JP5408207B2 - 立体物造形装置及び制御プログラム - Google Patents

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本発明は、立体物造形装置及び制御プログラムに関し、特に、重量を再現した立体物を造形する立体物造形装置及び重量を再現した立体物を造形するための情報を生成する制御プログラムに関する。
3次元の立体物を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピイング(RP:Rapid Prototyping)と呼ばれる技術が知られている。この技術は、ひとつの3次元形状の表面を3角形の集まりとして記述したデータ(STL(Standard Triangulated Language)フォーマットのデータ)により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して立体物を造形する技術である。また、立体物を造形する手法としては、溶融物堆積法(FDM:Fused Deposition Molding)、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法(SL:Stereo Lithography)、粉末焼結法(SLS:Selective Laser Sintering)などが知られている。
このような手法を用いて立体物を造形する装置として、例えば、下記特許文献1には、ポリエチレンなどのバインダとステンレスやチタンなどの金属合金を、所望の比率で予めコンパウンドしたもので3次元の立体物を造形する装置が開示されている。また、造形材料を射出可能な複数のヘッドを有し、個々のヘッドから異なる材料を適宜射出して造形する製品も販売されている。この製品では、異なる造形材料を異なるヘッドから選択的に射出して造形し、領域又はパーツ単位で造形材料の違いにより色や質感を変えて、立体物を造形することができる。
特許第3433219号
従来の立体物造形装置でモックアップを造形する場合、色や形状を再現することは可能であるが、造形物を構成する造形材料の材質と体積とで重量が決まってしまうため、造形物の重量を再現することができないという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、重量を再現した立体物を造形することができる立体物造形装置及び重量を再現した立体物を造形するための情報を生成する制御プログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置において、造形対象物の3次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部と、造形に使用される1又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報を記憶する造形材料データベースと、前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記造形材料データベースから取得した前記1又は複数の造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部と、前記造形情報に従って前記造形材料を積層する造形部と、を少なくとも備えるものである。
また、本発明は、造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置、若しくは、当該立体物造形装置を制御する制御装置で動作する制御プログラムであって、前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、造形対象物の3次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部、前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、予め記憶された、造形に使用される1又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部、として機能させるものである。
本発明の立体物造形装置及び制御プログラムによれば、重量を再現した立体物を造形することができる。
その理由は、立体物造形装置(制御プログラム)は、造形対象物の3Dデータに基づいて、造形物の形状情報及び重量情報を取得し、この形状情報及び重量情報と造形材料の重量情報とに基づいて、造形材料の充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、各層を造形するための造形情報を生成するからである。
これにより、プロトタイプとしてモックアップなどを作成するときに、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感をも再現することができ、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。
造形物の重量を再現する手法を分類して説明する図である。 粗密によって重量を再現するための構造の例を示す図である。 複数の造形材料を使用して重量を再現する場合のヘッドの構造を模式的に示す図である。 本発明の一実施例に係る立体物造形装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係る立体物の造形手順(重量を再現する場合)を示すフローチャート図である。 造形物の重量を再現する手法(1種類の造形材料を使用し、均一な充填率で重量を再現する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(1種類の造形材料を使用し、パーツ毎に充填率を変えて重量を再現する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(複数種類の造形材料を使用し、均一な混合比で重量を再現する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(複数種類の造形材料を使用し、パーツ毎に混合比を変えて重量を再現する場合)を示す図である。 造形物の重心位置を再現する手法(1種類の造形材料を使用し、充填率を変えて重心位置を再現する場合)を示す図である。 造形物の重心位置を再現する手法(複数種類の造形材料を使用し、造形材料を変えて重心位置を再現する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(造形物を微小体積の領域に細分化し、領域毎に重量を調整する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(パーツよりも軽い造形材料を用いて重量を再現する場合)を示す図である。 造形物の質感を再現する手法(表面部を均一な充填率又は混合比で造形する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(層単位、ライン単位、ドット単位で重量を調整する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(層単位で重量を調整する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(ライン単位で重量を調整する場合)を示す図である。 造形物の重量を再現する手法(ドット単位で重量を調整する場合)を示す図である。 造形物の慣性モーメントを再現する手法を模式的に示す図である。 造形物のモーメントを再現する手法のバリエーションを説明する図である。 本発明の一実施例に係る立体物の造形手順(重量及び慣性モーメントを再現する場合)を示すフローチャート図である。 立体物の造形する従来の方法(溶融物堆積法)を模式的に示す図である。 立体物の造形する従来の方法(インクジェット法)を模式的に示す図である。 立体物の造形する従来の方法(インクジェットバインダ法)を模式的に示す図である。 立体物の造形する従来の方法(光造形法)を模式的に示す図である。 立体物の造形する従来の方法(粉末焼結法)を模式的に示す図である。
