジェクトに相当する立体造形物100Aが造形される。
引き上げ造形型を用いることにより、ステージ31の上下移動量を大きく確保し易くなる。また、ステージ31を立体造形部12の他の箇所から独立して移動させ易く、ステージ31を、着色部13等へ移動させる構成が容易に実現可能である。なお、引き上げ造形型、及び光造形方式の構成は、公知の3Dプリンターの構成を広く適用可能である。また、立体造形部12は、上記構成に限定されず、熱融解積層方式、粉末焼結方式、インクジェット方式等の公知の3Dプリンターに使用される構成を適用しても良い。
The three-
By using the lifting modeling mold, it becomes easy to ensure a large amount of vertical movement of the
搬送部14は、搬送機構41と回転機構42とを備える。搬送機構41は、ステージ31を介して立体造形物100を搬送する機構であり、立体造形物100を、立体造形部12、着色部13及び出力トレイ51などに搬送可能である。
回転機構42は、ステージ31を介して立体造形物100を回転する機構であり、立体造形物100を任意の向きに回転可能である。この回転機構42により、着色部13で水圧転写する際に、立体造形物100を、転写対象の面(着色面に相当)を下向きにした姿勢に変更できる。搬送部14は、3DデータDAから作成された形状に関する第1データD1と色に関する第2データD2とを使用して立体造形物100を搬送及び回転するので、着色部13で水圧転写する際に、高精度な位置決めをすることができる。
例えば、搬送機構41には、レールを用いた機構が適用され、回転機構42には、ロータリーテーブルを用いた機構が適用される。これら機構41、42には、公知の機構を広く適用可能である。また、多軸のロボットアームを用いることにより、搬送機構41と回転機構42とを同じロボットアームで兼用することができる。
The
The
For example, a mechanism using a rail is applied to the
次いで、着色部13を説明する。
着色部13は、制御部11の制御の下、搬送部14と連係して動作することにより、水圧転写技術を用いて立体造形物100Bに着色する水圧転写装置として機能する。図3は着色部13の構成を模式的に示した図である。
着色部13は、転写槽61と、印刷ヘッド62と、印刷駆動部63(図1)と、定着部64とを備える。転写槽61は、上方が開口し、内部に水(液体)を貯留する。貯留される水は、増粘材等が配合されていても良い。また、水に代えて高比重の液体を用いても良い。
Next, the
The
The
印刷ヘッド62は、インクジェット方式の印刷ヘッドであり、転写槽61の水面に向けて複数色のインクを微適化して吐出する。このインクは、紫外線からなる光で硬化するインク、つまり、光硬化型のインクである。また、インク粒子としては、油性のインク粒子、或いは、疎水性の保護膜で被覆されたインク粒子が適用される。なお、インクは、光硬化型に限定する必要はなく、水圧転写に適した公知のインクを広く適用可能である。
The
印刷駆動部63(図1)は、制御部11の演算処理部23の制御の下、印刷ヘッド62の駆動として、印刷ヘッド62の吐出制御と、印刷ヘッド62の移動制御(図3にはX方向への移動を矢印で示している)とを行う。この印刷駆動部63は、第2データD2に基づき印刷ヘッド62を駆動することにより、第2データD2に対応する画像を転写槽61の水面に印刷する。なお、図3中、符号13Gは水面に印刷された転写画像を示している。
印刷ヘッド62を、転写槽61の幅(Y方向の長さ)の略全体に渡ってインクを吐出可能な構成にすることにより、印刷ヘッド62をX方向のみに移動する構成にすることができる。また、印刷ヘッド62を小型に形成し、転写槽61の幅(Y方向の長さ)の略全体に渡ってインクを吐出できない構成にする場合、印刷ヘッド62をX方向及びY方向に移動する構成にすれば良い。
The print drive unit 63 (FIG. 1) controls the ejection of the
By configuring the
印刷駆動部63は、印刷ヘッド62を図3中左側に移動することにより、印刷ヘッド62を、転写画像13Gから離れた待避位置(図3に二点鎖線で示す位置)に移動させることができる。
なお、着色部13は、水(水面)を印刷媒体として印刷する構成に限定されず、水圧転写用フィルムを印刷媒体として印刷しても良い。水圧転写用フィルムは、例えば、水面に浮かべられ、立体造形物100Bが押し当てられることによってフィルム上の画像を立体造形物100Bに転写することができる。水圧転写用フィルムには、水溶性または水膨潤性を有するフィルムなどの公知のフィルムを広く適用可能である。
