JP6768360B2 - 造形方法及び造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、造形方法及び造形装置に関するものである。

近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている。ＡＭ技術は、造形対象物の３次元モデルを複数の層にスライスしてスライスデータを生成し、そのスライスデータを基に造形材料により材料層を形成し、材料層を造形台上に順次積層して固着することで、立体物を造形する技術である。
立体的な造形物を表現する方式では、ＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれるフォーマットが使われることが多い。ＳＴＬデータは、立体物の表面を構成する三角形の法線座標と３次元のＸＹＺ座標点からなる。立体物を表す３次元モデルは、一般的には隣接した三角形群であるシェル（隣接するポリゴンの集合）で構成される。

このような造形装置で、複数の３次元モデルを生成する場合に、ステージ上に、複数の３次元データを配置する場合がある。配置方法は任意であるが、造形物が重ならないように配慮したり、造形時間が短くなるような配置をしたり、造形後にステージから取り出すときに、造形物が混ざらないような工夫をしたりする必要がある。
特許文献１では、造形時間が最小になるような造形方向を決めた複数の造形モデルを重なりなく最密に配置する方法が開示されている。

特許第５６１５６６７号公報

しかしながら、従来のような造形装置においては、次のような懸念点があった。例えば、複数の３次元モデルを含む立体物を作製中に、急な設計変更や様々な理由で、ステージ上の特定の３次元モデルの作製を中止する場合がある。このような場合、特に、粉末固着方式や粉末焼結方式を除く、オーバーハング部にサポート材を使う方式では、造形が始まると、その造形を完了させて、特定の３次元モデルを廃棄するか、造形全体を中止する方法しかなかった。
特定の３次元モデルを廃棄する場合には、造形材料が無駄になってしまうことが懸念される。また、造形全体を中止した場合には、特定の３次元モデルを除いた３次元モデルのレイアウト及びスライスデータの生成をやり直した後、始めに戻って造形を行う必要があり、造形時間が長くなってしまうことが懸念される。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、立体物の作製中で、立体物に含まれる３次元モデルを変更する場合に、造形材料の無駄な消費を抑え、造形時間を短縮させることを目的とする。

本発明の第１態様は、
３次元モデルデータに基づいて造形材料を積層して立体物を製造する立体物の製造方法であって、
前記３次元モデルデータが複数の３次元モデルデータを含み、
前記複数の３次元モデルに応じた立体物の製造中に、前記複数の３次元モデルのうちの特定の３次元モデルの製造を中止する指示を受けると、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられるデータから、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたデータを生成する処理を行い、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたデータに基づいて立体物の製造を継続する
ことを特徴とする造形方法を提供する。

本発明の第２態様は、
立体物を造形する造形装置であって、
スライスデータに基づいてステージ上に造形材料を積層する造形部と、
データ処理部および入力部を有する制御部と、
を有し、
前記造形部が複数の３次元モデルを含むスライスデータデータに基づいて前記造形材料の積層を行っている間に、前記制御部が前記複数の３次元モデルのうち特定の３次元モデルの製造を中止する指示を受けると、前記制御部は、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられる、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたスライスデータを生成し、前記造形部は、前記前記特定の３次元モデルのデータが削除されたスライスデータに基づいて前記造形材料の積層を継続する
ことを特徴とする造形装置を提供する。
また、本発明の第３態様は、
３次元モデルデータに基づいて、ステージの上に造形材料を積層して立体物を製造する立体物の製造方法であって、
１つのステージ上に同時に複数の立体物を製造している間に、特定の立体物の製造を中止する指示を受けると、前記複数の立体物のうち、前記特定の立体物の製造を中止し、その他の立体物の製造を継続する
ことを特徴とする立体物の製造方法を提供する。

本発明によれば、立体物の作製中で、立体物に含まれる３次元モデルを変更する場合に、造形材料の無駄な消費を抑え、造形時間を短縮させることが可能となる。

実施形態１の全体処理を説明するためのフローチャート 図１のステップ１００５の造形中断処理のフローチャート 図１のステップ１００１のレイアウト処理のフローチャート 図３のステップ３００４のフットプリント作成処理のフローチャート 造形を中止する３Ｄモデルの指示処理のフローチャート 図５のステップ５００４の再レイアウト処理のフローチャート 造形中止時の造形物の造形状態を模式的に示す図 スライスデータに基づき材料層を複数積み重ねた状態を模式的に示す図 ３Ｄモデルのフットプリントを、材料層の対応する位置に配置した図 ステージ上に３つの３Ｄモデルをレイアウトした状態を示す図 実施形態２の造形途中で新たな３Ｄモデルを追加する処理を説明する図 実施形態２の材料層を模式的に示す図 ３Ｄモデルを追加する処理のフローチャート 実施形態３の複数のフットプリントに重なる領域がある形態を説明する図 フットプリントを利用して断面データの置き換えを行う方法を説明する図 実施形態３の造形を中止したときの処理のフローチャート 実施形態４の造形を中止したエリアで追加の造形を行う形態を説明する図 造形を中止したエリアで追加の造形を行う処理のフローチャート 実施形態５の新たに３Ｄモデルを追加して造形する形態を説明する図 実施形態５の新たに３Ｄモデルを追加して造形する処理のフローチャート 造形システムについて説明するための図

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータなどは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術（ＡＭ技術）、すなわち、造形材料を２次元に配置して層状に積層することによって３次元物体（立体物）を作製する技術を採用した造形システムに関する。

