(57)【要約】【課題】モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて見えること実質的に防止すること。【解決手段】造形材層が積層された三次元造形物であって、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、前記収容体は、略直柱体の部分を有し、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である、三次元造形物。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材層が積層された三次元造形物であって、
モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、
前記収容体は、略直柱体の部分を有し、
前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である、三次元造形物。
【請求項２】
前記所定の角度は２０°〜７０°、１１０°〜１６０°、２００°〜２５０°又は２９０°〜３４０°である請求項１に記載の三次元造形物。
【請求項３】
前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちの２つの軸の周りに２０°〜７０°、１１０°〜１６０°、２００°〜２５０°又は２９０°〜３４０°だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である請求項２に記載の三次元造形物。
【請求項４】
前記モデル体は、数値シミュレーション結果を示すモデル体である請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元造形物。
【請求項５】
モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成装置であって、
前記モデル体の造形用データに基づいて前記モデル体と前記収容体とを合成した合成造形用データを取得又は生成する合成造形用データ取得／生成部と、前記合成造形用データに基づいて、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたとき、前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成する三次元造形物造形用データ生成部と、
を備える造形用データの生成装置。
【請求項６】
モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成方法であって、
前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成するステップと、
を含む造形用データの生成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の造形用データの生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項９】
モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データであって、
前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の同じ倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である、
造形用データ。
【請求項１０】
請求項９に記載の造形用データを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１１】
請求項９の造形用データを用いて、前記モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む前記三次元造形物を、前記造形材層を順に形成して積層することによって造形する方法。
【請求項１２】
請求項５に記載の造形用データの生成装置と、
請求項９に記載の造形用データに基づいて、三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形する三次元造形装置と、
を備える三次元造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元造形物並びにその造形のためのシステム及び方法、三次元造形物の造形用データ並びにその生成のための装置、生成方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、ディスプレイ上の画像を見るだけでは分かりにくい数値シミュレーションの結果を、三次元積層造形技術を用いて可視化することを提案してきた（下記非特許文献１）。具体的には、数値シミュレーションの結果をモデル体とし、そのモデル体を収容する直柱体の透明な収容体とで構成される三次元造形物を三次元積層造形技術を用いて作成するものである。図７は、航空機の脚部分（ランディングギア）周辺の乱流状況の数値シミュレーション結果の三次元造形物である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構、「３Ｄプリンタによる立体的可視化」、https://www.jss.jaxa.jp/mediadir/2015/06/leaflet2014J19.jpg
