JP2018058317A - 三次元造形物並びにその造形のためのシステム及び方法、三次元造形物の造形用データ並びにその生成のための装置、生成方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

三次元造形物並びにその造形のためのシステム及び方法、三次元造形物の造形用データ並びにその生成のための装置、生成方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて見えること実質的に防止すること。
【解決手段】造形材層が積層された三次元造形物であって、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、前記収容体は、略直柱体の部分を有し、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である、三次元造形物。
【選択図】図5

Description

この発明は、三次元造形物並びにその造形のためのシステム及び方法、三次元造形物の造形用データ並びにその生成のための装置、生成方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
本発明者らは、ディスプレイ上の画像を見るだけでは分かりにくい数値シミュレーションの結果を、三次元積層造形技術を用いて可視化することを提案してきた(下記非特許文献1)。具体的には、数値シミュレーションの結果をモデル体とし、そのモデル体を収容する直柱体の透明な収容体とで構成される三次元造形物を三次元積層造形技術を用いて作成するものである。図7は、航空機の脚部分(ランディングギア)周辺の乱流状況の数値シミュレーション結果の三次元造形物である。
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構、「3Dプリンタによる立体的可視化」、https://www.jss.jaxa.jp/mediadir/2015/06/leaflet2014J19.jpg
しかしながら、この三次元造形物をある方向から観察すると、シミュレーション結果であるモデル体がぼやけて不鮮明に見え、シミュレーション結果をクリアに観察できなかった。本発明者らは、このモデル体がぼやけて不鮮明に見える現象は、三次元造形物の造形材の積層方向に垂直な方向からモデル体を観察した場合に生じることを発見したものの、この現象に対する有効な対策を見出すことは困難であった。
そこで、本発明は、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて不鮮明に見えること実質的に防止することをこと目的の1つとする。
本発明の1つの態様は、造形材層が積層された三次元造形物であって、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、前記収容体は、略直柱体の部分を有し、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である三次元造形物を提供するものである。
前記所定の角度は20°〜70°、110°〜160°、200°〜250°又は290°〜340°であるものとすることができる。
前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸のうちの2つの軸の周りに20°〜70°、110°〜160°、200°〜250°又は290°〜340°だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向であるものとすることができる。
前記モデル体は、数値シミュレーション結果を示すモデル体であるものとすることができる。
本発明の1つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成装置であって、前記モデル体の造形用データに基づいて前記モデル体と前記収容体とを合成した合成造形用データを取得又は生成する合成造形用データ取得/生成部と、前記合成造形用データに基づいて、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたとき、前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成する三次元造形物造形用データ生成部とを備える造形用データの生成装置を提供するものである。
本発明の1つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成方法であって、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成するステップとを含む造形用データの生成方法を提供するものである。
本発明の1つの態様は、前記造形用データの生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。
本発明の1つの態様は、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。
本発明の1つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データであって、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である造形用データを提供するものである。
本発明の1つの態様は、前記造形用データを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。
本発明の1つの態様は、前記造形用データを用いて、前記モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む前記三次元造形物を、前記造形材層を順に形成して積層することによって造形する方法を提供するものである。
本発明の1つの態様は、前記造形用データの生成装置と、前記造形用データに基づいて、三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形する三次元造形装置とを備える三次元造形システムを提供するものである。
