JP2019162788A - 液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラム - Google Patents

液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】形成された立体物の品質を向上させることができる液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラムを提供する。【解決手段】高さ方向の各層で吐出された光硬化型のインクに、照射部から硬化光を照射してインクを硬化し、硬化したインクを積層することによって立体物を形成する液体吐出装置であって、インクを吐出する吐出ヘッドを、立体物を形成するステージに対して相対的に移動させる移動制御部と、立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータに基づいて、吐出ヘッドの移動に伴い、インクを吐出する吐出制御部と、各層において、スライスデータが示す印刷領域および非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する硬化光の照度を変更する照射制御部と、を備える。【選択図】図6

Description

本発明は、液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラムに関する。
画像形成装置(液体吐出装置)の一例として、インクジェットヘッド(吐出ヘッド)からインクを吐出させ、印刷対象物上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。このようなインクジェット記録装置において、インクジェットから吐出されたインクを印刷対象物へ定着させる方法の一つとして、紫外線硬化型インクを吐出して画像形成を行い、紫外線を照射することにより印刷対象物へインクを定着させる方法がある。また、記録媒体(支持体)上にカラーインクの層と、ホワイトインクまたはクリアインク(透明インク)の層とを積層させ、立体物を形成する立体物形成方法が既に知られている。
このような、立体物を形成する液体吐出装置として、インクの違いによる活性化エネルギーの吸収特性の違いに起因するインクの硬化不良を防ぐ目的で、インクジェットヘッドが搭載されるヘッドユニットと、ヘッドユニットと記録媒体を相対的に移動させる手段と、記録媒体上に複数の印刷層を積層するように制御する手段と、インクに対して活性化エネルギーを照射する手段と、各層ごとのインクの硬化特性に合わせて活性化エネルギーの量を可変させる手段と、を備え、エネルギー量を可変させる手段は、相対的に活性化エネルギーに対する感度が低いインクの吐出位置に照射手段の照射範囲が対応するように照射手段を移動させる装置が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された装置では、凹凸を有する立体物に対する照射制御について考慮されていないため、高低差が大きい立体物を形成する場合には、既に形成されている面に対して硬化光を過剰に照射してしまい、下地となるホワイトインクおよびクリアインクの層、または、表面のカラー層が変色したり、硬化済みの形成部分にさらに照射をするために、表面劣化等の画像不良および形成物の劣化が発生するという問題がある。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、形成された立体物の品質を向上させることができる液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラム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、高さ方向の各層で吐出された光硬化型のインクに、照射部から硬化光を照射して該インクを硬化し、該硬化したインクを積層することによって立体物を形成する液体吐出装置であって、前記インクを吐出する吐出ヘッドを、前記立体物を形成するステージに対して相対的に移動させる移動制御部と、前記立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータに基づいて、前記吐出ヘッドの移動に伴い、前記インクを吐出する吐出制御部と、前記各層において、前記スライスデータが示す前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する前記硬化光の照度を変更する照射制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、形成された立体物の品質を向上させることができる。
図1は、実施形態に係る液体吐出装置の要部構成の一例を示す図である。 図2は、実施形態のキャリッジの構成の一例を示す模式図である。 図3は、実施形態に係る液体吐出装置の立体物の形成動作の概要を説明する図である。 図4は、従来の立体物の形成動作における問題点を説明する図である。 図5は、実施形態に係る液体吐出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図6は、実施形態に係る液体吐出装置の機能ブロック構成の一例を示す図である。 図7は、立体物の各層の印刷領域に応じて照度を変える動作を説明する図である。 図8は、印刷領域ではない領域に対して照射をしないことを説明する図である。 図9は、立体物の各層の印刷領域および非印刷領域の状態に応じた照度マップについて説明する図である。 図10は、実施形態に係る液体吐出装置の立体物形成処理の一例を示すフローチャートである。
以下に、図1〜図10を参照しながら、本発明に係る液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラムの実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。
(液体吐出装置の構成)
