JP2018176711A - ３次元プリンタのモデルの印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形オブジェクトを処理した後に生成されるインク吐出イメージファイルによって３次元モデルの内部に着色することで、３次元モデルでその内部の造形オブジェクトを覆うという視覚的効果を発揮可能な３次元プリンタのモデルの印刷方法を提供する。【解決手段】本発明に３次元プリンタのモデルの印刷方法は、外枠オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のスライス経路ファイルを生成するステップと、造形オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のインク吐出イメージファイルを生成するステップと、スライス経路ファイルに基づいて１つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷するステップと、印刷されたスライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行うステップと、インク吐出イメージファイルに基づいて印刷されたスライスオブジェクトの内部に着色するステップと、全ての印刷層を印刷するまで印刷を繰り返すステップと、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、３次元プリンタに関し、特に、３次元プリンタのモデルの印刷方法に関する。

近年、３次元印刷技術の成熟や３次元プリンタの小型化、低価格化に伴い、３次元プリンタは驚異的なスピードで普及している。また、一部の業者は、印刷された３次元モデルを人々が受け入れやすくするために、カラー３次元モデルを印刷可能な３次元プリンタを開発している。

一般的に、３次元プリンタは、ロードされた１つの３次元オブジェクトに対してコンピュータでスライス処理を行って生成される印刷情報を取得し、印刷情報に基づいてヘッドに印刷させることで、正確な位置において成形材及びインクを吐出する。こうすることで、３次元プリンタによって印刷を完了した後、ロードされた３次元オブジェクトと同じ形状や色の３次元ソリッドモデルが得られる。

しかしながら、現在、市販の３次元プリンタは、ロードされた３次元オブジェクトと同じ３次元ソリッドモデルしか印刷できない。すなわち、従来の３次元プリンタは、３次元オブジェクトの印刷情報を調整して特殊効果のある３次元ソリッドモデルを製作することができない。

従って、本発明の目的は、印刷された３次元ソリッドモデルが内部彫刻などの特殊効果を有することが可能な３次元プリンタのモデルの印刷方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る３次元プリンタのモデルの印刷方法は、外枠オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のスライス経路ファイルを生成するステップと、造形オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のインク吐出イメージファイルを生成するステップと、スライス経路ファイルに基づいて１つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷するステップと、印刷されたスライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行うステップと、インク吐出イメージファイルに基づいて印刷されたスライスオブジェクトの内部に着色するステップと、全ての印刷層を印刷するまで印刷を繰り返すステップと、を含む。

従来の３次元印刷方法と比較して、本発明は、第１オブジェクトにスライス処理を行って３次元モデルを印刷するためのスライス経路ファイルを取得するとともに、第２オブジェクトにスライス処理を行って３次元モデルを印刷するためのインク吐出イメージファイルを取得する。３次元プリンタは印刷時に第１オブジェクトの情報に基づいて成形材を吐出するとともに、第２オブジェクトの情報に基づいてインクを吐出する。こうすることで、印刷された３次元モデルは内部彫刻効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態の３次元プリンタを示す図である。 本発明の内部彫刻モデルの第１実施形態を示す図である。 本発明の第１実施形態の印刷動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の印刷動作を説明するための分解図である。 本発明の第１実施形態の第１印刷動作を示す図である。 本発明の第１実施形態の第２印刷動作を示す図である。 本発明の第１実施形態の第３印刷動作を示す図である。 本発明の第１実施形態の第４印刷動作を示す図である。 本発明の第１実施形態の第５印刷動作を示す図である。 本発明の第１実施形態の第６印刷動作を示す図である。 本発明の第２実施形態の印刷を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の印刷を示すフローチャートである。 本発明の内部彫刻モデルの第２実施形態を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の３次元プリンタを示す図である。本発明に係る３次元プリンタの内部彫刻モデルの印刷方法（以下、印刷方法と称する）は、主に図１に示す３次元プリンタ（以下、プリンタ１と称する）を用いて実現される。

図１に示すように、プリンタ１は、主に、印刷プラットフォーム１１、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３を有する。なお、３次元ヘッド１２は成形材を吐出するためのものであり、２次元ヘッド１３はインクを吐出するためのものである。一実施形態では、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３は、分離してプリンタ１に設置される。他の実施形態では、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３は、１つのヘッドモジュールに統合されてプリンタ１に共通に配置される。

図１に示す実施形態では、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３は、プリンタ１の同一制御ロッド１４に設置される。詳細には、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３は、制御ロッド１４に設置される。なお、プリンタ１は、制御ロッド１４を制御することで３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３をそれぞれ移動させる。他の実施形態では、プリンタ１に複数の制御ロッドが設置され、異なる制御ロッドにより３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３をそれぞれ設置して移動させる。

