JP2018047606A - Molding apparatus, and molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、造形装置及び造形方法に関する。 The present invention relates to a modeling apparatus and a modeling method.
多数の層を積み上げることで3次元造形物を形成する造形装置が注目を集めている。この種の積層造形技術は、アディティブマニファクチャリング(AM)、3次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング(RP)などと呼ばれる。積層造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。特許文献1には、電子写真プロセスを応用した造形方式が開示されている。
A modeling apparatus that forms a three-dimensional model by stacking a large number of layers has been attracting attention. This type of additive manufacturing technology is called additive manufacturing (AM), three-dimensional printer, rapid prototyping (RP), or the like. Various modeling methods have been proposed for additive manufacturing technology.
特許文献1のような、スライス像を樹脂材料により粒子像に変換しシート単位の材料画像として積層する造形方式では、粒子像形成時及び材料画像を搬送体に転写する時に転写不良により材料画像に欠陥部分が生じるおそれがある。欠陥部分が生じた場合には、次層の材料画像と良好に接触することができず、積層が継続できなくなることが懸念される。
In a modeling method such as
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、材料画像に欠陥部分が生じた場合でも、積層不良を生じさせることなく造形を継続でき、立体物の品質を向上することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even when a defective portion is generated in a material image, modeling can be continued without causing poor stacking and the quality of a three-dimensional object can be improved. The purpose is to provide technology.
本発明の第一態様は、
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記造形材料を配置して材料画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する搬送体と、
前記材料画像を積層する積層部と、
前記材料画像に光を照射する暗視野照明、及び、前記造形材料による前記光の散乱光を受光するイメージセンサを有する画像取得部と、
を備えることを特徴とする造形装置を提供する。
The first aspect of the present invention is:
A modeling device that creates a three-dimensional object by stacking modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
An image forming unit that forms a material image by arranging the modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The material image formed by the image forming unit is transferred, and a transport body that transports the material image;
A laminating portion for laminating the material images;
Dark field illumination that irradiates light on the material image, and an image acquisition unit that includes an image sensor that receives the scattered light of the light from the modeling material;
A modeling apparatus is provided.
本発明の第二態様は、
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料を積層することによって立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記造形装置が、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記造形材料を配置して材料画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する搬送体と、
前記搬送体により搬送された前記材料画像を積層する積層部と、
前記搬送体上の前記材料画像に関する情報を取得する画像取得部と、
前記搬送体上の前記材料画像を廃棄するための廃棄部と、
を有し、
前記画像取得部により取得された注目材料画像の情報と、前記注目材料画像の元データである注目スライスデータとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果に基づいて、前記注目材料画像が積層可能な材料画像か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより否定判断がなされた場合に、前記廃棄部により前記注目材料画像を廃棄させ、かつ、前記注目スライスデータに基づいて前記画像形成部により前記注目材料画像を再形成させる制御ステップと、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
The second aspect of the present invention is:
A modeling method by a modeling device that creates a three-dimensional object by laminating modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
The modeling apparatus is
An image forming unit that forms a material image by arranging the modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The material image formed by the image forming unit is transferred, and a transport body that transports the material image;
A stacking unit for stacking the material images transported by the transport body;
An image acquisition unit for acquiring information on the material image on the carrier;
A discarding unit for discarding the material image on the carrier;
Have
A comparison step for comparing information of the material of interest image acquired by the image acquisition unit and the slice data of interest which is the original data of the material of interest image;
A determination step of determining whether the material image of interest is a material image that can be laminated based on the comparison result of the comparison step;
When a negative determination is made in the determination step, a control step of discarding the target material image by the discard unit and re-forming the target material image by the image forming unit based on the target slice data;
The modeling method characterized by including this is provided.
本発明の第三態様は、
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料を積層して立体物を作製する造形方法であって、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づいて造形材料を配置して材料画像を形成する画像形成ステップと、
前記材料画像に光を照射し、その乱反射光から前記材料画像の情報を取得する情報取得ステップと、
前記材料画像の情報と前記スライスデータとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果に基づいて、前記材料画像が積層可能か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより否定判断がなされた前記材料画像を廃棄し、前記スライスデータに基づいて材料画像を再形成する画像再形成ステップと、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
The third aspect of the present invention is:
A modeling method for manufacturing a three-dimensional object by stacking modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
An image forming step of forming a material image by arranging a modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
An information acquisition step of irradiating the material image with light and acquiring information of the material image from the irregularly reflected light;
A comparison step of comparing the material image information with the slice data;
A determination step of determining whether or not the material image can be stacked based on a comparison result of the comparison step;
An image re-forming step of discarding the material image for which a negative determination has been made in the determining step, and re-forming the material image based on the slice data;
The modeling method characterized by including this is provided.
本発明によれば、材料画像に欠陥部分が生じた場合でも、積層不良を生じさせることなく造形を継続でき、立体物の品質を向上することができる技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when a defective part arises in a material image, modeling can be continued without producing stacking fault, and the technique which can improve the quality of a solid object can be provided.
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範
囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術(AM技術)、すなわち、造形材料を2次元に配置して層状に積層することによって3次元物体(立体物)を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の3次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体(例えばオーバーハング部を下から支える柱)を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、ABS、PS(ポリスチレン)、PC(ポリカーボネート)など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸(PLA)、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)などを例示できる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, various control procedures, control parameters, target values, etc., such as dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the members described in the following embodiments are described in the present invention. It is not intended to limit the scope of the above to only those.
The present invention relates to an additive manufacturing technique (AM technique), that is, an apparatus for forming a three-dimensional object (three-dimensional object) by two-dimensionally arranging modeling materials and laminating them in layers.
As the modeling material, various materials can be selected according to the application, function, purpose, etc. of the three-dimensional object to be produced. In this specification, a material constituting a three-dimensional object for modeling is referred to as “structural material”, and a portion formed of the structural material is referred to as a structure. A material that constitutes a support body (for example, a column that supports the overhang portion from below) for supporting the structure being manufactured is referred to as a “support material”. When it is not necessary to distinguish between the two, the term “modeling material” is simply used. As the structural material, for example, a thermoplastic resin such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), ABS, PS (polystyrene), and PC (polycarbonate) can be used. As the support material, a material having thermoplasticity and water solubility can be preferably used in order to simplify the removal from the structure. Examples of the support material include carbohydrates, polylactic acid (PLA), PVA (polyvinyl alcohol), and PEG (polyethylene glycol).
また、本明細書では、作製目的とする立体モデルの3次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層(1層分の画像)を「材料画像」と呼ぶ。「材料画像」は、用いる造形材料の種類に応じて、一又は複数の材料画像を組み合わせて形成される粒子の層である。なお、スライスデータに基づき造形材料で形成される粒子単位の像を「粒子像」と呼ぶ場合がある。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル(つまり造形装置に与えられる3次元形状データが表す3次元物体)を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された(出力された)3次元物体(立体物)を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。また、後述するステージ49の積層面49aと直交する方向を「上下方向」と呼ぶ。また、上下方向において、図1Aにおける紙面の上部へ向かう方向を上方向、図1における紙面の下部へ向かう方向を下方向とする。
Further, in this specification, digital data obtained by slicing three-dimensional shape data of a stereo model to be produced into a plurality of layers along the stacking direction is referred to as “slice data”. The slice data is generated by adding information such as support material data as necessary. A layer (image for one layer) formed of a modeling material based on slice data is referred to as a “material image”. A “material image” is a layer of particles formed by combining one or more material images depending on the type of modeling material used. In addition, the image of the particle unit formed with a modeling material based on slice data may be called a “particle image”.
