(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に基づいて、前記造形対象物と同じ形状の造形物の重心位置を求め、当該造形物が特定の支持方向に対して安定した状態となる、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する重量バランス計算部と、
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と、前記重量バランス計算部が算出した重量配分情報と、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、前記造形物の部位毎の、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】
前記造形物を、予め指定された支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項３】
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の中心点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項２に記載の立体物造形装置。
【請求項４】
前記造形物を、予め指定された１つの支持部位で支える場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持部位に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項５】
前記造形物を、予め指定された複数の支持部位で支える場合、
前記重量バランス計算部は、前記複数の支持部位から、前記造形物が前記特定の支持方向に対して安定した状態となる１つの仮想支持部位を求め、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記仮想支持部位に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項６】
可動部を有する前記造形物を、予め指定された支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記可動部が複数の特定の停止位置にある時の各々の重心位置を求め、複数の重心位置から、予め定めた計算式に従って特定の重心位置を求め、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項７】
前記造形物を、予め指定された複数の支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物を各々の支持面で立たせた時の各々の重心位置を求め、複数の重心位置から、予め定めた計算式に従って特定の重心位置を定め、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、各々の前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項８】
前記重量バランス計算部は、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の中心点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項６又は７に記載の立体物造形装置。
【請求項９】
前記造形物を、予め指定された１つの支持点で吊り下げる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１に記載の立体物造形装置。
【請求項１０】
前記造形物を、予め指定された複数の支持点で吊り下げる場合、
前記重量バランス計算部は、前記複数の支持点から、前記造形物が前記特定の支持方向に対して安定した状態となる１つの仮想支持点を求め、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記仮想支持点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１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に基づいて、前記造形対象物と同じ形状の造形物の重心位置を求め、当該造形物が特定の支持方向に対して安定した状態となる、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する重量バランス計算部、
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と、前記重量バランス計算部が算出した重量配分情報と、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、前記造形物の部位毎の、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】
前記造形物を、予め指定された支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１３】
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の中心点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１２に記載の制御プログラム。
【請求項１４】
