JP6773517B2 - 立体造形物、立体造形物製造方法、及び立体造形物製造装置 - Google Patents

立体造形物、立体造形物製造方法、及び立体造形物製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、立体造形物およびその立体造形物製造方法と立体造形物製造装置に関する。
三次元の立体物を造形する手法としては、３Ｄプリンタによって紫外線硬化性樹脂を噴射しパターンを積層するインクジェット法が知られている（例えば、特許文献１）。この方法は、最終製品の外観内観のデザイン及び機構等を三次元ＣＡＤによってデータ化した後、コンピュータによって該データをスライスして薄板を重ね合わせるような多層型のパターンデータを作成し、紫外線硬化性樹脂をパターンデータに則してヘッドより噴射して積層して立体物を製造する。また、このような手法を用いて造形した立体物に対して、加飾（模様や色）を施すことも知られている。
米国特許９０２０６２７号公報
立体物に対して加飾を施す場合には、加飾用のインク（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等の着色インク）をインクジェット法によって吐出して立体物を造形する。加飾用に吐出されたインクのドットが目立たないようにし、造形物の表面の色合いをできるだけ滑らかに見えるようにすることが要望されている。
そこで、本発明は、上記背景に鑑み、造形表面の色合いを滑らかにした立体造形物、及び、その立体造形物製造方法と立体造形物製造装置を提供することを目的とする。
本発明の立体造形物は、硬化性インクによって構成された立体造形物であって、表面にカラー層を有し、前記カラー層は、カラーインクと前記カラーインク間を充填する透明インクとで構成された層であって、外側に近くなるにしたがって前記透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなっている構成を有する。この構成により、カラー層の外側に近い部分では、カラードットで反射した光線が透明インクによって拡散するので、立体造形物の表面の粒状感が良くなる。
本発明の立体造形物は、前記カラー層の内側に、光反射性を有する反射層を備えてもよい。この構成により、カラー層の色が後ろにあるモデル材の色に邪魔されることなく外部から視認され、所望のカラーを忠実に実現できる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は、外側に近くなるにしたがって、前記カラーインクのドットサイズが小さくなっていてもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は複数の層から構成されており、同じ層では、カラーインクのドットサイズが同じであってもよい。この構成により、層ごとにカラーインクのドットサイズを設計できる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は、外側に近くなるにしたがって、前記カラーインクのドットの密度が小さくなっていてもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくできる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は複数の層から構成されており、同じ層では、カラーインクが同じ密度で含まれていてもよい。この構成により、層ごとにカラーインクのドットの密度を設計できる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層を構成する複数の層の間に透明インクからなる層が介在されていてもよい。この構成により、透明インクからなる層の内側にあるカラー層からの光線を分散することで、粒状感が良くなる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は複数の層から構成されると共に、前記複数の層の間には透明インクからなる層が介在されており、前記透明インクからなる層は、外側にある層の方が内側にある層よりも厚い構成を有してもよい。この構成により、カラー層の構成が同じであっても、透明インクからなる層と合わせて、外側の方が、カラーインクの割合が小さくなるように構成できる。
本発明の立体造形物において、前記カラー層は、最外面に透明インクからなる層を備えてもよい。この構成により、カラー層にあるカラーインクからの光線を最外面の透明インクの層で分散して、粒状感が良くなる。
本発明の立体造形物製造方法は、硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物を造形する立体造形物製造方法であって、前記立体造形物の３次元データに基づいて、前記立体造形物の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層を設計する工程と、前記立体造形物の３次元データを前記硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する工程と、前記スライス画像において、前記カラー層を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなるように設計する工程と、前記スライス画像のデータに基づいて硬化性インクの積層を行う工程とを備える。
