JP2021109393A

JP2021109393A - 造形装置及び造形方法

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Publication number: JP2021109393A
Application number: JP2020003352A
Authority: JP
Inventors: 武亮風穴; Takeaki Kazaana
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-08-02

Abstract

【課題】各層の形成時におけるクリアインクの使用量の節約及び平坦化時における造形物表面の品質の悪化を抑制可能な造形装置を提供する。【解決手段】造形物の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像に基づき各層を形成し積層することで造形物を造形する造形装置において、層に対応するスライス画像に基づき層を構成する各吐出位置への着色用の複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定するカラーインク吐出位置決定手段と、カラーインク吐出位置決定手段による処理の実行前にスライス画像の着色領域の各画素について画素の濃淡に基づき画素に対応する吐出位置へのクリアインクの吐出の要否を決定するクリアインク吐出位置決定手段と、カラーインク用ヘッドとクリアインク用ヘッドにカラーインク吐出位置決定手段及びクリアインク吐出位置決定手段での決定に従い各吐出位置に各色のインク及びクリアインクを吐出させる層形成手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関する。

従来、インクジェットヘッドを用いて立体物を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような造形装置においては、例えば、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより造形する積層造形法で立体物を造形する。

特開２０１５−０７１２８２号公報

積層造形法で立体物の造形を行う場合、造形不良が生じないよう、１層の積層厚をできるだけ均一にする必要がある。

１層の積層厚を均一にする方法として、例えば、カラーインクの吐出後、吐出されたカラーインクの量にかかわらず、期待する積層厚以上になるよう、多め且つ一定量のクリアインクを吐出し、期待する積層厚を超えるインクを平坦化ローラで掻き取る方法が挙げられる。

しかし、この方法による場合、平坦化ローラにより掻き取られたインクは廃棄することになるため、掻き取られる量が多ければ、その分コストに無駄が生じる。また、掻き取られるインクの量が多いほど造形物表面の品質が悪化する。

そこで本発明は、上記の課題を解決可能な造形装置及び造形方法を提供することを目的とする。

本発明の造形装置は、予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像に基づき、各層をインクの層として形成し、積層させることにより造形物を造形する造形装置であって、層に対応するスライス画像に基づき、量子化処理により、層を構成する各吐出位置への着色用の複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定するカラーインク吐出位置決定手段と、カラーインク吐出位置決定手段による量子化処理の実行に先立ち、スライス画像の着色領域における各画素について、画素の濃淡に基づき、画素に対応する吐出位置への、透明なインクであるクリアインクの吐出の要否を決定するクリアインク吐出位置決定手段と、複数色のインクのそれぞれを吐出可能なカラーインク用ヘッドと、クリアインクを吐出可能なクリアインク用ヘッドと、カラーインク用ヘッドとクリアインク用ヘッドに、カラーインク吐出位置決定手段及びクリアインク吐出位置決定手段における決定に従い、各吐出位置に各色のインク及びクリアインクを吐出させることにより層を形成する層形成手段と、を備える。

スライス画像は、各画素において、所定の表色系の各色について画素値が多階調で示された画像であってもよい。

また、スライス画像は、複数色のインクの色ごとに分版され、それぞれ各画素において画素値が多階調で示された複数の画像からなるものであってもよい。

分版後のスライス画像に基づき各吐出位置へのクリアインクの吐出の要否を決定することで、分版前のスライス画像に基づき決定する場合と比べ、クリアインクの吐出の要否の決定精度を高めることができる。

クリアインク吐出位置決定手段は、吐出有りの場合には、画素の濃淡に基づきインクのドットサイズを更に決定し、クリアインク用ヘッドは、複数種類のドットサイズのインクを吐出可能であり、層形成手段は、クリアインク用ヘッドに、各吐出位置へ、クリアインク吐出位置決定手段における決定に従ったドットサイズのクリアインクを吐出させてもよい。

これにより、ドットサイズが均一な場合と比べ、より適切な量でクリアインクを充填することができる。

本発明の造形方法は、予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像に基づき、各層をインクの層として形成し、積層させることにより造形物を造形する造形方法であって、層に対応するスライス画像に基づき、量子化処理により、層を構成する各吐出位置への着色用の複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定するカラーインク吐出位置決定ステップと、カラーインク吐出位置決定ステップにおける量子化処理の実行に先立ち、スライス画像の着色領域における各画素について、画素の濃淡に基づき、画素に対応する吐出位置への、透明なインクであるクリアインクの吐出の要否を決定するクリアインク吐出位置決定ステップと、カラーインク用ヘッドとクリアインク用ヘッドに、カラーインク吐出位置決定ステップ及びクリアインク吐出位置決定ステップにおける決定に従い、各吐出位置に各色のインク及びクリアインクを吐出させることにより層を形成する層形成ステップと、を実行する。

