JP6073773B2

JP6073773B2 - 三次元造形装置、三次元造形方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体

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Publication number: JP6073773B2
Application number: JP2013225718A
Authority: JP
Inventors: 智之堀田; 小林　光一; 光一小林
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-10-30
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Description

本発明は、三次元造形装置、三次元造形方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関し、さらに詳細には、光を照射すると硬化する光硬化性樹脂を用いて三次元造形物を作製する三次元造形装置、三次元造形方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関する。

従来より、作製する三次元造形物の形状を表す三次元データに基づいて、ヘッドから光硬化性樹脂を吐出して硬化することにより三次元造形物を作製する技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。

即ち、この特許文献１に開示された技術では、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の三軸方向に移動自在に配設された吐出ノズルから、断面画像データに基づいて液糊状の光硬化性樹脂を吐出するとともに、吐出した光硬化性樹脂に光を照射して硬化して硬化層を形成し、こうした断面画像データに基づく硬化層を積み重ねて三次元造形物を作製するようにしている。

ところで、こうした技術において用いられる断面画像データは、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとに、ＸＹ平面で分割した際の断面形状を表すデータとなっている。つまり、断面画像データは、三次元データを水平方向に分割して複数の層に分けた断面形状となっており、１つの三次元データから複数の断面画像データが作製されることとなる。

具体的には、まず、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データに基づいて、演算処理により三次元モデルの形状を正確に作製するためのサポート部材が形成された三次元データを作成する（図６を参照する。）。

そして、こうして作成されたサポート部材が形成された三次元データの断面画像を作成する。即ち、サポート部材が形成された三次元データを、Ｚ軸方向の所定の間隔おきにＸＹ平面により切断したときの断面図を表す複数の断面画像データを作成する。

しかしながら、三次元造形物の形状が複雑になると、この三次元造形物を表す三次元モデルの形状が複雑になり、演算誤差や演算ミスなどにより、サポート形状が形成された三次元モデルの断面画像データにおいて、三次元モデルの断面の一部に欠落が生じることがあった。

ところが、こうした断面画像データの確認および修復する技術はなく、作業者は、実際に三次元造形物を作製する際に、失敗した三次元造形物を確認して、三次元モデルの断面の一部に欠落が生じていることを認識していた。

また、サポート部材が形成された三次元データの断面画像データを作成する際に、演算処理を厳密に行うことにより、三次元モデルの断面の一部に欠落が生じないようにすることができる技術が知られている。

しかしながら、厳密な演算処理を行うこと場合には、演算が複雑になって、サポート部材が形成された三次元データの断面画像データを作成する処理に時間を要することとなっていた。

このため、処理に長時間を要することなく、容易にサポート部材が形成された三次元データの断面画像データを作成することが可能な三次元造形装置および三次元造形方法の提案が望まれていた。

特公平６−９８６８９号公報

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、処理に長時間を要することなく、サポート部材が形成された三次元データの断面画像データを容易に作成することが可能な三次元造形装置、三次元造形方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による三次元造形装置は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、断面画像データを作成し、作成した断面画像データに基づいて、三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の断面画像データ作成手段と、上記三次元データから上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の断面画像データ作成手段と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを比較して、所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定をする判定手段と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成する合成手段と、上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを記憶する記憶手段とを有し、上記判定手段において、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとに所定の割合以上の一致が認められないと判断されると、上記合成手段により上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成し、合成した断面画像データを上記記憶手段に出力し、上記判定手段において、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとに所定の割合以上の一致が認められたと判定されると上記第２の断面画像データを上記記憶手段に出力し、上記記憶手段に出力された断面画像データにより上記第３の断面画像データが作成され、上記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製するようにした。

また、本発明による三次元造形装置は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、断面画像データを作成し、作成した断面画像データに基づいて、三次元造形物を作製する三次元造形装置において、上記三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の断面画像データ作成手段と、上記三次元データから上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の断面画像データ作成手段と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成する２値画像データ作成手段と、上記第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとをインデックス化して、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを作成するインデックスデータ作成手段と、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとを比較して、所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定をする判定手段と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成する合成手段と、上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを記憶する記憶手段とを有し、上記判定手段において、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められないと判断されると、上記合成手段により上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成し、合成した断面画像データを上記記憶手段に出力し、上記判定手段において、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められたと判定されると、上記第２の断面画像データを上記記憶手段に出力し、上記記憶手段に出力された断面画像データにより上記第３の断面画像データが作成され、上記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形装置は、上記した三次元造形装置において、上記判定手段は、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとの配列要素の値「１」を比較して、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定を行うようにしたものである。