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この三次元造形物をある方向から観察すると、シミュレーション結果であるモデル体がぼやけて不鮮明に見え、シミュレーション結果をクリアに観察できなかった。本発明者らは、このモデル体がぼやけて不鮮明に見える現象は、三次元造形物の造形材の積層方向に垂直な方向からモデル体を観察した場合に生じることを発見したものの、この現象に対する有効な対策を見出すことは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて不鮮明に見えること実質的に防止することをこと目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、造形材層が積層された三次元造形物であって、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な収容体を含み、前記収容体は、略直柱体の部分を有し、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である三次元造形物を提供するものである。
【０００７】
前記所定の角度は２０°〜７０°、１１０°〜１６０°、２００°〜２５０°又は２９０°〜３４０°であるものとすることができる。
【０００８】
前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちの２つの軸の周りに２０°〜７０°、１１０°〜１６０°、２００°〜２５０°又は２９０°〜３４０°だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向であるものとすることができる。
【０００９】
前記モデル体は、数値シミュレーション結果を示すモデル体であるものとすることができる。
【００１０】
本発明の１つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成装置であって、前記モデル体の造形用データに基づいて前記モデル体と前記収容体とを合成した合成造形用データを取得又は生成する合成造形用データ取得／生成部と、前記合成造形用データに基づいて、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたとき、前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成する三次元造形物造形用データ生成部とを備える造形用データの生成装置を提供するものである。
【００１１】
本発明の１つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データの生成方法であって、前記造形材層の積層方向が、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように前記三次元造形物の造形用データを生成するステップとを含む造形用データの生成方法を提供するものである。
【００１２】
本発明の１つの態様は、前記造形用データの生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供するものである。
【００１３】
本発明の１つの態様は、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。
【００１４】
本発明の１つの態様は、モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形するための造形用データであって、前記造形材層の積層方向は、前記略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときの前記ｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向である造形用データを提供するものである。
【００１５】
本発明の１つの態様は、前記造形用データを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。
【００１６】
本発明の１つの態様は、前記造形用データを用いて、前記モデル体と、前記モデル体を収容し、略直柱体の部分を有する収容体を含む前記三次元造形物を、前記造形材層を順に形成して積層することによって造形する方法を提供するものである。
【００１７】
本発明の１つの態様は、前記造形用データの生成装置と、前記造形用データに基づいて、三次元造形物を、造形材層を順に形成して積層することによって造形する三次元造形装置とを備える三次元造形システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成を有する本発明によれば、モデル体と、前記モデル体を収容し、前記モデル体よりも透明な、略直柱体の部分を有する収容体を含む、造形材層が積層された三次元造形物において、モデル体がぼやけて見えること実質的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る三次元造形システムの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係る造形用データ生成装置１０のハードウエア構成の例を示す図である。
【図３】本発明の１つの実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の１つの実施形態に係る三次元造形システムの造形処理の例のフローチャートである。
【図５】本発明の１つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をそれぞれｙ軸方向から見た模式図である。
【図６ａ】本発明の１つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をｚ軸方向から観察したときの写真である。
【図６ｂ】本発明の１つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をｘ軸方向から観察したときの写真である。
【図６ｃ】本発明の１つの実施形態に係る造形方法により造形された三次元造形物、従来の方法により造形された三次元造形物をｙ軸方向から観察したときの写真である。