クリアインク吐出位置決定ステップは、吐出有りの場合には、画素の濃淡に基づきインクのドットサイズを更に決定し、クリアインク用ヘッドは、複数種類のドットサイズのインクを吐出可能であり、層形成ステップは、クリアインク用ヘッドに、各吐出位置へ、クリアインク吐出位置決定ステップにおける決定に従ったドットサイズのクリアインクを吐出させてもよい。

本発明の造形装置及び造形方法は、クリアインクの吐出の要否を吐出位置ごとに判定し、それに従ってクリアインクを吐出するため、各層の形成時におけるクリアインクの使用量を節約することができるとともに、平坦化の際にインクを掻き取る量も減らすことができるため、造形物表面の品質の悪化を抑えることができる。

本発明の造形装置１００の構成の一例を示す図である。造形装置１００により造形する造形物５０の一例を示す図である。ヘッド部１１０の構成の一例を示す図である。制御部１４０による処理フローの一例を示す図である。クリアインク吐出位置決定手段１４３における吐出位置決定方法を説明する図である。クリアインク吐出位置決定手段１４３における吐出位置決定方法を説明する別の図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明及び図面では、同一の機能部には同一の符号を付し、一度説明した機能部については説明を省略するか、必要な範囲で説明する。

図１に、本発明の造形装置１００の構成の一例を示す。造形装置１００は、積層造形法により立体的な造形物５０を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）である。ここでいう積層造形法とは、造形物５０の３次元形状や表面の色などを示すデータ（以下「造形物データ」という。）を、予め定められた積層方向にインクの層の厚さでスライスし、これにより得られた各層のスライス画像に基づき、各層をインクの層として順次形成し積層していくことで造形物５０を造形する方法である。

図２は、造形装置１００により造形される造形物５０の一例を示す図であり、積層方向（Ｚ方向）と直交する造形物５０の断面であるＸ−Ｙ断面の構成を示したものである。Ｙ方向やＺ方向と垂直な造形物５０のＺ−Ｘ断面やＺ−Ｙ断面の構成も、同様の構成になる。

造形物５０は、内部領域５１及び着色領域５２を少なくとも有する。造形装置１００は、このような断面構成のインクの層を順次形成し積層することにより造形物５０を造形する。

内部領域５１は、造形物５０の内部を構成する領域である。また、本実施形態においては、内部領域５１を白色のインクで形成することで、光反射領域の機能を兼ね備えた領域としている。光反射領域とは、着色領域５２等を介して造形物５０の外側から入射する光を反射するための光反射性の領域のことである。光反射領域は、内部領域５１の周囲に形成される別の領域として形成してもよい。その場合は、内部領域５１を白色のインク以外のインクを用いて形成してもよい。

着色領域５２は、カラーインクにより着色される所定の厚みを持つ領域である。造形装置１００は、ヘッド部１１０の各インクジェットヘッドから各色のカラーインクを吐出し、内部領域５１の周囲に着弾させることにより、各層において内部領域５１の周囲に着色領域５２を形成する。このとき、着色領域５２を構成する各吐出位置（造形装置１００の造形解像度に応じて特定される、インクジェットヘッドから吐出されるインクを着弾させうる各位置）への各色のカラーインクの吐出の有無を適宜決定することにより、着色領域５２において様々な色を表現することができる。

また、表現する色の違いにより、各吐出位置に堆積するカラーインクの量がばらつくと、凹凸のあるインクの層が形成されることになり、このような層を積層することは造形物５０の品質や強度の低下につながる。そこで、本発明においては、後述の方法により、カラーインクが吐出されない吐出位置などに重点的にクリアインクを吐出することで、層の平坦化を図るとともに、クリアインクの使用量の抑制を図る。

なお、造形物５０に求められる品質等に応じ、内部領域５１及び着色領域５２以外の領域を更に形成してもよい。例えば、内部領域５１と着色領域５２との間にクリアインクを吐出することにより透明な領域（内部クリア領域）を形成してもよい。内部クリア領域を形成することにより、例えば、内部領域５１と着色領域５２との間でインクの混色が生じることを防ぐことができる。また、着色領域５２の周囲にクリアインクを吐出することにより透明な領域（外部クリア領域）を形成してもよい。外部クリア領域を形成することにより、例えば、造形物５０の外面を保護することができる。

造形装置１００は、造形物５０を造形するとともに、必要に応じて周囲にサポート層６０を形成してもよい。サポート層６０とは、例えば、造形中の造形物５０の外周を囲むことで造形物を支持する積層構造物であり、造形物５０単体では体勢の安定が保てない形状である場合などに周囲に形成することで、造形中の造形物５０の体勢の安定化を図ることができる。サポート層６０を形成する場合は、除去が容易なサポート層用の公知の材料を用いて造形物５０とともに形成し、造形物５０の造形完了後に除去する。

