WO2016153047A1 - 立体物製造装置、立体物製造方法及びプログラム - Google Patents

立体物製造装置、立体物製造方法及びプログラム Download PDF

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making three-dimensional [3D] objects, e.g. desktop manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35134—3-D cad-cam
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49007—Making, forming 3-D object, model, surface

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional object manufacturing apparatus, a three-dimensional object manufacturing method, and a program.
  • an STL format that approximates a surface (a surface of a three-dimensional object) with a polygonal mesh is generally adopted as a standard input file format.
  • slice data representing the tool path of the 3D printer head is generated from the STL format on CAM (Computer Aided Manufacturing) software.
  • CAM Computer Aided Manufacturing
  • the shell portion which is the outermost shell and the inside are separated, and for example, for the filling processing inside the modeled object, the pattern prepared in advance in the software such as complete filling, honeycomb structure, etc. Selected from among. This is a contrivance for reducing the amount of material consumption and structurally forming the surface of the modeled object surface.
  • Patent Document 1 the technique regarding such 3D printing is described in Patent Document 1, for example.
  • the present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to more appropriately generate a tool path for outputting a three-dimensional object in a 3D printer.
  • a three-dimensional object manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention includes: Voxel model generation means for generating a voxel model representing an internal structure for modeling the three-dimensional object based on three-dimensional shape data representing the shape of the three-dimensional object; Determining means for determining whether a Hamilton path can be set in the voxel model generated by the voxel model generating means; Sub voxel generating means for generating a sub voxel by dividing the voxel in the voxel model when it is determined by the determining means that a Hamilton path cannot be set in the voxel model; Hamilton path setting means for setting a Hamilton path in the voxel model; Tool path generating means for generating a tool path for modeling the modeling material based on the Hamilton path set by the Hamilton path setting means; Based on the tool path generated by the tool path generation unit, a three-dimensional object modeling unit that executes modeling of a three-dimensional object; It
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a hardware configuration of a three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 includes a three-dimensional object modeling data generation unit 10 and a three-dimensional object modeling unit 20.
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 is configured by an information processing apparatus such as a PC (Personal Computer) or an embedded microcomputer.
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 is configured by a PC.
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head in the three-dimensional object formation unit 20 from CAD (Computer Aided Sign) data which is design data of the three-dimensional object. At this time, the three-dimensional object formation data generation unit 10 generates a voxel model representing the internal structure of the three-dimensional object from the CAD data, and calculates a Hamilton path for writing the voxel model with a 3D printer head 222 (described later). .
  • CAD Computer Aided Sign
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 calculates the Hamilton path by generating a sub-voxel obtained by dividing the voxel.
  • a single stroke can be written when the voxel is divided into four (for example, refer to the following paper: “Programmable with universal foldable strings (Motains)). ", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, VOL.27, NO.4, AUGUST 2011).
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 11, a ROM (Read Only Memory) 12, a RAM (Random Access Memory) 13, an input unit 14, and an output unit 15. , A storage unit 16 and a communication unit 17.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 11 executes various processes according to programs stored in the ROM 12 or the storage unit 16.
  • the ROM 12 stores various programs for controlling the three-dimensional object manufacturing apparatus 1.
  • the RAM 13 stores data for the CPU 11 to execute various processes.
  • the input unit 14 is configured by a pointing device such as a keyboard or a mouse, and inputs various types of information in accordance with user instruction operations.
  • the output unit 15 includes a display and a speaker, and displays information and outputs sound according to the control of the CPU 11.
  • the storage unit 16 is configured by a storage device such as a hard disk, and stores various data and programs used in the three-dimensional object manufacturing device 1.
  • the communication unit 17 communicates with other devices via a communication cable such as a USB (Universal Serial Bus) cable or a communication network such as the Internet.
  • a communication cable such as a USB (Universal Serial Bus) cable
  • a communication network such as the Internet.
  • the three-dimensional object formation data generation unit 10 repeats the search of the tool path until a tool path that matches the set route selection policy is searched, and when a tool path that matches the route selection policy is searched, Control data for controlling the 3D printer head 222 is generated using the tool path.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 is configured by a 3D printer of a hot melt lamination (FDM) method or an optical modeling method.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 is assumed to be a hot melt lamination type 3D printer.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 discharges the modeling material from the 3D printer head 222 while following the Hamilton path, and outputs the three-dimensional object (manufacturing the three-dimensional object).
  • the physical size of the voxel drawn by the three-dimensional object modeling unit 20 is determined by adjusting the nozzle diameter of the 3D printer head 222 and the ejection amount of the modeling material.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1.
  • the three-dimensional object modeling data generation unit 10 includes a 3D data acquisition unit 111, an STL data generation unit 112, and a slice data generation unit 113.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 includes a head driving unit 221 and a 3D printer head 222.
  • the 3D data acquisition unit 111 acquires CAD data created in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 or CAD data transmitted from another apparatus via a network (not shown). Based on the CAD data acquired by the 3D data acquisition unit 111, the STL data generation unit 112 generates STL data (STL data) that approximates the surface (the surface of the three-dimensional object) with a polygon mesh. The slice data generation unit 113 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the STL data generated by the STL data generation unit 112.
  • the slice data generation unit 113 includes a start point setting unit 131, a route selection policy setting unit 132, a Hamilton route calculation unit 133, a sub-voxel generation unit 134, a route condition determination unit 135, and tool path data.
  • a generation unit 136 and a head control data generation unit 137 are provided.
  • the start point setting unit 131 sets the position of the start point at which the 3D printer head 222 starts to discharge the modeling material.
  • the start point setting unit 131 sets the position of the start point by accepting designation by the user.
  • the path selection policy setting unit 132 sets a policy (path selection policy) for selecting a path through which the 3D printer head 222 discharges the modeling material when modeling a three-dimensional object.
  • path selection policy path selection policy
  • the direction of the path (the direction along the tool path) through which the 3D printer head 222 ejects the modeling material has a physical property that the tensile / compressive strength is larger, but it is easy to tear.
  • the direction in which the path through which the 3D printer head 222 ejects the modeling material is stacked (the direction intersecting the tool path) has a physical characteristic that the tensile / compressive strength is smaller but the tearing is difficult. Therefore, in setting the route selection policy, a policy for selecting the direction of the tool path is set in view of such physical characteristics. For example, a route selection policy such as “the tool path is set in the horizontal direction in the designated area” or “prefer the tensile strength in the designated area” is set.
  • the route selection policy setting unit 132 receives the designation of the route selection policy by the user, and sets the route selection policy for an arbitrary region (a part or the whole of the three-dimensional object) of the three-dimensional object. Thereby, the physical characteristic of the three-dimensional object manufactured can be set appropriately.
  • the route selection policy it is also possible to arbitrarily select a tool path, select a route that traverses the internal cavity of the three-dimensional structure, or a surface shape with a large inclination (for example, 45 degrees or more) (spread) It is also possible to select a path whose shape is smoother by avoiding a path generated by horizontally slicing a large concave surface, a convex zenith, or the like.
  • the Hamilton path calculation unit 133 generates voxel model data representing the internal structure of the three-dimensional structure based on the STL data generated by the STL data generation unit 112. Then, the Hamilton path calculation unit 133 calculates a Hamilton path that follows each voxel in the generated voxel model. At this time, if the Hamilton path calculation unit 133 determines that the Hamilton path that follows each voxel indicated by the voxel model cannot be calculated (that is, each voxel cannot be traced with a single stroke), the Hamilton voxel generation unit 134 , A processing request for dividing a voxel into sub-voxels is output.
  • the Hamilton path calculation unit 133 outputs a processing request for dividing all the voxels in the voxel model into sub-voxels when the Hamilton path that follows each voxel indicated by the voxel model cannot be calculated.
  • the sub voxel generation unit 134 executes a process of dividing the voxel into sub voxels when a processing request for dividing the voxel into sub voxels is input from the Hamilton path calculation unit 133, and the Hamilton path calculation unit uses the processing result as new voxel data. To 133.
  • the sub-voxel generation unit 134 divides all voxels in the voxel model into four (for example, divides the vertical and horizontal directions into two equal parts in a plan view) to obtain sub-voxels.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which voxels are divided into sub-voxels.
  • FIG. 3A when one voxel Be is branched from the route, it is not possible to write one stroke, so the voxel data cannot set the Hamilton route.
  • FIG. 3 (B) by dividing each voxel into four, a branched voxel Be becomes a route that can be circulated.
  • the route condition determination unit 135 determines whether the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 matches the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132.
