WO2017141483A1 - ３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法 - Google Patents

３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法 Download PDF

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WO2017141483A1
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航平 會田
青木　雅博
昌宏 川崎
靖彦 多田
佐々木　洋
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株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional coloring system for coloring a three-dimensional structure and a method for manufacturing the three-dimensional structure.
  • 3D printers that cure a laminated resin to form a three-dimensional structure are known.
  • the three-dimensional structure obtained by this 3D printer has a single color (that is, a resin color), and there is a problem that it takes time and effort to manually color.
  • a technique described in Patent Document 1 is known.
  • Patent Document 1 a correspondence relationship between the value of the height coordinate of the three-dimensional image data of the substrate and the color is set in advance, and the surface of the substrate is subjected to inkjet coating based on this correspondence relationship.
  • the present invention controls the coloring position of the ink supplied from the ink supply means to the three-dimensional structure based on the shape information and the color information of the three-dimensional structure by the moving means,
  • the ink color at the coloring position is controlled by the ink supply means.
  • the present invention it is possible to provide a three-dimensional coloring system and a method for manufacturing a three-dimensional structure that reduce the burden on the user required for coloring the three-dimensional structure.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the external appearance of the three-dimensional coloring system which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a typical longitudinal cross-sectional view of the ink supply apparatus with which a three-dimensional coloring system is provided. It is explanatory drawing of the imaging and moving apparatus with which a three-dimensional coloring system is provided. It is a functional block diagram containing a memory
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a three-dimensional coloring system S according to the first embodiment.
  • the three-dimensional coloring system S is a system for coloring the three-dimensional structure Q.
  • the three-dimensional coloring system S includes an ink supply device 10 and an imaging / moving device 20.
  • the ink supply device 10 As the ink supply device 10, for example, an ink jet printer can be used.
  • the ink supply device 10 is a device that supplies ink via the inkjet head 12, and includes a main body portion 11, the inkjet head 12, and a cable 13.
  • the main body 11 includes pumps, valves (see FIG. 2) and the like, which will be described later, a housing 11a that accommodates these, an input unit 11b, and a display unit 11c.
  • the input unit 11b receives a setting input by the user.
  • the display unit 11c displays a predetermined setting screen, the operation status of the ink supply device 10, and the operation status of the imaging / moving device 20 to be described later.
  • the inkjet head 12 (ink supply means) is for ejecting (supplying) ink to the three-dimensional structure Q to be colored and coloring the three-dimensional structure Q.
  • the continuous discharge type inkjet head 12 that deflects ink droplets according to the charge amount of the ink droplets continuously ejected from the nozzles 12a (see FIG. 2) is used. To do. Details of the inkjet head 12 will be described later.
  • the cable 13 shown in FIG. 1 is a tubular member that houses an ink supply tube 11e (see FIG. 2) and an ink recovery tube 11j (see FIG. 2), which will be described later, and a signal line (not shown).
  • the signal lines described above include signal lines that electrically connect the control unit 11q (see FIG. 2) and the inkjet head 12.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the ink supply device 10 provided in the three-dimensional coloring system S.
  • the inkjet head 12 is shown larger than the main body 11.
  • the main body unit 11 includes an ink container 11d that stores ink, and ink that supplies ink from the ink container 11d toward the nozzle 12a.
  • the ink supply pipe 11e includes a pump 11f, a supply valve 11g, a filter 11h, and a pressure regulating valve 11i that are installed in this order from the upstream side.
  • the main body 11 includes an ink recovery pipe 11j for returning the ink recovered by the gutter 12d to the ink container 11d, and a recovery valve 11k, a pump 11m, and the like installed in order from the upstream side in the ink recovery pipe 11j. And a filter 11n.
  • the main body unit 11 includes a storage unit 11p and a control unit 11q in addition to the above-described components.
  • the storage unit 11p storage means
  • a program executed by the control unit 11q and setting information input by an operation of the input unit 11b (see FIG. 1) an imaging result of the camera 22 (see FIG. 3) to be described later
  • shape information, color information, and the like of the three-dimensional structure Q are stored.
  • the storage unit 11p a semiconductor storage device, a magnetic disk device, an optical disk device, or the like can be used as the storage unit 11p.
  • the control unit 11q (control means) is, for example, a microcomputer, and although not shown, electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces (see FIG. (Not shown). Then, the program stored in the ROM is read out and expanded in the RAM, and the CPU executes various processes.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the control unit 11q has a function of controlling the ink supply device 10 and the imaging / moving device 20 (see FIG. 3) based on information input via the input unit 11b (see FIG. 1). Details of the processing executed by the control unit 11q will be described later.
  • the ink jet head 12 shown in FIG. 2 ejects ink droplets onto the three-dimensional structure Q, and includes a nozzle 12a, a charging electrode 12b, a deflection electrode 12c, a gutter 12d, a phase sensor 12e, and a head cover 12f. And.
  • the nozzle 12a ejects ink that is pumped through the ink supply pipe 11e.
  • the nozzle 12a has an excitation source (not shown) that applies periodic vibration to the liquid columnar ink liquid column, and the ink liquid column is constricted by the excitation source to be divided into ink droplets. It is like that.
  • the charging electrode 12b is an electrode that charges ink droplets ejected from the nozzle 12a, and is disposed in the vicinity of the opening of the nozzle 12a.
  • the deflection electrode 12c is an electrode that deflects ink droplets charged by the charging electrode 12b.
  • the ink droplet charged by the charging electrode 12b moves in a predetermined direction (the height direction in FIG. 2) by the deflection electrode 12c in accordance with the amount of charge, and 3 through the ink supply port 121f of the head cover 12f. It is injected to the dimensional structure Q.
  • the gutter 12d collects ink droplets that have traveled straight without being deflected by the electric field of the deflection electrode 12c (that is, they are unnecessary for coloring and have a very small charge amount).
  • the phase sensor 12e is a sensor that detects the charge amount of the ink droplets collected by the gutter 12d. Based on the detection value of the phase sensor 12e, the timing of applying a voltage to the charging electrode 12b is adjusted by the control unit 11q.
  • a charge control type ink jet printer is used as the ink supply device 10.
  • an ink jet printer including an ultraviolet irradiation light source is used. May be.
  • the “ink supply means” includes a nozzle that continuously forms ink droplets, a charging electrode that charges ink droplets, a deflection electrode that deflects charged ink droplets, and a deflected ink droplet.
  • An inkjet head that discharges and colors the three-dimensional structure and an ultraviolet irradiation light source that irradiates the ink attached to the three-dimensional structure with ultraviolet rays are provided.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the imaging / moving device 20 provided in the three-dimensional coloring system S. As shown in FIG. 3, the xyz ⁇ direction is determined.
  • the imaging / moving device 20 has a function of imaging the three-dimensional structure Q by the camera 22 and a function of moving the three-dimensional structure Q three-dimensionally by a command from the control unit 11q (see FIG. 2). is doing.
  • the imaging / moving device 20 includes a housing 21, a camera 22 that captures an image of the three-dimensional structure Q, and a “moving unit” that moves the three-dimensional structure Q (an x-direction moving motor 23b). Etc.).
  • the casing 21 is provided with the “moving means” and the camera 22 described above.
  • the outer shape of the casing 21 has a cylindrical shape.
  • casing 21 is provided with the door 21a (refer FIG. 1) for taking in / out the three-dimensional structure Q.
  • a hole 21 h for inserting the inkjet head 12 is provided in the peripheral wall of the housing 21.
  • the inkjet head 12 is fixed to the casing 21 with the ink supply port 121f (see FIG. 2) facing the casing 21.
  • a light source for irradiating light to the three-dimensional structure Q is installed at a predetermined location in the housing 21.
  • the camera 22 (imaging means) images the three-dimensional structure Q from a plurality of angles, and is fixed to the peripheral wall of the housing 21. Since the three-dimensional structure Q is moved in the ⁇ direction by a ⁇ -direction moving motor 23i described later, even when the camera 22 is fixed, the three-dimensional structure Q can be imaged from a plurality of angles.
  • the camera 22 is connected to the control unit 11q (see FIG. 2) via a signal line (not shown), and images the three-dimensional structure Q according to a command from the control unit 11q.
  • the “moving means” described above is for moving the three-dimensional structure Q three-dimensionally, and includes a base 23a, an x-direction moving motor 23b, a ball screw shaft 23c, and an x-direction moving table 23d.
  • the base 23a is a table on which the x-direction moving table 23d is placed, and includes a rail 231a extending in the x direction.
  • the ball screw shaft 23c is rotated by driving the x-direction moving motor 23b, and the x-direction moving table 23d is moved in the x direction along the rail 231a.
  • the x-direction moving table 23d includes a rail 231d extending in the y direction.
  • the ball screw shaft 23f is rotated by driving the y direction moving motor 23e, and the y direction moving table 23g is moved in the y direction along the rail 231d.
  • the lower end of the z-direction moving hydraulic mechanism 23h is fixed to the y-direction moving table 23g, and the cylinder 231h is expanded and contracted in the z direction by a hydraulic pump (not shown).
  • the ⁇ -direction moving motor 23i is installed on the upper side of the cylinder 231h, and rotates in the ⁇ direction with the z axis as a rotation axis.
  • the shaft member 23j extends in the z direction and rotates integrally with the rotation shaft of the ⁇ direction moving motor 23i.
  • the mounting table 23k is a table on which the three-dimensional structure Q is mounted, and is fixed to the upper end of the shaft member 23j.
  • FIG. 4 is a functional block diagram including the storage unit 11p and the control unit 11q.
  • the x-direction movement motor 23b, the y-direction movement motor 23e, the z-direction movement hydraulic mechanism 23h, and the ⁇ -direction movement motor 23i are electrically connected to the control unit 11q (see FIG. 2). It is connected.
  • each apparatus drives according to the instruction
  • control unit 11q performs imaging by the camera 22, ejects ink droplets from the inkjet head 12, and causes the display unit 11c to display a predetermined setting screen in accordance with the operation of the input unit 11b. It also has a function to do.
  • shape information and color information are generated based on an imaging result of a sample three-dimensional structure (not shown) that has been colored, and then, based on the shape information and color information described above, The three-dimensional structure Q to be colored is colored.
  • FIG. 5 is a flowchart of processing executed by the control unit 11q.
  • a sample three-dimensional structure (not shown) that has been colored is placed on the placement table 23 k (see FIG. 3).
  • the three-dimensional structure Q for example, daruma
  • the coloring object is colored with a single color.
  • step S101 the control unit 11q drives the ⁇ -direction moving motor 23i and the like, and also drives the camera 22, and images a sample three-dimensional structure (not shown) from a plurality of angles.
  • the controller 11q uses the camera 22 to image a sample three-dimensional structure from four locations on the front, back, right side, and left side.
  • step S102 the control unit 11q stores the imaging result obtained in step S101 in the storage unit 11p.
  • step S103 the control unit 11q generates and stores shape information of the three-dimensional structure.
  • shape information is information for specifying the shape of a sample three-dimensional structure (not shown) and information for specifying the shape of another three-dimensional structure Q to be colored. This is because the sample three-dimensional structure and the three-dimensional structure Q to be colored have substantially the same shape.
  • the control unit 11q uses, for example, a well-known stereo method based on a plurality of images that are imaging results, and corresponding points (three-dimensional) on the surface of the sample three-dimensional structure. The same point in space) is obtained, and the shape of this three-dimensional structure is measured. Thereby, each point on the surface of the three-dimensional structure is represented by three-dimensional coordinates (x, y, z). This is the “shape information” of the three-dimensional structure.
  • the “shape information” generated by the control unit 11q is stored in the storage unit 11p.
  • step S104 the control unit 11q generates and stores color information of the three-dimensional structure.
  • the “color information” described above is information for specifying the color of a sample three-dimensional structure (not shown) and information for specifying a color to be colored on another three-dimensional structure Q to be colored. . This is because in the present embodiment, the three-dimensional structure Q to be colored is colored with the same color as the sample three-dimensional structure.
  • the control unit 11q determines the color of each part of the sample three-dimensional structure (not shown) using C (Cyan: blue) using a well-known CMYK color model. , M (Magenta: red), Y (Yellow: yellow), and K (Key Plate: black). This is “color information” of the three-dimensional structure.
  • the “color information” generated by the control unit 11q is stored in the storage unit 11p in association with the “shape information” described above. That is, color information is generated and stored as C, M, Y, and K values in three-dimensional coordinates (x, y, z).
  • step S105 the control unit 11q determines whether or not the coloring start button is pressed by the operation of the input unit 11b (see FIG. 1). Although omitted in FIG. 5, before the colored start button is pressed, the user opens the door 21a of the housing 21 (see FIG. 1) and takes out a sample three-dimensional structure (not shown). . Thereafter, the three-dimensional structure Q to be colored is placed on the placement table 23k by the user. This three-dimensional structure Q is created by a known 3D printer, for example. As described above, the shape of the three-dimensional structure Q to be colored is substantially the same as that of the sample three-dimensional structure.
  • step S106 the controller 11q images the three-dimensional structure Q to be colored from a plurality of angles with the camera 22.
  • the control unit 11q stores the imaging result obtained in step S106 in the storage unit 11p.
  • step S108 the control unit 11q performs a positional deviation correction process. That is, the control unit 11q performs a process for canceling the positional deviation amount of the three-dimensional structure Q to be colored with reference to the position where the sample three-dimensional structure (not shown) was previously placed. . If the example is given, the control part 11q will produce
  • the above-described positional deviation amounts ( ⁇ x, ⁇ y, ⁇ z, ⁇ ) are calculated based on the shape information of each three-dimensional structure. Then, the control unit 11q corrects the shape information obtained in step S103 based on the amount of positional deviation described above, and stores the corrected shape information in association with the color information in the storage unit 11p.
  • the shape information obtained in step S103 is used as it is for coloring. May be.
  • step S109 the control unit 11q moves the three-dimensional structure Q to be colored based on the corrected shape information and color information. That is, the control unit 11q controls the coloring position of the ink ejected from the inkjet head 12 to the three-dimensional structure Q by the above-described “moving means” (x-direction moving motor 23b and the like: see FIG. 3). At this time, the controller 11q controls the “moving means” so that the distance between the ink coloring position in the three-dimensional structure Q and the inkjet head 12 is within a predetermined range suitable for the ejection of ink droplets. To do.