上記構成を有する本発明によれば、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて見えること実質的に防止することができる。
本発明の1つの実施形態に係る三次元造形システムの全体構成を示す図である。 本発明の1つの実施形態に係る造形用データ生成装置10のハードウエア構成の例を示す図である。 本発明の1つの実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す図である。 本発明の1つの実施形態に係る三次元造形システムの造形処理の例のフローチャートである。 本発明の1つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をそれぞれy軸方向から見た模式図である。 本発明の1つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をz軸方向から観察したときの写真である。 本発明の1つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をx軸方向から観察したときの写真である。 本発明の1つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をy軸方向から観察したときの写真である。 数値シミュレーション結果の三次元造形物の従来例である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の1つの実施形態に係る三次元造形システムの全体構成を示す図であり、図3は、本発明の1つの実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す図である。図1に示されるように本実施形態に係る三次元造形システム1は、造形用データ生成装置10、三次元造形装置20を備える。三次元造形装置20は、造形ステージ230上に、モデル材と、三次元造形物50の造形動作中にモデル材に接してモデル材を支持及び/又は覆うためのサポート材からなる造形材層を順に形成して積層することによって、三次元造形物50を造形する。三次元造形装置20は、造形材層の積層方向において、下方の位置のモデル材の幅よりも上方の位置のモデル材の幅が大きい、いわゆるオーバーハングしている部分や孤立部分がある場合、下方の位置のモデル材の周囲にサポート材を配置することにより、このオーバーハング部分や孤立部分を下方より支持するように自動的にサポート材を設けるようになっている。サポート材は三次元造形物50の造形の完了後に除去することができる。例えば、サポート材が水溶性である場合は、水に浸ければ除去することができる。
<造形用データ生成装置>
造形用データ生成装置10は、3Dデータ受付部101、合成造形用データ取得・生成部103、三次元造形物造形用データ生成部105、設定部109を備える。造形用データ生成装置10は、サーバ、PC、スマートフォン、タブレット端末等であってもよいし、造形用データ生成装置10の一部又は全部が、三次元造形装置20の一部又は全部と同一の物理的装置として構成されてもよい。また、造形用データ生成装置10は、1つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。
設定部109は、設定部109を介して入力された各種の設定データを、造形用データ生成装置10の各部に出力する。
3Dデータ受付部101は、造形対象物の三次元形状を示す3Dデータ(CADデータ、数値シミュレーション結果可視化データ等)を、直接、又はネットワークや記憶媒体を介して受け取り、合成造形用データ取得・生成部103に送る。3Dデータは、造形対象物の三次元形状のみでなく、造形対象物に関するカラー情報を含んでもよい。
合成造形用データ取得・生成部103は、3Dデータ受付部101から、造形対象物の3Dデータを受け取り、この3Dデータを三次元造形用のデータとして、例えばSTL(Stereo Lithography)データに変換し、造形対象物に対応するモデル体501の造形用データを得る。そして、設定部109を介して入力された、収容体503の形状や寸法等の設定データに基づいて、モデル体501と、略直柱体の部分を有する、モデル体501を収容し、モデル体501よりも透明な収容体503を合成した合成造形用データである合成造形用STLデータを生成する。合成造形用データのデータ形式は、STLデータに限定されるものでなく、適切な任意のデータ形式を用いることができる。合成造形用データ取得・生成部103は、合成造形用データを生成せずに、3Dデータ受付部101を介することなく、既に生成された合成造形用データを取得してもよい。
三次元造形物造形用データ生成部105は、設定部109を介して入力された回転軸、回転角等の設定データに基づいて、合成造形用データ取得・生成部103により取得又は生成された合成造形用STLデータで表される三次元造形物50について、三次元造形物50の造形材層の積層方向が、収容体503が有する略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成する。例えば、三次元造形物50の造形材層の積層方向が、略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をx軸、y軸、z軸のうちの2つの軸の周りに45°だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成する。なお、所定の角度は、すべての回転角度が90°の同じ倍数となる場合を除いてもよい。
図2は、本発明の1つの実施形態に係る造形用データ生成装置10のハードウエア構成の例を示す図である。造形用データ生成装置10は、CPU10a、RAM10b、ROM10c、外部メモリ10d、入力部10e、出力部10f、通信部10gを含む。RAM10b、ROM10c、外部メモリ10d、入力部10e、出力部10f、通信部10gは、システムバス10hを介して、CPU10aに接続されている。
