JP6542038B2 - スライス画像作成装置、３次元造形システム、および、スライス画像作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、スライス画像作成装置、３次元造形システム、および、スライス画像作成方法に関する。

従来から、所望の３次元造形物（以下、対象造形物という。）を造形する３次元造形装置が知られている。この種の３次元造形装置では、例えば、コンピュータ支援設計装置（以下、ＣＡＤ装置ともいう。）を用いて、対象造形物を造形するための３次元モデル（以下、対象造形物モデルという。）のデータを作成している（例えば、特許文献１参照）。そして、対象造形物モデルを所定の間隔でスライスすることで、対象造形物の断面形状に対応した２次元のスライスモデル（以下、対象スライスモデルという。）を複数作成している。

対象スライスモデルは、対象造形物の輪郭線によって構成されており、輪郭線を境にして、造形する造形領域と、造形しない非造形領域に分割されている。そこで、ＣＡＤ装置は、例えば、対象スライスモデルの領域のうち、造形領域には白色を施し、非造形領域には黒色を施すことによって、対象スライスモデルからスライス画像（以下、対象スライス画像という。）を作成している。

ところで、例えば、３次元造形装置は、開口が形成された台と、台の上に載置され、光硬化性樹脂を収容する槽と、槽の上方に配置された昇降自在なホルダと、台の下方に配置され、光を照射する光学装置とを備えている。光学装置から照射された光は、台の開口を通じて槽内の光硬化性樹脂に照射される。槽内に収容された光硬化性樹脂のうち、光が照射された部分は硬化する。光の照射位置を制御することによって、硬化する樹脂の位置を適宜変更し、対象スライス画像において、白色に施された領域に位置する光硬化性樹脂を硬化させ、黒色に施された領域に位置する光硬化性樹脂を硬化させないようにする。このことによって、対象スライス画像に沿った断面形状を形成することができる。そして、ホルダを順次上昇させることによって、樹脂層が下方に向かって連続的に形成される。このようにして、所望の対象造形物が造形される。

特表２００３−５３５７１２号公報

ところで、ホルダを順次上昇させる際に、既に造形された樹脂層は、当該樹脂層よりも下方に造形される全樹脂層の荷重を支持することになる。そのため、例えば、断面積の小さな樹脂層があった場合、当該樹脂層よりも下方の全樹脂層の荷重を支えきれない場合がある。その結果、対象造形物を造形する途中に、対象造形物の一部が破損してしまうことがある。例えば、図１０（ａ）および（ｂ）に示すような対象造形物１７０を造形する。対象造形物１７０は、大きさが異なる第１造形物１７０ａと第２造形物１７０ｂとが隣り合うように並べられた造形物である。造形時、対象造形物１７０の一部が破損してしまうことを防止するため、図１１に示すように、ＣＡＤ装置などの専用の装置によって演算することで、対象造形物１７０の一部とホルダ１１３との間に、造形時に対象造形物１７０の一部の荷重を支持するための複数のサポート造形物１３０を追加および配置することが行われる。そして、対象造形物１７０（第１造形物１７０ａと第２造形物１７０ｂとを組み合わせた造形物）およびサポート造形物１３０が一体となった造形物（以下、全体造形物という。）１８０を造形することが行われる。なお、以下において、サポート造形物を単に「サポート」と称する。

図１２は、全体造形物１８０に対応した３次元モデルを図１１の位置ＰＴ１００でスライスした２次元のスライスモデル１８２である。上述したような全体造形物１８０を造形する際、ＣＡＤ装置では、全体造形物１８０に対応した３次元モデル（以下、全体造形物モデルという。）を所定の間隔でスライスすることで、図１２に示すような２次元のスライスモデル（以下、全体スライスモデルという。）１８２が複数作成される。そして、全体スライスモデル１８２の造形領域と非造形領域とにおいて、異なる色を施すことによって、全体スライスモデルからスライス画像（以下、全体スライス画像という。）を作成する。なお、スライス画像は、造形領域と非造形領域とを区別するための輪郭線を有している。スライス画像には、複数の輪郭線が交差などすることによって多重化している部分が存在するが、造形領域と非造形領域を区別するための輪郭線は、多重化している複数の輪郭線のうちの一つに定められる。通常では、一番外側にあたる輪郭線が、造形領域と非造形領域を区別するための輪郭線に該当する。このような輪郭線を得ることをピーリングと適宜称する。

ところが、全体スライスモデル１８２には、第１造形物１７０ａのスライスモデル（以下、第１対象スライスモデルという。）１７２ａの輪郭線１７３ａと、第２造形物１７０ｂのスライスモデル（以下、第２対象スライスモデルという。）１７２ｂの輪郭線１７３ｂと、サポート１３０を所定の間隔でスライスしたモデルであるサポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３とが混在することがあり得る。そこで、全体スライス画像の作成に先立って、ＣＡＤ装置は、輪郭線上を追跡することで、第１対象スライスモデル１７２ａの輪郭線１７３ａと、第２対象スライスモデル１７２ｂの輪郭線１７３ｂと、サポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３との中から、全体スライスモデル１８２の造形領域と非造形領域を区別するための輪郭線を得ること（ピーリング）を行う。例えば、図１２に示すように、全体スライスモデル１８２には、輪郭線１７３ａと、輪郭線１７３ｂと、輪郭線１３３とが交わる交点１８４が存在する。このとき、ＣＡＤ装置において、図１２の矢印のように、輪郭線１７３ａ上を追跡している場合、交点１８４では、輪郭線１７３ａから輪郭線１３３に乗り移ることが行われる。しかしながら、交点１８４では、乗り移る輪郭線の候補が複数存在する。具体的には、交点１８４では、乗り移ることが可能な輪郭線は、輪郭線１７３ｂおよび輪郭線１３３の２つである。そのため、本来なら、輪郭線１３３ａに乗り移るべきではあるが、他の輪郭線である輪郭線１７３ｂに乗り移るおそれがあった。この場合、ＣＡＤ装置は、全体スライスモデル１８２の所望のピーリングを正しく行うことができないため、所望の全体スライス画像を作成することができないおそれがあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する３次元造形装置において、所望の全体スライス画像を得ることが可能なスライス画像作成装置、３次元造形システム、および、スライス画像作成方法を提供することである。

