JP2018024117A - 造形方法、造形システム、及び造形装置 - Google Patents

造形方法、造形システム、及び造形装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高品質な造形物をより適切に造形する。【解決手段】立体的な造形物を造形する造形方法であって、造形物データに基づき、複数の断面データを生成する断面データ生成段階（Ｓ１００）と、それぞれの断面データに基づいて造形の材料を吐出することにより、造形物を造形する造形実行段階（Ｓ１１０）とを備え、表面の少なくとも一部が着色される造形物を造形する場合に、断面データ生成段階は、着色領域データを含む断面データを生成し、造形実行段階は、断面データにおける着色領域データに基づき、少なくとも着色用の材料を用いて、着色領域を形成し、造形物データは、造形物の表面の色が多階調で表現されているデータであり、断面データ生成段階は、造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、造形物データよりも少ない階調で色を表現する着色領域データを含む断面データを生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、造形方法、造形システム、及び造形装置に関する。
従来、インクジェットヘッドを用いて造形物を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような造形装置においては、例えば、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより、積層造形法で造形物を造形する。
また、近年、例えば着色用のインクを造形の材料として用いることで、着色された造形物を造形すること等も検討されている。この場合、例えば、造形物の表面に着色用のインクで着色領域を形成することにより、表面が着色された造形物を造形する。
特開２０１５−７１２８２号公報
着色された造形物を造形する場合、造形物の表面と垂直な法線方向における着色領域の厚さが薄いと、造形物の表面に傷等が生じた場合に、造形物の内部の色が露出しやすくなる。また、例えばインクの着弾位置に誤差が生じた場合等にも、内部の色の露出や、色ズレの問題等が生じやすくなる。そのため、着色された造形物を造形する場合には、着色領域について、ある程度以上の厚さで形成することが望ましい。
また、着色された造形物を造形する場合において、高品質な造形物をより適切に造形するためには、例えば、使用するインクの色の中間調等の様々な色を表現することが望まれる。そして、この場合、造形物を示す造形物データにおいて用いられている色に対し、ハーフトーン処理等を行って色の階調を減らすことが必要になる場合がある。そのため、高品質な造形物をより適切に造形するためには、造形物を造形する動作により適した方法でハーフトーン処理等を行うことが望まれる。そこで、本発明は、上記の課題を解決できる造形方法、造形システム、及び造形装置を提供することを目的とする。
本願の発明者は、造形動作により適した構成で中間調等の色を表現する方法に関し、鋭意研究を行った。この点について、例えば２次元の画像を印刷するインクジェットプリンタにおいては、例えば、ディザ法や誤差拡散法を用いてハーフトーン処理を行う方法が広く用いられている。しかし、このような方法について、単に造形動作に適用するのみでは、適切に中間調等を表現できないおそれもある。
より具体的に、例えば、２次元の画像の印刷時に用いるディザ法や誤差拡散法は、画像が印刷される面内の各画素を対象に行う方法である。そのため、表面が着色された造形物を造形する場合、２次元の画像の印刷時と同じようにディザ法や誤差拡散法を適用するのであれば、造形物の表面に沿った面内の各位置に対し、ディザ法や誤差拡散法を適用することになる。
しかし、平坦な紙等の媒体（メディア）に対して印刷を行う２次元の画像の印刷時と異なり、造形物の造形時には、様々な形状の造形物を造形することになる。そして、この場合、造形物の表面に沿った面内の各位置に対してディザ法や誤差拡散法を適用しようとすると処理が複雑になるおそれがある。
そこで、本願の発明者は、造形物の造形時により適した方法として、造形物の断面に対し、ディザ法や誤差拡散法を適用することを考えた。この場合、造形物の断面とは、例えば、積層造形法で順次形成する層状領域（例えば、インクの層）に対応する造形物の断面のことである。このように構成すれば、例えば、造形の動作の特徴を利用することで、より簡易かつ適切にディザ法や誤差拡散法を用いることができる。
また、本願の発明者は、更なる鋭意研究により、造形物の断面に対して適用する方法として、誤差拡散法を用いることがより好ましい場合があることを見出した。より具体的に、例えば、積層造形法で造形物を造形する場合、造形の材料（例えば、インク）で形成された層を重ねて形成することにより、造形物を造形する。また、この場合、造形物を構成する各層について、ディザ法や誤差拡散法を適用したデータに基づいて形成することになる。
そして、この場合において、例えばディザ法を用いると、各層において、ディザ法で用いるマスク（ディザマスク）のパターンを反映した模様が生じる場合がある。また、積層造形法で複数の層を重ねた場合、この模様の影響が大きくなり、モアレ等が発生する場合がある。すなわち、造形物の造形時には、複数の層を重ねて形成することにより、２次元の画像を印刷する場合と比べ、ディザ法で生じる模様の影響が大きくなる場合がある。また、このような模様の影響は、例えば、マスクのパターンを適用する位置を層毎にずらしたとしても、完全には消えず、問題になる場合がある。
そこで、本願の発明者は、造形物の造形時により適した方法として、更に具体的に、造形物の断面に対して、誤差拡散法を適用することを考えた。また、これにより、造形物を造形する動作により適した方法で中間調等の様々な色を適切に表現できることを見出した。また、更なる鋭意研究により、このような効果を得るために必要な特徴を見出し、本発明に至った。
上記の課題を解決するために、本発明は、立体的な造形物を造形する造形方法であって、造形しようとする前記造形物の断面を示すデータである断面データを生成する段階であり、前記造形しようとする造形物を示すデータである造形物データに基づき、前記断面が並ぶ方向として予め設定された方向である断面配列方向における互いに異なる位置の前記断面をそれぞれ示す複数の前記断面データを生成する断面データ生成段階と、前記それぞれの前記断面データに基づいて造形の材料を吐出することにより、前記造形物を造形する造形実行段階とを備え、表面の少なくとも一部が着色される前記造形物を造形する場合に、前記断面データ生成段階は、少なくとも表面が着色される部分に対応する前記断面データとして、前記造形物の表面の色に対応して着色がされる領域である着色領域の断面を示すデータである着色領域データを含む前記断面データを生成し、前記造形実行段階は、前記断面データにおける前記着色領域データに基づき、少なくとも着色用の前記材料を用いて、前記着色領域を形成し、前記造形物データは、前記造形物の表面の色が多階調で表現されているデータであり、前記断面データ生成段階は、前記造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、前記造形物データよりも少ない階調で色を表現する前記着色領域データを含む前記断面データを生成する。
このように構成すれば、例えば、造形物を造形する動作により適した方法で中間調等の様々な色を適切に表現できる。また、これにより、例えば、高品質な造形物をより適切に造形できる。
ここで、この造形方法においては、例えば、積層造形法により造形物を造形する。また、造形の材料としては、例えば、紫外線に応じて硬化する紫外線硬化型インク等を使用する。この場合、着色用の材料としては、プロセスカラーの各色のインクを用いること等が考えられる。また、誤差拡散法を用いて階調を減らす処理は、階調を減らす量子化の処理である。また、量子化の処理としては、例えば、階調を２値化するハーフトーン処理を行うことが考えられる。
また、誤差拡散法の処理においては、例えば、少なくとも、一つの断面データに対応する着色領域内に誤差を分配する。また、この場合、断面配列方向において隣接する断面データに対応する着色領域内へも誤差を分配することが好ましい。また、誤差を分配する範囲については、造形の解像度に応じて設定することが好ましい。この場合、例えば、断面に対して平行な所定の主走査方向及び副走査方向のそれぞれと、断面に対して直交する積層方向との各方向に対し、造形の解像度に応じて設定された分配比率を用いることが考えられる。また、誤差を分配する範囲に含まれるボクセル（立体画素）の数については、各方向における造形の解像度に応じて異ならせてもよい。また、この場合、誤差を分配する範囲の距離については、主走査方向、副走査方向、及び積層方向のそれぞれの方法に対して均等にすることが好ましい。この場合、距離が均等であるとは、例えば、造形の解像度に応じた精度で、実質的に均等であることである。
また、この造形方法については、例えば、造形物の製造方法と考えることもできる。また、本発明の構成として、例えば、上記と同様の特徴を有する造形システムや造形装置等を用いることも考えられる。これらの場合も、例えば、上記と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、例えば、高品質な造形物をより適切に造形できる。
