JP6621873B2 - 光造形方式のカラー３ｄ印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄ印刷方法に関し、特に、光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法に関する。

熱可塑性材料（例えば、ＰＬＡ（ポリ乳酸）材料）を用いるＦＤＭ（熱溶解積層法）方式の３Ｄプリンタと比べて、光硬化性材料（例えば、感光性樹脂）を用いる光造形方式の３Ｄプリンタ、例えば、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）の３Ｄプリンタまたはステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）の３Ｄプリンタは、印刷効率や印刷解像度が高いなどの利点を有する。

従来の光造形方式の３Ｄプリンタは上記利点を有するが、単色の３Ｄソリッドモデルしか生成できず、利用者によるカラー３Ｄソリッドモデルへの要求を満たすことができない。そのため、より有効な手段が求められている。

従って、本発明は、光造形技術及び自動着色技術によりカラー３Ｄソリッドモデルを生成する光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法は、光造形方式のカラー３Ｄプリンタに適する。光造形方式のカラー３Ｄプリンタは、光源モジュールと、着色モジュールと、造形ステージとを含む。光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法は、多層スライス物体の外形をそれぞれ表すための多層物体印刷データと、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された前記多層スライス物体の色分布をそれぞれ表すための多層色彩印刷データと、を取得するステップａ）と、前記造形ステージを所定の層の高さ降下させるステップｂ）と、前記多層物体印刷データのうちの１層の物体印刷データに基づいて、前記造形ステージに照射して前記造形ステージの光硬化性材料を外形が同一層のスライス物体に対応する１層のスライスソリッドモデルとして硬化させるように前記光源モジュールを制御するステップｃ）と、前記多層色彩印刷データのうちの前記１層の物体印刷データと同一層の色彩印刷データに基づいて、前記スライスソリッドモデルを着色し、着色後の前記スライスソリッドモデルの色分布を同一層の前記スライス物体の色分布に対応させるために、前記着色モジュールを制御するステップｄ）と、前記ステップｂ）〜前記ステップｄ）を繰り返し実行することで、すべての前記スライスソリッドモデルを外形と色彩が前記カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄソリッドモデルとして積層するステップｅ）と、を含む。

上記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態に係る光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法は、光造形方式のカラー３Ｄプリンタに適する。光造形方式のカラー３Ｄプリンタは、光源モジュールと、着色モジュールと、造形ステージとを含む。光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法は、多層スライス物体の外形をそれぞれ表すための多層物体印刷データと、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された前記多層スライス物体の色分布をそれぞれ表すための多層色彩印刷データと、を取得するステップａ）と、前記造形ステージを所定の層の高さ降下させるステップｂ）と、前記多層色彩印刷データのうちの１層の色彩印刷データに基づいて、前記造形ステージの光硬化性材料を着色し、着色後の前記光硬化性材料の色分布を同一層のスライス物体の色分布に対応させるために、前記着色モジュールを制御するステップｃ）と、前記多層物体印刷データのうちの、前記１層の色彩印刷データと同一層の物体印刷データに基づいて、前記造形ステージに照射して着色済みの前記光硬化性材料を外形が同一層の前記スライス物体に対応する１層のスライスソリッドモデルとして硬化させるように前記光源モジュールを制御するステップｄ）と、前記ステップｂ）〜前記ステップｄ）を繰り返し実行することで、すべての前記スライスソリッドモデルを外形と色彩が前記カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄソリッドモデルとして積層するステップｅ）と、を含む。

本発明では、光造形技術を自動着色技術と組み合わせることで、より良好な印刷効率を取得するほか、高精細度を有するカラー３Ｄソリッドモデルを生成することができる。

本発明の一実施形態の３Ｄ印刷システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態の３Ｄプリンタを示す図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態のスライス処理を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態の色彩スライス処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１断面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２断面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３断面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４断面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１平面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２平面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３平面図である。 本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４平面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１断面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２断面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３断面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４断面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１平面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２平面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３平面図である。 本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４平面図である。

以下、本発明の目的、技術案及び効果をより明確にするために、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳しく説明するが、これは本発明を限定するものではないことを理解されたい。

図１は、本発明の一実施形態の３Ｄ印刷システムの構成を示す図である。図２は、本発明の一実施形態の３Ｄプリンタを示す図である。図１及び図２に示すように、本発明の３Ｄ印刷システムでは、光造形技術及び自動着色技術を合わせてカラー３Ｄソリッドモデルを印刷する。３Ｄ印刷システムは、主に、電子装置２（例えば、デスクトップパソコン、ノートパソコン、クラウドサーバーまたはスマートフォン）にインストールされたスライスソフトウェア２０及び光造形方式のカラー３Ｄプリンタ１（以下、３Ｄプリンタ１と称する）を含む。