本発明に係るスライス画像作成装置は、造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する３次元造形装置において、前記全体造形物を造形するためのスライス画像である全体スライス画像を作成するスライス画像作成装置である。前記スライス画像作成装置は、記憶部と、対象スライスモデル作成部と、サポートスライスモデル作成部と、対象スライス画像作成部と、サポートスライス画像作成部と、合成部とを備えている。前記記憶部は、前記対象造形物に対応した３次元モデルである対象造形物モデルと、前記サポートに対応した３次元モデルであるサポートモデルとを記憶する。前記対象スライスモデル作成部は、前記対象造形物モデルを所定の間隔にスライスして、前記対象造形物のスライスモデルである対象スライスモデルを複数作成する。前記サポートスライスモデル作成部は、前記サポートモデルを前記所定の間隔にスライスして、前記サポートのスライスモデルであるサポートスライスモデルを複数作成する。前記対象スライス画像作成部は、前記対象スライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形する対象造形領域と造形しない対象非造形領域とに分割することで、前記対象スライスモデルから画像である対象スライス画像を作成する。前記サポートスライス画像作成部は、前記サポートスライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形するサポート造形領域と造形しないサポート非造形領域とに分割することで、前記サポートスライスモデルから画像であるサポートスライス画像を作成する。前記合成部は、前記対象スライス画像と、前記対象スライス画像と同一層の前記サポートスライス画像と、を重ね合わせ、重ね合わせた領域のうち、前記対象造形領域、または、前記サポート造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形する全体造形領域とし、前記重ね合わせた領域のうち、前記対象非造形領域、かつ、前記サポート非造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形しない全体非造形領域とすることで、前記全体スライス画像を作成する。

前記スライス画像作成装置によれば、対象造形物に対応した対象スライス画像と、サポートに対応したサポートスライス画像とを別々に用意する。そして、対象スライス画像と、サポートスライス画像とを重ね合わせることで、全体スライス画像を作成している。このことによって、従来のように、対象スライスモデルの複数の輪郭線とサポートスライスモデルの一つの輪郭線のうち、全体スライスモデルにおいて、どの輪郭線が造形領域と非造形領域とを区別する輪郭線であるかを判定するというピーリングを行わないため、全体スライスモデルの所望の輪郭線が得られないという問題は回避される。したがって、前記スライス画像作成装置によれば、所望の全体スライス画像を得ることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、前記対象スライス画像作成部は、前記対象造形領域と前記対象非造形領域とに対して異なる色を施す。前記サポートスライス画像作成部は、前記サポート造形領域と前記サポート非造形領域とに対して異なる色を施す。前記合成部は、前記全体造形領域と前記全体非造形領域とに対して異なる色を施す。

上記態様によれば、対象スライス画像、サポートスライス画像、および、全体スライス画像において、造形領域（対象造形領域、サポート造形領域および全体造形領域）か、非造形領域（対象非造形領域、サポート非造形領域および全体非造形領域）かをそれぞれ異なる色で表現している。そのため、例えば、合成前のスライス画像である対象スライス画像およびサポートスライス画像における、それぞれの造形領域同士および非造形領域同士の演算が容易になる。よって、演算量を削減することができると共に、データの容量を小さくすることができる。したがって、処理時間を短縮することができる。

本発明の好ましい他の一態様によれば、前記対象スライス画像作成部は、前記対象スライス画像にピクセル単位で色を施す。前記サポートスライス画像作成部は、前記サポートスライス画像にピクセル単位で色を施す。前記合成部は、前記全体スライス画像にピクセル単位で色を施す。

上記態様によれば、対象スライス画像、サポートスライス画像、および、全体スライス画像にはピクセル単位で色が施されているため、より細部の形状を表現することができる。よって、３次元造形装置は、より高品位な全体造形物を造形することができる。

本発明の好ましい他の一態様によれば、前記記憶部に記憶された前記対象造形物モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理部を備えている。前記対象スライスモデル作成部は、前記前処理部によって前記平滑化処理が行われた前記対象造形物モデルから前記対象スライスモデルを複数作成する。

上記態様によれば、前処理部によって対象造形物モデルを平滑化することで、対象造形物モデルのデータ量を小さくすることができる。そのため、対象スライスモデル作成部、対象スライス画像作成部、および、合成部は、前処理部によってデータ量が小さくなった対象造形物モデルを用いることができる。したがって、演算負荷を好適に小さくすることができる。