プリンタ１は３次元ソリッドモデル（図２に示すモデル）を印刷する場合、主に、印刷プラットフォーム１１において成形材を吐出するように３次元ヘッド１２を制御する。これにより、３次元オブジェクトの各印刷層に対応するスライスオブジェクトを層ごとに印刷する。また、プリンタ１は、印刷された各スライスオブジェクトにインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御することで、各スライスオブジェクトに着色する。言い換えれば、プリンタ１は、３次元ヘッド１２により３次元モデルの構造部分を印刷するとともに、２次元ヘッド１３により３次元モデルの色部分を印刷する。

詳細には、プリンタ１は、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３をＸ軸やＹ軸方向に移動（すなわち、横方向移動）させることで、印刷プラットフォーム１１において１つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷して着色させる。また、プリンタ１は、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３をＺ軸方向に移動（すなわち、縦方向移動）させることで、３次元ヘッド１２／２次元ヘッド１３と印刷プラットフォーム１１との相対高さを調整し、その結果、各印刷層のスライスオブジェクトを層ごとに印刷して積層する。

一実施形態では、２次元ヘッド１３には、インクカートリッジが設置される。インクカートリッジには、１種類の色のインクが貯留されている。インクカートリッジにより、２次元ヘッド１３は、各スライスオブジェクトにモノクロで着色することができる。他の実施形態では、２次元ヘッド１３には、複数のインクカートリッジが設置される。各インクカートリッジには、異なる色のインクが貯留されている。図１に示す実施形態では、複数のインクカートリッジは、４つで例示しており、シアン（Ｃｙａｎ）インクを貯留する第１インクカートリッジ１３１と、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）インクを貯留する第２インクカートリッジ１３２と、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）インクを貯留する第３インクカートリッジ１３３と、ブラック（Ｂｌａｃｋ）インクを貯留する第４インクカートリッジ１３４とを含む。複数のインクカートリッジにより、２次元ヘッド１３は、各スライスオブジェクトにフルカラーで着色することができる。

他の実施形態では、複数のインクカートリッジ１３１〜１３４はプリンタ１の他の位置に設置され、複数のパイプライン（未図示）を介して２次元ヘッド１３に連結されてもよい。

図２は、本発明の内部彫刻モデルの第１実施形態を示す図である。本発明に係る印刷方法は、主に図２に示す内部彫刻モデル２を印刷するための方法である。内部彫刻モデル２は、少なくとも外枠部分２１及び色部分２２を含む。本発明の内部彫刻は、透明または半透明の第１立体オブジェクトにおいてインク吐出またはエッチングにより第２立体オブジェクトを造形することで、第１立体オブジェクトで第２立体オブジェクトを覆うという視覚的効果を奏することを指す。この「透明または半透明」とは、第２立体オブジェクトで現れる造形（例えば、インク吐出による着色）が第１立体オブジェクトを通しても利用者によってほぼ認知可能であることを指す。言い換えれば、第１立体オブジェクトを形成するための材料の光透過率が必ずしも非常に高く要求されることなく、第１立体オブジェクトが完全に不透明でなければ、ここで定義される透明または半透明の範囲内にある。

詳細には、外枠部分２１とは、内部彫刻モデル２内における、単に成形材で構成される部分（すなわち、単に成形材が占めるスペース部分であり、このスペース部分の色が成形材自体の色と同じである）を指す。また、色部分２２とは、内部彫刻モデル２内における、成形材にインクを結合させて構成される部分（即ち、成形材及びインクが同時に占めるスペース部分である。なお、インクが成形材に付着し、このスペース部分の色がインクの色と同じである）と指す。

詳細には、本実施形態では、プリンタ１は、３次元ヘッド１２により成形材を層ごとに吐出して積層させることで外枠部分２１の構造及び色部分２２の構造を形成する。また、プリンタ１は、２次元ヘッド１３により色部分２２の構造にインクを吐出することで、色部分２２の色が外枠部分２１の色と異なる（色部分２２の色がインクの色である一方、外枠部分２１の色が成形材自体の色である）。こうすることで、利用者は、内部彫刻モデル２の内部の色部分２２のパターンを目視することができ、内部彫刻モデル２が内部彫刻効果を奏する。

一実施形態では、３次元ヘッド１２に用いる成形材は透明の成形材である。プリンタ１は、着色時に外枠部分２１の構造にインクを吐出せず、色部分２２の構造のみにインクを吐出して着色する。このように、内部彫刻モデル２は、内部の色部分２２のパターンをより完全に呈することができる。その結果、内部彫刻モデル２の内部彫刻効果がより顕著になる。

上述したように、本発明の主な技術的特徴としては、印刷された内部彫刻モデル２を外枠部分２１及び色部分２２に仕分けることで内部彫刻効果を奏することが挙げられる。上記効果を得るために、本発明に係る印刷方法では、主に、第１オブジェクトから外枠部分２１の印刷情報を取得し、第２オブジェクトから色部分２２の印刷情報を取得するとともに、同時に２つの印刷情報に基づいて内部彫刻モデル２を印刷する。