造形装置１００は、例えば図１に示すように、ヘッド部１１０、造形台１２０、走査駆動部１３０、及び制御部１４０を有する。ただし、造形装置１００は必ずしも物理的に一体的に構成されなくてもよく、例えば、１又は複数の機能部を別の装置として切り出し、有線通信又は無線通信に情報を送受するなどにより一体的に機能させる構成を採ってもよい。

また、以下に説明をする点を除き、造形装置１００は、公知の造形装置と同一又は同様の構成を有してよい。具体的には、以下に説明をする点を除き、造形装置１００は、インクジェットヘッドを用いて造形物５０の材料となる液滴を吐出することで造形を行う公知の造形装置と同一又は同様の特徴を有してよい。また、造形装置１００は、図示した構成以外にも、例えば、造形物５０の造形等に必要な各種構成を更に備えてもよい。

ヘッド部１１０は、造形物５０の材料（造形物用材料）を吐出する部分である。造形物５０の材料は、具体的にはインクであり、より具体的には例えば、所定の条件に応じて硬化するインクである。ヘッド部１１０は、複数のインクジェットヘッド１１１を備え、それぞれのインクジェットヘッドから、後述する制御部１４０による制御に従い、インクの層を構成する各吐出位置に所定のインクを吐出する。各吐出位置は、造形装置１００の造形解像度に応じて決定される。そして、各吐出位置に着弾したインクを所定の条件に応じて硬化させることにより、インクの層が形成される。本例では、所定の条件に応じて硬化するインクとして、紫外線の照射により液体状態から硬化する紫外線硬化型インク（ＵＶインク）を用いる。

また、ヘッド部１１０は、造形物５０の材料として用いるインクに加え、必要に応じサポート層６０の材料であるサポート材として用いるインクを吐出する。これにより、ヘッド部１１０は、造形物５０の周囲にサポート層６０を形成する。

ヘッド部１１０の構成について、更に詳しく説明をする。図３は、ヘッド部１１０の構成の一例を示す。本例において、ヘッド部１１０は、複数のインクジェットヘッド１１１、複数の紫外線光源１１２、及び平坦化ローラ１１３を有する。また、複数のインクジェットヘッド１１１として、図中に示すように、インクジェットヘッド１１１ｓ、インクジェットヘッド１１１ｗ、インクジェットヘッド１１１ｙ、インクジェットヘッド１１１ｍ、インクジェットヘッド１１１ｃ、インクジェットヘッド１１１ｋ、及びインクジェットヘッド１１１ｔを有する。これらの複数のインクジェットヘッド１１１は、吐出ヘッドの一例であり、例えば、副走査方向における位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設される。また、それぞれのインクジェットヘッドは、造形台１２０と対向する面に、所定のノズル列方向へ複数のノズルが並ぶノズル列を有する。また、本例において、ノズル列方向は、副走査方向と平行な方向である。

インクジェットヘッド１１１ｓは、サポート材として用いるインクを吐出するサポート材用インクジェットヘッドである。サポート材としては、例えば、サポート層用の公知の材料を好適に用いることができる。また、ヘッド部１１０における複数のインクジェットヘッド１１１のうち、インクジェットヘッド１１１ｓ以外のインクジェットヘッドは、造形物５０の材料となるインクを吐出する。造形物５０の材料となるインクとは、造形物５０の完成時に造形物の一部を構成するインクのことである。

インクジェットヘッド１１１ｗは、白色（Ｗ色）のインクを吐出する白色インク用インクジェットヘッドである。白色のインクは、光反射性のインクの一例であり、例えば造形物５０において光を反射する性質の領域（光反射領域）を形成する際に用いられる。図２に示す例では、造形物５０の内部を構成する領域である内部領域５１を白色のインクで形成することで、内部領域５１を光反射領域として機能させる。

インクジェットヘッド１１１ｙ、インクジェットヘッド１１１ｍ、インクジェットヘッド１１１ｃ、インクジェットヘッド１１１ｋは、造形物５０の着色領域５２の造形時に用いられるカラーインク用インクジェットヘッドである。より具体的に、インクジェットヘッド１１１ｙは、イエロー色（Ｙ色）のインクを吐出する。インクジェットヘッド１１１ｍは、マゼンタ色（Ｍ色）のインクを吐出する。インクジェットヘッド１１１ｃは、シアン色（Ｃ色）のインクを吐出する。また、インクジェットヘッド１１１ｋは、ブラック色（Ｋ色）のインクを吐出する。また、本例において、ＣＭＹＫの各色は、減法混色法によるフルカラー表現に用いるプロセスカラーの一例である。

インクジェットヘッド１１１ｔは、クリアインクを吐出するクリアインク用インクジェットヘッドである。クリアインクとは、例えば、可視光に対して無色で透明（Ｔ）なクリア色のインクのことである。クリアインクは、造形物５０の着色領域５２の造形時などに用いられる。

