JP2018012278A - 立体物造形方法及び立体物造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体物の表面画質を３次元データに近付けること。【解決手段】１色以上の有色のインクを用いて形成される単位層９０を積層することにより立体物５を造形する立体物造形方法であって、色データを含む３次元データ６０から複数の断面スライス情報７５を算出するスライス情報算出工程と、複数の断面スライス情報７５の各層に対して、少なくとも色データの一部にディザマトリクス７０を用いて中間調処理を行うと共に、複数の断面スライス情報７５のうち、少なくとも２の断面スライス情報７５に対して用いられるディザマトリクス７０のパターンが異なるように中間調処理を行う中間調処理工程と、中間調処理が行われた断面スライス情報７５に基づき、単位層９０を形成する単位層形成工程と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、立体物造形方法及び立体物造形装置に関する。

近年、３次元形状の立体物を造形する３次元プリンタが様々な用途に用いられつつあり、このような３次元プリンタでは、吐出したインクなどの造形材を積層していくことによって、立体物を造形することが可能になっている。例えば、特許文献１に記載されたカラー立体モデル形成装置は、立体物の形状を特定するための形状データと表面の画像を示す表面画像データとから構成される３次元データを複数の層に区画し、各層の表面画像データに中間調処理（誤差拡散、ＦＭスクリーニング、ＡＭスクリーニング）を施して、各層の表面画像データの各画素の色を特定する。そして、その最下層から順に吐出部から特定された色の造形材を吐出し硬化して積層していくことによって、その３次元データに合わせた立体物を形作る。また、この種の３次元プリンタは、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、黒、クリア等の造形材としてのインクを吐出するインクジェット式の吐出部を色毎に備えている。

特開２００１−１８２９７号公報

しかしながら、上述したカラー立体モデル形成装置では、３次元データを複数の層に区画した各層に対して、いわゆるディザリング処理を行うため、各層で色の配列が同じ配列となって、積層されることになる。このため、着色された色が目立ち易くなり、これによって、例えば縦縞等の連続した縞が発生するなど、立体物の表面画質が３次元データと異なって形成される虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、立体物の表面画質を３次元データに近付けることのできる立体物造形方法及び立体物造形装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る立体物造形方法は、１色以上の着色材を用いて形成される単位層を積層することにより立体物を造形する立体物造形方法であって、色データを含む３次元データから複数の断面スライス情報を算出するスライス情報算出工程と、前記複数の断面スライス情報の各層に対して、少なくとも前記色データの一部にディザマトリクスを用いて中間調処理を行うと共に、前記複数の断面スライス情報のうち、少なくとも２の前記断面スライス情報に対して用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記中間調処理を行う中間調処理工程と、前記中間調処理が行われた前記断面スライス情報に基づき、前記単位層を形成する単位層形成工程と、を有することを特徴とする。

この発明では、複数の断面スライス情報に対する複数のディザマトリクスに、少なくとも２以上の異なるパターンを適用するため、着色材を用いて形成する単位層を積層する際に、任意の着色材の配置位置を分散させることができる。これにより、特定の色が不必要に目立つことを抑制することができ、着色材を用いて形成する立体物の表面画質を、２次元の印刷物と同程度に向上させることができる。この結果、立体物の表面画質を３次元データに近付けることができる。

上記立体物造形方法において、前記中間調処理工程において、前記複数の断面スライス情報のうち、隣接する前記断面スライス情報に用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記中間調処理を行うことが好ましい。

この発明では、隣接する断面スライス情報に用いられるディザマトリクスのパターンが異なるように中間調処理を行うため、単位層の形成時に、同じ色の着色材が連続して同じ位置に配置されることを、より確実に防ぐことができる。この結果、立体物の表面画質を、より確実に向上させることができる。

上記立体物造形方法において、前記複数の断面スライス情報は、前記単位層の積層方向の位置に対応する位置情報を有し、前記ディザマトリクスは、２軸のマトリクスからなり、前記ディザマトリクスのパターンのうち基準となる基準パターンを有する基準マトリクスと、前記基準パターンに対して、前記２軸のうちの少なくとも１軸方向にパターン位置を所定量分だけ平行移動して形成した変形パターンを有する変形マトリクスと、を有し、前記変形マトリクスは、前記位置情報に応じて前記所定量分が決定されることが好ましい。

この発明では、ディザマトリクスのパターンを、単位層の積層方向の位置に応じて、基準パターンに対して所定量分だけ平行移動することにより変形マトリクスを生成するため、連続する単位層で、同じ色の着色材の配置位置を効率よく分散させることができる。この結果、立体物の表面画質を、より確実に向上させることができる。

上記立体物造形方法において、前記色データは、色の濃度についての情報を有しており、前記中間調処理工程において、前記色データのうち色の濃度が最も低い前記色データに対して中間調処理を行うことが好ましい。

この発明では、色の濃度が最も低い色データに対して中間調処理を行うため、立体物の表面画質を向上させる効果を高くすることができる。つまり、濃度が低い色の場合、その色の着色材の数が少なくなるため、着色材の吐出時に同じ位置に配置した場合に、その色の粒状感が目立ってしまう虞がある。このため、濃度が低い色データに対して中間調処理を行うことにより、立体物の表面画質を向上させる効果を高めることができる。