この方法により、立体造形物の３次元データに基づいて、外側に近くなるにしたがって透明インクに占めるカラーインクの割合が小さくなるようなカラー層を設計し、当該設計データに基づいてカラー層を生成することができる。これにより、カラー層の外側に近い部分では、カラードットで反射した光線が透明インクによって拡散するので、立体造形物の表面の粒状感が良くなる。
本発明の立体造形物製造方法において、前記積層を行う工程では、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドットのサイズを調整してもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
本発明の立体造形物製造方法において、前記積層を行う工程では、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット密度を調整してもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくできる。
本発明の立体造形物製造装置は、硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物を造形する立体造形物製造装置であって、前記立体造形物の３次元データを取り込む入力部と、前記入力部にて入力された前記３次元データに基づいて、各レイヤの設計データを生成する設計データ生成部と、前記設計データに基づいて積層を行う積層部とを備え、前記設計データ生成部は、前記立体造形物の３次元データに基づいて、前記立体造形物の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層を設計する処理と、前記立体造形物の３次元データを前記硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する処理と、前記スライス画像において、前記カラー層を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなるように設計する処理とを行う。
この構成により、立体造形物の３次元データに基づいて、外側に近くなるにしたがって透明インクに占めるカラーインクの割合が小さくなるようなカラー層を設計し、当該設計データに基づいてカラー層を生成することができる。これにより、カラー層の外側に近い部分では、カラードットで反射した光線が透明インクによって拡散するので、立体造形物の表面の粒状感が良くなる。
本発明の立体造形物製造装置において、前記積層部は、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドットのサイズを調整してもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
本発明の立体造形物製造装置において、前記積層部は、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット密度を調整してもよい。この構成により、透明インクに占めるカラーインクの割合を小さくできる。
本発明の立体造形物は、カラー層の外側に近い部分では、カラードットで反射した光線が透明インクによって拡散するので、立体造形物の表面の粒状感が良くなるという効果を有する。
第１の実施の形態の立体造形物の例を示す図である。 第１の実施の形態の立体造形物の断面図である。 （ａ）第１の実施の形態の立体造形物の部分断面図である。（ｂ）第１の実施の形態の変形例に係る立体造形物の部分断面図である。 （ａ）第２の実施の形態の立体造形物の部分断面図である。（ｂ）第２の実施の形態の変形例に係る立体造形物の部分断面図である。 （ａ）第１の実施の形態の立体造形物のカラーインクのドットを示す図である。（ｂ）第２の実施の形態の立体造形物のカラーインクのドットを示す図である。 第３の実施の形態の立体造形物の部分断面図である。 （ａ）第４の実施の形態の立体造形物の部分断面図である。（ｂ）第４の実施の形態の立体造形物の別の例の部分断面図である。 （ａ）外側にいくにしたがってカラーインクのドットサイズを小さくしたカラー層の構成を示す図である。（ｂ）外側にいくにしたがってカラーインクのドット密度を小さくしたカラー層の構成を示す図である。 立体造形物製造装置の構成を示す図である。 立体造形物製造方法の動作を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、３次元モデルから設計データを生成する過程を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態に係る立体造形物、立体造形物製造方法、及び立体造形物製造装置について図面を参照しながら説明する。
［立体造形物の構成］
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の立体造形物１０の外観を示した斜視図である。本実施の形態の立体造形物１０は、側面が湾曲して膨らんだ略円筒形状を有している。立体造形物１０の表面は、色を有している。なお、本発明に係る立体造形物の形状、並びに本発明に係る製造方法によって製造される立体造形物の形状は、図１に示す形状に限定されるものではなく、例えば、六面体や球型や中空構造やリング構造や蹄鉄型などあらゆる形状に適用することができる。
