(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置において、
造形対象物の３次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部と、
造形に使用される１又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報を記憶する造形材料データベースと、
前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記造形材料データベースから取得した前記１又は複数の造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部と、
前記造形情報に従って前記造形材料を積層する造形部と、
を少なくとも備える、ことを特徴とする立体物造形装置。
【請求項２】
前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の３次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出し、前記算出したパーツ毎の充填率に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項３】
前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の立体物造形装置。
【請求項４】
前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の３次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、複数の前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出し、前記算出したパーツ毎の混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項５】
前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記複数の造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出する、ことを特徴とする請求項４記載の立体物造形装置。
【請求項６】
前記造形パラメータ生成部は、所定のパーツが、いずれの前記造形材料よりも単位体積あたりの重量が大きい場合は、前記複数の造形材料の内の、単位体積あたりの重量が最も大きい造形材料の体積を増加させることによって、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の立体物造形装置。
【請求項７】
前記造形対象物の表面に複数のパーツが露出する場合、
前記造形パラメータ生成部は、前記複数のパーツの露出部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を揃え、前記露出部分以外の部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を調整することによって、造形物全体の質感を均一にしつつ、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一に記載の立体物造形装置。
【請求項８】
前記造形パラメータ生成部は、前記造形材料が露出する表面部と前記表面部以外の内部とで、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を変えることによって、造形物の質感及び／又は強度を調整する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の立体物造形装置。
【請求項９】
前記造形パラメータ生成部は、同一の充填率又は混合比の造形材料を、層毎、又は、ライン毎、又は、ドット毎に積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の立体物造形装置。
【請求項１０】
前記造形対象物内の特定部位を、基準点として設定する基準点設定部を備え、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物の形状情報及び重量情報に基づいて、前記基準点設定部によって指定された基準点を起点としたモーメントを演算し、前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記１又は複数の造形材料の重量情報と、演算した前記造形対象物のモーメントと、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及びモーメントの造形物を作製可能な、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形部材の混合率を算出する、ことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一に記載の立体物造形装置。
【請求項１１】
造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置、若しくは、当該立体物造形装置を制御する制御装置で動作する制御プログラムであって、
前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、
造形対象物の３次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部、
前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、予め記憶された、造形に使用される１又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部、
として機能させる、ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項１２】
前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の３次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出し、前記算出したパーツ毎の充填率に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１３】
前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記造形材料のパーツ毎の充填率を算出する、ことを特徴とする請求項１２に記載の制御プログラム。
【請求項１４】
前記データ入力部は、前記造形対象物を構成するパーツ毎の３次元の形状情報と、パーツ毎の重量情報又は単位体積当たりの重量情報と、を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、複数の前記造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出し、前記算出したパーツ毎の混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１５】
前記データ入力部は、更に、前記造形対象物を構成するパーツ毎の配置情報を入力し、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物のパーツ毎の配置情報及び重量情報に基づいて、前記造形対象物の重心位置を特定し、前記造形対象物のパーツ毎の形状情報及び重量情報と、前記複数の造形材料の重量情報と、特定した前記造形対象物の重心位置と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能な、前記複数の造形材料のパーツ毎の混合比を算出する、ことを特徴とする請求項１４記載の制御プログラム。
