JP5621526B2 - 造形装置および造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、造形装置および造形方法に関する。

立体物の造形技術として各種の手法が知られている。具体的には、いわゆる光造形法（特許文献１参照）、選択的レーザー焼結法（特許文献２参照）、溶融堆積法（特許文献３参照）、粉末結合法（特許文献４参照）、シート積層法（特許文献５参照）、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法（特許文献６参照）等の積層型の造形法が知られている。

特開２００８‐１９５０６９号公報 特表２０１０‐５１０１０４号公報 特表２００９‐５２５２０７号公報 特表２００２‐５０７９４０号公報 特開２００１‐３０１０６０号公報 特表２００３‐５３５７１２号公報

上述した造形法の幾つかにおいては、立体物のオーバーハング形状となっている部分を造形するために当該オーバーハング形状の部分を下方から支持するサポートと呼ばれる部材が造形される場合がある。しかしながら、このようなサポートの造形には当然にサポート造形用の材料を必要とし、また、サポートを造形する分だけ、造形全体に要する時間も長くなる。また、多くのサポートを立体物とともに造形すればその分造形完了後にサポートを除去する手間も多くなる。

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、造形するサポートの量を効果的に減らすことが可能な造形装置および造形方法を提供する。

本発明にかかる造形データ生成装置の態様の一つは、立体物を表した３次元モデルデータを取得するモデルデータ取得部と、所定の造形用の空間に置かれた第一のサポートの位置を示すサポート情報を取得するサポート情報取得部と、上記３次元モデルデータおよびサポート情報に基づいて、上記空間内における上記立体物の造形位置を決定し当該造形位置に上記立体物を造形するために必要な上記第一のサポート以外の第二のサポートの形状を決定するサポート決定部と、上記３次元モデルデータおよび第二のサポートの形状に基づいて、上記立体物および第二のサポートを造形するための造形データを生成する造形データ生成部と、を備える構成としてある。

本発明によれば、造形用の空間に置かれた第一のサポートが、立体物の造形のために必要なサポートの一部を担い、立体物の造形のために必要な第一のサポート以外の第二のサポートと立体物とを造形するための造形データが生成される。従って、造形データによって造形されるのは立体物および第二のサポートのみとなり、造形されるサポートの量を減らすことができる。第一のサポートについては、立体物の造形時に繰り返し利用することができる。かかる構成により、造形に要する材料（サポート用の材料）のコストや、造形に要する時間やユーザーの手間（サポート除去にかかる手間）を減らすことができる。

本発明の態様の一つとして、造形データ生成装置は、上記３次元モデルデータに基づいて上記造形用の空間における第一のサポートの設置パターンを決定する設置パターン決定部と、上記決定された設置パターンに従って上記造形用の空間に第一のサポートを置くことを外部に対して指示する指示部と、を備える構成としてもよい。当該構成によれば、上記設置パターンを決定することにより、立体物の造形に必要なサポートの全体的形状のうち、第一のサポートで担う分が適切に決定される。また、上記指示を外部（ユーザー）に対して行うことで、ユーザーによって実際に造形用の空間に上記決定した設置パターンにて第一のサポートが置かれる。

本発明の態様の一つとして、造形データ生成装置は、上記立体物の造形に必要なサポートの形状を決定する初期サポート決定部を備え、上記設置パターン決定部は、上記初期サポート決定部により決定されたサポートの一部を一つ以上の上記第一のサポートで置き換える処理を、第一のサポートの種類、数および位置の少なくとも一つを変更して複数回繰り返し、上記初期サポート決定部により決定されたサポートを上記第一のサポートで置き換えたときの置き換え量が最大である第一のサポートの設置パターンを、上記造形用の空間における第一のサポートの設置パターンとして決定するとしてもよい。当該構成によれば、造形される第二のサポートの量が最小となるような設置パターンを決定することができる。

上記サポート情報取得部は、上記造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定した結果に基づいた上記サポート情報を取得し、取得したサポート情報が示す第一のサポートの位置が所定の許容範囲を満たすか否か判定し、上記サポート決定部は、上記サポート情報取得部により許容範囲を満たすと判定された場合に上記造形位置の決定および第二のサポートの形状の決定を実行し、上記サポート情報取得部により上記許容範囲を満たさないと判定された場合には、上記造形用の空間における第一のサポートの位置を修正することを外部に対して指示する指示部を更に備える、構成としてもよい。当該構成によれば、ユーザーによって造形用の空間に置かれた第一のサポートの位置が不適切な（上記許容範囲を満たさない）場合、その位置の修正をユーザーにさせることができる。

本発明は、造形データ生成装置以外の構成によっても実現可能である。一例として、上述したいずれかの態様のデータ生成装置を含む造形装置であって、上記造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定する測定部と、上記造形データに基づいて上記造形用の空間に造形を行なう造形部とを備え、上記サポート情報取得部は、上記測定部による測定結果に基づいて上記サポート情報を取得する構成としてもよい。当該構成によれば、造形装置自身が、立体物を３次元測定可能な測定部を備え、造形用の空間に置かれた第一のサポートを測定部で測定した結果に基づいてサポート情報を取得するため、立体物および第二のサポートを造形するための正確な造形データを生成し、造形を行うことができる。
また、造形装置であって、造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定しサポート情報を生成する測定部と、サポート情報に基づいて、上記空間内における所定の立体物の造形位置及び当該造形位置に上記立体物を造形するために必要な上記第一のサポート以外の第二のサポートの形状を決定させ、上記立体物および第二のサポートを造形するための造形データを生成させる生成指示部と、生成された上記造形データに基づいて上記造形用の空間に造形を行なう造形部と、を備える構成としてもよい。