  • the route condition determination unit 135 determines whether the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 matches the tool path direction set in the route selection policy. If the path condition determination unit 135 determines that the Hamilton path calculated by the Hamilton path calculation unit 133 does not match the tool path direction set in the path selection policy, the path condition determination unit 135 causes the Hamilton path calculation unit 133 to In contrast, a Hamilton path recalculation request is output. By such processing, one Hamilton route that matches the route selection policy is searched.
  • the tool path data generation unit 136 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the Hamilton path determined by the path condition determination unit 135 to match the path selection policy.
  • the slice data generated by the tool path data generation unit 136 represents a Hamilton path that satisfies the path selection condition and can trace the voxel with a single stroke.
  • the head control data generation unit 137 generates control data (head control data) of the 3D printer head 222 for layered modeling of each part of the three-dimensional model based on the slice data generated by the tool path data generation unit 136. To do.
  • the 3D printer head 222 can draw a tool path including a component in the vertical direction (the height direction with respect to the stage) in addition to a tool path in the horizontal direction (a direction parallel to the stage). Therefore, the control data of the 3D printer head 222 in the present embodiment can define not only two-dimensional movement in the plane but also three-dimensional movement.
  • the head drive unit 221 of the three-dimensional object modeling unit 20 moves the 3D printer head 222 in the horizontal direction and the vertical direction, and discharges the modeling material from the nozzles. And control.
  • the 3D printer head 222 discharges the modeling material from the nozzles according to the control of the head driving unit 221.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment discharges the modeling material while moving the 3D printer head 222 not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Therefore, a cooling fan is installed around the stage, and the modeling is performed. It is good also as accelerating solidification of material.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of the three-dimensional object manufacturing process executed by the three-dimensional object manufacturing apparatus 1.
  • the three-dimensional object manufacturing process is started in response to an operation instructing the manufacture of a three-dimensional object in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1.
  • the start point setting unit 131 sets the position of the start point at which the 3D printer head 222 starts to discharge the modeling material.
  • the route selection policy setting unit 132 sets a route selection policy.
  • the Hamiltonian path calculation unit 133 generates voxel data representing the internal structure of the three-dimensional structure based on the STL data generated by the STL data generation unit 112.
  • step S3 the Hamiltonian path calculation unit 133 determines whether or not a Hamiltonian path that follows each voxel can be calculated in the voxel data.
  • the generated voxel data when the Hamilton path that follows each voxel cannot be calculated, NO is determined in step S3, and the process proceeds to step S4.
  • a processing request for dividing the voxel into sub-voxels is output from the Hamilton path calculation unit 133 to the sub-voxel generation unit 134.
  • the generated voxel data when the Hamilton path that follows each voxel can be calculated, YES is determined in step S3, and the process proceeds to step S5.
  • step S4 the sub-voxel generation unit 134 executes processing for dividing the voxel into sub-voxels, and outputs the processing result to the Hamiltonian route calculation unit 133 as new voxel data.
  • step S ⁇ b> 5 the route condition determining unit 135 determines whether the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculating unit 133 matches the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132. When the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 does not match the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132, it is determined as NO in Step S5, and the process proceeds to Step S3. On the other hand, when the Hamiltonian route calculated by the Hamiltonian route calculation unit 133 matches the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132, it is determined as YES in Step S5, and the process proceeds to Step S6. To do.
  • step S6 the tool path data generation unit 136 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the Hamilton path determined by the path condition determination unit 135 to match the path selection policy.
  • the head control data generation unit 137 controls the control data (head control) of the 3D printer head 222 for layered modeling of each part of the three-dimensional model based on the slice data generated by the tool path data generation unit 136. Data).
  • the head driving unit 221 determines the horizontal and vertical movements of the 3D printer head 222 and the amount of modeling material discharged from the nozzles based on the control data generated by the head control data generation unit 137. Control and execute 3D modeling of the 3D model by the 3D printer head 222.
  • step S8 the three-dimensional object manufacturing process ends.
  • a Hamilton path that draws a single stroke of a voxel model representing the internal structure of the three-dimensional structure is searched, and a Hamilton path that matches the set path selection policy Is searched, control data for controlling the 3D printer head 222 is generated based on the tool path generated based on the Hamilton path. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional structure having physical characteristics set in the route selection policy. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer more appropriately.
  • the voxel model when searching for the Hamilton path, if the voxel model cannot calculate the Hamilton path, the voxel is divided into sub-voxels. Therefore, since various voxel models can be converted into those for which the Hamilton path can be calculated, it is possible to reliably generate a more appropriate tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment includes the same hardware configuration as that of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, but has a different functional configuration and part of the three-dimensional object manufacturing process. Specifically, in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, one Hamilton path that matches the path selection policy is searched. However, in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment, All Hamilton routes that match the route selection policy are searched, and the Hamilton route that the user considers optimal can be selected from all the searched Hamilton routes. In the following, parts different from the first embodiment will be mainly described.
  • the functional configuration of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 in the second embodiment is a functional configuration other than the Hamilton path calculation unit 133, the sub-voxel generation unit 134, the path condition determination unit 135, and the tool path data generation unit 136 of the slice data generation unit 113. These are the same as the functional configuration of the first embodiment shown in FIG.
  • the Hamilton path calculation unit 133 of the slice data generation unit 113 generates voxel data representing the internal structure of the three-dimensional structure based on the STL data generated by the STL data generation unit 112.
  • the Hamilton path calculation unit 133 then calculates a Hamilton path that follows each voxel in the generated voxel data.
  • the Hamilton path calculation unit 133 determines that the Hamilton path following each voxel indicated by the voxel data cannot be calculated (that is, each voxel cannot be traced with a single stroke)
  • the Hamilton voxel generation unit 134 A processing request for dividing a voxel into sub-voxels is output.
  • the Hamilton path calculation unit 133 outputs a processing request for dividing all the voxels in the voxel data into sub-voxels.
  • the Hamilton path calculation unit 133 determines whether or not all the Hamilton paths that follow each voxel have been searched in the voxel data (whether or not the search for the Hamilton path is continued), and the Hamilton paths that follow each voxel are determined. The search for the Hamiltonian route is repeated until all the searches are completed.
  • the sub voxel generation unit 134 executes a process of dividing the voxel into sub voxels when a processing request for dividing the voxel into sub voxels is input from the Hamilton path calculation unit 133, and the Hamilton path calculation unit uses the processing result as new voxel data. To 133.
  • the sub-voxel generation unit 134 divides all voxels in the voxel model into four to form sub-voxels.
  • the route condition determination unit 135 determines whether the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 matches the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132. Specifically, the route condition determination unit 135 determines whether the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 matches the tool path direction set in the route selection policy. If the path condition determination unit 135 determines that the Hamilton path calculated by the Hamilton path calculation unit 133 does not match the tool path direction set in the path selection policy, the path condition determination unit 135 causes the Hamilton path calculation unit 133 to In contrast, a Hamilton path recalculation request is output.
  • the path condition determination unit 135 determines that the Hamilton path calculated by the Hamilton path calculation unit 133 matches the direction of the tool path set in the path selection policy, the path is determined as the Hamilton path. Store in route candidate list. Through such processing, one or more Hamiltonian routes that match the route selection policy are searched.
  • the tool path data generation unit 136 accepts selection of the Hamilton path by the user from the Hamilton path candidate list determined by the path condition determination unit 135 to match the path selection policy, and the selected Hamilton path Is read. Then, the tool path data generation unit 136 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the Hamilton path selected by the user.
  • the slice data generated by the tool path data generation unit 136 represents a path selected by the user among Hamilton paths that satisfy the path selection condition and can trace the voxel with a single stroke.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating the flow of the three-dimensional object manufacturing process executed by the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment.
  • the processing from step S11 to step S15 is the same as the processing from step S1 to step S5 in FIG.
  • step S ⁇ b> 16 the route condition determination unit 135 stores the Hamilton route determined to match the route selection policy in the Hamilton route candidate list.
  • step S ⁇ b> 17 the Hamiltonian route calculation unit 133 determines whether to continue searching for the Hamiltonian route in the voxel data (whether the Hamiltonian route that follows each voxel has been finished).
  • the search for the Hamilton path is continued (the search for the Hamilton path following each voxel has not been completed), it is determined as YES in Step S17, and the process proceeds to Step S13.
  • the search for the Hamiltonian path is not continued in the voxel data (the search for the Hamiltonian path following each voxel has been completed), it is determined as NO in Step S17, and the process proceeds to Step S18.
  • step S18 the tool path data generation unit 136 accepts and selects a Hamilton path selected by the user from the Hamilton path candidate list determined by the path condition determination unit 135 to match the path selection policy. Read the Hamiltonian path.
  • step S19 the tool path data generation unit 136 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the Hamilton path selected by the user. Steps S20 and S21 are the same as steps S7 and S8 in FIG.
