JP6413331B2 - 立体情報処理装置、立体情報処理プログラム及び立体物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体造形装置、立体情報処理プログラム及び立体物の製造方法に関し、特に、成形途中の立体物の支持に関する。

近年、ラピッドプロトタイピング等の分野において三次元造型という技術が用いられている。かかる三次元造型によって得られた立体物は、商品開発段階等において最終製品の外観や性能の評価を行うための試作品、または展示品等として利用されることが多い。

このような三次元造型の技術の１つとして、立体物を輪切りにした形状を造形して積層していくことにより目的の立体物を形成する積層法が知られている。そして、そのような積層法を用いる装置の１つとして、粉末等の成形材料を成形部分に対応する位置に供給し、後から成形材料を凝固させるための液体を供給することで層を形成する粉末堆積造形プリンタが知られている。

また、このような粉末堆積造形プリンタにおいて、粉末材料中に埋没した造形物の視認性の低さによる造形物の破損を解決するため、造形物を支持するための支持部材を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

粉末堆積造形プリンタにおいては、バインダー液を浸透させて粉末材料を凝固させ、造形物を形成する。造形物本体から突出物部分はバインダー液の浸透しない粉末材料によって支持されることとなる。バインダー液が浸透して凝固した部分は粉末材料よりも重くなるため、造形物が安定して支持されていない場合、粉末材料では造形物を支え切れずに造形物が傾いてしまう場合がある。

例えば、図２２に示すような造形物が、図２２に示すような姿勢で成形される場合、図中の中空部分は図２３に示すように粉末材料Ｐによって支持されることとなる。しかしながら、図中の中空部分の重量により図２４に示すように造形物全体が傾いてしまい、そのまま積層成形を継続すると形成される造形物に位置ずれが発生してしまう。

特許文献１においては、造形物を個体として支持することは考慮されているが、造形物の形状に応じた姿勢の支持については考慮されていない。また、造形物を支持するための支持部を成形材料によって形成することは応用可能であるが、支持部を形成することにより粉末材料やバインダー液の消費が増えてしまうため、支持部は可能な限り減らすことが望まれる。

特に、中空部分を有する造形物であっても、図２２に示すような不安定な形状の造形物ではなく、安定して支持される形状の造形物の場合、中空部分の下方に支持部を形成することは粉末材料やバインダー液の無駄な消費となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、層を堆積させて立体物を形成する場合において、立体物を支持するための支持部を成形材料によって形成すると共に、成形材料の無駄な消費を抑えることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、立体造形装置によって造形するべき目的物の三次元的形状を示す立体情報を処理する立体情報処理装置であって、前記立体情報を取得する立体情報取得部と、取得した前記立体情報に基づき、前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断する傾き力判断部と、前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生すると判断された場合、前記目的物の傾きを防ぐための支持部材の三次元的形状を示す情報を生成して前記立体情報に追加する立体情報更新部と、前記支持部材の情報が追加された前記立体情報を出力する情報出力部と、を含み、前記傾き力判断部は、前記目的物において前記立体造形装置の基盤上に接する部位と前記目的物の重心とを結ぶ線分と鉛直方向に垂直な面とがなす角度に基づいて前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断する、ことを特徴とする。

本発明によれば、層を堆積させて立体物を形成する場合において、立体物を支持するための支持部を成形材料によって形成すると共に、成形材料の無駄な消費を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るシステムの運用形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る粉末供給の態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＰＣの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る接地範囲の抽出結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る重心判定の結果を示す図である。 本発明の実施形態に係るモーメントの判定態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るモーメントの判定態様の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材データの生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るシステム全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る３Ｄデータ変換処理の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る３Ｄプリンタの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 本発明の実施形態に係るサポート材の生成態様を示す図である。 形成対象の立体物の例を示す図である。 粉末材料中の立体物の状態を示す図である。 立体物が傾いた状態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データなどの立体物の形状を示す３Ｄデータを受信し、そのデータに基づいて成形材の層を堆積させることにより立体物を形成する３Ｄプリンタと、３Ｄプリンタに３Ｄデータを送信するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）とによって構成されるシステムを例として説明する。このようなシステムにおいて、３Ｄプリンタに３Ｄデータを送信する際のＰＣによるデータ処理機能が本実施形態に係る要旨の１つである。