本発明に係る造形システム１の例は、図２１を用いて後述するが、概略、造形用のデータ処理を行う機能等を有する制御部２、画像形成部（画像形成ユニット１００）、及び、造形部（造形ユニット１２０）を有する。制御部２は、造形目的の３次元モデル（造形対象物）の３次元モデルデータに基づいて、複数の層分のスライスデータを生成する処理、生成された複数の層分のスライスデータを記憶装置に記憶させる処理、造形システム１の各部の制御等を担う。制御部２は、例えば、ＣＰＵ（プロセッサー）、メモリ、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。制御部２が有する機能は、記憶装置等に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより実現されるものである。
そして、造形システム１では、立体物の作製中で、立体物に含まれる３次元モデルを変更する変更指示があった場合に、次のような特徴的な加工処理を行う。すなわち、記憶装置に記憶された複数の層分のスライスデータのうち、変更指示以降の立体物の作製に用いられる残スライスデータに対して変更指示に応じた加工処理を行う。そして、加工処理後の残スライスデータを用いて立体物の作製を継続する。変更指示としては、複数の３次元モデルのうちの特定の３次元モデルの作製を中止する指示、立体物に新たな３次元モデルを追加する指示を例示できる。加工処理については、実施形態を用いて詳細に説明する。

造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の３次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製中の構造体を支持するための支持体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。

また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの３次元モデルデータを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」又は「材料画像」と呼ぶ。また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形装置に与えられる画像データ（３次元モデルデータ）が表す３次元物体）を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された（出力された）３次元物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ場合がある。造形物が支持体を含む場合において、支持体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の制御部２による全体処理を説明するためのフローチャートである。
ステップ１００１では、ステージ１２２上で複数の３次元モデル（以下、３Ｄモデル）を造形する時の配置を決める、レイアウト処理を行う。
ここで、図９を用いて、３つの３Ｄモデルについて説明する。図９は、ステージ１２２上に、３つの３Ｄモデルである、三角錐１１、球１２、直方体１３をレイアウトした状態を模式的に示す図である。このように、造形システム１では、ステージ１２２上に配置可能な複数の３Ｄモデルを、一度に造形することができる。
ステップ１００１の説明に戻ると、図３を用いて後述するように、複数の３Ｄモデルの造形位置を決め、また上方から見たときの平面図形になるフットプリントの形状（ステージ上に投影したと仮定したときの投影形状）を記録する。
ステップ１００２では、制御部２が、積層する層を作成するスライス処理を行う。制御部２は、ＳＴＬで記述された３Ｄモデルの断面計算を行い、構造材料、サポート材料を指示するスライスデータに変換し、スライスデータを記憶する。スライスデータは、ステップ１００１でレイアウトした複数の３Ｄモデルの位置関係を保持した状態で、複数の３Ｄモデルをまとめてスライスして生成する。

ステップ１００３は、制御部２が、造形開始の指示を出すステップである。造形開始が指示されると、スライスデータに基づいて造形材料がステージ上に順次積層されていく。
ステップ１００４は、制御部２が、ステージ１２２上に配置する複数の３Ｄモデルのうち、特定の３Ｄモデル（以下、特定モデル）の中止の指示を受信したか否かを判定する判定ステップである。造形中に特定モデルの造形中止指示が入力された場合、ステップ１００５で造形中断処理を行う。この点に関しては、図２を用いて後述する。特定モデルの造形中止に関する処理が終了すると、ステップ１００６で、制御部２が造形を続行する。造形が終了すると（ステップ１００７でＹｅｓ）、ステップ１００８で、造形物の取り出し処理を行う。そして、ステップ１００９で、造形が完了した造形物に対して、支持体の除去や表面加工などの後処理を行う。ステップ１００８とステップ１００９の処理は、ユーザにより行われるものであってもよく、制御部２により自動で行われるものであってもよい。

図２は、図１のステップ１００５の造形中断処理のフローチャートである。この造形中断処理では、スライスデータに対する加工処理として、特定モデルの断面データを削除する処理（造形中止処理）が行われる。
ステップ２００１は、造形の一時停止処理である。造形を再開することを考慮して、制御部２が、造形を一時停止する。この方法は、造形装置、造形方法に応じて最適な方法をとるとよい。
ステップ２００２では、制御部２が、造形の一時停止直前の積層済みの層のスライス番号Ｎを読み出し、記憶する。

ステップ２００３では、制御部２が、造形を中止する特定モデルの３ＤモデルＩＤを取得する。制御部２が３ＤモデルＩＤを取得する方法に関しては、図５に示すように３Ｄモデル番号をユーザが入力する方法を例示できる。また、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を通して、コンピュータマウスなどで特定モデルをユーザが指示することによる方法を例示できる。
ステップ２００４では、制御部２が、３ＤモデルＩＤに対応したフットプリント情報を読み出す。
ステップ２００５では、制御部２が、フットプリントをマスクデータに変換する。
ステップ２００６では、制御部２が、スライス番号Ｎ＋１以降のスライスデータにマスキングを行い、スライスデータのうちマスクした部分のデータをクリアする。マスキング
は、２Ｄプリンタ分野で用いられている手法を適用することができる。ここで、スライス番号Ｎ＋１以降のスライスデータは、制御部２の記憶装置に記憶された複数の層分のスライスデータのうち、スライス番号Ｎ＋１以降（変更指示以降）の造形物の作製に用いられるスライスデータであり、以下、残スライスデータと呼ぶ。