背景技術で示したように、3次元の立体物を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピイングと呼ばれる技術が知られており、立体物を造形する手法として、溶融物堆積法(FDM)、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法(SL)、粉末焼結法(SLS)などが知られている。
溶融物堆積法(FDM)では、図22に示すように、ヘッドは、その高さの層の中で、一筆書きのように動きながら、造形材料を重ねてゆく。例えば、熱可塑性の材料を加熱して流動状にし、一方のノズルから押し出しながら断面形状を描く。また、必要に応じて、熱可塑性のサポート材料を加熱溶融し、もう一方のノズルから押し出す。そして、供給された材料が冷めると薄い硬化層ができる。この処理を繰り返した後、サポートを溶解することにより、立体物を造形する。
また、インクジェット法では、図23に示すように、一般の紙用のインクジェットプリンタの様に、X方向に往復運動を繰り返しながら、Y方向に移動させる。例えば、熱可塑性の材料(ビルド材料)を加熱溶融し、一方のインクジェットノズルから、断面形状に基づいて滴下する。また、必要に応じて、熱可塑性のサポート材料を加熱溶融し、もう一方のインクジェットノズルからモデルの外周や内周に滴下する。そして、滴下した材料が冷めると薄い硬化層ができ、一層積み上げる度に層の上を切削する。この処理を繰り返すことにより、立体物を造形し、後でサポートを溶解する。
また、インクジェットバインダ法では、図24に示すように、粉末を敷き詰めた上からインクジェットノズルで断面形状に基づいてバインダを滴下し、粉末同士を接着させて薄い固化層を作る。そして、できた固化層の上に粉末を薄く敷き詰め、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
また、光造形法では、図25に示すように、レーザービームで樹脂液面を断面形状通りに走査することにより、表層の硬化と下層との接合を行う。そして、一層の厚さ分だけ、テーブルを降下し、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
また、粉末焼結法では、図26に示すように、粉末を敷き詰めた上から赤外線レーザービームで断面形状通りに走査することにより、粉末同士を焼結させ、薄い固化層を作る。このとき、焼結により下層との接合も行う。そして、できた固化層の上に粉末を薄く敷き詰め、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
このような手法を用いることにより、見た目が造形対象物と同じ立体物を造形することができる。しかしながら、これらの手法は、均一な密度の造形材料を用いて立体物を造形する手法であり、造形対象物と同じ重量の立体物を造形するものではないため、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができない。また、これらの手法は、重心位置やモーメントを造形対象物と同じにするものではないため、造形対象物と同じ重量であったとしても、動かした時の重量感を再現することができない。
そこで、本発明の一実施の形態では、溶融物堆積法(FDM)やインクジェット法などで動作する立体物造形装置に、造形パラメータ生成部を設け、造形パラメータ生成部は、造形対象物の形状情報及び重量情報と造形材料の重量情報とを用いて、重量を再現するための造形材料の積み方を決定する。そして、造形材料の充填率又は混合比を全体または部分的に調整することによって、造形対象物と同じ重量や重心位置、モーメントを実現する。
具体的には、造形対象物の重量情報に基づき、造形対象物の重量を調整するため、造形対象全域にわたって造形材料を均一の粗密比で造形する。又は、造形対象物の重量分布を調整するため、造形対象の部位毎に、造形材料の充填率を変えて造形する。又は、造形対象物の重量を調整するため、造形対象全域にわたって、複数の造形材料の混合比を均一にして造形する。又は、造形対象物の重量分布を調整するため、造形対象の部位毎に、複数の造形材料の混合比を変えて造形する。
これらにより、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができ、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る立体物造形装置及び制御プログラムについて、図1乃至図21を参照して説明する。図1は、造形物の重量を再現する手法を分類して説明する図であり、図2は、粗密によって重量を再現するための構造例を示す図、図3は、複数の造形材料を使用して重量を再現する場合のヘッドの構造を模式的に示す図である。また、図4は、本実施例の立体物造形装置の構成を示すブロック図であり、図5は、本実施例の立体物の造形手順を示すフローチャート図である。また、図6乃至図9、図12乃至図18は、造形物の重量を再現する手法を示す図であり、図10及び図11は、造形物の重心位置を再現する手法を示す図である。また、図19及び図20は、造形物のモーメントを再現する手法を示す図であり、図21は、本実施例の立体物の造形手順(モーメントを再現する場合)を示すフローチャート図である。
なお、以下の実施例において、造形の対象となる物品を造形対象物と呼び、造形対象物を模して立体物造形装置で作製される物品を造形物と呼ぶ。また、造形物を作製する際に利用する素材を造形材料と呼ぶ。
また、充填率とは、単位空間体積に占める、造形材料の体積の比率であり、粗密の程度を表す。充填率が100%に満たない場合、空間内で造形材料以外が占める部分は、空気などの気体や水などの液体、真空などに対応する。また、混合比とは、単位空間体積に占める、個々の造形材料の体積の比率(充填率)の比率であり、充填率比と同義である。例えば、造形材料Aの充填率=20%、造形材料Bの充填率=30%、造形材料Cの充填率=50%の場合、ABCの混合比は、2対3対5であり、ABC合計の充填率は100%である。また、造形材料Aの充填率=20%、造形材料Bの充填率=20%、造形材料Cの充填率=50%の場合、ABCの混合比は、2対2対5であり、ABC合計の充填率は90%である。
造形対象物に基づいて造形物を作製する際、本実施例では、造形材料の充填率(粗密の程度)又は混合比を全体又は部分的に調整することによって、造形対象物の重量を再現するが、重量を再現する方法としては様々な方法が考えられる。以下、図1を参照して具体的に説明する。
[1種類の造形材料を用い、造形物の単位空間体積あたりの重量を全領域で同じにする方法(図1(a)参照)]
