JP5656312B2 - Three-dimensional printer and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、印刷対象物とプリンタヘッドの相対的な位置関係を保ちつつ、印刷対象物及びプリンタヘッドを移動させながら3次元物体の表面に印刷を施す3次元プリンタに関する。   The present invention relates to a three-dimensional printer that performs printing on the surface of a three-dimensional object while moving the print object and the printer head while maintaining the relative positional relationship between the print object and the printer head.

紙等の印刷対象物に文字、図形等を印刷するプリンタ装置については、従来から種々のものが存在する。例えば、プリンタヘッドを走査させながら、この走査方向に対して垂直な方向に印刷対象物を移動させながら印刷を行うものが周知となっている(例えば、特許文献1及び2を参照)。このような従来のプリンタ装置は、平面状の紙や樹脂板など平面状のシート材もしくは固体物の平面に対して所定の印刷を行うものであり、全てが2次元の表面の印刷を行うものであった。ところが、近年では3次元形状の表面(例えば、円筒面、球面など)に印刷を行う3次元プリンタが要求されている。   Conventionally, there are various types of printer devices that print characters, graphics, and the like on a printing object such as paper. For example, it is well known to perform printing while moving a print target in a direction perpendicular to the scanning direction while scanning a printer head (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a conventional printer device performs predetermined printing on a planar sheet material such as planar paper or a resin plate or a flat surface of a solid object, and all performs two-dimensional surface printing. Met. However, in recent years, there is a demand for a three-dimensional printer that performs printing on a three-dimensional surface (for example, a cylindrical surface, a spherical surface, etc.).

このような3次元形状の表面に印刷を施す3次元プリンタとしては、プリンタヘッドから印刷対象領域にインクを着弾させるため、プリンタヘッドを水平面内で移動させるためのY軸、Y軸と直交しプリンタヘッドのノズル列方向であって印刷対象物を移動させるためのX軸、印刷対象物の表面とプリンタヘッドとの間隔を一定に保つため印刷対象物を昇降させるためのZ軸、印刷対象物を回転させるためのA軸、及びA軸をXZ平面内で回転させるためのB軸を備える5軸構造のものが知られている(例えば、特許文献3を参照)。   Such a three-dimensional printer that prints on the surface of a three-dimensional shape includes a printer orthogonal to the Y-axis and Y-axis for moving the printer head in a horizontal plane in order to land ink on the print target area from the printer head. X axis for moving the print object in the nozzle array direction of the head, Z axis for moving the print object up and down to keep the distance between the surface of the print object and the printer head constant, and the print object A five-axis structure having an A-axis for rotation and a B-axis for rotating the A-axis in the XZ plane is known (see, for example, Patent Document 3).

特開2003−191455号公報JP 2003-191455 A 特開2004−148666号公報JP 2004-148666 A 特開2008−114493号公報JP 2008-114493 A

上述したような5軸構造の3次元プリンタを用いて、円筒、円錐、球体など回転軸に対して対称性が維持されるものや、楕円柱のように中心軸上において断面形状が変化しない印刷対象物に対して印刷を行うことが可能となっている。しかし、実際の印刷対象物の形状が上記のいずれかのように表面形状が単純な数式で表現されることは少なく、このような印刷対象物に対してはプリンタヘッドおよび印刷対象物を相対移動させる経路を求める計算が複雑になり、効率良く印刷を施すことができないという課題があった。   Using a three-dimensional printer with a five-axis structure as described above, printing that maintains symmetry with respect to the rotation axis, such as a cylinder, cone, or sphere, or that does not change its cross-sectional shape on the central axis, such as an elliptic cylinder It is possible to print on the object. However, the actual shape of the print object is rarely expressed by a simple mathematical expression like any one of the above, and the printer head and print object are moved relative to such a print object. The calculation for obtaining the path to be performed becomes complicated, and there is a problem that printing cannot be performed efficiently.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、印刷対象物の形状にかかわらず、複雑な計算を要することなく効率良く印刷を施すことができる3次元プリンタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a three-dimensional printer that can perform printing efficiently without requiring complicated calculations regardless of the shape of a printing object. Objective.

上記目的を達成するため、本発明に係る3次元プリンタは、インクを吐出するノズルが多数形成されるノズル面を備えたプリンタヘッドを有し、3次元形状の印刷対象物の表面における印刷対象点にプリンタヘッドのノズルからインクを吐出して印刷対象物の表面に所定の印刷を施す3次元プリンタであって、印刷対象物を保持する対象物保持装置(例えば、実施形態における保持シャフト75、保持チャック76)と、対象物保持装置を3次元空間内に移動可能に支持する3次元移動支持装置(例えば、実施形態における第1支持部材60、第2支持部材65、第3支持部材70)と、プリンタヘッドを、ノズル面が対象物保持装置に保持された印刷対象物の表面に対向する位置を通るように、移動可能に支持するヘッド移動支持装置(例えば、実施形態におけるキャリッジ5)と、プリンタヘッドのノズル面が印刷対象点に対して所定の間隔を維持するとともに、ノズル面が印刷対象点の接平面に対して平行となるように、3次元移動支持装置及びヘッド移動支持装置によりプリンタヘッドを対象物保持装置に保持された印刷対象物に対して相対移動させる制御を行う相対移動制御装置(例えば、実施形態における第1制御装置7、第2制御装置8)と、相対移動制御装置による相対移動制御に応じて、プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a three-dimensional printer according to the present invention has a printer head having a nozzle surface on which a large number of nozzles for ejecting ink are formed, and print target points on the surface of a three-dimensional print target. A three-dimensional printer that discharges ink from the nozzles of the printer head to perform predetermined printing on the surface of the printing object, and holds an object holding apparatus (for example, holding shaft 75, holding in the embodiment) A chuck 76), a three-dimensional movement support device (for example, the first support member 60, the second support member 65, and the third support member 70 in the embodiment) that supports the object holding device so as to be movable in the three-dimensional space. , A head moving support device (for example, supporting the printer head movably so that the nozzle surface passes through a position facing the surface of the printing object held by the object holding device) For example, the carriage 5) in the embodiment and the nozzle surface of the printer head maintain a predetermined interval with respect to the print target point, and the nozzle surface is parallel to the tangent plane of the print target point. Relative movement control devices (for example, the first control device 7 and the second control device in the embodiment) that perform control to move the printer head relative to the print object held by the object holding device by the movement support device and the head movement support device. And a print control device for controlling the ejection of ink from the printer head in accordance with the relative movement control by the relative movement control device.

また、相対移動制御装置は、対象物保持装置に保持された印刷対象物の表面形状から、印刷対象点の接平面に対して直交する法線ベクトルを求め、ノズル面が法線ベクトルに対して直交するように、プリンタヘッドを印刷対象物に対して相対移動させる制御を行うことが好ましい。   In addition, the relative movement control device obtains a normal vector orthogonal to the tangent plane of the print target point from the surface shape of the print target held by the target holding device, and the nozzle surface is relative to the normal vector. It is preferable to perform control to move the printer head relative to the printing object so as to be orthogonal.

そして、ノズル面には、ノズルが所定方向に並んで設けられるノズル列が形成され、対象物保持装置は、3次元空間内に設けられる回転軸を中心として、印刷対象物を回転可能に保持し、相対移動制御装置は、対象物保持装置に保持された印刷対象物の表面形状から、印刷対象点の接平面に対して平行且つ回転軸の方向に延びて設けられるノズル列と同一の長さの線分を求め、ノズル列が線分に対向するように、プリンタヘッドを印刷対象物に対して相対移動させる制御を行うことが好ましい。   A nozzle array in which nozzles are arranged in a predetermined direction is formed on the nozzle surface, and the object holding device holds the print object rotatably about a rotation axis provided in the three-dimensional space. The relative movement control device has the same length as the nozzle array provided in parallel to the tangent plane of the printing target point and extending in the direction of the rotation axis from the surface shape of the printing target held by the target holding device. It is preferable to perform a control to move the printer head relative to the printing object so that the nozzle line is opposed to the line segment.

また、印刷対象物の表面形状は、CADデータ、ポリゴンデータ、または3次元撮影機で撮影される輪郭形状データから得られることが好ましい。   The surface shape of the print object is preferably obtained from CAD data, polygon data, or contour shape data photographed by a three-dimensional photographing machine.

以上、本発明に係る3次元プリンタにおいては、相対移動制御装置が、プリンタヘッドのノズル面が印刷対象点に対して所定の間隔を維持するとともに、ノズル面が印刷対象点の接平面に対して平行となるように、3次元移動支持装置及びヘッド移動支持装置によりプリンタヘッドを対象物保持装置に保持された印刷対象物に対して相対移動させる制御を行うことにより、3次元形状の印刷対象物に印刷を施す際に必要な座標データ(印刷パス)の計算を容易に行うことが可能となり、効率良く印刷を行うことができる。   As described above, in the three-dimensional printer according to the present invention, the relative movement control device maintains the predetermined distance between the nozzle surface of the printer head and the print target point, and the nozzle surface is set against the tangent plane of the print target point. By controlling the printer head to move relative to the print object held by the object holding device by the three-dimensional movement support device and the head movement support device so as to be parallel, the three-dimensional shape print object It is possible to easily calculate the coordinate data (print path) necessary for printing on the printer, and to perform printing efficiently.

また、相対移動制御装置が、対象物保持装置に保持された印刷対象物の表面形状から、印刷対象点の接平面に対して直交する法線ベクトルを求めることにより、ノズル面が常に印刷対象物の表面と平行になるようにプリンタヘッドを相対移動させる座標データを容易に計算することができる。   In addition, the relative movement control device obtains a normal vector orthogonal to the tangent plane of the print target point from the surface shape of the print target held by the target holding device, so that the nozzle surface is always the print target. It is possible to easily calculate coordinate data for moving the printer head relative to each other so as to be parallel to the surface.

そして、相対移動制御装置が、対象物保持装置に保持された印刷対象物の表面形状から、印刷対象点の接平面に対して平行且つ回転軸の方向に延びて設けられるノズル列と同一の長さの線分を求めることにより、ノズル列の向きを最適化させながらプリンタヘッドを相対移動させる座標データを容易に計算することができる。   Then, the relative movement control device has the same length as the nozzle row provided from the surface shape of the print object held by the object holding device in parallel to the tangent plane of the print target point and extending in the direction of the rotation axis. By obtaining the line segment, coordinate data for moving the printer head relative to each other while optimizing the direction of the nozzle array can be easily calculated.