上記造形部は、造形のために上記造形用の空間内にて所定方向に移動可能な造形ヘッドを備え、当該造形ヘッドは傾きを調整可能である構成としてもよい。当該構成によれば、通常であれば造形ヘッドが第一のサポートと干渉してしまうために造形が実施できないような第一のサポート近傍の領域に対しても造形ヘッドの傾きを調整することで造形が可能となる。

上記第二サポートの少なくとも一部は、上記第一サポートの上方の空間に造形されるとしてもよい。
本発明の技術的思想は、装置以外によっても実現可能である。例えば、上述した造形データ生成装置の各部に対応する各工程を備える造形データ生成方法や、当該各部に対応する機能をコンピューターに実行させるプログラムの発明も把握可能である。また、上述した造形装置の各部に対応する各工程を備える造形方法や、当該各部に対応する機能をコンピューターに実行させるプログラムの発明も把握可能である。むろん、造形データ生成装置は、造形装置とは別の装置によって実現されるとしてもよい。

造形装置の外観例を示した斜視図である。 造形装置の構成を概略的に示した図である。 プラットフォームの構成例を示した図である。 プラットフォームの他の構成例を示した図である。 造形処理を示すフローチャートである。 造形物および初期サポートの形状を例示する断面図である。 初期サポートの形状の一部と初期サポート内に配置されたサポートブロックとを例示する斜視図である。 造形物および第二のサポートの形状を例示する断面図である。 第一変形例にかかる造形システムを示す図である。 造形ヘッドの傾き調整の様子を例示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
１．造形装置の構成
図１は、本実施形態にかかる造形装置１０の外観例を斜視図により示している。造形装置１０は、その機能の一部により造形データ生成装置を実現する装置でもある。造形装置１０は、装置全体を覆う筺体１１の前面側に扉１２を有している。また、筺体１１の内部には、処理用空間としてのチャンバー１３が形成されている。ユーザーは、扉１２を開けることで、チャンバー１３内にアクセス可能であり、チャンバー１３内に立体物を載置したり、チャンバー１３内の立体物を取り出したりすることができる。造形装置１０は、筺体１１表面の所定位置に、ユーザーに対して情報を表示するための液晶パネル等の表示部１１ａや、ユーザーからの操作を受け付ける操作受付部１１ｂとしてのスイッチやボタンやタッチパネル等や、可搬性の記憶媒体Ｍ（メモリーカード等）の接続を受けるためのメモリーインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１１ｃ等を適宜備える。

図２は、造形装置１０の構成例を概略的に示している。造形装置１０は、上述した構成以外に、チャンバー１３内に載置された立体物（測定対象物）を３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部２０と、与えられた造形データに基づいてチャンバー１３内に立体物（造形物）を造形可能な造形部３０と、測定部２０と造形部３０とを制御する制御部４０とを含む。また、造形装置１０は、造形方法に応じた造形のための構造を備え、例えばチャンバー１３の底面側に配設された略水平な台（プラットフォーム１４）と、プラットフォーム１４をチャンバー１３内において造形装置１０の上下方向（縦方向）に移動させることが可能なモーター等からなるプラットフォーム移動機構１５を含む。

測定部２０は、測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な機構であれば、公知の非接触型の３次元デジタイザを含めて種々の構成を採ることができる。本実施形態で言う３次元モデルデータは、所定のフォーマット、例えばＳＴＬやＯＢＪやＩＧＥＳ等のフォーマットで立体を表現したファイルである。測定部２０は、例えば、照射光を発する光源２１、光源２１から照射された照射光の測定対象物からの反射光を読み取るイメージセンサー２２、イメージセンサー２２による読み取り結果（点群データ）に基づいて上記所定のフォーマットの３次元モデルデータを生成するファイル生成部２３などを備える。

一例として、ＳＴＬフォーマットの３次元モデルデータは、３つの頂点（座標値）を有する三角形の集合により立体を表現する。ここでいう座標値とは、例えば、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸により定義された空間における座標値（Ｘ成分値、Ｙ成分値、Ｚ成分値）である。また、各三角形は面法線ベクトルを有し、各面法線ベクトルが向く方向は立体物の表面が向く方向を示している。本実施形態では、上記上下方向（縦方向）はＺ軸方向に対応し、これに垂直なＸＹ平面は、水平面を形成するものする。

造形部３０は、造形データに基づいて造形物を造形可能な機構であればよく、特に本実施形態では上述したような積層型の造形法のうち、造形物の上層が下層よりも張り出しているオーバーハング形状となっている部分を造形するためにサポートを必要とする造形法（例えば、光造形法や、溶融堆積法や、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法）により造形を行なう。造形部３０は、例えば造形のための可動部（造形ヘッド３１）、造形ヘッド３１をチャンバー１３内においてＸ，Ｙ軸方向それぞれに移動させることが可能なモーター等からなるヘッド移動機構３２などを備える。