  • step S110 the control unit 11q ejects ink to the three-dimensional structure Q based on the corrected shape information and color information. That is, the control unit 11q controls the color at the above-described coloring position by the ink supply device 10. More specifically, the control unit 11q identifies a color (in this embodiment, a single color) corresponding to the coordinates of the position (coloring position) to be colored in the three-dimensional structure Q, and uses this color as the three-dimensional structure Q.
  • the inkjet head 12 is driven so that is colored.
  • step S111 the control unit 11q determines whether or not the coloring of the three-dimensional structure Q is finished.
  • the control unit 11q finishes the process (END).
  • the process of the control unit 11q returns to step S109.
  • a predetermined fixing device (not shown) may be installed on the mounting table 23k.
  • shape information and color information of a sample three-dimensional structure (not shown) that has been colored are generated, and based on the shape information and color information, the three-dimensional structure Q that is a coloring target is generated.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that it includes an information acquisition unit 14 (see FIG. 6) that acquires shape information and color information of the three-dimensional structure Q from the information management device M (see FIG. 6).
  • the rest is the same as in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • FIG. 6 is a functional block diagram including the storage unit 11p, the control unit 11q, and the information acquisition unit 14 of the three-dimensional coloring system SA according to the second embodiment.
  • the information acquisition unit 14 (information acquisition unit) illustrated in FIG. 6 has a function of acquiring shape information and color information of a three-dimensional structure from the information management apparatus M via the network N.
  • the information management apparatus M stores drawing information such as 3D CAD (Computer Aided Design), shape information and color information generated using imaging results of a sample 3D structure (not shown), and the like.
  • 3D CAD Computer Aided Design
  • Shape information and the like transmitted from the information management device M via the network N is acquired by the information acquisition unit 14, and the acquired shape information and the like are stored in the storage unit 11p via the control unit 11q.
  • the three-dimensional structure Q to be colored is prepared, for example, based on the shape information described above. Further, the process of coloring the three-dimensional structure Q is the same as steps S105 to S111 (see FIG. 5) described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the three-dimensional structure to be colored is obtained by using the shape information and the color information obtained through the network N without preparing the actual sample three-dimensional structure that has been colored.
  • Q can be colored.
  • the three-dimensional structure Q to be colored is moved in the ⁇ direction without moving in the xyz direction, and the inkjet head 12 is three-dimensionally moved by the multi-axis articulated robot 24 (see FIG. 7).
  • the other points are the same as in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the imaging / moving device 20B provided in the three-dimensional coloring system SB according to the third embodiment.
  • the imaging / moving device 20B includes a housing 21, a camera 22, a ⁇ -direction moving motor 23i, a shaft member 23j, a mounting table 23k, and a multi-axis articulated robot 24. I have.
  • the multi-axis articulated robot 24 is a robot that three-dimensionally moves the position and orientation of the inkjet head 12, and is installed in the housing 21.
  • the ⁇ -direction moving motor 23i is a motor that moves the three-dimensional structure Q in the ⁇ direction. By using the ⁇ -direction moving motor 23i, a portion of the three-dimensional structure Q that is difficult to be colored only by the multi-axis multi-joint robot 24 can be colored appropriately.
  • the “moving means” for moving the three-dimensional structure Q and the inkjet head 12 three-dimensionally includes a multi-axis multi-joint robot 24 and a ⁇ -direction moving motor 23i.
  • FIG. 8 is a functional block diagram including the storage unit 11p, the control unit 11q, and the multi-axis multi-joint robot 24.
  • the control unit 11q After performing the processing of steps S101 to S108 (see FIG. 5) described in the first embodiment, the control unit 11q, based on the shape information and color information of the three-dimensional structure Q, The multi-axis multi-joint robot 24 is driven. That is, the controller 11q drives each device so that the distance between the coloring position in the three-dimensional structure Q and the ink supply port 121f (see FIG. 2) is within a predetermined range.
  • control unit 11q performs the processing of steps S110 and S111 (see FIG. 5) described in the first embodiment to color the three-dimensional structure Q.
  • the inkjet head 12 is moved to 3 so that the distance and angle with the tangent plane of each position of the three-dimensional structure Q are within an appropriate range. Can move dimensionally. Accordingly, ink droplets can be accurately attached to predetermined coloring positions in the three-dimensional structure Q.
  • the inkjet head 12C (see FIG. 9) includes five inkjet units J1 to J5, and the three-dimensional structure Q is colored with a color different from the sample according to a user operation.
  • the inkjet head 12C includes five inkjet units J1 to J5, and the three-dimensional structure Q is colored with a color different from the sample according to a user operation.
  • the three-dimensional structure Q is colored with a color different from the sample according to a user operation.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an inkjet head 12C included in the three-dimensional coloring system SC according to the fourth embodiment.
  • the ink jet head 12C includes five ink jet units J1 to J5. Note that the configuration of each of the inkjet units J1 to J5 is the same as that of the inkjet head 12 (see FIG. 2) described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the ink jet units J1 to J5 are arranged so that the axes of the nozzles 12a are parallel to each other.
  • Ink jet units J1 to J5 are supplied with inks of different colors from ink containers (not shown), and the inks of the respective colors are ejected onto the three-dimensional structure Q via ink supply ports L1 to L5. .
  • colors for example, four colors of CMYK and five colors of white can be used, but are not limited thereto.
  • step S205 the control unit 11q causes the display unit 11c (see FIG. 1) to display the shape, color, and the like of a sample three-dimensional structure (not shown).
  • step S206 the control unit 11q determines whether or not the color change region of the three-dimensional structure Q has been designated by a user operation via the input unit 11b (see FIG. 1).
  • FIG. 12A is a screen display example when a color change region of the three-dimensional structure Q is designated.
  • the imaging result of the three-dimensional structure Q, and the direction (front, back, right side, left side, etc.) of the three-dimensional structure Q on the screen G are selected.
  • a direction selection button G1 and color selection buttons G2 and G3 for selecting a color are displayed.
  • the color selection button G2 indicates the color that has been colored in the sample three-dimensional structure.
  • Another color selection button G3 is a button for selecting various other colors, and displays a large number of colors according to the user's selection (see FIG. 12B).
  • an area including the position indicated by the cursor U is displayed as a color change area in the three-dimensional structure Q by a bold line.
  • the user may arbitrarily designate the change area by an operation via the input unit 11b regardless of the color boundary in the sample three-dimensional structure.
  • step S206 of FIG. 10 the process of the control unit 11q proceeds to step S207.
  • the control unit 11q repeats the process of step S206.
  • step S207 the control unit 11q determines whether or not a new color (a color different from the sample three-dimensional structure) has been selected in the change area designated in step S206.
  • FIG. 12B is an example of a screen display when a color in the change area is selected.
  • the color (displayed with dots) indicated by the cursor U is selected by an operation via the input unit 11b. Further, the color of the change area designated in step S206 is displayed in the new color selected in step S207. Accordingly, the user can change each region in the three-dimensional structure Q to a color desired by the user.
  • step S207 of FIG. 10 When a new color is selected in step S207 of FIG. 10 (S207: Yes), the process of the control unit 11q proceeds to step S208. On the other hand, when a new color is not selected (S207: No), the control unit 11q repeats the process of step S207. In step S208, the control unit 11q changes the color information of the three-dimensional structure Q. In other words, the control unit 11q changes the color information so that the color specified in step S207 is associated with the change area specified in step S206.
  • step S208 After performing the process of step S208, the process of the control unit 11q proceeds to step S209 of FIG. Note that the processing in steps S209 to S215 is the same as that in steps S105 to S111 (see FIG. 5) described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • step S214 the control unit 11q controls the ink jet units J1 to J5 (see FIG. 9) and the respective motors so that the inks of the respective colors are ejected to the coloring positions of the three-dimensional structure Q.
  • the control unit 11q ejects ink of a predetermined color to a predetermined coloring position by the ink jet unit J1, then shifts the position of the ink jet head 12C, and further ejects ink of another color by the ink jet unit J2. This process may be repeated in the inkjet units J1 to J5.
  • the ink jetting by the ink jet units J1 to J5 is performed in parallel, and the ink droplet jetting amount is determined according to the position where the ink droplets adhere to the three-dimensional structure Q from each ink jet unit J1 to J5. Or the injection timing may be controlled.
  • the four colors of CMYK inks do not have to be adhered to a predetermined coloring position, and for example, one color may be expressed by adhering CMYK dots adjacent to each other.
  • the ink when the ink is deposited in a predetermined coloring position, it is preferable that the ink that has landed in advance is not spread by the landed ink. For example, it is preferable to use an ink that exhibits solvent resistance after landing, such as a photocurable ink. Further, the surface of the three-dimensional structure Q is preferably permeable such as fiber, paper, or plaster.
  • a white ink may be attached in advance to the entire surface of the three-dimensional structure Q to form a base layer.
  • a white ink for example, a white pigment such as titanium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, lithopone, or lead white is attached. Thereafter, one color may be expressed by overlapping or adhering four CMYK ink dots.
  • the area designated by the user can be changed to a desired color. Accordingly, the degree of freedom in coloring the three-dimensional structure Q can be increased as compared with the first embodiment in which each part of the uncolored three-dimensional structure Q is colored in the same color as the sample three-dimensional structure. it can.
  • the fifth embodiment differs from the first embodiment in that color information is generated based on a user operation after shape information is generated by imaging a three-dimensional structure Q that is a coloring target. Others are the same as in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • FIG. 13 is a flowchart of processing executed by the control unit 11q of the three-dimensional coloring system according to the fifth embodiment.
  • the control unit 11q of the three-dimensional coloring system according to the fifth embodiment.
  • the three-dimensional structure Q to be colored is placed on the placement table 23k (see FIG. 3).
  • step S301 the control unit 11q images the three-dimensional structure Q to be colored with the camera 22 (see FIG. 3). In addition, as for the three-dimensional structure Q, the whole surface may be uncolored and the one part may be colored. In step S302, the control unit 11q stores the imaging result of step S301 in the storage unit 11p.
  • step S303 the control unit 11q generates shape information of the three-dimensional structure Q that is a coloring target based on the above-described imaging result, and stores the generated shape information in the storage unit 11p.
  • step S304 the control unit 11q determines whether an area to be colored in the three-dimensional structure Q is designated by an operation via the input unit 11b (see FIG. 1). When the area to be colored is designated (S304: Yes), the process of the control unit 11q proceeds to step S305. On the other hand, when the area to be colored is not designated (S304: No), the control unit 11q repeats the process of step S304.
  • step S305 the control unit 11q determines whether a color to be colored in the region specified in step S304 is specified by an operation via the input unit 11b.
  • the process of the control unit 11q proceeds to step S306.
  • the control unit 11q repeats the process of step S305.
  • step S306 the control unit 11q generates color information and stores the generated color information in the storage unit 11p. That is, the control unit 11q generates color information so that the color specified in step S305 is associated with the area specified in step S304, and stores this color information in the storage unit 11p.
  • step S307 the control unit 11q determines whether the color information of each area (that is, all areas) of the three-dimensional structure Q has been generated and stored.
  • the process of the control unit 11q proceeds to step S308.
  • the process of the control unit 11q returns to step S304.
  • step S308 the control unit 11q determines whether or not the coloring start button is pressed by an operation via the input unit 11b.
  • the process of the control unit 11q proceeds to step S309.
  • the control unit 11q repeats the process of step S308.
  • the processing in steps S309 to S311 is the same as that in steps S109 to S111 (see FIG. 5) described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • a user can specify an arbitrary area in the three-dimensional structure Q, and a desired color can be colored in the specified area. Accordingly, the degree of freedom in coloring the three-dimensional structure Q can be further increased than in the fourth embodiment.
  • the inkjet head 12C (see FIG. 14) includes a plurality of inkjet units J1 to J5 (see FIG. 9), and a tilt mechanism 25 (see FIG. 14) that rotates the inkjet head 12C is provided.
  • the point and the point which provided the tray 26 (refer FIG. 14) which can be taken in / out differ from 1st Embodiment.
  • an uncolored region that is difficult to be colored in the three-dimensional structure R is displayed on the display unit 11c (see FIG. 1), and a color corresponding to the uncolored region is displayed according to a user operation.
  • the point from which 12C is supplied to the tray 26 is different from the first embodiment. Others are the same as in the first embodiment. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of an imaging / moving device 20D included in the three-dimensional coloring system SD according to the sixth embodiment.
  • the imaging / moving device 20D includes a casing 21, a camera 22, and a “moving unit” (such as an x-direction moving motor 23b and a tilt mechanism 25) that moves the three-dimensional structure R.
  • a tray 26 such as an x-direction moving motor 23b and a tilt mechanism 25
  • the tilt mechanism 25 is a mechanism that tilts (rotates) the inkjet head 12C up and down.
  • the tilt mechanism 25 includes a holding unit 25a that holds the inkjet head 12C, and a tilt motor (not shown) that rotates the holding unit 25a in accordance with a command from the control unit 11q.
  • the “moving means” for moving the three-dimensional structure Q and the inkjet head 12C includes a tilt mechanism 25, a base 23a, an x-direction moving motor 23b, a ball screw shaft 23c, and an x-direction moving table 23d. , Y direction moving motor 23e, ball screw shaft 23f, y direction moving table 23g, z direction moving hydraulic mechanism 23h, and ⁇ direction moving motor 23i.
  • the tray 26 (container) has a box shape (a concave shape with the upper side opened) and can be inserted into and removed from the housing 21. Although details will be described later, ink of a color designated by the user is supplied from the inkjet head 12 to the tray 26.
  • FIG. 15 is a flowchart of processing executed by the control unit 11q.
  • the series of processes shown in FIG. 15 may be performed before the start of coloring using the inkjet head 12C, may be performed during coloring, or may be performed after the completion of coloring.
  • step S401 the control unit 11q estimates whether or not an uncolored region exists in the three-dimensional structure R based on the shape information and color information of the three-dimensional structure R.