【図７】数値シミュレーション結果の三次元造形物の従来例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る三次元造形システムの全体構成を示す図であり、図３は、本発明の１つの実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す図である。図１に示されるように本実施形態に係る三次元造形システム１は、造形用データ生成装置１０、三次元造形装置２０を備える。三次元造形装置２０は、造形ステージ２３０上に、モデル材と、三次元造形物５０の造形動作中にモデル材に接してモデル材を支持及び／又は覆うためのサポート材からなる造形材層を順に形成して積層することによって、三次元造形物５０を造形する。三次元造形装置２０は、造形材層の積層方向において、下方の位置のモデル材の幅よりも上方の位置のモデル材の幅が大きい、いわゆるオーバーハングしている部分や孤立部分がある場合、下方の位置のモデル材の周囲にサポート材を配置することにより、このオーバーハング部分や孤立部分を下方より支持するように自動的にサポート材を設けるようになっている。サポート材は三次元造形物５０の造形の完了後に除去することができる。例えば、サポート材が水溶性である場合は、水に浸ければ除去することができる。
【００２２】
＜造形用データ生成装置＞
造形用データ生成装置１０は、３Ｄデータ受付部１０１、合成造形用データ取得・生成部１０３、三次元造形物造形用データ生成部１０５、設定部１０９を備える。造形用データ生成装置１０は、サーバ、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末等であってもよいし、造形用データ生成装置１０の一部又は全部が、三次元造形装置２０の一部又は全部と同一の物理的装置として構成されてもよい。また、造形用データ生成装置１０は、１つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。
【００２３】
設定部１０９は、設定部１０９を介して入力された各種の設定データを、造形用データ生成装置１０の各部に出力する。
【００２４】
３Ｄデータ受付部１０１は、造形対象物の三次元形状を示す３Ｄデータ（ＣＡＤデータ、数値シミュレーション結果可視化データ等）を、直接、又はネットワークや記憶媒体を介して受け取り、合成造形用データ取得・生成部１０３に送る。３Ｄデータは、造形対象物の三次元形状のみでなく、造形対象物に関するカラー情報を含んでもよい。
【００２５】
合成造形用データ取得・生成部１０３は、３Ｄデータ受付部１０１から、造形対象物の３Ｄデータを受け取り、この３Ｄデータを三次元造形用のデータとして、例えばＳＴＬ(Stereo Lithography)データに変換し、造形対象物に対応するモデル体５０１の造形用データを得る。そして、設定部１０９を介して入力された、収容体５０３の形状や寸法等の設定データに基づいて、モデル体５０１と、略直柱体の部分を有する、モデル体５０１を収容し、モデル体５０１よりも透明な収容体５０３を合成した合成造形用データである合成造形用ＳＴＬデータを生成する。合成造形用データのデータ形式は、ＳＴＬデータに限定されるものでなく、適切な任意のデータ形式を用いることができる。合成造形用データ取得・生成部１０３は、合成造形用データを生成せずに、３Ｄデータ受付部１０１を介することなく、既に生成された合成造形用データを取得してもよい。
【００２６】
三次元造形物造形用データ生成部１０５は、設定部１０９を介して入力された回転軸、回転角等の設定データに基づいて、合成造形用データ取得・生成部１０３により取得又は生成された合成造形用ＳＴＬデータで表される三次元造形物５０について、三次元造形物５０の造形材層の積層方向が、収容体５０３が有する略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成する。例えば、三次元造形物５０の造形材層の積層方向が、略直柱体の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちの２つの軸の周りに４５°だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成する。なお、所定の角度は、すべての回転角度が９０°の同じ倍数となる場合を除いてもよい。
【００２７】
図２は、本発明の１つの実施形態に係る造形用データ生成装置１０のハードウエア構成の例を示す図である。造形用データ生成装置１０は、ＣＰＵ１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、外部メモリ１０ｄ、入力部１０ｅ、出力部１０ｆ、通信部１０ｇを含む。ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、外部メモリ１０ｄ、入力部１０ｅ、出力部１０ｆ、通信部１０ｇは、システムバス１０ｈを介して、ＣＰＵ１０ａに接続されている。
【００２８】
ＣＰＵ１０ａは、システムバス１０ｈに接続される各デバイスを統括的に制御する。
【００２９】
ＲＯＭ１０ｃや外部メモリ１０ｄには、ＣＰＵ１０ａの制御プログラムであるＢＩＯＳやＯＳ、コンピュータが実行する機能を実現するために必要な各種プログラムやデータ等が記憶されている。
【００３０】
ＲＡＭ１０ｂは、ＣＰＵの主メモリや作業領域等として機能する。ＣＰＵ１０ａは、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＯＭ１０ｃや外部メモリ１０ｄからＲＡＭ１０ｂにロードして、ロードしたプログラムを実行することで各種動作を実現する。
【００３１】
外部メモリ１０ｄは、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＵＳＢメモリ等から構成される。
【００３２】
入力部１０ｅは、ユーザ等からの操作指示等を受け付ける。入力部１０ｅは、例えば、入力ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、マイクロフォン、カメラ等の入力デバイスから構成される。
【００３３】
