JP6783326B2 - 画像情報を用いて３次元構造を印刷するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、３次元（３Ｄ）印刷システムおよび方法を含む、印刷システムに関するものである。

米国特許出願公開第２０１３／００１５５９６号明細書 米国特許第８，１２３，３５０号明細書 米国特許公開第２０１５／０００２５６７号明細書

本発明は、ベース（例、履物製品のアッパーの一部などの製品、布地層、または他の構造）に、３次元構造（３次元構造構成要素、３Ｄ構造、などとも呼ばれる）を印刷するための方法および装置を提供する。該方法は、印刷システムで画像情報を受信することを含んでもよい。画像情報は、２色間のさまざまな濃淡レベル（例、グレースケール画像の場合は黒と白との間のグレーの濃淡レベル）の画素を含む、グレースケール画像、またはより広くはモノクロ画像、に関する情報を含むことができる。この情報を使って、印刷システムの処理システムは、グレースケール（またはモノクロ）画像内の画素の濃淡レベルに従い、印刷デバイスに、３Ｄ構造をベース上に印刷させる、印刷デバイス用の命令を生成する。ある場合には、処理システムは、構造用印刷材料を含んでいることを処理システムが知っている指定リザーバから、印刷するべき所定の色の特定の濃淡レベル（例、黒５０％）の形で命令を提供することができる。システムは、グレースケール画像およびカラー画像の両方を受信することができる。ある場合には、カラー画像を使用して、グレースケール画像に従って印刷された３Ｄ構造の下および／または上に２Ｄカラー層を印刷してもよい。

印刷システムは、２次元構造またはインクの層、およびさまざまな種類の３次元印刷材料から形成される３次元構造を印刷するために使用することができる。３次元印刷システムおよび方法は、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、電子ビーム自由形状製造（ＥＢＦ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、および、他の種類の３次元印刷技術を含むさまざまな技術に関連していてもよい。

３次元印刷システムから形成される構造は、他の製造技術によって形成されるものと合わせて使用することができる。これには、さまざまな履物製品および／または衣料製品で使用される布地材料を含む。

本発明が、３Ｄ構造を印刷するためのグレースケール画像との使用に限定されないことは理解されよう。本明細書で説明する方法は、各画素につき１つの値またはサンプルを含む任意の２Ｄモノクロファイルとともに使用することができるであろう。したがって、たとえば、赤色の濃淡または色相を有するモノクロ画像ファイルを、より暗い（赤色）領域ほど高さの大きい３Ｄ構造を印刷するための基礎として使用することもできるであろう。そのため、この詳細な説明および特許請求の範囲で使用される場合、モノクロ画像は、グレースケール画像および１色（例、赤色、青色など）のみの色相または濃淡を有する画像の両方を表すために使用される。

他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明の検討により当業者に明らかであるか、または明らかになるであろう。すべてのそのような追加のシステム、方法、特徴および利点は、この説明の中に含まれ、実施形態の範囲内にあり、以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

印刷デバイスおよびコンピューティングシステムを含む印刷システムの実施形態を示す模式図である。 印刷システムとの入出力の実施形態を示す模式図である。 印刷システムのいくつかのサブコンポーネントの実施形態を示す模式図である。 印刷システムのプリントヘッドの実施形態を示す模式図である。 グレースケール画像内の画素の濃淡レベルと、対応する印刷領域の高さとの関係を示す模式図である。 印刷システムのためのプロセスの実施形態を示す図である。 処理システムから印刷デバイスに送られる、考えられる印刷命令セットを示す印刷システムの実施形態を示す模式図である。 さまざまな入力画像を含む印刷システムの別の実施形態を示す模式図である。 印刷システムのいくつかの構成要素の実施形態を示す模式図である。 印刷デバイスを制御するプロセスの模式図である。 印刷システムに提供することができるであろうファイル情報の実施形態を示す模式図である。 高さの異なる領域を印刷する方法を示す模式図である。 高さの異なる領域を印刷するプロセスを示すフローチャートである。 高さの異なる領域を印刷する別の方法を示す模式図である。 高さの異なる領域を印刷するプロセスを示すフローチャートである。 スポットカラー割合と印刷層の厚さとの関係を示す表である。 １組のスポットカラー割合を使用して印刷される１組の層を示す模式図である。 実施形態による、１組のスポットカラー割合を使用して印刷される１組の層を示す模式図である。 印刷用補正スポットカラー表を生成および使用するためのプロセスを示すフローチャートである。 所望の目標厚さを得るために使用される調整済みスポットカラー割合を示す表である。

本発明の実施形態は、以下の図面および説明を参照することにより、より良く理解することができる。図面内の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ、実施形態の原理を示すにあたり強調されている。さらに、図中において、同様の符号は、異なる図面を通して対応する部分を示す。

図１は、単に印刷システム１００ともいう３次元印刷システム１００の実施形態の模式図である。印刷システムのいくつかの実施形態は、印刷システムの異なるデバイス間に１つまたは複数の機能を分散させる手段を含むことができる。図示するように、印刷システム１００は、印刷デバイス１０２、コンピューティングシステム１０４およびネットワーク１０６を含んでもよい。他の実施形態では、印刷システムは、単一のデバイスまたは構成要素であってもよい（図示せず）。

本明細書で使用される場合、用語「プリンタ」、「プロッタ」、「３次元プリンタ」または「３次元印刷システム」は、基材、生地、履物製品、衣料製品、または他の製品に複数の層を印刷することのできる任意のタイプのシステムを指してもよい。一実施形態において、印刷デバイス１０２は、サイン／グラフィックスプリンタとすることができるであろう。

印刷システム１００は、さまざまなタイプの印刷技術を利用してもよい。これには、トナーベース印刷、液体インクジェット印刷、ソリッドインク印刷、昇華印刷、インクレス印刷（サーマル印刷およびＵＶ印刷を含む）、マイクロエレクトロメカニカル・システム（ＭＥＭＳ）ジェット印刷技術、および任意の他の印刷方法を挙げることができるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態は、付加製造技術または３次元印刷技術を使用してもよい。３次元印刷または「３Ｄ印刷」は、材料の層を順次重ねて堆積することによって３次元物体を形成するために使用されてもよい、さまざまな技術を含む。使用できるであろう３Ｄ印刷技術には、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）、電子ビーム自由形状製造（ＥＢＦ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、電子ビーム溶融（ＥＭＢ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、選択的加熱焼結（ＳＨＳ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、石膏ベース３Ｄ印刷（ＰＰ）、積層物体製造（ＬＯＭ）、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）、および当業界で公知のさまざまな他の種類の３Ｄ印刷または付加製造技術が挙げられるが、これらに限定されない。３次元印刷システムから形成される構造は、他の製造技術によって形成される物体とともに使用することができる。これには、さまざまな履物製品、衣料製品、および／または保護製品で使用される布地材料を含む。

本発明の実施形態のいくつかは、製品（例、履物用アッパー）に３次元構造を印刷することを描いている。しかし、他の実施形態では、任意の用途のために印刷材料を印刷および硬化するために、本明細書に述べる原理を利用してもよい。他のいくつかの実施形態では、たとえば、本明細書で述べる原理を、たとえば、基材にグラフィックまたは印を印刷するときに使用してもよいような、薄膜または印刷材料の層の印刷および硬化のために使用することができるであろう。この詳細な説明および特許請求の範囲で使用される場合、用語「印刷可能な特徴」とは、印刷（例、ノズルからの吐出）によって形成されるあらゆる層、部分または構造をいう。ある場合には、印刷可能な特徴は、従来のインクジェットプリンタによって堆積されるような、１つまたは複数のインク層であってもよい。他の場合には、印刷可能な特徴は、熱可塑性材料などの構造用印刷材料を使用して基材に印刷された３Ｄ構造特徴とすることができるであろう。

ある場合には、印刷システム１００は、２つ以上の異なる印刷技術の組み合わせを利用してもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、被印刷体または被印刷形状の構造層を形成するために透明または不透明の印刷材料を印刷してもよい一方で、着色インクを薄い層として印刷してもよい。使用する印刷技術のタイプは、対象製品の材料、対象製品のサイズおよび／または幾何学的形状、被印刷画像の所望の特性（耐久性、色、インク濃度など）、ならびに、印刷速度、印刷費、および保守要件を含むがこれらに限定されない要因、に応じて変えてもよい。