ステップ２００７は、スライスデータの置き換えステップで、制御部２が、積層前の材料層を形成するためのスライスデータを、マスク処理したスライスデータに置き換える（変更する）。
このようなマスク処理したスライスデータが、残スライスデータに換わって使用されることで、特定モデルの造形が中止されることになる。なお、本実施形態では、特定モデルの造形中止処理を、マスク処理により行うものであるが、これに限るものではなく、残スライスデータから特定モデルの断面のデータを削除する処理が行われるものであってもよい。

図３は、図１のステップ１００１のレイアウト処理のフローチャートである。
ステップ３００１は、制御部２が、複数の３Ｄモデルデータを読み込むステップである。
ステップ３００２は、ステージ１２２上に複数の３Ｄモデルを配置するステップである。このステップでは、例えば図９に示すように、ステージ１２２上に三角錐１１、球１２、直方体１３の３つの３Ｄモデルを並べて配置する。この配置は、制御部２が所定のルールに従って自動で配置するものであってもよく、ユーザが手動で配置するものであってもよい。所定のルールは、例えば、造形する立体物の高さを最小にする、複数の造形モデルを最小体積に配置する、必要とする支持材料を最少とする、などが挙げられる。
ステップ３００３は、制御部２が、レイアウトデータを作成するステップである。このステップでは、各３Ｄモデルを配置するための配置座標および３Ｄモデルの座標を含めてレイアウトデータとするものである。

ステップ３００４では、制御部２が、フットプリントデータを作成し、各３Ｄモデルのフットプリントの２Ｄ画像とステージ１２２上の座標を記憶する。この処理については、図４を用いて後述する。
ここで、図１０を用いて、３つの３Ｄモデルのフットプリントについて説明する。図１０は、３つの３Ｄモデル（三角錐１１、球１２、直方体１３）のフットプリントを、材料層の対応する位置にそれぞれ配置した状態を模式的に示す図である。それぞれ、三角形、円、四角形が、フットプリント（積層面における３Ｄモデルの垂直投影図に相当）になる。ただし、マスクデータはフットプリントでなく、３Ｄモデルに外接する柱体の底面形状であっても構わない。

図４は、図３のステップ３００４のフットプリントデータ作成処理のフローチャートである。
ステップ４００１は、制御部２が、３ＤモデルＩＤの初期値を設定するステップである。
ステップ４００２は、制御部２が、設定されたＩＤの３Ｄモデルを上方から見たときの平面図形になるフットプリント形状を作成し、３ＤモデルＩＤとフットプリント情報を対応付けて記憶するステップである。
ステップ４００３は、制御部２が、３ＤモデルＩＤを更新するステップである。
ステップ４００４は、制御部２が、全モデルのフットプリント情報が登録できたかどうかを判定するステップであり、登録が済んでいない場合には否定判定となり、ステップ４００２に戻る。

図５は、造形を中止する３Ｄモデルの指示処理のフローチャートである。
ステップ５００１は、ユーザが、３ＤモデルＩＤを入力するかまたはＧＵＩにより特定モデルを指示するステップである。
ステップ５００２は、ステップ５００１でユーザにより入力または指示された特定モデルを、制御部２が特定するステップである。
ステップ５００３は、制御部２が、特定モデルのスライス処理状態を判定するステップで、特定モデルのスライス処理が終わっているかどうかを判定する。スライス処理の実行前の場合、すなわちステップ５００３で否定判定の場合、ステップ５００４に進み、再レイアウト処理を行う。この処理については、図６を用いて後述する。また、スライス処理の実行後（スライス処理実行中を含む）の場合、すなわちステップ５００３で肯定判定の場合には、ステップ５００５に進み、造形中の特定モデルの造形中断処理を行う。

このように、特定モデルのスライス処理状態に応じて、その後の処理を変えるのは、次のような理由による。すなわち、スライス処理は、上述したスライスデータのスプール方式のように造形前に終わっているとは限らず、オンデマンドプリント方式のように積層の直前に実行される場合もあるからである。このように、スライス処理の実行前か実行後かで、その後の処理を変える方法は一つの例であり、造形開始後か造形開始前かの判断でも代用できる。

図６は、図５のステップ５００４の再レイアウト処理のフローチャートである。
ステップ６００１は、制御部２が、既にレイアウトされたレイアウトデータを読み込むステップで、中止指示前のレイアウトが再現される。
ステップ６００２は、制御部２が、ステージ１２２上から特定モデルを削除する操作を行うステップである。この操作により、造形が中止される３Ｄモデルが指定され、ステージ１２２上のレイアウトから削除される。
ステップ６００３は、制御部２が、再レイアウトデータを作成し、造形する３Ｄモデルとそのステージ１２２上の位置座標を記憶するステップである。
ステップ６００４は、制御部２が、フットプリントを作成するステップであり、ステージ１２２上に再レイアウトされた３Ｄモデルのフットプリントの２Ｄ画像とその位置座標が記憶される。

図７は、造形中止時の造形物の造形状態を模式的に示す図である。図７には、３つの３Ｄモデル（三角錐１１、球１２、直方体１３）において下層部が造形された状態にあることを示している。
図７において最下部は、ステージ１２２上の造形面を表しており、そこから上のハッチングの部分１１ａ，１２ａ，１３ａはそれぞれ、造形途中の造形物の造形済みの部分を示している。ハッチング部分の上側の線１４は、特定モデルの造形中止の指示がなされた時点を表している。
本実施形態では、球１２の造形中止が指示された場合について示しており、図７に示す破線部分１２ｂは、造形される予定だった球の部分（造形が中止された球の部分）を示している。
三角錐１１と直方体１３に関しては、造形が再開されると、造形途中の造形物１１ａ，１３ａに対する造形が継続されるので、造形物の造形完了時には、３つの３Ｄモデルのうち、三角錐１１、直方体１３のみ、当初の予定通りに造形された造形物として取り出せることになる。