この方法の場合、造形対象物の3次元のデータ(CAD(Computer Aided Design)データやデザインデータなど、以下、3Dデータと称する。)に含まれる、造形物の形状情報及び重量情報(総重量情報、又は、単位体積あたりの重量情報、又は、造形対象物を構成するパーツ毎の重量又は単位体積あたりの重量を合算して求めた重量情報)から、造形物の形状情報及び重量情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量情報とに基づいて、造形材料の充填率を求め、求めた充填率に従って造形物を作製する。充填率を調整するには、例えば、図2に示すハニカム構造やスポンジ構造、コルゲート構造になるように造形材料を積層し、造形物全体に均等に空洞を形成すればよい。また、造形材料を射出するヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、一定の割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
[1種類の造形材料を用い、造形物の単位体積あたりの重量を部分的に変化させる方法(図1(b)参照)]
この方法の場合、造形対象物の3Dデータに含まれる、パーツ毎の形状情報及び単位体積あたりの重量情報から、造形物の形状情報及び重量分布情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量分布情報とに基づいて、部位毎の造形材料の充填率を求め、部位毎に求めた充填率に従ってそれぞれの部位を造形し造形物全体を作製する。充填率を調整するには、例えば、図2に示すハニカム構造やスポンジ構造、コルゲート構造の空洞のサイズを部分的に変えて造形すればよい。また、上記と同様にヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、更に、巻き込む空気の量を調整できるようにし、部位に応じた割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
[複数種類の造形材料を均等に混ぜ合わせて、造形物の単位体積あたりの重量を全領域で同じにする方法(図1(c)参照)]
この方法の場合、造形対象物の3Dデータに含まれる、造形物の形状情報及び重量情報(総重量情報、又は、単位体積あたりの重量情報、又は、パーツ毎の重量又は単位体積あたりの重量を合算して求めた重量情報)から、造形物の形状情報及び重量情報を作成し、装置に搭載されている複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量情報とに基づいて、複数の造形材料の混合比を決定し、決定された混合比に従って混合した造形材料を積み重ねて造形物を作製する。なお、造形物の充填率は100%にしてもよいし、100%よりも小さくしてもよい。充填率を100%にする場合は、図3(a)に示すように、ヘッド内で複数の造形材料を混合して射出するようにしてもよいし(左図参照)、複数の造形材料を混合するための混合ユニットをヘッドの前段に配置し、その混合ユニットで混合した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい(右図参照)。また、充填率を100%よりも小さくする場合は、混合した造形材料を用いて、造形物全体に均等に空洞が形成されるように造形すればよい。また、ヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、一定の割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
[複数種類の造形材料を用いて、造形物の単位体積あたりの重量を部分的に変化させる方法(図1(d)、(e)参照)]
この方法の場合、造形対象物の3Dデータに含まれる、パーツ毎の形状情報及び単位体積あたりの重量情報から、造形物の形状情報及び重量分布情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量分布情報とに基づいて、部位毎の複数の造形材料の混合比を決定し、決定された混合比に従って混合した造形材料を積み重ねて造形物を作製する。例えば、ヘッドから造形材料を射出する場合、図3(a)に示すように、部位に応じて複数の造形材料の混合比をヘッド内で調整してもよいし(左図参照)、複数の造形材料を混合するための混合ユニットをヘッドの前段に配置し、部位に応じて混合ユニットで混合した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい(右図参照)。また、図3(b)に示すように、各々の造形材料を別々のヘッドに注入し、部位毎にヘッドを切り替えて所望の造形材料を射出するようにしてもよいし(左図参照)、複数の造形材料を切り替えるための材料セレクタをヘッドの前段に配置し、部位に応じて材料セレクタで選択した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい(右図参照)。
次に、図1に示す方法を用いて造形物を作製する装置について説明する。図4は、本実施例の立体物造形装置の構成を示すブロック図である。この立体物造形装置は、溶融物堆積法(FDM)やインクジェット法などを用いて立体物を造形する装置であり、制御ブロック10とヘッド移動機構ブロック20と造形材料取り扱いブロッ30の、3つのブロックから構成される。以下、各ブロックについて説明する。
[制御ブロック]
制御ブロック10は、3Dデータ入力部11と、造形パラメータ生成部12と、パーツ情報データベース13と、造形材料データベース14などで構成される。
3Dデータ入力部11は、造形対象物の3Dデータ(CADデータやデザインデータなど)をコンピュータ装置などから取得し、造形パラメータ生成部12に転送する。なお、3Dデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Bluetooth(登録商標)などの短距離無線通信を利用して取得してもよいし、USB(Universal Serial Bus)メモリなどの記録媒体を利用して取得してもよい。また、この3Dデータは、造形対象物を設計するコンピュータから直接取得してもよいし、3Dデータを管理/保存するサーバなどから取得してもよい。
造形パラメータ生成部12は、3Dデータを解析して造形対象物の形状情報及び重量情報を抽出し、抽出した造形対象物の形状情報及び重量情報と、造形材料データベース14に記憶された造形材料の重量情報から、造形物の形状及び重量を再現するための造形材料の充填率や混合比を算出し、算出した充填率や混合比で造形材料を積層するための造形情報に変換する。そして、ヘッド移動機構ブロック20に、造形材料を所望の場所に射出させるための機構制御情報を送信すると共に、造形材料取り扱いブロック30に、層毎の造形材料を規定するスライスデータを送信する。
上記3Dデータ入力部11及び造形パラメータ生成部12は、ハードウェアとして構成してもよいし、3Dデータ入力部11及び造形パラメータ生成部12として機能させる制御プログラムとして構成し、当該制御プログラムを立体物造形装置又は当該立体物造形装置を制御する装置で動作させる構成としてもよい。
パーツ情報データベース13は、造形対象物を構成する各パーツに関する情報(各パーツの位置や形状、素材などの情報)を記憶し、記憶した情報を造形パラメータ生成部12に提供する。