本発明に係る３次元造形システムは、３次元造形物を造形する３次元造形装置と、上述した何れかに記載されたスライス画像作成装置と、を備えている。

上記態様によれば、上述した何れかに記載されたスライス画像作成装置を備えた３次元造形システムを提供することができる。

本発明に係るスライス画像作成方法は、造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する３次元造形装置において、前記全体造形物を造形するためのスライス画像である全体スライス画像を作成するスライス画像作成方法である。前記スライス画像作成方法は、対象スライスモデル作成工程と、サポートスライスモデル作成工程と、対象スライス画像作成工程と、サポートスライス画像作成工程と、合成工程とを包含する。前記対象スライスモデル作成工程では、前記対象造形物に対応した３次元モデルである対象造形物モデルを所定の間隔にスライスして、前記対象造形物のスライスモデルである対象スライスモデルを複数作成する。前記サポートスライスモデル作成工程では、前記サポートに対応した３次元モデルであるサポートモデルを前記所定の間隔にスライスして、前記サポートのスライスモデルであるサポートスライスモデルを複数作成する。前記対象スライス画像作成工程では、前記対象スライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形する対象造形領域と造形しない対象非造形領域とに分割して、前記対象スライスモデルから画像である対象スライス画像を作成する。前記サポートスライス画像作成工程では、前記サポートスライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形するサポート造形領域と造形しないサポート非造形領域とに分割して、前記サポートスライスモデルから画像であるサポートスライス画像を作成する。前記合成工程では、前記対象スライス画像と、前記対象スライス画像と同一層の前記サポートスライス画像と、を重ね合わせ、重ね合わせた領域のうち、前記対象造形領域、または、前記サポート造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形する全体造形領域とし、前記重ね合わせた領域のうち、前記対象非造形領域、かつ、前記サポート非造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形しない全体非造形領域として、前記全体スライス画像を作成する。

本発明の好ましい他の一態様によれば、前記対象スライス画像作成工程では、前記対象造形領域と前記対象非造形領域とに対して異なる色を施す。前記サポートスライス画像作成工程では、前記サポート造形領域と前記サポート非造形領域とに対して異なる色を施す。前記合成工程では、前記全体造形領域と前記全体非造形領域とに対して異なる色を施す。

本発明の好ましい他の一態様によれば、前記対象スライス画像作成工程では、前記対象スライス画像にピクセル単位で色を施す。前記サポートスライス画像作成工程では、前記サポートスライス画像にピクセル単位で色を施す。前記合成工程では、前記全体スライス画像にピクセル単位で色を施す。

本発明の好ましい他の一態様によれば、前記対象造形物モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理工程を包含する。前記対象スライスモデル作成工程では、前記前処理工程で前記平滑化処理を行った前記対象造形物モデルから前記対象スライスモデルを複数作成する。

本発明によれば、造形する全体造形物に対応する所望の全体スライス画像を得ることができる。

本発明の実施形態に係る３次元造形システムの断面図である。 ３次元造形システムの平面図である。 ３次元造形システムのブロック図である。 全体スライス画像を作成する手順を示したフローチャートである。 対象スライスモデルの例を示した図である。 サポートスライスモデルの例を示した図である。 図５の対象スライスモデルを対象スライス画像に変換した図である。 図６のサポートスライスモデルをサポートスライス画像に変換した図である。 図７の対象スライス画像と図８のサポートスライス画像とを重ね合わせた全体スライス画像を示した図である。 従来技術において、対象造形物の例を示した図であり、図１０（ａ）は対象造形物の斜視図であり、図１０（ｂ）は対象造形物の平面図である。 図１０（ａ）の対象造形物と、ホルダとの間にサポートを追加および配置した状態を示した模式図である。 従来技術における全体スライスモデルの例を示した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るスライス画像作成装置を備えた３次元造形システムについて説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。

図１は、本実施形態に係る３次元造形システム１０の断面図である。図２は、３次元造形システム１０の平面図である。なお、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を示している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、３次元造形システム１０の設置態様を何ら限定するものではない。

３次元造形システム１０は、３次元造形物を造形するシステムである。図１に示すように、３次元造形システム１０は、３次元造形装置１０Ａと、スライス画像作成装置１００（図３参照）とを備えている。３次元造形装置１０Ａは、３次元造形物の断面形状を用意し、液体の光硬化性樹脂を硬化させて断面形状に対応した形状の樹脂層を順次積層することによって、３次元造形物を造形する装置である。ここで、「断面形状」とは、３次元造形物を所定の厚み（例えば、０．１ｍｍ）ごとにスライスしたときの断面の形状である。「光硬化性樹脂」とは、所定の波長を含む光が照射されると、硬化する樹脂である。３次元造形装置１０Ａは、台１１と、槽１２と、ホルダ１３と、光学装置１４と、制御装置１６とを備えている。

台１１は、ケース２５に支持されている。台１１には、光硬化性樹脂２３に照射する光を通過させる開口２１が形成されている。槽１２は、液体の光硬化性樹脂２３を収容する。槽１２は、台１１上に取り付け可能に載置されている。図２に示すように、槽１２は、台１１に載置された状態において、台１１の開口２１を覆う。槽１２は、光を透過させることのできる材料、例えば、透明な材料によって形成されているとよい。

図１に示すように、ホルダ１３は、槽１２の上方、かつ、台１１の開口２１の上方に配置されている。ホルダ１３は、下降したときに槽１２内の光硬化性樹脂２３に浸漬し、上昇するときに、光が照射されて硬化した光硬化性樹脂２３を吊り上げるように昇降自在に構成されている。ここでは、台１１には、上下方向に延びた支柱４１が設けられている。支柱４１の前方には、スライダ４２が取り付けられている。スライダ４２は、支柱４１に沿って昇降自在であり、モータ４３によって上方または下方に移動する。ここでは、ホルダ１３は、スライダ４２に取り付けられており、支柱４１の前方に配置されている。ホルダ１３は、モータ４３によって上方または下方に移動する。