図1は、実施形態に係る液体吐出装置の要部構成の一例を示す図である。図2は、実施形態のキャリッジの構成の一例を示す模式図である。図1および図2を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置10の要部構成について説明する。本実施形態では、図1に示す液体吐出装置10を、インクジェット記録装置であるものとして説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置10は、ステージ11と、ステージ駆動機構14と、立体物形成部20と、制御部50と、を備えている。
ステージ11は、光硬化型インクが着弾および硬化して立体物が形成される支持体Pを保持する台である。なお、支持体Pは、平面でもよく、最終的に形成される立体物の形状に応じた曲面等の形状であってもよい。なお、ステージ11は、例えば、ベルト等の物体であってもよい。
ステージ駆動機構14は、ステージ11を、鉛直方向(Z軸方向)、主走査方向(X軸方向)、および副走査方向(Y軸方向)に移動させる機構である。ステージ駆動機構14は、例えば、各種モータ、ロボット、またはリニアアクチュエータ等で構成される。
立体物形成部20は、支持体P上に立体物を形成するためのインクを吐出する装置である。立体物形成部20は、キャリッジ21と、キャリッジ駆動機構23と、を有する。
キャリッジ21は、吐出ヘッド22と、照射部25と、を備えている。
吐出ヘッド22は、キャリッジ21の支持体Pに対向する面に備えられ、インクを吐出する複数の吐出口であるノズル孔が配列したノズル列を有する液体吐出ヘッドである。吐出ヘッド22は、図2に示すように、複数のヘッドにより構成され、ブラックのインク滴を吐出するカラーインクヘッド22K、シアンのインク滴を吐出するカラーインクヘッド22C、マゼンタのインク滴を吐出するカラーインクヘッド22M、イエローのインク滴を吐出するカラーインクヘッド22Y、ホワイトのインク滴を吐出するカラーインクヘッド22W、およびクリアインクを吐出するクリアインクヘッド22CLを有する。上述の各色のインクおよびクリアインクは、紫外線等の硬化光の照射を受けることにより硬化する紫外線硬化型インク等の光硬化型インク(以下では、単に「インク」と称する場合がある)である。上述の各インクヘッドから吐出されるインク(液滴45)の吐出動作は、各インクヘッドの各ノズル孔に対応して設けられている駆動素子に印加する駆動パルスによって制御される。駆動素子として、例えば、PZT等の圧電素子が用いられる。
なお、上述では、吐出ヘッド22は、各色および透明のインクをそれぞれ吐出するインクヘッドで構成されるものとしたが、これに限定されるものではなく、1つのインクヘッドが各色および透明のインクをそれぞれ吐出するノズル孔を有する構成であってもよい。また、吐出ヘッド22が吐出するインクの色は、K(黒)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、W(ホワイト)およびCL(透明)の6色としているが、これらの色に限定されるものではない。
照射部25は、吐出ヘッド22により吐出されたインクを硬化させるための紫外線等の硬化光を照射する装置である。照射部25は、例えば、LED(Light Emitting Diode)等である。このように、照射部25により照射される硬化光によりインクが硬化することによって、インクの塗膜が形成され、これが繰り返し積層することによって、立体物が形成される。照射部25は、図1および図2に示すように、例えば、X軸方向(主走査方向)において、各インクヘッドの配列の両端にそれぞれ配置されている。このように、光硬化型インクが吐出される吐出ヘッド22の近傍に、照射部25が配置されることによって、インクの着弾から硬化までの時間を短縮することができ、より高精細な立体物を形成することが可能となる。なお、キャリッジ21が備える照射部25は、2つに限定されるものではなく、また、照射部25の配置の態様も、図1および図2に示す配置の態様に限定されるものではない。
キャリッジ駆動機構23は、キャリッジ21を、鉛直方向(Z軸方向)、主走査方向(X軸方向)、および副走査方向(Y軸方向)に移動させる機構である。キャリッジ駆動機構23は、例えば、各種モータ、ロボット、またはリニアアクチュエータ等で構成される。なお、上述のように、ステージ駆動機構14によりステージ11上の支持体Pが移動し、かつ、キャリッジ駆動機構23によりキャリッジ21が移動するものとしているが、これに限定されるものではない。例えば、支持体Pおよびキャリッジ21の少なくともいずれかが移動することによって、支持体P上の任意の座標にインクが着弾して硬化する構成であればよい。
制御部50は、液体吐出装置10全体の動作を制御する装置である。制御部50の構成の詳細は、図5で後述する。
(液体吐出装置の立体物の形成動作の概要)
図3は、実施形態に係る液体吐出装置の立体物の形成動作の概要を説明する図である。図3を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置10の立体物の形成動作の概要について説明する。
本実施形態に係る液体吐出装置10は、外部等から受信した、立体物の3次元情報を含む印刷データに基づいて、吐出ヘッド22から光硬化型インクを吐出し、照射部25からの硬化光の照射により硬化させて塗膜の層を形成する。次に、液体吐出装置10は、キャリッジ21を鉛直方向上側に層厚分だけ移動させ、形成した塗膜の層の上に新たに光硬化型インクを吐出して硬化させる。この動作を繰り返すことによって、多数の塗膜が積層し立体物40が形成される。
また、図3に示す立体物40のように、2つ以上の離れた山部分がある場合、同じ高さの層は、同一の印刷動作内において、所望の位置(山部分に相当する印刷領域)にインクを吐出して硬化させていく。
(液体吐出装置の従来の立体物の形成動作における問題点)
図4は、従来の立体物の形成動作における問題点を説明する図である。図4を参照しながら、従来の立体物の形成動作における問題点(課題)について説明する。
図4に示すように、従来の液体吐出装置は、インクを吐出する吐出ヘッド1022、および、硬化光を照射する照射部1025を有するキャリッジ1021を備えているものとする。