CPU10aは、システムバス10hに接続される各デバイスを統括的に制御する。
ROM10cや外部メモリ10dには、CPU10aの制御プログラムであるBIOSやOS、コンピュータが実行する機能を実現するために必要な各種プログラムやデータ等が記憶されている。
RAM10bは、CPUの主メモリや作業領域等として機能する。CPU10aは、処理の実行に際して必要なプログラム等をROM10cや外部メモリ10dからRAM10bにロードして、ロードしたプログラムを実行することで各種動作を実現する。
外部メモリ10dは、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD−RAM、USBメモリ等から構成される。
入力部10eは、ユーザ等からの操作指示等を受け付ける。入力部10eは、例えば、入力ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、マイクロフォン、カメラ等の入力デバイスから構成される。
出力部10fは、CPU10aで処理されるデータや、RAM10b、ROM10cや外部メモリ10dに記憶されるデータを出力する。出力部10fは、例えば、CRTディスプレイ、LCD、有機ELパネル、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスから構成される。
通信部10gは、ネットワークを介して又は直接、外部機器と接続・通信するためのインタフェースである。通信部10gは、例えばシリアルインタフェース、LANインタフェース等のインタフェースから構成される。
三次元造形装置20のコンピュータハードウエア構成も同様である。
図1に示される造形用データ生成装置の各部は、ROM10cや外部メモリ10dに記憶された各種プログラムが、CPU10a、RAM10b、ROM10c、外部メモリ10d、入力部10e、出力部10f、通信部10g等を資源として使用することで実現される。また、後述の三次元造形装置20のスライスデータ生成部210、制御部220等についても同様である。
<三次元造形装置>
図3に示すように、三次元造形装置20は、スライスデータ生成部210、制御部220、造形材層の積層方向(Z方向)に移動可能な造形ステージ230、及びヘッドユニット240を備える。ヘッドユニット240は、造形ステージ230上に不透明モデル材の液滴を吐出する第1のプリンタヘッド241、造形ステージ230上に透明モデル材の液滴を吐出する第2のプリンタヘッド243、造形ステージ230上にサポート材の液滴を吐出する第3のプリンタヘッド245、塗布された造形材を光硬化させるためのUV光源247、248を備える。三次元造形装置20は、1つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。また、第1のプリンタヘッド241から吐出されるモデル材は、不透明なモデル材に限定されるものではなく、第2のプリンタヘッド243から吐出されるモデル材が、第1のプリンタヘッド241から吐出されるモデル材よりも透明であれば、透明又は半透明なモデル材としてもよい。
スライスデータ生成部210は、三次元造形物造形用データ生成部105により生成された三次元造形物50の造形用STLデータから、積層方向についてスライスした各造形材層のスライスデータを生成し、制御部220に送る。三次元造形物50の造形用STLデータは、造形用データ生成装置10から三次元造形装置20にネットワークや記憶媒体等を介して渡されてもよいし、三次元造形物造形用データ生成部105とスライスデータ生成部210が同一の物理的装置内にある等の場合には、直接送られてもよい。
各スライスデータに対しては、三次元造形物50のモデル体501の造形用データに対して不透明モデル材領域、三次元造形物50のモデル体501以外の部分に対して透明モデル材領域が設定される。また、本実施形態においては、三次元造形物50の姿勢を上記のように回転させているので、オーバーハング部分が生じる。そのため、上述のように、オーバーハング部分を下方から支持するようにサポート材が自動的に設けられるが、各スライスデータに対して、このサポート材に対応するサポート材領域も設定される。
制御部220は、三次元造形物50の造形動作中に、三次元造形装置20全体の動作を制御する。
造形ステージ230は、水平で平坦な造形面を有し、造形面上に造形材層を積層させ、三次元造形物50を形成するための可動ステージであり、昇降駆動部235によって、鉛直方向(Z方向)に移動させることができる。
昇降駆動部235は、制御部220からの制御信号によって、各造形材層の形成が完了する毎に、造形層の厚さに相当する距離だけ鉛直下方向に造形ステージ230を移動させる。
ヘッドユニット240は、制御部220からの制御信号に基づいて図示しない駆動手段によって、造形ステージ230の上方において、主走査方向(X方向)及び副走査方向(Y方向)に移動させることができる。
第1のプリンタヘッド241は、1層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対して不透明モデル材領域が設定された領域に、不透明モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ230の所望の領域に造形材層の不透明モデル材領域を形成する。不透明モデル材領域は、UV光源247、248から紫外線を照射することによって硬化する。
第2のプリンタヘッド243は、1層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対して透明モデル材領域が設定された領域に、透明モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ230の所望の領域に造形材層の透明モデル材領域を形成する。透明モデル材領域はUV光源247、248から紫外線を照射することによって硬化する。