  • the aforementioned “uncolored region” is a region that is uncolored after being colored by the inkjet head 12 (that is, a region that is difficult to be colored by the inkjet head 12).
  • the control unit 11q ends the process (END).
  • the process of the control unit 11q proceeds to step S402.
  • step S402 the control unit 11q reads the coordinates of the uncolored area from the storage unit 11p.
  • step S403 the control unit 11q specifies the color to be colored in the uncolored area based on the color information.
  • step S404 the control unit 11q displays on the display unit 11c the uncolored region in the three-dimensional structure R and the color to be colored in the uncolored region (the color that should be colored in imitation of the sample three-dimensional structure).
  • FIG. 16A is a screen display example when the uncolored regions Ha, Hb, and Hc are designated in the three-dimensional structure R.
  • color selection buttons Ga which indicate colors to be colored in the uncolored regions Ha, Hb, Hc.
  • Gb, Gc a determination button G4 for determining selection of color, and the like are displayed.
  • step S405 in FIG. 15 the control unit 11q determines whether an uncolored region in the three-dimensional structure R or a color to be colored in the uncolored region has been selected by a user operation via the input unit 11b. .
  • the uncolored area Ha including the position of the cursor U is selected by the user.
  • the color selection button Ga which shows the color which colors the uncolored area
  • the user can grasp at a glance the color to be colored in the uncolored area Ha.
  • the determination button G4 By pressing the determination button G4 by the user, the uncolored area Ha where the user himself / herself applies ink is determined.
  • FIG. 16B is a screen display example when the colors of the uncolored regions Ha, Hb, Hc are designated in the three-dimensional structure R.
  • one of the three colors corresponding to the color selection buttons Ga, Gb, and Gc
  • a color selection button Ga corresponding to the selected color and an uncolored area Ha corresponding to the selected color are displayed with thick frame lines. Thereby, the user can grasp at a glance the uncolored region Ha corresponding to the selected color.
  • step S405 When the uncolored region or the like is not selected in step S405 in FIG. 15 (S405: No), the control unit 11q repeats the process in step S405. On the other hand, when an uncolored region or the like is selected (S405: Yes), the process of the control unit 11q proceeds to step S406.
  • step S406 the control unit 11q controls the tilt mechanism 25 (see FIG. 14) so that the ink supply ports L1 to L5 (see FIG. 9) of the inkjet head 12C face the tray 26 (see FIG. 14). That is, the control unit 11q controls the tilt mechanism 25 so that the ink ejected (supplied) from the inkjet head 12C is accumulated in the tray 26.
  • step S407 the control unit 11q ejects the color selected in step S405 (or the color corresponding to that portion when an uncolored region is selected) from the inkjet head 12C, and ends the process (END). As a result, the color ink desired by the user is supplied to the tray 26.
  • the tray 26 is taken out from the housing 21 (see FIG. 14), and the user applies ink to the uncolored area of the three-dimensional structure R using a brush or the like. Used when. The tray 26 is washed after use and attached to the housing 21 again.
  • the seventh embodiment is different from the first embodiment in that coloring is performed while forming a three-dimensional structure using the resin r. Therefore, a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • model T an object in the middle of formation of the three-dimensional structure is referred to as “model T”.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of a three-dimensional coloring system SE according to the seventh embodiment.
  • the three-dimensional coloring system SE includes a forming unit 32 that forms a three-dimensional structure by laminating a resin r, an ink supply unit 33 that supplies ink to the laminated resin r, and an ink supply. Moving means 34 for moving the means 33 three-dimensionally.
  • the three-dimensional coloring system SE includes a housing 31, a pedestal 35, a storage unit 36, and a control unit 37.
  • the housing 31 is provided with the above-described means and the like.
  • the housing 31 includes a fixing member 31a that fixes the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b at predetermined positions, and a support plate 31b that supports the resin container 32a and the ink container 33a.
  • the fixing member 31a is installed below the support plate 31b.
  • the forming means 32 forms the three-dimensional structure Q by laminating the resin r and curing the laminated resin r.
  • the forming means 32 includes a resin container 32a, a resin supply pipe 32b, a pump 32c, a nozzle 32d, and an ultraviolet irradiation device 32e.
  • the resin container 32a is a container for storing a resin r that is a modeling material. As such a resin r, a photocurable epoxy resin, acrylic resin, or the like can be used.
  • the resin supply pipe 32b is a pipe that guides the resin r to the nozzle 32d.
  • the pump 32c is a pump that pumps the resin r from the resin container 32a to the nozzle 32d through the resin supply pipe 32b.
  • the nozzle 32d supplies and laminates the resin r to the modeled object T (the pedestal 35 in the initial stage of lamination), and is installed on the fixing member 31a so that the opening faces downward.
  • the ultraviolet irradiation device 32e is a device that irradiates the resin r with ultraviolet rays and cures it whenever the resin r is laminated from the nozzle 32d.
  • the ultraviolet irradiation device 32e is installed on the fixing member 31a so that the ultraviolet rays are irradiated downward.
  • the ink supply means 33 supplies and colors ink to the newly laminated resin r every time the resin r is laminated by the forming means 32.
  • the ink supply means 33 includes an ink container 33a, an inkjet head 33b, an ink supply pipe 33c, an ink recovery pipe 33d, and pumps 33e and 33f.
  • the ink supply unit 33 includes the valves and filters described in the first embodiment (see FIG. 2).
  • the ink jet head 33b has the same configuration as the ink jet head 12C (see FIG. 9) described in the fourth embodiment, and ejects a plurality of colors of ink.
  • the inkjet head 33b is installed on the fixing member 31a so that the ink supply port (not shown) faces downward.
  • the moving means 34 is an xyz direction moving table, and is a table for moving the pedestal 35 (that is, the model T on the pedestal 35) in three dimensions of xyz using a ball screw shaft or the like.
  • the moving means 34 is disposed below the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b.
  • the pedestal 35 is a plate-like pedestal on which the resin r is laminated, and is installed on the moving means 34.
  • the positions of the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b are fixed, and the relative position between the model T and the nozzle 32d is moved in the xyz direction by the moving means 34. ing.
  • the storage unit 36 stores a program executed by the control unit 37, shape information and color information of a three-dimensional structure, and the like. Note that the shape information and color information of the three-dimensional structure are acquired in advance using a 3D scanner or the like.
  • the control unit 37 has a function of controlling the forming unit 32, the ink supply unit 33, and the moving unit 34 described above. The processing executed by the control unit 37 will be described later.
  • FIG. 18 is a flowchart of processing executed by the control unit 37.
  • the control unit 37 reads shape information and color information stored in the storage unit.
  • the control unit 37 sets the movement path of the nozzle 32d and the timing for supplying the resin r from the nozzle 32d based on the shape information.
  • step S503 the control unit 37 stacks the resin r on the model T (the pedestal 35 in the initial stacking). That is, the control unit 37 stacks the resin r on the modeled object T through the nozzle 32d while moving the pedestal 35 in the xy direction by the moving unit 34.
  • step S504 the control unit 37 performs an ultraviolet curing process. That is, the control unit 37 irradiates the resin r laminated in step S503 with ultraviolet rays using the ultraviolet irradiation device 32e. As a result, the photocurable resin r is cured.
  • step S505 the control unit 37 ejects ink onto the resin r based on the shape information and the color information. That is, the control unit 37 colors the resin r by ejecting ink from the inkjet head 33b onto a layer that is newly laminated and cured by ultraviolet rays. Note that the entire surface of the layer described above may be colored, or only the vicinity of the periphery including the side surface of the layer may be colored.
  • step S506 the control unit 37 determines whether or not the lamination / coloring of the resin r has been completed.
  • the process of the control unit 37 returns to Step S503.
  • the control unit 37 lowers the pedestal 35 by one layer in the z direction by the moving means 34, and then executes the lamination and coloring of the resin r again.
  • the control unit 37 ends the process (END). As a result, a colored three-dimensional structure as a finished product is obtained.
  • an uncolored three-dimensional structure Q (see FIG. 19) is created by curing the laminated resin, and then the three-dimensional multi-joint robot 38 (see FIG. 19) is used.
  • the point which colors Q differs from 7th Embodiment.
  • the eighth embodiment is different from the seventh embodiment in that the pedestal 35 is moved in the ⁇ direction in addition to the xyz direction. Others are the same as in the seventh embodiment. Therefore, a different part from 7th Embodiment is demonstrated and description is abbreviate
  • FIG. 19 is a configuration diagram of the three-dimensional coloring system SF according to the eighth embodiment.
  • the three-dimensional coloring system SF includes a housing 31, a forming unit 32, an ink supply unit 33, an xyz ⁇ direction moving table 34 ⁇ / b> F, a storage unit 36, a control unit 37, and a multi-axis multi-color system.
  • a joint robot 38 is a joint robot 38.
  • the forming means 32 forms the three-dimensional structure Q by laminating the resin r on the modeled object (the pedestal 35 at the beginning of lamination) and curing the laminated resin r.
  • the ink supply means 33 supplies the ink to the three-dimensional structure Q and colors it after the three-dimensional structure Q is formed by the forming means 32.
  • the xyz ⁇ direction moving table 34F is a table for moving the pedestal 35 in the x, y, z, and ⁇ directions using a ball screw shaft or the like.
  • the xyz ⁇ -direction moving table 34F includes a ⁇ -direction moving motor 34a for moving the pedestal 35 in the ⁇ direction.
  • the multi-axis articulated robot 38 is a robot that three-dimensionally moves the position and orientation of the inkjet head 33 b and is installed in the housing 31.
  • the “moving means” for moving the three-dimensional structure Q and the inkjet head 33b three-dimensionally includes an xyz ⁇ -direction moving table 34F and a multi-axis multi-joint robot 38.
  • control unit 37 In the storage unit 36, a program executed by the control unit 37, shape information, color information, and the like of the three-dimensional structure Q are stored in advance.
  • the control unit 37 has a function of controlling the forming unit 32, the ink supply unit 33, the xyz ⁇ direction moving table 34F, and the multi-axis multi-joint robot 38. The processing executed by the control unit 37 will be described later.
  • FIG. 20 is a flowchart of processing executed by the control unit 37.
  • the processing in steps S601 to S604 is the same as that in steps S501 to S504 (see FIG. 18) described in the seventh embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • step S605 the control unit 37 determines whether or not the lamination of the resin r has been completed. When the lamination of the resin r is not completed (S605: No), the process of the control unit 37 returns to step S603.
  • the control unit 37 lowers the pedestal 35 by one layer in the z direction by the xyz ⁇ direction moving table 34F, and then forms a new layer by the forming unit 32.
  • step S605 the process of the control unit 37 proceeds to step S606.
  • the control unit 37 drives the xyz ⁇ direction movement table 34F and the multi-axis multi-joint robot 38 based on the shape information and the color information. That is, the control unit 37 rotates the pedestal 35 in the ⁇ direction by the xyz ⁇ -direction moving table 34F so that ink droplets are ejected toward a predetermined position of the three-dimensional structure Q, and the multi-axis multi-joint robot 38 Thus, the inkjet head 33b is moved three-dimensionally.
  • step S607 the control unit 37 ejects ink from the inkjet head 33b based on the shape information and the color information.
  • step S608 the control unit 37 determines whether or not the coloring of the three-dimensional structure Q is finished.
  • the process of the control unit 37 returns to Step S606.
  • the control unit 37 finishes the process (END).
  • the distance and angle with the ink jet head 33b can be colored in each part of the three-dimensional structure Q in an appropriate state. Accordingly, ink droplets can be accurately attached to predetermined coloring positions in the three-dimensional structure Q.
  • the three-dimensional coloring system S and the like according to the present invention have been described above with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these descriptions, and various modifications can be made.
  • the first embodiment see FIG. 3
  • the configuration of fixing the position of the inkjet head 12 and moving the three-dimensional structure Q will be described.
  • the third embodiment see FIG. 7
  • the inkjet head is described.
  • the structure which moves both 12 and the three-dimensional structure Q was demonstrated, it is not restricted to this.
  • the multi-axis articulated robot 24 may be installed so that it can move around the three-dimensional structure Q, and the ⁇ -direction moving motor 23i may be omitted. That is, the position of the three-dimensional structure Q may be fixed by moving the inkjet head 12 three-dimensionally.
  • the example in which the shape information and the color information of the sample three-dimensional structure (not shown) are generated using the imaging / moving device 20 (see FIG. 3) has been described. Not exclusively.
  • a device (not shown) that reads shape information and color information of a sample three-dimensional structure may be provided separately from the ink supply device 10 and the imaging / moving device 20.
  • the three-dimensional structure Q is formed using a set of nozzles 12a, a charging electrode 12b, a deflection electrode 12c and the like (these are referred to as “inkjet units”: see FIG. 2).
  • the present invention is not limited to this. That is, a plurality of inkjet units that eject ink droplets of the same color may be provided, and the three-dimensional structure Q may be colored with a single color by these inkjet units. Thereby, the time for coloring the three-dimensional structure Q with a single color can be shortened.
  • the matters described above can also be applied to other embodiments in which the three-dimensional structure Q is colored with a plurality of colors.
  • the configuration in which the inkjet head 12C (see FIG. 9) includes five (for five colors) inkjet units J1 to J5 has been described.
  • the configuration is not limited thereto. That is, the number of inkjet units may be 4 or less, or 6 or more.
  • the present invention is not limited to this.
  • the trajectory of the ink droplets to the three-dimensional structure Q gathers near one point.
  • Inkjet units J1 to J5 may be arranged on the screen. As a result, ink can be ejected from the ink jet units J1 to J5 almost simultaneously to color each part, so that the three-dimensional structure Q can be colored in a short time.
  • the configuration in which the ink supply device 10 and the imaging / moving device 20 are separate has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • a storage chamber (not shown) for storing the ink container 11d and the like may be provided below the imaging / moving device 20, and the ink supply device 10 and the imaging / moving device 20 may be integrated.
  • the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b are fixed, and the pedestal 35 is moved in the xyz direction by the moving unit 34.
  • the present invention is not limited thereto. Absent.