また、本発明に係る立体物造形装置は、色データを含む３次元データに基づいて、１色以上の着色材を用いて形成される単位層を積層することにより立体物を造形する立体物造形装置であって、前記立体物を造形するための液滴を吐出する複数のノズルを有し、作業面に対して液滴を吐出する吐出部と、前記吐出部と前記作業面とを主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方に相対的に移動させる相対移動部と、前記吐出部と前記相体移動部の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記単位層の形成に用いる断面スライス情報を前記３次元データに基づいて複数算出し、前記複数の断面スライス情報の各層に対して、少なくとも前記色データの一部にディザマトリクスを用いて中間調処理を行うと共に、前記複数の断面スライス情報のうち、少なくとも２の前記断面スライス情報に対して用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記色データの前記中間調処理を行い、前記吐出部と前記相体移動部とを制御することにより、前記中間調処理が行われた前記断面スライス情報に基づいて前記単位層を形成することを特徴とする。

この発明では、複数の断面スライス情報に対する複数のディザマトリクスに、少なくとも２以上の異なるパターンを適用するため、単位層を形成して積層する際に、任意の着色材の配置位置を分散させることができる。これにより、特定の色が目立つことを抑制することができ、立体物の表面画質を、２次元の印刷物と同程度に向上させることができる。この結果、立体物の表面画質を３次元データに近付けることができる。

本発明に係る立体物造形方法及び立体物造形装置は、立体物の表面画質を３次元データに近付けることができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る立体物造形装置の模式図である。 図２は、図１に示す立体物造形装置により造形される立体物の一例を示す斜視図である。 図３は、吐出ユニットをインク滴の吐出面側から見た説明図である。 図４は、立体物の造形に用いる３次元データの説明図である。 図５は、立体物造形装置で中間色を表現する際のベースとなるディザマトリクスの説明図である。 図６は、図５に示すディザマトリクスに対する変形マトリクスの説明図である。 図７は、図５に示すディザマトリクスに対する変形マトリクスの説明図である。 図８は、立体物に着色を行う場合の処理手順を示すフロー図である。 図９は、断面スライス情報を算出する３次元データの要部詳細図である。 図１０は、図９に示す３次元データから断面スライス情報を算出する際における説明図である。 図１１は、中間調処理工程の処理手順を示すフロー図である。 図１２は、単位層についての説明図である。 図１３は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、２軸の方向にパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。 図１４は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、２軸の方向にパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。 図１５は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、複数のドット分の移動量でパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。 図１６は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、複数のドット分の移動量でパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。

以下に、本発明に係る立体物造形方法及び立体物造形装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

〔実施形態〕
図１は、実施形態に係る立体物造形装置の模式図である。図２は、図１に示す立体物造形装置により造形される立体物の一例を示す斜視図である。図１に示す立体物造形装置１０は、積層造形法により立体の立体物５を造形する装置である。この場合、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて立体物５を造形する方法である。また、立体物５とは、例えば、３次元構造物のことである。また、立体物造形装置１０において実行する立体物造形方法は、例えば、３次元構造物の形状情報とカラー画像情報とから、積層法によって３次元構造物を造形するカラー造形方法であってもよい。

また、以下に説明する点を除き、立体物造形装置１０は、公知の立体物造形装置と同一、または同様の構成を有してよい。また、立体物造形装置１０は、例えば、公知の平面への印刷装置であるインクジェットプリンタの構成の一部を変更した装置であってよい。例えば、立体物造形装置１０は、紫外線硬化型インク（ＵＶインク）を用いるインクジェットプリンタの一部を変更した装置であってよい。

本実施形態に係る立体物造形装置１０は、吐出ユニット１２と、主走査駆動部１４と、立体物５を載置する載置台である造形台１６と、制御部２０と、を備えている。吐出ユニット１２は、立体物５の材料となる液滴を吐出する部分であり、所定の条件に応じて硬化する樹脂である硬化性樹脂の液滴等を吐出し、硬化させることにより、立体物５を構成する各層を形成する。より具体的には、吐出ユニット１２は、例えば、制御部２０の指示に応じて液滴を吐出することにより、硬化性樹脂の層を形成する層形成動作と、層形成動作で形成された硬化性樹脂の層を硬化させる硬化動作とを複数回繰り返して行う。吐出ユニット１２は、これらの動作を繰り返し行うことにより、硬化した硬化性樹脂の層を複数層重ねて形成する。

この吐出ユニット１２から吐出する硬化性樹脂としては、例えば、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型樹脂を用いる。この場合、吐出ユニット１２は、立体物５の材料となる液滴として、例えば、紫外線硬化型インクのインク滴を吐出する。また、硬化動作では、紫外線光源により紫外線を照射することにより、硬化性樹脂の層を硬化させる。この場合、硬化性樹脂の層とは、紫外線硬化型インクのことである。

また、本実施形態に係る立体物造形装置１０では、吐出ユニット１２は、立体物５を造形するためのインクを、造形台１６の上面に位置する作業面１８に吐出する吐出部として設けられている。つまり、吐出ユニット１２は、有色（透明または不透明）の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することにより、立体物５の表面に対して着色を行い、着色された立体物５を造形する。また、吐出ユニット１２は、立体物５の造形時において、図２に示すように、立体物５の周囲にサポート６を形成する。サポート６は、造形中の立体物５を支えるための積層構造物（サポート層）であり、立体物５の造形完了後に、水等により溶解除去される。なお、吐出ユニット１２のより具体的な構成及び動作については、後にさらに詳しく説明をする。

