JP2021115773A - 印刷装置、印刷方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】立体感のある画像を印刷するときに高さ方向の制御分解能を高める。【解決手段】画像202の下層又は上層に立体パターン201を形成する特定液体40Bを吐出するノズル311と、ノズル311で吐出される特定液体40Bを硬化させる照射部313と、特定液体40Bの吐出と照射部313による硬化とを繰り返して、特定液体40Bを硬化させた層を積層して立体パターン201を形成する制御をする印刷制御部20とを備え、立体パターン201を形成する特定液体40Bには、一層当たりの厚さが異なる第1透明液体40T1と第2透明液体40T2を含む。【選択図】図2

Description

本発明は印刷装置、印刷方法に関する。
例えば活性エネルギー線硬化型樹脂を含む液体を使用して、複数の樹脂層を厚み方向に積層することで立体感のある画像を印刷するものがある。
従来、1種類の液体を使用して所定層数分積層するものが知られている(特許文献1)。
特開2018−144038号公報
しかしながら、特許文献1に開示の構成にあっては、積層方向の制御分解能は1種類の液体で形成される一層の高さに依存するという課題がある。この場合、滴サイズを小さくすると画像が埋まらないという課題が生じる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体感のある画像を印刷するときの高さ方向の制御分解能を高めることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る印刷装置は、
画像の下層又は上層に立体パターンを形成する液体を吐出する吐出手段と、
前記吐出手段で吐出される前記液体を硬化させる硬化手段と、
前記吐出手段による前記液体の吐出と前記硬化手段による硬化とを繰り返して、前記液体を硬化させた層を積層して前記立体パターンを形成する制御をする手段と、を備え、
前記立体パターンを形成する液体には、一層当たりの厚さが異なる少なくとも2つの液体を含む
構成とした。
本発明によれば、立体感のある画像を印刷するときに高さ方向の制御分解能を高めることができる。
本発明の第1実施形態に係る印刷装置の一例の説明図である。 同じく正面説明図である。 同印刷装置の立体パターンの制御に係る部分の説明に供するブロック説明図である。 同じく印刷制御部のハードウェアの構成の一例の説明に供するブロック図である。 液体を多層化して立体感のある画像を印刷するときの液体(硬化物)の重ね合わせ順序の一例を説明する説明図である。 本発明の第1実施形態における重ね制御の説明に供するフロー図である。 特定液体の組み合わせ毎のZ方向高さの一例を説明する説明図である。 Z方向高さスケール値と液体重ね数の対応の説明に供する説明図である。 第1透明液体40T1(第1液体)と第2透明液体40T2(第2液体)の組成と硬化状態の違いを説明する説明図である。 第1透明液体40T1(第1液体)と第2透明液体40T2(第2液体)の層を形成した場合の平滑性を説明する説明図である。 本発明の第2実施形態における立体パターンの制御に係る部分のブロック説明図である。 同実施形態の重ね制御の説明に供するフロー図である。 同実施形態の作用効果の説明に供する第1実施形態と第2実施形態の違いを説明する説明図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は同実施形態に係る印刷装置の一例の説明図、図2は同じく正面説明図である。
印刷装置10は、印刷制御部20と、印刷機構部30とを備える。印刷制御部20と印刷機構部30とは、通信可能に接続されている。
印刷制御部20は、ホストと接続され、印刷データを受領する。そして、印刷制御部20は、受領した印刷データに基づいて、印刷機構部(エンジン部)30を制御し、支持体100上に設置される基材101上に画像502及び立体パターン501で構成される印刷画像500を印刷する。
ホストは、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読取装置、デジタルカメラなどの撮像装置などである。
印刷機構部30は、液体を吐出するヘッド31と、可動ステージ32と、駆動部33とを備える。
ヘッド31は、液体を吐出する複数のノズル311を備える。また、ヘッド31は、ノズル311に対し、液体を供給する液体供給部312を備える。
ヘッド31は、液体供給部312から供給される液体を各ノズル311から吐出することによって基材101上にドットを形成する。ノズル311は、ヘッド31における、可動ステージ32との対向面に設けられている。
