JP2020114630A - 造形装置、システム、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の立体造形物を造形する造形装置、システム、方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】 立体造形物を造形する造形装置であって、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、造形層の形状を測定する造形物形状測定部３４０と、造形物形状測定部３４０が測定した造形層の高さに基づいて、当該造形層の上部の造形層を造形する動作を補正する動作パラメータ補正部３５０とを含む。【選択図】 図３

Description

本発明は、造形装置、システム、方法およびプログラムに関する。

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、造形の過程において補正処理を行う必要がある。

造形における補正処理を行う技術として、特開２０１６−１０７４６２号公報（特許文献１）では、事前に造形したライン状造形物の幅と、ライン幅の予測値とを比較して吐出パラメータを設定する技術が開示されている。

しかしながら、事前の造形結果に基づいて補正を行う特許文献１では、造形物が造形処理の過程で変形する場合や、層状の造形物を造形した場合の変形には対応できず、充分な補正を行うことができなかった。

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、システム、方法およびプログラム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、
前記造形層の形状を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した前記造形層の高さに基づいて、前記造形層の上部の造形層を造形する動作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、システム、方法およびプログラムが提供される。

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。 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立体造形物の高さの測定を示す図。 本実施形態においてダミー造形処理によって動作パラメータを補正する処理のフローチャート。 本実施形態において積層厚を補正する例を示す図。 立体造形物を造形する際の造形層表面の高さ分布を説明する図。 本実施形態において高さ分布に基づく造形層の補正を説明する図。 本実施形態における造形開始端部および造形終了端部の補正を説明する図。 本実施形態におけるフィラメント供給速度の制御による端部の形状について説明する図。 本実施形態におけるヘッドの移動経路の補正を説明する図。

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。

造形装置１００は、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のノズルからステージ１２０上に造形材料１４０が吐出され、ｘｙ平面に造形層を造形する。ヘッド１１０は、ワイヤ状の造形材料１４０のフィラメントを溶融させるヒータや、フィラメントを供給するエクストルーダなどを具備する。

造形装置１００は、造形材料１４０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平面の形状や、ステージ１２０の上面を基準とした立体造形物のｚ軸方向の寸法（高さ）などを測定することができる。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。

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、動作パラメータ補正部３５０、記憶部３６０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、各造形層の造形データを生成する手段である。造形データ生成部３２０は、入力された形状データを、立体造形物が所望の形状となるような造形データに変換する。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。

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が動作する造形処理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、造形材料１４０の吐出量やフィラメントの搬送速度、ヘッド１１０の移動速度や移動経路、積層ピッチなどの種々のパラメータやアルゴリズム（以下、「動作パラメータ」として参照する）を制御しながら造形できる。また、動作パラメータは、立体造形物の形状の測定結果に応じて、適宜補正することができる。

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、造形中の造形層の形状やダミー造形物の形状を、寸法や高さなどの測定データとして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。また、造形物形状測定部３４０は、造形層の各ｘｙ座標における高さを測定することで、造形層の高さ分布を算出することができる。

動作パラメータ補正部３５０は、造形物形状測定部３４０が測定した結果に基づいて、動作パラメータを補正する手段である。動作パラメータの一例として、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、ヘッド１１０の移動速度や移動経路、積層ピッチなどが含まれる。動作パラメータ補正部３５０による動作パラメータの補正は、造形データが補正されたことに相当することから、所望の形状の立体造形物を造形することができる。

記憶部３６０は、形状データ、造形データ、測定データ、各種パラメータの設定値、補正データ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３６０は、各機能手段によって、各種の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、本実施形態の造形装置１００が実行する具体的な処理について説明する。図４は、本実施形態において造形装置１００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１００は、ステップＳ１０００から処理を開始する。次に、造形装置１００は、ステップＳ１００１でダミー造形処理を行うことができる。造形装置１００が立体造形物の造形処理の前にダミー造形処理を行うことにより、動作パラメータを適切に補正して設定することができ、立体造形物の精度を向上することができる。なお、ダミー造形処理の実施は、省略することもできる。また、ダミー造形処理は、任意のタイミングで行うこともでき、例えば、立体造形物を造形している途中で行うことで、ダミー造形処理の詳細については、後述する。

ステップＳ１００２では、データ入力部３１０が、情報処理端末１５０から立体造形物の形状データの入力を受け付ける。形状データは、ステップＳ１００３において、造形データ生成部３２０によって分割される。形状データは、立体造形物の高さと積層ピッチに基づいて算出される層数Ｎに分割され、１層ごとの形状を示すスライスデータとして分割される。ステップＳ１００４では、造形データ生成部３２０は、分割された形状データに基づいて、立体造形物の１層目の造形データを生成する。造形データは、造形ユニット制御部３３０に出力される。

