JP2019059054A - 三次元造形装置、三次元造形プログラム、及び三次元造形データ生成プログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の中実部を造形する場合に、色濃度を考慮せずに造形材を配置する場合と比較して、三次元造形物の発色性が低下するのを抑制する。【解決手段】三次元造形装置１０は、三次元造形物の造形処理で用いる複数のモデル材を個別に吐出する複数のモデル材吐出ヘッド１６と、三次元造形物の着色層よりも内側の中実部を造形する場合に、三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色のモデル材が配置されるように、モデル材吐出ヘッド１６を制御するコントローラ１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形装置、三次元造形プログラム、及び三次元造形データ生成プログラムに関する。

特許文献１には、造形本体部分および加飾部分を含む三次元造形物の製造方法であって、少なくとも加飾インクおよびモデル材を用いて、上記造形本体部分を形成する造形本体部分形成工程と、上記加飾インクを用いて、上記造形本体部分を被覆する上記加飾部分を形成する加飾部分形成工程と、を含むことを特徴とする、三次元造形物の製造方法が開示されている。

特許文献２には、第１の液体及び第２の液体を含む複数種類の液体を吐出可能であり、吐出した前記液体によりドットを形成可能なヘッドユニットと、前記ドットを硬化させる硬化ユニットと、を備え、硬化した前記ドットにより立体物を造形する立体物造形装置であって、前記第１の液体からなる複数のドットにより、前記立体物の内部を造形する、第１造形モードと、前記第１の液体からなるドットを含まず、前記第２の液体からなるドットを含む、複数のドットにより、前記立体物の内部を造形する、第２造形モードと、を含む複数の造形モードにより、前記立体物を造形可能である、ことを特徴とする、立体物造形装置が開示されている。

特開２０１６−１９８８９６号公報 特開２０１６−１０１６８５号公報

三次元造形物を造形する場合、三次元造形物の着色層よりも内側の中実部に造形材を配置する場合がある。この場合、着色層に近い方に配置される造形材の色濃度によっては着色層の発色性が低下する場合がある。

本発明は、三次元造形物の中実部を造形する場合に、色濃度を考慮せずに造形材を配置する場合と比較して、三次元造形物の発色性が低下するのを抑制することができる三次元造形装置、三次元造形プログラム、及び三次元造形データ生成プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の三次元造形装置の発明は、三次元造形物の造形処理で用いる複数の造形材を個別に吐出する複数の吐出ヘッドと、前記三次元造形物の着色層よりも内側の中実部の少なくとも一部を造形する場合に、前記三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色の造形材が配置されるように、前記吐出ヘッドを制御する制御部と、を備える。

請求項２記載の発明は、前記制御部は、前記中実部の少なくとも一部の領域における前記複数の造形材の配置が、前記三次元造形物の予め定めた基準位置に対して対称となるように、前記吐出ヘッドを制御する。

請求項３記載の発明は、前記制御部は、前記中実部の少なくとも一部の領域に、前記複数の造形材が混合して配置された混色領域が設けられるように、前記吐出ヘッドを制御する。

請求項４記載の発明は、前記混色領域は、複数の造形材の組み合わせが異なる複数の混色が、予め定めた方向に交互に配置された領域を含む。

請求項５記載の発明は、前記複数の混色が、共通の色を各々含む。

請求項６記載の発明は、前記制御部は、前記中実部に配置された前記造形材よりも色濃度が薄い色の前記造形材が配置された隠蔽層が前記着色層と前記中実部との間に造形されるように、前記吐出ヘッドを制御する。

請求項７記載の発明は、前記制御部は、前記隠蔽層に白色の前記造形材が配置されるように、前記吐出ヘッドを制御する。

請求項８記載の発明は、前記中実部における前記複数の造形材の配置パターンを受け付ける受付部を備える。

請求項９記載の発明は、前記受付部は、市松模様及び縞模様を含む複数の配置パターンの中から選択された配置パターンを受け付ける。

請求項１０記載の発明の三次元造形プログラムは、コンピュータを、請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元造形装置の制御部として機能させるための三次元造形プログラムである。

請求項１１記載の三次元造形データ生成プログラムは、コンピュータを、三次元造形物の中実部を造形する場合に、前記三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色の造形材が配置されるように、複数の造形材の配置を指定した三次元造形データを生成する生成部として機能させるための三次元造形データ生成プログラムである。

請求項１、請求項１０、及び請求項１１記載の発明によれば、三次元造形物の中実部を造形する場合に、色濃度を考慮せずに造形材を配置する場合と比較して、三次元造形物の発色性が低下するのを抑制することができる、という効果を有する。

請求項２に記載の発明によれば、中実部について複数の造形材の配置の対称性を考慮せずに造形物を配置する場合と比較して、造形材の硬化性の違いによる三次元造形物の歪みを抑制することができる、という効果を有する。

請求項３に記載の発明によれば、中実部に単一の造形材を配置する場合と比較して、造形物の消費量が偏るのを抑制することができる、という効果を有する。

請求項４に記載の発明によれば、混色領域が、複数の造形材の組み合わせが同じ混色が交互に配置された領域を含む場合と比較して、造形物の硬化性の違いによる三次元造形物の歪みを抑制することができる、という効果を有する。