従来の液体吐出装置では、立体物(図4の例では立体物1040)の高層部分(形成部分1040a)で左側の照射部1025から照射される照射光LL100により塗膜を形成する場合、キャリッジ1021を高位置に上げる必要があるが、右側の照射部1025から照射された照射光RL100による照射領域CAにおいて既に形成が完了している形成部分1040bに対しても照射が行われることになる。このため、過剰な硬化光の照射を受けることになり、形成部分1040bでは表面の変色等の画像不良および形成物の劣化を招く。また、光は光源から拡散していく性質があるため、高層(形成部分1040a)の形成を行うためにキャリッジ1021を高位置に上げると、図4の照射領域CAに示すように、さらに不要な照射の領域が広くなってしまう。
また、塗膜の形成が完了した部分に過剰な照射とならないように、照射部1025の硬化光の照度を落として形成動作を行う場合、低層部分では積算の硬化光の光量によってインクを硬化させることができる。一方、高層部分では、硬化光の照度不足(光量不足)により、インクが未硬化状態となってしまい、所望の形成を行えなかったり、付近のインクとの混色を起こす可能性がある。
上述のような問題を防ぐために、照射部1025をキャリッジ1021と別に設け、塗膜を形成する高さに応じて照射部1025を切り替えたり、追加の照射部1025を設けて低照度の硬化光を、状況に応じて複数回照射するというような方法もあるが、いずれも液体吐出装置の装置構成が複雑となり、さらに、それぞれの装置が動作する時間が印刷時間の延長に繋がり、生産性が悪化するという問題もある。
(液体吐出装置のハードウェア構成)
図5は、実施形態に係る液体吐出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図5を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置10のハードウェア構成について説明する。
図5に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置10は、制御部50と、操作パネル160と、ストレージ170と、を備えている。また、液体吐出装置10が、ステージ11と、ステージ駆動機構14と、キャリッジ21と、キャリッジ駆動機構23と、照射部25と、を備えているのは上述した通りである。
制御部50は、液体吐出装置10全体の動作を制御する装置である。制御部50は、図5に示すように、CPU(Central Processing Unit)51と、ROM(Read Only Memory)52と、RAM(Random Access Memory)53と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)54と、I/O55と、ホストI/F56と、ヘッド駆動部61、キャリッジ駆動部62と、ステージ駆動部63と、照射駆動部64と、を備えている。
CPU51は、液体吐出装置10全体の動作制御を司る演算装置である。ROM52は、液体吐出装置10の電源が遮断されている間もデータおよびプログラムを保持している不揮発性メモリである。RAM53は、CPU51のワークエリア(作業領域)として機能する揮発性メモリである。
ASIC54は、印刷データもしくは画像データに対する各種信号処理、および並び替え等を行なう画像処理、またはその他液体吐出装置10全体を制御するための入出力信号を処理する集積回路である。
I/O55は、各種センサ等からの検出信号を入力するインターフェースである。ホストI/F56は、ホスト150側との間でデータ(印刷データ等)および信号の送受を行うインターフェースである。ホストI/F56は、例えば、TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)に準拠したネットワークインターフェースである。なお、ホストI/F56は、USB(Universal Serial Bus)等のインターフェースであってもよい。
ヘッド駆動部61は、吐出ヘッド22を駆動制御する。ヘッド駆動部61は、印刷データ(後述するスライスデータおよび照度マップ等)をシリアルデータで吐出ヘッド22内部の駆動回路へ転送する。このとき、ヘッド駆動部61は、印刷データの転送および転送の確定等に必要な転送クロックおよびラッチ信号、ならびに、吐出ヘッド22からインク滴を吐出する際に使用する駆動波形を生成し、吐出ヘッド22内部の駆動回路へ出力する。吐出ヘッド22内部の駆動回路は、入力した印刷データに対応する駆動波形を選択的に、吐出ヘッド22の各ノズルの圧電素子(アクチュエータ)に入力する。
キャリッジ駆動部62は、CPU51の制御下で、キャリッジ駆動機構23の駆動を制御して、キャリッジ21の鉛直方向(Z軸方向)、主走査方向(X軸方向)、および副走査方向(Y軸方向)の移動を制御する。
ステージ駆動部63は、CPU51の制御下で、ステージ駆動機構14の駆動を制御して、ステージ11の鉛直方向(Z軸方向)、主走査方向(X軸方向)、および副走査方向(Y軸方向)の移動を制御する。
照射駆動部64は、CPU51の制御下で、照射部25による硬化光の照射制御を行う。具体的には、照射駆動部64は、硬化光の照射タイミング、照度、および照射時間(光量)等を制御する。
操作パネル160は、ユーザの操作に応じた各種の入力を受け付けると共に、各種の情報(例えば、受け付けた操作に応じた情報、液体吐出装置10の動作状況を示す情報、および設定画面等)を表示する、入力機能および表示機能を有した装置である。操作パネル160は、例えば、タッチパネル機能を搭載した液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)で構成される。なお、操作パネル160は、液晶表示装置に限定されるものではなく、例えば、タッチパネル機能が搭載された有機EL(Electro−Luminescence)の表示装置で構成されていてもよい。また、操作パネル160は、タッチパネル機能に加えてまたはこれに代えて、ハードウェアキー等の操作部、またはランプ等の表示部を設けることもできる。
ストレージ170は、印刷データ、設定情報、および各種プログラム等を記憶する不揮発性記憶装置である。ストレージ170は、例えば、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、またはSSD(Solid State Drive)等である。