本発明の一実施形態に係る造形方法を実行する造形システム１０について説明をする図である。図１（ａ）は、造形システム１０の構成の一例を示す。図１（ｂ）は、造形装置１００により造形される造形物５０の構成の一例をサポート層７０と共に示す断面図である。 造形装置１００の一例について説明をする図である。図２（ａ）は、造形装置１００の要部の構成の一例を示す。図２（ｂ）は、ヘッド部１０２のより詳細な構成の一例を示す。 造形システム１０の動作の一例を示す図である。図３（ａ）は、造形システム１０の動作の一例を示すフローチャートである。図３（ｂ）は、造形装置１００により形成するインクのドットの様子の一例を模式的に示す図である。 造形システム１０の動作の一例を示す図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。 本例において行う誤差拡散法の処理の一例を示す図である。図５（ａ）は、誤差拡散法の処理を行う構成を模式的に示す回路図である。図５（ｂ）は、本例において行う２値化の処理と、誤差算出の処理との一例を示す。 誤差を分配する処理について更に詳しく説明をする図である。
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る造形方法を実行する造形システム１０について説明をする図である。図１（ａ）は、造形システム１０の構成の一例を示す。
本例において、造形システム１０は、立体的な造形物を造形するシステムであり、造形装置１００及びホストＰＣ２００を備える。造形装置１００は、造形の動作を実行する装置である。また、本例において、造形装置１００は、積層造形法により造形物を造形する。この場合、積層造形法とは、例えば、複数の層を重ねて造形物を造形する方法である。造形物とは、例えば、立体的な三次元構造物のことである。また、造形装置１００は、造形の材料として、所定の条件に応じて硬化するインクを用いる。造形装置１００のより具体的な構成等については、後に更に詳しく説明をする。
ホストＰＣ２００は、造形装置１００の動作を制御するコンピュータである。本例において、ホストＰＣ２００は、断面データ生成装置の一例であり、造形しようとする造形物を示すデータである造形物データに基づき、造形装置１００により行う造形の動作に合わせたデータを生成する。また、生成したデータを造形装置１００へ供給することにより、造形装置１００に造形の動作を実行させる。ホストＰＣ２００において行うデータの処理等についても、後に更に詳しく説明をする。
図１（ｂ）は、造形装置１００により造形される造形物５０の構成の一例をサポート層７０と共に示す断面図であり、積層造形法において造形の材料が積層される方向である積層方向（Ｚ方向）と垂直な平面による造形物５０の断面の構成を模式的に示す。また、図示した場合において、造形物５０は、楕円球状の立体物である。この場合、例えば図中のＸ方向やＹ方向と垂直な平面による造形物５０の断面の構成も、図示した構成と同一又は同様になる。また、より具体的に、本例において、造形物５０は、内部領域５２、光反射領域５４、内部クリア領域５６、着色領域５８、及び表面クリア領域６０を有する。これらの各領域は、造形物５０の内部から外部へ向かう方向へこの順番で並ぶように形成される。
内部領域５２は、造形物５０の形状を構成する造形物５０の内部の領域（モデル層）である。本例において、内部領域５２は、造形専用のインクである造形材インクを用いて形成される。また、内部領域５２は、造形材インク以外のインクを用いて形成してもよい。この場合、例えば、サポート層７０の材料以外の様々なインクを用いて内部領域５２を形成することが考えられる。より具体的には、例えば、着色用のインク（カラーインク）等を用いて内部領域５２を形成してもよい。また、例えば、白色のインクやクリアインク等を用いて内部領域５２を形成してもよい。
光反射領域５４は、着色領域５８等を介して造形物５０の表面側から入射する光を反射する光反射性の領域（反射層）である。着色領域５８の内側に光反射領域５４を形成することにより、例えば、減法混色法での着色を適切に行うことができる。また、本例において、光反射領域５４は、白色（Ｗ色）のインクを用いて形成される。
内部クリア領域５６は、光反射領域５４と着色領域５８との間に形成される透明な領域（透明層）である。内部クリア領域５６を形成することにより、光反射領域５４と着色領域５８との間でインクの混色が生じることを適切に防ぐことができる。また、本例において、内部クリア領域５６は、無色の透明色（Ｔ色）のクリアインクを用いて形成される。
着色領域５８は、着色用のインクにより着色がされる領域（カラー層）である。また、本例において、着色領域５８は、造形物５０の表面形状に沿った層状の領域であり、複数色の着色用のインクと、クリアインクとを用いて形成される。この場合、着色用のインクとしては、例えば、シアン色（Ｃ色）、マゼンタ色（Ｍ色）、イエロー色（Ｙ色）、及びブラック色（Ｋ色）のインクを用いることが考えられる。これらの各色のインクは、プロセスカラーの各色のインクの一例である。また、着色用のインクとしては、これらの色のインクに限らず、他の色のインクを更に用いてもよい。例えば、白色のインク等の特色のインク等を更に用いてもよい。
また、本例においては、着色領域５８における各位置への各色の着色用のインクの吐出量を調整することにより、様々な色を表現する。そして、この場合、表現する色の違いによって、着色用のインクの量（単位体積あたりの吐出量）に差が生じる場合もある。そこで、本例においては、色の違いによって生じる着色用のインクの量の変化を補填するために、クリアインクを更に用いて着色領域５８を形成する。このように構成すれば、例えば、着色領域５８の各位置を様々な色で適切に着色できる。また、これにより、例えば、着色用のインクにより着色された着色領域５８を適切に形成できる。
表面クリア領域６０は、造形物５０の外面を保護するための透明な領域（透明層）である。また、本例において、表面クリア領域６０は、造形物５０の最外面を構成する領域であり、クリアインクを用いて形成される。表面クリア領域６０を形成することにより、例えば、内側の着色領域５８等を適切に保護することができる。また、これにより、例えば、表面が着色された造形物５０をより適切に形成できる。
また、図中に示すように、本例においては、必要に応じて、造形物５０の周囲にサポート層７０が形成される。この場合、サポート層７０とは、例えば、造形中の造形物５０の外周を囲むことで造形物５０を支持する積層構造物のことである。サポート層７０は、例えば水溶性の材料で形成される層であり、造形物５０の造形時において、必要に応じて形成され、造形の完了後に除去される。
尚、造形物５０の構成については、上記の構成に限らず、様々に変更可能である。例えば、内部領域５２について、光反射領域５４と区別せずに、一体に形成すること等も考えられる。この場合、例えば、白色のインク等の光反射性のインクを用いて、内部領域５２及び光反射領域５４を一体に形成する。また、造形物５０に求められる品質等に応じて、一部の領域を省略すること等も考えられる。この場合、例えば、内部クリア領域５６及び表面クリア領域６０のうちの一方又は両方を省略すること等が考えられる。
続いて、造形装置１００のより具体的な構成等について、説明をする。図２は、造形装置１００の一例について説明をする図である。図２（ａ）は、造形装置１００の要部の構成の一例を示す。
尚、以下に説明をする点を除き、造形装置１００は、公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。より具体的に、以下の説明をする点を除き、造形装置１００は、例えば、インクジェットヘッドを用いて造形物５０の材料となる液滴を吐出することで造形を行う公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。また、造形装置１００は、図示した構成以外にも、例えば、造形物５０の造形や着色等に必要な各種構成を更に備えてよい。
本例において、造形装置１００は、ヘッド部１０２、造形台１０４、主走査駆動部１０６、副走査駆動部１０８、積層方向駆動部１１０、及び制御部１２０を備える。ヘッド部１０２は、造形物５０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インクのインク滴を吐出し、硬化させることにより、造形物５０を構成する各層を重ねて形成する。この場合、インクとは、例えば、インクジェットヘッドから吐出する液体のことである。インクジェットヘッドとは、例えば、インクジェット方式でインクの液滴（インク滴）を吐出する吐出ヘッドのことである。また、本例において、ヘッド部１０２は、複数のインクジェットヘッドと、紫外線光源とを有する。また、ヘッド部１０２は、サポート層７０の材料となる液滴を更に吐出する。ヘッド部１０２のより具体的な構成については、後に詳しく説明をする。
造形台１０４は、造形中の造形物５０を支持する台状部材であり、ヘッド部１０２におけるインクジェットヘッドと対向する位置に配設され、造形中の造形物５０を上面に載置する。また、本例において、造形台１０４は、少なくとも上面が積層方向へ移動可能な構成を有しており、積層方向駆動部１１０に駆動されることにより、造形物５０の造形の進行に合わせて、少なくとも上面が移動する。また、本例において、積層方向は、造形装置１００において予め設定される主走査方向（図中のＹ方向）及び副走査方向（図中のＸ方向）と直交する方向（図中のＺ方向）である。