一実施形態では、スライスソフトウェア２０は、電子装置２のメモリ（不図示）に記憶されている。当該メモリは、非一時的なコンピュータ可読媒体である。スライスソフトウェア２０には、コンピュータ実行可能コードが記録されている。電子装置２のプロセッサ（不図示）はスライスソフトウェア２０を実行すると、カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄ物体データをロードし、カラー３Ｄ物体データに対して後述するスライス処理の各ステップを実行することになる。

３Ｄプリンタ１（例えば、上面照射の光造形方式のプリンタ）は、光源モジュール１１、着色モジュール１２、接続モジュール１３、ヒューマンマシンインタフェース１４、記憶モジュール１５、駆動モジュール１６、及び上記モジュールに電気的に接続される制御モジュール１０を含んでもよい。また、３Ｄプリンタ１は、造形ステージ１７及び造形タンク１８をさらに含む。

光源モジュール１１は、造形ステージ１７の指定位置に向かって光束を発する。一実施形態では、光源モジュール１１は、線光源及び面光源であり、複数の光点が設置される。制御モジュール１０は、光源モジュール１１の複数の光点を同時に点灯、消灯させたり部分的に明るくしたりすることで、複数の印刷位置に同時に照射可能である。

一実施形態では、光源モジュール１１は、点光源（例えば、シングルポイントレーザー光発生装置）である。制御モジュール１０は、複数のプリズムの角度を速やかに変更するようにガルバノミラーモジュール（不図示）を制御可能である。こうすることで、極めて短い時間（例えば、０．０１秒）内に光束の照射する印刷位置を変更し、その結果、光源モジュール１１が線光源または面光源に類似する照射効果をシミュレーションすることができる。

一実施形態では、光源モジュール１１及び着色モジュール１２は駆動モジュール１６に接続される。駆動モジュール１６の駆動により、光源モジュール１１及び着色モジュール１２は、制御モジュール１０の制御によって造形ステージ１７の指定位置に光を照射するかまたは着色することができる。

着色モジュール１２は、造形ステージ１７の指定位置の光硬化性材料１８０を着色して着色済みの光硬化性材料１８１を生成したり、印刷されたスライスソリッドモデル１８２を着色して色付きのスライスソリッドモデルを生成したりする。

一実施形態では、着色モジュール１２は、複数のインクジェットヘッドと、複数のインクジェットヘッドにそれぞれ接続される複数の色（例えば、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）及びブラック（Ｂｌａｃｋ））のインクカートリッジとを含み、色調整によってフルカラーのインクジェット印刷を実現する。

一実施形態では、着色モジュール１２は、光が透過可能な光硬化性材料または有色（例えば、白色または淡色）の光硬化性材料を収容するための消耗品供給装置に接続される。着色モジュール１２は、インクジェット技術により収容する光硬化性材料を色調整して任意色の光硬化性材料を生成し、色調整後の光硬化性材料を造形ステージ１７に噴射し、噴射された光硬化性材料に光照射した後に硬化させると任意色のスライスソリッドモデルを形成する。

一実施形態では、着色モジュール１２は、複数の消耗品供給装置を含む。各消耗品供給装置には、色の異なる光硬化性材料が収容される。着色モジュール１２は、色の異なる光硬化性材料を造形ステージ１７に噴射印刷し、噴射印刷された光硬化性材料に光照射した後に硬化させると色の異なるスライスソリッドモデルを形成する。

接続モジュール１３（例えば、ＵＳＢモジュール、Ｗｉ−Ｆｉモジュールまたは他の有線／無線接続モジュール）は、外部装置（例えば、電子装置２）に接続されてデータ（例えば、後述する印刷データ）を受信する。

ヒューマンマシンインタフェース１４（例えば、押しキー、ディスプレイ、インジケータ、アラームまたは上記装置の組合せ）は、利用者の操作を受け付けして印刷関連情報を出力する。

記憶モジュール１５はデータ、例えば、印刷ソフトウェア１５０（印刷ソフトウェア１５０が３Ｄプリンタ１のファームウェアまたは作業系であってもよいが、これらに限定されない）の記憶に用いられる。制御モジュール１０は、３Ｄプリンタ１を制御する。

一実施形態では、記憶モジュール１５は、非一時的なコンピュータ可読媒体である。印刷ソフトウェア１５０には、コンピュータ実行可能コードが記録されている。制御モジュール１０は印刷ソフトウェア１５０を実行すると、後述する印刷処理の各ステップを実行するように光源モジュール１１及び着色モジュール１２を制御することになる。

一実施形態では、スライスソフトウェア２０は、３Ｄプリンタ１の記憶モジュール１５に記憶されてもよい。詳細には、制御モジュール１０は、スライスソフトウェア２０及び印刷ソフトウェア１５０を実行すると、後述するスライス処理及び印刷処理の各ステップを実行することになる。

駆動モジュール１６は、光源モジュール１１、着色モジュール１２、造形ステージ１７及び／又は造形タンク１８を１つ以上の軸方向（例えば、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸）に移動させて印刷を行う。