  • the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b may be moved in the z direction by a ball screw shaft or the like, and the molded article T may be moved in the xy direction by an xy movement table (not shown). That is, both the inkjet head 33b and the pedestal 35 may be moved.
  • a “moving means” for moving the nozzle 32d, the ultraviolet irradiation device 32e, and the inkjet head 33b in the xyz direction may be provided to fix the position of the pedestal 35.
  • the three-dimensional structure Q to be colored is enlarged or reduced by a user operation with reference to a sample three-dimensional structure (not shown). Also good. Accordingly, the user can obtain a three-dimensional structure having a desired size.
  • the resin is cured by the ultraviolet irradiation device 32e and then the ink is ejected from the inkjet head 33b to the cured model T.
  • the present invention is not limited to this. That is, the ink may be ejected from the inkjet head 33b before the resin is cured by the ultraviolet irradiation device 32e. Thereby, the time required for drying the shaped object T (drying of the resin r and drying of the ink) can be shortened.
  • thermosetting method for thermosetting the modeling material may be used, or another method may be used.
  • the shape information and the color information may be acquired as follows. That is, information of a plurality of photographic images (two-dimensional images) regarding the three-dimensional structure may be stored in the storage unit 36, and shape information and color information of the three-dimensional structure may be extracted from the information of the two-dimensional image. Thereby, a three-dimensional structure can be formed and colored using a plurality of photographic images.
  • an on-demand type ink jet head may be used as the “ink supply unit” that supplies ink to the three-dimensional structure Q to be colored.
  • Examples of the on-demand type include a DOD method (Drop On Demand), a thermal ink jet method, and a piezo ink jet method.
  • a dispenser may be used as the “ink supply unit”.
  • each embodiment may be applied to a painting robot to color a three-dimensional structure.
  • customers and the like may be imaged from a plurality of angles, and a three-dimensional structure may be shaped and colored based on the imaging results. Thereby, a three-dimensional structure imitating a customer or the like can be obtained.
  • the “moving means” described in each embodiment is an example, and may be appropriately changed according to the application.
  • the storage unit 11p (see FIG. 2) and the control unit 11q (see FIG. 2) may be separated from each other without being provided in the ink supply device 11.
  • each embodiment can be combined suitably.
  • the first embodiment and the fourth embodiment may be combined. That is, even if the three-dimensional structure Q is colored using the inkjet head 12C including a plurality of inkjet units J1 to J5 (see FIG. 9) or the color of the region designated by the user operation is changed. Good.
  • the second embodiment and the seventh embodiment may be combined, and the resin r may be colored using the shape information and color information acquired by the information acquisition unit 14 (see FIG. 6).
  • a three-dimensional structure comprising a step of forming a base layer containing white ink on the surface of a three-dimensional structure and a step of coloring the base layer using the three-dimensional coloring system S
  • the underlayer may be formed using the three-dimensional coloring system S or may be formed manually by a human. The manufacturing method described above can be applied to each embodiment and modification.
  • Ink supply device 11b Input unit (input means) 11c Display section (display means) 11p, 36 storage unit (storage means) 11q, 37 control unit (control means) 12, 12C, 33b Inkjet head (ink supply means) 121f Ink supply port 14
  • Information acquisition unit information acquisition means) 20, 20B, 20D Imaging / moving device 22
  • Camera imaging means 23a Base (moving means) 23b x direction moving motor (moving means) 23c Ball screw shaft (moving means) 23d x-direction moving table (moving means) 23e Y-direction moving motor (moving means) 23f Ball screw shaft (moving means) 23g y-direction moving table (moving means) 23h z-direction moving hydraulic mechanism (moving means) 23i ⁇ direction moving motor (moving means) 24
  • Multi-axis multi-joint robot 25
  • Tilt mechanism moving means
  • 26 Tray (container)

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Abstract

３次元構造物の着色に要するユーザの負担を軽減する３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法を提供する。３次元着色システム（Ｓ）は、３次元構造物（Ｑ）にインクを供給して着色するインクジェットヘッド（１２）と、３次元構造物（Ｑ）を３次元的に移動させるｘ方向移動用モータ（２３ｂ）等と、３次元構造物（Ｑ）の形状情報及び色情報が格納される記憶部と、インクの着色位置をｘ方向移動用モータ（２３ｂ）等によって制御するとともに、着色位置におけるインクの色をインクジェットヘッド（１２）によって制御する制御部と、を備える。

Description

３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法
　本発明は、３次元構造物を着色する３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法に関する。
　積層した樹脂を硬化させて３次元構造物を形成する３Ｄプリンタが知られている。この３Ｄプリンタによって得られる３次元構造物は単色（つまり、樹脂の色）であり、手作業での着色に手間がかかるという問題があった。このような問題に関して、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。
　すなわち、特許文献１には、基材の３次元画像データの高さ座標の値と色との対応関係を予め設定し、この対応関係に基づいて、基材の表面にインクジェット塗装を施すことが記載されている。
特開２０１５－３３６５５号公報
　特許文献１に記載の技術では、前記したように、高さ座標の値と色との対応関係が予め設定されている。したがって、特許文献１に記載の技術は、複雑な形状の３次元構造物の各部位を所望の色に着色することは困難である。また、ユーザが筆等を用いて手作業で３次元構造物を着色するには、多大な時間・労力を要する。
　そこで、本発明は、３次元構造物の着色に要するユーザの負担を軽減する３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、３次元構造物の形状情報及び色情報に基づいて、インク供給手段から前記３次元構造物に供給するインクの着色位置を移動手段によって制御するとともに、前記着色位置におけるインクの色を前記インク供給手段によって制御することを特徴とする。
　本発明によれば、３次元構造物の着色に要するユーザの負担を軽減する３次元着色システム及び３次元構造物の製造方法を提供できる。
本発明の第１実施形態に係る３次元着色システムの外観を示す斜視図である。 ３次元着色システムが備えるインク供給装置の模式的な縦断面図である。 ３次元着色システムが備える撮像・移動装置の説明図である。 記憶部及び制御部を含む機能ブロック図である。 制御部が実行する処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る３次元着色システムの記憶部、制御部、及び情報取得部を含む機能ブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る３次元着色システムが備える撮像・移動装置の説明図である。 記憶部、制御部、及び多軸多関節ロボットを含む機能ブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る３次元着色システムが備えるインクジェットヘッドの模式的な断面図である。 制御部が実行する処理のフローチャートである。 制御部が実行する処理のフローチャートである。 ３次元構造物の色の変更領域を指定する際の画面表示例である。 変更領域における色を選択する際の画面表示例である。 本発明の第５実施形態に係る３次元着色システムの制御部が実行する処理のフローチャートである。 本発明の第６実施形態に係る３次元着色システムが備える撮像・移動装置の説明図である。 制御部が実行する処理のフローチャートである。 ３次元構造物において未着色領域を指定する際の画面表示例である。 ３次元構造物において未着色領域の色を指定する際の画面表示例である。 本発明の第７実施形態に係る３次元着色システムの構成図である。 制御部が実行する処理のフローチャートである。 本発明の第８実施形態に係る３次元着色システムの構成図である。 制御部が実行する処理のフローチャートである。
≪第１実施形態≫
＜３次元着色システムの構成＞
　図１は、第１実施形態に係る３次元着色システムＳの外観を示す斜視図である。
　３次元着色システムＳは、３次元構造物Ｑを着色するシステムである。図１に示すように、３次元着色システムＳは、インク供給装置１０と、撮像・移動装置２０と、を備えている。
（インク供給装置）
　インク供給装置１０としては、例えばインクジェットプリンタを用いることができる。
　インク供給装置１０は、インクジェットヘッド１２を介してインクを供給する装置であり、本体部１１と、インクジェットヘッド１２と、ケーブル１３と、を備えている。
　本体部１１は、後記するポンプ類、弁類（図２参照）等と、これらを収容する筐体１１ａと、入力部１１ｂと、表示部１１ｃと、を備えている。
　入力部１１ｂ（入力手段）は、ユーザによる設定入力等を受け付けるものである。表示部１１ｃ（表示手段）は、所定の設定画面や、インク供給装置１０の運転状況の他、後記する撮像・移動装置２０の運転状況等を表示するものである。
　インクジェットヘッド１２（インク供給手段）は、着色対象である３次元構造物Ｑにインクを噴射（供給）して、この３次元構造物Ｑを着色するものである。本実施形態では、一例として、ノズル１２ａ（図２参照）から連続的に噴射されるインク液滴の帯電量に応じて、このインク液滴を偏向させる連続吐出型のインクジェットヘッド１２を用いるものとする。なお、インクジェットヘッド１２の詳細については後記する。
　図１に示すケーブル１３は、後記するインク供給管１１ｅ（図２参照）及びインク回収管１１ｊ（図２参照）を収容するとともに、信号線（図示せず）を収容する管状部材である。前記した信号線には、制御部１１ｑ（図２参照）とインクジェットヘッド１２とを電気的に接続する信号線が含まれる。