図３は、本発明の第１実施形態の印刷動作を示すフローチャートである。図３には、本発明に係る印刷方法のステップの詳細が示される。一実施形態では、図３に示す各ステップがプリンタ１によって実行される。詳細には、プリンタ１は、アプリケーション（未図示）を有する。アプリケーションには、コンピュータが実行可能なコードが記録されている。プリンタ１は、アプリケーションを実行すると、図３に示す各ステップを実行することになる。

他の実施形態では、図３の各ステップの一部がプリンタ１によって実行され、他の一部がプリンタ１に接続されるコンピュータ装置（未図示）によって実行されてもよい。詳細には、コンピュータ装置が第１アプリケーションを有し、プリンタ１が第２アプリケーションを有する。この２つのアプリケーションには、コンピュータが実行可能なコードがそれぞれ記録されている。コンピュータ装置は、第１アプリケーションを実行すると、図３に示すスライス処理に関連する各ステップを実行することになる。プリンタ１は、第２アプリケーションを実行すると、図３に示す印刷動作に関連する各ステップを実行することになる。なお、説明上の便宜のため、以下、スライス処理に関連するステップをコンピュータ装置で実行し、印刷動作に関連するステップをプリンタ１で実行することを例示して説明する。

図３に示すように、まず、コンピュータ装置に外枠モデルファイル及び造形モデルファイルをそれぞれ入力する（ステップＳ１０）。なお、外枠モデルファイルには、外枠オブジェクトが記録されており、造形モデルファイルには、造形オブジェクトが記録されている。また、造形オブジェクトに対しては、色情報が必要となる。これにより、プリンタ１は、色情報に基づいて色部分２２を印刷することができる。ここのオブジェクトとは、コンピュータ装置によって読み取って処理可能な３次元仮想オブジェクトを指す。

詳細には、本発明では、外枠オブジェクトの内部においてインク吐出によって造形オブジェクトの輪郭を呈することで、外枠オブジェクトで造形オブジェクトを覆うという視覚的効果を奏する。このため、本発明では、造形オブジェクトよりも外枠オブジェクトのサイズを大きくするほか、造形オブジェクトを外枠オブジェクトで覆うように外枠オブジェクトの内部に位置させる必要がある。

外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを入力した後、コンピュータ装置によって外枠オブジェクトにスライス処理を行い、複数の印刷層に対応する複数のスライス経路ファイルを生成する（ステップＳ１２）。また、コンピュータ装置は、造形オブジェクトにスライス処理を行い、複数の印刷層に対応する複数のインク吐出イメージファイルを生成する（ステップＳ１４）。後続の印刷動作において、プリンタ１は、複数のスライス経路ファイルに基づいて複数の印刷層の構造を印刷するとともに、複数のインク吐出イメージファイルに基づいて複数の印刷層の色を印刷する。本実施形態では、上記ステップＳ１２及びステップＳ１４を実行する順序が一定ではない。すなわち、コンピュータ装置は、ステップＳ１２を先に実行してもよいし、ステップＳ１４を先に実行してもよいが、これに限定されない。

一実施形態では、コンピュータ装置は、外枠オブジェクトに対して第１スライス処理を行い、外枠オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを生成し、外枠オブジェクトのインク吐出イメージファイルを生成しないようにしてもよい。また、コンピュータ装置は、造形オブジェクトに対して第１スライス処理と異なる第２スライス処理を行い、造形オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイルを生成し、造形オブジェクトのスライス経路ファイルを生成しないようにしてもよい。

他の実施形態では、コンピュータ装置は、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトに対して同じスライス処理を行い、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを生成するとともに、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイルを生成してもよい。また、スライス処理を行った後、外枠オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイル及び造形オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを消す。

上記スライス処理（すなわち、ステップＳ１２〜Ｓ１４）を完了した後、コンピュータ装置は、複数のスライス経路ファイル及び複数のインク吐出イメージファイルをプリンタ１に伝送し、プリンタ１によって後続の印刷動作を行う。

なお、複数のスライス経路ファイル及び複数のインク吐出イメージファイルには、対応する印刷層の層数番号がそれぞれ記録されている。一実施形態では、上記印刷層の数（例えば、１０００層）は、外枠オブジェクトにスライス処理を行って生成された印刷層の数を基準とされる。また、上記印刷層の数は、造形オブジェクトにスライス処理を行って生成された印刷層の数を基準とされてもよいが、これに限定されない。

図２に示すように、本発明に係る印刷方法により生成される内部彫刻モデル２は、外枠部分２１で覆われる色部分２２によって内部彫刻効果を奏する。このため、外枠オブジェクトのサイズは、造形オブジェクトのサイズよりも大きい。本実施形態では、外枠オブジェクトによって生成される複数のスライス経路ファイルの数は、造形オブジェクトによって生成される複数のインク吐出イメージファイルの数（例えば、１０００個のスライス経路ファイルと６００個のインク吐出イメージファイル）よりも多いことがある。