また、本発明により三次元造形方法は、三次元造形装置により三次元造形物を作製する三次元造形方法において、三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の工程と、上記三次元データから上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の工程と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを比較して、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、上記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを作成する第３の工程と、上記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する第４の工程とを上記三次元造形装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形方法は、三次元造形装置により三次元造形物を作製する三次元造形方法において、三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の工程と、上記三次元データから上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の工程と、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成する第３の工程と、上記第１の２値断面画像データと上記第２の２値断面画像データとをインデックス化して、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを作成する第４の工程と、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとを比較して、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、上記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、上記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを作成する第５の工程と、第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する第６の工程とを上記三次元造形装置が実行するようにしたものである。

また、本発明による三次元造形方法は、上記した三次元造形方法において、上記第５の工程では、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータの配列要素の値「１」を比較して、上記第１のインデックスデータと上記第２のインデックスデータとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、上記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、上記第１の断面画像データと上記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、上記第３の断面画像データを作成するようにしたものである。

また、本発明によるプログラムは、上記した三次元造形装置としてコンピューターを機能させるようにしたものである。

また、本発明によるプログラムは、上記した三次元造形方法をコンピューターに実行させるようにしたものである。

また、本発明によるコンピューター読み取り可能な記録媒体は、上記したプログラムを記録するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、処理に長時間を要することなく、サポート部材が形成された三次元データの断面画像データを容易に作成することができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明による三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図２は、マイクロコンピューターの機能的構成を示すブロック構成図である。図３（ａ）は、アンチエイリアスがかかった所定の層における断面画像データを示す説明図であり、また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す断面画像データを２値化した断面画像データを示す説明図である。図４は、断面画像データ作成処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。図５（ａ）は、所定の層における第１の断面画像データを示す説明図であり、また、図５（ｂ）は、所定の層における第２の断面画像データを示す説明図である。図６は、サポート部材が形成された三次元データの一部を示す説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置、三次元造形方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図１には、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例の概略構成斜視説明図が示されている。

この図１に示す三次元造形装置１０は、筐体１２内部に、光硬化性樹脂を吐出するとともに硬化する吐出ヘッド１４と、上面１６ａにおいて吐出ヘッド１４から吐出される光硬化性樹脂により三次元造形物が作製されるテーブル１６とが配設されている。

なお、この三次元造形装置１０の全体の動作は、マイクロコンピューター５０により制御されており、このマイクロコンピューター５０は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを入力し、この三次元データに基づいて三次元造形の作製時に必要となる断面画像データを作成する。

そして、マイクロコンピューター５０によって、この断面画像データに基づいて各構成部材の動作が制御され、この断面画像データに基づいて形成し硬化した硬化層を積層して、所望の三次元造形物を作製することとなる。

より詳細には、筐体１２は、上方側から前方側に渡って開口部１８が形成されており、この開口部１８は透明なカバー部材２０により覆われている。

カバー部材２０は、開閉自在に配設されており、カバー部材２０を開くことにより、筐体１２内部の空間が筐体１２外部の空間と連通して開状態となり、カバー部材２０を閉めることにより、筐体１２内部の空間が筐体１２外部の空間と遮断されて閉状態となる。

そして、カバー部材２０を開状態として、テーブル１６の上面１６ａにおいて作製された三次元造形物の取り出しなどが行われ、カバー部材２０を閉状態として、吐出ヘッド１４による三次元造形物の作製が行われる。

吐出ヘッド１４は、筐体１２内部において、側方部材１２−１、１２−２を連結するように配設された一対のガイドレール２２に移動自在に配設された移動部材２４の前面２４ａにおいてＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸方向に移動自在に配設されている。

即ち、吐出ヘッド１４は、移動部材２４の前面２４ａにおいてＺ軸方向に延設されたガイドレール（図示せず。）に移動自在に配設され、マイクロコンピューター５０の制御により、吐出ヘッド１４に設けられたモーター（図示せず。）が駆動して吐出ヘッド１４を当該ガイドレールに沿ってＺ軸方向において上方側および下方側に移動することとなる。

