JP2017170874A - カラー三次元モデルのスライス印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】色材を収容可能なカラーセルを生成することで、インクジェット式によるカラー三次元モデルの印刷を効果的に実現可能な三次元モデルのスライス印刷方法の提供。
【解決手段】本発明に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法は、カラー三次元物体の着色モデルを確立するステップと、着色モデルを複数のカラーセルに切削し、色材を収容するための収容スペースに各カラーセルのシェルを形成するステップと、カラー三次元物体の色に基づいて、複数のカラーセルに収容される複数の色材の色をそれぞれ設定し、且つカラー三次元モデルに対応するカラー印刷データを生成するステップと、複数のカラーセルに基づいて、カラー印刷データに関連する物体印刷データを生成するステップと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、三次元モデルのスライス印刷方法に関し、特に、カラー三次元モデルのスライス印刷方法に関する。
光造形（Ｓｔｅｒｅｏ−ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＳＬ）方式やデジタルライトプロセッシング（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＤＬＰ）方式などの三次元印刷技術においては、主に、液状の感光性樹脂（ＵＶ ｃｕｒａｂｌｅ ｒｅｓｉｎ）といった印刷材料を使って印刷を行う。さらに、印刷中に感光性樹脂に光線（例えば、紫外線やレーザ光）を照射して感光性樹脂の重合反応を誘発させることで、感光性樹脂を固化させる。そうすることで、実体化した三次元モデルを製作することができる。
現在、市販されている複数色の感光性樹脂が使用者により用いられるが、従来の光造形方式の３Ｄプリンタは複数色の印刷機能を有していない。さらに、色の異なる感光性樹脂を均一に混合することができないため、従来の光造形方式の３Ｄプリンタでは、様々な色の感光性樹脂を任意に調製することができない。使用者がカラー三次元モデルを印刷しようとする場合、モノクロ感光性樹脂を用いてモノクロ三次元モデルを印刷し、それから、モノクロ三次元モデルに手描きで色を着色することによってカラー三次元モデルを得るようにしている。このように、使用者にとっては、従来の光造形技術やデジタルライトプロセッシング技術を用いたカラー三次元モデルの製造に時間を費やす上、手間が掛かる。
従って、本発明は、カラー三次元モデルを印刷するための印刷データを生成可能なカラー三次元モデルのスライス印刷方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法は、プロセッサによって行われ、カラー三次元物体に基づいて着色モデルを確立するステップａと、前記着色モデルを複数のカラーセルに切削し、各前記カラーセルのシェルを、色材を収容するための収容スペースに形成するステップｂと、前記カラー三次元物体の色に基づいて、複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を設定し、且つ前記カラー三次元モデルに対応するカラー印刷データを生成するステップｃと、前記カラー印刷データ及び複数の前記カラーセルに基づいて、前記カラー印刷データに関連する物体印刷データを生成するステップｄと、を含む。
好適には、前記ステップａでは、前記カラー三次元物体に基づいて前記着色モデル及び内部モデルを確立する。前記ステップｄでは、前記カラー印刷データ、前記内部モデル及び複数の前記カラーセルに基づいて、前記カラー三次元モデルに対応する物体印刷データを生成する。
好適には、前記ステップａは、着色の厚さに基づいて、前記カラー三次元物体を前記着色モデル及び前記内部モデルに切削するステップａ１を含む。
好適には、前記ステップｂは、カラーセルの数及びカラーセルのサイズに基づいて、前記着色モデルを複数の前記カラーセルに切削するステップｂ１を含む。
好適には、前記ステップｂは、複数の前記カラーセルの１つが最上層に位置すると判断した場合、前記カラーセルの前記シェルにトップキャップを増設するステップｂ２をさらに含む。
好適には、前記ステップｃは、前記カラー三次元物体の複数の部位のうちの１つの物体の色を取得するステップｃ１１と、前記物体の色及びディザアルゴリズムによって、前記部位に対応する複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を設定して、複数の前記カラーセルが複数の前記色材によってドット方式で前記物体の色を表すステップｃ１２と、全ての前記カラーセルに収容される前記色材の色の設定を終了するまで、前記ステップｃ１１及び前記ステップｃ１２を繰り返し実行するステップｃ１３と、複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色に基づいて、前記カラー印刷データを生成するステップｃ１４と、を含む。