図２は、図１に示す立体造形物１０のＡ−Ａ´断面図である。立体造形物１０は、内側から順に、モデル材１１、反射層１２、カラー層１３を有している。図２に示す例では、カラー層１３が最外面にある。立体造形物１０のカラー層１３が外部から視認される部分である。カラー層１３の内側にある反射層１２は、白色の層である。反射層１２は、必須の構成ではないが、モデル材１１のすぐ上にカラー層１３を設けると、モデル材１１の色が外部から視認される可能性があるので、白色の反射層１２を設けることが望ましい。
本実施の形態の立体造形物１０では、カラー層１３は、３つの層を有している。説明の便宜上、３つの層を内側から順に、第１層１４、第２層１５、第３層１６と呼ぶこととする。
図３（ａ）は、図２の断面図のＢ部分を拡大した図である。図３（ａ）に示すように、第１層１４は複数のカラーインクのドット１７を含み、第２層１５は複数のカラーインクのドット１８を含み、第３層１６は複数のカラーインクのドット１９を含んでいる。カラーインクのドット１７〜１９の間は、透明インク２０が充填されている。カラーインク及び透明インクは、いずれも紫外線硬化性インクであり、インクを着弾させた後、紫外線を照射することによって硬化される。
カラーインクのドット１７〜１９は、第１層１４に含まれるカラーインクのドット１７が最も大きく、第２層１５のカラーインクのドット１８、第３層１６のカラーインクのドット１９の順に、すなわち外側に近くなるにしたがって、サイズが小さくなっている。なお、第１層１４〜第３層１６のそれぞれの層の中では、用いられるカラーインクのドットのサイズは一定である。
本実施の形態では、カラーインクのドット密度は第１層１４〜第３層１６を通じて一定である。つまり、カラーインクの割合を小さくするために、ドット密度を制御するのではなく、各位置に着弾するカラーインクの量を制御する。このように、カラーインクのドット１７〜１９のサイズを外側に近くになるにしたがって小さくする構成により、外側の方がカラーインクの割合が小さくなり、透明インクの割合が大きくなる。
本実施の形態の立体造形物１０は、外側に近くなるほど透明インクの割合が大きくなる構成により、カラー層１３の外側に近い部分では、カラードット１９で反射した光線が拡散する。外側に近いドットほど、その形状を視認しやすいところ、透明インク２０によって光が拡散されるので、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
また、カラー層１３の外側において透明インク２０の割合が大きく、内側においてカラーインクの割合が大きい構成であるため、立体造形物１０の表面が削れたときにも、色が落ちにくい。
図３（ｂ）は、第１の実施の形態の変形例に係る立体造形物１０の構成を示す断面図である。第１の実施の形態の変形例に係る立体造形物１０は、第１層１４と第２層１５との間、及び、第２層１５と第３層１６との間に、透明インクからなる層２１が介在している。このように第２層１５と第３層１６との間に透明インクの層２１を有することで、第２層１５のカラーインクのドット１８の視認性を低下させ、粒状感を良くすることができる。最も大きいサイズのドットを有する第１層１４についても同様に、透明インクの層２１により、粒状感を良くすることができる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の立体造形物１０について説明する。第２の実施の形態の立体造形物１０の基本的な構成は、第１の実施の形態の立体造形物１０と同じであるが（図１，図２参照）、第２の実施の形態の立体造形物１０は、カラー層１３において、外側のカラーインクの割合を小さくする構成が異なる。
図４（ａ）は、第２の実施の形態の立体造形物１０の部分断面図である。図４（ａ）に示すように、第２の実施の形態の立体造形物１０のカラー層１３の第１層１４〜第３層１６はそれぞれ、複数のカラーインク１７〜１９のドットを含んでおり、カラーインクの間は、透明インク２０が充填されている。カラーインクのドット１７〜１９のサイズは、第１層１４〜第３層１６のいずれでも同じである。ただし、第１層１４に含まれるカラーインクのドット１７の密度が最も大きく、第２層１５のカラーインクのドット１８、第３層１６のカラーインクのドット１９の順に、すなわち外側に近くなるにしたがって、カラーインクのドット密度が低下している。なお、第１層１４〜第３層１６のそれぞれの層の中では、用いられるカラーインクのドットの密度は一定である。
ここで、第２の実施の形態の立体造形物１０におけるカラーインクのドット１７〜１９について、第１の実施の形態と対比して説明する。図５（ａ）は、第１の実施の形態の立体造形物１０のカラーインクのドット１７〜１９を示し、図５（ｂ）は、第２の実施の形態の立体造形物１０のカラーインクのドット１７〜１９を示す図である。図５（ａ）に示すように、第１の実施の形態では、カラーインクのドットの密度は第１層１４〜第３層１６で同じであるが、各ドットのサイズが異なる。これに対し、第２の実施の形態では、ドットのサイズは第１層１４〜第３層１６で同じであるが、ドットの密度が異なる。つまり、第２の実施の形態では、カラー層１３は、外側にいくにしたがってカラードットが間引かれている。