A three-dimensional model (that is, a three-dimensional object represented by three-dimensional shape data given to the modeling apparatus) to be manufactured using the modeling apparatus is referred to as a “modeling object”. A three-dimensional object (three-dimensional object) produced (output) by the modeling apparatus is referred to as a “modeled object”. In the case where the modeled object includes the support body, a portion excluding the support body becomes a “structure” constituting the modeled object. In addition, a direction orthogonal to a
<第1実施形態>
(造形装置の構成)
図1A,1Bを参照して、第1実施形態に係る造形装置1の構成を説明する。図1Aは、本実施形態に係る造形装置1の構成を模式的に示す図である。図1Bは、材料画像検出部分を拡大した構成を模式的に示す図である。
本実施形態の造形装置1は、概略、制御部、画像形成部、及び、積層部を有する。制御部は、造形対象物の3次元形状データから複数層のスライスデータを生成する処理、造形装置1の各部の制御、などを担う構成部分である。制御部は、制御ユニット60、画像生成コントローラ10、造形コントローラ70、複数のモータ47〜48、ラインセンサ44、照明光源45などで構成される。画像形成部は、各層のスライスデータに基づき、造形材料からなる1層分の材料画像を形成する構成部分である。画像形成部は、レーザスキャナ(露光装置)20、カートリッジ(プロセスカートリッジ)30、転写ローラ41などで構成される。積層部は、画像形成部で生成された複数層の材料画像を順に積層し固着することによって、3次元構造をもつ立体物を形成する構成部分である。積層部は、搬送体42、ヒータ板43、ステージ49、クリーナ(廃棄部)46などで構成される。
<First Embodiment>
(Configuration of modeling equipment)
With reference to FIG. 1A and 1B, the structure of the
The
(制御部)
制御ユニット60は、造形対象物の3次元形状データを造形用のスライスデータへ変換する機能、各層のスライスデータを画像生成コントローラ10へ出力する機能、積層造形
工程を管理する機能、などを有する。制御ユニット60は、例えばパーソナルコンピュータや組み込み型コンピュータにこれらの機能を有するプログラムを実装することにより構成することができる。3次元形状データとしては、3次元CAD、3次元モデラー、3次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができる。3次元形状データのフォーマットは問わないが、例えば、STL(StereoLithography)などのポリゴンデータを好ましく用いることができる。また、スライスデータのフォーマットとしては、例えば、多値の画像データ(各値が材料の種類を表す)やマルチプレーンの画像データ(各プレーンが材料の種類に対応する)を用いることができる。
(Control part)
The
画像生成コントローラ10は、制御ユニット60から入力されるスライスデータ及び造形コントローラ70から入力される制御信号などに基づき、画像形成部における画像形成プロセスを制御する機能を有する。具体的には、画像生成コントローラ10は、スライスデータの解像度変換や復号処理、レーザスキャナ20による画像書き出し位置及びタイミングの制御などを行う。その他にも、画像生成コントローラ10は、一般的なレーザプリンタ(2Dプリンタ)に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。
The
造形コントローラ70は、造形装置のメカトロ制御を行う機能を有している。駆動系は、転写ローラ41を回転駆動する転写ローラモータ47、ステージ49の移動を行うステージ駆動モータ48を含む。センシング系は、材料画像を検出するイメージセンサとしてラインセンサ44、材料画像を照明する照明光源45を含む。ラインセンサ44と照明光源45は、画像取得部を構成する。なお、これらのセンサと照明光源の役割の詳細については後述する。
The
図7に、造形コントローラ70の回路ブロックの一例を示す。造形コントローラ70は、CPU71、メモリ72、インタフェース73、UI手段74、モータ駆動回路75、モータドライバ76、センサ検知回路77、センサインタフェース78、その他のIO回路79、ヒータ回路80、IOインタフェース81を有する。モータドライバ76には、転写ローラモータ47、ステージ駆動モータ48が接続される。センサインタフェース78には、図示しないロータリーエンコーダ検知センサや造形装置のカバーオープン検知スイッチ、ステージ49のホームポジションセンサなどが接続される。ヒータ回路80には、ヒータ板43内のヒータ及び熱電対が接続される。IOインタフェース81には、ラインセンサ44や照明光源45及びクリーナ46などの駆動信号が接続される。
なお、本実施形態では、制御ユニット60と造形コントローラ70と画像生成コントローラ10を別々のコントローラにて構成したが、これらの機能を1つのコントローラにより構成しても構わない。
In FIG. 7, an example of the circuit block of the
In the present embodiment, the
(画像形成部)
画像形成部は、例えば電子写真プロセスを利用して造形材料からなる1層分の材料画像を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を潜像に付着させて画像を形成するという一連のプロセスによって、所望の画像を形成する手法である。造形装置では、現像剤の代わりに、造形材料からなる粒子を用いるが、電子写真プロセスの基本原理は2Dプリンタのものとほぼ同じである。
(Image forming part)
The image forming unit is a unit that forms a material image for one layer made of a modeling material using, for example, an electrophotographic process. The electrophotographic process is a technique for forming a desired image by a series of processes in which a photoreceptor is charged, a latent image is formed by exposure, and developer particles are attached to the latent image to form an image. In the modeling apparatus, particles made of a modeling material are used instead of the developer, but the basic principle of the electrophotographic process is almost the same as that of the 2D printer.
図1Aにおいて感光ドラム34は、有機感光体やアモルファスシリコン感光体などの感光体層を有する像担持体である。一次帯電ローラ33は、感光ドラム34の感光体層を一様に帯電するための帯電装置である。レーザスキャナ20は、画像生成コントローラ10から与えられる画像信号にしたがい、レーザ光で感光ドラム34上をスキャンし、潜像を描画する露光装置である。造形材料供給部31は、造形材料35を収容・供給する装置で
ある。現像ローラ32は、感光ドラム34上の静電潜像に造形材料35を供給する現像装置である。転写ローラ41は、感光ドラム34上に形成された造形材料35の像を搬送体(転写ベルト)42に転写する転写装置である。図示しないが、感光ドラム34と転写ローラ41のあいだの転写ニップの下流に、感光ドラム34の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を設けてもよい。本実施形態では、感光ドラム34、一次帯電ローラ33、造形材料供給部31、現像ローラ32が、ドラムカートリッジ30として一体化され、造形装置本体に対して着脱可能に構成されることで、交換が容易になっている。一方、造形材料の大容量化に対応するため、露光・現像装置部と材料供給部を別体にした補給構成にしても良い。
画像形成部は、スライスデータに基づいて造形材料を配置できるものであれば限定されるものではなく、前述の電子写真プロセス方式の他に、インクジェットを用いて搬送体の上に直接画像を形成する方法などを採用することもできる。
In FIG. 1A, a
The image forming unit is not limited as long as the modeling material can be arranged based on the slice data. In addition to the above-described electrophotographic process method, the image forming unit directly forms an image on the carrier using an inkjet. A method etc. can also be adopted.