一実施形態では、コンピュータ装置は、外枠部分２１内における色部分２２の位置（コンピュータ装置で自動的に計算したり、利用者によって手動で設定したりできる）に応じて、複数のインク吐出イメージファイルに対応する印刷層を決定する。例えば、１０００個のスライス経路ファイルは、第１層から第１０００層に対応し、それぞれ「１」〜「１０００」の層数番号が記録されている。また、６００個のインク吐出イメージファイル、第２０１層から第８００層に対応し、それぞれ「２０１」〜「８００」の層数番号が記録されている。こうすることで、プリンタ１は、第１層から第２００層及び第８０１層から第１０００層を印刷する場合、（これら印刷層に対応するインク吐出イメージファイルが存在しないため）２次元ヘッド１３による着色処理を制御することはない。

本発明では、プリンタ１は印刷動作を行う場合、まず、内部彫刻印刷モードに入り、複数の印刷層から１つのスライス経路ファイルを取得し、スライス経路ファイルに基づいて印刷プラットフォーム１１において成形材を吐出するように３次元ヘッド１２を制御することで、印刷プラットフォーム１１において上記印刷層に対応するスライスオブジェクトを印刷する（ステップＳ１６）。一実施形態では、プリンタ１は、第１層のスライス経路ファイル、第２層のスライス経路ファイルなどを順次に取得して、第１層に対応するスライスオブジェクト、第２層に対応するスライスオブジェクトなどを順次に印刷するというようになる。以下、第１層の印刷を例示して説明を行う。

ステップＳ１６の後、プリンタ１は、印刷されたスライスオブジェクト内において成形材を継続して吐出するように３次元ヘッド１２を制御し、スライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行う（ステップＳ１８）。

詳細には、３次元モデルは、通常、３次元の密閉シェルである。印刷時、利用者は、印刷パラメーラのうちの充填率を設定して３次元モデルの内部の充填状況を決定してもよい（例えば、充填率を１００％に設定すると、３次元モデルの内部が中実になり、充填率を０％に設定すると、３次元モデルの内部が中空になる）。

利用者が充填率を１００％未満に設定した場合には、外枠オブジェクトの内部が成形材によって満たされない。このため、プリンタ１は、色部分２２に処理を行う場合、成形材を吐出せずにインクのみを吐出するおそれがある。このように、充填率が１００％未満の場合且つ外枠オブジェクトの内部の色部分２２に対応する位置に成形材がない場合には、正確な位置にインクを付着することができない。したがって、本発明では、プリンタは、１つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷した後、スライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行うか否かを判断してもよい。詳細には、プリンタ１は、スライスオブジェクトの充填率が１００％未満の場合且つ造形オブジェクトの対応する位置に成形材がない場合、充填補充処理が必要であると判断する。

詳細には、一実施形態では、プリンタ１は、外枠オブジェクトの内部の色部分２２に対応する位置（即ち、造形オブジェクトに対応する位置）に成形材を充填し、吐出されるインクを成形材に付着させればよい。このため、プリンタ１は、上記充填補充処理を行う場合、外枠オブジェクトの内部全体を満たすことなく、造形オブジェクトの位置または造形オブジェクトの周囲位置のみに成形材を充填してもよい（すなわち、充填補充処理の充填率が１００％であってもよいし、所定値よりも大きくて１００％未満であってもよい）。こうすることで、色部分２２の現れに影響を与えないことを前提に成形材の使用量を効果的に削減することができる。

しかしながら、ロードされた外枠オブジェクトが中実の３次元オブジェクト（例えば、利用者が上記充填率を１００％に設定した場合）または充填補充処理が不要な３次元オブジェクトの場合（例えば、上記充填率が１００％未満であるが、造形オブジェクトの対応する位置に造形材料が充填された場合）には、プリンタ１がステップＳ１８を実行しなくてもよい。

一実施形態では、上記充填補充処理の充填率を１００％に設定することで、スライスオブジェクト内の各位置に成形材を充填すること（すなわち、各位置においてインクを吸収することができること）を確保して内部彫刻モデル２の品質を高める。他の一実施形態では、色部分２２によるインク吸収の性能への影響を与えなければ、上記充填率を所定値（例えば、８０％）よりも大きくて１００％未満に設定してもよく、すなわち、プリンタ１はスライスオブジェクトの内部を満たさなくてもよい。これにより、内部彫刻モデル２の品質に影響を与えないことを前提に成形材の使用量を削減することができる。

ステップＳ１８の後、プリンタ１は、同じ印刷層（例えば、第１層）のインク吐出イメージファイルを取得するとともに、インク吐出イメージファイルに基づいて印刷された（且つ満たされた）スライスオブジェクト内の対応する位置にインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御することで、スライスオブジェクトの内部に着色する（ステップＳ２０）。