このように、カラーインクのドットの密度を外側に近くになるにしたがって小さくする構成により、外側の方がカラーインクの割合が小さくなり、透明インク２０の割合が大きくなる。これにより、第１の実施の形態の立体造形物１０と同様に、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
また、カラー層１３の外側において透明インク２０の割合が大きく、内側においてカラーインクの割合が大きい構成であるため、立体造形物１０の表面が削れたときにも、色が落ちにくい。
図４（ｂ）は、第２の実施の形態の変形例に係る立体造形物１０の構成を示す断面図である。第２の実施の形態の変形例に係る立体造形物１０は、第１層１４と第２層１５との間、及び、第２層１５と第３層１６との間に、透明インクからなる層２１が介在している。このように第２層１５と第３層１６との間に透明インクの層２１を有することで、第２層１５のカラーインクのドット１８の視認性を低下させ、粒状感を良くすることができる。最も大きいサイズのドットを有する第１層１４についても同様に、透明インクの層２１により、粒状感を良くすることができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態の立体造形物１０について説明する。第３の実施の形態の立体造形物１０の基本的な構成は、第１の実施の形態の立体造形物１０と同じであるが（図１，図２参照）、第３の実施の形態の立体造形物１０は、カラー層１３において、外側のカラーインクの割合を小さくする構成が異なる。
図６は、第３の実施の形態の立体造形物１０の部分断面図である。図６に示すように、第３の実施の形態の立体造形物１０のカラー層１３の第１層１４〜第３層１６は、複数のカラーインクのドット１７〜１９を含んでおり、カラーインクのドット１７〜１９の間は、透明インク２０が充填されている。カラーインクのドット１７〜１９のサイズ及びドット密度は、第１層１４〜第３層１６のいずれでも同じである。第１層１４と第２層１５との間、第２層１５と第３層１６との間には、透明インクからなる層２１が介在されている。透明インクからなる層２１は、外側の方が厚い。すなわち、第１層１４と第２層１５との間に介在された透明インクの層２１よりも、第２層１５と第３層１６との間に介在された透明インクの層２１の方が厚い。
この構成により、第１層１４〜第３層１６のカラーインクのドット１７〜１９のサイズ及びドット密度は同じであるが、透明インクの層２１を合わせた範囲では、カラー層１３は、外側に行くにしたがって、カラーインクの割合が小さくなっている。
このように、外側の方がカラーインクの割合を小さくする構成により、外側の方が透明インク２０の割合が大きくなる。これにより、第１の実施の形態の立体造形物１０と同様に、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
また、カラー層１３の外側において透明インクの割合が大きく、内側においてカラーインクの割合が大きい構成であるため、立体造形物１０の表面が削れたときにも、色が落ちにくい。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態の立体造形物１０について説明する。第４の実施の形態の立体造形物１０の基本的な構成は、第１の実施の形態の立体造形物１０と同じである（図１，図２参照）。
図７（ａ）は、第４の実施の形態の立体造形物１０の部分断面図である。図７（ａ）に示すように、第４の実施の形態の立体造形物１０は、第１の実施の形態のカラー層１３の構成に加えて、最外面に透明インクの層２１を備えている。このように最外面に透明インクの層２１を備えることにより、光が拡散されるので、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。また、最外面の透明インクの層２１が削れたときにも、色が落ちにくい。
なお、図７（ａ）では、第１の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３の最外面に透明インクの層２１を備える例を挙げたが、上記した他の実施の形態に係る立体造形物１０において、カラー層１３の最外面に透明インクの層２１を備えてもよい。図７（ｂ）は、第２の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３の最外面に透明インクの層２１を設けた例を示す図である。この構成によっても、立体造形物１０の表面の粒状感をなくし、最外面の透明インクの層２１が削れたときの色落ちを低減できる。
なお、上記した実施の形態では、カラー層１３を複数の層で構成する例を挙げて説明したが、本発明の立体造形物１０は、必ずしも、同じドットサイズまたは同じドット密度を有する層によって構成する必要はない。
図８（ａ）は、外側にいくにしたがってカラーインクのドット１７のサイズを小さくしたカラー層１３の構成を示す図であり、図８（ｂ）は、外側にいくにしたがってカラーインクのドット密度を小さくしたカラー層１３の構成を示す図である。このように、カラー層１３を複数の層で構成することなく、外側にいくほどカラーインクの割合を小さくする構成としても、上記した実施の形態と同様に、立体造形物１０の表面の粒状感をなくし、最外面の透明インクの層２１が削れたときの色落ちを低減する効果が得られる。
［立体造形物製造装置］
次に、上記した実施の形態の立体造形物１０を製造する立体造形物製造装置３０の構成について説明する。