図１は、本実施形態に係る立体造形システムの運用形態を示す図である。本実施形態に係る立体造形システムは、入力された３Ｄデータを解析してデータを変換した上で立体造形装置である３Ｄプリンタに立体造形出力を実行させるＰＣ１と、ＰＣ１の制御に従って立体造形出力を実行する３Ｄプリンタ２とを含む。従って、３Ｄプリンタ２が立体物の製造装置としても用いられる。ここで、ＰＣ１のハードウェア構成について図２を参照して説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るＰＣ１は、一般的な情報処理装置と同様の構成を含む。即ち、本実施形態に係るＰＣ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）４０及びＩ／Ｆ５０がバス８０を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ５０にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）６０及び操作部７０が接続されている。

ＣＰＵ１０は演算手段であり、ＰＣ１全体の動作を制御する。ＲＡＭ２０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ３０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ４０は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。

Ｉ／Ｆ５０は、バス８０と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。ＬＣＤ６０は、ユーザがＰＣ１の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部７０は、キーボードやマウス等、ユーザがＰＣ１に情報を入力するためのユーザインタフェースである。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ３０に格納されたプログラムや、ＨＤＤ４０若しくは図示しない光学ディスク等の記憶媒体からＲＡＭ２０にロードされたプログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係るＰＣ１の機能を実現する機能ブロックが構成される。

次に、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２の構成について図３を参照して説明する。本実施形態に係る３Ｄプリンタ２は、立体物を成形するために成形材を積層していくための基盤２１１、基盤２１１上に粉末材料を供給する粉末供給基盤２１２、粉末供給基盤２１２上の粉末材料を基盤２１１側へ供給するリコーター２１３、基盤２１１側に供給された粉末材料を凝固させるためのバインダー液を吐出するＩＪ（ＩｎｋＪｅｔ）ヘッド２０１及びＩＪヘッド２０１を支持し、基盤２１１上の空間においてＩＪヘッド２０１を移動させるアーム２０２を含む。

３Ｄプリンタ２は、上述したように、入力された３Ｄデータによって確定される立体造形物を水平方向に輪切りにして生成される輪切り画像に応じてＩＪヘッド２０１からバインダー液を吐出して基盤２１１上に供給された粉末材料を凝固させることにより一層分の成形を行い、そのような層を積層していくことによって立体造形を行う。図４（ａ）〜（ｆ）を参照して、本実施形態に係る一層分の成形動作について説明する。

図４（ａ）に示すように、粉末供給基盤２１２上には粉末材料が積載されている。リコーター２１３が移動して粉末供給基盤２１２上に積載された粉末材料を基盤２１１側に押し出すことにより、図４（ｂ）に示すように基盤２１１上に一層分の粉末材料が供給される。

図４（ｂ）に示すように基盤２１１上に粉末材料が供給されると、図４（ｃ）に示すように、ＩＪヘッド２０１から輪切り状の画像データに応じた位置にバインダー液が吐出される。バインダー液とは、粉末材料を凝固させるための凝固液である。これにより、図４（ｄ）に示すように、バインダー液が吐出された部分の粉末材料が、輪切り状の画像データに応じて選択的に凝固される。即ち、ＩＪヘッド２０１及びアーム２０２が、平面状に供給された粉末材料に対して、成形対象の立体物の情報に基づいて決定される位置に選択的に吐出捨て粉末材料を凝固させる凝固液吐出部として機能する。