【請求項１６】
前記造形パラメータ生成部は、所定のパーツが、いずれの前記造形材料よりも単位体積あたりの重量が大きい場合は、前記複数の造形材料の内の、単位体積あたりの重量が最も大きい造形材料の体積を増加させることによって、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の制御プログラム。
【請求項１７】
前記造形対象物の表面に複数のパーツが露出する場合、
前記造形パラメータ生成部は、前記複数のパーツの露出部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を揃え、前記露出部分以外の部分の、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を調整することによって、造形物全体の質感を均一にしつつ、前記造形対象物と同じ重量又は同じ重量及び重心位置の造形物を作製可能にする、ことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一に記載の制御プログラム。
【請求項１８】
前記造形パラメータ生成部は、前記造形材料が露出する表面部と前記表面部以外の内部とで、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形材料の混合比を変えることによって、造形物の質感及び／又は強度を調整する、ことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか一に記載の制御プログラム。
【請求項１９】
前記造形パラメータ生成部は、同一の充填率又は混合比の造形材料を、層毎、又は、ライン毎、又は、ドット毎に積層させるための造形情報を生成する、ことを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか一に記載の制御プログラム。
【請求項２０】
前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、更に、
前記造形対象物内の特定部位を、基準点として設定する基準点設定部として機能させ、
前記造形パラメータ生成部は、前記造形対象物の形状情報及び重量情報に基づいて、前記基準点設定部によって指定された基準点を起点としたモーメントを演算し、前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記１又は複数の造形材料の重量情報と、演算した前記造形対象物のモーメントと、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量及びモーメントの造形物を作製可能な、前記造形材料の充填率又は前記複数の造形部材の混合率を算出する、ことを特徴とする、請求項１１乃至１９のいずれか一に記載の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物造形装置及び制御プログラムに関し、特に、重量を再現した立体物を造形する立体物造形装置及び重量を再現した立体物を造形するための情報を生成する制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元の立体物を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピイング（ＲＰ：Rapid Prototyping）と呼ばれる技術が知られている。この技術は、ひとつの３次元形状の表面を３角形の集まりとして記述したデータ（ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）フォーマットのデータ）により、積層方向について薄く切った断面形状を計算し、その形状に従って各層を形成して立体物を造形する技術である。また、立体物を造形する手法としては、溶融物堆積法（ＦＤＭ：Fused Deposition Molding）、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）などが知られている。
【０００３】
このような手法を用いて立体物を造形する装置として、例えば、下記特許文献１には、ポリエチレンなどのバインダとステンレスやチタンなどの金属合金を、所望の比率で予めコンパウンドしたもので３次元の立体物を造形する装置が開示されている。また、造形材料を射出可能な複数のヘッドを有し、個々のヘッドから異なる材料を適宜射出して造形する製品も販売されている。この製品では、異なる造形材料を異なるヘッドから選択的に射出して造形し、領域又はパーツ単位で造形材料の違いにより色や質感を変えて、立体物を造形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４３３２１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の立体物造形装置でモックアップを造形する場合、色や形状を再現することは可能であるが、造形物を構成する造形材料の材質と体積とで重量が決まってしまうため、造形物の重量を再現することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、重量を再現した立体物を造形することができる立体物造形装置及び重量を再現した立体物を造形するための情報を生成する制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置において、造形対象物の３次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部と、造形に使用される１又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報を記憶する造形材料データベースと、前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、前記造形材料データベースから取得した前記１又は複数の造形材料の重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部と、前記造形情報に従って前記造形材料を積層する造形部と、を少なくとも備えるものである。
【０００８】
また、本発明は、造形材料を順次積み重ねることによって立体物を造形する立体物造形装置、若しくは、当該立体物造形装置を制御する制御装置で動作する制御プログラムであって、前記立体物造形装置若しくは前記制御装置を、造形対象物の３次元の形状情報と、単位体積当たりの重量情報又は全体の重量情報と、を入力するデータ入力部、前記データ入力部から取得した前記造形対象物の形状情報及び重量情報と、予め記憶された、造形に使用される１又は複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、前記造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な、造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、前記算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成する造形パラメータ生成部、として機能させるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の立体物造形装置及び制御プログラムによれば、重量を再現した立体物を造形することができる。