前記造形物を、予め指定された１つの支持部位で支える場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持部位に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１５】
前記造形物を、予め指定された複数の支持部位で支える場合、
前記重量バランス計算部は、前記複数の支持部位から、前記造形物が前記特定の支持方向に対して安定した状態となる１つの仮想支持部位を求め、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記仮想支持部位に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１６】
可動部を有する前記造形物を、予め指定された支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記可動部が複数の特定の停止位置にある時の各々の重心位置を求め、複数の重心位置から、予め定めた計算式に従って特定の重心位置を求め、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１７】
前記造形物を、予め指定された複数の支持面で自立させる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物を各々の支持面で立たせた時の各々の重心位置を求め、複数の重心位置から、予め定めた計算式に従って特定の重心位置を定め、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、各々の前記支持面の外周又は頂点を結んだ線で囲まれた領域の内側に配置されるように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項１８】
前記重量バランス計算部は、前記造形物の前記特定の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持面の中心点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１６又は１７に記載の制御プログラム。
【請求項１９】
前記造形物を、予め指定された１つの支持点で吊り下げる場合、
前記重量バランス計算部は、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記支持点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を計算する、こと特徴とする請求項１１に記載の制御プログラム。
【請求項２０】
前記造形物を、予め指定された複数の支持点で吊り下げる場合、
前記重量バランス計算部は、前記複数の支持点から、前記造形物が前記特定の支持方向に対して安定した状態となる１つの仮想支持点を求め、前記造形物の重心位置を鉛直方向に延長した点が、前記仮想支持点に一致又は近づくように、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する、こと特徴とする請求項１１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、重量バランスを調整した立体物を造形する立体物造形装置及び重量バランスを調整した立体物の造形を制御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】
造形物、特に陳列を目的とした造形物にとって、安定した自立性は重要な要素であり、従来は、３Ｄ−ＣＡＤ（Computer Aided Design）などを用いて３次元データを設計する際に、予め３Ｄデータそのものを重量バランスのとれた外形形状にしたり、その内部に空洞を設けたりしておき、３Ｄプリンタ側では、内部構造を含めて、入力された内外の形状を忠実に造形することで、自立する造形物を得ていた。
【０００６】
このように、従来の３Ｄプリンタは、３Ｄ形状を忠実に再現することに特化しており、造形時に重量バランスを調整する機能はなかったため、「接地面積が小さい」、「傾いている」等の造形物の形状に起因する理由により、造形物が不安定で自立しなかったり、倒れ易かったりする場合があった。
【０００７】
また、造形物本体だけでは自立しない形状であるために、造形物と一体または別体の陳列台（支持台）に設置する造形物を造形する場合、陳列台による造形物本体の支持点を、造形物本体を安定して支えることができる部位（重心位置）に正しく一致させることは難しく、陳列時の美観を優先して支持点を設定すると、支持点が重心位置からずれて不安定になることがあった。また、吊り下げて使用する造形物を造形する場合も、吊り下げ位置を、造形物本体を安定させることができる部位（重心位置）に正しく一致させることは難しく、陳列時の美観を優先して吊り下げ位置を設定すると、支持点が重心位置からずれて不安定になることがあった。さらに、可動部がある造形物を造形する場合は、可動部の配置によってはバランスが崩れて、自立が不安定になることがあった。
【０００８】
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、重量バランスを調整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バランスを調整した立体物の造形を制御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】
【０００９】