The
In addition, the
制御部11は、印刷された画像の位置情報を用いて搬送部14を制御する。図3に示すように、搬送部14は、立体造形物100Bを、転写槽61の上方に移動し、そこから転写槽61に向けて下方に移動させることができる。つまり、搬送部14は、着色部13にて立体造形物100Bを下降及び上昇させる昇降機構として機能する。また、搬送部14は、回転機構42により、立体造形物100Bを転写に適した向きに回転する。図3では、立体造形物100Bの向きを、立体造形部12で造形された向きから90度異ならせ、顔を下向きにした姿勢に回転させた場合を示している。
The
図4は、立体造形物100Bを下方に移動させた状態を示している。立体造形物100Bを下方に移動させることにより、立体造形物100Bを、転写画像13Gを有する水面に浸漬させることができ、つまり、転写位置に移動させることができる。
また、図5は、転写後の立体造形物100Bを示した図である。転写後の立体造形物100Bは、搬送部14により上方に移動させられ、定着部64により、転写画像13Gを定着させる定着処理が施される。
FIG. 4 shows a state in which the three-
FIG. 5 is a view showing the three-
定着部64は、定着処理として、立体造形物100Bに、紫外線(光)を照射して印刷画像のインクを硬化させる処理を行う。なお、インクが光硬化型でない場合などは、定着部64は、定着処理として、熱風を立体造形物100Bに噴射して乾燥によりインクを定着させる処理を行う。クリアインクなどのオーバーコートを塗布してもよい。なお、定着処理は、インクに応じた公知の処理を広く適用可能である。
As the fixing process, the fixing
続いて、造形装置10の動作を説明する。
図6は、造形装置10の基本動作を示すフローチャートである。
まず、制御部11の演算処理部23は、3DデータDAを入力データとして取得する(ステップS1)。次に、演算処理部23は、データ作成部25の第1データ作成部25Aに、3DデータDAから形状に関する第1データD1を作成させるとともに、第2データ作成部25Bに、3DデータDAから色に関する第2データD2を作成させる(ステップS2)。
演算処理部23は、第1データD1を立体造形部12に出力させることにより、立体造形部12に、第1データD1に基づいて立体造形物100を造形させる(ステップS3)。
Subsequently, the operation of the
FIG. 6 is a flowchart showing the basic operation of the
First, the
The
立体造形物100の造形が完了すると、演算処理部23は、立体造形物100を、搬送部14により着色部13に搬送させ(ステップS4)、第2データD2に基づく着色処理を開始させる(ステップS5)。この着色処理では、演算処理部23は、立体造形物100の複数の面を、まとめて着色可能にする面(以下、着色面)を特定する処理(着色面特定処理)を行う。その後、演算処理部23は、特定した着色面の画像(転写画像に相当)を、転写面となる水面に印刷させる処理、及び、印刷された転写画像を立体造形物100に転写させる処理を行う。着色面特定処理については後述する。
When the modeling of the three-
立体造形物100に転写した後、演算処理部23は、搬送部14により立体造形物100を定着位置に移動させ、定着部64により定着処理を行う(ステップS6)。定着処理が終了すると、演算処理部23は、搬送部14により立体造形物100を出力トレイ51(図1)に搬送させる。
After transferring to the three-
図7は着色面特定処理を示すフローチャートである。
この着色面特定処理は、3Dオブジェクトの色が存在する面が複数の面の場合に、複数の面をまとめて水圧転写可能な平面を、着色面として特定する処理である。ここで、図8〜図10は、着色面特定処理の説明に供する図である。図8〜図10では、3Dオブジェクト(立体造形物100)が、4つの面A,B,C,Dを有する三角錐であり、面A,B,Cに色が存在し、面Dには色が存在しない場合を示している。
FIG. 7 is a flowchart showing the colored surface specifying process.