付加製造プロセスは、平坦な受容面および起伏面または非平坦な表面上に構造を形成するために使用されてもよい。たとえば、図面に示されているいくつかの実施形態では、平坦な、または組み立てられていない構成を有するアッパーの材料部分などの、製品の平坦化された表面上に材料が印刷される方法を例示する。このような場合、表面上への材料の印刷は、同様に平坦な薄層に材料を堆積させることによって実現されてもよい。したがって、プリントヘッドまたはノズルは、材料の第Ｎ番目の層を塗布するために、１つ以上の水平方向に移動し、その後、第Ｎ＋１番目の層を形成し始めるために垂直方向に移動してもよい。しかし、他の実施形態では、材料を、起伏面または非平坦な表面上に印刷することができることを理解するべきである。たとえば、材料を、靴型の表面が平坦でない３次元靴型の上に印刷することができるであろう。このような場合、表面に塗布される被印刷層にも凹凸があってもよい。この印刷方法を実現するために、プリントヘッドまたはノズルが、被印刷材料が塗布される面に対して常にほぼ垂直に整列するように、プリントヘッドまたはノズルが、起伏面に沿って移動、傾斜、回転または別様に移動するように構成されてもよい。ある場合には、プリントヘッドを、６つの自由度を伴う多関節ロボットアームなどのロボットアームに取り付けることができるであろう。

あるいは、さらに他の実施形態では、起伏面を有する物体は、被印刷材料の起伏層を物体に塗布できるように、ノズルの下に配向しなおすことができるであろう。たとえば、実施形態は、その全体を参照により本明細書に組み込む、「Robotic fabricator」と題された、Mozeikaらの２０１３年１月１７日に公開された（また、米国出願第１３／５３０，６６４号として２０１２年６月２２日に出願された）特許文献１に開示されたシステム、特徴、構成要素、および／または方法のいずれかを利用することができるであろう。実施形態はまた、その全体を参照により本明細書に組み込む、「Computerized apparatus and method for applying graphics to surfaces」と題された、Cannellらの２０１２年２月２８日に発行された特許文献２に開示されたシステム、特徴、構成要素、および／または方法のいずれかを利用することができるであろう。したがって、本実施形態は、平坦な表面に印刷するために使用される印刷プロセスに限定されず、任意の種類の幾何学的形状を有する任意の種類の表面に印刷することができる印刷システムとともに使用されてもよいことは理解されよう。

一般に、実施形態は、任意の種類の印刷材料を基材に塗布することができるであろう。本明細書で使用される場合、用語「印刷材料」、「印刷用材料」、または「印刷可能材料」は、付加製造プロセス中に印刷、吐出、放出または別様に堆積することのできる任意の材料をいう。印刷材料は、インクならびに２Ｄおよび／または３Ｄ印刷に関連する樹脂、プラスチックまたは他の印刷材料を含む。いくつかの実施形態では、印刷技術で使用される材料は、任意の水性インク、染料系インク、顔料系インク、溶剤系インク、昇華型インク、熱可塑性樹脂（例、ＰＬＡおよびＡＢＳ）、ならびに熱可塑性粉末、アクリル樹脂、ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン、シリコン、または任意の他の硬化性材料とすることができるであろう。材料のさらに別の例は、高密度ポリウレチレン（polyurethylene）、共晶金属、ゴム、モデリング粘土、プラスチシン、ＲＴＶシリコン、磁器、銀粘土、セラミック材料、石膏およびフォトポリマー、ならびに３Ｄ印刷で使用するのに公知の、考えられる他の材料を含む。

いくつかの実施形態では、印刷材料は、ガラス遷移温度および／または溶融温度など、所定の温度を上回ると実質的に成形可能なおよび／または撓みやすい任意の材料であってもよい。一実施形態において、印刷材料は、ガラス液体遷移（「ガラス遷移」）温度および／または溶融温度などの１つまたは複数の熱特性を有する。たとえば、印刷材料は、ガラス遷移温度および溶融温度を有する熱可塑性材料であってもよい。本明細書で使用される場合、熱可塑性材料は、たとえば、アクリル、ナイロン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、印刷材料は、ＵＶ硬化性であってもよい。一般に、アクリル樹脂、ポリウレタン、ＴＰＵ、シリコン、または任意の他の適切な印刷材料を含め、任意の適切な種類のＵＶ硬化性印刷材料を使用することができるであろう。

印刷システムのいくつかの実施形態は、被印刷構造を１つまたは複数の製品上に直接印刷することを可能にする手段を含むことができる。用語「製品」とは、履物製品（例、靴）および衣料製品（例、シャツ、ズボンなど）の両方を含むことが意図される。本開示全体を通して使用される場合、「履物製品」および「履物」という用語は、任意の履物と、アッパーを含む履物に関連付けられた任意の材料とを含み、たとえば、ベースボールシューズ、バスケットボールシューズ、クロストレーニングシューズ、サイクリングシューズ、フットボールシューズ、テニスシューズ、サッカーシューズ、およびハイキングブーツを含む多様な運動用履物の種類にも適用してもよい。本明細書で使用される場合、「履物製品」および「履物」という用語は、ドレスシューズ、ローファー、サンダル、スリッパ、デッキシューズ、および作業用ブーツを含む、一般に非運動用、フォーマル、または装飾的と見なされる履物の種類も含む。

開示される実施形態は履物製品のコンテキストで説明するが、さまざまな実施形態はさらに、３次元印刷を含む任意の衣類製品、衣料品、または用具にも同様に適用されてもよい。たとえば、さまざまな実施形態は、ハット、キャップ、シャツ、ジャージ、ジャケット、靴下、ショートパンツ、ズボン、下着、運動補助着、グローブ、リスト／アームバンド、スリーブ、ヘッドバンド、任意のニット材料、任意の織物材料、任意の不織布材料、スポーツ用具などに適用してもよい。このように、本明細書で使用される場合、用語「衣料製品」は、任意の履物製品、および、ハット、キャップ、シャツ、ジャージ、ジャケット、靴下、ショートパンツ、ズボン、下着、運動補助着、グローブ、リスト／アームバンド、スリーブ、ヘッドバンド、任意のニット材料、任意の織物材料、任意の不織布材料などを含む、任意の衣料または衣類をいうことがある。

被印刷材料を直接１つまたは複数の製品に塗布するために、印刷デバイス１０２は、さまざまな種類の材料の表面に印刷が可能であってもよい。具体的には、ある場合には、印刷デバイス１０２は、布地、天然生地、合成生地、ニット、織物材料、不織布材料、メッシュ、皮革、合成皮革、ポリマー、ゴム、および発泡体、またはこれらの任意の組み合わせなど、さまざまな材料の表面に印刷が可能であってもよく、基材と被印刷材料の底部との間に介在する剥離層を必要とせず、また、印刷する基材の表面が完璧またはほぼ完璧に平坦である必要はない。たとえば、開示される方法は、樹脂、アクリル、熱可塑性材料またはインク材料を生地、たとえば、ニット材料に印刷することを含んでもよく、材料が生地に付着／結合され、材料は、曲げ、巻回、加工、または追加の組立プロセス／ステップを受けても一般に剥離しない。本開示全体を通して使用される場合、用語「生地」は一般に、任意の布地、天然生地、合成生地、ニット、織物材料、不織布材料、メッシュ、皮革、合成皮革、ポリマー、ゴムおよび発泡体から選ばれる材料をいうために使用されてもよい。本開示全体を通して使用される場合、用語「ベース」または「ベース要素」は、アッパーを形成するときに使用される生地の層など、製品の一部または全部を含んでもよい任意の生地、布地または他の材料の一部をいうことがある。

いくつかの実施形態では、印刷システム１００は、印刷デバイス１０２を制御する、および／または印刷デバイス１０２から情報を受信する手段を含むことができる。これらの手段は、コンピューティングシステム１０４とネットワーク１０６とを含むことができる。大略的に、用語「コンピューティングシステム」は、単一コンピュータのコンピューティングリソース、単一コンピュータのコンピューティングリソースの一部、および／または互いに通信する２つ以上のコンピュータをいう。これらのリソースのいずれかを１人以上の人間のユーザによって操作することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０４は、１つ以上のサーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、印刷サーバは、印刷デバイス１０２を制御および／または印刷デバイス１０２と通信することに主に関与してもよい一方、別個のコンピュータ（たとえば、デスクトップ、ラップトップ、またはタブレット）が、ユーザとの相互作用を容易にしてもよい。コンピューティングシステム１０４はまた、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む、磁気、光学、磁気光学、および／またはメモリが挙げられるがこれらに限定されない、１つまたは複数の記憶デバイスを備えることができる。

コンピューティングシステムを使用する例では、印刷デバイス１０２を制御する、および／または印刷デバイス１０２から情報を受信する手段を容易にするために任意の適切なハードウェアまたはハードウェアシステムを使用してもよい。コンピューティングシステムを使用するいくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０４は、中央処理装置１１５、ビューイングインタフェース１１６（例、モニタまたはスクリーン）、入力デバイス１１７（例、キーボードおよびマウス）、および被印刷構造のコンピュータ支援設計表現を設計するためのソフトウェアを含んでもよい。しかし、他の実施形態では、他の形態のハードウェアシステムを使用してもよい。

被印刷物のコンピュータ支援設計表現を設計するためのソフトウェアを使用する例では、被印刷物構造のコンピュータ支援設計表現を設計するための手段を容易にするために、任意の適切な情報を使用してもよい。少なくともいくつかの実施形態では、被印刷層および／または被印刷構造のコンピュータ支援設計表現は、構造の幾何学的構造に関する情報だけではなく、構造のさまざまな部分を印刷するために必要な材料に関わる情報も含んでもよい。しかし、他の実施形態では、異なる情報を使用してもよい。

