JP2018079580A - Shaping apparatus and shaping method - Google Patents

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Katsuyuki Tanaka
克幸 田中
育夫 祖父江
Ikuo Sofue
育夫 祖父江
茂樹 櫻井
Shigeki Sakurai
茂樹 櫻井
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    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/22Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reliably detect an image defect and improve quality of a solid object.SOLUTION: There is provided a shaping apparatus that prepares a solid object by laminating a shaping material on a stage on the basis of three-dimensional shape data of a solid model. The shaping apparatus comprises image forming means for forming a material image by arranging the shaping material on the basis of slice data generated from the three-dimensional shape data, a carrier for carrying the material image formed by the image forming means, illumination for exposing near infrared light to a region on the carrier including the region where the material image is carried, and image acquisition means provided with an image sensor that receives reflected light of the near infrared light by the material image and the carrier.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。   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。また特許文献2には、印刷層の図柄には影響を受けない波長の光源を用いる欠陥検知方法が開示されている。   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. Patent Document 1 discloses a modeling method using an electrophotographic process. Patent Document 2 discloses a defect detection method using a light source having a wavelength that is not affected by the design of the printed layer.

特開2003−053846号公報JP 2003-053846 A 特開2007−271507号公報JP 2007-271507 A

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転写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。
特許文献2には、印刷層の図柄には影響を受けない波長の光源を用いて欠陥検出精度を向上することについて開示がある。しかし、特許文献2では、近赤外光を用いて反射光量が同じ印刷層上の欠陥を検出するもので、材料画像そのものの形状を把握することはできない。
In a modeling method such as Patent Document 1 in which a slice image is converted into a particle image using a resin material and laminated as a sheet-unit material image, the material image is formed due to transfer failure when the particle image is formed and when the material image is transferred to a transfer body. There is a possibility that a defective part is generated. When a defective portion occurs, there is a concern that the material image of the next layer cannot be satisfactorily contacted and the lamination cannot be continued.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses that defect detection accuracy is improved by using a light source having a wavelength that is not affected by the design of the printed layer. However, in Patent Document 2, a defect on a printed layer having the same amount of reflected light is detected using near-infrared light, and the shape of the material image itself cannot be grasped.

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、画像欠陥をより確実に検知でき、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。   This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at providing the technique which can detect an image defect more reliably and can improve the quality of a solid object.

本発明の第1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ステージ上に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手段と、
前記画像形成手段で形成された前記材料画像を担持する担持体と、
前記材料画像を担持している領域を包含する前記担持体上の領域に対して近赤外光を照射する照明と、前記材料画像および前記担持体による前記近赤外光の反射光を受光するイメージセンサとを有する画像取得手段と、
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 apparatus for producing a three-dimensional object by laminating modeling materials on a stage based on 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;
A carrier for carrying the material image formed by the image forming means;
Illumination for irradiating the region on the carrier including the region carrying the material image with near-infrared light, and receiving the near-infrared light reflected by the material image and the carrier An image acquisition means having an image sensor;
A modeling apparatus is provided.

本発明の第2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ステージ上に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手段と、
前記画像形成手段で形成された前記材料画像を担持する担持体と、
前記材料画像を担持している領域を包含する前記担持体上の領域に対して近赤外光を照射する照明と、
を有する造形装置による造形方法において、
前記照明により照射された前記材料画像および前記担持体による前記近赤外光の反射光をイメージセンサで受光するステップと、
前記近赤外光に対する吸光度または反射率が前記担持体と前記材料画像とで異なることを用いて、前記担持体と前記材料画像とを区別し、前記材料画像に関する情報を取得するステップと、
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 apparatus for producing a three-dimensional object by laminating modeling materials on a stage based on 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;
A carrier for carrying the material image formed by the image forming means;
Illumination that irradiates near infrared light to an area on the carrier including an area carrying the material image;
In a modeling method by a modeling apparatus having
Receiving, with an image sensor, the material image irradiated by the illumination and the reflected light of the near-infrared light from the carrier;
Using the fact that the absorbance or reflectance for the near-infrared light is different between the carrier and the material image, distinguishing the carrier and the material image, and obtaining information about the material image;
The modeling method characterized by including this is provided.

本発明の第3態様は、
立体モデルのスライスデータに基づいて造形材料を順次積層することによって立体物を作製する立体物の製造方法であって、
前記スライスデータに基づいて前記造形材料を担持体の上に配置して材料層を形成する工程と、
前記材料層に近赤外光を含む光を照射して、前記材料層と前記担持体による近赤外域の反射光を取得する工程と、
前記近赤外域の反射光から、前記材料層に関する情報を取得する工程と、
を含むことを特徴とする立体物の製造方法を提供する。
The third aspect of the present invention is:
A manufacturing method of a three-dimensional object for producing a three-dimensional object by sequentially stacking modeling materials based on slice data of a three-dimensional model,
Arranging the modeling material on a carrier based on the slice data to form a material layer;
Irradiating the material layer with light containing near-infrared light to obtain near-infrared reflected light from the material layer and the carrier; and
Obtaining information on the material layer from the reflected light in the near infrared region;
The manufacturing method of the solid thing characterized by including this is provided.

本発明によれば、画像欠陥をより確実に検知でき、立体物の品質を向上することが可能となる。   According to the present invention, an image defect can be detected more reliably and the quality of a three-dimensional object can be improved.

第1実施形態に係る造形装置の構成を模式的に示す図The figure which shows typically the structure of the modeling apparatus which concerns on 1st Embodiment. 材料画像の溶融積層を模式的に示す図Diagram showing melt lamination of material images 材料画像の欠陥画像生成を模式的に示す図Diagram showing defect image generation of material image 明視野照明と近赤外照明を説明するための図Diagram for explaining bright field illumination and near infrared illumination 材料画像の取得のための照明光学系を示す模式図Schematic diagram showing the illumination optical system for material image acquisition 材料画像の欠陥形態画像を示す図The figure which shows the defect form image of a material image 造形コントローラのブロック図Block diagram of modeling controller 画像欠陥取得及びリカバリの制御のブロック図Block diagram of image defect acquisition and recovery control 制御ブロック図の欠陥画像比較アルゴリズムを説明する図The figure explaining the defect image comparison algorithm of a control block diagram 制御ブロック図の欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャートFlow chart of defect image acquisition and recovery process of control block diagram 制御ブロック図の欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャートFlow chart of defect image acquisition and recovery process of control block diagram 第2実施形態の材料画像厚み検出及びステージ移動の制御ブロック図Control block diagram of material image thickness detection and stage movement of the second embodiment 第2実施形態の吸光度データと材料の厚みの関係を説明するための図The figure for demonstrating the relationship between the light absorbency data of 2nd Embodiment, and the thickness of material. 第2実施形態の材料画像厚み検出及びステージ移動制御のフローチャートFlowchart of material image thickness detection and stage movement control of the second embodiment