好適には、前記ステップｃは、前記カラー三次元物体の複数の部位のうちの１つの物体の色を取得するステップｃ２１と、前記物体の色に対応する色調整値を計算するステップｃ２２と、前記部位に対応する複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を、前記色調整値に設定するステップｃ２３と、全ての前記カラーセルに収容される前記色材の色の設定を終了するまで、前記ステップｃ２１、前記ステップｃ２２及び前記ステップｃ２３を繰り返し実行するステップｃ２４と、複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色に基づいて、前記カラー印刷データを生成するステップｃ２５と、を含む。
好適には、前記物体印刷データに基づいて、複数の前記カラーセルを層ごとに印刷するように第一吐出ヘッドを制御するステップｅと、複数の前記カラーセルを印刷している場合、且つ同一層に位置する複数の前記カラーセルの印刷を終了した場合、前記カラー印刷データに基づいて、印刷を終了した、同一層の複数の前記カラーセルの前記収容スペース内に複数の前記色材をそれぞれ充填するように第二吐出ヘッドを制御するステップｆと、をさらに含む。
好適には、前記ステップｅでは、複数の前記カラーセルを下から上へ層ごとに印刷するとともに、下層に位置する複数の前記カラーセルに複数の前記色材を充填した後、上層の複数の前記カラーセルを印刷し、これにより、上層の複数の前記カラーセルの複数のベースを下層の複数の前記カラーセルの複数のトップキャップとする。
前記第一吐出ヘッドは、感光性樹脂を用いて印刷を行い、さらに印刷された前記感光性樹脂に光線を照射して前記感光性樹脂を固化させる。固化した前記感光性樹脂は、光透過可能である。複数の前記色材は、色の異なるインクである。
本発明に係る三次元モデルのスライス印刷方法によれば、色材を収容可能なカラーセルを生成することで、インクジェット式によるカラー三次元モデルの印刷を効果的に実現することができる。
本発明の第一実施形態に係る三次元印刷システムのアーキテクチャを示す図である。 本発明の第一実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示すフローチャートである。 切削後の本発明に係るカラー三次元モデルを上方からみた場合を示す断面図である。 本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第１の断面図である。 本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第２の断面図である。 本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第３の断面図である。 本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第４の断面図である。 本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第５の断面図である。 本発明の第三実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示すフローチャートの一部である。 本発明のディザリング処理を示す説明図である。 本発明の第一カラー三次元モデルを示す図である。 本発明の第一カラー三次元モデルを上方からみた場合を示す断面図である。 本発明の第一カラー三次元モデルを側方からみた場合を示す断面図である。 本発明の第二カラー三次元モデルを示す図である。 本発明の第二カラー三次元モデルの短辺における、側方からみた場合を示す断面図である。 本発明の第二カラー三次元モデルの長辺における、側方からみた場合を示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る三次元印刷システムのアーキテクチャを示す図である。図１に示すように、本発明に係る三次元印刷システム１（以下、印刷システム１と称する）は、主に、コンピュータ機器１０及びカラー３Ｄプリンタ１２を含む。なお、コンピュータ機器１０は、カラー３Ｄプリンタ１２と一体に製造されてもよい。この場合、カラー３Ｄプリンタ１２は、コンピュータ機器１０としての機能を兼有する。
コンピュータ機器１０は、主に、カラー３Ｄプリンタ１２に電気的に接続する接続ポート１０２（例えば、ＵＳＢポート）と、操作を受け付けてデータを出力するためのヒューマンインターフェース１０４（例えば、キーボード、マウスまたはタッチパネル）と、データを記憶するためのメモリ１０６と、上記の構成要素に電気的に接続されてコンピュータ機器１０を制御するためのプロセッサ１００とを含む。好ましくは、コンピュータ機器１０は、デスクトップコンピュータ、ノートパソコン、クラウドサーバーまたはスマートフォンであってもよいが、これに限定されない。