造形タンク１８は、光硬化性材料、例えば、感光性樹脂（ＵＶ ｃｕｒａｂｌｅ ｒｅｓｉｎ）を収容する。上記光硬化性材料は、液体材料であり、光照射によって硬化可能である。また、上記光硬化性材料は、光が透過可能な光硬化性材料または有色の光硬化性材料（例えば、白色または灰色の光硬化性材料）であってもよい。

なお、ディスプレイ（光線を発する特徴を有する）が３原色空間を用いるのと異なり、インクが光線を吸収する特徴を有するため、２Ｄ印刷技術では、４原色（すなわち、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）を印刷するための色空間を用いる必要があるほか、インクのキャリア（例えば、印刷用紙）が白色、または大部分の色光を反射可能な淡色である必要がある。

色収差を低減させて最適な着色品質を得るために、一実施形態では、白色または淡色の光硬化性材料（例えば、造形タンク１８で収容される光硬化性材料、または消耗品供給装置によって供給される光硬化性材料）を用いるようになる。また、着色モジュール１２の複数のジェットヘッドは、３原色（すなわち、シアン、マゼンタ及びイエロー）または４原色（すなわち、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）を印刷するための複数のインクカートリッジに接続される。

造形ステージ１７は、駆動モジュール１６に接続されて造形タンク１８内に設置され、印刷されるカラー３Ｄソリッドモデルを載置し、制御モジュール１０の制御によって造形タンク１８内において昇降して造形ステージ１７における光硬化性材料の液面の垂直位置を変更するが、これに限定されない。

一実施形態では、造形ステージ１７は固定的に設置され、造形タンク１８は駆動モジュールに接続され、駆動モジュール１６の駆動によって昇降して造形ステージ１７における光硬化性材料の液面の垂直位置を変更する。

図３は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。図７(ａ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１断面図である。図７(ｂ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２断面図である。図７(ｃ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３断面図である。図７(ｄ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４断面図である。図８(ａ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１平面図である。図８(ｂ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２平面図である。図８(ｃ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３平面図である。図８(ｄ)は、本発明の第１実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４平面図である。本発明の各実施形態に係る光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法（以下、３Ｄ印刷方法と称する）は、図１及び図２で示される３Ｄ印刷システムによって実現される。３Ｄプリンタ１は、印刷ソフトウェア１５０を実行すると、本発明の各実施形態の印刷処理の各ステップを実行することになる。

本実施形態に係る３Ｄ印刷方法では、１層のスライスソリッドモデルを印刷した後、印刷されたスライスソリッドモデルを着色する。液体の光硬化性材料をそのまま着色するのに比べて、本実施形態では、硬化されたスライスソリッドモデルを着色することで、インクの噴射印刷による着色の不均一を効果的に回避することができ、着色の精細度を効果的に向上させる。本実施形態に係る３Ｄ印刷方法は以下のステップを含む。

ステップＳ１０では、３Ｄプリンタ１の制御モジュール１０は、記憶モジュール１５から多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを読み取る。

詳細には、上記各層の物体印刷データは、１層のスライス物体の外形を表すためのものである。光源モジュール１１は、各層の物体印刷データに基づいて、造形ステージ１７の光硬化性材料１８０に光を照射した後、外形がこのスライス物体に対応する１層のスライスソリッドモデルを製造することができる。また、上記各色彩印刷データは、各層のスライス物体の色彩分布を表すためのものである。着色モジュール１２は、各層の色彩印刷データに基づいて、オブジェクト（例えば、スライスソリッドモデルまたは光硬化性材料）を着色した後、オブジェクトの色彩をスライス物体の色彩に対応させることができる。

一実施形態では、各層の物体印刷データ及び各層の色彩印刷データは、いずれも層数を含む。制御モジュール１０は、上記層数に応じて、各層の物体印刷データ及び各層の色彩印刷データの印刷順序（例えば、最下の層数から印刷を開始するか、または最上の層数から印刷を開始する）を決定する。

一実施形態では、３Ｄプリンタ１は、接続モジュール１３を介して電子装置２から多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを受信して記憶モジュール１５に記憶する。

一実施形態では、電子装置２は、カラー３Ｄ物体５に対応するカラー３Ｄ物体データをロードし、ロードされたカラー３Ｄ物体データに対してスライス処理を行って上記多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを生成する（後述する）。

ステップＳ１１では、制御モジュール１０は、多層の物体印刷データから１つを順次に選択するとともに、同一層の色彩印刷データ（例えば、第１層の物体印刷データ及び色彩印刷データ）を選択する。次に、図７(ａ)に示すように、制御モジュール１０は、造形ステージ１７を降下させて造形ステージ１７の平面（印刷されたスライスソリッドモデルが造形ステージ１７にある場合に印刷されたステイスソリッドモデルの端部）と光硬化性材料の液面との距離を所定の層の高さ（例えば、図７(ａ)で示される所定の層の高さｈが０．１ｍｍであってもよい）にするように駆動モジュール１６を制御する。