制御部４０は、ＣＰＵ４１やメモリー４２などを備え、ＣＰＵ４１がメモリー４２に記憶された所定のプログラムに従って測定部２０や造形部３０を制御する。本実施形態では、制御部４０は、当該プログラムに従ってモデルデータ取得部４０ａ、初期サポート決定部４０ｂ、設置パターン決定部４０ｃ、指示部４０ｄ、サポート情報取得部４０ｅ、第二サポート決定部（サポート決定部）４０ｆ、造形データ生成部４０ｇといった各機能を実現する。ここで、造形データ生成部４０ｇが生成する造形データのうち、積層する各層のデータはスライスデータとも呼ぶ。造形データ生成部４０ｇは、基本的には、モデルデータ取得部４０ａにより取得された造形対象となる立体物（造形物）を表した３次元モデルデータに基づいて、例えば立体物（造形物）のＺ軸方向に垂直な断面形状（ＸＹ平面における形状）を演算により取得する。造形データ生成部４０ｇは、このような断面形状をＺ軸方向においてスライス幅（造形部３０が積層する層の厚さ。なお、スライス幅は一定とは限らない。）間隔で取得する。このようなスライス幅毎の断面形状を表したデータが上記スライスデータである。ただしスライスデータは、造形物を表した３次元モデルデータの断面形状とともに、必要に応じてサポートの断面形状についても表したデータである。

造形部３０では、造形ヘッド３１が、チャンバー１３内にてプラットフォーム１４上をヘッド移動機構３２によってＸ，Ｙ軸方向に移動させられながら、一層のスライスデータが示す形状に応じて所定の材料や光を発することで一層の造形を行なう。各種積層型の造形法は公知であるため造形法自体の詳細な説明は省くが、造形ヘッド３１は、光造形法であればレーザー光をプラットフォーム１４上の樹脂に対して照射するし、溶融堆積法であれば溶融させた樹脂をプラットフォーム１４上に吐出（押し出し）するし、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法であれば立体物の形成に用いられる材料をプラットフォーム１４上に吐出する。このようなスライスデータに応じた一層分の造形と、Ｚ軸方向に沿ったプラットフォーム１４の当該一層分の移動（下降）とを繰り返すことで、プラットフォーム１４上に層単位での造形結果が積層され、造形物（あるいはサポートおよび造形物）が完成する。制御部４０は、造形部３０による造形時に、プラットフォーム移動機構１５のモーターを数値制御することでプラットフォーム１４のＺ軸方向の移動距離や移動速度を制御し、ヘッド移動機構３２のモーターを数値制御することで造形ヘッド３１のＸ，Ｙ軸方向の移動距離や移動速度を制御する。

図３は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（１４ａ）の構成例を示している。図３に示すプラットフォーム１４ａは円形状であり、且つ中心が軸１６により下方から支持されている。軸１６は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。この軸１６の回転についても制御部４０により数値制御される。つまり図３の例では、プラットフォームはターンテーブルとなっている。測定部２０による測定対象物の測定時には、このターンテーブルとしてのプラットフォーム１４ａに測定対象物が載置され、プラットフォーム１４ａが回転する状況で測定が行なわれる。回転するターンテーブルに測定対象物が載ることで、イメージセンサー２２は、それ自体が固定されていても測定対象物を３６０度満遍無く読み取ることができる。つまり、造形用の空間としても使用されるチャンバー１３内において効率よく測定対象物についての正確な３次元モデルデータを取得できる。一方、造形部３０による造形物の造形時には、プラットフォーム１４ａは基本的には回転せず、Ｚ軸方向に沿った移動を行なう。

図４は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（１４ｂ）の他の構成例を示している。図４に示すプラットフォーム１４ｂは矩形状であり、矩形内の一部が円形にくり抜かれ、このくり抜かれた領域に円形のターンテーブル１４ｂ１が収容されている。つまり図４の例では、プラットフォームの一部がターンテーブルとなっている。プラットフォーム１４ｂ（ターンテーブル１４ｂ１を除く部分）は軸１７により下方から支持され、軸１７は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能である。また、ターンテーブル１４ｂ１は、中心が軸１８により下方から支持され、軸１８は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。軸１８の回転は制御部４０により数値制御される。

測定部２０による測定対象物の測定時には、ターンテーブル１４ｂ１に測定対象物が載置され、ターンテーブル１４ｂ１が回転する状況で測定が行なわれる。一方、造形部３０による造形物の造形時には、ターンテーブル１４ｂ１は基本的には回転せず、プラットフォーム１４ｂ全体（プラットフォーム１４ｂおよびターンテーブル１４ｂ１）のＺ軸方向の位置が同一位置に保たれながら、プラットフォーム１４ｂ全体がＺ軸方向に沿って移動する。つまり、ターンテーブル１４ｂ１を含むプラットフォーム１４ｂ全体が一つの矩形の台となり、そこに造形物が造形される。このように、矩形のプラットフォームの一部を円形のターンテーブルとすることで、測定対象物を効率よく正確に測定できるという効果を確保しつつ、プラットフォーム自体をターンテーブルとする場合よりも造形のためのスペースを広く確保することができる。

２．サポート造形の節約を伴う造形処理の説明
図５は、制御部４０による制御下で実行される立体物の造形処理をフローチャートにより示している。なお、フローチャート中の各ステップのうち、ユーザーによる行為は鎖線で囲んで示している。
ステップＳ１００では、モデルデータ取得部４０ａが、造形物Ｆを表す３次元モデルデータを取得する。具体的には、ユーザーが、例えば複数の３次元モデルデータを記録した記憶媒体ＭをメモリーＩ／Ｆ１１ｃに装着させる。すると制御部４０は、記憶媒体Ｍに記憶された３次元モデルデータを読み込むとともに、これら読み込んだ３次元モデルデータの中から任意のデータをユーザーに選択させるためのユーザーインターフェイス（ＵＩ）画面を表示部１１ａに表示させる。ユーザーは、ＵＩ画面の表示を参照しつつ操作受付部１１ｂを操作することにより、３次元モデルデータを任意に選択する。モデルデータ取得部４０ａは、このような操作による３次元モデルデータの選択を受け付けることにより、３次元モデルデータを取得する。

