JP6597225B2 - 立体物造形装置、立体物造形方法、及び、立体物造形装置の制御プログラム - Google Patents
立体物造形装置、立体物造形方法、及び、立体物造形装置の制御プログラム Download PDFInfo
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尚、上記のような問題は、紫外線硬化型インクを使用する3Dプリンターに限らず、可視光照射により硬化する可視光線硬化型インクを使用する立体物造形装置、加熱により硬化する熱硬化型インクを使用する立体物造形装置、等、種々の技術についてもインクの色によって硬化速度が異なる場合は同様に存在する。
硬化する前記ドットによる立体物の造形を制御する造形制御部と、
を備える立体物造形装置であって、
前記複数種類の液体は、前記第一液体による第一ドットと、前記第二液体による第二ドットと、を接合するための第三液体を含み、
前記造形制御部は、
前記第一ドット、及び、前記第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物の造形を制御する、態様を有する。
前記第一液体による第一ドット、及び、前記第二液体による第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第一ドットと前記第二ドットとを接合するための第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物を造形する、態様を有する。
前記第一液体による第一ドット、及び、前記第二液体による第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第一ドットと前記第二ドットとを接合するための第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物の造形を制御する機能をコンピューターに実現させる、態様を有する。
まず、図1〜15を参照して本技術の概要を説明する。尚、図1〜15は模式的に示す図であり、各図は整合していないことがある。
図1〜4等に例示される立体物造形装置1は、第一の色(例えばC(シアン)とM(マゼンタ))の第一液体LQ1、及び、前記第一の色とは異なる第二の色(例えばY(イエロー)とK(ブラック))の第二液体LQ2を含む複数種類の液体LQであってドットDTが形成される複数種類の液体LQを吐出するヘッドユニット3と、硬化する前記ドットDTによる立体物Objの造形を制御する造形制御部U1と、を備える。図4等に例示するように、前記複数種類の液体LQは、前記第一液体LQ1による第一ドットDT1と、前記第二液体LQ2による第二ドットDT2と、を接合するための第三液体LQ3(例えばCL(クリア)インク)を含む。図2等に例示するように、前記造形制御部U1は、前記第一ドットDT1、及び、前記第二ドットDT2を少なくとも含む第一造形層LY1と、前記第三液体LQ3による硬化した第二造形層LY2であって前記第一造形層LY1に含まれる前記第一ドットDT1と前記第二ドットDT2とを少なくとも接合した第二造形層LY2と、を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層LY1、前記第二造形層LY2、前記第一造形層LY1、及び、前記第二造形層LY2を順に含むように立体物Objの造形を制御する。
本立体物造形装置1は、前記ヘッドユニット3からの液体LQによるドットDTを硬化させる硬化ユニット61をさらに備えてもよい。前記第一液体LQ1の前記硬化ユニット61による硬化速度と、前記第二液体LQ2の前記硬化ユニット61による硬化速度と、は、異なってもよい。第一液体LQ1と第二液体LQ2の硬化速度が異なると、第一液体LQ1のドットDTと第二液体LQ2のドットDTとの境界部B1の強度が低下し易い傾向にある。従って、本態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制する好適な技術を提供することができる。
ここで、硬化ユニットは、紫外線照射ユニット、可視光線照射ユニット、加熱ユニット、等を含む。
尚、第一液体の硬化速度と第二液体の硬化速度とが同じでも、第一液体の性質と第二液体の性質とが異なる等により、第一液体のドットと第二液体のドットとの境界部の強度が低下し易い傾向となることがある。このような場合にも、本技術を適用可能である。
前記第三液体LQ3は、前記第一液体LQ1、及び、前記第二液体LQ2よりも色材成分が少ない、あるいはまったく色材を含まない液体LQでもよい。この態様は、良好な色再現を維持しながら造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制可能な技術を提供することができる。前記第三液体LQ3は、無着色の液体(例えばCLインク)でもよい。
むろん、第三液体の色材成分が第一液体又は第二液体の色材成分以上あることも、本技術に含まれる。