好ましくは、メモリ１０６は、コンピュータプログラム１０６０を記憶していてもよい。コンピュータプログラム１０６０は、コンピュータが実行可能なソースコードを記録している。プロセッサ１００がコンピュータプログラム１０６０を実行することで、本発明に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を実現することができる。
カラー３Ｄプリンタ１２は、カラー三次元モデルを印刷するためのものである。詳細には、このカラー３Ｄプリンタ１２は、光造形（Ｓｔｅｒｅｏ−ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＳＬ）方式の３Ｄプリンタまたはデジタルライトプロセッシング（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＤＬＰ）方式の３Ｄプリンタであり、少なくとも第一吐出ヘッド１２０及び第二吐出ヘッド１２２を含む。第一吐出ヘッド１２０は、液状の感光性樹脂（ＵＶ ｃｕｒａｂｌｅ ｒｅｓｉｏｎ）を吐出して印刷を行う。その後、吐出された感光性樹脂に対して、光源モジュール（図示せず）によって光線（例えば、紫外線やレーザ光）を照射することで、感光性樹脂を固化させる。好ましくは、固化した感光性樹脂は光透過可能である。第二吐出ヘッド１２２は、色の異なる複数の色材（例えば、色の異なるインク、色の異なるアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンの共重合体（ＡＢＳ）の色剤、ポリ乳酸（ＰＬＡ）の色剤、色の異なる印刷用トナーまたはインキ）を用いて印刷を行ってもよい。
好ましくは、コンピュータ機器１０は、使用者がロードしたカラー三次元物体にスライス処理を行って、カラー印刷データ及び物体印刷データ（カラー印刷データ及び物体印刷データを同じファイルに格納してもよい）を生成する。次に、カラー３Ｄプリンタ１２は、物体印刷データに基づいて、モノクロ三次元モデルを印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御するとともに、印刷中にカラー印刷データに基づいてモノクロ三次元モデルに着色するように第二吐出ヘッド１２２を制御する。これにより、カラー三次元モデルを形成する。
図２は、本発明の第一実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示すフローチャートである。本発明の各実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法（以下、スライス印刷方法と称する）は、図１に示す印刷システム１によって実現される。本実施形態に係るスライス印刷方法は、スライス処理を行うための下記のステップを含む。
ステップＳ１０：印刷システム１にカラー三次元物体をロードする。
ステップＳ１２：印刷システム１は、カラー三次元物体に基づいて着色モデルを確立する。
好ましくは、印刷システム１は、カラー三次元物体に基づいて着色モデル及び内部モデルを同時に確立し、且つ内部モデルを複数の内部物体層にスライスしてもよい。使用者は、形成されるカラー三次元モデルの外観がカラー三次元物体と一致するか否かについて気にするが、その内部の色や構造について気にすることがない。そのため、印刷システム１は、外観に無関係な内部モデルを確立することなく、カラー三次元物体のみに基づいてカラー三次元物体の外観に対応する着色モデルを確立してもよい。
また、印刷システム１は、カラー三次元物体に基づいてカラー三次元物体の外観に対応する着色モデル、及び外観に無関係な内部モデルを確立し、さらに、後工程中に着色モデル及び内部モデルに対して異なる処理（例えば、内部モデルをモノクロで印刷したり、内部モデルに対する消耗品の使用量を減らしたり（例えば、充填密度を低下させる）する等）を行うことで、印刷コストを低下させるか、または印刷速度を加速させることができる。
ステップＳ１４：印刷システム１は、着色モデルを複数のカラーセルに切削する。各カラーセルのシェルは、色材を収容するための収容スペースに形成される。好ましくは、印刷システム１は、これらカラーセルを複数のカラーセル物体層にスライスする。
各カラーセルは、二次元画像の画素（ｐｉｘｅｌ）のように、カラー三次元モデルの最小顕色セルとして、色材によって充填されるとカラーセルの色を表すことができる。これにより、大量のカラーセルを積層して得られたカラー三次元モデルはカラーの外観を呈することになる。
さらに、色材が液状（例えば、インク）の場合でも、本発明のカラーセルの収容スペースは色材を収容して色表現の効果を奏することができる。
ステップＳ１６：印刷システム１は、カラー三次元物体の色に応じて、これらカラーセルに収容されて対応する色材の色を設定するとともに、カラー三次元モデルに対応するカラー印刷データを生成する。好ましくは、カラー印刷データには、各カラーセルの位置及びそれに収容される色材の色が記録されている。
ステップＳ１８：印刷システム１は、複数のカラーセルに収容される複数の色材の色及びこれらカラーセルに基づいて、カラー印刷データに関連する物体印刷データを生成する。