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に基づいて、前記造形対象物と同じ形状の造形物の重心位置を求め、当該造形物が特定の支持方向に対して安定した状態となる、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する重量バランス計算部と、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と、前記重量バランス計算部が算出した重量配分情報と、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、前記造形物の部位毎の、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。
【００１０】
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に基づいて、前記造形対象物と同じ形状の造形物の重心位置を求め、当該造形物が特定の支持方向に対して安定した状態となる、前記造形物の部位毎の重量配分を算出する重量バランス計算部、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と、前記重量バランス計算部が算出した重量配分情報と、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、前記造形物の部位毎の、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】
【００１１】
本発明の立体物造形装置及び制御プログラムによれば、重量バランスを調整した立体物を造形することができる。
【００１２】
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、造形物の形状情報を取得し、この形状情報に基づいて造形物の重心位置を求め、予め指示された支持条件に対して安定した状態となる部位毎の重量配分を算出し、形状情報と重量配分情報と造形材料の重量情報とに基づいて、部位毎の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。
【００１３】
これにより、接地面が小さい造形物や、傾いていて不安定な造形物であっても、安定して自立させることができる。また、陳列台に載置する形態の造形物であっても、陳列台の支持点でバランスよく支えることができる。また、吊り下げる形態の造形物であっても、所望の方向にバランスよく吊り下げることができる。さらに、可動部のある造形物であっても、様々な形態で安定して自立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】造形物の重量バランスを調整する手法を分類して説明する図である。
【図２】粗密によって重量バランスを調整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バランスを調整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（重量バランスを調整する場合）を示すフローチャート図である。
【図６】傾斜した造形物の重量バランスについて説明する図である。
【図７】重心位置の求め方を説明する図である。
【図８】傾斜した造形物の重量バランスを調整する方法を説明する図である。
【図９】重量バランスを保つ重心位置と対応すべき支持範囲を示す図である。
【図１０】重量バランスを保つ重心位置に調整する手順を示すフローチャート図である。
【図１１】安定した重量バランスを保つ重心位置を示す図である。
【図１２】安定した重量バランスを保つ重心位置に調整する手順を示すフローチャート図である。
【図１３】１点で支持される造形物の一例を示す図である。
【図１４】複数点で支持される造形物の一例を示す図である。
【図１５】１点で吊り下げられる造形物の一例を示す図である。
【図１６】複数点で吊り下げる場合の重心位置を示す図である。
【図１７】複数の形態（ポーズ）で自立する造形物の一例を示す図である。
【図１８】複数の形態（上下反転した状態）で自立する造形物の一例を示す図である。
【図１９（ａ）】支持面を指定する手法を示す図である。
【図１９（ｂ）】支持面及び支持方向を指定する手法を示す図である。
【図１９（ｃ）】支持面及び支持方向を指定する手法の他の例を示す図である。
【図２０】本実施例の重量バランスの調整方法の他の例を示す図である。
【図２１】本実施例の重量バランスの調整方法の他の例を示す図である。
【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】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、重量バランスを考慮して立体物を造形するものではないため、造形対象物が不安定な形状の場合には、安定して自立する造形物を作成することができない。
【００２２】
この問題に対して、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あり、例えば、自動車のタイヤを造形する際に、ホイール部分は硬い樹脂で形成し、タイヤ部分はゴム系の柔らかい材料で造形したり、リモコンを造形する際に、筐体は硬い樹脂で造形し、ボタン部はゴム系の柔らかい材料を混ぜて柔軟性を再現したりすることができる。しかしながら、この従来の装置は、単に部分毎に造形する材料を指定して造形しているだけであり、重量バランスの制御を行っていないため、やはり、安定して自立する造形物を作成することができない。