図４（ｄ）に示すように一層分の成形が完了すると、図４（ｅ）に示すように基盤２１１と粉末供給基盤２１２との高さを調整し、再度リコーター２１３を移動させることにより、図４（ｆ）に示すように、既に成形が完了した層の上に新たな層のための粉末材料の層を設ける。このような動作を繰り返すことにより、粉末材料が凝固した成形層を積層させていき、立体成型が行われる。即ち、基盤２１１、粉末供給基盤２１２及びリコーター２１３が、平面状の粉末材料を鉛直方向に堆積させるように供給する粉末材料供給部として機能する。

尚、３Ｄプリンタ２も、図２において説明した構成に準ずる情報処理機能を含む。そして、そのような情報処理機能によってＰＣ１からの制御を受け付けると共に、情報処理機能によって実現される制御部によって、基盤２１１と粉末供給基盤２１２との高さの調節、リコーター２１３の移動、アーム２０２の移動やＩＪヘッド２０１からの成形材の吐出が制御される。

次に、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２の制御構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、本実施形態に係る３Ｄプリンタ２は、粉末供給基盤２１２及びリコーター２１３によって構成される粉末供給部２１０及びＩＪヘッド２０１に加えて、それらを制御するコントローラ２２０を含む。

コントローラ２２０は、主制御部２２１、ネットワーク制御部２２２、粉末供給部ドライバ２２３及びＩＪヘッドドライバ２２４を含む。主制御部２２１は、コントローラ２２０において全体を制御する制御部であり、ＯＳやアプリケーション・プログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより構成される。ネットワーク制御部２２２は、３Ｄプリンタ２がＰＣ１等の他の機器と情報をやり取りするためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。

粉末供給部ドライバ２２３及びＩＪヘッドドライバ２２４は、夫々粉末供給部２１０、ＩＪヘッド２０１を駆動制御部するためのドライバソフトウェアであり、主制御部２２１の制御に従って夫々粉末供給部２１０、ＩＪヘッド２０１を駆動制御することにより、図４（ａ）〜（ｆ）において説明した動作を実現する。

次に、本実施形態に係るＰＣ１の機能構成について図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施形態に係るＰＣ１は、図２において説明したＬＣＤ６０及び操作部７０に加えて、コントローラ１００及びネットワークＩ／Ｆ１０１を含む。ネットワークＩ／Ｆ１０１は、ＰＣ１がネットワークを介して他の機器と通信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。

コントローラ１００は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成され、ＰＣ１全体を制御する制御部として機能する。図６に示すように、コントローラ１００は、立体データアプリ１１０、３Ｄデータ変換処理部１２０及び３Ｄプリンタドライバ１３０を含む。

立体データアプリ１１０は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）ソフト等、物体の３次元的形状を表現するデータを処理するソフトウェアアプリケーションである。３Ｄデータ変換処理部１２０は、本実施形態の要旨に係る機能であり、入力された３Ｄデータを取得して変換処理を行う立体情報処理部である。即ち、３Ｄデータ変換処理部１２０を実現するためのプログラムが、立体情報処理プログラムとして用いられる。

３Ｄデータ変換処理部１２０への３Ｄデータの入力は、ネットワークを介してＰＣ１に入力されたデータを３Ｄデータ変換処理部１２０が取得する場合や、立体データアプリ１１０が３Ｄデータ変換処理部１２０の機能を呼び出すことによって実行される。また、操作部７０に対するユーザの操作によって指定されたファイルパスのデータを３Ｄデータ変換処理部１２０が取得しても良い。

３Ｄデータ変換処理部１２０は、そのように取得した３Ｄデータを解析し、本実施形態の要旨に係るデータ処理を行うことによりデータを変換する。本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０は、入力された３Ｄデータによって表現される立体物が基盤２１１上に支持された状態におけるバランスを解析し、必要な場合にのみ立体物を指示するための支持部を形成するためのデータを生成して、元々の３Ｄデータに追加する。このような処理が本実施形態の要旨に係る処理である。即ち、３Ｄデータ変換処理部１２０を含むＰＣ１が、立体情報処理装置として機能する。詳細は後述する。