被印刷物のコンピュータ支援設計表現を設計するためのソフトウェアを使用する例では、設計を、印刷デバイス１０２（または印刷デバイス１０２と通信状態にある関連の印刷サーバ）によって解釈することのできる情報に変換するために、任意の適切な設計構造を使用してもよい。いくつかの実施形態では、印刷システム１００は、３次元印刷または付加プロセスを使用して形成された１つまたは複数の構造を提供するために、以下のように動作してもよい。コンピューティングシステム１０４は、構造を設計するために使用してもよい。これは、あるタイプのＣＡＤソフトウェアまたは他の種類のソフトウェアを使用して実現してもよい。次に、設計を、印刷デバイス１０２（または印刷デバイス１０２と通信状態にある関連の印刷サーバ）によって解釈することのできる情報に変換してもよい。いくつかの実施形態では、設計は、ステレオリソグラフィファイル（ＳＴＬファイル）などの３次元印刷可能ファイルに変換してもよく、他の場合には、設計は、異なる設計構造に変換してもよい。さらに他の実施形態では、印刷する構造に関する情報を画像ファイルの形式で送信してもよく、その場合、異なる領域の画像情報（色、色相、濃淡、透明度など）を、対応する３Ｄ構造を判断するために使用することができる。いくつかの実施形態では、たとえば、設計は、白と黒との間で濃淡レベルが変化する画素を含むグレースケール画像を含んでもよい。

ネットワークを使用する例では、ネットワーク１０６は、コンピューティングシステム１０４と印刷デバイス１０２との間の情報の交換を容易にする、任意の有線または無線の手段を使用してもよい。いくつかの実施形態では、ネットワーク１０６は、ネットワークインタフェースコントローラ、リピータ、ハブ、ブリッジ、スイッチ、ルータ、モデム、およびファイアウォールなどのさまざまな構成要素をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、ネットワーク１０６は、印刷システム１００の２つ以上のシステム、デバイス、および／または構成要素間の無線通信を容易にする無線ネットワークであってもよい。無線ネットワークの例としては、無線パーソナルエリアネットワーク（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を含む）、無線ローカルエリアネットワーク（ＩＥＥＥ８０２．１１ ＷＬＡＮ規格を利用するネットワークを含む）、無線メッシュネットワーク、モバイルデバイスネットワーク、および他の種類の無線ネットワークが挙げられるが、これらに限定されない。他の場合には、ネットワーク１０６は、その信号がツイストペアワイヤ、同軸ケーブル、および光ファイバによって促されるネットワークを含む有線ネットワークとすることができるであろう。さらに他の場合には、有線および無線のネットワークおよび／または接続の組み合わせを使用することができるであろう。

述べたように、印刷システムは、１つもしくは複数のデバイスまたはシステム全体にわたってさまざまな機能を分散させてもよい。印刷システムが印刷システム１００の異なるデバイス間に１つまたは複数の機能を分散させる手段を含む例の場合、印刷システム１００のデバイス間の通信を促進するために、任意の適切なプロトコル、フォーマットおよび方法を使用してもよい。いくつかの実施形態では、これらの通信はネットワーク１０６を使用して実施され、他の場合には、これらの通信は、印刷システム１００のデバイス間で直接実施されてもよい。

印刷デバイス１０２は、製品、またはより一般的にはベースもしくはベース要素（布地など）を印刷するために載せることのできる受容面または印刷面を含んでもよい。図１では、印刷デバイス１０２は、製品の一部などのベースを印刷のために載せることのできる印刷面１０３を備えるテーブル状の構造物を含む。くわえて、印刷デバイス１０２は、ベース上に印刷することのできる構造用印刷材料の少なくとも１つのリザーバをさらに含むプリントヘッドアセンブリ４００を含んでもよい。

図２は、実施形態による、印刷システム１００への入出力の模式的な概要図である。図２を参照すると、画像ファイル２００は、印刷システム１００に送信される。ある場合には、画像ファイル２００は、印刷システム１００の一部である同じコンピューティングシステム（例、コンピューティングシステム１０４）に格納されてもよい。他の実施形態では、画像ファイル２００を、印刷システム１００とは異なるシステムまたはデバイスに格納することができる。また、画像ファイル２００は、任意のコンピュータシステムもしくはデバイス（例、デジタルカメラ）によって生成し、および／または任意の処理ソフトウェア（例、Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ）もしくはハードウェアを用いて処理することができる。

本明細書で使用される場合、画像ファイルは、１つまたは複数の画像に対応する情報を含む任意の種類のファイルであってもよい。一般に、ＪＰＧ、ＰＮＧ、ＧＩＦ、ＴＩＦ、ＲＡＷを含むがこれらに限定されない任意の種類の画像ファイルフォーマット、および２Ｄまたは３Ｄ印刷に固有のフォーマット（例、ＳＴＬ）を含むさまざまな他の種類の画像ファイルフォーマットを使用することができるであろうが、これらだけに限定されない。

図２の実施形態では、画像ファイル２００は、単一画像２０２に関わる情報を含み、これが、コンピューティングシステム１０４のスクリーン上に模式的に描かれている。ここでは、画像２０２は、黒、白およびグレーの濃淡のみを使用するグレースケール画像の典型を示すことが意図されている。対して、他の実施形態は、図８〜図１０に示す実施形態でより詳細に述べるように、１つまたは複数の画像を含むことができる。

画像ファイル２００からの情報を使用して、印刷システム１００は、被印刷構成要素２０６とともにアッパー２０４を製作してもよい。具体的には、印刷デバイス１０２は、アッパー２０４上に構造用印刷材料２９９を（プリントヘッドアセンブリ４００を使用して）印刷し、被印刷構成要素２０６を形成する。実施形態では、被印刷構成要素２０６は、アッパー２０４のつま先領域２１０に、ひも穴要素２１６および幾何学的な被印刷特徴２０８を含む。ここで、ひも穴要素２１６は、画像２０２において、ダークグレー（つまり、黒７０％）の濃淡レベルを有する画素２０９で表されている。対して、幾何学的な被印刷特徴２０８は、画像２０２内の別々の画素色に対応して高さが変化する領域を含む。たとえば、幾何学的な被印刷特徴２０８の、より薄い領域２３０は、画像２０２では、ライトグレーの濃淡レベルを有する画素の区画２０５と一致する。同様に、幾何学的な被印刷特徴２０８の、より厚い領域２３２は、画像２０２では、より暗いグレーの濃淡レベルを有する画素の区画２０７と一致する。ある場合には、グレースケール画像内で滑らかに変わる濃淡レベルを用いることで、得られる被印刷構造に、全体的に滑らかな３Ｄ等高線を生み出すことが可能である。

このように、実施形態は、２Ｄ画像からの情報を使用して製品上に３Ｄ構造を印刷するための手段を含む。これは、部分的には、２Ｄ画像がより暗い領域により多くの印刷材料を堆積するよう印刷デバイスに命令し、２Ｄ画像がより明るい領域により少ない印刷材料を堆積するよう印刷デバイスに命令することによって実現する。また、より詳細に以下で述べるように、印刷デバイスは、２Ｄ層または画像を形成するためのインクまたは他の従来の印刷材料からではなく、構造用印刷材料を収容しているリザーバから印刷するよう命令される。このような方法は、ステレオリソグラフィ（ＳＴＬ）フォーマットにされたファイルなどの３Ｄ印刷ファイルを必要とせずに、３Ｄ被印刷構造（または構成要素）を製作するために使用してもよい。

図３は、印刷システム１００の構成要素およびシステムの一部を示す模式図である。最初に、画像ファイル２００からの情報を、印刷制御システムと呼ばれることもある処理システム３００に送信してもよい。処理システム３００は、印刷デバイス１０２に印刷命令セットを提供してもよい。具体的には、処理システムは、２Ｄ画像情報から、および／または３Ｄ印刷ファイルから３Ｄ構造を製作するための印刷命令を生成することに関わる任意のシステム、構成要素、方法、またはプロセスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、処理システム３００は、画像ファイル２００内の画像情報を、印刷面（例、アッパーまたは他の製品の表面）に沿って、各印刷位置または画素にどの色を印刷するべきかの情報に変換する。したがって、たとえば、処理システム３００は、画像の各画素のＲＧＢ（ならびに、可能な色相、彩度、および明度）値を、その画素に対応する位置に印刷するべき特定のインクカラー（インクカラーの組み合わせを含む）に変換してもよい。ある場合には、処理システム３００はさらに、印刷するべき各インクの濃淡レベル（例、黒４０％）または分量を判断することができるであろう。たとえば、基材のある特定の位置に真黒を印刷するために、処理システム３００は、所与の位置でインクの最大量（予めセットされている）を印刷するよう印刷デバイス１０２に命令する情報を送信してもよく、一方で、基材の別の位置にグレーを印刷するために、処理システム３００は、他の位置にインクの最大量の５０％を印刷するよう印刷デバイス１０２に命令する情報を送信してもよい。インクなどの非構造用印刷材料を使用する場合、所与の位置に追加のインクを使用して、より完全なまたはより豊かな色を生み出してもよい。しかし、構造用印刷材料を使用する場合、追加材料が基材表面に３Ｄ構造を蓄積することになってもよい。より詳細に以下で述べるように、処理システム３００は、ある特定の「色」の印刷材料をどのカートリッジ、リザーバまたはノズルから印刷するべきかを指定する情報を、印刷デバイス１０２に送信してもよい。