光学装置１４は、台１１の下方に配置されている。光学装置１４は、槽１２内に収容された液体の光硬化性樹脂２３に所定の波長からなる光を照射する装置である。光学装置１４は、台１１の下方に設けられたケース２５に収容されている。光学装置１４は、プロジェクタ３１と、ミラー３２とを備えている。プロジェクタ３１は、光を発する光源であり、台１１の前部の下方に配置されている。プロジェクタ３１は、ホルダ１３よりも前方に配置されている。プロジェクタ３１の後部には、レンズ３４が配置されている。プロジェクタ３１は、レンズ３４を通じて前方から後方に向かって光を発する。ミラー３２は、プロジェクタ３１から発せられた光を槽１２に向かって反射させる部材である。ミラー３２は、台１１に形成された開口２１の下方、かつ、プロジェクタ３１の後方に配置されている。プロジェクタ３１から発せられた光は、ミラー３２によって反射され、台１１の開口２１を通じて槽１２内の光硬化性樹脂２３に照射される。

制御装置１６は、ホルダ１３が取り付けられたスライダ４２を昇降自在に制御するモータ４３、および、光学装置１４のプロジェクタ３１に接続されている。制御装置１６は、モータ４３を駆動することによって、スライダ４２およびホルダ１３を上方または下方に移動させる。制御装置１６は、プロジェクタ３１から発せられる光のエネルギー、光度、光量、光の波長帯域、光の形状、光を照射させる位置および光を発するタイミングなどを制御する。なお、制御装置１６の構成は特に限定されない。例えば、制御装置１６は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという。）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。

以上、本実施形態に係る３次元造形装置１０Ａの構成について説明した。ところで、本実施形態に係る３次元造形装置１０Ａは、サポートを用いて対象造形物を造形するものである。換言すると、３次元造形装置１０Ａは、対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する。詳細には、３次元造形装置１０Ａが全体造形物を造形する際、樹脂層が造形される毎にホルダ１３が順次上昇し、当該樹脂層の下方に新たな樹脂層が造形される。ところが、例えば、断面積の小さな樹脂層があった場合、当該樹脂層がそれよりも下方に位置する全樹脂層の荷重を支えきれない場合がある。その結果、造形の途中で全体造形物が破損するおそれがある。そのため、造形途中の対象造形物を十分に支持することができるように、対象造形物と共にサポートが造形される。このことにより、対象造形物が造形途中に破損することを防止することができる。

例えば、３次元造形装置１０Ａがホルダ１３に対象造形物を直接造形したとすると、造形後に対象造形物はホルダ１３から引き剥がされる。その際、対象造形物のうちホルダ１３と接触している部分をホルダ１３から引き剥がす際、対象造形物が破損してしまう場合がある。そこで、図１１に示すように、ＣＡＤ装置などの専用の装置によって演算することで、ホルダ１１３と対象造形物１７０（第１造形物１７０ａと第２造形物１７０ｂとを組み合わせた造形物）との間にサポート１３０が追加および配置され、全体造形物１８０（対象造形物１７０とサポート１３０とが一体となった造形物）が造形される。そして、造形完了後に全体造形物１８０をホルダ１１３から引き剥がした後、サポート１３０を対象造形物１７０から取り除く処理を行うことがある。このことにより、対象造形物１７０が破損することを防止することができる。

なお、サポート１３０の形状は特に限定されない。例えば、サポート１３０として、同一形状の複数本の円柱を用いてもよい。ここでは、サポート１３０の上端部はホルダ１１３に設けられ、下端部は対象造形物１７０に設けられることとする。ただし、上記のサポート１３０の形状は一例に過ぎない。サポート１３０の形状は、例えば、断面形状が三角形または四角形の形状であってもよい。複数のサポート１３０の形状は、それぞれ同じ形状であってもよいし、一部が異なる形状であってもよい。隣り合うサポート１３０の間隔は特に限定されないが、例えば一定である。複数のサポート１３０は、等間隔で配置されていてもよい。複数のサポート１３０は、左右方向および前後方向に揃った位置に配置されていてもよい。ただし、上記のサポート１３０の配置は一例に過ぎない。隣り合うサポート１３０の間隔は、一定でなくてもよい。複数のサポート１３０は、例えば、千鳥状に配置されていてもよい。

従来では、３次元造形装置１０Ａで全体造形物１８０を造形する際、まず、造形する全体造形物１８０に対応した３次元モデルである全体造形物モデルを用意する。全体造形物モデルとは、上述したように、対象造形物１７０に対応した対象造形物モデルと、サポート１３０に対応した３次元モデルであるサポートモデルとを組み合わせたモデルである。そして、全体造形物モデルを所定の間隔で水平方向にスライスすることによって、図１２の例に示すように、全体造形物１８０の断面形状に対応した２次元のスライスモデルである全体スライスモデル１８２のデータを複数作成する。全体造形物モデルをスライスする方向は、水平方向に限定されず、例えば、垂直方向であってもよい。ここでは、全体スライスモデル１８２のデータとは、ＳＴＬデータのことである。