【００２３】
そこで、本発明の一実施の形態では、”外形形状”と”支持条件”と”造形材料の単位体積あたりの重さ”という限られた情報を使用し、造形時に造形物の重心位置をコントロールすることで、これまで自立や支持、吊り下げが不安定であった造形物を、傾かずに安定した状態で維持できるようにする。
【００２４】
具体的には、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、３Ｄデータ入力部と重量バランス計算部と造形パラメータ生成部を設け、３Ｄデータ入力部は、３Ｄデータに基づいて造形対象物の外形形状を取得し、重量バランス計算部は、造形対象物の外形形状情報に基づいて造形物の重心位置を求め、指定された支持条件において造形物が安定した状態となる部位毎の重量配分を算出し、造形パラメータ生成部は、造形対象物の外形形状情報と重量配分情報と１又は複数の造形材料の重量情報とを用いて、部位毎の造形材料の充填率又は混合比を算出し、算出した充填率又は混合比に従って造形物を作製するための造形情報を生成する。
【００２５】
これにより、外観デザインだけでなく、安定した状態で維持することができる造形物をユーザに提供することができる。
【実施例】
【００２６】
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、造形物の重量バランスを調整する手法を分類して説明する図であり、図２は、粗密によって重量バランスを調整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バランスを調整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２１は、重量バランスの調整に関する具体例を示す図である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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変更することによって、造形物の重量バランスを調整するが、重量バランスを調整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。
【００３０】
［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（ａ）参照）］
【００３１】
この方法の場合、造形対象物の３次元のデータ（ＣＡＤ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、パーツ毎の形状情報から、造形物の外形形状情報を作成し、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外形形状情報に基づいて、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。
【００３２】
［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（ｂ）、（ｃ）参照）］
【００３３】
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から、造形物の外形形状情報を作成し、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外形形状情報に基づいて、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）。
【００３４】
なお、１種類の造形材料を用いて充填率を変える場合と複数種類の造形材料を用いて混合比を変える場合とを比較すると、前者は、単一の材料で実現できるため、造形材料の射出手段も１つでよく、構造をシンプルにできるが、重さの上限は１００％の充填率で造形した状態に限定され、軽くするために充填率を下げると造形物の強度が確保できなくなる場合がある。一方、後者は、重い造形材料を用いることにより重さの上限を高めることができ、軽い部分は軽い造形材料で造形すればよいため強度の低下を防止することができるが、複数の造形材料を混合又は選択的に射出するための複雑な構造が必要になる。このように、各々メリットとデメリットがあるため、どちらを採用するかは作製する造形物の形態に応じて適宜選択することが好ましい。
【００３５】
次に、図１に示す方法を用いて重量バランスを調整した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、重量バランス計算部１２と、造形パラメータ生成部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、業界で標準化されたファイル形式や各社独自のファイル形式の３Ｄデータをコンピュータ装置などから取得して解析し、外形形状情報を造形パラメータ生成部１３に転送すると共に、外形形状情報及び造形物の支持条件を規定する情報を重量バランス計算部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装置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】
重量バランス計算部１２は、３Ｄデータ入力部１１から取得した外形形状情報に基づいて、３次元の外形で囲まれた閉領域（造形物）の重心位置を計算すると共に、３次元の外形で囲まれた閉領域内を分割した部位毎の相対的な重さを、閉領域全体で重量バランスが取れるように調整する。そして、調整後の部位毎の相対的な重さの情報（重量配分情報と呼ぶ。）を造形パラメータ生成部１３に転送する。