なお、上記所定の層の高さｈは、予め設定された固定値（すなわち、利用者または制御モジュール１０によって任意に変更不可能な所定の層の高さｈ）、利用者の入力によって設定されたもの、または制御モジュール１０によって算出されたものであってもよいが、これらに限定されない。

例えば、制御モジュール１０は、物体印刷データの層数及び３Ｄプリンタ１の印刷可能な最大モデルの高さによって所定の層の高さｈを調整する。２００層の物体印刷データ及び最大モデルの高さ４０ｃｍを例にする場合、制御モジュール１０は、所定の層の高さｈを０．２ｍｍに設定してもよい。

他の実施形態では、制御モジュール１０は、利用者によって入力された層の高さを補正してもよい。２００層の物体印刷データ及び最大モデルの高さ４０ｃｍを例にする場合、制御モジュール１０は、層の高さが０．２ｍｍ以下であることが必要であると判断する。利用者から入力された層の高さ（例えば、０．４ｍｍ）が上記制限を満たさない場合、制御モジュール１０は、ヒューマンマシンインタフェース１４により警報を発したり、利用者から入力された層の高さを所定の層の高さｈとして０．２ｍｍに修正したりしてもよい。

ステップＳ１２では、制御モジュール１０は、選択された層の物体印刷データに基づいて、造形ステージ１７に照射して造形ステージの光硬化性材料を１層のスライスソリッドモデル（例えば、図７(ａ)及び図８(ａ)で示されるスライスソリッドモデル３０）として硬化させる。

一実施形態では、各物体印刷データは２Ｄ画像である。制御モジュール１０は、選択された２Ｄ画像の各画素の画素値に応じて、対応する光点の輝度を調整するとともに、各画素の造形ステージ１７に対応する位置に応じて、各光点による照射を制御して１層のスライスソリッドモデル３０を印刷する。

一実施形態では、各物体印刷データの画素値範囲は、光源モジュール１１の各光点に対応する変化量である。制御モジュール１０は、各物体印刷データの各画素の位置に応じて対応する光点を選択するとともに、各物体印刷データの各画素の画素値に応じて選択された光点の輝度を調整する。

例えば、光源モジュール１１がバイナリ光源モジュール（すなわち、各光点が点灯、消灯の２種類の変化のみを有する）である場合、物体印刷データの画素値範囲は０〜１（すなわち、物体印刷データが白黒画像である）である。他の実施形態では、光源モジュール１１がデジタル光源モジュール（例えば、各光点が２５６種類の輝度変化を有してもよい）である場合、物体印刷データの画像値範囲は０〜２５５（すなわち、物体印刷データが８ビットグレースケール画像である）である。

ステップＳ１３では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データに基づいて、印刷されたスライスソリッドモデル３０に着色が必要か否かを判断する。

一実施形態では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データがない場合、印刷されたスライスソリッドモデル３０に着色が不要であると判断する。

一実施形態では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データに色がない場合（例えば、色彩印刷データが透明な２Ｄ画像の場合）、または同一層の色彩印刷データが特定の色のみを含む場合（例えば、色彩印刷データが白色の２Ｄ画像の場合）、印刷されたスライスソリッドモデル３０に着色が不要であると判断する。

制御モジュール１０は、印刷されたスライスソリッドモデル３０に着色が必要であると判断した場合、ステップＳ１４に移行し、一方、印刷されたスライスソリッドモデル３０に着色が不要であると判断した場合、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１４では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データに基づき、印刷されたスライスソリッドモデル３０を着色して着色済みのスライスソリッドモデル（例えば、図７Ｂ及び図８Ｂで示される着色済みのスライスソリッドモデル３０’）を生成するように着色モジュール１２を制御する。

一実施形態では、着色モジュール１２は、複数のインクジェットヘッド及び複数色のインクカートリッジを含み、インクジェット技術を用いて印刷されたスライスソリッドモデル３０の各位置にインクを噴射してもよい。

一実施形態では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データ（例えば、カラー２Ｄ画像）の色分布（例えば、各画素の画素値）に応じて、色調整を行うとともにスライスソリッドモデル３０の対応する位置に噴射形成を行って着色するように着色モジュール１２を制御する。

一実施形態では、制御モジュール１０は、色彩印刷データに対応するスライスソリッドモデル３０によって、カラー３Ｄソリッドモデル全体の中の位置において着色領域の範囲を調整可能である。

例えば、制御モジュール１０は、色彩印刷データに基づいて印刷されたスライスソリッドモデルが最上層（すなわち、最後の１層）または最下層（すなわち、第１層）であると判断した場合、印刷されたスライスソリッドモデルの全面を着色するように着色モジュール１２を制御し、一方、印刷されたスライスソリッドモデルが中間層であると判断した場合、印刷されたスライスソリッドモデルの表面の一部（例えば、外側表面の一部）を着色するように着色モジュール１２を制御する。