図４は、印刷デバイス１０２のプリントヘッドアセンブリ４００の拡大部分の模式図を示す。いくつかの実施形態では、プリントヘッドアセンブリ４００はさらに、ある種の作動システムに取り付けられていてもよい。ある場合には、作動システム（図示せず）は、プリントヘッドアセンブリ４００および／または他の構成要素もしくはデバイスの動きを助けるためのさまざまな手段を含んでもよい。プリントヘッドをプリンタまたは同様なデバイス内のさまざまな位置に移動させるための任意の公知のシステム、デバイス、または方法を使用できるであろうことは理解されよう。該手段には、プリンタで使用するために当業界で公知のさまざまな種類の電気モータまたは他の駆動デバイスを含んでもよい。

印刷デバイスのいくつかの実施形態は、カラー印刷を可能にする手段を含むことができる。いくつかの実施形態では、印刷システムはＣＭＹＫ印刷を使用してもよい。他の実施形態では、カラー印刷は、別の適切な印刷方法を使用して実施してもよい。

ＣＭＹＫ印刷を使用する例では、カラー印刷を容易にするために、任意の適切なデバイス、プロトコル、規格または方法を使用してもよい。本明細書で使用される場合、「ＣＭＹＫ」とは、カラー印刷で使用される４色の顔料をいうことがあり、「Ｃ」はシアン顔料、「Ｍ」はマゼンタ顔料、「Ｙ」はイエロー顔料、および「Ｋ」はブラック顔料を表す。ＣＭＹＫ印刷を使用する印刷デバイスの例は、「Additive Color Printing」と題された、２０１５年１月１日に公開されたMillerの特許文献３（２０１３年６月２６日に出願された米国特許出願第１３／９２７，５５１号）に開示されており、参照によりこれを本明細書に組み込むとともに、以下「カラー印刷」出願という。いくつかの実施形態では、印刷システム１００は、カラー印刷を容易にするために、カラー印刷出願で開示されるシステム、構成要素、デバイス、および方法の１つまたは複数の特徴を含むことができる。たとえば、印刷デバイス１０２は、ベース上に、１つまたは複数の顔料を含む印刷材料の液滴を供給することによって、画像を印刷するように構成されてもよい。本明細書で使用される場合、液滴とは、任意の適切な量の印刷材料をいうことがある。たとえば、液滴は、１ミリリットルの印刷材料であってもよい。他の実施形態では、印刷システム１００は、他のシステム、構成要素、デバイスおよび方法を使用してもよい。

ＣＭＹＫ印刷を使用する例では、ＣＭＹＫは、顔料のさまざまな組み合わせを印刷して混ぜ合わせることによって、可視スペクトルで任意の色を生成または近似化してもよい。図４を参照すると、プリントヘッドアセンブリ４００は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）用にそれぞれ別のインクカートリッジを含んでいる。したがって、プリントヘッドアセンブリは、シアン色（ノズル２３２によって供給される）、マゼンタ色（ノズル２３４によって供給される）、およびイエロー色（ノズル２３６によって供給される）用のインクまたは他の有色材料を供給することができる。供給された有色材料の組み合わせを混ぜ合わせて、赤、緑および青のうちの１つまたは複数の色を生成してもよい。有色印刷材料のさらなる混ぜ合わせを使用して、赤、緑、青、シアン、マゼンタおよびイエロー以外のさらに多くの色を生成してもよい。

実施形態では、プリントヘッドアセンブリ４００は、黒インクまたはブラック印刷材料（Ｋ）を供給するための別個のカートリッジを含んでもよく、これは、ノズル２３８によって供給されてもよい。いくつかの実施形態では、印刷デバイス１０２は、ホワイト印刷材料（Ｗ）を供給するためのホワイトカートリッジを含んでもよく、これは、ノズル２３９によって供給されてもよい。図４では、いくつかの実施形態に合わせて各印刷材料に１つのカートリッジが描かれているが、印刷デバイス１０２は、プリントヘッドアセンブリ４００の印刷材料のうちの１つまたは複数について、２つ以上のカートリッジを含んでもよい。便宜上、本明細書および特許請求の範囲において、用語「ノズル」、「リザーバ」および「カートリッジ」は、ある特定の種類の印刷材料（インクおよび構造用印刷材料を含む）の供給源をいうために交換可能に使用されることがある。しかし、ある場合には、印刷材料の共通のリザーバまたはカートリッジから、複数のノズルがインクを供給できるであろうことは理解されよう。

ＣＭＹＫ印刷を使用する例では、カラー印刷を容易にするために、任意の適切な印刷材料を使用してもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は水性であってもよい。他の実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は油性であってもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は構造用印刷材料を含んでもよい。

いくつかの実施形態は、色ではなく３Ｄ構造を提供することが目的の構造用材料を使用してもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は、クリアなおよび／または透明な構造用印刷材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は、不透明の構造用印刷材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＣＭＹＫ印刷材料は、半透明の構造用印刷材料を含んでもよい。他の実施形態では、構造用材料は、透明な構造用材料および／または半透明の構造用材料の組み合わせを有してもよい。

図４を参照すると、プリントヘッドアセンブリ４００は、クリアな構造用印刷材料（ＣＬ）を供給する少なくとも１つのカートリッジを含み、これは、ノズル２４０から供給される。実施形態は、クリアな構造用印刷材料を使用するかもしれないが、他の実施形態では、顔料を含む構造用印刷材料を含むことができるであろう。

図面には図示していないが、構造用印刷材料を組み込む実施形態は、印刷材料の硬化を助ける硬化デバイスを含むことができる。実施形態は、１つまたは複数の種類の印刷材料を硬化させるための手段を含んでもよい。一般に、印刷可能な物質を硬化させるための任意の公知の方法を使用することができるであろう。いくつかの実施形態は、紫外線（ＵＶ）硬化ランプを使用してもよい。ＵＶランプを使用する実施形態は、任意のタイプのＵＶランプを利用することができる。実施形態とともに使用することができる。ランプとしては、水銀灯（Ｈタイプ、Ｄタイプ、もしくはＶタイプの水銀灯を含む）、蛍光灯、および／またはＵＶ ＬＥＤデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。使用するランプのタイプは、印刷材料のタイプ、印刷用途のタイプ、使用する印刷デバイスのタイプ、ならびに、コストおよび入手性を含めた他の製造要因に応じて変えてもよい。他の実施形態は、電子ビーム硬化など、他の形態の硬化を使用することができるであろう。さらに他の実施形態は、硬化デバイスを省くことができるであろう。

前述したように、構造用印刷材料を有する指定カートリッジから印刷材料のさまざまな濃淡レベルを印刷するよう印刷デバイスに命令することによって、印刷システムが２Ｄ画像を印刷して、３Ｄ構造を形成できることが考えられる。ある場合には、従来のインクではなく、同様な量の構造用印刷材料を印刷して、３Ｄ被印刷構成要素に厚さまたは高さの異なる領域を得てもよい。

図５は、画像のある領域（例、画素）の濃淡レベルと、ベース上の対応する領域に堆積されることになる対応する構造用印刷材料の量との関係の模式図である。グレースケール画像では、各画素は「真白」と「真黒」との間の任意の色または濃淡にしてもよく、これを、本明細書により「濃淡レベル」という。有色インク（例、黒）を使用してグレースケール画像を印刷する場合、印刷システムは、異なる濃淡レベルを有する画素に対応する位置に、異なる量のインクを送り出すようプリンタに命令してもよい。たとえば、黒インクでグレースケール画像を印刷することは、真黒の画素について、所定の最大量または最大分量のインクを印刷すること、真白の画素について、インクを印刷しないこと、および中間の濃淡レベルの画素については、ゼロ量と所定の最大量との間のある範囲の量を印刷することを含んでもよい。