なお、図5に示した液体吐出装置10のハードウェア構成は、一例を示すものであり、図5に示した構成要素を全て含む必要はなく、または、その他の構成要素を含むものとしてもよい。
(液体吐出装置の機能ブロックの構成および動作)
図6は、実施形態に係る液体吐出装置の機能ブロック構成の一例を示す図である。図6を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置10の機能ブロックの構成および動作について説明する。
図6に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置10の制御部50は、データ取得部301と、移動制御部302と、判定部303と、作成部304と、吐出制御部305と、照射制御部306と、を有する。また、液体吐出装置10は、制御部50外に、記憶部307を有する。
データ取得部301は、外部(ホスト150等)から印刷データを取得する機能部である。データ取得部301は、例えば、図5に示すホストI/F56、およびCPU51により実行されるプログラムによって実現される。なお、データ取得部301は、記憶部307に保存された印刷データ(外部からの印刷データでもよく、または、液体吐出装置10によって生成された印刷データであってもよい)を取得するものとしてもよい。また、データ取得部301は、外部から3次元の立体物のスライスデータ(後述)を取得するものとしてもよい。
移動制御部302は、キャリッジ駆動部62およびキャリッジ駆動機構23によるキャリッジ21の移動駆動、および、ステージ駆動部63およびステージ駆動機構14によるステージ11の移動駆動の制御を行う機能部である。すなわち、移動制御部302は、キャリッジ21をステージ11に対して相対的に移動させる。移動制御部302は、例えば、図5に示すCPU51により実行されるプログラムによって実現される。
判定部303は、印刷データが示す3次元の立体物を高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域を示すスライスデータから、例えば、層の高さはどのくらいか、印刷領域が2箇所以上であるか否か、印刷領域の幅(または面積)は所定値以上か否か、および、印刷領域間の距離は所定距離以上か否か等の判定を行う機能部である。判定部303は、例えば、図5に示すCPU51により実行されるプログラムによって実現される。なお、液体吐出装置10は、印刷データからスライスデータを生成する別の機能部を備えていてもよく、判定部303がスライスデータを生成するものとしてもよい。また、上述のように、データ取得部301によって、外部で生成されたスライスデータが取得されるものとしてもよい。
作成部304は、判定部303による判定結果を基に、印刷データから得られる各スライスデータにおける各領域(印刷領域および非印刷領域)でどのくらいの照度で硬化光を照射するのかについての割り当てを示す照度マップを作成する機能部である。具体的には、作成部304は、例えば、スライスデータに対して形成動作を行うY座標毎(ライン毎)にX軸方向の照度マップを作成する。作成部304は、例えば、図5に示すCPU51により実行されるプログラムによって実現される。
吐出制御部305は、ヘッド駆動部61による吐出ヘッド22のインクの吐出動作を制御する機能部である。吐出制御部305は、吐出動作のために吐出ヘッド22に印加する駆動波形(駆動電圧)を規定する情報を生成し、ヘッド駆動部61は、当該情報に従って駆動波形を生成する。吐出制御部305は、例えば、図5に示すCPU51により実行されるプログラムによって実現される。
照射制御部306は、照度マップに従って、照射駆動部64による照射部25の硬化光の照射動作を制御する機能部である。照射制御部306は、照度マップから照射動作を規定する情報(例えば、硬化光の照射タイミング、照度、および照射時間(光量)等を規定する情報)を生成し、照射駆動部64は、当該情報に従って硬化光の照射または照射停止を行う。照射制御部306は、例えば、図5に示すCPU51により実行されるプログラムによって実現される。
記憶部307は、各種データを記憶する機能部である。具体的には、記憶部307は、印刷データ、スライスデータ、照度マップ、設定情報、および各種プログラム等を記憶する。記憶部307は、例えば、図5に示すストレージ170によって実現される。
なお、データ取得部301、移動制御部302、判定部303、作成部304、吐出制御部305および照射制御部306の一部または全部は、ソフトウェアであるプログラムではなく、FPGA(Field−Programmable Gate Array)等のハードウェア回路によって実現されてもよい。
また、データ取得部301、移動制御部302、判定部303、作成部304、吐出制御部305および照射制御部306は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図6で独立した機能部として図示した複数の機能部を、1つの機能部として構成してもよい。一方、図6の1つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。
(液体吐出装置の具体的な立体物の形成動作)
本実施形態に係る液体吐出装置10における積層方式による立体物形成方法では、塗膜を下から積層させて立体を形成するため、高層の塗膜を形成する間に、低層部分に硬化光が当たり続ける場合があり、過剰照射による形成部分の変色および画像不良、ならびに形成物の劣化の原因となる。特に、凹凸を有する立体物については、その傾向が強い。
そこで、本実施形態に係る液体吐出装置10は、例えば、原則として、印刷動作を通じて硬化光の照射を受け続ける可能性が高い低層部分の塗膜の形成においては照度を下げ、硬化光の照射を受ける回数が少なくなる高層部分の塗膜の形成においては照度を上げるように調整する。この場合、1層ごとに照度の調整を行ってもよく、数段階の層ごとに照度の調整を行ってもよい。すなわち、照射制御部306は、形成される立体物の高さ方向の各層ごとに、当該層での塗膜の形成動作に用いる照射部25の硬化光の基礎の照度(以下、「基礎照度」と称する場合がある)を設定する。このような基礎照度の設定は、インクの種類、または、システム構成等によって変更させるものとすればよい。立体形成物の高さについては、照度マップに対応するスライスデータが何層目に対応するかで把握してもよく、別途設けられたセンサによって立体形成物の高さを検知して把握するものとしてもよい。なお、上述のように、基礎照度は、低層部分の塗膜の形成においては下げ、硬化光の照射を受ける回数が少なくなる高層部分の塗膜の形成においては上げるものとしたが、各層を通じて同一の基礎照度であってもよい。