なお、本実施形態のヘッド31は、一つのヘッドの複数のノズルからそれぞれの色の液体を吐出する構成としたが、これに限るものではない。例えば、吐出する液体毎にヘッドを備える構成でも、2以上のヘッドに吐出する液体を割り振る構成でもよい。
可動ステージ32は、支持体100を保持する。駆動部33は、ヘッド31及び可動ステージ32を、鉛直方向Z、鉛直方向Zに垂直な主走査方向X、及び、鉛直方向Z及び主走査方向Xに垂直な副走査方向Yに、相対的に移動させる。本実施形態では、主走査方向X及び副走査方向Yからなる平面は、可動ステージ32におけるヘッド31との対向面に沿ったXY平面に相当する。
駆動部33は、第1駆動部331及び第2駆動部332を含む。第1駆動部331は、ヘッド31を、鉛直方向Z、主走査方向X、及び副走査方向Yに移動させる。第2駆動部332は、可動ステージ32を、鉛直方向Z、主走査方向X、及び副走査方向Yに移動させる。
なお、本実施形態では、ヘッド31及び可動ステージ32のいずれもXYZ方向に移動可能としているが、ヘッド31及び可動ステージ32のいずれか一方を移動させる構成とすることもできる。
次に、ヘッド31の各ノズル311から吐出する液体について図2を参照して説明する。ヘッド31の各ノズル311から吐出される液体には、主として画像の形成に使用する液体(これを「画像用液体」という。)と、主として立体パターンの形成に使用する液体(これを「特定液体」という。)と、を含む。
画像用液体は、画像に用いる色材を含む、例えば、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の4色の液体である。すなわち、本実施形態では、「画像」は、画像用液体によって形成する画像を意味する。
特定液体は、画像に影響を与えない色の液体である。特定液体は、例えば、ホワイト(W)、無色透明(以下、単に「透明」という。)の液体などである。
また、特定液体は、基材101と同系色であってもよい。基材101は、液体が付与されて画像が形成される付与対象である。基材101は、例えば、記録媒体である。また、液体ジェット方式等を用いて液体を吐出することにより、基材101を構成することもできる。
なお、画像用液体の色や数は、上述したものに限るものではない。例えば、レッド(R)、ブルー(B)、グリーン(G)などの液体を追加したり、一部を置換したりすることができる。
ヘッド31から吐出する液体は、活性エネルギー線硬化型樹脂を含む。本実施形態では、紫外線硬化型樹脂を使用しているが、これに限定さるものではない。例えば、光(紫外線、赤外線など)、熱、電気などで硬化するものであってもよい。
ヘッド31は、主走査方向Xに複数のノズル311を配列させた構成である。各ノズル311は、滴状の液体(液滴)40として、画像用液体40A(40K、40C、40M、40Y)と、特定液体40B(40W、40T1、40T2)を吐出する。
本実施形態では、特定液体40Bとして、ホワイト(W)の液体(白色液体)40Wと、第1透明液体40T1と、第2透明液体40T2とを吐出する構成としている。これらの白色液体40W、第1透明液体40T1、第2透明液体40T2は、いずれも立体パターンを形成する液体であり、白色液体40W、第1透明液体40T1、第2透明液体40T2を吐出するノズル311が本発明における吐出手段となる。
ここで、第1透明液体40T1及び第2透明液体40T2は、立体パターン501を形成するときに、単位面積における一層当たりの厚さが異なる。第1透明液体40T1は一層の厚さが第1厚さになる第1液体であり、第2透明液体40T2は一層の厚さが第1厚さよりも薄い第2厚さになる第2液体である。
なお、本実施形態では、白色液体40Wの一層当たりの厚さは第1透明液体40T1にと同じとする。
ヘッド31は、可動ステージ32との対向面に硬化手段としての照射部313を備えている。照射部313は、ノズル311から吐出された画像用液体40Aや特定液体40Bを硬化させるための光を照射する硬化用照射ランプである。
照射部313は、本実施形態では紫外線を照射する。なお、照射部313の数や位置は、図2に示すものに限らない。
本実施形態では、紫外線硬化性を有する画像用液体40Aや特定液体40Bを吐出するノズル311の近傍に紫外線を照射する照射部313を配置することによって、画像用液体40Aや特定液体40Bの着弾から硬化までの時間が短くなる。
これにより、画像用液体40A同士が合一する前に硬化させることができるため、より高精細な画像を形成することが可能となる。
支持体100は、ノズル311から吐出された画像用液体40Aや特定液体40Bを着弾させる基材101を支持する。なお、基材101は平面形状でもよいし、最終的に形成する画像の形状に応じて立体的構造をもつものでもよい。