このように、本実施形態では、３つの３Ｄモデルの造形中に、球１２の造形を中止し、三角錐１１および直方体１３については、造形を完了させることができる。
これにより、球１２の造形を完了させる必要がなくなるため、造形材料が無駄に消費されてしまうことを抑えることができ、造形材料を効率よく使用することができる。また、従来のように、造形全体を中止して、球１２のデータを除いた後、三角錐１１および直方
体１３の造形を始めからやり直す必要もなくなり、造形時間の短縮化を実現することができる。
また、球１２の下側の部分１２ａは造形されてしまうが、完成品で無いため、廃棄するだけでよく、造形後の処理を簡略化することができる。

図８Ａ，８Ｂは、スライスデータにより表される画像を複数積み重ねた状態を模式的に示す図である。図８Ａは特定モデルの造形中止の指示が無い場合を示し、図８Ｂは特定モデル（ここでは、球１２）の造形中止の指示が有り、造形中断処理後、造形を再開した場合を示している。スライスデータに基づき形成される１層の大きさは、ステージ１２２の表面（積層面）の造形可能エリアに収まるものであればよく、例えば、複数の３Ｄモデルを含む柱体の底面積の大きさでもよい。
図８Ｂに示す下側のスライスデータ（細い線で示すスライスデータ）は、図８Ａと同じスライスデータである。図８Ｂに示す上側のスライスデータ（太い線で示すスライスデータ）は、球１２の部分に相当するデータ部分がマスクされたスライスデータである。球１２を形成するデータ部分は、下側のスライスデータでは、スライスデータの中央領域に配置されていたが、上側のスライスデータでは存在せず、球１２の造形が途中で中止されていることを示している。

以上説明したように、本実施形態では、造形物の造形中に、造形物に含まれる特定モデルの造形を中止する場合に、残スライスデータから、特定モデルの断面のデータをマスクする加工処理を行っている。これにより、造形物の造形中に特定モデルの造形の完了を待つことなく特定モデルの造形を中止することができる。また、造形全体を中止して造形済の部分をすべて破棄し、特定モデルを削除したスライスデータで造形を始めからやり直す必要もなくなる。また、特定モデルを含む造形物の造形が完了してから、特定モデルを取り除いたり、廃棄する作業を行う必要もなくなる。
したがって、造形材料の無駄な消費を抑え、造形時間を短縮させ、造形後の処理を簡略化することが可能となる。
ここで、造形を中断させ、中断させている間に、３Ｄモデルデータに基づいて、特定モデルを除いた３Ｄモデルのレイアウト及びスライスデータを生成し直し、残スライスデータに置き換えることも考えられる。しかし、この場合には、特定モデルを除いた３Ｄモデルのレイアウト及びスライスデータを、３Ｄモデルデータに基づいて生成し直すため、データの再生成にかかる時間が長くなってしまうことが懸念される。これに対して本実施形態では、残スライスデータに対して加工処理を行っているので、３Ｄモデルデータに基づいてレイアウト及びスライスデータを最初から生成し直す場合よりも、造形時間をより短縮させることができる。

（実施形態２）
以下に、実施形態２について説明する。なお、本実施形態では、実施形態１と異なる構成や処理について説明し、実施形態１と同様の構成や処理についての説明は省略する。
本実施形態では、特定モデルの造形中止ではなく、造形途中で新たな３Ｄモデルを追加する処理について説明する。
本処理では、造形の開始時にスライスデータに含まれていなかった３Ｄモデルのデータを、造形途中で新たに追加することを可能とするものである。
造形途中で新たな３Ｄモデルの追加を行う可能性が考えられる場合には、新たな３Ｄモデルの追加が可能な造形領域をステージ１２２上に予め設定し、追加指示があるまでは、追加する造形物の土台となる支持体を造形しておく。支持体の造形材料の種類は支持材料に特に限定されるものではなく、構造材料で形成してもよいが、支持体が追加する造形物と接触する部分には支持材料が配置されていると望ましい。これにより、造形が完了した後に追加した造形物と土台部分とを分離する後処理を容易にすることができる。

図１１は、造形途中で新たな３Ｄモデルを追加する処理について説明するための図である。
図１１では、造形途中で追加する３Ｄモデルの球１２、球１２の土台となる支持体１５、ステージ１２２の積層面上の追加可能エリア１６を示している。本実施形態のスライス処理で生成されたスライスデータには、追加可能エリア１６に支持体１５を形成するための、支持体１５の断面データが含まれている。３Ｄモデルの追加指示を受けると、実施形態１同様に、制御部２が、積層済みの材料層のスライス番号Ｎを読み出し、記憶する。そして、スライス番号（Ｎ＋１）以降に３Ｄモデルの追加が行われる場合、スライスデータに対する加工処理としては、支持体１５のスライス番号（Ｎ＋１）以降の断面データを含む残スライスデータが、３Ｄモデルの球１２の断面データを含むスライス番号（Ｎ＋１）以降のスライスデータに置き換えられる。このようにして置き換えられた球１２の断面データを含む残スライスデータに基づいて、球１２の下側の部分から上に向かって順次積層が行われる。

