JP5338256B2 - Stereoscopic image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、トナーの射出により立体像を積層印刷可能な立体プリンタ等の立体像形成装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image forming apparatus such as a three-dimensional printer that can laminate and print a three-dimensional image by ejecting toner.
従来、記録紙等の上に、立体的な画像を形成する方法として、一般の複写機やプリンタ等を使用して立体的な画像を形成し得る画像形成用トナーや、そのような画像形成用トナーを用いた画像形成装置が提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, as a method for forming a three-dimensional image on recording paper or the like, an image forming toner capable of forming a three-dimensional image using a general copying machine, a printer, or the like, or such an image forming toner is used. An image forming apparatus using toner has been proposed (see Patent Document 1).
上記特許文献1には、発泡剤がトナー表面に実質的に露出していないように構成した結着樹脂と発泡剤とを含有する画像形成用トナーが開示されている。
上記特許文献1に開示の技術では、結着樹脂と発泡剤とを含有するトナーを用いることによって、記録媒体上に立体画像を形成することが可能であるが、発泡性トナーで大きな膨張率を得ようとすると、発泡性トナーと用紙との界面でも大きく発泡するため、使用する用紙と発泡性トナーとの接着強度が不足し、立体的なトナー画像が用紙から剥離してしまうという問題点があった。また、上記発泡性トナーで大きく膨張させようとすると、発泡性トナーが横方向にも広がってしまい、十分な高さが得られず、立体画像としては、不十分なものとなる等の問題点があった。
In the technique disclosed in
上記問題点を解決するものとして、一般の複写機やプリンタ等の画像形成装置を使用して、記録媒体上に発泡性トナーからなる立体画像を十分な接着強度で耐久性を有するように形成する画像形成装置が提案されている(特許文献2参照)。 In order to solve the above problems, a general image forming apparatus such as a copying machine or a printer is used to form a stereoscopic image made of a foaming toner on a recording medium so as to have sufficient adhesive strength and durability. An image forming apparatus has been proposed (see Patent Document 2).
同特許文献2には、画像形成装置によって立体画像を形成する場合は、通常の非発泡性のトナー以外に、前記トナーとして、少なくとも結着樹脂と発泡剤とを含有する発泡性トナーを使用し、立体画像を形成する記録媒体上の同一個所に、先に非発泡性のトナーからなるトナー像を形成し、当該非発泡性のトナーからなるトナー像の上に、発泡性のトナーからなるトナー像を積層状態に形成して、立体画像を記録媒体上に形成するように構成し、一般の複写機やプリンタ等の画像形成装置を使用し、記録媒体上に発泡性トナーからなる立体画像を形成することが可能な画像形成装置が開示されている。 In Patent Document 2, when a stereoscopic image is formed by an image forming apparatus, in addition to a normal non-foamable toner, a foamable toner containing at least a binder resin and a foaming agent is used as the toner. In addition, a toner image made of non-foamable toner is first formed at the same location on a recording medium on which a stereoscopic image is formed, and a toner made of foamable toner is formed on the toner image made of the non-foamable toner. A three-dimensional image is formed on a recording medium by forming an image in a laminated state, and a three-dimensional image made of foamable toner is formed on the recording medium using an image forming apparatus such as a general copying machine or a printer. An image forming apparatus capable of being formed is disclosed.
しかしながら、上記特許文献2の技術は、上記特許文献1の問題点を解消できるものの、形成される立体画像の硬さは発泡剤等の等方性かつ均一な質感に依存するため、リアルさにかけるという問題点があった。
However, although the technique of Patent Document 2 can solve the problems of
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、異方性を有し、且つ形成対象の立体とほほ同じ質感の立体像を最小のトナーを用いて実現することのできる立体プリンタ等の立体像形成装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, such as a three-dimensional printer that can realize a three-dimensional image having anisotropy and almost the same texture as a three-dimensional object to be formed by using a minimum amount of toner. An object is to provide a stereoscopic image forming apparatus.
本発明は、立体像の立体形状データを格納した第1のメモリと、所定の射出時間でそれぞれ硬度の異なる材質の樹脂を主成分とする第1および第2のトナーの組み合わせ比率で一定面積分の印刷層を形成するために、前記射出時間内における当該第1および第2のトナーの射出順序を規定した印刷制御データを立体像の種類毎に格納した第2のメモリと、第1のトナーおよび第2のトナーを収容し、主走査方向および副走査方向に移動しながら収容している第1および第2のトナーを印刷制御データに基づく順序で射出して印刷層を形成するヘッド部と、立体形状データを第1のメモリから読み出して水平方向の断面を得てその断面のなす輪郭の座標を取得し、印刷制御データに基づいて、ヘッド部を制御して断面の輪郭を縁部とする印刷層を形成させる動作を該立体形状データの底面から頂部まで所定の間隔で繰り返す立体形成制御手段と、を備えたことを特徴とする立体像形成装置を提供するものである。 According to the present invention , a certain area is obtained by a combination ratio of a first memory storing stereoscopic shape data of a stereoscopic image and the first and second toners whose main components are resins having different hardnesses for a predetermined injection time. A second memory storing print control data defining the ejection order of the first and second toners within the ejection time for each type of stereoscopic image, and the first toner And a head unit that stores the second toner and ejects the first and second toners stored in the main scanning direction and the sub-scanning direction in an order based on the print control data to form a print layer. The solid shape data is read from the first memory, a horizontal section is obtained, the coordinates of the outline formed by the section are obtained, the head section is controlled based on the print control data, and the outline of the section is defined as the edge. Printing layer The operation of forming a bottom surface of the stereo geometry data to the top is to provide a stereoscopic image forming apparatus characterized by comprising a, a three-dimensional forming control means for repeating at a predetermined interval.