３Ｄプリンタドライバ１３０は、ＰＣ１から３Ｄプリンタ２を動作させるためのソフトウェア・モジュールであり、一般的な３Ｄプリンタのドライバソフトウェアと同様の機能を有する。３Ｄプリンタドライバ１３０は、例えば一般的な紙のプリンタにおけるプリンタドライバの機能に準じており、３Ｄデータによって形作られる立体物を輪切り状にした各層のデータ（以降、「輪切りデータ」とする）を生成して、制御用の情報と共に３Ｄプリンタ２に送信する。

次に、３Ｄデータ変換処理部１２０の機能について図７を参照して説明する。図７に示すように、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０は、３Ｄデータ取得部１２１、接地範囲判定部１２２、重心判定部１２３、モーメント判定部１２４、サポート材データ処理部１２５及び変換データ出力部１２６を含む。

３Ｄデータ取得部１２１は、３Ｄデータ変換処理部１２０に入力された３Ｄデータを取得する。即ち、３Ｄデータ取得部１２１が立体情報取得部として機能する。上述したように、３Ｄデータとは造形するべき目的の立体物の三次元的形状を示す目的物立体情報である。接地範囲判定部１２２は、３Ｄデータ取得部１２１が取得した３Ｄデータを解析し、基盤２１１上に形成される立体物が基盤２１１と接する面である接地範囲を抽出する。

図８は、接地範囲判定部１２２による接地範囲の抽出結果を示す図である。図８においては、図２２に示す物体が造形対象である場合を例としている。図８において破線の斜線が付された面が、接地範囲である。尚、基盤２１１上に形成される立体物の姿勢は、３Ｄプリンタドライバ１３０の機能によって決定される場合もある。そのような場合、接地範囲判定部１２２は、３Ｄプリンタドライバ１３０からデータを取得することにより、基盤２１１上に形成される立体物の姿勢を認識する。

重心判定部１２３は、３Ｄデータ取得部１２１が取得した３Ｄデータを解析し、基盤２１１上に形成される立体物の重心の位置を判定する。図９は、重心判定部１２３による重心Ｇの判定結果を示す図である。図９においても、図２２に示す物体が造形対象である場合を例としている。図９に示す重心Ｇのように、立体物を含む空間上の座標によって重心Ｇの位置が特定される。

モーメント判定部１２４は、接地範囲判定部１２２によって抽出された接地範囲と、重心判定部１２３によって判定された重心Ｇの位置とに基づき、基盤２１１上に形成される立体物を傾かせるような力、即ちモーメントが発生するか否かを判定する。即ち、モーメント判定部１２４が傾き力判断部として機能する。図１０は、モーメント判定部１２４によるモーメント判定処理の態様を示す図である。

図１０に一点鎖線の矢印で示すように、モーメント判定部１２４は、抽出された接地範囲のうち重心Ｇに最も近い点と重心Ｇとを結ぶ線分を特定する。そして、モーメント判定部１２４は、特定した線分と基盤２１１の面とが成す角度θを求める。モーメント判定部１２４は、そのようにして求めた角度θを所定の閾値と比較することにより、基盤２１１上に形成される立体物が傾くようなモーメントが発生するか否かを判定する。

尚、図１０に示すような角度θに基づいて判断する場合の他、例えば、接地範囲と重心Ｇとの基盤２１１の面に平行な面上における位置関係に基づいて判断する方法であれば、同様にモーメントを判断することが可能である。また、図１０に示す角度θのみに基づいて判定する場合の他、特定された線分の長さと立体物の重量とに基づいて立体物に発生する回転力を求め、その回転力を閾値と比較しても良い。また、図１１に示すように、接地範囲が複数ある場合、複数の接地範囲の外周を連結した範囲を擬似的に接地範囲とみなして、重心Ｇから最も近い点を判断する。

サポート材データ処理部１２５は、モーメント判定部１２４による判定結果に基づき、基盤２１１上に形成される立体物の傾きを防いで姿勢を維持させるための支持部材であるサポート材のデータを生成して、元の３Ｄデータに追加する。即ち、サポート材データ処理部１２５が、立体情報更新部として機能する。図１２は、サポート材が追加された状態の例を示す図である。図１２の例においては、立体物に生じるモーメントによる立体物の傾きを防ぐように、鉛直方向に対して垂直な面を有する平板状の立体物のデータが追加されている。