(積層部)
図1Aにおいて搬送体42は、画像形成部で形成され、感光ドラム34から転写された材料画像50を担持し、ステージ49(積層ニップ)まで搬送する部材である。搬送体42は、例えば、樹脂、ポリイミドなどの無端状のベルト部材で構成される。ヒータ板43は、ヒータを内蔵しており、搬送体42上の材料画像50を溶融し、ステージ49の積層面49a上、または、ステージ49上(積層面49a上)の造形物51の上面に積層する加熱積層機能を有する。ステージ49は、積層中の造形物51を保持する部材であり、ステージ駆動モータ48により上下方向(積層方向)に移動可能である。
(Laminated part)
In FIG. 1A, a
(造形装置の動作)
次に、造形装置による造形物作製の基本動作について説明する。
図1Aにおいて制御ユニット60は、造形対象物の3次元形状データに基づき、当該造形対象物を所定のピッチ(例えば数ミクロンから数十ミクロンの厚さ)でスライスして各層の断面形状を計算し、各層のスライスデータを生成する。最下層のスライスデータから順に画像生成コントローラ10に入力される。画像生成コントローラ10は、入力されたスライスデータにしたがって、レーザスキャナ20のレーザ発光及びスキャンを制御する。
(Operation of modeling equipment)
Next, a basic operation for producing a modeled object by the modeling apparatus will be described.
In FIG. 1A, the
画像形成部では、一次帯電ローラ33によって感光ドラム34の表面が均一に帯電される。レーザスキャナ20からのレーザ光により感光ドラム34の表面が露光されると、その露光部分が除電される。現像バイアスで帯電された造形材料が現像ローラ32によって除電部分に供給され、造形材料からなる材料画像が感光ドラム34の表面に形成される。この材料画像50は、転写ローラ41により搬送体42上に転写される。
搬送体42は材料画像50を担持しつつ回転移動し、材料画像50を積層位置へと搬送する。ヒータ板43により熱を与えることで、材料画像50がステージ49上の造形物51の上面に熱溶着される。材料画像50が積層されるたび、造形コントローラ70はステージ49を上下方向に一層の厚み分だけ下降させ、次の層の積層に備える。
以上の材料画像50を形成する画像形成工程、及び材料画像50を積層する積層工程を含む造形動作を、スライスデータの枚数分繰り返すことで、ステージ49上に造形物51が形成される。
In the image forming unit, the surface of the
The
The
(材料画像の溶融積層の説明)
図2A〜2Fを用いて、材料画像50が、造形物51の上面に熱溶着され積層されてゆく工程を模式的に説明する。
図2Aは、材料画像50を構成する粒子が敷き詰められた状態を示している。一般的に平面上で最密の状態とは六方最密状態をいう。
図2Bは、粒子が造形物51上に密着して並び、粒子上面から搬送体42を介してヒー
タ板43が接触した状態を示している。図2Bに示す粒子は、図2AのA―A’断面に相当する。本実施形態では、粒子の半径を「r」として表す。したがって、直径は2rとなる。なお、実際は「r」はある粒度分布範囲を有する長さであり、ここでは平均値を「r」として扱う。
図2Cは、粒子が溶融を開始して粒子間の隙間を相互に満たし始め、且つ、造形物51の位置が上昇を始めた状態を示している。図2Dは、溶融が完了し、粒子間の隙間が充填された状態を示している。このとき、粒子全体の体積の変化はないため、溶融が完了した材料画像50は、図2Dに示すように板状になる。材料画像50の板厚は、単純計算で1.6rとなる。
図2Eでは、図2A同様の材料画像50の平面図を上部に示し、平面図におけるA−A’断面を下部に示している。図2Fでは、図2D同様に溶融が完了し隙間が充填された状態の平面図を上部に示し、平面図におけるa−a’断面を下部に示している。
(Explanation of melt lamination of material images)
The process in which the
FIG. 2A shows a state where particles constituting the
FIG. 2B shows a state where the particles are in close contact with each other on the modeled
FIG. 2C shows a state in which the particles start to melt, begin to fill the gaps between the particles, and the position of the shaped
In FIG. 2E, the top view of the
(積層造形の課題)
本実施形態のように、材料画像を積層して造形物を形成するタイプの造形装置では、材料画像の部分的な欠陥が、造形物の品質を左右する。例えば、現像器の不良等により現像工程において部分的に現像コートが一様に形成できない場合には、スジやコート抜けが発生するおそれがある。また、感光ドラム34から搬送体42に造形材料35の像を転写する際に、転写バイアスが適切に設定されていないか又は、造形材料35の帯電が不充分であった場合には、転写不良を起こし、材料画像50に欠陥が生じるおそれがある。材料画像50に欠陥が生ずると、該当箇所は溶融時に平面度が著しく低下し、次層の材料画像50を、ステージ49上の造形物51に積層し固着することが困難となる。このような画像欠陥が、造形装置に特有の課題といえる。
(Problems of additive manufacturing)
As in this embodiment, in a modeling apparatus of a type that forms a modeled object by stacking material images, a partial defect in the material image affects the quality of the modeled object. For example, when a development coat cannot be formed partially and uniformly in the development process due to a defect in the developing device, streaks or missing coating may occur. Further, when the image of the
(材料画像の欠陥生成の説明)
図3A〜3Gを用いて、材料画像50に部分的な欠陥画像が生成されてゆく工程を模式的に説明する。
図3A,3Bは、材料画像50を構成する造形材料の1粒子が欠陥した場合について説明するための模式図であり、図3Aは溶融前の状態、図3Bは溶融後の状態を示している。図3A,3Bにおいては、上部に平面図を示し、下部に平面図のA−A’断面、a−a’断面を示している。図3Bでは、溶融後の1粒子分の欠陥状態を示しているが、実際には分子の流動が発生するため、欠陥部と非欠陥部の境界は図示するように垂直とはならず、なだらかに傾斜すると思われる。
図3C,3Dは、図3A,3B同様に材料画像50の1粒子が欠陥した場合について説明するための模式図である。図3Dでは、溶融時に、欠陥部周辺の粒子の一部の上面が一律に下降し、欠陥部が充填されたと仮定した状態を模式的に示している。このとき、図3Dにおける、欠陥部と欠陥部周辺の粒子の一部における積層厚は、計算上、1.28rとなる。この場合も、図3Cに示す状態と図3Dに示す状態とで、粒子全体の合計体積に変化はない。なお、図3B同様、実際には分子の流動が発生するため、欠陥部及び欠陥部周辺の粒子の一部を加えた部分と、欠陥部周辺の粒子の欠陥の影響を受けない部分と、の境界は、図示するように垂直とはならず、なだらかに傾斜すると思われる。
(Description of material image defect generation)
A process in which a partial defect image is generated in the
3A and 3B are schematic diagrams for explaining a case where one particle of the modeling material constituting the
3C and 3D are schematic views for explaining a case where one particle of the
次に、図3B,3Dに示した境界53の断面形状が、なだらかに傾斜した場合を図3Eに示す。図3Eでは、下部に、N層目に1粒子の欠陥があった場合に、欠陥部と欠陥部周辺の粒子の一部が流動し欠陥中心に向かって傾斜する様子を示している。そして、上部には、N層目に対して、次層であるN+1層目が接触した場合、及び次次層であるN+2層目がほぼ正常に積層される様子を示している。
材料が、例えば完全な液状(例えば牛乳)であれば、全層に亘って一律に上面が均一平面状態になるが、固体(例えばプロセスチーズ)のままであれば、欠陥部はそのまま維持される。樹脂が溶融する場合、その中間の状態(例えばヨーグルト)のため、図3Eでは
、欠陥部近傍のみ欠陥部に向かって傾斜することで補完される様子を模式化している。
このように、単に1粒子の欠陥の場合は、欠陥部周辺の粒子の一部が流動することにより、欠陥部が自然修復されて3層目から正常な積層が可能となる。
Next, FIG. 3E shows a case where the cross-sectional shape of the
If the material is, for example, a complete liquid (for example, milk), the upper surface is uniformly flat throughout the entire layer, but if the material remains solid (for example, processed cheese), the defective portion is maintained as it is. . When the resin melts, because of the intermediate state (for example, yogurt), FIG. 3E schematically illustrates a state where only the vicinity of the defect portion is complemented by being inclined toward the defect portion.