図９は、立体造形物製造装置３０の構成を示す図である。立体造形物製造装置３０は、インクジェットヘッドから噴射した紫外線硬化インクを、紫外線で固めて積層するインクジェット方式の３Ｄプリンタである。立体造形物製造装置３０は、吐出ユニット３１、主走査駆動部３２、造形台３３、制御部３４、及び入力部３５を備える。吐出ユニット３１は、立体造形物１０の材料となる液滴（インク滴）を吐出する部分である。なお、立体造形物製造装置３０は、紫外線硬化インクを用いたものに限らず、インクジェットヘッドから高温状態で噴射し、常温に冷やして硬化させる熱可塑性の硬化性樹脂を積層する方式であっても良い。
吐出ユニット３１は、有色および無色のインクや、サポート用材料を含むインクを吐出するインクヘッド４０と、吐出したインクを硬化させる紫外線光源４１と、立体造形物１０の造形中に形成される硬化性樹脂の積層面を平坦化する平坦化ローラ４２を有している。ここでは、インクヘッド４０を３つ示しているが、インクヘッド４０の数は、使用するインクの種類の数に応じて、適宜の数とすることができる。
吐出ユニット３１は、例えば、紫外線の照射により硬化する硬化性樹脂のインク滴等を吐出し、硬化させることにより、立体造形物１０を構成する各層を形成する。具体的には、吐出ユニット３１は、例えば、制御部３４の指示に応じてインク滴を吐出することにより、硬化性樹脂の層を形成する層形成動作と、層形成動作で形成された硬化性樹脂の層を硬化させる硬化動作とを複数回繰り返して行う。これにより、吐出ユニット３１は、硬化した硬化性樹脂の層を複数層重ねて形成する。吐出ユニット３１は、印刷媒体に着弾させる一つのドットの大きさを、数段階に制御することができるバリアブルドット方式を採用している。
主走査駆動部３２は、吐出ユニット３１に主走査動作を行わせる駆動部である。ここで、主走査動作とは、例えば、予め設定された主走査方向（図中のＹ方向）へ移動しつつインク滴を吐出する動作である。
主走査駆動部３２は、キャリッジ４３及びガイドレール４４を有する。キャリッジ４３は、吐出ユニット３１を造形台３３と対向させて保持する保持部である。つまり、キャリッジ４３は、インク滴の吐出方向が造形台３３へ向かう方向になるように、吐出ユニット３１を保持する。また、主走査動作時において、キャリッジ４３は、吐出ユニット３１を保持した状態で、ガイドレール４４に沿って移動する。ガイドレール４４は、キャリッジ４３の移動をガイドするレール状部材であり、主走査動作時において、制御部３４の指示に応じて、キャリッジ４３を移動させる。
尚、主走査動作における吐出ユニット３１の移動は、立体造形物１０に対する相対的な移動であってよい。例えば、吐出ユニット３１の位置を固定して、例えば造形台３３を移動させることにより、立体造形物１０の側を移動させてもよい。
造形台３３は、載置台の一例であり、造形中の立体造形物１０を載置する。造形台３３は、上面を上下方向（図中のＺ方向）へ移動させる機能を有しており、制御部３４の指示に応じて、立体造形物１０の造形の進行に合わせて、上面を移動させる。また、これにより、造形途中の立体造形物１０における被造形面と、吐出ユニット３１との間の距離（ギャップ）を適宜調整する。ここで、立体造形物１０の被造形面とは、例えば、吐出ユニット３１により次の層が形成される面のことである。尚、吐出ユニット３１に対して造形台３３を上下動させるＺ方向への走査は、例えば吐出ユニット３１の側を移動させることで行ってもよい。
制御部３４は、例えば立体造形物製造装置３０のＣＰＵであり、造形すべき立体造形物１０の形状情報や、カラー画像情報等に基づいて立体造形物製造装置３０の各部を制御することにより、立体造形物１０の造形の動作を制御する。
また、制御部３４は、設計データ生成部４５を有しており、入力部３５から入力された立体造形物１０３０の３次元データに基づいて、設計データを生成する機能を有している。設計データの生成の動作については、後述する。制御部３４は、生成した設計データに基づいて、立体造形物１０の造形の動作を制御する。
尚、立体造形物製造装置３０は、図９に図示した構成以外にも、例えば、立体造形物１０の造形や着色等に必要な各種構成を更に備えてよい。例えば、立体造形物製造装置３０は、吐出ユニット３１に副走査動作を行わせる副走査駆動部等を更に備えてもよい。副走査動作とは、例えば、造形中の立体造形物１０に対して相対的に、主走査方向と直交する副走査方向へ、吐出ユニット３１におけるインクジェットヘッドを移動させる動作である。副走査駆動部は、例えば、副走査方向における長さが吐出ユニット３１におけるインクジェットヘッドの造形幅よりも長い立体造形物１０を造形する場合等に、必要に応じて、吐出ユニット３１に副走査動作を行わせる。また、副走査駆動部は、例えば、吐出ユニット３１を保持するキャリッジと共にガイドレールを移動させる駆動部であってもよい。
［立体造形物製造方法］
図１０は、立体造形物製造装置３０によって立体造形物１０を製造する動作を示すフローチャートである。立体造形物製造装置３０は、まず、製造すべき立体造形物１０の３次元モデルのデータを入力する（Ｓ１０）。次に、３次元モデルのデータに基づいて設計データを生成する。
図１１は、３次元モデルから設計データを生成する過程を示す模式図である。立体造形物製造装置３０の設計データ生成部４５は、３次元モデルの各面に対し、内側に垂直な方向（すなわち、反転した面法線ベクトル）を求める（Ｓ１１）。図１１（ａ）に、各面に対して、反転した面法線ベクトルを求めた例を示す。