好ましくは、印刷システム１は、まず、複数のカラーセル物体層を、対応する複数のカラーセルに収容される複数の色材の色と関連付け、次に、複数の内部物体層、及び関連付けられた複数のカラーセル物体層に基づいて物体印刷データを生成する。
本発明は、収容スペースを有するカラーセルを生成して色材を収容することにより、インクジェット式によるカラー三次元モデルの印刷を効果的に実現することができる。
図３は、本発明の第二実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るスライス印刷方法は、スライス処理を行うためのステップＳ３０〜Ｓ４４、及び印刷処理を行うためのステップＳ４６〜Ｓ４８を含む。
ステップＳ３０：印刷システム１にカラー三次元物体をロードする。
ステップＳ３２：印刷システム１は、複数のカラーセルの着色の厚さ、カラーセルの数及びカラーセルのサイズを決定する。詳細には、印刷システム１は、ロードされたカラー三次元物体のサイズや使用者の設定によって着色の厚さ、カラーセルの数及びカラーセルのサイズを決定してもよい。着色の厚さが厚いほど、カラーセルの数が多いほど、またはカラーセルのサイズが小さいほど、形成されるカラー三次元モデルの外観の色が繊細になるが、印刷コストが高くなる。逆の場合、着色の厚さが薄いほど、カラーセルの数が少ないほど、またはカラーセルのサイズが大きいほど、形成されるカラー三次元モデルの外観の色が粗くなるが、印刷コストを減らすことができる。
ステップＳ３４：印刷システム１は、着色の厚さに基づいて、カラー三次元物体を着色モデル及び内部モデルに切削する。好ましくは、印刷システム１は、着色の厚さ、カラーセルの数及びカラーセルのサイズに基づいて、カラー三次元物体を着色モデル及び中空の内部モデル（図４に示す中空の内部モデル２２）に切削する。このように、中空の内部モデルを形成することで、印刷消耗品の使用量を効果的に減らすことができる。
本実施形態では、中空の内部モデルを形成するが、これに限定されない。印刷システム１は、カラー三次元物体を着色モデル及び中実の内部モデルに切削してもよい。このように、中実の内部モデルを形成することで、製造されたカラー三次元モデルの構造強度を効果的に向上させることができる。
ステップＳ３６：印刷システム１は、カラーセルの数及びサイズに基づいて、積層された複数のカラーセルに着色モデルを切削する。好ましくは、これらカラーセルは、柱状体（例えば、正方体、直方体、六角柱または円柱）である。
図４は、切削後の本発明に係るカラー三次元モデルを上方からみた場合を示す断面図であり、切削後のカラーセル及び内部モデルを例示して説明する。図４に示すように、印刷システム１は、カラー三次元物体を着色モデル２０及び中空の内部モデル２２に切削し、さらに着色モデル２０を複数のカラーセル２００（本実施形態において正方体である）に切削する。
また、内部モデル２２は中空であるため、印刷中に、印刷システム１は、内部モデル２２内の中空部分を印刷することなく、内部モデル２２の本体のみを印刷することになる。これにより、消耗品の使用量を効果的に減らすことができる。
ステップＳ３８：印刷システム１は、カラー三次元モデルの最上層に位置するカラーセルがあるか否かを判断する。カラー三次元モデルの最上層に位置するカラーセルがある場合、ステップＳ４０を実行し、逆の場合、ステップＳ４２を実行する。
ステップＳ４０：印刷システム１では、最上層に位置するカラーセルのシェルにトップキャップを増設する。詳細には、色材の溢れを防止するため、カラーセルを密封する必要がある。さらに、これらカラーセルが互いに積層される（図５乃至図９に示す）ため、上層のカラーセルのベースは、直接にその下層にあるカラーセルのトップキャップとして機能することができ、その場合、トップキャップの増設の必要がなくなる。このように、最上層のカラーセルのみに対して、トップキャップを増設する必要がある。好ましくは、印刷システム１では、トップキャップに対応する複数のトップキャップ物体層を、複数のカラーセル物体層内における、対応する位置に追加することで、トップキャップの増設を実現する。
ステップＳ４２：印刷システム１は、カラー三次元物体の色に基づいて、複数のカラーセルに収容される複数の色材の色をそれぞれ設定するとともに、カラー三次元モデルに対応するカラー印刷データを生成する。
好ましくは、印刷システム１は、一部のカラーセルに収容される色材の色のみを設定してもよい。これにより、後の印刷中に、一部のカラーセルのみに色材を充填し、他の一部のカラーセルに色材を充填しないようにする。
本発明では、一部のカラーセルに収容される色材の色のみを設定する一方、他の一部のカラーセルに印刷時に色材を充填しないことにより、色材の使用量を効果的に減らすことができる。また、色材が充填されないカラーセルと、色材が充填されるカラーセルとを交互に配列することにより、本実施形態に係るスライス印刷方法で製造されたカラー三次元モデルは色の濃淡をより豊かに表現することができる。