As described above, in the case of a single particle defect, a part of the particles around the defect portion flows, so that the defect portion is naturally repaired and normal lamination can be performed from the third layer.
上記では、欠陥部を正常に修復可能な形態について説明したが、欠陥範囲が大きくなると、修復が困難となる場合がある。この点について図3F,3Gを用いて説明する。
図3F,3Gは、7粒子の欠陥時の模式的配列を示している。図3Fは溶融前の状態、図3Gは溶融後の状態を示している。図3F,3Gにおいては、上部に平面図を示し、下部に平面図のA−A’断面、a−a’断面を示している。
図3Fに示す粒子が溶融する際に、欠陥部の周辺粒子が中央に流動していくことで図3Gに示す状態となる。図3Gでは、粒子が溶融しても完全な液状には至らず、材料が流動しても欠陥部は埋まり切らないため、傾斜状のくぼみが形成されていることを示している。図3Gに示すように、欠陥部が存在するN層目には、欠陥部が埋まり切らず、材料が無い部分が生じる。そして、N+1層目が積層されることで、N層目の欠陥部が多少補完されるが充分ではなく、N+2層目が積層されたときにN+2層目の粒子を密接させることができない。このため、積層の継続が困難となる。
In the above description, the form in which the defective portion can be normally repaired has been described. However, when the defect range becomes large, the repair may be difficult. This point will be described with reference to FIGS. 3F and 3G.
3F and 3G show schematic arrangements when seven particles are defective. FIG. 3F shows a state before melting, and FIG. 3G shows a state after melting. In FIGS. 3F and 3G, a plan view is shown in the upper part, and an AA ′ cross section and an aa ′ cross section in the plan view are shown in the lower part.
When the particles shown in FIG. 3F are melted, the peripheral particles around the defect part flow toward the center, and the state shown in FIG. 3G is reached. In FIG. 3G, even if the particles are melted, they do not reach a complete liquid state, and even if the material flows, the defective portion is not completely filled, so that an inclined depression is formed. As shown in FIG. 3G, in the N-th layer where the defect portion exists, the defect portion is not completely filled and a portion having no material is generated. Then, by laminating the (N + 1) th layer, the defect portion of the Nth layer is somewhat supplemented, but it is not sufficient, and when the (N + 2) th layer is laminated, the particles of the (N + 2) th layer cannot be brought into close contact with each other. For this reason, it is difficult to continue the lamination.
以上、積層の継続が困難となる欠陥の一例を説明したが、この現象は上記例以外にも、造形材料の粘弾性特性や溶融温度条件によってさまざまなケースが考えられる。
ここでは、欠陥かどうかを判定する際の判定基準(後述する積層可能基準)となる粒子数には言及しないが、積層の継続が困難となる形状や粒子数は、造形材料毎に検証して決定すれば良い。また、材料画像の検出のために決定された形状や面積の判定基準に従いセンサ解像度の仕様を決めればよい。
As described above, an example of the defect that makes it difficult to continue the lamination has been described. In addition to the above example, there are various cases of this phenomenon depending on the viscoelastic characteristics of the modeling material and the melting temperature condition.
Here, we do not mention the number of particles that will be the criterion for determining whether or not it is a defect (the standard for stacking, which will be described later), but verify the shape and number of particles that make it difficult to continue stacking for each modeling material. Just decide. Further, the specification of the sensor resolution may be determined in accordance with the shape and area determination criteria determined for detecting the material image.
次に、各層の材料画像の検出方法について説明する。
まず、照明光源の詳細を説明する。
(暗視野と明視野)
図4A〜4Cに、搬送体42上に薄層の材料画像50を転写した状態を示す。材料画像50は積層に用いるために、造形装置の仕様により積層厚が設定される。ここで例えば、材料画像50の積層厚の範囲を、高精度積層用を10μm以上、高速積層用を100μm以下とする。いずれの積層厚の材料画像50も薄層状態なので、造形材料が樹脂の場合は、透過率が高くなってしまい、搬送体42とのコントラストがとりにくくなる。
図4Aでは、通常の可視光を、材料面に垂直に近い角度で照射し、センサへは反射光が入射される状態を示している。これを明視野照明と呼ぶ。図示するように透過光による搬送体42からの反射光成分が大きいため、材料画像50と搬送体42とのコントラストはかなり小さい。造形材料に黒系の着色をした場合には、コントラストはより小さくなってしまう。コントラストを良好な状態にするためには、材料画像50の厚みを増すことが必要となるが、造形精度を高くするために材料画像50の厚みを増大することは矛盾を生ずる。
Next, a method for detecting the material image of each layer will be described.
First, details of the illumination light source will be described.
(Dark field and bright field)
4A to 4C show a state in which the
FIG. 4A shows a state in which normal visible light is irradiated at an angle close to perpendicular to the material surface and reflected light is incident on the sensor. This is called bright field illumination. As shown in the drawing, the contrast between the
(暗視野照明による材料画像のセンシング)
上記課題に対して、搬送体42とのコントラストを大きくする対策について、図4B,4Cを用いて説明する。
本実施形態では、図4B,4Cに示すように、照明光源を材料面に対して浅い角度で照射することで、センサへは散乱光が入射されるように構成している。これを暗視野照明と呼ぶ。この照射角度は45°以下が望ましい。これは、ブリュースター角と言われている。一般的に、暗視野照明は顕微鏡等で薄層片の微小物の検出に用いられている。また、光源の波長は白色が用いられることが多いが、散乱特性を向上するために青色光源がより効果的となる。波長は470〜405nmなどで使用される。
図4Bでは、材料画像50の表面が平滑の状態で、照明を行ったときの反射光の向きを
示している。図4Bの形態では、材料画像50の表面が平滑となるように搬送体42の表面が平滑に構成されているので、散乱光はセンサに入射しないが、材料画像50のエッジ部においては、散乱光としてセンサに入射する。
一方、図4Cでは、材料画像50の表面が粗表面の状態で、照明を行ったときの反射光の向きを示している。図4Cの形態では、材料画像50の表面全面での反射光が散乱光となり、センサに入射する。
この照明方法を用いることで、本実施形態で用いる薄層樹脂や濃着色樹脂で構成される材料画像の検出も容易に行うことが可能となる。
(Sensing of material images by dark field illumination)
A countermeasure for increasing the contrast with the
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4B and 4C, the illumination light source is irradiated at a shallow angle with respect to the material surface, so that scattered light is incident on the sensor. This is called dark field illumination. This irradiation angle is desirably 45 ° or less. This is called the Brewster angle. In general, dark field illumination is used for detecting minute objects in thin layer pieces with a microscope or the like. Also, white is often used as the wavelength of the light source, but a blue light source is more effective in order to improve the scattering characteristics. The wavelength is 470 to 405 nm or the like.
FIG. 4B shows the direction of reflected light when illumination is performed with the surface of the
On the other hand, FIG. 4C shows the direction of reflected light when illumination is performed with the surface of the
By using this illumination method, it is possible to easily detect a material image composed of the thin layer resin or the dark colored resin used in the present embodiment.