次に各層での印刷領域の状態に応じて照度を切り替える動作について説明する。
図7は、立体物の各層の印刷領域に応じて照度を変える動作を説明する図である。図7を参照しながら、まず、立体物の各層の印刷領域に応じて照度を変える動作について説明する。
図7に示すように、立体物41について塗膜を形成している層(対象層)において印刷領域が2箇所(形成部分41aおよび形成部分41b)存在する場合であって、その印刷領域間の距離が十分に大きい場合(例えば、後述の図9に示す距離d0以上である場合)、対象層において形成部分がない領域(非印刷領域)で照射すると、当該非印刷領域に対応する既に塗膜が形成された低層部分に対して硬化光が当たることになる。そこで、照射制御部306は、この場合の非印刷領域では硬化光(照射光LL1、RL1)の照度を最小(例えば、対象層の基礎照度に対して0%の照度)にする。これによって、対象層において印刷領域外の形成部分がない領域(非印刷領域)に対する照射を抑制、すなわち、当該非印刷領域に対応する既に塗膜が形成された低層部分に対する照射を抑制することになり、過剰照射による形成部分の変色および画像不良、ならびに形成物の劣化を抑制することができる。
一方、塗膜を形成している層(対象層)において印刷領域が2箇所存在する場合であって、その印刷領域間の距離が近い場合(例えば、後述の図9に示す距離d0未満である場合)、形成部分ではない部分(非印刷領域)で照射を行わないと硬化光の光量の不足が発生したり、次の印刷領域までに再度照射させることが難しくなる。そこで、照射制御部306は、例えば、非印刷領域において、印刷領域に対する光量の不足を抑制する程度の硬化光(照射光LL1、RL1)の照度(図7の例では、例えば、対象層の基礎照度に対して70%の照度)とする。これによって、非印刷領域における照度の極端な低下による印刷領域での光量不足を抑制することができ、光量不足によるインクの未硬化、混色および着弾位置以外へのインクの流出を抑制し、画質不良を抑制することができる。
また、図7に示す印刷領域である形成部分41a、41bに対する照射部25の硬化光(照射光LL1、RL1)の照度については、後述の図9において詳述する。
図8は、印刷領域ではない領域に対して照射をしないことを説明する図である。図8を参照しながら、印刷領域ではない非印刷領域に対して照射しない動作について説明する。
図8に示すように、立体物42について塗膜を形成している層(対象層)において印刷領域が1箇所(形成部分42a)存在する場合であって、別の印刷領域が存在しない場合、対象層において形成部分がない領域(非印刷領域)で照射すると、当該非印刷領域に対応する既に塗膜が形成された低層部分(形成部分42b)に対して硬化光が当たることになる。また、1箇所の当該印刷領域(形成部分42a)のX軸方向(主走査方向)の幅が非常に小さい場合(例えば、後述の図9に示す所定幅W0未満である場合)、当該印刷領域での硬化光の光量が不足することにより、インクの未硬化、混色および着弾位置以外へのインクの流出等が発生し得る。そこで、照射制御部306は、非印刷領域では硬化光(照射光LL1、RL1)の照射は行わなず、幅が非常に小さい印刷領域(形成部分42a)では光量の不足を抑制する程度の硬化光(照射光LL2)の照度(図8の例では、例えば、対象層の基礎照度に対して90%の照度)とする。これによって、非印刷領域では、既に塗膜が形成された低層部分に対する照射を抑制することになり、過剰照射による形成部分の変色および画像不良、ならびに形成物の劣化を抑制することができる。また、印刷領域では、光量不足によるインクの未硬化、混色および着弾位置以外へのインクの流出を抑制し、画質不良を抑制することができる。
図9は、立体物の各層の印刷領域および非印刷領域の状態に応じた照度マップについて説明する図である。図9を参照しながら、立体物の各層の印刷領域および非印刷領域の状態に応じた照度マップについて説明する。
データ取得部301が外部から取得する印刷データは、液体吐出装置10により形成する立体物(例えば、図9に示す立体物43)の3次元データである。この印刷データから、3次元の立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータが得られる。このスライスデータを用いて、判定部303は、例えば、層の高さはどのくらいか、印刷領域が2箇所以上であるか否か、印刷領域の幅(または面積)は所定値以上か否か、および、印刷領域間の距離は所定距離以上か否か等の判定を行う。さらに、作成部304は、判定部303による判定結果を基に、各スライスデータで示される印刷領域および非印刷領域でどのくらいの照度で硬化光を照射するのかについての割り当てを示す照度マップを作成する。立体物43を示す印刷データおよびスライスデータから作成された照度マップの例を、図9の照度マップ501〜504に示す。例えば、5層目の照度マップ502は、2箇所の印刷領域での照度が基礎照度の80%であり、当該印刷領域間の非印刷領域での照度が基礎照度の70%であることを示している。図9に示すX軸方向は、吐出ヘッド22がインクの吐出を行う方向(主走査方向)を示し、Y軸方向は、印刷媒体となる支持体P、または、吐出ヘッド22が搬送される方向(副走査方向)を示す。なお、上述の主走査方向および副走査方向の態様は、これに限定されるものではなく、液体吐出装置10の構成によって異なる態様として規定されるものとしてもよい。
ここで、キャリッジ21が主走査方向に移動する場合に、照射部25の硬化光の照度の切り替えを行うことができる最小の幅を距離d0とする。この距離d0はキャリッジ21の動作速度Vと、外部(ホスト150等)からの通信またはメモリ等に予め書き込まれた値を実際に照射制御部306が読み込んで照射部25の硬化光の照度を切り替えるまでの時間Δtとの積により求めることができる。