図１３は、図１２に示すようにサポート材が追加された状態を示す側面図である。図１３に示すように、形成対象の立体物とサポート材との間には隙間ｄが設けられる。隙間ｄは、図４（ａ）〜（ｆ）において説明した粉末材料の層の複数層分であり、例えば５層分〜１０層分である。これにより、造形対象の立体物とサポート材とが繋がって形成されてしまうような状態を防ぐことができる。

サポート材データ処理部１２５は、図１２、図１３に示すようなサポート材データの生成に際して、まず図１４（ａ）に示すように、サポート材の設定範囲を決定する。図１４（ａ）に示すようなサポート材の設定範囲の決定に際して、サポート材データ処理部１２５は、図９に示すように判定された重心の位置と３Ｄデータによって示される立体物の形状に基づき、立体物の形状のうち支持する必要のある部分を判断して、基盤２１１の面に平行な面上でサポート材を形成するべき範囲を決定する。

図１４（ａ）に一点鎖線で示すようにサポート材の設定範囲を決定すると、サポート材データ処理部１２５は、図１４（ｂ）に示すように、サポート材の設定範囲の３Ｄデータを基盤２１１と平行な面毎に解析し、立体物と交差するまで鉛直上方に順に解析を繰り返す。そして、解析範囲が立体物と交差すると、図１４（ｃ）に示すように、交差した位置から鉛直方向下方にｄ下がった位置をサポート材の形成位置として決定する。

サポート材データ処理部１２５は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す処理によってサポート材の設定範囲を決定すると、所定の厚さを有するサポート材の形状データを生成し、元の３Ｄデータに追加することによって元の３Ｄデータを変換する。

変換データ出力部１２６は、サポート材データ処理部１２５によってサポート材が追加された状態に変換された３Ｄデータを３Ｄプリンタドライバ１３０に対して出力する。即ち、変換データ出力部１２６が、立体情報出力部として機能する。これにより、３Ｄプリンタドライバ１３０が、３Ｄプリンタ２を動作させるためのジョブを生成して３Ｄプリンタ２に送信する。

このように、本実施形態に係る３Ｄデータ変換処理部１２０は、出力対象の３Ｄデータを解析し、形成されていく過程でモーメントが生じることにより傾いてしまう可能性がある場合には、その傾きを防ぐためのサポート材のデータを３Ｄデータに追加する。従って、必要な場合にのみサポート材が形成されるため、成形材の無駄な消費を抑えた上で、姿勢を維持するように立体物を指示することが可能となる。

次に、本実施形態に係るシステムの動作について説明する。図１５は、本実施形態に係るシステム全体の動作を示すフローチャートである。図１５に示すように、まずは立体データアプリ１１０が、操作部７０に対するユーザの操作に応じて、出力対象の３Ｄデータを処理する（Ｓ１５０１）。

そして、ユーザが操作部７０を操作して３Ｄプリンタ２での出力を指示すると、立体データアプリ１１０から３Ｄデータ変換処理部１２０に３Ｄデータが受け渡され、３Ｄ出力が開始される（Ｓ１５０２）。３Ｄ出力が開始されると、まず、３Ｄデータ変換処理部１２０が、上述したようにサポート材データを追加するための３Ｄデータ変換処理を実行する（Ｓ１５０３）。

３Ｄデータ変換処理部１２０から変換済みの３Ｄデータを取得した３Ｄプリンタドライバ１３０が、３Ｄプリンタ２に立体成型出力を実行させるためのジョブを生成して３Ｄプリンタ２に送信することにより、３Ｄプリンタ２に立体成型出力を実行させる（Ｓ１５０４）。このような処理により、本実施形態に係るシステム全体の動作が完了する。

