JP2022006605A - 造形装置、造形方法、及び造形プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高い色表現で造形物の内部を形成できる、造形装置、造形方法、及び造形プログラムを提供する。【解決手段】３Ｄプリンタは、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する。そして、３Ｄプリンタは、造形物の内部の着色領域において、単位容積４２毎の予め定められた位置に光反射材料Ｗが配置され、光反射材料Ｗの周囲にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄが配置されるように、光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの配置位置を決定する。単位容積４２の設定位置は、一つの単位容積４２の一面に当接する他の単位容積４２が複数の単位容積４２であるように設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、造形装置、造形方法、及び造形プログラムに関する。

近年、インクを吐出して造形物を形成する造形装置（３Ｄプリンタ）の利用が進んでいる。さらに、特許文献１や特許文献２に開示されているように、造形物の表面と共に内部の色を表現する造形装置も開発されている。

特許文献１に開示されている造形装置は、造形物の内部に加飾用材料と白色材料とを混在させて造形物を形成する。この造形物は、加飾用材料を通過した光がその周囲の白色材料で光反射されて、あるいは白色材料で光反射された光が加飾用材料を通過することで内部を発色させる。

特許文献２には、造形物の内部に着色された領域である着色領域を備え、着色領域における着色の単位として予め設定されたカラーセルを複数個並べることで造形物を形成する造形装置が開示されている。上記カラーセルは、その内部において白色等の光反射性の材料で形成される部分である光反射核と、光反射核の周囲を囲む部分である外周部とを有し、造形装置は、着色領域を形成する動作において、光反射性の材料を吐出することでそれぞれのカラーセルにおける光反射核を形成し、着色用の材料を吐出することでそれぞれのカラーセルにおける外周部を形成する。

特許第６５１０３２２号公報 特開２０２０－０２６０９２号公報

特許文献１や特許文献２に開示されているように、光の光反射材料として白色材料を用いることで、造形物の切断面において光反射材料である白色材料の色が強く表れる場合があった。具体的には、切断面の着色が白くぼやけた色（いわゆる、白ぼけ）となったり、切断面の着色部分に白いラインが生じたりする。これにより、造形物の内部の色表現が十分に高いものとならない場合があった。

そこで本発明は、高い色表現で造形物の内部を形成できる、造形装置、造形方法、及び造形プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の造形装置は、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段を備え、前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される。

本構成によれば、造形物の内部の着色領域において、光反射材料の周囲に着色材料を配置することで造形物の内部の着色を可能とする。光反射材料は、単位容積の予め定められた位置毎に配置され、光反射材料の色は一例として白色である。ここで、光反射材料の位置に偏りがあると、造形物の切断面において光反射材料の色が強く表れる場合がある。

そこで、本構成の単位容積の設定位置は、一つの単位容積の一面に当接する他の単位容積が複数の単位容積であるように設定される。これにより、光反射材料の配置位置が偏ることなく分散して配置されるので、造形物の切断面において光反射材料の色が強く表れることを抑制できる。従って、本構成によれば、高い色表現で造形物の内部を形成できる。

上記の造形装置において、前記決定手段は、前記着色領域において前記単位容積の設定位置又は前記光反射材料の配置位置に制限されず前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置してもよい。本構成によれば、着色材料の配置位置を単位容積で制限しないので、カラー画像データに基づく造形物の色をよりなめらかに表現できる。

本発明の一態様の造形装置は、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する決定手段、を備える。

本構成によれば、造形物の内部における着色材料の配置位置を造形物の最小構成単位で決定する。これにより、カラー画像データに基づく造形物の色をよりなめらかに表現できる。また、光反射材料は、着色領域において分散して配置されるので、造形物の切断面において光反射材料の色が強く表れることが抑制される。従って、本構成によれば、高い色表現で造形物の内部を形成できる。

上記の造形装置において、前記光反射材料は、前記着色領域において所定割り合いで非周期的に分散して配置されてもよい。本構成によれば、造形物の切断面において光反射材料の色が強く表れることを抑制できる。

上記の造形装置において、前記造形物の内部における前記カラー画像データの色が、周辺の色より高い明度又は低い彩度の色である場合、前記着色材料の配置領域に透明（クリア）材料を配置してもよい。本構成によれば、色調を維持したまま明るい色や薄い色を表現すると共に、造形物の形状を維持できる。

上記の造形装置において、前記造形物の表面から内部へ向かう法線方向に対する所定厚さは、前記光反射材料を配置しない光反射材料非配置領域として設定され、前記決定手段は、前記光反射材料非配置領域に前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置してもよい。本構成によれば、造形物の表面に光反射材料の色が浮き出ないため、造形物の表面に対してコントラストの良い色表現を可能とする。

上記の造形装置において、前記決定手段は、前記光反射材料非配置領域に接する前記造形物の内部領域に対して、前記光反射材料を相対的に多く配置してもよい。本構成によれば、造形物の表面に対してよりコントラストの良い色表現を可能とする。