造形材料データベース14は、立体物造形装置に搭載されている造形材料に関する情報(単位体積あたりの重量などの情報)を記憶し、記憶した情報を造形パラメータ生成部12に提供する。
[ヘッド移動機構ブロック]
ヘッド移動機構ブロック20は、ヘッド移動ブロック21とステージ移動ブロック22などで構成される。ヘッド移動ブロック21は、X方向移動部21aとY方向移動部21bなどで構成され、ステージ移動ブロック22は、Z方向移動部22aなどで構成される。
ヘッド移動ブロック21(X方向移動部21a及びY方向移動部21b)は、制御ブロック10から取得した機構制御情報に従って、図示しないモータ及び駆動機構を駆動し、造形材料を射出するためのヘッドをX方向(横方向)やY方向(横方向)に自在に移動させる。
ステージ移動ブロック22(Z方向移動部22a)は、制御ブロック10から取得した機構制御情報に従って、図示しないモータ及び駆動機構を駆動し、造形ステージをZ方向(下方向)に移動させたり、ヘッド移動ブロック21をZ方向(上方向)に移動させたりして、ヘッドと造形物との間隔を調整する。
[造形材料取り扱いブロック]
造形材料取り扱いブロック30は、造形材料供給部31と、造形材料射出部32と、サポート材料供給部33と、サポート材料射出部34などで構成される。
造形材料供給部31は、制御ブロック10から取得したスライスデータに従って、造形材料を選択したり、複数の造形材料を混合したりして、選択又は混合した造形材料をヘッドに供給する。また、造形材料射出部32は、制御ブロック10から取得したスライスデータに従って、造形材料を造形ステージ上に射出して所望の充填率で積層する。なお、造形材料供給部31及び造形材料射出部32は、立体物造形装置に各々一つ搭載してもよいし、各々複数搭載してもよい。
サポート材料供給部33は、制御ブロック10から取得したスライスデータに従って、造形完了後に水や熱、剥離剤などによって除去されるサポート材料をヘッドに供給する。また、サポート材料射出部34は、制御ブロック10から取得したスライスデータに従って、サポート材料を造形ステージ上に射出して積層する。このサポート材料は、上方向に造形する際、オーバーハングしている部位などを造形する場合に、上層の造形材料を支える柱のような役割を担う。従って、オーバーハングしていない造形物を作製する場合は、サポート材料供給部33及びサポート材料射出部34を省略することができる。
次に、上記構成の立体物造形装置を用いて、形状及び重量を再現した造形物を作製する手順について、図5のフローチャート図を参照して説明する。
まず、コンピュータ装置を用いて、造形対象物のCADデータやデザインデータなどの3Dデータを作成する。このCADデータやデザインデータには、造形物の形状情報はもちろん、造形物の部位毎の重量情報もしくは造形物を構成するパーツ毎の重量情報や素材情報が含まれている。
コンピュータ装置で作成された3Dデータは、立体物造形装置の制御ブロック10(3Dデータ入力部11)によって取り込まれ、造形パラメータ生成部12に送られる(S101)。
造形パラメータ生成部12では、3Dデータを解析して、造形材料を構成するパーツが一つであるかを判断する(S102)。造形物の単位体積あたりの重さが全体にわたって均一な場合(すなわち、造形物が一つのパーツで構成されている場合)は、3Dデータの形状情報と総重量情報を抽出する(S104)。
一方、造形物の単位体積あたりの重さが部位毎又はパーツ毎に異なる場合(すなわち、造形物が複数のパーツで構成されている場合)は、3Dデータにパーツ毎の重量情報が規定されているかを判断し(S103)、3Dデータにパーツ毎の重量情報が規定されている場合は、パーツ毎に形状情報と重量情報を抽出する(S105)。
3Dデータにパーツ毎の重量情報が規定されていない場合は、3Dデータから形状情報を抽出すると共に、パーツ情報データベース13から各パーツに関する情報を取得して、パーツ毎の重量情報に変換する(S106)。なお、電池などの固有物であれば直接、重量情報を入手し、プラスチックや鉄などの素材であれば単位体積あたりの重量と形状から求めたパーツ体積とにより重量情報を求める。
このようにして、全体又はパーツ毎の重量情報が確定したら(S107)、造形パラメータ生成部12は、造形材料データベースから、使用する造形材料の単位体積あたりの重量情報を取得する(S108)。
そして、造形パラメータ生成部12は、造形対象物の形状情報及び重量情報と、造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、造形対象物の形状及び重量を再現するためにはどのような充填率又は混合比の造形材料をどの位置に射出すればよいかを規定する造形情報(ヘッド移動機構ブロック20に対する機構制御情報と、造形材料取り扱いブロック30に対するスライスデータ)に変換する(S109)。
変換が完了したら、実際の造形動作に移る。具体的には、造形パラメータ生成部12は、ヘッド移動機構ブロック20に機構制御情報を送り、造形材料取り扱いブロック30にスライスデータを送る。そして、ヘッド移動機構ブロック20は、機構制御情報に従って、造形材料を射出するヘッドの位置を3次元に移動させ、同時に、造形材料取り扱いブロック30は、スライスデータに従って造形材料を射出して積層する。
例えば、ヘッド移動機構ブロック20では、図示しないモータ及び駆動機構を使用して、造形材料を射出するためのヘッドをX方向(横方向)、Y方向(横方向)、Z方向(高さ方向)に自在に移動させる。また、造形材料取り扱いブロック30では、造形材料供給部31は造形材料射出部32に造形材料を供給し、サポート材料供給部33は、サポート材料射出部34にサポート材料を供給する。そして、造形材料及びサポート材料を順次積層して造形物を完成させる。
上記制御を行うことにより、造形対象物と同じ形状を再現するのみならず、造形対象物と同じ重量を再現することができ、より実物に近い造形物を作製することができる。
以上、形状及び重量が再現された造形物を作製する際の基本動作について説明したが、以下では、造形対象物としてワイヤレスマウスを作製する場合を例にして、具体的な制御について説明する。
まず、図6に示すように、一つの造形材料を使用して全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、3Dデータ入力部11から得られた造形対象物の単位体積あたりの重さが3g/cm、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重さが4g/cmとすると、充填率は、3/4=0.75=75%となるため、75%の充填率で造形材料を積層して造形する。その際、造形材料は造形物の完成後の外観を表現するとともに、構造物としての強度を確保するため、造形材料がつながる様に成型する。また、充填率が100%に満たない場合、残りの部分(この例では、25%の部分)は空間として作成する。
また、3Dデータ入力部11から得られる3Dデータが形状情報と総重量情報である場合は、形状情報から立体物の体積(容積)を求め、総重量を求めた体積で除算して、単位体積あたりの重量を求めれば、上述した方法で充填率を求めることができる。例えば、体積100cm、総重量300gの場合は、単位体積あたりの重さは300/100=3g/cmとなるため、上記と同様に充填率は、3/4=0.75=75%となる。