この印刷装置10においては、基材101上に、例えば、特定液体40Bの吐出と硬化を繰り返して特定液体40Bの層を形成し、当該特定液体40Bの層を積層することで、画像502の下層となる所要の立体形状を有する立体パターン501を形成する。そして、立体パターン501上に画像用液体40Aを使用して所要の画像502を形成する。これにより、立体感のある印刷画像500を形成する。
または、基材101上に、例えば、画像用液体40Aを使用して所要の画像502を形成する。そして、画像502上に、特定液体40Bの吐出と硬化を繰り返して特定液体40Bの層を形成し、当該特定液体40B(第1透明液体40T1及び第2透明液体40T2)の層を積層することで、画像502の上層となる所要の立体形状を有する立体パターン501を形成する。これにより、立体感のある印刷画像500を形成する。
次に、印刷装置10の立体パターンの制御に係る部分について図3のブロック説明図を参照して説明する。
印刷制御部20は、制御する手段を兼ねており、取得手段21と、重ね数決定手段22と、重ね制御手段23と、記憶手段24とを有する。
取得手段21は、支持体100上に形成する印刷画像の印刷データを取得する。
重ね数決定手段22は、取得手段21により取得した印刷データに基づいて、記録解像度の1画素当たりの1区画長(単位長さ)で構成される平方領域における1画素毎に指定される積層高さ(厚さ)に基づいて、積層に用いる特定液体40Bを各々何層ずつ重ねるかを決定する。
なお、目標高さと白色液体40W、第1透明液体40T1、第2透明液体40T2の組み合わせの関係は、記憶手段24にLUTなどとして記憶保持されている。
重ね制御手段23は、重ね数決定手段22で決定された重ね数における特定液体40Bの組合せになるように、ノズル311から白色液体40W、透明液体40T1、透明液体40T2の吐出と硬化を制御して、所要の特定液体40Bの層を順次重ねながら立体パターン501を形成する制御をする。なお、「吐出と硬化を制御」は、1層分の吐出を行って硬化する制御と、複数層分の吐出を行って複数層を一括で硬化する制御のいずれも含む。
このとき、白色液体40W、第1透明液体40T1及び第2透明液体40T2は一層当たりの厚さが異なる液体であり、第2透明液体40T2の厚さが最も薄い第2厚さであるので、積み重ねの制御分解能は第2透明液体40T2の厚さに依存することになる。
次に、印刷制御部20のハードウェアの構成の一例について図4のブロック図を参照して説明する。
印刷制御部20は、CPU201と、ROM202と、RAM203と、ASIC204と、不揮発性メモリ205と、ホストI/F206とを有する。
CPU201は、印刷装置10全体の制御を司る。ROM202は、印刷装置10の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリであり、CPU201が実行するプログラム及びその他の固定データを格納する。RAM203は、画像データ又は印字データ等を一時的に格納する。
ASIC204は、画像データ又は印字データに対する各種信号処理、並び替え等を行なう画像処理、または、印刷装置10全体を制御するための入出力信号を処理する。不揮発性メモリ205は、LUTである記憶手段24などを記憶する。不揮発性メモリ205として、例えば、NAND型フラッシュメモリ又はEEPROMなどを用いることができる。ホストI/F206は、ホスト側との間でデータおよび信号の送受を行なう。
なお、前記取得手段21と重ね数決定手段22と重ね制御手段23の機能は、例えばそれぞれの処理が記述されたプログラムをCPU201が実行することによって実現される。また、図3における重ね数決定手段22の機能は、例えばASIC204によって実現されるものであっても良い。
次に、このような構成の印刷装置10における動作の概要について説明する。
印刷制御部20は、ホストI/F206を介して、ホスト側からの印刷データ等をケーブル又はネットワークを介して受信する。そして、CPU201は、ホストI/F206に含まれる受信バッファ内の印刷データを取得する。続いて、ASIC204にて必要な画像処理、液体の重ね順を決定する処理等を行ない、この処理済みデータ(画像データ)をヘッド31に転送する。
そして、CPU201は、ASIC204で決定した液体の重ね順に基づいて、ヘッド31の制御を行う。なお、画像を形成するためのドットパターンデータの生成は、たとえばROM202にフォントデータを格納して行ってもよいし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開して、印刷装置10側に転送するようにしてもよい。
次に、液体の重ね合わせ順序について図5を参照して説明する。図5は液体を多層化して立体感のある画像を印刷するときの液体(硬化物)の重ね合わせ順序の一例を説明する説明図である。
基本的には特定液体40Bを多層印刷して立体感のある形状(立体パターン501)を形成し、立体パターン501上にKCMYの各液体で着色して画像502を形成する。