上記の造形装置において、前記光反射材料の色は、可視光を反射する白色材料であって、例えば酸化チタンなどの無機顔料を含む材料がよい。

上記の造形装置において、前記着色材料の配置位置は、前記カラー画像データに対して中間調処理が行われて決定されてもよい。

上記の造形装置において、前記着色材料の色は、少なくともイエロー、マゼンタ、シアンによる減法混色法によって着色されてもよい。

上記の造形装置において、前記光反射材料及び前記着色材料は、紫外線硬化型の樹脂でもよい。

本発明の一態様の造形方法は、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形方法であって、前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定し、前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される。

本発明の一態様の造形プログラムは、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置のコンピュータを、前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段、として機能させ、前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される。

本発明の一態様の造形方法は、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形方法であって、前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する。

本発明の一態様の造形プログラムは、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置のコンピュータを、前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する決定手段、として機能させる。

本発明の一態様の造形装置は、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段を備え、前記決定手段は、前記着色領域において前記単位容積の設定位置又は前記光反射材料の配置位置に制限されず前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置する。

本発明は、高い色表現で造形物の内部を形成できる。

本発明の第１実施形態の３Ｄプリンタの概略構成図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄプリンタで形成される造形物の概略図である。 本発明の第１実施形態の光反射材料と着色材料との配置位置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の着色材料の配置位置が単位容積で制限されない場合における光反射材料と着色材料との配置位置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の減法混色法による着色材料の配置位置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の明るい色を表現する場合における着色材料、クリアインク、及びホワイトインクの配置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄプリンタの造形処理に関する機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態の造形処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の光反射材料と着色材料との配置位置を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の造形処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の造形物の表面近辺における光反射材料と着色材料との配置位置を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の造形物の表面近辺における光反射材料と着色材料との配置位置を示す模式図である。 本発明の実施形態における光反射材料と着色材料との配置位置の関係を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態の造形装置、造形方法、及び造形プログラムについて、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の３Ｄプリンタ１０の概略構成図である。本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、記録ユニット１２、走査駆動部１４、造形台１６、積層方向可動部１８、及び制御装置２０を備え、材料であるインク滴を記録ユニット１２から吐出し、固めて積層することで立体的な造形物２２を形成するインクジェット方式の造形装置である。

なお、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、詳細を後述するように、カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを記録ユニット１２（インクジェットヘッド）から吐出して層体を積層し、表面と共に内部を着色した立体的な造形物２２を形成する。なお、光反射材料は、可視光を反射する白色材料であって、例えば酸化チタンなどの無機顔料を含む材料がよい。

記録ユニット１２は、主走査方向であるＹ走査方向に沿って図１の紙面左右方向に往復移動しながら造形物２２の材料を吐出し、造形物２２を構成する層を１層ずつ積層して造形台１６上で造形物２２を形成する。より具体的には、記録ユニット１２は、造形物２２の材料となる各種インク、造形物２２の外形を支持するサポート材料を含むインク滴を造形台１６に向けて吐出するインクジェットヘッド３０（３０Ｓ，３０Ｗ，３０Ｃ，３０Ｔ）、造形台１６に着弾したインク滴によって形成される層へ所定の波長の光（一例として紫外線）を照射して硬化させる光源３２Ａ及び光源３２Ｂ、造形物２２の造形中に形成される積層上面を平坦化する平坦化ローラー３４を有している。なお、光源３２Ａと光源３２Ｂとを区別しない場合には、単に光源３２という。

本実施形態のインクジェットヘッド３０は、サポート材料（Ｓ）を吐出するサポート材料用ヘッド３０Ｓ、光反射材料である白色顔料を含むホワイトインク（Ｗ）を吐出するホワイトインク用ヘッド３０Ｗ、着色顔料を含むカラーインクを吐出するカラーインク用ヘッド３０Ｃ、及び顔料を含まず透明であるクリアインク（Ｔ）を吐出するクリアインク用ヘッド３０Ｔを備える。なお、本実施形態のカラーインク用ヘッド３０Ｃは、一例として、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｋ）各々のインクを吐出する吐出ヘッドによって構成される。すなわち、本実施形態の３Ｄプリンタ１０によって形成される造形物２２は、減法混色法によって着色される。なお、本実施形態の全てのインクは紫外線硬化型の樹脂であるが、サポートインクのみ更に水溶性であり、造形動作が後に水洗いによって溶解除去が可能とされている。

Ｙ走査方向を基準にして記録ユニット１２が備える各構成の配置位置を説明すると、インクジェットヘッド３０に対して向かって左側に光源３２Ａが配置され、インクジェットヘッド３０に対して向かって右側に光源３２Ｂが配置される。そして、クリアインク用ヘッド３０Ｔに隣接して平坦化ローラー３４が配置され、光源３２Ｂとインクジェットヘッド３０との間に平坦化ローラー３４が配置される。

走査駆動部１４は、造形物２２に対して記録ユニット１２を相対的に移動（走査動作）させる駆動部であり、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）及び副走査動作（Ｘ走査）を記録ユニット１２に行わせる。

