JP6464839B2 - 三次元造形装置、製造方法およびコンピュータープログラム - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態は、断面体を鉛直方向に沿ったZ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
前記断面体の水平方向に沿ったX方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったY方向の造形解像度と、前記断面体の前記Z方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
前記ヘッド部は、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体と、前記有彩色液体よりも明度が低い無彩色の液体である低明度液体とを、それぞれ、指定された量、前記単位格子内に吐出可能であり、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、1つの前記単位格子に対して、前記低明度液体が前記有彩色液体よりも前記物体の前記Z方向において内部側に位置するように各液体を吐出させる、三次元造形装置である。本発明は、以下の形態としても実現できる。
このような形態の三次元造形装置であれば、単位格子よりも細かな単位で単位格子に吐出する有彩色液体の量を調整することができるので、着色された三次元物体を造形する際に、三次元物体の見かけの解像度が低下することを抑制できる。また、黒色液体などの低明度液体が有彩色液体よりも物体の内部側に位置するように低明度液体および有彩色液体を吐出させるため、低明度液体によって、物体の表面から観察される有彩色の再現性が低下することを抑制できる。
このような形態の三次元造形装置であっても、低明度液体が有彩色液体よりも物体の内部側に位置するため、低明度液体によって、物体の表面から観察される有彩色の再現性が低下することを抑制できる。
このような形態の三次元造形装置であれば、単位格子に対して吐出した有色液体の量によって単位格子の空間体積が満たされない場合には、無色液体によって、単位格子の残りの空間体積を埋める。そのため、各単位格子の体積が均一化され、三次元物体を精度よく造形することができる。
このような形態の三次元造形装置であれば、第1ノズル群から有彩色液体を吐出した後、第2ノズル群から低明度液体を吐出することができるため、低明度液体を有彩色液体よりも物体の内部側に容易に配置することができる。また、例えば、第1ノズル群および第2ノズル群から吐出された液体の総量が少なく、単位格子を液体で満たすために必要な無色液体の量が第3ノズル群と第4ノズル群の一方から吐出可能な量よりも大きい場合であっても、第3ノズル群と第4ノズル群の2つのノズル群から無色液体を順に吐出することによって、単位格子を液体で満たすことができる。よって、単位格子の体積をより容易に均一化させることができる。
このような形態の三次元造形装置であれば、単位格子に吐出された有彩色液体および低明度液体の単位格子内における広がり方を均一化させることができ、単位格子毎の色のばらつきを低減できる。すなわち、単位格子に吐出された有彩色液体と低明度液体の少なくとも一方である有色液体は、他の有色液体上に着弾する場合と、無色液体上に着弾する場合とで、着弾後の液体の広がり方が異なる。そのため、単位格子の最上部を無色液体で構成することによって、この単位格子の上部の単位格子に吐出される有色液体を安定して無色液体上に着弾させることができる。これにより、着弾後の有彩色液体や黒色液体の広がり方を均一化させることができ、広がり方の違いによる色のばらつきを低減できる。
図1は、本発明の第1実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置100は、造形部10と、粉体供給部20と、平坦化機構30と、粉体回収部40と、ヘッド部50と、硬化エネルギー付与部60と、制御部70と、を備えている。制御部70には、コンピューター200が接続されている。三次元造形装置100とコンピューター200とをあわせて広義の三次元造形装置として捉えることもできる。図1には、互いに直行するX方向とY方向とZ方向とを示している。Z方向は、鉛直方向に沿った方向であり、X方向は、水平方向に沿った方向である。Y方向は、Z方向およびX方向に垂直な方向である。
<図5(A)の構成>
第1a単位格子UG1a:C「大」+M「大」+Y「大」
<図5(B)の構成>
第1a単位格子UG1a:C「大」+Y「大」+BK「大」
<図5(C)の構成>
第1a単位格子UG1a:C「大」+M「大」+Y「大」
第2b単位格子UG2b:BK「大」+CL1「中」+CL2「中」
<図5(D)の構成>
第1a単位格子UG1a:C「大」+M「中」+Y「中」+CL1「小」
第2b単位格子UG2b:BK「中」+CL1「大」+CL2「中」
図7は、第1実施形態の変形例における第1a単位格子UG1aおよび第2b単位格子UG2bの例を示す図である。第1実施形態では、一組の第1a単位格子UG1aおよび第2b単位格子UG2bに対して、BKインクを含む1〜3種類の有色インクを吐出する場合、これらをすべて第1a単位格子UG1aに吐出するものとして説明した。しかし、BKインクは、第1a単位格子UG1aに吐出される有色インクの種類の数にかかわらず、常に第2b単位格子UG2bに吐出されるように構成してもよい。このような構成とした場合、図7(A)〜(D)に示すように、制御部70は、有彩色インク(C,M,Y)を常に第1a単位格子UG1aに吐出させ、BKインクを吐出する場合には、図7(B)〜(D)に示すように、BKインクを常に第2d単位格子UG2dに吐出させる。例えば、図7(C)に示すように、一組の第1a単位格子UG1aおよび第2b単位格子UG2bに対して、BKインクを含む3種類の有色インクを吐出する場合、2色の有彩色インクを第1a単位格子UG1aに吐出し、BKインクを第1a単位格子UG1aではなく、第2b単位格子UG2bに吐出する。この場合であっても、BKインクは有彩色インクよりも物体の内部側に位置するため、BKインクによって、物体の表面から観察される有彩色の再現性が低下することを抑制できる。