本発明の立体像形成装置によれば、立体像の質感やその機械的特性を、2種類のトナーの組み合わせおよびそれらの射出順序によって形成される印刷層の積層によって実現できるので、簡単且つ本物に近いフィギア等を作ることができる。
また、請求項5乃至7に記載の発明によれば、形成される立体は、温度や、湿度や、電圧の印加若しくは電流の導通によって伸縮するので、本物のような3次元筋肉を持ったフィギアを形成できる。つまり、「一部品多次元駆動」が可能なフィギアを実現できる。又、請求項8に記載の発明によれば、材質や物理的特性の異なる2つのトナーの組み合わせおよび射出順序により、熱や、電界や磁界等によって効率的に発電する発電体を作ることもできる。
According to the three-dimensional image forming apparatus of the present invention, the texture of the three-dimensional image and the mechanical characteristics thereof can be realized by stacking the printing layers formed by the combination of two types of toners and their injection order. Close figures can be made.
Further, according to the inventions of claims 5 to 7, the formed solid expands and contracts due to temperature, humidity, voltage application, or current conduction, so a figure having a real three-dimensional muscle is obtained. Can be formed. That is, a figure capable of “one-part multi-dimensional drive” can be realized. Further, according to the invention described in claim 8, it is possible to produce a power generator that efficiently generates power by heat, an electric field, a magnetic field, or the like, by combining and injecting two toners having different materials and physical characteristics. .
本発明は、従来方式と異なり、材質若しくは物理的特性の異なる2種類のトナーの組み合わせより、異方性を有し、且つ形成対象の立体(以下、「形成対象」と記す)とほぼ同様の質感や機械的若しくは物理的特性を有する立体像を形成する。以下、図1〜図6に従って説明する。 Unlike the conventional method, the present invention has anisotropy and is almost the same as a three-dimensional object to be formed (hereinafter referred to as “formation target”) by combining two types of toners having different materials or physical characteristics. A three-dimensional image having a texture and mechanical or physical characteristics is formed. Hereinafter, description will be given with reference to FIGS.
具体的には、図3の例に示すように、材質や物理的特性や機械的特性の異なるトナーA、Bの組み合わせとその射出順序によって形成される印刷層31を、立体プリンタ1を制御してトナーA、Bを所定の射出順序で射出し、積層して立体を形成する。
これにより、形成対象の立体(以下、「形成対象」と記す)を水平に輪切りにしたn個の輪郭形状に合わせて1層ずつ印刷層を印刷し、形成対象の高さと印刷層の厚みから算出されるn個の印刷層を積層することにより、その形成対象の立体像を形成することができる。
Specifically, as shown in the example of FIG. 3, the three-
As a result, a printing layer is printed one layer at a time in accordance with n contour shapes obtained by horizontally cutting a three-dimensional object to be formed (hereinafter referred to as “forming object”). From the height of the forming object and the thickness of the printing layer, By stacking the calculated n printing layers, it is possible to form a stereoscopic image to be formed.