３次元造形装置１０Ａによって全体造形物１８０を造形する際、全体スライスモデル１８２を画像に変換した全体スライス画像が利用される。全体スライス画像は、例えば、２値画像である。全体スライス画像は、造形する造形領域と、造形しない非造形領域とに分けられている。ここでは、造形領域と非造形領域とには、異なる色が施される。例えば、全体スライス画像の造形領域には、白色が施されている。全体スライス画像の非造形領域には、黒色が施されている。なお、造形領域には、黒色が施され、非造形領域には、白色が施されていてもよい。また、造形領域と非造形領域とは、異なる模様が施されていてもよい。

ところで、全体スライスモデル１８２には、上述したように、第１対象スライスモデル１７２ａの輪郭線１７３ａと、第２対象スライスモデル１７２ｂの輪郭線１７３ｂと、サポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３とが混在することがあり得る。ここでは、輪郭線１７３ａおよび輪郭線１７３ｂとは、対象造形物１７０または対象造形物モデルの輪郭線でもあり、サポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３とは、サポート１３０またはサポートモデルの輪郭線でもある。従来では、全体スライス画像の作成に先立って、ＣＡＤ装置などを用いて、全体スライスモデル１８２の輪郭線上を追跡することで、第１対象スライスモデル１７２ａの輪郭線１７３ａと、第２対象スライスモデル１７２ｂの輪郭線１７３ｂと、サポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３との中から、全体スライスモデル１８２の形状を示す輪郭線を抽出するというピーリングを行っていた。例えば、図１２に示すように、全体スライスモデル１８２には、輪郭線１７３ａと、輪郭線１７３ｂと、輪郭線１３３とが交わる交点１８４が存在する。このとき、ＣＡＤ装置において、図１２に示す矢印のように、輪郭線１７３ａ上を追跡している場合、交点１８４では、輪郭線１７３ａから輪郭線１３３に乗り移ることが行われる。しかしながら、交点１８４では、乗り移る輪郭線の候補が複数存在する。具体的には、交点１８４では、乗り移ることが可能な輪郭線は、輪郭線１７３ｂおよび輪郭線１３３の２つである。そのため、ピーリング本来の目的、すなわち、全体スライスモデル１８２の所望の輪郭線であって、造形領域と非造形領域を区別するための輪郭線を得る場合、輪郭線１３３ａに乗り移るべきではあるが、他の輪郭線である輪郭線１７３ｂに乗り移るおそれがあった。この場合、ＣＡＤ装置は、全体スライスモデル１８２の所望のピーリングを正しく行うことができないため、所望の全体スライス画像を作成することができないおそれがあった。

そこで、本実施形態では、スライス画像作成装置１００が、従来とは異なる手法を用いて所望の全体スライス画像を作成する。

本願出願人は、対象スライスモデルに対応した対象スライス画像と、サポートスライスモデルに対応したスライス画像であるサポートスライス画像とを別々に作成した後に、対象スライス画像とサポートスライス画像とを合成することで全体スライス画像を作成することを見出した。ここでは、対象スライス画像とサポートスライス画像とを合成するとは、対象スライス画像とサポートスライス画像とを重ね合わせることである。本実施形態における全体スライス画像を作成する具体的な手法は、後述する。本実施形態における全体スライス画像を作成する手法を用いることで、上述したような問題が発生することなく所望の全体スライス画像を作成することができる。

図３は、スライス画像作成装置１００のブロック図である。スライス画像作成装置１００は、３次元造形装置１０Ａと別体であってもよいし、３次元造形装置１０Ａに内蔵されていてもよい。例えば、スライス画像作成装置１００は、コンピュータであり、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。ここでは、コンピュータ内に保存されたプログラムを使用して、全体スライス画像を作成する。スライス画像作成装置１００は、３次元造形システム１０のための専用のコンピュータであってもよく、汎用のコンピュータであってもよい。

スライスモデル作成装置１００は、記憶部５２と、前処理部５４と、対象スライスモデル作成部５６と、サポートスライスモデル作成部５７と、対象スライス画像作成部５８と、サポートスライス画像作成部５９と、合成部６０とを備えている。なお、上述した各部は、ソフトウェアによって構成されていてもよいし、ハードウェアによって構成されていてもよい。

図４は、全体スライス画像８６を作成する手順を示したフローチャートである。図５は、対象スライスモデル７２の例を示した図である。図６は、サポートスライスモデル３２の例を示した図である。図７は、図５の対象スライスモデル７２を対象スライス画像７６に変換した図である。図８は、図６のサポートスライスモデル３２をサポートスライス画像３６に変換した図である。本実施形態では、造形するサポートのスライス画像をサポートスライス画像３６と称する。図９は、図７の対象スライス画像７６と図８のサポートスライス画像３６とを合成した全体スライス画像８６を示した図である。ここでは、図４のフローチャートに沿って、図９に示すような全体スライス画像８６を作成する手順を説明する。

なお、ここでは、記憶部５２には、対象造形物に対応する対象造形物モデルのデータ、および、対象造形物に追加および配置されるサポートに対応するサポートモデルのデータが予め記憶されているものとする。対象造形物モデルのデータは、例えば、ユーザの操作によって、記憶媒体または他のコンピュータ（図示せず）から記憶部５２に読み込まれる。サポートモデルは、専用のプログラムによって所定のルールに従って、対象造形物モデルに追加および配置される。