次に、図7に示すように、一つの造形材料を使用し、パーツ毎に造形材料の充填率(粗密の程度)を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、ワイヤレスマウスが、筐体(シェル)と電池と光学部品を搭載した基板の3つのパーツで構成されている場合、3Dデータ入力部11から得られた3Dデータから、筐体と電池と基板のそれぞれのパーツの形状情報と重量情報を入手する。
例えば、それぞれのパーツの体積と重量が、
筐体・・・材料体積:100cm、重量:100g、
電池・・・材料体積:25cm、重量:100g、
基板・・・材料体積:25cm、重量:50g、とした場合、
それぞれのパーツの単位体積あたりの重量は、
筐体・・・100/100=1g/cm
電池・・・100/25=4g/cm
基板・・・50/25=2g/cm、と算出できる。
ここで、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量を4g/cmとすると、それぞれのパーツの充填率は、
筐体・・・1/4=0.25=25%、
電池・・・4/4=1.00=100%、
基板・・・2/4=0.50=50%、と算出できる。
上記計算の結果、筐体部位は25%の充填率で造形し、電池部位は100%の充填率で造形し、基板部位は50%の充填率で造形すれば、ワイヤレスマウスの重量を再現することができる。その際、上記と同様に、造形材料は造形物の完成後の外観を表現するとともに、構造物としての強度を確保するため、造形材料がつながる様に成型する。また、充填率100%に満たない場合、残りの部分(筐体部位は75%、基板部位は50%)は空間として作成する。なお、3Dデータから直接パーツ毎の単位体積あたりの重量情報が取得できる場合は、単位体積あたりの重量情報に変換する計算は不要となる。
次に、図8に示すように、複数(ここでは2種類)の造形材料を使用し、複数の造形材料の混合比を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、造形材料Aの単位体積あたりの重量をa(g/cm)、造形材料Bの単位体積あたりの重量をb(g/cm)、完成品の単位体積あたりの重量をm(g/cm)とすると、造形材料Aと造形材料Bの混合割合Sは、方程式:a×S+b×(1−S)=mを解くことによって求めることができる。
具体的には、3Dデータ入力部11から得られた造形物の完成品の単位体積あたりの重量が3g/cmであり、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量が6g/cmと2g/cmの2種類である場合、方程式:6×S+2×(1−S)=3を解くことによって、S=1/4=0.25が得られる。よって、造形材料Aと造形材料Bの混合比は1対3となる。
次に、図9に示すように、複数(ここでは2種類)の造形材料を使用し、パーツ毎に造形材料を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、ワイヤレスマウスが、筐体(シェル)と電池と光学部品を搭載した基板の3つのパーツで構成されている場合、3Dデータ入力部11から得られた3Dデータから、筐体と電池と基板のそれぞれのパーツの形状情報と重量情報を入手する。
例えば、それぞれのパーツの体積と重量が、
筐体・・・材料体積:100cm、重量:100g、
電池・・・材料体積:25cm、重量:100g、
基板・・・材料体積:25cm、重量:50g、とした場合、
それぞれのパーツの単位体積あたりの重量は、
筐体・・・100/100=1g/cm
電池・・・100/25=4g/cm
基板・・・50/25=2g/cm、と算出できる。
ここで、立体物造形装置で使用する造形材料Aの単位体積あたりの重量をa(g/cm)、造形材料Bの単位体積あたりの重量をb(g/cm)とし、筐体、電池、基板それぞれのパーツの造形材料Aと造形材料Bの混合割合S(筐体)、S(電池)、S(基板)は、方程式:a×S+b×(1−S)=mを解き、Sを求めればよい。
具体的には、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量が4g/cm(造形材料A)と1g/cm(造形材料B)の2種類である場合、
筐体(1g/cm)の混合比は、
4×S+1×(1−S)=1からS=0.0であり、造形材料Aの割合=0%、造形材料Bの割合=100%、
電池(4g/cm)の混合比は、
4×S+1×(1−S)=4からS=1.0であり、造形材料Aの割合=100%、造形材料Bの割合=0%、
基板(2g/cm)の混合比は、
4×S+1×(1−S)=2からS=0.33であり、造形材料Aの割合=33.3%、造形材料Bの割合=66.7%となり、筐体、電池、基板の各部位は、上記の割合で造形材料Aと造形材料Bを混合すれば良い。
また、上記筐体の単位体積あたりの重量が、0.5g/cmであった場合、軽い方の造形材料Bよりも軽く造形する必要があるため、筐体部は、造形材料B(1g/cm)のみを使用し、かつ充填率50%で造形することで、0.5g/cmを実現することができる。その際、造形材料を充填しない残りの部分は空間とするが、強度を確保するために造形材料がつながる様に成型することが好ましい。また、3Dデータ入力部11から直接、パーツ毎の単位体積あたりの重量情報が取得できる場合は、単位体積あたりの重量情報に変換する計算は不要となる。
以上、造形対象物と同じ重量を再現する手法について説明したが、同じ重量であっても、重心位置が異なると、手に持った時の重量感が異なる。そこで、より造形対象物に近づけるために、造形材料の充填率を変化させたり、複数の造形材料の混合比を変化させたりすることによって、造形対象物と同じ重心位置を再現することもできる。
例えば、1種類の造形材料を使用する場合は、図10に示すように、上記と同様に、3Dデータ入力部11から得られた3Dデータから、造形対象物を構成する各パーツ(筐体、第1電池、第2電池、基板)の重量を取得し、各パーツの中心座標とそのパーツの重量とに基づき、公知の手法を利用して、造形対象物全体の重心位置を求める。そして、造形対象物の重量を再現しつつ、重心位置近傍は造形材料の充填率を高く(密に)し、それ以外は造形材料の充填率を低く(粗に)して、造形対象物の重心位置も再現する。
また、複数種類の造形材料を使用する場合は、図11に示すように、3Dデータ入力部11から得られた3Dデータから、造形対象物を構成する各パーツ(筐体、第1電池、第2電池、基板)の重量を取得し、各パーツの中心座標とそのパーツの重量とに基づき、公知の手法を利用して、造形対象物全体の重心位置を求める。そして、造形対象物の重量を再現しつつ、重心位置近傍は単位体積あたりの重量が大きい(重い)造形材料を使用し、それ以外は単位体積あたりの重量が小さい(軽い)造形材料を使用して、造形対象物の重心位置も再現する。
以上、造形対象物が複数のパーツで構成されている場合、パーツに充填率(粗密)や造形材料の混合比を変えて造形する構成としたが、より細かく重量を再現する場合は、図12に示すように、造形対象物を微小体積単位に細分化することもできる。
例えば、3Dデータ入力部11から得られた造形対象物全体の形状と構成する部位毎のパーツ情報から、全体をXYZ方向(縦横高さ方向)の微小立方体又は有形の微小立体に細分化して、細分化された個々の立体領域全てに対して、重量情報を作成し、得られた立体領域毎の重量情報に基づいて、忠実に立体領域毎に充填率や混合比を変えて、微小領域単位で重量を再現することができる。