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、造形方法及び立体物の製造方法に関する。
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 a layered modeling technique (AM technique), that is, a modeling apparatus, a modeling method, and a three-dimensional model that employs a technique for producing a three-dimensional object (three-dimensional object) by arranging modeling materials in two dimensions and laminating them in layers. The present invention relates to a method for manufacturing a product.
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」あるいは「材料層」と呼ぶ。「材料画像(材料層)」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(材料層)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、造形物から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 (an image for one layer) formed from the modeling material based on the slice data is called a “material image” or “material layer”. A “material image (material layer)” is a layer of particles formed by combining one or more material images (material layers) 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 obtained by removing the support body from the modeled object becomes a “structure” constituting the modeled object. In addition, a direction orthogonal to a laminated surface 49a of the stage 49 described later is referred to as “vertical direction”. Further, in the vertical direction, a direction toward the upper part of the paper surface in FIG. 1A is an upward direction, and a direction toward the lower part of the paper surface in FIG.

<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。
<First Embodiment>
(Configuration of modeling equipment)
With reference to FIG. 1A and 1B, the structure of the modeling apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1A is a diagram schematically illustrating the configuration of the modeling apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 1B is a diagram schematically illustrating an enlarged configuration of the material image detection portion.

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、分光光度計85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次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(担持体)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。   The modeling apparatus 1 of the present embodiment includes an outline, a control unit, an image forming unit, and a stacking unit. The control unit is a component that performs processing for generating slice data of a plurality of layers from the three-dimensional shape data of the modeling target, control of each unit of the modeling apparatus 1, and the like. The control unit includes a control unit 60, an image generation controller 10, a modeling controller 70, a plurality of motors 47 to 48, a line sensor 44, an illumination light source 45, a spectrophotometer 85, and the like. The image forming unit is a component that forms a material image for one layer made of a modeling material based on slice data of each layer. The image forming unit includes a laser scanner (exposure device) 20, a cartridge (process cartridge) 30, a transfer roller 41, and the like. The stacking unit is a component that forms a three-dimensional object having a three-dimensional structure by sequentially stacking and fixing a plurality of layers of material images generated by the image forming unit. The stacking unit is composed of a carrier (supporting member) 42, a heater plate 43, a stage 49, a cleaner (disposal unit) 46, and the like.

(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 control unit 60 has a function of converting the three-dimensional shape data of the modeling target into modeling slice data, a function of outputting slice data of each layer to the image generation controller 10, a function of managing the layered modeling process, and the like. The control unit 60 can be configured by, for example, mounting a program having these functions on a personal computer or an embedded computer. As the three-dimensional shape data, data created by a three-dimensional CAD, a three-dimensional modeler, a three-dimensional scanner, or the like can be used. The format of the three-dimensional shape data is not limited, but for example, polygon data such as STL (Stereolithography) can be preferably used. As the format of the slice data, for example, multi-value image data (each value represents a material type) or multi-plane image data (each plane corresponds to a material type) can be used.

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 image generation controller 10 has a function of controlling an image forming process in the image forming unit based on slice data input from the control unit 60 and a control signal input from the modeling controller 70. Specifically, the image generation controller 10 performs resolution conversion and decoding processing of slice data, control of the image writing position and timing by the laser scanner 20, and the like. In addition, the image generation controller 10 may have the same function as a printer controller built in a general laser printer (2D printer).

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、画像取得手段を構成する。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 modeling controller 70 has a function of performing mechatronic control of the modeling apparatus. The drive system includes a transfer roller motor 47 that rotationally drives the transfer roller 41 and a stage drive motor 48 that moves the stage 49. The sensing system includes a line sensor 44 as an image sensor for detecting a material image and an illumination light source 45 for illuminating the material image. The line sensor 44 and the illumination light source 45 constitute an image acquisition unit. Details of the roles of these sensors and the illumination light source will be described later.

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 modeling controller 70 is shown. The modeling controller 70 includes a CPU 71, a memory 72, an interface 73, a UI unit 74, a motor drive circuit 75, a motor driver 76, a sensor detection circuit 77, a sensor interface 78, other IO circuits 79, a heater circuit 80, and an IO interface 81. . A transfer roller motor 47 and a stage drive motor 48 are connected to the motor driver 76. The sensor interface 78 is connected to a rotary encoder detection sensor (not shown), a cover open detection switch of the modeling apparatus, a home position sensor of the stage 49, and the like. A heater and a thermocouple in the heater plate 43 are connected to the heater circuit 80. Drive signals for the line sensor 44, the illumination light source 45, the cleaner 46, and the like are connected to the IO interface 81.
In the present embodiment, the control unit 60, the modeling controller 70, and the image generation controller 10 are configured by separate controllers. However, these functions may be configured by a single controller.

(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 photosensitive drum 34 is an image carrier having a photosensitive layer such as an organic photosensitive member or an amorphous silicon photosensitive member. The primary charging roller 33 is a charging device for uniformly charging the photosensitive layer of the photosensitive drum 34. The laser scanner 20 is an exposure device that scans the photosensitive drum 34 with a laser beam and draws a latent image in accordance with an image signal given from the image generation controller 10. The modeling material supply unit 31 is a device that accommodates and supplies the modeling material 35. The developing roller 32 is a developing device that supplies the modeling material 35 to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 34. The transfer roller 41 is a transfer device that transfers an image of the modeling material 35 formed on the photosensitive drum 34 to a conveyance body (transfer belt) 42. Although not shown, a cleaning device for cleaning the surface of the photosensitive drum 34 may be provided downstream of the transfer nip between the photosensitive drum 34 and the transfer roller 41. In the present embodiment, the photosensitive drum 34, the primary charging roller 33, the modeling material supply unit 31, and the developing roller 32 are integrated as a drum cartridge 30 and configured to be detachable from the modeling apparatus main body, so that replacement is possible. It has become easier. On the other hand, in order to cope with an increase in capacity of the modeling material, a replenishment configuration in which the exposure / development apparatus unit and the material supply unit are separated may be employed.
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 conveyance body 42 is a member that carries the material image 50 formed by the image forming unit and transferred from the photosensitive drum 34 and conveys it to the stage 49 (lamination nip). The conveyance body 42 is configured by, for example, an endless belt member such as resin or polyimide. The heater plate 43 has a built-in heater, melts the material image 50 on the transport body 42, and is placed on the laminated surface 49a of the stage 49 or on the upper surface of the modeled object 51 on the stage 49 (on the laminated surface 49a). It has a heat laminating function for laminating. The stage 49 is a member that holds the modeled object 51 that is being stacked, and can be moved in the vertical direction (stacking direction) by the stage drive motor 48.