第3のプリンタヘッド245は、1層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してサポート材領域が設定された領域に、サポート材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ230の所望の領域に造形材層のサポート材領域を形成する。サポート材領域はUV光源247、248から紫外線を照射することによって光エネルギーの照射によって硬化する。
ここで、不透明モデル材、透明モデル材、サポート材は、上記のような光硬化性のものの他に、熱硬化性のものや、自然冷却により硬化するものを用いてもよい。
このように、制御部220からの制御信号によって、造形ステージ230やヘッドユニット240が移動すると共に、制御部220から送られるスライスデータに基づいて、第1のプリンタヘッド241から不透明モデル材が、第2のプリンタヘッド243から透明モデル材が、第3のプリンタヘッド245からサポート材がそれぞれ造形ステージ230に供給されることによって、三次元造形物50の造形が行われる。
以上のシステム構成を前提に、本発明の1つの実施形態に係る三次元造形システムの処理の例を、図1〜6等を参照して、以下に説明する。図4は、本発明の1つの実施形態に係る三次元造形システムの造形処理の例のフローチャートである。説明の便宜上、収容体503の形状は立方体として説明する。
3Dデータ受付部101は、造形対象物の三次元形状を示す3Dデータ(CADデータ、数値シミュレーション結果可視化データ等)を受け取る(S1)。
合成造形用データ取得・生成部103は、3Dデータ受付部101により受け取られた造形対象物の3Dデータを三次元造形用のデータとして、例えばSTL(Stereo Lithography)データに変換し、モデル体501の造形用データを得る(S2)。そして、設定部109を介して入力された、収容体503の形状や寸法等の設定データに基づいて、モデル体501と略直柱体の部分を有する収容体503を合成した合成造形用データである合成造形用STLデータを生成する(S3)。本実施形態においては、収容体503の形状として立方体を設定データとして入力する。合成造形用データ取得・生成部103は、合成造形用データを生成せずに、3Dデータ受付部101を介することなく、既に生成された合成造形用データを取得してもよい。
三次元造形物造形用データ生成部105は、設定部109を介して入力された回転軸、回転角等の設定データに基づいて、合成造形用データ取得・生成部103により取得又は生成された合成造形用STLデータで表される三次元造形物50について、三次元造形物50の造形材層の積層方向が、収容体503が有する略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成する(S4)。例えば、立方体の収容体503のxy平面と平行な面を底面として、xyz座標系をy軸の周りに45°回転する設定が入力され、その設定に従って、三次元造形物50の造形材層の積層方向が、収容体503が有する略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をy軸の軸の周りに45°だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成する。このとき、三次元造形装置20のXYZ直交座標系で規定される造形空間内における合成造形用STLデータで表される三次元造形物50の姿勢を、設定部109を介して入力された、回転軸、回転角等のデータに基づいて設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成してもよい。すなわち、立方体の収容体503のXY平面と平行な面を底面として、三次元造形物50をY軸の周りに−45°回転する設定が入力され、その設定に従って三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成してもよい。
三次元造形物造形用データ生成部105により生成された三次元造形物50の造形用STLデータが、スライスデータ生成部210に入力されると、スライスデータ生成部210は、三次元造形物50の造形用STLデータから、積層方向についてスライスした各造形材層のスライスデータを生成する(S5)。
各スライスデータに対しては、モデル体501に対して不透明モデル材領域、三次元造形物50のモデル体501以外の部分に対して透明モデル材領域が設定される。また、本実施形態においては、三次元造形物50の姿勢を上記のように回転させているので、オーバーハング部分が生じる。そのため、上述のように、オーバーハング部分を下方から支持するようにサポート材が自動的に設けられるが、各スライスデータに対して、このサポート材に対応するサポート材領域も設定される。
そして、制御部220からの制御信号によって、造形ステージ230やヘッドユニット240が移動すると共に、制御部220から送られるスライスデータに基づいて、第1のプリンタヘッド241から不透明モデル材が、第2のプリンタヘッド243から透明モデル材が、第3のプリンタヘッド245からサポート材がそれぞれ造形ステージ230に供給されることによって、モデル体501、収容体503からなる三次元造形物50が造形されると共に、サポート材部分Sも造形される(S6)。
図5(A)は、本実施形態の造形方法により造形された三次元造形物50、図5(B)、従来の造形方法により造形された三次元造形物50'をそれぞれy軸方向から見た模式図である。従来の造形方法により造形された三次元造形物50'においては、積層方向が、xy平面と平行な底面に垂直な方向であったため、主な観察面となると想定される面である立方体の各面のうちの立方体の側面に垂直なx軸方向とy軸方向から、モデル体501を観察するとぼやけて見えた。これに対して、本実施形態の造形方法により造形された三次元造形物50においては、y軸方向に対しては積層方向が垂直であるために、y軸方向からモデル体501を観察するとぼやけて見えるものの、x軸方向及びz軸方向に対しては積層方向が垂直でなく、45°傾いているので、x軸方向からの観察に対しても、z軸方向からの観察に対しても、モデル体501をぼやけずにクリアに見ることができる。