走査駆動部１４は、キャリッジ３６及びガイドレール３８を有する。キャリッジ３６は、記録ユニット１２を造形台１６と対向させて保持する保持部である。すなわち、キャリッジ３６は、インク滴の吐出方向が造形台１６へ向かう方向になるように、記録ユニット１２を保持する。また、主走査動作時において、キャリッジ３６は記録ユニット１２を保持した状態でガイドレール３８に沿って移動する。ガイドレール３８は、キャリッジ３６の移動をガイドするレール状部材であり、主走査動作時において制御装置２０の指示に応じてキャリッジ３６を移動させる。

積層方向可動部１８は、記録ユニット１２と造形台１６との距離を可変とする。すなわち、造形台１６は、積層方向可動部１８によって上面を上下方向（図１のＺ方向）へ移動可能とされる。これにより、形成途中の造形物２２における積層上面と、記録ユニット１２との間の距離（ギャップ）を適宜調整する。

なお、主走査動作における記録ユニット１２の移動は、造形物２２に対する相対的な移動であればよく、例えば、記録ユニット１２の位置を固定して、造形台１６を移動させることによって造形物２２を移動させてもよい。また、記録ユニット１２と造形台１６のＺ方向への相対的な上下動は、例えば記録ユニット１２をＺ方向へ移動させることで行われてもよい。

制御装置２０は、３Ｄプリンタ１０を制御するものであり、造形物２２の断面を示すスライスデータ（造形データ及びカラー画像データ）に基づいて３Ｄプリンタ１０の各部を制御することにより、３Ｄプリンタ１０の造形処理を実行させる。

なお、スライスデータは、３Ｄモデルデータ等の造形ジョブに基づいて生成され、造形物２２の各位置の断面に対応するデータであり、例えば、３Ｄプリンタ１０に接続された他の情報処理装置によって生成される。３Ｄモデルデータは、造形物２２の形状及びその表面色等を示すデータであり、例えば、３ＤＣＡＤデータや製造すべき造形物２２を撮影した外観のデータ等に基づいて作成される。

次に、本実施形態の３Ｄプリンタ１０による造形処理の概要について説明する。

まず、３Ｄプリンタ１０は、記録ユニット１２を造形物２２に対して相対的に右方向へＹ走査しながら、造形データ及びカラー画像データに基づいてインクを吐出する（第１工程）。この際、平坦化ローラー３４は、Ｚ軸の上方向に移動（図示せぬ移動機構）しており、平坦化ローラー３４の下端は造形物２２の上面に接触しない位置とされる。

なお、本実施形態では、１回のＹ走査での形成される層の厚さを約２０μmとする。また、造形部分に対するサポート層（Ｓ）の一部として、サポート材インク以外に、カラーインク（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、白インク、及びクリア（透明）インクの何れかのインクが一種類以上含まれてもよい。

次に第２工程として３Ｄプリンタ１０は、記録ユニット１２を造形物２２に対して相対的に左方向へＹ走査しながら、スライスデータに基づいてインクを吐出する。この際、平坦化ローラー３４はＺ軸の下方向に移動して時計回り方向に回転しており、平坦化ローラー３４の下端は造形物２２の上面に接触する位置とされる。これにより、平坦化ローラー３４は、例えば、２回分のＹ走査（左右の１往復）で吐出された層の厚さ約４０μmの上面の未硬化の積層上面を約８μm掻き上げて平坦化し、層の厚さを約３２μmとする。また、光源３２Ｂが点灯することで、記録ユニット１２から吐出されて層形成され、かつ平坦化された造形物２２の最上層のインクが硬化される。

次に、造形物２２のＸ方向の寸法が、各インクヘッドのＸ方向のノズル列の長さよりも大きい場合には、第１工程と第２工程とが終了した後に、記録ユニット１２又は造形物２２が造形物２２のＸ方向の寸法に応じた所定量でＸ方向へ移動される（第３工程）。

上記第１工程から第３工程を繰り返すことで、造形物２２のＸ方向及びＹ方向の寸法に応じたインクの吐出を行うことで、造形物２２の一層分が完成する。

次に第４工程として３Ｄプリンタ１０は、造形台１６を所定の高さだけＺ方向に下げる。造形台１６を下げる高さは、例えば、３２μmとする。この３２μmという値は、１回のＹ走査での形成される層の厚さを２０μmとし、２回分のＹ走査によって２層重ねた層の厚さ４０μmに対して８μmの厚さバラツキ（表面の凹凸）がある場合を想定したものである。なお、層を平坦化する際の平坦化ローラー３４の下端におけるＺ方向の位置は毎回一定であり、造形台１６の高さを下げることにより、結果として３２μmの層厚さで毎回平坦化することになる。

そして３Ｄプリンタ１０は、造形物２２のＺ方向の寸法に応じた積層が完了するまで第１工程から第４工程を繰り返す。

図２は、本実施形態の３Ｄプリンタ１０によって形成される造形物２２の例を示す模式図である。本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、上述のように、図２（Ａ）に示す造形物２２の表面のみならず、図２（Ｂ）に示すように造形物２２の内部に対しても着色を行う。このため、造形物２２を切断した場合、着色された切断面２２Ａが表れる。なお、図２では、造形物２２の周囲にサポート層Ｓが存在するが、上述のようにサポート層Ｓは水によって溶解される。