主走査駆動部１４は、吐出ユニット１２に主走査動作を行わせる駆動部であり、吐出ユニット１２に主走査動作を行わせることにより、吐出ユニット１２と作業面１８とを相対的に移動させる相対移動部として設けられている。なお、本実施形態における、吐出ユニット１２に主走査動作を行わせるとは、例えば、吐出ユニット１２が有するインクジェットヘッドに主走査動作を行わせることである。また、主走査動作とは、例えば、予め設定された主走査方向（図中のＹ方向）へ移動しつつ、インク滴を吐出する動作である。

この主走査駆動部１４は、キャリッジ２２及びガイドレール２４を有している。このうち、キャリッジ２２は、造形台１６の作業面１８と対向させて吐出ユニット１２を保持する保持部である。即ち、キャリッジ２２は、吐出ユニット１２から吐出するインク滴の吐出方向が作業面１８へ向かう方向になるように、吐出ユニット１２を保持している。主走査動作時において、キャリッジ２２は、吐出ユニット１２を保持した状態で、ガイドレール２４に沿って移動する。ガイドレール２４は、キャリッジ２２の移動をガイドするレール部材であり、主走査動作時において、制御部２０の指示に応じて、キャリッジ２２を移動させる。

なお、主走査動作時における吐出ユニット１２の移動は、立体物５に対する相対的な移動であってよい。そのため、立体物造形装置１０の構成の変形例においては、例えば、吐出ユニット１２の位置を固定して、造形台１６を移動させることにより、立体物５側を移動させてもよい。

造形台１６は、造形中の立体物５を上面の作業面１８に載置する載置台である。この造形台１６は、上面を上下方向（図中のＺ方向）へ移動させる機能を有しており、制御部２０の指示に応じて、立体物５の造形の進行に合わせて、上面を移動させる。これにより、造形途中の立体物５における被造形面と、吐出ユニット１２との間の距離（ギャップ）を適宜調整することが可能になっている。なお、この場合における立体物５の被造形面とは、吐出ユニット１２による次の層が形成される面のことである。また、吐出ユニット１２に対して造形台１６を上下動させるＺ方向への走査は、吐出ユニット１２側を移動させることで行ってもよい。

制御部２０は、吐出ユニット１２や主走査駆動部１４の動作を制御する等の立体物造形装置１０の各部を制御する制御装置になっており、各種処理を実行するコントローラとして機能するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、各種情報を記憶するメモリとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有している。制御部２０は、造形すべき立体物５の形状情報や、カラー画像情報等に基づいて立体物造形装置１０の各部を制御することにより、立体物５を造形するための動作の制御を行う。

なお、立体物造形装置１０は、立体物５の造形や着色等に必要な各種構成をさらに備えてよい。例えば、立体物造形装置１０は、吐出ユニット１２に副走査動作を行わせる副走査駆動部等を備えてもよい。この場合、副走査動作とは、例えば、造形中の立体物５に対して相対的に、主走査方向と直交する副走査方向（図中のＸ方向）へ、吐出ユニット１２におけるインクジェットヘッドを移動させる動作である。副走査駆動部は、例えば、副走査方向における長さが吐出ユニット１２におけるインクジェットヘッドの造形幅よりも長い立体物５を造形する場合等に、必要に応じて吐出ユニット１２に副走査動作を行わせる。より具体的には、副走査駆動部は、造形台１６を副走査方向へ移動させる駆動部であってもよく、または、吐出ユニット１２を保持するキャリッジ２２と共にガイドレール２４を副走査方向へ移動させる駆動部であってもよい。

図３は、吐出ユニットをインク滴の吐出面側から見た説明図である。吐出ユニット１２は、複数の有色インク用ヘッド３２ｙ、３２ｍ、３２ｃ、３２ｋ（以下、複数の有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋと記載する）、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、サポート材用ヘッド４０、複数の紫外線光源４４、及び平坦化ローラユニット５０を有している。

有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４は、インクジェット方式で硬化性樹脂の液滴を吐出する吐出手段である吐出ヘッドになっている。これらの有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４は、紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっており、副走査方向（Ｘ方向）における位置を揃えて、主走査方向（Ｙ方向）へ並んで配設されている。

有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋは、互いに異なる色の着色材として用いられる有色のインクのインク滴をそれぞれ吐出するインクジェットヘッドになっている。この有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出することが可能になっている。また、白インク用ヘッド３６は、白色（Ｗ）の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。着色材は、このように色の異なる複数の着色材料から構成されている。

また、クリアインク用ヘッド３８は、紫外線硬化型の透明材であるクリアインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。このクリアインクとは、透明色（Ｔ）であるクリア色のインクであり、無色透明のインクになっている。このクリアインクは、紫外線硬化型の樹脂を含み、且つ、着色材を含まないインクになっている。

また、造形材用ヘッド３４は、立体物５を形成するための流動性を有する造形材として用いる紫外線硬化型インクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。この造形材用ヘッド３４は、所定の色の造形用インク（ＭＯ）のインク滴を吐出することが可能になっている。造形用インクとしては、例えば、透明材であるクリアインクが用いられる。