図8は、第2実施形態における単位格子UGの例を示す図である。図8(A)〜(C)には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第1e単位格子UG1eおよび第2f単位格子UG2fが例示され、図8(D)〜(F)には、第1g単位格子UG1gおよび第2h単位格子UG2hが例示されている。第2実施形態の単位格子UG1e〜UG2hは、最上部に必ずクリアインクが吐出されるように構成されている。
<図8(A)の構成>
第1e単位格子UG1e:C「大」+M「大」+Y「大」+CL2「小」
<図8(B)の構成>
第1e単位格子UG1e:C「大」+M「大」+BK「大」+CL2「小」
<図8(C)の構成>
第1e単位格子UG1e:C「大」+M「大」+Y「大」+CL2「小」
第2f単位格子UG2f:BK「中」+CL1「大」+CL2「中」
図9は、第3実施形態における単位格子UGの例を示す図である。図9(A)には、有色インクおよび無色インクが吐出された後の第1n単位格子UG1n、第2p単位格子UG2pおよび第3q単位格子UG3qが例示され、図9(B)には、第1r単位格子UG1r、第2s単位格子UG2sおよび第3t単位格子UG3tが例示されている。物体の表面の1つの色を表現するために用いられる単位格子UGの数は、2つに限定されない。第3実施形態では、3つ単位格子UGに吐出された有色インクによって、物体の外面の1つの色を表現する。すなわち、図9(A)では、第1n単位格子UG1nの底面側(Z方向側)から観察される物体の底面の色は、単位格子UG1n〜UG3qに吐出された有色インクの組合せによって表現され、図9(B)では、第1r単位格子UG1rの側面側(Y方向側)から観察される物体の側面の色は、単位格子UG1r〜UG3tに吐出された有色インクの組合せによって表現される。第3実施形態の制御部は、第1実施形態と同様に、有色インクの吐出量とクリアインクの吐出量との合計が、各単位格子UGの空間体積に相当するように、クリアインクの吐出量を決定する。また、制御部は、BKインクが有彩色インクよりも物体の内部側に位置するようにこれらのインクを吐出させる。ここでは、各単位格子UGの空間体積は18plで満たされるものとして示している。図9(A)に示された単位格子UG内のインクの構成は以下のようになる。図9(B)に示された単位格子UG内のインクの構成は、図9(A)のインクの構成と同様である。この構成であっても、BKインクは有彩色インクよりも物体の内部側に位置するため、BKインクによって、物体の表面から観察される有彩色の再現性が低下することを抑制できる。
<図9(A)の構成>
第1n単位格子UG1n:C「大」+M「大」+Y「大」
第2p単位格子UG2p:C「大」+M「大」+Y「大」
第3q単位格子UG3q:BK「大」+CL1「中」+CL2「中」
図10は、第4実施形態のヘッド部50Bの概略構成を示す説明図である。第4実施形態のヘッド部50Bは、第1実施形態のヘッド部50と比較して、クリアインクを吐出するノズル群が1つである点が異なる。この構成であっても、各単位格子UGに対して吐出した有色インクの量によって単位格子UGの空間体積が満たされない場合には、クリアインクによって、単位格子UGの残りの空間体積を埋める。そのため、各単位格子UGの体積が均一化される。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。
図11は、第5実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。第1実施形態の三次元造形装置100は、造形部10内に供給された粉体に対して硬化液を吐出することによって三次元物体を造形している。これに対して、第5実施形態の三次元造形装置100Cは、粉体を用いることなく、樹脂を含有する硬化液のみによって三次元物体を造形する。
<第1変形例>
上記実施形態では、三次元造形装置100は、三次元物体の最外周を着色したが、着色された部分の更に外周側に、着色された部分を保護するためのクリアインクを吐出してもよい。
<第2変形例>
ビットマップデータにおいて、隣接座標に隣接した内側の座標には、ホワイトインクを吐出するための値を格納してもよい。ホワイトインクを隣接座標の内側の座標に配置すれば、地色が白色になるため、着色された色の再現性を向上させることができる。また、有色インクよりも奥行き方向内側に配置する無色インクは、クリアインクではなくホワイトインクであってもよい。内側に配置する無色インクをホワイトインクとすれば、地色を白色にすることができるので、有色インクによる濃淡表現をより的確に行うことができる。
三次元造形装置100は、第1a単位格子UG1aおよび第2b単位格子UG2b(図4)に有色インクを吐出して物体の底面だけを着色し、第1c単位格子UG1cおよび第2d単位格子UG2dには有色インクを吐出せずに物体の側面の着色をおこなわない構成であってもよい。反対に、物体の側面の着色をおこない、底面の着色をおこなわなくてもよい。
本実施形態において示した、有彩色インクを吐出するノズル群の並び順はその一例であって、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、上記実施形態において、任意の有彩色インクの色は任意の他の有彩色インクの色に置きかえることができる。
上記実施形態では、造形ステージ11がZ方向に移動することによって、ヘッド部50が相対的にZ方向に移動する。これに対して、造形ステージ11の位置を固定し、ヘッド部50をZ方向に直接的に移動させてもよい。また、上記実施形態では、ヘッド部50がX方向およびY方向に移動するが、ヘッド部50のX方向およびY方向の位置を固定し、造形ステージ11をX方向およびY方向に移動させてもよい。
上記実施形態では、図3に示した三次元造形処理のうち、ステップS10からステップS40までの処理は、コンピューター200によって実行されている。これに対して、これらの処理は、三次元造形装置100によって実行されてもよい。つまり、三次元造形装置100が、単体で、ポリゴンデータの取得から三次元物体の造形までのすべてを実行してもよい。また、上記実施形態では、図3に示したステップS50の処理が三次元造形装置100の制御部70によって実行されている。これに対して、ステップS50の処理は、コンピューター200が三次元造形装置100の各部を制御することによって実行してもよい。つまり、コンピューター200が、三次元造形装置100の制御部70の機能を果たしてもよい。