This colored surface specifying process is a process for specifying, as a colored surface, a plane on which a plurality of surfaces can be hydraulically transferred together when the surface on which the color of the 3D object exists is a plurality of surfaces. Here, FIGS. 8 to 10 are diagrams for explaining the colored surface specifying process. 8 to 10, the 3D object (three-dimensional model 100) is a triangular pyramid having four surfaces A, B, C, and D, and colors exist on the surfaces A, B, and C, and the surface D has The case where no color exists is shown.
まず、演算処理部23は、3DデータDAに基づき、色が存在する面のそれぞれの法線ベクトル(面法線ベクトルに相当、図8〜図10に矢印VA,VB,VCで示す)を得る(図7に示すステップS1A)。なお、面Dには色が存在しないので、面Dの法線ベクトル(図8等に矢印VDで示す)は不要である。
法線ベクトルは、3DデータDAに含まれる場合はその情報を得れば良く、3DデータDAに含まれない場合は、3DデータDAに含まれる座標情報に基づいて算出可能である。
First, the
When the normal vector is included in the 3D data DA, the information may be obtained. When the normal vector is not included in the 3D data DA, the normal vector can be calculated based on the coordinate information included in the 3D data DA.
次に、演算処理部23は、転写面である水面に垂直な水面ベクトルVkを設定し、水面ベクトルVkと各法線ベクトルVA,VB,VDとの内積をそれぞれ求める(図7に示すステップS2A)。図8では、三角錘(立体造形物100)の面A,B,Cで共通の頂点P1が、+Z方向に向くように水面ベクトルVkを設定した場合を示している。また、図9では、上記頂点P1が、−Z方向に向くように水面ベクトルVkを設定した場合を示している。また、図10は図9の下方から見た図である。
Next, the
ベクトルの内積は、両ベクトルがどれほどお互いに近いかの程度を示すスカラー量であるので、各法線ベクトルVA〜VDが単位ベクトルだとすると、内積が大きいほど、同じ方向を向いている度合が高いことを示している。
同じ方向を向いているのであれば、まとめて転写(着色)可能な面であるので、ベクトルの内積の値に基づいて、まとめて転写可能な面か否かを判定することができる。
演算処理部23は、この判定を行うことにより、色が存在する面A,B,Cのうち、まとめて転写可能な面数MNを求める(図7に示すステップS3A)。図8の場合、面A,B,Cは転写できない。また、図9の場合、転写可能な面は3つの面A,B,Cであるので、色が存在する全ての面をまとめて転写可能である。
Since the inner product of the vectors is a scalar quantity indicating how close both vectors are, if each normal vector VA to VD is a unit vector, the larger the inner product, the higher the degree of facing the same direction. Is shown.
If they face in the same direction, they are surfaces that can be collectively transferred (colored), and therefore, based on the inner product value of the vectors, it can be determined whether the surfaces can be collectively transferred.