次に、本実施形態の要旨に係る処理である図１５のＳ１５０３における詳細な動作について図１６を参照して説明する。図１６に示すように、まずは接地範囲判定部１２２が、３Ｄデータ取得部１２１が取得した３Ｄデータに基づいて上述したように接地範囲を抽出する（Ｓ１６０１）。また、重心判定部１２３が、３Ｄデータ取得部１２１が取得した３Ｄデータに基づいて上述したように重心を判定する（Ｓ１６０２）。

Ｓ１６０１及びＳ１６０２の処理が完了すると、モーメント判定部１２４が、夫々の処理の結果に基づいて上述したように立体物を傾かせるようなモーメントの解析を行う（Ｓ１６０３）。Ｓ１６０３においてモーメント判定部１２４は、上述したように閾値判定を行い、その結果をサポート材データ処理部１２５に入力する。

モーメントの判定の結果、モーメントが閾値未満であれば（Ｓ１６０４／ＮＯ）、サポート材データ処理部１２５はそのまま３Ｄデータを変換データ出力部１２６に入力し、処理を終了する。他方、モーメントが閾値以上であった場合（Ｓ１６０４／ＹＥＳ）、サポート材データ処理部１２５は、上述したようにサポート材の情報を生成して元の３Ｄデータに追加し（Ｓ１６０５）、処理を終了する。このような処理により、本実施形態に係る３Ｄデータの変換処理が完了する。

次に、ジョブを受信した３Ｄプリンタ２の動作について、図１７を参照して説明する。図１７に示すように、主制御部２２１は、粉末供給部ドライバ２２３を制御してリコーター２１３を動作させることにより、粉末供給基盤２１２から基盤２１１に粉末材料を供給する（Ｓ１７０１）。次に、主制御部２２１は、ＩＪヘッドドライバ２２４を制御してアーム２０２を移動させることによりＩＪヘッド２０１を各画素の位置に移動させる（Ｓ１７０２）。

ＩＪヘッド２０１を移動した後、主制御部２２１は３Ｄデータを参照し、その位置が造形対処の立体物の一部であればバインダー液を吐出させ、立体物の一部でなければバインダー液を吐出させない制御を行う（Ｓ１７０３）。主制御部２２１は、一層分について処理を完了するまでＳ１７０２、Ｓ１７０３の処理を繰り返す（Ｓ１７０４／ＮＯ）。

そして、一層分の処理を完了したら（Ｓ１７０４／ＹＥＳ）、主制御部２２１は、すべての層について処理を完了するまで、新たな層の粉末材料の供給から処理を繰り返し（Ｓ１７０５／ＮＯ）、すべての層について処理を完了すると（Ｓ１７０５／ＹＥＳ）、処理を終了する。このような処理により、ジョブを受信した３Ｄプリンタ２の動作が完了する。

以上、説明したように、本実施形態に係るシステムにおいては、成形材料によってサポート材を生成するため、立体成型出力の対象となる立体物の形状に応じてフレキシブルなサポート材を設けることが可能である。その際、立体物が基盤２１１と接している接地範囲を抽出すると共に立体物の重心を判定し、基盤２１１上に支持される立体物が傾くようなモーメントが発生するか否かを判断する。そして、そのようなモーメントが発生する場合にのみ、必要なサポート材を生成するため、無駄な材料消費を抑えることが可能となる。

尚、上記実施形態においては、３Ｄデータ変換処理部１２０において、モーメントの判定及びサポート材のデータ生成が行われる場合を例として説明した。しかしながらこれは一例であり、３Ｄデータ変換処理部１２０及び３Ｄプリンタドライバ１３０の機能を３Ｄプリンタ２に含め、図７において説明した３Ｄデータ取得部１２１が取得する３Ｄデータを３Ｄプリンタ２に入力するようにしても良い。

また、３Ｄプリンタドライバ１３０の機能はＰＣ１側に残して３Ｄデータ変換処理部１２０の機能のみを３Ｄプリンタ２に設け、３Ｄデータ変換処理部１２０が、３Ｄプリンタドライバ１３０によって生成されたジョブの情報に基づいて図１６に示すような処理を実行可能としても良い。