【００１０】
その理由は、立体物造形装置（制御プログラム）は、造形対象物の３Ｄデータに基づいて、造形物の形状情報及び重量情報を取得し、この形状情報及び重量情報と造形材料の重量情報とに基づいて、造形材料の充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、各層を造形するための造形情報を生成するからである。
【００１１】
これにより、プロトタイプとしてモックアップなどを作成するときに、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感をも再現することができ、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】造形物の重量を再現する手法を分類して説明する図である。
【図２】粗密によって重量を再現するための構造の例を示す図である。
【図３】複数の造形材料を使用して重量を再現する場合のヘッドの構造を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る立体物造形装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例に係る立体物の造形手順（重量を再現する場合）を示すフローチャート図である。
【図６】造形物の重量を再現する手法（１種類の造形材料を使用し、均一な充填率で重量を再現する場合）を示す図である。
【図７】造形物の重量を再現する手法（１種類の造形材料を使用し、パーツ毎に充填率を変えて重量を再現する場合）を示す図である。
【図８】造形物の重量を再現する手法（複数種類の造形材料を使用し、均一な混合比で重量を再現する場合）を示す図である。
【図９】造形物の重量を再現する手法（複数種類の造形材料を使用し、パーツ毎に混合比を変えて重量を再現する場合）を示す図である。
【図１０】造形物の重心位置を再現する手法（１種類の造形材料を使用し、充填率を変えて重心位置を再現する場合）を示す図である。
【図１１】造形物の重心位置を再現する手法（複数種類の造形材料を使用し、造形材料を変えて重心位置を再現する場合）を示す図である。
【図１２】造形物の重量を再現する手法（造形物を微小体積の領域に細分化し、領域毎に重量を調整する場合）を示す図である。
【図１３】造形物の重量を再現する手法（パーツよりも軽い造形材料を用いて重量を再現する場合）を示す図である。
【図１４】造形物の質感を再現する手法（表面部を均一な充填率又は混合比で造形する場合）を示す図である。
【図１５】造形物の重量を再現する手法（層単位、ライン単位、ドット単位で重量を調整する場合）を示す図である。
【図１６】造形物の重量を再現する手法（層単位で重量を調整する場合）を示す図である。
【図１７】造形物の重量を再現する手法（ライン単位で重量を調整する場合）を示す図である。
【図１８】造形物の重量を再現する手法（ドット単位で重量を調整する場合）を示す図である。
【図１９】造形物の慣性モーメントを再現する手法を模式的に示す図である。
【図２０】造形物のモーメントを再現する手法のバリエーションを説明する図である。
【図２１】本発明の一実施例に係る立体物の造形手順（重量及び慣性モーメントを再現する場合）を示すフローチャート図である。
【図２２】立体物の造形する従来の方法（溶融物堆積法）を模式的に示す図である。
【図２３】立体物の造形する従来の方法（インクジェット法）を模式的に示す図である。
【図２４】立体物の造形する従来の方法（インクジェットバインダ法）を模式的に示す図である。
【図２５】立体物の造形する従来の方法（光造形法）を模式的に示す図である。
【図２６】立体物の造形する従来の方法（粉末焼結法）を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
背景技術で示したように、３次元の立体物を造形する技術として、ラピッド・プロトタイピイングと呼ばれる技術が知られており、立体物を造形する手法として、溶融物堆積法（ＦＤＭ）、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法（ＳＬ）、粉末焼結法（ＳＬＳ）などが知られている。
【００１４】
溶融物堆積法（ＦＤＭ）では、図２２に示すように、ヘッドは、その高さの層の中で、一筆書きのように動きながら、造形材料を重ねてゆく。例えば、熱可塑性の材料を加熱して流動状にし、一方のノズルから押し出しながら断面形状を描く。また、必要に応じて、熱可塑性のサポート材料を加熱溶融し、もう一方のノズルから押し出す。そして、供給された材料が冷めると薄い硬化層ができる。この処理を繰り返した後、サポートを溶解することにより、立体物を造形する。
【００１５】
また、インクジェット法では、図２３に示すように、一般の紙用のインクジェットプリンタの様に、Ｘ方向に往復運動を繰り返しながら、Ｙ方向に移動させる。例えば、熱可塑性の材料（ビルド材料）を加熱溶融し、一方のインクジェットノズルから、断面形状に基づいて滴下する。また、必要に応じて、熱可塑性のサポート材料を加熱溶融し、もう一方のインクジェットノズルからモデルの外周や内周に滴下する。そして、滴下した材料が冷めると薄い硬化層ができ、一層積み上げる度に層の上を切削する。この処理を繰り返すことにより、立体物を造形し、後でサポートを溶解する。
【００１６】
また、インクジェットバインダ法では、図２４に示すように、粉末を敷き詰めた上からインクジェットノズルで断面形状に基づいてバインダを滴下し、粉末同士を接着させて薄い固化層を作る。そして、できた固化層の上に粉末を薄く敷き詰め、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
【００１７】
また、光造形法では、図２５に示すように、レーザービームで樹脂液面を断面形状通りに走査することにより、表層の硬化と下層との接合を行う。そして、一層の厚さ分だけ、テーブルを降下し、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
【００１８】
また、粉末焼結法では、図２６に示すように、粉末を敷き詰めた上から赤外線レーザービームで断面形状通りに走査することにより、粉末同士を焼結させ、薄い固化層を作る。このとき、焼結により下層との接合も行う。そして、できた固化層の上に粉末を薄く敷き詰め、この処理を繰り返すことにより、立体物を造形する。
【００１９】
このような手法を用いることにより、見た目が造形対象物と同じ立体物を造形することができる。しかしながら、これらの手法は、均一な密度の造形材料を用いて立体物を造形する手法であり、造形対象物と同じ重量の立体物を造形するものではないため、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができない。また、これらの手法は、重心位置やモーメントを造形対象物と同じにするものではないため、造形対象物と同じ重量であったとしても、動かした時の重量感を再現することができない。
【００２０】
そこで、本発明の一実施の形態では、溶融物堆積法（ＦＤＭ）やインクジェット法などで動作する立体物造形装置に、造形パラメータ生成部を設け、造形パラメータ生成部は、造形対象物の形状情報及び重量情報と造形材料の重量情報とを用いて、重量を再現するための造形材料の積み方を決定する。そして、造形材料の充填率又は混合比を全体または部分的に調整することによって、造形対象物と同じ重量や重心位置、モーメントを実現する。