なお、カラーインク用インクジェットヘッドとクリアインク用インクジェットヘッドには、必要に応じ、通常の吐出のタイミングで１種類の吐出量のみが設定可能なヘッド（２値ヘッド）を採用してもよいし、複数種類の吐出量（ドットサイズ）を選択して設定可能なヘッド（多値ヘッド）を採用してもよい。

複数の紫外線光源１１２は、インクを硬化させるための光源（ＵＶ光源）であり、紫外線硬化型インクを硬化させる紫外線を発生する。また、本例において、複数の紫外線光源１１２のそれぞれは、間にインクジェットヘッドの並びを挟むように、ヘッド部１１０における主走査方向の一端側及び他端側のそれぞれに配設される。紫外線光源１１２としては、例えば、ＵＶＬＥＤ（紫外ＬＥＤ）等を好適に用いることができる。また、紫外線光源１１２として、メタルハライドランプや水銀ランプ等を用いることも考えられる。

平坦化ローラ１１３は、各インクジェットヘッドから吐出されたインクにより形成されたインクの層を平坦化するための平坦化手段である。平坦化ローラ１１３は、例えば主走査動作時において、インクの層の表面と接触して、硬化前のインクの一部を除去することにより、インクの層を平坦化するとともに、インクの層の厚さを予め設定された厚さに調整する。

以上のような構成のヘッド部１１０を用いることにより、造形物５０を構成するインクの層を適切に形成できる。また、複数のインクの層を重ねて形成することにより、造形物５０を適切に造形できる。

造形台１２０は、造形中の造形物５０を支持する台状部材であり、ヘッド部１１０におけるインクジェットヘッドと対向する位置に配設され、造形中の造形物５０及びサポート層６０を上面に載置する。また、本例において、造形台１２０は、少なくとも上面が積層方向（図中のＺ方向）へ移動可能な構成を有しており、走査駆動部１３０に駆動されることにより、造形物５０の造形の進行に合わせて、少なくとも上面を移動させる。積層方向とは、積層造形法においてインクの層が積層される方向のことである。また、本例において、積層方向は、造形装置１００において予め設定される主走査方向（図中のＹ方向）及び副走査方向（図中のＸ方向）と直交する方向である。

走査駆動部１３０は、造形中の造形物５０に対して相対的に移動する走査動作をヘッド部１１０に行わせる駆動部である。この場合、造形中の造形物５０に対して相対的に移動するとは、例えば、造形台１２０に対して相対的に移動することである。また、ヘッド部１１０に走査動作を行わせるとは、例えば、ヘッド部１１０が有するインクジェットヘッドに走査動作を行わせることである。また、本例において、走査駆動部１３０は、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）、副走査動作（Ｘ走査）、及び積層方向走査（Ｚ走査）をヘッド部１１０に行わせる。

主走査動作とは、造形中の造形物５０に対して相対的に主走査方向へ移動しつつインクを吐出する動作のことである。副走査動作とは、主走査方向と直交する副走査方向へ造形中の造形物５０に対して相対的に移動する動作のことである。副走査動作については、予め設定された送り量だけ副走査方向へ造形台１２０に対して相対的に移動する動作等と考えることもできる。また、積層方向走査とは、造形中の造形物５０に対して相対的に積層方向へヘッド部１１０を移動させる動作のことである。走査駆動部１３０は、造形の動作の進行に合わせてヘッド部１１０に積層方向走査を行わせることにより、積層方向において、造形中の造形物５０に対するインクジェットヘッドの相対位置を調整する。このように構成することで、積層造形法による造形物５０の造形を適切に行うことができる。

制御部１４０は、プロセッサなどを含む構成であり、スライス画像の生成、各インクジェットヘッドにより吐出された各インクを着弾させる吐出位置の決定、及び各吐出位置への各インクジェットヘッドによる各インクの吐出の制御などを行う。

制御部１４０は、スライス画像生成手段１４１、カラーインク吐出位置決定手段１４２、クリアインク吐出位置決定手段１４３及び層形成手段１４４を含む。これらの各手段が行う処理はプロセッサにより実現できる。具体的には、各処理はプログラム等の情報に基づき動作するプロセッサと、各処理の内容が記述されたプログラム等の情報を記憶するメモリにより実現できる。プロセッサは、例えば各手段の機能が個別のハードウェアで実現されてもよいし、各手段の機能が一体のハードウェアで実現されてもよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰなど各種のプロセッサを用いることが可能である。メモリは、例えばＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの半導体メモリ、ハードディスク装置などの磁気記憶装置、光学的記憶装置などを用いることが可能である。メモリはコンピュータにより読み取り可能な命令を格納しており、当該命令がプロセッサにより実行されることで、制御部１４０の各手段の処理が実現される。

続いて、制御部１４０に含まれる各手段が担う処理について説明する。処理フローを図４に示す。

スライス画像生成手段１４１は、造形物５０の形成動作の実行に先立ち、予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物５０の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像を生成し、造形装置１００に合わせた解像度及び表色系への変換を行った上で、造形装置１００で用いる各色のインクで表現される色ごとに分版する（Ｓ１：スライス画像生成ステップ）