また、上記印刷対象物の表面形状が、CADデータ、ポリゴンデータ、または3次元撮影機で撮影される輪郭形状データから得られるようにすれば、これらのデータを用いない場合と比較して、上述したような座標データの計算を更に容易に行うことができ、形状が複雑な3次元形状に対しても効率良く印刷を行うことができる。   In addition, if the surface shape of the printing object is obtained from CAD data, polygon data, or contour shape data photographed by a three-dimensional photographing machine, the above-described data is compared with a case where these data are not used. Such coordinate data can be calculated more easily, and printing can be efficiently performed even for a complicated three-dimensional shape.

なお、上記同様の手段により、紫外線硬化型インク及び紫外線照射装置を備えたプリンタに対しては、上記プリンタヘッドを紫外線照射装置に置き換えることにより、印刷パスだけではなく、3次元形状の印刷対象物の表面に紫外線を照射していく紫外線照射装置の経路(硬化パス)の計算を容易に行うことが可能となり、さらには、印刷パスから次の印刷パスへ移動させる経路である送りパスの計算や、印刷対象物の表面における印刷領域の生成を行うこともできる。   By the same means as described above, for a printer equipped with ultraviolet curable ink and an ultraviolet irradiation device, by replacing the printer head with an ultraviolet irradiation device, not only a printing pass but also a three-dimensional printed object. It is possible to easily calculate the path (curing path) of the UV irradiation device that irradiates the surface of the UV light, and further calculate the feed path that is the path to move from one printing pass to the next. In addition, it is possible to generate a print area on the surface of the print object.

本発明の一実施形態に係る3次元プリンタの正面図である。It is a front view of the three-dimensional printer which concerns on one Embodiment of this invention. 上記3次元プリンタの側面図である。It is a side view of the three-dimensional printer. 本発明に係る3次元プリンタの作動原理を説明する概略図である。It is the schematic explaining the working principle of the three-dimensional printer which concerns on this invention. 上記3次元プリンタにおけるプリンタヘッドと印刷対象物との関係を示す概略図である。(a)はプリンタヘッドの下面を印刷対象点に対向させた状態を示す図、(b)はプリンタヘッドの下面を別の印刷対象点に対向させるためプリンタヘッドを移動、印刷対象物を回転させた状態を示す図、(c)はプリンタヘッドの下面と印刷対象点を通る稜線とが平行でない状態を示す図、(d)は印刷対象物を回転させプリンタヘッドの下面と上記稜線とを平行にさせた状態を示す図である。It is the schematic which shows the relationship between the printer head in the said three-dimensional printer, and a printing target object. (A) is a diagram showing a state in which the lower surface of the printer head is opposed to a print target point, and (b) is a diagram illustrating a state in which the printer head is moved and the print object is rotated so that the lower surface of the printer head is opposed to another print target point. (C) is a diagram showing a state in which the lower surface of the printer head and the ridge line passing through the print target point are not parallel to each other, and (d) is a diagram in which the print object is rotated so that the lower surface of the printer head and the ridge line are parallel to each other. It is a figure which shows the state made to become. 3次元物体に対し印刷パス等の座標データを生成する方法を示す図である。(a)は基準面と3次元物体の交点を所定角度毎に求める図、(b)は左記で求めた交点を結び基準面における3次元物体の外周曲線を求める図、(c)は基準面に直交する面と3次元物体との交点を所定角度毎に求める図、(d)は左記で求めた交点を結び基準面と直交する面における3次元物体の外周曲線を求める図である。It is a figure which shows the method of producing | generating coordinate data, such as a printing pass, with respect to a three-dimensional object. (A) is the figure which calculates | requires the intersection of a reference plane and a three-dimensional object for every predetermined angle, (b) is the figure which connects the intersection calculated | required on the left and calculates | requires the outer periphery curve of the three-dimensional object in a reference plane, (c) is a reference plane FIG. 4D is a diagram for obtaining intersection points between a plane orthogonal to the plane and a three-dimensional object for each predetermined angle, and FIG. 4D is a diagram for obtaining an outer peripheral curve of the three-dimensional object on a plane orthogonal to the reference plane by connecting the intersections obtained on the left. 3次元物体に対し印刷パス等の座標データを生成する方法を示す図である。(a)は所定角度毎に基準面と直交する面における3次元物体の外周曲線を求める図、(b)は図5(b)で求めた外周曲線から所定距離だけ離れた点を結んで前記外周曲線に平行な曲線を求める図、(c)は上記同様頂点方向に所定距離毎に前記外周曲線に平行な曲線を求める図、(d)は(c)の図から法線ベクトル及び印刷パス等を求める図である。It is a figure which shows the method of producing | generating coordinate data, such as a printing pass, with respect to a three-dimensional object. (A) is a diagram for obtaining an outer peripheral curve of a three-dimensional object in a plane perpendicular to the reference plane at every predetermined angle, and (b) is a diagram connecting the points separated by a predetermined distance from the outer peripheral curve obtained in FIG. 5 (b). The figure which calculates | requires a curve parallel to an outer periphery curve, (c) is a figure which calculates | requires a curve parallel to the said outer periphery curve for every predetermined distance in the vertex direction like the above, (d) is a normal vector and print path from the figure of (c). FIG. 3次元物体に対し送りパスを生成する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which produces | generates a feed path with respect to a three-dimensional object. 3次元物体の展開図及び印刷領域を示す図である。It is a figure which shows the expanded view and printing area | region of a three-dimensional object. C軸を備えた6軸構成の3次元プリンタの概要を説明する図である。(a)はプリンタヘッドと切頭角錐形状の印刷対象物との位置関係を示す斜視図、(b)は前記6軸の位置について示した図である。It is a figure explaining the outline | summary of the three-dimensional printer of 6 axis | shaft structure provided with the C axis | shaft. (A) is a perspective view showing a positional relationship between a printer head and a truncated pyramid-shaped printing object, and (b) is a diagram showing the positions of the six axes.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、本発明の適用対象の一例として示す3次元プリンタ1の構成について、図1及び図2を参照しながら簡潔に説明する。なお、以下では、図1及び図2の矢印に示すように3次元プリンタ1を正面(図1の紙面)から見て左右方向、上下方向をそれぞれ単に左右方向、上下方向とし、図1の紙面から見て奥行方向(図2の紙面から見て右方向)を後方向その反対側を前方向として説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a configuration of a three-dimensional printer 1 shown as an example of an application target of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2. In the following, as shown by the arrows in FIGS. 1 and 2, when the three-dimensional printer 1 is viewed from the front (the paper surface in FIG. 1), the left and right directions and the vertical direction are simply the left and right directions and the vertical direction, respectively. The depth direction (right direction as viewed from the plane of FIG. 2) as viewed from the rear side will be described as the rear direction and the opposite side as the front direction.

3次元プリンタ1は、円柱、円錐、球等様々な形状の3次元物体に印刷を施すことが可能なプリンタ装置である。3次元プリンタ1は、ベース2の上に、左支持脚3a及び右支持脚3b並びにこれら左支持脚3a及び右支持脚3bの上端を繋いで左右に延びた支持桁3cとからなる門型支持フレーム3が固設される。また、右支持脚3bに隣接して操作盤7aを有する第1制御装置7が設けられ、左支持脚3aに隣接してメンテナンスステーション9を有する第2制御装置8が設けられている。第1制御装置7及び第2制御装置8は、各部材の平行移動及び回転移動の制御を行う移動制御装置、後述するプリンタヘッド11から吐出されるインクのインク吐出制御を行うプリント制御装置、並びに電源等を制御する電源制御装置等を備えて構成される。   The three-dimensional printer 1 is a printer device that can perform printing on three-dimensional objects having various shapes such as a cylinder, a cone, and a sphere. The three-dimensional printer 1 includes a left support leg 3a, a right support leg 3b, and a support girder 3c that connects the upper ends of the left support leg 3a and the right support leg 3b on the base 2 and extends left and right. The frame 3 is fixed. A first control device 7 having an operation panel 7a is provided adjacent to the right support leg 3b, and a second control device 8 having a maintenance station 9 is provided adjacent to the left support leg 3a. The first control device 7 and the second control device 8 are a movement control device that controls the parallel movement and rotational movement of each member, a print control device that performs ink discharge control of ink discharged from a printer head 11 described later, and A power supply control device for controlling the power supply and the like is provided.

支持桁3cの上面に前後一対に左右ガイドレール4a,4bが、左右方向に延びて設けられ、この上に左右(矢印D(y)の方向)に移動自在にキャリッジ5が設けられている。キャリッジ5は、図2に示すように、左右ガイドレール4a,4bに支持される部分から前方に延び下方に折れ曲がり更に前方に延びた側面視クランク形状の部材である。このキャリッジ5の前端部5aにプリンタヘッド11が取り付けられている。プリンタヘッド11の下面には多数のノズル(不図示)がプリンタヘッド11の移動方向と直交する方向に延びる列を成して形成され、それぞれのノズルから互いに同一もしくは異なる色のインクが吐出される。前端部5aは、プリンタヘッド11の下面と対向する部分が上下に開口され、ノズルから前端部5aの下方に位置する印刷対象物12の表面に向けてインクが吐出されて所望の印刷が行われる。また、プリンタヘッド11の上方には、プリンタヘッド11を上下方向に移動させるヘッド駆動装置14が設けられる。このプリンタヘッド11が搭載されたキャリッジ5は、左右ガイドレール4a,4b上を左右に移動可能となっているが、これらが左端部に位置した状態でメンテナンスステーション9を上動させ、このメンテナンスステーション9により、プリンタヘッド11の下面のノズルの清掃及び乾燥防止処置等が行われるようになっている。   A pair of left and right guide rails 4a and 4b are provided on the upper surface of the support beam 3c so as to extend in the left-right direction, and a carriage 5 is provided on the left and right (in the direction of the arrow D (y)). As shown in FIG. 2, the carriage 5 is a crank-shaped member that extends forward from the portion supported by the left and right guide rails 4 a and 4 b, bends downward, and further extends forward. A printer head 11 is attached to the front end portion 5 a of the carriage 5. A large number of nozzles (not shown) are formed on the lower surface of the printer head 11 in rows extending in a direction orthogonal to the moving direction of the printer head 11, and ink of the same or different color is ejected from each nozzle. . The front end portion 5a is opened vertically at a portion facing the lower surface of the printer head 11, and desired printing is performed by ejecting ink from the nozzle toward the surface of the printing object 12 positioned below the front end portion 5a. . A head driving device 14 that moves the printer head 11 in the vertical direction is provided above the printer head 11. The carriage 5 on which the printer head 11 is mounted is movable left and right on the left and right guide rails 4a and 4b. The maintenance station 9 is moved upward in a state in which the carriage 5 is located at the left end portion. 9, the nozzles on the lower surface of the printer head 11 are cleaned, dry prevention measures, and the like are performed.

