JP2018134852A - ３次元造形物製造システム及び３次元造形物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元造形物と３次元造形物を保護する部材を簡単に製造することができる３次元造形物製造システム及び３次元造形物製造方法を提供する。
【解決手段】３次元造形物の造形データに基づいて、３次元造形物を製造する３次元構造物製造装置と、３次元造形物の周囲に配置され、３次元造形物に着脱可能な緩衝材を製造する梱包材製造装置と、３次元造形物の造形データに基づいて、緩衝材の形状を算出する制御装置と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元造形物製造システム及び３次元造形物製造方法に関する。

近年、いわゆる３Ｄプリンタと呼ばれる３次元造形物を製造する３次元プリンタが開発されている。３Ｄプリンタとしては、例えば、吐出したインクなどの造形材を積層していくことによって３次元の造形物を形作る３次元プリンタ及び３次元造形物製造方法が知られている。例えば、下記の特許文献１に記載の３次元プリンタは、造形物の３次元データを複数の層に分割し、その最下層から順に吐出部から造形材を吐出し硬化して積層していくことによって、その３次元データに合わせた造形物を形作る。３次元造形装置は、造形材としてのインクを吐出するインクジェット式のヘッドを備えている。特許文献１に記載の３次元プリンタは、造形材として紫外線硬化インクを使用しており、吐出されて着弾した紫外線硬化インクに対して硬化部から紫外線を照射することで、この紫外線硬化インクを硬化させる。３Ｄプリンタには、硬化型インクを用いるインクジェット方式以外にも、フィラメントを溶解して造形する（ＦＤＭ）、粉末の石膏を接着剤で硬化させる石膏方式、光造形樹脂の液槽に対して硬化する光を照射する光造形方式等がある。

特許第４４２０６８５号公報

ここで、３Ｄプリンタで製造した３次元造形物は、厚みが薄い部分等が破損しやすい状態となる。そのため、３次元構造物を箱に入れて、緩衝材等の保護部材を周囲に配置しても、保護部材の配置が不均一になった場合、一部に大きな力が入り、破損してしまう場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、３次元造形物と３次元造形物を保護する部材を簡単に製造することができる３次元造形物製造システム及び３次元造形物製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、３次元造形物製造システムであって、３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物を製造する３次元構造物製造装置と、前記３次元造形物の周囲に配置され、前記３次元造形物に着脱可能な緩衝材を製造する梱包材製造装置と、前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記緩衝材の形状を算出する制御装置と、を有することを特徴とする。

このように、３次元造形物を製造する３次元データに基づいて、３次元造形物を保護する保護部材を作成することで、３次元構造物を適切に保護することが可能となる。これにより、３次元造形物の形状を維持したまま搬送することができる。

前記制御装置は、前記緩衝材の形状を、前記３次元造形物の全周を覆う形状とすることが好ましい。

これにより、緩衝材で３次元造形物を確実に保護することができる。

前記制御装置は、前記３次元造形物の形状データに基づいて、前記３次元造形物から設定された距離の第１外形形状を算出し、前記第１外形形状に対してスムージング処理を行い、第２外形形状を算出し、前記第２外形形状に基づいて前記緩衝材の形状を算出することが好ましい。

これにより、緩衝材を製造しやすくすることができる。

前記制御装置は、前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記緩衝材の形状を前記緩衝材の一部と前記３次元構造物とが接触する形状とすることが好ましい。

これにより、緩衝材で３次元造形物を確実に支持することができ、３次元造形物をより確実に保護することができる。

前記制御装置は、前記緩衝材の形状は、板状の緩衝材を複数積層させた形状とし、各層の板状の緩衝材の形状を算出し、前記梱包材製造装置は、前記制御装置で算出した前記緩衝材の形状に基づいて、板状の緩衝材を複数層分製造することが好ましい。

これにより、緩衝材を製造しやすくすることができ、３次元造形物の周囲に緩衝材を配置しやすくすることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、３次元造形物製造方法であって、３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物を製造する３次元構造物製造ステップと、前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物の周囲に配置され、前記３次元造形物に着脱可能な緩衝材の形状を算出する算出ステップと、算出した前記緩衝材の形状に基づいて前記緩衝材を製造する緩衝材製造ステップと、を有することを特徴とする。

このように、３次元造形物を製造する３次元データに基づいて、３次元造形物を保護する保護部材を作成することで、３次元構造物を適切に保護することが可能となる。これにより、３次元造形物の形状を維持したまま搬送することができる。

本発明によれば、３次元造形物を製造する３次元データに基づいて、３次元造形物を保護する保護部材を作成することで、３次元構造物を適切に保護することが可能となる。これにより、３次元造形物の形状を維持したまま搬送することができるという効果を奏する。