また、サポート材用ヘッド４０は、サポート６（図２参照）の材料（Ｓ）を含むインク滴を吐出するインクジェットヘッドになっている。この場合におけるサポート６の材料としては、立体物５の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を用いることが好ましい。なお、サポート６の材料としては、サポート６用の公知の材料を適宜用いてもよい。また、サポート材用ヘッド４０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、及び造形材用ヘッド３４に対し、副走査方向における位置を揃えて、主走査方向へ並んで配設されている。

なお、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０としては、例えば、公知のインクジェットヘッドを好適に用いることができる。これらのインクジェットヘッドは、造形台１６における作業面１８（図１参照）と対向する面に、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有する。この場合、それぞれのインクジェットヘッドにおけるノズル列は、並び方向が同一で、且つ、互いに平行になる。また、主走査動作時において、ノズルが並ぶ方向と直交する主走査方向へ移動しつつ、Ｚ方向へインク滴をそれぞれ吐出する。

複数の紫外線光源４４は、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線の光源であり、紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、メタルハライドランプ、水銀ランプ等が用いられる。複数の紫外線光源４４のそれぞれは、間に有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０を挟むように、吐出ユニット１２における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。本実施形態に係る立体物造形装置１０では、紫外線光源４４としてＵＶ１とＵＶ２とが設けられており、ＵＶ１は、主走査方向（Ｙ方向）における吐出ユニット１２の一端側に配設されており、ＵＶ２は、主走査方向（Ｙ方向）における吐出ユニット１２の他端側に配設されている。

平坦化ローラユニット５０は、立体物５の造形中に形成される紫外線硬化型インクの層を平坦化するための構成である。この平坦化ローラユニット５０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０の並びと、吐出ユニット１２の他端側に配設される紫外線光源４４であるＵＶ２との間に配設される。これにより、平坦化ローラユニット５０は、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０の並びに対して、副走査方向の位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設されている。この平坦化ローラユニット５０は、吐出ユニット１２に対して上下方向に移動可能に吐出ユニット１２に設けられている。

本実施形態に係る立体物造形装置１０は、以上のような構成からなり、以下、その作用について説明する。図４は、立体物の造形に用いる３次元データの説明図である。立体物造形装置１０によって立体物５を造形する際には、パーソナルコンピュータ等の外部装置（図示省略）から、立体物５を造形するためのデータである３次元データ６０を制御部２０で取得し、３次元データ６０に基づいて制御部２０によって吐出ユニット１２を制御することにより、造形台１６上で立体物５の造形を行う。この立体物５の造形に用いる３次元データ６０は、立体物５の形状を特定するための形状データと、立体物５の各部の色データとを含んでいる。このため、吐出ユニット１２によって立体物５の造形を行う際には、この３次元データ６０の形状データと色データとに基づいて各インクジェットヘッドからインク滴を吐出することによってＺ方向に層を形成する。また、インク滴を吐出することによってＺ方向に積層する際には、各層において吐出したインク滴を硬化させる前に、平坦化ローラユニット５０によって各層の平坦化を行うことを繰り返しながら造形をする。

具体的には、吐出ユニット１２の各インクジェットヘッドからインク滴を吐出する際には、制御部２０は、主走査駆動部１４を制御することにより、ガイドレール２４に沿ってキャリッジ２２を主走査方向（Ｙ方向）に移動させることにより、吐出ユニット１２を主走査方向に移動させながら吐出する。また、各インクジェットヘッドは、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有しているため、吐出ユニット１２を移動させながら、造形用のデータで定められている主走査方向の位置で、当該データで定められている副走査方向の位置に位置するノズルからインク滴を吐出することにより、主走査方向と副走査方向とにおいて、インク滴を吐出すべき位置にインク滴を吐出する。

吐出ユニット１２が有するインクジェットヘッドとしては、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋ、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８、造形材用ヘッド３４、及びサポート材用ヘッド４０が設けられているが、このうち、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋは、立体物５の着色に用いる有色のインク滴を吐出する。造形用のデータには、立体物５の着色に関するデータも含まれており、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋは、このデータに基づいて有色のインク滴を吐出する。

また、造形材用ヘッド３４は、立体物５を形成するための基になる造形材として用いるインク滴を吐出する。造形材用ヘッド３４は、造形用のデータに基づいて造形材として用いるインク滴を吐出することにより、各層ごとに、それぞれの層における立体物５の形状を形成する。その際に、有色インク用ヘッド３２ｙ〜ｋや、白インク用ヘッド３６、クリアインク用ヘッド３８から、各色のインク滴を吐出することにより、造形材によって形成される各層を、造形用のデータに基づいた色にして形成する。

また、サポート材用ヘッド４０は、立体物５の形状に関わらず、立体物５を高い精度で形成するために、各層において、立体物５を形成する部分以外の部分に、サポート６（図２参照）の材料となるインク滴を吐出する。これにより、立体物５は、各層においてインクが硬化する前でも、このサポート６の材料となるインク滴によって形状が保持される。

制御部２０は、吐出ユニット１２を主走査方向に移動させながら、３次元データ６０に基づいて、各層ごとにこれらのようにインク滴を吐出し、紫外線光源４４によって紫外線を照射してインクを硬化させる。このように１つの層を形成したら、造形台１６が吐出ユニット１２から離れる方向に、１層の厚さ分、造形台１６をＺ方向に移動させ、硬化済みの層に対してＺ方向に重ねるようにして次の層を形成する。立体物造形装置１０は、これらを繰り返すことにより、立体の立体物５を造形する。