ステップＳ１００５において、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を制御し、1層目の造形層を造形する。その後、ステップＳ１００６では、第Ｎ層まで造形したか否か、すなわち、全ての造形層を造形し、立体造形物が完成したか否かによって処理を分岐する。第Ｎ層まで造形した場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１０１０に進み、造形装置１００は、処理を終了する。第Ｎ層まで造形していない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１００７に進む。

ステップＳ１００７では、造形物形状測定部３４０が、造形した立体造形物の形状を測定する。ここで、ステップＳ１００７における形状の測定について、図５を以て説明する。

図５は、本実施形態における立体造形物の高さの測定を示す図である。図５（ａ）は、ステージ１２０上に第ｎ層まで造形された立体造形物の斜視図である。また、図５（ｂ）には、図５（ａ）に示した立体造形物のｚｘ断面を示す。造形物形状測定部３４０は、ステージ１２０の上面から、第ｎ層まで造形された立体造形物の上面との距離を高さＨとして測定する。また、造形物形状測定部３４０は、立体造形物の上面を一定間隔で走査して、各位置の高さを測定することで、第ｎ層の造形層の高さ分布を算出することができる。なお、造形物形状測定部３４０は、高さＨ以外にも、造形層のｘｙ平面形状を測定することができる。

説明を図４に戻す。ステップＳ１００７で造形物の形状を測定した後、動作パラメータ補正部３５０は、ステップＳ１００８において動作パラメータを補正する。動作パラメータの補正は、ステップＳ１００７における測定結果に基づいて行うことができ、例えば、造形層の高さが、所望の立体形状の高さよりも低い場合には、次の造形層の積層厚が大きくなるように、造形材料１４０の吐出量や、吐出口から造形面までの距離（いわゆる「ノズルギャップ」）などといった各種の動作パラメータを補正する。なお、他の好ましい実施形態においては、ステップＳ１００７とＳ１００８との間に、ステップＳ１００１と同様のダミー造形処理を行ってもよい。

ステップＳ１００９では、造形データ生成部３２０は、ステップＳ１００４と同様に、分割された形状データに基づいて、立体造形物の次層の造形データを生成する。その後、造形装置１００は、ステップＳ１００５の処理に戻り、全ての造形層を造形するまで上記の各処理を繰り返す。これによって造形装置１００は、所望の形状の立体造形物を造形することができる。

次に、ステップＳ１００１におけるダミー造形処理について説明する。図６は、本実施形態においてダミー造形処理によって動作パラメータを補正する処理のフローチャートである。

図６に示すように、造形装置１００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、造形ユニット制御部３３０は、ダミー造形物の造形データに基づいて造形ユニット２０６を制御し、ダミー造形物を造形する。ダミー造形物の造形データは、あらかじめ記憶部３６０に格納しておくことができる。ダミー造形物は、例えば、１層または複数の層からなる形状とすることができるが、ダミー造形物の形状は特に限定されない。

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。なお、ステップＳ２００２における形状の測定は、ステップＳ１００７の処理と同様である。

次に、ステップＳ２００３において、動作パラメータ補正部３５０は、ステップＳ２００２における測定結果に基づいて動作パラメータを補正する。なお、ステップＳ２００３における動作パラメータの補正は、ステップＳ１００８の処理と同様である。その後、ステップＳ２００４において、造形装置１００は、ダミー造形処理を終了する。

図４，６に示すフローチャートによって説明した処理によれば、造形装置１００は、所望の形状の立体造形物を造形することができる。以下では、より具体的な実施形態について説明する。

図７は、本実施形態において積層厚を補正する例を示す図である。立体造形においては、ノズルギャップを適切にすることで、造形材料１４０の吐出圧力や、下層との接着性を一定とすることができ、造形精度を安定させることができる。したがって、ノズルギャップを所定の距離とすることが好ましい。そこで本実施形態では、造形層の高さ分布に基づいて、ノズルギャップを調節することで、動作パラメータを補正する。