まず、5層目の照度マップ502を例にして、各領域での照度の求め方について説明する。照度マップ502(または、照度マップ502の作成の基になったスライスデータ)には、2箇所の印刷領域が示されている。この2箇所の印刷領域間の距離d1は、上述の距離d0未満であり、かなり近いことから、図7で上述したように、形成部分ではない部分(非印刷領域)で照射を行わないと硬化光の光量の不足が発生したり、次の印刷領域までに再度照射させることが難しくなる。そこで、照射制御部306は、例えば、印刷領域間の非印刷領域において、印刷領域に対する光量の不足を抑制する程度の硬化光の照度となるように、例えば、基礎照度の70%の照度とする。なお、この場合における非印刷領域の照度の求め方としては、上述のように基礎照度に対して所定割合を乗じたものとしてもよく、または、隣接する印刷領域(照度マップ502では照度が80%の印刷領域)の照度に対して所定割合を乗じたものとしてもよい。
次に、7層目の照度マップ503を例にして、各領域での照度の求め方について説明する。照度マップ503(または、照度マップ503の作成の基になったスライスデータ)には、2箇所の印刷領域が示されている。この2箇所の印刷領域間の距離d2は、上述の距離d0よりも十分に大きく、図7で上述したように、対象層において形成部分がない領域(非印刷領域)で照射すると、当該非印刷領域に対応する既に塗膜が形成された低層部分に対して硬化光が当たることになる。そこで、照射制御部306は、例えば、印刷領域間の非印刷領域では硬化光の照度を基礎照度に対して0%の照度にする。
また、照度マップ503において、右側の印刷領域のX軸方向(主走査方向)の幅が、上述の所定幅W0未満である場合、当該印刷領域での硬化光の光量が不足することにより、インクの未硬化、混色および着弾位置以外へのインクの流出等が発生し得る。そこで、照射制御部306は、幅が所定幅W0未満の非常に小さい印刷領域では光量の不足を抑制する程度の硬化光の照度(図9の例では、基礎照度に対して90%の照度)とする。なお、この場合、照射制御部306は、上述の幅の小さい印刷領域での光量の不足を抑制するため、さらに、既に形成された形成部分に影響しない範囲で、当該印刷領域外から硬化光を照射するものとしてもよい。
また、各照度マップにおける印刷領域における照度については、例えば、当該印刷領域のX軸方向の幅に基づいて、適宜、割り当てるものとすればよい。例えば、X軸方向の幅がW0以上である場合は、当該幅に基づいて(例えば、当該幅に比例して、または反比例して)照度を求めるものとしてもよい。例えば、照度マップ502〜504に示す印刷領域では、印刷領域の幅に反比例して照度を割り当てている。また、照度マップ501に示すように、極低層の印刷領域では、他の塗膜(形成部分)への影響が少ないため、基礎照度(すなわち、100%)で照射するものとしてもよい。
なお、照度マップにおける各領域での照度の設定は、上述の照度の決め方それぞれを単体で用いるものとしてもよく、または、複数の決め方を組み合せて用いるものとしてもよい。また、図9に示す各照度マップの印刷領域について均一の照度ではなく、例えば、当該印刷領域の中心に向かうに従って、照度を上げるような制御を組み込んでもよい。また、図9に示す各照度マップにおいて照度の記載がない部分は、原則として硬化光の照射を行わないものとすればよい。
また、図9に示す照度マップ501〜504に示す各印刷領域については、当該印刷領域内で同一の照度として割り当てられているが、これに限定されるものではない。吐出ヘッド22による実際の吐出動作では、X軸方向(主走査方向)に1ライン吐出動作を行った後、Y軸方向(副走査方向)に支持体P、または、吐出ヘッド22を1ライン分移動させ、新たなラインに対してX軸方向に吐出動作を行う。したがって、判定部303は、X軸方向のラインごとに、印刷領域が2箇所以上であるか否か、印刷領域の幅(または面積)は所定値以上か否か、および、印刷領域間の距離は所定距離以上か否か等の判定を行い、作成部304は、X軸方向のラインごとに、判定部303による判定結果を基に、照度マップを作成するものとしてもよい。
(液体吐出装置による立体物形成処理の流れ)
図10は、実施形態に係る液体吐出装置の立体物形成処理の一例を示すフローチャートである。図10に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置10の立体物形成処理の流れについて説明する。なお、データ取得部301は、立体物形成処理の対象となる3次元の立体物を示す印刷データを取得しているものとする。
<ステップS11>
制御部50は、形成動作の対象となる層(対象層)を1層目(n=1)にセットする。そして、ステップS12へ移行する。
<ステップS12>
照射制御部306は、対象層での塗膜の形成動作に用いる照射部25の硬化光の基礎照度を調整(設定)する。なお、この場合、1層ごとに照度の調整を行ってもよく、数段階の層ごとに照度の調整を行ってもよい。そして、ステップS13へ移行する。
<ステップS13>
判定部303は、n層目(対象層)のスライスデータを読み込む。そして、ステップS14へ移行する。
<ステップS14>
判定部303は、スライスデータに示される印刷領域および非印刷領域の状態を確認するため、吐出動作を行う対象のX軸方向のライン(対象ライン)についてスキャンする。そして、ステップS15へ移行する。
<ステップS15>
判定部303は、対象ライン上で、印刷領域が2箇所以上存在するか否かを判定する。印刷領域が1箇所である場合(ステップS15:No)、ステップS16へ移行し、印刷領域が2箇所以上である場合(ステップS15:Yes)、ステップS18へ移行する。
<ステップS16>
判定部303は、対象ライン上の1箇所の印刷領域の幅が所定幅W0以上であるか否かを判定する。所定幅W0以上である場合(ステップS16:Yes)、作成部304は、当該印刷領域の幅に基づいて、適宜割り当て、ステップS23へ移行する。一方、所定幅W0未満である場合(ステップS16:No)、ステップS17へ移行する。
<ステップS17>