吐出ユニット１２では、これらのようにインクジェットヘッドごとにインク滴を吐出しながら、吐出したインクによって各層を形成するが、インクジェットヘッドに設けられる各ノズルから吐出されるインク滴の量には、僅かな誤差が発生することがある。このため、吐出ユニット１２では、各ノズルから吐出するインク滴の量を僅かに多めにして吐出し、硬化させる前のインクを平坦化ローラユニット５０で掻き取ることにより、１層の厚さを所望の厚さにする。

これらのように、立体物造形装置１０によって立体物５の造形を行う場合には、有色インクを用いながら造形を行うことにより、立体物５の表面に対して所望の着色を行うが、その際に、立体物造形装置１０は、立体物造形装置１０が有する有色インクを用いて中間色の表現を行う。具体的には、各層においてディザリングを行うことにより、所望の色を表現すると共に、ディザリングによって得たドットの位置、或いは画素の位置に任意の有色インクのインク滴を吐出することにより、表面を所望の色で着色した立体物５を造形する。

図５は、立体物造形装置で中間色を表現する際のベースとなるディザマトリクスの説明図である。立体物造形装置１０によって中間色を表現する際には、ディザリングにより中間色を表現するディザマトリクス７０を基準とし、吐出ユニット１２でインクを吐出する際のデータを、ディザマトリクス７０に基づいて生成することにより、中間色で着色された立体物５を造形する。中間色を表現する際の基準となるディザマトリクス７０は、格子状に並べられる多数のドット８０により構成されるドットマトリクスになっている。ディザマトリクス７０は、表現したい色そのものではなく、ドット８０全体に対して、表現したい色に応じて、この色を表現することができる割合で疎らにドット８０を着色したデータになっている。このため、ディザマトリクス７０は、当該ディザマトリクス７０を全体で見たときに、中間色を表現することが可能なデータになっている。

このディザマトリクス７０には、各ドット８０に、着色を行うか否かの基準となる数字が付与されており、インクを吐出する際のデータをディザマトリクス７０に基づいて生成する際には、この数字に基づいてそれぞれのドット８０に対応する位置に、インクを吐出するか否かを決定する。詳しくは、ディザマトリクス７０は、直交する２軸のマトリクスからなり、この２軸の方向のそれぞれにドット８０が並んでいる。また、各ドット８０には、それぞれに異なる数字が付与されている。例えば、ディザマトリクス７０が４×４のドット８０からなる場合には、ドット８０は全部で１６になるため、これらのドット８０にはそれぞれ異なる数字として、０〜１５が付与される。ディザマトリクス７０の各ドット８０には、所望の色を表現することができるように、これらの数字がＢａｙｅｒ型等のディザ法により、それぞれ異なる数字が適宜付与される。

任意の層を、ディザマトリクス７０を用いてインクを吐出することによって形成する場合には、表現したい色に応じて閾値を設定し、この閾値と各ドット８０の数字とを比較することにより、有色インクを吐出するか否かをドット８０ごとに決める。例えば、設定した閾値以上の数字が付与されているドット８０にのみ有色インクを吐出する場合には、閾値以上の数字が付与されているドット８０にのみ有色インクを吐出し、それ以外のドット８０にはクリアインクを吐出する。これにより、任意の層を、ディザマトリクス７０を用いて中間色を表現して形成する。

さらに、本実施形態に係る立体物造形方法では、隣接する層に対応するディザマトリクス７０で、ドット８０に付与される数字の配置パターンを異ならせる。つまり、本実施形態に係る立体物造形方法では、ディザマトリクス７０のパターンのうち基準となる基準パターンを有する基準マトリクス７１と、基準パターンに対して、２軸のうちの少なくとも１軸方向にパターン位置を所定量分だけ平行移動して形成した変形パターンを有する変形マトリクス７２（図６、図７参照）と、を用いる。

図６、図７は、図５に示すディザマトリクスに対する変形マトリクスの説明図である。ディザマトリクス７０は、中間色を表現するために生成したディザマトリクス７０を基準マトリクス７１とし、この基準マトリクス７１に対して、１軸方向にパターン位置を平行移動して変形パターンを形成することにより、変形マトリクス７２を生成する。例えば、２軸のうち、１軸の方向をｘ方向とし、ｘ方向に直交する方向をｙ方向とした場合に、基準マトリクス７１を用いて形成する層に隣接する層の形成に用いる変形マトリクス７２は、基準マトリクス７１のパターンをｘ方向に１ドット８０分移動させることにより生成する（図６）。さらに、この変形マトリクス７２を用いて形成する層に隣接する層の形成に用いる変形マトリクス７２は、基準マトリクス７１のパターンを移動させることにより生成した変形マトリクス７２に対して、さらにパターンをｘ方向に１ドット８０分移動させることにより生成する（図７）。

これらのように生成した変形マトリクス７２を用いて、変形マトリクス７２に対応する層を形成する場合も、ディザマトリクス７０を用いて層を形成する場合と同様に、変形マトリクス７２に付与される数字に対して、表現したい色に応じて閾値を設定する。この閾値と、変形マトリクス７２の各ドット８０の数字とを比較することにより、有色インクを吐出するか否かをドット８０ごとに決めてインクを吐出する。これにより、変形マトリクス７２に対応する層を、変形マトリクス７２を用いて中間色を表現して形成する。

