JP2019171770A - 造形装置、制御装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の立体造形物を造形する造形装置、制御装置および方法を提供すること。【解決手段】 立体造形物を造形する造形装置であって、各造形層の造形データに基づいて造形層を造形する造形ユニット２０６と、造形層の平面形状を測定する造形物形状測定部３４０と、測定手段により測定された造形層の平面形状と造形データとの誤差を補正するフィードバック制御をおこなう補正部（１）３６０と、平面形状データ依存性の誤差を補正するフィードフォワード制御をおこなう補正部（２）３６０ｂと、フィードフォワード制御における補正をダミー造形によって修正する修正フローＳ１００１とを含む。【選択図】 図５

Description

本発明は、造形装置、制御装置および方法に関する。

入力されたデータに基づいて、立体造形物を造形する造形装置（いわゆる「３Ｄプリンタ」）が開発されている。立体造形を行う方法は、例えば、ＦＦＦ（Fused Filament Fabrication、熱溶解フィラメント製造法）、ＳＬＳ（Selective Laser Sintering、粉末焼結積層造形法）、ＭＪ（Material Jetting、マテリアルジェッティング）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting、電子ビーム溶解法）、ＳＬＡ（Stereolithography Apparatus、光造形法）など、種々の方法が提案されている。

しかしながら、所望の立体造形物が造形できない場合があり、造形処理を補正する必要がある。

造形処理を補正する技術として、特開２０１７−２０５９７５号公報（特許文献１）では、形状のパターンによって変形を予測し、データの補正を行う技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、造形の環境条件などの影響を考慮しておらず、変形の予測精度が充分ではなかった。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、所望の立体造形物を造形する造形装置、制御装置および方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の実施形態によれば、立体造形物を造形する造形装置であって、
造形データに基づいて、造形層を造形する造形手段と、
前記造形層の平面形状を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記造形層の平面形状と、前記造形層の造形データとに基づいて、前記造形層の次に造形される造形層の造形データを補正する補正手段と
を含む、造形装置が提供される。

上述したように、本発明によれば、所望の立体造形物を造形する造形装置、制御装置および方法が提供される。

本発明の実施形態における立体造形システム全体の概略構成を示す図。 本実施形態の造形装置に含まれるハードウェア構成を示す図。 本実施形態の造形装置に含まれるソフトウェアブロック図。 造形物の形状が変形する例とそれに対するフィードバック補正について説明する図。 本実施形態におけるデータフローを示す図。 本実施形態において造形装置が立体造形物を造形する処理のフローチャート。 本実施形態における造形物の形状の変形とそれに対するフィードフォワード補正について説明する図。 本実施形態におけるダミー造形処理のフローチャート。 本実施形態におけるメイン造形処理のフローチャート。 ダミー造形物の例を示す図。

以下、本発明を、各実施形態をもって説明するが、本発明は後述する各実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。また、以下の説明では、主としてＦＦＦ方式の造形装置で以て本発明を説明するが、実施形態を限定するものではない。

また、以下では、説明の便宜上、立体造形物の高さ方向をｚ軸方向とし、ｚ軸に直交する面をｘｙ平面として説明する。

図１は、本発明の実施形態における立体造形システム全体の概略構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、立体造形システムには、立体造形物を造形する造形装置１００が含まれる。造形装置１００は、例えば情報処理端末１５０から、造形したい立体造形物の形状データが送信され、当該形状データに基づいて、立体造形物を造形する。また、情報処理端末１５０は、造形装置１００が実行する処理を制御する制御装置として動作してもよい。なお、造形装置１００の中に、情報処理端末１５０の機能が組み込まれていてもよい。

図１（ｂ）に示すように、ｘｙ平面と平行に移動可能なヘッド１１０から、ステージ１２０上に造形材料１４０が吐出され、ｘｙ平面に造形層が造形される。１次元の線描を、同一平面内に描画することで、立体造形物のうち１層分の造形層を造形する。１層目の造形層が造形されると、ステージ１２０は、ｚ軸に沿う方向に１層分の高さ（積層ピッチ）だけ下がる。その後、１層目と同様にヘッド１１０が駆動して、２層目の造形層を造形する。造形装置１００は、これらの動作を繰り返すことで、造形層を積層し、立体造形物を造形する。なお、ヘッド１１０がｘｙ平面を移動し、ステージ１２０がｚ軸方向を移動する構成を例に説明したが、上述した構成は本実施形態を限定するものではなく、これ以外の構成であってもよい。