一実施形態では、プリンタ１に単一のインクカートリッジが設置され、２次元ヘッド１３によりスライスオブジェクトにモノクロで着色する。他の実施形態では、プリンタ１に少なくとも４つのインクカートリッジが設置され、２次元ヘッド１３によりシアン（Ｃｙａｎ）インク、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）インク、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）インク及びブラック（Ｂｌａｃｋ）インクを吐出することで、スライスオブジェクトにフルカラーで着色する。

なお、プリンタ１は着色時に、主に、２次元ヘッド１３を平行に移動させる（すなわち、例えば、Ｙ軸座標において固定させ、Ｘ軸方向のみに移動させる）ことで一列の着色操作（または、一回の印刷（ｏｎｅ ｓｗａｔｈ））を実現する。さらに、プリンタ１は、複数列の着色操作（すなわち、複数回の印刷、なお、各回印刷のＹ軸座標が異なる）により、１つのスライスオブジェクトへの着色を実現する。また、プリンタ１が２次元ヘッド１３を正確に移動させて３次元ヘッド１２に位置合わせさせるために、コンピュータ装置は、上記スライス処理において造形オブジェクトに対して複数の印刷層に対応する複数のインク吐出経路ファイルを生成する。着色時に、プリンタ１が複数のインク吐出経路ファイルにより印刷プラットフォーム１１において２次元ヘッド１３を移動させることで、後述する各列への着色を実現する（後述）。

ステップＳ２０の後、プリンタ１は、印刷層が複数の印刷層うちの最後印刷層であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。詳細には、プリンタ１は、スライス処理時に外枠オブジェクトで生成される複数の印刷層を基準とする場合、印刷層が外枠オブジェクトの最後の１つの印刷層であるか否かを判断し、スライス処理時に造形オブジェクトで生成される複数の印刷層を基準とする場合、印刷層が造形オブジェクトの最後の１つの印刷層であるか否かを判断する。

印刷層が最後の１つの印刷層の場合は、内部彫刻モデル２の印刷を完了したことを表す。このため、プリンタ１は、今回の印刷動作を終了する。

印刷層が最後の１つの印刷層でない場合、プリンタ１は、３次元ヘッド１２と印刷プラットフォーム１１との相対高さ、及び２次元ヘッド１３と印刷プラットフォーム１１との相対高さを調整する（ステップＳ２４）ことで、次の印刷層（例えば、第２層）の印刷高さに３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３を位置させる。さらに、プリンタ１は、ステップＳ１６〜ステップＳ２０を再実行し、全ての印刷層の印刷を完了するまで次の印刷層に対応するスライスオブジェクトを印刷する。

図４は、本発明の第１実施形態の印刷動作を説明するための分解図である。本発明に係る印刷方法では、コンピュータ装置またはプリンタ１により外枠オブジェクト３をロードして外枠オブジェクト３にスライス処理を行うことで、複数のスライス経路ファイル３１を生成する。なお、各スライス経路ファイル３１は、１つの印刷層に対応するとともに、１つの層数番号が記録されている。本実施形態では、外枠オブジェクト３として、方形オブジェクトを例にして示す。他の実施形態では、外枠オブジェクト３は、円形オブジェクト、三角形オブジェクト、多角形オブジェクトまたは幾何オブジェクトであってもよいが、これらに限定されない。

印刷時に、プリンタ１は、複数のスライス経路ファイル３１に基づいて、各印刷層に対応するスライスオブジェクトを順次に印刷するように３次元ヘッド１２を制御し、複数のスライスオブジェクトを積層して内部彫刻モデル２の構造を形成する。

一方、本発明に係る印刷方法では、コンピュータ装置またはプリンタ１により造形オブジェクト４をロードして造形オブジェクト４にスライス処理を行うことで、複数のインク吐出イメージファイル４１を生成する。なお、各インク吐出イメージファイル４１は１つの印刷層に対応するとともに、１つの層数番号が記録されている。

上述したように、造形オブジェクト４にスライス処理を行う場合、コンピュータ装置またはプリンタ１は、造形オブジェクト４のために複数のインク吐出経路ファイル４２を生成する。なお、複数のインク吐出経路ファイル４２の数は、複数のインク吐出イメージファイル４１の数と同じである。また、各インク吐出経路ファイル４２は１つの印刷層に対応するとともに、１つの層数番号が記録されている。

印刷時に、プリンタ１は、複数のインク吐出経路ファイル４２に基づいて２次元ヘッド１３を平行に移動させ、移動中に複数のインク吐出イメージファイルに基づいてインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御することで、各印刷層のスライスオブジェクトの内部に順次に着色し、その結果、内部彫刻モデル２の内部の色を形成する。

詳細には、複数のインク吐出経路ファイル４２には、印刷プラットフォーム１１における２次元ヘッド１３の平行移動の移動始点及び移動終点が記録されている。例えば、移動始点を座標（０，１０）とし、移動終点を座標（１００，１０）とする。プリンタ１は、複数のインク吐出経路ファイル４２により、如何にして２次元ヘッド１３を平行に移動させるかがわかる。