上記実施形態においては、立方体の収容体503のxy平面と平行な面を底面として、xyz直交座標系をy軸の周りに45°回転する設定が入力され、その設定に従って、三次元造形物50の造形材層の積層方向が、収容体503が有する略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をy軸の軸の周りに45°だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物50の姿勢を設定し、三次元造形物50の造形用STLデータを生成したが、xyz直交座標系をy軸の周りに45°回転し、更にx軸の周りに45°回転する設定とすれば、y軸方向に対しても積層方向が垂直でなく、45°傾いているので、y軸方向からモデル体501を観察しても、すなわち立方体のすべての面に対して垂直な方向からモデル体501を観察してもぼやけずにクリアに見ることができる。図6a、6b、6cは、立方体をy軸及びx軸の周りに45°回転させた場合の、z軸方向、x軸方向、y軸方向からモデル体501を観察したときの例、及び回転させない場合の、z軸方向、x軸方向、y軸方向からモデル体501'を観察したときの例をそれぞれ示す写真であり、これらの写真からも、立方体のすべての面に対して垂直な方向からモデル体501を観察してもぼやけずにクリアに見ることができることが分かる。
本実施形態によれば、三次元造形物の造形材層の積層方向が、収容体が有する略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときのxyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向であるので、回転軸以外の軸方向に対しては積層方向が垂直でなく、回転軸以外の軸方向からの観察に対して、モデル体をよりぼやけることなくクリアに見ることができる。収容体が略直柱体の部分を有する場合、モデル体を観察するのに想定される主な方向は、収容体が有する略直柱体の部分の底面又は側面に垂直な方向又は垂直に近い方向であるので、回転軸以外の軸方向に垂直な底面又は側面からの観察に対して、モデル体をよりぼやけることなくクリアに見ることができる。そして、このことは、モデル体が数値シミュレーション結果である場合のような、精緻な観察が必要な場合に特に有利である。
収容体が有する略直柱体の底面に対する積層方向の決定において、どの回転軸の周りにどのぐらいの回転角でxyz座標軸を回転させるかは、主な観察面が、収容体が有する略直柱体のどの面と想定されるか等を考慮して決定すればよい。この点、上述のように、観察方向が、積層方向に垂直な方向である場合に、モデル体がぼやけて見えるので、観察方向と、積層方向に垂直な方向とのなす角度が大きくなるにつれて、よりクリアにモデル体を観察できるが、この角度は20°以上とすることが好ましく、30°以上とすることがより好ましい。この場合、回転角は20°〜70°、110°〜160°、200°〜250°又は290°〜340°が好ましく、30°〜60°、120°〜150°、210°〜240°又は300°〜330°がより好ましいこととなる。
上記実施形態においては、収容体の形状が立方体である例を説明したが、収容体は、略直柱体の部分を有していれば、任意の適切な形状を有するものとすることができる。例えば、収容体は、略直方体や略円柱の形状を有するものとすることができる。また、収容体は、略直柱体の部分の上部若しくは下部の全部若しくは一部、又は略直柱体の部分の側面の一部に任意の形状の部分が加えられた形状を有するものであってもよい。
上記実施形態においては、三次元積層造形の方式として、インクジェット方式を用いるものを例に説明したが、インクジェットバインダ方式、光造形方式、粉末焼結方式、熱溶解方式等の他の三次元積層造形方式を用いてもよいことは言うまでもない。
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかである。
1 三次元造形システム
10 造形用データ生成装置
101 3Dデータ受付部
103 合成造形用データ取得/生成部
105 三次元造形物造形用データ生成部
109 設定部
20 三次元造形装置
210 スライスデータ生成部
220 制御部
230 造形ステージ
235 昇降駆動部
240 ヘッドユニット
241 第1のプリンタヘッド
243 第2のプリンタヘッド
245 第3のプリンタヘッド
247、248 UV光源
50、50' 三次元造形物
501、501' モデル体
503、503' 収容体

Claims (12)

  1. 造形材層が積層された三次元造形物であって、
    モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、
    前記収容体は、略直柱体の部分を有し、
    前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である、三次元造形物。
  2. 前記所定の角度は20°〜70°、110°〜160°、200°〜250°又は290°〜340°である請求項1に記載の三次元造形物。
  3. 前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸のうちの2つの軸の周りに20°〜70°、110°〜160°、200°〜250°又は290°〜340°だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である請求項2に記載の三次元造形物。
  4. 前記モデル体は、数値シミュレーション結果を示すモデル体である請求項1〜3のいずれか1項に記載の三次元造形物。
  5. モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成装置であって、