移動部材２４は、側方部材１２−１、１２−２を連結するようにＸ軸方向に延設された一対のガイドレール２２に移動自在に配設されており、マイクロコンピューター５０の制御により移動部材２４に設けられたモーター（図示せず。）が駆動して、Ｘ軸方向において左方側および右方側に移動する。

したがって、移動部材２４に配設された吐出ヘッド１４は、移動部材２４を介してＸ軸方向にも移動可能となっている。

また、吐出ヘッド１４は、後方部材１２−４内に設けられたタンク（図示せず。）からチューブ２８を介して光硬化性樹脂が供給され、供給された光硬化性樹脂を下面１４ａに設けられたノズルヘッド１４−１から吐出する。

さらに、吐出ヘッド１４は、下面１４ａにおいて、ノズルヘッド１４−１から吐出された光硬化性樹脂に対して光を照射して硬化する光照射ヘッド１４−２が設けられている。

したがって、吐出ヘッド１４のノズルヘッド１４−１から吐出された光硬化性樹脂には、吐出後直ちに光照射ヘッド１４−２から光が照射されて硬化されることとなる。

つまり、この吐出ヘッド１４は、マイクロコンピューター５０の制御により、断面画像データに基づいて、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動しながら、ノズルヘッド１４−１から光硬化性樹脂を吐出するとともに、光照射ヘッド１４−２によりノズルヘッド１４−１から吐出された光硬化性樹脂に対して光を照射して硬化するようになされている。

テーブル１６は、筐体１２の底面部材１２−３においてＹ軸方向に延長して設けられた一対のガイドレール２６上に移動自在に設けられている。

また、テーブル１６には、モーター（図示せず。）が設けられており、このモーターがマイクロコンピューター５０により制御されて駆動することによって、テーブル１６を一対のガイドレール２６に沿ってＹ軸方向において前方側および後方側に移動することとなる。

また、マイクロコンピューター５０は、三次元造形装置１０の全体の動作を制御するとともに、三次元造形物の作製時に必要となる断面画像データを作成する。

ここで、図２を参照しながら、マイクロコンピューター５０の機能的構成について説明する。

即ち、マイクロコンピューター５０は、三次元造形装置１０の全体の動作を制御する制御部５２と、三次元造形物の作製時に必要となる断面画像データを作成する断面画像データ作成部５４と、断面画像データ作成部５４で作成された断面画像データを記憶する記憶部６８とを有して構成されている。

制御部５２は、例えば、モーターを駆動して、移動部材２４のＸ軸方向の移動、吐出ヘッド１４のＺ軸方向に移動、テーブル１６のＹ軸方向の移動を含む、各構成部材の動作を制御する。

また、断面画像データ作成部５４は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルの三次元データから、三次元モデルのみの断面画像データを作成する第１の断面画像データ作成部５６と、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルの三次元データから、サポート部材が形成された三次元モデルの断面画像データを形成する第２の断面画像データ作成部５８と、作成した断面画像データを２値化する２値化画像データ作成部６０と、２値化した断面画像データをインデックス化するインデックスデータ作成部６２と、対応する２つの断面画像データのインデックスデータが所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定を行う判定部６４と、サポート部材が形成された三次元モデルの断面画像データに、三次元モデルのみの断面画像データを合成する合成部６６とを有して構成されている。

より詳細には、第１の断面画像データ作成部５６は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとにＸＹ平面で分割して、Ｚ軸方向で連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する。

なお、この第１の断面画像データには、例えば、断面形状を取得したＺ軸座標の小さいものから順番に層番号が付される。

即ち、Ｚ軸の座標値が０、Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、・・・、Ｚ_ｎ−１（ｎは正の整数である。）において断面形状を取得した場合には、座標値が「０」における断面画像を第１層とし、座標値が「Ｚ_１」における断面画像を第２層とし、座標値が「Ｚ_２」における断面画像を第３層とし、座標値が「Ｚ_３」における断面画像を第４層とする。また、座標値が「Ｚ_ｎ−１」における断面画像を第ｎ層（最終層）とする。