主走査駆動部１０６は、ヘッド部１０２に主走査動作（Ｙ走査）を行わせる駆動部である。この場合、ヘッド部１０２に主走査動作を行わせるとは、例えば、ヘッド部１０２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、主走査方向へ移動しつつインク滴を吐出する動作のことである。
また、本例において、主走査駆動部１０６は、主走査方向における造形台１０４の位置を固定して、ヘッド部１０２の側を移動させることにより、ヘッド部１０２に主走査動作を行わせる。また、主走査動作におけるヘッド部１０２の移動は、造形物５０に対する相対的な移動であってもよい。そのため、造形装置１００の構成の変形例においては、例えば、ヘッド部１０２の位置を固定して、例えば造形台１０４を移動させることにより、造形物５０の側を移動させてもよい。
また、本例の主走査動作時において、主走査駆動部１０６は、ヘッド部１０２における紫外線光源の駆動を更に行う。より具体的に、主走査駆動部１０６は、例えば、主走査動作時に紫外線光源を点灯させることにより、造形物５０の被造形面（造形層）に着弾したインクを硬化させる。造形物５０の被造形面とは、例えば、ヘッド部１０２により次のインクの層が形成される面のことである。
副走査駆動部１０８は、ヘッド部１０２に副走査動作（Ｘ走査）を行わせる駆動部である。この場合、ヘッド部１０２に副走査動作を行わせるとは、例えば、ヘッド部１０２が有するインクジェットヘッドに副走査動作を行わせることである。副走査動作とは、例えば、主走査方向と直交する副走査方向へ造形台１０４に対して相対的に移動する動作のことである。また、より具体的に、副走査動作は、例えば、予め設定された送り量だけ副走査方向へ造形台１０４に対して相対的に移動する動作である。
また、本例において、副走査駆動部１０８は、主走査動作の合間に、ヘッド部１０２に副走査動作を行わせる。この場合、副走査駆動部１０８は、例えば、副走査方向におけるヘッド部１０２の位置を固定して、造形台１０４を移動させることにより、ヘッド部１０２に副走査動作を行わせる。また、副走査駆動部１０８は、副走査方向における造形台１０４の位置を固定して、ヘッド部１０２を移動させることにより、ヘッド部１０２に副走査動作を行わせてもよい。
積層方向駆動部１１０は、積層方向（Ｚ方向）へヘッド部１０２又は造形台１０４の少なくとも一方を移動させる駆動部である。この場合、積層方向へヘッド部１０２を移動させるとは、例えば、ヘッド部１０２における少なくともインクジェットヘッドを積層方向へ移動させることである。また、積層方向へ造形台１０４を移動させるとは、例えば、造形台１０４における少なくとも上面の位置を移動させることである。また、積層方向駆動部１１０は、積層方向へヘッド部１０２又は造形台１０４の少なくとも一方を移動させることにより、造形物５０に対して相対的に積層方向へ移動する積層方向走査（Ｚ走査）をヘッド部１０２における少なくともインクジェットヘッドに行わせ、積層方向において、造形中の造形物５０に対するインクジェットヘッドの相対位置を調整する。
また、より具体的に、本例において、積層方向駆動部１１０は、例えば、積層方向におけるヘッド部１０２の位置を固定して、造形台１０４を移動させる。また、積層方向駆動部１１０は、積層方向における造形台１０４の位置を固定して、ヘッド部１０２を移動させてもよい。
制御部１２０は、例えば造形装置１００のＣＰＵであり、造形装置１００の各部を制御することにより、造形物５０の造形の動作を制御する。制御部１２０は、例えば造形しようとする造形物５０の形状情報や、カラー画像情報等に基づき、造形装置１００の各部を制御することが好ましい。また、より具体的に、本例において、造形装置１００は、ホストＰＣ２００（図１参照）から受け取るスライスデータに基づいて造形を行うことにより、造形物５０を造形する。造形装置１００が受け取るスライスデータについては、ホストＰＣ２００の動作の説明等の中で、後に更に詳しく説明をする。本例によれば、造形物５０を適切に造形できる。
続いて、ヘッド部１０２のより具体的な構成について、説明をする。図２（ｂ）は、ヘッド部１０２のより詳細な構成の一例を示す。本例において、ヘッド部１０２は、複数のインクジェットヘッド２０２ｓ、２０２ｍｏ、２０２ｗ、２０２ｃ、２０２ｍ、２０２ｙ、２０２ｋ、２０２ｔ（以下、インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔという）、複数の紫外線光源２０４、及び平坦化ローラ２０６を有する。
インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔは、吐出ヘッドの一例であり、インクジェット方式でインク滴を吐出する。また、本例において、インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔ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であり、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）へ並んで配設される。この場合、紫外線硬化型インクとは、例えば、紫外線の照射に応じて硬化するインクのことである。また、インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔ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。また、これらのインクジェットヘッドは、造形台１０４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、各インクジェットヘッドのノズルは、造形台１０４へ向かう方向へインク滴を吐出する。
尚、インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔの並び方については、図示した構成に限らず、様々に変更してもよい。例えば、一部のインクジェットヘッドについて、他のインクジェットヘッドと副走査方向における位置をずらして配設してもよい。また、ヘッド部１０２は、他の色用のインクジェットヘッドを更に有してもよい。例えば、ヘッド部１０２は、各色の淡色や、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）やオレンジ等の色用のインクジェットヘッド等を更に有してもよい。
インクジェットヘッド２０２ｓは、サポート層７０の材料を含むインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。サポート層７０の材料としては、例えば、造形物５０の造形後に水で溶解可能な水溶性の材料を好適に用いることができる。また、この場合、造形物５０の造形に用いる造形用の材料よりも紫外線による硬化度が弱く、分解しやすい材料を用いることが好ましい。また、より具体的に、サポート層７０の材料としては、例えば、サポート層用の公知の材料を好適に用いることができる。
インクジェットヘッド２０２ｍｏは、所定の色の造形材インク（モデル材ＭＯ）のインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。また、インクジェットヘッド２０２ｗは、白色（Ｗ）のインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。
複数のインクジェットヘッド２０２ｃ、２０２ｍ、２０２ｙ、２０２ｋ（以下、インクジェットヘッド２０２ｃ〜ｋという）のそれぞれは、着色用の有彩色のインクのインク滴を吐出するインクジェットヘッドである。本例において、インクジェットヘッド２０２ｃ〜ｋは、ＣＭＹＫの各色の紫外線硬化型インクのインク滴を吐出する。また、インクジェットヘッド２０２ｔは、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である。
複数の紫外線光源２０４は、インクを硬化させるための構成であり、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を発生する。紫外線光源２０４としては、例えば、ＵＶＬＥＤ（紫外ＬＥＤ）等を好適に用いることができる。また、紫外線光源２０４として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。また、本例において、複数の紫外線光源２０４のそれぞれは、間にインクジェットヘッドの並び（インクジェットヘッド２０２ｓ〜ｔ）を挟むように、ヘッド部１０２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。