  • a Hamilton path that draws a single stroke of a voxel model representing the internal structure of the three-dimensional structure is searched, and a Hamilton path that matches the set path selection policy Is searched, the Hamilton path is stored in the Hamilton path candidate list.
  • control data for controlling the 3D printer head 222 is generated from the candidate list based on the tool path generated based on the Hamilton path selected by the user. Therefore, a tool path for outputting a three-dimensional structure having physical characteristics set in the route selection policy can be generated in a more adapted manner to the user's desire. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer more appropriately.
  • the voxel model when searching for the Hamilton path, if the voxel model cannot calculate the Hamilton path, the voxel is divided into sub-voxels. Therefore, since the voxel data can be converted into one that can calculate the Hamilton path, it is possible to reliably generate a more appropriate tool path for outputting the three-dimensional object in the 3D printer.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment includes the same hardware configuration as that of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, but has a different functional configuration and part of the three-dimensional object manufacturing process. Specifically, in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, when the Hamilton path that follows each voxel indicated by the voxel model cannot be calculated, all voxels in the voxel model are always divided into sub-voxels. However, in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment, only a necessary part in the voxel model can be divided into sub-voxels according to the user's selection. In the following, parts different from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment.
  • the three-dimensional object modeling data generation unit 10 includes a 3D data acquisition unit 111, an STL data generation unit 112, and a slice data generation unit 113.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 includes a head driving unit 221 and a 3D printer head 222.
  • the functional configuration other than the voxel division policy setting unit 113A, the Hamilton path calculation unit 133, and the sub-voxel generation unit 134 of the slice data generation unit 113 is the same as the functional configuration of the first embodiment shown in FIG. .
  • the voxel division policy setting unit 113A of the slice data generation unit 113 sets a policy (voxel division policy) for dividing a voxel into sub-voxels when it is determined that the Hamilton path cannot be calculated.
  • a policy for dividing all voxels in the voxel model into sub-voxels or a policy for dividing a portion of voxels in the voxel model where a Hamilton path cannot be calculated into sub-voxels is set.
  • the voxel division policy setting unit 113A sets the voxel division policy by accepting the specification of the voxel division policy by the user.
  • the voxel division policy setting unit 113A sets the voxel division policy, it is determined that when the three-dimensional object is manufactured, the voxel division policy is set in advance by the user and the Hamilton path cannot be calculated. It is possible to make an inquiry to the user every time and the user sequentially designates and sets the voxel division policy.
  • the Hamilton path calculation unit 133 generates voxel model data representing the internal structure of the three-dimensional structure based on the STL data generated by the STL data generation unit 112. Then, the Hamilton path calculation unit 133 calculates a Hamilton path that follows each voxel in the generated voxel model. At this time, if the Hamilton path calculation unit 133 determines that the Hamilton path that follows each voxel indicated by the voxel model cannot be calculated (that is, each voxel cannot be traced with a single stroke), the Hamilton voxel generation unit 134 , A processing request for dividing a voxel into sub-voxels is output.
  • the Hamilton path calculation unit 133 is a processing request for dividing all voxels in a voxel model into sub-voxels in accordance with a user policy (voxel division policy) for dividing voxels into sub-voxels, or a part that cannot calculate Hamilton paths in the voxel model
  • a user policy voxel division policy
  • One of the processing requests for dividing the voxel into sub-voxels is output.
  • the sub voxel generation unit 134 executes a process of dividing the voxel into sub voxels when a processing request for dividing the voxel into sub voxels is input from the Hamilton path calculation unit 133, and the Hamilton path calculation unit uses the processing result as new voxel data. To 133.
  • the sub-voxel generation unit 134 divides all voxels in the voxel model into four sub-voxels according to the voxel division policy set by the user, or divides a part of voxels that cannot calculate the Hamilton path in the voxel model into four And sub-voxels.
  • the Hamilton path can be searched more reliably, and when only the voxel of the part that cannot calculate the Hamilton path in the voxel model is divided into sub-voxels, the efficient Hamilton path is Can be explored.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the flow of the three-dimensional object manufacturing process executed by the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the third embodiment.
  • the processing from step S21 to step S23 is the same as the processing from step S1 to step S3 in FIG.
  • step S24 the Hamilton path calculation unit 133 determines whether a policy for dividing all voxels in the voxel model into sub-voxels is set as the voxel division policy. If the policy for dividing all voxels in the voxel model into sub-voxels is set as the voxel division policy, YES is determined in step S24, and the process proceeds to step S25.
  • a voxel division policy a policy is not set to divide all voxels in the voxel model into sub-voxels (that is, a policy is set to divide a voxel in a voxel model where a Hamilton path cannot be calculated into sub-voxels).
  • NO is determined in step S24, and the process proceeds to step S26.
  • step S25 the sub-voxel generation unit 134 executes a process of dividing all voxels in the voxel model into sub-voxels, and outputs the processing result to the Hamilton path calculation unit 133 as new voxel data.
  • step S25 the process proceeds to step S23.
  • step S26 the sub-voxel generation unit 134 executes a process of dividing a part of voxels (partial voxels) in which the Hamilton path in the voxel model cannot be calculated into sub-voxels, and uses the processing result as new voxel data to generate the Hamilton path calculation unit 133. Output to.
  • step S26 the process proceeds to step S23.
  • the processing from step S27 to step S30 is the same as the processing from step S5 to step S8 in FIG.
  • a Hamilton path that draws a single stroke of a voxel model representing the internal structure of the three-dimensional structure is searched, and a Hamilton path that matches the set path selection policy Is searched, control data for controlling the 3D printer head 222 is generated based on the tool path generated based on the Hamilton path. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional structure having physical characteristics set in the route selection policy. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer more appropriately.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 when searching for a Hamiltonian path, if the voxel model cannot calculate the Hamiltonian path, all voxels or Hamiltonian paths in the voxel model cannot be calculated according to the voxel division policy. Are divided into sub-voxels. Therefore, all or part of the voxel data can be converted into one that can be calculated by the Hamilton path according to the setting of the user, so that a more appropriate tool path for outputting the three-dimensional object is surely ensured in the 3D printer. Can be generated.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment includes the same hardware configuration as that of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment, but has a different functional configuration and part of the three-dimensional object manufacturing process.
  • the voxel when the voxel is divided into sub-voxels, all of the sub-voxels belonging to the voxel are filled with the modeling material, but the fourth embodiment
  • the internal composition of the voxel when the voxel is divided into sub-voxels, the internal composition of the voxel is changed by filling a part of the sub-voxel belonging to the voxel with a target physical characteristic. Is feasible.
  • local or overall optical characteristics transmission, coloring by transmitted light, etc.
  • mechanical characteristics softness, hardness, elastic modulus, compression
  • Ratio, tensile strength, compressive strength, etc.), acoustic / vibration characteristics, electromagnetic characteristics (conductivity, localization, anisotropy, etc.), and thermal characteristics (heat retention, etc.) can be designed.
  • parts different from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a functional configuration of the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment.
  • the slice data generation unit 113 includes an internal composition setting unit 113B, a start point setting unit 131, a route selection policy setting unit 132, a Hamilton route calculation unit 133, A sub-voxel generation unit 134, a path condition determination unit 135, a tool path data generation unit 136, and a head control data generation unit 137 are provided.
  • the internal composition setting unit 113B of the slice data generation unit 113 sets a policy (internal composition determination policy) for determining an internal composition when a voxel is divided into sub-voxels.
  • the internal composition determination policy can be defined by the filling rate of the sub-voxels inside the voxel, and a condition regarding the filling position of the sub-voxels can be added. For example, when each of the three sides of the vertical, horizontal, and height of the voxel is divided into two, the voxel is divided into eight sub-voxels.
  • the filling rate can be set in 9 stages from 0/8 to 8/8 depending on how many of the 8 sub-voxels are filled with the forming material.
  • the filling rate softness, transparency, weight, or the like can be set as the physical characteristics of the three-dimensional structure.
  • the route condition determination unit 135 matches the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133 with the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132 and the internal composition determination policy set by the internal composition setting unit 113B. It is determined whether or not. Specifically, the path condition determination unit 135 determines whether the Hamilton path calculated by the Hamilton path calculation unit 133 matches the direction of the tool path set in the path selection policy, and the inside of the voxel. It is determined whether or not the conditions related to the sub-voxel filling rate and the sub-voxel filling position are met.
  • a Hamilton route recalculation request is output to the Hamilton route calculation unit 133.
  • one Hamilton path that matches the path selection policy and the internal composition determination policy is searched.