３Ｄモデルの追加処理が行われる場合には、実行中の造形が一時停止され、スライスデータの置き換えが行われた後、造形が再開されることで、追加した３Ｄモデル（球１２）を含む立体物が作製されるとよい。なお、造形の開始時には造形を予定していなかった３Ｄモデルであっても、まだ１層目の材料層が形成されていない状態であれば、追加可能である。この場合、スライス処理で生成されたスライスデータには、上述のような支持体１５の断面データは含まれていない。したがって、追加処理としては、追加指示があった３Ｄモデルの断面データを含むスライスデータを生成する処理が行われることになる。具体的には、追加指示された３Ｄモデルを含めて再レイアウトしてスライスデータを生成し、追加指示される前のスライスデータと置き換える。

図１２Ａは、図１１に示した場合の造形について、追加指示前のスライスデータ２１を模式的に示す図である。スライスデータ２１には、追加可能エリア１６上に追加する造形物のための土台部分となる支持体を形成するための断面画像領域２２が含まれている。また、図１２Ｂは、追加指示後のスライスデータ２３を模式的に示す図である。図１２Ｂでは、図１２Ａに示す断面画像領域２２の代わりに、球１２を形成するための断面画像領域２４を含むスライスデータ２３に置き換えられている。

図１３は、３Ｄモデルを追加する処理のフローチャートである。
ステップ１３０１では、造形前にユーザが追加可能エリアを指定しておく。
ステップ１３０２では、制御部２が、スライス処理を行う。このとき、図１２Ａに示すような、土台部分となる支持体を形成するための断面画像領域２２が含まれたスライスデータ２１が生成される。
ステップ１３０３では、制御部２が、造形を開始する。
ステップ１３０４では、制御部２が、造形を中断して、上述した球１２の追加処理を行う。具体的には、造形物の追加指示を受けて、積層済みの材料層のスライス番号Ｎを読み出し記憶する。そして、３Ｄモデル１１、１３の配置を維持した状態で、追加可能エリア内に３Ｄモデル１２を配置する再レイアウトを行い、スライス番号（Ｎ＋１）以降に用いるスライスデータを生成する。これにより、ステップ１３０２では、３Ｄモデル１１、１３の断面画像の連続を維持する一方で、図１２Ａの断面画像領域２２が、図１２Ｂの球１２を形成するための断面画像領域２４に置き換えられたスライスデータ２３に変更される。
ステップ１３０５では、制御部２が、造形を再開する。
以上説明したように、本実施形態によれば、造形途中であっても、造形途中の造形物に新たな３Ｄモデルを追加することが可能となる。これにより、球１２を形成するために、造形途中の造形物の完成を待つ必要がなくなり、造形時間を短縮させることが可能となる。

（実施形態３）
以下に、実施形態３について説明する。なお、本実施形態では、実施形態１，２と異なる構成や処理について説明し、実施形態１，２と同様の構成や処理についての説明は省略する。
本実施形態では、複数の３Ｄモデルを上方から見たときの平面図形に重なりがあり（複数のフットプリントに重なる領域があり）、特定モデルが他の３Ｄモデルを支持する支持体の一部を兼ねている場合について説明する。このような場合に、特定モデルの造形が中止されると、他の３Ｄモデルを支持する支持体の一部が形成されなくなってしまう。そこで、本実施形態では、造形が中止された特定モデルが配置される予定だった領域のうち、他の３Ｄモデルを支持する支持領域を含んだ領域は、マスク処理せずに、造形材料を積層する。これにより、他の３Ｄモデルの支持体の造形を継続することができるものである。

図１４Ａ，１４Ｂは、複数のフットプリントに重なる領域があり、特定モデルが他の３Ｄモデルを支持する支持体の一部を兼ねている場合について説明するための図である。
図１４Ａは、３Ｄモデル１７における、オーバーハング部１７ａを保持するサポート領域の一部に、球１２の一部が用いられる形態で造形を行った状態を表している。図１４Ａにおいて、オーバーハング部１７ａの下側の部分は、造形時に支持体が必要な領域である。そして、この領域に形成された支持体１７ｂと、球１２を構成する造形材料の一部によって、３Ｄモデル１７のオーバーハング部１７ａが保持される。ところが、単に球１２の造形を中止するためのマスク処理を行った後に、造形を継続する場合、オーバーハング部１７ａのサポートが不十分となることが懸念される。これは、オーバーハング部１７ａのサポート領域のうち、球１２の部分に対応する領域が造形されなくなってしまうためである。したがって、図１４Ｂに示すように、オーバーハング部１７ａのサポート領域のうち、球１２の部分に対応する領域に、サポート部１７ｃを追加する必要がある。

このため制御部２は、スライスデータに対する加工処理として、球１２の造形中止処理を行う際に、球１２を形成するための断面データに対して、すべてマスク処理せず、次の一部領域に対しては、造形材料を形成するための断面データに置き換える。すなわち、オーバーハング部１７ａのサポート領域に対応する領域を含む、球１２の断面データの一部領域に対しては、造形材料を形成するための断面データに置き換える。造形材料としては、サポート材料であるとよい。このとき、３Ｄモデル１７のフットプリントを利用するものであるとよい。すなわち、球１２の構造体を形成するための断面データにおいて、３Ｄモデル１７のフットプリントに重なる領域があれば、その重なる領域を、オーバーハング部１７ａを保持する支持体を形成するための断面データに置き換えるとよい。
ここで、制御部２は、スライスデータに対する加工処理として、球１２の断面データを残スライスデータから削除する処理と、球１２の代わりに３Ｄモデル１７を支持する新たな支持体の断面データを残スライスデータに追加する処理とを含むものであるとよい。
なお、スライス処理の前であれば、サポート部１７ｃを追加するための他の方法として、３Ｄモデルのレイアウト処理に戻って、球１２を削除したレイアウトのスライスデータを作成し、造形中断処理時以降のスライスデータを差替える方法を用いても良い。