　図２は、３次元着色システムＳが備えるインク供給装置１０の模式的な縦断面図である。なお、図２では、本体部１１に対してインクジェットヘッド１２を大きめに図示している。
　本体部１１は、前記した筐体１１ａ（図１参照）、入力部１１ｂ、及び表示部１１ｃの他、インクを貯留するインク容器１１ｄと、インク容器１１ｄからノズル１２ａに向けてインクを供給するインク供給管１１ｅを備えるとともに、このインク供給管１１ｅにおいて上流側から順に設置されるポンプ１１ｆ、供給弁１１ｇ、フィルタ１１ｈ、及び調圧弁１１ｉを備えている。
　また、本体部１１は、ガター１２ｄで回収されたインクをインク容器１１ｄに戻すためのインク回収管１１ｊを備えるとともに、このインク回収管１１ｊにおいて上流側から順に設置される回収弁１１ｋ、ポンプ１１ｍ、及びフィルタ１１ｎを備えている。
　さらに、本体部１１は、前記した各構成に加えて、記憶部１１ｐと、制御部１１ｑと、を備えている。
　記憶部１１ｐ（記憶手段）には、制御部１１ｑが実行するプログラムや、入力部１１ｂ（図１参照）の操作によって入力される設定情報の他、後記するカメラ２２（図３参照）の撮像結果や、３次元構造物Ｑの形状情報・色情報等が格納される。なお、記憶部１１ｐとして、半導体記憶装置、磁気ディスク装置、光ディスク装置等を用いることができる。
　制御部１１ｑ（制御手段）は、例えば、マイクロコンピュータであり、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路（図示せず）を含んで構成される。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。
　制御部１１ｑは、入力部１１ｂ（図１参照）を介して入力される情報に基づいて、インク供給装置１０及び撮像・移動装置２０（図３参照）を制御する機能を有している。なお、制御部１１ｑが実行する処理の詳細については後記する。
　図２に示すインクジェットヘッド１２は、３次元構造物Ｑにインク液滴を噴射するものであり、ノズル１２ａと、帯電電極１２ｂと、偏向電極１２ｃと、ガター１２ｄと、位相センサ１２ｅと、ヘッドカバー１２ｆと、を備えている。
　ノズル１２ａは、インク供給管１１ｅを介して圧送されるインクを噴射するものである。ノズル１２ａは、液柱状であるインク液柱に周期的な振動を与える励振源（図示せず）を有し、この励振源によってインク液柱にくびれを生じさせることで、インク液滴として分断するようになっている。
　帯電電極１２ｂは、ノズル１２ａから噴射されたインク液滴を帯電させる電極であり、ノズル１２ａの開口付近に配置されている。
　偏向電極１２ｃは、帯電電極１２ｂで帯電したインク液滴を偏向させる電極である。なお、帯電電極１２ｂで帯電したインク液滴は、その帯電量に応じて偏向電極１２ｃで所定の方向（図２では、高さ方向）に移動し、ヘッドカバー１２ｆのインク供給口１２１ｆを介して３次元構造物Ｑに噴射される。
　ガター１２ｄは、偏向電極１２ｃの電界で偏向せずに直進した（つまり、着色に不要であり、帯電量が非常に小さい）インク液滴を回収するものである。
　位相センサ１２ｅは、ガター１２ｄで回収されたインク液滴の帯電量を検出するセンサである。この位相センサ１２ｅの検出値に基づき、帯電電極１２ｂに電圧を印加するタイミングが制御部１１ｑによって調整される。
　本実施形態では、インク供給装置１０として、帯電制御型のインクジェットプリンタを用いたが、紫外線等の光照射によって硬化する光硬化型のインクを用いた場合は、紫外線照射光源を備えるインクジェットプリンタを用いてもよい。この場合、「インク供給手段」は、連続的にインク液滴を形成するノズルと、インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電したインク液滴を偏向させる偏向電極と、偏向したインク液滴を吐出させて３次元構造物を着色するインクジェットヘッドと、３次元構造物に付着したインクに紫外線を照射する紫外線照射光源と、を備える。
（撮像・移動装置）
　図３は、３次元着色システムＳが備える撮像・移動装置２０の説明図である。なお、図３に示すように、ｘｙｚθ方向を定める。
　撮像・移動装置２０は、カメラ２２によって３次元構造物Ｑを撮像する機能と、制御部１１ｑ（図２参照）からの指令によって３次元構造物Ｑを３次元的に移動させる機能と、を有している。図３に示すように、撮像・移動装置２０は、筐体２１と、３次元構造物Ｑを撮像するカメラ２２と、３次元構造物Ｑを移動させる「移動手段」（ｘ方向移動用モータ２３ｂ等）と、を備えている。
　筐体２１は、前記した「移動手段」やカメラ２２が設置されるものであり、図３に示す例では、その外形が円柱状を呈している。筐体２１は、３次元構造物Ｑを出し入れするための扉２１ａ（図１参照）を備えている。
　また、筐体２１の周壁には、インクジェットヘッド１２を差し込むための孔２１ｈが設けられている。インクジェットヘッド１２は、インク供給口１２１ｆ（図２参照）が筐体２１内に臨んだ状態で、この筐体２１に固定されている。その他、図示はしないが、筐体２１内の所定箇所には、３次元構造物Ｑに光を照射する光源が設置されている。
　カメラ２２（撮像手段）は、複数の角度から３次元構造物Ｑを撮像するものであり、筐体２１の周壁に固定されている。なお、後記するθ方向移動用モータ２３ｉによって３次元構造物Ｑがθ方向で移動されるため、カメラ２２が固定されていても、３次元構造物Ｑを複数の角度から撮像できる。カメラ２２は、信号線（図示せず）を介して制御部１１ｑ（図２参照）に接続され、制御部１１ｑからの指令に従って３次元構造物Ｑを撮像するようになっている。
　また、前記した「移動手段」は、３次元構造物Ｑを３次元的に移動させるものであり、基台２３ａと、ｘ方向移動用モータ２３ｂと、ボールねじ軸２３ｃと、ｘ方向移動テーブル２３ｄと、ｙ方向移動用モータ２３ｅと、ボールねじ軸２３ｆと、ｙ方向移動テーブル２３ｇと、ｚ方向移動用油圧機構２３ｈと、θ方向移動用モータ２３ｉと、を含んで構成される。
　基台２３ａは、ｘ方向移動テーブル２３ｄが載せられる台であり、ｘ方向に延びるレール２３１ａを備えている。そして、ｘ方向移動用モータ２３ｂの駆動によってボールねじ軸２３ｃが回転し、ｘ方向移動テーブル２３ｄがレール２３１ａに沿ってｘ方向に移動するようになっている。
　ｘ方向移動テーブル２３ｄは、ｙ方向に延びるレール２３１ｄを備えている。そして、ｙ方向移動用モータ２３ｅの駆動によってボールねじ軸２３ｆが回転し、ｙ方向移動テーブル２３ｇがレール２３１ｄに沿ってｙ方向に移動するようになっている。
　ｚ方向移動用油圧機構２３ｈは、その下端がｙ方向移動テーブル２３ｇに固定され、油圧ポンプ（図示せず）によってシリンダ２３１ｈをｚ方向で伸縮させるようになっている。
　θ方向移動用モータ２３ｉは、シリンダ２３１ｈの上側に設置され、ｚ軸を回転軸としてθ方向で回転するようになっている。
　軸部材２３ｊは、ｚ方向に延びており、θ方向移動用モータ２３ｉの回転軸と一体で回転する。載置台２３ｋは、３次元構造物Ｑが載置される台であり、軸部材２３ｊの上端に固定されている。
　図４は、記憶部１１ｐ及び制御部１１ｑを含む機能ブロック図である。
　図４に示すように、ｘ方向移動用モータ２３ｂ、ｙ方向移動用モータ２３ｅ、ｚ方向移動用油圧機構２３ｈ、及びθ方向移動用モータ２３ｉは、制御部１１ｑ（図２参照）と電気的に接続されている。そして、制御部１１ｑからの指令によって各機器が駆動することで、３次元構造物Ｑをｘ，ｙ，ｚ，θ方向で３次元的に移動させるようになっている。
　その他、制御部１１ｑは、入力部１１ｂの操作に応じて、カメラ２２による撮像を行ったり、インクジェットヘッド１２からインク液滴を噴射させたり、また、所定の設定画面等を表示部１１ｃに表示させたりする機能も有している。
　本実施形態では、まず、着色済みである見本の３次元構造物（図示せず）の撮像結果に基づいて形状情報及び色情報を生成し、その後、前記した形状情報及び色情報に基づいて、着色対象である３次元構造物Ｑを着色するようにしている。
＜３次元着色システムの動作＞
　図５は、制御部１１ｑが実行する処理のフローチャートである。
　なお、図５の「ＳＴＡＲＴ」の時点において、載置台２３ｋ（図３参照）には、着色済みである見本の３次元構造物（図示せず）が載置されているものとする。また、本実施形態では、一例として、着色対象である３次元構造物Ｑ（例えば、だるま）を単色で着色する場合について説明する。
　ステップＳ１０１において制御部１１ｑは、θ方向移動用モータ２３ｉ等を駆動するとともに、カメラ２２を駆動し、見本の３次元構造物（図示せず）を複数の角度から撮像する。例えば、制御部１１ｑは、カメラ２２によって、見本の３次元構造物を正面・背面・右側面・左側面の４箇所から撮像する。
　ステップＳ１０２において制御部１１ｑは、ステップＳ１０１で得た撮像結果を記憶部１１ｐに格納する。
　ステップＳ１０３において制御部１１ｑは、３次元構造物の形状情報を生成・記憶する。前記した「形状情報」は、見本の３次元構造物（図示せず）の形状を特定する情報であるとともに、着色対象である別の３次元構造物Ｑの形状を特定する情報である。見本の３次元構造物と、着色対象の３次元構造物Ｑと、はその形状が略同一だからである。
　形状情報の生成について具体的に説明すると、制御部１１ｑは、撮像結果である複数の画像に基づき、例えば、周知のステレオ法を用いて、見本の３次元構造物の表面における対応点（３次元空間における同一点）を求め、この３次元構造物の形状を計測する。これによって、３次元構造物の表面における各点が３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表される。これが、３次元構造物の「形状情報」である。制御部１１ｑによって生成された「形状情報」は、記憶部１１ｐに格納される。
　ステップＳ１０４において制御部１１ｑは、３次元構造物の色情報を生成・記憶する。前記した「色情報」は、見本の３次元構造物（図示せず）の色を特定する情報であるとともに、着色対象である別の３次元構造物Ｑに着色する色を特定する情報である。本実施形態では、見本の３次元構造物と同様の色で、着色対象の３次元構造物Ｑを着色するからである。
　色情報の生成について具体的に説明すると、制御部１１ｑは、例えば、見本の３次元構造物（図示せず）の各部位の色を、周知のＣＭＹＫカラーモデルを用いてＣ（Cyan：青）、Ｍ（Magenta：赤）、Ｙ（Yellow：黄）、Ｋ（Key Plate：黒）の４色の値で表す。これが、３次元構造物の「色情報」である。制御部１１ｑによって生成された「色情報」は、前記した「形状情報」と対応付けられて、記憶部１１ｐに格納される。つまり、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）におけるＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋの値として色情報が生成・記憶される。
　ステップＳ１０５において制御部１１ｑは、入力部１１ｂ（図１参照）の操作によって、着色のスタートボタンが押されたか否かを判定する。なお、図５では省略したが、着色のスタートボタンが押される前に、ユーザによって筐体２１（図１参照）の扉２１ａが開かれ、見本の３次元構造物（図示せず）が取り出される。その後、着色対象である３次元構造物Ｑがユーザによって載置台２３ｋに載置される。この３次元構造物Ｑは、例えば、周知の３Ｄプリンタによって作成されたものである。前記したように、着色対象の３次元構造物Ｑの形状は、見本の３次元構造物と略同一である。
　ステップＳ１０６において制御部１１ｑは、カメラ２２によって、着色対象の３次元構造物Ｑを複数の角度から撮像する。
　ステップＳ１０７において制御部１１ｑは、ステップＳ１０６で得られた撮像結果を記憶部１１ｐに格納する。
　ステップＳ１０８において制御部１１ｑは、位置ずれ補正処理を行う。つまり、制御部１１ｑは、以前に見本の３次元構造物（図示せず）が載置されていた位置を基準として、着色対象の３次元構造物Ｑの位置ずれ量を打ち消すための処理を行う。その一例を挙げると、制御部１１ｑは、ステップＳ１０６の撮像結果に基づいて、着色対象の３次元構造物Ｑの形状情報を生成する。次に、制御部１１ｑは、見本の３次元構造物が載置されていた位置を基準として、着色対象の３次元構造物Ｑの位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δθ）を算出する。前記した位置ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δθ）は、それぞれの３次元構造物の形状情報に基づいて算出される。そして、制御部１１ｑは、ステップＳ１０３で得た形状情報を、前記した位置ずれ量に基づいて補正し、補正後の形状情報を色情報に対応付けて記憶部１１ｐに格納する。
　なお、前記した位置ずれ量を打ち消すように、着色対象の３次元構造物Ｑをｘ，ｙ，ｚ，θ方向に移動させた後、ステップＳ１０３で得た形状情報をそのまま用いて着色するようにしてもよい。
　ステップＳ１０９において制御部１１ｑは、補正後の形状情報及び色情報に基づいて、着色対象の３次元構造物Ｑを移動させる。すなわち、制御部１１ｑは、インクジェットヘッド１２から３次元構造物Ｑに噴射されるインクの着色位置を、前記した「移動手段」（ｘ方向移動用モータ２３ｂ等：図３参照）によって制御する。このとき、制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑにおけるインクの着色位置と、インクジェットヘッド１２と、の距離が、インク液滴の噴射に適した所定範囲内となるように「移動手段」を制御する。
　ステップＳ１１０において制御部１１ｑは、補正後の形状情報及び色情報に基づいて、３次元構造物Ｑにインクを噴射する。すなわち、制御部１１ｑは、前記した着色位置における色をインク供給装置１０によって制御する。具体的に説明すると、制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑにおいて着色する位置（着色位置）の座標に対応する色（本実施形態では、単色）を特定し、この色で３次元構造物Ｑが着色されるようにインクジェットヘッド１２を駆動する。
　ステップＳ１１１において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑの着色が終了したか否かを判定する。３次元構造物Ｑの着色が終了した場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑは処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、３次元構造物Ｑの着色が終了していない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ１０９に戻る。
　なお、３次元構造物Ｑの底面等の着色については、３次元構造物Ｑに既に付着したインクを乾燥させた後、ユーザが３次元構造物Ｑの向きを変えて、再びステップＳ１０５～Ｓ１１１の処理を行うようにすればよい。なお、３次元構造物Ｑを載置台２３ｋ（図３参照）に固定するために、所定の固定器具（図示せず）を載置台２３ｋに設置してもよい。
＜効果＞
　本実施形態では、着色済みである見本の３次元構造物（図示せず）の形状情報及び色情報を生成し、この形状情報及び色情報に基づいて、着色対象である３次元構造物Ｑを３次元的に移動・着色できる。つまり、本実施形態によれば、複雑な形状の３次元構造物Ｑの各部位を、見本の３次元構造物と同様の色で着色できるため、着色に要するユーザの負担を従来よりも大幅に軽減できる。また、３次元構造物がどのような形状であっても、その各部位を所定の色で着色できる。
≪第２実施形態≫
　第２実施形態は、情報管理装置Ｍ（図６参照）から３次元構造物Ｑの形状情報及び色情報を取得する情報取得部１４（図６参照）を備える点が第１実施形態とは異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
＜３次元着色システムの構成＞
　図６は、第２実施形態に係る３次元着色システムＳＡの記憶部１１ｐ、制御部１１ｑ、及び情報取得部１４を含む機能ブロック図である。
　図６に示す情報取得部１４（情報取得手段）は、３次元構造物の形状情報及び色情報を、ネットワークＮを介して情報管理装置Ｍから取得する機能を有している。なお、情報管理装置Ｍでは、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）等の描画情報や、見本の３次元構造物（図示せず）の撮像結果等を用いて生成された形状情報及び色情報が記憶されている。情報管理装置ＭからネットワークＮを介して送信された形状情報等は、情報取得部１４によって取得され、取得された形状情報等は、制御部１１ｑを介して記憶部１１ｐに格納される。