具体的には、まず、造形物５０を示す造形物データが入力される（Ｓ１−１）。造形物データは、造形物５０の３次元形状、表面の色、造形時の向きなどを示すデータである。造形物データにおいて、表面の色は、造形装置１００に依存しないＲＧＢ表色系やＣＭＹＫ表色系など、任意の表色系により表現されていてよい。

続いて、スライス画像生成手段１４１は、造形物データに基づき、予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物５０の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像を生成する（Ｓ１−２）。具体的には、造形物データを積層方向にインクの層の厚さでスライスし、スライスされたそれぞれの部分について、断面形状と表面色を抽出し、表面色に所定の厚みを持たせた着色領域５２を内部領域５１の周囲に設けるなどの処理により、内部領域５１及び着色領域５２の断面形状、並びに着色領域５２の配色などを示すスライス画像を生成する。それぞれのスライス画像は、造形物の造形時に形成する複数のインクの層のそれぞれに対応する。

続いて、スライス画像生成手段１４１は、スライス画像の解像度が造形装置１００の造形解像度と異なる場合、造形装置１００の造形解像度に変換する（Ｓ１−３）。

また、スライス画像生成手段１４１は、スライス画像の着色領域５２において表現されている色が造形装置１００に依存しない色である場合、造形装置１００で使用する各色のカラーインクに合わせた色に変換を行う（Ｓ１−４）。

具体的には、例えばまず、スライス画像の着色領域５２において造形装置１００に依存しない形式で表現されている色に対し、予め用意された入力プロファイルに基づき、Ｌａｂ表色系への色変換を行う。ここでいう入力プロファイルとは、例えば、造形物データにおいて使用されている色とＬａｂ表色系の色空間とを対応付けるＩＣＣプロファイルである。これを用い、例えばＲＧＢ表色系又はＣＭＹＫ表色系で造形物データにおいて表現されている色を、Ｌａｂ表色系で表現される色に変換する。

Ｌａｂ表色系への色変換を行った後、スライス画像生成手段１４１は、造形装置１００の特性に合わせて予め用意されたデバイスプロファイルを用いて、造形装置１００で使用する（造形装置１００に依存する）カラーインクの色に合わせた色変換を行う。ここでいうデバイスプロファイルとは、例えば、Ｌａｂ表色系の色空間と造形装置１００で使用するカラーインクの色とを対応付けるＩＣＣプロファイルである。これを用い、Ｌａｂ表色系で表現されている色を、造形装置１００で使用するカラーインクの色（例えばＣＭＹＫ表色系の色）に変換する。

なお、単に造形物データに基づいて造形実行用データを生成することを考えた場合、ＩＣＣプロファイル等のプロファイルを用いた色変換等を行わずに、より単純な方法で色変換を行うこと等も考えられる。すなわち、例えば、造形物データにおいてＲＧＢ表色系で表現されている色について、一定の変換式等に従って形式的にＣＭＹＫ表色系で表現される色に変換すること等も考えられる。

しかし、このような単純な方法で色変換を行った場合、造形物５０において所望の色を適切に表現することが難しくなる場合がある。例えば、立体的な造形物５０を造形する場合、２次元の画像を印刷する場合と比べ、通常、同じ色のインクの組み合わせで表現可能な色の範囲（ガマット）が小さくなる。そのため、ＩＣＣプロファイル等を用いずに単純な方法で色変換を行うと、色の潰れ等が生じやすくなる。そこで、使用するインクに合わせたデバイスプロファイル等を用いて色変換を行うことで、より高い精度で適切に色変換を行うことができる。

続いて、スライス画像生成手段１４１は、これらの処理を行った後の各層のスライス画像を、各色のインクで表現される色ごとに分版する（Ｓ１−５）。

分版は具体的には、スライス画像の着色領域５２の各画素が、例えばＣＭＹＫ表色系で表現されている場合には、Ｃ、Ｍ、Ｙ及びＫのそれぞれの色のインクに対応する４枚の分版スライス画像を生成する。また、少なくとも内部領域５１が白色で形成されるため、白色のインクに対応する分版スライス画像を生成する。更に、サポート層６０を形成する場合には、サポート材として用いるインクに対応する分版スライス画像を生成する。

カラーインク吐出位置決定手段１４２は、インクの層に対応するスライス画像に基づき、量子化処理により、インクの層を構成する各吐出位置への着色用の複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定する（Ｓ３：カラーインク吐出位置決定ステップ）。具体的には、造形物５０を構成するそれぞれのインクの層について、分版された各色のインクに対応するそれぞれの分版スライス画像に対して量子化処理を実行する。

ここでいう量子化処理とは、分版スライス画像を構成する各画素について、多階調で表現された色の明暗の階調を、例えば誤差拡散法やディザ法を用いて、より少ない階調に変換する処理である。