ただしステップＳ１００では、３次元モデルデータは、記憶媒体Ｍに記憶されたデータ内から取得されるだけでなく、造形装置１０内のメモリーに保存済みのデータの中から取得されてもよいし、記憶媒体Ｍ以外の手段により外部から造形装置１０に提供されてもよい。あるいは、測定部２０が測定対象物を測定して生成した３次元モデルデータを、モデルデータ取得部４０ａが取得するとしてもよい。つまりユーザーが、所望の立体物を３次元コピーすることを目的として、コピー元となる立体物をチャンバー１３内に載置し、この立体物を測定部２０が測定することで３次元モデルデータが生成され、この生成された３次元モデルデータをステップＳ１００においてモデルデータ取得部４０ａが取得するとしてもよい。

ステップＳ１１０では、初期サポート決定部４０ｂが、上記ステップＳ１００で取得された３次元モデルデータに基づいて、造形物Ｆの造形に必要なサポートの形状を決定する。ステップＳ１１０で決定するサポートを、便宜上、初期サポートＳＰ０と呼ぶ。初期サポート決定部４０ｂは、３次元モデルデータに記述された各面法線ベクトルを参照することで、３次元モデルデータが表す立体の表面にサポートを必要とするオーバーハング形状があるか否か判定し、サポートを必要とするオーバーハング形状に該当する表面箇所に対して初期サポートＳＰ０を付加することを決定する。

図６は、造形物Ｆおよび初期サポートＳＰ０の形状を、Ｚ軸方向の断面により例示している。図６では見易さを考慮して初期サポートＳＰ０の形状を鎖線により示しており、図中ハッチングを適宜省略している。造形物Ｆは、面法線ベクトルＶの方向がＺ軸に対して垂直な方向よりも下側（Ｚ軸の−側）を向いている表面（太線で示した表面）を有しており、かかる表面がオーバーハング形状に該当する。ただし、本実施形態で採用する積層型の造形法では、オーバーハング形状であれば常にサポートを必要とする訳ではなく、面法線ベクトルＶとＺ軸に垂直な方向とがなす角度θがある程度小さい場合にはサポートを形成すること無く立体物を造形可能である。そのため初期サポート決定部４０ｂは、オーバーハング形状に該当する表面箇所の面法線ベクトルＶについての上記角度θを所定のしきい値と比較し、角度θがしきい値より大きい場合に、その表面箇所について初期サポートＳＰ０を付加すべきと決定する。図６では、造形物Ｆのオーバーハング形状に該当する表面の全体にわたって初期サポートＳＰ０が付加される例を示している。なお、ステップＳ１１０において初期サポートＳＰ０が一切不要と判定された場合は、後述するステップＳ１２０〜ステップＳ２００は行われることなく、処理はステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ１２０では、設置パターン決定部４０ｃが、上記決定された初期サポートＳＰ０の一部を一つ以上のサポートブロックＳＢで置き換える計算処理を実行する。サポートブロックＳＢは、第一のサポートに該当する。サポートブロックＳＢとは、造形時のサポートの一部として利用するために予め用意された直方体状の部材であり、寸法（直方体の３辺の長さ）が異なる様々な種類のサポートブロックＳＢが存在する。このようなサポートブロックＳＢは、例えば、造形装置１０の付属品とされており、ユーザーは造形装置１０の購入時に入手することができる。設置パターン決定部４０ｃは、種類毎のサポートブロックＳＢの寸法の情報を予め有しており、ある種類（１以上の種類）のサポートブロックＳＢに相当する立体を、初期サポートＳＰ０の形状内に配置する計算（シミュレーション）を行う。なお、サポートブロックＳＢは１種類のみとしても良いし、形状も、正多面体や四角錐や円柱など様々な形状としても良い。

図７は、図６で示した初期サポートＳＰ０の形状の一部分と、初期サポートＳＰ０内の空間に配置された複数（３個）のサポートブロックＳＢとを例示している。図７では、初期サポートＳＰ０を実線で示し、サポートブロックＳＢを鎖線で示している。設置パターン決定部４０ｃは、このようなサポートブロックＳＢによる初期サポートＳＰ０内の空間の置き換えを計算上で行う。この場合、サポートブロックＳＢ同士が侵食し合わずかつプラットフォーム１４上で位置が安定するようにサポートブロックＳＢを配置する。また、可能な限りサポートブロックＳＢの一部が初期サポートＳＰ０の外廓（造形物Ｆの表面）に接するようにサポートブロックＳＢを配置する。ステップＳ１２０による置き換えの結果得られる初期サポートＳＰ０内でのサポートブロックＳＢの配置態様（サポートブロックＳＰの種類、相対的位置関係および数）をサポートブロックＳＢの設置パターンと呼ぶ。

ステップＳ１３０では、設置パターン決定部４０ｃは、初期サポートＳＰ０の容積のうち直近のステップＳ１２０で置き換えたサポートブロックＳＢ以外の容積（初期サポートＳＰ０の全容積−直近のステップＳ１２０で置き換えたサポートブロックＳＢの全容積）を算出する。もし、サポートブロックＳＢやプラットフォーム１４によって上方を覆われた空間が存在する場合には、その空間の体積も初期サポートＳＰ０の容積から減算する。ステップＳ１３０で算出する容積を、以下ではサポート造形量と呼ぶ。
ステップＳ１４０では、設置パターン決定部４０ｃは、上記ステップＳ１２０およびステップＳ１３０の処理を所定の複数回（Ｎ回）実行したか否か判定する。そして、Ｎ回実行済みでないと判定した場合は、ステップＳ１２０およびステップＳ１３０の処理を繰り返す。ただし２回目以降のステップＳ１２０では、置き換えに用いるサポートブロックＳＢの種類、数および位置の少なくとも一つを変更して処理を行う。一方、Ｎ回実行済みと判定した場合はステップＳ１５０に進む。この結果、ステップＳ１５０の時点で、Ｎ種類の設置パターンに対応するＮ個のサポート造形量が算出されたことになる。