ここで、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、造形物２２の内部にホワイトインクを光反射材料として用い、ホワイトインクとカラーインクとを混在させることによって、カラーインクを通過した光がその周囲のホワイトインクで光反射されて、あるいはホワイトインクで光反射された光がカラーインクを通過することで、減法混色法により発色させる。

ところが、ホワイトインクである光反射材料の位置に偏りがあると、造形物２２の切断面２２Ａにおいてホワイトインクの色が強く表れる場合があった。具体的には、切断面２２Ａの色が白くぼやけた色（いわゆる、白ぼけ）となったり、切断面２２Ａの着色部分に白いラインが生じたりする。これにより、造形物２２の内部の色の表現性が十分に高いものとならない場合があった。

そこで、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、図３に示されるように、造形物２２の１
層、すなわち図１の積層上面であり、図２(Ｂ)の切断面２２Ａの着色領域において、単位容積４２毎の予め定められた位置に光反射材料Ｗを配置し、光反射材料Ｗの周囲にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置し、単位容積４２の設定位置は、一つの単位容積４２の一面に当接する他の単位容積４２が複数の単位容積４２であるように設定される。なお、単位容積４２において、複数の他の単位容積４２が当接する面は、全ての面である必要はなく、詳細を後述するように一つの面以上であればよい。また、以下の説明では、光反射材料Ｗとして用いられるホワイトインクを白色材料ともいう。

図３において光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの一つずつが、造形物２２の最小構成単位であるボクセル４０であり、インクジェットヘッド３０から吐出されて硬化したインク滴と考えることができる。さらに複数のボクセル４０で構成される領域が単位容積４２とされる。本実施形態の単位容積４２は、一例として、１２個（３×４）のボクセル４０で構成されるが、単位容積４２は２個以上のボクセル４０で構成されていればよく、８個以上のボクセル４０で構成されることが好ましい。また、図３では、単位容積４２をＸＹ平面で表しているが、Ｚ方向にも二層以上の大きさを有する立体形状としてもよいし、単位容積４２は必ずしも矩形状でなくてもよい。また、図３以降の断面図にも便宜上ＸＹＺの方向を示しているが、これに限定されず、３つの方向を任意に入れ替えてもよい。

そして、図３の例では、光反射材料Ｗは単位容積４２の中央部分においてＸ方向に２個配置され、その周囲に着色材料Ｃｄが配置される。この光反射材料Ｗの配置位置や配置方向は一例であり、単位容積４２に含まれる光反射材料Ｗの数は２個に限定されるものではなく、１個以上で、かつ単位容積４２内を全て満たさないように配置されればよく、光反射材料Ｗの数は単位容積４２毎に異なってもよい。また、単位容積４２がＺ方向に二層以上で構成される場合には、光反射材料Ｗも二層以上とされてもよいし、一層のみとされてもよい。さらに、光反射材料Ｗは、単位容積４２内で複数が分散して配置されてもよく、光反射材料Ｗの分散した配置（光反射材料Ｗの並びの向き）は単位容積４２毎に異なってもよい。

また、図３の例では、単位容積４２は、所定方向であるＸ方向に対して単位容積４２の対向する側面で２つ、両側面で計４つの他の単位容積４２と当接する。このように、本実施形態の単位容積４２は、所定方向において単位容積４２の配列をずらす、換言すると単位容積４２が所定方向で当接する他の単位容積４２に対して互い違いとなる設定される。なお、単位容積４２はＺ方向に対しても当接する他の単位容積４２に対して互い違いとなるように設定されてもよい。

このように、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、造形物２２の内部の着色領域において、単位容積４２毎に光反射材料Ｗの周囲に着色材料Ｃｄを配置し、この単位容積４２を単位容積４２の両側面で複数の他の単位容積４２と当接するように設定する。これにより、光反射材料Ｗの配置位置が偏ることなく分散（離散）して配置されるので、造形物２２の切断面２２Ａにおいて光反射材料Ｗの色が強く表れることを抑制できる。これにより、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、高い色表現で造形物２２の内部を形成できる。

また、本実施形態では、造形物２２の内部の着色領域において、単位容積４２の設定位置に制限されずカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置する。図４，５を参照して、本実施形態の着色材料Ｃｄの配置について説明する。

図４は、本実施形態の着色材料Ｃｄの配置位置が単位容積４２で制限されない場合における光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとの配置位置を示す模式図である。また、図５は、本実施形態の減法混色法による着色材料Ｃｄの配置位置を示す模式図である。

図４の例では、楕円形状の破線領域Ａが緑色（Ｇ）の着色領域とされ、矩形状の破線領域Ｂが黒色の着色領域とされ、その他の領域が赤色（Ｒ）の着色領域とされる。この着色領域で示されるように、カラー画像データの分解能（解像度）は、単位容積４２で制限されることなく、ボクセル４０がカラー画像データの最小単位となる。なお、光反射材料Ｗの配置位置は、予め決定されている。