  • the tool path data generation unit 136 generates slice data representing the tool path of the 3D printer head 222 based on the Hamilton path determined by the path condition determination unit 135 to match the path selection policy and the internal composition determination policy. Generate.
  • the slice data generated by the tool path data generation unit 136 represents a Hamilton path that satisfies the path selection condition and the internal composition determination policy and can trace voxels with a single stroke.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 it is determined which of the voxels divided into the sub-voxels is filled with the modeling material based on the internal composition determination policy. Thereby, a three-dimensional molded item can be manufactured with the internal composition which has a physical characteristic which a user desires.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of the three-dimensional object manufacturing process executed by the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment.
  • the internal composition setting unit 113B sets an internal composition determination policy.
  • the processing from step S32 to step S35 is the same as the processing from step S1 to step S4 in FIG.
  • step S36 the route condition determination unit 135 determines the internal route set by the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132 and the internal composition setting unit 113B by the Hamilton route calculated by the Hamilton route calculation unit 133. Judge whether the policy is met. When the Hamiltonian route calculated by the Hamiltonian route calculation unit 133 does not match the route selection policy set by the route selection policy setting unit 132 and the internal composition determination policy set by the internal composition setting unit 113B, in step S36. The determination is NO, and the process proceeds to step S34.
  • step In S36 it is determined as YES, and the process proceeds to step S37.
  • the processing from step S37 to step S39 is the same as the processing from step S6 to step S8 in FIG.
  • a Hamilton path that draws a single stroke of a voxel model representing the internal structure of the three-dimensional structure is searched, and a Hamilton path that matches the set path selection policy Is searched, control data for controlling the 3D printer head 222 is generated based on the tool path generated based on the Hamilton path. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional structure having physical characteristics set in the route selection policy. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer more appropriately.
  • the voxel model when searching for the Hamilton path, if the voxel model cannot calculate the Hamilton path, the voxel is divided into sub-voxels. Therefore, since the voxel data can be converted into one that can calculate the Hamilton path, it is possible to reliably generate a more appropriate tool path for outputting the three-dimensional object in the 3D printer.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 when the modeling material is filled in the sub-voxel, a search is made for a Hamilton path that matches the conditions related to the filling rate of the sub-voxel that matches the set internal composition determination policy and the filling position of the sub-voxel.
  • Control data for controlling the 3D printer head 222 is generated based on the tool path generated based on the Hamiltonian path. Therefore, it becomes possible to produce a three-dimensional object having desired physical characteristics by changing the internal composition of the voxel.
  • voxels or sub-voxels can be filled with two or more types of modeling materials to realize various characteristics of a three-dimensional object.
  • a three-dimensional object having various desired characteristics can be manufactured by designating a modeling material to be filled for each voxel or sub-voxel or designating a filling position of the voxel or sub-voxel.
  • it is possible to realize the optical characteristics of a three-dimensional object by designating voxels or sub-voxels filled with a modeling material with high transparency and voxels or sub-voxels filled with a modeling material with low transparency.
  • voxels or sub-voxels filled with a molding material with high hardness and voxels or sub-voxels filled with a molding material with low hardness mechanical characteristics and acoustic / vibration characteristics related to the flexibility of a three-dimensional object are realized. It becomes possible.
  • a voxel or sub-voxel filled with a non-conductive modeling material and a voxel or sub-voxel filled with a conductive modeling material it becomes possible to form an electric circuit inside a three-dimensional object, etc. It becomes possible to realize the electromagnetic characteristics (conductivity, localization, anisotropy, etc.) of the three-dimensional object.
  • a three-dimensional object having a sensing function such as sound or temperature sensing
  • an active function such as an electrical processing function such as light emission or communication
  • the electronic component can be manufactured at the time of modeling in the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 by embedding a ready-made one or discharging a conductive filling material.
  • the direction of the tool path set in the route selection policy can be set as a priority for selecting the three-axis directions (horizontal and vertical directions) at the branch point of the tool path.
  • the priority for selecting the three-axis directions (horizontal and vertical directions) at the branch point of the tool path is set for all voxels or sub-voxels, or some voxels or sub-voxels, and searched. It can be used as an evaluation criterion in determining whether or not the Hamiltonian route matches the route selection policy and in selecting the optimum route from the listed Hamiltonian route.
  • the tool path in a predetermined voxel or sub-voxel matches the set priority in the three-axis direction. It is possible to determine the degree as an evaluation criterion. In addition, the degree to which the tool path in a predetermined voxel or sub-voxel in each Hamilton path stored in the candidate list matches the set priority in the three-axis direction is presented as an evaluation criterion for selecting the optimal path, etc. Is possible.
  • connectivity with adjacent voxels can be set as a condition regarding the filling position of the sub-voxels set in the internal composition determination policy.
  • the ratio of connection in three axial directions (horizontal and vertical directions) (that is, connection anisotropy) can be set as connectivity with adjacent voxels. For example, for all voxels or sub-voxels, or a part of voxels or sub-voxels, a ratio (an index indicating anisotropy or isotropicity) connected in three axial directions (horizontal and vertical directions) is set.
  • the tool path in a given voxel or sub-voxel matches the set connection anisotropy when determining whether the searched Hamiltonian path matches the internal composition determination policy. It is possible to determine the degree as an evaluation criterion. In addition, the degree to which the tool path in each predetermined voxel or sub-voxel in each Hamilton path stored in the candidate list matches the set connection anisotropy may be presented as an evaluation criterion for selecting the optimum path, etc. It becomes possible.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 configured as described above includes a Hamilton path calculation unit 133, a sub-voxel generation unit 134, a tool path data generation unit 136, and a three-dimensional object formation unit 20.
  • the Hamilton path calculation unit 133 generates a voxel model representing the internal structure for modeling the three-dimensional object based on the three-dimensional shape data representing the shape of the three-dimensional object. Further, the Hamilton path calculation unit 133 determines whether or not a Hamilton path can be set in the generated voxel model.
  • the sub voxel generation unit 134 divides the voxel in the voxel model and generates a sub voxel.
  • the Hamilton path calculation unit 133 sets a Hamilton path in the voxel model.
  • the tool path data generation unit 136 generates a tool path for modeling the modeling material based on the Hamilton path set by the Hamilton path calculation unit 133.
  • the three-dimensional object modeling unit 20 performs modeling of a three-dimensional object based on the tool path generated by the tool path data generation unit 136.
  • a three-dimensional object is formed. Therefore, it is possible to convert various voxel models into those in which a Hamilton path can be set. Therefore, it is possible to generate a tool path for outputting a three-dimensional object in the 3D printer more appropriately.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 includes a route selection policy setting unit 132.
  • the route selection policy setting unit 132 sets the tool path direction for at least a part of the three-dimensional object.
  • the tool path data generation unit 136 sets a tool path based on the direction of the tool path set by the path setting unit. Thereby, the three-dimensional molded item which has a physical characteristic according to the setting regarding the direction of a tool path can be manufactured.
  • the tool path data generation unit 136 generates the tool path including a component in a direction along a plane on which a three-dimensional object is formed and a component in a direction perpendicular to the plane. Thereby, it becomes possible to set appropriately the physical characteristic of the solid thing manufactured.
  • the sub-voxel generation unit 134 divides all voxels included in the voxel model into sub-voxels. Thereby, the Hamilton path can be searched more reliably.
  • the sub-voxel generation unit 134 divides some voxels included in the voxel model into sub-voxels. Thereby, an efficient Hamilton path can be searched.
  • the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 includes an internal composition setting unit 113B.
  • Internal composition setting section 113B sets the internal composition of voxels divided into sub-voxels.
  • the tool path data generation unit 136 generates the tool path based on the internal composition of the voxel set by the internal composition setting unit. Thereby, it becomes possible to change the internal composition of the voxel and manufacture a three-dimensional object having the intended physical characteristics.
  • the internal composition setting unit 113B sets some sub-voxels that are filled with the modeling material in the voxels. Thereby, the three-dimensional object provided with the various characteristics made into the objective can be manufactured.
  • the internal composition setting unit 113B sets the filling rate of the modeling material in the voxel.
  • the tool path data generation unit 136 generates a tool path that is one of the combinations of the sub-voxel filling positions with the filling rate set by the internal composition setting unit 113B.
  • the internal composition setting unit 113B sets the filling position of the modeling material in the voxel.
  • the tool path data generation unit 136 generates a tool path for filling the modeling material into the sub-voxels at the filling position set by the internal composition setting unit 113B.
  • the internal composition setting unit 113B sets the internal composition
  • the internal composition setting unit 113B sets conditions relating to connectivity with the adjacent voxel.
  • route which satisfies the conditions regarding the connectivity with the set adjacent voxel can be set appropriately.