請求項５に記載の発明によれば、複数の混色が共通の色を含まない場合と比較して、隣接して配置される造形材の硬化性の違いによる三次元造形物の歪みを抑制することができる、という効果を有する。

請求項６に記載の発明によれば、中実部に配置された造形材よりも色濃度が濃い色の造形材が配置された隠蔽層が着色層と中実部との間に造形される場合と比較して、着色層の発色が低下するのを抑制することができる、という効果を有する。

請求項７に記載の発明によれば、隠蔽層に白色以外の造形材を配置する場合と比較して、着色層の発色が低下するのを更に抑制することができる、という効果を有する。

請求項８に記載の発明によれば、中実部における複数の造形材の配置パターンが固定の場合と比較して、ユーザが任意の配置パターンを設定することができる、という効果を有する。

請求項９に記載の発明によれば、予め定めた配置パターンの選択枝が無い場合と比較して、ユーザが配置パターンを選択しやすくなる、という効果を有する。

三次元造形装置の構成例を示す図である。 モデル材吐出ヘッド及びサポート材吐出ヘッドと、三次元造形物との配置例を示す図である。 三次元造形物の内部構造例を示す図である。 三次元造形物をスライスしたスライスデータの一例を示す図である。 三次元造形物をスライスしたスライスデータの他の一例を示す図である。 三次元造形データ生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。 三次元造形物の一例を示す斜視図である。 三次元造形物の断面図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。 三次元造形物の一例を示す斜視図である。 三次元造形物の断面図である。 図１２のＡ−Ａ断面図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 中実部における色の配置例を示す図である。 三次元造形物の造形処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されている場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。

まず、図１及び図２を参照して、三次元造形装置１０の構成について説明する。なお、以下では、シアン色をＣ、マゼンタ色をＭ、黄色をＹ、黒色をＫ、白色をＷ、色の付いていない透明色をＴで表すと共に、各構成部位を色毎に区別する必要がある場合には、符号の末尾に各色に対応する色の符号（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ、Ｗ、Ｔ）を付して説明する。各構成部位を色毎に区別せずに総称する場合には、符号の末尾の色の符号を省略して説明する。

図１に示すように、三次元造形装置１０は、コントローラ１２、モデル材収容部１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｙ、１４Ｋ、１４Ｗ、１４Ｔ、モデル材吐出ヘッド１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙ、１６Ｋ、１６Ｗ、１６Ｔ、及びサポート材収容部１８を備える。また、三次元造形装置１０は、サポート材吐出ヘッド２０、ＵＶ(Ultra Violet)光源２２、ＸＹ走査部２４、造形台昇降部２６、クリーニング部２８、記憶部３０、通信部３２、及び残量検知部３４を備える。

制御部の一例であるコントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２Ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１２Ｅを備える。そして、ＣＰＵ１２Ａ、ＲＯＭ１２Ｂ、ＲＡＭ１２Ｃ、不揮発性メモリ１２Ｄ、及びＩ／Ｏ１２Ｅがバス１２Ｆを介して各々接続されている。

また、Ｉ／Ｏ１２Ｅには、モデル材収容部１４、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材収容部１８、サポート材吐出ヘッド２０、ＵＶ光源２２、及びＸＹ走査部２４が接続されている。さらに、Ｉ／Ｏ１２Ｅには、造形台昇降部２６、クリーニング部２８、記憶部３０、通信部３２、及び残量検知部３４が接続されている。

モデル材収容部１４は、三次元造形物を造形する造形材の一例であるモデル材を収容する。また、モデル材収容部１４は、各々対応するＣＭＹＫＷＴ各色のモデル材を収容する。モデル材は、ＵＶ光、すなわち紫外線が照射されると硬化する性質を有するＵＶ硬化型樹脂等で構成される。

モデル材吐出ヘッド１６は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、対応する色のモデル材収容部１４から供給されたモデル材をインクジェット方式により吐出する。モデル材吐出ヘッド１６のモデル材を吐出する吐出面には複数のノズルが設けられており、ＣＰＵ１２Ａによってモデル材を吐出するノズルが制御される。

サポート材収容部１８は、三次元造形物を支持又は保護するためのサポート材を収容する。サポート材は、三次元造形物のオーバーハング部分（「張り出し部分」ともいう）を、三次元造形物の造形が完了するまで支持する用途で用いられ、三次元造形物の造形完了後に除去される。また、サポート材は、例えば三次元造形物が立方体のように垂直に近い面を有する形状の場合に、その面の液だれを防止して保護する用途にも用いられる。また、サポート材は、ＵＶ光の照射により三次元造形物が劣化してしまうことを避けるために、モデル材を覆って保護する用途にも用いられる。サポート材はモデル材と同様に、ＵＶ光が照射されると硬化する性質を有するＵＶ硬化型樹脂等で構成される。

サポート材吐出ヘッド２０は、ＣＰＵ１２Ａからの指示に従って、サポート材収容部１８から供給されたサポート材をインクジェット方式により吐出する。サポート材吐出ヘッド２０のサポート材を吐出する吐出面には複数のノズルが設けられており、ＣＰＵ１２Ａによってサポート材を吐出するノズルが制御される。