＜３次元着色システムの動作＞
　なお、着色対象である３次元構造物Ｑは、例えば、前記した形状情報に基づいて造形されたものが用意されているものとする。また、３次元構造物Ｑを着色する処理については、第１実施形態で説明したステップＳ１０５～Ｓ１１１（図５参照）と同様であるから、説明を省略する。
＜効果＞
　本実施形態によれば、着色済みである見本の３次元構造物の現物を用意しなくても、ネットワークＮを介して得られる形状情報及び色情報を用いて、着色対象である３次元構造物Ｑを着色できる。
≪第３実施形態≫
　第３実施形態は、着色対象である３次元構造物Ｑをｘｙｚ方向には移動させずにθ方向で移動させ、また、多軸多関節ロボット２４（図７参照）によってインクジェットヘッド１２を３次元的に移動させる点が第１実施形態とは異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
＜３次元着色システムの構成＞
　図７は、第３実施形態に係る３次元着色システムＳＢが備える撮像・移動装置２０Ｂの説明図である。
　図７に示すように、撮像・移動装置２０Ｂは、筐体２１と、カメラ２２と、θ方向移動用モータ２３ｉと、軸部材２３ｊと、載置台２３ｋと、多軸多関節ロボット２４と、を備えている。
　多軸多関節ロボット２４は、インクジェットヘッド１２の位置や向きを３次元的に移動させるロボットであり、筐体２１内に設置されている。
　θ方向移動用モータ２３ｉは、３次元構造物Ｑをθ方向で移動させるモータである。θ方向移動用モータ２３ｉを用いることで、３次元構造物Ｑにおいて、多軸多関節ロボット２４のみでは着色しにくい部分も適切に着色できる。
　なお、３次元構造物Ｑ及びインクジェットヘッド１２を３次元的に移動させる「移動手段」は、多軸多関節ロボット２４と、θ方向移動用モータ２３ｉと、を含んで構成される。
＜３次元着色システムの動作＞
　図８は、記憶部１１ｐ、制御部１１ｑ、及び多軸多関節ロボット２４を含む機能ブロック図である。
　制御部１１ｑは、第１実施形態で説明したステップＳ１０１～Ｓ１０８（図５参照）の処理を行った後、３次元構造物Ｑの形状情報及び色情報に基づいて、θ方向移動用モータ２３ｉ及び多軸多関節ロボット２４を駆動する。つまり、制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑにおける着色位置と、インク供給口１２１ｆ（図２参照）と、の距離が所定範囲内となるように各機器を駆動する。
　なお、３次元構造物Ｑにおける着色位置の接平面と、インクジェットヘッド１２から噴射されるインク液滴の軌跡と、が略垂直になるように多軸多関節ロボット２４を制御することが好ましい。これによって、３次元構造物Ｑにおける所定の着色位置に、インク液滴を精度よく付着させることができるからである。前記した処理を行った後、制御部１１ｑは、第１実施形態で説明したステップＳ１１０，Ｓ１１１（図５参照）の処理を行って、３次元構造物Ｑを着色する。
＜効果＞
　本実施形態によれば、多軸多関節ロボット２４等を使用することで、３次元構造物Ｑの各位置の接平面との距離・角度が適切な範囲内となるようにインクジェットヘッド１２を３次元的に移動できる。したがって、３次元構造物Ｑにおける所定の着色位置に、インク液滴を精度よく付着させることができる。
≪第４実施形態≫
　第４実施形態は、インクジェットヘッド１２Ｃ（図９参照）が５つのインクジェットユニットＪ１～Ｊ５を備える点と、ユーザの操作に応じて、見本とは異なる色で３次元構造物Ｑを着色する点と、が第１実施形態とは異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
＜インクジェットヘッドの構成＞
　図９は、第４実施形態に係る３次元着色システムＳＣが備えるインクジェットヘッド１２Ｃの模式的な断面図である。
　図９に示す例では、インクジェットヘッド１２Ｃは、５つのインクジェットユニットＪ１～Ｊ５を備えている。なお、それぞれのインクジェットユニットＪ１～Ｊ５の構成は、第１実施形態で説明したインクジェットヘッド１２（図２参照）と同様であるから、説明を省略する。インクジェットユニットＪ１～Ｊ５は、各ノズル１２ａの軸線が平行になるように配置されている。
　また、インクジェットユニットＪ１～Ｊ５には、それぞれ、異なる色のインクがインク容器（図示せず）から供給され、インク供給口Ｌ１～Ｌ５を介して３次元構造物Ｑに各色のインクが噴射される。前記した色として、例えば、ＣＭＹＫの４色及び白色の５色を用いることができるが、これに限定されない。
＜３次元着色システムの動作＞
　図１０、図１１は、制御部１１ｑが実行する処理のフローチャートである。
　ステップＳ２０１～Ｓ２０４の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１０１～Ｓ１０４（図５参照）と同様であるから、説明を省略する。
　ステップＳ２０５において制御部１１ｑは、見本の３次元構造物（図示せず）の形状・色等を表示部１１ｃ（図１参照）に表示させる。
　ステップＳ２０６において制御部１１ｑは、入力部１１ｂ（図１参照）を介したユーザの操作によって、３次元構造物Ｑの色の変更領域が指定されたか否かを判定する。
　図１２Ａは、３次元構造物Ｑの色の変更領域を指定する際の画面表示例である。
　表示部１１ｃ（図１参照）の画面Ｇには、３次元構造物Ｑの撮像結果、画面Ｇにおいて３次元構造物Ｑの向き（正面、背面、右側面、左側面等）を選択するための向き選択ボタンＧ１、色の選択を行う色選択ボタンＧ２，Ｇ３が表示されている。なお、色選択ボタンＧ２は、見本の３次元構造物に着色されていた色を示している。別の色選択ボタンＧ３は、その他のさまざまな色を選択するボタンであり、ユーザの選択によって多数の色を表示するようになっている（図１２Ｂ参照）。
　図１２Ａに示す例では、カーソルＵで示す位置を含む領域（カーソルＵで示された点の色と同一色の領域）が、３次元構造物Ｑにおける色の変更領域として太線で表示されている。なお、入力部１１ｂを介した操作によって、見本の３次元構造物における色の境界に関わりなく、ユーザが任意に変更領域を指定するようにしてもよい。
　図１０のステップＳ２０６において色の変更領域が指定された場合（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ２０７に進む。一方、色の変更領域が指定されていない場合（Ｓ２０６：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ２０６の処理を繰り返す。
　ステップＳ２０７において制御部１１ｑは、ステップＳ２０６で指定された変更領域において、新たな色（見本の３次元構造物とは異なる色）が選択されたか否かを判定する。
　図１２Ｂは、変更領域における色を選択する際の画面表示例である。
　図１２Ｂに示す例では、入力部１１ｂを介した操作によって、カーソルＵで示す色（ドットで表示）が選択されている。また、ステップＳ２０６で指定された変更領域の色が、ステップＳ２０７で選択された新たな色で表示されている。これによって、ユーザは、３次元構造物Ｑにおける各領域を、自分が希望する色に変更できる。
　図１０のステップＳ２０７において新たな色が選択された場合（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ２０８に進む。一方、新たな色が選択されていない場合（Ｓ２０７：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ２０７の処理を繰り返す。
　ステップＳ２０８において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑの色情報を変更する。すなわち、制御部１１ｑは、ステップＳ２０６で指定された変更領域に、ステップＳ２０７で指定された色を対応付けるように色情報を変更する。
　ステップＳ２０８の処理を行った後、制御部１１ｑの処理は、図１１のステップＳ２０９に進む。なお、ステップＳ２０９～Ｓ２１５の処理については、第１実施形態で説明したステップＳ１０５～Ｓ１１１（図５参照）と同様であるから、説明を省略する。
　ちなみに、ステップＳ２１４において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑの着色位置に各色のインクが噴射されるように、インクジェットユニットＪ１～Ｊ５（図９参照）や各モータを制御する。例えば、制御部１１ｑは、インクジェットユニットＪ１によって所定の着色位置に所定の色のインクを噴射した後、インクジェットヘッド１２Ｃの位置をずらし、さらに、インクジェットユニットＪ２によって別の色のインクを噴射し、…という処理をインクジェットユニットＪ１～Ｊ５において繰り返すようにしてもよい。
　また、例えば、インクジェットユニットＪ１～Ｊ５によるインクの噴射を並行して行い、それぞれのインクジェットユニットＪ１～Ｊ５から３次元構造物Ｑにインク液滴が付着する位置に応じて、インク液滴の噴射量や噴射タイミングを制御するようにしてもよい。なお、４色のＣＭＹＫのインクについては、所定の着色位置に重ねて付着させる必要はなく、例えば、ＣＭＹＫのドットを隣接して付着させることで１つの色を表現してもよい。
　なお、インクを所定の着色位置に重ねて付着させる場合、着弾したインクによって、事前に着弾したインクが滲まないような構成が好ましい。例えば、インクとして光硬化性のインクなど着弾後に耐溶剤性を発現するインクを使うことが好ましい。また、３次元構造物Ｑの表面が繊維、紙、石膏など浸透性があるものであることが好ましい。
　また、４色のＣＭＹＫのインクを用いて１つの色を表現するために、予め白色のインクを３次元構造物Ｑの全面に付着させ、下地層を形成しても良い。白色のインクとして、例えば、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、リトポン、鉛白などの白色顔料を付着させる。その後、４色のＣＭＹＫのインクのドットを重ねる、あるいは隣接して付着させることで１つの色を表現してもよい。
＜効果＞
　本実施形態によれば、３次元構造物Ｑにおいて、ユーザが指定した領域を所望の色に変更できる。したがって、未着色の３次元構造物Ｑの各部を、見本の３次元構造物と同一の色に着色する第１実施形態よりも、３次元構造物Ｑを着色する際の自由度を高めることができる。
≪第５実施形態≫
　第５実施形態は、着色対象である３次元構造物Ｑを撮像することによって形状情報を生成した後、ユーザの操作に基づいて色情報を生成する点が第１実施形態とは異なっているが、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
　図１３は、第５実施形態に係る３次元着色システムの制御部１１ｑが実行する処理のフローチャートである。なお、図１３の「ＳＴＡＲＴ」時において、載置台２３ｋ（図３参照）には、着色対象の３次元構造物Ｑが載置されているものとする。
　ステップＳ３０１において制御部１１ｑは、カメラ２２（図３参照）によって、着色対象である３次元構造物Ｑを撮像する。なお、３次元構造物Ｑは、表面全体が未着色であってもよいし、その一部が着色済みであってもよい。
　ステップＳ３０２において制御部１１ｑは、ステップＳ３０１の撮像結果を記憶部１１ｐに格納する。
　ステップＳ３０３において制御部１１ｑは、前記した撮像結果に基づいて、着色対象である３次元構造物Ｑの形状情報を生成し、生成した形状情報を記憶部１１ｐに格納する。
　ステップＳ３０４において制御部１１ｑは、入力部１１ｂ（図１参照）を介した操作によって、３次元構造物Ｑにおいて着色する領域が指定されたか否かを判定する。着色する領域が指定された場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ３０５に進む。一方、着色する領域が指定されていない場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ３０４の処理を繰り返す。
　ステップＳ３０５において制御部１１ｑは、入力部１１ｂを介した操作によって、ステップＳ３０４で指定された領域に着色する色が指定されたか否かを判定する。着色する色が指定された場合（Ｓ３０５：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ３０６に進む。一方、着色する色が指定されていない場合（Ｓ３０５：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ３０５の処理を繰り返す。
　ステップＳ３０６において制御部１１ｑは、色情報を生成し、生成した色情報を記憶部１１ｐに格納する。すなわち、制御部１１ｑは、ステップＳ３０４で指定された領域に、ステップＳ３０５で指定された色を対応付けるように色情報を生成し、この色情報を記憶部１１ｐに格納する。
　ステップＳ３０７において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｑの各領域（つまり、全ての領域）の色情報を生成・記憶したか否かを判定する。３次元構造物Ｑの各領域の色情報を生成・記憶した場合（Ｓ３０７：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理は、ステップＳ３０８に進む。一方、３次元構造物Ｑにおいて、色情報を生成・記憶していない領域が存在する場合（Ｓ３０７：Ｎｏ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ３０４に戻る。
　ステップＳ３０８において制御部１１ｑは、入力部１１ｂを介した操作によって、着色のスタートボタンが押されたか否かを判定する。着色のスタートボタンが押された場合（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ３０９に進む。一方、着色のスタートボタンが押されていない場合（Ｓ３０８：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ３０８の処理を繰り返す。
　ステップＳ３０９～Ｓ３１１の処理は、第１実施形態で説明したステップＳ１０９～Ｓ１１１（図５参照）と同様であるから、説明を省略する。
＜効果＞
　本実施形態によれば、３次元構造物Ｑにおける任意の領域をユーザが指定し、指定した領域に所望の色を着色できる。したがって、３次元構造物Ｑを着色する際の自由度を第４実施形態よりもさらに高めることができる。
≪第６実施形態≫
　第６実施形態は、インクジェットヘッド１２Ｃ（図１４参照）が複数のインクジェットユニットＪ１～Ｊ５（図９参照）を有する点と、インクジェットヘッド１２Ｃを回動させるチルト機構２５（図１４参照）を設けた点と、出入れ可能なトレイ２６（図１４参照）を設けた点と、が第１実施形態とは異なっている。
　また、第６実施形態は、３次元構造物Ｒにおいて着色しにくい未着色領域を表示部１１ｃ（図１参照）に表示し、ユーザの操作に応じて、未着色領域に対応する色をインクジェットヘッド１２Ｃからトレイ２６に供給する点が第１実施形態とは異なっている。なお、その他については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
　図１４は、第６実施形態に係る３次元着色システムＳＤが備える撮像・移動装置２０Ｄの説明図である。
　図１４に示すように、撮像・移動装置２０Ｄは、筐体２１と、カメラ２２と、３次元構造物Ｒを移動させる「移動手段」（ｘ方向移動用モータ２３ｂ、チルト機構２５等）と、トレイ２６と、を備えている。
　チルト機構２５は、インクジェットヘッド１２Ｃを上下にチルト（回動）させる機構である。チルト機構２５は、インクジェットヘッド１２Ｃを保持する保持部２５ａと、制御部１１ｑからの指令に従って保持部２５ａを回動させるチルト用モータ（図示せず）と、を備えている。
　なお、３次元構造物Ｑ及びインクジェットヘッド１２Ｃを移動させる「移動手段」は、チルト機構２５と、基台２３ａと、ｘ方向移動用モータ２３ｂと、ボールねじ軸２３ｃと、ｘ方向移動テーブル２３ｄと、ｙ方向移動用モータ２３ｅと、ボールねじ軸２３ｆと、ｙ方向移動テーブル２３ｇと、ｚ方向移動用油圧機構２３ｈと、θ方向移動用モータ２３ｉと、を含んで構成される。