平坦化ローラ２０６は、造形物５０の造形中に形成されるインクの層を平坦化するための平坦化手段（平坦化部）であり、インクジェットヘッドの並びと、紫外線光源２０４との間に配設される。また、これにより、平坦化ローラ２０６は、インクジェットヘッドの並びに対し、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る。また、この場合、平坦化ローラは、例えば主走査動作時において、インクの層の表面と接触しつつ移動（走査）することで、硬化前のインクの一部を除去して、インクの層（スライス層）を平坦化する。また、これにより、平坦化ローラ２０６は、インクの層の厚さを予め設定された厚さに調整する。平坦化ローラ２０６を用いることにより、例えば、積層造形法において積層するインクの層を平坦化して、インクの層の厚さを高い精度で適切に調整できる。また、これにより、例えば、積層造形法での造形の動作を高い精度で適切に行うことができる。
尚、本例において、ヘッド部１０２は、１個の平坦化ローラ２０６のみを有する。この場合、平坦化ローラ２０６は、例えば、ヘッド部１０２における一方の端側の紫外線光源２０４と、インクジェットヘッドの並びとの間に配設される。また、この場合、主走査駆動部１０６は、少なくとも、インクジェットの並びよりも平坦化ローラ２０６が後方側になる向き（主走査方向における一方の向き）での主走査動作をヘッド部１０２に行わせる。そして、平坦化ローラ２０６は、この向きでの主走査動作中に、インクの層を平坦化する。また、主走査駆動部１０６は、双方向の主走査動作をヘッド部１０２に行わせてもよい。この場合、平坦化ローラ２０６は、例えば、一方の向きでの主走査動作中のみに、インクの層を平坦化する。
本例によれば、例えば、造形装置１００を用いて、積層造形法で造形物５０を適切に造形できる。続いて、ホストＰＣ２００において行うデータの処理等について、更に詳しく説明をする。以下において説明をする動作は、例えば、図１（ｂ）を用いて説明をしたような、表面が着色された造形物５０を造形する場合の動作である。
図３及び図４は、造形システム１０（図１参照）の動作の一例を示す図であり、ホストＰＣ２００において行うデータの処理の一例、及び造形装置１００において行う造形の動作の一例を示す。図３（ａ）は、造形システム１０の動作の一例を示すフローチャートである。図３（ｂ）は、造形装置１００により形成するインクのドットの様子の一例を模式的に示す図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）に示したフローチャートにおける各動作の一例を模式的に示す図である。
尚、以下において説明をする動作は、例えば、ユーザにより用意された３Ｄモデルのデータである造形物データに基づいて造形物５０（図１参照）を造形する動作の一例である。この場合、造形物データは、造形しようとする造形物５０を示すデータである。また、３Ｄモデルのデータとは、立体的なオブジェクトを示す３次元データのことである。造形物データとしては、例えば、造形装置１００の機種に依存しない汎用の３次元データを好適に用いることができる。
また、図４では、フローチャートにおける各動作のタイミングについて、造形物データに対する所定の処理により得られた３Ｄモデルの断面形状について、模式的に示している。また、図４においては、図示の便宜上、図１（ｂ）に示した場合とは異なる形状の造形物５０を造形する場合について、造形物５０の上面側の一部を省略して、下面及び側面の一部を含む断面図を示している。この場合、上面及び下面とは、積層方向における上側及び下側の面のことである。また、側面とは、例えば、下面に対して切り立った状態で交差する面のことである。
また、図４においては、説明の便宜上、内部クリア領域５６及び表面クリア領域６０（図１参照）を形成せずに、内部領域５２、光反射領域５４、及び着色領域５８（図１参照）のみを有する造形物５０を形成する場合の３Ｄモデルを図示している。また、図示した３Ｄモデルにおける着色領域３０２、光反射領域３０４、及び内部領域３０６は、造形物５０における着色領域５８、光反射領域５４、及び内部領域５２に対応する領域である。また、図４においては、着色領域３０２について、造形物５０の表面の少なくとも一部に周囲と色が異なる模様等が描かれる場合の構成の一例を模式的に示している。
以下、フローチャート中の各動作について、説明をする。本例において、造形システム１０は、先ず、ホストＰＣ２００において、造形物データに基づき、スライスデータ（スライス平面データ）の生成を行う（Ｓ１００）。このステップＳ１００は、造形しようとする造形物５０の断面を示すデータである断面データを生成する断面データ生成段階の一例である。
また、ステップ１００において、ホストＰＣ２００は、先ず、造形しようとする造形物５０の表面に対する法線ベクトルの算出を行う。より具体的に、この動作では、例えば図４（ａ）に示すように、造形物データとして用いられる３Ｄモデルのデータにより示される３Ｄモデルの各面に対し、反転法線ベクトルを求める（Ｓ１０２）。
この場合、３Ｄモデルの各面とは、３Ｄモデルの外周面のことである。また、各面に対して反転法線ベクトルを求めるとは、３Ｄモデルの外周面を構成する各位置に対し、その位置において外周面と直交する反転法線ベクトルを求めることである。また、反転法線ベクトルとは、例えば図４（ａ）に矢印で示すように、３Ｄモデルの外周面と直交し、かつ、３Ｄモデルの内側へ向かうベクトル（反転した面法線ベクトル）のことである。
続いて、求められた反転法線ベクトルを利用して、着色領域３０２の厚さ（幅）の調整を行う。また、より具体的に、この動作においては、例えば図４（ｂ）に示すように、着色領域３０２の各位置での反転法線ベクトルの方向である反転面法線方向における厚さが一定になるように着色領域３０２の厚さを調整する。また、これにより、着色領域３０２として、反転面法線方向に一定の厚さの領域（表面カラー領域）を生成する（Ｓ１０４）。
ここで、本例において、ステップＳ１０４は、第１中間データ生成段階の一例である。第１中間データ生成段階とは、例えば、造形物５０の法線方向において表面の内側の所定の厚さの領域が着色される状態で造形物５０を示すデータである第１中間データを造形物データに基づいて生成する段階である。また、本例においては、ステップＳ１０４の動作において、３Ｄモデルに対し、造形物５０の光反射領域５４及び内部領域５２に対応する光反射領域３０４及び内部領域３０６を設定する。また、これにより、造形物５０の各部に対応する領域を有する３Ｄモデルを生成する。
また、この場合、法線方向における着色領域３０２の厚さについては、造形物５０における着色領域５８の厚さが３００μｍ程度（例えば、１００〜５００μｍ程度）になるように設定することが好ましい。このように構成すれば、例えば造形物５０の表面に傷ができた場合や、ある程度の着色領域５８の形成時にインク滴の着弾位置にある程度のズレが生じた場合等にも、内部の色が露出すること等を適切に防ぐことができる。また、法線方向における光反射領域３０４の厚さについては、造形物５０における光反射領域５４の厚さが１００μｍ以上になるように設定することが好ましい。このように構成すれば、例えば、着色領域５８等を介して造形物５０の外部から入射した光を光反射領域５４でより適切に反射できる。
また、一定の厚さの着色領域３０２等を生成した後、その３Ｄモデルを用いて、スライス画像の生成を行う（Ｓ１０６）。この場合、スライス画像を生成するとは、例えば、３Ｄモデルのデータを一定の間隔で輪切り状にしたデータであるスライスデータを生成することである。また、スライス画像とは、例えば、スライスデータに対応して生成されるインクの層で表現される画像のことである。より具体的に、この動作においては、例えば図４（ｃ）に示すように、造形装置１００において形成するインクの層の厚さ（インクの積層サイズ）の間隔で３Ｄモデルをスライスすることで、例えば図４（ｄ）に示すようなスライスデータ（スライス画像）を生成する。ステップＳ１０６の動作を行うことにより、ホストＰＣ２００は、造形物データに基づき、断面配列方向における互いに異なる位置の断面をそれぞれ示す複数のスライスデータを生成する。
ここで、ホストＰＣ２００は、例えば、造形装置１００の仕様等に応じて予め設定された間隔で、複数のスライスデータを生成する。この場合、一つのスライスデータに対応して造形装置１００が造形を行う厚さ（スライスの厚さ）については、例えば３０μｍ程度（例えば、２０〜５０μｍ程度）にすることが考えられる。
また、スライス前の着色領域３０２に対応する部分は、図４（ｄ）に示したスライスデータにおいて、造形物の着色領域５８に対応するデータである着色領域データになる。そのため、表面の少なくとも一部が着色される造形物５０を造形する場合、以上の各動作により、ホストＰＣ２００は、少なくとも表面が着色される部分に対応するスライスデータとして、着色領域データを含むスライスデータを生成する。また、着色領域データについては、例えば、造形物５０の表面の色に対応して着色がされる領域である着色領域の断面を示すデータであると考えることができる。また、スライスデータにおいて、光反射領域３０４及び内部領域３０６に対応する部分は、造形物５０の光反射領域５４及び内部領域５２に対応するデータになる。
また、本例において、ステップＳ１０６は、第２中間データ生成段階の一例である。第２中間データ生成段階とは、例えば、第１中間データを所定の断面配列方向に沿って複数の断面に分けたデータである第２中間データを生成する段階である。
また、スライスデータの生成後、生成された各スライスデータに基づき、インク情報への変換を行う（Ｓ１０８）。この場合、インク情報への変換とは、例えば、スライスデータの各画素に対し、造形装置１００において造形時に使用するインクを指定することである。また、スライスデータの各画素とは、スライスデータに対応するスライス画像の各画素のことである。また、より具体的に、本例において、ステップＳ１０８では、少なくとも誤差拡散法を用いて、３Ｄモデルの着色領域３０２に設定されている色の情報を造形装置１００で用いるインク情報に変換する。