対象造形物モデル、および、サポートモデルは、例えば、ＸＹＺ直交座標系の複数の点の集合で特定されるものであり、３次元モデルである。対象造形物モデル、および、サポートモデルでは、複数のポリゴンを組み合わせることで、それぞれ対象造形物モデル、および、サポートモデルを再現している。

まず、ステップＳ１０１では、前処理部５４は、対象造形物モデルに対して、前処理を行う。対象造形物モデルは、造形対象である対象造形物の３次元形状を忠実に再現した詳細なデータであることが多い。対象造形物モデルをそのまま用いると、スライス画像作成装置１００における全体スライス画像８６の作成処理に多大な時間を要することがある。そこで、前処理部５４は、対象造形物モデルに対して前処理を行い、対象造形物モデルのデータ量を小さくすることが好ましい。ここでは、前処理部５４は、対象造形物モデルに対して平滑化処理を行う。例えば、平滑化処理として、対象造形物モデルを構成するポリゴンの数を減少させ、データ量を小さくする処理を行えばよい。平滑化処理の方法は特に限定されず、例えば、従来公知の平滑化処理の方法を適用することができる。例えば、平滑化処理の方法として、ガウス関数を使用してもよい。ここでは、平滑化処理が行われた対象造形物モデル７２のデータは、記憶部５２に記憶される。なお、ステップＳ１０１において、前処理部５４は、対象造形物モデルと共に、サポートモデルに対して前処理を行ってもよい。このことによって、サポートモデルのデータ量を小さくすることができる。ステップＳ１０１の前処理は、省略することが可能である。

次に、ステップＳ１０２では、対象スライスモデル作成部５６は、複数の対象スライスモデル７２を作成する。対象スライスモデル作成部５６によって作成された対象スライスモデルの例が図５の対象スライスモデル７２である。具体的には、対象スライスモデル作成部５６は、記憶部５２に記憶された対象造形物モデルを所定の間隔でスライスすることで、複数の対象スライスモデル７２を作成する。ここでは、所定の間隔は、予め記憶部５２に記憶されている値である。対象造形物モデルをスライスする方向は、特に限定されず、例えば、左右方向であってもよいし、上下方向であってもよい。

次に、ステップＳ１０３では、サポートスライスモデル作成部５７は、複数のサポートスライスモデル３２を作成する。サポートスライスモデル作成部５７によって作成されたサポートスライスモデルの例が図６のサポートスライスモデル３２である。ここでは、サポートスライスモデル作成部５７は、記憶部５２に記憶されたサポートモデルを所定の間隔でスライスすることで、複数のサポートスライスモデル３２を作成する。ここで、サポートモデルをスライスする際の所定の間隔は、ステップＳ１０２において使用された所定の間隔と同じである。また、サポートモデルをスライスする方向は、対象造形物モデルをスライスする方向と同一方向である。図５の対象スライスモデル７２と、図６のサポートスライスモデル３２とは同一層である。なお、ステップＳ１０２で作成された対象スライスモデル７２と、ステップＳ１０３で作成されたサポートスライスモデル３２とは、ＸＹ座標系で定められた位置情報によって関連付けられている。

次に、ステップＳ１０４では、対象スライス画像作成部５８は、ステップＳ１０２で作成された複数の対象スライスモデル７２を画像変換することで、複数の対象スライス画像７６を作成する。ここでは、対象スライス画像作成部５８は、対象スライスモデル７２を２値画像に変換する。コンピュータ上において、画像はピクセルの集合である。対象スライス画像作成部５８は、図５に示すように、対象スライスモデル７２において、ピクセル毎に、そのピクセルが造形領域７５ａか非造形領域７５ｂかを判定する。本実施形態において、対象スライスモデル７２の造形領域７５ａが本発明の「対象造形領域」に対応し、対象スライスモデル７２の非造形領域７５ｂが本発明の「対象非造形領域」に対応する。ここでは、図７に示すように、造形領域７５ａ内に配置されているピクセルを白色とし、非造形領域７５ｂ内に配置されているピクセルを黒色とする。図７において、黒色に施された領域は、斜線によって表現されている。対象スライス画像作成部５８は、対象スライスモデル７２に対して、造形領域７５ａ内のピクセルを白色とし、非造形領域７５ｂ内のピクセルを黒色として、対象スライス画像７６を作成する。

次に、ステップＳ１０５では、サポートスライス画像作成部５９は、ステップＳ１０３で作成された複数のサポートスライスモデル３２を画像変換することで、複数のサポートスライス画像３６（図８参照）を作成する。ここでは、サポートスライス画像３６とは、対象スライス画像７６と同様に、２値画像である。サポートスライス画像作成部５９は、図６に示すように、サポートスライスモデル３２において、造形領域３５ａと非造形領域３５ｂに分割する。そして、造形領域３５ａ内に配置されているピクセルを白色とし、非造形領域３５ｂ内に配置されているピクセルを黒色として、図８に示すようなサポートスライス画像３６を作成する。図８において、黒色に施された領域は、斜線によって表現されている。本実施形態では、サポートスライスモデル３２の造形領域３５ａが本発明の「サポート造形領域」に対応し、サポートスライスモデル３２の非造形領域３５ｂが本発明の「サポート非造形領域」に対応する。

次に、ステップＳ１０６では、合成部６０は、対象スライス画像７６とサポートスライス画像３６とを合成することで、全体スライス画像８６を作成する。ここでは、合成部６０は、対象スライス画像作成部５８によって作成された複数の対象スライス画像のうち一つの対象スライス画像（例えば、図７の対象スライス画像７６）を抽出し、抽出した対象スライス画像７６に対応したサポートスライス画像、すなわち、抽出した対象スライス画像７６と同一層のサポートスライス画像（例えば、図８のサポートスライス画像３６）を抽出する。