ベース2の上部における左支持脚3a及び右支持脚3bの間の位置に、前後方向に延びる一対の前後ガイドレール2a,2bが設けられ、図2に示すように、この前後ガイドレール2a,2bの上部に前後方向(矢印D(x)方向)に移動自在に第1支持部材60が設けられる。この第1支持部材60の上部には、垂直に起立した状態で垂直支持部材61が設けられ、垂直支持部材61の前方に上下方向に延びるように左右一対に上下ガイドレール62a,62bが設けられる。更に、この上下ガイドレール62a,62bに上下方向(矢印D(z)方向)に移動自在に支持された状態で第2支持部材65が設けられる。第2支持部材65の前面65aは、第2支持部材65に対して定まる所定点p1(後述する印刷対象物12が位置し得る位置に設定された点)を通り、左右方向に延びる第1回転軸Y0を中心とする円筒面形状に形成されており、この円筒面形状の前面65aに接合する円筒面形状の後面70aを有した第3支持部材70が、前面65aに沿って摺動自在に設けられている。すなわち、第3支持部材70の後面70aが第2支持部材65の前面65aと摺動移動可能であり、これにより、第3支持部材70は第2支持部材65に対して第1回転軸Y0を中心として回転(矢印Bで示す方向に回転)自在となって支持される。   A pair of front and rear guide rails 2a and 2b extending in the front-rear direction is provided at a position between the left support leg 3a and the right support leg 3b in the upper part of the base 2, and as shown in FIG. 2, the front and rear guide rails 2a and 2b are provided. A first support member 60 is provided on the upper portion of the first support member movably in the front-rear direction (arrow D (x) direction). On the upper part of the first support member 60, a vertical support member 61 is provided in a vertically standing state, and a pair of upper and lower guide rails 62 a and 62 b are provided in front of the vertical support member 61 so as to extend in the vertical direction. . Further, a second support member 65 is provided in a state of being supported by the upper and lower guide rails 62a and 62b so as to be movable in the vertical direction (arrow D (z) direction). The front surface 65a of the second support member 65 passes through a predetermined point p1 determined with respect to the second support member 65 (a point set at a position where a print object 12 to be described later can be positioned) and extends in the left-right direction. A third support member 70 having a cylindrical surface rear surface 70a joined to the cylindrical surface front surface 65a is slidable along the front surface 65a. Is provided. That is, the rear surface 70 a of the third support member 70 is slidable with the front surface 65 a of the second support member 65, whereby the third support member 70 has the first rotation axis Y 0 with respect to the second support member 65. It is supported by being freely rotatable (rotated in the direction indicated by arrow B) as a center.

このように支持された第3支持部材70を、第2支持部材65に対して第1回転軸Y0を中心として回転させるため、第3支持部材70の図1における左側部の前面に駆動モータ66が設けられ、この駆動モータ66の駆動シャフト(不図示)に取り付けられた駆動ピニオン67が内歯車71と噛合している。よって、駆動モータ66により駆動ピニオン67を回転駆動させ、これに伴い内歯車71が回転して、第3支持部材70を第1回転軸Y0を中心に矢印Bで示す方向(以下、B軸方向と称する)に回転させることができる。   In order to rotate the third support member 70 thus supported with respect to the second support member 65 about the first rotation axis Y0, a drive motor 66 is provided on the front surface of the left side portion of the third support member 70 in FIG. The drive pinion 67 attached to the drive shaft (not shown) of the drive motor 66 is meshed with the internal gear 71. Therefore, the drive pinion 67 is driven to rotate by the drive motor 66, and the internal gear 71 rotates accordingly, and the third support member 70 is rotated in the direction indicated by the arrow B around the first rotation axis Y0 (hereinafter referred to as the B-axis direction). Can be rotated.

第3支持部材70の前面側には、保持シャフト75が前後方向に延びるとともに、上記所定点p1を通る第2回転軸X0を中心に回転自在に設けられ前方に突出し、その前端に印刷対象物12を保持させる保持チャック76が取り付けられている。保持シャフト75は、第3支持部材70の内部に配設された駆動モータ(不図示)により回転駆動されるようになっており、保持チャック76は、印刷対象物12を保持可能な構成となっている。このため、保持チャック76に印刷対象物12を保持させた状態で保持シャフト75を回転駆動させれば、印刷対象物12を第2回転軸X0を中心に矢印Aの方向に(以下、A軸方向と称する)回転させることができる。また、第3支持部材70は第1回転軸Y0を中心にB軸方向に回転自在であるため、第3支持部材70が所定回転位置(図2に示す位置)に位置したときには第2回転軸X0は前後方向に延びるが、第3支持部材70のB軸方向への回転に応じて第2回転軸X0は上下に振られるようになっている。   On the front surface side of the third support member 70, a holding shaft 75 extends in the front-rear direction, is rotatably provided around the second rotation axis X0 passing through the predetermined point p1, protrudes forward, and has a print target at the front end. A holding chuck 76 for holding 12 is attached. The holding shaft 75 is rotationally driven by a drive motor (not shown) disposed inside the third support member 70, and the holding chuck 76 is configured to hold the printing object 12. ing. Therefore, if the holding shaft 75 is rotationally driven in a state where the printing object 12 is held by the holding chuck 76, the printing object 12 is moved in the direction of the arrow A about the second rotation axis X0 (hereinafter referred to as the A axis). Can be rotated. Further, since the third support member 70 is rotatable in the B-axis direction around the first rotation axis Y0, the second rotation axis when the third support member 70 is located at a predetermined rotation position (position shown in FIG. 2). X0 extends in the front-rear direction, but the second rotation axis X0 is swung up and down in accordance with the rotation of the third support member 70 in the B-axis direction.

以上のように構成される3次元プリンタ1における、印刷対象物12に印刷を施すための作動原理、及び印刷対象物12とプリンタヘッド11との相対移動制御の概要について図3を参照しながら説明する。図3において、保持シャフト75の回転中心となる第2回転軸X0はX軸に、第3支持部材70の回転中心となる第1回転軸Y0はY軸に、それぞれ相当する。なお、図3に示す印刷対象物12は切頭円錐形状の部材であり、以下ではこの印刷対象物12を用いて説明する。なお、実際は、印刷対象物の形状として上記切頭円錐形状に限定されることはなく、円筒形、楕円筒形、円錐形等、様々な形状の3次元物体に対して印刷が可能である。   In the three-dimensional printer 1 configured as described above, an operation principle for performing printing on the print object 12 and an outline of the relative movement control between the print object 12 and the printer head 11 will be described with reference to FIG. To do. In FIG. 3, the second rotation axis X0 that is the rotation center of the holding shaft 75 corresponds to the X axis, and the first rotation axis Y0 that is the rotation center of the third support member 70 corresponds to the Y axis. Note that the print object 12 shown in FIG. 3 is a frustoconical member, and will be described below using the print object 12. Actually, the shape of the print object is not limited to the truncated cone shape, and printing is possible for three-dimensional objects having various shapes such as a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, and a conical shape.

まず、上述したように、3次元プリンタ1は、印刷対象物12を支持する第1〜第3支持部材60,65,70及び保持チャック76を備え、これらの第1〜第3支持部材60,65,70及び保持チャック76により、X軸を中心としてA軸方向に回転自在に印刷対象物12を支持し、この状態でX軸上の所定点p1を通りX軸と直交して左右に延びるY軸を中心として印刷対象物12がB軸方向に回転自在となるように支持し、更に、この印刷対象物12をX軸方向に沿って前後に(矢印D(x)で示す方向に)移動可能且つX軸及びY軸に直交して垂直に延びるZ軸に沿って上下に(矢印D(z)で示す方向に)移動可能に支持するように構成されている。   First, as described above, the three-dimensional printer 1 includes first to third support members 60, 65, 70 and a holding chuck 76 that support the print object 12, and these first to third support members 60, The print object 12 is supported by the rollers 65 and 70 and the holding chuck 76 so as to be rotatable in the A-axis direction around the X-axis. In this state, the print object 12 passes through a predetermined point p1 on the X-axis and extends right and left perpendicular to the X-axis. The print object 12 is supported so as to be rotatable in the B axis direction around the Y axis, and the print object 12 is moved back and forth along the X axis direction (in the direction indicated by the arrow D (x)). It is configured to be movable and supported so as to be movable up and down (in the direction indicated by the arrow D (z)) along the Z axis extending perpendicularly to the X axis and the Y axis.

このように支持された印刷対象物12の上方に、プリンタヘッド11が矢印D(y)で示す方向(以下、Y軸方向と称する)に移動可能な状態で配設され、また、上述したヘッド駆動装置14により、プリンタヘッド11を矢印D(z)で示す方向(以下、Z軸方向と称する)に移動させることができる。なお、プリンタヘッド11は、インク供給装置(不図示)から供給されるインクを、プリント制御装置(不図示)の制御に基づいて各ノズル毎に吐出させて、保持された印刷対象物12の表面に所定の印刷を施すようになっている。   Above the print target 12 supported in this manner, the printer head 11 is disposed in a state in which it can move in the direction indicated by the arrow D (y) (hereinafter referred to as the Y-axis direction). The drive device 14 can move the printer head 11 in the direction indicated by the arrow D (z) (hereinafter referred to as the Z-axis direction). The printer head 11 discharges ink supplied from an ink supply device (not shown) for each nozzle based on the control of a print control device (not shown), and holds the surface of the printed object 12. Predetermined printing is applied to the printer.

ところで、印刷を行う際には、ノズルを、印刷対象物12の表面の印刷対象位置から所定印刷間隔を有する接近した位置(ノズルから吐出させるインクを印刷対象物12の表面に付着させて印刷を行うのに最適な間隔を有する位置)に位置させる必要がある。更に、上記表面の印刷対象位置に対してノズルからのインクの吐出方向を直交する方向に向けなければならない。具体的には、図3に示すように、プリンタヘッド11を、その下面(ノズルが形成されているノズル面)が印刷対象である点からなる印刷線13aの中点を接点とする接平面に対して平行になるように、且つ、そのノズル面が上記中点から所定印刷間隔だけ離れて位置するように、移動させる必要がある。   By the way, when printing is performed, the nozzle is moved to a position close to the print target position on the surface of the print object 12 having a predetermined print interval (the ink discharged from the nozzle is attached to the surface of the print object 12 for printing. It is necessary to be located at a position having an optimum interval to perform. Furthermore, the direction of ink ejection from the nozzles must be orthogonal to the print target position on the surface. Specifically, as shown in FIG. 3, the printer head 11 is placed on a tangential plane with the midpoint of the printing line 13 a formed from the point whose lower surface (nozzle surface on which the nozzles are formed) is the printing target. The nozzle surface needs to be moved so as to be parallel to each other and to be positioned at a predetermined printing interval from the midpoint.