【００２１】
具体的には、造形対象物の重量情報に基づき、造形対象物の重量を調整するため、造形対象全域にわたって造形材料を均一の粗密比で造形する。又は、造形対象物の重量分布を調整するため、造形対象の部位毎に、造形材料の充填率を変えて造形する。又は、造形対象物の重量を調整するため、造形対象全域にわたって、複数の造形材料の混合比を均一にして造形する。又は、造形対象物の重量分布を調整するため、造形対象の部位毎に、複数の造形材料の混合比を変えて造形する。
【００２２】
これらにより、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができ、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。
【実施例】
【００２３】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る立体物造形装置及び制御プログラムについて、図１乃至図２１を参照して説明する。図１は、造形物の重量を再現する手法を分類して説明する図であり、図２は、粗密によって重量を再現するための構造例を示す図、図３は、複数の造形材料を使用して重量を再現する場合のヘッドの構造を模式的に示す図である。また、図４は、本実施例の立体物造形装置の構成を示すブロック図であり、図５は、本実施例の立体物の造形手順を示すフローチャート図である。また、図６乃至図９、図１２乃至図１８は、造形物の重量を再現する手法を示す図であり、図１０及び図１１は、造形物の重心位置を再現する手法を示す図である。また、図１９及び図２０は、造形物のモーメントを再現する手法を示す図であり、図２１は、本実施例の立体物の造形手順（モーメントを再現する場合）を示すフローチャート図である。
【００２４】
なお、以下の実施例において、造形の対象となる物品を造形対象物と呼び、造形対象物を模して立体物造形装置で作製される物品を造形物と呼ぶ。また、造形物を作製する際に利用する素材を造形材料と呼ぶ。
【００２５】
また、充填率とは、単位空間体積に占める、造形材料の体積の比率であり、粗密の程度を表す。充填率が１００％に満たない場合、空間内で造形材料以外が占める部分は、空気などの気体や水などの液体、真空などに対応する。また、混合比とは、単位空間体積に占める、個々の造形材料の体積の比率（充填率）の比率であり、充填率比と同義である。例えば、造形材料Ａの充填率＝２０％、造形材料Ｂの充填率＝３０％、造形材料Ｃの充填率＝５０％の場合、ＡＢＣの混合比は、２対３対５であり、ＡＢＣ合計の充填率は１００％である。また、造形材料Ａの充填率＝２０％、造形材料Ｂの充填率＝２０％、造形材料Ｃの充填率＝５０％の場合、ＡＢＣの混合比は、２対２対５であり、ＡＢＣ合計の充填率は９０％である。
【００２６】
造形対象物に基づいて造形物を作製する際、本実施例では、造形材料の充填率（粗密の程度）又は混合比を全体又は部分的に調整することによって、造形対象物の重量を再現するが、重量を再現する方法としては様々な方法が考えられる。以下、図１を参照して具体的に説明する。
【００２７】
［１種類の造形材料を用い、造形物の単位空間体積あたりの重量を全領域で同じにする方法（図１（ａ）参照）］
【００２８】
この方法の場合、造形対象物の３次元のデータ（ＣＡＤ（Computer Aided Design）データやデザインデータなど、以下、３Ｄデータと称する。）に含まれる、造形物の形状情報及び重量情報（総重量情報、又は、単位体積あたりの重量情報、又は、造形対象物を構成するパーツ毎の重量又は単位体積あたりの重量を合算して求めた重量情報）から、造形物の形状情報及び重量情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量情報とに基づいて、造形材料の充填率を求め、求めた充填率に従って造形物を作製する。充填率を調整するには、例えば、図２に示すハニカム構造やスポンジ構造、コルゲート構造になるように造形材料を積層し、造形物全体に均等に空洞を形成すればよい。また、造形材料を射出するヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、一定の割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
【００２９】
［１種類の造形材料を用い、造形物の単位体積あたりの重量を部分的に変化させる方法（図１（ｂ）参照）］
【００３０】
この方法の場合、造形対象物の３Ｄデータに含まれる、パーツ毎の形状情報及び単位体積あたりの重量情報から、造形物の形状情報及び重量分布情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量分布情報とに基づいて、部位毎の造形材料の充填率を求め、部位毎に求めた充填率に従ってそれぞれの部位を造形し造形物全体を作製する。充填率を調整するには、例えば、図２に示すハニカム構造やスポンジ構造、コルゲート構造の空洞のサイズを部分的に変えて造形すればよい。また、上記と同様にヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、更に、巻き込む空気の量を調整できるようにし、部位に応じた割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
【００３１】
［複数種類の造形材料を均等に混ぜ合わせて、造形物の単位体積あたりの重量を全領域で同じにする方法（図１（ｃ）参照）］
【００３２】
この方法の場合、造形対象物の３Ｄデータに含まれる、造形物の形状情報及び重量情報（総重量情報、又は、単位体積あたりの重量情報、又は、パーツ毎の重量又は単位体積あたりの重量を合算して求めた重量情報）から、造形物の形状情報及び重量情報を作成し、装置に搭載されている複数の造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量情報とに基づいて、複数の造形材料の混合比を決定し、決定された混合比に従って混合した造形材料を積み重ねて造形物を作製する。なお、造形物の充填率は１００％にしてもよいし、１００％よりも小さくしてもよい。充填率を１００％にする場合は、図３（ａ）に示すように、ヘッド内で複数の造形材料を混合して射出するようにしてもよいし（左図参照）、複数の造形材料を混合するための混合ユニットをヘッドの前段に配置し、その混合ユニットで混合した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい（右図参照）。また、充填率を１００％よりも小さくする場合は、混合した造形材料を用いて、造形物全体に均等に空洞が形成されるように造形すればよい。また、ヘッドの形状を工夫して空気を巻き込むようにし、一定の割合で空洞が形成されるようにすることもできる。
【００３３】
［複数種類の造形材料を用いて、造形物の単位体積あたりの重量を部分的に変化させる方法（図１（ｄ）、（ｅ）参照）］
【００３４】
この方法の場合、造形対象物の３Ｄデータに含まれる、パーツ毎の形状情報及び単位体積あたりの重量情報から、造形物の形状情報及び重量分布情報を作成し、装置に搭載されている造形材料の単位体積あたりの重量情報と作成された形状情報及び重量分布情報とに基づいて、部位毎の複数の造形材料の混合比を決定し、決定された混合比に従って混合した造形材料を積み重ねて造形物を作製する。例えば、ヘッドから造形材料を射出する場合、図３（ａ）に示すように、部位に応じて複数の造形材料の混合比をヘッド内で調整してもよいし（左図参照）、複数の造形材料を混合するための混合ユニットをヘッドの前段に配置し、部位に応じて混合ユニットで混合した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい（右図参照）。また、図３（ｂ）に示すように、各々の造形材料を別々のヘッドに注入し、部位毎にヘッドを切り替えて所望の造形材料を射出するようにしてもよいし（左図参照）、複数の造形材料を切り替えるための材料セレクタをヘッドの前段に配置し、部位に応じて材料セレクタで選択した造形材料をヘッドから射出するようにしてもよい（右図参照）。