続いて、設計データ生成部４５は、反転した面法線方向に一定の厚みを有するカラー層１３を設計する（Ｓ１２）。図１１（ｂ）は、各面に対してカラー層１３を設計した例を示す。この際、カラー層１３は複数の層で構成し、カラー層１３を構成する各層におけるカラーインクの割合を決定する。なお、図１０及び図１１では示していないが、立体造形物１０が反射層１２を有する場合には、カラー層１３の内側に反射層１２を設計する処理を行う。
次に、設計データ生成部４５は、カラー層１３が設計された３次元モデルをインクの積層サイズでスライスし、各層のスライス画像を生成する（Ｓ１３）。ここで、積層サイズとは、吐出ユニット３１を１回走査してカラーインク及び透明インクを吐出して紫外線硬化させて生成する一つの層である。図１１（ｃ）は、３次元モデルをスライスする層を示し、図１１（ｄ）はスライスして得られたスライス画像の例を示す図である。
次に、設計データ生成部４５は、誤差拡散法や組織的ディザ法などを用いてカラー層１３をプリンタのインク情報に変換し、カラー層１３を構成するカラーインクの着弾位置及びドットサイズを決定する（Ｓ１４）。カラー層１３は、複数の層から構成され、層ごとにカラーインクの割合が決定されているので、カラーインクの割合に合うようにカラーインクのサイズ及びドットサイズを設計する。そして、立体造形物製造装置３０は、生成した設計データに基づいて、積層処理を行う（Ｓ１５）。
カラー層１３を積層する際には、立体造形物製造装置３０は、設計された位置にカラーインクを着弾させて紫外線硬化させる。続いて、カラーインクの隙間に十分な量の透明インクを着弾させた上で、余剰の透明インクは平坦化ローラ４２でかきとって、カラーインクの隙間を充填し、紫外線硬化させる。
第１の実施の形態のカラー層１３を形成する際には、外側にいくにしたがって、ドットサイズが小さくなるが、吐出ヘッド４０は、バリアブルドットの機能を有するので、外側に行くにしたがって、ドットサイズを小さくすることができる。第２の実施の形態のカラー層１３を形成する際には、設計データ生成部４５にて設計データを生成する際に、外側にいくほどドット密度が低下するようにカラーインクの着弾位置が設計されているので、当該設計データにしたがってカラーインクを着弾することにより、ドット密度を制御できる。
以上、本発明の実施の形態の立体造形物、立体造形物製造装置、及び立体造形物製造方法について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。本発明の立体造形物は、カラーインクのサイズとドット密度の両方を制御して、外側になるにしたがってカラーインクの割合を小さくした構成としてもよい。
（実施の形態の効果）
（１）第１の実施の形態乃至第４の実施の形態の立体造形物１０は、紫外線硬化性インクによって構成された立体造形物１０であって、表面にカラー層１３を有し、カラー層１３は、カラーインクとカラーインク間を充填する透明インク２０とで構成された層であって、外側に近くなるにしたがって透明インクに占めるカラーインクの割合が小さくなっている構成を有する。この構成により、カラー層１３の外側に近い部分では、カラードット１７〜１９で反射した光線が透明インク２０によって拡散するので、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
（２）第１の実施の形態乃至第４の実施の形態の立体造形物１０は、カラー層１３の内側に、光反射性を有する反射層を備えてもよい。この構成により、カラー層１３の色が後ろにあるモデル材１１の色に邪魔されることなく外部から視認され、所望のカラーを忠実に実現できる。
（３）第１の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は、外側に近くなるにしたがって、カラーインクのドット１７〜１９のサイズが小さくなっていてもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
（４）第１の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は複数の層１４〜１６から構成されており、層１４〜１６のそれぞれの中では、カラーインクのドットサイズが同じであってもよい。この構成により、層１４〜１６ごとにカラーインクのドット１７〜１９のサイズを設計できる。
（５）第２の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は、外側に近くなるにしたがって、カラーインクのドット１７〜１９の密度が小さくなっていてもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくできる。
（６）第２の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は複数の層１４〜１６から構成されており、層１４〜１６のそれぞれの中では、カラーインクが同じ密度で含まれていてもよい。この構成により、層１４〜１６ごとにカラーインクのドット１７〜１９の密度を設計できる。
（７）第１の実施の形態の変形例または第２の実施の形態の変形例にかかる立体造形物１０において、カラー層１３を構成する複数の層１４〜１６の間に透明インクからなる層２１が介在されていてもよい。この構成により、透明インクからなる層２１の内側にあるカラー層１３からの光線を分散することで、粒状感が良くなる。