  • the three-dimensional object forming unit 20 forms a three-dimensional object by filling voxels or sub-voxels with a plurality of modeling materials. Thereby, the three-dimensional object provided with the various characteristics made into the objective can be manufactured.
  • the present invention can be appropriately modified and improved within the scope of the effects of the present invention, and is not limited to the above-described embodiment.
  • the size of the three-dimensional object is set within one to several voxels so that the surface and the internal structure are more appropriately connected. It is good also as producing
  • this invention combining the said embodiment and each modification suitably.
  • the processing in the above-described embodiment can be executed by either hardware or software. That is, it is only necessary that the three-dimensional object manufacturing apparatus 1 has a function capable of executing the above-described processing, and what functional configuration and hardware configuration are used to realize this function is not limited to the above-described example.
  • a program constituting the software is installed on a computer from a network or a storage medium.
  • the storage medium for storing the program includes a removable medium distributed separately from the apparatus main body, or a storage medium incorporated in the apparatus main body in advance.
  • the removable medium is composed of, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or the like.
  • the optical disk is composed of, for example, a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), a Blu-ray Disc (registered trademark), and the like.
  • the magneto-optical disk is constituted by an MD (Mini-Disk) or the like.
  • the storage medium incorporated in advance in the apparatus main body is constituted by, for example, a ROM or a hard disk in which a program is stored.
  • 1 three-dimensional object manufacturing device 10 three-dimensional object modeling data generation unit, 11 CPU, 12 ROM, 13 RAM, 14 input unit, 15 output unit, 16 storage unit, 17 communication unit, 111 3D data acquisition unit, 112 STL data generation unit , 113 slice data generation unit, 131 start point setting unit, 132 route selection policy setting unit, 133 Hamilton route calculation unit, 134 sub voxel generation unit, 135 route condition determination unit, 136 tool path data generation unit, 137 head control data generation unit 113A voxel division policy setting unit, 113B internal composition setting unit, 20 three-dimensional object modeling unit, 221 head driving unit, 222 3D printer head

Landscapes

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Abstract

　３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成すること。　立体物製造装置１において、ハミルトン経路計算部１３３は、立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成する。また、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する。サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、ボクセルを分割してサブボクセルを生成する。ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定する。ツールパスデータ生成部１３６は、設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成する。立体物造形部２０は、ツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する。

Description

立体物製造装置、立体物製造方法及びプログラム
　本発明は、立体物製造装置、立体物製造方法及びプログラムに関する。
　従来、立体物を製造する３Ｄプリンティングシステムにおいては、標準的な入力ファイルフォーマットとして、サーフェス（立体物の表面）を多角形メッシュで近似するＳＴＬフォーマットが一般的に採用されている。また、立体造形出力の際には、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）ソフトウェア上で、ＳＴＬフォーマットから３Ｄプリンタヘッドのツールパスを表すスライスデータが生成される。さらに、ツールパスが生成される際、まず最も外殻となるシェル部分と内部とが分離され、例えば造形物内部の充填処理については、完全充填、ハニカム構造等、ソフトウェアに予め用意されたパターンの中から選択される。これは、材料の消費量を少なくして、かつ造形物表面のサーフェスが構造的に成立するための工夫である。
　なお、このような３Ｄプリンティングに関する技術は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２０１３－０８６２８９号公報
　しかしながら、立体造形物の内部において、空隙を形成したり、素材を合成したりする等、内部構造を有する立体造形物を３Ｄプリンタで出力する場合、従来のＳＴＬフォーマットやスライスデータの概念にとらわれない新たな観点からツールパスを生成する方法が必要となる。
　本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様の立体物製造装置は、
　立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成手段と、
　前記ボクセルモデル生成手段によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定手段と、
　前記判定手段によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成手段と、
　前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定手段と、
　前記ハミルトン経路設定手段によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成手段と、
　前記ツールパス生成手段によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形手段と、
　を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することができる。
本発明の一実施形態に係る立体物製造装置のハードウェア構成を示す模式図である。 立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。 ボクセルをサブボクセルに分割した状態を示す模式図である。 第１実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。 第２実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。 第３実施形態に係る立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。 第４実施形態に係る立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
［構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係る立体物製造装置１のハードウェア構成を示す模式図である。
　図１に示すように、立体物製造装置１は、立体物造形データ生成部１０と、立体物造形部２０とを備えている。
　立体物造形データ生成部１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）や組み込み型のマイコン等の情報処理装置によって構成される。本実施形態においては、立体物造形データ生成部１０をＰＣによって構成するものとする。
　立体物造形データ生成部１０は、立体物の設計データであるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｓｉｇｎ）データから、立体物造形部２０における３Ｄプリンタヘッドのツールパスを表すスライスデータを生成する。このとき、立体物造形データ生成部１０は、ＣＡＤデータから立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを生成し、ボクセルモデルを３Ｄプリンタヘッド２２２（後述）によって一筆書きするためのハミルトン経路を算出する。さらに、ボクセルモデルのハミルトン経路が算出できない（ボクセルモデルが一筆書きできない）場合、立体物造形データ生成部１０は、ボクセルを分割したサブボクセルを生成することにより、ハミルトン経路を算出する。なお、ボクセルを一筆書きで辿るハミルトン経路を探索する問題については、ボクセルを４分割すると、必ず一筆書きできることが知られている（例えば、以下の論文参照：“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｗｉｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ　Ｆｏｌｄａｂｌｅ　Ｓｔｒｉｎｇｓ（Ｍｏｔｅｉｎｓ）”,ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＲＯＢＯＴＩＣＳ，ＶＯＬ．２７，ＮＯ．４，ＡＵＧＵＳＴ　２０１１）。
　具体的には、立体物造形データ生成部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、入力部１４と、出力部１５と、記憶部１６と、通信部１７と、を備えている。
　ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２または記憶部１６に記憶されたプログラムに従って各種の処理を実行する。
　ＲＯＭ１２は、立体物製造装置１を制御するための各種プログラムを記憶する。
　ＲＡＭ１３には、ＣＰＵ１１が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
　入力部１４は、キーボードあるいはマウス等のポインティングデバイスによって構成され、ユーザの指示操作に応じて各種情報を入力する。
　出力部１５は、ディスプレイやスピーカによって構成され、ＣＰＵ１１の制御に従って、情報の表示や音声の出力を行う。
　記憶部１６は、ハードディスク等の記憶装置によって構成され、立体物製造装置１で使用される各種データやプログラムを記憶する。
　通信部１７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）ケーブル等の通信ケーブルや、インターネット等の通信ネットワークを介して他の装置との通信を行う。
　また、立体物造形データ生成部１０は、設定された経路選択方針に合致するツールパスが探索されるまで、ツールパスの探索を繰り返し、経路選択方針に合致するツールパスが探索されると、そのツールパスを用いて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御するための制御データを生成する。
　立体物造形部２０は、熱溶解積層（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式あるいは光造形方式の３Ｄプリンタによって構成される。本実施形態においては、立体物造形部２０は、熱溶解積層方式の３Ｄプリンタであるものとする。立体物造形部２０は、立体物造形データ生成部１０によって生成された制御データに基づいて、ハミルトン経路を辿りながら３Ｄプリンタヘッド２２２から造形材料を吐出し、立体造形物を出力（立体物を製造）する。なお、立体物造形部２０が描くボクセルの物理的大きさは、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル径と造形材料の吐出量の調節とによって決定される。
［立体物製造装置１の機能的構成］
　次に、立体物製造装置１の機能的構成について説明する。
　図２は、立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
　図２に示すように、立体物製造装置１において、立体物造形データ生成部１０は、３Ｄデータ取得部１１１と、ＳＴＬデータ生成部１１２と、スライスデータ生成部１１３とを備えている。また、立体物造形部２０は、ヘッド駆動部２２１と、３Ｄプリンタヘッド２２２とを備えている。
　３Ｄデータ取得部１１１は、立体物製造装置１において作成されたＣＡＤデータあるいは不図示のネットワーク等を介して他の装置から送信されたＣＡＤデータを取得する。
　ＳＴＬデータ生成部１１２は、３Ｄデータ取得部１１１によって取得されたＣＡＤデータに基づいて、サーフェス（立体物の表面）を多角形メッシュで近似するＳＴＬ形式のデータ（ＳＴＬデータ）を生成する。
　スライスデータ生成部１１３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
　具体的には、スライスデータ生成部１１３は、開始点設定部１３１と、経路選択方針設定部１３２と、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、経路条件判定部１３５と、ツールパスデータ生成部１３６と、ヘッド制御データ生成部１３７とを備えている。
　開始点設定部１３１は、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料の吐出を開始する開始点の位置を設定する。本実施形態において、開始点設定部１３１は、ユーザによる指定を受け付けることにより、開始点の位置を設定する。