一実施形態では、プリンタ１は、２次元ヘッド１３を複数回平行に移動させる（すなわち、複数回の印刷）ことで、１つのスライスオブジェクトへの着色を完了することができる。本実施形態では、複数のインク吐出経路ファイル４２には、２次元ヘッド１３の複数回の平行移動の移動始点及び移動終点が記録されている。なお、各回の平行移動のＹ軸座標は互いに異なる。例えば、一回の着色処理は、三回の平行移動によって実現される。なお、第一回の平行移動（一回目の印刷）の移動始点を座標（０，１０）として移動終点を座標（１００，１０）とし、第二回の平行移動（二回目の印刷）の移動始点を座標（０，２０）として移動終点を座標（１００，２０）とし、第三回の平行移動（三回目の印刷）の移動始点を座標（０，３０）として移動終点を座標（１００，３０）とする。

上述したように、本発明のプリンタ１は、複数のスライス経路ファイル３１に基づいて３次元ヘッド１２を移動させるとともに、複数のインク吐出経路ファイル４２に基づいて２次元ヘッド１３を移動させる。一実施形態では、プリンタ１は、複数のスライス経路ファイル３１及び複数のインク吐出経路ファイル４２をそれぞれ取得して、３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３の移動をそれぞれ制御する。なお、複数のスライス経路ファイル３１及び複数のインク吐出経路ファイル４２は、例えば、Ｇ−ｃｏｄｅファイルであってもよいが、これに限定されない。

他の実施形態では、プリンタ１またはコンピュータ装置は、複数のスライス経路ファイル３１及び複数のインク吐出経路ファイル４２を複数のヘッド制御経路ファイル（未図示）に予め結合してもよい。プリンタ１は印刷時に、複数のヘッド制御経路ファイルのみを取得し、複数のヘッド制御経路ファイルうちの３次元ヘッド制御情報に応じて３次元ヘッド１２を移動させるとともに、複数のヘッド制御経路ファイルうちの２次元ヘッド制御情報に応じて２次元ヘッド１３を移動させる。こうすることで、プリンタ１のレジスタまたはメモリの容量を効果的に減らすことができる。

図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第１実施形態の第１印刷動作〜第６印刷動作を示す図である。

図５Ａに示すように、プリンタ１は、主に３次元ヘッド１２及び２次元ヘッド１３をそれぞれ制御し、印刷プラットフォーム１１において各印刷層のスライスオブジェクトを印刷することで、複数のスライスオブジェクトを積層して中実の内部彫刻モデル２を形成する。

図５Ｂに示すように、まず、プリンタ１は、１つの印刷層（例えば、第１層）のスライス経路ファイル３１を取得し、第１層のスライスオブジェクト５を印刷するように３次元ジェットを制御する。図５Ｂの実施形態では、スライスオブジェクト５は、充填率が１００％未満且つ充填補充処理が必要なスライスオブジェクト５であるが、これに限定されない。

次に、図５Ｃに示すように、プリンタ１は、スライスオブジェクト５の印刷を完了した後に３次元ヘッド１２を継続して制御し、スライスオブジェクト５の内部に充填部分６を印刷する。これにより、スライスオブジェクト５の内部の、造形オブジェクトに対応する位置には、成形材が充填される。

次に、図５Ｄに示すように、プリンタ１は、第１層のインク吐出イメージファイル４１及びインク吐出経路ファイル４２を取得し、インク吐出経路ファイル４２に基づいて２次元ヘッド１３の一回目の平行移動（移動始点（Ｘ１，Ｙ１）から移動終点（Ｘ２，Ｙ１）への移動）をさせる。また、プリンタ１は、２次元ヘッド１３の移動中に、インク吐出イメージファイル４１に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御し、スライスオブジェクト５の内部において第１列の色部分７を印刷する。

次に、図５Ｅに示すように、プリンタ１は、２次元ヘッド１３の一回目の平行移動を完了した後、インク吐出経路ファイル４２に基づいて２次元ヘッド１３の二回目の平行移動（移動始点（Ｘ１，Ｙ２）から移動終点（Ｘ２，Ｙ２）への移動）をさせる。また、プリンタ１は、２次元ヘッド１３の移動中に、インク吐出イメージファイル４１に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御し、スライスオブジェクト５の内部において第２列の色部分７を印刷する。

最後に、図５Ｆに示すように、プリンタ１は、２次元ヘッド１３の二回目の平行移動を完了した後、インク吐出経路ファイル４２に基づいて２次元ヘッド１３の三回目の平行移動（移動始点（Ｘ１，Ｙ３）から移動終点（Ｘ２，Ｙ３）への移動）をさせる。また、プリンタ１は、２次元ヘッド１３の移動中に、インク吐出イメージファイル４１に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように２次元ヘッド１３を制御して、スライスオブジェクト５の内部において第３列の色部分７を印刷する。