また、第２の断面画像データ作成部５８は、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データに基づいて、演算処理により三次元造形装置１０において三次元モデルの形状を正確に作成するためのサポート部材が形成された三次元データを作成する（図６を参照する。）。

さらに、こうして作成されたサポート部材が形成された三次元データから断面画像を作成する。即ち、サポート部材が形成された三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとにＸＹ平面で分割して、Ｚ軸方向で連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する。

つまり、この第２の断面画像データ作成部５８は、従来より公知の技術によりサポート部材が形成された三次元データの断面画像データを作成するようになされている。

なお、第２の断面画像データ作成部５８においては、第１の断面画像データ作成部５６において作成する第１の断面画像データと同じＺ軸座標において、第２の断面画像データが作成される。つまり、第１の断面画像データと第２の断面画像データとは同数作成され、互いに対応する断面画像のデータが作成されることとなる。

即ち、第１の断面画像データが、Ｚ軸の座標値０、Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、・・・、Ｚ_ｎ−１（ｎは正の整数である。）において断面形状を取得してｎ個の断面画像データを作成している場合には、第２の断面画像データにおいては、Ｚ軸の座標値０、Ｚ_１、Ｚ_２、Ｚ_３、・・・、Ｚ_ｎ−１においてｎ個の断面画像データを作成することとなる。

そして、この第２の断面画像データも、第１の断面画像データと同様にして、例えば、断面形状を取得したＺ軸座標の小さいものから順番に層番号が付される。

２値画像データ作成部６０は、第１の断面画像データ作成部５６で作成された第１の断面画像データと、第２の断面画像データ作成部５８で作成された第２の断面画像データとを２値化する。

即ち、第１の断面画像データ作成部５６で作成された第１の断面画像データには、アンチエイリアスがかかっており（図３（ａ）を参照する。）、２値画像データ作成部６０では、このアンチエイリアスがかかった第１の断面画像データを２値画像に変換する（図３（ｂ）を参照する。）。同様に、第２の断面画像データ作成部５８で作成された第２の断面画像データにも、アンチエイリアスがかかっており（図３（ａ）を参照する。）、２値画像データ作成部６０では、このアンチエイリアスがかかった第２の断面画像データを２値画像に変換する（図３（ｂ）を参照する。）。

インデックスデータ作成部６２は、２値化した第１の断面画像データおよび２値化した第２の断面画像データをインデックス化し、第１の断面画像データのインデックスデータと、第２の断面画像データのインデックスデータとを作成する。

具体的には、断面画像データはインデックス化により、次のように表現される。
ｓｉｍｐｌｅ＿ｓｌｉｃｅ□＝
｛０，０，０，０，０，１，１，１，１，１，１，・・・｝

このとき、配列要素の値「０」が黒部分を表し、配列要素の値「１」が白部分を表すこととなる。

判定部６４は、所定の層の第１の断面画像データのインデックスデータと、当該所定の層の第２の断面画像データのインデックスデータとを比較して、当該所定の層の第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとが所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定を行う。

具体的には、所定の層における第１の断面画像データのインデックスデータから白部分（つまり、配列要素の値が「１」の部分である。）を抽出し、この抽出した白部分が、当該所定の層における第２の断面画像データのインデックスデータにおける白部分と所定の割合以上、例えば、８０％以上の一致が認められるか否かの判定を行うこととなる。

この判定部６４において、所定の層の第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められたと判定されると、当該所定の層の第２の断面画像データにおいて三次元モデルの断面画像に欠落が生じていないものと判定され、第２の断面画像データを記憶部６８に出力する。このとき、記憶部６８においては、出力された第２の断面画像データを所定の層における断面画像データとして記憶することとなる。

また、判定部６４において、所定の層の第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められないと判定されると、当該所定の層の第２の断面画像データにおいて三次元モデルの断面画像に欠落が生じたものと判定される。

合成部６６は、判定部６４において、所定の層における第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められない、つまり、所定の層における第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとの白部分に、例えば、８０％以上の一致が認められないと判定されると、当該所定の層の第２の断面画像データにおいて三次元モデルの断面画像に欠落が生じたものと判断され、当該所定の層における第１の断面画像データと第２の断面画像データとを合成して、当該所定の層における断面画像データを作成する。