また、本実施形態の造形装置１００は、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状を測定するためのセンサ１３０を具備する。センサ１３０は、造形層のｘｙ平面を測定してもよい。図１（ｃ）に示すように、好ましい実施形態では、センサ１３０は、造形中として、例えば、ヘッド１１０による造形動作に連動して、造形層の形状を測定してもよい。また、立体造形物の測定は、１層の造形層が造形されるごとに行ってもよい。なお、立体造形物の測定をどのタイミングで、どの範囲で行うかは、任意に選択することができ、特に実施形態を限定するものではない。

次に、造形装置１００のハードウェア構成について説明する。図２は、本実施形態の造形装置１００に含まれるハードウェア構成を示す図である。造形装置１００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＡＭ２０２と、ＲＯＭ２０３と、記憶装置２０４と、インターフェース２０５と、造形ユニット２０６と、形状センサ２０７とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。

ＣＰＵ２０１は、造形装置１００の動作を制御するプログラムを実行し、所定の処理を行う装置である。ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムの実行空間を提供するための揮発性の記憶装置であり、プログラムやデータの格納用、展開用として使用される。ＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムやファームウェアなどを記憶するための不揮発性の記憶装置である。

記憶装置２０４は、造形装置１００を機能させるＯＳや各種アプリケーション、設定情報、各種データなどを記憶する、読み書き可能な不揮発性の記憶装置である。インターフェース２０５は、造形装置１００と他の機器とを接続する装置である。インターフェース２０５は、例えば、情報処理端末１５０や、ネットワーク、外部記憶装置などと接続することができ、インターフェース２０５を介して、造形動作の制御データや、立体造形物の形状データなどを受信することができる。

造形ユニット２０６は、造形手段として、造形データに基づいて造形層を造形する装置である。造形ユニット２０６は、ヘッド１１０や、ステージ１２０などを含んで、造形方式に応じて構成される。例えば、ＦＦＦ方式における造形ユニット２０６は、造形材料１４０を溶融する加熱機構や、造形材料１４０を吐出するノズルなどを含む。ＳＬＳ方式における造形ユニット２０６は、レーザ光源などを含む。

形状センサ２０７は、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状を測定する装置である。形状センサ２０７は、造形層のｘｙ平面を測定してもよい。また、形状センサ２０７は、立体造形物のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向の寸法などを測定してもよい。形状センサ２０７の例としては、赤外線センサ、カメラ、および３Ｄ計測センサ（例えば、光切断プロファイルセンサ）などが挙げられる。

次に、本実施形態における各ハードウェアによって実行される機能手段について、図３を以て説明する。図３は、本実施形態の造形装置１００に含まれるソフトウェアブロック図である。

造形装置１００は、データ入力部３１０、造形データ生成部３２０、造形ユニット制御部３３０、造形物形状測定部３４０、補正ベクトル算出部３５０、補正部（１）３６０、補正部（２）３６０ｂ、記憶部３７０を含む。

データ入力部３１０は、立体造形物を造形するための形状データなどの入力を受け付ける手段である。形状データは、一例として、情報処理端末１５０などで作成され、インターフェース２０５を介して、データ入力部３１０に入力される。

造形データ生成部３２０は、データ入力部３１０に入力された形状データを立体造形物の高さ方向に対して分割し、複数の造形層の造形データを生成する手段である。造形データは、造形される立体造形物を積層ピッチ単位で分割することで、積層される各層を造形するための造形層を示すデータとして生成される。造形データは、各層のｘｙ平面座標において、造形するかしないかを示す二値データとすることができる。また、好ましい実施形態では、単に各座標での造形の有無だけでなく、各座標における造形量や造形材料の吐出量などをパラメータとして含んでもよい。なお、図３では、造形データ生成部３２０は造形装置１００に含まれているが、情報処理端末１５０に含まれてもよい。この場合、情報処理端末１５０で生成された造形データが、造形装置１００に送信され、造形処理が実行される。