そして、図５に示されるように、破線領域Ａに着色材料Ｃｄとしてイエロー（Ｙ）とシアン（Ｃ）とが光反射材料Ｗを囲んで配置されて緑色の着色領域となる。破線領域Ｂではブラック（Ｋ）が光反射材料Ｗを囲んで配置されて黒色の着色領域となる。その他の領域では、イエロー（Ｙ）とマゼンタ（Ｍ）とが光反射材料Ｗを囲んで配置されて赤色の着色領域となる。

このように本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、単位容積４２の三次元方向の大きさや配列、光反射材料Ｗの配置に制限されることなく、換言すると単位容積４２に無関係に、カラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置する。これにより、３Ｄプリンタ１０は、カラー画像データに基づく造形物２２の色をよりなめらかに表現できる。

なお、着色材料Ｃｄの配置位置は、カラー画像データに対して中間調処理が行われて決定される。中間調処理は、カラー画像データを濃度に対応して２値化した画素に変換して、カラー画像の階調を記録ユニット１２によって再現できるようにする処理である。具体的には、中間調処理は、カラー画像データの各層の画像データを画素に変換すると共に、例えば、入力されたＲＧＢの画像データから着色材料Ｃｄの色であるＣＭＹＫの画像データに変換する。中間調処理は、例えば、ディザ法や誤差拡散法、ＦＭ（Frequency Modulation）スクリーン法等であり、特に限定されない。

次に、カラー画像データが明るい色又は薄い色である場合における着色材料Ｃｄの配置について説明する。

カラー画像データが明るい色又は薄い色である場合には、例えば、着色材料Ｃｄの配置領域内に着色材料Ｃｄを配置しない空き領域を設けることが考えられる。しかしながら、造形物２２の内部に空き領域を設けると、造形物２２の形状を維持できない可能性が生じる。

そこで、本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、造形物２２の内部におけるカラー画像データの色が、例えば、周辺の色より比較的に高い明度である明るい色又は、例えば、周辺の色より比較的に低い彩度である薄い色や透明である場合、着色材料Ｃｄの量が少なく、そのままでは空き領域ができて造形の形状が崩れてしまうので、着色材料Ｃｄの空き領域に透明材料であるクリアインクを配置（補填）する。すなわち、この透明材料は、上記空き領域に配置されることで、カラー画像データにより示される色を表現すると共に、造形物２２の形状を維持するための補填材料として用いられる。このような構成により、色調を維持したまま明るい色や薄い色を表現すると共に、造形物２２の形状を維持できる。

なお、補填材料としては、白色材料が用いられてもよいが、白色材料は隠ぺい力が強いため、白色材料よりも奥側（造形物２２の内部側）の層の色が視認され難くなる。このため、補填材料として透明材料及び白色材料の何れを用いるかは、表現する色に応じて適宜選択される。

図６は、明るい色又は薄い色を表現する場合における着色材料Ｃｄ及び補填材料としてのクリアとホワイトの配置を示す模式図である。なお、図６において、補填されるホワイトは、光反射材料Ｗとしての白色材料と区別するために、“Ｗ”を円で囲んで示している。図６の例では、破線領域Ｃには着色材料Ｃｄとしてイエロー（Ｙ）が配置されて黄色の領域となる。破線領域Ｄではブラック（Ｋ）とホワイト（Ｗ）が配置されて薄い黒色、すなわち灰色の領域となる。その他の領域では、シアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）とクリア（Ｔ）が配置されて明るい青色の領域となる。なお、黒色の薄い色として灰色を表現する場合には、ホワイトを補填材料として用いずに、クリアを用いてもよい。

図７は、実施形態の３Ｄプリンタ１０によって実行される造形処理に関する機能ブロック図である。３Ｄプリンタ１０が備える制御装置２０は、演算部５０、記憶部６０、及びデータ送受信部７０を備える。

演算部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータであり、中間調処理部５２、材料配置位置決定部５４、走査制御部５６、及びインク吐出制御部５８を備える。なお、材料配置位置決定部５４、走査制御部５６、及びインク吐出制御部５８の各機能は、記憶部６０に記憶されたプログラムを演算装置が実行することによって実現されてもよい。また、これに限らず、演算部５０が備えるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の個別のハードウェアを備え、このハードウェアによって各機能の一部又は全部が実現されてもよい。

中間調処理部５２は、他の情報処理装置から受信したカラー画像データ（スライスデータ）に対して中間調処理を行う。

材料配置位置決定部５４は、中間調処理が行われたカラー画像データに基づいて光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの配置位置を決定し、インク吐出データを生成する。本実施形態の材料配置位置決定部５４は、上述のように、造形物２２の内部の着色領域において、単位容積４２毎の予め定められた位置に光反射材料Ｗが配置され、光反射材料Ｗの周囲にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄが配置されるように、光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの配置位置を決定することで、インク吐出データを生成する。なお、材料配置位置決定部５４による光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの配置位置の決定方法は、図３～６を用いて説明した方法である。

走査制御部５６は、材料配置位置決定部５４によって生成されたインク吐出データ等に基づいて、記録ユニット１２が主走査方向（Ｙ方向）及び副走査方向（Ｘ方向）に移動すると共に、造形台１６が上下方向（Ｚ方向）に移動するように、走査駆動部１４及び積層方向可動部１８の駆動を制御する。