つまり、合成部６６は、三次元モデルの断面画像に欠落が生じているサポート形状が形成された三次元モデルの断面画像データに、三次元モデルのみの断面画像データを合成することにより、三次元モデルの断面形状が正確に表れているサポート形状が形成された三次元モデルの断面画像データを作成することとなる。

こうして作成された所定の層における断面画像データは、合成部６６から記憶部６８に出力されることとなる。

また、記憶部６８は、判定部６４および合成部６６から出力された断面画像データに基づいて、第１層から第ｎ層までのＺ軸方向で連続する断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを記憶する。

以上の構成において、三次元造形装置１０により三次元造形物を作製する場合には、まず、作業者により、作製したい三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データをマイクロコンピューター５０に入力し、操作子（図示せず。）などの操作により、断面画像データの作成が指示されると、マイクロコンピューター５０において断面画像データ作成処理が開始される。

ここで、図４のフローチャートには、断面画像データ作成処理の詳細な処理内容が示されており、この断面画像データ作成処理においては、まず、入力された三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、三次元モデルのみの断面画像データたる第１の断面画像データを作成する（ステップＳ４０２）。

即ち、このステップＳ４０２の処理においては、第１の断面画像データ作成部５６において、入力された三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとにＸＹ平面で分割して、Ｚ軸方向で連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する。

このとき、Ｚ軸座標の小さいものから順に層番号が付される。

具体的には、Ｚ軸の座標値が０、Ｚ_１、Ｚ_２、・・・、Ｚ_ｉ−１、・・・、Ｚ_ｎ−１（ｉ＜ｎであり、ｉ、ｎは正の整数である。）において断面形状を取得した場合には、座標値が「０」における断面画像を第１層とし、座標値が「Ｚ_１」における断面画像を第２層とし、座標値が「Ｚ_２」における断面画像を第３層とする。また、座標値が「Ｚ_ｉ−１」における断面画像を第ｉ層とし、座標値が「Ｚ_ｎ−１」における断面画像を第ｎ層（最終層）とする。

次に、入力された三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、サポート部材が形成された三次元モデルの断面画像データたる第２の断面画像データを作成する（ステップＳ４０４）。

即ち、このステップＳ４０４の処理においては、まず、第２の断面画像データ作成部５８において、入力された三次元データに基づいて演算処理により、サポート部材が形成された三次元モデルのデータたる三次元データを作成する。

その後、作成されたサポート部材が形成された三次元モデルのデータたる三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとにＸＹ平面で分割して、Ｚ軸方向で連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する。

このとき、第２の断面画像データ作成部５８においては、第１の断面画像データ作成部５６において作成する第１の断面画像データと同じＺ軸座標において、第２の断面画像データが作成される。

そして、第１の断面画像データと同様にして、Ｚ軸座標の小さいものから順に層番号が付される。

即ち、Ｚ軸の座標値が０、Ｚ_１、Ｚ_２、・・・、Ｚ_ｉ−１、・・・、Ｚ_ｎ−１（ｉ＜ｎであり、ｉ、ｎは正の整数である。）において断面形状を取得し、座標値が「０」における断面画像を第１層とし、座標値が「Ｚ_１」における断面画像を第２層とし、座標値が「Ｚ_２」における断面画像を第３層とする。また、座標値が「Ｚ_ｉ−１」における断面画像を第ｉ層とし、座標値が「Ｚ_ｎ−１」における断面画像を第ｎ層（最終層）とする。

第２の断面画像データを作成すると、次に、第１の断面画像データと第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成する（ステップＳ４０６）。

即ち、このステップＳ４０６の処理においては、２値画像データ作成部６０において、第１の断面画像データを２値化して、各層の断面画像を２値画像により表した第１の２値断面画像データを作成するとともに、第２の断面画像データを２値化して、各層の断面画像を２値画像により表した第２の２値断面画像データを作成する。

その後、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとをインデックス化して、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを作成する（ステップＳ４０８）。

即ち、このステップＳ４０８の処理においては、インデックスデータ作成部６２において、第１の２値断面画像データをインデックス化して第１のインデックスデータを作成するとともに、第２の２値断面画像データをインデックス化して第２のインデックスデータを作成する。