By performing this determination, the
演算処理部23は、色が存在する面の数と転写可能な面数MNが一致しない場合(ステップS4A;NO)、異なる水面ベクトルVk(k=1〜n:nは整数)について転写可能な面数MNを計算済みの場合を除き(ステップS5A;YES)、次の処理を行う。
この場合、演算処理部23は、水面ベクトルVkを異なるベクトルに変更し(ステップS6A)、ステップS2A〜S4Aの処理を行う。これにより、色が存在する面の数と転写可能な面数MNが一致しない場合、異なる水面ベクトルV1〜Vnのそれぞれについて転写可能な面数MNが計算される。
The
In this case, the
一方、演算処理部23は、色が存在する面の数と転写可能な面数MNが一致した場合(ステップS4A;YES)、一回の水圧転写で着色が完了するので、ステップS7Aの処理へ移行する。また、演算処理部23は、異なる水面ベクトルVkについて転写可能な面数MNを全て計算済みの場合も(ステップS4A;YES)、ステップS7Aの処理へ移行する。
On the other hand, when the number of surfaces on which the color is present matches the number of transferable surfaces MN (step S4A; YES), the
ステップS7Aの処理では、演算処理部23は、面数MNが最も多い水面ベクトルVkに従って複数の面に転写可能な平面(着色面)を特定する(ステップS)。続いて、演算処理部23は、第2データ作成部25Bにより、上記転写面に平面展開した転写画像を印刷させる印刷データを、第2データD2として作成させる(ステップS8A)。
In the process of step S7A, the
例えば、上記三角錘(立体造形物100)の場合、図10に示す、面A,B,Cを一度で転写可能な転写画像を印刷させる第2データD2が作成される。これにより、3Dオブジェクトの色が存在する複数の面をまとめて転写可能にする第2データD2が作成される。以上が着色面特定処理である。
なお、この着色面特定処理を、演算処理部23と第2データ作成部25Bとが協働して行う場合を説明したが、これに限らず、第2データ作成部25Bが単独で行っても良い。
For example, in the case of the triangular pyramid (three-dimensional model 100), the second data D2 for printing a transfer image that can transfer the surfaces A, B, and C at a time shown in FIG. 10 is created. As a result, second data D2 is created that enables a plurality of surfaces on which the color of the 3D object exists to be transferred together. The above is the colored surface specifying process.
In addition, although the case where the
着色面特定処理の後、演算処理部23は、第2データD2を着色部13に出力させるとともに、搬送部14により、立体造形物100の向きを転写に合わせた向きに調整することで、着色部13により着色(画像の転写・定着処理)させる。なお、一回の転写だけで色を有する面を全て着色できない場合、演算処理部23は、残りの面に対し、上記着色面特定処理を実行し、残りの面の着色を効率良く行う。この着色面特定処理を行うことにより、転写回数を低減することができる。従って、時間の短縮化が可能である。
After the colored surface specifying process, the
以上説明したように、本実施形態の造形装置10は、データ取得部21により、3Dオブジェクトを表す3DデータDAを、入力データとして取得し、データ作成部25により、3DデータDAから形状に関する第1データD1と3Dオブジェクトの表面の色に関する第2データD2とを作成する。次に、造形装置10は、立体造形部12により第1データD1に基づいて3Dオブジェクトを立体造形し、搬送部14により、立体造形した立体造形物100を搬送し、着色部13により、立体造形物100に対し第2データD2に基づき表面の色を着色する。この構成及び制御方法によれば、カラーの立体造形物100を容易に製造することができる。3DデータDAから作成された形状に関する第1データD1と色に関する第2データD2とを使用して、立体造形および着色を実行するので、着色時の位置決めを高精度に実現できる。よって立体造形物100に対し高精度な着色を施すことができる。
As described above, in the
また、着色部13は、水圧転写技術により立体造形物100に着色するので、立体造形物100の表面が曲面であっても容易に着色することができる。
また、データ作成部25は、演算処理部23と協働することによって、或いは、データ作成部25だけで、着色面特定処理を行う。つまり、3DデータDAから色が存在する面の法線ベクトルをそれぞれ取得し、各面に着色可能な平面を特定し、この特定した平面に平面展開した転写画像を表す第2データD2を作成する。これにより、立体造形物100が有する面を着色することができる。この場合に、上記平面として、3Dオブジェクトが有する複数の面に着色可能な平面を特定することにより、立体造形物100が有する複数の面を効率良く着色することができる。
Moreover, since the