図１５Ａ，１５Ｂは、フットプリントを利用して、断面データの置き換えを行う方法について説明するための図である。
図１５Ａは、球１２の造形中止指示の受信前の材料層を示しており、球１２の断面を避けるように、３Ｄモデル１７の支持体１７ｂについて示している。一方、図１５Ｂは、球１２の造形中止指示により造形中断処理を行う場合について示すものである。
この場合には、球１２の断面データがマスク処理されるが、球１２の断面データにおいて、３Ｄモデル１７のフットプリントに重なる領域があれば、その重なる領域を、オーバーハング部１７ａを保持する支持体を形成するための断面データとして用いる。これによ
り、材料層のうち、オーバーハング部１７ａのサポート領域においては、３Ｄモデル１７のフットプリント内であれば、すべて支持体１７ｄが形成されるようになる。
３Ｄモデル１７の支持体１７ｂを形成する別の方法として、球１２が３Ｄモデル１７のフットプリントと重複する部分だけを残し、それ以外の部分の断面データをマスクする手法を採用しても良い。この場合は、もともと球１２に含まれていた部分１７ｃは、構造材で作製されるが、３Ｄモデル１７と球１２に含まれていた部分１７ｃとの間には支持材料が配置されているため、分離は容易である。つまり、球１２が３Ｄモデル１７のフットプリントと重複する部分と、３Ｄモデル１７との間にサポート材料が配置されるか否かによって、球１２が３Ｄモデル１７のフットプリントと重複する部分をサポート材料で形成するか構造材料で形成するかを決めるとよい。

図１６は、２つの３Ｄモデルを上方から見たときの平面図形に重なりがある場合に、１つの３Ｄモデルの造形を中止したときに実行される処理のフローチャートの例である。この例では、オーバーハング部１７ａが全てサポート材料で形成される。
ステップ１６０１では、制御部２が、造形中止処理が行われる３Ｄモデル（例えば球１２）のフットプリントを読み込む。
ステップ１６０２では、制御部２が、重なりのある３Ｄモデル（例えば３Ｄモデル１７のオーバーハング部１７ａ）のフットプリントを読み込む。
ステップ１６０３では、制御部２が、造形中止処理が行われる前のスライスデータを入力する。
ステップ１６０４では、制御部２が、球１２のフットプリントが、オーバーハング部１７ａのフットプリント内にあるか否かの判定を行う。ステップ１６０４で肯定判定であれば、ステップ１６０６に進み、制御部２が、球１２のフットプリント内の構造体を形成するための断面データを含むスライスデータを、支持体を形成するための断面データを含むスライスデータに置き換える。ステップ１６０４で否定判定であれば、ステップ１６０５に進み、制御部２が、球１２のフットプリントで、球１２の構造体を形成するための断面データをマスク処理して削除する。
以上の処理を、造形の再開時に造形に用いるすべてのスライスデータに対して行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、特定モデルが他の３Ｄモデルを支持する支持体の一部を兼ねている場合に、特定モデルの造形を中止する場合であっても、他の３Ｄモデルの支持体の造形を継続することができるものである。

（実施形態４）
以下に、実施形態４について説明する。なお、本実施形態では、実施形態１〜３と異なる構成や処理について説明し、実施形態１〜３と同様の構成や処理についての説明は省略する。
本実施形態では、造形を中止した３Ｄモデルが配置されているステージ１２２上のエリアで、その後、新たに３Ｄモデルを追加して造形する形態について説明する。球１２の造形中止後、造形途中の球１２の部分１２ａが造形されたステージ１２２上のエリアにサポート材料を積層し、造形可能エリアを作成することで、新たに３Ｄモデルを追加して造形することができる。

図１７は、本実施形態の、新たに３Ｄモデルを追加して造形する形態について説明するための図である。
図１７に示す形態では、ステージ１２２上の造形途中の球１２の造形済の部分１２ａの真上の領域に、サポート材料を積層して下敷き部３１を形成し、下敷き部３１上に、新たに球３２を追加して造形している。下敷き部３１は、球３２を追加して造形する指示があるまで積層されるものであるが、積層方向の厚みが、その後に層を積層する際に加わる力
に耐え得る強度や球１２の造形済の部分１２ａとの剥離性を保証するために予め決められた高さ以上となるまで積層されることが望ましい。また、球１２の造形中止後の、造形途中の部分１２ａの断面形状が小さい場合には、フットプリントの大きさになるまで、下敷き部３１の領域を徐々に広げていくとよい。このとき、サポート計算の中間処理が必要となる場合もある。

図１８は、造形を中止した特定モデルが配置されているステージ１２２上のエリアで、その後、新たに３Ｄモデルを追加して造形する処理のフローチャートである。
ステップ１８０１では、ユーザにより、造形を中止する３Ｄモデル（特定モデル）が指定される。
ステップ１８０２では、制御部２が、造形システム１の一時停止処理を行う。
ステップ１８０３では、スライスデータに対する加工処理として、制御部２が、造形を中止する特定モデルのフットプリントを断面データとする支持体３１を追加するスライスデータを生成し、残スライスデータ（造形中止指示以降のスライスデータ）と置き換える。実施形態１では、造形を中止する特定モデルのフットプリントをマスクデータに変換するものであったが、本実施形態では、新たに３Ｄモデルを追加して造形できるように、支持体の断面データとして用いる。