図2等に例示するように、前記造形制御部U1は、前記第二造形層LY2で前記第一造形層LY1を覆うように立体物Objの造形を制御してもよい。すると、第一造形層LY1に含まれる第一ドットDT1と第二ドットDT2とが第三液体LQ3により接合される。従って、本態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を簡易な制御で抑制可能な技術を提供することができる。
また、図9,12等に例示するように、前記造形制御部U1は、前記第一造形層LY1のうち前記第一ドットDT1と前記第二ドットDT2とが隣接した部分において選択的に前記第二造形層LY2で覆うように立体物Objの造形を制御してもよい。すると、第一造形層LY1のうち第一ドットDT1と第二ドットDT2とが隣接していない部分を第二造形層LY2で覆う必要が無い。従って、本態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を効率よく抑制可能な技術を提供することができる。
図4等に例示するように、前記第三液体LQ3のドット(DT3)は、前記第一ドットDT1、及び、前記第二ドットDT2よりも小さくてもよい。この態様は、良好な色再現を維持しながら造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制可能な技術を提供することができる。尚、第三液体のドットのサイズが第一ドット又は第二ドットのサイズ以上であることも、本技術に含まれる。
図1に例示するように、前記造形制御部U1は、液体LQを吐出する前記ヘッドユニット3を造形中の立体物Objに対して走査方向D1へ相対移動させる駆動部U2を有してもよい。図4,5に例示するように、前記ヘッドユニット3は、前記第一液体LQ1を吐出する第一ノズルNZ1を有してもよい。また、前記ヘッドユニット3は、前記第二液体LQ2を吐出する第二ノズルNZ2を有してもよい。さらに、前記ヘッドユニット3は、前記第一ノズルNZ1、及び、前記第二ノズルNZ2よりも前記走査方向D1において遡る側D1uに配置されて前記第三液体LQ3を吐出する第三ノズルNZ3を有してもよい。本態様は、1回の走査において第一造形層LY1と第二造形層LY2の両方を形成することができるので、立体物を造形する処理を高速化させることができる。
むろん、第三ノズルが第一ノズル及び第二ノズルよりも走査方向において遡る側に無く、該遡る側とは反対側にある場合も、本技術に含まれる。
ここで、ヘッドユニットを立体物に対して走査方向へ移動させることには、立体物を移動させないでヘッドユニットを移動させること、ヘッドユニットを移動させないで立体物を移動させること、及び、ヘッドユニットと立体物の両方を移動させることが含まれる。
前記造形制御部U1は、前記走査方向D1の双方向の走査で立体物Objが造形されるように前記ヘッドユニット3から液体LQを吐出させてもよい。図5に例示するように、前記第三ノズルNZ3は、前記走査方向D1において、前記第一ノズルNZ1、及び、前記第二ノズルNZ2を挟む両側にそれぞれ配置されてもよい。本態様は、往方向の走査において第一造形層LY1と第二造形層LY2の両方を形成することができ、復方向の走査においても第一造形層LY1と第二造形層LY2の両方を形成することができる。従って、本態様は、立体物を造形する処理を高速化させることができる。
前記第一液体LQ1は、シアンインクとマゼンタインクの少なくとも一方を含んでもよい。前記第二液体LQ2は、イエローインクを含んでもよい。イエローインクは短波長側の光を比較的吸収し易いので、紫外線照射時の硬化速度が遅くなる傾向にある。一方、シアンインクとマゼンタインクは短波長側の光を比較的透過し易いので、紫外線照射時の硬化速度が速くなる傾向にある。そのため、第一造形層LY1に含まれるシアンインクのドットDTとマゼンタインクのドットDTとの境界部B1は、強度が比較的高くなる傾向にある。一方、第一造形層LY1に含まれるイエローインクのドットDTと、シアンインク又はマゼンタインクのドットDTと、の境界部B1は、強度が比較的弱くなる傾向にある。従って、本態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制する好適な例を提供することができる。
さらに、前記第二液体LQ2は、イエローインクに加えてブラックインク等を含んでもよい。
図1〜4等に例示される立体物造形方法は、前記第一造形層LY1と前記第二造形層LY2とを少なくとも含み、且つ、前記第一造形層LY1、前記第二造形層LY2、前記第一造形層LY1、及び、前記第二造形層LY2を順に含むように立体物Objを造形する。この態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制可能な立体物造形方法を提供することができる。