なお、3Dデータ入力部11から得られた造形対象物の重量情報の中で、立体物造形装置が搭載している最も重い造形材料よりも、単位体積あたりの重量が大きい部分がある場合、全ての領域で重量を忠実に再現することはできない場合がある。すなわち、最も重い造形材料より重い部分は、重量を再現することはできない。しかしながら、造形対象物全体が造形材料より重くない限り、内部の領域の重量配分を変えて、総重量や重心位置を合わせることは可能である。
例えば、図13に示す様な卵型の造形物の場合、オリジナル3Dデータはコア部に比重2.0の領域があり、最も重い造形材料の比重が1.0であった場合、コア部の体積を増やして、重心位置を保ったまま、全体の重量を調整することが可能となる。
次に、造形対象物の質感を再現する手法について説明する。立体物造形装置で作製する造形物は、外観を評価するモックアップとして使用されることも多い。立体物造形装置の造形物を手にとって見るとき、内部の様子は見ることが出来ないが、表面部分は評価者の視線にさらされたり、持ったり触ったりしたときに、手触り感が評価される。すなわち、何処から見ても、何処を触って同じ質感を提供することが求められる。
一方、造形材料の充填率(粗密)や混合比を変えて重量調整を行う場合、造形物の表面と内部の全ての領域で造形パラメータの調整を行うと、以下のような不具合が生じる。
例えば、表面の部位毎に充填率(粗密)を変えると、密の部分は凹凸がなく均一でツルッとなめらかになる反面、粗の部分は少なからずスポンジ状のスカスカした状態になり、見た目も触感も凸凹したものなってしまう。また、密の部分は造形材料同士がつながる部分が多くなり、強度的にも強固になる反面、粗の部分は材料同士のつながりが少なくなり、接合部の強度が低下し、強度的に弱くなるという問題が生じる。
また、表面の部位毎に造形材料の混合比を変えると、部位毎の混合比の違いにより質感や色が異なってしまう場合がある。例えば、黒色のゴム材料と白色の樹脂材料を混合する場合、黒色ゴム材の割合が高い部位は、濃色で柔らかく造形され、逆に白色樹脂材の割合が高い部位では、濃色で硬い質感になってしまう。
これらの問題を解決し、何処から見ても何処を触っても同じ質感を再現できるようにするために、図14に示すように、造形材料が1種類の場合は、造形物の表面部は内部と異なる充填率(粗密)や混合比で造形するようにする。また、表面部を造形材料の充填率を高めた(充填率100%も含めて)充填率とすることで、表面部の造形材料同士の結合を多くし、強度を強くすることができる。すなわち、粗密を形成するための空間は表面部から見えない内部に形成し、造形物全体で均一な重量と造形強度と質感を再現する。
このとき、表面部と内部では単位体積あたりの重量が異なるが、多くの場合、表面部の体積は内部に比べて小さいため、全体重量に関わる影響は無視することができるし、表面部で増えてしまった重量は内部の重量を減らすことで相殺することもできる。また、造形材料が2種類以上の場合、造形物の表面部だけは例外として、内部と異なる所定の混合比で造形することで、表面の質感を整えることもできる。
次に、部位毎に充填率(粗密)や混合比を変える方法について説明する。造形ヘッドから射出された造形材料を積層する際、図15に示すように、造形材料の積層の層毎に制御する方法と、ライン層毎に制御する方法と、ドット毎に制御する方法とが考えられる。以下、それぞれの方法の利点を比較して説明する。
図16(a)に示すように、積層の層毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図16(b)に示すように、積層の層毎に単一の造形材料の充填率や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、層毎の切り替えに関しては、ライン毎の切り替えやドット毎の切り替えと比較して、切り替えスピードが求められない。従って、性能の低い切り替え機構で実現できるというメリットがある。
また、図17(a)に示すように、積層のライン毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図17(b)に示すように、積層のライン毎に単一の造形材料の充填率や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、ライン毎の切り替えに関しては、層毎切り替えと比較して、高速で実施することが求められるが、造形物はより細かく重量を制御することができるというメリットがある。なお、熱溶融方式などの一筆書きの造形方式では、一定長さ単位の切り替えで代用できる。
また、図18(a)に示すように、積層のドット毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図18(b)に示すように、積層のドット毎に単一の造形材料の粗密比や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、ドット毎の切り替えに関しては、層毎やライン毎の切り替えと比較して、高速で実施することが求められるが、造形物は最も細かく重量を制御できるメリットがある。
このように、それぞれの方法にはメリットがあるため、立体物造形装置の性能や造形物に求められる再現性を勘案して、いずれかの方法を用いて造形物を作製するかを決定することができる。また、いずれの方法も使用可能な立体物造形装置を使用する場合は、充填率(粗密)や混合比の変化が小さい部分は層毎に切り替え、充填率(粗密)や混合比の変化が中程度の部分はライン毎に切り替え、充填率(粗密)や混合比の変化が大きい部分はドット毎に切り替えるようにすることも可能である。
以上、造形対象物の重量や重心位置、質感などを再現する場合について説明したが、重量や重心位置が同じであっても、モーメントが異なると、造形物を動かした時の重量感が異なる。そこで、より造形対象物に近づけるために、造形材料の充填率(粗密)を変化させたり、複数の造形材料の混合比を変化させたりすることによって、造形対象物と同じモーメントを再現することもできる。
図19に示すようなバットを例にして、剛体モーメントを再現する方法について説明する。3Dデータ入力部11より、バットの形状情報と重量情報を取得すると共に、予め指定された基準点Yの位置を取得する。この時、バット上の基準点Yには、グリップ側にかかる荷重と、トップ側に掛かる荷重の合力が加わる。そこで、まず、基準点Yを境に左右に分けてそれぞれの荷重を求める。
基準点Yよりグリップ側の荷重としては、グリップ側の重心にかかる重力(Ma×g)に重心までの距離L1を乗じた荷重が加わる。また、基準点Yよりトップ側の荷重としては、トップ側の重心にかかる重力(Mb×g)に重心までの距離L2を乗じた荷重が加わる。よって、基準点Yに加わる力は、重力方向と反対方向に加わる(Ma+Mb)×gの力と、左右の荷重差の(Mb×g×L2)−(Ma×g×L1)の回転力の合力となる。
そこで、本実施例では、造形材料の充填率(粗密)や複数の造形材料の混合比を調整することで、総重量を(Ma+Mb)とし、基準点Yにかかる力を(Mb×g×L2)−(Ma×g×L1)になるように、造形材料の配分を調整して造形する。