造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいて、造形ユニット２０６が造形する動作を制御する手段である。造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいてヘッド１１０の位置やステージ１２０の高さを調整することで、造形の速度、積層ピッチなどの種々のパラメータやアルゴリズムを制御しながら造形できる。また、造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいて造形量を制御することができる。例えば、ＦＦＦ方式では、造形材料１４０の吐出量を制御でき、ＳＬＳ方式では、レーザの強度を制御できる。

造形物形状測定部３４０は、測定手段として、形状センサ２０７を制御し、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状として、寸法や高さなどの測定データを測定する手段である。造形物形状測定部３４０は、測定した結果を測定データとして取得する。

補正ベクトル算出部３５０は、算出手段として、測定データと、造形データとに基づいて、補正ベクトルを算出する。つまり、造形データに基づいて造形される立体造形物の形状を、所望の形状にするための補正ベクトルを算出する。立体造形物の形状は、造形材料１４０の種類や、周囲温度などの各種条件によって変動することがある。ここで用いられる測定データは、１層目からｎ層目までに造形された複数の造形層を測定したデータであってもよい。また、造形材料１４０が冷却や硬化した後では、造形直後と比べて、収縮や反りが生じることもある。収縮などが生じたまま積層を続けると、所望する立体造形物と異なる立体造形物が造形される場合がある。したがって、造形データと、実際に造形された造形層の形状を示す測定データとの誤差に基づく補正ベクトルを、次層以降の造形データにフィードバックして補正を行う。補正ベクトル算出部３５０は、比較部３５１と、変形ベクトル算出部３５２とを含んで構成される。

比較部３５１は、造形データと、造形物形状測定部３４０で測定された測定データとを比較する。変形ベクトル算出部３５２は、比較した結果に基づいて、造形された立体像造形物の平面形状が、造形される基となった造形データに対して、どのように変位したのかを示すベクトルを算出する。補正ベクトル算出部３５０は、変形ベクトルに基づいて、補正ベクトルを算出する。補正ベクトルは、造形される造形物の誤差が小さくなるように求められ、一例として、変形ベクトルに対して逆方向に歪ませる形状を出力するような補正ベクトルとすることができる。

補正部（１）３６０は、立体造形物を造形する造形データを補正する手段である。補正部（１）３６０は、補正ベクトル算出部３５０が算出した補正ベクトルに基づいて、造形ユニット制御部３３０が実行する造形の動作が変更されるように、造形データを補正することができる。ここで、造形の動作を変更とは、造形データに含まれるパラメータやアルゴリズムの変更を示す。パラメータやアルゴリズムの一例として、造形される立体造形物の形状、造形層ごとの寸法や、高さ、造形データに基づく造形量、造形材料の溶融温度、造形の速度、積層ピッチなどが含まれる。造形データが補正された場合には、造形ユニット制御部３３０は、補正造形データに基づいて、造形処理を実行する。

補正部（２）３６０ｂは、造形データのうち、一部または全部が所定の形状に一致する場合に、あらかじめ定められた補正を適用して、補正造形データを出力する。所定の形状は１つまたは複数を用意しておき、それぞれにあらかじめ有効な補正データを求めておく。

記憶部３７０は、形状データ、造形データ、測定データ、補正ベクトルなどの種々のデータを記憶装置２０４に記憶する手段である。記憶部３７０は、各機能手段によって、各種データが書き込まれ、また、読み出される。

上記の各機能手段によって、精度の高い立体造形物を造形することができる。

なお、上述したソフトウェアブロックは、ＣＰＵ２０１が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、各実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。

次に本実施形態において所望の立体造形物を造形するより具体的な例について説明する。以下の説明では、図４、５を適宜参照しながら説明するものとする。図４は、造形物の形状が変形する例と、それに対するフィードバック補正について説明する図であり、図５は、本実施形態におけるデータフローを示す図である。

造形された立体造形物は、造形処理の過程で誤差が生じ、造形データと異なる形状で造形されることがある。また、造形装置１００によって造形された立体造形物は、時間の経過に伴って冷却されることによって熱収縮などが起こり、造形直後と、冷却後とでは立体造形物の形状が変化することがある。例えば、図４（ａ）に造形直後と、冷却後の立体造形物の形状を示す。破線は、造形直後の形状で、実線は、冷却後の形状である。立体造形物は、冷却により、破線の形状から実線の形状に収縮するので、所望の形状と異なる立体造形物が造形される。本実施形態では、各層の造形誤差や収縮による平面形状の変形を補正するための補正ベクトルを算出し、各層の平面形状を補正する。