(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 control unit 60 calculates the cross-sectional shape of each layer by slicing the modeling object at a predetermined pitch (for example, a thickness of several microns to several tens of microns) based on the three-dimensional shape data of the modeling object. Generate slice data for each layer. The image data is input to the image generation controller 10 in order from the lowermost slice data. The image generation controller 10 controls laser emission and scanning of the laser scanner 20 according to the input slice data.

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。ここで積層位置とは、材料画像50の積層が行われる位置であり、図1の構成では、搬送体42のうち、ステージ49の積層面49a、または、ステージ49上の造形物51の上面と、ヒータ板43とで挟まれる部分が積層位置に該当する。
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 photosensitive drum 34 is uniformly charged by the primary charging roller 33. When the surface of the photosensitive drum 34 is exposed by the laser beam from the laser scanner 20, the exposed portion is neutralized. The modeling material charged with the developing bias is supplied to the charge removal portion by the developing roller 32, and a material image made of the modeling material is formed on the surface of the photosensitive drum 34. The material image 50 is transferred onto the transport body 42 by the transfer roller 41.
The carrier 42 rotates while carrying the material image 50 and conveys the material image 50 to the stacking position. By applying heat with the heater plate 43, the material image 50 is thermally welded to the upper surface of the modeled object 51 on the stage. Each time the material image 50 is laminated, the modeling controller 70 lowers the stage 49 by the thickness of one layer in the vertical direction to prepare for the lamination of the next layer. Here, the stacking position is a position where the material images 50 are stacked. In the configuration of FIG. 1, in the transport body 42, the stacking surface 49 a of the stage 49 or the top surface of the model 51 on the stage 49. The portion sandwiched between the heater plates 43 corresponds to the stacking position.
The modeling object 51 is formed on the stage 49 by repeating the modeling operation including the image forming process for forming the material image 50 and the stacking process for stacking the material images 50 for the number of slice data.

(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 material image 50 is thermally welded and laminated on the upper surface of the modeled object 51 will be schematically described with reference to FIGS.
FIG. 2A shows a state where particles constituting the material image 50 are spread. Generally, the close-packed state on a plane means a hexagonal close-packed state.
FIG. 2B shows a state where the particles are in close contact with each other on the modeled object 51 and the heater plate 43 is in contact with the particle upper surface via the transport body 42. The particles shown in FIG. 2B correspond to the AA ′ cross section of FIG. 2A. In the present embodiment, the particle radius is expressed as “r”. Therefore, the diameter is 2r. Actually, “r” is a length having a certain particle size distribution range, and the average value is treated as “r” here.
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 object 51 starts to rise. FIG. 2D shows a state where the melting is completed and the gaps between the particles are filled. At this time, since there is no change in the volume of the entire particle, the material image 50 that has been melted has a plate shape as shown in FIG. 2D. The plate thickness of the material image 50 is 1.6r by simple calculation.
In FIG. 2E, the top view of the material image 50 similar to FIG. 2A is shown in the upper part, and the AA ′ cross section in the plan view is shown in the lower part. In FIG. 2F, the top view of the state in which the melting is completed and the gap is filled is shown in the upper part and the cross section aa ′ in the plan view is shown in the lower part as in FIG.

(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 modeling material 35 is transferred from the photosensitive drum 34 to the conveyance body 42, if the transfer bias is not set appropriately or the modeling material 35 is not sufficiently charged, the transfer failure May cause a defect in the material image 50. When a defect occurs in the material image 50, the flatness of the corresponding portion is remarkably lowered at the time of melting, and it becomes difficult to stack and fix the material image 50 of the next layer on the shaped object 51 on the stage 49. Such an image defect can be said to be a problem peculiar to the modeling apparatus.

(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 material image 50 will be schematically described with reference to FIGS.
3A and 3B are schematic diagrams for explaining a case where one particle of the modeling material constituting the material image 50 is defective. FIG. 3A shows a state before melting, and FIG. 3B shows a state after melting. . In FIGS. 3A and 3B, a plan view is shown in the upper part, and a cross-section AA ′ and aa ′ cross-section in the plan view are shown in the lower part. In FIG. 3B, the defect state for one particle after melting is shown. However, since the flow of molecules actually occurs, the boundary between the defect part and the non-defect part is not vertical as shown in the figure. It seems to be inclined to.
3C and 3D are schematic views for explaining a case where one particle of the material image 50 is defective as in FIGS. 3A and 3B. FIG. 3D schematically shows a state where it is assumed that the upper surfaces of some of the particles around the defect portion are uniformly lowered and the defect portion is filled during melting. At this time, in FIG. 3D, the stacking thickness of the defective portion and a part of the particles around the defective portion is 1.28r in calculation. Also in this case, there is no change in the total volume of the entire particles between the state shown in FIG. 3C and the state shown in FIG. 3D. As in FIG. 3B, since the molecular flow actually occurs, the part including the defect part and a part of the particle around the defect part and the part not affected by the defect of the particle around the defect part, The boundary seems not to be vertical as shown, but to be gently inclined.

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 boundary 53 shown in FIGS. 3B and 3D is gently inclined. FIG. 3E shows a state in which, when there is a defect of one particle in the N layer at the lower part, a part of the defect part and particles around the defect part flow and incline toward the defect center. In the upper part, when the N + 1 layer as the next layer is in contact with the N layer, and the N + 2 layer as the next layer are stacked almost normally.
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。
(明視野照明による材料画像)
図4A,4B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、材料画像の表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.
(Material image by bright field illumination)
4A and 4B show a state in which the thin material image 50 is transferred onto the carrier 42. Since the material image 50 is used for stacking, the stacking thickness is set according to the specifications of the modeling apparatus. Here, for example, the range of the laminated thickness of the material image 50 is set to 10 μm or more for high-precision lamination and 100 μm or less for high-speed lamination. Since the material images 50 of any laminated thickness are in a thin layer state, when the modeling material is a resin, the transmittance becomes high, and it becomes difficult to obtain contrast with the conveyance body 42.
FIG. 4A shows a state in which normal visible light is irradiated at an angle close to perpendicular to the surface of the material image, and reflected light is incident on the sensor. This is called bright field illumination. As shown in the drawing, the contrast between the material image 50 and the carrier 42 is quite small because the reflected light component from the carrier 42 due to the transmitted light is large. When the modeling material is colored in black, the contrast becomes smaller. In order to obtain a good contrast, it is necessary to increase the thickness of the material image 50. However, increasing the thickness of the material image 50 in order to increase the modeling accuracy causes a contradiction.