インク吐出制御部５８は、インク吐出データ等に基づいて、インク滴を吐出するようにインクジェットヘッド３０を制御する。

記憶部６０は、他の情報処理装置等から送信されたスライスデータや、制御装置２０で実行される各種プログラム等を記憶する記憶媒体である。なお、記憶部６０は、一例として、半導体記憶装置であるが、これに限られない。

データ送受信部７０は、他の情報処理装置等との間で、有線通信又は無線通信により各種データの送受信を行う。

図８は、本実施形態の造形処理の流れを示すフローチャートであり、他の情報処理装置からスライスデータが送信された場合に実行される。

まず、ステップＳ１００では、中間調処理部５２が記憶部６０に一時的に記憶されたスライスデータであるカラー画像データを読み込む。

次のステップＳ１０２では、中間調処理部５２がカラー画像データに対して中間調処理を行う。

次のステップＳ１０４では、材料配置位置決定部５４が、単位容積４２毎の光反射材料Ｗの配置位置を決定する。

次のステップＳ１０６では、材料配置位置決定部５４が、中間調処理が行われたカラー画像データに基づいて、造形物２２の内部の着色領域において光反射材料Ｗの周囲に着色材料Ｃｄが配置されるように着色材料Ｃｄの配置位置を決定し、インク吐出データを生成する。

次のステップＳ１０８では、インク吐出データに基づいて、走査制御部５６及びインク吐出制御部５８が記録ユニット１２を走査してインクを吐出するように制御することで、造形物２２の形成を行う。

なお、図８に示した造形処理では、光反射材料Ｗの配置位置を先に決定した後に、着色材料Ｃｄの配置位置を決定したが、これに限らず、光反射材料Ｗの配置位置に制限されず、着色材料Ｃｄの配置位置を先に決定してから光反射材料Ｗの配置位置を決定してもよい。具体的には、着色材料Ｃｄの配置位置を決定した後に、光反射材料Ｗに重なるボクセル４０における着色材料Ｃｄのデータを光反射材料Ｗのデータに置き換える。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る３Ｄプリンタ１０の構成は、図１に示す第１実施形態に係る３Ｄプリンタ１０の構成と同様である。

本実施形態では、第１実施形態で説明したような単位容積４２の概念はなく、材料配置位置決定部５４が、造形物２２の内部の着色領域において、カラー画像データに基づいて造形物２２の最小構成単位であるボクセル単位で着色材料Ｃｄの配置位置を決定する。また、材料配置位置決定部５４は、着色領域において分散して配置されるように光反射材料Ｗの配置位置を決定する。なお、本実施形態の光反射材料Ｗは、着色領域において所定割り合いで非周期的に分散して配置される。

図９は、本実施形態の光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとの配置位置を示す模式図である。図９に示されるように、光反射材料Ｗは、少なくともＸ方向及びＹ方向において所定数のボクセル４０に対して、所定割り合いで非周期的に分散して配置される。図９の例では、６０個（Ｘ方向に６個×Ｙ方向に１０個）のボクセル４０に対して１０個の光反射材料Ｗが配置される。すなわち、着色材料Ｃｄに対して巨視的に１７％の割り合いで光反射材料Ｗが分散して配置される。なお、光反射材料Ｗは、Ｚ方向に分散して配置されてもよい。

図１０は、本実施形態の造形処理の流れを示すフローチャートであり、他の情報処理装置からスライスデータが送信された場合に実行される。

まず、ステップＳ２００では、中間調処理部５２が記憶部６０に一時的に記憶されたスライスデータであるカラー画像データを読み込む。

次のステップＳ２０２では、中間調処理部５２がカラー画像データに対して中間調処理を行う。

次のステップＳ２０４では、材料配置位置決定部５４が、中間調処理が行われたカラー画像データに基づいて、造形物２２の内部の着色領域においてボクセル単位で着色材料Ｃｄの配置位置を決定する。なお、ステップＳ２０４では次ステップでの光反射材料Ｗの配置位置は無視して全着色領域のボクセル４０に対して着色材料Ｃｄの配置位置を決定しても良い。その場合、次のステップＳ２０６では光反射材料Ｗの配置を優先する必要がある。

次のステップＳ２０６では、材料配置位置決定部５４が、光反射材料Ｗの配置位置を決定し、インク吐出データとする。光反射材料Ｗの配置位置は、着色領域において光反射材料Ｗが所定割り合いとなるようにランダムに決定され、決定された位置における着色材料Ｃｄのデータが光反射材料Ｗのデータに置き換えられる。

次のステップＳ２０８では、インク吐出データに基づいて、走査制御部５６及びインク吐出制御部５８が記録ユニット１２を走査してインクを吐出するように制御することで、造形物２２の形成を行う。

このように本実施形態の３Ｄプリンタ１０によれば、造形物２２のボクセル単位で造形物２２の内部における着色材料Ｃｄの配置位置を決定する。これにより、カラー画像データに基づく造形物２２の色をよりなめらかに表現できる。また、光反射材料Ｗは、着色領域において所定割り合いで非周期的に分散して配置されるので、造形物２２の切断面２２Ａにおいて光反射材料Ｗの色が強く表れることが抑制される。従って、本実施形態の３Ｄプリンタ１０によれば、高い色表現で造形物２２の内部を形成できる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、３Ｄプリンタ１０によって形成される造形物２２の表面近辺における材料の配置について説明する。