ここで、本例において、ホストＰＣ２００での上記の処理を行う前の造形物データとしては、造形物５０の表面の色が多階調で表現されているデータを用いる。そして、ステップＳ１０８では、造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、造形物データよりも少ない階調で色を表現する着色領域データを含むスライスデータを生成する。また、この場合、ステップＳ１０８では、少なくとも、誤差拡散処理段階の動作を行う。この場合、誤差拡散処理段階とは、例えば、ステップＳ１０６で生成した複数のスライスデータに対して誤差拡散法を用いて色の階調を減らす処理を行う段階のことである。ステップＳ１０８では、誤差拡散処理段階を少なくとも含む処理を行うことにより、インク情報への変換後のスライスデータを生成する。また、本例においては、この変換後のスライスデータは、断面データ生成段階で生成する断面データの一例である。
また、ステップＳ１０８の実行後、インク情報への変換がされたスライスデータを用いて、造形装置１００で造形の動作（積層動作）を実行する（Ｓ１１０）。本例において、ステップＳ１１０は、造形実行段階の一例である。また、ステップＳ１１０において、造形装置１００は、ホストＰＣ２００から受け取るスライスデータに基づいて造形の材料を吐出することにより、造形物５０を構成する複数のインクの層を形成して、造形物５０を造形する。また、この場合、造形システム１０は、例えば、スライスデータにおける着色領域データに基づき、少なくとも着色用のインクを用いて、造形物５０における着色領域５８を形成する。また、この場合、互いに異なる色のインクをそれぞれ吐出する複数のインクジェットヘッド２０２ｃ〜ｋを用いることにより、インクジェット法にてカラーインクを含む造形用のインクを吐出して、少なくとも表面がフルカラーに着色された造形物５０を造形する。
以上のように、本例においては、造形物データにおいて造形物５０の表面の色を示すデータ（カラーデータ）を造形物５０の外周面の法線方向に所定の厚さ領域に拡大した後にスライスデータを生成し、スライスデータに対応するインクの層（スライス層）を造形装置１００で重ねて形成することにより、表面がカラー着色された造形物５０を製造する。そして、この場合において、インク情報への変換時に誤差拡散法を用いる。そのため、本例によれば、造形物５０の表面の着色時において、中間調等の様々な色を適切に表現できる。また、これにより、例えば、高品質な着色がされた造形物５０をより適切に造形できる。
尚、本例において、例えばスライスデータを生成するステップＳ１０６までの動作は、造形装置１００の機種等に依存しないデータを用いて行うことが考えられる。また、インク情報への変換を行うステップＳ１０８以降の動作では、積層動作を実行する造形装置１００の機種等に合わせた形式のデータを用いることが好ましい。また、上記においては、ステップＳ１００の動作をホストＰＣ２００が実行し、ステップＳ１１０の動作を造形装置１００が実行する場合について、説明をした。しかし、造形システム１０の動作の変形例においては、例えば、ステップＳ１００における一部又は全体の動作について、造形装置１００で行うことも考えられる。
続いて、造形中の造形物５０の状態について、更に詳しく説明をする。上記においても説明をしたように、図３（ｂ）は、造形装置１００により形成するインクのドットの様子の一例を模式的に示す図である。また、図３（ｂ）において、上側の図は、造形物５０を構成するボクセルの並び方（配列）を模式的に示す。この場合、ボクセルとは、造形の最小単位となる立体画素のことである。また、より具体的に、本例において、ボクセルは、例えば、一つのインク滴により形成されるインクのドットである。造形システム１０による造形の動作時においては、造形の解像度に応じた間隔で並ぶボクセルの位置へ各インクジェットヘッドにインクを吐出させることにより、各ボクセルの位置にインクのドットを形成する。
そして、この場合、同じ色のインクのドットに対応するボクセルに着目すると、それぞれのボクセルは、造形の解像度に応じて予め設定された位置に形成されることになる。また、隣接するボクセルの位置に並べてボクセルを形成する場合、ボクセル間の距離は、解像度に対応するドット間距離になる。例えば、６００ｄｐｉの解像度で造形を行う場合、解像度に応じた距離は、１／６００インチ（約４２μｍ）になる。そのため、この場合、同じ色のインクのドットに対応するボクセル間の最短距離は、１／６００インチになる。すなわち、この場合、同じ色のインクのドットは、最小の間隔（ピッチ）を１／６００インチにして整列する。
また、実際の造形時には、例えば図３（ｂ）の下側に示すように、方向によって造形の解像度が異なる場合もある。より具体的に、例えば、主走査方向や副走査方向（ＸＹ方向）における造形の解像度は、インクジェットヘッドにおけるノズルの間隔（ノズルピッチ）や、マルチパス方式でのパス数に応じて決まる。この場合、マルチパス方式でのパス数とは、例えば、一つのインクの層の形成時に同じ位置に対して行う主走査動作の回数のことである。また、積層方向における解像度は、平坦化ローラ２０６（図１参照）により行う平坦化の厚さ（平坦化ピッチ）に応じて決まる。また、インクの層の形成時において、被造形面に着弾したインクは、通常、ＸＹ平面内に広がり、積層方向（Ｚ方向）における寸法（厚さ）が小さくなる。そのため、平坦化ピッチについては、通常、主走査方向及び副走査方向における解像度に対応するドット間距離よりも小さくすることが好ましい。そして、この場合、積層方向における造形の解像度は、主走査方向及び副走査方向における解像度と異なることになる。
より具体的に、例えば、主走査方向及び副走査方向における解像度が６００ｄｐｉの場合、主走査方向におけるドット間距離（図中のＤｙ）や、副走査方向におけるドット間距離（図示省略）は、約４２μｍになる。これに対し、上記においても説明をしたように、平坦化ピッチについては、３０μｍ程度にすることが考えられる。そして、平坦化ピッチを３０μｍにした場合、積層方向における解像度は、８００ｄｐｉになる。
そして、このような場合、ステップＳ１０８で行う誤差拡散法の処理について、方向による解像度の違いを考慮して行うことが好ましい。方向による解像度の違いを考慮して行う誤差拡散法の処理については、後に更に詳しく説明をする。また、例えば造形物５０における着色領域５８の形成時等には、造形の解像度に応じて設定される設計上の同じ位置に対し、複数色のインクのドットを形成することになる。この場合、各色毎に、図３（ｂ）に示すようなボクセルの配列を考えることができる。また、この場合、誤差拡散法の処理については、各色毎に個別に行うことが考えられる。
また、以下において詳しく説明をするように、本例においては、誤差拡散法の処理において、同一のスライスデータ内及び近接するスライスデータ内への誤差の分配（拡散）を行う。この場合、スライスデータ内へ誤差を分配するとは、例えば、スライスデータにおける着色領域データ内に誤差を分配することである。そのため、スライスデータにおける着色領域データについては、少なくとも、誤差の分配が可能な幅に設定することが好ましい。より具体的に、この場合、一つのスライスデータにおける着色領域データに基づいて形成される着色領域の面内方向の幅について、少なくとも、複数のボクセルが並ぶ幅にすることが好ましい。
続いて、誤差拡散法のより具体的な処理について、更に詳しく説明をする。図５は、本例において行う誤差拡散法の処理の一例を示す。図５（ａ）は、誤差拡散法の処理を行う構成を模式的に示す回路図である。
上記においても説明をしたように、本例において、ホストＰＣ２００は、スライスデータの生成後、生成された各スライスデータに基づき、インク情報への変換を行う。また、このインク情報への変換の処理の中で、誤差拡散法を用いて階調を減らす処理を行う。また、図５（ａ）においては、誤差拡散法を用いて階調を減らす処理の一例として、２値化の処理を行う場合の例を示している。この場合、ホストＰＣ２００は、例えば、誤差拡散法を用いて、造形物データにおいて多階調で表現されている色を２値化するハーフトーン処理を行って、複数のスライスデータを生成する。
また、より具体的に、この場合、図中にスライス平面データ群として示すような複数のスライスデータを入力データとして用い、誤差拡散法の処理を行う。この場合、スライス平面データ群とは、複数のスライスデータからなる群である。また、スライス平面データ群を構成する複数のスライスデータは、上記においても説明をしたように、造形物を示す造形物データに対して所定の処理を行って、インクの積層サイズに合わせてスライスしたデータのデータ群である。スライス平面データ群については、例えば、造形物の全体を示す３次元のデータと考えることができる。また、図中においては、Ｎ個のスライスデータを用いてＮ層のインクの層を重ねて形成する場合（積層数Ｎ）について、スライス平面データ群の一例を図示している。