また、上記実施形態においては、図１３に示すように、立体物との間に間隔ｄの隙間を設けて平板上のサポート材を設ける場合を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、例えば、図１８に示すように、サポート材と立体物との間を支える支柱を成形材によって設けても良い。このような態様は、図１８に示すように、支持するべき立体物の部位の底面が平面でない場合に特に有効である。

また、図１３に示すサポート材は平板であるが、例えば図１９に示すように、開口部を有する板状の部材としても良い。これにより、開口部の分、成形材料の消費を抑えることが可能となる。また、図２０に示すように、サポート材の形状を、支えるべき立体物の部位の方向、即ち鉛直方向上方に向かって突出するように傾斜させることにより、立体物が沈み込むのを防ぐ性能を向上させることが出来る。

図２０に示すような開口部を有するサポート材は、例えば、３Ｄプリンタ２における粉末材料やバインダー液の残量に応じて選択されるようにしても良い。即ち、３Ｄデータ変換処理部１２０は、図１６の動作を実行する際、３Ｄプリンタドライバ１３０を介して３Ｄプリンタ２における粉末材料やバインダー液の残量の情報を取得し、Ｓ１６０５においてサポート材情報を生成する際、粉末材料やバインダー液の残量が所定の閾値未満である場合に、図２０に示す開口部を有するサポート材を選択する。このような処理により、粉末材料やバインダー液の残量が少なくなっている時に、更に効率的に材料消費を抑えることが可能となる。

また、図１３、図１９、図２０に示す夫々のサポート材の形態を、モーメントの解析結果に応じて選択するようにしても良い。立体物の沈み込みを防ぐ性能は、図２０、図１３、図１９の順にすぐれているが、逆に材料消費は図２０、図１３、図１９の順に多い。従って、モーメントが大きく、より効果的に傾きを防ぐ必要がある場合には、図２０の態様を用い、モーメントが小さい場合には図１９の態様を用い、中程度の場合には図１３の態様を用いることが好ましい。これにより、立体物の傾きの回避と消費材料の低減とのバランスをとることが出来る。

また、立体物の形状として鉛直方向に複数の中空部分が含まれる場合、図２１に示すように、夫々の中空部分にサポート材を設けることにより、立体物の傾きをより好適に防ぐことができる。図２１に示すような態様は、図１４（ｂ）において説明した３Ｄデータの解析を、立体物と交差した時点で完了することなく、３Ｄデータの上限まで継続して実行することにより実現可能である。

また、上記実施形態においては、接地範囲判定部１２２が、図８に示すように、造形対象の立体物において基盤２１１と接触する部分である接地範囲を抽出する場合を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、例えば基盤２１１と造形対象の立体物との間に凝固させない粉末材料の層を挟んで立体造形が行われる場合もある。そのような場合、基本的に立体物と基盤２１１とは接触しない。

他方、そのような場合であっても、粉末材料中における立体物の落ち込みが発生すると、基盤２１１と立体物とが接触し、若しくは基盤２１１と立体物とが粉末材料を介して接触した状態となる。その結果、立体物において基盤２１１と接触した部分が支店となってモーメントが発生する可能性がある。

従って、接地範囲判定部１２２は、基盤２１１と立体物との接地範囲を抽出する場合の他、立体物の表面のうち鉛直方向において最も下方にある面を抽出するようにしても良い。そのようにして抽出した面と立体物の重心との位置関係により、上記と同様にモーメントの発生有無を判断することが可能となる。