図１１は、本実施形態の造形物２２の表面近辺における光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとの配置位置を示す模式図である。

図１１に示されるように、造形物２２の表面から内部へ向かう法線方向Ｎに対する所定厚さは、光反射材料Ｗを配置しない光反射材料非配置領域８０に設定される。そして、材料配置位置決定部５４は、光反射材料非配置領域８０にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置する。なお、図１１では、上記所定厚さを２個のボクセル４０分の厚みとするが、これは一例であり、厚さは３個のボクセル４０以上としてもよいし、１個のボクセル４０としてもよい。なお、所定厚さを２個のボクセル４０以上とすることで、造形物２２の表面の色をＹＭＣによる二次色で表現可能となる。

このように、光反射材料非配置領域８０に着色材料Ｃｄのみを配置することで、造形物２２の表面に光反射材料Ｗの色が浮き出ないため、造形物２２の表面に対してコントラストの良い色表現を可能とする。

また、図１２は、本実施形態の造形物２２の表面近辺における光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとの配置位置の他の例を示す模式図である。図１２に示されるように、材料配置位置決定部６２は、光反射材料非配置領域８０に接する造形物２２の内部領域に対して、光反射材料Ｗを相対的に多く配置してもよい。これにより、造形物２２の表面に対してよりコントラストの良い色表現が可能とされる。

なお、図１２の例では、光反射材料非配置領域８０の内側における１個分のボクセル４０に光反射材料Ｗを配置するが、これは一例であり、２個分以上のボクセル４０に光反射材料Ｗが配置されてもよい。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

ここで図１３は、光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄの配置に関する実施パターンを示す模式図である。図１３における“単位容積”との記載は、光反射材料Ｗ又は着色材料Ｃｄの配置位置が単位容積４２毎に決定されることを示している。また、図１３における“ボクセル”との記載は、光反射材料Ｗ又は着色材料Ｃｄの配置位置がボクセル単位で決定されることを示す。

実施パターン１及び実施パターン２は、光反射材料Ｗを単位容積４２毎に配置するものであり、実施パターン１では着色材料Ｃｄの配置位置は単位容積４２で制限される一方、実施パターン２では着色材料Ｃｄの配置位置はボクセル単位で決定されるので、単位容積４２で制限されない。

また、実施パターン２と共に実施パターン４は、着色材料Ｃｄの配置位置はボクセル単位で決定され、一例として、先に着色材料Ｃｄの配置位置が決定された後に、光反射材料Ｗの配置位置が決定される。なお、実施パターン４における光反射材料Ｗの配置位置はボクセル単位で決定される。すなわち、実施パターン４では、単位容積４２という概念はない。

実施パターン３では、光反射材料Ｗがボクセル単位で決定され、着色材料Ｃｄの配位置は単位容積４２毎に決定される。すなわち、着色材料Ｃｄの配置位置は単位容積４２で制限されるものの、光反射材料Ｗの配置位置は単位容積４２で制限されない。

なお、実施パターン１，２は、第１実施形態に相当し、実施パターン４は第２実施形態に相当する。

また、本実施形態では、ＹＭＣＫ色のカラーインクを吐出する形態にていて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。ＹＭＣＫ色の炎色や、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーインク、さらにメタリック（銀色）インク等が吐出されてもよい。

（実施形態の効果）
（１）本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、カラー画像データに基づいて光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとをインクジェットヘッド３０から吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物２２を形成する造形装置であって、造形物２２の内部の着色領域において、単位容積４２毎の予め定められた位置に光反射材料Ｗが配置され、光反射材料Ｗの周囲にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄが配置されるように、光反射材料Ｗ及び着色材料Ｃｄの配置位置を決定する材料配置位置決定部６２を備え、単位容積４２の設定位置の設定位置は、一つの単位容積４２の一面に当接する他の単位容積４２が複数の単位容積４２であるように設定される。これにより、光反射材料Ｗの配置位置が偏ることなく分散して配置されるので、造形物２２の切断面２２Ａにおいて光反射材料Ｗの色が強く表れることを抑制できる。従って、本実施形態によれば、高い色表現で造形物２２の内部を形成できる。

（２）本実施形態の材料配置位置決定部６２は、造形物２２の内部の着色領域において、単位容積４２の設定位置又は光反射材料Ｗの配置位置に制限されずカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置する。本実施形態によれば、着色材料Ｃｄの配置位置を単位容積４２で制限しないので、カラー画像データに基づく造形物２２の色をよりなめらかに表現できる。

（３）本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、カラー画像データに基づいて光反射材料Ｗと着色材料Ｃｄとをインクジェットヘッド３０から吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物２２を形成する造形装置であって、造形物２２の内部の着色領域において、カラー画像データに基づいて造形物２２のボクセル単位で着色材料Ｃｄの配置位置を決定し、着色領域において分散して配置されるように光反射材料Ｗの配置位置を決定する材料配置位置決定部６２、を備える。これにより、カラー画像データに基づく造形物２２の色をよりなめらかに表現できる。また、光反射材料Ｗは、着色領域において分散して配置されるので、造形物２２の切断面２２Ａにおいて光反射材料Ｗの色が強く表れることが抑制される。従って、本実施形態によれば、高い色表現で造形物２２の内部を形成できる。