　トレイ２６（容器）は、箱状（上側が開口した凹状）を呈し、筐体２１に対して出入れ可能になっている。詳細については後記するが、ユーザによって指定された色のインクが、インクジェットヘッド１２からトレイ２６に供給されるようになっている。
　なお、３次元構造物Ｒを着色する一連の処理については、第１実施形態（図５参照）と同様であるから、説明を省略する。以下では、３次元構造物Ｒの形状が非常に複雑であり、この３次元構造物Ｒにおいてインクジェットヘッド１２Ｃでは着色しにくい部分が存在する場合の処理について説明する。
　図１５は、制御部１１ｑが実行する処理のフローチャートである。なお、図１５に示す一連の処理は、インクジェットヘッド１２Ｃを用いた着色の開始前に行ってもよいし、着色中に行ってもよいし、また、着色の終了後に行ってもよい。
　ステップＳ４０１において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｒの形状情報及び色情報に基づき、この３次元構造物Ｒにおいて未着色領域が存在するか否かを推定する。前記した「未着色領域」とは、インクジェットヘッド１２によって着色し終わった状態で未着色になっている領域（つまり、インクジェットヘッド１２では着色困難な領域）である。未着色領域が存在しないと推定した場合（Ｓ４０１：Ｎｏ）、制御部１１ｑは処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、未着色領域が存在すると推定した場合（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ４０２に進む。
　ステップＳ４０２において制御部１１ｑは、未着色領域の座標を記憶部１１ｐから読み出す。
　ステップＳ４０３において制御部１１ｑは、色情報に基づいて、未着色領域に着色する色を特定する。
　ステップＳ４０４において制御部１１ｑは、３次元構造物Ｒにおける未着色領域、及び、この未着色領域に着色する色（見本の３次元構造物に模して着色すべき色）を表示部１１ｃに表示させる。
　図１６Ａは、３次元構造物Ｒにおいて未着色領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃを指定する際の画面表示例である。
　図１６Ａに示す例では、インクジェットヘッド１２を用いた着色後の状態として想定される３次元構造物Ｒの他、未着色領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに着色されるべき色を示す色選択ボタンＧａ，Ｇｂ，Ｇｃや、色の選択を決定するための決定ボタンＧ４等が表示されている。
　図１５のステップＳ４０５において制御部１１ｑは、入力部１１ｂを介したユーザの操作によって、３次元構造物Ｒにおける未着色領域、又は、未着色領域に着色する色が選択されたか否かを判定する。
　図１６Ａに示す例では、カーソルＵの位置を含む未着色領域Ｈａがユーザによって選択されている。そして、未着色領域Ｈａ、及び、この未着色領域Ｈａに着色する色を示す色選択ボタンＧａが太枠線で表示されている。これによって、ユーザは、未着色領域Ｈａに着色すべき色を一目で把握できる。ユーザによって決定ボタンＧ４が押されることで、ユーザ自身が手作業でインクを塗布する未着色領域Ｈａが決定される。
　図１６Ｂは、３次元構造物Ｒにおいて未着色領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃの色を指定する際の画面表示例である。
　図１６Ｂに示す例では、未着色領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃに着色される３つの色（色選択ボタンＧａ，Ｇｂ，Ｇｃに対応）のうち一つが選択されている。また、選択された色に対応する色選択ボタンＧａ、及び、選択された色に対応する未着色領域Ｈａが太枠線で表示されている。これによって、ユーザは、選択した色に対応する未着色領域Ｈａを一目で把握できる。
　図１５のステップＳ４０５において未着色領域等が選択されていない場合（Ｓ４０５：Ｎｏ）、制御部１１ｑはステップＳ４０５の処理を繰り返す。一方、未着色領域等が選択された場合（Ｓ４０５：Ｙｅｓ）、制御部１１ｑの処理はステップＳ４０６に進む。
　ステップＳ４０６において制御部１１ｑは、インクジェットヘッド１２Ｃのインク供給口Ｌ１～Ｌ５（図９参照）がトレイ２６（図１４参照）に臨むように、チルト機構２５（図１４参照）を制御する。つまり、制御部１１ｑは、インクジェットヘッド１２Ｃから噴射（供給）されたインクがトレイ２６に溜まるように、チルト機構２５を制御する。
　ステップＳ４０７において制御部１１ｑは、ステップＳ４０５で選択された色（未着色領域が選択された場合には、その部分に対応する色）をインクジェットヘッド１２Ｃから噴射し、処理を終了する（ＥＮＤ）。これによって、ユーザが希望した色のインクがトレイ２６に供給される。
　なお、トレイ２６にインクが供給された後、このトレイ２６は筐体２１（図１４参照）から取り出され、ユーザが、３次元構造物Ｒの未着色領域に筆等を用いてインクを塗布する際に用いられる。そして、トレイ２６は、使用後に洗浄され、再び筐体２１に取り付けられる。
＜効果＞
　本実施形態によれば、複雑な形状の３次元構造物Ｒに未着色領域が存在し、ユーザが手作業でインクを塗布する際、ユーザによって指定された色がトレイ２６に供給される。したがって、ユーザが自身で色を調合する手間を省くことができる。
≪第７実施形態≫
　第７実施形態は、樹脂ｒを用いて３次元構造物を造形しながら着色を行う点が第１実施形態とは異なっている。したがって、第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。また、以下では、３次元構造物の形成途中の物体を「造形物Ｔ」と記す。
　図１７は、第７実施形態に係る３次元着色システムＳＥの構成図である。
　図１７に示すように、３次元着色システムＳＥは、樹脂ｒを積層して３次元構造物を形成する形成手段３２と、積層された樹脂ｒにインクを供給するインク供給手段３３と、インク供給手段３３を３次元的に移動させる移動手段３４と、を備えている。その他、３次元着色システムＳＥは、筐体３１と、台座３５と、記憶部３６と、制御部３７と、を備えている。
　筐体３１は、前記した各手段等が設置されるものである。筐体３１は、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂを所定位置で固定する固定部材３１ａと、樹脂容器３２ａ及びインク容器３３ａを支持する支持板３１ｂと、を備えている。図１４に示す例では、支持板３１ｂの下側に固定部材３１ａが設置されている。
　形成手段３２は、樹脂ｒを積層し、積層した樹脂ｒを硬化させることによって３次元構造物Ｑを形成するものである。形成手段３２は、樹脂容器３２ａと、樹脂供給管３２ｂと、ポンプ３２ｃと、ノズル３２ｄと、紫外線照射装置３２ｅと、を備えている。
　樹脂容器３２ａは、造形材である樹脂ｒを貯留する容器である。このような樹脂ｒとして、光硬化性のエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等を用いることができる。
　樹脂供給管３２ｂは、ノズル３２ｄに樹脂ｒを導く管である。ポンプ３２ｃは、樹脂容器３２ａから樹脂供給管３２ｂを介して、ノズル３２ｄに樹脂ｒを圧送するポンプである。
　ノズル３２ｄは、造形物Ｔ（積層初期には、台座３５）に樹脂ｒを供給して積層するものであり、その開口が下方に臨むように固定部材３１ａに設置されている。
　紫外線照射装置３２ｅは、ノズル３２ｄから樹脂ｒが積層されるたびに、その樹脂ｒに紫外線を照射して硬化させる装置である。紫外線照射装置３２ｅは、下方に向けて紫外線が照射されるように固定部材３１ａに設置されている。
　インク供給手段３３は、樹脂ｒが形成手段３２によって積層されるたびに、新たに積層された樹脂ｒにインクを供給して着色するものである。インク供給手段３３は、インク容器３３ａと、インクジェットヘッド３３ｂと、インク供給管３３ｃと、インク回収管３３ｄと、ポンプ３３ｅ，３３ｆと、を備えている。その他、図１４では図示を省略したが、インク供給手段３３は、第１実施形態で説明した弁類やフィルタ等（図２参照）も備えている。
　なお、インクジェットヘッド３３ｂは、第４実施形態で説明したインクジェットヘッド１２Ｃ（図９参照）と同様の構成であり、複数の色のインクを噴射するようになっている。インクジェットヘッド３３ｂは、そのインク供給口（図示せず）が下方に臨むように固定部材３１ａに設置されている。
　移動手段３４は、ｘｙｚ方向移動テーブルであり、ボールねじ軸等を用いてｘｙｚの３次元で台座３５（つまり、台座３５上の造形物Ｔ）を移動させるテーブルである。図１７に示す例では、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂの下側に移動手段３４が配置されている。台座３５は、樹脂ｒが積層される板状の台であり、移動手段３４に設置されている。
　このように本実施形態では、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂの位置を固定し、造形物Ｔとノズル３２ｄ等との相対位置を、移動手段３４によってｘｙｚ方向で移動させるようにしている。
　記憶部３６には、制御部３７が実行するプログラム、３次元構造物の形状情報及び色情報等が格納されている。なお、３次元構造物の形状情報及び色情報は、３Ｄスキャナ等を用いて、予め取得されているものとする。
　制御部３７は、前記した形成手段３２、インク供給手段３３、及び移動手段３４を制御する機能を有している。なお、制御部３７が実行する処理については後記する。
　図１８は、制御部３７が実行する処理のフローチャートである
　ステップＳ５０１において制御部３７は、記憶部３６に格納されている形状情報及び色情報を読み出す。
　ステップＳ５０２において制御部３７は、形状情報に基づいて、ノズル３２ｄの移動経路や、ノズル３２ｄから樹脂ｒを供給するタイミングを設定する。
　ステップＳ５０３において制御部３７は、造形物Ｔ（積層初期には、台座３５）に樹脂ｒを積層する。すなわち、制御部３７は、移動手段３４によって台座３５をｘｙ方向に移動させつつ、ノズル３２ｄを介して造形物Ｔに樹脂ｒを積層する。
　ステップＳ５０４において制御部３７は、紫外線硬化処理を行う。すなわち、制御部３７は、紫外線照射装置３２ｅを用いて、ステップＳ５０３で積層された樹脂ｒに紫外線を照射する。その結果、光硬化性の樹脂ｒが硬化する。
　ステップＳ５０５において制御部３７は、形状情報及び色情報に基づいて、樹脂ｒにインクを噴射する。すなわち、制御部３７は、新たに積層され紫外線によって硬化した層にインクジェットヘッド３３ｂからインクを噴射することによって、樹脂ｒを着色する。なお、前記した層の全面を着色してもよいし、層の側面を含む周縁付近のみを着色してもよい。
　ステップＳ５０６において制御部３７は、樹脂ｒの積層・着色が終了したか否かを判定する。樹脂ｒの積層・着色が終了していない場合（Ｓ５０６：Ｎｏ）、制御部３７の処理はステップＳ５０３に戻る。この場合において制御部３７は、移動手段３４によって台座３５をｚ方向に一層分だけ下降させた後、樹脂ｒの積層・着色を再び実行する。
　また、ステップＳ５０６において樹脂ｒの積層・着色が終了した場合（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）、制御部３７は処理を終了する（ＥＮＤ）。これによって、完成品である着色済みの３次元構造物が得られる。
＜効果＞
　本実施形態では、樹脂ｒが積層されるたびに、新たに積層された樹脂ｒにインクを供給して着色するようにしている。これによって、見本の３次元構造物が非常に複雑な形状であっても、３次元構造物の各部位を所望の色に着色できる。従って、３次元構造物の着色に要する手間を従来よりも大幅に低減できる。また、紫外線で硬化した後に着色するため、インクのにじみを抑制できる。
≪第８実施形態≫
　第８実施形態は、積層した樹脂を硬化させることで未着色の３次元構造物Ｑ（図１９参照）を作成した後、多軸多関節ロボット３８（図１９参照）を用いて３次元構造物Ｑを着色する点が第７実施形態とは異なっている。また、第８実施形態では，ｘｙｚ方向に加えてθ方向にも台座３５を移動する点が、第７実施形態とは異なっている。なお、その他については、第７実施形態と同様である。したがって、第７実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
　図１９は、第８実施形態に係る３次元着色システムＳＦの構成図である。
　図１９に示すように、３次元着色システムＳＦは、筐体３１と、形成手段３２と、インク供給手段３３と、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆと、記憶部３６と、制御部３７と、多軸多関節ロボット３８と、を備えている。
　形成手段３２は、造形物（積層初期には、台座３５）に樹脂ｒを積層し、積層した樹脂ｒを硬化させることによって３次元構造物Ｑを形成するものである。
　インク供給手段３３は、形成手段３２によって３次元構造物Ｑが形成された後、この３次元構造物Ｑにインクを供給して着色するものである。
　ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆは、ボールねじ軸等を用いて台座３５をｘ，ｙ，ｚ，θ方向に移動させるテーブルである。なお、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆは、台座３５をθ方向に移動させるためのθ方向移動用モータ３４ａを備えている。
　多軸多関節ロボット３８は、インクジェットヘッド３３ｂの位置や向きを３次元的に移動させるロボットであり、筐体３１内に設置されている。
　なお、３次元構造物Ｑ及びインクジェットヘッド３３ｂを３次元的に移動させる「移動手段」は、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆと、多軸多関節ロボット３８と、を含んで構成される。
　記憶部３６には、制御部３７が実行するプログラム、３次元構造物Ｑの形状情報・色情報等が予め格納されている。
　制御部３７は、形成手段３２、インク供給手段３３、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆ、及び多軸多関節ロボット３８を制御する機能を有している。なお、制御部３７が実行する処理については後記する。
　図２０は、制御部３７が実行する処理のフローチャートである。
　ステップＳ６０１～Ｓ６０４の処理は、第７実施形態で説明したステップＳ５０１～Ｓ５０４（図１８参照）と同様であるから、説明を省略する。
　ステップＳ６０５において制御部３７は、樹脂ｒの積層が終了したか否かを判定する。樹脂ｒの積層が終了していない場合（Ｓ６０５：Ｎｏ）、制御部３７の処理はステップＳ６０３に戻る。そして、制御部３７は、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆによって台座３５をｚ方向に一層分だけ下降させた後、形成手段３２によって新たな層を形成する。
　また、ステップＳ６０５において樹脂ｒの積層が終了した場合（Ｓ６０５：Ｙｅｓ）、制御部３７の処理はステップＳ６０６に進む。
　ステップＳ６０６において制御部３７は、形状情報及び色情報に基づいて、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆ及び多軸多関節ロボット３８を駆動する。すなわち、制御部３７は、３次元構造物Ｑの所定位置に向けてインク液滴が噴射されるように、ｘｙｚθ方向移動テーブル３４Ｆによって台座３５をθ方向に回転させるとともに、多軸多関節ロボット３８によってインクジェットヘッド３３ｂを３次元的に移動させる。
　ステップＳ６０７において制御部３７は、形状情報及び色情報に基づいて、インクジェットヘッド３３ｂからインクを噴射する。
　ステップＳ６０８において制御部３７は，３次元構造物Ｑの着色が終了したか否かを判定する。３次元構造物Ｑの着色が終了していない場合（Ｓ６０８：Ｎｏ）、制御部３７の処理はステップＳ６０６に戻る。一方、３次元構造物Ｑの着色が終了した場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、制御部３７は処理を終了する（ＥＮＤ）。
＜効果＞
　本実施形態によれば、多軸多関節ロボット３８を用いることで、３次元構造物Ｑの各部位において、インクジェットヘッド３３ｂとの距離や角度を適度な状態で着色できる。したがって、３次元構造物Ｑにおける所定の着色位置に、インク液滴を精度よく付着させることができる。