モデル材吐出ヘッド１６は色毎に専用のモデル材吐出ヘッド１６を備え、各色に対応した液体状のモデル材を、圧力によりノズルから吐出するピエゾ方式（圧電方式）の吐出ヘッドが適用される。同様に、サポート材吐出ヘッド２０も、液体状のサポート材を、圧力によりノズルから吐出するピエゾ方式の吐出ヘッドが適用される。

各吐出ヘッドは、インクジェット方式であればモデル材及びサポート材の吐出方法に制限はなく、例えばポンプによる圧力によってモデル材及びサポート材を吐出する方式の吐出ヘッドであってもよい。

ＵＶ光源２２は、モデル材吐出ヘッド１６から吐出されたモデル材及びサポート材吐出ヘッド２０から吐出されたサポート材に対してＵＶ光を照射して、モデル材及びサポート材を硬化させる。

ＵＶ光源２２としては、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、デイープ紫外線ランプ、マイクロ波を用いて外部から無電極で水銀灯を励起するランプ、紫外線レーザー、キセノンランプ、及びＵＶ−ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源を有する装置が適用される。また、ＵＶ光源２２に代えて電子線照射装置を用いてもよい。電子線照射装置としては、例えば、走査型、カーテン型、及びプラズマ放電型等の電子照射装置が挙げられる。

図２は、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０と、三次元造形物４０との配置の一例を示す図である。なお、図２では、説明を簡略化するために、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０をまとめて図示しているが、実際は、例えばモデル材吐出ヘッド１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｙ、１６Ｋ、１６Ｗ、１６Ｔ、及びサポート材吐出ヘッド２０がＸ軸方向に沿って配置される。なお、各吐出ヘッドの並び順はこれに限られるものではない。

モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０は、例えば三次元造形物４０が配置される造形台３６の造形面に向かってモデル材及びサポート材の吐出面が配置され、図示しないＸＹ走査部２４の制御によって、図示しないＵＶ光源２２と共にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。なお、色毎のモデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の配置順に制限はない。また、Ｙ軸方向に沿ったモデル材吐出ヘッド１６の長さ（以降、「モデル材吐出ヘッド１６の幅」という）及びサポート材吐出ヘッド２０の長さ（以降、「サポート材吐出ヘッド２０の幅」という）にも制限はなく、モデル材吐出ヘッド１６の幅及びサポート材吐出ヘッド２０の幅が、Ｙ軸方向に沿った造形台３６の長さ、すなわち造形台３６の奥行きの幅以上であってもよい。

ＸＹ走査部２４は、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するように駆動する。すなわちＸＹ走査部２４は、造形台３６の造形面上を走査するように、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２を駆動する。

なお、Ｘ軸方向をモデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の走査方向といい、走査方向に直交したＹ軸方向をモデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の幅方向という場合がある。モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０は、各々の幅方向にそれぞれモデル材及びサポート材を吐出しながら走査方向に順次移動することで、三次元造形物４０を造形する。

造形台昇降部２６は、図２に示す造形台３６をＺ軸方向に昇降させる。ＣＰＵ１２Ａは、三次元造形物４０を造形する際には、モデル材及びサポート材が造形台３６上に吐出され、吐出されたモデル材及びサポート材にＵＶ光が照射されるように、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２を制御する。また、ＣＰＵ１２Ａは、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材吐出ヘッド２０、及びＵＶ光源２２が造形台３６の造形面上を走査するようにＸＹ走査部２４を制御すると共に、造形台３６がＺ軸方向に移動するように造形台昇降部２６を制御する。以降では、Ｚ軸方向を三次元造形物４０の高さ方向という場合がある。なお、モデル材吐出ヘッド１６、サポート材吐出ヘッド２０、ＵＶ光源２２及び造形台３６が相対的に走査されればよく、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０と、三次元造形物４０との配置は図２に示した構成に限定されるものではない。

クリーニング部２８は、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の各ノズルに付着した材料を吸引する等により、ノズルのクリーニングを行う機能を有する。例えば、クリーニング部２８は、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の走査範囲外の退避領域に設けられ、クリーニングを行う際には、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０を上記退避領域に退避させてからクリーニングを行う。

記憶部３０は、後述する三次元造形データ３０Ａ、三次元データ３０Ｂ、及びサポート材データ３０Ｃを記憶する。

ＣＰＵ１２Ａは、ＲＯＭ１２Ｂに記憶された三次元造形データ生成プログラムを読み込んで、三次元データ３０Ｂによって表される三次元造形物４０を三次元造形装置１０で造形するためのデータ、すなわち三次元造形データ３０Ａを生成する。三次元造形データ３０Ａには、モデル材吐出ヘッド１６によるモデル材の吐出位置情報、及びサポート材吐出ヘッド２０によるサポート材の吐出位置情報が含まれる。ここで、吐出位置情報とは、モデル材が吐出される位置（座標）を表す情報である。

ＣＰＵ１２Ａは、生成した三次元造形データ３０Ａに従って、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０を指定された位置まで移動させ、モデル材吐出ヘッド１６及びサポート材吐出ヘッド２０の指定されたノズルからモデル材及びサポート材を吐出する。