【００３９】
造形パラメータ生成部１３は、３Ｄデータ入力部１１から取得した外形形状情報と重量バランス計算部１２から取得した重量配分情報と造形材料データベース１４から取得した１又は複数の造形材料の単位体積又は単位容積あたりの重量情報とに基づいて、部位毎の造形材料の種類や充填率、混合比率を特定し、これらの情報に基づいて、部位毎の造形材料の積層方法を決定する。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データ（造形スライスデータと呼ぶ。）を送信する。
【００４０】
上記３Ｄデータ入力部１１、重量バランス計算部１２及び造形パラメータ生成部１３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、重量バランス計算部１２及び造形パラメータ生成部１３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。
【００４１】
造形材料データベース１４は、造形に使用する１又は複数の造形材料の単位体積又は単位容積あたりの重量情報を記憶し、記憶した重量情報を造形パラメータ生成部１３に提供する。なお、造形材料データベース１４は、必ずしも立体物造形装置の内部に設ける必要はなく、造形パラメータ生成部１３が参照可能であれば、立体物造形装置の外部に設けてもよい。
【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から取得した造形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から取得した造形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から取得した造形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から取得した造形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、重量バランスを調整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。
【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、３Ｄデータに基づいて外形形状を把握する。そして、外形形状情報は造形パラメータ生成部１３に送られる（Ｓ１０１）。また、外形形状情報と３Ｄデータに埋め込まれた又はユーザによって指定された支持条件（支持面や支持方向）の情報は、重量バランス計算部１２に送られる。なお、上記支持条件とは、例えば陳列を目的とした造形物を”置く”、”支える”、”吊り下げる”等の方法で造形物を支持する際の、接地面や支持点、支持方向などである。
【００５１】
重量バランス計算部１２は、造形対象物の３次元の外形形状は変更せずに、３次元の部位毎の重さ（単位体積または容積あたりの重さ）を調整する（Ｓ１０２）。例えば、造形物全体を、均一の重さ（単位体積または容積あたりの重さが全て同じ）で造形した場合の重心位置を計算したり、重心位置を所望の位置に変更するために必要な、造形物の部位毎の重量配分を計算したりする。
【００５２】
具体的に説明すると、造形対象物が陳列を目的としたものであれば、地震やその他の外力が加わっても、容易に傾いたり、転倒したりしないようにすることが求められる。バランスよく安定して陳列するためには、造形物を一律の重さ（単位体積または容積あたりの重さが全て同じ）で作らず、部位毎に重さ（単位体積または容積あたりの重さ）を変えて重量バランスを調整し、造形物の重心位置が接地面に対して所望の関係になっていることが望ましい。例えば、面で支える置物であれば、重心位置の鉛直線が接地面の中心に一致または近傍になることが好ましい。また、点で下から支える、または点で吊り下げて支えるものであれば、造形物の重心位置の鉛直線が、その支持点に一致または近傍になることが好ましい。そこで、重量バランス計算部１２では、造形物全体を均一な重さにせず、あえて部位毎の重さを変えて、造形物が安定した状態になる重量バランスを求める。
【００５３】
造形パラメータ生成部１３は、造形材料データベース１４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（Ｓ１０３）。そして、３Ｄデータを解析して得た外形形状情報と重量バランス計算部１２から取得した重量配分情報と造形材料データベース１４から取得した造形材料の重量情報とに基づいて、造形対象物の形状を再現し、かつ、求めた重量バランスに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に対する造形スライスデータ）に変換する（Ｓ１０４）。そして、変換が完了したら、実際の造形動作に移る（Ｓ１０５）。
【００５４】
例えば、熱で溶かした造形材料を射出しながら積み重ねてゆく方式や造形ヘッドから紫外線硬化樹脂を射出し、ＵＶランプを照射して固める方式の立体物造形装置であれば、造形材料の射出位置を３次元に移動させながら、同時に造形材料を射出して積層してゆく。また、１種類の造形材料を用いて造形するのであれば、槽に溜めたＵＶ硬化樹脂に紫外線レーザーを照射して固めて積み上げる方式や、槽に溜めた粉末造形材料をレーザーで溶かす方式、バインダと呼ばれる接着剤を塗布しながら積み上げる方式にも適用できる。
【００５５】