図５で分かるように、いくつかの実施形態では、各濃淡レベルは異なる量の印刷材料と一致するため、異なる濃淡レベルを印刷するための印刷命令を、高さの異なる構造層を印刷するために使用することができるであろう。たとえば、真白の濃淡レベル５０２の画像の領域または画素に対応する印刷面上の位置は、印刷材料を一切受けないであろう。対して、真黒の濃淡レベル５１０の画像の領域または画素に対応する印刷面上の位置は、所定の最大量の印刷材料を受けるであろう。これらの位置で、構造用印刷材料が高さ５２８を有する部分になってもよい。また、真白と真黒との間の中間濃淡レベルを有する画像の領域または画素に対応する印刷面上の位置は、所定の最大量の印刷材料の対応する割合を受けるであろう。たとえば、真白の濃淡レベル５０２よりもやや暗いライトグレーの濃淡レベル５０４であれば、構造用印刷材料の総量の２５％を受けてもよく、高さ５２８の２５％であってもよい高さ５２２を有する構造になる。同様に、ミディアムグレーの濃淡レベル５０６であれば、構造用印刷材料の総量の５０％を受けてもよく、高さ５２８の５０％であってもよい高さ５２４を有する構造になる。さらに、ダークグレーの濃淡レベル５０８であれば、構造用印刷材料の総量の７５％を受けてもよく、高さ５２８の７５％であってもよい高さ５２６を有する構造になる。そのため、濃淡レベル情報を使用して印刷面上に可変量の印刷材料を印刷することによって、３Ｄ構造物を形成することができることが分かるだろう。ある場合には、被印刷領域の高さと濃淡レベルとの関係は線形であってもよい。たとえば、ある場合には、濃淡レベルが２倍になると（例、黒２０％から黒４０％へ）、高さは２倍になる（例、２つの被印刷層から４つの被印刷層へ）。

図５に図示する構造は、印刷材料の量が各位置で変わるプリントヘッドの単一パスで形成できるであろうことは理解されよう。あるいは、他の実施形態では、これらの構造は、プリントヘッドの各パスについて一定の高さの１つの層を印刷し、より高い領域にはより多くの層を塗布することによって、連続的に積み重ねることができるであろう。どちらの方法も、（単一パスを使用して異なる濃淡レベルを標準インクで印刷するようにデバイスを構成してもよいため）異なる濃淡レベルを印刷デバイスに提供することによって、または、複数のパスで一定の画素により多くのインクを連続的に塗布することによって、実現してもよいことはさらに理解されよう。

図６は、印刷システムの模式的な動作方法の実施形態である。以下のステップのいくつかは、いくつかの実施形態においては任意にすることができるであろうことは理解されよう。他の実施形態は、図６に図示していない追加ステップを含むことができるであろう。また、いくつかの実施形態では、ここで説明するさまざまなステップは、印刷システムのサブシステム（処理システムまたは印刷デバイスなど）を含め、印刷システムによって実現できるであろう。他の実施形態では、１つまたは複数のステップは、印刷システムの周辺の任意の他のシステムによって実現できるであろう。

以下のプロセスを理解するために、このプロセスを利用する印刷システムの構成を図７に図示し、図６のプロセスを参照して述べる。

ステップ６０２では、印刷システムは、グレースケール画像に対応する情報を有する画像ファイルを受信してもよい。たとえば、ある場合には、ユーザは、印刷システムに関連付けられているコンピューティングシステム上のファイル保存場所から、画像ファイルをインポートしてもよい。ある場合には、画像ファイルは、画像編集ソフトウェアなどのグラフィックソフトウェアを使用して作成および／または修正されてもよい。ある場合には、このソフトウェアは印刷システムの一部と見なされてもよいが、他の場合には、このソフトウェアはシステムの外部と見なすことができるであろう。図７は、処理システム３００で受信した２Ｄ画像７０２を示す。

次に、ステップ６０４で、印刷システムは、印刷デバイスの１つまたは複数のプリントヘッドに関連付けられている各ノズルについて、ノズルおよび対応する印刷材料に関する情報を検索してもよい。具体的には、ある場合には、印刷システムは、どのノズルが黒インクを有するか、およびどのノズルが構造用印刷材料を有してもよいかを含め、どの印刷ノズルがカラーインクを有するかを判断してもよい。ある場合には、この情報は、印刷前に印刷システムのデータベースに格納することができる。他の場合には、印刷システムは、この情報を提供するようユーザに促すことができるであろう。ある場合には、情報は、印刷材料の１つまたは複数のリザーバ（１つまたは複数のノズルまたはカートリッジ）に関する識別情報として提供されてもよい。このように、たとえば、異なるリザーバが、何らかのＩＤ番号を使用して識別される実施形態では、印刷システムは、構造用印刷材料を含むリザーバに対応するＩＤ番号を判断してもよい。

ある場合には、印刷デバイスは、各印刷カートリッジ内の印刷材料のタイプに関する情報を有さないことがある。構造用印刷材料を印刷するように改造されたプリンタでは、たとえば、構造用印刷材料は、通常は有色インクを入れておくことが意図されるリザーバ内に配置してもよい。そのため、印刷デバイスに、たとえば、処理システムによって提出される印刷命令は、どのノズルを印刷に使用するかに関する明示的な命令とともに、各ノズルに関するＩＤ情報を含んでもよい。このように、システムが平坦な２Ｄの層として２Ｄグレースケール画像を印刷するときは、黒インクを収容しているノズルから印刷するよう印刷デバイスに命令してもよく、システムが３Ｄ構造を印刷するときには、構造用印刷材料を収容しているノズルから印刷するよう印刷デバイスに命令してもよい。いずれの場合も、印刷デバイスは、目標とする濃淡レベルに応じて所与の量の印刷材料を供給する。

ステップ６０４の例として、図７に図示する実施形態は、処理システム３００で同じく受信されるリザーバ情報７０４を含む。具体的には、リザーバ情報７０４は、印刷デバイス１０２の中のプリントヘッドアセンブリ７１０のリザーバ５番がクリアな構造用印刷材料を含むことを示す。そのため、例示のために、処理システム３００は、プリントヘッドのリザーバのそれぞれに入っている印刷材料の知識を有すると見なされる（図７では内部プロセスに表されている）。

ステップ６０６中に、印刷システムは、構造用印刷材料を有するノズルのセットを使用して画像ファイル情報を印刷するよう印刷デバイスに命令を供給する。ある場合には、ステップ６０６中に、印刷システムは、そこから印刷するべきリザーバのＩＤ、ならびに色および／または黒５０％などの濃淡レベルを含め、命令を提供する。図７に示すように、印刷デバイス１０２は、リザーバ５番が黒インクを含むかのように動作するが、これには、グレースケール濃淡レベルに基づいて、各位置に堆積させる印刷材料の量を計算することを含んでもよい。

図７には、印刷命令セット７０６を図示する。この実施例では、印刷命令セット７０６は、所与の位置（例、「ｘ１，ｙ１」、「ｘ１，ｙ２」など）で、ある特定の濃淡レベルを印刷するための命令を含む。ある場合には、濃淡レベルは、絶対カラーのパーセント（例、「黒３０％」、「黒３５％」など）として与えられてもよい。さらに、印刷命令セット７０６は、命令されたインク色を収容しているリザーバの位置を指定してもよい。この場合、命令されたリザーバから印刷デバイスが印刷するとき、黒インクではなく、構造用印刷材料が堆積され、結果として３Ｄ構造を形成する。

この構成は、印刷デバイスに３Ｄ印刷ファイルまたは３Ｄ印刷ドライバを使用するための手段を有することを必要とせずに、印刷デバイスに３Ｄ構造を印刷させてもよい。代わりに、３Ｄ印刷は、被印刷２Ｄ画像について予想される命令を印刷デバイスに提供するが、３Ｄ等高線の作成を可能にする構造用印刷材料を使用することによって実現される。

いくつかの実施形態は、グレースケール画像を２Ｄグレースケールデザインとして印刷するときか、または３Ｄ構造を印刷するための画像情報を使用して印刷するときかを把握させる手段を含んでもよい。ある場合には、印刷システムは、印刷デバイスに命令を出す前に、画像ファイル情報が３Ｄ印刷に使用されることが意図されているかどうかを判断してもよい。言い換えると、印刷システム（つまり、図３の処理システム３００）は、画像ファイル情報を３Ｄ構造の印刷に使用するべきかどうかを判断する。異なる実施形態では、システムは、この判断を複数の異なる方法で行ってもよい。ある場合には、システムのユーザが、ＧＵＩまたは印刷システムとのコマンドラインインタフェース経由でなど、３Ｄ構造の印刷で画像ファイル情報を使用するようシステムに通知する明示的な命令をシステムに与える。他の場合では、印刷システムは、所与のファイルが３Ｄ構造の印刷に使用されることが意図されると自動的に判断する能力を有することができる。ある場合には、たとえば、画像ファイルは、３Ｄ印刷での使用の意図を示すヘッダ情報または他のメタデータを含むことができるであろう。

図８〜図９は、印刷システム８００の別の実施形態の模式図を示す。図８〜図９の実施形態は、前の実施形態の多くの特徴を共有してもよく、他の特徴を省いてよいのと同様に、いくつかの新たな特徴も含んでもよい。たとえば、図８〜図９では、印刷システム８００は、３つの異なる画像の情報を受信するように構成されている。これらは、第１カラー画像８０２、グレースケール画像８０４、および第２カラー画像８０６を含む。前の実施形態と同様に、グレースケール画像８０４は、３次元構造８１０を形成するために印刷システム８００によって使用することのできる情報を含む。さらに、第１カラー画像８０２および第２カラー画像８０６を、構成要素８１０のそれぞれ上面８１２および底面８１４に適用することができる。また、第２カラー画像８０６は、構成要素８１０と下地となるベース８０１（つまり、この実施形態ではアッパー）との間に設けられている内側カラー層とすることができるであろう。