(近赤外照明による材料画像のセンシング)
上記課題に対して、近赤外光を照射した際の、搬送体42と材料画像50における材料による光の吸光度の違いから材料画像50の形状を把握する方法について図4Bを用いて説明する。図4Bでは、照明光源45により近赤外光を搬送体42および材料画像50の表面に垂直に近い角度で照射し、その反射光をラインセンサ44として本実施形態で用いるInGaAs(インジウムガリウムヒ素)センサへ入射させる形態について示している。ここで、照明光源45は、材料画像50を担持している領域を包含する搬送体42上(担持体上)の領域に対して近赤外光を照射する。
一般的に、近赤外光は波長領域(範囲)800〜2500nmの電磁波の一種であり、可視光より長い波長のため人間が直接見ることはできない光である。また、近赤外光は最
も物体に吸収されやすく、その為、近赤外線を含む光を搬送体42と材料画像50に当てると、搬送体42と材料画像50の物質の違いにより、光の反射や吸収する特徴の違いが画像として表示され、搬送体42と材料画像50とを区別できる。したがって、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の画像検出も容易に行うことが可能となる。
(Sensing of material images by near infrared illumination)
With reference to FIG. 4B, a method for grasping the shape of the material image 50 from the difference in light absorbance of the material in the carrier 42 and the material image 50 when irradiated with near-infrared light will be described. In FIG. 4B, near-infrared light is irradiated by the illumination light source 45 at an angle close to the surface of the carrier 42 and the material image 50, and the reflected light is used as a line sensor 44 in InGaAs (indium gallium arsenide). It shows about the form which injects into a sensor. Here, the illumination light source 45 irradiates near infrared light to a region on the carrier 42 (on the carrier) including the region carrying the material image 50.
Generally, near-infrared light is a kind of electromagnetic wave having a wavelength region (range) of 800 to 2500 nm, and is light that cannot be directly seen by humans because it has a longer wavelength than visible light. In addition, near infrared light is most easily absorbed by an object. Therefore, when light including near infrared light is applied to the carrier 42 and the material image 50, light reflection is caused by the difference in the substance of the carrier 42 and the material image 50. And the difference in absorbing characteristics is displayed as an image, and the carrier 42 and the material image 50 can be distinguished. Therefore, by using this illumination method, it is possible to easily perform image detection of the thin layer resin or the dark colored resin used in the present embodiment.

(照明光学系)
次に、上記近赤外光を含む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が転写された状態を示している。
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反射光が、フィルタ44cおよびレンズ44bを介してセンサ部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44は、搬送体42と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、二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。
フィルタ44cとしては、後述するように、搬送体42と材料画像50とにおける吸光度データに基づき、所定の波長域を通過帯域として、ラインセンサ44に入射する反射光をフィルタリングするものが選択され設置される。このとき、搬送体42と材料画像50とにおける吸光度の差分が最大となる波長域を通過帯域とするフィルタであると、より好ましい。しかしながら、これに限るものではなく、吸光度が搬送体42と材料画像50とで異なる波長域を通過帯域としてフィルタリングするものであればよい。この場合には、材料画像50を構成する造形材料の吸光度で特徴を表す波長域を用いて、フィルタ44cを決定することができる。例えば、ABS樹脂であれば1.68μm、PP樹脂であれば1.72μmの波長域にピークがある。このようなピークとなる波長域を通過帯域とするフィルタを決定してもよいし、また、吸光度のピークから造形材料の種類を特定し、特定した種類の造形材料に応じたフィルタに決定してもよい。
(Illumination optics)
Next, the illumination optical system and sensor arrangement using the illumination including near infrared light will be described.
FIG. 5 shows a state in which the material image 50 is transferred onto the conveyance body 42.
The illumination light source 45 is configured such that uniform parallel light irradiation is possible, for example, by passing a cylindrical lens and a diffusion plate through an LED array. And the reflected light when the illumination light source 45 irradiates the surface of the material image 50 injects into the sensor part 44a via the filter 44c and the lens 44b. In this way, the material image 50 is detected.
The illumination light source 45 and the line sensor 44 can acquire the material image 50 on the transport body 42 as a two-dimensional image by moving relative to the transport body 42. In this embodiment, for example, if one particle has a resolution of 600 dpi (dots per inch), the particle diameter “2r” is 42 μm. Therefore, in order to discriminate a single particle defect, a sensor resolution of at least 21 μm is desirable.
As will be described later, a filter 44c that filters reflected light incident on the line sensor 44 with a predetermined wavelength band as a pass band is selected and installed based on the absorbance data in the carrier 42 and the material image 50. The At this time, it is more preferable that the filter has a pass band in a wavelength region where the difference in absorbance between the carrier 42 and the material image 50 is maximum. However, the present invention is not limited to this, and any filter may be used as long as the absorbance is filtered using different wavelength bands between the carrier 42 and the material image 50 as a pass band. In this case, the filter 44c can be determined by using the wavelength region that represents the feature by the absorbance of the modeling material constituting the material image 50. For example, there is a peak in the wavelength region of 1.68 μm for ABS resin and 1.72 μm for PP resin. A filter having such a peak wavelength band as a pass band may be determined, or the type of modeling material is specified from the absorbance peak, and the filter is determined according to the specified type of modeling material. Also good.

(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44としては、上述のようにInGaAsセンサが用いられ、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 material image 50, and FIG. 6B shows acquired data when the material image 50 of FIG. 6A is detected.
In FIG. 6A, the position when the material image 50a is formed without deformation based on the slice data with respect to the material image 50a on the transport body 42 is indicated by a broken line 50b, and a defective portion (missing portion) of the material image 50a is shown. ) Is indicated by 50c. The defect portion 50c is shown as a star for convenience of explanation.
The carrier 42 moves from the top to the bottom in the drawing according to the arrow direction shown in FIG. 6A. 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 transport body 42 and is orthogonal to the traveling direction of the transport body 42.
As described above, an InGaAs sensor is used as the line sensor 44, and the 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 material image 50a is in an expanded / contracted state with respect to the broken line 50b. A portion where the material image 50a protrudes from the entire line with respect to the broken line 50b is an expansion defect, and a portion where the entire material line is recessed inward is a contraction defect. If there is an uneven defect in a part of the line, it is expressed as an edge defect 50d or an edge protrusion 50e. Although not particularly shown here, distortion of the entire image can also be detected as a defect state.
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 modeling controller 70 described above. The illumination light source 45, the line sensor 44, and the cleaner 46 are connected to the IO interface 81 and drive signals are output. Here, the handling of the output signal of the line sensor 44 will be described in detail.