ステップＳ１５０では、設置パターン決定部４０ｃは、上記Ｎ個のサポート造形量のうち最小のサポート造形量に対応する設置パターンを、チャンバー１３内でのサポートブロックＳＢの設置パターンとして選択する。言い換えると、設置パターン決定部４０ｃは、初期サポートＳＰ０をサポートブロックＳＢで置き換えたときの置き換え量が最大である設置パターンを選択する。ただし、設置パターン決定部４０ｃは、サポート造形量に対して予め決められている許容値以下のサポート造形量が算出された時点で、ステップＳ１２０およびステップＳ１３０を繰り返すことを止め、当該許容値以下のサポート造形量に対応する設置パターンを、チャンバー１３内でのサポートブロックＳＢの設置パターンとして選択するとしてもよい。

ステップＳ１６０では、指示部４０ｄが、上記選択された設置パターンに従ってチャンバー１３内にサポートブロックＳＢを置くことを外部に対して指示する処理を行う。例えば、制御部４０は、チャンバー１３内のターンテーブル上に積み置くべきサポートブロックＳＢの種類と数とサポートブロックＳＢ間の相対的位置関係を知らせるためのメッセージや画像からなるガイド画面を表示部１１ａに表示させることで、当該指示を行う。すると、当該指示を認識したユーザーは、当該指示に従って実際にターンテーブル上にサポートブロックＳＢを置く（ステップＳ１７０）。つまり、上記選択された設置パターンの通りに、ユーザーによりターンテーブル上にサポートブロックＳＢが設置される。

ステップＳ１８０では、ユーザーがサポートブロックＳＢを設置したことを検知した場合に、制御部４０は、測定部２０に対して測定実行を指示し、当該指示に応じて測定部２０は測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを生成する。この検知は、ユーザーによる操作受付部１１ｂの操作や、扉１２が一度開けられて所定時間を経過した後に閉じられたことに応じて行われる。このとき、制御部４０はターンテーブルを回転させる制御も行なう。ステップＳ１８０における測定対象物とはユーザーによりターンテーブル上に実際に置かれたサポートブロックＳＢである。ステップＳ１８０で生成される３次元モデルデータは、この実際に置かれたサポートブロックＳＢの位置（チャンバー１３内の所定位置を基準とした座標値）および当該置かれたサポートブロックＳＢの全体の形状を記述したデータである。つまりステップＳ１８０で生成される３次元モデルデータは、本発明における「サポート情報」に該当する。なお、制御部４０は、上記ステップＳ１６０の指示の後、サポートブロックＳＢの設置完了指示を受け付けたタイミングで当該ステップＳ１８０を開始する。設置完了指示とは、ターンテーブル上にサポートブロックＳＢを設置し終えたことをユーザーが操作受付部１１ｂを操作して制御部４０に通知する指示である。サポート情報取得部４０ｅは、上記サポート情報としての３次元モデルデータを測定部２０から取得する。

ステップＳ１９０では、サポート情報取得部４０ｅは、上記取得したサポート情報が示すサポートブロックＳＢの位置（空間内でサポートブロックＳＢが占める３次元の位置を意味する）が所定の許容範囲を満たすか否か判定する。例えば、サポート情報取得部４０ｅは、サポート情報が示すサポートブロックＳＢのチャンバー１３内での位置が、造形物Ｆを支持するための位置として不適切であるか否か判定し、不適切な位置である場合に上記許容範囲を満たさないと判定する。造形物Ｆを支持するための位置として不適切なサポートブロックＳＢの位置とは、例えば、サポートブロックＳＢの位置を基準にして造形物Ｆを造形しようとする場合に造形物Ｆ（造形物Ｆの一部）が造形ヘッド３１の可動範囲外となってしまうような位置や、サポートブロックＳＢの存在しない空間に造形物Ｆを造形するだけの大きさを有しない位置を言う。また、サポート情報取得部４０ｅは、サポート情報が示すサポートブロックＳＢの全体形状と、上記ステップＳ１５０で選択された設置パターンに従って置かれるサポートブロックＳＢがなすべき全体形状との類似度を算出し、この類似度が予め設定された類似度についてのしきい値より低い場合に、上記許容範囲を満たさないと判定する。

サポート情報取得部４０ｅは、ステップＳ１９０で許容範囲を満たすと判定した場合は、処理をステップＳ２００へ進める。一方、ステップＳ１９０で許容範囲を満たさないと判定した場合は、ステップＳ１６０に戻り、指示部４０ｄに、上記選択された設置パターンに従ってチャンバー１３にサポートブロックＳＢを置くことを外部に対して指示する処理を行わせる。このような２回目以降のステップＳ１６０では、サポート情報取得部４０ｅは、チャンバー１３内におけるサポートブロックＳＢの位置が適切でないことや、サポートブロックＳＢ全体の形状が理想とされる形状と相違していることなどを警告のメッセージとして表示部１１ａに表示させる等して、サポートブロックＳＢの位置を修正することを指示させる。