(照明光学系)
次に、上記暗視野照明を用いた照明光学系とセンサ配置について説明する。
図5は、搬送体42上に材料画像50が転写され、この材料画像50の表面に、照明光源45が、材料画像50の表面に対して45°以下の角度で照射する形態を示す模式図である。
照明光源45は、例えばLEDアレイにシリンドリカルレンズと拡散板を介することにより均一な平行光照射が可能に構成されている。
そして、照明光源45が材料画像50の表面を照射したときの散乱光が、レンズ44bを介してラインセンサ44aに入射するように構成されている。このようにして、材料画像50の検出が行われる。
照明光源45およびラインセンサ44aは、搬送体42に対して相対的に移動することにより、搬送体42上の材料画像50を、2次元の画像として取得することができる。本実施形態では、例えば1粒子が解像度600dpi(dots per inch)とすれば、粒子径「2r」は42μmとなる。従って、1粒子の欠陥を判別するためには、最低でも21μmのセンサ解像度が望ましい。縮小光学系では21μmの画素をレンズにて3倍ズームで取り込めれば受光部7μm角のCMOSセンサチップが利用できる。これは、1200dpi相当のセンサチップと同等であり産業用(スキャナや複写機)に使用されているセンサと同じ仕様であるので入手は容易である。
(Illumination optics)
Next, the illumination optical system and sensor arrangement using the dark field illumination will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a mode in which the
The
And the scattered light when the
The
(材料画像の欠陥形態)
次に、上記照明光学系を用いて検出する材料画像のさまざまな欠陥形態を説明する。
図6Aは、材料画像50の欠陥形状を示し、図6Bは、図6Aの材料画像50を検出したときの取得データを示している。
図6Aにおいては、搬送体42上の材料画像50aに対して、材料画像50aがスライスデータに基づき変形することなく形成された場合の位置を破線50bで示し、材料画像50aの欠陥部(欠落部)を50cで示している。欠陥部50cは、説明の便宜上、星型で示している。
搬送体42は、図6Aに示す矢印方向に従って図面上で上から下へ移動する。
図6Aに示すB−B’が画像のセンスライン位置であり、この位置で検出したラインセンサ出力電圧波形を図6Bに示す。このB−B’の位置は、搬送体42の表面上の位置であり、搬送体42の進行方向に対して直交する。
ラインセンサとしては、CCDやCMOSが一般的なデバイスであり、当然ながらアナログ出力信号に対して、ノイズ除去フィルタ、シェーディング補正、欠陥エッジ強調処理などを介して二値化される。従って、最終出力電圧はデジタル化されており、反射光量が無いところはV0(例えば0V)を出力し、反射光量があるところはV1(例えば+5V)を出力する。欠陥部は、出力電圧がV0となる。
(Defect form of material image)
Next, various defect forms of the material image detected using the illumination optical system will be described.
6A shows a defect shape of the
In FIG. 6A, the position when the
The
BB ′ shown in FIG. 6A is the sense line position of the image, and the line sensor output voltage waveform detected at this position is shown in FIG. 6B. The position of BB ′ is a position on the surface of the
As a line sensor, a CCD or CMOS is a common device, and of course, an analog output signal is binarized through a noise removal filter, shading correction, defect edge enhancement processing, and the like. Accordingly, the final output voltage is digitized, and V0 (for example, 0 V) is output when there is no reflected light amount, and V1 (for example, +5 V) is output when there is a reflected light amount. The defective part has an output voltage of V0.
次に、欠陥部以外の欠陥形態を説明する。
図6Aにおいて、破線50bに対して材料画像50aは伸縮した状態にある。破線50bに対して材料画像50aがライン全体にはみ出しているところは膨張欠陥であり、ライン全体に内側に凹んでいるところは収縮欠陥である。ラインの一部分に凹凸状の欠陥があ
る場合はエッジ欠損50dまたはエッジ突出50eとして表現している。また、ここでは特に図示していないが、画像全面の歪みも欠陥状態として検出することができる。
このような欠陥形態を、欠陥かどうかを判定する際の判定基準(後述する積層可能基準)とすることができる。
Next, defect forms other than the defective part will be described.
In FIG. 6A, the
Such a defect form can be used as a criterion for determining whether or not the defect is a defect (a stackability criterion described later).
(欠陥画像取得及びリカバリ制御1)
上記材料画像の各欠陥形態を検出し、リカバリする仕組みについて説明する。
図7は、上述した造形コントローラ70を示している。照明光源45、ラインセンサ44、及びクリーナ46は、IOインタフェース81に接続されて駆動信号が出力されている。ここではさらに、ラインセンサ44の出力信号の取り扱い等について詳細に説明する。
(Defect image acquisition and recovery control 1)
A mechanism for detecting and recovering each defect form of the material image will be described.
FIG. 7 shows the
図8は、欠陥画像取得及びリカバリ制御の構成ブロック図である。
図8に示すように、制御ユニット60は、スライスデータの生成に関わる機能として、3Dデータスライサ61、プリンタドライバ62を有する。3DCADなどにより3次元形状データとしてSTLなどの形状データが3Dデータスライサ61に入力される。入力されたデータに従って、一層毎のスライスデータが3Dデータスライサ61により生成される。スライスデータは、プリンタドライバ62から画像生成コントローラ10に出力される。制御ユニット60と画像制御ユニット11は、制御信号及び画像データをインタフェース信号線で接続される。
画像制御ユニット11は、ストレージ機能を有し、スライスデータを蓄積しつつ、積層タイミングに従って、スライスデータに基づいてスライス画像生成ユニット12で材料画像を生成させ、積層部へ転送する。積層部には、レーザスキャナ20、ドラムカートリッジ30、転写積層ユニット40、などが含まれる。さらに、画像生成コントローラ10内には、比較ユニット(比較部、判断部)13が画像制御ユニット11と接続されている。比較ユニット13は、ラインセンサにより取得された画像とスライスデータを比較する。
FIG. 8 is a configuration block diagram of defect image acquisition and recovery control.
As shown in FIG. 8, the
The
(画像比較アルゴリズム)
図9は、比較ユニット13の機能を説明するための模式図である。
図9では、立体モデルとしてハート型の化粧箱様形状を用いている。図9において、左側の碁盤目状の画像は、上部がスライスデータを示し、下部がラインセンサ44により取得した材料画像の取得データを示す。また、図9において、右側に比較ユニット13による比較結果を示す。各データのうちラインNの一次元データが比較ユニット13に入力される。
ここで、図9に模式的に黒色画素で示す材料画像の取得データを欠陥部とする。比較ユニット13の下段のラインデータが比較結果を示しており、×の部分が不一致であることを示している。比較結果が不一致判定の場合には、欠陥か非欠陥かの判定を行う。積層継続が不可能なら欠陥と判定する。以上は生データの比較で実施した例であるが、1次元2値比較であれば、ランレングスによる比較も容易に実施できる。また、ライン単位に限定するものではなく、数ラインをまとめてブロック単位の比較を行ってもよい。以下に、欠陥検出アルゴリズムの一例をフローチャートに従って説明する。
(Image comparison algorithm)
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the function of the
In FIG. 9, a heart-shaped cosmetic box-like shape is used as a three-dimensional model. In the left grid-like image in FIG. 9, the upper part shows slice data, and the lower part shows material image acquisition data acquired by the
Here, let the acquisition data of the material image typically shown by a black pixel in FIG. 9 be a defective part. The lower line data of the
(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート1)
図10に示すフローチャートに沿って、層単位での欠陥検出アルゴリズムを説明する。
ステップ101では、画像生成コントローラ10にスライスデータを入力し蓄積する。ステップ102では、スライスデータをラスタ画像に展開し、粒子像から材料画像(注目材料画像)を生成する。ステップ103では、材料画像をラインセンサ44で検出し取得する。ステップ104では、ラインセンサ44で取得した画像と蓄積されたスライスデータを比較する。ステップ105では、比較結果が一致したか不一致であったかを判断する。ステップ105で一致したと判断した場合、ステップ106に進み積層工程に移行し、
ステップ105で不一致であったと判断した場合(判断結果が否定判断)、ステップ107に進む。
(
A defect detection algorithm for each layer will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step 101, slice data is input and stored in the
If it is determined in step 105 that they do not match (determination result is negative), the process proceeds to step 107.