好ましくは、カラー印刷データは、第二吐出ヘッド１２２のカラー印刷経路を含む。このカラー印刷経路には、複数の切換点に対応する複数の復帰点が設置される。カラー３Ｄプリンタ１２は、カラー印刷経路に沿って印刷するように第二吐出ヘッド１２２を制御する場合、特定の位置に特定の色材を充填することができる。
ステップＳ４４：印刷システム１は、カラー印刷データ、内部モデル２２及び複数のカラーセルに基づいて、カラー印刷データに関連する物体印刷データを生成する。
好ましくは、物体印刷データは、第一吐出ヘッド１２０の物体印刷経路を含む。カラー３Ｄプリンタ１２は、物体印刷経路に沿って印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御する場合、カラーセル及び内部モデルを印刷することができる。
さらに、印刷システム１では、物体印刷経路内に、対応するカラー印刷データにおけるカラー印刷経路の復帰点と関連付けられる切換点を設置する。各切換点は、同一層の、複数のカラーセルに対応する複数のカラーセル物体層の印刷終了点である。
このように、後の印刷中に、印刷システム１は、物体印刷経路に沿って切換点まで印刷する（すなわち、同一層の複数のカラーセルの印刷を終了する）と、対応する復帰点からカラー印刷経路に沿って、印刷を終了したカラーセル内に正確な色材を充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御することができる。
本実施形態においては、同一層の、複数のカラーセルに対応する複数のカラーセル物体層の印刷終了点を切換点としますが、これに限定されない。本発明の他の実施形態においては、各カラーセルの印刷終了点を切換点としましてもよい。これにより、印刷システム１は、各カラーセルの印刷を終了した後、印刷を終了したカラーセル内に対応する色材を継続的に充填することができる。
ステップＳ４６：印刷システム１のカラー３Ｄプリンタ１２は、物体印刷データに基づいて、内部モデル２２及び複数のカラーセルを層ごとに印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御する。
好ましくは、カラー３Ｄプリンタ１２は、物体印刷データに基づいて、物体印刷経路に沿って感光性樹脂を用いて下から上へ、内部モデルに対応する内部物体層、及び、カラーセルに対応するカラーセル物体層を層ごとに印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御する。
ステップＳ４８：印刷システム１のカラー３Ｄプリンタ１２は、カラーセルを印刷する間に、カラー印刷データに基づいて、カラーセルの収容スペースに色材を充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御する。好ましくは、カラー３Ｄプリンタ１２はカラーセルを印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御すると同時に、カラー印刷データに基づいて、対応する色材を、印刷を終了したカラーセルの収容スペースに充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御する。
好ましくは、カラー３Ｄプリンタ１２は、同一層の複数のカラーセルの印刷を終了した（すなわち、第一吐出ヘッド１２０は、物体印刷経路に沿って複数の切換点のうちの一つまで印刷を行った）場合、カラー印刷データに基づいて、カラー印刷経路に沿って、印刷を終了した同一層の複数のカラーセルの収容スペースに対応する色材を充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御する（すなわち、第二吐出ヘッド１２２は、カラー印刷経路に沿って、上記の切換点に対応する復帰点から印刷を開始する）。
さらに、カラー３Ｄプリンタ１２は、色材を充填した（すなわち、第二吐出ヘッド１２２は、カラー印刷経路に沿って、切換点に対応するもう一つの復帰点まで印刷した）後、一層下の複数のカラーセルを印刷し続ける（すなわち、第一吐出ヘッド１２０は、物体印刷経路に沿って切換点から印刷し続ける）。
これにより、本発明は、カラー三次元物体に対応するカラー三次元モデルを製造することができる。
図５は、本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第１の断面図である。図６は、本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第２の断面図である。図７は、本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第３の断面図である。図８は、本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第４の断面図である。図９は、本発明に係るカラー三次元モデルのカラーセルの第５の断面図である。図５乃至図９を参照しながら、本発明のカラーセルの印刷方法及び色材の充填方法について説明する。さらに、本実施形態において、カラー３Ｄプリンタ１２は、光透過可能な消耗品を用いて印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御する。