11…造形ステージ
12…枠体
13…アクチュエーター
20…粉体供給部
30…平坦化機構
40…粉体回収部
50,50B…ヘッド部
51〜56,51B〜55B…ノズル群
59…タンク
60…硬化エネルギー付与部
61…本硬化用発光装置
62…仮硬化用発光装置
70…制御部
100,100C…三次元造形装置
200…コンピューター
GN…ノズル群
Nz…ノズル
DL…三次元格子
UG…単位格子
Claims (7)
- 断面体を鉛直方向に沿ったZ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
前記断面体の水平方向に沿ったX方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったY方向の造形解像度と、前記断面体の前記Z方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
前記ヘッド部は、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体と、前記有彩色液体よりも明度が低い無彩色の液体である低明度液体とを、それぞれ、指定された量、前記単位格子内に吐出可能であり、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、1つの前記単位格子に対して、前記低明度液体が前記有彩色液体よりも前記物体の前記Z方向において内部側に位置するように各液体を吐出させる、三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から内部へ向かう方向において互いに隣り合う2つの前記単位格子に対して前記低明度液体および前記有彩色液体を吐出させる場合、前記物体の表面側に位置する第1単位格子内に前記有彩色液体を吐出させ、前記物体の内部側に位置する第2単位格子内に前記低明度液体を吐出させる、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、さらに、無色液体を前記単位格子内に吐出可能であり、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記単位格子に対して、前記有彩色液体と前記低明度液体の少なくとも一方である有色液体を吐出させ、前記単位格子の空間体積が前記有色液体によって満たされない場合には、前記有色液体に加えて、前記無色液体を前記単位格子に吐出させて、前記単位格子の空間体積を満たす、三次元造形装置。 - 請求項3に記載の三次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、所定の方向に走査しながら前記単位格子に液体を吐出するものであり、液体を吐出する複数のノズル群を備え、前記ヘッド部の主走査方向において、前記単位格子に前記有彩色液体を吐出する第1ノズル群の後方側に前記単位格子に前記低明度液体を吐出する第2ノズル群が配置され、前記第2ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第3ノズル群が配置され、前記第3ノズル群の後方側に前記単位格子に前記無色液体を吐出する第4ノズル群が配置されている、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記ヘッド部は、さらに、無色液体を前記単位格子内に吐出可能であり、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記有彩色液体と前記低明度液体の少なくとも一方が吐出された前記単位格子の最上部に前記無色液体を吐出する、三次元造形装置。 - 断面体を鉛直方向に沿ったZ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置によって三次元の物体を製造する製造方法であって、
前記三次元造形装置は、前記断面体の水平方向に沿ったX方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったY方向の造形解像度と、前記断面体の前記Z方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
前記ヘッド部は、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体と、前記有彩色液体よりも明度が低い無彩色の液体である低明度液体とを、それぞれ、指定された量、前記単位格子内に吐出可能であり、
前記ヘッド部を制御して、1つの前記単位格子に対して、前記低明度液体が前記有彩色液体よりも前記物体の前記Z方向において内部側に位置するように各液体を吐出させる、製造方法。 - 断面体を鉛直方向に沿ったZ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置をコンピューターが制御して三次元の物体を製造するためのコンピュータープログラムであって、
前記三次元造形装置は、前記断面体の水平方向に沿ったX方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったY方向の造形解像度と、前記断面体の前記Z方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
前記ヘッド部は、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体と、前記有彩色液体よりも明度が低い無彩色の液体である低明度液体とを、それぞれ、指定された量、前記単位格子内に吐出可能であり、
前記ヘッド部を制御して、1つの前記単位格子に対して、前記低明度液体が前記有彩色液体よりも前記物体の前記Z方向において内部側に位置するように各液体を吐出させる機能、をコンピューターに実現させるためのコンピュータープログラム。
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