このように、本実施例では、外形形状情報と支持条件情報と造形材料の単位体積あたりの重量情報を使用し、造形時に造形物の重量バランスを調整することで、これまで自立や支持、吊り下げが不安定であった造形物を、傾かずに安定した状態で維持できるようにする。なお、造形物を自立させる方法として、接地面の形状を変更したり、支持部材を追加したりして自立させる方法も考えられるが、本実施例では、３次元のオリジナル形状は維持したまま、安定して自立する造形物を作成できるようにすることを特徴とする。以下、具体例をあげて説明する。
【００５６】
まず、図６（ａ）に示すような傾いた建物の模型を作製する場合について説明する。図６（ｂ）の傾いた円筒形状又は円柱形状の全て領域を均一な重さ（例えば、体積当たりの重さを５ｇ／ｃｍ３）で造形したとすると、重心は立体のほぼ中央に位置するため、左図のように倒れやすい。一方、右図のように、円筒形状又は円柱形状を破線で示した位置で領域分割し、上部は体積当たりの重さを小さく（例えば、２ｇ／ｃｍ３）して造形し、下部は体積当たりの重さを大きく（例えば、７ｇ／ｃｍ３）して造形すると、重心位置は接地面の中央に近づくため、倒れにくくなる。
【００５７】
ここで、重心の求め方について説明すると、物体は小さな分子で構成され、それぞれの分子には重力が作用している。これらの重力が１点に集中して働く作用点が重心である。立体物では、その構成を微小体積に分割してそれぞれの重心を求め、その合力によって物体全体の重心を求めることができる。微小体積個々の重心は、図７（ａ）のように対角線の交点位置となる。なお、微小領域の体積を細かく分割すると重心の算出精度は向上するが、細かくすると計算量が増えるため、１ｃｍ３のように体積を固定したり、ＸＹＺの各方向に１００分割するなど、個数を固定したりしてもよい。
【００５８】
また、図７（ｂ）のような形状の物体は、ＡとＢの２つに分け、それぞれの対角線の交点によって重心Ｇ１、Ｇ２を求める。次に、Ａの重心Ｇ１から任意の直線Ｇ１−Ｄを引き、更にＧ１−Ｄ上で質量比を逆にした点Ｃを求める。続いて点ＣからＤ−Ｇ２に平行な直線Ｃ−Ｇを引き、Ｇ１−Ｇ２と交わる交点を求める。これにより、形状の異なる物体の重心Ｇを求めることができる。
【００５９】
次に、円筒形状又は円柱形状の重心位置を調整する方法について説明する。まず、図８（ａ）に示すように、均一造形時の重心を求める。方法としては、上述したように、全体を微小体積の領域に細分化し、全微小領域の重心に対するモーメントが釣り合う位置を探すことで求めることができる。
【００６０】
次に、図８（ｂ）に示すように、自立可能な面（支持面）を特定する。その際、支持面が頂点を有する形状の場合は、支持面の頂点を結ぶ破線で囲まれた範囲を求める。そして、先に求めた重心を通る鉛直線が支持面を囲む領域を通るか否かを判断する。領域を通る場合は自立し、通らない場合は自立しないと判断することができる。なお、支持面の指定方法に関しては後述する。
【００６１】
次に、図８（ｃ）に示すように、造形物が支持面で自立しない場合、不均一に造形にすることで重心位置を移動させ、重心の鉛直線が支持面を囲む領域と交差するように重量バランスを変更する。
【００６２】
ここで、支持面（接地面）を有する造形物が転倒せずに自立するための最低条件として、図９に示すように、支持面を下にして造形物を設置した場合、造形物の重心位置から鉛直方向に引いた線が、支持面の外周または頂点を結んだ線（図の破線）で囲まれた面の内側と交わることが必要である。
【００６３】
この場合の立体物造形装置の動作について、図１０のフローチャート図を参照して説明する。まず、重量バランス計算部１２は、３Ｄ形状全体を均一の重さで作った場合の重心位置を求め（Ｓ２０１）、３Ｄ形状における支持面を特定し、支持面の頂点を結ぶ領域を求める（Ｓ２０２）。次に、重量バランス計算部１２は、重心の鉛直線が支持面を囲う領域の内側を通るか否か（重心位置と支持面の位置関係から造形物が自立するか否か）を判断し（Ｓ２０３）、自立しないと判断した場合は、造形物の部位毎の重量配分を変化させ、重心位置を支持面の内側に移動させる（Ｓ２０４）。そして、造形パラメータ生成部１３は、ヘッド移動機構ブロック２０を制御する機械制御情報と造形材料取り扱いブロック３０を制御する造形スライスデータを生成し、所望の重量バランスで造形物を造形する（Ｓ２０５）。
【００６４】
また、支持面（接地面）を有する造形物が、安定して自立するための最適条件としては、図１１に示すように、支持面を下にして造形物を設置した場合、造形物の重心位置から鉛直方向に引いた線が、支持面の力学的中心（図の黒丸）に出来る限り近い位置を通過することが重要である。
【００６５】
この場合の立体物造形装置の動作について、図１２のフローチャート図を参照して説明する。まず、重量バランス計算部１２は、３Ｄ形状全体を均一の重さで作った場合の重心位置を求め（Ｓ３０１）、３Ｄ形状における支持面を特定し、支持面の力学的中心位置を求める（Ｓ３０２）。次に、重量バランス計算部１２は、重心の鉛直線が力学的中心位置を通るか否か（重心位置と支持面の力学的中心の位置関係から造形物が充分安定して自立するか否か）を判断し（Ｓ３０３）、重心位置を変更することで更に安定させる余地がある場合、造形物の部位毎の重量配分を変化させ、重心の鉛直線が面の力学的中心に近づく様にする（Ｓ３０４）。そして、造形パラメータ生成部１３は、ヘッド移動機構ブロック２０を制御する機械制御情報と造形材料取り扱いブロック３０を制御する造形スライスデータを生成し、安定して自立可能な重量バランスで造形物を造形する（Ｓ３０５）。
【００６６】