図５に示すように、ｎ層まで造形された立体造形物の第ｎ層のｘｙ平面の形状を造形物形状測定部３４０が測定し、測定データ（平面形状）を取得する。比較部３５１は、第ｎ層造形データ（平面形状）と、第ｎ層の測定データ（平面形状）とを比較し、変形ベクトル算出部３５２は、造形された造形層が収縮したことによる変形ベクトルを算出する。補正ベクトル算出部３５０は、変形ベクトルに基づいて補正ベクトルを算出する。

ここで、造形層の誤差の例を、図４（ｂ−１）に示す。破線は、造形データに基づく平面形状を表し、実線は、実際に造形された造形層の平面形状を表す。比較部３５１は、造形データに基づく平面形状と、実際に造形された造形層の平面形状とを比較する。変形ベクトル算出部３５２は、比較部３５１による比較結果に基づいて、変形ベクトルを算出する。変形ベクトルは、図４（ｂ−１）に例示するような矢線であり、造形された造形層の端部が変位した方向および変位量を示す。

また、図４（ｂ−２）は、平面形状の変形ベクトルに基づいて算出される、造形層全体の変形ベクトルを示すベクトル場の例である。ベクトル場は、造形層の内部において形状が変位した蓋然性の高い変形ベクトルを推定し、平面形状の変形ベクトルを補間することで求めることができる。

補正ベクトル算出部３５０は、図４に示す変形ベクトルやベクトル場に基づいて、次層の造形誤差を補正する補正ベクトルを算出する。例えば、第ｎ層と第ｎ＋１層が同じ形状である場合には、第ｎ層で発生した変形が第ｎ＋１層でも発生する蓋然性が高いものとみなして、第ｎ層の平面形状の変形ベクトルに基づいて補正ベクトルを算出することができる。また、第ｎ層と第ｎ＋１層が異なる形状である場合には、第ｎ層の造形層全体の変形を示すベクトル場に基づいて補正ベクトルを算出することができる。算出した補正ベクトルは、図５に示すように、補正部（１）３６０に出力される。

図４（ｂ−３）に算出した補正ベクトルの例を示す。補正ベクトルは、基本的には変形ベクトルを反転したものになる。補正しすぎて発振することがないよう、変形ベクトルの大きさよりは小さくなるように補正ベクトルを決める必要がある。

図４（ｂ−４）に、第ｎ層と第ｎ＋１層が異なる形状である場合の補正の例を示す。第ｎ層の造形データ（平面形状）１３０に対して、第ｎ＋１層の造形データ（平面形状）１３１が与えられたとする。このとき、補正ベクトルによって形状は補正され、１３２を得る（図の例では、上の端の外側への補正量は小さく、下の端の外側への補正量は大きい）。

補正部（１）３６０は、補正ベクトルに基づいて、第ｎ＋１層造形データを補正し、第ｎ＋１層補正造形データを生成する。すなわち、第ｎ＋１層補正造形データは、第ｎ層までの測定結果に基づく、造形誤差による変位量が補正された造形データである。そして、造形データに基づいて、造形ユニット制御部３３０は、造形ユニット２０６を制御する。

次に、本実施形態の造形装置が実行する具体的な処理について説明する。図６は、本実施形態において造形装置が立体造形物を造形する処理のフローチャートである。

造形装置は、ステップＳ１０００から造形処理を開始する。ステップＳ１００１で、造形装置は、補正ベクトルを修正するためのダミー造形処理を行う。なお、ダミー造形は省略することもできる。

ステップＳ１００２では、造形装置は、所望する形状の立体造形物を造形する、メイン造形処理を行う。メイン造形を行った後、ステップＳ１００３で造形装置は処理を終了する。