ステップ１８０４では、制御部２が、造形を再開する。
ステップ１８０５では、ユーザが、新たな３Ｄモデルの追加を指示する。ただし、追加可能な３Ｄモデルは、支持体３１のフットプリントの範囲に収まるものに限定される。
ステップ１８０６では、制御部２が、ステップ１８０２と同様に造形システム１の一時停止処理を行う。
ステップ１８０７では、制御部２が、新たな３Ｄモデルを支持体３１のフットプリントの範囲にレイアウトしてスライス処理を行い、新たな３Ｄモデルの断面データを含むスライスデータを生成する。そして、ステップ１８０３で生成した支持体３１の断面データを含むスライスデータを、新たな３Ｄモデルの断面データを含むスライスデータに置き換える。
ステップ１８０８では、制御部２が、新たな３Ｄモデルの断面データを含むスライスデータに従って造形を再開する。

以上説明したように、本実施形態によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、特定モデルの造形中止後であっても、造形中止後のステージ上の特定モデルに対してサポート材料を積層し、造形可能エリアを形成することで、新たに３Ｄモデルを追加して造形することが可能となる。これにより、造形時間を短縮することができ、複数の３Ｄモデルの造形を効率よく行うことが可能となる。

（実施形態５）
実施形態４では、特定モデルの造形を中止し、造形を再開した後に、新たな３Ｄモデルの追加を指示する場合を説明したが、本実施例では、特定モデルの造形中止と共に新たな３Ｄモデルの追加を指示する場合を説明する。
図１９は、本実施形態の、新たに３Ｄモデルを追加して造形する形態について説明するための図である。

図１９に示す形態では、ステージ１２２上の造形途中の球１２の造形済の部分１２ａの真上の領域に、造形材料を積層して下敷き部３１を形成し、下敷き部３１上に、新たに球３２を追加して造形している。下敷き部３１は、三角錐３２を追加して造形する指示を受けて積層されるもので、徐々に断面データを大きくして三角錐３２の底面積よりも広い積層面を形成する。このとき、積層方向の厚みが、その後に層を積層する際に加わる力に耐え得る強度を保証できるよう、下敷き部３１の形状が算出されることが望ましい。また、
下敷き部３１と三角錐３２との剥離性を確保するために、下敷き部３１と三角錐３２とが接触する部分にはサポート材料が設けられていることが望ましい。

図２０は、造形を中止した特定モデルが配置されているステージ１２２上のエリアで、その後、新たに３Ｄモデルを追加して造形する処理のフローチャートである。
ステップ２１０１では、ユーザにより、造形を中止する３Ｄモデル（特定モデル）が指定される。
ステップ２１０２では、制御部２が、造形システム１の一時停止処理を行う。
ステップ２１０３では、ユーザによって、新たな３Ｄモデル（追加モデル）の追加が指示される。

ステップ２１０４では、制御部２が、造形中止を受けた時点で、球１２の造形済の部分１２ａの上に追加モデルの造形が可能かどうかを考慮して、下敷き部３１の３Ｄ形状を算出する。造形済の部分１２ａの上に追加モデルの造形が可能な場合は、実施形態４と同様に下敷き部３１の形状を算出する。造形済の部分１２ａの上面が追加モデルのフットプリントよりも小さい場合は、積層面が追加モデルのフットプリントと同等か広くなるように、下敷き部３１の形状を算出する。
ステップ２１０５では、三角錐１１と四角柱１３の位置を維持して、球１２の造形済の部分の上に下敷き部３１と追加モデル３２をレイアウトする。こうして再レイアウトされた３Ｄモデルをスライス処理して、球１２の造形を中止して以降の造形に用いる、下敷き部３１と追加モデル３２の断面データを含むスライスデータを生成する。そして、造形中止前に用いていた球１２の断面データを含むスライスデータと置換する。

ステップ２１０６では、制御部２が、下敷き部３１と追加モデル３２の断面データを含むスライスデータに従って造形を再開する。
本実施形態によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、追加する３Ｄモデルの形状に応じて、造形中止後のステージ上の特定モデルに対して造形材料を積層して造形可能エリアを形成することで、新たに３Ｄモデルを追加して造形することが可能となる。これにより、造形時間を短縮することができ、複数の３Ｄモデルの造形を効率よく行うことが可能となる。

（実施形態６）
実施形態１〜５では、複数の３Ｄモデルを造形する工程において、特定の３Ｄモデルの造形を中止する場合や、新たな３Ｄモデルを追加する場合を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、１つの３Ｄモデルを造形している途中に、造形を中止し、それ以降に造形する形状または造形材料を一部変更する場合などが挙げられる。具体的には、造形物の変更指示を受けて、積層済みの材料層のスライス番号Ｎを読み出し記憶する。そして、造形途中の３Ｄモデルの配置を維持した状態で、変更を反映した３Ｄモデルのスライス番号（Ｎ＋１）以降の３Ｄデータを取得してスライスデータを生成する。これにより、すでに造形済みの部分を生かしながら、作製する３Ｄモデルの形状や造形材料を変更することが可能となる。