以上、造形物を支持面で自立させる場合について説明したが、造形物を陳列する方法として、下から点で支える方法や、吊り下げる方法もある。支持面（接地面）で下から支える場合は、支持面の垂直方向が支持方向となり、支持方向は一義的に決めることができるが、点で支える又は吊り下げる場合は、支持方向の情報が別途必要になる。そのため、本実施例では、造形物を支える方向と位置を明確にした上で、その支持方向と支持点に対して好適な重心をもつ造形物を作製する。
【００６７】
図１３は、１点で下から支える造形物の例である。この場合、造形物の重心が支持部位の真上または鉛直方向になる場合が最も安定し、重心位置がその位置から遠ざかるに従って支持部位に加わる応力が増大して転倒しやすくなってしまう。そこで、重量バランス計算部１２は、造形物の重心が上記の陳列時に安定する所望の位置に一致または近づくような重量バランスを求めることで、安定した造形物を造形できるようにする。
【００６８】
図１４は、複数点で下から支える造形物の例である。この場合、造形物の重心は常に１点であるため、支持部位が複数の場合は、複数の支持部位の合力を考慮した、仮想支持部位（通常、２つの支持部位の中間点）を考える。そして、重量バランス計算部１２は、造形物の重心が仮想支持部位を通る鉛直線と一致または近づくような重量バランスを求め、安定した造形物を造形できるようにする。
【００６９】
図１５は、１点で吊り下げて支持する造形物の例である。１点で吊り下げる場合は、吊り下げ位置と吊り下げる向き（重力に対する支持方向）を指定する。支持方向を指定するのは、支持方向を指定しないと右図のような形態になってしまう場合もあるからである。この場合、造形物の重心が吊り下げ位置の真下または鉛直方向になる場合が最も安定し、重心位置がその位置から遠ざかるに従って吊り下げ位置に加わる応力が増大して傾きやすくなってしまう。そこで、重量バランス計算部１２は、造形物の重心が吊り下げ位置に一致または近づくような重量バランスを求めることで、安定した造形物を造形できるようにする。
【００７０】
図１６は、複数点で吊り下げて支持する造形物の例である。２点で吊り下げる場合、フックには、ふたつの支持点に加わる合力が加わる。そして、造形物を陳列したい向きに配置したとき、フックに加わる合力はフックを通る鉛直線と一致し、合力もしくは鉛直線が造形物と交わるところに造形物の重心が設けられる場合が最も安定し、重心位置がその位置から遠ざかるに従って２箇所の支持部位に加わる応力が増大して傾きやすくなってしまう。そこで、重量バランス計算部１２は、造形物の重心が上記の陳列時に安定する所望の位置に一致または近づくような重量バランスを求めることで、安定した造形物を造形できるようにする。
【００７１】
以上、造形対象物が一定の形状の場合について説明したが、造形物の中には、１又は複数の部位が可動可能に接続され、１又は複数の部位が可動することによって複数の状態を取り得るものもある。例えば、図１７に示すようなロボットや人形の模型を造形する場合、前後左右に傾き易いポーズでも、重心を中間点に持ってくることで、自立する範囲を拡大させる。また、図１８に示すように、立てた状態でも、寝かした状態でも、逆立ちさせた状態でも、重心を中間点に持ってくることで、安定した状態で保持できるようにする。
【００７２】
この場合、重量バランス計算部１２は、複数の陳列形状がある造形物（可動部のある造形物）に対して、それぞれの可動状態で最適な重心位置を求め、それぞれ求めた重心位置から、予め定めた計算式に従って仮想的な重心位置（通常は中間点）を求め、求めた位置が重心位置になるように各部位の重量配分を調整して造形することで、複数の可動位置で安定した状態となる造形物の造形が可能となる。
【００７３】
但し、複数の可動位置でそれぞれ求めた個々の最適重心位置と、計算で求めた中間位置とは一致しない為、それぞれの可動位置に対する安定度は最良から外れることになる。しかしながら、ひとつの可動位置の最適重心に合わせて造形すると、別の可動位置での陳列状態で自立しなかったり極めて不安定になったりすることを改善し、複数の可動位置で比較的安定して自立する造形物を提供することが可能になる。
【００７４】
以上、重量バランスを調整する様々な手法について説明したが、前述したように、陳列を目的とする造形物の重量バランスを調整するには、支持面（支持部位）や支持方向を指定する必要がある。以下では、支持面（支持部位）や支持方向を指定する方法について具体的に説明する。
【００７５】
支持面の指定方法として、図１９（ａ）に示すように、３次元形状データ作成時点で、造形物の特定の面に対して支持面であることを示す属性を埋め込んでおく方法がある。例えば、傾いた円筒の底面に支持面の属性を埋めこんでおく。この方法は、造形前に行う、造形物を造形エリア内にどう配置して造形するかの配置作業画面で、マウスカーソルのクリックやタッチパネルのタッチ動作等で、特定の面を指定する方法である。
【００７６】
また、支持部位と支持方向の指定方法として、図１９（ｂ）に示すように、３次元形状データ作成時点で、造形物の特定の部位に対して、支持部位であることを示す属性と支持方向の情報を埋め込んでおき、あわせて、造形物の指示方向情報をファイルデータに埋め込んでおく方法がある。この方法は、造形前に行う、造形物を造形エリア内にどう配置して造形するかの配置作業画面で、マウスカーソルのクリックやタッチパネルのタッチ動作等で、特定の部位を指定し、更に、マウスカーソルのクリックやタッチパネルの方向線を引く動作で支持保方向を指定する方法である。また、この方法では、支持部位を造形エリア内の原点基準の空間座標位置で指定し、指示方向を原点からのベクトル値で指定することができる。