【００３５】
次に、図１に示す方法を用いて造形物を作製する装置について説明する。図４は、本実施例の立体物造形装置の構成を示すブロック図である。この立体物造形装置は、溶融物堆積法（ＦＤＭ）やインクジェット法などを用いて立体物を造形する装置であり、制御ブロック１０とヘッド移動機構ブロック２０と造形材料取り扱いブロッ３０の、３つのブロックから構成される。以下、各ブロックについて説明する。
【００３６】
［制御ブロック］
制御ブロック１０は、３Ｄデータ入力部１１と、造形パラメータ生成部１２と、パーツ情報データベース１３と、造形材料データベース１４などで構成される。
【００３７】
３Ｄデータ入力部１１は、造形対象物の３Ｄデータ（ＣＡＤデータやデザインデータなど）をコンピュータ装置などから取得し、造形パラメータ生成部１２に転送する。なお、３Ｄデータを取得する方法は特に限定されず、有線通信や無線通信、Bluetooth（登録商標）などの短距離無線通信を利用して取得してもよいし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体を利用して取得してもよい。また、この３Ｄデータは、造形対象物を設計するコンピュータから直接取得してもよいし、３Ｄデータを管理／保存するサーバなどから取得してもよい。
【００３８】
造形パラメータ生成部１２は、３Ｄデータを解析して造形対象物の形状情報及び重量情報を抽出し、抽出した造形対象物の形状情報及び重量情報と、造形材料データベース１４に記憶された造形材料の重量情報から、造形物の形状及び重量を再現するための造形材料の充填率や混合比を算出し、算出した充填率や混合比で造形材料を積層するための造形情報に変換する。そして、ヘッド移動機構ブロック２０に、造形材料を所望の場所に射出させるための機構制御情報を送信すると共に、造形材料取り扱いブロック３０に、層毎の造形材料を規定するスライスデータを送信する。
【００３９】
上記３Ｄデータ入力部１１及び造形パラメータ生成部１２は、ハードウェアとして構成してもよいし、３Ｄデータ入力部１１及び造形パラメータ生成部１２として機能させる制御プログラムとして構成し、当該制御プログラムを立体物造形装置又は当該立体物造形装置を制御する装置で動作させる構成としてもよい。
【００４０】
パーツ情報データベース１３は、造形対象物を構成する各パーツに関する情報（各パーツの位置や形状、素材などの情報）を記憶し、記憶した情報を造形パラメータ生成部１２に提供する。
【００４１】
造形材料データベース１４は、立体物造形装置に搭載されている造形材料に関する情報（単位体積あたりの重量などの情報）を記憶し、記憶した情報を造形パラメータ生成部１２に提供する。
【００４２】
［ヘッド移動機構ブロック］
ヘッド移動機構ブロック２０は、ヘッド移動ブロック２１とステージ移動ブロック２２などで構成される。ヘッド移動ブロック２１は、Ｘ方向移動部２１ａとＹ方向移動部２１ｂなどで構成され、ステージ移動ブロック２２は、Ｚ方向移動部２２ａなどで構成される。
【００４３】
ヘッド移動ブロック２１（Ｘ方向移動部２１ａ及びＹ方向移動部２１ｂ）は、制御ブロック１０から取得した機構制御情報に従って、図示しないモータ及び駆動機構を駆動し、造形材料を射出するためのヘッドをＸ方向（横方向）やＹ方向（横方向）に自在に移動させる。
【００４４】
ステージ移動ブロック２２（Ｚ方向移動部２２ａ）は、制御ブロック１０から取得した機構制御情報に従って、図示しないモータ及び駆動機構を駆動し、造形ステージをＺ方向（下方向）に移動させたり、ヘッド移動ブロック２１をＺ方向（上方向）に移動させたりして、ヘッドと造形物との間隔を調整する。
【００４５】
［造形材料取り扱いブロック］
造形材料取り扱いブロック３０は、造形材料供給部３１と、造形材料射出部３２と、サポート材料供給部３３と、サポート材料射出部３４などで構成される。
【００４６】
造形材料供給部３１は、制御ブロック１０から取得したスライスデータに従って、造形材料を選択したり、複数の造形材料を混合したりして、選択又は混合した造形材料をヘッドに供給する。また、造形材料射出部３２は、制御ブロック１０から取得したスライスデータに従って、造形材料を造形ステージ上に射出して所望の充填率で積層する。なお、造形材料供給部３１及び造形材料射出部３２は、立体物造形装置に各々一つ搭載してもよいし、各々複数搭載してもよい。
【００４７】
サポート材料供給部３３は、制御ブロック１０から取得したスライスデータに従って、造形完了後に水や熱、剥離剤などによって除去されるサポート材料をヘッドに供給する。また、サポート材料射出部３４は、制御ブロック１０から取得したスライスデータに従って、サポート材料を造形ステージ上に射出して積層する。このサポート材料は、上方向に造形する際、オーバーハングしている部位などを造形する場合に、上層の造形材料を支える柱のような役割を担う。従って、オーバーハングしていない造形物を作製する場合は、サポート材料供給部３３及びサポート材料射出部３４を省略することができる。
【００４８】
次に、上記構成の立体物造形装置を用いて、形状及び重量を再現した造形物を作製する手順について、図５のフローチャート図を参照して説明する。
【００４９】
まず、コンピュータ装置を用いて、造形対象物のＣＡＤデータやデザインデータなどの３Ｄデータを作成する。このＣＡＤデータやデザインデータには、造形物の形状情報はもちろん、造形物の部位毎の重量情報もしくは造形物を構成するパーツ毎の重量情報や素材情報が含まれている。
【００５０】
コンピュータ装置で作成された３Ｄデータは、立体物造形装置の制御ブロック１０（３Ｄデータ入力部１１）によって取り込まれ、造形パラメータ生成部１２に送られる（Ｓ１０１）。
【００５１】
造形パラメータ生成部１２では、３Ｄデータを解析して、造形材料を構成するパーツが一つであるかを判断する（Ｓ１０２）。造形物の単位体積あたりの重さが全体にわたって均一な場合（すなわち、造形物が一つのパーツで構成されている場合）は、３Ｄデータの形状情報と総重量情報を抽出する（Ｓ１０４）。
【００５２】
一方、造形物の単位体積あたりの重さが部位毎又はパーツ毎に異なる場合（すなわち、造形物が複数のパーツで構成されている場合）は、３Ｄデータにパーツ毎の重量情報が規定されているかを判断し（Ｓ１０３）、３Ｄデータにパーツ毎の重量情報が規定されている場合は、パーツ毎に形状情報と重量情報を抽出する（Ｓ１０５）。
【００５３】
３Ｄデータにパーツ毎の重量情報が規定されていない場合は、３Ｄデータから形状情報を抽出すると共に、パーツ情報データベース１３から各パーツに関する情報を取得して、パーツ毎の重量情報に変換する（Ｓ１０６）。なお、電池などの固有物であれば直接、重量情報を入手し、プラスチックや鉄などの素材であれば単位体積あたりの重量と形状から求めたパーツ体積とにより重量情報を求める。
【００５４】
このようにして、全体又はパーツ毎の重量情報が確定したら（Ｓ１０７）、造形パラメータ生成部１２は、造形材料データベースから、使用する造形材料の単位体積あたりの重量情報を取得する（Ｓ１０８）。
【００５５】