図７(ａ)、図７(ｂ)、図８(ａ)及び図８(ｂ)で示される実施形態では、スライスソリッドモデル３０は最下層であり、着色モジュール１２は、スライスソリッドモデル３０の全面を着色して着色済みのスライスソリッドモデル３０’を生成する。

図７(ｃ)、図７(ｄ)、図８(ｃ)及び図８(ｄ)で示される実施形態では、スライスソリッドモデル３１は中間層であり、着色モジュール１２は、スライスソリッドモデル３１の外側表面のみを着色して着色済みのスライスソリッドモデル３１’を生成する。すなわち、着色済みのスライスソリッドモデル３１’は、着色領域３１０及び余白領域３１１を含むようになる。こうすることで、本実施形態では、着色領域を縮小することで、着色時間を短縮してインク量を減らすことができる。

ステップＳ１５では、制御モジュール１０は、印刷を完了したか否かを判断する。詳細には、制御モジュール１０は、現在選択された印刷データ（すなわち、物体印刷データまたは色彩印刷データ）の層数に応じて、印刷を完了したか否かを判断し、すなわち、現在選択された印刷データが最後の１層の印刷データであるか否かを判断する。

現在選択された印刷データが最後の１層の印刷データである場合は、すべてのスライスソリッドモデルの印刷及び着色を完了し、カラー３Ｄソリッドモデルに積層したのを表す。

制御モジュール１０は印刷を完了したと判断した場合、３Ｄ印刷方法を終了する。一方、制御モジュール１０は印刷を完了していないと判断した場合、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を再実行して他の印刷データを選択する。例えば、制御モジュール１０は、第２層の印刷データを選択して造形ステージ１７を所定の層の高さ再降下させるように駆動モジュール１６を制御する。こうすることで、第１層の着色済みのスライスソリッドモデル３０’と液面との距離を所定の層の高さｈにする。また、制御モジュール１０は、第２層の物体印刷データに基づいて、造形ステージ１７に照射して第１層のスライスソリッドモデル３０の光硬化性材料を第２層のスライスソリッドモデル３１（図７Ｃ及び図８Ｃに示す）として硬化させるように光源モジュール１１を制御し、第２層の色彩印刷データに基づいて、第２層のスライスソリッドモデル３１を着色して第２層の着色済みのスライスソリッドモデル３１’（図７Ｄ及び図８Ｄに示す）を生成するように着色モジュール１２を制御する。

本発明では、光造形技術を自動着色技術と組み合わせることで、より良好な印刷効率を取得するほか、高精細度を有するカラー３Ｄソリッドモデルを生成することができる。

図４は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷方法を示すフローチャートである。図９(ａ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１断面図である。図９(ｂ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２断面図である。図９(ｃ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３断面図である。図９(ｄ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４断面図である。図１０(ａ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第１平面図である。図１０(ｂ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第２平面図である。図１０(ｃ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第３平面図である。図１０(ｄ)は、本発明の第２実施形態の３Ｄ印刷を説明するための第４平面図である。

本実施形態に係る３Ｄ印刷方法では、光硬化性材料を着色した後、着色された光硬化性材料に光照射して１層の着色済みのスライスソリッドモデルを形成する。本実施形態に係る３Ｄ印刷方法では、硬化されたスライスソリッドモデルを着色するのと比べて、各層のスライスソリッドモデルの間の粘着力がインク塗布層によって低下する可能性がある。本実施形態では、液体の光硬化性材料を染色してから硬化させることで、各層のスライスソリッドモデルの間にインク塗布層がないため、各層のスライスソリッドモデルの間の粘着力を効果的に向上させることができるほか、カラー３Ｄソリッドモデルの強度を効果的に高めることができる。本実施形態に係る３Ｄ印刷方法は以下のステップを含む。

なお、本実施形態のステップＳ２０〜Ｓ２５は、それぞれ図３で示されるステップＳ１０〜Ｓ１５と同一または類似であるが、ステップの実行順で異なっている。

ステップＳ２０では、制御モジュール１０は、記憶モジュール１５から多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを読み取る。

ステップＳ２１では、制御モジュール１０は、多層の物体印刷データから１つを順次に選択するとともに、同一層の色彩印刷データ（例えば、第１層の物体印刷データ及び色彩印刷データ）を選択する。次に、制御モジュール１０は、造形ステージ１７を所定の層の高さ（例えば、図９Ａで示される造形ステージ１７が所定の層の高さｈ降下する）降下させるように駆動モジュール１６を制御する。