図1は、本発明の立体画像形成装置(以下、「立体プリンタ」と記す)の主要部の回路構成例を示すブロック図であり、立体プリンタ1は、操作部11、制御部12、一時記憶メモリ13、保存記憶メモリ14、ヘッド駆動部15、ヘッド部16、形状データ入力部117、およびLCD等の表示画面を有する表示部18を備えている。なお、符号20は記録紙等を保持する台部である。また、表示部18は必須ではない。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration example of a main part of a stereoscopic image forming apparatus (hereinafter, referred to as “stereoscopic printer”) according to the present invention. A
操作部11は、立体プリンタ1の起動など、ユーザによる必要な指示を与えるためのキー等を備えており、これらのキーが操作されると対応する信号が制御部12に送出される。
The
制御部12はCPU等から構成され、図示の各内部構成要素を総括し、保存メモリ14のプログラム格納領域143に格納されている制御プログラム及び動作プログラムにより、各内部構成要素の動作を制御する。
The
動作プログラムには、立体形状データから立体像の断面データ(2次元データ)を切り出し、当該断面を印刷するためのヘッド部16のトナー射出範囲(主走査方向(X方向)および副走査方向(Y方向)の範囲)を決定する射出範囲決定プログラムや、射出範囲決定プログラムによって決定されたトナー射出範囲に基づいて射出ヘッダを駆動する駆動信号を生成するための駆動制御信号生成プログラム、保存メモリ14の組成プリントデータ格納領域142に格納されている組成プリントデータに基づいて、ヘッド部16によるトナーA、B(後述)の単位時間当たりの射出量(つまり、射出時間)を制御するトナー射出制御プログラム等が含まれている。
In the operation program, cross-sectional data (two-dimensional data) of a three-dimensional image is cut out from the three-dimensional shape data, and the toner ejection range (main scanning direction (X direction) and sub-scanning direction (Y) of the
一時記憶メモリ13は、DRAM等の一次記憶メモリで構成され、立体プリンタとして必要な各種データを記憶し、且つ、立体プリンタ1の起動時に、保存メモリ14のプログラム格納領域143に格納されている制御プログラム及び動作プログラム等、制御部12が動作する上で必要なプログラムやデータを記憶する。また、一時記憶メモリ13は、保存メモリ14の立体形状データ格納領域143に格納されている立体形状データを一時記憶するためのワークメモリ、射出範囲決定プログラムによって切り出される立体像の断面データを一時記憶するためのワークメモリ、その他各種プログラムによるデータ処理に必要なワークメモリとしても用いられる。
The
保存メモリ14は、ハードディスク装置等の大容量記装置からなり、立体形状データを格納するための立体形状データ格納領域141や、トナーA,Bの組み合わせパターン(組成プリントデータ(図4))を格納するための組成プリントデータ格納領域142や、各種プログラムを格納するためのプログラム格納領域143を有している。なお、立体形状データや、組成プリントデータ、各種プログラムを別々のメモリに格納するようにしてもよい。
The
形状データ入力部17は、立体形状データを入力し保存メモリ14に格納する。形状データ入力部17としては、立体形状データが記録されたCD等の記録媒体を読み取って保存メモリ14に記録する記録媒体読取装置や、外部形状データ生成装置から送信される立体形状データ等を受信するデータ受信装置若しくはインターフェイスが相当する。
The shape
なお、本実施例では、立体形状データ格納領域141に格納されている立体形状データは、図示していないが、それぞれ、その名称および立体の種類(その立体が、人物像(服を着た人物(男)、(女))、人物裸像(男)、(女))、人物以外の生物、建造物、メダル等、構造物、・・・かの分類)と関連付けられて格納されているものとする。
In this embodiment, the solid shape data stored in the solid shape
ヘッド駆動部15は制御部12からの駆動制御信号を元に、所定時間内に、ヘッド部16を水平平面内のトナー射出範囲で主走査方向(X方向)および副走査方向(Y方向)に移動させる。また、ある水平平面のトナー射出範囲でのヘッド部15の移動を終えるとヘッド部16をZ軸に沿って(上方向)に所定距離だけ移動させる動作を、少なくとも、形成される立体像の高さに見合う回数分繰り返し、形成した立体像が取り去られるか、ユーザがヘッド部16の復帰操作を行うと、初期位置に復帰する。
Based on the drive control signal from the
ヘッド部16は、図2に示すように、トナーAを収容すると共に制御部12からの制御信号に従ってトナーAを射出する射出部161を備えたカートリッジ16とトナーBを装着ると共に制御部12からの制御信号に従ってトナーBを射出する射出部171を備えたカートリッジ117とを着脱自在に構成され、かつ射出部161,171から射出されるトナーの射出用開口部151、152を備えており、ヘッダ駆動部15によって水平面ないで主走査方向および副走査方向に移動しながら、トナーA、Bを立体の種類に応じた組成プリントデータに従って印刷しながら垂直に所定距離ずつ上方移動し、トナーA、Bからなる印刷層を立体形状の水平方向の形状に重ねながら立体像を形成する。なお、図2で符号20は立体像を形成するための台紙を載せるための台部である。
As shown in FIG. 2, the
ヘッド部16の射出部161,167に装着する2種類のトナーカートリッジは、物理的特性や機械的特性の異なった材質のトナーを主成分を内容物としてなり、実施例では、トナーの種類の異なる複数のカートリッジに中から、形成する立体の質感や物理的若しくは機械的特性に応じたトナーを内容とする2種類のトナーカートリッジをユーザが選んで(図5のステップS4参照)装着する。
The two types of toner cartridges mounted on the
(本発明の原理)
図3は、本発明の原理であるトナー組成による印刷層の説明図であり、図3(a)に示す印刷層31−1は、立体プリンタ1によるトナーAおよびトナーBの射出順序をABBBとしてなる印刷層であり、図3(a)では、印刷層31−1の上に同様の射出順序の印刷層31−2を重ねた多重印刷層を示す。また、図3(b)に示す印刷層32−1は、射出順序をAABBとしてなる印刷層であり、図3(b)では、印刷層32−1の上に同様の射出順序の印刷層32−2を重ねた多重印刷層を示す。・・・、同様に、図3(h)に示す印刷層38−1は、射出順序をAAABとしてなる印刷層であり、図3(h)では、印刷層38−1の上に同様の射出順序の印刷層38−2を重ねた多重印刷層を示す。
(Principle of the present invention)
FIG. 3 is an explanatory diagram of a print layer based on a toner composition which is the principle of the present invention. The print layer 31-1 shown in FIG. 3A is a case where the injection order of the toner A and the toner B by the three-
ここで、例えば、硬い材質からなるトナーAとゴムのような可塑性を備えた材質からなるトナーB材からなる印刷層を立体プリンタ1で形成して積層するばあい、「AAAB」「AAAB」「AAAB」・・・のようにBが少ないと全体の硬度は硬くなり、「ABBB」「ABBB」「ABBB」・・・のようにBが多いと全体は可塑性を帯びてゴムっぽくなり、このAとBの出現率、出現パターンによって様々な機械的性質が3次元で実現できる。つまり、木材や本物の筋肉に近いアクチュエーター、効率の高い発電体を作ることができる。