そして、造形パラメータ生成部１２は、造形対象物の形状情報及び重量情報と、造形材料の単位体積あたりの重量情報と、に基づいて、造形対象物の形状及び重量を再現するためにはどのような充填率又は混合比の造形材料をどの位置に射出すればよいかを規定する造形情報（ヘッド移動機構ブロック２０に対する機構制御情報と、造形材料取り扱いブロック３０に対するスライスデータ）に変換する（Ｓ１０９）。
【００５６】
変換が完了したら、実際の造形動作に移る。具体的には、造形パラメータ生成部１２は、ヘッド移動機構ブロック２０に機構制御情報を送り、造形材料取り扱いブロック３０にスライスデータを送る。そして、ヘッド移動機構ブロック２０は、機構制御情報に従って、造形材料を射出するヘッドの位置を３次元に移動させ、同時に、造形材料取り扱いブロック３０は、スライスデータに従って造形材料を射出して積層する。
【００５７】
例えば、ヘッド移動機構ブロック２０では、図示しないモータ及び駆動機構を使用して、造形材料を射出するためのヘッドをＸ方向（横方向）、Ｙ方向（横方向）、Ｚ方向（高さ方向）に自在に移動させる。また、造形材料取り扱いブロック３０では、造形材料供給部３１は造形材料射出部３２に造形材料を供給し、サポート材料供給部３３は、サポート材料射出部３４にサポート材料を供給する。そして、造形材料及びサポート材料を順次積層して造形物を完成させる。
【００５８】
上記制御を行うことにより、造形対象物と同じ形状を再現するのみならず、造形対象物と同じ重量を再現することができ、より実物に近い造形物を作製することができる。
【００５９】
以上、形状及び重量が再現された造形物を作製する際の基本動作について説明したが、以下では、造形対象物としてワイヤレスマウスを作製する場合を例にして、具体的な制御について説明する。
【００６０】
まず、図６に示すように、一つの造形材料を使用して全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、３Ｄデータ入力部１１から得られた造形対象物の単位体積あたりの重さが３ｇ／ｃｍ３、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重さが４ｇ／ｃｍ３とすると、充填率は、３／４＝０．７５＝７５％となるため、７５％の充填率で造形材料を積層して造形する。その際、造形材料は造形物の完成後の外観を表現するとともに、構造物としての強度を確保するため、造形材料がつながる様に成型する。また、充填率が１００％に満たない場合、残りの部分（この例では、２５％の部分）は空間として作成する。
【００６１】
また、３Ｄデータ入力部１１から得られる３Ｄデータが形状情報と総重量情報である場合は、形状情報から立体物の体積（容積）を求め、総重量を求めた体積で除算して、単位体積あたりの重量を求めれば、上述した方法で充填率を求めることができる。例えば、体積１００ｃｍ３、総重量３００ｇの場合は、単位体積あたりの重さは３００／１００＝３ｇ／ｃｍ３となるため、上記と同様に充填率は、３／４＝０．７５＝７５％となる。
【００６２】
次に、図７に示すように、一つの造形材料を使用し、パーツ毎に造形材料の充填率（粗密の程度）を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、ワイヤレスマウスが、筐体（シェル）と電池と光学部品を搭載した基板の３つのパーツで構成されている場合、３Ｄデータ入力部１１から得られた３Ｄデータから、筐体と電池と基板のそれぞれのパーツの形状情報と重量情報を入手する。
【００６３】
例えば、それぞれのパーツの体積と重量が、
筐体・・・材料体積：１００ｃｍ３、重量：１００ｇ、
電池・・・材料体積：２５ｃｍ３、重量：１００ｇ、
基板・・・材料体積：２５ｃｍ３、重量：５０ｇ、とした場合、
それぞれのパーツの単位体積あたりの重量は、
筐体・・・１００／１００＝１ｇ／ｃｍ３、
電池・・・１００／２５＝４ｇ／ｃｍ３、
基板・・・５０／２５＝２ｇ／ｃｍ３、と算出できる。
【００６４】
ここで、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量を４ｇ／ｃｍ３とすると、それぞれのパーツの充填率は、
筐体・・・１／４＝０．２５＝２５％、
電池・・・４／４＝１．００＝１００％、
基板・・・２／４＝０．５０＝５０％、と算出できる。
【００６５】
上記計算の結果、筐体部位は２５％の充填率で造形し、電池部位は１００％の充填率で造形し、基板部位は５０％の充填率で造形すれば、ワイヤレスマウスの重量を再現することができる。その際、上記と同様に、造形材料は造形物の完成後の外観を表現するとともに、構造物としての強度を確保するため、造形材料がつながる様に成型する。また、充填率１００％に満たない場合、残りの部分（筐体部位は７５％、基板部位は５０％）は空間として作成する。なお、３Ｄデータから直接パーツ毎の単位体積あたりの重量情報が取得できる場合は、単位体積あたりの重量情報に変換する計算は不要となる。
【００６６】
次に、図８に示すように、複数（ここでは２種類）の造形材料を使用し、複数の造形材料の混合比を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、造形材料Ａの単位体積あたりの重量をａ（ｇ／ｃｍ３）、造形材料Ｂの単位体積あたりの重量をｂ（ｇ／ｃｍ３）、完成品の単位体積あたりの重量をｍ（ｇ／ｃｍ３）とすると、造形材料Ａと造形材料Ｂの混合割合Ｓは、方程式：ａ×Ｓ＋ｂ×（１−Ｓ）＝ｍを解くことによって求めることができる。
【００６７】
具体的には、３Ｄデータ入力部１１から得られた造形物の完成品の単位体積あたりの重量が３ｇ／ｃｍ３であり、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量が６ｇ／ｃｍ３と２ｇ／ｃｍ３の２種類である場合、方程式：６×Ｓ＋２×（１−Ｓ）＝３を解くことによって、Ｓ＝１／４＝０．２５が得られる。よって、造形材料Ａと造形材料Ｂの混合比は１対３となる。
【００６８】
次に、図９に示すように、複数（ここでは２種類）の造形材料を使用し、パーツ毎に造形材料を変えて全体を均一に造形する場合について説明する。例えば、ワイヤレスマウスが、筐体（シェル）と電池と光学部品を搭載した基板の３つのパーツで構成されている場合、３Ｄデータ入力部１１から得られた３Ｄデータから、筐体と電池と基板のそれぞれのパーツの形状情報と重量情報を入手する。
【００６９】
例えば、それぞれのパーツの体積と重量が、
筐体・・・材料体積：１００ｃｍ３、重量：１００ｇ、
電池・・・材料体積：２５ｃｍ３、重量：１００ｇ、
基板・・・材料体積：２５ｃｍ３、重量：５０ｇ、とした場合、
それぞれのパーツの単位体積あたりの重量は、
筐体・・・１００／１００＝１ｇ／ｃｍ３、
電池・・・１００／２５＝４ｇ／ｃｍ３、
基板・・・５０／２５＝２ｇ／ｃｍ３、と算出できる。
【００７０】
ここで、立体物造形装置で使用する造形材料Ａの単位体積あたりの重量をａ（ｇ／ｃｍ３）、造形材料Ｂの単位体積あたりの重量をｂ（ｇ／ｃｍ３）とし、筐体、電池、基板それぞれのパーツの造形材料Ａと造形材料Ｂの混合割合Ｓ（筐体）、Ｓ（電池）、Ｓ（基板）は、方程式：ａ×Ｓ＋ｂ×（１−Ｓ）＝ｍを解き、Ｓを求めればよい。
【００７１】
具体的には、立体物造形装置で使用する造形材料の単位体積あたりの重量が４ｇ／ｃｍ３（造形材料Ａ）と１ｇ／ｃｍ３（造形材料Ｂ）の２種類である場合、
筐体（１ｇ／ｃｍ３）の混合比は、
４×Ｓ＋１×（１−Ｓ）＝１からＳ＝０．０であり、造形材料Ａの割合＝０％、造形材料Ｂの割合＝１００％、
電池（４ｇ／ｃｍ３）の混合比は、
４×Ｓ＋１×（１−Ｓ）＝４からＳ＝１．０であり、造形材料Ａの割合＝１００％、造形材料Ｂの割合＝０％、