ステップＳ２２では、制御モジュール１０は、選択された層の色彩印刷データに基づいて、造形ステージ１７の光硬化性材料に着色が必要か否かを判断する。

制御モジュール１０は、造形ステージ１７の光硬化性材料に着色が必要であると判断した場合、ステップＳ２３に移行し、一方、造形ステージ１７の光硬化性材料に着色が不要であると判断した場合、ステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２３では、制御モジュール１０は、同一層の色彩印刷データに基づいて、造形ステージ１７の光硬化性材料を着色して着色済みの光硬化性材料（例えば、図９Ａ及び図１０Ａで示される着色済みの光硬化性材料４０）を生成するように着色モジュール１２を制御する。

ステップＳ２４では、制御モジュール１０は、同一層の物体印刷データに基づいて、造形ステージ１７に照射して造形ステージの着色済みの光硬化性材料４０を１層の着色済みのスライスソリッドモデル（例えば、図９Ｂ及び図１０Ｂで示される着色済みのスライスソリッドモデル４０’）として硬化させるように光源モジュール１１を制御する。

ステップＳ２５では、制御モジュール１０は、印刷を完了したか否かを判断する。詳細には、制御モジュール１０は、現在選択された印刷データが最後の１層の印刷データであるか否かを判断する。

制御モジュール１０は印刷を完了したと判断した場合、３Ｄ印刷方法を終了する。一方、制御モジュール１０は印刷を完了していないと判断した場合、ステップＳ２１〜ステップＳ２４を再実行して他の印刷データを選択する。例えば、制御モジュール１０は、第２層の印刷データを選択して造形ステージ１７を所定の層の高さ再降下させるように駆動モジュール１６を制御する。こうすることで、第１層の着色済みのスライスソリッドモデル４０’と液面との距離を所定の層の高さｈにする。また、制御モジュール１０は、第２層の色彩印刷データに基づいて、第２層の光硬化性材料を着色して第２層の着色済みの光硬化性材料４１（図９(ｃ)及び図１０(ｃ)に示す）を生成するように着色モジュール１２を制御するとともに、第２層の物体印刷データに基づいて、第２層の着色済みの光硬化性材料４１に照射して第２層の着色済みのスライスソリッドモデル４１’ （図９(ｄ)及び図１０(ｄ)に示す）を生成するように光源モジュール１１を制御する。

図５は、本発明の第３実施形態のスライス処理を示すフローチャートである。本実施形態では、電子装置２または３Ｄプリンタ１（以下、電子装置２でスライスソフトウェア２０を実行することを例にする）は、上記印刷処理（すなわち、ステップＳ１０〜Ｓ１５またはステップＳ２０〜Ｓ２５）を行う前に、スライスソフトウェア２０を実行してスライス処理を行い、カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄ物体データに基づいて上記多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを生成してもよい。本実施形態に係る３Ｄ印刷方法は、スライス処理を行うための下記ステップをさらに含む。

ステップＳ３０では、電子装置２は、予め記憶されている１セットのカラー３Ｄ物体データをメモリから読み取る。上記カラー３Ｄ物体データは、１セットのカラー３Ｄ物体を表すためのものであり、カラー３Ｄ物体の幾何情報（例えば、カラー３Ｄ物体の各頂点の座標値またはカラー３Ｄ物体の形状）及び色彩情報（例えば、カラー３Ｄ物体の各部位の色彩値）を記録している。また、電子装置２は、カラー３Ｄ物体データを読み取った後、対応するカラー３Ｄ物体を描画して電子装置２のディスプレイに表示する。

ステップＳ３１では、電子装置２は、ロードされたカラー３Ｄ物体データに物体スライス処理を行って多層の物体印刷データを生成する。詳細には、スライス処理では、電子装置２は、カラー３Ｄ物体データの幾何情報に基づいて多層の物体印刷データを生成する。各層の物体印刷データは、順番付けた１つの層数を有し、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された各層のスライス物体の輪郭を表す。

一実施形態では、各層の物体印刷データは、各層のスライス物体の輪郭を表すための１枚の２Ｄ画像である。光源モジュール１１は各２Ｄ画像の各画素の画素値に応じて造形ステージの光硬化性材料に照射した後、各層のスライス物体に対応する各層のスライスソリッドモデルを製造することができる。

一実施形態では、各層の物体印刷データ（例えば、１セクションのＧ−ｃｏｄｅ）は、各層のスライス物体の輪郭を表すための印刷経路の一部である。光源モジュール１１が各印刷経路に基づいて造形ステージの光硬化性材料に照射した後、各層のスライス物体に対応する各層のスライスソリッドモデルを製造することができる。

ステップＳ３２では、電子装置２は、ロードされたカラー３Ｄ物体データに色彩スライス処理を行って多層の色彩印刷データを生成する。詳細には、電子装置２は、カラー３Ｄ物体データの色彩情報に基づいて多層の色彩印刷データを生成する。各層の色彩印刷データは、順番付けた１つの層数を有し、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された各層のスライス物体の色彩を表す。

一実施形態では、各層の色彩印刷データは１枚のカラー２Ｄ画像である。着色モジュール１２は、各層の色彩印刷データに基づいて色調整及び噴射印刷を行うと、各層のスライスソリッドモデルの各位置を着色することができる。