また、さらにこのAとBの出現率を3次元的にパターンとして構成すると異方性材料、つまり、異方性を有し、且つ形成対象とほほ同じ質感の立体像を、材質または物理的統制の異なった2種類最小のトナーを用いて作成することができる。
Here, for example, when the printing layer made of the toner A made of a hard material and the toner B made of a material having plasticity such as rubber is formed and stacked by the three-
Further, when the appearance rates of A and B are configured as a pattern three-dimensionally, an anisotropic material, that is, a three-dimensional image having anisotropy and almost the same texture as the object to be formed, can be controlled by the material or physical control. Two different types of minimum toner can be used.
(トナー組成の実施例)
トナーの組み合わせ例として下記実施例を掲げることができるが、トナーの組み合わせは下記に限定されない。
(1)硬度の異なる材質からなるトナーA、トナーBを用いる例;
例えば、トナーAとして硬度の高いアクリル樹脂を主成分としたトナーを用い、トナーBとして可塑性のあるシリコーン樹脂を主成分としたトナーを用いて、所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体像を形成できる。
この例に拠れば、トナーの射出順序(組成プリントデータ)の構成の仕方で、立体像の硬さ(やわらかさ)の調整が可能となり、質感がよくなる。
(Example of toner composition)
The following examples can be listed as examples of toner combinations, but the toner combinations are not limited to the following.
(1) Example using toner A and toner B made of materials having different hardnesses;
For example, a toner mainly composed of a hard acrylic resin is used as the toner A, and a toner mainly composed of a plastic silicone resin is used as the toner B, and the toner A and the toner B are ejected in a predetermined ejection order. A three-dimensional image can be formed by forming a print layer and laminating based on the three-dimensional shape to be formed.
According to this example, the hardness (softness) of the three-dimensional image can be adjusted and the texture can be improved by the configuration of the toner ejection order (composition print data).
(2)異なる融点を持ったトナーA、トナーBを用いる例;
例えば、トナーAとして融点が130度のポリアセタール(polyacetal)樹脂を主成分としたトナーを用い、トナーBとして融点が76度のPET(Polyethylene Terephthalate)樹脂を主成分としたトナーを用いて、所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体像を形成できる。
この例に拠れば、立体像の成形後に熱をあてると部分的に変形できるので、立体像の整形が可能となる。また、溶けやすい部分だけ変形するので、擬似立体を作ることができる。
(2) Example using toner A and toner B having different melting points;
For example, a toner mainly composed of a polyacetal resin having a melting point of 130 degrees is used as the toner A, and a toner mainly composed of a PET (Polyethylene Terephthalate) resin having a melting point of 76 degrees is used as the toner B. A three-dimensional image can be formed by ejecting toner A and toner B in the ejection order to form a print layer and laminating based on the three-dimensional shape to be formed.
According to this example, if heat is applied after forming a stereoscopic image, it can be partially deformed, so that the stereoscopic image can be shaped. Moreover, since only the easily meltable portion is deformed, a pseudo solid can be made.
(3)導電率、誘電率や磁性の異なるトナーA、トナーBを用いる例;
例えば、トナーAとして磁性のないポリアセタール樹脂を主成分としたトナーを用い、トナーBとして、磁性を有するフェライトの粉入りPET樹脂を主成分としたトナーを用いて所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体を形成できる。
この例に拠れば、立体として、コアや、対磁板等の機能部材を作成することができる。また、トナーBに導電性粉を入れるとコイル状若しくはアンテナエレメント形状を作ることで躯体に直接アンテナを作ることができる。
(3) Example using toner A and toner B having different conductivity, dielectric constant and magnetism;
For example, a toner mainly composed of a non-magnetic polyacetal resin is used as the toner A, and a toner mainly composed of a magnetic ferrite powdered PET resin is used as the toner B. A solid can be formed by injecting B to form a printed layer and laminating based on the three-dimensional shape to be formed.
According to this example, a functional member such as a core or an anti-magnetic plate can be created as a three-dimensional object. Further, when conductive powder is put into the toner B, an antenna can be directly formed on the casing by forming a coil shape or an antenna element shape.