ステップＳ２００では、第二サポート決定部４０ｆが、上記ステップＳ１００で取得された３次元モデルデータおよび上記ステップＳ１８０で取得されたサポート情報に基づいて、チャンバー１３内における造形物Ｆの位置（造形位置）を決定し、さらに造形位置に造形物Ｆを造形するために必要なサポートブロックＳＢ以外のサポート（第二のサポートＳＰ２）を造形する形状を決定する。ここで、造形物Ｆと初期サポートＳＰ０との相対的位置関係は既に決まっており、初期サポートＳＰ０と上記選択された設置パターンにかかるサポートブロックＳＢとの相対的位置関係も既に決まっており、さらに、サポートブロックＳＢのチャンバー１３内における位置も上記サポート情報から判明しているため、第二サポート決定部４０ｆは、これら決まっている（判明している）情報に基づいて造形位置を決定することができる。なお上記ステップＳ１９０で、サポートブロックＳＢのチャンバー１３内での位置が不適切であるか否かを判定する場合も、このように造形位置を試算し、試算した造形位置が造形ヘッド３１の可動範囲外となるか否かを判定すればよい。

図８は、ステップＳ２００において決定される造形位置の造形物Ｆおよび第二のサポートＳＰ２の形状を、Ｚ軸方向の断面により例示している。図８では、実線で示した一つの矩形が一つのサポートブロックＳＢを意味し、造形物Ｆの両側の鎖線で囲んだ空間のうちサポートブロックＳＢ以外の空間が第二のサポートＳＰ２の形状に該当する。図８でも図６と同様、見易さを考慮してハッチングを適宜省略している。図８に示すサポートブロックＳＢの全体形状および位置はサポート情報で規定されたものであり、造形物Ｆの形状は上記ステップＳ１００で取得された３次元モデルデータで規定されたものであり、造形物Ｆの位置は上記造形位置により規定されたものである。第二サポート決定部４０ｆは、このような造形位置の造形物Ｆとサポート情報が示すサポートブロックＳＢとの間に生じる隙間の立体形状を、第二のサポートＳＰ２の形状として決定する。

ステップＳ２１０では、造形データ生成部４０ｇが、上記ステップＳ１００で取得された３次元モデルデータに上記ステップＳ２００で決定された第二のサポートＳＰ２の形状を組み合わせた立体形状について、スライスデータを生成する。このように生成されたスライスデータは、造形物Ｆおよび第二のサポートＳＰ２を積層することで造形するための各層の位置を含んでいる。なお、このスライスデータは造形物Ｆおよび第二のサポートＳＰ２のそれぞれの断面形状に相当するデータを含んでおり、これら造形物Ｆおよび第二のサポートＳＰ２を区別して造形するための造形データの一部である。

ステップＳ２２０では、制御部４０は、造形部３０に対し、上記ステップＳ２１０で生成された各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３１を駆動させて造形を実行する。むろんこのとき、制御部４０は、造形ヘッド３１およびプラットフォーム１４を移動させる制御も行なう。ここでは一例として、造形部３０は溶融堆積法により積層して造形を行なうものとする。ステップＳ２２０の結果、プラットフォーム１４上には、サポートブロックＳＢが置かれた状況で、スライスデータに応じて押し出されたサポート用の樹脂及び造形物Ｆ用の樹脂の各層が積み重なり、サポート用の樹脂からなる第二のサポートＳＰ２および造形物Ｆ用の樹脂からなる造形物Ｆが完成する。つまりステップＳ２２０の完了後には、プラットフォーム１４の上記造形位置に造形物Ｆが存在し、かつ造形物Ｆのオーバーハング形状を下方から支持するサポートが存在することになるが、サポートの一部はユーザーにより積み置かれたサポートブロックＳＢであり、造形部３０によって実際に造形されるサポートは、第二のサポートＳＰ２に該当する部分だけである。なお、サポート用の樹脂は、最終的に造形物Ｆ及びサポートブロックＳＢからできるだけ除去しやすい種類の樹脂を選ぶことが望ましい。

ステップＳ２２０の完了後は、制御部４０は、造形物Ｆの取り出しや、サポートブロックＳＢの取り出しや、第二のサポートＳＰ２の除去などの各種動作の催促を外部に対して行なう。このような催促も音声やメッセージ表示等により行なう。なお、ステップＳ１１０において初期サポートＳＰ０が一切不要と判定されてステップＳ２１０へ処理が進んだ場合は、ステップＳ２１０では上記ステップＳ１００で取得された３次元モデルデータに基づいてスライスデータ（サポートの断面形状を含まないスライスデータ）が生成され、ステップＳ２２０では、プラットフォーム１４上にサポートブロックＳＢが置かれていない状況で、スライスデータに応じて積層して造形物Ｆが造形される。そして、ステップＳ２２０の完了後は、制御部４０は、造形物Ｆの取り出しなどの各種動作の催促を外部に対して行なう。

このように本実施形態によれば、制御部４０は、造形物Ｆを表す３次元モデルデータの造形に必要（造形物Ｆのオーバーハング形状を支持するために必要）な全体のサポート（初期サポートＳＰ０）を決定し、初期サポートＳＰ０の一部をサポートブロックＳＢで置き換える計算を複数パターン繰り返し実行し、当該繰り返し毎に得られるサポートブロックＳＢの設置パターンのうち、サポートブロックＳＢによる置き換え量が最大となる設置パターンを選択する。そして、選択した設置パターンに従ってサポートブロックＳＢをチャンバー１３内のターンテーブルに置くようにユーザーに指示し、ユーザーによってターンテーブルに置かれたサポートブロックＳＢを測定部２０に３次元測定させる。そして、当該３次元測定により得られたサポートブロックＳＢの３次元モデルデータ（サポート情報）と上記造形物Ｆを表す３次元モデルデータとに基づいて、造形物Ｆの造形位置を決定し、当該造形位置の造形物Ｆの造形に必要なサポートであって上記置かれたサポートブロックＳＢだけでは不足する分のサポート（第二のサポートＳＰ２）の形状を決定し、造形物Ｆを表す３次元モデルデータおよび第二のサポートＳＰ２の形状に応じてスライスデータを生成するとした。