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(比較手段、判断手段)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44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 control unit 60 includes a 3D data slicer 61 and a printer driver 62 as functions related to generation of slice data. Shape data such as STL is input to the 3D data slicer 61 as 3D shape data by 3D CAD or the like. In accordance with the input data, slice data for each layer is generated by the 3D data slicer 61. The slice data is output from the printer driver 62 to the image generation controller 10. The control unit 60 and the image control unit 11 are connected with a control signal and image data by an interface signal line.
The image control unit 11 has a storage function, accumulates slice data, causes the slice image generation unit 12 to generate a material image based on the slice data according to the stacking timing, and transfers the material image to the stacking unit. The stacking unit includes a laser scanner 20, a drum cartridge 30, a transfer stacking unit 40, and the like. Further, a comparison unit (comparison means, determination means) 13 is connected to the image control unit 11 in the image generation controller 10. The comparison unit 13 compares the image acquired by the line sensor 44 with the slice data.

(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 comparison unit 13.
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 line sensor 44. In FIG. 9, the comparison result by the comparison unit 13 is shown on the right side. One-dimensional data of the line N among the data is input to the comparison unit 13.
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 comparison unit 13 indicates the comparison result, and the x part indicates that they do not match. If the comparison result is a mismatch determination, it is determined whether it is a defect or a non-defect. If the stacking cannot be continued, it is determined as a defect. The above is an example performed by comparison of raw data, but if it is a one-dimensional binary comparison, a comparison by run length can be easily performed. Further, the present invention is not limited to line units, and several lines may be combined to perform block unit comparison. Below, an example of a defect detection algorithm is demonstrated according to a flowchart.

(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート1)
図10A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。
(Flowchart 1 of defect image acquisition and recovery processing)
The defect detection algorithm in units of layers will be described along the flowchart shown in FIG. 10A.
In step 101, slice data is input and stored in the image generation controller 10.
In step 102, the slice data is developed into a raster image, and a material image is generated from the particle image. In step 103, the material image is detected and acquired by the line sensor 44. In step 104, the image acquired by the line sensor 44 is compared with the accumulated slice data. In step 105, it is determined whether the comparison result matches or does not match. If it is determined in step 105 that the values match, the process proceeds to step 106, and the process proceeds to the stacking process.

(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.

ここで、図10Bに示すフローチャートに沿って、ステップ103の材料画像をラインセンサ44で検出し取得する方法について、説明する。
ステップ103aでは、分光光度計85を用いて、搬送体42および材料画像50の吸光度データを検出、すなわち、搬送体42および材料画像50の吸光度と近赤外領域(近赤外域)との関係を取得する。搬送体42および材料画像50の吸光度と近赤外領域との関係としては、後述する第2実施形態で図13に示すような関係を例示できる。
ステップ103bでは、搬送体42と材料画像50とにおける吸光度の差分が最大となる波長域を算出する。
Here, a method of detecting and acquiring the material image in step 103 with the line sensor 44 will be described along the flowchart shown in FIG. 10B.
In step 103a, the spectrophotometer 85 is used to detect the absorbance data of the carrier 42 and the material image 50, that is, the relationship between the absorbance of the carrier 42 and the material image 50 and the near infrared region (near infrared region). get. As a relationship between the absorbance of the carrier 42 and the material image 50 and the near-infrared region, a relationship as shown in FIG. 13 can be exemplified in the second embodiment to be described later.
In step 103b, a wavelength region in which the difference in absorbance between the carrier 42 and the material image 50 is maximized is calculated.

ステップ103cでは、算出した波長域を通過帯域として、ラインセンサ44に入射する反射光をフィルタリングするフィルタ44cを決定し、所定の位置に装着する。フィルタ44cの装着により、ラインセンサ44が構成される。フィルタ44cの装着に関しては、ユーザが行うものであるとよいが、これに限るものではない。通過帯域が異なる複数のフィルタを有し、ステップ103bで算出された波長域を通過帯域とするフィルタを自動的に選択して装着する装置が造形装置に備えられていてもよい。
ステップ103dでは、ステップ103cでフィルタ44cが装着されたラインセンサ44と照明光源45を用いて、材料画像50の形状に関する情報を取得する。
ステップ103a,103bは、搬送体42と材料画像50のコントラストを明確にするためのフィルタ選択の工程である。そのため、搬送体42と材料画像50とにおける吸光度データの差分が最大となる波長域が予め分かっている場合、または最適なフィルタが決まっている場合には、本工程は省略することができる。
In step 103c, a filter 44c that filters reflected light incident on the line sensor 44 is determined using the calculated wavelength band as a pass band, and is mounted at a predetermined position. The line sensor 44 is configured by mounting the filter 44c. The filter 44c may be attached by the user, but is not limited thereto. An apparatus for automatically selecting and mounting a filter having a plurality of filters having different pass bands and having the pass band in the wavelength band calculated in step 103b may be provided.
In step 103d, information regarding the shape of the material image 50 is acquired using the line sensor 44 and the illumination light source 45 to which the filter 44c is attached in step 103c.
Steps 103 a and 103 b are filter selection steps for clarifying the contrast between the transport body 42 and the material image 50. Therefore, this step can be omitted when the wavelength region in which the difference in absorbance data between the carrier 42 and the material image 50 is maximum is known in advance, or when an optimum filter has been determined.

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、該当層の材料画像を廃棄し、該当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 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. 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 transport body 42 is removed by an instruction from the modeling controller 70 when determining the defect. As the cleaner 46, a scraper or an adhesive transfer removing roller for stripping off the material on the plane may be used, and it may be appropriately selected according to the characteristics of the conveying body 42 and the modeling material.

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 carrier 42 or that are in progress. Then, a material image is re-formed based on the corresponding slice data for each of the discarded material images.
As another method, the material image on the transport body 42 is not discarded, but only the material image of the layer determined to be defective is discarded, and the material image of the transferred next layer is stacked on the transport body 42. Alternatively, it can be kept on the carrier 42. In that case, the re-formed material image is transferred to the transport body 42 in a state where the normal material image of the next layer is positioned on the transport body 42 upstream of the transfer nip in the transport direction of the transport body 42. Then, it is good to continue the lamination.

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 flowchart 1 shown in FIG. 10, the defect detection algorithm in units of layers has been described. In the flowchart 2, the defect detection algorithm in units of lines will be described.
Steps 201 to 205 are almost the same as steps 101 to 105 in the flowchart 1. In step 202, the slice data is developed into a raster image to generate a particle image. In step 203, a particle image is detected and acquired by a sensor. In step 206, it is determined whether or not the detection has been completed up to the last line of the material image. If not, the process returns to step 203. When the detection is completed up to the final line, the process proceeds to step 207, where the process proceeds to the stacking process.