また、本例のハーフトーン処理では、図中にスライス平面データとして示すように、スライス平面データ群から一つのスライスデータ（一スライス分のデータ）を順番に取り出し、順次処理を行う。この場合、それぞれのスライスデータについては、一つのインクの層に対応する面状の領域を示す２次元のデータと考えることができる。また、この段階において、スライスデータでは、造形物の着色領域に対応する部分である着色領域データにおいて、３値以上の多階調で色が表現されている。
尚、この場合、色が多階調で表現されているとは、着色用のインクの各色について、多階調で濃さが表現されていることである。この場合、各位置での色の濃さを示す濃度値は、図中にＩｎ（ｘ、ｙ、ｚ）と示すように、スライスデータにおける各位置と対応付けられている。この場合、スライスデータにおける各位置とは、例えば、スライスデータにおける各画素の位置のことである。また、スライスデータの各画素とは、そのスライスデータに対応して形成されるインクの層における各ボクセルに対応する点のことである。また、本例において、多階調で表現されている色を２値化するとは、各色毎に、濃度を２値化することである。また、ハーフトーン処理を行う前における各色のインクの濃さの階調数は、例えば４値以上、好ましくは８値以上、更に好ましくは１６値以上である。
また、取り出した一つのスライスデータに対する処理においては、先ず、誤差加算を行う（Ｓ２０２）。本例において、この誤差加算の処理は、スライスデータの各位置に対応付けられた色の濃度値に対し、累積誤差Ｅｒｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を加算する処理である。この場合、累積誤差Ｅｒｒ（ｘ、ｙ、ｚ）とは、スライスデータにおける各位置に対応付けて予め蓄積された誤差値である。また、累積誤差Ｅｒｒ（ｘ、ｙ、ｚ）は、３次元的に誤差を蓄積するバッファである３次元誤差バッファに格納されている。
また、誤差加算を行うことにより、スライスデータの各位置に対応付けられた色の濃度値は、誤差補正済みデータに変化する。この場合、誤差補正済みデータとは、誤差値による補正を行った後のスライスデータの値のことである。また、これにより、スライスデータの各位置に対応付けられた色の濃度値は、図中に示すように、Ｉｎ’（ｘ、ｙ、ｚ）に変化する。
そして、その後、誤差補正済みデータを用いて、２値化の処理（Ｓ２０４）と、誤差算出の処理（Ｓ２０６）とを行う。２値化の処理においては、予め設定された閾値と、誤差補正済みデータとを比較することにより、スライスデータの各画素の位置に対し、色の濃度を２値化する処理を行う。また、より具体的に、本例においては、閾値を変動させるための値が設定された行列である設定された閾値マトリクスを用いて変動させた閾値を用い、閾値マトリクスから得られた閾値に基づき、誤差補正済みデータにおける各位置の値と閾値との大小比較を行う。閾値マトリクスは、図中に示すように、スライスデータの各位置に対応付けられた閾値Ｍｔｘ（ｘ、ｙ、ｚ）が設定された行列である。また、これにより、各画素に対応する各色の濃度を２値化する。そして、図中に２値化データとして示すように、２値化を行った後のスライスデータを生成する。この２値化済みのスライスデータ（２値化データ）については、例えば、一つのスライスデータ分の２次元データ（平面データ）を２値化したデータと考えることができる。また、このスライスデータにおいて、２値の濃度値は、図中にＯｕｔ（ｘ、ｙ、ｚ）と示すように、スライスデータの各位置に対応付けられる。また、誤差算出の処理においては、誤差補正済みデータと、２値化後のデータ（２値データ）との差分である量子化誤差を算出する。この場合、量子化誤差は、図中にＱ（ｘ、ｙ、ｚ）と示すように、スライスデータの各位置に対応付けられる。
そして、誤差を算出した後、誤差分配の処理を行う（Ｓ２０８）。本例において、誤差分配の処理では、３次元拡散フィルタを用いて、近傍の画素の位置へ、誤差の分配を行う。この場合、３次元拡散フィルタとは、２値化で発生した誤差を３次元方向へ分配させるフィルタである。また、このようにして誤差の分配を行うことにより、ホストＰＣ２００は、色の階調を減らすことにより生じる誤差について、主走査方向（Ｙ方向）、副走査方向（Ｘ方向）、及び積層方向（Ｚ方向）のそれぞれの方向へ分配する。このように構成すれば、例えば、３次元的な誤差拡散法（３次元誤差拡散法）を適切に実行できる。
また、この場合、主走査方向及び副走査方向は、スライスデータに対応する断面と平行な面（スライス面）内において互いに直交する２方向である。これらの方向へ誤差を分配することにより、ホストＰＣ２００は、一つのスライスデータにおける着色領域内に誤差を分配する。この場合、スライスデータにおける着色領域内とは、例えば、造形時にスライスデータに対応して形成されるインクの層における着色領域内のことである。また、積層方向は、断面配列方向と平行な方向である。そして、この場合、積層方向へ誤差を配分するとは、他のスライスデータにおける着色領域内に誤差を配分することである。より具体的に、本例において、ホストＰＣ２００は、それぞれのスライスデータに対するハーフトーン処理において、少なくとも、断面配列方向におけるいずれかの側で隣接するスライスデータ内にも誤差を分配する。この場合、断面配列方向におけるいずれかの側で隣接するスライスデータ内に誤差を分配するとは、例えば、２値化の処理中のスライスデータに対して断面配列方向の一方側において隣接するスライスデータに対応する着色領域内に誤差を分配することである。また、誤差を分配するとは、例えば、スライスデータにおけるそれぞれの画素の位置に対応する誤差をその画素の周辺の画素に対応する位置へ分配することである。また、スライスデータにおける画素とは、上記においても説明をしたように、造形物におけるボクセルに対応する点のことである。
また、本例における誤差分配の処理では、既に２値化済みの画素に対しては誤差を分配せずに、２値化が完了していない近傍の画素に対してのみ、誤差の分配を行う。このように構成すれば、例えば、誤差の分配をより簡単な処理で行うことができる。また、この場合、積層方向への誤差の分配についても、２値化を行っていないスライスデータに対してのみ行うことになる。また、それぞれのスライスデータに対するハーフトーン処理においては、例えば、断面配列方向における一方の側から順番にスライスデータを取り出して処理を行うことが考えられる。そして、この場合、積層方向への誤差の分配については、断面配列方向の一方側のスライスデータに対してのみ行うことになる。そのため、本例において用いる３次元拡散フィルタは、図中に示すように、２値化の処理の入力となる誤差補正済みデータＩｎ’（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する位置の周囲のうち、積層方向の一方の側（例えば、Ｚ方向のプラス側）のみに値が設定されたフィルタになっている。このような３次元拡散フィルタを用いることにより、各方向への誤差の分配を容易かつ適切に行うことができる。
また、誤差分配の処理で分配した誤差については、３次元誤差バッファに格納されている誤差に加算して、累積誤差Ｅｒｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を更新する（Ｓ２１０）。また、これにより、スライスデータの各位置に対応する誤差の蓄積を行う。
以上のように構成すれば、それぞれのスライスデータに対し、誤差拡散処理を行いつつ、ハーフトーン処理を適切に行うことができる。また、この場合、２値化を行った後のスライスデータ（２値化データ）を積層したデータである２値化データ群を出力データとすることにより、造形物の全体に対応する２値化の結果を適切に出力できる。また、これにより、例えば、造形物の全体に対応するスライス平面データ群に対するハーフトーン処理を適切に行うことができる。
続いて、ステップＳ２０４において行う２値化の処理等について、更に詳しく説明をする。図５（ｂ）は、本例において行う２値化の処理と、誤差算出の処理との一例を示す。上記においても説明をしたように、本例において行う誤差拡散法の処理では、誤差補正済みデータと、閾値マトリクスから取得した閾値とを比較して、出力及び誤差を取得する。また、この場合、誤差とは、誤差補正済みデータと出力との差のことである。
また、本例においては、更に、入力（入力データ）の値が最大値又は最小値の場合には、誤差補正済みデータの値に依存せずに、１又は０に出力を決定する。この場合、入力の値が最大値又は最小値であるとは、スライスデータにおける各画素の位置での値が最大値又は最小値である場合のことである。
また、より具体的に、入力（Ｉｎ）が所定の最大値（Ｍａｘ値）と等しい場合（Ｓ３０２、Ｔｒｕｅ）、その画素に対応する出力（Ｏｕｔ）を１に設定する（Ｓ３０４）。また、この場合、誤差（Ｑ）として、誤差補正済みデータの値（Ｉｎ’）から最大値（Ｍａｘ値）を減じた値を設定する。また、これらの値の設定後、この画素に対応する出力及び誤差の設定を完了する。
また、入力が最大値と等しくない場合、（Ｓ３０２、Ｆａｌｓｅ）、入力と最小値（０）との比較を更に行う（Ｓ３０６）。そして、入力が最小値と等しい場合、（Ｓ３０６、Ｔｒｕｅ）、その画素に対応する出力を０に設定する（Ｓ３０８）。また、誤差として、誤差補正済みデータの値を設定する。また、これらの値の設定後、この画素に対応する出力及び誤差の設定を完了する。