三次元データ３０Ｂのフォーマットとしては、例えば三次元形状を表現するデータのフォーマットであるＯＢＪフォーマットが用いられる。ＯＢＪフォーマットでは、幾何形状のデータを取り扱うＯＢＪファイル、及び色情報を含む材質データを取り扱うＭＴＬファイルが用いられる。従って、三次元造形物４０は、三角形のポリゴンの集合として表現される。また、三次元データ３０Ｂは、ポリゴンの表面に対応する部分に、色情報を有する。なお、三次元形状を表現するデータのフォーマットはＯＢＪフォーマットに限定されず、他のフォーマットであってもよい。

通信部３２は、例えばインターネット及びＬＡＮ(Local Area Network)といった通信回線に接続され、通信回線に接続されたコンピュータ等の外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースを有する。三次元造形装置１０は、三次元造形物４０の三次元データ３０Ｂを外部装置から受け付け、三次元造形物４０を造形する。

残量検知部３４は、例えば光学式センサ等を用いて、色毎のモデル材収容部１４に収容されているモデル材の残量を個別に検知する。

次に、図３を参照して、三次元造形装置１０によって、三次元データ３０Ｂに基づいて造形される三次元造形物４０の構造について説明する。

図３に示すように、三次元造形物４０は、最外層５０、着色層５２、隠蔽層５４、及び中実部５６を含んで構成される。

最外層５０は、三次元造形物４０の最も外側に位置する層であり、着色層５２の表面を保護するための層である。最外層５０は、一例としてＴ色のモデル材（以降、「Ｔ色モデル材」という）、すなわちクリアインクで造形される。なお、三次元造形物４０に必ずしも最外層５０を設ける必要はなく、着色層５２を最外層５０の代わりとしてもよい。

着色層５２は、最外層５０と後述する隠蔽層５４との間に位置する層であり、三次元造形物４０の外部から視認される層である。着色層５２は、三次元データ３０Ｂに基づいて、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ、Ｗ、Ｔのうちの１色のモデル材、又は複数色を組み合わせたモデル材を用いて造形される。

隠蔽層５４は、着色層５２と後述する中実部５６との間に位置する層である。隠蔽層５４は、詳細には中実部５６のうちで最も表面側（外側）に位置する領域を形成する層のことであり、隠蔽層５４は広義の意味で中実部５６に含まれる層である。

隠蔽層５４は、外部からの光を反射する層であり、一例としてＷ色のモデル材（以降、「Ｗ色モデル材」という）を用いて造形される。これにより、着色層５２の下地にＷ色が配置されるため、隠蔽層５４で光が反射し、着色層５２の色が三次元データ３０Ｂで指定された色に近づいて視認されることになる。また、隠蔽層５４で光が反射すれば、隠蔽層５４の内部にある中実部５６の色が隠蔽されることになるため、こうした点からも、着色層５２の色が三次元データ３０Ｂで指定された色に近づいて視認されることになる。このように、隠蔽層５４を含む中実部５６が光を反射する性質を「光の反射性」といい、隠蔽層５４が中実部５６内部を隠蔽する性質を「隠蔽性」という。

なお、隠蔽層５４の色はＷ色に限定されず、Ｗ色と異なる少なくとも１つの色のモデル材を用いて隠蔽層５４を造形してもよい。

中実部５６は、隠蔽層５４の内側に位置する領域であり、三次元造形物４０の外部から視認されない内部領域を構成する。中実部５６は、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ、Ｗ、Ｔのモデル材を適宜組み合わせて造形される。

三次元造形装置１０は、三次元データ３０Ｂを受け付けると、三次元データ３０Ｂで表される三次元造形物４０に対応した三次元モデルを生成する。

三次元造形装置１０は、造形台３６の造形面と平行な面、すなわちＸＹ平面で生成した三次元モデルを予め定めた間隔で三次元造形物４０の高さ方向にスライスし、三次元モデルをスライスすることによって得られる各層毎に、各色のモデル材及びサポート材の吐出位置情報を対応付けたスライスデータを生成する。生成したスライスデータに基づいてモデル材及びサポート材を順次積層すれば三次元造形物４０が造形されることから、各々のスライスデータはｎ層目（ｎ＝１〜Ｎ：Ｎは整数）のスライスデータとして指定される。スライスデータによって各層の外形が特定される。

図４は、図３における三次元造形物４０をＸＹ平面でスライスした場合のｎ₁層におけるスライスデータを視覚的に表現した模式図の一例である。図４に示すように、ｎ₁層目のスライスデータは、中実部５６を横切る位置のスライスデータであるため、最外層５０、着色層５２、隠蔽層５４、及び中実部５６におけるモデル材の吐出位置情報が対応付けられる。

図５は、図３における三次元造形物４０をＸＹ平面でスライスした場合のｎ₂層におけるスライスデータを視覚的に表現した模式図の一例である。図５に示すように、ｎ₂層目のスライスデータは、中実部５６を横切らない位置のスライスデータであるため、例えば最外層５０、着色層５２、及び隠蔽層５４におけるモデル材の吐出位置情報が対応付けられる。

図３に示したように、三次元造形物４０の内部は中実部５６として造形されることから、三次元造形物４０において隠蔽層５４を含めた中実部５６の占める割合は、最外層５０及び着色層５２の占める割合より大きくなる。

したがって、隠蔽層５４を含めた中実部５６をＷ色モデル材で造形する場合、Ｗ色のモデル材吐出ヘッド１６の同じノズルから連続してＷ色モデル材が吐出されることに伴い、Ｗ色モデル材の吐出量がばらついたり、Ｗ色モデル材が吐出しなかったり、Ｗ色モデル材が指定した位置とは異なる位置に吐出されたりする吐出不良が発生することが考えられる。