(4)温度、湿度(含水率)、印加電圧若しくは導通させる電流によって膨張率の異なるトナーを用いる方法
(4−1)例えば、トナーAとして熱で伸びやすいABS(Acrylonitoril Butadience Styrene)を主成分としたトナーを用い、トナーBとして熱でもほとんど伸びないポリイミドを主成分としたトナーを用いて、所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体(製品)を形成できる。
この例に拠れば、熱で動作するアクチュケーターや、ドライヤーをあてると所望の形状に立体化するキーホルダー等を製造することができる。また、熱で部分的に伸びるようトナーAを配置すると、その部分だけがバイメタルのように撓むことで立体を所望の形状に変形させることができる。
(4−2)例えば、トナーAとして含水しにくく膨張しにくい特性を備えたABSを主成分としたトナーを用い、トナーBとして;含水すると膨張しやすい特性を備えたナイロンを主成分としたトナーを用いて、所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体(製品)を成型できる。
この例に拠れば、乾湿の度合いで(つまり、バイメタルの原理で湿度に応じて)動作する乾湿感知アクチュケーターを作ることができる。この乾湿感知アクチュケーターは、家屋のカビ防止装置等に応用できる。
(4−3)例えば、トナーAとして電流を導通しても膨張しない特性を備えたABSを主成分としたトナーを用い、トナーBとして電流を導通すると膨張する特性を備えた、ポリピロール樹脂やピエゾ粉体入りポリイミド(polyimide)を主成分としたトナーを用いて、所定の射出順序によりトナーA、トナーBを射出して印刷層を形成し、形成対象の3次元形状に基づいて積層することにより、立体(製品)を成型できる。
この例に拠れば、バイメタルの原理で立体組成を有する高品質の人口筋肉や、アクチュケーターを作成できる。また、撓みを利用した圧電バイモルフ構造の発電体等を作成することもできる。また、これらの動作方向を設定することもできる。
(4) Method of using toner having different expansion coefficient depending on temperature, humidity (moisture content), applied voltage or conducting current (4-1) For example, as toner A, ABS (Acrylonitoril Butadience Styrene) which is easily extended by heat is used as a main component. The toner is composed mainly of polyimide which is hardly stretched by heat as toner B, and a printing layer is formed by injecting toner A and toner B according to a predetermined injection order. By stacking based on the above, a solid (product) can be formed.
According to this example, it is possible to manufacture an actuator that operates with heat, a key ring that is three-dimensionalized into a desired shape when a dryer is applied. Further, when the toner A is disposed so as to be partially extended by heat, only the portion is bent like a bimetal, so that the solid can be deformed into a desired shape.
(4-2) For example, as toner B, a toner mainly composed of ABS having a characteristic of hardly containing water and hardly expanding is used, and as toner B; A solid (product) can be molded by ejecting toner A and toner B in a predetermined ejection order to form a print layer and laminating them based on the three-dimensional shape to be formed.
According to this example, it is possible to make a dry / humidity sensing actuator that operates at a dry / wet level (that is, depending on the humidity by the bimetal principle). This dry / humidity sensing actuator can be applied to a mold prevention device for a house.
(4-3) For example, a toner mainly composed of ABS having a characteristic that does not expand even when a current is conducted as toner A, and a polypyrrole resin or piezo having a characteristic that expands when a current is conducted as toner B By using toner composed mainly of powdered polyimide (polyimide), ejecting toner A and toner B in a predetermined ejection order to form a printing layer, and laminating based on the three-dimensional shape of the object to be formed A solid (product) can be molded.
According to this example, a high-quality artificial muscle having a three-dimensional composition and an actuator can be created based on the bimetal principle. In addition, it is possible to create a power generator with a piezoelectric bimorph structure utilizing bending. Moreover, these operation directions can also be set.
上述したように、トナーA、Bの種類と組み合わせ順序により形成する立体像の質感等が決定されることから、立体を印刷層を積層して形成する場合にはトナーA、Bの種類の組み合わせとそれらの射出順序を決めておくことが必要となる。
トナーA、Bの種類の組み合わせと射出順序は、立体プリンタ1での立体形成の準備作業として、所望する立体像の種類(その立体が、人物像(服を着た人物(男)、(女))、人物裸像(男)、(女))、人物以外の生物、建造物、メダル等、構造物、・・・かの分類)に応じて、ユーザが操作部11からキー入力するようにしてもよいが、図4に示すような組成プリントデータに基づいて、立体像の種類を選択するだけで自動的にトナーA、Bの種類と組み合わせ順序が決定できるように構成することもできる。
As described above, the texture and the like of the three-dimensional image formed by the types of toners A and B and the order of combination are determined. It is necessary to determine the order of injection.
The combination of the types of toners A and B and the injection order are determined according to the desired three-dimensional image type (the three-dimensional image is a person image (a person (male) wearing clothes, a female )), Nude human figure (male), (female)), creatures other than human beings, structures, medals, etc., structures,... However, based on the composition print data as shown in FIG. 4, it is also possible to automatically determine the types of toners A and B and the order of combination only by selecting the type of stereoscopic image.