図１は、３次元造形物製造システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、インクジェットプリンタの概略の構成を示す模式図である。 図３は、梱包材製造装置の概略構成を示す模式図である。 図４は、梱包材製造装置の各部の構成を示す模式図である。 図５は、制御装置の概略構成を示す模式図である。 図６は、３次元造形物製造システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、３次元造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、緩衝材の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、緩衝材の製造方法を説明するための説明図である。 図１０は、緩衝材の製造方法を説明するための説明図である。 図１１は、緩衝材の製造方法を説明するための説明図である。 図１２は、梱包箱の製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る３次元造形物製造システム及び３次元造形物製造方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

〔実施形態〕
図１は、３次元造形物製造システムの概略構成を示す模式図である。図１に示す３次元造形物製造システム１は、３次元造形物と、製造した３次元造形物を梱包する梱包材との両方を製造するシステムである。梱包材は、３次元造形物を収納する梱包箱と、梱包箱と３次元造形物との間に配置する緩衝材（保護部材）と、を有する。緩衝材は、３次元造形物よりも軟らかい材料であり、例えばスポンジである。また、緩衝材は、板状で各位置に３次元造形物に対応する切り欠き、空間が形成された緩衝材を積層することで、３次元造形物に対応する凹部を設ける。

３次元造形物製造システム１は、３次元プリンタ１０と、梱包材製造装置１２と、制御装置１４と、を有する。３次元プリンタ１０は、３次元造形物を製造する。梱包材製造装置１２は、３次元造形物を梱包する梱包材を製造する。制御装置１４は、３次元プリンタ１０と梱包材製造装置１２との両方と通信を行い、３次元プリンタ１０で３次元造形物の製造に使用したデータに基づいて梱包材製造装置１２で製造する梱包材のデータを作成する。なお、制御装置１４は、３次元プリンタ１０または梱包材製造装置１２と一体つまり、３次元プリンタ１０または梱包材製造装置１２の制御機能と同じ処理装置としてもよい。以下、各部について順番に説明する。

図２を用いて、３次元プリンタ１０である、インクジェットプリンタ１０の一例を説明する。図２は、インクジェットプリンタの概略の構成を示す模式図である。図２に示す実施形態に係る３次元プリンタとしてのインクジェットプリンタ１０は、いわゆるインクジェット法を用いて、３次元の立体造形物である造形物を製造する立体造形装置である。このインクジェットプリンタ１０は、典型的には、造形物の３次元データに基づいて当該造形物を上下方向に複数の層に分割し、その造形物Ｗの層毎の形状データに基づいて造形材（インクを硬化させたもの）を下側の層から順に積層していくことで、その３次元データに合わせた造形物を形成するものである。

インクジェットプリンタ１０は、図２に示すように、上面が作業面２２ａをなす載置台２２と、主走査方向に設けたＹバー２３と、キャリッジ２４と、キャリッジ駆動部２５（往復移動部に相当）と、載置台駆動部２６と、印刷制御部２７と、入力装置２８と、を備える。

載置台２２の作業面２２ａは、水平方向（図２に示すＸ軸とＹ軸との双方と平行な方向）に平坦に形成され、その上に造形材としてのインクが下側の層から順に積層される平面である。載置台２２は、例えば、略矩形状に形成されるがこれに限らない。

Ｙバー２３は、載置台２２の鉛直方向上側に所定の間隔をあけて設けられる。Ｙバー２３は、水平方向（Ｙ軸）と平行な主走査方向に沿って直線状に設けられる。Ｙバー２３は、キャリッジ２４の主走査方向に沿った往復移動をガイドする。

キャリッジ２４は、Ｙバー２３に保持され、当該Ｙバー２３に沿って主走査方向に往復移動可能である。キャリッジ２４は、主走査方向に移動制御される。キャリッジ２４は、鉛直方向に対して載置台２２と対向する面に、図示しないホルダ等を介して吐出部２４ａと紫外線照射器２４ｂとが設けられる。

吐出部２４ａは、露光することで硬化度が変化する造形材としてのインクを作業面２２ａに吐出するものである。実施形態の吐出部２４ａは、少なくとも、露光することで硬化度が変化するインクとして、造形物を形成するインクを吐出する。吐出部２４ａは、キャリッジ２４に設けられかつ図示しないインクタンクに貯留されているインクを作業面２２ａに吐出可能な吐出ノズル（図示せず）を複数備えている。複数の吐出ノズルは、Ｙバー２３の長手方向、即ち主走査方向に沿って並べられている。

吐出部２４ａは、キャリッジ２４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。吐出部２４ａの吐出ノズルは、各種インク流路、レギュレータ、ポンプ等を介してインクタンクと接続されている。吐出部２４ａの吐出ノズルは、インクタンクの数、言い換えれば、同時に印刷可能なインクの種類の数等に応じて単数、あるいは複数が設けられる。吐出部２４ａの吐出ノズルは、インクタンク内のインクを作業面２２ａに向けてインクジェット方式で吐出することができるインクジェットヘッドである。ここで、露光することで硬化度が変化するインクとしては、例えば、紫外線を照射することで硬化するＵＶ（紫外線）硬化インクを用いることができ、例えば、製造する造形物の色彩に応じて、白色インク、着色インク、透明インク等を適宜用いることができる。吐出部２４ａは、印刷制御部２７と電気的に接続され、印刷制御部２７によってその駆動が制御される。