作成部304は、判定部303により印刷領域の幅が所定幅W0未満であると判定された場合、当該印刷領域の照度として、光量の不足を抑制する程度となるように基礎照度に対して所定割合(定率)(図9の例では90%)をかけた照度とする。具体的には、作成部304は、幅が所定幅W0以上と判定された印刷領域における照度よりも高い照度に変更するとも言える。そして、ステップS23へ移行する。
<ステップS18>
判定部303は、対象ライン上の2箇所の印刷領域間の距離が距離d0以上であるか否かを判定する。距離d0以上である場合(ステップS18:Yes)、ステップS19へ移行し、距離d0未満である場合(ステップS18:No)、ステップS21へ移行する。
<ステップS19>
作成部304は、判定部303により印刷領域間の距離が距離d0以上であると判定された場合、当該印刷領域間(非印刷領域)の照度として、当該非印刷領域に対応する既に塗膜が形成された低層部分に対して硬化光が当たらないように、硬化光の照度を最小(例えば、基礎照度に対して0%の照度)にする。そして、ステップS20へ移行する。
<ステップS20>
作成部304は、印刷領域の照度として、当該印刷領域のX軸方向の幅に基づいて、適宜、設定する。そして、ステップS23へ移行する。
<ステップS21>
作成部304は、判定部303により印刷領域間の距離が距離d0未満であると判定された場合、当該印刷領域間(非印刷領域)の照度として、印刷領域に対する光量の不足を抑制する程度の照度となるように、基礎照度に対して所定割合(定率)(図9の例では70%)をかけた照度とする。そして、ステップS22へ移行する。
<ステップS22>
作成部304は、印刷領域の照度として、当該印刷領域のX軸方向の幅に基づいて、適宜、設定する。そして、ステップS23へ移行する。
<ステップS23>
作成部304は、形成動作を行うX軸方向の対象ラインについて照度マップを作成する。そして、ステップS24へ移行する。
<ステップS24>
吐出制御部305は、対象層のスライスデータに従って、移動制御部302によりキャリッジ21が対象ラインに沿って移動されながら、吐出ヘッド22によるインクの吐出動作を行うと共に、照射制御部306は、照度マップに従って、照射駆動部64による照射部25の硬化光の照射動作を制御する。そして、ステップS25へ移行する。
<ステップS25>
制御部50は、形成動作を行っているスライスデータの全体について処理が終了したか否かを判定する。スライスデータの全体について処理が終了している場合(ステップS25:Yes)、ステップS26へ移行し、終了していない場合(ステップS25:No)、ステップS28へ移行する。
<ステップS26>
制御部50は、データ取得部301により取得された印刷データ全体、すなわち、当該印刷データに基づくスライスデータすべてについて形成動作(印刷動作)が終了したか否かを判定する。形成動作(印刷動作)が終了した場合(ステップS26:Yes)、液体吐出装置10による立体物形成処理を終了し、形成動作(印刷動作)が終了していない場合(ステップS26:No)、ステップS27へ移行する。
<ステップS27>
制御部50は、形成動作の対象となる層(対象層)を次の層(n=n+1)にセットする。そして、ステップS12へ戻る。
<ステップS28>
移動制御部302は、キャリッジ21をY軸方向へ1ライン分移動させる。1ライン分移動後、次にキャリッジ21がY軸方向に移動するラインが対象ラインとなる。そして、ステップS14へ戻る。
以上のステップS11〜S28の流れで、液体吐出装置10による立体物形成処理が実行される。
以上のように、本実施形態に係る液体吐出装置10では、形成しようとする立体物の各高さ(各層)において、印刷領域および非印刷領域を把握し、当該印刷領域および当該非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する硬化光の照度を設定するものとしている。これによって、凹凸を有する立体物の形成等において、過剰照射による形成部分の変色および画像不良、ならびに形成物の劣化を抑制し、かつ、光量不足によるインクの未硬化、混色および着弾位置以外へのインクの流出を抑制することができ、形成された立体物の品質を向上させることができる。
なお、上述の実施形態において、液体吐出装置10の各機能部の少なくともいずれかがプログラムの実行によって実現される場合、そのプログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供される。また、上述の実施形態に係る液体吐出装置10で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、フレキシブルディスク(FD)、CD−R(Compact Disk−Recordable)、またはDVD(Digital Versatile Disc)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態に係る液体吐出装置10で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態に係る液体吐出装置10で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、上述の実施形態の液体吐出装置10で実行されるプログラムは、上述した各機能部のうち少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU51が上述の記憶装置(ROM52またはストレージ170)からプログラムを読み出して実行することにより、上述の各機能部が主記憶装置(例えば、RAM53)上にロードされて生成されるようになっている。
10 液体吐出装置
11 ステージ
14 ステージ駆動機構
20 立体物形成部
21 キャリッジ
22 吐出ヘッド
22C カラーインクヘッド
22CL クリアインクヘッド
22K、22M、22W、22Y カラーインクヘッド
23 キャリッジ駆動機構
25 照射部
40、41 立体物
41a、41b 形成部分
42 立体物
42a、42b 形成部分
43 立体物
45 液滴
50 制御部
51 CPU
52 ROM
53 RAM
54 ASIC
55 I/O
56 ホストI/F
61 ヘッド駆動部
62 キャリッジ駆動部
63 ステージ駆動部