図７（ａ）は、１層のダミー造形物が造形された例を示しており、ダミー造形物は、造形層の厚さが、あらかじめ設定された積層厚設定値となるような動作パラメータで以て造形されている（ステップＳ２００１）。一方で、図７（ａ）に示すダミー造形物の形状を測定すると（ステップＳ２００２）、ダミー造形物の造形層の厚さは、所定の積層厚設定値よりも小さい。したがって、動作パラメータ補正部３５０は、積層厚設定値と造形層の厚さとの差分を造形誤差として算出し、造形誤差に基づいてノズルギャップなどの動作パラメータを補正する（ステップＳ２００３）。

図７（ｂ）は、立体造形物の造形途中に動作パラメータを補正する場合の例である。図７（ｂ）左の太い破線で示す形状が、入力された形状データ、すなわち所望の立体造形物の形状である。また、図７（ｂ）右は、第ｎ層まで造形された立体造形物の形状を示している。

ここで、形状データに基づいて造形される立体造形物の理想的な高さは、第ｎ層まで造形した時点でＨｎ、第ｎ＋１層まで造形した時点でＨｎ＋１であるものとする。一方で、図７（ｂ）右に示すように、実際に第ｎ層まで造形された立体造形物の形状を測定した場合に（ステップＳ１００７）、立体造形物の高さがＨｎ’であったとする。このとき、動作パラメータ補正部３５０は、ＨｎとＨｎ’との差分を造形誤差として算出する。そして、所定の積層厚設定値に造形誤差を加えて第ｎ＋１層積層厚とし、第ｎ＋１層の造形層を造形した後の立体造形物の高さがＨｎ＋１となるように動作パラメータを補正する（ステップＳ１００８）。その後、第ｎ＋１層の造形データを生成し（ステップＳ１００９）、造形処理を行う。

図７で説明した補正によれば、所望の積層厚で以て造形層を造形することができるので、精度の高い立体造形物を造形することができる。また、他の好ましい実施形態では、造形層の造形過程で生じる凹凸を加味して、動作パラメータを補正してもよい。図８は、立体造形物を造形する際の造形層表面の高さ分布を説明する図である。

図８（ａ）は、ｘ軸方向に移動するヘッド１１０の吐出口から溶融した造形材料１４０がステージ１２０上に吐出されることで、造形する動作を示している。溶融した造形材料１４０は、フィラメント供給手段（エクストルーダ）によって圧力がかけられることで押し出されることから、ヘッド１１０の移動方向の後方で膨らみ、固化する。

図８（ｂ−１）〜（ｂ−３）は、造形層を造形する動作をｘ軸方向に沿って見た図である。図８（ｂ−１）は、造形層を構成する第１の線描を造形する動作を、図８（ｂ−２）は、造形層を構成する第２の線描を造形する動作を、それぞれ示している。１層の造形層を造形する場合において第２の線描を造形する際には、図８（ｂ−２）に示すように、ヘッド１１０が第１の線描と干渉することがある。このとき、第１の線描の造形材料１４０が固化していない場合には、ヘッド１１０の移動によって第１の線描が削られ、所望の形状から変化する。

これが繰り返されて造形層が造形されると、図８（ｂ−３）に示すように、造形層の表面に意図しない凹凸が生じる。これによって、造形層を平滑化した高さが、層ごとで不均一となり、立体造形物の造形精度を低下せしめることとなる。そこで、本実施形態では、造形層の表面の高さ分布に応じて、表面の平坦性を保つために、吐出量が適切となるように動作パラメータの補正を行う。図９は、本実施形態において高さ分布に基づく造形層の補正を説明する図である。

図９（ａ）は、平滑化した高さに基づく吐出量の補正値を算出する指標を示す関数である。本実施形態では、まずｘｙ平面における高さの中央値、すなわち、図８（ｂ−３）に示すような平滑化した高さを算出する。平滑化した高さに対して、ｘｙ平面上におけるｚ方向の寸法（高さ）が、高い傾向（以下、「山傾向」として参照する）であるか、低い傾向（以下、「谷傾向」として参照する）であるかを示す指標（以下、「山・谷指標」として参照する）に基づいて、吐出量の補正値を算出する。

例えば、立体造形物が山傾向にあり、山・谷指標が高い場合には、吐出量が過剰であり、立体造形物が所定のｘｙ平面よりも溢れているものと判定する。この場合、図９（ａ）の山・谷指標に応じて吐出量が少なくなるように、次層を造形する際の動作パラメータを補正する。一方で、立体造形物が谷傾向にあり、山・谷指標が低い場合には、吐出量が過少であり、立体造形物と所定のｘｙ平面との間に空間が生じているものと判定する。この場合、図９（ａ）の山・谷指標に応じて吐出量が多くなるように、次層を造形する際の動作パラメータを補正する。なお、山・谷指標が０の場合には、立体造形物の形状は、許容誤差の範囲内であると判定して、吐出量を増減する補正を行わない。