(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 step 209, it is determined whether or not the detection has been completed up to the final line of the material image. If it is not the final line, the process returns to step 203, and if it is determined that the detection has been completed up to the final line, the process proceeds to step 210. In step 210, it is determined whether or not the composite image of the mismatched portion of the detection line is within the stackable reference. If the composite image of the mismatched portions of the detection lines is within the stackable reference, the process proceeds to step 207, and the process proceeds to the stacking process in step 207. In the case of negative determination in step 210, the process proceeds to step 211. After the corresponding material image is discarded in step 211, the process returns to step 202.

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近赤外照明、及び、搬送体上の造形材料による光の反射光を受光(撮影)するイメージセンサを有する画像取得手段を備えている。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。
また、本実施形態では、近赤外光を照射した際の、搬送体42と材料画像50における材料による光の吸光度の違いから材料画像50の形状を把握する形態について説明した。これに対して、近赤外光を照射した際の、搬送体42と材料画像50における材料による光の反射率の違いを用いるものであってもよい。また、搬送体42が近赤外光を透過するように構成されている形態であれば、近赤外光を照射した際の、搬送体42と材料画像50における材料による光の透過率の違いを用いるものであってもよい。すなわち、近赤外光を照射した際に、搬送体42と材料画像50における材料による光の吸収、反射、透過の度合いの違いから材料画像50の形状を把握することができるものであればよい。
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 control unit 60 performs processing to be formed by the image forming unit, transferred to the transport body 42, and transported.
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 means which has the near infrared illumination which irradiates light to a conveyance body, and the image sensor which light-receives (photographs) the reflected light of 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 transport body 42 or when detecting a cleaning failure after cleaning the transport body 42.
Moreover, in this embodiment, the form which grasps | ascertains the shape of the material image 50 from the difference in the light absorbency of the material by the conveyance body 42 and the material image 50 at the time of irradiating near infrared light was demonstrated. On the other hand, you may use the difference in the reflectance of the light by the material in the conveyance body 42 and the material image 50 at the time of irradiating near infrared light. In addition, if the transport body 42 is configured to transmit near infrared light, the difference in light transmittance between materials in the transport body 42 and the material image 50 when irradiated with near infrared light. May be used. That is, any material that can grasp the shape of the material image 50 from the difference in the degree of light absorption, reflection, and transmission by the material in the carrier 42 and the material image 50 when irradiated with near infrared light. .

<第2実施形態>
以下に、第2実施形態について説明する。なお、以下の説明では、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1と同様の構成や処理についての説明は省略する。
(造形装置の構成)
本実施形態の造形装置は、分光光度計85を用いて求めた材料画像50の吸光度特性から材料画像50の厚みを算出し、その厚みデータに基づいてステージ49を移動させる機能を有する。
分光光度計85からの吸光度データから材料画像50の厚みを算出する処理は、主として制御部における画像生成コントローラ10の材料厚み検出ユニット15により行われる。また、ステージ49を上下方向に移動させる処理は、主として造形コントローラ70がステージ駆動モータ48を制御することで行われる。
Second Embodiment
The second embodiment will be described below. In the following description, configurations and processes different from those of the first embodiment will be described, and descriptions of configurations and processes similar to those of the first embodiment will be omitted.
(Configuration of modeling equipment)
The modeling apparatus of this embodiment has a function of calculating the thickness of the material image 50 from the absorbance characteristics of the material image 50 obtained using the spectrophotometer 85 and moving the stage 49 based on the thickness data.
The process of calculating the thickness of the material image 50 from the absorbance data from the spectrophotometer 85 is mainly performed by the material thickness detection unit 15 of the image generation controller 10 in the control unit. Further, the process of moving the stage 49 in the vertical direction is performed mainly by the modeling controller 70 controlling the stage drive motor 48.

(材料画像厚み検出及びステージ移動の制御)
以下に、本実施形態に係る造形装置の材料画像厚み検出及びステージ移動の制御について説明する。本実施形態における第1実施形態との違いは、材料厚み検出ユニット15により材料画像の厚みを検出し、検出した厚みに合わせてステージが移動する点である。
図12は、本実施形態に係る造形装置の材料画像厚み検出及びステージ移動の制御ブロック図である。図13は、本実施形態の吸光度データと材料の厚みの関係を説明するための図であり、ABS樹脂材料からなる薄層91、ABS樹脂材料からなる厚層92、および搬送体(ベース材料)42を実測した吸光度データを示している。なお本実施形態では、厚層92は薄層91の約10層分の厚みとした。
図13に示すように、薄層91と厚層92とでは、吸光度値で約0.5の差異が確認できる。このように、材料画像50の吸光度は、厚みにより変わる。
このような、材料画像の厚みと、当該材料画像における吸光度データ、および/または、当該材料画像における吸光度値の最大値と最小値の差との関係(以下、厚みごとの吸光度特性)を、造形材料の種類ごとに予め求め、造形装置に予め記憶されている。また、造形装置の仕様により、使用される造形材料の種類が特定されている場合には、その種類の造形材料に関して、厚みと、吸光度データ、および/または、吸光度値の最大値と最小値の差との関係が記憶されるものであればよい。
(Material image thickness detection and stage movement control)
Below, control of the material image thickness detection and stage movement of the modeling apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. The difference of this embodiment from the first embodiment is that the thickness of the material image is detected by the material thickness detection unit 15 and the stage moves in accordance with the detected thickness.
FIG. 12 is a control block diagram of material image thickness detection and stage movement of the modeling apparatus according to the present embodiment. FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship between the absorbance data and the material thickness of the present embodiment, and a thin layer 91 made of an ABS resin material, a thick layer 92 made of an ABS resin material, and a carrier (base material). 42 shows the actually measured absorbance data. In the present embodiment, the thick layer 92 has a thickness corresponding to about 10 layers of the thin layer 91.
As shown in FIG. 13, a difference of about 0.5 in the absorbance value can be confirmed between the thin layer 91 and the thick layer 92. As described above, the absorbance of the material image 50 varies depending on the thickness.
Such a relationship between the thickness of the material image and the absorbance data in the material image and / or the difference between the maximum value and the minimum value of the absorbance value in the material image (hereinafter referred to as the absorbance characteristics for each thickness) It calculates | requires beforehand for every kind of material, and is previously memorize | stored in the modeling apparatus. In addition, when the type of modeling material to be used is specified by the specifications of the modeling apparatus, the thickness, the absorbance data, and / or the maximum value and the minimum value of the absorbance value are related to that type of modeling material. What is necessary is just to memorize | store the relationship with a difference.