そこで、上記の移動を行うため、まず、印刷対象物12を矢印D(x)に示す方向(以下、X軸方向と称する)に移動させる。そして、印刷対象物12をA軸方向に回転させて印刷対象の印刷線13aが真上を向くように位置させ、更に印刷対象物12をB軸方向に回転させてプリンタヘッド11のノズル列と印刷線13aを通る稜線L0とが互いに平行になるように位置させる。そして、プリンタヘッド11のノズル面が、印刷線13aの中点から所定印刷間隔だけ離れた位置に位置するように、矢印D(z)で示す方向に移動させる。なお、上記移動及び回転等は、印刷対象物12とプリンタヘッド11とが干渉しない限り、どのような順序で行ってもよい。   Therefore, in order to perform the above movement, first, the printing object 12 is moved in the direction indicated by the arrow D (x) (hereinafter referred to as the X-axis direction). Then, the print object 12 is rotated in the A-axis direction so that the print line 13a to be printed is positioned directly above, and the print object 12 is further rotated in the B-axis direction to align the nozzle array of the printer head 11 The ridgeline L0 passing through the print line 13a is positioned so as to be parallel to each other. Then, the nozzle surface of the printer head 11 is moved in the direction indicated by the arrow D (z) so as to be located at a position away from the midpoint of the printing line 13a by a predetermined printing interval. Note that the above movement, rotation, and the like may be performed in any order as long as the printing object 12 and the printer head 11 do not interfere with each other.

上記のように、プリンタヘッド11のノズル面が印刷線13aの中点の接平面と平行、且つ、プリンタヘッド11のノズル面が印刷線13aの中点から所定印刷間隔だけ離れた状態において、ノズルから印刷線13aへのインクの吐出が行われる。そして、例えば、印刷線13aから印刷対象物12の表面における周方向に沿った位置に形成されX軸(回転軸)方向に向かう方向に延びる印刷線13b、印刷線13cに印刷を行う場合は、上記印刷線13aと同様、それぞれの中点からプリンタヘッド11のノズル面を所定印刷間隔だけ離し、プリンタヘッド11のノズル面が印刷線13b、印刷線13cそれぞれの中点の接平面と平行になるように、プリンタヘッド11及び印刷対象物12の平行移動、回転移動を行いながら印刷を行う。このように、印刷線13b、印刷線13cからプリンタヘッド11のノズル面を所定印刷距離だけ離しつつ、プリンタヘッド11のノズル面が印刷線13b、印刷線13cそれぞれの中点の接平面と平行になるように位置させた状態で、印刷線13b、印刷線13cにインクを吐出させる。このように、印刷対象物12の表面において、印刷線13a、印刷線13b、印刷線13c・・・に順次一定間隔でインクを吐出させていくことにより所望の印刷を行うことができる。   As described above, the nozzle surface of the printer head 11 is parallel to the tangent plane of the midpoint of the print line 13a, and the nozzle surface of the printer head 11 is separated from the midpoint of the print line 13a by a predetermined printing interval. From the ink to the printing line 13a. For example, when printing is performed on the print line 13b and the print line 13c that are formed at positions along the circumferential direction on the surface of the print object 12 from the print line 13a and extend in the direction toward the X-axis (rotation axis) direction, Similar to the printing line 13a, the nozzle surface of the printer head 11 is separated from the middle point by a predetermined printing interval, and the nozzle surface of the printer head 11 is parallel to the tangent plane of the middle point of each of the printing line 13b and the printing line 13c. As described above, printing is performed while the printer head 11 and the printing object 12 are translated and rotated. In this way, while the nozzle surface of the printer head 11 is separated from the print line 13b and the print line 13c by a predetermined printing distance, the nozzle surface of the printer head 11 is parallel to the tangent plane of the middle point of each of the print line 13b and the print line 13c. In such a state, the ink is ejected onto the printing lines 13b and 13c. In this way, desired printing can be performed by sequentially ejecting ink at regular intervals on the surface of the print object 12 at the print lines 13a, 13b, 13c,.

以上、本実施形態における3次元プリンタ1は、印刷対象物12をプリンタヘッド11のノズル列方向に移動させるためのX軸と、X軸に直交する方向に設けられプリンタヘッド11を移動させるためのY軸と、プリンタヘッド11及び印刷対象物12を上下方向に移動させるためのZ軸と、印刷対象物12をX軸を中心に回転させるA軸と、印刷対象物12をY軸を中心に回転させるB軸とを備えた5軸の移動機構を有している。   As described above, the three-dimensional printer 1 in the present embodiment is provided in the direction perpendicular to the X axis and the X axis for moving the printing object 12 in the nozzle row direction of the printer head 11 and for moving the printer head 11. The Y axis, the Z axis for moving the printer head 11 and the printing object 12 in the vertical direction, the A axis for rotating the printing object 12 around the X axis, and the printing object 12 around the Y axis It has a 5-axis moving mechanism with a B-axis to rotate.

また、例えば楕円柱形状の印刷対象物22に印刷を行うにあたり、図4(a)及び(b)に示す印刷対象物22の表面の一部であり印刷基準点B0から離れた印刷対象点B1に位置する印刷線に印刷を行うときに、インクを精度良く着弾させるためには印刷対象物22の表面に対してプリンタヘッド11の垂直Y0軸と印刷線における法線方向が常に一致するように、図4(b)に示すように、印刷対象物12を回転角度b1だけA軸方向に回転させつつ、プリンタヘッド11をy1の位置に移動させて印刷を行う。   For example, when printing on the elliptical prism-shaped print target 22, a print target point B1 which is a part of the surface of the print target 22 shown in FIGS. 4A and 4B and is separated from the print reference point B0. In order to land the ink with high accuracy when printing on the printing line located at the position, the vertical Y0 axis of the printer head 11 and the normal direction of the printing line always coincide with the surface of the printing object 22. As shown in FIG. 4B, printing is performed by moving the print target 12 in the A-axis direction by the rotation angle b1 and moving the printer head 11 to the position y1.

また、図4(c)に示すような、切頭円錐形状の印刷対象物12に印刷を行うにあたり、印刷対象物12の表面とプリンタヘッド11のノズル面が平行になるか、あるいは、印刷対象物12が曲率を有する物体である場合は印刷対象点の接平面が上記ノズル面と平行になるように、図4(d)に示すように、A軸を傾斜角a1だけB軸方向に傾斜させる。また、プリンタヘッド11のノズル面と印刷対象物12の印刷領域との距離gを一定に保つため、Z座標をz1に及びX座標をx1にして、印刷領域の基準点とノズルの基準点とを一致させる。   Further, when printing on a truncated cone-shaped printing object 12 as shown in FIG. 4C, the surface of the printing object 12 and the nozzle surface of the printer head 11 are parallel, or the printing object When the object 12 is an object having a curvature, the A-axis is inclined in the B-axis direction by an inclination angle a1 as shown in FIG. 4D so that the tangent plane of the printing target point is parallel to the nozzle surface. Let Further, in order to keep the distance g between the nozzle surface of the printer head 11 and the print area of the print object 12 constant, the Z coordinate is set to z1 and the X coordinate is set to x1, and the reference point of the print area and the reference point of the nozzle Match.

以上の原理を用いて、印刷対象物12の表面の印刷線13a、印刷線13b、印刷線13c・・・に連続的にインクを吐出して印刷を行うためには、各印刷線13a,印刷線13b,印刷線13c・・・に対応するX軸、Y軸、Z軸、A軸、及びB軸上の位置を示す座標データの値を求める必要がある。以下、これらの座標データの生成手順及び生成した座標データに基づく印刷等の方法について説明する。なお、3次元プリンタ1では、上述した移動制御装置及びプリント制御装置(第1制御装置7及び第2制御装置8)によりプリンタヘッド11及び印刷対象物12等の相対移動、並びにインクの吐出が行われる。また、3次元プリンタ1は、CADデータやポリゴンデータ、または3次元撮影機により得られた印刷対象物の表面形状データを予め備えており、当該表面形状データは予めデジタリングされ上記X軸、Y軸、及びZ軸で構成されるXYZ空間に形成されている。なお、以下では、図5に示すような、ドーム形状の3次元物体100に対して後述する印刷パス等の座標データを求め印刷を施す例を用いて説明する。   In order to perform printing by continuously ejecting ink onto the printing lines 13a, the printing lines 13b, the printing lines 13c,... On the surface of the printing object 12 using the above principle, each printing line 13a, printing is performed. It is necessary to obtain values of coordinate data indicating positions on the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and B-axis corresponding to the line 13b, the print line 13c,. Hereinafter, a procedure for generating these coordinate data and a method such as printing based on the generated coordinate data will be described. In the three-dimensional printer 1, the movement control device and the print control device (the first control device 7 and the second control device 8) described above perform relative movement of the printer head 11 and the printing object 12, and ink discharge. Is called. The three-dimensional printer 1 is preliminarily provided with CAD data, polygon data, or surface shape data of a printing object obtained by a three-dimensional photographing machine, and the surface shape data is digitized in advance and the X axis, Y It is formed in an XYZ space composed of an axis and a Z axis. In the following, description will be given using an example in which coordinate data such as a print pass described later is obtained and printed on a dome-shaped three-dimensional object 100 as shown in FIG.