まず、図５に示すように、カラー３Ｄプリンタ１２は、複数のカラーセル物体層を層ごとに印刷するように第一吐出ヘッド１２０を制御する。こうすることで、光透過可能な正方体のカラーセル３０、３２、３４を三つ印刷することができる。
次に、図６に示すように、カラー３Ｄプリンタ１２は、各カラーセル３０、３２、３４の収容スペース内に、色の異なる色材（赤色インク４０、緑色インク４２及び青色インク４４を例示する）を充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御する。
次に、図７に示すように、カラー３Ｄプリンタ１２は、下層のカラーセル３０、３２、３４に色材を充填した後、上層の複数のカラーセル物体層を層ごとに印刷し続けるように第一吐出ヘッド１２０を制御する。こうすることで、他の二つのカラーセル３６、３８を印刷し得るとともに、カラーセル３４のトップキャップ３４０を印刷し得る。上層の２つのカラーセル３６、３８のベースが直接に下層の２つのカラーセル３０、３２のトップキャップとして機能することができるとともに、カラーセル３４にトップキャップ３４０を設けたため、これらカラーセル３０、３２、３４のそれぞれが密封され、色材が溢れ出ることがない。
次に、図８に示すように、カラー３Ｄプリンタ１２は、各カラーセル３６、３８の収容スペース内に、色の異なる色材（赤色インク４６及び緑色インク４８を例示する）を充填するように第二吐出ヘッド１２２を制御する。
次に、図９に示すように、カラー３Ｄプリンタ１２は、複数のカラーセル物体層を層ごとに印刷し続けるように第一吐出ヘッド１２０を制御する。こうすることで、カラーセル３６のトップキャップ３６０及びカラーセル３８のトップキャップ３８０を印刷し得てカラーセルを密封する。これにより、全てのカラーセル３０、３２、３４、３６、３８は密封されて、色材が溢れ出ることがない。さらに、カラーセル３０、３２、３４、３６、３８は光透過可能な消耗品から製造されたため、その外観が収容される色材の色を表すことができる。
図１０は、本発明の第三実施形態に係るカラー三次元モデルのスライス印刷方法を示す一部のフローチャートである。本発明の第三実施形態は、第二実施形態と異なり、スライス印刷方法のステップＳ４２が下記のステップをさらに含む。
ステップＳ４２０：印刷システム１は、カラー三次元物体の複数の部位のうちの１つの物体の色を取得する。好ましくは、カラー三次元物体の各部位の物体の色は、使用者によって設定される。
ステップＳ４２２：印刷システム１は、上記の部位に対応する複数のカラーセルに収容される色材の色を設定する。
好ましくは、印刷システム１は、物体の色及びディザ（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ）アルゴリズムに基づいて、上記の部位に対応する複数のカラーセルに収容される色材の色を設定する。これにより、カラーセルは、収容される色材によってドット方式で物体の色を表す。
詳細には、人間視覚システム（ｈｕｍａｎ ｖｉｓｕａｌ ｓｙｓｔｅｍ）は、ローパスフィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）と同様に、見られた画像のハイパス部分（例えば、カラーセルのシェルの詳細）を自動的に濾過するとともに、ローパス部分（例えば、カラーセルが表す色）を保留する。ディザアルゴリズムとは、モノクロ（例えば、黒色）のカラーセルを密度で配列し、上記の特徴によって様々な色（例えば、黒色、ダークグレーまたはライトグレー）の錯覚を引き起こすことで、可視領域の色域を拡大可能なアルゴリズムである。さらに、これらカラーセルのサイズが小さいほど、または数が多いほど、上記の効果がより著しくなる。
図１１は、本発明のディザリング処理を示し、ディザアルゴリズムを説明するための図である。図１１に示すパターンは３２×３２個のカラーセルからなる。これらカラーセルは、黒色及び白色の二種類のみである。図１１に示すように、黒色のカラーセルのドット密度は、右側（最も高い）から左側（最も低い）へ漸次低くなる。これにより、黒から段々白くなるといった錯覚を引き起こすことができる。
上記の説明により、白色の色材を収容するカラーセル及び黒色の色材を収容するカラーセルのみでディザリング処理を行うが、これに限定されない。他の実施形態において、印刷システム１は、ディザアルゴリズムで色（例えば、青色、マゼンタ、黄色、黒色、白色）の異なる色材を収容するカラーセルを密度で配列することで、可視領域の色域を拡大することができる。
従来の三次元印刷消耗品（例えば、ＡＢＳやＰＬＡ）は、容易に混合可能なインクと異なり、溶融した後に均一に混合することができないため、任意に色の異なる消耗品を用いて所望の色に調整し且つカラー三次元印刷を行うことができない。そのため、従来の三次元印刷消耗品は、多色の三次元印刷のみに用いられるが、カラー三次元印刷に用いられない。本発明では、ディザアルゴリズムで可視領域の色域を拡大し、少量の色を用いてカラー三次元印刷を実現することができる。