図12を用いて、材料画像厚み検出及びステージ移動の制御について説明する。
本実施形態では、分光光度計85を用いて、搬送体42上の材料画像50の吸光度データを取得する。取得した吸光度データは、材料厚み検出ユニット15に取り込まれる。材料厚み検出ユニット15では、近赤外領域(900〜2400nm)の吸光度値の最大値と最小値の差を算出する。さらに材料厚み検出ユニット15は、算出した差と、材料画像50に使われている材料種(例えばABS樹脂材料)と、予め造形装置内に記憶されている上記関係とに基づき、材料画像50の厚みを検出(決定)する。
検出された材料画像50の厚みは、ステージ移動量に換算され、造形コントローラ70に送信される。造形コントローラ70はステージ駆動モータ48を制御することで、受信したステージ移動量に合わせてステージ49を移動させる。これにより、積層位置において、ステージ49の積層面49a、または、ステージ49上の造形物51の上面と、搬送体42表面との間の間隔が、検出された材料画像50の厚みと同じ長さとなる。
The material image thickness detection and stage movement control will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the spectrophotometer 85 is used to acquire the absorbance data of the material image 50 on the carrier 42. The acquired absorbance data is taken into the material thickness detection unit 15. The material thickness detection unit 15 calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the absorbance value in the near infrared region (900 to 2400 nm). Furthermore, the material thickness detection unit 15 determines the material image 50 based on the calculated difference, the material type used in the material image 50 (for example, ABS resin material), and the relationship stored in advance in the modeling apparatus. The thickness is detected (determined).
The detected thickness of the material image 50 is converted into a stage movement amount and transmitted to the modeling controller 70. The modeling controller 70 controls the stage drive motor 48 to move the stage 49 according to the received stage movement amount. Thereby, in the lamination position, the distance between the lamination surface 49a of the stage 49 or the upper surface of the model 51 on the stage 49 and the surface of the transport body 42 is the same length as the thickness of the detected material image 50. Become.

(材料画像厚み検出及びステージ移動制御のフローチャート)
図14のフローチャートに沿って、材料画像厚み検出及びステージ移動制御について、説明する。
ステップ301では、分光光度計85を用いて、搬送体42上の材料画像の吸光度データを検出する。
ステップ302では、材料厚み検出ユニット15により吸光度の最大値と最小値の差分を抽出する。
ステップ303では、抽出した差分値、材料画像の種類、および、厚みごとの吸光度特性から、実際の材料画像の厚みを算出する。
ステップ304では、算出した材料画像の厚み(取得結果)からステージ49の移動量を算出する。
ステップ305では、算出された移動量に合わせてステージ49を移動する。
ステップ306では、積層工程に移行する。
ステージ49の移動に関しては、本実施形態では、1層の材料画像ごとに、分光光度計85を用いて吸光度データを検出しステージ移動制御を実行するものであるが、これに限るものではない。造形動作が開始される際に、1層目の材料画像に対してのみ、吸光度データを検出して材料画像の厚みを算出し、その厚みを当該造形動作に関する材料画像の厚みとして設定し、当該造形動作が終わるまで、その厚みに基づいてステージの移動を制御してもよい。
(Flow chart of material image thickness detection and stage movement control)
The material image thickness detection and stage movement control will be described along the flowchart of FIG.
In step 301, the spectrophotometer 85 is used to detect the absorbance data of the material image on the carrier 42.
In step 302, the material thickness detection unit 15 extracts the difference between the maximum value and the minimum value of absorbance.
In step 303, the actual thickness of the material image is calculated from the extracted difference value, the type of material image, and the absorbance characteristics for each thickness.
In step 304, the moving amount of the stage 49 is calculated from the calculated thickness (acquisition result) of the material image.
In step 305, the stage 49 is moved according to the calculated movement amount.
In step 306, the process proceeds to the lamination process.
Regarding the movement of the stage 49, in this embodiment, for each material image of one layer, the spectrophotometer 85 is used to detect the absorbance data and execute the stage movement control, but the present invention is not limited to this. When the modeling operation is started, the absorbance data is detected only for the material image of the first layer, the thickness of the material image is calculated, the thickness is set as the thickness of the material image related to the modeling operation, Until the modeling operation is finished, the movement of the stage may be controlled based on the thickness.

本実施形態によれば、近赤外光を用いて、材料画像50の厚みを検出することができ、検出した材料画像50の厚みを用いることで、ステージ49の移動制御を行うことが可能となる。これにより、材料画像50の厚みを検出するために、専用の変位センサ等を設置する必要がなくなり、低コスト化、小型化を図ることができる。   According to the present embodiment, the thickness of the material image 50 can be detected using near-infrared light, and the movement control of the stage 49 can be performed by using the detected thickness of the material image 50. Become. Accordingly, it is not necessary to install a dedicated displacement sensor or the like in order to detect the thickness of the material image 50, so that the cost and size can be reduced.

1…造形装置、34…感光ドラム、42…搬送体、44…ラインセンサ、45…照明光源、49…ステージ、50…材料画像

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Modeling apparatus, 34 ... Photosensitive drum, 42 ... Conveyance body, 44 ... Line sensor, 45 ... Illumination light source, 49 ... Stage, 50 ... Material image

Claims (14)