また、ここでいう、より少ない階調とは、インクの吐出有りと吐出無しに対応する２階調である。この場合にはそれぞれの画素が多階調で表現された分版スライス画像を、それぞれの画素が２階調で表現された分版スライス画像に変換する。

クリアインク吐出位置決定手段１４３は、カラーインク吐出位置決定手段１４２による量子化処理（Ｓ３）の実行に先立ち、スライス画像の着色領域における各画素について、画素の濃淡に基づき、画素に対応する吐出位置への、透明なインクであるクリアインクの吐出の要否を決定する（Ｓ２：クリアインク吐出位置決定ステップ）。

すなわち、この吐出位置の決定方法は、量子化処理の実行前のスライス画像における画素の濃淡に基づき、量子化処理後における、対応する吐出位置へのカラーインクの吐出の有無を推定することにより、クリアインクの吐出の要否を決定する方法である。

クリアインクの吐出要否の決定方法を、図５を参照しつつ具体的に説明する。図５(a)は、濃さが最も薄い画素Ｐｗ、クリアインクの吐出の要否の閾値となる濃さの画素Ｐｔ、濃さが最も濃い画素Ｐｂを示したものである。図５(b)は、量子化処理後において推定される、吐出位置でのカラーインクＣの吐出の有無を示したものであり、濃さが画素Ｐｔと比べて薄い画素の場合には、対応する吐出位置においてカラーインクＣが吐出されていないと推定し、濃さが画素Ｐｔと比べて濃い画素の場合は、対応する吐出位置においてカラーインクＣが吐出されていると推定する。そして、図５(c)に示すように、カラーインクＣが吐出されていないと推定した吐出位置にはクリアインクＴを吐出し、吐出されていると推定した吐出位置にはクリアインクＴを吐出しない、というように吐出の要否を決定する。

このように、カラーインクが吐出される吐出位置にクリアインクＴを吐出しないようにすることで、インクの層の厚さの均一化を図ることができるとともに、クリアインクの無駄を減らすことができる。

なお、画素の濃淡の判定後にスライス画像の解像度を変換すると、別途当該画素と吐出位置との対応付けが必要になるため、画素の濃淡の判断対象とするスライス画像は、解像度を造形装置１００の造形解像度に変換する処理（Ｓ１−３）の実行後の、スライス画像の画素と吐出位置とが１対１に対応しているものであることが望ましい。

一方、画素の濃淡の判断対象とするスライス画像は、量子化処理前であれば、造形装置１００に依存しない色を造形装置１００で使用する各色のカラーインクに合わせた色に変換する処理（Ｓ１−４）の実行前のものでも実行後のものでもよいし、分版処理（Ｓ１−５）の実行後のものでもよい。

各画素の濃淡の判断は、具体的には例えば次のような尺度の下で行うことができる。

画素の濃淡の判断対象とするスライス画像が、分版処理の実行前のものであって、画素の色がＲＧＢ表色系において表現されている場合には、例えば、画素のＲの値、Ｇの値及びＢの値の総和が所定の閾値以上のときに、対応する吐出位置にカラーインクが吐出されないと推定してクリアインクの吐出を要すると決定してもよい。また例えば、画像を任意の方法によりグレースケール画像に変換し、画素のグレースケール値が所定の閾値以上のときに、対応する吐出位置にカラーインクが吐出されないと推定してクリアインクの吐出を要すると決定してもよい。また例えば、画素のＲＧＢ値をＬａｂ値に変換し、明度を示すＬ値が所定の閾値以上のときに、対応する吐出位置にカラーインクが吐出されないと推定してクリアインクの吐出を要すると決定してもよい。なお、画素の色がＲＧＢ表色系以外の表色系で表現されている場合にも、上記のＲＧＢ表色系の場合と同様な考え方でクリアインクの吐出の要否を決定することができる。

画素の濃淡の判断対象とするスライス画像が、分版処理の実行後の分版スライス画像であって、分版スライス画像がＣ、Ｍ、Ｙ及びＫのそれぞれのインク色について生成されている場合には、例えば、同じ画素におけるＣの値、Ｍの値、Ｙの値及びＫの値の総和が所定の閾値より小さいときに、対応する吐出位置にカラーインクが吐出されないと推定してクリアインクの吐出を要すると決定してもよい。分版スライス画像の色の組み合わせや色の種類の数が異なる場合にも、上記のＣＭＹＫ表色系の場合と同様な考え方でクリアインクの吐出の要否を決定することができる。

また、ここでは対象の画素の画素値のみから、対応する吐出位置へのクリアインクの吐出の要否を判断する方法を例示したが、例えば、スライス画像を何らかのフィルタ（例えば平滑化フィルタ）にかけるなどにより、当該画素の周辺の画素値を考慮して当該画素の画素値を補正した上で、補正後の画素値に基づき対応する吐出位置へのクリアインクの吐出の要否を判断してもよい。