まず、図5(a)に示すように、印刷を開始する基準となる面(以下、基準面と称する)、基準面に対して直交し3次元物体100の中心を通る回転軸、及び基準面と3次元物体100との交点31(1)を定め、交点31(1)から回転軸を中心に角度θ1ずつ回転させて、基準面における3次元物体100の外周形状を求める。具体的には、例えば、基準面をYZ平面、回転軸をX軸とした場合、図5(a)に示すように、まずYZ平面と3次元物体100との交点である交点31(1)を定め、X軸を中心に角度θ1ずつ回転させて、順次YZ平面と3次元物体100との交点を31(2)・・・31(n)として求めていく。そして、交点31(1)〜(n)の間を補間曲線で補間して、図5(b)のように、外周曲線32(1)を生成する。なお、nは理論的には2以上の自然数とすることができるが精度を上げるためある程度大きい数字にすることが好ましい。また、このとき用いる補間曲線の種類としては、スプライン曲線を用いることができるが、n個の点から曲線を生成することができれば、ラグランジュ補間等、他の補間方法を用いることも可能である。   First, as shown in FIG. 5A, a reference surface for starting printing (hereinafter referred to as a reference surface), a rotation axis orthogonal to the reference surface and passing through the center of the three-dimensional object 100, and a reference surface And the three-dimensional object 100 is defined as an intersection 31 (1) and rotated from the intersection 31 (1) by an angle θ1 about the rotation axis to obtain the outer peripheral shape of the three-dimensional object 100 on the reference plane. Specifically, for example, when the reference plane is the YZ plane and the rotation axis is the X axis, as shown in FIG. 5A, first, the intersection 31 (1) that is the intersection of the YZ plane and the three-dimensional object 100 is used. Are rotated by an angle θ1 about the X axis, and the intersections of the YZ plane and the three-dimensional object 100 are sequentially obtained as 31 (2)... 31 (n). Then, the intersection points 31 (1) to (n) are interpolated with an interpolation curve to generate an outer peripheral curve 32 (1) as shown in FIG. 5B. Note that n can theoretically be a natural number of 2 or more, but is preferably a large number to increase accuracy. As the type of interpolation curve used at this time, a spline curve can be used. However, if a curve can be generated from n points, other interpolation methods such as Lagrange interpolation can be used.

上記のように外周曲線32を生成した後は印刷開始点を定める。印刷開始点としては、外周曲線32上の点を用いることができるが、ここでは、図5(c)のように、外周曲線32(1)とZ軸との交点を印刷開始点33(1)とする。そして、印刷開始点33(1)と同一の点を交点34(1)とし、交点34(1)から上記基準面に対して平行な軸を中心に角度θ2ずつ回転させて、基準面と直交する面における3次元物体100の外周形状を求める。具体的には、例えば、上記基準面(YZ平面)と直交する面をXZ平面とし、交点34(1)からY軸を中心に角度θ2ずつ回転させる場合、交点34(1)から順次XZ平面と3次元物体100との交点を34(2)、34(3)・・・34(n)として求めていくことができる。なお、θ2は、最後の交点34(n)がX軸と一致する位置になるように定められ、π/{2(n−1)}(rad)とすることができる。交点34(1)〜(n)の間は、上記交点31(1)〜(n)と同様、補間曲線により補間し、図5(d)のように、曲線35(1)を生成する。このとき用いる補間曲線の種類としても、交点31(1)〜(n)と同様、スプライン曲線等を用いることができ、他種の様々な補間方法を用いることもできる。   After generating the outer periphery curve 32 as described above, a printing start point is determined. As the print start point, a point on the outer peripheral curve 32 can be used. Here, as shown in FIG. 5C, the intersection of the outer peripheral curve 32 (1) and the Z axis is set as the print start point 33 (1 ). Then, the same point as the printing start point 33 (1) is set as the intersection point 34 (1), and is rotated by an angle θ2 around the axis parallel to the reference plane from the intersection point 34 (1) to be orthogonal to the reference plane. The outer peripheral shape of the three-dimensional object 100 on the surface to be obtained is obtained. Specifically, for example, when a plane orthogonal to the reference plane (YZ plane) is set as an XZ plane and rotated from the intersection point 34 (1) by the angle θ2 around the Y axis, the XZ plane is sequentially formed from the intersection point 34 (1). And the three-dimensional object 100 can be obtained as 34 (2), 34 (3)... 34 (n). Note that θ2 is determined so that the last intersection 34 (n) coincides with the X-axis, and can be π / {2 (n−1)} (rad). The intersections 34 (1) to (n) are interpolated by an interpolation curve as in the intersections 31 (1) to (n), and a curve 35 (1) is generated as shown in FIG. As the type of interpolation curve used at this time, a spline curve or the like can be used as in the intersections 31 (1) to (n), and various other interpolation methods can be used.

また、図5(b)に示した外周曲線32(1)において、所定の印刷解像度に基づいて間隔ΔLを規定し(図6(a)参照)、上述した曲線35(1)と同様に、間隔ΔLごとに曲線35(2)・・・35(n)を生成する。これらの曲線35(1)〜(n)は、図6(a)に示すように、地球儀上の経線に相当するものである。ここで、曲線35(1)と外周曲線32(1)との交点を基準点36(1)、曲線35(2)と外周曲線32(1)との基準点を36(2)・・・、曲線35(n)と外周曲線32(1)との基準点を36(n)とする。そして、図6(b)に示すように、曲線35(1)〜(n)上における基準点36(1)〜(n)から距離dだけ離れた3次元物体100上の点をそれぞれ点37(1)〜(n)とする。また、点37(1)〜(n)をスプライン関数等により補間して曲線32(2)を得る。同様の方法で、図6(c)に示すように、距離d毎に曲線32(3)・・・(n)を生成する。なお、曲線32(1)〜(n)は、地球儀上の緯線に相当するものである。また、上記距離dは、ノズル列の長さと同一になるように定められ、曲線32(n)のnの値は、当該長さのノズルを用いて対象の印刷領域に印刷を施すことが可能な値となっている。   Further, in the outer peripheral curve 32 (1) shown in FIG. 5B, an interval ΔL is defined based on a predetermined printing resolution (see FIG. 6A), and similarly to the curve 35 (1) described above, Curves 35 (2)... 35 (n) are generated for each interval ΔL. These curves 35 (1) to (n) correspond to meridians on the globe as shown in FIG. 6 (a). Here, the intersection of the curve 35 (1) and the outer curve 32 (1) is a reference point 36 (1), the reference point of the curve 35 (2) and the outer curve 32 (1) is 36 (2),. A reference point between the curve 35 (n) and the outer curve 32 (1) is defined as 36 (n). Then, as shown in FIG. 6B, points on the three-dimensional object 100 that are separated from the reference points 36 (1) to (n) on the curves 35 (1) to (n) by the distance d are points 37, respectively. (1) to (n). In addition, the points 37 (1) to (n) are interpolated by a spline function or the like to obtain the curve 32 (2). In the same way, as shown in FIG. 6C, curves 32 (3)... (N) are generated for each distance d. The curves 32 (1) to (n) correspond to latitude lines on the globe. The distance d is determined to be the same as the length of the nozzle row, and the value n of the curve 32 (n) can be printed on the target print area using the nozzle of the length. It has become a value.

そして、図6(d)に示すように、曲線35(1)上における外周曲線32(1)と曲線32(2)との間の線分を線分38(1)、曲線35(2)上における外周曲線32(1)と曲線32(2)との間の線分を線分38(2)・・・、曲線35(n)上における外周曲線32(1)と曲線32(2)との間の線分を線分38(n)とすると、これらの線分38(1)〜(n)が、プリンタヘッド11から3次元物体100の表面にインクを吐出させながら最初に1周させる印刷パス用の座標となる。すなわち線分38(1)〜(n)の長さはノズル列の長さと同一になっており、これらの線分38(1)〜(n)を求めた後、これに沿ってプリンタヘッド11のノズル列の位置を移動させながらインクを吐出させていくことにより印刷が行われる。   Then, as shown in FIG. 6D, the line segment between the outer peripheral curve 32 (1) and the curve 32 (2) on the curve 35 (1) is defined as a line segment 38 (1) and a curve 35 (2). The line segment between the upper peripheral curve 32 (1) and the curve 32 (2) is the line segment 38 (2)..., And the outer peripheral curve 32 (1) and the curve 32 (2) on the curve 35 (n). Line segment 38 (n), these line segments 38 (1) to (n) first make one round while discharging ink from the printer head 11 to the surface of the three-dimensional object 100. This is the coordinates for the print pass to be performed. That is, the lengths of the line segments 38 (1) to (n) are the same as the lengths of the nozzle rows. After these line segments 38 (1) to (n) are obtained, the printer head 11 is along these lines 38 (1) to (n). Printing is performed by ejecting ink while moving the position of the nozzle row.

なお、3次元物体100に印刷を施すための座標データ(印刷パス)として、図6(d)に示すように、線分38(1)〜(n)それぞれの中点から該中点に対して垂直な法線ベクトル39(1)〜(n)を求める。これらの法線ベクトル39(1)〜(n)はプリンタヘッド11のノズル面と3次元物体100の表面とを平行にさせるための該表面における法線ベクトルであり、プリンタヘッド11は、そのノズル面が法線ベクトル39(1)〜(n)と直交する状態を維持しながら移動する。また、法線ベクトル39(1)〜(n)とXZ平面とのなす角が上述した3次元物体100のA座標(A軸方向の傾斜)に相当する。さらに、法線ベクトル39(1)〜(n)の始点の位置が上述したX座標(X軸方向の位置)に相当し、当該始点と座標系の基準点までの距離が3次元物体100の表面への回転中心からの半径距離となる。   As coordinate data (print path) for printing on the three-dimensional object 100, as shown in FIG. 6D, from the midpoint of each of the line segments 38 (1) to (n) to the midpoint. Vertical normal vectors 39 (1) to (n) are obtained. These normal vectors 39 (1) to (n) are normal vectors on the surface for making the nozzle surface of the printer head 11 and the surface of the three-dimensional object 100 parallel to each other. The plane moves while maintaining a state orthogonal to the normal vectors 39 (1) to (n). Further, the angle formed by the normal vectors 39 (1) to (n) and the XZ plane corresponds to the A coordinate (inclination in the A-axis direction) of the three-dimensional object 100 described above. Furthermore, the position of the starting point of the normal vectors 39 (1) to (n) corresponds to the above-described X coordinate (the position in the X-axis direction), and the distance between the starting point and the reference point of the coordinate system is that of the three-dimensional object 100. It is the radial distance from the center of rotation to the surface.

以上のように、線分38(1)〜(n)及び法線ベクトル39(1)〜(n)に基づいて、プリンタヘッド11及び3次元物体100を移動させるための座標データx,y,z,a,bを求めることができ、これらの座標データを用いてプリンタヘッド11及び3次元物体100を平行移動及び回転移動させることにより3次元物体100の表面に順次印刷を施すことができる。なお、上記の方法においては、印刷が頂点に進むほど(曲線32(1)から曲線32(n)に進むほど)解像度が上昇し画質が向上するが、この曲線の位置による画質の変化については画像処理等別の方法で対処することが可能であるため、本実施形態ではその記載を省略する。   As described above, based on the line segments 38 (1) to (n) and the normal vectors 39 (1) to (n), the coordinate data x, y, z, a, and b can be obtained, and printing can be sequentially performed on the surface of the three-dimensional object 100 by moving the printer head 11 and the three-dimensional object 100 in parallel and rotating using these coordinate data. In the above method, as printing progresses to the top (as the curve 32 (1) progresses to the curve 32 (n)), the resolution increases and the image quality improves. Since it can be dealt with by another method such as image processing, the description is omitted in this embodiment.