また、入力が最小値と等しくない場合、（Ｓ３０６、Ｆａｌｓｅ）、更に、誤差補正済みデータと、閾値マトリクスから取得した閾値（Ｔｈ）との比較を行う（Ｓ３１０）。そして、誤差補正済みデータが閾値より大きければ（Ｓ３１０、Ｔｒｕｅ）、その画素に対応する出力を１に設定する（Ｓ３１２）。また、誤差として、誤差補正済みデータの値から最大値を減じた値を設定する。また、これらの値の設定後、この画素に対応する出力及び誤差の設定を完了する。
また、誤差補正済みデータが閾値以下である場合（Ｓ３１０、Ｆａｌｓｅ）、その画素に対応する出力を０に設定する（Ｓ３１４）。また、誤差として、誤差補正済みデータの値を設定する。また、これらの値の設定後、この画素に対応する出力及び誤差の設定を完了する。以上のように構成すれば、例えば、２値化の出力及び誤差の取得を適切に行うことができる。
続いて、図５（ａ）におけるステップＳ２０８に関連して説明をした誤差を分配する処理について、更に詳しく説明をする。図６は、誤差を分配する処理について更に詳しく説明をする図である。上記においても説明をしたように、本例において誤差を分配する処理は、２値化によって発生した誤差について、２値化の対象になっている画素である注目画素の周辺の画素へ分配（拡散）する処理である。また、この場合、誤差の分配の仕方は、拡散フィルタによって決まる。また、拡散フィルタとしては、注目画素を含むスライスデータ（注目画素を含む層）及び近傍のスライスデータ（近傍層）への誤差の分配を行うために、３次元の構成を有する３次元拡散フィルタを用いる。そして、この場合、３次元拡散フィルタに従って、注目画素から周辺の画素へ誤差の分配を行う。そして、この場合、周辺のそれぞれの画素の位置へ分配する誤差値は、拡散フィルタにおいて指定されている分配比率によって決まる。また、この場合、既に２値化が済んでいる画素に対しては、誤差を分配しない。
より具体的に、図６における左側の図は、主走査方向、副走査方向、積層方向のそれぞれの方向へ誤差の分配（ＸＹＺ方向への分配）を行う場合について、各方向について３画素分の分配比率が設定されている３×３×３の構成の３次元拡散フィルタを用いて誤差の分配を行う例を示している。また、この場合、（２、２、１）の位置が、注目画素の位置になる。
また、この場合、図中に右側のフローチャートに示すように、先ず、Ｘ、Ｙ、及びＺの値を初期値である１に設定して（Ｓ４０２〜Ｓ４０６）、その位置に対応する３次元拡散フィルタの値（フィルタ［ｘ、ｙ、ｚ］）を分配比率に設定する（Ｓ４０８）。そして、その位置へ分配する誤差である分配誤差Ｄとして、誤差値Ｑと分配比率Ｒとの積を設定する（Ｓ４１０）。また、設定した分配誤差Ｄをその位置に対応する累積誤差Ｅｒｒ［ｘ、ｙ、ｚ］に加算することにより、累積誤差を更新する（Ｓ４１２）。また、ステップＳ４０８〜Ｓ４１２の処理について、Ｘの値が３次元拡散フィルタにおけるＸ軸方向の最大値になるまで、Ｘの値を１ずつ増加させながら繰り返す（Ｓ４０６、Ｓ４１４）。
また、Ｘの値が最大値に達した後には、ステップＳ４１４からステップＳ４０４に戻り、Ｓ４０６〜Ｓ４１４の間のループについて、Ｙの値が３次元拡散フィルタにおけるＹ軸方向の最大値になるまで、Ｙの値を１ずつ増加させながら繰り返す（Ｓ４０４、Ｓ４１６）。そして、Ｙの値が最大値に達した後に、ステップＳ４１６からステップＳ４０２に戻り、Ｓ４０４〜Ｓ４１６の間のループについて、Ｚの値が３次元拡散フィルタにおけるＺ軸方向の最大値になるまで、Ｚの値を１ずつ増加させながら繰り返す（Ｓ４０２、Ｓ４１８）。そして、Ｘの値が最大値に達したところで、上記のループを抜け、一つの注目画素に対応する誤差の配分を終了する。このように構成すれば、例えば、主走査方向、副走査方向、積層方向のそれぞれの方向への誤差の分配を適切に行うことができる。
続いて、本例の様々な特徴について、補足説明や変形例の説明等を行う。上記においても説明をしたように、造形物５０の造形の解像度が方向によって異なる場合には、誤差拡散法の処理について、方向による解像度の違いを考慮して行うことが好ましい。この場合、例えば、主走査方向、副走査方向、及び積層方向の各方向への誤差の分配比率について、それぞれの方向における造形の解像度に応じて設定された分配比率を用いることが考えられる。
また、より具体的に、方向による造形の解像度の違いについては、例えば、図３（ｂ）等に関連して上記においても説明をしたように、積層方向における造形の解像度について、主走査方向及び副走査方向における造形の解像度と異ならせること等が考えられる。そして、このような場合、積層方向への誤差の分配比率について、主走査方向及び副走査方向のそれぞれの方向への誤差の分配比率と異ならせることが好ましい。
また、この場合、更に、誤差を分配する範囲に含まれるボクセルの数について、各方向における造形の解像度に応じて異ならせてもよい。誤差を分配する範囲に含まれるボクセルとは、例えば、スライスデータの注目画素の周囲において、誤差が配分される画素のことである。より具体的に、この場合、積層方向へ誤差を分配する範囲に並ぶボクセルの数について、主走査方向及び副走査方向のそれぞれの方向へ誤差を分配する範囲に並ぶボクセルの数と異ならせること等が考えられる。
また、この場合、例えば、解像度に応じて誤差を分配する範囲に含まれるボクセルの数を異ならせることにより、誤差を分配する範囲の距離については、主走査方向、副走査方向、及び積層方向のそれぞれの方法に対して均等にすることが好ましい。この場合、２値化の対象になっている注目画素に対応するボクセルと、２値化により生じた誤差が分配される画素に対応するボクセルとを含む範囲は、主走査方向、副走査方向、及び積層方向の各方向と平行な辺が等しい立方体状の領域になる。
尚、この場合、距離が均等であるとは、例えば、造形の解像度に応じた精度で、実質的に均等であることである。また、距離が実質的に均等であるとは、例えば、各方向に対する誤差を分配する距離の差について、造形の解像度における最小の間隔（ピッチ）未満にすることである。また、距離が実質的に均等であるとは、各方向に対する誤差を分配する範囲の距離の差が最小になるように、各方向に対して誤差を分配する範囲に含まれるボクセルの数を設定することであってもよい。
ここで、上記においても説明をしたように、本例において、ボクセルとは、造形の最小単位となる立体画素のことである。この場合、ボクセルについて、例えば、インク滴で構成されるデータの１単位と考えることもできる。また、ボクセルについて、例えば、造形の解像度における最小の間隔（ピッチ）で主走査方向、副走査方向、及び積層方向のそれぞれの方向へ並ぶ模式的な単位と考えることもできる。
また、上記においては、造形時に形成されるボクセルの配列について、主に、設計上の位置に着目して説明をした。しかし、実際の造形時においては、厳密に設計上の位置にボクセルに対応するインクのドットを形成しなくても、求められる造形の精度に応じて、設計上の位置に合わせてボクセルに対応するインクのドットを形成すればよい。この場合、設計上の位置に合わせてインクのドットを形成するとは、例えば、インクジェットヘッドからインク滴を吐出するタイミングについて、設計上のボクセルの位置に合わせて設定することである。また、より具体的に、インクジェットヘッドを用いて造形を行う場合、造形中の造形物の被造形面に着弾したインク滴は、着弾後に面内方向へ広がることになる。そして、この場合、インクのドットの直径は、１００μｍ程度にまで広がることが考えられる。そのため、例えば造形の解像度が６００ｄｐｉの場合、解像度におけるドット間隔（約４２μｍ）に対し、インクのドットの直径が２．５倍程度になる。このような場合も、インク滴の吐出のタイミングを設計上のボクセルの位置に合わせて設定することにより、設計上の位置に合わせて、ボクセルに対応するインクのドットを適切に形成できる。
また、上記においても説明をしたように、本例においては、造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて２値化の処理を行うことで、造形物の造形時に、所定の色の着色用のインクを用いて、中間調の色を表現する。この場合、着色用のインクは、造形物において着色される部分の色の材料の一例である。
また、この場合、誤差拡散法を用いて行う２値化の処理について、色の階調を減らす量化の処理の一例と考えることができる。そのため、造形システム１０の構成の変形例においては、２値化以外の量子化を行ってもよい。この場合も、上記と同様にして誤差拡散法を用いることにより、色の階調を適切に減らすことができる。
また、誤差拡散法の具体的な処理の仕方についても、上記において説明をした処理に限らず、様々に変形が可能である。例えば、上記においては、誤差拡散法の処理について、図５等を用いて、主に、閾値マトリクスを用いる場合について、説明をした。しかし、２値化等の量子化の処理においては、閾値マトリクスを用いずに、誤差補正済みデータと閾値との比較を行ってもよい。この場合、例えば、予め設定された一定値の閾値を用いること等も考えられる。
本発明は、例えば、造形物の造形方法に好適に利用できる。
１０・・・造形システム、５０・・・造形物、５２・・・内部領域、５４・・・光反射領域、５６・・・内部クリア領域、５８・・・着色領域、６０・・・表面クリア領域、７０・・・サポート層、１００・・・造形装置、１０２・・・ヘッド部、１０４・・・造形台、１０６・・・主走査駆動部、１０８・・・副走査駆動部、１１０・・・積層方向駆動部、１２０・・・制御部、２００・・・ホストＰＣ、２０２・・・インクジェットヘッド、２０４・・・紫外線光源、２０６・・・平坦化ローラ、３０２・・・着色領域、３０４・・・光反射領域、３０６・・・内部領域