64 照射駆動部
150 ホスト
160 操作パネル
170 ストレージ
301 データ取得部
302 移動制御部
303 判定部
304 作成部
305 吐出制御部
306 照射制御部
307 記憶部
501〜504 照度マップ
1021 キャリッジ
1022 吐出ヘッド
1025 照射部
1040 立体物
1040a、1040b 形成部分
CA 照射領域
LL1、LL2 照射光
LL100 照射光
P 支持体
RL1 照射光
RL100 照射光
特許第5361842号公報

Claims (12)

  1. 高さ方向の各層で吐出された光硬化型のインクに、照射部から硬化光を照射して該インクを硬化し、該硬化したインクを積層することによって立体物を形成する液体吐出装置であって、
    前記インクを吐出する吐出ヘッドを、前記立体物を形成するステージに対して相対的に移動させる移動制御部と、
    前記立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータに基づいて、前記吐出ヘッドの移動に伴い、前記インクを吐出する吐出制御部と、
    前記各層において、前記スライスデータが示す前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する前記硬化光の照度を変更する照射制御部と、
    を備えた液体吐出装置。
  2. 前記照射制御部は、主走査方向の前記印刷領域間の距離に応じて、該印刷領域間に対応する前記非印刷領域における照度を変更する請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記印刷領域間の距離が所定距離以上であるか否かを判定する判定部を、さらに備え、
    前記照射制御部は、前記判定部によって前記距離が前記所定距離以上であると判定された場合、前記印刷領域間に対応する前記非印刷領域においては前記硬化光を照射させない請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記照射制御部は、前記判定部によって前記距離が前記所定距離未満であると判定された場合、前記印刷領域に対する前記硬化光の不足を抑制する程度の照度に変更する請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記照射制御部は、主走査方向の前記印刷領域の幅に応じて、該印刷領域における照度を変更する請求項1に記載の液体吐出装置。
  6. 前記印刷領域の幅が所定幅以上であるか否かを判定する判定部を、さらに備え、
    前記照射制御部は、前記判定部によって前記幅が前記所定幅未満であると判定された場合、前記印刷領域における照度を、前記所定幅以上であると判定された場合よりも高い照度に変更する請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記照射制御部は、
    前記立体物について高層になるほど高い照度になるように、前記各層に対応する基準照度を設定し、
    前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じた照度の変更については、前記基準照度を基準にして変更する請求項1〜6のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
  8. 前記各層において、前記スライスデータが示す前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じて、各領域の照度を割り当てる照度マップを作成する作成部を、さらに備え、
    前記照射制御部は、前記照度マップに従って、前記照射部から前記硬化光を照射させる請求項1〜7のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
  9. 前記インクを吐出する前記吐出ヘッドと、
    前記硬化光を照射する前記照射部と、
    をさらに備えた請求項1〜8のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
  10. 前記スライスデータを生成する生成部と、
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の液体吐出装置と、
    を有する液体吐出システム。
  11. 高さ方向の各層で吐出された光硬化型のインクに、照射部から硬化光を照射して該インクを硬化し、該硬化したインクを積層することによって立体物を形成する液体吐出装置の液体吐出方法であって、
    前記インクを吐出する吐出ヘッドを、前記立体物を形成するステージに対して相対的に移動させる移動制御ステップと、
    前記立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータに基づいて、前記吐出ヘッドの移動に伴い、前記インクを吐出する吐出制御ステップと、
    前記各層において、前記スライスデータが示す前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する前記硬化光の照度を変更する照射制御ステップと、
    を有する液体吐出方法。
  12. 高さ方向の各層で吐出された光硬化型のインクに、照射部から硬化光を照射して該インクを硬化し、該硬化したインクを積層することによって立体物を形成する液体吐出装置のプログラムであって、
    前記インクを吐出する吐出ヘッドを、前記立体物を形成するステージに対して相対的に移動させる移動制御ステップと、
    前記立体物の高さ方向の各層においてスライスした場合の印刷領域および非印刷領域を示すスライスデータに基づいて、前記吐出ヘッドの移動に伴い、前記インクを吐出する吐出制御ステップと、
    前記各層において、前記スライスデータが示す前記印刷領域および前記非印刷領域の状態に応じて、各領域に対する前記硬化光の照度を変更する照射制御ステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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