以上のようにして、プリンタヘッド11を、そのノズル面が法線ベクトル39(1)〜(n)と直交する状態を維持させながら3次元物体100の線分38(1)〜(n)上を相対移動させインクの吐出を行い線分38(1)〜(n)上に印刷を施すことができる(1回目の印刷パス)。そして、これと同様にプリンタヘッド11をあとn−1周相対移動させながら残りn−1回の印刷パスを経ることにより、3次元物体100への印刷が完了する。この時、例えば上記外周曲線32(1)を基準線とした線分38(1)〜(n)までの印刷(1回目の印刷パス)が終了した後連続して曲線32(2)を基準線とした印刷(2回目の印刷パス)を行うことはできず、前の印刷パスから次の印刷パスへ移行させるときには送りパスを介在させる必要がある。すなわち、最初の印刷パスが終了した後は、基準線を外周曲線32(1)から曲線32(2)に移行させるためにプリンタヘッド11をインクを吐出させずに3次元物体100上を1周相対回転させる必要がある。具体的には、プリンタヘッド11を曲線35(1)〜(n)まで相対回転させる間に基準線を外周曲線32(1)から曲線32(2)に移行させる必要がある。以下でこの移行のための経路(送りパス)を求める方法について説明する。   As described above, the printer head 11 is kept on the line segments 38 (1) to (n) of the three-dimensional object 100 while maintaining the state in which the nozzle surface is orthogonal to the normal vectors 39 (1) to (n). Can be moved relative to each other to discharge ink and print on the line segments 38 (1) to (n) (first printing pass). In the same manner, the printing on the three-dimensional object 100 is completed through the remaining n-1 printing passes while the printer head 11 is further moved n-1 round relative. At this time, for example, after the printing of the line segments 38 (1) to (n) (first printing pass) using the outer peripheral curve 32 (1) as a reference line is completed, the curve 32 (2) is continuously set as a reference. Printing as a line (second printing pass) cannot be performed, and it is necessary to interpose a feed pass when shifting from the previous printing pass to the next printing pass. That is, after the first printing pass is completed, the printer head 11 makes one round on the three-dimensional object 100 without discharging ink in order to shift the reference line from the outer peripheral curve 32 (1) to the curved line 32 (2). The relative rotation is necessary. Specifically, it is necessary to shift the reference line from the outer peripheral curve 32 (1) to the curve 32 (2) while the printer head 11 is relatively rotated from the curve 35 (1) to (n). Hereinafter, a method for obtaining a route (feeding path) for this transition will be described.

上記送りパスとしては、図7に示すように、曲線35(1)上における線分38(1)からd×1/nだけ曲線32(2)側(頂点側)に移動させた線分40(1)、曲線35(2)上における線分38(2)からd×2/nだけ曲線32(2)側に移動させた線分40(2)・・・、曲線35(n)上における線分38(n)からd×n/n(=d)だけ曲線32(2)側に移動させた線分40(n)を使用することができる。更に、これらの線分40(1)〜(n)の中点から該中点それぞれに対して垂直な法線ベクトル41(1)〜(n)を求める。そして、これらの線分40(1)〜(n)上を、法線ベクトル41(1)〜(n)とプリンタヘッド11のノズル面とが直交した状態を維持させながら、インクを吐出させずに移動させる経路が送りパスとなる。   As the feed path, as shown in FIG. 7, a line segment 40 moved from the line segment 38 (1) on the curve 35 (1) to the curve 32 (2) side (vertex side) by d × 1 / n. (1), line segment 40 (2)..., Curve 35 (n) moved from the line segment 38 (2) on the curve 35 (2) to the curve 32 (2) side by d × 2 / n The line segment 40 (n) moved from the line segment 38 (n) to the curve 32 (2) side by d × n / n (= d) can be used. Further, normal vectors 41 (1) to (n) perpendicular to the respective midpoints are obtained from the midpoints of these line segments 40 (1) to (n). Then, on these line segments 40 (1) to (n), the normal vectors 41 (1) to (n) and the nozzle surface of the printer head 11 are kept orthogonal, and ink is not ejected. The route moved to is a feed path.

外周曲線32(1)を基準線として最初の印刷パスを終了した後は上記のように、プリンタヘッド11をインクを吐出させずに移動させながら基準線を外周曲線32(1)から曲線32(2)に移行させる送りパスを経て、次の印刷パス(曲線32(2)を基準線とした印刷パス)に移行させることができる。なお、上記では、送りパスとして、プリンタヘッド11を無印刷状態で1回転させる間に基準線を移行させる経路を示しているが、機械的な動作速度等を向上させれば、プリンタヘッド11を1回転させるまでもなく例えば半回転あるいは1/4回転させる間に基準線を移行させる経路を送りパスとすることもできる。また、印刷可能領域に対して、実際の印刷領域が小さい場合(無印刷領域が大きい場合)は、無印刷領域上で基準線を移行させる経路を送りパスとすることもできる。   After the first printing pass is finished with the outer periphery curve 32 (1) as the reference line, the reference line is moved from the outer periphery curve 32 (1) to the curve 32 (1) while moving the printer head 11 without ejecting ink as described above. It is possible to shift to the next print pass (print pass with the curve 32 (2) as a reference line) via the feed pass to shift to 2). In the above, a path for shifting the reference line while the printer head 11 is rotated once in a non-printing state is shown as a feed path. However, if the mechanical operation speed is improved, the printer head 11 is moved. For example, a path for shifting the reference line during a half-turn or a quarter-turn can be used as a feed path. In addition, when the actual print area is smaller than the printable area (when the non-print area is large), a path for shifting the reference line on the non-print area can be used as a feed path.

また、上記印刷パス及び送りパスの生成方法を、紫外線硬化型インク(以下、UVインクと称する)を用いた場合における紫外線の照射に応用することができる。すなわち、UVインク吐出後にUVインクに紫外光を照射するUV光源を走査させる硬化パスに応用させることができる。この硬化パスの生成方法について以下で説明する。以下では、UV光源がプリンタヘッド11と同様Y軸方向に移動自在に支持されている例を挙げて説明する。   Further, the method for generating the print pass and the feed pass can be applied to ultraviolet irradiation when ultraviolet curable ink (hereinafter referred to as UV ink) is used. That is, it can be applied to a curing pass in which a UV light source that irradiates UV light to UV ink after UV ink discharge is scanned. A method for generating this curing pass will be described below. Hereinafter, an example in which the UV light source is supported so as to be movable in the Y-axis direction in the same manner as the printer head 11 will be described.

硬化パスにおいては、基本的に上記印刷パスと同様、UV光源を3次元物体100の表面の直上に移動させる必要がある。すなわち、UV光源を3次元物体100の表面に対して平行に配置させる前提で硬化パスを生成する必要がある。硬化パスは、3次元物体100の表面に対してUVインクの吐出が終了しプリンタヘッド11を退避させた後UV光源を3次元物体100の表面の直上に移動させる第1パスと、紫外光を照射しながらUV硬化処理を行う第2パスと、UV硬化処理後にUV光源を元の位置に退避させる第3パスとから構成される。   In the curing pass, it is basically necessary to move the UV light source directly above the surface of the three-dimensional object 100 as in the printing pass. That is, it is necessary to generate a curing pass on the assumption that the UV light source is arranged in parallel to the surface of the three-dimensional object 100. The curing pass is a first pass in which the UV light source is moved immediately above the surface of the three-dimensional object 100 after the discharge of UV ink to the surface of the three-dimensional object 100 is completed and the printer head 11 is retracted, and ultraviolet light is transmitted. It comprises a second pass for performing the UV curing process while irradiating, and a third pass for retracting the UV light source to the original position after the UV curing process.

なお、上記第1乃至第3パスのそれぞれで1回ずつ3次元物体100を回転させる例について説明すると、まず第1パスとして、印刷パスが1回終了した後当該印刷パスと同一の座標データに基づいて3次元物体100を回転させ、この回転中にプリンタヘッド11を退避させUV光源を3次元物体100の直上に移動させるための経路、すなわちUV光源のY座標を変化させる経路により生成できる。また、第2パスは、UV光源を印刷パスと同様3次元物体100上で相対回転させる経路を求めることにより生成でき、第3パスは、3次元物体100を1回転させている間にUV光源を退避させプリンタヘッド11を3次元物体100の直上に戻す経路、すなわち第1パスと同様UV光源のY座標を変化させる経路により生成できる。   An example of rotating the three-dimensional object 100 once in each of the first to third passes will be described. First, as the first pass, after the printing pass is completed once, the same coordinate data as the printing pass is used. Based on the path for rotating the three-dimensional object 100 and moving the UV light source directly above the three-dimensional object 100 during the rotation, that is, the path for changing the Y coordinate of the UV light source. Further, the second pass can be generated by obtaining a path for relatively rotating the UV light source on the three-dimensional object 100 in the same manner as the printing pass. The third pass can be generated while the three-dimensional object 100 is rotated once. Can be generated by a path for returning the printer head 11 to the position immediately above the three-dimensional object 100, that is, a path for changing the Y coordinate of the UV light source as in the first path.

なお、上記の硬化パスと印刷パスとの関係について、例えば、硬化処理後の第3パス(UV光源の退避及びプリンタヘッド11の3次元物体100上への移動)を行っている間に、上述した送りパスを実行してもよい。また、送りパスと同様、機械的な動作速度等を向上させた場合、3次元物体100を一回転させるまでもなく例えば半回転させる間に硬化パス(第1〜第3パス)を素早く実行させることもできる。   The relationship between the curing pass and the printing pass is described above, for example, during the third pass after the curing process (withdrawing the UV light source and moving the printer head 11 onto the three-dimensional object 100). The feed pass may be executed. Similarly to the feed pass, when the mechanical operation speed is improved, the curing pass (first to third passes) is quickly executed while the three-dimensional object 100 is half-rotated, for example, without rotating the three-dimensional object 100 once. You can also.