図９（ｂ）、（ｃ）は、吐出量の補正の有無による高さ分布を示すグラフであり、立体造形物の断面に相当する。図９（ｂ）、（ｃ）では、任意のｘ座標におけるｙ軸方向の高さ分布を測定し、吐出量の補正の有無による比較をしている。図９（ｃ）に示すように、本実施形態による吐出量を補正することで、立体造形物の表面の平坦性が改善できることが示された。なお、同様に、他の複数のｘ座標においても高さ分布を測定したところ、吐出量を補正することで、立体造形物の表面の平坦性が改善されたことを確認した。

次に、造形材料１４０を吐出しながら移動するヘッド１１０の経路の端部の形状について図１０および図１１を以て説明する。図１０は、本実施形態における造形開始端部および造形終了端部の補正を説明する図である。また、図１１は、本実施形態におけるフィラメント供給速度の制御による端部の形状について説明する図である。以下では、図１０および図１１を適宜参照しながら実施形態を説明する。

図１０（ａ）に示すように、ヘッド１１０は、立体造形物の原材料となるフィラメントを供給速度Ｖｆで以て溶融させながら供給し、移動速度Ｖｈで移動する。このとき、フィラメントの供給速度が常に一定である場合には、造形開始位置近傍では造形材料１４０が不足し、また、造形終了位置を超えて造形されることとなり、立体造形物の造形精度が低下する。

そこで本実施形態では、線描形状の造形の両端部においてフィラメント供給速度を制御する補正を行う。より具体的には、造形開始端部では、造形を開始する直前のフィラメント供給速度を高速とする「リスタート動作」を行い、造形終了端部では、フィラメントを引き戻す「リトラクト動作」を行う。図１０（ｂ）および（ｃ）は、ヘッド移動速度の時間変化およびフィラメント供給速度の時間変化をそれぞれ示している。

図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、ヘッド１１０が移動を介する直前には、通常の速度よりも高速でフィラメントを供給するリスタート動作を行い、造形開始端部近傍の造形材料１４０の不足を補完している。また、ヘッド１１０が移動を終了した後、フィラメント供給速度がマイナス、すなわちフィラメントを引き戻すリトラクト動作を行うことで、造形終了端部の造形材料１４０の量が過剰となるのを抑制している。

図１１（ａ）は、リスタート動作およびリトラクト動作の有無による造形の端部の形状の差異を示しており、長さＬの線描を造形する例の上面図を示している。図１１（ａ）上図のように端部制御を行わない場合には、造形開始端部近傍の形状が細くなり、また、造形終了位置を超えて線描が造形されている。したがって、所望の形状の造形とはならず、線描の造形を繰り返して立体造形物を造形した場合に、所望の立体造形物とならない。

一方で図１１（ａ）下図のように端部制御を行うと、造形開始位置から造形終了位置まで適切に線描を造形することができ、所望の長さとすることができる。これによって、所望の立体造形物を造形することができる。

ところで、上記のような適切な端部制御を行う場合には、フィラメントのリスタート速度、リトラクト速度を補正することが好ましい。そこで本実施形態では、立体造形物の造形前や造形途中にダミー造形処理を行い、動作パラメータを補正することができる。図１１（ｂ）は、端部制御した線描をダミー造形して、適切なフィラメント供給速度に補正する例を示している。

図１１（ｂ）の矢線は、ヘッド１１０の移動経路を示しており、ここでは、３つの値のリスタート速度およびリトラクト速度によって長さＬの線描をダミー造形する例を示している。造形物形状測定部３４０がダミー造形物の形状を測定し、長さや幅などが適切な条件を造形時の動作パラメータとして設定する。

例えば、リスタート速度およびリトラクト速度がＶｆ１の場合（図１１（ｂ）上図）やＶｆ３の場合（図１１（ｂ）下図）には、線描の形状が均一ではなく、動作パラメータとしては不適切である。一方で、リスタート速度およびリトラクト速度がＶｆ２の場合（図１１（ｂ）中図）には、線描の形状が均一であることから、Ｖｆ２を造形時の動作パラメータとして設定する補正を行う。これによって、所望の立体造形物を造形することができる。