図1〜4等に例示される立体物造形装置1の制御プログラムPR0は、前記第一造形層LY1と前記第二造形層LY2とを少なくとも含み、且つ、前記第一造形層LY1、前記第二造形層LY2、前記第一造形層LY1、及び、前記第二造形層LY2を順に含むように立体物Objの造形を制御する機能をコンピューターに実現させる。この態様は、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制可能な制御プログラムを提供することができる。
図1は、立体物造形装置を含むシステムの構成例として、立体物造形装置1とホスト装置9を備える立体物造形システム100の構成を示している。図2は、立体物Objの造形例を模式的に示している。図3は、立体物造形装置1の例を模式的に示している。図2,3に示すYは、イエローの意味ではなく、Y方向を表す。尚、図2,3に示すX,Y,Z方向は、互いに直交するものとするが、互いに交差していれば直交しない場合も本技術に含まれる。図1に示す立体物造形装置1は、吐出した液体LQにより形成されるドットDTにより層状の第一造形層LY1と層状の第二造形層LY2の組合せを所定の厚さΔZで形成し、これら第一造形層LY1と第二造形層LY2の組合せを積層することで立体物Objを造形する。図1に示すホスト装置9は、立体物Objの各第一造形層LY1の形状及び色彩を定める造形層データFDを生成する。
モデルデータ生成部92は、例えば、CADアプリケーションで実現され、立体物造形システム100の利用者が表示操作部91を操作して入力した情報等に基づいて、立体物Objの形状及び色彩を指定するモデルデータDatを生成する。
図1に示す吐出部Dは、ノズルNZに加えて、印加される駆動信号VinによりノズルNZから液滴を吐出させる駆動素子を有している。駆動素子には、ノズルNZに連通する圧力室内の液体LQに圧力を加える圧電素子、熱により圧力室内に気泡を発生させてノズルNZから液滴を吐出させるサーマル素子、等を用いることができるが、本実施形態ではピエゾ素子を圧電素子として駆動素子を構成する。前記圧力室には、インクカートリッジ48から液体LQが供給される。圧力室内の液体LQは、駆動素子によってノズルNZから造形台45に向かって液滴として吐出され、造形層LYに液滴のドットDTが形成される。記録ヘッド30と造形台45とが相対移動することにより、造形層データFDに対応した造形層LYが形成される。
加えて、ノズルNZから液滴を吐出しない場合、駆動信号生成部31は、上記波形PL1,PL2,PL3のいずれも吐出部Dに供給しない、これにより、ノズルNZから液滴が吐出されずドットが形成されない。
図7は、図1に示す立体物造形装置1で行われる造形処理の例を示している。この処理は、制御部6が中心となって行う。制御部6は、ホスト装置9から造形層データFDを取得すると、ステップS102〜S108の造形処理において硬化するドットDTによる立体物Objの造形を制御する。以下、「ステップ」の記載を省略する。尚、立体物造形装置1は、マルチタスクにより複数の処理を並列して実行している。
また、第二造形層LY2を形成するCLインクがCMYKのインクよりも色材成分が少ないあるいは全く含まない液体であるので、立体物Objの良好な色再現が維持される。第二造形層LY2におけるCLインクの第三ドットDT3が第一造形層LY1におけるCMYKのインクのドットDT1,DT2よりも小さいことによっても、立体物Objの良好な色再現が維持される。
さらに、図4,5に示すヘッドユニット3はCMYKのノズルNZ1,NZ2よりも走査方向D1において遡る側D1uにCLインクを吐出する第三ノズルNZ3が配置されているので、1回の走査において第一造形層LY1と第二造形層LY2の両方を形成することができる。従って、本具体例は、立体物を造形する処理を高速化させることができる。
図9に示すように、第一造形層LY1のうち第一ドットDT1と第二ドットDT2とが隣接した部分のみ第二造形層LY2で覆ってもよい。図9の上側には、立体物Objの断面SECにおいて四角で囲った破線部分BL1を模式的に示している。図9の下側には、造形層LY1,LY2の太線部分を模式的に示している。尚、本具体例において、ドットDT1,DT2が隣接する方向は、X方向とY方向であり、X方向及びY方向からずれて点接触する方向を含まない。
以上の処理により、図9の下段に示すように、第一造形層LY1のうちドットDT1,DT2の隣接部分のみ第二造形層LY2で覆われる。尚、CLの第三ドットDT3が小ドットである一方、CMYKのドットDT1,DT2が大ドットである。従って、CLの第三ドットDT3が部分的に追加されても、造形層LY1[q],LY2[q]を合わせた厚さへの影響は少ない。むろん、造形層LY1[q],LY2[q]を形成するインク滴(液体LQ1〜LQ3)が着弾した直後に造形層LY1[q],LY2[q]を物理的に均して厚さを均一化する処理を行うユニットを立体物造形装置1に追加してもよいし、CLの第三ドットDT3と重なる位置にあるドットDT1,DT2については吐出量を低減させるなどして厚みが均一になるようにしてもよい。