従って、このように生成されたスライスデータに基づく積層型の造形を造形部３０に実行させれば、造形物Ｆの造形に必要なサポートについては、当該必要なサポートのうち第二のサポートＳＰ２のみが造形されることになり、当該必要なサポートを全て造形部３０で造形する場合と比較してサポートの造形量を確実に減らすことができる。このようにサポートの造形量を減らすことで、サポート造形用の材料費を節約でき、造形部３０が造形のために駆動する時間も短縮できる。さらには、造形された造形物Ｆに付着するサポートを除去する作業も、サポートのある程度の部分がサポートブロックＳＢである分、非常に容易となり、ユーザーの手間が削減される。また、サポートブロックＳＢ自体は、造形装置１０による造形の度にユーザーが繰り返し利用できるために、非常に経済的である。

本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。以下に、本発明の変形例を幾つか説明する。各変形例には上記実施形態の内容を適宜適用することができるし、各変形例の内容を適宜組み合わせることも可能である。

３．第一変形例
図９は、第一変形例にかかる構成を例示している。図９には、造形装置１０と造形データ生成装置５０とを含む造形システム６０を示している。造形データ生成装置５０は、例えば、ネットワークＮ（例えばインターネット）上に存在するサーバーであり、造形装置１０はネットワークＮを介して造形データ生成装置５０と通信可能に接続している。上記実施形態では、図５に示すフローチャートを造形装置１０で完結する場合を説明したが、上記フローチャートの一部処理について造形データ生成装置５０が実行するとしてもよい。つまり、制御部４０が備える機能（モデルデータ取得部４０ａ、初期サポート決定部４０ｂ、設置パターン決定部４０ｃ、指示部４０ｄ、サポート情報取得部４０ｅ、第二サポート決定部４０ｆ、造形データ生成部４０ｇ）の一部又は全部を、造形データ生成装置５０が実現するとしてもよい。上記フローチャートは、造形データの生成など演算量の多い処理を含んでおり、そのような処理を一般的にリソースの少ない造形装置１０で実行するよりも、リソースの豊富なサーバー等で代行した方がトータルの処理時間を短縮しやすい。

例えば、造形データ生成装置５０は、少なくともステップＳ２００（造形位置の決定および第二のサポートＳＰ２の形状決定）およびステップＳ２１０（スライスデータ生成）の処理を実行するとしてもよい。この場合、造形データ生成装置５０は、ステップＳ２００，Ｓ２１０の処理に必要な情報である造形物Ｆを表す３次元モデルデータやサポート情報等を造形装置１０からネットワークＮを介して取得し、生成したスライスデータを、ネットワークＮを介して造形装置１０に送信する。この結果、造形データ生成装置５０からスライスデータを受信した造形装置１０は、スライスデータに基づく造形（造形物Ｆおよび第二のサポートＳＰ２の造形）を行なうことができる。また、造形データ生成装置５０は、造形装置１０と適宜必要な通信を実行しつつ、上記フローチャートのうち、ステップＳ１００〜ステップＳ１６０の処理や、造形装置１０の測定部２０によるサポートブロックＳＢの３次元測定により生成されたサポート情報の取得からステップＳ２１０までの処理を実行するとしてもよい。

４．第二変形例
造形部３０は、造形ヘッド３１の傾きを調整する傾き調整機構３３をさらに備えるとしてもよい（図２参照）。
図１０は、傾き調整機構３３により造形ヘッド３１のＺ軸方向に対する傾きが調整される場面を例示している。造形ヘッド３１は傾き０の状態（図１０Ａ）では、Ｚ軸方向と平行な向きであり、所定の材料や光を発するための排出部３１ａがプラットフォーム１４の面に正対している。一方、造形ヘッド３１は、傾き調整機構３３により傾きが調整されることで、Ｚ軸方向に対して斜め方向を向くことができる（図１０Ｂ）。このように造形ヘッド３１の傾きを調整可能とすれば、傾き０の状態であれば造形ヘッド３１が直方体状のサポートブロックＳＢと干渉してしまうために第二のサポートＳＰ２等の造形が難しいサポートブロックＳＢ近傍の領域Ｐに対しても、排出部３１ａが向くように造形ヘッド３１の傾きを調整することで造形が可能となる。

５．他の変形例
測定部２０、造形部３０、制御部４０の区別は、図２に示した態様に限られず、測定部２０の一部や造形部３０の一部を制御部４０の一部とみなしてもよい。あるいは逆に、制御部４０の一部を、測定部２０や造形部３０の一部とみなしてもよい。
また上記では、造形ヘッド３１についてはＸ，Ｙ軸方向へ移動可能であり、プラットフォーム（ターンテーブル）についてはＺ軸方向へ移動可能であるとしたが、造形ヘッド３１、プラットフォーム（ターンテーブル）が移動可能な方向はこれらに限られない。例えば、造形ヘッド３１はＺ軸方向にも移動可能であってもよいし、プラットフォーム（ターンテーブル）はＸ，Ｙ軸方向にも移動可能であってもよい。