紫外線照射器２４ｂは、作業面２２ａに吐出されたインクに対して露光可能なものである。紫外線照射器２４ｂは、例えば、紫外線を照射可能なＬＥＤモジュール等により構成される。紫外線照射器２４ｂは、キャリッジ２４に設けられ、キャリッジ２４の主走査方向に沿った移動に伴って主走査方向に沿って往復移動可能である。紫外線照射器２４ｂは、印刷制御部２７と電気的に接続され、印刷制御部２７によってその駆動が制御される。

キャリッジ駆動部２５は、Ｙバー２３に対してキャリッジ２４即ち吐出部２４ａを主走査方向に相対的に往復移動させる（走査する）駆動装置である。キャリッジ駆動部２５は、例えば、キャリッジ２４に連結された搬送ベルト等の伝達機構、搬送ベルトを駆動する電動機等の駆動源を含んで構成され、駆動源が発生させた動力を、伝達機構を介してキャリッジ２４を主走査方向に沿って移動させる動力に変換し、当該キャリッジ２４を主走査方向に沿って往復移動させる。キャリッジ駆動部２５は、印刷制御部２７と電気的に接続され、印刷制御部２７によってその駆動が制御される。

載置台駆動部２６は、図２に示すように、鉛直方向移動部２６ａと、副走査方向移動部２６ｂとを備える。鉛直方向移動部２６ａは、載置台２２をＺ軸と平行な鉛直方向に沿って上下移動することで、載置台２２に形成された作業面２２ａを吐出部２４ａに対して相対的に鉛直方向に沿って上下移動させるものである。これにより、載置台駆動部２６は、吐出部２４ａ、紫外線照射器２４ｂ等に対して、作業面２２ａを鉛直方向に沿って接近離間させることができる。つまり、載置台駆動部２６は、吐出部２４ａ、紫外線照射器２４ｂに対して作業面２２ａを鉛直方向に沿って相対移動可能とする。

副走査方向移動部２６ｂは、載置台２２を主走査方向に対して直交するＸ軸と平行な副走査方向に移動させることで、載置台２２に形成された作業面２２ａを吐出部２４ａに対して相対的に副走査方向に沿って往復移動させるものである。これにより、載置台駆動部２６は、吐出部２４ａ、紫外線照射器２４ｂ等に対して、作業面２２ａを副走査方向に沿って往復移動させることができる。つまり、副走査方向移動部２６ｂは、吐出部２４ａ及び紫外線照射器２４ｂと、作業面２２ａとを副走査方向に相対的に往復移動可能とする。実施形態では、副走査方向移動部２６ｂは、載置台２２を副走査方向に移動させるが、本発明では、これに限定されることなく、Ｙバー２３ごと、吐出部２４ａ及び紫外線照射器２４ｂを副走査方向に移動させてもよい。

印刷制御部２７は、吐出部２４ａ、紫外線照射器２４ｂ、キャリッジ駆動部２５、載置台駆動部２６等を含むインクジェットプリンタ１０の各部を制御する。印刷制御部２７は、造形物の一方の縁部から他方の縁部に向かう一方向に吐出部２４ａを移動（走査）して吐出造形する際には、着弾したインク密度が一方の縁部から他方の縁部に向かうにしたがって（沿って）小さくなるように吐出して一方の縁部を造形する。さらに、印刷制御部２７は、一方向と反対方向の他方向に吐出部２４ａを移動（走査）して吐出造形する際には、着弾したインク密度が他方の縁部から一方の縁部に向かうにしたがって（沿って）小さくなるように吐出して他方の縁部を造形するものである。即ち、印刷制御部２７は、造形物の未造形の外表面の外側から内側に向かって吐出部２４ａを主走査方向を移動させながらインクを吐出させて、外表面を含む縁部を造形するものである。

印刷制御部２７は、演算装置、メモリ等のハードウェア及びこれらの所定の機能を実現させるプログラムから構成される。印刷制御部２７は、吐出部２４ａを制御し、インク（造形インク）の吐出量、吐出タイミング、吐出期間等を制御する。印刷制御部２７は、紫外線照射器２４ｂを制御し、照射する紫外線の強度、露光タイミング、露光期間等を制御する。印刷制御部２７は、キャリッジ駆動部２５を制御し、キャリッジ２４の主走査方向に沿った相対移動を制御する。印刷制御部２７は、載置台駆動部２６を制御し、載置台２２の鉛直方向、副走査方向に沿った相対移動を制御する。

入力装置２８は、印刷制御部２７に接続され、造形物の形状に関する３次元データを入力するものである。入力装置２８は、例えば、印刷制御部２７に有線／無線で接続されるＰＣ、種々の端末等によって構成される。