例えば、ドット位置(x,y)=(2,2)のCインクのドット(DT1)は、(X方向及びY方向において)隣接することになるドットがCインクおよびMインクのドット(DT1)である。従って、ドット位置(2,2)にCLドット(DT3)は重ねられない。ドット位置(4,7)のCインクのドット(DT1)に隣接することになるドットはYインクおよびKインクのドット(DT2)であるので、ドット位置(4,7)にCLドット(DT3)が重ねられる。ドット位置(5,2)のKインクのドット(DT2)に隣接することになるドットはCインクおよびMインクのドット(DT1)であるので、ドット位置(5,2)にCLドット(DT3)が重ねられる。ドット位置(6,7)のKインクのドット(DT2)に隣接することになるドットはYインクおよびKインクのドット(DT2)であるので、ドット位置(6,7)にCLドット(DT3)は重ねられない。
図12に例示するように、立体物Objの内部に所定の液体(例えばCLインク)を用いる場合にも、本技術を適用可能である。図12の上側には、左半分にCとMとKの領域を有し、右半分にCとYの領域を有する立体物Objを模式的に示している。図12の下側には、立体物Objの断面SECにおいて四角で囲った破線部分BL1を模式的に示している。
図12に示す立体物Objにおいて、一番下の造形層LY1[1],LY2[1]と一番上の造形層LY1[Q],LY2[Q]とは、第二処理例と同様、第一造形層LY1のうちドットDT1,DT2の隣接部分のみ第二造形層LY2で覆われている。この場合も、立体物Objは、第一造形層LY1[1]、第二造形層LY2[1]、第一造形層LY1[Q]、及び、第二造形層LY2[Q]を順に含んでいる。従って、本具体例も、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を効率よく抑制可能な技術を提供することができる。
立体物造形装置1は、層状に敷き詰められた粉体を硬化性の液体LQにより固めることで造形層LYを形成し、形成された造形層LYを積層することで立体物Objを造形してもよい。この場合、立体物造形装置1は、造形台45上に粉体を所定の厚さΔZで敷き詰めて粉体層Pwを形成するための粉体層形成部(図示省略)、及び、立体物Objの形成後に立体物Objを構成しない粉体(液体LQにより固められた粉体以外の粉体)を廃棄するための粉体廃棄部(図示省略)を有するとよい。尚、造形層LY1[q],LY2[q]を形成するための粉体層Pwを粉体層Pw[q]と称する。
造形層データFDを取得した制御部6は、ドットDTを形成する造形層LY1[q],LY2[q]を設定し(S102)、造形層LY1[q],LY2[q]を形成するためのZ方向における位置に造形台45を移動させる(S104)。次に、制御部6は、粉体層形成部に粉体層Pw[q]形成させる(S302)。図14の最上段には、まず、造形台45上に粉体層Pw[1]が形成された様子が示されている。q≧2の粉体層Pw[q]は、第二造形層LY2[q-1]上に形成される。
本具体例も、造形層内において色が変わる境界部の亀裂、剥離、等の強度低下を抑制可能な技術を提供することができる。
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、Kの液体を使用しない立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。この場合、Yのみが第二の色の例となる。むろん、Cの液体を使用しない立体物造形装置、Mの液体を使用しない立体物造形装置、等も、本技術を適用可能である。
CMYK以外の液体を使用する立体物造形装置にも、本技術を適用可能である。例えば、V(バイオレット)の液体は、CとMの液体とともに第一液体の例として本技術を適用してもよい。濃いW(ホワイト)の液体は、YとKの液体とともに第二液体の例として本技術を適用してもよい。紫外線を比較的通し易い薄いW(ホワイト)の液体は、CとMの液体とともに第一液体の例として本技術を適用してもよい。また、第一造形層に第一液体のドット及び第二液体のドット以外の液体のドットが含まれてもよい。
第三液体は、CLの液体以外にも、薄いWの液体等でもよい。また、複数種類の第三液体を組み合わせて立体物Objを形成してもよい。
ヘッドユニットから吐出される液体は、熱可塑性樹脂等といった熱可塑性の液体でもよい。この場合、ヘッドユニットは、液体を加熱して溶融状態で吐出してもよい。また、硬化ユニットは、立体物造形装置においてヘッドユニットからの液体によるドットが冷却されて固化する部位でもよい。本技術において、「硬化」は「固化」を含む。また、第一の液体、第二の液体、第三の液体でそれぞれ(あるいは一部)で異なった種類の硬化・固化プロセスを有する液体を用いても良い(例えば、第一の液体と第二の液体は紫外線硬化型樹脂であって、第三の液体は熱可塑性樹脂を用いるなど。)。
第一造形層の厚さは、均一でなくてもよい。第二造形層の厚さも、均一でなくてもよい。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、造形層内において色が変わる境界部の強度低下を抑制可能な技術等を提供することができる。むろん、従属請求項に係る構成要件を有しておらず独立請求項に係る構成要件のみからなる技術等でも、上述した基本的な作用、効果が得られる。