そして、合成部６０は、抽出した図７の対象スライス画像７６と図８のサポートスライス画像３６とを合成し、図９に示すような全体スライス画像８６を作成する。例えば、対象スライス画像７６とサポートスライス画像３６との合成は、以下のようにして行うことができる。合成部６０は、抽出した対象スライス画像７６と、サポートスライス画像３６とのそれぞれの座標が一致するようにして、対象スライス画像７６と、サポートスライス画像３６とを重ね合わせる。

次に、重なった領域を判定する。ここで、重なった領域のうち、対象スライス画像７６の領域が造形領域７５ａである領域、または、サポートスライス画像３６の領域が造形領域３５ａである領域を造形領域８５ａと判定する。換言すると、重なった領域のうち、対象スライス画像７６の領域とサポートスライス画像３６の領域との少なくとも何れか一方が造形領域である領域を造形領域８５ａと判定する。すなわち、重なった領域のうち、対象スライス画像７６の領域とサポートスライス画像３６の領域とが共に造形領域である領域、または、対象スライス画像７６の領域とサポートスライス画像３６の領域との何れか一方が造形領域である領域を造形領域８５ａと判定する。

一方、合成部６０は、重なった領域のうち、対象スライス画像７６の領域とサポートスライス画像３６の領域が共に非造形領域である領域を非造形領域８５ｂと判定する。本実施形態において、合成部６０が判定する造形領域８５ａが本発明の「全体造形領域」に対応し、合成部６０が判定する非造形領域８５ｂが本発明の「全体非造形領域」に対応する。そして、合成部６０は、造形領域８５ａ内のピクセルを白色に変換し、非造形領域８５ｂ内のピクセルを黒色に変換して、図９に示すような全体スライス画像８６を作成する。なお、図９において、黒色に施された領域は、斜線で表現されている。

なお、３次元造形装置１０Ａは、以上のようにして作成された全体スライス画像８６に沿って全体造形物を造形する。例えば、図９の全体スライス画像８６を使用して、全体スライス画像８６に対応した断面形状を造形する。具体的には、造形領域８５ａである白色に施された領域に位置する光硬化性樹脂２３にプロジェクタ３１から発せられた光を照射させることで、造形領域８５ａに対応する領域に位置する光硬化性樹脂２３を硬化させる。一方、非造形領域８５ｂである黒色に施された領域に位置する光硬化性樹脂２３には、プロジェクタ３１から発せられた光を照射させない。このことによって、非造形領域８５ｂに対応する位置には、造形させないようにする。

以上のように、本実施形態では、造形する対象造形物に対応した対象スライス画像７６（図７参照）と、造形するサポートに対応したサポートスライス画像３６（図８参照）とを別々に用意する。そして、合成部６０は、対象スライス画像７６と、サポートスライス画像３６とを合成することで、全体スライス画像８６を作成している。このことによって、図１１に示すように、従来技術において、対象スライスモデル１７２の輪郭線１７３とサポートスライスモデル１３２の輪郭線１３３のうち、全体スライスモデル１８２において、どの輪郭線が造形領域と非造形領域とを区別する輪郭線であるかを判定するというピーリングを行わないため、全体スライスモデルの所望の輪郭線が得られないという問題は回避される。したがって、本実施形態に係るスライス画像作成装置１００によれば、図９に示すような所望の全体スライス画像８６を得ることができる。

本実施形態では、対象スライス画像７６、サポートスライス画像３６、および、全体スライス画像８６において、造形領域か非造形領域かをそれぞれ異なる色で表現している。具体的に、造形領域には白色が施され、非造形領域には黒色が施されている。そのため、例えば、合成前のスライス画像である対象スライス画像７６およびサポートスライス画像３６における、それぞれの造形領域同士および非造形領域同士の演算が容易になる。よって、演算量を削減することができると共に、データの容量を小さくすることができる。したがって、処理時間を短縮することができる。

本実施形態では、対象スライス画像作成部５８は、対象スライス画像７６にピクセル単位で色を施す。サポートスライス画像作成部５９は、サポートスライス画像３６にピクセル単位で色を施す。合成部６０は、全体スライス画像８６にピクセル単位で色を施す。このことによって、対象スライス画像７６、サポートスライス画像３６、および、全体スライス画像８６はピクセル単位で色が施されているため、より細部の形状を表現することができる。よって、３次元造形装置１０Ａは、より高品位な全体造形物８０を造形することができる。

本実施形態では、前処理部５４によって対象造形物モデルを平滑化することで、対象造形物モデルのデータ量を小さくすることができる。そのため、対象スライスモデル作成部５６、対象スライス画像作成部５８、および、合成部６０は、前処理部５４によってデータ量が小さくなった対象造形物モデルを用いることができる。したがって、演算負荷を好適に小さくすることができる。

１０ ３次元造形システム
１０Ａ ３次元造形装置
３２ サポートスライスモデル
３６ サポートスライス画像
５２ 記憶部
５４ 前処理部
５６ 対象スライスモデル作成部
５７ サポートスライスモデル作成部
５８ 対象スライス画像作成部
５９ サポートスライス画像作成部
６０ 合成部
７２ 対象スライスモデル
７６ 対象スライス画像
８２ 全体スライスモデル
８６ 全体スライス画像
１００ スライス画像作成装置
１３０ サポート（サポート造形物）
１７０ 対象造形物
１８０ 全体造形物