次に、図３及び図４を用いて、梱包材製造装置１２について説明する。図３は、梱包材製造装置の概略構成を示す模式図である。図４は、梱包材製造装置の各部の構成を示す模式図である。梱包材製造装置１２は、カッティング装置であり、板状のメディアＭを加工し、一部に空洞や切り欠きを設けることで、３次元造形物の周囲に配置する緩衝材を製造する。また、梱包材製造装置１２は、メディアＭを加工し、加工した後に組み立てることで梱包箱となる部材を製造する。つまり、梱包材製造装置１２は、組立前の梱包箱と、積層することで、３次元造形物を保護する保護部材となる板状の緩衝材を製造する。

梱包材製造装置１２は、カッティングプロッタ３２と、このカッティングプロッタ３２に接続したコンピュータ３４とを有する。カッティングプロッタ３２は、各種の刃５４を取り付けるホルダー４８を有するカッターユニット４１を備える。このカッターユニット４１は、メディアＭの支持台となるプラテン４２に対して、Ｚ軸方向において対向して設けられている。つまり、カッターユニット４１は、プラテン４２の上部に設けられ、プラテン４２の上面から離れた位置に設けられている。プラテン４２は、Ｘ軸及びＹ軸方向に平行な面であり、メディアＭが上面に置かれる。

カッターユニット４１は、刃５４の向きを調整する機構（タンデンシャル機構）と、刃５４をＺ軸方向の上下に振動させることによりメディアＭを切断する機構（レシプロ機構）と、メディアＭと刃５４とのクリアランスを調整するために刃５４をＺ軸方向の上下に上げ下げする機構と、を有する。また、カッターユニット４１は、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を有する。Ｙ軸駆動機構は、図３のユニット４３内に内蔵され、図３の左右方向（Ｙ軸方向）に亘って延びるガイドレール４５に平行に配置されたタイミングベルト４４によって、カッターユニット４１を図３の左右方向（Ｙ軸方向）に移動させる。Ｙ軸駆動機構のタイミングベルトは、伝達機構を介して接続されたモータ等で駆動される。また、Ｘ軸駆動機構は、図３のユニット４３内に内蔵され、タイミングベルト（図示省略）によって、図３の前後方向（奥行き方向、Ｘ軸方向）に、ガイドレール４５及びカッターユニット４１を移動させる。よって、カッターユニット４１は、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を同時動作させることで、プラテン４２上の斜めの移動を実現できる。

ホルダー４８は、Ｚ軸方向における上下の移動がラックアンドピニオン機構４６によって制御されることで動作する。ホルダー４８は、カッターユニット４１の移動方向に刃５４の刃先部が向くように制御する機構４９を有する。ホルダー４８は、刃５４をＺ軸方向の上下に振動させることによりメディアＭを切断する機構は、刃５４に接する偏心カムと刃５４を偏心カムに付勢するバネと偏心カムを回転させる駆動源を備える。刃５４の上下動は、偏心カムを回転させることでホルダー４８を支点として刃５４に伝達する上下方向の動力によって行う。カッターユニット４１は、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構でカッターユニット４１を移動させつつ、カッターユニット４１の刃５４の刃先部を移動方向に向けた状態で上下動させることで、メディアＭを切断する。

本実施形態のカッターユニット４１は、機構４９を設け、モータ等の回転機構により、刃５４の向きを制御し、進行方向に刃先の方向を制御しつつ、メディアＭを切断するタンデンシャル式のカッター（タンデンシャルカッター）としたが、刃５４の向きを制御する駆動源を備えていない構造としてもよい。また、本実施形態のカッターユニット４１は、刃５４の角度を所定の角度で固定して高速上下動させるレシプロカッターを用いたが、刃５４の角度を所定の角度で固定せず、メディアＭと刃５４とを相対的に移動させてメディアＭを切断する引きずり式カッターを用いることもできる。この場合、ホルダー４８は、Ｚ軸を中心として回転自在となる構造を有し、カッターユニット４１のＸＹ方向の移動に追従して回転する。係る構造のホルダー４８では、刃５４をカット方向に向けるために、いわゆる捨て切りと呼ばれる操作を行う必要がある。捨て切りは、メディアＭの隅等の不使用箇所において５ｍｍ前後の直線状のカット線をカットすることで、そのカット線の方向に刃５４を向ける操作である。本実施の形態において刃５４の方向は、当該捨て切りの操作により行われるものとする。