次に、これらのようにディザマトリクス７０を用いて立体物５に着色を行う場合の処理手順について説明する。図８は、立体物に着色を行う場合の処理手順を示すフロー図である。立体物造形装置１０で複数の層を重ねることによって立体物５を造形する際には、まず３次元データ６０の読込み工程を行う（ステップＳＴ１１）。３次元データ６０は、パーソナルコンピュータや外部の記憶装置等の外部装置（図示省略）から制御部２０で取得する。

３次元データ６０を読み込んだら、次に３次元データ６０から複数の断面スライス情報７５を算出するスライス情報算出工程を行う（ステップＳＴ１２）。図９は、断面スライス情報を算出する３次元データの要部詳細図である。図１０は、図９に示す３次元データから断面スライス情報を算出する際における説明図である。スライス情報算出工程では、３次元データ６０に基づいて立体物造形装置１０で立体物５を造形する際における高さ方向Ｚに分割する方向に、３次元データ６０をスライスする。これにより、複数の断面スライス情報７５を算出する。このように算出する複数の断面スライス情報７５は、立体物造形装置１０で複数の層を積層することによって立体物５を造形する際における単位層９０（図１２参照）にそれぞれ対応している。

３次元データ６０は、造形する立体物５の各部位における色データを含んでいるため、３次元データ６０より算出する断面スライス情報７５も色データを含んでいる。また、複数の断面スライス情報７５は、単位層９０の積層方向の位置に対応する位置情報を有している。即ち、各断面スライス情報７５は、単位層９０の積層方向（Ｚ方向）における何層目であるかの位置情報を有している。

次に、中間調処理工程を行う（ステップＳＴ１３）。この中間調処理工程では、複数の断面スライス情報７５の各層に対して、少なくとも色データの一部にディザマトリクス７０を用いて中間調処理を行う。つまり、立体物造形装置１０で用いられる有色インクによって、断面スライス情報７５が有する色データを表現することができるようにディザリングを行う。この中間調処理工程は、中間調処理工程のサブルーチンを呼び出すことによって実行する。

図１１は、中間調処理工程の処理手順を示すフロー図である。中間調処理工程では、まず、解像度の変更やカラーマッチングなどを実行する（ステップＳＴ２１）。つまり、まず断面スライス情報７５における中間調処理を行う部分のデータを、中間調処理で用いるディザマトリクス７０の解像度に合わせて解像度を変更する。また、断面スライス情報７５に含まれる色データに基づいて、この色データの色を表現するための各有色インクの濃度を決める。

次に、ディザマトリクス７０の読み込みを行う（ステップＳＴ２２）。このディザマトリクス７０は、中間調処理を行うためのデータとして予め設定されて、制御部２０が有するＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部に記憶されており、制御部２０は、この記憶部からディザマトリクス７０の読み込みを行う。このように読み込んだディザマトリクス７０は、基準マトリクス７１として用いる。

次に、ディザマトリクス７０を変更する（ステップＳＴ２３）。つまり、複数の断面スライス情報７５のうち、任意の断面スライス情報７５に対して中間調処理を行うために用いるディザマトリクス７０のパターンを基準マトリクス７１に対して変更し、変形マトリクス７２を生成する。これにより、中間調処理工程では、複数の断面スライス情報７５のうち、少なくとも２の断面スライス情報７５に対して用いられるディザマトリクス７０のパターンが異なるように中間調処理を行う。

具体的には、複数の断面スライス情報７５のうち、隣接する断面スライス情報７５に用いられるディザマトリクス７０のパターンが異なるように、変形マトリクス７２を生成する。即ち、隣接する断面スライス情報７５に用いられる変形マトリクス７２同士で、基準マトリクス７１に対してパターンが異なるようにする。例えば、基準マトリクス７１のパターンをｘ方向に移動させることによって変形マトリクス７２を生成する際には、断面スライス情報７５が有する位置情報に応じて、基準マトリクス７１のパターンを移動させる際におけるドット８０の数を異ならせる。換言すると、変形マトリクス７２は、パターン位置を移動させる際における所定量分が、位置情報に応じて決定される。これにより、隣接する断面スライス情報７５に用いられる変形マトリクス７２同士のパターンを異ならせる。

次に、２値化を実行する（ステップＳＴ２４）。つまり、断面スライス情報７５が有する色データに応じて設定される閾値を用いて、当該断面スライス情報７５に対応する基準マトリクス７１、または変形マトリクス７２を用いて、断面スライス情報７５に対して２値化を実行する。これにより、立体物５を造形する際に、断面スライス情報７５に対応するディザマトリクス７０のドット８０の位置ごとに、有色インクを吐出するか否かを決定する。２値化を実行したら、中間調処理工程のサブルーチンから抜けて、元のフローに戻る。

なお、これらの中間調処理工程は、立体物５の造形に用いる有色インクの色ごとに行い、有色インクの色ごとに、基準マトリクス７１と変形マトリクス７２とを生成し、断面スライス情報７５に対して２値化を実行する。