≪変形例≫
　以上、本発明に係る３次元着色システムＳ等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
　例えば、第１実施形態（図３参照）では、インクジェットヘッド１２の位置を固定し、３次元構造物Ｑを移動させる構成について説明し、また、第３実施形態（図７参照）では、インクジェットヘッド１２及び３次元構造物Ｑの両方を移動させる構成について説明したが、これに限らない。例えば、第３実施形態において、３次元構造物Ｑの周囲を移動できるように多軸多関節ロボット２４を設置し、さらにθ方向移動用モータ２３ｉを省略してもよい。つまり、インクジェットヘッド１２を３次元的に移動させ、３次元構造物Ｑの位置を固定してもよい。
　また、第１実施形態では、撮像・移動装置２０（図３参照）を用いて、見本の３次元構造物（図示せず）の形状情報及び色情報を生成する例について説明したが、これに限らない。例えば、インク供給装置１０や撮像・移動装置２０とは別に、見本の３次元構造物の形状情報・色情報を読み取る装置（図示せず）を設けてもよい。
　また、第１実施形態、第３実施形態では、一組のノズル１２ａ、帯電電極１２ｂ、偏向電極１２ｃ等（これらを「インクジェットユニット」という：図２参照）を用いて、３次元構造物Ｑを単色で着色する構成について説明したが、これに限らない。すなわち、同一色のインク液滴を噴射するインクジェットユニットを複数設け、これらのインクジェットユニットによって３次元構造物Ｑを単色で着色してもよい。これによって、３次元構造物Ｑを単色で着色する時間を短縮できる。なお、前記した事項は、３次元構造物Ｑを複数の色で着色する他の実施形態にも適用できる。
　また、第４実施形態では、インクジェットヘッド１２Ｃ（図９参照）が、５つ（５色分）のインクジェットユニットＪ１～Ｊ５を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、インクジェットユニットの個数は４つ以下であってもよいし、また、６つ以上であってもよい。
　また、第４実施形態では、各ノズル１２ａ（図９参照）の軸線が平行になるようにインクジェットユニットＪ１～Ｊ５を配置する例について説明したが、これに限らない。例えば、それぞれのインクジェットユニットＪ１～Ｊ５と、着色対象の３次元構造物Ｑと、の距離が所定範囲に含まれる状態で、３次元構造物Ｑへのインク液滴の軌跡が一点付近に集まるようにインクジェットユニットＪ１～Ｊ５を配置してもよい。これによって、インクジェットユニットＪ１～Ｊ５から略同時にインクを噴射して各部位を着色できるため、３次元構造物Ｑを短時間で着色できる。
　また、第１～第６実施形態では、インク供給装置１０と撮像・移動装置２０とが別体である構成について説明したが、これに限らない。例えば、撮像・移動装置２０の下側にインク容器１１ｄ等を収容する収容室（図示せず）を設け、インク供給装置１０と撮像・移動装置２０とを一体化してもよい。
　また、第７実施形態（図１７参照）では、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂを固定し、移動手段３４によって台座３５をｘｙｚ方向で移動させる構成について説明したが、これに限らない。例えば、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂをボールねじ軸等によってｚ方向で移動させ、ｘｙ移動テーブル（図示せず）によって造形物Ｔをｘｙ方向に移動させてもよい。つまり、インクジェットヘッド３３ｂ等と、台座３５と、の両方を移動させてもよい。
　また、ノズル３２ｄ、紫外線照射装置３２ｅ、及びインクジェットヘッド３３ｂをｘｙｚ方向に移動させる「移動手段」を設け、台座３５の位置を固定するようにしてもよい。
　また、例えば、第７、第８実施形態において、見本の３次元構造物（図示せず）を基準として、ユーザの操作によって、着色対象となる３次元構造物Ｑを拡大又は縮小するようにしてもよい。これによって、ユーザは、所望の大きさの３次元構造物を得ることができる。
　また、第７実施形態では、紫外線照射装置３２ｅによって樹脂を硬化させた後、硬化した造形物Ｔにインクジェットヘッド３３ｂからインクを噴射する構成について説明したが、これに限らない。すなわち、紫外線照射装置３２ｅによって樹脂を硬化させる前に、インクジェットヘッド３３ｂからインクを噴射するようにしてもよい。これによって、造形物Ｔの乾燥（樹脂ｒの乾燥、及びインクの乾燥）に要する時間を短縮できる。
　また、第７、第８実施形態では、造形材である樹脂ｒを用いて３次元構造物Ｑを形成する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、造形材に加えて、造形物Ｔの形状を保持するためのサポート材（樹脂）を供給するようにしてもよい。
　また、第７、第８実施形態では、紫外線によって樹脂を硬化させる光硬化方式を用いる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、造形材に熱硬化させる熱硬化方式を用いてもよいし、他の方式を用いてもよい。
　また、第７、第８実施形態において、３次元構造物Ｑの見本がない（少なくともユーザの手元にはない）場合、次のようにして形状情報及び色情報を取得するようにしてもよい。すなわち、３次元構造物に関する複数の写真画像（２次元画像）の情報を記憶部３６に格納し、この２次元画像の情報から３次元構造物の形状情報及び色情報を抽出してもよい。これによって、複数の写真画像を用いて３次元構造物を形成・着色できる。
　また、各実施形態では、連続吐出型のインクジェットヘッド１２（図２参照）を用いる構成について説明したが、これに限らない。すなわち、着色対象である３次元構造物Ｑにインクを供給する「インク供給手段」として、例えば、オンデマンド型のインクジェットヘッドを用いてもよい。前記したオンマンド型として、ＤＯＤ方式（Drop On Demand）、サーマルインクジェット方式、ピエゾインクジェット方式等が挙げられる。また、「インク供給手段」として、ディスペンサを用いてもよい。
　また、各実施形態を塗装ロボットに適用して３次元構造物を着色してもよい。
　また、例えば、アミューズメント施設において、顧客等を複数の角度から撮像し、その撮像結果に基づいて３次元構造物を造形・着色するようにしてもよい。これによって、顧客等を模した３次元構造物を得ることができる。
　また、各実施形態で説明した「移動手段」は、一例であり、その用途に応じて適宜変更してもよい。また、記憶部１１ｐ（図２参照）及び制御部１１ｑ（図２参照）をインク供給装置１１内に設けずに、別体にしてもよい。
　また、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。つまり、複数のインクジェットユニットＪ１～Ｊ５（図９参照）を備えるインクジェットヘッド１２Ｃを用いて、３次元構造物Ｑを着色したり、ユーザの操作に指定された領域の色を変更したりしてもよい。
　また、例えば、第２実施形態と第７実施形態とを組み合わせ、情報取得部１４（図６参照）によって取得された形状情報及び色情報を用いて、樹脂ｒを着色するようにしてもよい。
　また、例えば、白色のインクを含む下地層を３次元構造物の表面に形成する工程と、３次元着色システムＳを用いて、前記した下地層に着色する工程と、を含んでなる３次元構造物の製造方法を実施するようにしてもよい。ここで、下地層については、３次元着色システムＳを用いて形成してもよいし、また、人の手作業で形成してもよい。なお、前記した製造方法は、各実施形態や変形例に適用できる。
　また、各実施形態では、３次元構造物Ｑの略全ての表面を着色する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、３次元構造物Ｑの一部分のみを着色したり、３次元構造物Ｑの表面に所定の文字・記号・数字等を印字したりしてもよい。すなわち、３次元構造物Ｑの「印字」も「着色」に含まれる。
　また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。
　Ｓ，ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＦ　３次元着色システム
　１０　インク供給装置
　１１ｂ　入力部（入力手段）
　１１ｃ　表示部（表示手段）
　１１ｐ，３６　記憶部（記憶手段）
　１１ｑ，３７　制御部（制御手段）
　１２，１２Ｃ，３３ｂ　インクジェットヘッド（インク供給手段）
　１２１ｆ　インク供給口
　１４　情報取得部（情報取得手段）
　２０，２０Ｂ，２０Ｄ　撮像・移動装置
　２２　カメラ（撮像手段）
　２３ａ　基台（移動手段）
　２３ｂ　ｘ方向移動用モータ（移動手段）
　２３ｃ　ボールねじ軸（移動手段）
　２３ｄ　ｘ方向移動テーブル（移動手段）
　２３ｅ　ｙ方向移動用モータ（移動手段）
　２３ｆ　ボールねじ軸（移動手段）
　２３ｇ　ｙ方向移動テーブル（移動手段）
　２３ｈ　ｚ方向移動用油圧機構（移動手段）
　２３ｉ　θ方向移動用モータ（移動手段）
　２４　多軸多関節ロボット（移動手段）
　２５　チルト機構（移動手段）
　２６　トレイ（容器）
　３２　形成手段
　３３　インク供給手段
　３４　移動手段
　３４Ｆ　ｘｙｚθ方向移動テーブル（移動手段）
　３４ａ　θ方向移動用モータ（移動手段）
　３５　台座
　３６　記憶部（記憶手段）
　３７　制御部（制御手段）
　３８　多軸多関節ロボット（移動手段）
　Ｈａ　未着色領域
　Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５　インク供給口
　Ｎ　ネットワーク
　Ｑ，Ｒ　３次元構造物
　ｒ　樹脂

Claims (14)

  1. 　着色対象である３次元構造物にインクを供給して着色するインク供給手段と、
    　前記３次元構造物及び前記インク供給手段の一方又は両方を３次元的に移動させる移動手段と、
    　前記３次元構造物の形状を特定する形状情報、及び、前記３次元構造物に着色する色を特定する色情報が格納される記憶手段と、
    　前記形状情報及び前記色情報に基づいて、前記インク供給手段から前記３次元構造物に供給するインクの着色位置を前記移動手段によって制御するとともに、前記着色位置におけるインクの色を前記インク供給手段によって制御する制御手段と、を備えること
    　を特徴とする３次元着色システム。
  2. 　着色済みである見本の３次元構造物を複数の角度から撮像する撮像手段を備え、
    　前記制御手段は、前記撮像手段の撮像結果に基づいて、前記形状情報及び前記色情報を生成し、生成した前記形状情報及び前記色情報を前記記憶手段に格納すること
    　を特徴とする請求項１に記載の３次元着色システム。
  3. 　前記見本の３次元構造物を表示する表示手段と、
    　着色対象である前記３次元構造物において、前記見本の３次元構造物とは異なる色で着色する領域、及び当該領域の色をユーザの操作によって指定する入力手段と、を備え、
    　前記制御手段は、前記入力手段を介して指定された領域に、前記入力手段を介して指定された色を対応付けるように前記色情報を変更し、変更後の前記色情報を前記記憶手段に格納すること
    　を特徴とする請求項２に記載の３次元着色システム。
  4. 　前記形状情報及び前記色情報をネットワークを介して取得する情報取得手段を備え、
    　前記制御手段は、前記情報取得手段によって取得される前記形状情報及び前記色情報を前記記憶手段に格納すること
    　を特徴とする請求項１に記載の３次元着色システム。
  5. 　着色対象である前記３次元構造物を表示する表示手段と、
    　前記３次元構造物において着色する領域、及び当該領域の色をユーザの操作によって指定する入力手段と、を備え、
    　前記制御手段は、前記入力手段を介して指定された領域に、前記入力手段を介して指定された色を対応付けるように前記色情報を生成し、生成した前記色情報を前記記憶手段に格納すること
    　を特徴とする請求項１に記載の３次元着色システム。
  6. 　前記移動手段が設置される筐体に対して出入れ可能である容器と、
    　着色対象である前記３次元構造物において、前記インク供給手段及び前記移動手段を用いても未着色となる未着色領域が存在する場合、前記未着色領域を表示するとともに、前記未着色領域に着色する色を表示する表示手段と、
    　前記未着色領域をユーザの操作によって選択するか、又は、前記未着色領域に着色する色をユーザの操作によって選択する入力手段と、を備え、
    　前記制御手段は、前記入力手段を介して前記未着色領域が選択されるか、又は、前記未着色領域に着色する色が選択された場合、前記インク供給手段のインク供給口が前記容器に臨むように前記移動手段を制御した後、前記未着色領域に着色する色のインクを前記インク供給手段から前記容器に供給すること
    　を特徴とする請求項１に記載の３次元着色システム。 
  7. 　台座上に樹脂を積層し、積層した樹脂を硬化させることによって３次元構造物を形成する形成手段と、
    　前記形成手段によって樹脂が積層されるたびに、新たに積層された樹脂にインクを供給して着色するインク供給手段と、
    　前記台座及び前記インク供給手段の一方又は両方を３次元的に移動させる移動手段と、
    　前記３次元構造物の形状を特定する形状情報、及び、前記３次元構造物に着色する色を特定する色情報が格納される記憶手段と、
    　前記形状情報及び前記色情報に基づいて、前記形成手段によって積層された樹脂に前記インク供給手段から供給するインクの着色位置を前記移動手段によって制御するとともに、前記着色位置におけるインクの色を前記インク供給手段によって制御する制御手段と、を備えること
    　を特徴とする３次元着色システム。
  8. 　前記制御手段は、前記形成手段によって新たに積層された樹脂を硬化させた後に、当該樹脂に前記インク供給手段によってインクを供給すること
    　を特徴とする請求項７に記載の３次元着色システム。
  9. 　前記制御手段は、前記形成手段によって新たに積層された樹脂を硬化させる前に、当該樹脂に前記インク供給手段によってインクを供給すること
    　を特徴とする請求項７に記載の３次元着色システム。
  10. 　台座上に樹脂を積層し、積層した樹脂を硬化させることによって３次元構造物を形成する形成手段と、
    　前記形成手段によって前記３次元構造物が形成された後、当該３次元構造物にインクを供給して着色するインク供給手段と、
    　前記３次元構造物及び前記インク供給手段の一方又は両方を３次元的に移動させる移動手段と、
    　前記３次元構造物の形状を特定する形状情報、及び、前記３次元構造物に着色する色を特定する色情報が格納される記憶手段と、
    　前記形状情報及び前記色情報に基づいて、前記インク供給手段から前記３次元構造物に供給するインクの着色位置を前記移動手段によって制御するとともに、前記着色位置におけるインクの色を前記インク供給手段によって制御する制御手段と、を備えること
    　を特徴とする３次元着色システム。
  11. 　前記インク供給手段がインクジェットプリンタであること
    　を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の３次元着色システム。
  12. 　前記インク供給手段は、連続的にインク液滴を形成するノズルと、前記インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク液滴を偏向させる偏向電極と、偏向した前記インク液滴を吐出させて前記３次元構造物を着色するインクジェットヘッドと、前記３次元構造物に付着したインクに紫外線を照射する紫外線照射光源と、を備えること
    　を特徴とする請求項１１に記載の３次元着色システム。
  13. 　請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の３次元着色システムを用いて着色することを特徴とする３次元構造物の製造方法。
  14. 　白色のインクを含む下地層を前記３次元構造物の表面に形成する工程と、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の３次元着色システムを用いて、前記下地層に着色する工程と、を含むこと
    　を特徴とする３次元構造物の製造方法。
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