　経路選択方針設定部１３２は、立体物を造形する際に、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出する経路を選択する方針（経路選択方針）を設定する。ここで、立体物を造形する場合、同一のＳＴＬデータによって表されるものであっても、３Ｄプリンタヘッド２２２がどのような経路によって造形材料を吐出するか（即ち、どのようなツールパスを辿るか）によって、立体造形物の物理的特性が異なるものとなる。
　具体的には、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出した経路の方向（ツールパスに沿う方向）については、引張り・圧縮強度がより大きい一方、裂け易いという物理的特性を有する。また、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出した経路が積層する方向（ツールパスと交差する方向）については、引張り・圧縮強度がより小さい一方、裂け難いという物理的特性を有する。したがって、経路選択方針の設定においては、このような物理的特性に鑑みて、ツールパスの方向を選択する方針が設定される。例えば、「指定された領域においては、ツールパスを水平方向とする」あるいは「指定された領域においては、引張り強度を優先する」といった経路選択方針が設定される。本実施形態において、経路選択方針設定部１３２は、ユーザによる経路選択方針の指定を受け付けることにより、立体造形物の任意の領域（立体物の一部または全体）について、経路選択方針を設定する。これにより、製造される立体物の物理的特性を適切に設定することができる。
　なお、経路選択方針の設定においては、ツールパスを任意に選択することも可能であり、立体造形物の内部空洞を横切る経路を選択したり、大きい傾斜（例えば４５度以上）の表面形状（広がりの大きい凹面、凸面の天頂等）が水平方向にスライスされて生じる経路を回避し、形状がより滑らかになる経路を選択したりすることもできる。
　ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルのデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルモデルにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。本実施形態において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。
　サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割して（例えば、平面視において縦横を２等分して）サブボクセルとする。
　図３は、ボクセルをサブボクセルに分割した状態を示す模式図である。
　図３（Ａ）に示すように、１つのボクセルＢｅが経路から分岐している場合、一筆書きすることができないことから、ハミルトン経路が設定できないボクセルデータとなる。
　このとき、図３（Ｂ）に示すように、各ボクセルを４分割することにより、分岐していたボクセルＢｅが周回可能な経路となる。
　図２に戻り、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。このような処理によって、経路選択方針に合致するハミルトン経路が１つ探索される。
　ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路を表すものとなる。
　ヘッド制御データ生成部１３７は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータに基づいて、立体造形物の各部分を積層造形するための３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データ（ヘッド制御データ）を生成する。本実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２は、水平方向（ステージと平行な方向）のツールパスの他、垂直方向（ステージに対する高さ方向）の成分を含むツールパスを描くことが可能である。したがって、本実施形態における３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データは、平面内における２次元の移動のみならず、３次元の移動を規定することが可能である。
　立体物造形部２０のヘッド駆動部２２１は、ヘッド制御データ生成部１３７によって生成された制御データに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２の水平方向及び垂直方向の移動と、ノズルからの造形材料の吐出量とを制御する。
　３Ｄプリンタヘッド２２２は、ヘッド駆動部２２１の制御に従って、ノズルから造形材料を吐出する。
　本実施形態における立体物製造装置１は、水平方向のみならず、垂直方向にも３Ｄプリンタヘッド２２２を移動させながら造形材料を吐出することから、ステージの周囲に冷却用のファンを設置し、造形材料の固化を早めることとしてもよい。
［動作］
　次に、立体物製造装置１の動作を説明する。
　図４は、立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
　立体物製造処理は、立体物製造装置１において、立体物の製造を指示する操作が行われることに対応して開始される。
　ステップＳ１において、開始点設定部１３１は、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料の吐出を開始する開始点の位置を設定する。また、経路選択方針設定部１３２は、経路選択方針を設定する。
　ステップＳ２において、ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルデータを生成する。
　ステップＳ３において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できるか否かの判定を行う。
　生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ステップＳ３においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ４に移行する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３からサブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が出力される。
　一方、生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できる場合、ステップＳ３においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ５に移行する。
　ステップＳ４において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
　ステップＳ４の後、処理はステップＳ３に移行する。
　ステップＳ５において、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。
　ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致していない場合、ステップＳ５においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ３に移行する。
　一方、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致している場合、ステップＳ５においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ６に移行する。
　ステップＳ６において、ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
　ステップＳ７において、ヘッド制御データ生成部１３７は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータに基づいて、立体造形物の各部分を積層造形するための３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データ（ヘッド制御データ）を生成する。
　ステップＳ８において、ヘッド駆動部２２１は、ヘッド制御データ生成部１３７によって生成された制御データに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２の水平方向及び垂直方向の移動と、ノズルからの造形材料の吐出量とを制御し、３Ｄプリンタヘッド２２２による立体造形物の積層造形を実行する。
　ステップＳ８の後、立体物製造処理は終了となる。
　以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
　そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
　したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
　また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
　したがって、種々のボクセルモデルをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。
　第２実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
　具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、経路選択方針に合致するハミルトン経路を１つ探索するものとしたが、第２実施形態に係る立体物製造装置１においては、経路選択方針に合致するハミルトン経路を全て探索し、探索された全てのハミルトン経路の中から、ユーザが最適と考えるハミルトン経路を選択可能としている。
　以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
［立体物製造装置１の機能的構成］
　第２実施形態における立体物製造装置１の機能的構成は、スライスデータ生成部１１３のハミルトン経路計算部１３３、サブボクセル生成部１３４、経路条件判定部１３５及びツールパスデータ生成部１３６以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
　第２実施形態において、スライスデータ生成部１１３のハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。本実施形態において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ボクセルデータにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。
　また、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を全て探索したか否か（ハミルトン経路の探索を継続するか否か）の判定を行い、各ボクセルを辿るハミルトン経路を全て探索し終えるまで、ハミルトン経路の探索を繰り返す。
　サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割してサブボクセルとする。
　経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。一方、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していると判定した場合、そのハミルトン経路を、ハミルトン経路の候補リストに格納する。このような処理によって、経路選択方針に合致する１つ以上のハミルトン経路が探索される。
　ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路の候補リストの中から、ユーザによるハミルトン経路の選択を受け付け、選択されたハミルトン経路を読み出す。そして、ツールパスデータ生成部１３６は、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路の中で、ユーザが選択した経路を表すものとなる。
［動作］
　次に、第２実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
　図５は、第２実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
　図５において、ステップＳ１１からステップＳ１５の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ５の処理と同様である。
　ステップＳ１６において、経路条件判定部１３５は、経路選択方針に合致していると判定したハミルトン経路を、ハミルトン経路の候補リストに格納する。
　ステップＳ１７において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続するか否か（各ボクセルを辿るハミルトン経路をし終えていないか否か）の判定を行う。
　ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続する（各ボクセルを辿るハミルトン経路を探索し終えていない）場合、ステップＳ１７においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ１３に移行する。
　一方、ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続しない（各ボクセルを辿るハミルトン経路を探索し終えた）場合、ステップＳ１７においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１８に移行する。
　ステップＳ１８において、ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路の候補リストの中から、ユーザによるハミルトン経路の選択を受け付け、選択されたハミルトン経路を読み出す。
　ステップＳ１９において、ツールパスデータ生成部１３６は、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
　ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理は、図４におけるステップＳ７及びステップＳ８の処理と同様である。
　以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路をハミルトン経路の候補リストに格納する。そして、候補リストの中から、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
　そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを、ユーザの希望に対して、より適合させて生成することができる。
　したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
　また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
　したがって、ボクセルデータをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。
　第３実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
　具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、常に、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割するものとしたが、第３実施形態に係る立体物製造装置１においては、ユーザの選択に応じて、ボクセルモデルにおける必要な部分のみをサブボクセルに分割することが可能となっている。
　以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
［立体物製造装置１の機能的構成］
　図６は、第３実施形態に係る立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
　図６に示すように、立体物製造装置１において、立体物造形データ生成部１０は、３Ｄデータ取得部１１１と、ＳＴＬデータ生成部１１２と、スライスデータ生成部１１３とを備えている。また、立体物造形部２０は、ヘッド駆動部２２１と、３Ｄプリンタヘッド２２２とを備えている。
　これらのうち、スライスデータ生成部１１３のボクセル分割方針設定部１１３Ａ、ハミルトン経路計算部１３３及びサブボクセル生成部１３４以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