((画像欠陥判定1))
ステップ107では、不一致部が積層可能基準内であったかどうかを判断する。ステップ107で、不一致部が積層可能基準内であったと判断した場合は、ステップ106に進み積層工程に移行する。ステップ107で、不一致部が積層可能基準内でなかったと判断した場合は、ステップ108に進み該当材料画像を廃棄する。
その後、ステップ102に戻り、以上の工程を繰り返すことにより造形を行う。
((Image defect judgment 1))
In step 107, it is determined whether or not the mismatched portion is within the stacking standard. If it is determined in step 107 that the inconsistent portion is within the stackable reference, the process proceeds to step 106 and proceeds to the stacking process. If it is determined in step 107 that the mismatched portion is not within the stackable standard, the process proceeds to step 108 and the corresponding material image is discarded.
Then, it returns to step 102 and modeling is performed by repeating the above process.
以上のように、一層の材料画像をライン単位で繰返しセンシングし、元のスライスデータと比較することにより、不一致部の形状を取得することができ、これにより、不一致部の形状や大きさを判定基準と比較することで、欠陥ありか無しかを判定できる。そして、欠陥判定の場合には、該当層の材料画像(注目材料画像)を廃棄し、該当スライスデータ(注目スライスデータ)に基づいて、欠陥判定された材料画像を再形成することができる。欠陥判定された材料画像を形成する際、スライスデータがストレージあるいは装置が備えるメモリ等に残っている場合は再度読み出し、メモリに残っていない場合はスライスデータを再生成するとよい。
本実施形態では、材料画像を廃棄する廃棄部としてクリーナ46を配置し、欠陥判定時には造形コントローラ70からの指示により搬送体42上の材料画像を除去する。クリーナ46には、平面上の材料をはぎ取るスクレーパや粘着転写除去ローラなどを用いるとよく、搬送体42と造形材料の特性に応じて、適宜、取捨選択を行えばよい。
As described above, it is possible to obtain the shape of the mismatched part by repeatedly sensing the image of one layer in line units and comparing it with the original slice data, thereby determining the shape and size of the mismatched part. By comparing with the reference, it can be determined whether there is a defect. In the case of defect determination, the material image (target material image) of the corresponding layer can be discarded, and the material image determined to be defective can be re-formed based on the corresponding slice data (target slice data). When forming a defect-determined material image, slice data may be read again if it remains in a memory or the like provided in the storage or apparatus, and slice data may be regenerated if it does not remain in the memory.
In the present embodiment, the cleaner 46 is disposed as a discarding unit that discards the material image, and the material image on the
これまでの説明では、廃棄する材料画像を一層分として説明した。これに対して、高速積層が行われる場合には、材料画像の欠陥判定が行われたときに、次層の材料画像の生成が行われている場合がある。このような場合に材料画像を廃棄するときは、搬送体42に転写済み、または仕掛かりの材料画像を全て廃棄するとよい。そして、廃棄した複数の材料画像それぞれに対して、該当スライスデータに基づいて材料画像を再形成させる。
また、別の方法としては、搬送体42上の材料画像を全て廃棄せず、欠陥と判定した層の材料画像のみを廃棄し、搬送体42上に転写済みの次層の材料画像は積層せず、搬送体42上に待機させておくこともできる。その場合、搬送体42の搬送方向で転写ニップよりも上流となる搬送体42上の位置に次層の正常な材料画像が位置した状態で、再形成した材料画像を搬送体42に転写させることで、積層を継続するとよい。
In the above description, the material images to be discarded have been described as one layer. On the other hand, when high-speed lamination is performed, the material image of the next layer may be generated when the defect determination of the material image is performed. In such a case, when discarding the material image, it is preferable to discard all the material images that have been transferred to the
As another method, the material image on the
一方、次層の材料画像が廃棄材料画像と同じ画像である場合もある。この場合は、欠陥と判定した層の材料画像のみを廃棄し、生成済みの次層の材料画像は廃棄せず、欠陥と判定した層の材料画像の代わりに、次層の材料画像を再生して追加するとよい。また例えば、造形対象物が円柱の場合であれば、欠陥と判定した層の材料画像のみを廃棄し、生成済みの次層の材料画像は廃棄せず、層番号を廃棄分マイナスし、材料画像の再生は続く層番号から行うことにより、積層を継続するとよい。これにより、積層速度、積層時間を損なう程度を緩和できる。 On the other hand, the material image of the next layer may be the same image as the waste material image. In this case, only the material image of the layer determined to be defective is discarded, the generated material image of the next layer is not discarded, and the material image of the next layer is reproduced instead of the material image of the layer determined to be defective. To add. Also, for example, if the modeling object is a cylinder, only the material image of the layer determined to be defective is discarded, the generated material image of the next layer is not discarded, and the layer number is subtracted from the material image. It is preferable to continue the stacking by starting from the subsequent layer number. Thereby, the grade which impairs a lamination speed and lamination time can be eased.
(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート2)
次に、図11を用いて、フローチャート2について説明する。図10に示したフローチャート1では、層単位での欠陥検出アルゴリズムを説明したが、フローチャート2では、ライン単位での欠陥検出アルゴリズムを説明する。
ステップ201からステップ205までは、フローチャート1のステップ101からステップ105とほぼ同じである。ステップ202では、スライスデータをラスタ画像に展開し粒子像を生成する。ステップ203では、粒子像をセンサで検出し取得する。ステップ206では、材料画像の最終ラインまで検出が完了したどうかを判定し、最終ラインで
無ければステップ203に戻る。 最終ラインまで検出が完了したら、ステップ207に
進み、ステップ207で積層工程に移行する。
(Flowchart 2 of defect image acquisition and recovery processing)
Next, the flowchart 2 will be described with reference to FIG. In the
Steps 201 to 205 are almost the same as steps 101 to 105 in the
((画像欠陥判定2))
ステップ205では、不一致であった場合はステップ208に進み、ステップ208では、不一致ラインデータを保存する。その後、ステップ209で、材料画像の最終ラインまで検出が完了したどうかを判定し、最終ラインで無ければステップ203に戻り、最終ラインまで検出が完了したと判定したら、ステップ210に進む。ステップ210では、検出ラインの不一致部の合成画像が積層可能基準内かどうか判定する。検出ラインの不一致部の合成画像が積層可能基準内であった場合はステップ207に進み、ステップ207で積層工程に移行する。ステップ210で、否定判定の場合には、ステップ211に進み、ステップ211で該当材料画像を廃棄した後、ステップ202に戻る。
((Image defect judgment 2))
In step 205, if there is a mismatch, the process proceeds to step 208. In step 208, the mismatch line data is stored. Thereafter, in
以上述べた本実施形態の造形装置の構成によれば、材料画像に欠陥が生じた場合でも、積層不良を生じさせることなく造形を継続することが可能となる。したがって、造形物の品質を向上することができる。
ここで、本実施形態では、スライスデータから材料画像を生成したときの画像欠陥について説明したが、これに限るものではない。材料画像の先端位置(側端位置、後端位置も含む)に形成されるマーカや、目的に応じたマーカを材料画像で生成する場合においても、各目的を達成するための材料画像の検出に本発明を適用することができる。マーカは、その目的に応じて、造形に先立ち形成される場合や、造形対象物の3次元形状データから生成されるスライスデータにマーカのデータが付加されることで、造形物の造形時に形成される場合がある。このようなマーカは、制御ユニット60に含まれるマーカ処理部が、画像形成部によって形成させ、搬送体42に転写して搬送させる処理を行うものであるとよい。
また、上述したように材料画像は用いる造形材料の種類に応じて、一又は複数の材料画像を組み合わせて形成されるものである。すなわち、造形材料を複数種類用いて造形を行う場合においても、本発明を好適に適用できる。
また、本実施形態では、搬送体に光を照射する暗視野照明、及び、搬送体上の造形材料による光の散乱光を受光(撮影)するイメージセンサを有する画像取得部を備えている。このことで、各層の材料画像が薄層で透過率が高くても、またはコントラストが低くても、材料画像または粒子像の形状認識が可能である。このため、本発明は、層状の材料画像を造形する造形装置全般に応用することができ、材料画像の欠陥検出以外にも多くの用途で利用することが可能である。例えば、搬送体42上に残留した造形材料等の残留物の検出時や、搬送体42上をクリーニングした後のクリーニング不良の検出時においても、本発明を利用できる。
According to the configuration of the modeling apparatus of the present embodiment described above, it is possible to continue modeling without causing a stacking failure even when a defect occurs in the material image. Therefore, the quality of the modeled object can be improved.