そこで、Ｗ以外の色のモデル材もバランス良く中実部５６に配置することにより吐出不良の発生を抑えることが考えられる。しかしながら、色濃度が濃いモデル材が中実部５６に配置されると、着色層５２の発色性が低下してしまう場合がある。

このため、本実施形態では、三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色のモデル材を配置する。ここで、色濃度とは、例えば測色計で測色した結果から得られる濃度で定義される。

なお、スライスデータにはサポート材の吐出位置情報も対応付けられる場合があるが、以降の説明では、モデル材の吐出位置情報に注目して三次元造形装置１０の作用について説明するため、サポート材の吐出位置情報については説明を省略する。

また、スライスデータには、最外層５０におけるモデル材の吐出位置情報も対応付けられるが、着色層５２、隠蔽層５４、及び中実部５６におけるモデル材の吐出位置情報の対応付けに注目して三次元造形装置１０の作用について説明するため、最外層５０におけるモデル材の吐出位置情報については説明を省略する。

図６は、三次元造形装置１０での三次元造形データ生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。三次元造形データ生成処理を規定する三次元造形データ生成プログラムはＲＯＭ１２Ｂに予め記憶されており、例えばユーザから三次元データ３０Ｂを受け付けると、ＣＰＵ１２Ａが三次元造形データ生成プログラムをＲＯＭ１２Ｂから読み出して実行する。

なお、三次元造形データ生成プログラムを実行する前に、三次元データ３０Ｂに対するスライスデータが予め生成されているものとする。ただし、生成されたスライスデータは、三次元造形物をスライスした層の外形が特定されているだけであり、各色のモデル材の吐出位置情報は対応付けられていない。そこで、以下で説明する三次元造形データ生成処理によって、各色のモデル材の吐出位置情報が対応付けられる。

まず、ステップＳ１００において、ＣＰＵ１２Ａは、スライスデータを選択するための層番号ｎを“１”に設定する。三次元モデルはＮ個の層にスライスされており、各々のスライスデータに対して層番号ｎが一意に対応付けられている。ここでは層番号が“１”のスライスデータは、例えば最下層のスライスデータに対応付けられているものとし、最下層のスライスデータから上の層のスライスデータに進むにつれて順次“２”、“３”、・・・、“Ｎ”の層番号が対応付けられているものとする。すなわち、三次元造形物４０の最下層のスライスデータには層番号１が対応付けられ、最上層のスライスデータには層番号Ｎが対応付けられる。

ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２Ａは、層番号ｎに対応したスライスデータを選択する。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１２Ａは、着色層５２の吐出位置情報を生成して、ステップＳ１０２で選択したスライスデータに対応付ける。

例えば、図７に示すような円錐形状の三次元造形物４０の三次元造形データを生成する場合について説明する。図７に示す三次元造形物４０のＸＺ平面における断面図を図８に示す。また、三次元造形物４０をＸＹ平面でスライスした場合のｎ_１層、ｎ_２層におけるスライスデータを視覚的に表現した模式図を図９、１０に示す。

例えば、図９に示すｎ_１層のスライスデータに着色層５２の吐出位置情報を対応付ける場合、最外層５０（図９では図示省略）との境界から予め定めた距離（厚み）ｄ１の範囲を着色層５２として設定する。なお、着色層５２の厚みｄ１は、一例として数百μｍ程度であり、具体的には５００μｍ程度であるが、これに限られるものではない。

そして、三次元データ３０Ｂで指定された色情報を着色層５２に設定することにより、着色層５２に吐出されるモデル材の吐出位置情報が設定される。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１２Ａは、隠蔽層５４の吐出位置情報を生成して、ステップＳ１０２で選択したスライスデータに対応付ける。

例えば、図９に示すｎ_１層のスライスデータに隠蔽層５４の吐出位置情報を対応付ける場合、着色層５２との境界から予め定めた距離ｄ２の範囲を隠蔽層５４として設定する。なお、隠蔽層５４の厚みは、一例として数百μｍ〜数ｍｍ程度であり、具体的には５ｍｍ程度であるが、これに限られるものではない。

そして、隠蔽層５４に予め定めた色情報を設定することにより、隠蔽層５４に吐出されるモデル材の吐出位置情報が設定される。本実施形態では、一例として隠蔽層５４には白色を設定する。従って、隠蔽層５４には、Ｗ色モデル材が吐出される。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１２は、中実部５６の吐出位置情報を生成して、ステップＳ１０２で選択したスライスデータに対応付ける。

例えば、図９に示すｎ_１層のスライスデータに中実部５６の吐出位置情報を対応付ける場合、隠蔽層５４との境界より内側の範囲を中実部５６として設定する。更に、隠蔽層５４との境界から予め定めた距離ｄａ１の範囲を第１の中実部５６−１、第１の中実部５６−１との境界から予め定めた距離ｄａ２の範囲を第２の中実部５６−２、第２の中実部５６−２との境界から予め定めた距離ｄ３の範囲を第３の中実部５６−３、・・・のように順次中実部を設定していく。なお、図１０に示すｎ_２層のスライスデータの場合は、中実部５６の面積が小さいため第１の中実部５６−１のみ設定される。