クリアインク吐出位置決定手段１４３は、以上のように決定した各吐出位置へのクリアインクの吐出の要否が、例えば、それぞれの画素が２階調（すなわち、吐出有りと吐出無し）で表現されたクリアインク用のスライス画像を、各層について生成する。

なお、ヘッド部１１０が備えるクリアインク用インクジェットヘッドが、複数種類の吐出量（ドットサイズ）を選択して設定可能なヘッド（多値ヘッド）の場合、画素の濃さに応じて、クリアインクの吐出量を段階的に設定することが可能である。

例えば、造形装置１００で使用する着色用のインク色がＣＭＹＫの４色であるとき、各吐出位置において、着色用のインクが吐出されない場合、１色吐出される場合、及び２色吐出される場合が想定される。この想定に基づき、量子化処理の実行前のスライス画像における画素の濃淡に対して閾値を２つ設け、薄い方の閾値より薄い場合は、吐出位置に着色用のインクが吐出されておらず、薄い方の閾値より濃く、濃い方の閾値より薄い場合には着色用のインクが１色吐出され、濃い方の閾値より濃い場合には着色用のインクが２色吐出されていると推測することができる。そこで、画素の濃さが、薄い方の閾値より薄い場合には、クリアインクを多めに（大きめのドットサイズで）吐出し、薄い方の閾値より濃く、濃い方の閾値より薄い場合には、クリアインクを少なめに（小さめのドットサイズで）吐出し、濃い方の閾値より濃い場合にはクリアインクを吐出しないようにすることで、インクの層の厚さの均一化を図ることができる。

この場合のクリアインクの吐出要否の決定方法を、図６を参照して具体的に説明する。図６(a)は、濃さが最も薄い画素Ｐｗ、クリアインクの吐出の要否の第１の閾値となる濃さの画素Ｐｔ１、第１の閾値より濃い第２の閾値となる濃さの画素Ｐｔ２、濃さが最も濃い画素Ｐｂを示したものである。図６(b)は、量子化処理後において推定される、吐出位置での第１のカラーインクＣ１及び第２のカラーインクＣ２の吐出の有無を示したものである。このとき、濃さが画素Ｐｔ１と比べて薄い画素の場合には、対応する吐出位置において、いずれのカラーインクも吐出されていないと推定し、濃さが画素Ｐｔ１と比べて濃く、画素Ｐｔ２と比べて薄い画素の場合は、対応する吐出位置において第１のカラーインクＣ１のみが吐出されていると推定し、濃さが画素Ｐｔ２と比べて濃い画素の場合は、対応する吐出位置において両方のカラーインクが吐出されていると推定する。そして、図６(c)に示すように、いずれのカラーインクも吐出されていないと推定した吐出位置には多めのクリアインクＴｍを吐出し、第１のカラーインクＣ１のみが吐出されていると推定した吐出位置には少なめのクリアインクＴｓを吐出し、両方のカラーインクが吐出されていると推定した吐出位置にはクリアインクを吐出しない、というように吐出の要否を決定する。

この場合、クリアインク吐出位置決定手段１４３は、以上のように決定した各吐出位置へのクリアインクの吐出の要否が、例えば、吐出有り（ドットサイズ大）、吐出有り（ドットサイズ小）のそれぞれについて、それぞれの画素が吐出有りと吐出無しに対応する２階調で表現された、クリアインク用の２枚のスライス画像を、各層について生成する。

このように、カラーインクの吐出量に応じてクリアインクの吐出量を増減させることで、インクの層の厚さの均一化を図ることができるとともに、クリアインクの無駄を減らすことができる。

また、クリアインクの吐出量の段階化は、ヘッド部１１０が備えるクリアインク用インクジェットヘッドが、通常の吐出のタイミングで１種類の吐出量のみが設定可能なヘッド（２値ヘッド）であっても、マルチパス方式の採用が可能であれば、例えば往路、復路の２回、同じ吐出位置にクリアインクを吐出させることが技術的には可能である。そのため、この場合においても、多値ヘッドを採用した場合と同様の方法で、カラーインクの吐出量に応じたクリアインクの吐出量の増減を実現することができる。

層形成手段１４４は、カラーインク吐出位置決定手段１４２において生成された量子化処理後の各色の分版スライス画像及びクリアインク吐出位置決定手段１４３において生成されたクリアインク用のスライス画像から、各吐出位置への着色用のインクの吐出の有無及びクリアインクの吐出の要否の情報を読み取り、その情報に従いヘッド部１１０及び走査駆動部１３０を制御してカラーインク用ヘッドとクリアインク用ヘッドに各色のインク及びクリアインクを吐出させる（Ｓ４：層形成ステップ）。これにより、それぞれのインクの層を順次形成することができ、形成した層を積層させることで造形物５０を造形することができる。