Here, in the present embodiment, the image defect when the material image is generated from the slice data has been described, but the present invention is not limited to this. Even when markers that are formed at the leading edge position (including the side edge position and the trailing edge position) of the material image and markers that correspond to the purpose are generated with the material image, the material image can be detected to achieve each purpose. The present invention can be applied. Depending on the purpose of the marker, the marker is formed at the time of modeling a modeled object by adding the marker data to the slice data generated from the three-dimensional shape data of the modeled object when the model is formed. There is a case. Such a marker may be one in which a marker processing unit included in the
In addition, as described above, the material image is formed by combining one or a plurality of material images according to the type of modeling material to be used. That is, the present invention can be suitably applied even when modeling is performed using a plurality of modeling materials.
Moreover, in this embodiment, the image acquisition part which has the dark field illumination which irradiates light to a conveyance body, and the image sensor which light-receives (photographs) the scattered light of the light by the modeling material on a conveyance body is provided. Thus, even if the material image of each layer is a thin layer and has high transmittance or low contrast, the shape of the material image or particle image can be recognized. For this reason, this invention can be applied to the modeling apparatus in general which models a layered material image, and can be utilized for many uses besides the defect detection of a material image. For example, the present invention can be used also when detecting a residue such as a modeling material remaining on the
<第2実施形態>
(造形装置の構成)
図12A,12Bを参照して、第2実施形態に係る造形装置100の構成を説明する。図12Aは、本実施形態に係る造形装置100の構成を模式的に示す図である。図12Bは、材料画像検出部分を拡大した構成を模式的に示す図である。図13は、本実施形態に係る造形装置100の欠陥画像取得及びリカバリ制御の構成ブロック図である。
本実施形態において、第1実施形態と異なる点は、材料画像の検出手段にエリアセンサ52を用いている点と、取得画像の比較処理を制御ユニット60にフィードバックさせてソフト処理にて行う点である。また、本実施形態において、エリアセンサ52による画像検出は、搬送体42が停止した状態で行われる。また、エリアセンサ52による画像検出の際に材料画像を照明する照明光源(不図示)は、材料画像全体を照明できるものであればよい。なお、本実施形態では、第1実施形態と異なる構成や処理について説明し、第1実施形態と同様の構成や処理についての説明は省略する。
Second Embodiment
(Configuration of modeling equipment)
With reference to FIG. 12A and 12B, the structure of the modeling apparatus 100 which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 12A is a diagram schematically illustrating a configuration of the modeling apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 12B is a diagram schematically illustrating an enlarged configuration of the material image detection portion. FIG. 13 is a configuration block diagram of defect image acquisition and recovery control of the modeling apparatus 100 according to the present embodiment.
This embodiment differs from the first embodiment in that the
(欠陥画像取得及びリカバリ制御2)
以下に、図13を用いて、材料画像の各欠陥形態を検出し、リカバリする仕組みについて説明する。
本実施形態では、転写積層ユニット40での画像欠陥を検出する手段として、エリアセンサ52が、制御ユニット60に接続されている。エリアセンサ52は、カメラリンク等のインタフェースからグラバボードを介して制御ユニット60(パーソナルコンピュータ等)に接続されるとよい。連続して材料画像が積層される場合、エリアセンサ52による画像検出は、先行する材料画像を積層位置へと搬送し、ヒータ板43により熱を与えて材料画像を積層するために搬送体42が停止しているタイミングで行う。該当材料画像の停止位置に対して、エリアセンサ52が正対する位置で画像検出を行うものであるとよい。本実施形態では、制御ユニット60が、エリアセンサ52により取得された画像とスライスデータを比較する比較ユニット13を有する。比較ユニット13は、制御ユニット60内で3Dデータスライサ61と接続されている。
(Defect image acquisition and recovery control 2)
A mechanism for detecting and recovering each defect form in the material image will be described below with reference to FIG.
In the present embodiment, an
本実施形態では、画像比較アルゴリズムは、層単位での比較となるが、ライン単位での比較を行っても良く、その場合は図9と同様と考えても良い。
また、画像比較アルゴリズムとして、2次元画像の比較アルゴリズム、例えばファクシミリ等で使用されているMMR(Modified Modified READ)等やハッシュ関数等を使用してもよい。但し、この場合は材料画像がクリーナ46を通過する前に欠陥判定が必須であるため、クリーナ46の位置は吟味する必要がある。また、スライスデータがストレージに蓄積されていることで、廃棄した材料画像の元データであるスライスデータを比較的早く形成することができる。
In the present embodiment, the image comparison algorithm is a layer-by-layer comparison, but a line-by-line comparison may be performed, and in that case, it may be considered the same as in FIG.
Further, as an image comparison algorithm, a two-dimensional image comparison algorithm such as MMR (Modified Modified READ) used in a facsimile or the like, a hash function, or the like may be used. However, in this case, since the defect determination is essential before the material image passes through the cleaner 46, the position of the cleaner 46 needs to be examined. Further, since the slice data is accumulated in the storage, the slice data that is the original data of the discarded material image can be formed relatively quickly.
(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート3)
図14に示すフローチャートに沿って、本実施形態の欠陥検出アルゴリズムを説明する。
ステップ301では、画像生成コントローラ10にスライスデータを入力する。ステップ302では、スライスデータをラスタ画像に展開し、粒子像から材料画像を生成する。ステップ303では、材料画像をエリアセンサ52で検出し取得する。ステップ304では、エリアセンサ52で取得した画像と蓄積されたスライスデータを比較する。ステップ305では、比較結果が一致したか不一致であったかを判断する。ステップ305で一致したと判断した場合、ステップ306に進み積層工程に移行し、ステップ305で不一致であったと判断した場合、ステップ307に進む。
(Flowchart 3 of defect image acquisition and recovery processing)
The defect detection algorithm of this embodiment is demonstrated along the flowchart shown in FIG.
In step 301, slice data is input to the
((画像欠陥判定3))
ステップ307では、不一致部が積層可能基準内であったかどうかを判断する。ステップ307で、不一致部が積層可能基準内であったと判断した場合は、ステップ306に進み積層工程に移行する。ステップ307で、不一致部が積層可能基準内でなかったと判断した場合は、ステップ308に進み該当材料画像を廃棄する。
その後、ステップ301に戻り、以上の工程を繰り返すことにより造形を行う。
((Image defect judgment 3))
In step 307, it is determined whether or not the mismatched portion is within the stackable standard. If it is determined in step 307 that the mismatched portion is within the stackable reference, the process proceeds to step 306 and the stacking process is started. If it is determined in step 307 that the mismatched portion is not within the stackable reference, the process proceeds to step 308 and the corresponding material image is discarded.