そして、各中実部に予め定めた色情報を設定することにより、各中実部に吐出されるモデル材の吐出位置情報が設定される。

本実施形態では、三次元造形物４０の三次元造形物４０の内側に向かうほど色濃度が濃い色のモデル材が配置されるように、中実部５６に対して複数のモデル材の配置を指定した吐出位置情報を設定する。

基本的には、三次元造形物４０の外側から内側に向かうに従って、黄色系、赤色系、青色系、黒色の順で各中実部に色情報を設定する。

例えば図９の例では、中実部５６は、第１の中実部５６−１〜第８の中実部５６−８を含んでいる。そして、第１の中実部５６−１には、一例として白色と黄色との混色が設定される。また、第２の中実部５６−２には、第１の中実部５６−１よりも色濃度が濃い色として、一例として黄色が設定される。また、第３の中実部５６−３には、第２の中実部５６−２よりも色濃度が濃い色として、一例として黄色と赤の混色が設定される。また、第４の中実部５６−４には、第３の中実部５６−３よりも色濃度が濃い色として、一例として赤色が設定される。また、第５の中実部５６−５には、第４の中実部５６−４よりも色濃度が濃い色として、一例として赤と青の混色が設定される。また、第６の中実部５６−６には、第５の中実部５６−５よりも色濃度が濃い色として、一例として青色が設定される。また、第７の中実部５６−７には、第６の中実部５６−６よりも色濃度が濃い色として、一例として青色と黒色の混色が設定される。また、第８の中実部５６−８には、第７の中実部５６−７よりも色濃度が濃い色として、一例として黒色が設定される。なお、各中実部に設定される色は一例であり、上記の色に限られるものではない。

このように、図９の例では、中実部５６の少なくとも一部の領域に混色領域が設けられる。ここで、混色領域とは、複数のモデル材が混合して配置された領域である。

以下では、白、黒、青、赤、緑、シアン、マゼンタ、及び黄色の８色を単色といい、混色とは、複数の単色を混合した色をいうものとする。

なお、中実部５６の少なくとも一部の領域における複数のモデル材の配置が、三次元造形物４０の予め定めた基準位置に対して対称となるように、各中実部に色情報を設定することが好ましい。

例えば図７に示す三次元造形物４０は円錐形状なので、図９に示したように、ＸＹ平面における形状は円となる。従って、中実部５６における色情報の配置は、図９における三次元造形物４０の中心（第８の中実部５６−８の中心）を通る基準線Ｋに対して線対称となっている。また、三次元造形物４０の中心点Ｃに対して点対称となっているとも言える。

また、図８に示すように、三次元造形物４０をＸＺ平面でスライスした場合の断面は、略三角形状となる。従って、中実部５６における色情報の配置は、図８における三次元造形物４０の中心（各中実部の中心）を通る基準線Ｋに対して線対称となっている。

基準線Ｋ及び中心点Ｃは、基準位置の一例である。すなわち、基準位置とは、各中実部に色情報を設定する際の基準となる位置であり、例えば直線又は点で定義される。

なお、中実部５６の全ての領域ではなく、一部の領域で基準位置に対して対称となるように、各中実部に対して色情報を設定するようにしてもよい。

また、図１１に示すように、直方体形状の三次元造形物４０Ａについても、中実部５６の少なくとも一部の領域における複数のモデル材の配置が、三次元造形物４０Ａの予め定めた基準位置に対して対称となるように、各中実部に色情報を設定する。

図１１に示す三次元造形物４０ＡのＸＺ平面における断面図を図１２に示す。また、三次元造形物４０ＡをＸＹ平面でスライスした場合のｎ_１層におけるスライスデータを視覚的に表現した模式図を図１３に示す。

図１３の例では、中実部５６は、第１の中実部５６−１〜５６−４で構成される。第１の中実部５６−１には、一例として白色と黄色との混色が設定される。また、第２の中実部５６−２には、第１の中実部５６−１よりも色濃度が濃い色として、一例として黄色と赤の混色が設定される。また、第３の中実部５６−３には、第２の中実部５６−２よりも色濃度が濃い色として、一例として赤色と青色の混色が設定される。また、第４の中実部５６−４には、第３の中実部５６−３よりも色濃度が濃い色として、一例として青色と黒色の混色が設定される。

なお、図１３の例では、全ての中実部に複数の色の混色が設定されているが、全ての中実部に単色が設定されてもよい。この場合、例えば第１の中実部５６−１には、一例として黄色が設定される。また、第２の中実部５６−２には、第１の中実部５６−１よりも色濃度が濃い色として、一例として赤色が設定される。また、第３の中実部５６−３には、第２の中実部５６−２よりも色濃度が濃い色として、一例として青色が設定される。また、第４の中実部５６−４には、第３の中実部５６−３よりも色濃度が濃い色として、一例として黒色が設定される。

また、図１４に示すように、ＸＹ平面における断面がＬ字形状の場合、例えばＬ字状の基準線Ｋと直交する方向における距離が同じ領域については同じ色情報が設定されるようにすることが好ましい。なお、図１５に示すように、Ｌ字形状の一部の形状の幅Ｗが狭い場合は、その領域については、幅Ｗに応じた数の中実部が設けられる。