一実施形態では、いずれか１層の物体印刷データに対応するスライスソリッドモデルに着色が不要の場合、電子装置２が色彩スライス処理においてこの層の色彩印刷データを生成しなくてもよい。

なお、多層の物体印刷データの最大層数は、多層の色彩印刷データの最大層数と同じである。例えば、カラー３Ｄ物体を１００層のスライス物体にスライスする場合、カラー３Ｄ物体データに対してスライス処理を行った後、１００層の物体印刷データ及び１００層の色彩印刷データを生成するようになる。１００層の物体印刷データは、１００層のスライス物体（層数が１〜１００である）の輪郭にそれぞれ対応する。１００層の色彩印刷データは、１００層のスライス物体（層数が１〜１００である）の色彩にそれぞれ対応する。

ステップＳ３３では、電子装置２は、スライス処理で生成された多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを出力し、例えば、多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データを３Ｄプリンタ１の接続モジュール１３に送信する。

これにより、本発明は、カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄ物体データを多層の物体印刷データ及び多層の色彩印刷データに効果的に変換してもよい。

図６は、本発明の第４実施形態の色彩スライス処理を示すフローチャートである。図５で示される実施形態に比べて、本実施形態のスライス処理のステップＳ３２は以下のステップを含む。

ステップＳ４０では、電子装置２は、ロードされたカラー３Ｄ物体データに色彩スライス処理を行って多層の色彩印刷データを生成する。

一実施形態では、電子装置２は、各物体印刷データに対応する各スライス物体の外部色彩を解析し、対応するカラー２Ｄ画像を生成する。

ステップＳ４１では、電子装置２は、各層の色彩印刷データを修正することで各層の色彩印刷データの着色領域を設定する。詳細には、電子装置２は、各層の色彩印刷データの、全ての層の色彩印刷データにある位置に応じて、各層の色彩印刷データの着色領域を設定する。

一実施形態では、電子装置２は、いずれか１層の色彩印刷データが最下層（すなわち、第１層）または最上層（すなわち、最後の１層）であると判断した場合、隣接する層（すなわち、第２層または最後から第２層）の物体印刷データに対応するスライス物体のサイズに応じて、選択された色彩印刷データの着色領域を設定する。また、設定された色彩印刷データの着色領域は、隣接する層のスライス物体とサイズが同じであってもよい。

一実施形態では、電子装置２は、いずれか１層の色彩印刷データが中間層であると判断した場合、中央からこの層の色彩印刷データの着色領域を縮小してもよい。

例えば、電子装置２は、色彩印刷データの着色領域を、対応するスライス物体の上面の外側に設定してもよい。

また、制御モジュール１０は、縮小された１層の色彩印刷データに基づいて着色（図９(ｃ)及び図１０(ｃ)で示される着色済みの光硬化性材料４１）を行う場合、着色面積（図１０(ｃ)で示される着色済みの光硬化性材料４１が着色領域４１０及び肉抜き領域４１１（すなわち、未着色領域）を含む）を縮小して色材の容量を減らすことができる。

当然ながら、本発明は他の実施形態を有してもよい。当業者であれば、本発明の精神及び技術内容の範囲を逸脱しない限り、少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

１ 光造形方式の３Ｄプリンタ
１０ 制御モジュール
１１ 光源モジュール
１２ 着色モジュール
１３ 接続モジュール
１４ ヒューマンマシンインタフェース
１５ 記憶モジュール
１６ 駆動モジュール
１７ 造形ステージ
１８ 造形タンク
１８０ 光硬化性材料
１８１ 着色済みの光硬化性材料
１８２ スライスソリッドモデル
２ 電子装置
２０ スライスソフトウェア
３０、３１ スライスソリッドモデル
３０’、３１’ 着色済みのスライスソリッドモデル
３１０ 着色領域
３１１ 余白領域
４０、４１ 着色済みの光硬化性材料
４０’、４１’ 着色済みのスライスソリッドモデル
４１０ 着色領域
４１１ 肉抜き領域
４１０’ 着色済みのスライスソリッドモデル
ｈ 所定の層の高さ

Claims (11)