プリンタ１は、上記色部分７の印刷を完了した後、第１層のスライスオブジェクトの印刷を完了したと判断する。次に、プリンタ１は、次の印刷層（例えば、第２層）のスライス経路ファイル３１、インク吐出イメージファイル４１及びインク吐出経路ファイル４２を再取得するとともに、全ての印刷層の印刷を完了するまで図５Ｂ〜図５Ｆに示す印刷動作を繰り返し実行する。

上述したように、本発明は、２つの異なるオブジェクト（例えば、上記外枠オブジェクト３及び造形オブジェクト４）の情報を同時に参照して１つの中実の３次元モデルを印刷する。このため、本発明に係る印刷方法では、少なくとも、２つの異なるオブジェクトのデータの取得が必要となる。

図６Ａは、本発明の第２実施形態の印刷を示すフローチャートである。本実施形態では、利用者が外枠モデルファイルをコンピュータ装置に入力し（ステップＳ３０）、造形モデルファイルをコンピュータ装置に別途入力する（ステップＳ３２）。コンピュータ装置は、外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを開いた後に外枠オブジェクト３及び造形オブジェクト４をそれぞれ取得し、両者にスライス処理を行う。次に、プリンタ１は、スライスデータに基づいて印刷する（ステップＳ３４）。

図６Ａの実施形態では、利用者は、３次元モデリングソフトで外枠オブジェクト３及び造形オブジェクト４を描画し、外枠オブジェクト３を外枠モデルファイルに記憶し、造形オブジェクト４を造形モデルファイルに記憶する。また、利用者は、ネットワークまたはポータブルストレージデバイスを介して予め描画、記憶されている外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを取得する。

図６Ｂは、本発明の第３実施形態の印刷を示すフローチャートである。本実施形態では、利用者が造形モデルファイルをコンピュータ装置に入力し（ステップＳ４０）、プリンタ１の内部彫刻印刷モードを起動する（ステップＳ４２）。内部彫刻印刷モードを起動した後、コンピュータ装置は、利用者が造形モデルファイルに記録されている造形オブジェクト４を用いて内部彫刻モデル２を製作すると判断する。このため、コンピュータ装置は、造形オブジェクト４のデータに基づいて対応する外枠オブジェクト３を動的に生成する（ステップＳ４４）。

一実施形態では、コンピュータ装置は、造形オブジェクト４のサイズに基づいて対応する外枠オブジェクト３を自動的に生成するとともに、造形オブジェクト４のサイズよりも外枠オブジェクト３のサイズを大きくする（すなわち、外枠オブジェクト３で造形オブジェクト４を覆うことができる）。さらに、他の実施形態では、コンピュータ装置は、複数の幾何形状の外枠オブジェクト３、例えば、円形オブジェクト、三角形オブジェクト、方形オブジェクトなどを予め定義して利用者によって選択してもよい。さらに、コンピュータ装置は、利用者がいずれかの幾何形状の外枠オブジェクト３を選択した後、造形オブジェクト４のサイズに基づいて選択される外枠オブジェクト３のサイズを自動的に調整し、造形オブジェクト４を外枠オブジェクト３で覆うように造形オブジェクト４のサイズよりも外枠オブジェクト３のサイズを大きくする。

ステップＳ４４の後、コンピュータ装置が外枠オブジェクト３及び造形オブジェクト４にスライス処理を行うとともに、プリンタ１がスライスデータに基づいて内部彫刻モデル２を印刷する（ステップＳ４６）。

図６Ｂの実施形態では、利用者は３次元モデリングソフトで造形オブジェクト４を描画して造形モデルファイルとして記憶するだけでよい。一方、外枠オブジェクト３は、コンピュータ装置またはプリンタ１によって自動的に生成される。このように、利用者は、単一の３次元ファイルを用いて内部彫刻モデル２を直接生成することができて、本発明の印刷方法の利用への敷居を低くすることができる。

図７は、本発明の内部彫刻モデルの第２実施形態を示す図である。図７の実施形態では、他の内部彫刻モデル８が開示されている。本実施形態の内部彫刻モデル８は、上記内部彫刻モデル２と類似し、外枠部分８１及び色部分８２を有する。

上記実施形態では、内部彫刻モデル２は、主に方形外枠オブジェクト３に基づいて製造されるものである。このため、その外枠部分２１は、方形構造である。図７の実施形態では、内部彫刻モデル８は、円形外枠オブジェクトに基づいて製造されるものである。このため、その外枠部分８１は、円形構造である。

本発明の内部彫刻モデルは、上記内部彫刻モデル２及び内部彫刻モデル８を例示するものであるが、これらに限定されない。利用者は、本発明に係る印刷方法により、必要に応じて、任意形状の外枠オブジェクトを任意パターンの造形オブジェクトと結合して、プリンタ１で印刷する。その結果、プリンタ１は特殊効果のある３次元モデルを印刷することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。