次に、層の番号を表す「ｉ」を「１」とし（ステップＳ４１０）、第ｉ層の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを比較し（ステップＳ４１２）、第ｉ層の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとが所定の割合以上の一致が認められるか否かの判断を行う（ステップＳ４１４）。

即ち、ステップＳ４１０の処理では、ステップＳ４１２の処理で第１層の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを比較するように設定される。

また、ステップＳ４１２の処理では、判定部６４において、第ｉ層の第１のインデックスデータから白部分（つまり、配列要素の値「１」の部分）を抽出し、この抽出した白部分と第ｉ層の第２のインデックスデータにおける白部分とを比較する。

そして、ステップＳ４１４の処理では、判定部６４において、抽出した第ｉ層の第１のインデックスデータの白部分が、第ｉ層の第２のインデックスデータの白部分と、例えば、８０％以上の一致が認められるか否かの判定を行う。

このとき、第ｉ層の第１のインデックスデータの白部分と第ｉ層の第２のインデックスデータの白部分とに、８０％以上の一致が認められたと判定されると、第２の断面画像データに三次元モデルの断面画像に欠落が生じていないものと判断される。

また、第ｉ層の第１のインデックスデータの白部分と第ｉ層の第２のインデックスデータの白部分とに、８０％以上の一致が認められたと判定されると、第２の断面画像データに三次元モデルの断面画像に欠落が生じているものと判断される（図５（ａ）（ｂ）を参照する。）。

このステップＳ４１４の判断処理において、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められたと判断されると、第ｉ層の第２の断面画像データが記憶部６８に出力され、第ｉ層の断面画像データとして記憶される（ステップＳ４１８）。

また、ステップＳ４１４の判断処理において、第ｉ層の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められないと判断されると、第ｉ層の第１の断面画像データと第２の断面画像データとを合成する（ステップＳ４１６）。

即ち、ステップＳ４１６の処理では、合成部６６において、三次元モデルの断面画像に欠落が生じているサポート形状が形成された三次元モデルの断面画像データ（つまり、第ｉ層の第２の断面画像データである。）に対して、三次元モデルのみの断面画像データ（つまり、第ｉ層の第１の断面画像データである。）を合成する。

このとき、第１の断面画像データは、第２の断面画像データにおける三次元モデルの断面形状が位置すべき位置に合成されることとなる。

その後、ステップＳ４１８の処理に進み、合成された断面画像データが記憶部６８に出力され、第ｉ層の断面画像データとして記憶される。

こうして第ｉ層の断面画像データを記憶すると、次に、第ｉ層が最終層であるか否かの判断を行う（ステップＳ４２０）。

このステップＳ４２０の判断処理において、第ｉ層が最終層ではないと判断されると、「ｉ」の値を「＋１」し（ステップＳ４２２）、ステップＳ４１２の処理に進み、ステップＳ４１２の処理以降の処理を行う。

即ち、ステップＳ４２２の処理では、ステップＳ４１２の処理で次の層の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとの比較するように設定される。

また、ステップＳ４２０の判断処理において、第ｉ層が最終層であると判断されると、この断面画像データ作成処理を終了する。

こうして、断面画像データ作成処理によって、第１層から第ｎ層までのＺ軸方向で連続する断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データが作成されることとなる。

その後、作業者により操作子（図示せず。）が操作されて三次元造形物の作製の開始が指示されると、記憶部６８に記憶された第３の断面画像データに基づいて、テーブル１６をＹ軸方向で移動するとともに、移動部材２４をＸ軸方向で移動し、さらに、吐出ヘッド１４をＺ軸方向で移動しながら、吐出ヘッド１４から光硬化性樹脂を吐出して、テーブル１６の上面１６ａに三次元造形物を作製する。

以上において説明したように、本発明による三次元造形装置１０は、入力した三次元造形物の形状を表す三次元モデルの三次元データから、三次元モデルのみの断面画像データたる第１の断面画像データとサポート形状が形成された三次元モデルの断面画像データたる第２の断面画像データとを作成するようにした。

そして、第１の断面画像データと第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成するようにした。

さらに、第１の２値断面画像データをインデックス化し第１のインデックスデータを作成するとともに、第２の２値断面画像データをインデックス化し第２のインデックスデータを作成するようにした。