【００７７】
上述した指定方法でも、重量バランスのとれた造形物を実現する処理に何ら支障はないが、設置時の重量バランスを配慮することのない従来の３Ｄプリンタでは必要なかった、支持面や支持部位、支持方向の指定が本実施例の制御では必要になる。そこで、この指定動作を簡略化する方法を提案する。すなわち、造形前にコンピュータ装置上で造形物を造形エリアに配置する作業自体は従来の３Ｄプリンタでも実施する行為であるため、この配置動作を指定動作として代用することで、指示動作を簡略化できるようにする。
【００７８】
＜支持面の指定の省略方法＞
具体的には、支持面の指定を簡略化するために、図１９（ｃ）に示すように、造形ステージ面に相対する面を造形物の支持面とするように予め決めておく。この方法では、コンピュータ装置上で造形物を造形エリアに配置する作業で、完成した造形物を実際に陳列する方向と同じ方向で造形すべく配置するだけで、一義的に支持面を確定することができる。また、造形ステージ面に対して特定の面（例えば仮想ステージの側面）が造形物の支持面とするように予め決めておくこともできる。この方法では、コンピュータ装置上で造形物を造形エリアに配置する作業で、完成した造形物を陳列する方向に対して９０度寝かせた方向に配置するだけで、一義的に支持面を確定することができる。
【００７９】
＜支持方向の指定の省略方法＞
支持方向の指定を簡略化するために、図１９（ｃ）に示すように、造形ステージ面に対して垂直な方向を支持方向とするように予め決めておく。この方法では、コンピュータ装置上で造形物を造形エリアに配置する作業で、完成した造形物を実際に陳列する方向と同じ方向で造形すべく配置するだけで、一義的に支持方向を確定することができる。また、造形ステージ面に対して特定の面（例えば仮想ステージの側面）に対して垂直な方向を支持方向とするように予め決めておくこともできる。この方法では、コンピュータ装置上で造形物を造形エリアに配置する作業で、完成した造形物を陳列する方向に対して９０度寝かせた方向に配置するだけで、一義的に支持方向を確定することができる。
【００８０】
以上、重量バランスを調整することにより、自立可能な造形物を作成したが、図２０（ａ）に示すように、造形物が傾いているために、造形材料の粗密や混合比を限界まで部位毎に変えてバランス調整を行って重心位置を移動した場合でも、造形物が自立しなかったり、充分に安定しなかったりする場合が生じる。このような場合には、図２０（ｂ）に示すように、転倒を防止するサポート材を自動的に追加することもできる。
【００８１】
また、吊り下げる造形物に対して、図２１（ａ）に示すように、重量バランスが調整された重心の上部に、吊り下げ部材を追加することもできる。または、重量バランスが調整された重心の上部にマーキングを行うことで、吊り下げ部材の追加に最適な部位を簡単に知ることができる。また、１点又は複数点で支える造形物に対して、図２１（ｂ）に示すように、重量バランスが調整された重心の下部に、支持台との嵌合部を追加することもできる。または、重量バランスが調整された重心の下部にマーキングを行うことで、支持台との嵌合部の追加に最適な部位を簡単に知ることができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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】
【００８４】
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】
【００８５】
１０  制御ブロック
１１  ３Ｄデータ入力部
１２  重量バランス計算部
１３  造形パラメータ生成部
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】
0005408221.tif 000002
【図２】
0005408221.tif 000003
【図３】
0005408221.tif 000004
【図４】
0005408221.tif 000005
【図５】
0005408221.tif 000006
【図６】
0005408221.tif 000007
【図７】
0005408221.tif 000008
【図８】
0005408221.tif 000009
【図９】
0005408221.tif 000010
【図１０】
0005408221.tif 000011
【図１１】
0005408221.tif 000012
【図１２】
0005408221.tif 000013
【図１３】
0005408221.tif 000014
【図１４】
0005408221.tif 000015
【図１５】
0005408221.tif 000016
【図１６】
0005408221.tif 000017
【図１７】
0005408221.tif 000018
【図１８】
0005408221.tif 000019
【図１９（ａ）】
0005408221.tif 000020
【図１９（ｂ）】
0005408221.tif 000021
【図１９（ｃ）】
0005408221.tif 000022
【図２０】
0005408221.tif 000023
【図２１】
0005408221.tif 000024
【図２２】
0005408221.tif 000025
【図２３】
0005408221.tif 000026
【図２４】
0005408221.tif 000027
【図２５】
0005408221.tif 000028
【図２６】
0005408221.tif 000029