本実施形態において、印刷システム１は、ドット方式で物体の色を表すが、これに限定されない。本発明の別の実施形態において、印刷システム１は、複数の色材に対応する全てのカラーセルの色を物体の色に直接に設定してもよい。ここでは、複数の色材は、部位の複数のカラーセルに収容される。
詳細には、印刷システム１は、物体の色及び色調整アルゴリズムによって、物体の色に対応する色調整値を計算し、さらに、複数の色材に対応する全てのカラーセルの色を色調整値に設定することで、印刷後のカラーセルが同じ色に表される。ここでは、複数の色材は、部位の複数のカラーセルに収容される。
好ましくは、色調整アルゴリズムとは、特定の物体の色を、各色（例えば、青色、マゼンタ、黄色、黒色、白色）のインクの配合率に対応する色調整値に変換するアルゴリズムである。これにより、第二吐出ヘッド１２２が直接に色調整値に基づいて各色のインクの吐出量を制御して正確なインクの色を得ることができる。
ステップＳ４２４：印刷システム１は、全てのカラーセルの色の設定を終了したか否かを判断する。全てのカラーセルの色の設定を終了した場合、ステップＳ４２６を実行し、逆の場合、ステップＳ４２０を実行する。
ステップＳ４２６：印刷システム１は、カラーセルの色に応じて、カラー印刷データを生成する。
図１２は、本発明の第一カラー三次元モデルを示す図である。図１３は、本発明の第一カラー三次元モデルを上方からみた場合を示す断面図である。図１４は、本発明の第一カラー三次元モデルを側方からみた場合を示す断面図である。図１２乃至図１４は、本発明に係るスライス印刷方法によって製造されたカラー三次元モデルを例示的に説明するためのものである。
図１２に示すように、本実施形態において、カラー三次元モデルは、四角錐モデル５であって、緑色側面５０、赤色側面５２、オレンジ色側面５４、紫色側面５６及び青色底面５８の五つ面を有する。
図１３は、四角錐モデル５を破線１３で切断した場合において、上方からみた場合を示す断面図である。四角錐モデル５の内部は、光透過可能な中実の内部モデル６０（例えば、光透過可能な感光性樹脂から印刷されて得られるもの）であって、着色モデルのみがカラーである（すなわち、色の異なるカラーセルが積層されて得られる）。
図１４は、四角錐モデル５を破線１４で切断した場合において、側方からみた場合を示す断面図である。四角錐モデル５の内部は、光透過可能な中実の内部モデル６０であって、着色モデルのみがカラーである。
図１５は、本発明の第二カラー三次元モデルを示す図である。図１６は、本発明の第二カラー三次元モデルの短辺における、側方からみた場合を示す断面図である。図１７は、本発明の第二カラー三次元モデルの長辺における、側方からみた場合を示す断面図である。図１５乃至図１７は、本発明に係るスライス印刷方法によって製造されたカラー三次元モデルを例示的に説明するためのものである。
図１５に示すように、本実施形態において、カラー三次元モデルは、柱状モデル７であって、緑色側面７０、赤色側面７２、グレー色側面７４、オレンジ色側面７６、青色頂面７８及び紫色底面８０の六つ面を有する。
図１６は、柱状モデル７を破線１６で切断した場合の短辺における、側方からみた場合を示す断面図である。柱状モデル７の内部は、光透過可能な中実の内部モデル８２であって、着色モデルのみがカラーである。
図１７は、柱状モデル７を破線１７で切断した場合の長辺における、側方からみた場合を示す断面図である。柱状モデル７の内部は、光透過可能な中実の内部モデル８２であって、着色モデルのみがカラーである。
以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。
１ 三次元印刷システム
１０ コンピュータ機器
１００ プロセッサ
１０２ 接続ポート
１０４ ヒューマンインターフェース
１０６ メモリ
１０６０ コンピュータプログラム
１２ カラー３Ｄプリンタ
１２０ 第一吐出ヘッド
１２２ 第二吐出ヘッド
１３−１４、１６−１７ 破線
２０ 着色モデル
２００、３０、３２、３４、３６、３８ カラーセル
２２、６０、８２ 内部モデル
３４０、３６０、３８０ トップキャップ
４０、４２、４４、４６、４８ インク
５ 四角錐モデル
５０、５２、５４、５６、７０、７２、７４、７６ 側面
５８、８０ 底面
７ 柱状モデル
７８ 頂面
Ｓ１０〜Ｓ１８ 第一スライス印刷ステップ
Ｓ３０〜Ｓ４８ 第二スライス印刷ステップ
Ｓ４２０〜Ｓ４２６ 色設定ステップ

Claims (10)

  1. プロセッサによって行われるカラー三次元モデルのスライス印刷方法であって、
    カラー三次元物体に基づいて着色モデルを確立するステップａと、
    前記着色モデルを複数のカラーセルに切削し、各前記カラーセルのシェルを、色材を収容するための収容スペースに形成するステップｂと、
    前記カラー三次元物体の色に基づいて、複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を設定し、且つ前記カラー三次元モデルに対応するカラー印刷データを生成するステップｃと、