In addition, the
また、着色部13は、インクジェット技術を用いた印刷ヘッド62を用いて転写画像を作成するので、公知の印刷ヘッドを用いて高品質な転写画像を作成し易くなる。また、搬送部14は、立体造形物100を回転可能であるので、立体造形部12と着色部13とで立体造形物100の向きを変えることができる。従って、立体造形物100の向きを、立体造形部12と着色部13とでそれぞれ適切な向きにすることができる。また、着色部13で、一回の水圧転写で全ての着色が終了しなくても、立体造形物100の向きを変えて別の箇所を着色することができる。このように、立体造形物100の向きを変えて水圧転写を繰り返すことにより、立体造形物100が複雑な形状であっても印刷が可能である。また、内部の面と外部の面の両方に着色することができる。
Moreover, since the
(第2実施形態)
水圧転写の場合、立体造形物100の水が触れる領域には転写(着色)できるものの、立体造形物100に、水が奥まで入らない凹部が存在すると、凹部の内面に転写することが難しくなる。特に、図11に示すような凹形状の3Dオブジェクト(立体造形物100)の場合、内面の最も奥に存在する底面(以下、内部底面)101に着色することは困難である。
そこで、第2実施形態の造形装置10は、内部底面101に着色可能な着色部113を備える。なお、着色部113以外の構成は、第1実施形態と同様である。以下、異なる部分を詳述する。
(Second Embodiment)
In the case of water pressure transfer, although it is possible to transfer (color) the region of the three-
Therefore, the
図12は着色部113の構成を模式的に示した図である。
着色部113は、スタンプ印刷技術により立体造形物100に色を着色する装置であり、スタンプとして機能する転写用部材67と、印刷ヘッド62と、印刷駆動部63と、定着部64とを備える。
転写用部材67は、平面形状の転写面67Aを有し、かつ、立体造形物100の様々な凹凸に追従可能な柔軟性及び通気性を有する。例えば、転写用部材37には、スポンジ、ゴム等の素材を適用可能である。図12の例では、転写用部材67は、上端に位置する一端側の面(転写面)67Aが円形であり、側面視で下方である他端側に行くに従って大径となる円錐台形状である。但し、転写要部材67の形状は適宜に変更可能である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of the
The
The
印刷ヘッド62は、インクジェット方式であり、転写用部材67の転写面67Aに複数色のインクを微適化して吐出する。インクは、スタンプ印刷に適した公知のインクを広く適用可能である。また、このインクは、第1実施形態と同様に、紫外線等の光で硬化する光硬化型のインクでも良い。
The
印刷駆動部63は、演算処理部23の制御の下、印刷ヘッド62の駆動として、印刷ヘッドの吐出制御と、印刷ヘッド62の移動制御とを行う。この印刷駆動部63は、第2データD2に基づき印刷ヘッド62を駆動することにより、第2データD2に対応する画像を転写用部材67の転写面67Aに印刷する。
定着部64は、立体造形物100に転写されたインクを硬化させる処理を行い、例えば、光を照射してインクを硬化させる処理、又は、熱風による乾燥によりインクを定着させる処理を行う。
The
The fixing
この着色部113を利用して立体造形物100の内部底面101に着色する場合の動作を説明する。まず、第2データ作成部25Bは、演算処理部23と協働して、3DデータDAから、内部底面101の色を示す色データDA2を抽出し、この色データDA2に対応する画像を印刷させる第2データD2を作成する。なお、内部底面101が曲面などである場合、第2データ作成部25Bは、色データDA2に対応する画像を平面展開した画像に変換し、この変換後の画像を印刷させる第2データD2を作成する。なお、このデータ作成処理は、第2データ作成部25Bが単独で行っても良い。
An operation in the case where the
次いで、着色部113は、演算処理部23の制御の下、第2データD2に基づいて、印刷ヘッド62により、転写用部材67の転写面67Aに画像を印刷した後、印刷ヘッド62を、転写用部材67から離れた待機位置(図12に二点鎖線で示す位置)に移動する。その後、演算処理部23が、立体造形物100を、搬送部14により転写用部材67に向けて下方に移動させる。
この場合、転写用部材67は、柔軟性を有するため、立体造形物100の凹形状に合わせて変形し、仮に立体造形物100の内部底面101が凹凸を有していても、その凹凸に合わせて変形し、転写面67Aを内部底面101の略全面に当接させることができる。これによって、転写面67Aに印刷された転写画像を、内部底面101に転写することができる。その後、定着部64により定着処理が施されることによって、内部底面101への着色が完了する。
Next, the
In this case, since the
なお、上記転写用部材67は、立体造形物100の内部底面101への着色用途に限らず、立体造形物100が有する様々な凹部への着色用途に広く適用可能である。また、上記転写用部材67を移動させて立体造形物100に着色しても良い。
The
このように、本実施形態の着色部113は、立体造形物100の表面に沿って変形可能であって、第2データD2に基づき転写画像が印刷される転写用部材67を有する。そして、着色部113は、この転写用部材67と立体造形物100とを互いに接触させて、転写画像を立体造形物100に転写する。これにより、水圧転写では印刷し難い内部底面101などの凹部の内面などに容易に着色することができる。