図4は、組成プリントデータの一実施例を示す図であり、40は、立体像の種類を選択するだけで自動的にトナーA、Bの種類と組み合わせ順序を決定する場合に必要な組成プリントデータの例を示す。
図4で、組成プリントデータ40は、形成する立体の種類名(分類名)41、印刷層を組成するトナーA、Bの名称42A,42B、トナーA、Bの種類情報(主成分、特性等)43A,43BとトナーA、Bの射出順序情報44、および1層分の印刷層を単位面積分形成するために必要な射出時間45等からなり、保存メモリ14の組成プリントデータ記録領域142に複数記憶されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of composition print data. 40 is a composition print necessary for automatically determining the types of toners A and B and the combination order by simply selecting the type of stereoscopic image. An example of data is shown.
In FIG. 4, the
立体像の種類41は、人物(女性、男性)、建造物、メダル等の物体、構造物等の名称若しくは識別情報からなる。また、トナーA、Bの種類情報43A,43Bは前述した(トナー組成の実施例)で述べたようなトナーA、Bの主成分名称若しくはその識別情報からなり、立体形状データ格納領域141に格納されている立体形状データにその立体の名称と共に関連付けられている立体の種類と対応している。
また、トナーA、Bの射出順序情報44は、「ABBB」といった射出順序、若しくは「1:3」(=「ABBB」)、「2:2」(=「AABB」)といった組み合わせ比率からなり、射出時間46は、所定数の画素若しくは一定面積g分の印刷層を形成するためのトナーの射出時間t(例えば、1画素分で1/50sec)である。
The three-
The
1層分の印刷層を所定面積形成するための時間が、1/50secならば、組み合わせ情報45が「ABBB」の場合は4回トナーを射出して1層を形成するから、1回の射出時間は1/200secとなる。したがって、射出順序の組み合わせ情報45が「ABBB」若しくは「1:3」の場合は、トナーAの射出時間は1/200secとなり、トナーBの射出時間は1/200×3=3/200secとなる。
If the time for forming a print layer for a predetermined area is 1/50 sec, if the
一方、3次元形状の断面面積分の主走査方向の画素数をGX、副走査方向の画素数をY、一層分の射出時間をs、ヘッドの移動時間をkとすれば、その断面の印刷時間Sは、主走査方向の印刷時間SX=(GX/g)×(s+k)を副走査方向の曲線に沿って積分した値となり、立体像の形成時間「S」は、断面の印刷時間Sを高さ方向の曲線に沿って積分した値となる。 On the other hand, if the number of pixels in the main scanning direction corresponding to the cross-sectional area of the three-dimensional shape is GX, the number of pixels in the sub-scanning direction is Y, the emission time for one layer is s, and the moving time of the head is k, printing of the cross section is performed. The time S is a value obtained by integrating the printing time SX = (GX / g) × (s + k) in the main scanning direction along the curve in the sub scanning direction, and the formation time “S” of the stereoscopic image is the printing time S of the cross section. Is the integrated value along the curve in the height direction.
これにより、所望する立体像の組成プリントデータ40と立体像の3次元形状データから立体プリンタ1により印刷層を積層して立体像を形成できる。なお、実施例では、ユーザが形成したい立体像の種類を選択(若しくは指定)すると、トナーA、Bの組成プリントデータにより自動的に立体像が形成できるように構成したが、トナーAとBの詳細な組成をユーザが立体プリンタ1の画面内で設定して立体物が作れるように構成することもできる。
As a result, a three-dimensional image can be formed by laminating printing layers by the three-
図5は、図1に示した立体プリンタ1の動作例を示すフローチャートであり、立体プリンタ1は制御プログラム、立体形状データから立体像の断面データ(2次元データ)を切り出し、当該断面を印刷するためのヘッド部16のトナー射出範囲(主走査方向(X方向)および副走査方向(Y方向)の範囲)の座標を決定する射出範囲決定プログラムや、射出範囲決定プログラムによって決定されたトナー射出範囲に基づいて射出ヘッダを駆動する駆動信号を生成するための駆動制御信号生成プログラム、保存メモリ14の組成プリントデータ格納領域142に格納されている組成プリントデータに基づいて、ヘッド部16によるトナーA、B(後述)の単位時間当たりの射出量(つまり、射出時間)を制御するトナー射出制御プログラム等の各種動作プログラムにより、選択若しくは指定された立体像の形成を実行する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation example of the
図5で、ユーザが立体プリンタ1を起動すると、制御部12は、保存記憶メモリ14のプログラム格納領域143から制御プログラムおよび各種動作プログラムや操作案内用メッセージデータ等を一時記憶メモリ16に読み出し、各種動作プログラムに基づく以下に示すような立体形成機能の実行を開始する。
In FIG. 5, when the user activates the
まず、制御部12は表示部18にトナーの組成等をユーザが設定するか、立体プリンタ1の自動設定に委ねるかを問うメッセージを表示してユーザの選択を促し、操作部11からの信号を調べ、ユーザが設定する場合はステップS3に進み、自動設定する場合はステップS2に進む(ステップS1)。