    前記カラー印刷データ及び複数の前記カラーセルに基づいて、前記カラー印刷データに関連する物体印刷データを生成するステップｄと、を含むことを特徴とするカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  2. 前記ステップａでは、
    前記カラー三次元物体に基づいて前記着色モデル及び内部モデルを確立し、
    前記ステップｄでは、
    前記カラー印刷データ、前記内部モデル及び複数の前記カラーセルに基づいて、前記カラー三次元モデルに対応する物体印刷データを生成することを特徴とする請求項１に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  3. 前記ステップａは、
    着色の厚さに基づいて、前記カラー三次元物体を前記着色モデル及び前記内部モデルに切削するステップａ１を含むことを特徴とする請求項２に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  4. 前記ステップｂは、
    カラーセルの数及びカラーセルのサイズに基づいて、前記着色モデルを複数の前記カラーセルに切削するステップｂ１を含むことを特徴とする請求項３に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  5. 前記ステップｂは、
    複数の前記カラーセルの１つが最上層に位置すると判断した場合、前記カラーセルの前記シェルにトップキャップを増設するステップｂ２をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  6. 前記ステップｃは、
    前記カラー三次元物体の複数の部位のうちの１つの物体の色を取得するステップｃ１１と、
    前記物体の色及びディザアルゴリズムによって、前記部位に対応する複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を設定して、複数の前記カラーセルが複数の前記色材によってドット方式で前記物体の色を表すステップｃ１２と、
    全ての前記カラーセルに収容される前記色材の色の設定を終了するまで、前記ステップｃ１１及び前記ステップｃ１２を繰り返し実行するステップｃ１３と、
    複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色に基づいて、前記カラー印刷データを生成するステップｃ１４と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  7. 前記ステップｃは、
    前記カラー三次元物体の複数の部位のうちの１つの物体の色を取得するステップｃ２１と、
    前記物体の色に対応する色調整値を計算するステップｃ２２と、
    前記部位に対応する複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色を、前記色調整値に設定するステップｃ２３と、
    全ての前記カラーセルに収容される前記色材の色の設定を終了するまで、前記ステップｃ２１、前記ステップｃ２２及び前記ステップｃ２３を繰り返し実行するステップｃ２４と、
    複数の前記カラーセルに収容される複数の前記色材の色に基づいて、前記カラー印刷データを生成するステップｃ２５と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  8. 前記物体印刷データに基づいて、複数の前記カラーセルを層ごとに印刷するように第一吐出ヘッドを制御するステップｅと、
    複数の前記カラーセルを印刷している場合、且つ同一層に位置する複数の前記カラーセルの印刷を終了した場合、前記カラー印刷データに基づいて、印刷を終了した同一層の複数の前記カラーセルの前記収容スペース内に複数の前記色材をそれぞれ充填するように第二吐出ヘッドを制御するステップｆと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  9. 前記ステップｅでは、
    複数の前記カラーセルを下から上へ層ごとに印刷するとともに、下層に位置する複数の前記カラーセルに複数の前記色材を充填した後、上層の複数の前記カラーセルを印刷し、これにより、上層の複数の前記カラーセルのベースを下層の複数の前記カラーセルのトップキャップとすることを特徴とする請求項８に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
  10. 前記第一吐出ヘッドは、感光性樹脂を用いて印刷を行い、さらに印刷された前記感光性樹脂に光線を照射して前記感光性樹脂を固化させ、
    固化した前記感光性樹脂は、光透過可能であり、
    複数の前記色材は、色の異なるインクであることを特徴とする請求項８に記載のカラー三次元モデルのスライス印刷方法。
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