また、この転写用部材67は、凹部以外の部位への着色、例えば、凸部等の凹凸面、或いは、曲面等への着色に使用しても良い。
As described above, the
Further, the
従って、第2実施形態の造形装置10は、凹部などを有するカラーの立体造形物100を容易に製造することができる。
また、着色部13は、インクジェット技術を用いた印刷ヘッド62を用いて転写画像を転写用部材67に印刷するので、公知の印刷ヘッドを用いて高品質な画像を転写要部材67に印刷し易くなる。また、造形装置10が、第1実施形態の着色部13の構成を更に具備しても良い。この場合、着色対象の立体造形物100の着色箇所に応じて、着色部13,113をそれぞれ使い分けることが可能になる。
Therefore, the
Moreover, since the
なお、上述した実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば、上述の実施形態において、着色部13が立体造形物100に着色して得られる表面層を多層構造にしても良い。ここで、図13は、多層構造の表面層の一例を示した図である。この表面層200は、立体造形物100側の層を構成する第1層201と、第1層201に対して立体造形物100と反対側に設けられる第2層202とを備えている。各層201,202は、印刷ヘッド62により水面又は水圧転写用フィルムに、第2層202の上に第1層201を重ねて印刷して多層の転写画像を形成する方法、又は、1層毎に水圧転写により立体造形物100に転写する方法のいずれでも良い。
The above-described embodiment shows one aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied within the scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the surface layer obtained by the
第1層201、及び第2層202のうち、いずれかの層が第2データD2に基づき色を着色したカラー層とされる。また、カラー層以外は、以下のように構成すれば良い。
第1層201に対して立体造形物100と反対側に設けられる第2層202を、カラー層にした場合、第1層201を、白色系、グレー系、黒系、金属色系、透明色のクリアー系のいずれかの色にすることが好ましい。白色系にした場合、発色の向上、及び色再現域の拡大が可能である。また、グレー系、又は、黒系にした場合、立体造形物100の素材の色による影響を抑えることができる。また、金属色系にした場合、金属光沢感を再現できる。また、クリアー系にした場合、カラー層の定着を改善し易くなる。
One of the
When the
立体造形物100側の第1層201をカラー層にした場合、第2層202を、透明色のクリアー層にすることが好ましい。この場合、カラー層を保護できるとともに、表面光沢を得やすくなる。なお、透明色は、色を有する透明色を含む。例えば、第2層202をピンク色の透明色にすることが好ましい。また、表面層200を3層以上に構成しても良い。
When the
また、上述の実施形態では、インクジェット方式の印刷ヘッド62を用いる場合を説明したが、これに限らず、公知の他の印刷ヘッドを用いても良い。また、水圧転写用フィルムに印刷する場合、フィルムへの印刷を転写槽61から離れた箇所で行い、印刷後の水圧転写用フィルムを、搬送部14により水面の決められた位置などに搬送しても良い。また、転写用部材67を用いる場合、転写用部材を、印刷位置に移動する構成にしても良い。さらに、各図に示した機能ブロックは、ハードウェアとソフトウェアの協働により任意に実現可能であり、特定のハードウェア構成を示唆するものではない。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
10…カラー立体造形装置、11…制御部、12…立体造形部、13…着色部、14…搬送部、21…データ取得部、22…記憶部、23…演算処理部、24…操作入力部、25…データ作成部、25A…第1データ作成部、25B…第2データ作成部、26…報知部、31…ステージ、32…造形ユニット、33…造形駆動部、37…転写用部材、41…搬送機構、42…回転機構、51…出力トレイ、61…転写槽、62…印刷ヘッド、63…印刷駆動部、64…定着部。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記入力データから、前記3Dオブジェクトを多層に分割したときの各層の形状に関する第1データと、前記3Dオブジェクトの表面の色に関する第2データとを作成するデータ作成部と、
前記第1データに基づいて前記3Dオブジェクトを立体造形する立体造形部と、
前記立体造形部が立体造形した立体造形物を、搬送する搬送部と、
前記搬送部により搬送された前記立体造形物に対し、前記第2データに基づき前記表面の色を着色する着色部と、
を備えることを特徴とするカラー立体造形装置。 A data acquisition unit for acquiring 3D object data as input data;
A data creation unit that creates, from the input data, first data relating to the shape of each layer when the 3D object is divided into multiple layers, and second data relating to the color of the surface of the 3D object;