（造形システム）
図２１は、造形物を作製することができる造形システム１について説明するための図である。以下に、画像形成ユニット１００を用いた積層方式により造形物を形成する方法について説明する。
画像形成ユニット１００では、制御部２により生成されたスライスデータを用いて、１層分の材料画像が形成される。
画像形成ユニット１００は電子写真方式を用いて像を生成するもので、感光ドラム１０
１，１０２，１０３，１０４が、無端状の担持ベルト１０９の回転方向に沿って設けられている。また、担持ベルト１０９を介して各感光ドラムにそれぞれ対向するように、転写ローラ１０５，１０６，１０７，１０８が設けられている。ここで、感光ドラム１０１、転写ローラ１０５は、カートリッジＤに収容されたサポート材料を用いて材料画像を形成するためのものである。また、感光ドラム１０２、転写ローラ１０６は、カートリッジＣに収容された緑色の構造材料を用いて材料画像を形成するためのものである。また、感光ドラム１０３、転写ローラ１０７は、カートリッジＢに収容された青色の構造材料を用いて材料画像を形成するためのものである。また、感光ドラム１０４、転写ローラ１０８は、カートリッジＡに収容された赤色の構造材料を用いて材料画像を形成するためのものである。

以下に、画像形成ユニット１００による画像形成動作について説明する。まず、感光ドラム１０１〜１０４には、制御部２で生成されたスライスデータに従って、カートリッジＡ〜Ｄの材料を配置するための静電潜像が、不図示の帯電装置と光学系により帯電および露光されて形成される。感光ドラムに形成された静電潜像に、造形材料が供給され付着することで、材料画像が形成される。そして、各感光ドラム上に形成された材料画像は、各感光ドラムと各転写ローラとに挟持された担持ベルト１０９上に順次転写され、担持ベルト１０９上に材料画像が形成される。
転写ユニット１１０は、画像形成ユニット１００において担持ベルト１０９上に形成された材料画像を、画像形成ユニット側の転写ローラ１１１と転写ユニット側の転写ローラ１１２により、転写ユニット１１０内の担持ベルト１１４に転写させるものである。

転写ユニット１１０において担持ベルト１１４に転写した材料画像をヒータ１１３により加熱して、造形ユニット１２０内のステージ１２２上の造形物１２１に熱溶着させる。ステージ１２２は、熱溶着時、担持ベルト１１４と同期してステージ移動台１２３を移動可能に構成されている。また、ステージ移動台１２３は材料画像の積層厚に従って矢印の方向に下降可能に構成されている。
また、担持ベルト１１４上の材料画像を、ステージ１２２上の造形物１２１に熱溶着させる際、図２１に矢印１３０で示した方向に圧力が加わる構成とすることにより、より強度の高い造形物を作製できる。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２…制御部、１１…三角錐、１２…球、１３…直方体、１２２…ステージ

Claims (9)

1. ３次元モデルデータに基づいて造形材料を積層して立体物を製造する立体物の製造方法であって、
   前記３次元モデルデータが複数の３次元モデルデータを含み、
   前記複数の３次元モデルに応じた立体物の製造中に、前記複数の３次元モデルのうちの特定の３次元モデルの製造を中止する指示を受けると、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられるデータから、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたデータを生成する処理を行い、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたデータに基づいて立体物の製造を継続する
   ことを特徴とする立体物の製造方法。
2. 前記立体物は、前記３次元モデルデータを所定の方向にスライスして生成されるスライスデータに従って前記造形材料を積層することによって製造され、
   前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられるデータから、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたデータを生成する処理は、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられる残スライスデータから前記特定の３次元モデルのデータを削除する処理を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体物の製造方法。
3. 前記残スライスデータから前記特定の３次元モデルのデータを削除する処理は、前記特定の３次元モデルの領域をマスクするマスクデータを用いて前記残スライスデータをマスクする処理である
   ことを特徴とする請求項２に記載の立体物の製造方法。
4. 前記マスクデータは、前記特定の３次元モデルを、前記造形材料を積層する面に投影したと仮定したときの投影形状をマスクするデータである
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体物の製造方法。
5. 立体物を造形する造形装置であって、
   スライスデータに基づいてステージ上に造形材料を積層する造形部と、
   データ処理部および入力部を有する制御部と、
   を有し、
   前記造形部が複数の３次元モデルを含むスライスデータデータに基づいて前記造形材料の積層を行っている間に、前記制御部が前記複数の３次元モデルのうち特定の３次元モデルの製造を中止する指示を受けると、前記制御部は、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられる、前記特定の３次元モデルのデータが削除されたスライスデータを生成し、前記造形部は、前記前記特定の３次元モデルのデータが削除されたスライスデータに基づいて前記造形材料の積層を継続する
   ことを特徴とする造形装置。
6. 前記制御部は、前記指示を受けると、前記特定の３次元モデルの領域をマスクするマスクデータを用いて、前記指示を受けた時点より後に前記立体物の製造に用いられる残スライスデータをマスクする処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の造形装置。
7. 前記マスクデータは、前記特定の３次元モデルを前記ステージ上に投影したと仮定したときの投影形状をマスクするデータであることを特徴とする請求項６に記載の造形装置。
8. ３次元モデルデータに基づいて、ステージの上に造形材料を積層して立体物を製造する立体物の製造方法であって、
   １つのステージ上に同時に複数の立体物を製造している間に、特定の立体物の製造を中止する指示を受けると、前記複数の立体物のうち、前記特定の立体物の製造を中止し、その他の立体物の製造を継続する
   ことを特徴とする立体物の製造方法。
9. 前記造形材料は、前記３次元モデルデータを前記造形材料を積層する方向にスライスして得られるスライスデータに基づいて積層されることを特徴とする請求項８に記載の立体物の製造方法。
   

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