続いて、3次元物体100からプリンタヘッド11のインクを吐出させる対象となる印刷領域を求める方法について、図8を参照しながら説明する。まず印刷領域の外郭は、図6(b)等に示す曲線32(1)〜(n)を基準線(インク着弾点)として展開した図で示される。図8にその展開図を示すが、この展開図は、印刷開始点33(1)を基準とした図、すなわち、印刷開始点33(1)を中央真下にして展開させた形状になっている。   Next, a method for obtaining a print area that is a target for ejecting ink of the printer head 11 from the three-dimensional object 100 will be described with reference to FIG. First, the outline of the print area is shown in a developed view with the curves 32 (1) to (n) shown in FIG. 6B or the like as reference lines (ink landing points). FIG. 8 shows the developed view. This developed view is based on the print start point 33 (1), that is, has a shape developed with the print start point 33 (1) directly below the center. .

そして、印刷解像度を一定の値とし、上記展開図において、印刷の基準となる外周曲線32(1)の長さを印刷解像度で除した値をドット数50(1)、曲線32(2)の長さを印刷解像度で除した値をドット数50(2)・・・、曲線32(n)の長さを印刷解像度で除した値をドット数50(n)として求める。これらのドット数50(1)〜(n)には、曲線32(1)と32(2)の間・・・、曲線32(n−1)と32(n)の間における、印刷線長に対応したノズルから吐出されるインク滴のドット数が対応する。このように曲線32(1)〜(n)におけるドット数50(1)〜(n)を求めることにより印刷領域が得られる。   Then, the printing resolution is set to a constant value, and the value obtained by dividing the length of the outer peripheral curve 32 (1) serving as the printing reference by the printing resolution in the above development view is the number of dots 50 (1) and the curve 32 (2). The value obtained by dividing the length by the printing resolution is obtained as the number of dots 50 (2)..., And the value obtained by dividing the length of the curve 32 (n) by the printing resolution is obtained as the number of dots 50 (n). The number of dots 50 (1) to (n) includes the print line length between the curves 32 (1) and 32 (2), and between the curves 32 (n-1) and 32 (n). This corresponds to the number of dots of ink droplets ejected from the nozzle corresponding to. In this way, the print area is obtained by obtaining the number of dots 50 (1) to (n) in the curves 32 (1) to (n).

以上のように、展開図内に所望の画像を入力し、上述した印刷パスに基づいて印刷領域を得て、当該印刷領域にインクを吐出させることにより、3次元物体100の表面に画像を生成させることができる。なお、上記印刷領域は、印刷解像度が一定であることを前提として作成されているが、印刷距離の変化に対して印刷解像度が変化する現象が発生することがあるため、実際には、印刷解像度の変化を考慮し印刷領域の形状等の補正を行う。   As described above, a desired image is input into the development view, a print area is obtained based on the above-described print path, and ink is ejected onto the print area, thereby generating an image on the surface of the three-dimensional object 100. Can be made. The print area is created on the assumption that the print resolution is constant. However, since the print resolution may change with the change of the print distance, the print resolution is actually The shape of the print area is corrected in consideration of the change in the print area.

以上、本実施形態における3次元プリンタ1は、CADデータ、ポリゴンデータ等から得られる印刷対象物の表面形状データを備え、当該表面形状データに基づいて、線分38(1)〜(n)及び法線ベクトル39(1)〜(n)等の座標データを生成し、印刷パス、硬化パスの生成、及び印刷領域を求めることを可能にしている。よって、従来のように、複雑な計算を要することなく印刷等を行うことができる。   As described above, the three-dimensional printer 1 according to the present embodiment includes the surface shape data of the print target obtained from CAD data, polygon data, and the like, and based on the surface shape data, the line segments 38 (1) to (n) and Coordinate data such as normal vectors 39 (1) to (n) is generated to enable generation of a print pass, a curing pass, and a print area. Therefore, it is possible to perform printing or the like without requiring complicated calculations as in the prior art.

なお、上記の表面形状データは、表面形状の座標を計算できる情報を備えたものであれば、上記CADデータ、ポリゴンデータに限定されることはない。また、印刷パス、硬化パスの生成、及び印刷領域等を求めるための基礎となる表面形状データについては、上記のように予め保持させておいてもよいし、座標データの計算の前に外部から入力させるようにしてもよい。   The surface shape data is not limited to the CAD data and polygon data as long as the surface shape data includes information capable of calculating the coordinates of the surface shape. The surface shape data that is the basis for determining the printing pass, the generation of the curing pass, and the printing area may be stored in advance as described above, or from the outside before the calculation of the coordinate data. You may make it input.

また、上記では5軸構造の3次元プリンタ1を例示して説明したが、本発明の適用対象は、上述した構成の3次元プリンタ1に限定されることはない。また、6軸構造の3次元プリンタに本発明を応用することも可能であり、例えば、上記X軸、Y軸、Z軸、A軸、及びB軸に加え、図9(b)に示すようなC軸を備えた3次元プリンタに対しても本発明を適用させることができる。なお、この種の3次元プリンタは、図9(a)に示すように、上記実施形態同様のプリンタヘッド111を備え、上底面及び下底面が長方形であり上底面の面積が下底面の面積より小さい切頭角錐形状の3次元物体112に印刷を施すことが可能となっている。また、Z軸回りに3次元物体112を旋回させるためのC軸を有し、このC軸に沿って旋回させながら印刷を施すことにより、5軸構造の3次元プリンタでは連続したパスを生成できず効率良く印刷等できない3次元物体112の端部の領域112aに対しても、効率良く印刷を施すことができる。   In the above description, the three-dimensional printer 1 having a five-axis structure has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to the three-dimensional printer 1 having the above-described configuration. Further, the present invention can also be applied to a three-dimensional printer having a six-axis structure. For example, in addition to the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and B-axis, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a three-dimensional printer having a C axis. As shown in FIG. 9A, this type of three-dimensional printer includes a printer head 111 similar to that of the above embodiment, and the upper bottom surface and the lower bottom surface are rectangular, and the area of the upper bottom surface is larger than the area of the lower bottom surface. It is possible to print on a three-dimensional object 112 having a small truncated pyramid shape. Also, it has a C-axis for turning the three-dimensional object 112 around the Z-axis, and printing is performed while turning along the C-axis, so that a three-dimensional printer with a 5-axis structure can generate a continuous path. Therefore, it is possible to efficiently print the region 112a at the end of the three-dimensional object 112 that cannot be printed efficiently.

そして、上述した本発明の表面形状データから印刷パス等の座標データを生成する方法については、3次元プリンタだけでなく、2次元のプリンタやカッティングプロッタ等に対しても応用させることができる。   The above-described method for generating coordinate data such as a printing pass from the surface shape data of the present invention can be applied not only to a three-dimensional printer but also to a two-dimensional printer, a cutting plotter, and the like.

1 3次元プリンタ
5 キャリッジ(ヘッド移動支持装置)
5a 前端部(ヘッド移動支持装置)
7 第1制御装置(相対移動制御装置、プリント制御装置)
8 第2制御装置(相対移動制御装置、プリント制御装置)
11 プリンタヘッド
12,22 印刷対象物
60 第1支持部材(3次元移動支持装置)
65 第2支持部材(3次元移動支持装置)
70 第3支持部材(3次元移動支持装置)
75 保持シャフト(対象物保持装置)
76 保持チャック(対象物保持装置)
100,112 3次元物体(印刷対象物)
1 Three-dimensional printer 5 Carriage (head movement support device)
5a Front end (head movement support device)
7 First control device (relative movement control device, print control device)
8 Second control device (relative movement control device, print control device)
11 Printer head 12, 22 Print target 60 First support member (three-dimensional movement support device)
65 Second support member (three-dimensional movement support device)
70 Third support member (three-dimensional movement support device)
75 Holding shaft (object holding device)
76 Holding chuck (object holding device)
100, 112 3D object (printing object)

Claims (6)