Claims (15)

  1. 立体的な造形物を造形する造形方法であって、
    造形しようとする前記造形物の断面を示すデータである断面データを生成する段階であり、前記造形しようとする造形物を示すデータである造形物データに基づき、前記断面が並ぶ方向として予め設定された方向である断面配列方向における互いに異なる位置の前記断面をそれぞれ示す複数の前記断面データを生成する断面データ生成段階と、
    前記それぞれの前記断面データに基づいて造形の材料を吐出することにより、前記造形物を造形する造形実行段階と
    を備え、
    表面の少なくとも一部が着色される前記造形物を造形する場合に、
    前記断面データ生成段階は、少なくとも表面が着色される部分に対応する前記断面データとして、前記造形物の表面の色に対応して着色がされる領域である着色領域の断面を示すデータである着色領域データを含む前記断面データを生成し、
    前記造形実行段階は、前記断面データにおける前記着色領域データに基づき、少なくとも着色用の前記材料を用いて、前記着色領域を形成し、
    前記造形物データは、前記造形物の表面の色が多階調で表現されているデータであり、
    前記断面データ生成段階は、前記造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、前記造形物データよりも少ない階調で色を表現する前記着色領域データを含む前記断面データを生成することを特徴とする造形方法。
  2. 前記断面データ生成段階は、
    前記造形物の表面と垂直な方向である前記造形物の法線方向において表面の内側の所定の厚さの領域が着色される状態で前記造形物を示すデータである第１中間データを前記造形物データに基づいて生成する第１中間データ生成段階と、
    前記第１中間データを前記断面配列方向に沿って複数の断面に分けたデータである第２中間データを生成する第２中間データ生成段階と、
    前記第２中間データにおける複数の断面のデータに対して誤差拡散法を用いて色の階調を減らすことにより、前記複数の前記断面データを生成する誤差拡散処理段階と
    を有することを特徴とする請求項１に記載の造形方法。
  3. 前記断面データ生成段階は、誤差拡散法において分配する誤差について、少なくとも、一つの前記断面データに対応する前記着色領域内と、当該一つの断面データに対して前記断面配列方向の一方側において隣接する前記断面データに対応する前記着色領域内とに分配することを特徴とする請求項１又は２に記載の造形方法。
  4. 前記造形実行段階は、前記造形の材料を吐出する吐出ヘッドに、前記材料を吐出しつつ予め設定された主走査方向へ移動する主走査動作と、前記造形の材料が積層される方向である積層方向へ造形中の前記造形物に対して相対的に移動する積層方向走査とを少なくとも行わせることにより、前記造形物を造形し、
    前記断面データ生成段階は、誤差拡散法において分配する誤差について、前記主走査方向、前記主走査方向と直交する副走査方向、及び前記積層方向のそれぞれの方向へ分配することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の造形方法。
  5. 前記断面データ生成段階は、前記主走査方向、前記副走査方向、及び前記積層方向のそれぞれの方向への誤差の分配比率について、それぞれの方向における造形の解像度に応じて設定された分配比率を用いることを特徴とする請求項４に記載の造形方法。
  6. 前記断面データ生成段階は、前記積層方向への誤差の分配比率を、前記主走査方向及び前記副走査方向のそれぞれの方向への誤差の分配比率と異ならせることを特徴とする請求項４又は５に記載の造形方法。
  7. 前記造形実行段階は、造形の解像度に応じた間隔で並ぶボクセルの位置へ前記吐出ヘッドに前記造形の材料を吐出させ、
    前記断面データ生成段階は、誤差拡散法の処理において、色の階調を減らすことにより生じる誤差について、それぞれの前記ボクセルの位置に対応する誤差を当該ボクセルの周辺のボクセルに対応する位置へ分配し、
    かつ、前記積層方向へ誤差を分配する範囲に並ぶ前記ボクセルの数を、前記主走査方向及び前記副走査方向のそれぞれの方向へ誤差を分配する範囲に並ぶ前記ボクセルの数と異ならせることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の造形方法。
  8. 前記断面データ生成段階は、誤差拡散法の処理において、誤差を分配する範囲の距離について、前記主走査方向、前記副走査方向、及び前記積層方向のそれぞれの方向に対して均等にすることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の造形方法。
  9. 前記断面データ生成段階は、誤差拡散法を用いて、前記造形物データにおいて多階調で表現されている色を２値化するハーフトーン処理を行って、前記複数の断面データを生成することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の造形方法。
  10. 前記造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、前記造形実行段階において、前記着色される部分の色の前記材料を用いて、中間調の色を表現することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の造形方法。
  11. 前記造形実行段階は、互いに異なる色の前記造形の材料をそれぞれ吐出する複数の吐出ヘッドを用いて、カラー着色された前記造形物を造形することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の造形方法。
  12. 前記造形の材料として、紫外線に応じて硬化する紫外線硬化型インクを用いることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の造形方法。
  13. 前記造形実行段階は、前記断面データに基づいて形成される前記造形の材料の層を平坦化する平坦化手段を用いて、前記層の厚さを予め設定された厚さに調整することを特徴とする１から１２のいずれかに記載の造形方法。
  14. 立体的な造形物を造形する造形システムであって、
    造形しようとする前記造形物の断面を示すデータである断面データを生成する装置であり、前記造形しようとする造形物を示すデータである造形物データに基づき、前記断面が並ぶ方向として予め設定された方向である断面配列方向における互いに異なる位置の前記断面をそれぞれ示す複数の前記断面データを生成する断面データ生成装置と、
    前記それぞれの前記断面データに基づいて造形の材料を吐出することにより、前記造形物を造形する造形装置と
    を備え、
    表面の少なくとも一部が着色される前記造形物を造形する場合に、
    前記断面データ生成装置は、少なくとも表面が着色される部分に対応する前記断面データとして、前記造形物の表面の色に対応して着色がされる領域である着色領域の断面を示すデータである着色領域データを含む前記断面データを生成し、
    前記造形装置は、前記断面データにおける前記着色領域データに基づき、少なくとも着色用の前記材料を用いて、前記着色領域を形成し、
    前記造形物データは、前記造形物の表面の色が多階調で表現されているデータであり、
    前記断面データ生成装置は、前記造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、前記造形物データよりも少ない階調で色を表現する前記着色領域データを含む前記断面データを生成することを特徴とする造形システム。
  15. 立体的な造形物を造形する造形装置であって、
    造形しようとする前記造形物の断面を示すデータである断面データを生成する断面データ生成装置から受け取る複数の前記断面データのそれぞれに基づいて造形の材料を吐出することにより、前記造形物を造形し、
    前記断面データ生成装置は、前記造形しようとする造形物を示すデータである造形物データに基づき、前記断面が並ぶ方向として予め設定された方向である断面配列方向における互いに異なる位置の前記断面をそれぞれ示す複数の前記断面データを生成する装置であり、
    表面の少なくとも一部が着色される前記造形物を造形する場合、
    前記造形装置は、少なくとも表面が着色される部分に対応する前記断面データとして、前記造形物の表面の色に対応して着色がされる領域である着色領域の断面を示すデータである着色領域データを含む前記断面データを断面データ生成装置から受け取り、前記断面データにおける前記着色領域データに基づき、少なくとも着色用の前記材料を用いて、前記着色領域を形成し、
    前記造形物データは、前記造形物の表面の色が多階調で表現されているデータであり、
    前記着色領域データを含む断面データは、前記造形物データにおいて多階調で表現されている色に対し、誤差拡散法を用いて階調を減らすことにより、前記造形物データよりも少ない階調で色を表現する前記着色領域データを含む前記断面データであることを特徴とする造形装置。
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