1. 光造形方式のカラー３Ｄプリンタに適する光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法であって、
   前記光造形方式のカラー３Ｄプリンタは、光源モジュールと、着色モジュールと、造形ステージとを含み、
   多層スライス物体の外形をそれぞれ表すための多層物体印刷データと、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された前記多層スライス物体の色分布をそれぞれ表すための多層色彩印刷データと、を取得するステップａ）と、
   前記造形ステージを所定の層の高さ降下させるステップｂ）と、
   前記多層物体印刷データのうちの１層の物体印刷データに基づいて、前記造形ステージに照射して前記造形ステージの光硬化性材料を外形が同一層のスライス物体に対応する１層のスライスソリッドモデルとして硬化させるように前記光源モジュールを制御するステップｃ）と、
   前記多層色彩印刷データのうちの前記１層の物体印刷データと同一層の色彩印刷データに基づいて、前記スライスソリッドモデルを着色し、着色後の前記スライスソリッドモデルの色分布を同一層の前記スライス物体の色分布に対応させるために、前記着色モジュールを制御するステップｄ）と、
   前記ステップｂ）〜前記ステップｄ）を繰り返し実行することで、すべての前記スライスソリッドモデルを外形と色彩が前記カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄソリッドモデルとして積層するステップｅ）と、を含むことを特徴とする光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
2. 前記ステップｂ）の前に、
   カラー３Ｄ物体データをロードするステップｆ１）と、
   前記カラー３Ｄ物体データの幾何情報に基づいて前記多層物体印刷データを生成するステップｆ２）と、
   前記カラー３Ｄ物体データの色彩情報に基づいて前記多層色彩印刷データを生成するステップｆ３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
3. 各層の前記物体印刷データは、２Ｄ画像であり、
   各層の前記色彩印刷データは、カラー２Ｄ画像であり、
   前記ステップｃ）では、前記物体印刷データの各画素の画素値に応じて、前記光源モジュールの各光点の輝度を調整して前記造形ステージの対応する位置に照射し、
   前記ステップｄ）では、前記色彩印刷データの各画素の画素値に応じて、前記スライスソリッドモデルの対応する位置を着色することを特徴とする請求項２に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
4. 前記ステップｆ３）は、
   前記色彩情報に基づいて前記多層色彩印刷データを生成するステップｆ３１）と、
   少なくとも１層の前記色彩印刷データを修正して前記色彩印刷データの着色領域を縮小するステップｆ３２）と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
5. 前記ステップｆ３２）では、いずれか１層の前記色彩印刷データが中間層であると判断された場合、前記色彩印刷データの前記着色領域を縮小することを特徴とする請求項４に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
6. 光造形方式のカラー３Ｄプリンタに適する光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法であって、
   前記光造形方式のカラー３Ｄプリンタは、光源モジュールと、着色モジュールと、造形ステージとを含み、
   多層スライス物体の外形をそれぞれ表すための多層物体印刷データと、カラー３Ｄ物体をスライスした後に生成された前記多層スライス物体の色分布をそれぞれ表すための多層色彩印刷データと、を取得するステップａ）と、
   前記造形ステージを所定の層の高さ降下させるステップｂ）と、
   前記多層色彩印刷データのうちの１層の色彩印刷データに基づいて、前記造形ステージの光硬化性材料を着色し、着色後の前記光硬化性材料の色分布を同一層のスライス物体の色分布に対応させるために、前記着色モジュールを制御するステップｃ）と、
   前記多層物体印刷データのうちの、前記１層の色彩印刷データと同一層の物体印刷データに基づいて、前記造形ステージに照射して着色済みの前記光硬化性材料を外形が同一層の前記スライス物体に対応する１層のスライスソリッドモデルとして硬化させるように前記光源モジュールを制御するステップｄ）と、
   前記ステップｂ）〜前記ステップｄ）を繰り返し実行することで、すべての前記スライスソリッドモデルを外形と色彩が前記カラー３Ｄ物体に対応するカラー３Ｄソリッドモデルとして積層するステップｅ）と、を含むことを特徴とする光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
7. 前記ステップｂ）の前に、
   カラー３Ｄ物体データをロードするステップｆ１）と、
   前記カラー３Ｄ物体データの幾何情報に基づいて前記多層物体印刷データを生成するステップｆ２）と、
   前記カラー３Ｄ物体データの色彩情報に基づいて前記多層色彩印刷データを生成するステップｆ３）と、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
8. 各層の前記色彩印刷データは、カラー２Ｄ画像であり、
   各層の前記物体印刷データは、２Ｄ画像であり、
   前記ステップｃ）では、前記色彩印刷データの各画素の画素値に応じて、前記造形ステージの対応する位置にある前記光硬化性材料を着色し、
   前記ステップｄ）では、前記物体印刷データの各画素の画素値に応じて、前記光源モジュールの各光点の輝度を調整して前記造形ステージの対応する位置に照射することを特徴とする請求項７に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
9. 前記ステップｆ３）は、
   前記色彩情報に基づいて前記多層色彩印刷データを生成するステップｆ３１）と、
   少なくとも１層の前記色彩印刷データを修正して前記色彩印刷データの着色領域を縮小するステップｆ３２）と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
10. 前記ステップｆ３２）では、いずれか１層の前記色彩印刷データが中間層であると判断された場合、前記色彩印刷データの前記着色領域を縮小することを特徴とする請求項９に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。
11. 前記ステップｃ）では、色の異なる前記光硬化性材料を前記造形ステージに噴射して着色するように前記着色モジュールを制御することを特徴とする請求項７に記載の光造形方式のカラー３Ｄ印刷方法。