（８）第３の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は複数の層から構成されると共に、複数の層１４〜１６の間には透明インクからなる層２１が介在されており、透明インクからなる層２１は、外側にある層の方が内側にある層よりも厚い構成を有してもよい。この構成により、カラー層１３の構成が一様であっても、透明インクからなる層２１と合わせて、外側の方が、カラーインクの割合が小さくなるように構成できる。
（９）第４の実施の形態の立体造形物１０において、カラー層１３は、最外面に透明インクからなる層２１を備えてもよい。この構成により、カラー層１３にあるカラーインクからの光線を最外面の透明インクの層２１で分散して、粒状感が良くなる。
（１０）実施の形態の立体造形物製造方法は、紫外線硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物１０を造形する立体造形物製造方法であって、立体造形物１０の３次元データに基づいて、立体造形物１０の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層１３を設計する工程と、立体造形物１０の３次元データを紫外線硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する工程と、スライス画像において、カラー層１３を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって透明インクに占めるカラーインクの割合が小さくなるように設計する工程と、スライス画像のデータに基づいて紫外線硬化性インクの積層を行う工程とを備える。
この方法により、立体造形物１０の３次元データに基づいて、外側に近くなるにしたがって透明インク２０に占めるカラーインクの割合が小さくなるようなカラー層１３を設計し、当該設計データに基づいてカラー層１３を生成することができる。これにより、カラー層１３の外側に近い部分では、カラードットで反射した光線が透明インクによって拡散するので、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
（１１）実施の形態の立体造形物製造方法において、積層を行う工程では、カラー層１３を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット１７〜１９のサイズを調整してもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
（１２）実施の形態の立体造形物製造方法において、積層を行う工程では、カラー層１３を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット１７〜１９の密度を調整してもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくできる。
（１３）実施の形態の立体造形物製造装置３０は、紫外線硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物１０を造形する立体造形物製造装置３０であって、立体造形物１０の３次元データを取り込む入力部３５と、入力部３５にて入力された３次元データに基づいて、各レイヤの設計データを生成する設計データ生成部４５と、設計データに基づいて積層を行う吐出ユニット３１、主走査駆動部３２及び造形台３３等からなる積層部とを備え、設計データ生成部４５は、立体造形物１０の３次元データに基づいて、立体造形物１０の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層１３を設計する処理と、立体造形物１０の３次元データを紫外線硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する処理と、スライス画像において、カラー層１３を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって透明インクに占めるカラーインクの割合が小さくなるように設計する処理とを行う。
この構成により、立体造形物１０の３次元データに基づいて、外側に近くなるにしたがって透明インク２０に占めるカラーインクの割合が小さくなるようなカラー層１３を設計し、当該設計データに基づいてカラー層１３を生成することができる。これにより、カラー層１３の外側に近い部分では、カラードット１７〜１９で反射した光線が透明インク２０によって拡散するので、立体造形物１０の表面の粒状感が良くなる。
（１４）実施の形態の立体造形物製造装置３０において、積層部は、カラー層１３を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット１７〜１９のサイズを調整してもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくすることができる。
（１５）実施の形態の立体造形物製造装置３０において、積層部は、カラー層１３を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット１７〜１９の密度を調整してもよい。この構成により、透明インク２０に占めるカラーインクの割合を小さくできる。