この時、3Dデータ入力部11より入手した形状情報と重量情報を忠実に再現してもよいが、形状と総重量とモーメントを再現するだけであれば、忠実に再現する必要はない。もちろん、総重量は絶対的な値となるため、変えることは出来ないが、造形材料の配置は変わっても基準点にかかるモーメントは所望の値に調整できる。例えば、図20(a)に示すように、基準点から100mm離れた位置に200gの荷重をかけた場合と、基準点から200mm離れた位置に100gの荷重をかけた場合とでは、基準点にかかる力の作用は同じとなるため、どちらの重量配分にして造形しても良い。
また、力のモーメントではなく、回転モーメントで再現することもできる。一般に回転モーメントは質量と半径の2乗で計算できるため、例えば、図20(b)に示すように、基準点から100mm離れた位置に200gの荷重を設けたものを回転させた場合と、基準点から141mm(正確には√200mm)離れた位置に100gの荷重をかけた場合とでは、回転モーメントは同じとなる。
以下、モーメントを再現する場合の立体物造形装置の動作について、図21のフローチャート図を参照して説明する。
まず、造形パラメータ生成部12は、3Dデータ入力部より、3次元の形状情報と各パーツの配置情報と各パーツの重量情報又は単位体積あたりの情報を入手する(S201)。次に、予め指定された基準点情報を入手する(S202)。また、造形材料データベースより、搭載している造形材料の単位体積あたりの情報を入手する(S203)。次に、力のモーメント再現モードか、回転モーメント再現モードかの選択指示を入手する(S204)。
力のモーメント再現モードが選択された場合(S205のYes)は、造形パラメータ生成部12は、入手した形状情報と重量情報から、基準点に対する力のモーメント値を求め(S206)、求めた力のモーメント値を再現するため、造形材料データベースより入手した造形材料の単位体積あたりの重量情報を用いて、造形物の部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報(一般に、立体物造形装置は層毎のスライスデータ)に変換する(S207)。
一方、回転モーメント再現モードが選択された場合(S205のNo)は、造形パラメータ生成部12は、入手した形状情報と重量情報から、基準点に対する回転モーメント値を求め(S208)、求めた回転モーメント値を再現するため、造形材料データベースより入手した造形材料の単位体積あたりの重量情報を用いて、造形物の部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報(一般に、造形装置は層毎のスライスデータ)に変換する(S209)。
その後、造形パラメータ生成部12は、変換された部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報に応じて、ヘッド移動機構ブロック20の動作を制御しつつ、造形材料取り扱いブロック30の造形材料射出部を制御して、所望の位置に所望の造形材料を射出して造形を行う。
以上説明したように、本実施例の立体物造形装置では、造形対象物の重量を再現するため、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。また、造形対象物の重量のみならず、必要に応じて、重心位置や質感、モーメントも再現するため、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更することができる。
例えば、上記実施例では、溶融物堆積法(FDM)やインクジェット法を利用する立体物造形装置について記載したが、充填率や混合比を調整して造形材料を積層できる任意の方法に対して、同様に適用することができる。
本発明は、立体物を造形する3Dプリンタなどの立体物造形装置及び当該装置で動作する制御プログラムに利用可能である。
10 制御ブロック
11 3Dデータ入力部
12 造形パラメータ生成部
13 パーツ情報データベース
14 造形材料データベース
20 ヘッド移動機構ブロック
21 ヘッド移動ブロック
21a X方向移動部
21b Y方向移動部
22 ステージ移動ブロック
22a Z方向移動部
30 造形材料取り扱いブロック
31 造形材料供給部
32 造形材料射出部
33 サポート材料供給部
34 サポート材料射出部

Claims (20)

  1. 造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置において、
    造形対象物の3次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部と、
    造形に使用される1又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報を記憶する造形材料データベースと、
    前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記造形材料データベースから取得した前記1又は複数の造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部と、
    前記造形情報に従って前記造形材料を積層する造形部と、
    を少なくとも備える、ことを特徴とする立体物造形装置。
  2. 前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の3次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出し、前記算出したパーツ毎の充填率に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載の立体物造形装置。
  3. 前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出する、ことを特徴とする請求項2に記載の立体物造形装置。
  4. 前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の3次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、複数の前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出し、前記算出したパーツ毎の混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載の立体物造形装置。
  5. 前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記複数の造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出する、ことを特徴とする請求項4記載の立体物造形装置。
  6. 前記造形パラメータ生成部は、所定のパーツが、いずれの前記造形材料よりも単位体積あたりの重量が大きい場合は、前記複数の造形材料の内の、単位体積あたりの重量が最も大きい造形材料の体積を増加させることによって、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項4又は5に記載の立体物造形装置。
  7. 前記造形対象物の表面に複数のパーツが露出する場合、
    前記造形パラメータ生成部は、前記複数のパーツの露出部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を揃え、前記露出部分以外の部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を調整することによって、造形物全体の質感を均一にしつつ、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一に記載の立体物造形装置。