基板（２ｇ／ｃｍ３）の混合比は、
４×Ｓ＋１×（１−Ｓ）＝２からＳ＝０．３３であり、造形材料Ａの割合＝３３．３％、造形材料Ｂの割合＝６６．７％となり、筐体、電池、基板の各部位は、上記の割合で造形材料Ａと造形材料Ｂを混合すれば良い。
【００７２】
また、上記筐体の単位体積あたりの重量が、０．５ｇ／ｃｍ３であった場合、軽い方の造形材料Ｂよりも軽く造形する必要があるため、筐体部は、造形材料Ｂ（１ｇ／ｃｍ３）のみを使用し、かつ充填率５０％で造形することで、０．５ｇ／ｃｍ３を実現することができる。その際、造形材料を充填しない残りの部分は空間とするが、強度を確保するために造形材料がつながる様に成型することが好ましい。また、３Ｄデータ入力部１１から直接、パーツ毎の単位体積あたりの重量情報が取得できる場合は、単位体積あたりの重量情報に変換する計算は不要となる。
【００７３】
以上、造形対象物と同じ重量を再現する手法について説明したが、同じ重量であっても、重心位置が異なると、手に持った時の重量感が異なる。そこで、より造形対象物に近づけるために、造形材料の充填率を変化させたり、複数の造形材料の混合比を変化させたりすることによって、造形対象物と同じ重心位置を再現することもできる。
【００７４】
例えば、１種類の造形材料を使用する場合は、図１０に示すように、上記と同様に、３Ｄデータ入力部１１から得られた３Ｄデータから、造形対象物を構成する各パーツ（筐体、第１電池、第２電池、基板）の重量を取得し、各パーツの中心座標とそのパーツの重量とに基づき、公知の手法を利用して、造形対象物全体の重心位置を求める。そして、造形対象物の重量を再現しつつ、重心位置近傍は造形材料の充填率を高く（密に）し、それ以外は造形材料の充填率を低く（粗に）して、造形対象物の重心位置も再現する。
【００７５】
また、複数種類の造形材料を使用する場合は、図１１に示すように、３Ｄデータ入力部１１から得られた３Ｄデータから、造形対象物を構成する各パーツ（筐体、第１電池、第２電池、基板）の重量を取得し、各パーツの中心座標とそのパーツの重量とに基づき、公知の手法を利用して、造形対象物全体の重心位置を求める。そして、造形対象物の重量を再現しつつ、重心位置近傍は単位体積あたりの重量が大きい（重い）造形材料を使用し、それ以外は単位体積あたりの重量が小さい（軽い）造形材料を使用して、造形対象物の重心位置も再現する。
【００７６】
以上、造形対象物が複数のパーツで構成されている場合、パーツに充填率（粗密）や造形材料の混合比を変えて造形する構成としたが、より細かく重量を再現する場合は、図１２に示すように、造形対象物を微小体積単位に細分化することもできる。
【００７７】
例えば、３Ｄデータ入力部１１から得られた造形対象物全体の形状と構成する部位毎のパーツ情報から、全体をＸＹＺ方向（縦横高さ方向）の微小立方体又は有形の微小立体に細分化して、細分化された個々の立体領域全てに対して、重量情報を作成し、得られた立体領域毎の重量情報に基づいて、忠実に立体領域毎に充填率や混合比を変えて、微小領域単位で重量を再現することができる。
【００７８】
なお、３Ｄデータ入力部１１から得られた造形対象物の重量情報の中で、立体物造形装置が搭載している最も重い造形材料よりも、単位体積あたりの重量が大きい部分がある場合、全ての領域で重量を忠実に再現することはできない場合がある。すなわち、最も重い造形材料より重い部分は、重量を再現することはできない。しかしながら、造形対象物全体が造形材料より重くない限り、内部の領域の重量配分を変えて、総重量や重心位置を合わせることは可能である。
【００７９】
例えば、図１３に示す様な卵型の造形物の場合、オリジナル３Ｄデータはコア部に比重２．０の領域があり、最も重い造形材料の比重が１．０であった場合、コア部の体積を増やして、重心位置を保ったまま、全体の重量を調整することが可能となる。
【００８０】
次に、造形対象物の質感を再現する手法について説明する。立体物造形装置で作製する造形物は、外観を評価するモックアップとして使用されることも多い。立体物造形装置の造形物を手にとって見るとき、内部の様子は見ることが出来ないが、表面部分は評価者の視線にさらされたり、持ったり触ったりしたときに、手触り感が評価される。すなわち、何処から見ても、何処を触って同じ質感を提供することが求められる。
【００８１】
一方、造形材料の充填率（粗密）や混合比を変えて重量調整を行う場合、造形物の表面と内部の全ての領域で造形パラメータの調整を行うと、以下のような不具合が生じる。
【００８２】
例えば、表面の部位毎に充填率（粗密）を変えると、密の部分は凹凸がなく均一でツルッとなめらかになる反面、粗の部分は少なからずスポンジ状のスカスカした状態になり、見た目も触感も凸凹したものなってしまう。また、密の部分は造形材料同士がつながる部分が多くなり、強度的にも強固になる反面、粗の部分は材料同士のつながりが少なくなり、接合部の強度が低下し、強度的に弱くなるという問題が生じる。
【００８３】
また、表面の部位毎に造形材料の混合比を変えると、部位毎の混合比の違いにより質感や色が異なってしまう場合がある。例えば、黒色のゴム材料と白色の樹脂材料を混合する場合、黒色ゴム材の割合が高い部位は、濃色で柔らかく造形され、逆に白色樹脂材の割合が高い部位では、濃色で硬い質感になってしまう。
【００８４】
これらの問題を解決し、何処から見ても何処を触っても同じ質感を再現できるようにするために、図１４に示すように、造形材料が１種類の場合は、造形物の表面部は内部と異なる充填率（粗密）や混合比で造形するようにする。また、表面部を造形材料の充填率を高めた（充填率１００％も含めて）充填率とすることで、表面部の造形材料同士の結合を多くし、強度を強くすることができる。すなわち、粗密を形成するための空間は表面部から見えない内部に形成し、造形物全体で均一な重量と造形強度と質感を再現する。
【００８５】
このとき、表面部と内部では単位体積あたりの重量が異なるが、多くの場合、表面部の体積は内部に比べて小さいため、全体重量に関わる影響は無視することができるし、表面部で増えてしまった重量は内部の重量を減らすことで相殺することもできる。また、造形材料が２種類以上の場合、造形物の表面部だけは例外として、内部と異なる所定の混合比で造形することで、表面の質感を整えることもできる。
【００８６】
次に、部位毎に充填率（粗密）や混合比を変える方法について説明する。造形ヘッドから射出された造形材料を積層する際、図１５に示すように、造形材料の積層の層毎に制御する方法と、ライン層毎に制御する方法と、ドット毎に制御する方法とが考えられる。以下、それぞれの方法の利点を比較して説明する。
【００８７】
図１６（ａ）に示すように、積層の層毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図１６（ｂ）に示すように、積層の層毎に単一の造形材料の充填率や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、層毎の切り替えに関しては、ライン毎の切り替えやドット毎の切り替えと比較して、切り替えスピードが求められない。従って、性能の低い切り替え機構で実現できるというメリットがある。
【００８８】
また、図１７（ａ）に示すように、積層のライン毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図１７（ｂ）に示すように、積層のライン毎に単一の造形材料の充填率や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、ライン毎の切り替えに関しては、層毎切り替えと比較して、高速で実施することが求められるが、造形物はより細かく重量を制御することができるというメリットがある。なお、熱溶融方式などの一筆書きの造形方式では、一定長さ単位の切り替えで代用できる。