本発明は、３Ｄプリンタ等によって、色を有する立体造形物を製造する方法として有用である。
１０ 立体造形物
１１ モデル材
１２ 反射層
１３ カラー層
１４ 第１層
１５ 第２層
１６ 第３層
１７〜１９ カラーインクのドット
２０ 透明インク
２１ 透明インクの層
３０ 立体造形物製造装置
３１ 吐出ユニット
３２ 主走査駆動部
３３ 造形台
３４ 制御部
３５ 入力部
４０ インクヘッド
４１ 紫外線光源
４２ 平坦化ローラ
４３ キャリッジ
４４ ガイドレール
４５ 設計データ生成部

Claims (15)

  1. 硬化性インクによって構成された立体造形物であって、
    表面にカラー層を有し、
    前記カラー層は、カラーインクと前記カラーインク間を充填する透明インクとで構成された層であって、外側に近くなるにしたがって前記透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなっている立体造形物。
  2. 前記カラー層の内側に、光反射性を有する反射層を備える請求項１に記載の立体造形物。
  3. 前記カラー層は、外側に近くなるにしたがって、前記カラーインクのドットサイズが小さくなっている請求項１または２に記載の立体造形物。
  4. 前記カラー層は複数の層から構成されており、同じ層では、カラーインクのドットサイズが同じである請求項３に記載の立体造形物。
  5. 前記カラー層は、外側に近くなるにしたがって、前記カラーインクのドットの密度が小さくなっている請求項１乃至３のいずれかに記載の立体造形物。
  6. 前記カラー層は複数の層から構成されており、同じ層では、カラーインクが同じ密度で含まれている請求項５に記載の立体造形物。
  7. 前記カラー層を構成する複数の層の間に透明インクからなる層が介在されている請求項４または６に記載の立体造形物。
  8. 前記カラー層は複数の層から構成されると共に、前記複数の層の間には透明インクからなる層が介在されており、前記透明インクからなる層は、外側にある層の方が内側にある層よりも厚い請求項１または２に記載の立体造形物。
  9. 前記カラー層は、最外面に透明インクからなる層を備える請求項１乃至８のいずれかに記載の立体造形物。
  10. 硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物を造形する立体造形物製造方法であって、
    前記立体造形物の３次元データに基づいて、前記立体造形物の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層を設計する工程と、
    前記立体造形物の３次元データを前記硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する工程と、
    前記スライス画像において、前記カラー層を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって前記透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなるように設計する工程と、
    前記スライス画像のデータに基づいて硬化性インクの積層を行う工程と、
    を備える立体造形物製造方法。
  11. 前記積層を行う工程では、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドットのサイズを調整する請求項１０に記載の立体造形物製造方法。
  12. 前記積層を行う工程では、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット密度を調整する請求項１０に記載の立体造形物製造方法。
  13. 硬化性インクを用いて積層造形法により立体造形物を造形する立体造形物造形装置であって、
    前記立体造形物の３次元データを取り込む入力部と、
    前記入力部にて入力された前記３次元データに基づいて、各レイヤの設計データを生成する設計データ生成部と、
    前記設計データに基づいて積層を行う積層部と、
    を備え、
    前記設計データ生成部は、
    前記立体造形物の３次元データに基づいて、前記立体造形物の表面から内側に所定の厚みを有するカラー層を設計する処理と、
    前記立体造形物の３次元データを前記硬化性インクの積層サイズでスライスし、各レイヤの設計データであるスライス画像を生成する処理と、
    前記スライス画像において、前記カラー層を構成するカラーインクの量を、外側に近くなるにしたがって前記透明インクに占める前記カラーインクの割合が小さくなるように設計する処理と、
    を行う立体造形物製造装置。
  14. 前記積層部は、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドットのサイズを調整する請求項１３に記載の立体造形物造形装置。
  15. 前記積層部は、前記カラー層を構成するカラーインクの量に応じて、カラーインクのドット密度を調整する請求項１３に記載の立体造形物造形装置。
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