その後、互いに同じＺ軸座標の第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを比較して、互いの白部分に８０％以上の一致が認められたときには、第２の断面画像データを記憶部６８に出力し、８０％以上の一致が認められないときには、第１の断面画像データと第２の断面画像データとを合成し、合成した断面画像データを記憶部６８に出力するようにした。

これにより、記憶部６８においては、Ｚ軸方向で連続する断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データが記憶されるようになり、本発明による三次元造形装置１０は、この第３の断面画像データに基づいて、三次元造形物を作製するようにした。

このため、本発明による三次元造形装置１０においては、厳密に演算処理を行うようにしてサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表す断面画像データを取得する従来の技術による三次元造形装置と比較して、サポート部材が形成された三次元モデルを正確に表す断面画像データを、処理に長時間を要することなく、容易に作成することができるようになる。

また、本発明による三次元造形装置１０においては、サポート部材が形成された三次元モデルを正確に表す第３の断面画像データを取得することができるため、三次元造形物の作製の失敗がなくなり、効率よく三次元造形物を作製することができるようになる。

さらに、本発明による三次元造形装置１０においては、サポート部材が形成された三次元モデルを正確に表す第３の断面画像データを時間を要することなく容易に作成することができるとともに、効率よく三次元造形物を作成することができるため、生産性が向上し、三次元造形物の作製コストを抑制することができるようになる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、移動部材２４をＸ軸方向に移動するようにし、テーブル１６をＹ軸方向に移動するようにし、吐出ヘッド１４をＺ軸方向に移動するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、テーブル１６と吐出ヘッド１４との相対的な位置関係が三次元で変化するような構成であればよく、移動部材２４、テーブル１６および吐出ヘッド１４のいずれかが固定されるようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、マイクロコンピューター５０に作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルの三次元データを入力して、サポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを作成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、別途用意されたパーソナルコンピューターにおいて第３の断面画像データを作成して、作成した第３の断面画像データを三次元造形物作製前にマイクロコンピューター５０に入力して、三次元造形装置１０により三次元造形物を作製するようにしてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、吐出ヘッド１４とテーブル１６との相対的な位置関係が三次元で変化し、吐出ヘッド１４から吐出された光硬化性樹脂によりテーブル１６の上面１６ａに三次元造形物を作成する三次元造形装置１０において、第３の断面画像データを作成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、液体状の光硬化性樹脂が貯留された容器の底面からプロジェクタにより所定の画像を照射し、当該容器内に配置された保持板の下面に所定の液層厚さ分だけ光硬化性樹脂を硬化させて硬化層を作成し、この硬化層を積層させて三次元造形物を作製する、所謂、吊り上げ積層方式の三次元造形装置において、第３の断面画像データを作成するようにしてもよく、要は、サポート部材が形成された三次元モデルの断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する三次元造形装置であれば、どのような三次元造形装置であってもよい。

（４）上記した実施の形態においては、第１の断面画像データと第２の断面画像データとを比較するために、第１の断面画像データおよび第２の断面画像データを２値化して、２値化した断面画像データをインデックス化して、第１の断面画像データのインデックスデータと第２の断面画像データのインデックスデータとを比較するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、第１の断面画像データと第２の断面画像データとを比較する場合には、２つの断面画像データを比較し、当該２つの断面画像データの一致の割合を算出することが可能な従来より公知の技術を用いるようにすればよい。

（５）上記した実施の形態においては、判定部６４において、所定の層における第１の断面画像データのインデックスデータから白部分を抽出し、この抽出した白部分が、当該所定の層における第２の断面画像データのインデックスデータにおける白部分と、８０％以上の一致が認められるか否かの判定を行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、判定部６４は、第１の断面画像データのインデックスデータの白部分と第２の断面画像データのインデックスデータの白部分とが、７５％や８５％以上といった所定の割合以上の一致が認められるか否かの判断を行うようにしてもよい。

なお、こうした所定の割合は、第１の断面画像データのインデックスデータの白部分と第２の断面画像データのインデックスデータの白部分を比較することで第２の断面画像データにおいて、三次元モデルの断面の一部に欠落が生じたことを判定することが可能な割合とする。

