JP6489673B2 - 立体表面に微細な凹凸を生成する3次元印刷方法 - Google Patents
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Description
図 1 を使用して,3D プリンタのノズルを 3 次元の各方向に移動しつつ造形する 3D 印刷とそのためのモデリングのながれを説明する.各処理およびモデルの詳細は後述する.まずモデル 101 を入力して,ピールド・モデル生成処理 102 を実行し,その結果として第 1 のピールド・モデル 103 を生成する.第 1 のピールド・モデル 103を入力して変形・変換処理 104 を実行することによって,変形・変換された第 2 のピールド・モデル 105 を生成する.ピールド・モデルにおいては立体が糸の集合として表現され,その複数の代表点における糸の断面積と印刷速度が指定されている.変形・変換処理 104においては代表点の座標を変換することによって立体を変形させることができ,また立体表面における糸の断面積を指定することにより,表面に凹凸をつけることもできる.第 2 のピールド・モデル 105 に指定された糸をなぞり,糸のふとさぶんのフィラメントを射出する NC プログラムに変換する処理を NC プログラム生成処理 106 として実行することによって,G-Code による NC プログラム 107 を生成することができる.このプログラム 107 を 3D プリンタに入力して 3D 印刷処理 108 を実行することによって 3D オブジェクト 109 をえることができる.
ピールド・モデルおよびソリッド・モデル等からのその生成法に関しては特許文献2および非特許文献1に記述されている.ただし,ピールド・モデル生成を特許文献2においてはスライス処理とよび,非特許文献1においてはハッシング (hashing) とよんでいる.
以下の説明においては,ピールド・モデルが (1) のように表現されていることを仮定する.
ピールド・モデルにおいてその表面に凹凸をつけるにも,変形・変換処理 104 において断面積の変換関数と印刷速度の変換関数とをあたえて,断面積と印刷速度を立体表面の部分ごとに変化させればよい.以下,図 3 および図 4 を使用して,ピールド・モデルに凹凸をつける方法を説明する.
球の表面に正距円筒図法による地図をマップすることによって地球儀を生成することができるため,図 5 を使用してその方法を説明する.図 5(a) に示すように,第 1 のピールド・モデル 501 としては円形のフィラメントを 180 個鉛直方向にかさねて球形にしたものを使用する.すなわち,下半分の 90 個は上方のものほど直径が増加するが,上半分の 90 個は上方のものほど直径が減少するようにする.それぞれの円は 1° ごとに分割し,360 個の線分によって近似する.これらの線分において,すべての隣接する終点と始点とがかさなるようにする.複数の円をなめらかに接続するには円をすこし変形して隣接する円と接続し,らせんを形成すればよい.このらせんにビットマップによる変換を適用する.
ビットマップ 401, 502 として図のかわりに文字や点字を使用することによって,文字がはいった容器やケース,プレートなどを造形することができる.文字や点字においては基本的に 2 値のビットマップを使用すればよい.ドット・マトリクスの文字や点字をならべて文章やカレンダーなどをつくることができる.点字はサイズが規格化されているため,それにあわせてフィラメントの断面積をきめればよい.点字のドットのおおきさは 1.5 mm 弱,点字の間隔は 2.5 mm 弱であるため,印刷ピッチ (線分のながさおよび幅) を 0.5 mm 弱にして点字のサイズをその 3 倍,間隔を 5 倍にすればほぼ適切なサイズになる.
Claims (12)
- フィラメントを積層して造形される立体を表現する第 1 のモデルを入力し,前記の第 1 のモデルをフィラメントを積層して造形される立体を表現する第 2 のモデルに変換する変形・変換処理と,
前記の第 2 のモデルを 3D プリンタが入力可能な NC プログラムに変換する NC プログラム生成処理と,
前記の NC プログラムを 3D プリンタに送信して立体を造形する 3D 印刷処理とで構成される 3 次元印刷方法において,
前記の第 1 のモデルおよび前記の第 2 のモデルのそれぞれが複数の部分フィラメントによって構成され,前記の複数の部分フィラメントのそれぞれが断面積を構成要素とし,
前記の第 1 のモデルの構成要素であり造形される立体の表面の第 1 の部分フィラメントに断面積を増減させる変換をおこなって前記の第 2 のモデルの構成要素であり造形される立体の表面の第 2 の部分フィラメントとし,
前記の 3D プリンタのプリント・ヘッド移動速度およびフィラメント射出速度を制御することによりフィラメント断面積を決定して,前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面の凹凸を生成する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項1の 3 次元印刷方法において,
前記のフィラメント射出速度を一定にし,前記のプリント・ヘッド移動速度を制御することにより前記のフィラメント断面積を決定する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項1の 3 次元印刷方法において,
前記の変換において前記の第 1 の部分フィラメントとビットマップの一部とを対応させ,
対応する前記のビットマップの一部の値の大小にしたがって前記の第 2 の部分フィラメントの断面積の大小を決定することにより,
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に凸な部分および凹な部分を生成する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項3の 3 次元印刷方法において,
前記のビットマップとして 2 値のビットマップを使用し,
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に 2 値の凹凸すなわち凹部分と凸部分とを生じさせる
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項3の 3 次元印刷方法において,
前記のビットマップとして多値のビットマップを使用し,
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に多値の凹凸を生じさせる
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項3の 3 次元印刷方法において,
前記のビットマップとして実数値のビットマップを使用し,
前記の 3D 印刷処理において造形される立体表面の凹凸の程度が実数値によって表現される凹凸を生じさせる
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項1の 3 次元印刷方法において,
前記の第 1 のモデルにおける立体の形状が球であり,
前記の球の表面の一部である前記の第 1 の部分フィラメントに地図の一部を対応させることにより
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に凹凸がある球形の地図を生成する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項7の 3 次元印刷方法において,
前記の地図として世界地図を使用することにより
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に海陸に対応する凹凸がある地球儀を生成する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項7の 3 次元印刷方法において,
前記の第 1 の部分フィラメントが一定の経度範囲および一定の緯度範囲に対応し,
前記の地図として正距円筒図法にもとづくビットマップ地図を使用することにより
前記の第 2 の部分フィラメントの断面積を前記のビットマップ地図の一部の値に対応させる
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項9の 3 次元印刷方法においてビットマップの隣接点が地図の近接点にマップされるために前記の第 1 の部分フィラメントがプリント・ヘッド制御機構およびプリント・ヘッド先端のサイズと比較して過小になるとき,
複数の第 1 の部分フィラメントをまとめて 1 個の第 2 の部分フィラメントに対応させ,前記の 1 個の第 2 の部分フィラメントの断面積の値として前記の複数の第 1 の部分フィラメントの断面積の値からもとめられる代表値を使用する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項3の 3 次元印刷方法において,
前記のビットマップとしてドット・マトリクスによって表現された文字の列を使用することにより,
前記の 3D 印刷処理において造形される立体の表面に前記の文字の列を凹凸により表示する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法. - 請求項3の 3 次元印刷方法において,
前記のビットマップとしてドット・マトリクスによって表現された点字の列を使用することにより,
前記の3D 印刷処理において造形される立体の表面に前記の点字の列を凹凸により表示する
ことを特徴とする 3 次元印刷方法.
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