A three-dimensional modeling unit that three-dimensionally models the 3D object based on the first data;
A transport unit that transports the three-dimensional object that the three-dimensional model unit has three-dimensionally shaped;
A coloring unit that colors the surface color based on the second data for the three-dimensional structure conveyed by the conveyance unit;
A color three-dimensional modeling apparatus comprising:
前記着色部は、前記第2データに基づき前記転写画像を印刷する印刷ヘッドを備え、印刷された前記転写画像を前記立体造形物に転写することを特徴とする請求項1に記載のカラー立体造形装置。 The data generation unit acquires a normal vector of a surface where the color of the surface exists from the input data, specifies a plane that can be colored on the surface based on the normal vector, and transfers the plane developed on the plane Creating the second data representing an image;
2. The color three-dimensional modeling according to claim 1, wherein the coloring unit includes a print head that prints the transfer image based on the second data, and transfers the printed transfer image to the three-dimensional model. apparatus.
前記転写用部材と前記立体造形物とを互いに接触させて、前記転写画像を前記立体造形物に転写することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のカラー立体造形装置。 The colored portion is deformable along the surface of the three-dimensional structure, and has a transfer member on which a transfer image is printed based on the second data,
5. The color three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the transfer member and the three-dimensional model are brought into contact with each other to transfer the transfer image to the three-dimensional model.
データ作成部により、前記入力データから、前記3Dオブジェクトを多層に分割したときの各層の形状に関する第1データと、前記3Dオブジェクトの表面の色に関する第2データとを作成し、
立体造形部により、前記第1データに基づいて前記3Dオブジェクトを立体造形し、
搬送部により、前記立体造形部が立体造形した立体造形物を搬送し、
着色部により、前記搬送された前記立体造形物に対し、前記第2データに基づき前記表面の色を着色する
ことを特徴とするカラー立体造形装置の制御方法。 The data acquisition unit acquires 3D object data as input data,
The data creation unit creates, from the input data, first data relating to the shape of each layer when the 3D object is divided into multiple layers, and second data relating to the surface color of the 3D object,
3D modeling of the 3D object based on the first data by the 3D modeling unit,
By the transport unit, the three-dimensional modeled part is transported by the three-dimensional model,
A color three-dimensional modeling apparatus control method, wherein a color of the surface is colored based on the second data with respect to the conveyed three-dimensional modeled object by a coloring unit.
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