インクを吐出するノズルが所定方向に並んで多数設けられるノズル列が形成されるノズル面を備えたプリンタヘッドを有し、3次元形状の印刷対象物の表面における印刷対象点に前記プリンタヘッドのノズルからインクを吐出して前記印刷対象物の表面に所定の印刷を施す3次元プリンタであって、
前記印刷対象物を保持する対象物保持装置と、
前記対象物保持装置を3次元空間内に移動可能に支持する3次元移動支持装置と、
前記プリンタヘッドを、前記ノズル面が前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物の表面に対向する位置を通るように、移動可能に支持するヘッド移動支持装置と、
前記プリンタヘッドの前記ノズル面が前記印刷対象点に対して所定の間隔を維持するとともに、前記ノズル面が前記印刷対象点の接平面に対して平行となるように、前記3次元移動支持装置及び前記ヘッド移動支持装置により前記プリンタヘッドを前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物に対して相対移動させる制御を行う相対移動制御装置と、
前記相対移動制御装置による相対移動制御に応じて、前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、
前記対象物保持装置は、前記3次元空間内に設けられる回転軸を中心として、前記印刷対象物を回転可能に保持し、
前記相対移動制御装置は、
前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物の表面形状から、前記印刷対象物に印刷を開始する基準となり前記回転軸と直交する基準面と直交して前記回転軸を通る直交面における前記印刷対象物の外周曲線上に設けられる前記ノズル列と同一の長さの線分と、前記印刷対象点の前記接平面に対して直交する法線ベクトルとを求める工程と、
前記ノズル列が前記線分に対向して前記ノズル面が前記法線ベクトルに対して直交するように、前記プリンタヘッドを前記印刷対象物に対して相対移動させる制御を行う工程とを実行し、
前記線分および前記法線ベクトルを求める工程は、
前記基準面における前記印刷対象物の外周曲線を求める第1の工程と、
前記直交面における前記印刷対象物の外周曲線を求める動作を、前記第1の工程によって求められた外周曲線上において所定の印刷解像度に基づいて規定する間隔毎に離れた前記直交面毎に実行する第2の工程と、
前記第2の工程によって求められた複数の外周曲線上に、これらの外周曲線上の基準点から前記ノズル列と同一の長さの距離だけ離れた点を定め、定めた点のそれぞれの間を補間して曲線を求める動作を、前記第1の工程によって求められた外周曲線から前記距離毎に離れた前記基準点毎に実行する第3の工程と、
前記第2の工程によって求められた外周曲線を、前記第1の工程によって求められた外周曲線および前記第3の工程によって求められた複数の曲線によって区分して前記線分を求める第4の工程と、
前記第4の工程によって求められた前記線分のそれぞれの中点から該中点に対して垂直な前記法線ベクトルを求める第5の工程とを含むことを特徴とする3次元プリンタ。
A printer head having a nozzle surface on which a nozzle row in which a large number of nozzles for ejecting ink are arranged in a predetermined direction is formed, and the nozzles of the printer head at a printing target point on the surface of a three-dimensional printing target A three-dimensional printer that discharges ink from the surface to perform predetermined printing on the surface of the print object,
An object holding device for holding the print object;
A three-dimensional movement support device for movably supporting the object holding device in a three-dimensional space;
A head movement support device that movably supports the printer head so that the nozzle surface passes through a position facing the surface of the print object held by the object holding device;
The three-dimensional movement support device, wherein the nozzle surface of the printer head maintains a predetermined distance from the print target point, and the nozzle surface is parallel to a tangential plane of the print target point. A relative movement control device that performs control to move the printer head relative to the print object held by the object holding device by the head movement support device;
A print control device that controls the ejection of ink from the printer head in accordance with the relative movement control by the relative movement control device;
The object holding device holds the print object rotatably about a rotation axis provided in the three-dimensional space,
The relative movement control device includes:
From the surface shape of the printing object held by the object holding device, the reference surface for starting printing on the printing object becomes a reference, and the orthogonal surface passing through the rotation axis is orthogonal to the reference surface orthogonal to the rotation axis. Obtaining a line segment having the same length as the nozzle array provided on the outer peripheral curve of the print object and a normal vector orthogonal to the tangent plane of the print object point;
Performing a control to move the printer head relative to the print object so that the nozzle row faces the line segment and the nozzle surface is orthogonal to the normal vector,
The step of obtaining the line segment and the normal vector includes
A first step of obtaining an outer peripheral curve of the print object on the reference surface ;
The operation for obtaining the outer periphery curve of the printing object on the orthogonal surface is executed for each orthogonal surface separated at intervals defined based on a predetermined print resolution on the outer periphery curve obtained in the first step. A second step;
On the plurality of outer periphery curves obtained by the second step, points that are separated from the reference points on these outer periphery curves by a distance of the same length as the nozzle row are defined, and between each of the determined points. A third step of performing an operation for obtaining a curve by interpolation for each of the reference points separated from the outer peripheral curve obtained by the first step for each of the distances;
A fourth step of obtaining the line segment by dividing the outer peripheral curve obtained by the second step by the outer peripheral curve obtained by the first step and the plurality of curves obtained by the third step; When,
And a fifth step of obtaining the normal vector perpendicular to the midpoint from the midpoint of each of the line segments obtained in the fourth step.
前記印刷対象物の表面形状は、CADデータ、ポリゴンデータ、または3次元撮影機で撮影される輪郭形状データから得られることを特徴とする請求項1に記載の3次元プリンタ。   The three-dimensional printer according to claim 1, wherein the surface shape of the printing object is obtained from CAD data, polygon data, or contour shape data photographed by a three-dimensional photographing machine. インクを吐出するノズルが所定方向に並んで多数設けられるノズル列が形成されるノズル面を備えたプリンタヘッドを有し、3次元形状の印刷対象物の表面における印刷対象点に前記プリンタヘッドのノズルからインクを吐出して前記印刷対象物の表面に所定の印刷を施す3次元プリンタであって、
前記印刷対象物を保持する対象物保持装置と、
前記対象物保持装置を3次元空間内に移動可能に支持する3次元移動支持装置と、
前記プリンタヘッドを、前記ノズル面が前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物の表面に対向する位置を通るように、移動可能に支持するヘッド移動支持装置と、
前記プリンタヘッドの前記ノズル面が前記印刷対象点に対して所定の間隔を維持するとともに、前記ノズル面が前記印刷対象点の接平面に対して平行となるように、前記3次元移動支持装置及び前記ヘッド移動支持装置により前記プリンタヘッドを前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物に対して相対移動させる制御を行う相対移動制御装置と、
前記相対移動制御装置による相対移動制御に応じて、前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、
前記対象物保持装置は、前記3次元空間内に設けられる回転軸を中心として、前記印刷対象物を回転可能に保持する前記3次元プリンタの制御方法であって、
前記相対移動制御装置に、
前記対象物保持装置に保持された前記印刷対象物の表面形状から、前記印刷対象物に印刷を開始する基準となり前記回転軸と直交する基準面と直交して前記回転軸を通る直交面における前記印刷対象物の外周曲線上に設けられる前記ノズル列と同一の長さの線分と、前記印刷対象点の前記接平面に対して直交する法線ベクトルとを求める工程と、
前記ノズル列が前記線分に対向して前記ノズル面が前記法線ベクトルに対して直交するように、前記プリンタヘッドを前記印刷対象物に対して相対移動させる制御を行う工程とを実行させるように制御し、
前記線分および前記法線ベクトルを求める工程は、
前記基準面における前記印刷対象物の外周曲線を求める第1の工程と、
前記直交面における前記印刷対象物の外周曲線を求める動作を、前記第1の工程によって求められた外周曲線上において所定の印刷解像度に基づいて規定する間隔毎に離れた前記直交面毎に実行する第2の工程と、
前記第2の工程によって求められた複数の外周曲線上に、これらの外周曲線上の基準点から前記ノズル列と同一の長さの距離だけ離れた点を定め、定めた点のそれぞれの間を補間して曲線を求める動作を、前記第1の工程によって求められた外周曲線から前記距離毎に離れた前記基準点毎に実行する第3の工程と、
前記第2の工程によって求められた外周曲線を、前記第1の工程によって求められた外周曲線および前記第3の工程によって求められた複数の曲線によって区分して前記線分を求める第4の工程と、
前記第4の工程によって求められた前記線分のそれぞれの中点から該中点に対して垂直な前記法線ベクトルを求める第5の工程とを含むことを特徴とする3次元プリンタの制御方法。
A printer head having a nozzle surface on which a nozzle row in which a large number of nozzles for ejecting ink are arranged in a predetermined direction is formed, and the nozzles of the printer head at a printing target point on the surface of a three-dimensional printing target A three-dimensional printer that discharges ink from the surface to perform predetermined printing on the surface of the print object,
An object holding device for holding the print object;
A three-dimensional movement support device for movably supporting the object holding device in a three-dimensional space;
A head movement support device that movably supports the printer head so that the nozzle surface passes through a position facing the surface of the print object held by the object holding device;
The three-dimensional movement support device, wherein the nozzle surface of the printer head maintains a predetermined distance from the print target point, and the nozzle surface is parallel to a tangential plane of the print target point. A relative movement control device that performs control to move the printer head relative to the print object held by the object holding device by the head movement support device;
A print control device that controls the ejection of ink from the printer head in accordance with the relative movement control by the relative movement control device;
The object holding device is a control method of the three-dimensional printer that rotatably holds the print object around a rotation axis provided in the three-dimensional space,
In the relative movement control device,
From the surface shape of the printing object held by the object holding device, the reference surface for starting printing on the printing object becomes a reference, and the orthogonal surface passing through the rotation axis is orthogonal to the reference surface orthogonal to the rotation axis. Obtaining a line segment having the same length as the nozzle array provided on the outer peripheral curve of the print object and a normal vector orthogonal to the tangent plane of the print object point;
Performing a control of moving the printer head relative to the print object so that the nozzle row faces the line segment and the nozzle surface is orthogonal to the normal vector. Control to
The step of obtaining the line segment and the normal vector includes
A first step of obtaining an outer peripheral curve of the print object on the reference surface ;
The operation for obtaining the outer periphery curve of the printing object on the orthogonal surface is executed for each orthogonal surface separated at intervals defined based on a predetermined print resolution on the outer periphery curve obtained in the first step. A second step;
On the plurality of outer periphery curves obtained by the second step, points that are separated from the reference points on these outer periphery curves by a distance of the same length as the nozzle row are defined, and between each of the determined points. A third step of performing an operation for obtaining a curve by interpolation for each of the reference points separated from the outer peripheral curve obtained by the first step for each of the distances;
A fourth step of obtaining the line segment by dividing the outer peripheral curve obtained by the second step by the outer peripheral curve obtained by the first step and the plurality of curves obtained by the third step; When,
And a fifth step of determining the normal vector perpendicular to the midpoint from the midpoint of each of the line segments obtained in the fourth step. .
前記第1の工程は、前記基準面と、前記直交面の1つと、前記印刷対象物の表面との交点を定め、定めた交点から前記回転軸を中心に所定角度ずつ回転させて前記基準面と、他の前記直交面と、前記印刷対象物の表面との交点を順次求め、定めた交点および求めた交点のそれぞれの間を補間して前記基準面における前記印刷対象物の外周曲線を求める工程であることを特徴とする請求項3に記載の3次元プリンタの制御方法。 The first step, with the reference plane, the orthogonal plane with one of, determine the intersection of the surface of the printing object, is rotated from the predetermined intersection point by a predetermined angle around the rotation axis, the reference The intersection of the surface , the other orthogonal surface, and the surface of the printing object is sequentially obtained, and the outer periphery curve of the printing object on the reference surface is obtained by interpolating between the determined intersection and the obtained intersection. The method for controlling a three-dimensional printer according to claim 3, wherein the method is a determining step. 前記第2の工程は、前記第1の工程によって求められた外周曲線上に、前記基準面および前記回転軸を通り前記直交面と直交する軸を通り前記直交面上に存在する直線の1つ前記印刷対象物の表面との交点を定め、定めた交点から、前記軸を中心に所定角度ずつ回転させて、他の前記直線前記印刷対象物の表面との交点を順次求め、定めた交点および求めた交点のそれぞれの間を補間して前記直交面における前記印刷対象物の外周曲線を求める動作を、前記第1の工程によって求められた外周曲線上において所定の印刷解像度に基づいて規定する間隔毎に離れた前記直交面毎に実行することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の3次元プリンタの制御方法。 In the second step, one of the straight lines existing on the orthogonal plane passing through the reference plane and the axis passing through the rotation axis and orthogonal to the orthogonal plane on the outer circumference curve obtained in the first step. When, defines the intersection of the surface of the printing object, the set intersection, and around the rotated by a predetermined angle the shaft, sequentially determined and another of the straight line, the intersection of the surface of said printing object, An operation for interpolating between the determined intersection point and the obtained intersection point to obtain the outer periphery curve of the print object on the orthogonal plane is based on a predetermined print resolution on the outer periphery curve obtained by the first step. 5. The method of controlling a three-dimensional printer according to claim 3, wherein the control is executed for each of the orthogonal planes separated at intervals defined by 前記印刷対象物の表面形状は、CADデータ、ポリゴンデータ、または3次元撮影機で撮影される輪郭形状データから得られることを特徴とする請求項3から請求項5までの何れかに記載の3次元プリンタの制御方法。   6. The surface shape of the print object is obtained from CAD data, polygon data, or contour shape data photographed by a three-dimensional photographing machine. Control method for three-dimensional printer.
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