　第３実施形態において、スライスデータ生成部１１３のボクセル分割方針設定部１１３Ａは、ハミルトン経路を計算できないと判定された場合にボクセルをサブボクセルに分割する方針（ボクセル分割方針）を設定する。本実施形態において、ボクセル分割方針としては、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針またはボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する方針のいずれかが設定される。また、本実施形態において、ボクセル分割方針設定部１１３Ａは、ユーザによるボクセル分割方針の指定を受け付けることにより、ボクセル分割方針を設定する。ボクセル分割方針設定部１１３Ａがボクセル分割方針を設定する場合、立体造形物を製造する際に、ユーザが予め指定してボクセル分割方針を設定しておくことや、ハミルトン経路を計算できないと判定される毎にユーザに問い合わせを行い、ユーザがボクセル分割方針を逐次指定して設定することのいずれも可能である。
　ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルのデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルモデルにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。また、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルをサブボクセルに分割するためのユーザの方針（ボクセル分割方針）に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求またはボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する処理要求のいずれかを出力する。
　サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ユーザによって設定されたボクセル分割方針に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割してサブボクセルとしたり、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルを４分割してサブボクセルとしたりする。ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する場合、ハミルトン経路をより確実に探索することができ、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルのみをサブボクセルに分割する場合、効率的なハミルトン経路を探索することができる。
［動作］
　次に、第３実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
　図７は、第３実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
　図７において、ステップＳ２１からステップＳ２３の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ３の処理と同様である。
　ステップＳ２４において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されているか否かの判定を行う。
　ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されている場合、ステップＳ２４においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ２５に移行する。
　一方、ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されていない（即ち、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されている）場合、ステップＳ２４においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ２６に移行する。
　ステップＳ２５において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
　ステップＳ２５の後、処理はステップＳ２３に移行する。
ステップＳ２６において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセル（一部のボクセル）をサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
　ステップＳ２６の後、処理はステップＳ２３に移行する。
　ステップＳ２７からステップＳ３０の処理は、図４におけるステップＳ５からステップＳ８の処理と同様である。
　以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
　そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
　したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
　また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセル分割方針に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルまたはハミルトン経路を計算できない部分のボクセルがサブボクセルに分割される。
　したがって、ユーザの設定に応じて、ボクセルデータの全部または一部をハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
［第４実施形態］
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。
　第４実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
　具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルをサブボクセルに分割した場合、そのボクセルに属するサブボクセルの全てに造形材料が充填されるものとしたが、第４実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルをサブボクセルに分割した場合に、そのボクセルに属するサブボクセルの一部に造形材料を充填することにより、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を実現可能としている。
　例えば、本実施形態の立体物製造装置１では、立体物の局所的あるいは全体的な光学的特性（透明性、透過光による着色等）、機械的特性（柔らかさ、硬さ、弾性率、圧縮率、引張り強度、圧縮強度等）、音響・振動特性、電磁気的特性（導電性、局在性、異方性等）、熱特性（保温性等）を設計することが可能となる。
　以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
［立体物製造装置１の機能的構成］
　図８は、第４実施形態に係る立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
　図８に示すように、立体物製造装置１において、スライスデータ生成部１１３は、内部組成設定部１１３Ｂと、開始点設定部１３１と、経路選択方針設定部１３２と、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、経路条件判定部１３５と、ツールパスデータ生成部１３６と、ヘッド制御データ生成部１３７とを備えている。
　これらのうち、スライスデータ生成部１１３の内部組成設定部１１３Ｂ、ハミルトン経路計算部１３３、サブボクセル生成部１３４、経路条件判定部１３５及びツールパスデータ生成部１３６以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
　第４実施形態において、スライスデータ生成部１１３の内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルをサブボクセルに分割した場合の内部組成を決定する方針（内部組成決定方針）を設定する。内部組成決定方針は、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率によって定義することができ、さらにサブボクセルの充填位置に関する条件を加えることもできる。例えば、ボクセルの縦、横及び高さの３辺それぞれを２分割した場合、ボクセルは８個のサブボクセルに分割される。これら８個のサブボクセルのうち、いくつのサブボクセルに造形材料を充填するかによって、充填率は、０／８～８／８の９段階に設定することができる。充填率を変化させることにより、立体造形物の物理特性として、柔らかさ、透明度あるいは重量等を設定することができる。また、同一の充填率であっても、８個のサブボクセルのいずれに造形材料を充填するかによって、立体造形物が取り得る内部構造が変化する。即ち、ボクセルの６面それぞれにおいて、１つ以上のサブボクセルが充填されていれば、隣接するボクセルとの接続が可能である一方、１つもサブボクセルが充填されていない場合、隣接するボクセルとは接続が不可能な状態となる。そのため、サブボクセルの充填位置に関する条件は、隣接するボクセルとの接続関係を設定する条件としての意義も有している。
　経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否か、及び、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、または、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。このような処理によって、経路選択方針及び内部組成決定方針に合致するハミルトン経路が１つ探索される。
　ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針及び内部組成決定方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件及び内部組成決定方針を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路を表すものとなる。
　このように、本実施形態における立体物製造装置１においては、内部組成決定方針に基づいて、サブボクセルに分割されたボクセルにおけるいずれのサブボクセルに造形材料が充填されるかが決定される。これにより、ユーザが望む物理的特性を有する内部組成によって、立体造形物を製造することができる。
［動作］
　次に、第４実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
　図９は、第４実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
　ステップＳ３１において、内部組成設定部１１３Ｂは、内部組成決定方針を設定する。
　ステップＳ３２からステップＳ３５の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ４の処理と同様である。
　ステップＳ３６において、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致しているか否かの判定を行う。
　ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致していない場合、ステップＳ３６においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ３４に移行する。
　一方、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致している場合、ステップＳ３６においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ３７に移行する。
　ステップＳ３７からステップＳ３９の処理は、図４におけるステップＳ６からステップＳ８の処理と同様である。
　以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
　そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
　したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
　また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
　したがって、ボクセルデータをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
　さらに、立体物製造装置１によれば、サブボクセルに造形材料を充填する場合に、設定された内部組成決定方針に合致するサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致するハミルトン経路を探索し、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
　したがって、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を備えた立体物を製造することが可能となる。
［変形例１］
　上述の各実施形態において、ボクセルまたはサブボクセルを２種類以上の造形材料によって充填し、立体物の各種特性を実現することができる。
　この場合、ボクセルまたはサブボクセル毎に充填する造形材料を指定したり、ボクセルまたはサブボクセルの充填位置を指定したりすることで、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
　例えば、透明性の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、透明性の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の光学的特性を実現することが可能となる。
　また、硬度の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、硬度の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の柔軟性に関する機械的特性や音響・振動特性を実現することが可能となる。
　また、非導電性の造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、導電性の造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の内部に電気回路を形成すること等が可能となり、立体物の電磁気的特性（導電性、局在性、異方性等）を実現することが可能となる。
　また、保温性の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、保温性の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の熱特性（保温性等）を実現することが可能となる。
［変形例２］
　上述の各実施形態において、立体造形物の内部に電子部品を埋め込むことにより、センシング機能（音あるいは温度のセンシング等）や能動的機能（発光あるいは通信等の電気的な処理機能等）を備える立体物を設計・製造することができる。
　この場合、電子部品は、既製のものを埋め込んだり、導電性の充填材料を吐出することによって立体物製造装置１における造形時に併せて製造したりすることが可能である。
［変形例３］
　上述の各実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル特性上、最小のボクセルサイズに設定されている状態で、ボクセルをサブボクセルに分割する必要が生じた場合、製造する立体物全体のサイズを拡大して、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセル化した状態とすることができる。即ち、当初のボクセルのサイズをサブボクセルのサイズとし、ボクセルのサイズを拡大することで、全てのボクセル内にサブボクセルが形成された状態となる。
　この場合、全体の形状のバランスを維持しつつ、ボクセルモデルをサブボクセル化して立体物を製造することができる。
［変形例４］
　上述の各実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル特性上、最小のボクセルサイズに設定されている状態で、ボクセルをサブボクセルに分割する必要が生じた場合、ボクセルモデルにおける必要な部分のみを局所的に拡大して、ボクセルモデルにおける一部のボクセルをサブボクセル化した状態とすることができる。
　この場合、全体のサイズを維持しつつ、必要な部分のボクセルをサブボクセル化して立体物を製造することができる。
［変形例５］