次に、ヘッド１１０の移動経路が屈曲している場合における、屈曲部近傍の形状およびその補正について図１２を以て説明する。図１２は、本実施形態におけるヘッド１１０の移動経路の補正を説明する図である。図１２中の破線で表される矢線は、ヘッド１１０の移動経路を示している。図１２（ａ）のように、ヘッド１１０の移動経路が一定角度以下で屈曲している場合には、ヘッド１１０は、屈曲点の近傍で加減速する。このような場合に、当該屈曲点近傍では、吐出量制御がヘッド１１０の加減速に追従できないため、造形材料１４０の吐出量制御が適切になされず、造形材料１４０の溢れや不足が生じ、所望の形状を造形することができない場合がある。

そこで本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、ヘッド１１０の移動経路を補正し、屈曲点近傍におけるヘッド１１０の加減速を抑制することができる。図１２（ｂ）では、屈曲点近傍の移動経路に内接する経路補間円の円周に沿うように、ヘッド１１０の移動経路を補正している。

一般に経路補間円の半径が大きいほうが、造形材料１４０の溢れや不足が起こりにくい。一方で、経路補間円の半径が大きくなると、補正した移動経路が当初の移動経路と乖離することとなり、所望の形状が造形できなくなる。そこで本実施形態では、種々の半径の経路補間円でダミー造形を行い、造形物形状測定部３４０が測定するダミー造形物の形状に基づいて、適切な半径の経路補間円を設定することで動作パラメータを補正することができる。

例えば、図１２（ａ）に示すように、直角に屈曲した形状を造形する場合に、図１２（ｂ）〜（ｄ）に示す３種類の経路補間円で補正した形状についてダミー造形を行う。例えば、図１２（ｃ）に示すような半径が大きい経路補間円で補正する場合には、直角形状からの乖離が大きく、所望の立体造形物とならない。また、図１２（ｄ）に示すような半径が小さい経路補間円で補正する場合には、屈曲点近傍は直角に近い形状であるため、造形材料１４０の溢れや不足が生じることとなり、所望の立体造形物とならない。

そこで、造形材料１４０の溢れや不足が生じていないダミー造形のうち、経路補間円の半径が最小のものに基づいて、動作パラメータを補正する。すなわち、図１２の例では、図１２（ｂ）に示す経路補間円の半径が適切であるとして、動作パラメータ補正部３５０は移動経路を補正する。これによって、所望の立体造形物を造形することができる。

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、システム、方法およびプログラム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…動作パラメータ補正部、３６０…記憶部

特開２０１６−１０７４６２号公報

Claims (11)

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、
   前記造形層の形状を測定する測定手段と、
   前記測定手段が測定した前記造形層の高さに基づいて、前記造形層の上部の造形層を造形する動作を補正する補正手段と
   を含む、造形装置。
2. 前記測定手段は、前記造形層の複数の座標における高さを測定することで、高さ分布を算出し、
   前記補正手段は、前記高さ分布に基づいて前記動作を補正する、請求項１に記載の造形装置。
3. 前記造形手段は、ダミー造形物を造形し、
   前記補正手段は、前記ダミー造形物の形状に基づいて、前記立体造形物を造形する動作を補正する、請求項１または２に記載の造形装置。
4. 前記造形手段は、前記立体造形物の造形前および前記立体造形物の造形中のうち、少なくとも一方のタイミングで前記ダミー造形物を造形する、請求項３に記載の造形装置。
5. 前記補正手段は、造形層を構成する造形材料の量を補正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形装置。
6. 前記補正手段は、前記立体造形物を造形する位置と前記造形手段との距離を補正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. 前記補正手段は、前記測定手段が測定した前記造形層の形状に基づいて、造形開始端部および造形終了端部における造形量を補正することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の造形装置。
8. 前記補正手段は、前記測定手段が測定した前記造形層の形状に基づいて、屈曲部の形状を補正することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の造形装置。
9. 立体造形物を造形するシステムであって、
   造形データに基づいて、造形層を造形する造形手段と、
   前記造形層の形状を測定する測定手段と、
   前記測定手段が測定した前記造形層の高さに基づいて、前記造形層の上部の造形層を造形する動作を補正する補正手段と
   を含む、システム。
10. 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した前記造形層の高さに基づいて、前記造形層の上部の造形層を造形する動作を補正し、次の造形層を造形するステップと
    を含む、方法。
11. 立体造形物を造形する装置が実行するプログラムであって、前記装置を
    造形データに基づいて、造形層を造形する造形手段、
    前記造形層の形状を測定する測定手段、
    前記測定手段が測定した前記造形層の高さに基づいて、前記造形層の上部の造形層を造形する動作を補正する補正手段
    として機能させる、プログラム。