以下に、造形される形状と、ダミー造形処理、メイン造形処理の詳細について説明する。図７は、本実施形態における造形物の形状の変形とそのフィードフォワード補正とその修正について説明する図である。図８は、本実施形態におけるダミー造形処理のフローチャートである。図９は、本実施形態におけるメイン造形処理のフローチャートである。また、図８および図９の説明では、適宜図７を参照しながら説明するものとする。

例えば、所望する形状が図７（ａ−１）に示すように、ｘｙ平面に９０度の角を含む形状であった場合について説明する。この造形データに基づいて造形すると、造形材料の表面張力や粘度によって、図７（ａ−２）に示す形状の造形物が造形されるものとする。つまり、造形データに示される９０度の角は含まれずに、角が丸みを帯びた形状となる。補正部（２）３６０ｂは、あらかじめ図７（ａ−１）のような形状に対して、図７（ｂ−１）のような形状になるように補正を行う。その結果、実際に造形される造形物は図７（ｂ−２）のような形状となり、所望の造形データの形状（図７（ａ−１））を造形することができる。

図８に示すように、造形装置は、ステップＳ２０００からダミー造形処理を開始する。ステップＳ２００１では、造形ユニット２０６は、所定の形状をしたダミー造形物を造形する。ここでは、一例として、図７（ａ−１）に示す９０度の角度を含む造形データに基づいて、あらかじめ所定の補正を行い、図７（ｂ−１）の造形物を造形したものとする。

ステップＳ２００２では、造形物形状測定部３４０は、造形されたダミー造形物の形状を測定する。ここでは、ダミー造形物は、図７（ｃ−１）のような形状が造形され、測定されたものとする。すなわち、図７（ａ−１）の形状に対して、角がとがった形状で造形されたものとする。図７（ｃ−２）は、図７（ｃ−１）の破線で示す領域を拡大した図であり、変形ベクトルを矢線で以て示している。比較部３５１で造形データ（例では図７（ａ−１））と測定データ（例では図７（ｃ−１））とを比較する。

変形ベクトル算出部３５２は、ステップＳ２００３で、測定されたダミー造形物の形状データに基づいて、造形の基となった造形データと比較して、変形ベクトルを算出する（例では図７（ｃ−２））。

補正ベクトル算出部３５０は、ステップＳ２００４で、変形ベクトルに基づいて、図４に示したものと同様の手順で補正ベクトルを算出する（例では、図７（ｃ−３））。以降、補正部（２）３６０ｂでは、修正された補正ベクトルを使って補正をおこなう。なお、ステップＳ２００４において、補正ベクトルは、新たに算出されてもよいし、あらかじめ設定されていた補正ベクトルを修正することとしてもよい。修正された補正ベクトルを適用して再度同じ形状を造形し、所望の形状になるまで繰り返してもよい。ステップＳ２００４で修正された補正ベクトルは、記憶部３７０に記憶することができる。結果として、例えば図７（ａ−１）の造形データに対しては、補正部（２）３６０ｂでもともとは図７（ｂ−１）のように補正されるはずであったが、図７（ｃ−３）のように補正されるように修正された。

なお、ダミー造形物によって補正ベクトルを算出する場合には、補正の精度を向上するために、複数のダミー造形物に基づいて補正ベクトルを算出してもよい。このような場合には、ステップＳ２００５では、全てのダミー造形物を造形し、補正ベクトルを算出したか否かによって処理を分岐する。

全てのダミー造形物について造形、補正ベクトルの算出をした場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２００６に進み、ダミー造形処理を終了する。全てのダミー造形物について造形、補正ベクトルの算出をしていない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２００１に戻り、他のダミー造形物についてもステップＳ２００１〜Ｓ２００４の処理を繰り返す。

このようにしてダミー造形物を造形して、補正ベクトルを算出することで造形物の造形精度を向上できる。例えば、ダミー造形物の基となる造形データが図７（ａ−１）のような形状であって、あらかじめ図７（ｂ−１）のような形状に補正することになっていたとして、ダミー造形によって実際には図７（ｃ−１）になることがわかれば、補正形状は図７（ｂ−１）ではなく図７（ｃ−３）とするように修正することで、造形物の角の収縮に対応でき、所望の形状の立体造形物を造形することができる。

ダミー造形処理によって補正ベクトルを算出することで、その後に行うメイン造形処理での造形精度を向上できる。造形装置は、図９に示すように、ステップＳ３０００からメイン造形処理を開始する。