Claims (9)

1. 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する３次元造形装置において、前記全体造形物を造形するためのスライス画像である全体スライス画像を作成するスライス画像作成装置であって、
   前記対象造形物に対応した３次元モデルである対象造形物モデルと、前記サポートに対応した３次元モデルであるサポートモデルとを記憶する記憶部と、
   前記対象造形物モデルを所定の間隔にスライスして、前記対象造形物のスライスモデルである対象スライスモデルを複数作成する対象スライスモデル作成部と、
   前記サポートモデルを前記所定の間隔にスライスして、前記サポートのスライスモデルであるサポートスライスモデルを複数作成するサポートスライスモデル作成部と、
   前記対象スライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形する対象造形領域と造形しない対象非造形領域とに分割することで、前記対象スライスモデルから画像である対象スライス画像を作成する対象スライス画像作成部と、
   前記サポートスライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形するサポート造形領域と造形しないサポート非造形領域とに分割することで、前記サポートスライスモデルから画像であるサポートスライス画像を作成するサポートスライス画像作成部と、
   前記対象スライス画像と、前記対象スライス画像と同一層の前記サポートスライス画像と、を重ね合わせ、重ね合わせた領域のうち、前記対象造形領域、または、前記サポート造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形する全体造形領域とし、前記重ね合わせた領域のうち、前記対象非造形領域、かつ、前記サポート非造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形しない全体非造形領域とすることで、前記全体スライス画像を作成する合成部と、
   を備えた、スライス画像作成装置。
2. 前記対象スライス画像作成部は、前記対象造形領域と前記対象非造形領域とに対して異なる色を施し、
   前記サポートスライス画像作成部は、前記サポート造形領域と前記サポート非造形領域とに対して異なる色を施し、
   前記合成部は、前記全体造形領域と前記全体非造形領域とに対して異なる色を施す、請求項１に記載されたスライス画像作成装置。
3. 前記対象スライス画像作成部は、前記対象スライス画像にピクセル単位で色を施し、
   前記サポートスライス画像作成部は、前記サポートスライス画像にピクセル単位で色を施し、
   前記合成部は、前記全体スライス画像にピクセル単位で色を施す、請求項１または２に記載されたスライス画像作成装置。
4. 前記記憶部に記憶された前記対象造形物モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理部を備え、
   前記対象スライスモデル作成部は、前記前処理部によって前記平滑化処理が行われた前記対象造形物モデルから前記対象スライスモデルを複数作成する、請求項１から３までの何れか一つに記載されたスライス画像作成装置。
5. ３次元造形物を造形する３次元造形装置と、
   請求項１から４までの何れか一つに記載されたスライス画像作成装置と、
   を備えた、３次元造形システム。
6. 造形対象である対象造形物にサポートを追加および配置した全体造形物を造形する３次元造形装置において、前記全体造形物を造形するためのスライス画像である全体スライス画像を作成するスライス画像作成方法であって、
   前記対象造形物に対応した３次元モデルである対象造形物モデルを所定の間隔にスライスして、前記対象造形物のスライスモデルである対象スライスモデルを複数作成する対象スライスモデル作成工程と、
   前記サポートに対応した３次元モデルであるサポートモデルを前記所定の間隔にスライスして、前記サポートのスライスモデルであるサポートスライスモデルを複数作成するサポートスライスモデル作成工程と、
   前記対象スライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形する対象造形領域と造形しない対象非造形領域とに分割して、前記対象スライスモデルから画像である対象スライス画像を作成する対象スライス画像作成工程と、
   前記サポートスライスモデルの領域を前記３次元造形装置が造形するサポート造形領域と造形しないサポート非造形領域とに分割して、前記サポートスライスモデルから画像であるサポートスライス画像を作成するサポートスライス画像作成工程と、
   前記対象スライス画像と、前記対象スライス画像と同一層の前記サポートスライス画像と、を重ね合わせ、重ね合わせた領域のうち、前記対象造形領域、または、前記サポート造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形する全体造形領域とし、前記重ね合わせた領域のうち、前記対象非造形領域、かつ、前記サポート非造形領域を含む領域を前記３次元造形装置が造形しない全体非造形領域として、前記全体スライス画像を作成する合成工程と、
   を包含する、スライス画像作成方法。
7. 前記対象スライス画像作成工程では、前記対象造形領域と前記対象非造形領域とに対して異なる色を施し、
   前記サポートスライス画像作成工程では、前記サポート造形領域と前記サポート非造形領域とに対して異なる色を施し、
   前記合成工程では、前記全体造形領域と前記全体非造形領域とに対して異なる色を施す、請求項６に記載されたスライス画像作成方法。
8. 前記対象スライス画像作成工程では、前記対象スライス画像にピクセル単位で色を施し、
   前記サポートスライス画像作成工程では、前記サポートスライス画像にピクセル単位で色を施し、
   前記合成工程では、前記全体スライス画像にピクセル単位で色を施す、請求項６または７に記載されたスライス画像作成方法。
9. 前記対象造形物モデルに対して、前処理である平滑化処理を行う前処理工程を包含し、
   前記対象スライスモデル作成工程では、前記前処理工程で前記平滑化処理を行った前記対象造形物モデルから前記対象スライスモデルを複数作成する、請求項６から８までの何れか一つに記載されたスライス画像作成方法。

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