First, the
自動設定する場合は、制御部12は表示部18に形成可能な立体の名称(保存メモリ14に格納されている立体形状データの名称)の一覧表を表示して形成する立体の選択を促し、ユーザが立体名を選択(指定)すると、その立体名で組成プリントデータ格納領域142を検索し、一致する組成プリントデータ(立体名で特定される立体の種類(分類)と、トナーA、Bの名称、トナーA、Bの種類情報(主成分、特性等)、トナーA、Bの射出順序等を含む)を組成プリントデータ格納領域142から読み出して一時記憶メモリ13に記憶し、ステップS4に進む(ステップS2)。
In the case of automatic setting, the
トナーの組成等をユーザが設定する場合は、制御部12は形成可能な立体の名称および所定の設定事項(トナーA、Bの名称、種類、射出順序、印刷層の形成時間等)が選択(または入力)可能に構成された設定画面(図示せず)を表示部18に表示して、ユーザに立体名のキー入力および各設定事項の選択(指定)を促し、ユーザが立体名の入力および各設定事項の選択(設定)を行うと、選択(選択)された設定事項を一時記憶メモリ13に記憶する(ステップS3)。
When the user sets the toner composition or the like, the
次に、制御部12はステップS2またはステップS3でユーザが選択(または設定)したトナーA、Bの名称およびそれらが入っているトナーカートリッジのヘッド部16への装着を確認する旨のメッセージを表示部18に表示し、ユーザが確認操作を行うと、ステップS5に進む(ステップS4)
Next, the
ユーザがトナーA、Bの装着を確認すると、制御部12は、ヘッダ駆動部15に制御信号を送り、ヘッド部16を所定の印刷開始位置に移動させると共に、副走査方向のカウンタjおよび高さカウンタkの初期値を1とする(ステップS5)。
When the user confirms that the toners A and B are mounted, the
制御部12は、ステップS2で選択された立体名称若しくはステップS3で入力された立体名称の立体形状データを保存メモリ14の立体形状データ記録領域から読み出して一時記憶メモリ13に記憶する(ステップS6)。
The
制御部12は、一時記憶メモリ13の立体形状データの底面から高さ方向に間隔h(=厚み)で水平断面(k)を切り出し、その断面(k)の形状が形成する輪郭の座標データ(Xzi,Yzj);(i=1〜m、j=1〜n、z(断面の数)k=H/h:Hは立体の高さ)を立体形状データを元に形成される立体の底面から頂部までh刻み(h間隔)で下記ステップS7〜ステップS13の繰り返しに従って順次取得する(ステップS7)。なお、立体から切り出した断面のなす形状の座標は公知の方法により取得できる。
The
制御部12はヘッド部16の射出部161若しくは射出部167からの信号および操作部11からの信号を調べ、トナー切れ信号を検出した場合は、ヘッド駆動制御部15およびヘッド部16に制御信号を送ってヘッド部16の移動およびトナーの射出を停止させる。また、トナー切れ信号を検出しない場合はステップS12に進む(ステップS8)。
The
次に、制御部12は、カウンタj、kの値を保持し、ヘッド部16を初期位置に移動させると共に、トナーAまたはトナーBの入ったトナーカートリッジの交換を促すメッセージ(「トナーA(またはトナーB)を交換してください」)を表示する(ステップS9)。
Next, the
制御部12はトナーカートリッジの交換を確認する旨のメッセージを表示部18に表示し、ユーザが確認操作を行うと、ヘッダ駆動部15に制御信号「再開」を送り、ヘッド部16を停止時の位置に移動(復帰)させ、ステップS11に進む(ステップS10)。
The
制御部12はヘッド部15の射出部161,171を制御し、トナーA,Bを、一時記憶メモリ13に記憶されている組成プリントデータの射出順序および射出時間に従って射出し、所定の画素数分(若しくは所定面積)の印刷層を形成しながら、ヘッダ駆動部15に制御信号「主走査」を送り、ヘッド部16を立体形状の高さh×k(高さカウンタ:初期値=1)、副走査方向のカウンタ値をj(初期値=1)とした水平方向の輪郭内において、輪郭の初端から終端に向かって移動させ、終端に到達するとステップS12に進む(ステップS11)。
The
制御部12は、副走査方向のカウンタ値jに1を加えると共に、ヘッダ駆動部15に制御信号「改行」を送り、ヘッド部16を次の行に移動させてステップS7に戻る動作を、高さhの輪郭内のすべての部分を走査し終わるまで繰り返し、その輪郭内のすべての部分を走査し終わるとステップS13に進む(ステップS12)。
The
その輪郭内のすべての部分を走査し終わると、制御部12は、高さカウンタkに1を加え、j=1としてステップS7に戻る動作をカウンタkの値がH/h(つまり、水平方向に切り出した断面の数)以上になるまで繰り返し、H/h以上になるとステップS14に進む(ステップS13)。
When all the parts in the contour have been scanned, the
カウンタkの値がH/hを超えると、つまり立体を形成し終えると、制御部12はヘッダ駆動部15に制御信号「初期位置」を送り、ヘッド部16を所定の初期位置に戻して処理を終了する(ステップS14)。
When the value of the counter k exceeds H / h, that is, when the solid has been formed, the
上記フローチャートの説明により、立体形状を水平方向に切り出した断面のなす輪郭と同じ形状および厚みの印刷層をステップS11、S12において、トナーA、Bを用いて形成することができる。さらに、ステップS13におい高さ方向の表面形状に沿って輪郭と同じ形状および厚みの印刷層を積層するので、所望の立体像を形成することができる。 According to the description of the flowchart, a printing layer having the same shape and thickness as the outline formed by the cross-section cut out in the horizontal direction can be formed using toners A and B in steps S11 and S12. Furthermore, since a printed layer having the same shape and thickness as the contour is laminated along the surface shape in the height direction in step S13, a desired stereoscopic image can be formed.