また、図１６に示すように、中実部５６が市松模様となるように色情報を設定してもよい。図１６の例では、隠蔽層５４と同じ白色が設定された正方形状の領域５６−Ｗと、黄色が設定された正方形状の領域５６−Ｙと、がＸ方向及びＹ方向に交互に配置されている。これにより、隠蔽層５４からの色の変化が緩やかとなる。

また、図１７に示すように、中実部５６が縞模様となるように色情報を設定してもよい。図１７の例では、隠蔽層５４と同じ白色が設定された長方形状の領域５６−Ｗと、黄色が設定された長方形状の領域５６−Ｙと、がＸ方向に交互に配置されている。なお、図１７の例では縦縞模様であるが、横縞模様でもよく、斜めの縞模様でもよい。

また、図１６、１７の例では、中実部５６は単色である白及び黄色が設定されているが、混色の市松模様又は縞模様を含む構成としてもよい。

例えば図１８に示す例では、中実部５６は、第１の中実部５６−１、第２の中実部５６−２、および第３の中実部５６−３を含む。

第１の中実部５６−１には、一例として白色と黄色の混色が設定され、第２の中実部５６−２には、黄色と赤色の混色が設定されている。

そして、第３の中実部５６−３は、赤色と青色の正方形状の混色領域５６−ＲＢと、青色と黒色の正方形状の混色領域５６−ＢＫと、がＸ方向及びＹ方向に交互に配置された市松模様となっている。

また、図１９の例では、混色領域５６−ＲＢ、５６−ＢＫが長方形状であり、Ｘ方向に交互に配置された縞模様となっている。なお、図１９の例では縦縞模様であるが、横縞模様でもよく、斜めの縞模様でもよい。

ところで、モデル材は、色の違いによって硬化特性等が異なる場合がある。これに対して、図１８、１９の例では、混色領域５６−ＲＢ、５６−ＢＫには、共通の色として青色が設定されている。このため、混色領域５６−ＲＢ、５６−ＢＫの境界における色の変化、すなわち硬化性の変化が緩やかとなる。

また、図２０に示すように、中実部５６を第１の中実部５６−１及び第２の中実部５６−２で構成し、第１の中実部５６−１には白色と黄色の混色を設定し、第２の中実部５６−２には黄色、赤色、青色、及び黒色の混色を設定してもよい。

なお、中実部５６における複数のモデル材の配置パターンを受け付ける受付部を設け、受け付けた配置パターンで複数のモデル材を中実部５６に配置するようにしてもよい。

この場合、受付部は、ユーザが自由に設定した配置パターンを受け付けるようにしてもよい。また、例えば市松模様及び縞模様を含む複数の配置パターンを図示しない表示部に表示させてユーザに選択させ、ユーザにより選択された配置パターンを受け付けるようにしてもよい。

ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１２Ａは、全ての層のスライスデータに対して、モデル材の吐出位置情報を対応付けたか否かを判定する。すなわち、ＣＰＵ１２Ａは、層番号ｎが、三次元造形物４０の最上層を表す層番号Ｎであるか否かを判定する。ステップＳ１１０の判定処理が否定判定の場合にはステップＳ１１２に移行する。

ステップＳ１１２において、ＣＰＵ１２Ａは、現在の層番号ｎに“１”を加算する。そして、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２Ａは、直前にモデル材の吐出位置情報を対応付けたスライスデータの層に隣接した上層のスライスデータを選択する。

以降、ステップＳ１１０の判定処理が肯定判定になるまでステップＳ１０２〜Ｓ１１０を繰り返し実行して、各層のスライスデータにモデル材の吐出位置情報を対応付ける。

各層のスライスデータに吐出位置情報が対応付けられるとステップＳ１１０の判定処理が肯定判定となり、図６に示した三次元造形データ生成処理が終了する。三次元造形データ生成処理の終了にあたり、ＣＰＵ１２Ａは、モデル材の吐出位置情報が対応付けられた各層のスライスデータを、三次元造形データ３０Ａとして記憶部３０に記憶する。このようにコントローラ１２は、三次元造形データ３０Ａを生成する生成部の一例でもある。

図２１は、三次元造形物４０の造形処理の流れの一例を示すフローチャートである。造形処理を規定する三次元造形プログラムはＲＯＭ１２Ｂに予め記憶されており、図６の三次元造形データ生成処理で生成された吐出位置情報が対応付けられたスライスデータと共に、ユーザから造形指示を受け付けると、ＣＰＵ１２Ａが三次元造形プログラムをＲＯＭ１２Ｂから読み出して実行する。

ステップＳ２００において、ＣＰＵ１２Ａは、スライスデータを選択するための層番号ｎを“１”に設定する。

ステップＳ２１０において、ＣＰＵ１２Ａは、層番号ｎのスライスデータに対応付けられた各色のモデル材の吐出位置情報を記憶部３０から取得する。

ステップＳ２２０において、ＣＰＵ１２Ａは各色のモデル材の吐出位置情報で示される位置に指定された色のモデル材を吐出するように、モデル材吐出ヘッド１６及びＸＹ走査部２４を制御する。

ステップＳ２３０において、ＣＰＵ１２Ａは、スライスデータに対応付けられたモデル材の吐出位置情報を、全ての層について取得したか否かを判定する。ステップＳ２３０の判定処理が否定判定の場合にはステップＳ２４０に移行する。