（４）本実施形態の光反射材料Ｗは、造形物２２の内部の着色領域着色領域において所定割り合いで非周期的に分散して配置される。本実施形態によれば、造形物２２の切断面２２Ａにおいて光反射材料Ｗの色が強く表れることを抑制できる。

（５）本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、造形物２２の内部におけるカラー画像データの色が、周辺の色より高い明度又は低い彩度の色である場合、着色材料Ｃｄの配置領域に透明材料を配置する。本実施形態によれば、色調を維持したまま明るい色や薄い色を表現すると共に、造形物２２の形状を維持できる。

（６）本実施形態の３Ｄプリンタ１０は、造形物２２の表面から内部へ向かう法線方向に対する所定厚さを、光反射材料Ｗを配置しない光反射材料非配置領域８０として設定し、材料配置位置決定部６２は、光反射材料非配置領域８０にカラー画像データに基づいて着色材料Ｃｄを配置する。本実施形態によれば、造形物２２の表面に光反射材料Ｗの色が浮き出ないため、造形物２２の表面に対してコントラストの良い色表現を可能とする。

（７）本実施形態の材料配置位置決定部６２は、光反射材料非配置領域８０に接する造形物２２の内部領域に対して、光反射材料Ｗを相対的に多く配置する。本実施形態によれば、造形物２２の表面に対してよりコントラストの良い色表現を可能とする。

１０ ３Ｄプリンタ（造形装置）
２２ 造形物
２２Ａ 切断面
３０ インクジェットヘッド（吐出ヘッド）
４２ 単位容積
５４ 材料配置位置決定部（決定手段）
８０ 光反射材料非配置領域
Ｃｄ 着色材料
Ｗ 光反射材料

Claims (16)

1. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、
   前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段を備え、
   前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される、造形装置。
2. 前記決定手段は、前記着色領域において前記単位容積の設定位置又は前記光反射材料の配置位置に制限されず前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置する、請求項１記載の造形装置。
3. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、
   前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する決定手段、
   を備える造形装置。
4. 前記光反射材料は、前記着色領域において所定割り合いで非周期的に分散して配置される、請求項３記載の造形装置。
5. 前記造形物の内部における前記カラー画像データの色が、周辺の色より高い明度又は低い彩度の色である場合、前記着色材料の配置領域に透明材料を配置する、請求項１から請求項４の何れか１項記載の造形装置。
6. 前記造形物の表面から内部へ向かう法線方向に対する所定厚さは、前記光反射材料を配置しない光反射材料非配置領域として設定され、
   前記決定手段は、前記光反射材料非配置領域に前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置する、請求項１から請求項５の何れか１項記載の造形装置。
7. 前記決定手段は、前記光反射材料非配置領域に接する前記造形物の内部領域に対して、前記光反射材料を相対的に多く配置する、請求項６記載の造形装置。
8. 前記光反射材料の色は、白色である、請求項１から請求項７の何れか１項記載の造形装置。
9. 前記着色材料の配置位置は、前記カラー画像データに対して中間調処理が行われて決定される、請求項１から請求項８の何れか１項記載の造形装置。
10. 前記着色材料の色は、少なくともイエロー、マゼンタ、シアンであり、
    前記造形物は、減法混色法によって着色される、請求項１から請求項９の何れか１項記載の造形装置。
11. 前記光反射材料及び前記着色材料は、紫外線硬化型の樹脂である、請求項１から請求項１０の何れか１項記載の造形装置。
12. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形方法であって、
    前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定し、
    前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される、造形方法。
13. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置のコンピュータを、
    前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段、
    として機能させ、
    前記単位容積の設定位置は、一つの前記単位容積の一面に当接する他の前記単位容積が複数の前記単位容積であるように設定される、造形プログラム。
14. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形方法であって、
    前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する、
    造形方法。
15. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置のコンピュータを、
    前記造形物の内部の着色領域において、前記カラー画像データに基づいて前記造形物の最小構成単位で前記着色材料の配置位置を決定し、前記着色領域において分散して配置されるように前記光反射材料の配置位置を決定する決定手段、
    として機能させる、造形プログラム。
16. カラー画像データに基づいて光反射材料と着色材料とを吐出ヘッドから吐出して層体を積層し、内部を着色した立体的な造形物を形成する造形装置であって、
    前記造形物の内部の着色領域において、単位容積毎の予め定められた位置に光反射材料が配置され、前記光反射材料の周囲に前記カラー画像データに基づいて着色材料が配置されるように、前記光反射材料及び前記着色材料の配置位置を決定する決定手段を備え、
    前記決定手段は、前記着色領域において前記単位容積の設定位置又は前記光反射材料の配置位置に制限されず前記カラー画像データに基づいて前記着色材料を配置する、造形装置。
    

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