立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料をステージ上に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手段と、
前記画像形成手段で形成された前記材料画像を担持する担持体と、
前記材料画像を担持している領域を包含する前記担持体上の領域に対して近赤外光を照射する照明と、前記材料画像および前記担持体による前記近赤外光の反射光を受光するイメージセンサとを有する画像取得手段と、
を備えることを特徴とする造形装置。
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object by laminating modeling materials on a stage based on 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;
A carrier for carrying the material image formed by the image forming means;
Illumination for irradiating the region on the carrier including the region carrying the material image with near-infrared light, and receiving the near-infrared light reflected by the material image and the carrier An image acquisition means having an image sensor;
A modeling apparatus comprising:
前記画像取得手段は、前記近赤外光に対する吸光度または反射率が前記担持体と前記材料画像とで異なることを用いて、前記担持体と前記材料画像とを区別し、前記材料画像に関する情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の造形装置。
The image acquisition means distinguishes between the carrier and the material image using the fact that the absorbance or reflectance with respect to the near-infrared light is different between the carrier and the material image, and provides information on the material image. The modeling apparatus according to claim 1, wherein the modeling apparatus is acquired.
前記吸光度または前記反射率が前記担持体と前記材料画像とで異なる第1波長域を通過帯域として、前記反射光をフィルタリングするフィルタを有する
ことを特徴とする請求項2に記載の造形装置。
3. The modeling apparatus according to claim 2, further comprising a filter that filters the reflected light using a first wavelength range in which the absorbance or the reflectance is different between the carrier and the material image as a pass band.
前記第1波長域は、前記担持体と前記材料画像とにおける前記吸光度または前記反射率の差が最大となる波長域である
ことを特徴とする請求項3に記載の造形装置。
The modeling apparatus according to claim 3, wherein the first wavelength region is a wavelength region in which the difference in absorbance or reflectance between the carrier and the material image is maximized.
前記担持体および前記材料画像の前記吸光度または前記反射率と近赤外領域との関係を取得して、前記第1波長域を求める算出手段を有する
ことを特徴とする請求項3または4に記載の造形装置。
5. The calculation device according to claim 3, further comprising a calculation unit that acquires a relationship between the absorbance or the reflectance of the carrier and the material image and a near-infrared region to obtain the first wavelength region. Modeling equipment.
前記画像取得手段により取得された前記材料画像に関する情報と、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手段と、
前記比較手段による比較結果に基づき、前記材料画像が積層可能な材料画像か否かを判断する判断手段と、
を有することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の造形装置。
Comparison means for comparing information on the material image acquired by the image acquisition means with slice data that is the original data of the material image;
A determination unit that determines whether the material image is a material image that can be stacked based on a comparison result by the comparison unit;
The modeling apparatus according to claim 2, wherein the modeling apparatus includes:
前記近赤外光に対する前記材料画像の吸光度または反射率と近赤外領域との関係を取得して、前記材料画像の吸光度または反射率の最大値と最小値との差を求め、当該差から前記材料画像の厚みに関する情報を取得する厚み取得手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の造形装置。
Obtain the relationship between the near-infrared region and the absorbance or reflectance of the material image with respect to the near-infrared light, determine the difference between the maximum and minimum values of the absorbance or reflectance of the material image, from the difference Thickness acquisition means for acquiring information on the thickness of the material image;
The modeling apparatus according to claim 1, wherein the modeling apparatus includes:
前記担持体に担持された前記材料画像を積層するためのステージと、
前記ステージを前記材料画像の積層方向に移動させる移動手段と、
を有し、
前記移動手段は、前記厚み取得手段による取得結果に基づいて、前記担持体上の前記材料画像を前記ステージまたは前記ステージ上の立体物に積層させるための位置に、前記ステージを移動させる
ことを特徴とする請求項7に記載の造形装置。
A stage for laminating the material images carried on the carrier;
Moving means for moving the stage in the stacking direction of the material images;
Have
The moving means moves the stage to a position for laminating the material image on the carrier on the stage or a three-dimensional object on the stage based on an acquisition result by the thickness acquisition means. The modeling apparatus according to claim 7.
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料をステージ上に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手段と、
前記画像形成手段で形成された前記材料画像を担持する担持体と、
前記材料画像を担持している領域を包含する前記担持体上の領域に対して近赤外光を照射する照明と、
を有する造形装置による造形方法において、
前記照明により照射された前記材料画像および前記担持体による前記近赤外光の反射光をイメージセンサで受光するステップと、
前記近赤外光に対する吸光度または反射率が前記担持体と前記材料画像とで異なることを用いて、前記担持体と前記材料画像とを区別し、前記材料画像に関する情報を取得するステップと、
を含むことを特徴とする造形方法。
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object by laminating modeling materials on a stage based on 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;
A carrier for carrying the material image formed by the image forming means;
Illumination that irradiates near infrared light to an area on the carrier including an area carrying the material image;
In a modeling method by a modeling apparatus having
Receiving, with an image sensor, the material image irradiated by the illumination and the reflected light of the near-infrared light from the carrier;
Using the fact that the absorbance or reflectance for the near-infrared light is different between the carrier and the material image, distinguishing the carrier and the material image, and obtaining information about the material image;
A modeling method comprising:
前記造形装置が、
前記担持体に担持された前記材料画像を積層するためのステージと、
前記ステージを前記材料画像の積層方向に移動させる移動手段と、
を有し、
前記近赤外光に対する前記材料画像の吸光度または反射率と近赤外領域との関係を取得して、前記材料画像の吸光度または反射率の最大値と最小値との差を求め、当該差から前記材料画像の厚みに関する情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップによる取得結果に基づいて、前記担持体上の前記材料画像を前記ステージまたは前記ステージ上の立体物に積層させるための位置に、前記ステージを前記移動手段により移動させるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の造形方法。
The modeling apparatus is
A stage for laminating the material images carried on the carrier;
Moving means for moving the stage in the stacking direction of the material images;
Have
Obtain the relationship between the near-infrared region and the absorbance or reflectance of the material image with respect to the near-infrared light, determine the difference between the maximum and minimum values of the absorbance or reflectance of the material image, from the difference An obtaining step for obtaining information on the thickness of the material image;
A step of moving the stage by the moving means to a position for laminating the material image on the carrier on the stage or a three-dimensional object on the stage based on the acquisition result of the acquisition step;
The modeling method according to claim 9, further comprising:
立体モデルのスライスデータに基づいて造形材料を順次積層することによって立体物を作製する立体物の製造方法であって、
前記スライスデータに基づいて前記造形材料を担持体の上に配置して材料層を形成する工程と、
前記材料層に近赤外光を含む光を照射して、前記材料層と前記担持体による近赤外域の反射光を取得する工程と、
前記近赤外域の反射光から、前記材料層に関する情報を取得する工程と、
を含むことを特徴とする立体物の製造方法。
A manufacturing method of a three-dimensional object for producing a three-dimensional object by sequentially stacking modeling materials based on slice data of a three-dimensional model,
Arranging the modeling material on a carrier based on the slice data to form a material layer;
Irradiating the material layer with light containing near-infrared light to obtain near-infrared reflected light from the material layer and the carrier; and
Obtaining information on the material layer from the reflected light in the near infrared region;
The manufacturing method of the solid thing characterized by including.
前記情報が、前記材料層の配置に関する情報であることを特徴とする請求項11に記載の立体物の製造方法。   The method for manufacturing a three-dimensional object according to claim 11, wherein the information is information relating to an arrangement of the material layer. 取得した前記材料層の配置に関する情報と前記スライスデータとを比較して前記材料層が積層可能かどうかを判断する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の立体物の製造方法。   The method for manufacturing a three-dimensional object according to claim 11, further comprising a step of comparing the acquired information on the arrangement of the material layer and the slice data to determine whether the material layer can be laminated. 積層可能であると判断された材料層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の立体物の製造方法。
The method for producing a three-dimensional object according to claim 13, comprising a step of laminating material layers determined to be capable of being laminated.
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