ステップＳ３００１では、造形データ生成部３２０は、データ入力部３１０に入力された立体形状データを層ごとに分割したスライスデータとして、平面形状の造形データを生成する。ここでは、一例として、所望の形状は、図７（ａ−１）に示す形状であって、ステップＳ３００１では、この形状を造形するための造形データを生成したものとする。

ステップＳ３００２では、補正部（２）３６０ｂは、造形データの平面形状に応じた補正ベクトルを適用して、造形データを補正する。まず、造形データの中で、所定の形状に一致する部分を探索する。例えば、造形データの中で図７（ａ−１）に一致する部分があったとする。所定の形状に対しては、あらかじめ補正ベクトルが定められており、それを適用して補正する。ダミー造形をおこなって、あらかじめ定められた補正ベクトルが修正されている場合は、その修正された補正ベクトルを適用して補正する。すなわち、造形データを図７（ｂ−１）の造形データに補正することで、造形誤差や収縮による変形が考慮されるので、図７（ｂ−２）に示す形状の立体造形物が造形できる蓋然性が高い。したがって、ステップＳ３００２では、適用し得る形状の補正ベクトルによって、造形データを補正する（形状データ依存性の変形をフィードフォワード制御で補正する）。なお、適用する補正ベクトルは、同じ形状のものでなくてもよく、例えば、類似する形状の補正ベクトルによって補正してもよい。

ステップＳ３００３では、補正部（１）３６０は、前の層の造形データ（平面形状）と、造形結果（平面形状）との誤差に基づいて算出した補正ベクトル場を適用して、造形データを補正する（平面形状をフィードバック制御で補正する）。

ステップＳ３００４では、造形ユニット制御部３３０が、補正された造形データに基づいて造形ユニット２０６を制御して、造形層を造形する。その後、ステップＳ３００５では、全ての造形層を造形したかによって処理を分岐する。全ての造形層を造形した場合には（ＹＥＳ）、立体造形物が完成したことから、ステップＳ３０１０に進み、メイン造形処理を終了する。全ての造形層を造形していない場合には（ＮＯ）、次層を造形するために、ステップＳ３００６に進む。

ステップＳ３００６では、次層の造形層を補正するために、造形物の平面形状を測定する。ステップＳ３００４で造形された造形層は、補正された造形データに基づくので、所望の形状で造形されている。しかしながら、造形物の形状は、種々の条件によって変わり得るものであり、補正してもなお所望の形状からの変形が生じる場合がある。例えば、図７（ｂ−１）に示すように補正したとしても、補正量が過剰であった場合には、図７（ｃ−１）のように補正箇所が突出するような形状となることがある。したがって、ステップＳ３００６以降では、図５に示したように、造形した層（第ｎ層）の測定データに基づく補正ベクトルによって、次層（第ｎ＋１層）以降の造形データを補正して造形する。

ステップＳ３００６では、造形物形状測定部３４０が、造形物の形状を測定し、測定データを補正ベクトル算出部３５０に出力する。補正ベクトル算出部３５０の比較部３５１は、造形物の測定データと造形データとを比較する。

ステップＳ３００７では、変形ベクトル算出部３５２は、造形層の平面形状の変形ベクトルを算出する。その後、ステップＳ３００８で、変形ベクトル算出部３５２は、変形ベクトルに基づく造形層全体の変形ベクトル場を算出する。

ステップＳ３００９では、変形ベクトル算出部３５２は、変形ベクトル場に基づいて、補正ベクトルを算出する。具体的には、図４、図５に示した手順に従って補正ベクトルを算出する。

ステップＳ３００９の後、ステップＳ３００３に戻り、全ての造形層を造形するまで、上記の各処理を繰り返す。これによって、所望の形状の立体造形物を造形することができる。

なお、上述したようにダミー造形物の形状は、任意の形状であってもよい。図１０は、ダミー造形物の例を示す図である。

ダミー造形物は、例えば図１０（ａ−１）〜（ａ−５）に示すような、様々な角度の角であってもよい。様々な平面形状において、あらかじめ補正ベクトルを定めておき、ダミー造形によって補正ベクトルを修正することで、任意形状においても最初から最適な補正ベクトルを適用できる部分が多くなり、造形精度を向上できる。