カッティングプロッタ３２には、当該カッティングプロッタ３２を制御するコントローラ３６が設けられている。このコントローラ３６およびコンピュータ３４は、一体となって梱包材製造装置１２の情報処理を行い、当該コントローラ３６及びコンピュータ３４のハードウェアに所定のプログラムが格納されることで、メディアＭにカット対象物を作図する作図部３４ａと、加工パスに従ってメディアＭの加工を行うカット制御部３４ｂと、カット対象物Ｓの加工パスを生成する加工パス生成部３４ｃと、登録された複数の刃からカットに用いる刃を選択するための刃選択部３４ｄと、非切断部を線分に設定する非切断部設定部と、非切断部の選択した刃５４による加工パスを生成する非切断部加工パス生成部と、を構成する。また、前記カット制御部３４ｂは、図３のユニット４３に内蔵されているＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構及びホルダー４８の向き、振動を制御するドライバユニット５１に接続されている。

なお、コンピュータ３４は、カッティングプロッタ３２とＵＳＢケーブルやＲＳ−２３２Ｃ等の専用ケーブル、ネットワーク、無線近距離通信により接続される。なお、コンピュータ３４は、インターネット空間で構築されるリソース形態を取るものであっても良い。

次に、図５を用いて、制御装置１４の構成について説明する。図５は、制御装置の概略構成を示す模式図である。制御装置１４は、通信部６２と、入力部６４と、出力部６６と、制御部６８と、記憶部７０と、を有する。通信部６２は、有線、無線で、３次元プリンタ１０、梱包材製造装置１２と通信し、データの送受信を行う。入力部６４は、キーボード、タッチパネル、マウス等、ユーザが操作を入力する機器である。入力部６４は、記録媒体を読み取る読み取り装置を含んでもよい。出力部６６は、液晶ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等、ユーザに操作結果、入力画面、演算結果等を出力する機器である。

制御部６８は、ＣＰＵを有し、各種演算処理を行う演算装置である。制御部６８は、スライスデータ作成部６８ａと、緩衝領域カットライン生成部６８ｂと、押さえポイント生成部６８ｃと、梱包箱カットライン生成部６８ｄと、を有する。スライスデータ作成部６８ａは、３次元造形物の形状データである３次元データに対して、切断面を切断面に直交する方向に移動させつつ、分断する処理を行い、３次元造形物を平行な切断面で分断したデータを作成する。３次元プリンタ１０は、切断面で分断した各層を、形成する１つの層の形状とし、各層の形状を順番に作成することで、３次元造形物を製造する。なお、スライスデータ作成部６８ａは、３次元プリンタ１０からスライスデータを取得してもよい。緩衝領域カットライン生成部６８ｂは、３次元データまたはスライスデータ、本実施形態ではスライスデータに基づいて、緩衝材を切断するラインである緩衝領域カットラインを生成する。緩衝領域カットラインは、３次元造形物の形状に対応して決定される緩衝材の内側の輪郭線となる。緩衝材は、３次元造形物を梱包する際に、内側の輪郭線が３次元造形物と対面する。押さえポイント生成部６８ｃは、緩衝領域カットラインのうち、３次元造形物を梱包する際に、３次元造形物と接触する押さえポイント（押さえ位置）を追加する。梱包箱カットライン生成部６８ｄは、緩衝材に覆われた３次元造形物を収納する箱である梱包箱を製造するためのカットラインを生成する。つまり、梱包箱カットライン生成部６８ｄは、緩衝材及び３次元造形物の大きさに基づいて、組み立てると梱包箱となる形状の板材のカットラインを生成する。

記憶部７０は、データを記憶する記憶装置であり、３Ｄデータ（３次元データ）７０ａと、制御プログラム７０ｂと、条件データ７０ｃと、を記憶する。３Ｄデータ（３次元データ）７０ａは、３次元造形物の形状データである。３Ｄデータ７０ａは、３次元プリンタ１０で製造する複数の３次元造形物の形状データを記憶している。３Ｄデータ７０ａは、スライスデータも含めて記憶していてもよい。制御プログラム７０ｂは、制御部６８の各部の演算処理を実行するプログラムである。制御部６８は、制御プログラム７０ｂを記憶部７０から読み出し実行することで、各種処理を実現することができる。条件データ７０ｃは、制御プログラム７０ｂで実行する演算の閾値や処理条件が記憶されている。

次に、図６から図１２を用いて、３次元造形物製造システムの処理動作、つまり、３次元造形物製造方法の一例について説明する。図６は、３次元造形物製造システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。図７は、３次元造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。図８は、緩衝材の製造方法の一例を示すフローチャートである。図９から図１１は、それぞれ緩衝材の製造方法を説明するための説明図である。図１２は、梱包箱の製造方法の一例を示すフローチャートである。

図６を用いて、処理全体を説明する。３次元造形物製造システム１は、３次元プリンタ１０で３次元造形物を作成する（ステップＳ１２）。次に、３次元造形物製造システム１は、梱包材製造装置１２で緩衝材を作成する（ステップＳ１４）。次に、３次元造形物製造システム１は、梱包材製造装置１２で梱包箱を作成する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１６の処理は、順番が前後してもよい。また、緩衝材と梱包箱は、同じ梱包材製造装置１２で作成しても、別の梱包材製造装置１２で作成してもよい。３次元造形物と緩衝材と梱包箱を作成したら、梱包箱を組み立て、梱包箱に緩衝材を配置しつつ３次元造形物を収納する（ステップＳ１８）。これにより、３次元造形物を製造し、製造した３次元造形物を緩衝材で保護しつつ、梱包箱に収納することができる。