Then, it returns to step 301 and modeling is performed by repeating the above process.
本実施形態においても、材料画像に欠陥が生じた場合でも、積層不良を生じさせることなく造形を継続することが可能となる。したがって、造形物の品質を向上することができる。 Even in the present embodiment, even when a defect occurs in the material image, it is possible to continue modeling without causing a stacking fault. Therefore, the quality of the modeled object can be improved.
1…造形装置、34…感光ドラム、42…搬送体、43…ヒータ板、44…ラインセンサ、45…照明光源、46…クリーナ、49…ステージ、50…材料画像
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記造形材料を配置して材料画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する搬送体と、
前記材料画像を積層する積層部と、
前記材料画像に光を照射する暗視野照明、及び、前記造形材料による前記光の散乱光を受光するイメージセンサを有する画像取得部と、
を備えることを特徴とする造形装置。 A modeling device that creates a three-dimensional object by stacking modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
An image forming unit that forms a material image by arranging the modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The material image formed by the image forming unit is transferred, and a transport body that transports the material image;
A laminating portion for laminating the material images;
Dark field illumination that irradiates light on the material image, and an image acquisition unit that includes an image sensor that receives the scattered light of the light from the modeling material;
A modeling apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to claim 1, wherein the image acquisition unit acquires information related to the material image from the scattered light of the light based on the material image received by the image sensor.
前記画像取得部により取得された材料画像の情報と、前記材料画像の元データであるスライスデータとを比較する比較部と、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記材料画像が積層可能か否かを判断する判断部と、
前記判断部により否定判断がなされた場合に、前記廃棄部により前記材料画像を廃棄させ、かつ、前記スライスデータに基づいて前記画像形成部により材料画像を再形成させる制御部と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の造形装置。 A discarding unit for discarding the material image;
A comparison unit that compares the material image information acquired by the image acquisition unit with the slice data that is the original data of the material image;
A determination unit that determines whether or not the material image can be stacked based on a comparison result by the comparison unit;
When a negative determination is made by the determination unit, the control unit causes the material image to be discarded by the discard unit, and the material image is re-formed by the image forming unit based on the slice data;
The modeling apparatus according to claim 2, comprising:
ことを特徴とする請求項3に記載の造形装置。 The determination unit determines whether or not at least a part of the material image is missing, stretched, uneven, or distorted, and a determination result as to whether or not the material image is a material image that can be laminated. The modeling apparatus according to claim 3, wherein:
前記画像取得部は、前記マーカを検出する
ことを特徴とする請求項1の造形装置。 A marker processing unit that performs a process of forming a marker made of a modeling material by the image forming unit, transferring the marker to the transport body, and transporting the marker;
The modeling apparatus according to claim 1, wherein the image acquisition unit detects the marker.
前記造形装置が、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記造形材料を配置して材料画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部で形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する搬送体と、
前記搬送体により搬送された前記材料画像を積層する積層部と、
前記搬送体上の前記材料画像に関する情報を取得する画像取得部と、
前記搬送体上の前記材料画像を廃棄するための廃棄部と、
を有し、
前記画像取得部により取得された注目材料画像の情報と、前記注目材料画像の元データである注目スライスデータとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果に基づいて、前記注目材料画像が積層可能な材料画像か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより否定判断がなされた場合に、前記廃棄部により前記注目材料画像を廃棄させ、かつ、前記注目スライスデータに基づいて前記画像形成部により前記注目材料画像を再形成させる制御ステップと、
を含むことを特徴とする造形方法。 A modeling method by a modeling device that creates a three-dimensional object by laminating modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
The modeling apparatus is
An image forming unit that forms a material image by arranging the modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The material image formed by the image forming unit is transferred, and a transport body that transports the material image;
A stacking unit for stacking the material images transported by the transport body;
An image acquisition unit for acquiring information on the material image on the carrier;
A discarding unit for discarding the material image on the carrier;
Have
A comparison step for comparing information of the material of interest image acquired by the image acquisition unit and the slice data of interest which is the original data of the material of interest image;
A determination step of determining whether the material image of interest is a material image that can be laminated based on the comparison result of the comparison step;
When a negative determination is made in the determination step, a control step of discarding the target material image by the discard unit and re-forming the target material image by the image forming unit based on the target slice data;
A modeling method comprising:
ことを特徴とする請求項6に記載の造形方法。 The modeling method according to claim 6, wherein the image acquisition unit includes dark field illumination that irradiates light to the material image, and an image sensor that receives the scattered light of the light from the modeling material.
前記制御ステップでは、前記複数の材料画像のうち前記注目材料画像のみを廃棄させ、かつ、前記注目スライスデータに基づいて前記画像形成部により前記注目材料画像のみを再形成させる
ことを特徴とする請求項6または7に記載の造形方法。 When there are a plurality of material images including a material image of interest on the carrier,
In the control step, only the target material image is discarded among the plurality of material images, and only the target material image is re-formed by the image forming unit based on the target slice data. Item 8. The modeling method according to Item 6 or 7.
前記制御ステップでは、前記複数の材料画像を前記廃棄部により廃棄させ、かつ、前記スライスデータに基づいて前記画像形成部により前記複数の材料画像を再形成させる
ことを特徴とする請求項6または7に記載の造形方法。 When there are a plurality of material images including a material image of interest on the carrier,
8. The control step, wherein the plurality of material images are discarded by the discard unit, and the plurality of material images are re-formed by the image forming unit based on the slice data. The molding method described in 1.
前記制御ステップでは、前記廃棄部により前記注目材料画像を廃棄させ、かつ、前記注目材料画像の代わりに前記次層の材料画像を再形成して追加する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の造形方法。 When the material image of the next layer formed continuously with the material of interest material has the same shape as the material of interest material,
8. The control step according to claim 6, wherein, in the control step, the target material image is discarded by the discard unit, and the material image of the next layer is re-formed and added instead of the target material image. The modeling method described.
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づいて造形材料を配置して材料画像を形成するステップと、
前記材料画像に光を照射し、その散乱光から前記材料画像の情報を取得するステップと、
前記材料画像の情報と前記スライスデータとを比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果に基づいて、前記材料画像が積層可能か否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより否定判断がなされた前記材料画像を廃棄し、前記スライスデータに基づいて材料画像を再形成するステップと、
を含むことを特徴とする造形方法。
A modeling method for manufacturing a three-dimensional object by stacking modeling materials based on the three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
Arranging a modeling material based on slice data generated from the three-dimensional shape data to form a material image;
Irradiating the material image with light and obtaining information of the material image from the scattered light; and
A comparison step of comparing the material image information with the slice data;
A determination step of determining whether or not the material image can be stacked based on a comparison result of the comparison step;
Discarding the material image for which a negative determination has been made in the determining step, and re-forming the material image based on the slice data;
A modeling method comprising:
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN114450584A (en) * | 2019-09-20 | 2022-05-06 | 芝浦机械株式会社 | Stack molding system |
US11351734B2 (en) | 2019-03-04 | 2022-06-07 | Ricoh Company, Ltd. | Manufacturing device, manufacturing system, and correction method |
-
2016
- 2016-09-21 JP JP2016184180A patent/JP2018047606A/en active Pending
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CN114450584A (en) * | 2019-09-20 | 2022-05-06 | 芝浦机械株式会社 | Stack molding system |
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