【００８９】
また、図１８（ａ）に示すように、積層のドット毎に使用する造形材料を切り替えて造形、又は、図１８（ｂ）に示すように、積層のドット毎に単一の造形材料の粗密比や複数の造形材料の混合比を変えて造形する方法の場合、ドット毎の切り替えに関しては、層毎やライン毎の切り替えと比較して、高速で実施することが求められるが、造形物は最も細かく重量を制御できるメリットがある。
【００９０】
このように、それぞれの方法にはメリットがあるため、立体物造形装置の性能や造形物に求められる再現性を勘案して、いずれかの方法を用いて造形物を作製するかを決定することができる。また、いずれの方法も使用可能な立体物造形装置を使用する場合は、充填率（粗密）や混合比の変化が小さい部分は層毎に切り替え、充填率（粗密）や混合比の変化が中程度の部分はライン毎に切り替え、充填率（粗密）や混合比の変化が大きい部分はドット毎に切り替えるようにすることも可能である。
【００９１】
以上、造形対象物の重量や重心位置、質感などを再現する場合について説明したが、重量や重心位置が同じであっても、モーメントが異なると、造形物を動かした時の重量感が異なる。そこで、より造形対象物に近づけるために、造形材料の充填率（粗密）を変化させたり、複数の造形材料の混合比を変化させたりすることによって、造形対象物と同じモーメントを再現することもできる。
【００９２】
図１９に示すようなバットを例にして、剛体モーメントを再現する方法について説明する。３Ｄデータ入力部１１より、バットの形状情報と重量情報を取得すると共に、予め指定された基準点Ｙの位置を取得する。この時、バット上の基準点Ｙには、グリップ側にかかる荷重と、トップ側に掛かる荷重の合力が加わる。そこで、まず、基準点Ｙを境に左右に分けてそれぞれの荷重を求める。
【００９３】
基準点Ｙよりグリップ側の荷重としては、グリップ側の重心にかかる重力（Ｍａ×ｇ）に重心までの距離Ｌ１を乗じた荷重が加わる。また、基準点Ｙよりトップ側の荷重としては、トップ側の重心にかかる重力（Ｍｂ×ｇ）に重心までの距離Ｌ２を乗じた荷重が加わる。よって、基準点Ｙに加わる力は、重力方向と反対方向に加わる（Ｍａ＋Ｍｂ）×ｇの力と、左右の荷重差の（Ｍｂ×ｇ×Ｌ２）−（Ｍａ×ｇ×Ｌ１）の回転力の合力となる。
【００９４】
そこで、本実施例では、造形材料の充填率（粗密）や複数の造形材料の混合比を調整することで、総重量を（Ｍａ＋Ｍｂ）とし、基準点Ｙにかかる力を（Ｍｂ×ｇ×Ｌ２）−（Ｍａ×ｇ×Ｌ１）になるように、造形材料の配分を調整して造形する。
【００９５】
この時、３Ｄデータ入力部１１より入手した形状情報と重量情報を忠実に再現してもよいが、形状と総重量とモーメントを再現するだけであれば、忠実に再現する必要はない。もちろん、総重量は絶対的な値となるため、変えることは出来ないが、造形材料の配置は変わっても基準点にかかるモーメントは所望の値に調整できる。例えば、図２０（ａ）に示すように、基準点から１００ｍｍ離れた位置に２００ｇの荷重をかけた場合と、基準点から２００ｍｍ離れた位置に１００ｇの荷重をかけた場合とでは、基準点にかかる力の作用は同じとなるため、どちらの重量配分にして造形しても良い。
【００９６】
また、力のモーメントではなく、回転モーメントで再現することもできる。一般に回転モーメントは質量と半径の２乗で計算できるため、例えば、図２０（ｂ）に示すように、基準点から１００ｍｍ離れた位置に２００ｇの荷重を設けたものを回転させた場合と、基準点から１４１ｍｍ（正確には√２００ｍｍ）離れた位置に１００ｇの荷重をかけた場合とでは、回転モーメントは同じとなる。
【００９７】
以下、モーメントを再現する場合の立体物造形装置の動作について、図２１のフローチャート図を参照して説明する。
【００９８】
まず、造形パラメータ生成部１２は、３Ｄデータ入力部より、３次元の形状情報と各パーツの配置情報と各パーツの重量情報又は単位体積あたりの情報を入手する（Ｓ２０１）。次に、予め指定された基準点情報を入手する（Ｓ２０２）。また、造形材料データベースより、搭載している造形材料の単位体積あたりの情報を入手する（Ｓ２０３）。次に、力のモーメント再現モードか、回転モーメント再現モードかの選択指示を入手する（Ｓ２０４）。
【００９９】
力のモーメント再現モードが選択された場合（Ｓ２０５のＹｅｓ）は、造形パラメータ生成部１２は、入手した形状情報と重量情報から、基準点に対する力のモーメント値を求め（Ｓ２０６）、求めた力のモーメント値を再現するため、造形材料データベースより入手した造形材料の単位体積あたりの重量情報を用いて、造形物の部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報（一般に、立体物造形装置は層毎のスライスデータ）に変換する（Ｓ２０７）。
【０１００】
一方、回転モーメント再現モードが選択された場合（Ｓ２０５のＮｏ）は、造形パラメータ生成部１２は、入手した形状情報と重量情報から、基準点に対する回転モーメント値を求め（Ｓ２０８）、求めた回転モーメント値を再現するため、造形材料データベースより入手した造形材料の単位体積あたりの重量情報を用いて、造形物の部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報（一般に、造形装置は層毎のスライスデータ）に変換する（Ｓ２０９）。
【０１０１】
その後、造形パラメータ生成部１２は、変換された部位毎の造形材料の充填率又は混合比を規定する情報に応じて、ヘッド移動機構ブロック２０の動作を制御しつつ、造形材料取り扱いブロック３０の造形材料射出部を制御して、所望の位置に所望の造形材料を射出して造形を行う。
【０１０２】
以上説明したように、本実施例の立体物造形装置では、造形対象物の重量を再現するため、より実物に近い造形物をユーザに提供することができる。また、造形対象物の重量のみならず、必要に応じて、重心位置や質感、モーメントも再現するため、外観デザインだけでなく、手で保持した場合の重さやホールド感、使用感を再現することができる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更することができる。
【０１０４】
例えば、上記実施例では、溶融物堆積法（ＦＤＭ）やインクジェット法を利用する立体物造形装置について記載したが、充填率や混合比を調整して造形材料を積層できる任意の方法に対して、同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、立体物を造形する３Ｄプリンタなどの立体物造形装置及び当該装置で動作する制御プログラムに利用可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  制御ブロック
１１  ３Ｄデータ入力部
１２  造形パラメータ生成部
１３  パーツ情報データベース
１４  造形材料データベース
２０  ヘッド移動機構ブロック
２１  ヘッド移動ブロック
２１ａ  Ｘ方向移動部
２１ｂ  Ｙ方向移動部
２２  ステージ移動ブロック
２２ａ  Ｚ方向移動部
３０  造形材料取り扱いブロック
３１  造形材料供給部
３２  造形材料射出部
３３  サポート材料供給部
３４  サポート材料射出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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