印刷システムに渡される画像情報は、異なる実施形態ではさまざまな形態を取ることができるであろう。たとえば、いくつかの実施形態では、各画像は、印刷システムに個別ファイルとして送信されることができるであろう（例、各画像を個別のｊｐｅｇ、ｐｎｇ、ｔｉｆｆ、または他の種類のグラフィックファイルにすることができるであろう）。図９では、たとえば、各画像は、個別ファイル（つまり、画像ファイル８２０、画像ファイル８３０および画像ファイル８４０）として送信される。他の実施形態では、複数の画像は、単一のファイルの一部として送信されることができるであろう。さらに他の実施形態では、さまざまなパラメータなど、ヘッダの一部として（例、ヘッダ情報をサポートするｔｉｆｆファイルのヘッダの一部として）提供することができるであろう追加情報を付けて画像情報を送信するための手段を含んでもよい。

他の実施形態は、上部カラー画像または底部カラー画像のみを使用できるであろうことも理解されよう。いくつかの実施形態では、たとえば、底部カラー画像のみを使用することができるであろう。そして、得られる被印刷製品は、重ねられた３Ｄ構造を有する底部カラー層を含むことになるであろう。他の実施形態では、上部カラー画像のみを使用できるであろう。そして、得られる被印刷製品は、製品に直接印刷される３Ｄ構造を（中間カラー層なく）含み、かつ、構造上に印刷される上部カラー層も含むであろう。

図１０は、印刷システムの模式的な動作方法の実施形態である。以下のシステムのいくつかが、いくつかの実施形態で選択できるであろうことは理解されよう。他のシステムは、図１０に示されていない追加ステップを含むことができるであろう。さらに、いくつかの実施形態では、ここで説明するさまざまなステップを、印刷システムのサブシステム（処理システムまたは印刷デバイスなど）を含め、印刷システムによって実現できるであろう。他の実施形態では、１つまたは複数のステップは、印刷システムの周辺の任意の他のシステムによって実現することができるであろう。

ステップ１００２で、印刷システムは、画像ファイル情報を受信してもよい。たとえば、ある場合には、ユーザは、印刷システムに関連付けられているコンピューティングシステム上のファイル保存場所から、画像ファイルをインポートしてもよい。ある場合には、画像ファイルは、画像編集ソフトウェアなどのグラフィックソフトウェアを使用して作成および／または修正されてもよい。ある場合には、このソフトウェアは印刷システムの一部と見なされてもよいが、他の場合には、このソフトウェアはシステムの外部と見なすことができるであろう。

本実施形態において、複数の画像に関する情報を受信することができるであろう。たとえば、グレースケール画像に関する情報、および１つ、２つ、またはそれ以上のカラー画像に関する情報を受信することもできるであろう。ある場合には、異なる画像は、個別ファイルとして受信することができるであろう。他の場合には、画像は、単一ファイル内のデータによって表すことができるであろう。

ステップ１００４で、印刷システムは、画像のうちの１つに関する情報を選択する。単一ファイルが受信される場合、印刷システムは、ファイル内の画像のうちの１つに対応する情報を抽出する。他の場合には、印刷システムは、複数のファイルの中から、画像ファイルに対応するファイルを選択する。

ステップ１００６で、印刷システムは、画像が３Ｄ印刷用かどうかを判断する。これは、画像情報とともに受信される、画像が２Ｄ印刷用かまたは３Ｄ印刷用かを示すパラメータまたは他のメタデータをチェックすることによるなど、さまざまな方法で判断してもよい。他の場合には、印刷システムは、画像情報そのものに従って、画像が３Ｄ印刷のために使用されるものかどうかを自動的に判断することができるであろう。たとえば、ある場合には、印刷システムは、任意の純粋なグレースケールファイルが常に３Ｄ印刷用であると想定されるように構成される。

画像が３Ｄ印刷用ではない場合、印刷システムはステップ１００８に進む。印刷システムは、２Ｄカラー層（または２Ｄ黒白層）を印刷するための通常の印刷命令を送信する。

しかし、ステップ１００６中に、画像が３Ｄ印刷に使用されることが意図されているとシステムが判断する場合、印刷システムはステップ１０１０に進む。印刷システムは、次いで、画像情報を使用して３Ｄ構造を印刷するための修正印刷命令を生成して、提出してもよい。いくつかの実施形態では、印刷システムは、画像情報を使用して３Ｄ構造を印刷するための命令を生成して提出する際、図６のステップ６０２、ステップ６０４およびステップ６０６と同様なステップを踏むことができるであろう。

本詳細な説明および特許請求の範囲を通して使用される場合、用語「通常の印刷命令」は、一般に、２Ｄ層が印刷されるときに生成されて印刷デバイスに送信される命令をいうことがある。対して、「修正印刷命令」は、３Ｄ物体または３Ｄ層を印刷するために生成されて、印刷デバイスに送信される。この２種類の命令の相違点は、さまざまな実施形態で変わる可能性がある。一実施形態において、修正印刷命令は、構造用印刷材料（クリアまたは不透明）を有するリザーバからの印刷命令を含むのに対し、通常の印刷命令は、３Ｄの起伏がある構造または物体を形成するためには使用することのできないインクまたは染料など、２Ｄ印刷用の「従来の印刷材料」を有するリザーバからの印刷命令を含む。

図１１は、印刷システムとともに使用するためのファイル１１００の実施形態を示す模式図である。いくつかの実施形態において、ファイル１１００は、画像情報ならびに他のパラメータおよび／またはメタデータを含んでもよい。図１１で分かるように、ファイル１１００は、画像情報または画像データを含む画像部１１０２を含んでもよい。さらに、ファイル１１００は、３Ｄ構造の最高高さなどのメタデータに関する情報を含むヘッダ部１１０４を含むことができるであろう。ある場合には、ヘッダ部１１０４は、構造を固定数または可変数の層で印刷するべきかどうかを示すこともできるであろう。ヘッダ情報を使用して、各点もしくは位置で印刷するべき層の数（可変数の層を印刷する状況において）、または各点もしくは位置で印刷する層の厚さ（固定数の層を印刷する状況において）を判断することができる。

図１２〜図１３は、印刷システムが、構造の所与の位置において特定の厚さを得るために、構造用印刷材料の可変数の層を印刷する実施形態の模式図を示す。具体的には、図１２は、３Ｄ構造用の２つの印刷位置の模式図を示す。第１位置１２０２では、グレースケールファイル内の対応する画素での濃淡レベル１２１０によって判断されるように、固定高さ１２５０の４つの被印刷層１２０４が印刷される。第２位置１２０６では、同じグレースケールファイル内の対応する画素での濃淡レベル１２１２によって判断されるように、固定高さ１２５０の２つの被印刷層１２０４のみが印刷される。このように、ある場合には、印刷システムは、グレースケールファイル内のその位置を表す濃淡レベルに従って、異なる数の一定の厚さの層を積み重ねることによって、可変高さを有する部分を印刷することが明確に分かるだろう。

図１３は、３次元構造を形成するために、可変数の層を使用して印刷するためのプロセスの実施形態を示す。ステップ１３０２で、印刷システムは、構造の最大高さを受信する。この値は、システムのオペレータが手入力してもよく、またはグレースケール画像の画像情報とともにデータとして提供することができるであろう。最大高さは、グレースケール画像の対応する画素が黒１００％（または最高の濃淡レベル）の任意の領域のための被印刷高さであってもよい。次に、ステップ１３０４で、印刷システムは、一定の層の厚さを判断するか、またはその他の形で該厚さを受信してもよい。これは、印刷するべき各層の厚さであってもよい。ある場合には、この値は、最大高さに従って、厚さを制限する他のパラメータを使用して計算するか、またはその他の形で判断することができるであろう。他の場合には、一定の層厚は、印刷システムへの入力として与えられる。

次に、ステップ１３０６で、印刷システムは、濃淡レベルが異なる勾配データを受信してもよい。ある場合には、勾配データはグレースケール情報である。しかし、他の実施形態では、勾配データは、青色の濃淡または赤色の濃淡など、グレー以外の色のさまざまな濃淡として提供できるであろうことは理解されよう。このような勾配データは、３Ｄ被印刷構造を形成する目的上、グレースケールデータと同様に扱うことができるであろう。

最後に、ステップ１３０８で、印刷システムは、濃淡レベルに従って各位置に印刷するべき層の数を判断してもよい。したがって、黒１００％の濃淡レベルの領域は、３Ｄ構造の最大厚さまたは最大高さを有するように印刷されてもよいのに対し、黒１００％未満の濃淡レベルの領域は、印刷されるときに、より少ない厚さまたは高さを有する。また、この構成を使用して、最大厚さの領域の層の数は、最大厚さに満たない厚さの領域よりも多い。