元のフローに戻ったら、単位層形成工程を行う（ステップＳＴ１４）。この単位層形成工程では、中間調処理が行われた断面スライス情報７５に基づき、単位層９０を形成する。図１２は、単位層についての説明図である。立体物５を造形する際には、制御部２０は主走査駆動部１４を制御することにより吐出ユニット１２と作業面１８とを相対移動させながら、各断面スライス情報７５に基づき、吐出ユニット１２から作業面１８に向けてインクを吐出する。これにより、断面スライス情報７５に応じた単位層９０を形成する。即ち、中間調処理工程で、断面スライス情報７５においてディザマトリクス７０のドット８０の位置ごとに決められた有色インクの吐出の有無に基づいて、作業面１８に向けて吐出ユニット１２からインクを吐出する。この場合、有色インクの色ごとに２値化が行われた断面スライス情報７５に基づいて、各色のインクを吐出ユニット１２から吐出する。また、有色インクを吐出しない位置に対しては、クリアインクを吐出するようにする。

これらのインクにより、単位層９０を構成する各ドット９１を、中間調処理が行われた断面スライス情報７５に基づくインクで形成し、このドット９１を組み合わせることにより単位層９０を形成する。単位層９０は、このように１色以上の有色のインクを用いて形成される。

１つの単位層９０は、このように形成し、スライス情報算出工程（ステップＳＴ１２）で算出した断面スライス情報７５の数分、中間調処理工程（ステップＳＴ１３）と単位層形成工程（ステップＳＴ１４）とを実行することにより、断面スライス情報７５の数分の単位層９０を積層する。この場合、各中間調処理工程（ステップＳＴ１３）では、基準マトリクス７１に対して変形マトリクス７２でパターンを移動させる際における移動量を制御部２０の記憶部で記憶しておき、次回の中間調処理工程でディザマトリクス７０を変更（ステップＳＴ２３）する際には、記憶部に記憶されている移動量とは異なる移動量で、パターンを移動させて変形マトリクス７２を生成する。これらにより、単位層９０を構成するドット９１の着色パターンが異なる複数の単位層９０を積層することにより、立体物５を造形する。

以上の実施形態に係る立体物造形方法は、複数の断面スライス情報７５に対する複数のディザマトリクス７０に、少なくとも２以上の異なるパターンを適用するため、インクを硬化させて形成する単位層９０を積層する際に、任意の有色インクの着弾位置を分散させることができる。これにより、特定の色が不必要に目立つことを抑制することができ、有色のインクを硬化させることにより形成する立体物５の表面画質を、２次元の印刷物と同程度に向上させることができる。この結果、立体物５の表面画質を３次元データ６０に近付けることができる。

また、立体物５の表面に位置する着色層の厚さが薄い場合であっても、ディザマトリクス７０を用いて色を表現する際における色の階調を多段階にすることより、薄い着色層においても、各単位層９０で有色インクの着弾位置を変えつつ、所望の色表現を行うことができる。これにより、着色層の厚さが薄い場合でも、立体物５の表面画質を３次元データ６０に近付けることができる。

また、隣接する断面スライス情報７５に用いられるディザマトリクス７０のパターンが異なるように中間調処理を行うため、単位層９０の形成時に、同じ色のインクが連続して同じ位置に着弾することを、より確実に防ぐことができる。この結果、立体物５の表面画質を、より確実に向上させることができる。

また、ディザマトリクス７０のパターンを、単位層９０の積層方向の位置に応じて、基準パターンに対して所定量分だけ平行移動することにより変形マトリクス７２を生成するため、連続する単位層９０で、同じ色のインクの着弾位置を効率よく分散させることができる。この結果、立体物５の表面画質を、より確実に向上させることができる。

また、以上の実施形態に係る立体物造形装置１０は、複数の断面スライス情報７５に対する複数のディザマトリクス７０に、少なくとも２以上の異なるパターンを適用するため、単位層９０を形成して積層する際に、任意の有色インクの着弾位置を分散させることができる。これにより、特定の色が目立つことを抑制することができ、立体物５の表面画質を、２次元の印刷物と同程度に向上させることができる。この結果、立体物５の表面画質を３次元データ６０に近付けることができる。

〔変形例〕
なお、上述した実施形態では、中間調処理工程では、インクの色に関わらず中間調処理を行っているが、中間調処理は、全ての色のインクに対して行わなくてもよい。３次元データ６０に含まれる色データは、色の濃度についての情報も有しているため、中間調処理工程では、色データのうち色の濃度が最も低い色データに対して、変形マトリクス７２を用いて中間調処理を行ってもよい。つまり、濃度が低い色の場合、その色のインクの着弾数が少なくなるため、インクの吐出時に同じ位置で着弾した場合に、その色の粒状感が目立ってしまう虞がある。このため、濃度が低い色データに対して中間調処理を行うことにより、立体物５の表面画質を向上させる効果を高くすることができる。

また、実施形態に係る立体物造形方法では、変形マトリクス７２は、基準マトリクス７１のパターン、或いは隣接する層の変形マトリクス７２のパターンに対してｘ方向に１ドット８０分ずつ移動させることにより生成しているが、変形マトリクス７２は、これ以外の手法によって生成してもよい。図１３、図１４は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、２軸の方向にパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。変形マトリクス７２は、例えば、図１３に示すように、基準マトリクス７１のパターンに対して、ｘ方向に１ドット８０分、ｙ方向に１ドット８０分の２軸の方向にパターンを移動させることにより生成してもよい。さらに、この変形マトリクス７２を用いて形成する層に隣接する層の形成に用いる変形マトリクス７２は、図１４に示すように、基準マトリクス７１のパターンを移動させることにより生成した変形マトリクス７２に対して、さらにパターンをｘ方向に１ドット８０分、ｙ方向に１ドット８０分移動させることにより生成してもよい。