以下、各処理について説明する。図７を用いて、３次元造形物の製造方法の一例について説明する。３次元プリンタ１０は、製造する３次元造形物の３次元データ（３Ｄデータ）を取得する（ステップＳ２２）。３次元プリンタ１０は、取得した３次元データに基づいて、スライスデータを作成する（ステップＳ２４）。スライスデータは、上述したように製造する３次元造形物を平行な切断面で切断し、製造時の各層に分離したデータである。３次元プリンタ１０は、スライスデータに基づいて、３次元造形物を作成する（ステップＳ２６）。

次に、図８から図１１を用いて、緩衝材の製造方法について説明する。図８に示す処理は、梱包材製造装置１２と制御装置１４とが処理を実行することで実現することができる。制御装置１４は、３次元造形物のスライスデータを取得する（ステップＳ３２）。制御装置１４は、３次元造形物の３次元形状のデータからスライスデータを作成しても、３次元プリンタで作成したスライスデータを取得してもよい。制御装置１４は、取得したスライスデータに基づいて、緩衝材の形状、具体的には、３次元造形物を囲む側の領域の形状を決定する。

制御装置１４は、スライスデータに基づいて輪郭線を抽出する（ステップＳ３４）。具体的には、図９に示すように、３次元造形物１００を基準とし、３次元造形物１００から距離ａ離れた位置を繋げ、３次元造形物１００の外周の全周を覆う輪郭線１０２を作成する。これにより、輪郭線１０２は、３次元造形物１００から距離ａを維持し、３次元造形物１００との距離が一定の線となる。ここで、制御装置１４は、緩衝材の厚み方向における輪郭線１０２の位置は、同じ位置とする。また、制御装置１４は、スライスデータのうち、緩衝材の厚み方向における最も外側の位置に基づいて、輪郭線１０２を算出する。制御装置１４は、スライスデータの各層に対して同様の処理を行い、３次元造形物１００の周囲を囲む複数層の輪郭線１０２を作成する。

制御装置１４は、輪郭線１０２を作成したら、３次元造形物１００を収納可能か判定する（ステップＳ３６）。制御装置１４は、輪郭線１０２を作成した緩衝材が、３次元造形物に対して配置可能であるかを判定する。例えば、１つの層の緩衝材を３次元造形物に配置する場合、３次元造形物の、緩衝材の輪郭線の内径よりも径が大きい部分を通過する必要があると３次元造形物を収容できないと判定する。制御装置１４は、３次元造形物を収納できない（ステップＳ３６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ３２に戻り、３次元造形物に対する切断面の向きを変えたスライスデータを作成し、ステップＳ３２からステップＳ３６の処理を行う。

制御装置１４は、３次元造形物１００を収容できる（ステップＳ３６でＹｅｓ）と判定した場合、輪郭線１０２に対してスムージング処理を実行する（ステップＳ３８）。具体的には、輪郭線１０２に対してスムージング処理を行い、図１０に示すように、滑らかな線でつながれた輪郭線１０２ａを作成する。制御装置１４は、スムージング処理を行ったら、輪郭線１０２ａに押さえ位置を追加する（ステップＳ４０）。押さえ位置は、３次元造形物と緩衝材が接触する位置である。制御装置１４は、図１１に示すように、３次元造形物１００の周囲の複数個所に押さえ位置１０４を設けた輪郭線１０２ｂを作成する。押さえ位置１０４は、３次元造形物１００の厚みが厚い場所、つまり損傷しにくい場所に設けることが好ましい。また、制御装置１４は、押さえ位置１０４を輪郭線１０２ｂに分散して設け、緩衝材が３次元造形物１００を複数の方向から支持できる状態とすることが好ましい。制御装置１４は、３次元造形物１００の３次元データを解析し、損傷しにくい場所で３次元造形物１００を周囲の複数の方向から支持できる位置１０４に押さえ位置を設ける。また、押さえ位置は、複数の層の緩衝材で繋がっていることが好ましい。これにより、好適に３次元造形物１００を支持することができる。ここで、スムージング処理は、梱包作業時における３次元造形物１００の微細表現部の緩衝材への引っ掛かりを防ぎ、３次元造形物１００の損傷を抑制するために実施することが好ましいが、スムージング処理を実施しなくてもよい。

制御装置１４は、押さえ位置を追加した後、作成した輪郭線１０２ｂに基づいて、緩衝材のカットラインデータを作成する（ステップＳ４２）。つまり、各層で算出した輪郭線１０２ｂを緩衝材のカットラインデータとする。