図１４〜図１５は、印刷システムが固定数の層（Ｎ層）の構造用印刷材料を印刷し、構造の所与の位置において特定の厚さを得るために、層が異なる厚さを有してもよい実施形態の模式図を示す。具体的には、図１４は、３Ｄ構造用の２つの印刷位置の模式図を示す。第１位置１４０２では、グレースケールファイル内の対応する画素での濃淡レベル１４１０によって判断されるように、第１高さ１４５０の５つの被印刷層１４０４が印刷される。第２位置１４０６では、同じグレースケールファイル内の対応する画素での濃淡レベル１４１２によって判断されるように、第２高さ１４５２の５つの被印刷層１４０８が印刷される。このように、各層がその位置の濃淡レベルに比例した厚さを有する場合、印刷システムは、一定数の層を印刷することによって、可変高さを有する部分を印刷することが明確に分かるだろう。

図１５は、３次元構造を形成するために、各位置に固定数の層を使用して印刷し、その層の厚さを変えるためのプロセスの実施形態を示す。ステップ１５０２で、印刷システムは、構造の最大高さを受信する。この値は、システムのオペレータが手入力してもよく、またはグレースケール画像の画像情報とともにデータとして提供することができるであろう。次に、ステップ１５０４で、印刷システムは、固定数の層を判断するか、またはその他の形で該厚さを受信してもよい。ある場合には、この値は、最大高さに従って、厚さを制限する他のパラメータを使用して計算するか、またはその他の形で判断することができるであろう。他の場合には、固定数の層は、印刷システムへの入力として与えられる。

次に、ステップ１５０６で、印刷システムは、濃淡レベルが異なる勾配データを受信してもよい。ある場合には、勾配データはグレースケール情報である。しかし、他の実施形態では、勾配データは、青色の濃淡または赤色の濃淡など、グレー以外の色のさまざまな濃淡として提供できるであろうことは理解されよう。このような勾配データは、３Ｄ被印刷構造を形成する目的上、グレースケールデータと同様に扱うことができるであろう。

最後に、ステップ１５０８で、印刷システムは、濃淡レベルに従って各位置に印刷するべき層の数を判断してもよい。したがって、黒１００％の濃淡レベルの領域は、３Ｄ構造の最大厚さまたは最大高さを有するように印刷されてもよいのに対し、黒１００％未満の濃淡レベルの領域は、印刷されるときに、より少ない厚さまたは高さを有する。また、これは、より暗い領域に第１厚さを有する各層と、より明るい領域に第１厚さよりも薄い第２厚さを有する各層とを印刷することによって実現される。

いくつかの実施形態は、滑らかな起伏を有する３Ｄ表面を印刷する精度を増すための手段を含むことができる。いくつかの実施形態では、印刷システムは、所与のインクのスポットカラー割合を所望のインク層の高さと関係付けるための手段を含むことができる。ここで、用語「スポットカラー」は、さまざまな性質（所与の分量のインクに対する色密度など）が知られている標準的なインクまたは印刷材料の使用をいうことがある。言い換えると、スポットカラーは、標準化された色といってもよい。以下の実施形態で述べるコンテキストでは、「スポットカラー」は、クリアな構造用インクも同様に指すことができる。ある場合には、公知のグレースケールスポットカラー範囲（０〜１００％）を、クリアな構造用インクのために使用してもよい。しかし、層の色密度の制御のためにスポットカラー割合の変化量を使用する代わりに、印刷システムは、１つまたは複数の構造層の厚さを制御するためにスポットカラーを使用してもよい。

図１６は、所与のクリアな構造用インクのクリア（ＣＬＲ）スポットカラー割合（列１６０２）と、得られる印刷層の厚さ（列１６０４）との模式的な関係を示す。このような表に含まれるデータが提供される場合、印刷システムは、所望の厚さを得るよう印刷するために、関連するスポットカラー割合を選択することによって、多様な厚さの層を印刷することができる（あるいは、設計者および／またはグラフィクスプログラムが、得られる被印刷物において所望の厚さを得るために、所望のスポットカラー割合を含むデータを印刷システムに提供することができる）。このことは、印刷システムが層の厚さに対して非常に細かい精密な制御を有するため、非常に滑らかな等高線および高さ勾配を生み出すことを可能にするだろう。

たとえば、図１７および図１８は、徐々に変化する色割合に従って層を印刷することによって得られた、滑らかに変化する高さを有する被印刷構造の実施形態のうちの２つの模式図を示す。図１７には、被印刷物１７０２は、クリアな構造用インクに指定された１００％スポットカラーを使用した印刷と一致する最大高さ１７０４を有する位置１７０３を有する。位置１７０３にすぐ隣り合う位置１７０５は、９９．５％スポットカラーを使用して印刷することによって、最大高さ１７０４よりもごくわずかに低い高さを有する。図１８では、被印刷物１８０２は、図１７の最大高さ１７０４の２倍の最大高さ１８０４を有する位置１８０３を有する。この厚さを得るために、１００％スポットカラーの２つの層を位置１８０３で印刷する。

図１６〜図１８の実施形態では、対応する印刷層の厚さは、スポットカラー割合について線形である。いくつかのアプリケーションでは、使用するインクのタイプおよび／または印刷システムの他の特性によっては、印刷層の厚さは、スポットカラー割合について線形でなくてもよい。こうなるのは、色密度（これがスポットカラー割合を決める）を線形に変えるために必要なインクの量が、被印刷インク層の高さまたは厚さの非線形な変化量をもたらす場合があるためである。小さく規則的な間隔で変わる滑らかに変化する等高線（層の高さ）を設計者が作ることができるようにするために、規則的に離間している厚さのセットと一致するスポットカラー割合値の修正セットを見つけることが望ましいであろう。

図１９は、規則的に離間した層の厚さをもたらすスポットカラー割合の修正（または「線形化された」）セットを見つけるためのプロセスを示す。以下のステップのうちの少なくともいくつかは、印刷システムのオペレータ、またはその他のシステム技術者によって行ってもよい。ある場合には、ステップのうちの１つまたは複数は、印刷システムおよび／または個別のコンピューティングシステムによって行うことができる。

ステップ１９０２で、オペレータは、基材のさまざまな領域に、一連のスポットカラー割合を印刷してもよい。たとえば、オペレータは、規則的に増加するスポットカラー割合（例、５％、１０％、１５％など）に対応する２０スポットのインクを印刷することができるであろう。次に、ステップ１９０４で、オペレータは、異なるスポットカラー割合を使用して塗布されたインクを含む各領域の厚さを測定してもよい。このような精密な測定を行うためのツールおよび技術には、磁気プルオフ膜厚計、渦電流技術、超音波技術、ならびに当業界で公知の他のツールおよび技術を挙げることができるが、これらに限定されない。

次に、ステップ１９０６で、オペレータは、たとえばスプレッドシートを使用して、測定した厚さを所定の目標厚さと比較してもよい。ある場合には、厚さは、スポットカラー割合の関数として高さが線形に変化するという仮定に従って、所定の目標厚さを判断してもよい。ステップ１９０８では、オペレータは、所定の目標厚さを得るために、スポットカラー割合の補正表を生成してもよい（例、スプレッドシートを使用して）。

最後に、ステップ１９１０で、オペレータは、印刷中に補正表または修正表が使用されているかを確認してもよい。いくつかの実施形態では、修正表は、印刷システムに送信される前に、グラフィックデータで使用することができるであろう。たとえば、印刷システムで使用するためのグラフィックデータを出力するグラフィックプログラムは、修正表を使用して印刷するためのスポットカラー割合を自動的に選択してもよい。他の実施形態では、修正スポットカラー割合は印刷システムのソフトウェアに組み込むことができるであろう（例、データベースに格納されている論理またはルックアップテーブルとして）。

図２０は、目標厚さと「調整済みスポットカラー割合」との相関関係を提供する修正表の実施例を示す。表の一番左の列２００２は、０から１００パーセントまでのスポットカラー割合の規則的な間隔である。次の２つの列（列２００４および列２００６）は、それぞれ、そのスポットカラー割合についての、測定された層厚および目標（期待）厚さである。測定された厚さおよび目標厚さは異なるため、表は、調整済みスポットカラー割合を記載した最後の列２００８を含む。同じ行の所望の目標厚さを得るために使用するべきなのは、最初の列２００２のスポットカラー割合ではなく、調整済みスポットカラー割合である。たとえば、図２０の表を使用し、目標厚さが０．３４ｍｍ（列２００６から）の層を印刷するためには、システムには、１５．１％のスポットカラーを印刷するよう命令するべきである（列２００８の同じ行から）。