ここで、図5(a)の第1例は、特定液体40Bによる立体パターン501を下層として形成し、立体パターン501上にKCMYの画像用液体40Aで画像502を形成する例である。
図5(b)の第2例は、KCMYの画像用液体40Aで画像502を形成し、その上に特定液体40Bの内の第1透明液体40T1、第2透明液体40T2で上層となる立体パターン501を形成する例である。この第2例では、第1透明液体40T1及び第2透明液体40T2を透過して下層のKCMYによる画像502が視認される。
なお、多層化するときに使用する液体として、画像用液体40A(40K、40C、40M、40Y)を使用することもできる。
次に、本発明の第1実施形態における重ね制御について図6のフロー図を参照して説明する。
ステップS1において、重ね数決定手段22は取得手段21より高さを示すデータを取得する。ここでいう高さデータは、一般的には、黒から白まで、ある階調数をもったグレースケール画像で表されることが多い。ここで、グレースケールの両端(白、黒)がZ方向の最も低い点、最も高い点のいずれかを示す。また、最も高い点の高さスケール値が決まれば、各グレースケールの階調値毎の高さスケール値も一意に決まることになる。
次に、ステップS2において、重ね数決定手段22は、画素単位の高さスケール値を元に液体の重ね数データに変換する。
ここで、重ね数データへの変換の一例を具体的な数値を用いて、図7及び図8を参照して説明する。図7は特定液体の組み合わせ毎のZ方向高さの一例を説明する説明図、図8はZ方向高さスケール値と液体重ね数の対応の説明に供する説明図である。なお、図7及び図8の数値は一例であり、これに限ったものではない。
図7及び図8において、「W」は白色液体、「透1」は第1透明液体、「透2」は第2透明液体を意味するものとする。
特定液体40Bの1種又は複数種の組合せで、図7に示すように、1層のZ方向高さ(厚さ)が得られる。例えば、白色液体40W(W)及び第1透明液体40T1(透明1)では0.05μmの厚さの層が、第2透明液体40T2では0.01μmの厚さの層が得られる。
したがって、例えば、第1透明液体40T1と第2透明液体40Tとを重ね合わせた(透1+透2)では、0.06μmのZ方向高さが得られる。
そこで、特定液体40Bの白色液体40W(W)、第1透明液体40T1(透明1)及び第2透明液体40T2(透明2)と各液体の層数(重ね合わせ数)を組合せることで、図8に示すように、目標高さ(厚さ)を実現できる。例えば、目標高さ「0.20μm」のときには、Wを1層と、透明1を2層と、透明2を5層、重ねることで得られる。
これらの図7及び図8から、記録解像度の1画素当たりのZ方向高さスケール値を特定液体40B毎の重ね数に変換することができる。
図6に戻って、ステップS3において、重ね制御手段23により、層毎、特定液体40B毎の打滴用データが生成される。そして、ステップS4において、ヘッド31によって下層から順に特定液体40Bの層が形成され、特定液体40Bの層が積層されて立体パターン501が形成される。
以上のように、第1透明液体40T1と第2透明液体40T2を使用して積層することにより、第1透明液体40T1だけの場合のZ方向高さの分解能0.05mmを、第2透明液体40T2の層厚さである分解能0.01mmに向上させることができる。
また、図8において、各液体はヘッド31の独立したノズル311より吐出されるため、1層形成すると各液体の重ね数は「1」となる。したがって、重ね数が最も大きい液体が表層に配置されることになるが、第2透明液体40T2の重ね数が最も大きい(同値を含む)ことが好ましい。第2透明液体40T2が立体パターン501の最表層に配置されることによって、平滑性が向上する。
この平滑性について図9及び図10を参照して説明する。図9は第1透明液体40T1(第1液体)と第2透明液体40T2(第2液体)の組成と硬化状態の違いを説明する説明図である。図10は第1透明液体40T1(第1液体)と第2透明液体40T2(第2液体)の層を形成した場合の平滑性を説明する説明図である。
本実施形態では、第1透明液体40T1は単官能モノマー系の液体であり、第2透明液体40T2は多官能モノマー系の液体である。第1透明液体40T1は半硬化状態では粘着質であり、第2透明液体40T2は半硬化状態では表面が液体で内部が固体である。
したがって、図10に示すように、第1透明液体40T1は積層高さ(積み重ね高さ)が高くなるにつれて平滑性が悪くなる。これ対して、第2透明液体40T2は積層高さによらず平滑性が保たれることが分かる。
したがって、立体パターン501の最表面層は平滑性の高い第2透明液体40T2で形成することが好ましい。