本実施例ではカートリッジ入りのトナーA、Bを用いているために、形成する立体像の体積が大きくてカートリッジの交換を要する場合がある。このような場合、上記図5のフローチャートのステップS8〜S10に示したように、ヘッド部16からトナー切れ信号を受け取るとヘッド部16の動作を停止させ、カートリッジの交換が終わると、ヘッド駆動部16およびヘッド駆動部16に制御信号(「再開」)を送ってヘッド部16の動作を継続することとなるが、トナーの節約およびカートリッジ交換の頻度を少なくするために、ステップS10で、輪郭の形状に応じて輪郭内に印刷しない部分(以下、「中空部」)のX軸方向の座標データ(中空データ)も算出するようにし、ステップS11において中空データを検出した場合には、制御部12はトナーを射出しないようにヘッド部16を制御するように構成してもよい。
In this embodiment, since the toners A and B contained in the cartridge are used, there is a case where the volume of the stereoscopic image to be formed is large and the cartridge needs to be replaced. In such a case, as shown in steps S8 to S10 of the flowchart of FIG. 5, when the toner out signal is received from the
図6は、本発明の立体プリンタによって形成された立体の断面および立体像の例を示す図であり、図6(a)は立体プリンタ1による印刷層51−1,51−2、・・・51−j、・・の積層による立体形成途中の像51を示し、図6(b)は完成像50を示す。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a three-dimensional cross section and a three-dimensional image formed by the three-dimensional printer of the present invention, and FIG. 6A shows printing layers 51-1, 51-2,. FIG. 6B shows a completed
1 立体プリンタ(画像成形装置)
12 制御部
14 保存記憶メモリ
15 ヘッド駆動部
16 ヘッド部
17 形状データ入力部
161,167 射出部
31−1、31−2、32−1、32−2、・・、38−1、38−2 印刷層
40 組成プリントデータ(印刷制御データ)
141 立体形状データ記録領域
142 組成プリントデータ記録領域
ABBB、AABB、AAAB 射出順序の組み合わせ
1 3D printer (image forming device)
DESCRIPTION OF
141 Three-dimensional shape
Claims (1)
所定の射出時間でそれぞれ硬度の異なる材質の樹脂を主成分とする第1および第2のトナーの組み合わせ比率で一定面積分の印刷層を形成するために、前記射出時間内における当該第1および第2のトナーの射出順序を規定した印刷制御データを立体像の種類毎に格納した第2のメモリと、
第1のトナーおよび第2のトナーを収容し、主走査方向および副走査方向に移動しながら収容している第1および第2のトナーを前記印刷制御データに基づく順序で射出して印刷層を形成するヘッド部と、
立体形状データを第1のメモリから読み出して水平方向の断面を得てその断面のなす輪郭の座標を取得し、前記印刷制御データに基づいて、前記ヘッド部を制御して前記断面の輪郭を縁部とする印刷層を形成させる動作を該立体形状データの底面から頂部まで所定の間隔で繰り返す立体形成制御手段と、
を備えたことを特徴とする立体像形成装置。 A first memory storing stereoscopic shape data of a stereoscopic image;
In order to form a printing layer for a certain area with a combination ratio of the first and second toners whose main components are resins having different hardnesses at a predetermined ejection time, the first and second areas within the ejection time are formed. A second memory that stores print control data that defines the ejection order of the two toners for each type of stereoscopic image;
The first toner and the second toner are accommodated, and the first and second toners accommodated while moving in the main scanning direction and the sub-scanning direction are ejected in the order based on the print control data to form a print layer. A head part to be formed;
The three-dimensional shape data is read from the first memory to obtain a horizontal cross section, the coordinates of the outline formed by the cross section are obtained, and the head section is controlled based on the print control data to define the outline of the cross section. Three-dimensional formation control means for repeating the operation of forming a printing layer as a part from the bottom surface to the top of the three-dimensional shape data at a predetermined interval;
A three-dimensional image forming apparatus comprising:
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Applications Claiming Priority (1)
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