また上記では、ターンテーブルは測定対象物を載置し、測定対象物の測定のために回転する旨説明したが、造形時にもターンテーブルを活用するとしてもよい。例えば、制御部４０は、造形部３０による造形時に、造形ヘッド３１の位置を固定しつつターンテーブルを回転させることで、ターンテーブル上に円弧状の輪郭を造形させることができる。また、ターンテーブルを回転させてターンテーブル上に造形する場合には、造形ヘッド３１の移動可能な方向を１軸（例えばＸ軸方向）に限定してもターンテーブル上に任意の径の円弧を造形することができる。造形ヘッド３１及びプラットフォーム（ターンテーブル）の一方は移動せず、他方がＸ、Ｙ、Ｚ軸のいずれの方向にも移動可能であってもよい。
また、上述の実施例や変形例を組み合わせることも可能である。

１０…造形装置、１１…筺体、１１ａ…表示部、１１ｂ…操作受付部、１１ｃ…メモリーＩ／Ｆ、１２…扉、１３…チャンバー、１４，１４ａ，１４ｂ…プラットフォーム、１４ｂ１…ターンテーブル、１５…プラットフォーム移動機構、２０…測定部、２１…光源、２２…イメージセンサー、２３…ファイル生成部、３０…造形部、３１…造形ヘッド、３２…ヘッド移動機構、３３…傾き調整機構、４０…制御部、４０ａ…モデルデータ取得部、４０ｂ…初期サポート決定部、４０ｃ…設置パターン決定部、４０ｄ…指示部、４０ｅ…サポート情報取得部、４０ｆ…第二サポート決定部、４０ｇ…造形データ生成部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリー、５０…造形データ生成装置、６０…造形システム

Claims (8)

1. 立体物を表した３次元モデルデータを取得するモデルデータ取得部と、
   所定の造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定する測定部と、
   上記測定部による測定結果に基づいて上記第一のサポートの位置を示すサポート情報を取得するサポート情報取得部と、
   上記３次元モデルデータおよびサポート情報に基づいて、上記空間内における上記立体物の造形位置を決定し当該造形位置に上記立体物を造形するために必要な上記第一のサポート以外の第二のサポートの形状を決定するサポート決定部と、
   上記３次元モデルデータおよび第二のサポートの形状に基づいて、上記立体物および第二のサポートを造形するための造形データを生成する造形データ生成部と、
   上記造形データに基づいて上記造形用の空間に造形を行なう造形部と、
   を備えることを特徴とする造形装置。
2. 上記３次元モデルデータに基づいて上記造形用の空間における第一のサポートの設置パターンを決定する設置パターン決定部と、
   上記決定された設置パターンに従って上記造形用の空間に第一のサポートを置くことを外部に対して指示する指示部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 上記立体物の造形に必要なサポートの形状を決定する初期サポート決定部を備え、
   上記設置パターン決定部は、上記初期サポート決定部により決定されたサポートの一部を一つ以上の上記第一のサポートで置き換える処理を、第一のサポートの種類、数および位置の少なくとも一つを変更して複数回繰り返し、上記初期サポート決定部により決定されたサポートを上記第一のサポートで置き換えたときの置き換え量が最大である第一のサポートの設置パターンを、上記造形用の空間における第一のサポートの設置パターンとして決定することを特徴とする請求項２に記載の造形装置。
4. 上記サポート情報取得部は、上記サポート情報が示す第一のサポートの位置が所定の許容範囲を満たすか否か判定し、
   上記サポート決定部は、上記サポート情報取得部により許容範囲を満たすと判定された場合に上記造形位置の決定および第二のサポートの形状の決定を実行し、
   上記サポート情報取得部により上記許容範囲を満たさないと判定された場合には、上記造形用の空間における第一のサポートの位置を修正することを外部に対して指示する指示部を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の造形装置。
5. 上記第二サポートの少なくとも一部は、上記第一サポートの上方の空間に造形されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の造形装置。
6. 上記造形部は、造形のために上記造形用の空間内にて所定方向に移動可能な造形ヘッドを備え、当該造形ヘッドは傾きを調整可能であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の造形装置。
7. 立体物を表した３次元モデルデータを取得するモデルデータ取得工程と、
   所定の造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定する測定工程と、
   上記測定工程による測定結果に基づいて上記第一のサポートの位置を示すサポート情報を取得するサポート情報取得工程と、
   上記３次元モデルデータおよびサポート情報に基づいて、上記空間内における上記立体物の造形位置を決定し当該造形位置に上記立体物を造形するために必要な上記第一のサポート以外の第二のサポートの形状を決定するサポート決定工程と、
   上記３次元モデルデータおよび第二のサポートの形状に基づいて、上記立体物および第二のサポートを造形するための造形データを生成する造形データ生成工程と、
   上記造形データに基づいて上記造形用の空間に造形を行なう造形工程と、
   を備えることを特徴とする造形方法。
8. 造形用の空間に置かれた第一のサポートを３次元測定し、当該測定結果に基づいて当該第一のサポートの位置を示すサポート情報を生成する測定部と、
   サポート情報に基づいて、上記空間内における所定の立体物の造形位置及び当該造形位置に上記立体物を造形するために必要な上記第一のサポート以外の第二のサポートの形状を決定させ、上記立体物および第二のサポートを造形するための造形データを生成させる生成指示部と、
   生成された上記造形データに基づいて上記造形用の空間に造形を行なう造形部と、
   を備えることを特徴とする造形装置。

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