本明細書で説明する方法を使用して、製造者は、設計者に、高水準の精度で所望の厚さをうまく得て所望の等高線を生じさせるためにスポットカラー割合を使用させることができる。これは、印刷システム、または他のソフトウェアがすでに公知のデータを有している（つまり、所与のスポットカラーについて所望の割合を得るために必要なインクの量または印刷材料）公知のスポットカラーの割合に関する印刷命令を提供することによって、効率的に達成されてもよい。たとえば、グラフィックスプログラムは、その画素と一致する３Ｄ物体の所望の層高さを得ることになる、各画素におけるスポットカラーの所与の割合でグレースケール画像を出力するように構成することができるであろう。

さまざまな実施形態を説明してきたが、その説明は限定ではなく例示を意図しており、実施形態の範囲内にある、より多くの実施形態および実施態様が可能であることは当業者には明らかであろう。特に制限されない限り、任意の実施形態の任意の特徴は、任意の他の実施形態における任意の他の特徴もしくは要素と組み合わせて使用されても、またはそれらの代わりとしてもよい。したがって、実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその均等物に鑑みる場合を除き制限されるべきではない。また、さまざまな修正および変更が、添付の特許請求の範囲内でなされてもよい。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／３４３，６８６号の優先権の利益を主張し、参照によりその全体を本明細書に組み込む。

Claims (23)

1. 印刷システムを用いて印刷する方法であって、
   印刷デバイスの、構造用印刷材料が充填されているリザーバに対応するリザーバ識別情報を受信することと、
   モノクロ画像に対応する情報を含む画像ファイルを受信することと、
   前記リザーバ識別情報に対応する前記リザーバを使用して、前記画像ファイルを印刷するよう前記印刷デバイスに命令することと、を具備し、
   ここにおいて、前記画像ファイルは前記モノクロ画像の各画素の濃淡レベルを含み、
   前記印刷デバイスが前記画像ファイルを印刷すると、３次元構造が形成され、
   前記３次元構造の上面上の各位置は、前記モノクロ画像内に、対応する画素を有し、
   各位置における前記３次元構造の高さは、前記対応する画素の前記濃淡レベルによって判断され、
   前記印刷デバイスは、前記構造用印刷材料の複数の層を印刷することによって、前記３次元構造を形成し、
   前記印刷デバイスは、第１濃淡レベルを有する第１画素に一致する第１位置および前記第１濃淡レベルと異なる第２濃淡レベルを有する第２画素に一致する第２位置に同数の層を印刷し、
   前記第２位置に印刷される各層は、前記第１位置に印刷される各層と比べて厚さが異なる、方法。
2. 前記画像ファイル内の前記濃淡レベルは、白と黒との間の複数のグレーの濃淡レベルを含め、白と黒との間の範囲内の値をとる、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、前記３次元構造の所定の最大高さを受信することをさらに含み、
   前記所定の最大高さを有する前記３次元構造の前記上面の位置は、黒の濃淡レベルを有する前記モノクロ画像内の画素に対応する、請求項２に記載の方法。
4. 前記所定の最大高さ未満の高さを有する前記３次元構造の前記上面の位置は、グレーの濃淡レベルを有する前記モノクロ画像内の画素に対応する、請求項３に記載の方法。
5. 各位置における前記３次元構造の前記高さと、各位置に対応する前記モノクロ画像内の各画素の前記濃淡レベルとの関係は線形関係である、請求項３に記載の方法。
6. 前記印刷デバイスは、前記モノクロ画像内の前記対応する画素の前記濃淡レベルに従い、各位置で供給するべき構造用印刷材料の量を計算する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記印刷デバイスは、第１濃淡レベルを有する第１画素に一致する第１位置に、前記第１濃淡レベルよりも明るい第２濃淡レベルを有する第２画素に一致する第２位置よりも多くの構造用印刷材料を供給する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第２位置に印刷される各層は、前記第１位置に印刷される各層よりも厚さが薄い、請求項７に記載の方法。
9. 前記リザーバ識別情報は、前記印刷システムのオペレータによって提供されるユーザ入力から受信される、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記画像ファイルは、前記印刷システムのオペレータによって、前記印刷システムにロードされる、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
11. 印刷システムを用いて印刷する方法であって、
    印刷デバイスの、構造用印刷材料が充填されている第１リザーバに対応するリザーバ識別情報を受信することと、
    前記印刷デバイスの、カラー印刷材料が充填されている第２リザーバに対応するリザーバ識別情報を受信することと、
    モノクロ画像に対応するモノクロ画像情報を受信することであって、前記モノクロ画像情報は前記モノクロ画像の各画素の濃淡レベルを含む、受信することと、
    カラー画像に対応するカラー画像情報を受信することと、
    前記第１リザーバを使用して、前記モノクロ画像情報を印刷するよう前記印刷デバイスに命令することと、
    前記第２リザーバを使用して、前記カラー画像情報を印刷するよう前記印刷デバイスに命令することと、を具備し、
    前記印刷デバイスが前記第１リザーバからの前記構造用印刷材料を使用して前記モノクロ画像情報を印刷すると、３次元構造が形成され、
    前記印刷デバイスが前記第２リザーバからの前記カラー印刷材料を使用して前記カラー画像情報を印刷すると、２次元カラー層が形成される、方法。
12. 前記３次元構造の上面上の各位置は、前記モノクロ画像情報内に、対応する画素を有し、
    各位置における前記３次元構造の高さは、前記対応する画素の前記濃淡レベルによって判断される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記印刷システムは、前記モノクロ画像情報を印刷した後に、前記カラー画像情報を印刷して、前記３次元構造の外側カラー層を作成する、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 前記印刷システムは、前記モノクロ画像情報を印刷する前に、前記カラー画像情報を印刷して、前記３次元構造の内側カラー層を作成する、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
15. 前記印刷システムは、別のカラー画像のカラー画像情報を受信し、
    前記印刷システムは、前記モノクロ画像情報を印刷した後に、前記別のカラー画像に対応する前記カラー画像情報を印刷して、前記３次元構造の外側カラー層を作成する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記３次元構造および前記外側カラー層は製品上に印刷される、請求項１３または請求項１５に記載の方法。
17. 前記製品は履物製品の一部である、請求項１６に記載の方法。
18. ３次元構造を印刷するための印刷システムであって、前記印刷システムは、
    モノクロ画像に対応する情報を含み、前記モノクロ画像の各画素の濃淡レベルを含む、画像ファイルを受信することと、
    印刷デバイスの、構造用印刷材料が充填されているリザーバに対応するリザーバ識別情報を受信することと、
    前記リザーバ識別情報に対応する前記リザーバを使用して前記画像ファイルの前記濃淡レベルを印刷するための命令を含む、前記印刷デバイス用の印刷命令セットを生成するこ
    とと、
    を実行するように構成された処理システムを備え、
    前記印刷デバイスは、前記処理システムから前記印刷命令セットを受信することと、
    前記リザーバ内の前記構造用印刷材料を使用し、前記印刷命令セットに従って、前記モノクロ画像を印刷することと、
    を実行するように構成され、
    前記印刷デバイスは、前記構造用印刷材料の複数の層を印刷することによって、前記３次元構造を形成し、
    前記印刷デバイスは、第１濃淡レベルを有する第１画素に一致する第１位置および前記第１濃淡レベルと異なる第２濃淡レベルを有する第２画素に一致する第２位置に同数の層を印刷し、
    前記第２位置に印刷される各層は、前記第１位置に印刷される各層と比べて厚さが異なる、印刷システム。
19. 印刷デバイスを用いて印刷する方法であって、
    モノクロ画像に対応する情報を含む画像ファイルを生成することと、
    構造用印刷材料を使用して前記画像ファイルを印刷する前記印刷デバイスに、前記画像ファイルを印刷するよう命令することと、を具備し、
    ここにおいて、前記モノクロ画像の各画素について、選択されたスポットカラーの割合に関わる情報を含み、
    前記印刷デバイスが前記画像ファイルを印刷すると、３次元構造が形成され、
    前記３次元構造の上面上の各位置は、前記モノクロ画像内に、対応する画素を有し、
    各位置における前記３次元構造の高さは、前記対応する画素について前記選択されたスポットカラーの前記割合によって判断される、方法。
20. 前記選択されたスポットカラーはグレーである、請求項１９に記載の方法。
21. 前記画像ファイルを生成することは、前記選択されたスポットカラーの割合を前記構造用印刷材料の被印刷層の厚さに関係付ける情報を検索することを含む、請求項１９に記載の方法。
22. スポットカラーの割合と印刷材料の厚さとの対応を作る方法であって、
    選択されたスポットカラーのさまざまな割合に応じてそれぞれが印刷される被印刷領域のセットを、基材に印刷することと、
    各被印刷領域の前記厚さを測定することと、
    各被印刷領域の前記厚さを、前記被印刷領域を印刷するために使用される前記選択されたスポットカラーの前記割合に応じて判断される前記被印刷領域の目標厚さと比較することと、
    各目標厚さについて、前記目標厚さを有する構造用印刷材料の層を印刷するために必要な前記スポットカラーの調整済み割合を判断することと、
    を具備する、方法。
23. 前記選択されたスポットカラーはグレーである、請求項２２に記載の方法。

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