梱包材製造装置１２は、作成した緩衝材のカットラインデータに基づいて緩衝材を作成する（ステップＳ４４）。つまり、板状の緩衝材の元材料を、緩衝材のカットラインデータに基づいて切断し、緩衝材のカットラインデータに対応する外周形状となる緩衝材を作成する。梱包材製造装置１２は、複数層分の緩衝材の形状に対応する緩衝材のカットラインデータに基づいて、各層の緩衝材を作成する。これにより、３次元造形物の周囲を囲む緩衝材を製造することができる。

ここで、本実施形態では、３次元造形物１００と緩衝材との距離を離すことができるため、３次元造形物１００のスライスデータを基準とし、３次元造形物１００から距離ａ離れた位置を繋げた輪郭線１０２に基づいて緩衝材のカットラインデータを作成したが、これに限定されない。梱包材製造装置１２は、３次元造形物１００のスライスデータをカットラインデータとして用いてもよい。また、梱包材製造装置１２は、３次元造形物１００のスライスデータを基準とし、スライスデータよりも所定距離小さい３次元造形物１００側に移動した位置をカットラインとするカットラインデータを作成してもよい。また、梱包材製造装置１２は、スライスデータを基準として、スライスデータよりも所定距離離れた位置を輪郭線とする部分と、スライスデータの位置を輪郭線とする部分と、スライスデータよりも所定距離３次元造形物１００側に移動した位置を輪郭線とする部分と、の少なくとも２つを位置によって組み合わせたカットラインデータを作成してもよい。

次に、図１２を用いて、梱包箱の製造方法について説明する。図１２に示す処理は、梱包材製造装置１２と制御装置１４とが処理を実行することで実現することができる。制御装置１４は、緩衝材の外形寸法のデータを取得する（ステップＳ５２）。緩衝材の外形寸法は、３次元造形物の表面に重ねた状態の多層の緩衝材の外形の寸法である。制御装置１４は、外形寸法に基づいて、梱包箱のカットラインデータを作成する（ステップＳ５４）。具体的には、緩衝材の外形寸法に基づいて、緩衝材を収納できる梱包箱を設計し、梱包箱の展開図を作成する。展開図は、梱包箱を組み立てる際に重なり、接着面となる領域も形成される。梱包材製造装置１２は、カットラインデータに基づいて、梱包箱を作成する（ステップＳ５６）。具体的には、梱包材製造装置１２は、カットラインデータに基づいて、梱包箱を展開した状態の部材を作成する。梱包材製造装置１２で作成した部材を折り曲げ組み立てることで、梱包箱を作成することができる。

３次元造形物製造システム１は、以上のように、３次元造形物を製造する際に使用する３次元データに基づいて、緩衝材の形状を決定し、決定した緩衝材の形状に基づいて、緩衝材を作成することで、３次元造形物の形状に沿った緩衝材を作成することができる。これにより、緩衝材を３次元造形物の周囲に好適に配置することができ、３次元造形物を緩衝材で保護することができる。これにより、３次元造形物の一部に負荷が集中することを抑制することができ、かつ、３次元造形物を保護することができる。また、３次元造形物製造システム１は、３次元データを用いて緩衝材の形状を算出することで、緩衝材の形状を自動的に算出できるため、３次元造形物を好適に保護できる緩衝材を簡単に作成することができる。

また、３次元造形物製造システム１は、緩衝材を３次元造形物の外周の全周を覆う形状とすることで、３次元造形物を緩衝材で好適に保護することができる。

また、３次元造形物製造システム１は、３次元造形物のスライスデータを用いることで、多層の緩衝材のそれぞれの層の形状を適切に算出することができる。また、制御装置１４は、３次元プリンタで作成したスライスデータ、つまり３次元造形物の製造に用いるスライスデータを取得することで、スライスデータを効率よく取得することができ全体の演算量を少なくすることができる。

また、制御装置１４は、輪郭線に対してスムージング処理を行うことで、輪郭線を滑らかな形状とすることができる。これにより、緩衝材を製造しやすくすることができる。

また、制御装置１４は、緩衝材に３次元造形物と接触する押さえ位置（当接部）を設けることで、緩衝材で３次元造形物をより適切に支持することができる。また、制御装置１４は、強度が高い位置を押さえ位置とすることで、緩衝材が３次元造形物に接触した状態でも接触している位置の損傷を抑制することができる。これにより、緩衝材で３次元造形物を保護することができる。

また、制御装置１４は、緩衝材に３次元造形物と接触する押さえ位置（当接部）を設けることで、３次元造形物をより確実に支持することができるが、押さえ位置となる突出部を設けなくてもよい。また、３次元造形物製造システム１は、押さえ位置の緩衝材を別部材としてもよい。つまり、輪郭線に沿った緩衝材を３次元造形物の周囲に設置した後、別の緩衝材を輪郭線に沿った緩衝材と３次元造形物との間に配置してもよい。この場合、制御装置１４は、押さえ位置に対応する部分を表示し、別の部材を挿入する位置を示すことが好ましい。