また、上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術及び上述した例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
Claims (11)
- 第一の色の第一液体、及び、前記第一の色とは異なる第二の色の第二液体を含む複数種類の液体であってドットが形成される複数種類の液体を吐出するヘッドユニットと、
硬化する前記ドットによる立体物の造形を制御する造形制御部と、
を備える立体物造形装置であって、
前記複数種類の液体は、前記第一液体による第一ドットと、前記第二液体による第二ドットと、を接合するための第三液体を含み、
前記造形制御部は、
前記第一ドット、及び、前記第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物の造形を制御する、立体物造形装置。 - 前記ヘッドユニットからの液体によるドットを硬化させる硬化ユニットを備え、
前記第一液体の前記硬化ユニットによる硬化速度と、前記第二液体の前記硬化ユニットによる硬化速度と、が異なる、請求項1に記載の立体物造形装置。 - 前記第三液体は、前記第一液体、及び、前記第二液体よりも色材成分が少ない液体である、請求項1又は請求項2に記載の立体物造形装置。
- 前記造形制御部は、前記第二造形層で前記第一造形層を覆うように立体物の造形を制御する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の立体物造形装置。
- 前記造形制御部は、前記第一造形層のうち前記第一ドットと前記第二ドットとが隣接した部分において前記第二造形層で覆うように立体物の造形を制御する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の立体物造形装置。
- 前記第三液体のドットは、前記第一ドット、及び、前記第二ドットよりも小さい、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の立体物造形装置。
- 前記造形制御部は、液体を吐出する前記ヘッドユニットを造形中の立体物に対して走査方向へ相対移動させる駆動部を有し、
前記ヘッドユニットは、
前記第一液体を吐出する第一ノズルと、
前記第二液体を吐出する第二ノズルと、
前記第一ノズル、及び、前記第二ノズルよりも前記走査方向において遡る側に配置されて前記第三液体を吐出する第三ノズルと、
を有する、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の立体物造形装置。 - 前記造形制御部は、前記走査方向の双方向の走査で立体物が造形されるように前記ヘッドユニットから液体を吐出させ、
前記第三ノズルは、前記走査方向において、前記第一ノズル、及び、前記第二ノズルを挟む両側にそれぞれ配置されている、請求項7に記載の立体物造形装置。 - 前記第一液体は、シアンインクとマゼンタインクの少なくとも一方を含み、
前記第二液体は、イエローインクを含む、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の立体物造形装置。 - 第一の色の第一液体、及び、前記第一の色とは異なる第二の色の第二液体を含む複数種類の液体であってドットが形成される複数種類の液体を吐出するヘッドユニットを用い、硬化する前記ドットによる立体物を造形する立体物造形方法であって、
前記第一液体による第一ドット、及び、前記第二液体による第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第一ドットと前記第二ドットとを接合するための第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物を造形する、立体物造形方法。 - 第一の色の第一液体、及び、前記第一の色とは異なる第二の色の第二液体を含む複数種類の液体であってドットが形成される複数種類の液体を吐出するヘッドユニットを備え、硬化する前記ドットによる立体物の造形を制御する立体物造形装置の制御プログラムであって、
前記第一液体による第一ドット、及び、前記第二液体による第二ドットを少なくとも含む第一造形層と、
前記第一ドットと前記第二ドットとを接合するための第三液体による硬化した第二造形層であって前記第一造形層に含まれる前記第一ドットと前記第二ドットとを少なくとも接合した第二造形層と、
を少なくとも含み、且つ、前記第一造形層、前記第二造形層、前記第一造形層、及び、前記第二造形層を順に含むように立体物の造形を制御する機能をコンピューターに実現させる、立体物造形装置の制御プログラム。
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