    前記モデル体の造形用データに基づいて前記モデル体と前記収容体とを合成した合成造形用データを取得又は生成する合成造形用データ取得/生成部と、前記合成造形用データに基づいて、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたとき、前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成する三次元造形物造形用データ生成部と、
    を備える造形用データの生成装置。
  6. モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成方法であって、
    前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成するステップと、
    を含む造形用データの生成方法。
  7. 請求項6に記載の造形用データの生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  8. 請求項7に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  9. モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データであって、
    前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がxyz直交座標系のxy平面上にあるとしたときの前記xyz直交座標系をx軸、y軸、z軸の少なくとも1つの軸の周りに所定の角度(但し、z軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が90°の同じ倍数となる場合を除く)だけ回転させたx'y'z'座標系のz'軸方向と平行な方向である、
    造形用データ。
  10. 請求項9に記載の造形用データを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
  11. 請求項9の造形用データを用いて、前記モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む前記三次元造形物を、前記造形材層を順に形成して積層することによって造形する方法。
  12. 請求項5に記載の造形用データの生成装置と、
    請求項9に記載の造形用データに基づいて、三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形する三次元造形装置と、
    を備える三次元造形システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111801A1 (ko) * 2018-11-29 2020-06-04 이성배 3차원 투명 공간에서의 조형물 및 그의 제작 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000006249A (ja) * 1998-06-25 2000-01-11 Nakakin:Kk 光造形物の製造方法
JP2000037782A (ja) * 1998-07-23 2000-02-08 Mitsubishi Electric Corp シート積層造形装置およびシート積層造形方法
JP2000094453A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Teijin Seiki Co Ltd 樹脂成形型およびその製造方法
JP2014513637A (ja) * 2011-03-02 2014-06-05 ベゴ・メディカル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 3次元コンポーネントを造形的に製造するデバイス
JP2017039293A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 株式会社ミマキエンジニアリング インクジェット造形方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000006249A (ja) * 1998-06-25 2000-01-11 Nakakin:Kk 光造形物の製造方法
JP2000037782A (ja) * 1998-07-23 2000-02-08 Mitsubishi Electric Corp シート積層造形装置およびシート積層造形方法
JP2000094453A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Teijin Seiki Co Ltd 樹脂成形型およびその製造方法
JP2014513637A (ja) * 2011-03-02 2014-06-05 ベゴ・メディカル・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 3次元コンポーネントを造形的に製造するデバイス
JP2017039293A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 株式会社ミマキエンジニアリング インクジェット造形方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111801A1 (ko) * 2018-11-29 2020-06-04 이성배 3차원 투명 공간에서의 조형물 및 그의 제작 방법
KR20200064810A (ko) * 2018-11-29 2020-06-08 이성배 3차원 투명 공간에서의 조형물 및 그의 제작 방법
KR102129770B1 (ko) * 2018-11-29 2020-07-03 이성배 3차원 투명 공간에서의 조형물 및 그의 제작 방법
CN113165420A (zh) * 2018-11-29 2021-07-23 李成培 三维透明空间中的造型物及其制作方法

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