また、ダミー造形物は、図１０（ｂ）に示すような、１つの線描であってもよい。一般に、ＦＦＦ方式による立体造形物の造形においては、ノズルから吐出される造形材料１４０の吐出量と、造形される線幅は正比例する。しかしながら、造形材料１４０の吐出量は、原材料の物性や形状、溶融させる温度など、種々の要因によって変動し得る。立体造形物の精度向上のためには、造形線幅は一定であることが望ましく、吐出量を安定させることが必要である。したがって、ダミー造形物を線描とすることで、適切な吐出量となる補正を算出することができ、造形精度を向上できる。

さらに、ダミー造形物は、図１０（ｃ）に示すような、浮き部分を有するブリッジ構造の線描であってもよい。下層に造形層がないブリッジ構造であっても、浮き部分の距離が短ければ、造形材料がもつ粘性によってブリッジ構造を造形することができる。しかしながら、立体造形物が硬化するまでの間に、ブリッジ構造が自重によって垂れ下がることがあり、造形精度が低下する。また、ブリッジ構造に垂れ下がりが生じると、線幅が細くなる場合があることから、やはり造形精度が低下する。したがって、ダミー造形物をブリッジ構造とすることで、線描の場合と同様に、適切な吐出量となる補正を算出することができ、造形精度を向上できる。

なお、図１０の説明では、ＦＦＦ方式での造形を例示したが、他の造形方式であっても同様に線幅を補正することができる。例えば、ＳＬＳ方式やＥＢＭ方式では、レーザ強度を調整することで線幅を補正できる。また、ＭＪ方式では、インクジェットヘッドの吐出滴量を調整することで線幅を補正できる。

以上、説明した本発明の各実施形態によれば、所望の立体造形物を造形する造形装置、制御装置および方法を提供することができる。

上述した本発明の各実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１００…造形装置、１１０…ヘッド、１２０…ステージ、１３０…センサ、１４０…造形材料、１５０…情報処理端末、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＡＭ、２０３…ＲＯＭ、２０４…記憶装置、２０５…インターフェース、２０６…造形ユニット、２０７…形状センサ、３１０…データ入力部、３２０…造形データ生成部、３３０…造形ユニット制御部、３４０…造形物形状測定部、３５０…補正ベクトル算出部、３５１…比較部、３５２…変形ベクトル算出部、３６０…補正部（１）、３６０ｂ…補正部（２）、３７０…記憶部

特開２０１７−２０５９７５号公報

Claims (8)

1. 立体造形物を造形する造形装置であって、
   造形データに基づいて、造形層を造形する造形手段と、
   前記造形層の平面形状を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定された前記造形層の平面形状と、前記造形層の造形データとに基づいて、前記造形層の次に造形される造形層の造形データを補正する補正手段と
   を含む、造形装置。
2. 造形層の所定の形状に応じた所定の補正形状を記憶し、前記造形層の平面形状の一部または全部が所定の形状に一致する場合に、所定の補正を行うことを特徴とする、請求項１に記載の造形装置。
3. 前記所定の補正形状は、ダミー造形物を造形し、前記ダミー造形物を測定することによって修正されることを特徴とする、請求項２に記載の造形装置。
4. 前記ダミー造形物は、線描の造形物であること、請求項３に記載の造形装置。
5. 前記線描の造形物は、浮き部分を有する線描である、請求項４に記載の造形装置。
6. 前記測定手段は、造形物の立体形状を測定し、造形層の平面形状を算出することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の造形装置。
7. 立体造形物を造形する造形装置の動作を制御する制御装置であって、
   造形層の平面形状を測定する測定手段により測定された造形層の平面形状と、前記造形層の造形データとに基づいて、前記造形層の次に造形される造形層の造形データを補正する補正手段を含む、制御装置。
8. 立体造形物を造形する方法であって、
   造形データに基づいて、造形層を造形するステップと、
   前記造形層の平面形状を測定するステップと、
   前記測定するステップにおいて測定された前記造形層の平面形状と、前記造形層の造形データとに基づいて、造形データを補正し、次の造形層を造形するステップと
   を含む、方法。