１０ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
３０ ＲＯＭ
４０ ＨＤＤ
５０ Ｉ／Ｆ
６０ ＬＣＤ
７０ 操作部
８０ バス
１００ コントローラ
１０１ ネットワークＩ／Ｆ
１１０ 立体データアプリ
１２０ ３Ｄデータ変換処理部
１２１ ３Ｄデータ取得部
１２２ 接地範囲判定部
１２３ 重心判定部
１２４ モーメント判定部
１２５ サポート材データ処理部
１２６ 変換データ出力部
２０１ ＩＪヘッド
２０２ アーム
２１０ 粉末供給部
２１１ 基盤
２１２ 粉末供給基盤
２１３ リコーター
２２０ コントローラ
２２１ 主制御部
２２２ ネットワーク制御部
２２３ 粉末供給部ドライバ
２２４ ＩＪヘッドドライバ

特開２０１３−１８４４０５号公報

Claims (8)

1. 立体造形装置によって造形するべき目的物の三次元的形状を示す立体情報を処理する立体情報処理装置であって、
   前記立体情報を取得する立体情報取得部と、
   取得した前記立体情報に基づき、前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断する傾き力判断部と、
   前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生すると判断された場合、前記目的物の傾きを防ぐための支持部材の三次元的形状を示す情報を生成して前記立体情報に追加する立体情報更新部と、
   前記支持部材の情報が追加された前記立体情報を出力する情報出力部と、を含み、
   前記傾き力判断部は、前記目的物において前記立体造形装置の基盤上に接する部位と前記目的物の重心とを結ぶ線分と鉛直方向に垂直な面とがなす角度に基づいて前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断する、
   ことを特徴とする立体情報処理装置。
2. 前記傾き力判断部は、前記目的物において前記立体造形装置の基盤上に接する部位と前記目的物の重心とを結ぶ線分の長さ及び前記目的物の重量に基づいて前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の立体情報処理装置。
3. 前記立体情報更新部は、鉛直方向に対して垂直な面を有する平板状の形状を有する前記支持部材の三次元的形状を示す情報を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の立体情報処理装置。
4. 前記立体情報更新部は、開口部を有する平板状の形状を有する前記支持部材の三次元的形状を示す情報を生成することを特徴とする請求項３に記載の立体情報処理装置。
5. 前記立体情報更新部は、鉛直方向上方に対して傾斜により突出した板状の形状を有する前記支持部材の三次元的形状を示す情報を生成することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の立体情報処理装置。
6. 前記傾き力判断部は、前記目的物を傾かせる力の程度を判断し、
   前記立体情報更新部は、前記目的物を傾かせる力の程度に応じた形状を有する前記支持部材の三次元的形状を示す情報を生成することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の立体情報処理装置。
7. 立体造形装置によって造形するべき目的物の三次元的形状を示す立体情報を処理する立体情報処理プログラムであって、
   前記立体情報を取得するステップと、
   取得した前記立体情報に基づき、前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断するステップと、
   前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生すると判断された場合、前記目的物の傾きを防ぐための支持部材の三次元的形状を示す情報を生成して前記立体情報に追加するステップと、
   前記支持部材の情報が追加された前記立体情報を出力するステップと、を有し、
   前記判断するステップでは、前記目的物において前記立体造形装置の基盤上に接する部位と前記目的物の重心とを結ぶ線分と鉛直方向に垂直な面とがなす角度に基づいて前記目的物を傾かせる力が発生するか否かの判断を情報処理装置に実行させる、
   ことを特徴とする立体情報処理プログラム。
8. 立体造形装置によって成形材の層を積層することにより立体物である目的物を造形する立体物の製造方法であって、
   前記目的物の三次元的形状を示す立体情報を取得し、
   取得した前記立体情報に基づき、前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物において前記立体造形装置の基板上に接する部位と前記目的物の重心とを結ぶ線分と鉛直方向に垂直な面とがなす角度に基づいて前記目的物を傾かせる力が発生するか否かを判断し、
   前記立体造形装置における立体造形の過程において前記目的物を傾かせる力が発生すると判断された場合、前記目的物の傾きを防ぐための支持部材の三次元的形状を示す情報を生成して前記立体情報に追加し、
   前記支持部材の情報が追加された前記立体情報に基づき、前記立体造形装置によって前記目的物を造形する、
   ことを特徴とする立体物の製造方法。