　上述の各実施形態において、経路選択方針において設定されるツールパスの方向を、ツールパスの分岐点において３軸方向（水平及び垂直方向）を選択する優先度として設定することができる。
　具体的には、全てのボクセルまたはサブボクセルや、一部のボクセルまたはサブボクセルに対して、ツールパスの分岐点において３軸方向（水平及び垂直方向）を選択する優先度を設定しておき、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かの判定や、リスト化されたハミルトン経路からの最適経路の選択における評価基準として用いることができる。
　これにより、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かを判定する際に、所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている３軸方向の優先度に合致する度合を評価基準として判定すること等が可能となる。また、候補リストに格納されたハミルトン経路それぞれにおける所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている３軸方向の優先度に合致する度合を、最適経路を選択する評価基準として提示すること等が可能となる。
［変形例６］
　第４実施形態において、内部組成決定方針において設定されるサブボクセルの充填位置に関する条件として、隣接ボクセルとの接続性を設定することができる。具体的には、隣接ボクセルとの接続性として、３軸方向（水平及び垂直方向）に接続する割合（即ち、接続の異方性）を設定することができる。
　例えば、全てのボクセルまたはサブボクセルや、一部のボクセルまたはサブボクセルに対して、３軸方向（水平及び垂直方向）に接続する割合（異方性や等方性を表す指標）を設定しておき、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かの判定や、リスト化されたハミルトン経路からの最適経路の選択における評価基準として用いることができる。
　これにより、探索されたハミルトン経路が内部組成決定方針に対して合致しているか否かを判定する際に、所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている接続の異方性に合致する度合を評価基準として判定すること等が可能となる。また、候補リストに格納されたハミルトン経路それぞれにおける所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている接続の異方性に合致する度合を、最適経路を選択する評価基準として提示すること等が可能となる。
　以上のように構成される立体物製造装置１は、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、ツールパスデータ生成部１３６と、立体物造形部２０とを備える。
　ハミルトン経路計算部１３３は、立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成する。
　また、ハミルトン経路計算部１３３は、生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する。
　サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３によって、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成する。
　ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定する。
　ツールパスデータ生成部１３６は、ハミルトン経路計算部１３３によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成する。
　立体物造形部２０は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する。
　これにより、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路が設定できない場合、ボクセルをサブボクセルに分割してハミルトン経路を設定し、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、立体物が造形される。
　そのため、種々のボクセルモデルをハミルトン経路が設定できるものに変換することができる。
　したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
　また、立体物製造装置１は、経路選択方針設定部１３２を備える。
　経路選択方針設定部１３２は、立体物の少なくとも一部について、ツールパスの方向に関する設定を行う。
　ツールパスデータ生成部１３６は、経路設定手段によって設定された前記ツールパスの方向に基づいて、ツールパスを設定する。
　これにより、ツールパスの方向に関する設定に応じた物理的特性を有する立体造形物を製造することができる。
　また、ツールパスデータ生成部１３６は、立体物が造形される平面に沿う方向の成分及び当該平面に垂直な方向の成分を含む前記ツールパスを生成する。
　これにより、製造される立体物の物理的特性を適切に設定することが可能となる。
　また、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルに含まれる全てのボクセルをサブボクセルに分割する。
　これにより、ハミルトン経路をより確実に探索することができる。
　また、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルに含まれる一部のボクセルをサブボクセルに分割する。
　これにより、効率的なハミルトン経路を探索することができる。
　また、立体物製造装置１は、内部組成設定部１１３Ｂを備える。
　内部組成設定部１１３Ｂは、サブボクセルに分割されたボクセルの内部組成を設定する。
　ツールパスデータ生成部１３６は、前記内部組成設定手段によって設定されたボクセルの内部組成に基づいて、前記ツールパスを生成する。
　これにより、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を備えた立体物を製造することが可能となる。
　また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおいて造形材料を充填する一部のサブボクセルを設定する。
　これにより、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
　また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおける造形材料の充填率を設定する。
　ツールパスデータ生成部１３６は、内部組成設定部１１３Ｂによって設定された充填率となるサブボクセルの充填位置の組合せのうちのいずれかとなるツールパスを生成する。
　これにより、立体物の柔軟性等、ボクセルの充填率によって規定される物理的特性を備える立体物を適切に実現することができる。
　また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおける造形材料の充填位置を設定する。
　ツールパスデータ生成部１３６は、内部組成設定部１１３Ｂによって設定された充填位置のサブボクセルに造形材料を充填するツールパスを生成する。
　これにより、立体物におけるサブボクセルの接続構造を具体的に規定して、立体物を製造することができる。
　また、内部組成設定部１１３Ｂは、内部組成を設定する際に、当該ボクセルが隣接するボクセルとの接続性に関する条件を設定する。
　これにより、設定された隣接するボクセルとの接続性に関する条件を充足するハミルトン経路を適切に設定することができる。
　また、立体物造形部２０は、複数の造形材料によってボクセルまたはサブボクセルを充填することにより、立体物を造形する。
　これにより、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
　なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
　例えば、上述の実施形態において、ＳＴＬデータからボクセルモデルのデータを生成する際に、サーフェスと内部構造とがより適切に接続するように、立体造形物のサイズを１～数ボクセルのサイズ内で微調整した上で、ボクセルモデルのデータを生成することとしてもよい。
　また、上記実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
　上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
　即ち、上述の処理を実行できる機能が立体物製造装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
　上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
　プログラムを記憶する記憶媒体は、装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア、あるいは、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ－Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（登録商標）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ－Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているＲＯＭやハードディスク等で構成される。
　１　立体物製造装置、１０　立体物造形データ生成部、１１　ＣＰＵ、１２　ＲＯＭ、１３　ＲＡＭ、１４　入力部、１５　出力部、１６　記憶部、１７　通信部、１１１　３Ｄデータ取得部、１１２　ＳＴＬデータ生成部、１１３　スライスデータ生成部、１３１　開始点設定部、１３２　経路選択方針設定部、１３３　ハミルトン経路計算部、１３４　サブボクセル生成部、１３５　経路条件判定部、１３６　ツールパスデータ生成部、１３７　ヘッド制御データ生成部、１１３Ａ　ボクセル分割方針設定部、１１３Ｂ　内部組成設定部、２０　立体物造形部、２２１　ヘッド駆動部、２２２　３Ｄプリンタヘッド

Claims (13)

  1. 　立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成手段と、
    　前記ボクセルモデル生成手段によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定手段と、
    　前記判定手段によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成手段と、
    　前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定手段と、
    　前記ハミルトン経路設定手段によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成手段と、
    　前記ツールパス生成手段によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形手段と、
    　を備えることを特徴とする立体物製造装置。
  2. 　前記立体物の少なくとも一部について、前記ツールパスの方向に関する設定を行う経路設定手段を備え、
    　前記ツールパス生成手段は、前記経路設定手段によって設定された前記ツールパスの方向に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項１に記載の立体物製造装置。
  3. 　前記ツールパス生成手段は、立体物が造形される平面に沿う方向の成分及び当該平面に垂直な方向の成分を含む前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項１に記載の立体物製造装置。
  4. 　前記サブボクセル生成手段は、前記ボクセルモデルに含まれる全てのボクセルをサブボクセルに分割することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  5. 　前記サブボクセル生成手段は、前記ボクセルモデルに含まれる一部のボクセルをサブボクセルに分割することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  6. 　前記サブボクセルに分割されたボクセルの内部組成を設定する内部組成設定手段を備え、
    　前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された前記ボクセルの内部組成に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  7. 　前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおいて造形材料を充填する一部の前記サブボクセルを設定することを特徴とする請求項６に記載の立体物製造装置。
  8. 　前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおける造形材料の充填率を設定し、
    　前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された充填率となるサブボクセルの充填位置の組合せのうちのいずれかとなる前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項６または７に記載の立体物製造装置。
  9. 　前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおける造形材料の充填位置を設定し、
    　前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された充填位置のサブボクセルに造形材料を充填する前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  10. 　前記内部組成設定手段は、前記内部組成を設定する際に、当該ボクセルが隣接するボクセルとの接続性に関する条件を設定することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  11. 　前記立体物造形手段は、複数の造形材料によって前記ボクセルまたは前記サブボクセルを充填することにより、前記立体物を造形することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
  12. 　立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成ステップと、
    　前記ボクセルモデル生成ステップにおいて生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定ステップと、
    　前記判定ステップにおいて、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成ステップと、
    　前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定ステップと、
    　前記ハミルトン経路設定ステップにおいて設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成ステップと、
    　前記ツールパス生成ステップにおいて生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形ステップと、
    　を含むことを特徴とする立体物造形方法。
  13. 　立体物を製造する立体物製造装置を制御するコンピュータに、
    　立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成機能と、
    　前記ボクセルモデル生成機能によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定機能と、
    　前記判定機能によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成機能と、
    　前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定機能と、
    　前記ハミルトン経路設定機能によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成機能と、
    　前記ツールパス生成機能によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形機能と、
    　を実現させることを特徴とするプログラム。
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