  8. 前記造形パラメータ生成部は、前記造形材料が露出する表面部と前記表面部以外の内部とで、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を変えることによって、造形物の質感及び/又は強度を調整する、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に記載の立体物造形装置。
  9. 前記造形パラメータ生成部は、同一の充填率又は混合比の造形材料を、層毎、又は、ライン毎、又は、ドット毎に積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一に記載の立体物造形装置。
  10. 前記造形対象物内の特定部位を、基準点として設定する基準点設定部を備え、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物の形状情報及び重量情報に基づいて、前記基準点設定部によって指定された基準点を起点としたモーメントを演算し、前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記1又は複数の造形材料の重量情報と、演算した前記造形対象物のモーメントと、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及びモーメントの造形物を作製可能な、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形部材の混合率を算出する、ことを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一に記載の立体物造形装置。
  11. 造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置、若しくは、当該立体物造形装置を制御する制御装置で動作する制御プログラムであって、
    前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、
    造形対象物の3次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部、
    前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、予め記憶された、造形に使用される1又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部、
    として機能させる、ことを特徴とする制御プログラム。
  12. 前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の3次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出し、前記算出したパーツ毎の充填率に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項11に記載の制御プログラム。
  13. 前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出する、ことを特徴とする請求項12に記載の制御プログラム。
  14. 前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の3次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、複数の前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出し、前記算出したパーツ毎の混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項11に記載の制御プログラム。
  15. 前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記複数の造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出する、ことを特徴とする請求項14記載の制御プログラム。
  16. 前記造形パラメータ生成部は、所定のパーツが、いずれの前記造形材料よりも単位体積あたりの重量が大きい場合は、前記複数の造形材料の内の、単位体積あたりの重量が最も大きい造形材料の体積を増加させることによって、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項14又は15に記載の制御プログラム。
  17. 前記造形対象物の表面に複数のパーツが露出する場合、
    前記造形パラメータ生成部は、前記複数のパーツの露出部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を揃え、前記露出部分以外の部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を調整することによって、造形物全体の質感を均一にしつつ、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項12乃至16のいずれか一に記載の制御プログラム。
  18. 前記造形パラメータ生成部は、前記造形材料が露出する表面部と前記表面部以外の内部とで、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を変えることによって、造形物の質感及び/又は強度を調整する、ことを特徴とする請求項11乃至17のいずれか一に記載の制御プログラム。
  19. 前記造形パラメータ生成部は、同一の充填率又は混合比の造形材料を、層毎、又は、ライン毎、又は、ドット毎に積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項11乃至18のいずれか一に記載の制御プログラム。
  20. 前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、更に、
    前記造形対象物内の特定部位を、基準点として設定する基準点設定部として機能させ、
    前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物の形状情報及び重量情報に基づいて、前記基準点設定部によって指定された基準点を起点としたモーメントを演算し、前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記1又は複数の造形材料の重量情報と、演算した前記造形対象物のモーメントと、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及びモーメントの造形物を作製可能な、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形部材の混合率を算出する、ことを特徴とする、請求項11乃至19のいずれか一に記載の制御プログラム。
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