ステップＳ２４０において、ＣＰＵ１２Ａは、現在の層番号ｎに“１”を加算する。そして、ステップＳ２１０に移行し、ステップＳ２１０において、ＣＰＵ１２Ａは、直前にモデル材を吐出した層に隣接した上層のスライスデータに対応付けられた各色のモデル材の吐出位置情報を記憶部３０から取得する。

以降、ステップＳ２３０の判定処理が肯定判定になるまでステップＳ２１０〜Ｓ２４０を繰り返し実行して、各層のスライスデータに対応付けられた各色のモデル材の吐出位置情報に基づいて、指定された位置に指定された色のモデル材を吐出する。

最上層のスライスデータに対応付けられた各色のモデル材の吐出位置情報に基づいてモデル材が吐出されると、ステップＳ２３０の判定処理が肯定判定となり、図２１に示した造形処理が終了する。

すなわち、図２１に示した造形処理により、三次元データ３０Ｂによって指定された表面色及び形状を有する三次元造形物４０が造形される。

このように三次元造形装置１０によれば、中実部５６の少なくとも一部を造形する場合に、三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色のモデル材が配置されるように、モデル材吐出ヘッドを制御する。

以上、各実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は各実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、本実施形態では、中実部５６には、透明色以外の色のモデル材を用いる場合について説明したが中実部５６に透明色のモデル材を配置してもよい。

また、着色層５２が黒色の場合は、中実部５６にどのような色のモデル材を配置しても発色に与える影響は少ないため、色濃度を考慮せずにモデル材を配置してもよい。

また、例えば、図６に示した三次元造形データ生成処理、並びに、図２１に示した造形処理をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウエアで実現するようにしてもよい。この場合、ソフトウエアで実現する場合に比べて、処理の高速化が図られる。

また、各実施形態では、三次元造形データ生成プログラム及び三次元造形プログラムがＲＯＭ１２Ｂにインストールされている形態を説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る各種プログラムを、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記録した形態で提供してもよい。例えば、本発明に係る各種プログラムを、ＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭ及びＤＶＤ(Digital Versatile Disc)−ＲＯＭ等の光ディスクに記録した形態、若しくはＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリ及びメモリカード等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。また、本発明に係る各種プログラムを、通信部３２に接続された通信回線を介して外部装置から取得するようにしてもよい。

１０ 三次元造形装置
１２ コントローラ
１４ モデル材収容部
１６ モデル材吐出ヘッド
１８ サポート材収容部
２０ サポート材吐出ヘッド
２２ 光源
２４ ＸＹ走査部
２６ 造形台昇降部
２８ クリーニング部
３０ 記憶部
３０Ａ 三次元造形データ
３０Ｂ 三次元データ
３０Ｃ サポート材データ
３２ 通信部
３４ 残量検知部
３６ 造形台
４０、４０Ａ 三次元造形物
４０Ａ 三次元造形物
５０ 最外層
５２ 着色層
５４ 隠蔽層
５６ 中実部
Ｃ 中心点
Ｋ 基準線

Claims (11)

1. 三次元造形物の造形処理で用いる複数の造形材を個別に吐出する複数の吐出ヘッドと、
   前記三次元造形物の着色層よりも内側の中実部の少なくとも一部を造形する場合に、前記三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色の造形材が配置されるように、前記吐出ヘッドを制御する制御部と、
   を備えた三次元造形装置。
2. 前記制御部は、前記中実部の少なくとも一部の領域における前記複数の造形材の配置が、前記三次元造形物の予め定めた基準位置に対して対称となるように、前記吐出ヘッドを制御する
   請求項１記載の三次元造形装置。
3. 前記制御部は、前記中実部の少なくとも一部の領域に、前記複数の造形材が混合して配置された混色領域が設けられるように、前記吐出ヘッドを制御する
   請求項１又は請求項２記載の三次元造形装置。
4. 前記混色領域は、複数の造形材の組み合わせが異なる複数の混色が、予め定めた方向に交互に配置された領域を含む
   請求項３記載の三次元造形装置。
5. 前記複数の混色が、共通の色を各々含む
   請求項４記載の三次元造形装置。
6. 前記制御部は、前記中実部に配置された前記造形材よりも色濃度が薄い色の前記造形材が配置された隠蔽層が前記着色層と前記中実部との間に造形されるように、前記吐出ヘッドを制御する
   請求項１〜５の何れか１項に記載の三次元造形装置。
7. 前記制御部は、前記隠蔽層に白色の前記造形材が配置されるように、前記吐出ヘッドを制御する
   請求項６記載の三次元造形装置。
8. 前記中実部における前記複数の造形材の配置パターンを受け付ける受付部
   を備えた請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元造形装置。
9. 前記受付部は、市松模様及び縞模様を含む複数の配置パターンの中から選択された配置パターンを受け付ける
   請求項８記載の三次元造形装置。
10. コンピュータを、請求項１〜９の何れか１項に記載の三次元造形装置の制御部として機能させるための三次元造形プログラム。
11. コンピュータを、
    三次元造形物の中実部を造形する場合に、前記三次元造形物の内側に向かうほど色濃度が濃い色の造形材が配置されるように、複数の造形材の配置を指定した三次元造形データを生成する生成部
    として機能させるための三次元造形データ生成プログラム。