以上説明した本発明の造形装置１００は、クリアインクの吐出の要否を吐出位置ごとに判定し、それに従ってクリアインクを吐出するため、各層の形成時におけるクリアインクの使用量を節約することができるとともに、平坦化の際にインクを掻き取る量も減らすことができるため、造形物表面の品質の悪化を抑えることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。すなわち、本発明において表現されている技術的思想の範囲内で適宜変更が可能であり、その様な変更や改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含む。

５０…造形物、５１…内部領域、５２…着色領域、６０…サポート層、１００…造形装置、１１０…ヘッド部、１１１…複数のインクジェットヘッド、１１２…紫外線光源、１１３…平坦化ローラ、１２０…造形台、１３０…走査駆動部、１４０…制御部、１４１…スライス画像生成手段、１４２…カラーインク吐出位置決定手段、１４３…クリアインク吐出位置決定手段、１４４…層形成手段、Ｃ…カラーインク、Ｃ１…第１のカラーインク、Ｃ２…第２のカラーインク、Ｐｂ…最も濃い画素、Ｐｔ…閾値となる濃さの画素、Ｐｔ１…第１の閾値となる濃さの画素、Ｐｔ２…第２の閾値となる濃さの画素、Ｐｗ…最も薄い画素、Ｔ…クリアインク、Ｔｍ…多めのクリアインク、Ｔｓ…少なめのクリアインク

Claims

予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像に基づき、各層をインクの層として形成し、積層させることにより前記造形物を造形する造形装置であって、
前記層に対応する前記スライス画像に基づき、量子化処理により、前記層を構成する各吐出位置への着色用の複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定するカラーインク吐出位置決定手段と、
前記カラーインク吐出位置決定手段による量子化処理の実行に先立ち、前記スライス画像の着色領域における各画素について、画素の濃淡に基づき、前記画素に対応する前記吐出位置への、透明なインクであるクリアインクの吐出の要否を決定するクリアインク吐出位置決定手段と、
前記複数色のインクのそれぞれを吐出可能なカラーインク用ヘッドと、
前記クリアインクを吐出可能なクリアインク用ヘッドと、
前記カラーインク用ヘッドと前記クリアインク用ヘッドに、前記カラーインク吐出位置決定手段及び前記クリアインク吐出位置決定手段における決定に従い、前記各吐出位置に各色のインク及びクリアインクを吐出させることにより前記層を形成する層形成手段と、
を備える造形装置。
前記スライス画像は、前記各画素において、所定の表色系の各色について画素値が多階調で示された画像であることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
前記スライス画像は、前記複数色のインクの色ごとに分版され、それぞれ前記各画素において画素値が多階調で示された複数の画像からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
前記クリアインク吐出位置決定手段は、吐出有りの場合には、画素の濃淡に基づきインクのドットサイズを更に決定し、
前記クリアインク用ヘッドは、複数種類のドットサイズのインクを吐出可能であり、
前記層形成手段は、前記クリアインク用ヘッドに、前記各吐出位置へ、前記クリアインク吐出位置決定手段における決定に従ったドットサイズのクリアインクを吐出させる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の造形装置。
予め定められた積層方向におけるそれぞれ異なる位置での造形物の各層の断面形状及び配色を示す複数のスライス画像に基づき、各層をインクの層として形成し、積層させることにより前記造形物を造形する造形方法であって、
前記層に対応する前記スライス画像に基づき、量子化処理により、前記層を構成する各吐出位置への複数色のインクそれぞれの吐出の有無を決定するカラーインク吐出位置決定ステップと、
前記カラーインク吐出位置決定ステップにおける量子化処理の実行に先立ち、前記スライス画像の着色領域における各画素について、画素の濃淡に基づき、前記画素に対応する前記吐出位置への、透明なインクであるクリアインクの吐出の要否を決定するクリアインク吐出位置決定ステップと、
カラーインク用ヘッドとクリアインク用ヘッドに、前記カラーインク吐出位置決定ステップ及び前記クリアインク吐出位置決定ステップにおける決定に従い、前記各吐出位置に各色のインク及びクリアインクを吐出させることにより前記層を形成する層形成ステップと、
を実行する造形方法。
前記スライス画像は、前記各画素において、所定の表色系の各色について画素値が多階調で示された画像であることを特徴とする請求項５に記載の造形方法。
前記スライス画像は、前記複数色のインクの色ごとに分版され、それぞれ前記各画素において画素値が多階調で示された複数の画像からなる
ことを特徴とする請求項５に記載の造形方法。
前記クリアインク吐出位置決定ステップは、吐出有りの場合には、画素の濃淡に基づきインクのドットサイズを更に決定し、
前記層形成ステップは、クリアインク用ヘッドに、前記各吐出位置へ、前記クリアインク吐出位置決定ステップにおける決定に従ったドットサイズのクリアインクを吐出させる
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の造形方法。