また、制御装置１４は、スライスデータに基づいて、加工する緩衝材に加え、積層方向の上端と下端に、それぞれスライスデータのない緩衝材を設けることが好ましい。このように、緩衝材の積層方向にスライスデータを挟み込む緩衝材を設けることで、緩衝材で３次元造形物を挟み込むことができ、より安全に３次元造形物を保護することができる。

また、３次元造形物製造システム１は、緩衝材のデータに基づいて梱包箱の形状を算出することで、梱包箱で緩衝材を好適に保護することができる。これにより、積層構造の緩衝材を梱包箱で支持することができ、緩衝材で３次元造形物を好適に支持する凹部形状を作ることができる。

また、３次元造形物製造システム１は、３次元造形物の形状のデータに基づいて、緩衝材の形状を作成したが、３次元構造物の形状データに基づいて作成された種々の３次元データである造形データを用いればよい。ここで、造型データには、３次元造形物の形状データに加え、３次元造形物の形状に基づいて作成されたサポート層（３次元構造物の周囲に配置される部材）の形状データ等、３次元造形物の形状に基づいて作成される種々の３次元の形状データが含まれる。

また、３次元造形物製造システム１は、梱包材製造装置１２で、梱包箱と緩衝材を製造したが、緩衝材を製造すればよく、梱包箱は製造しなくてもよい。梱包箱は、例えば、市販の箱を用いることができる。この場合、梱包材製造装置１２は、梱包箱の形状データを取得し、緩衝材の外周側の幅や、積層した緩衝材の厚みを、梱包箱の形状に合わせて設計することで、梱包箱の中に緩衝材を適切に配置することができる。

なお、本実施形態では、３次元プリンタ１０を、紫外線硬化型のインクをインクジェットで吐出させる方式としたが、これに限定されない。３次元プリンタ１０は、３次元造形物を製造する各種方式の製造装置を用いることができる。例えば、３次元プリンタ１０は、フィラメントを溶解して造形する（ＦＤＭ）、粉末の石膏を接着剤で硬化させる石膏方式、光造形樹脂の液槽に対して硬化する光を照射する光造形方式等がある。

１ ３次元造形物製造システム
１０ ３次元プリンタ（インクジェットプリンタ）
１２ 梱包材製造装置
１４ 制御装置
２２ 載置台
２２ａ 作業面
２３ Ｙバー
２４ キャリッジ
２５ キャリッジ駆動部
２６ 載置台駆動部
２６ａ 鉛直方向移動部
２６ｂ 副走査方向移動部
２７ 印刷制御部
２８ 入力装置
３２ カッティングプロッタ
３４ コンピュータ
３４ａ 作図部
３４ｂ カット制御部
３４ｃ 加工パス生成部
３４ｄ 刃選択部
３６ コントローラ
４１ カッターユニット
４２ プラテン
４３ ユニット
４５ ガイドレール
４６ ラックアンドピニオン機構
４８ ホルダー
４９ 機構
５１ ドライバユニット
５４ 刃
６２ 通信部
６４ 入力部
６６ 出力部
６８ 制御部
６８ａ スライスデータ作成部
６８ｂ 緩衝領域カットライン生成部
６８ｃ 押さえポイント生成部
６８ｄ 梱包箱カットライン生成部
７０ 記憶部
７０ａ ３Ｄデータ
７０ｂ 制御プログラム
７０ｃ 条件データ

Claims (6)

1. ３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物を製造する３次元構造物製造装置と、
   前記３次元造形物の周囲に配置され、前記３次元造形物に着脱可能な緩衝材を製造する梱包材製造装置と、
   前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記緩衝材の形状を算出する制御装置と、を有することを特徴とする３次元造形物製造システム。
2. 前記制御装置は、前記緩衝材の形状を、前記３次元造形物の全周を覆う形状とすることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形物製造システム。
3. 前記制御装置は、前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物から設定された距離の第１外形形状を算出し、前記第１外形形状に対してスムージング処理を行い、第２外形形状を算出し、前記第２外形形状に基づいて前記緩衝材の形状を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の３次元造形物製造システム。
4. 前記制御装置は、前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記緩衝材の形状を前記緩衝材の一部と前記３次元構造物とが接触する形状とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の３次元造形物製造システム。
5. 前記制御装置は、前記緩衝材の形状は、板状の緩衝材を複数積層させた形状とし、各層の板状の緩衝材の形状を算出し、
   前記梱包材製造装置は、前記制御装置で算出した前記緩衝材の形状に基づいて、板状の緩衝材を複数層分製造することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の３次元造形物製造システム。
6. ３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物を製造する３次元構造物製造ステップと、
   前記３次元造形物の造形データに基づいて、前記３次元造形物の周囲に配置され、前記３次元造形物に着脱可能な緩衝材の形状を算出する算出ステップと、
   算出した前記緩衝材の形状に基づいて前記緩衝材を製造する緩衝材製造ステップと、を有することを特徴とする３次元造形物製造方法。

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