１ ３次元プリンタ
１１ 印刷プラットフォーム
１２ ３次元ヘッド
１３ ２次元ヘッド
１３１ 第１インクカートリッジ
１３２ 第２インクカートリッジ
１３３ 第３インクカートリッジ
１３４ 第４インクカートリッジ
１４ 制御ロッド
２、８ 内部彫刻モデル
２１、８１ 外枠部分
２２、８２ 色部分
３ 外枠オブジェクト
３１ スライス経路ファイル
４ 造形オブジェクト
４１ インク吐出イメージファイル
４２ インク吐出経路ファイル
５ スライスオブジェクト
６ 充填部分
７ 色部分

Claims (14)

1. 印刷プラットフォームと、３次元ヘッドと、２次元ヘッドとを有する３次元プリンタに適用される３次元プリンタのモデルの印刷方法であって、
   外枠オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のスライス経路ファイルを生成するステップａと、
   造形オブジェクトにスライス処理を行って前記複数の印刷層のインク吐出イメージファイルを生成するステップｂと、
   前記複数の印刷層うちの１つの印刷層の前記スライス経路ファイルに基づき、前記印刷プラットフォームにおいて成形材を吐出するように３次元ヘッドを制御することで、前記印刷層に対応するスライスオブジェクトを印刷するステップｃと、
   前記１つの印刷層の前記インク吐出イメージファイルに基づき、前記スライスオブジェクト内の対応する位置においてインクを吐出するように前記２次元ヘッドを制御することで、前記スライスオブジェクトの内部に着色処理を行うステップｄと、
   前記１つの印刷層が前記複数の印刷層の最後印刷層であるか否かを判断するステップｅと、
   前記印刷層が前記複数の印刷層の最後印刷層でない場合、前記３次元ヘッドと前記印刷プラットフォームとの相対高さ、及び前記２次元ヘッドと前記印刷プラットフォームとの相対高さを調整するとともに、前記ステップｃ〜前記ステップｅを再実行して次の印刷層を印刷するステップｆと、を含むことを特徴とする３次元プリンタのモデルの印刷方法。
2. 前記成形材は、透明または半透明の成形材であることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
3. 前記ステップｃの後、
   前記スライスオブジェクトの充填率が１００％未満の場合且つ前記造形オブジェクトの対応する位置に成形材がない場合、前記スライスオブジェクト内において前記成形材を吐出するように前記３次元ヘッドを制御することで、前記スライスオブジェクトに対して充填補充処理を行うステップｇを含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
4. 前記充填補充処理の前記充填率は、１００％であることを特徴とする請求項３に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
5. 前記充填補充処理の前記充填率は、所定値よりも大きくて１００％未満であることを特徴とする請求項３に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
6. 前記ステップａの前に、
   前記外枠オブジェクトが記録されている外枠モデルファイルと、前記造形オブジェクトが記録されている造形モデルファイルとを入力するステップａ０１をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
7. 前記ステップａの前に、
   前記造形オブジェクトが記録されている造形モデルファイルを入力するステップａ０１と、
   前記３次元プリンタの内部彫刻印刷モードを起動するステップａ０２と、
   前記ステップａ０２の後、前記造形オブジェクトのデータに基づいて対応する前記外枠オブジェクトを動的に生成するステップａ０３と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
8. 前記外枠オブジェクトは、前記造形オブジェクトよりもサイズが大きいことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
9. 前記外枠オブジェクトは、方形オブジェクトまたは円形オブジェクトであることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
10. 前記ステップｂでは、前記スライス処理により前記複数の印刷層のインク吐出経路ファイルを同時に生成し、
    各前記インク吐出経路ファイルには、前記印刷プラットフォームにおける前記２次元ヘッドの平行移動の移動始点及び移動終点が記録されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
11. 前記ステップｄでは、
    前記２次元ヘッドの前記平行移動を複数回させることで前記着色処理を完了し、
    各前記インク吐出経路ファイルには、複数回の前記平行移動の前記移動始点及び前記移動終点が記録されていることを特徴とする請求項１０に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
12. 前記複数のスライス経路ファイルと、前記複数のインク吐出経路ファイルとを複数のヘッド制御経路ファイルとして結合するステップｈをさらに含み、
    前記ステップｃでは、前記印刷層の前記ヘッド制御経路ファイルに基づいて前記３次元ヘッドを移動させ、
    前記ステップｄでは、同一印刷層の前記ヘッド制御経路ファイルに基づいて前記２次元ヘッドを移動させることを特徴とする請求項１０に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
13. 前記複数のスライス経路ファイル及び前記複数のインク吐出経路ファイルは、Ｇ−ｃｏｄｅファイルであることを特徴とする請求項１０に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。
14. 前記ステップｄでは、
    シアンインク、マゼンタインク、イエローインク及びブラックインクうちの少なくとも１つを吐出するように前記２次元ヘッドを制御して、フルカラーの前記着色処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタのモデルの印刷方法。