また、変形マトリクス７２は、パターンを１ドット８０分ずつ以外の移動量で移動させることにより生成してもよい。図１５、図１６は、実施形態に係る立体物造形方法の変形例であり、図５に示すディザマトリクスに対して、複数のドット分の移動量でパターンを移動させる場合における変形マトリクスの説明図である。変形マトリクス７２は、例えば、図１５に示すように、基準マトリクス７１のパターンに対して、ｘ方向に３ドット８０分、ｙ方向に２ドット８０分の移動量でパターンを移動させることにより生成してもよい。さらに、この変形マトリクス７２を用いて形成する層に隣接する層の形成に用いる変形マトリクス７２は、図１６に示すように、基準マトリクス７１のパターンを移動させることにより生成した変形マトリクス７２に対して、さらにパターンをｘ方向に１ドット８０分、ｙ方向に３ドット８０分移動させることにより生成してもよい。これらのように、ディザマトリクス７０のパターンの移動方向を複数の方向にしたり、移動量を複数のドット８０分にしたりすることにより、連続する単位層９０で、同じ色のインクの着弾位置をより確実に分散させることができ、立体物５の表面画質を、より確実に向上させることができる。

また、上述した実施形態では、所定の単位層９０を形成するための断面スライス情報７５について中間調処理を行った後に単位層９０を形成し、この単位層９０に隣接する単位層９０を形成するための断面スライス情報７５について中間調処理を行った後に単位層９０を形成しているが、これ以外の手順で立体物５の造形を行ってもよい。例えば、積層する単位層９０の形成に用いる複数の断面スライス情報７５の全てに対して中間調処理を行った後に、全ての単位層９０を形成してもよい。または、複数の単位層９０を１つのグループとして複数のグループを設定し、グループ毎に中間調処理工程と単位層形成工程とを順番に行うことにより、グループ毎に単位層９０を積層することを繰り返して立体物５の造形を行ってもよい。

５ 立体物
６ サポート
１０ 立体物造形装置
１２ 吐出ユニット（吐出部）
１４ 主走査駆動部（相対移動部）
１６ 造形台
１８ 作業面
２０ 制御部（制御装置）
２２ キャリッジ
２４ ガイドレール
３２ｙ、３２ｍ、３２ｃ、３２ｋ 有色インク用ヘッド
３４ 造形材用ヘッド
３６ 白インク用ヘッド
３８ クリアインク用ヘッド
４０ サポート材用ヘッド
４４ 紫外線光源
５０ 平坦化ローラユニット
６０ ３次元データ
７０ ディザマトリクス
７１ 基準マトリクス
７２ 変形マトリクス
７５ 断面スライス情報
８０ ドット
９０ 単位層
９１ ドット

Claims (5)

1. １色以上の着色材を用いて形成される単位層を積層することにより立体物を造形する立体物造形方法であって、
   色データを含む３次元データから複数の断面スライス情報を算出するスライス情報算出工程と、
   前記複数の断面スライス情報の各層に対して、少なくとも前記色データの一部にディザマトリクスを用いて中間調処理を行うと共に、前記複数の断面スライス情報のうち、少なくとも２の前記断面スライス情報に対して用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記中間調処理を行う中間調処理工程と、
   前記中間調処理が行われた前記断面スライス情報に基づき、前記単位層を形成する単位層形成工程と、
   を有することを特徴とする立体物造形方法。
2. 前記中間調処理工程において、前記複数の断面スライス情報のうち、隣接する前記断面スライス情報に用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記中間調処理を行う請求項１に記載の立体物造形方法。
3. 前記複数の断面スライス情報は、前記単位層の積層方向の位置に対応する位置情報を有し、
   前記ディザマトリクスは、２軸のマトリクスからなり、
   前記ディザマトリクスのパターンのうち基準となる基準パターンを有する基準マトリクスと、
   前記基準パターンに対して、前記２軸のうちの少なくとも１軸方向にパターン位置を所定量分だけ平行移動して形成した変形パターンを有する変形マトリクスと、
   を有し、
   前記変形マトリクスは、前記位置情報に応じて前記所定量分が決定される請求項１または請求項２に記載の立体物造形方法。
4. 前記色データは、色の濃度についての情報を有しており、
   前記中間調処理工程において、前記色データのうち色の濃度が最も低い前記色データに対して中間調処理を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体物造形方法。
5. 色データを含む３次元データに基づいて、１色以上の着色材を用いて形成される単位層を積層することにより立体物を造形する立体物造形装置であって、
   前記立体物を造形するための液滴を吐出する複数のノズルを有し、作業面に対して液滴を吐出する吐出部と、
   前記吐出部と前記作業面とを主走査方向及び副走査方向の少なくとも一方に相対的に移動させる相対移動部と、
   前記吐出部と前記相体移動部の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記単位層の形成に用いる断面スライス情報を前記３次元データに基づいて複数算出し、前記複数の断面スライス情報の各層に対して、少なくとも前記色データの一部にディザマトリクスを用いて中間調処理を行うと共に、前記複数の断面スライス情報のうち、少なくとも２の前記断面スライス情報に対して用いられる前記ディザマトリクスのパターンが異なるように前記色データの前記中間調処理を行い、前記吐出部と前記相体移動部とを制御することにより、前記中間調処理が行われた前記断面スライス情報に基づいて前記単位層を形成することを特徴とする立体物造形装置。

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