以上のように、本実施形態においては、画像502の下層又は上層に立体パターン501を形成する印刷方法であって、第1液体である第1透明液体40T1の吐出と硬化により一層当たりの厚さが第1厚さの層を形成する工程と、第2液体である第2透明液体40T2の吐出と硬化により一層当たりの厚さが第1厚さより薄い第2厚さの層を形成する工程とを行う印刷方法を実行する。
なお、本実施形態では、第1透明液体40T1と白色液体40Wとは同じ厚さとしているので、第1液体を白色液体40Wとすることもできる。
次に、本発明の第2実施形態について図11を参照して説明する。図11は同実施形態における立体パターンの制御に係る部分のブロック説明図である。
本実施形態では、印刷制御部20は、重ね数及び重ね順決定手段25を有している。重ね数及び重ね順決定手段25は、前記第1実施形態の重ね数決定手段22と同様に重ね数を決定し、更に重ね順を制御する。
次に、本実施形態の重ね制御について図12のフロー図を参照して説明する。
ステップS11において、重ね数及び重ね順決定手段25は、取得手段21より高さを示すデータを取得する。
次に、ステップS12において、重ね数及び重ね順決定手段25は、画素単位の高さスケール値を元に液体の重ね数データに変換し、ステップS13において、重ね順を決定する。
その後、ステップS14において、制御手段23により、層毎、特定液体40B毎の打滴用データが生成される。そして、ステップS15において、ヘッド31によって下層から順に特定液体40Bの層が形成され、特定液体40Bの層が積層されて立体パターン501が形成される。
本実施形態の作用効果について図13を参照して説明する。図13は同作用説明に供する第1実施形態と第2実施形態の違いを説明する説明図である。
図13(a)に示すように、高さ0.27、0.11、0.31の画素を形成するものとする。
このとき、第1実施形態では、図13(b)に示すように、高さ0.27の画素は、最表層に位置する最大5層分を第2透明液体40T2単体で形成することになる。そのため、第2透明液体40T2の層を形成している間、白色液体40W及び第1透明液体40T1を吐出させるノズル311は吐出しない状態が継続する。ノズル311から液体を吐出しない状態が続くと、液体の沈降、液体の増粘、ノズル面の乾燥、ノズル内への気泡の混入、液体の固着などによるノズル詰まり等によって、吐出不良が生じやすくなる。
そこで、第2実施形態では、図13(c)に示すように、第2透明液体40T2単一で形成する層を、立体パターン501の最表層に集中させるのではなく、第1透明液体40T1の層、白色液体Wの層の間に分散配置している。
これにより、第2透明液体40T2の層が連続する層数を減らすことができ、第1透明液体40T1、白色液体40Wを吐出するノズル311の吐出不良を低減できる。
10 印刷装置
20 印刷制御部(制御をする手段)
22 重ね数決定手段
23 重ね制御手段
24 記憶手段
25 重ね数及び重ね順決定手段
30 印刷機構部
31 ヘッド
311 ノズル(吐出手段)
312 照射部(硬化手段)

Claims (6)

  1. 有色液体による画像の下層又は上層に立体パターンを形成する液体を吐出する吐出手段と、
    前記吐出手段で吐出される前記液体を硬化させる硬化手段と、
    前記吐出手段による前記液体の吐出と前記硬化手段による硬化とを繰り返して、前記液体を硬化させた層を積層して前記立体パターンを形成する制御をする手段と、を備え、
    前記立体パターンを形成する液体には、一層当たりの厚さが異なる少なくとも2つの液体を含む
    ことを特徴とする印刷装置。
  2. 前記2つの液体は、第1厚さになる第1液体と、前記第1厚さよりも薄い第2厚さになる第2液体であり、
    前記第1液体と前記第2液体とは同色である
    ことを特徴とする請求項1に記載の印刷装置。
  3. 前記第1液体は、単官能モノマー系の液体、
    前記第2液体は、多官能モノマー系の液体である
    ことを特徴とする請求項2に記載の印刷装置。
  4. 前記立体パターンの表面層は前記第2の液体で形成された層を含む
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の印刷装置。
  5. 前記第2の液体で形成された層は、各層に分散されている
    ことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の印刷装置。
  6. 有色液体による画像の下層又は上層に立体パターンを形成する印刷方法であって、
    第1液体の吐出と硬化により一層当たりの厚さが第1厚さの層を形成する工程と、
    第2液体の吐出と硬化により一層当たりの厚さが前記第1厚さより薄い第2厚さの層を形成する工程と、を行う
    ことを特徴とする印刷方法。
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