また、この所定の割合を、適宜に設定可能なようにしてもよい。

（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、三次元造形物を作製する三次元造形装置として用いて好適である。

１０三次元造形装置、１２筐体、１４吐出ヘッド、１６テーブル、１８開口部、２０カバー部材、２２、２６ガイドレール、２４移動部材、２８チューブ、５０マイクロコンピューター、５２制御部、５４断面画像データ作成部、５６第１の断面画像データ作成部、５８第２の断面画像データ作成部、６０２値画像データ作成部、６２インデックスデータ作成部、６４判定部、６６合成部、６８記憶部

Claims

作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、断面画像データを作成し、作成した断面画像データに基づいて、三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
前記三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の断面画像データ作成手段と、
前記三次元データから前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の断面画像データ作成手段と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを比較して、所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定をする判定手段と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成する合成手段と、
前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを記憶する記憶手段と
を有し、
前記判定手段において、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとに所定の割合以上の一致が認められないと判断されると、前記合成手段により前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成し、合成した断面画像データを前記記憶手段に出力し、
前記判定手段において、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとに所定の割合以上の一致が認められたと判定されると、前記第２の断面画像データを前記記憶手段に出力し、
前記記憶手段に出力された断面画像データにより前記第３の断面画像データが作成され、
前記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する
ことを特徴とする三次元造形装置。
作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データから、断面画像データを作成し、作成した断面画像データに基づいて、三次元造形物を作製する三次元造形装置において、
前記三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の断面画像データ作成手段と、
前記三次元データから前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の断面画像データ作成手段と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成する２値画像データ作成手段と、
前記第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとをインデックス化して、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを作成するインデックスデータ作成手段と、
前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとを比較して、所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定をする判定手段と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成する合成手段と、
前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを記憶する記憶手段と
を有し、
前記判定手段において、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められないと判断されると、前記合成手段により前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成し、合成した断面画像データを前記記憶手段に出力し、
前記判定手段において、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められたと判定されると、前記第２の断面画像データを前記記憶手段に出力し、
前記記憶手段に出力された断面画像データにより前記第３の断面画像データが作成され、
前記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する
ことを特徴とする三次元造形装置。
請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記判定手段は、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとの配列要素の値「１」を比較して、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとに所定の割合以上の一致が認められるか否かの判定を行う
ことを特徴とする三次元造形装置。
三次元造形装置により三次元造形物を作製する三次元造形方法において、
三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の工程と、
前記三次元データから前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の工程と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを比較して、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、前記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを作成する第３の工程と、
前記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する第４の工程と
を前記三次元造形装置が実行する
ことを特徴とする三次元造形方法。
三次元造形装置により三次元造形物を作製する三次元造形方法において、
三次元データから所定の方向に連続する複数の断面形状により三次元モデルを表すデータたる第１の断面画像データを作成する第１の工程と、
前記三次元データから前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを表すデータたる第２の断面画像データを作成する第２の工程と、
前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを２値化して、第１の２値断面画像データと第２の２値断面画像データとを作成する第３の工程と、
前記第１の２値断面画像データと前記第２の２値断面画像データとをインデックス化して、第１のインデックスデータと第２のインデックスデータとを作成する第４の工程と、
前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとを比較して、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、前記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、前記所定の方向に連続する複数の断面形状によりサポート部材が形成された三次元モデルを正確に表すデータたる第３の断面画像データを作成する第５の工程と、
前記第３の断面画像データに基づいて三次元造形物を作製する第６の工程と
を前記三次元造形装置が実行する
ことを特徴とする三次元造形方法。
請求項５に記載の三次元造形方法において、
前記第５の工程では、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータの配列要素の値「１」を比較して、前記第１のインデックスデータと前記第２のインデックスデータとに、所定の割合以上の一致が認められた場合には、前記第２の断面画像データを記憶手段に記憶し、所定の割合以上の一致が認められない場合には、前記第１の断面画像データと前記第２の断面画像データとを合成した断面画像データを記憶手段に記憶して、前記第３の断面画像データを作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の三次元造形装置としてコンピューターを機能させるためのプログラム。
請求項４、５または６のいずれか１項に記載の三次元造形方法をコンピューターに実行させるためのプログラム。
請求項７または８のいずれか１項に記載のプログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。