出力部１０ｆは、ＣＰＵ１０ａで処理されるデータや、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃや外部メモリ１０ｄに記憶されるデータを出力する。出力部１０ｆは、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬパネル、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスから構成される。
【００３４】
通信部１０ｇは、ネットワークを介して又は直接、外部機器と接続・通信するためのインタフェースである。通信部１０ｇは、例えばシリアルインタフェース、ＬＡＮインタフェース等のインタフェースから構成される。
【００３５】
三次元造形装置２０のコンピュータハードウエア構成も同様である。
【００３６】
図１に示される造形用データ生成装置の各部は、ＲＯＭ１０ｃや外部メモリ１０ｄに記憶された各種プログラムが、ＣＰＵ１０ａ、ＲＡＭ１０ｂ、ＲＯＭ１０ｃ、外部メモリ１０ｄ、入力部１０ｅ、出力部１０ｆ、通信部１０ｇ等を資源として使用することで実現される。また、後述の三次元造形装置２０のスライスデータ生成部２１０、制御部２２０等についても同様である。
【００３７】
＜三次元造形装置＞
図３に示すように、三次元造形装置２０は、スライスデータ生成部２１０、制御部２２０、造形材層の積層方向（Ｚ方向）に移動可能な造形ステージ２３０、及びヘッドユニット２４０を備える。ヘッドユニット２４０は、造形ステージ２３０上に不透明モデル材の液滴を吐出する第１のプリンタヘッド２４１、造形ステージ２３０上に透明モデル材の液滴を吐出する第２のプリンタヘッド２４３、造形ステージ２３０上にサポート材の液滴を吐出する第３のプリンタヘッド２４５、塗布された造形材を光硬化させるためのＵＶ光源２４７、２４８を備える。三次元造形装置２０は、１つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。また、第１のプリンタヘッド２４１から吐出されるモデル材は、不透明なモデル材に限定されるものではなく、第２のプリンタヘッド２４３から吐出されるモデル材が、第１のプリンタヘッド２４１から吐出されるモデル材よりも透明であれば、透明又は半透明なモデル材としてもよい。
【００３８】
スライスデータ生成部２１０は、三次元造形物造形用データ生成部１０５により生成された三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータから、積層方向についてスライスした各造形材層のスライスデータを生成し、制御部２２０に送る。三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータは、造形用データ生成装置１０から三次元造形装置２０にネットワークや記憶媒体等を介して渡されてもよいし、三次元造形物造形用データ生成部１０５とスライスデータ生成部２１０が同一の物理的装置内にある等の場合には、直接送られてもよい。
【００３９】
各スライスデータに対しては、三次元造形物５０のモデル体５０１の造形用データに対して不透明モデル材領域、三次元造形物５０のモデル体５０１以外の部分に対して透明モデル材領域が設定される。また、本実施形態においては、三次元造形物５０の姿勢を上記のように回転させているので、オーバーハング部分が生じる。そのため、上述のように、オーバーハング部分を下方から支持するようにサポート材が自動的に設けられるが、各スライスデータに対して、このサポート材に対応するサポート材領域も設定される。
【００４０】
制御部２２０は、三次元造形物５０の造形動作中に、三次元造形装置２０全体の動作を制御する。
【００４１】
造形ステージ２３０は、水平で平坦な造形面を有し、造形面上に造形材層を積層させ、三次元造形物５０を形成するための可動ステージであり、昇降駆動部２３５によって、鉛直方向（Ｚ方向）に移動させることができる。
【００４２】
昇降駆動部２３５は、制御部２２０からの制御信号によって、各造形材層の形成が完了する毎に、造形層の厚さに相当する距離だけ鉛直下方向に造形ステージ２３０を移動させる。
【００４３】
ヘッドユニット２４０は、制御部２２０からの制御信号に基づいて図示しない駆動手段によって、造形ステージ２３０の上方において、主走査方向（Ｘ方向）及び副走査方向（Ｙ方向）に移動させることができる。
【００４４】
第１のプリンタヘッド２４１は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対して不透明モデル材領域が設定された領域に、不透明モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ２３０の所望の領域に造形材層の不透明モデル材領域を形成する。不透明モデル材領域は、ＵＶ光源２４７、２４８から紫外線を照射することによって硬化する。
【００４５】
第２のプリンタヘッド２４３は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対して透明モデル材領域が設定された領域に、透明モデル材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ２３０の所望の領域に造形材層の透明モデル材領域を形成する。透明モデル材領域はＵＶ光源２４７、２４８から紫外線を照射することによって硬化する。
【００４６】
第３のプリンタヘッド２４５は、１層分の造形材層が形成される際、その造形材層に対応するスライスデータに対してサポート材領域が設定された領域に、サポート材の液滴を吐出する。この吐出動作を、副走査方向にずらしながら複数回繰り返すことにより、造形ステージ２３０の所望の領域に造形材層のサポート材領域を形成する。サポート材領域はＵＶ光源２４７、２４８から紫外線を照射することによって光エネルギーの照射によって硬化する。
【００４７】
ここで、不透明モデル材、透明モデル材、サポート材は、上記のような光硬化性のものの他に、熱硬化性のものや、自然冷却により硬化するものを用いてもよい。
【００４８】
このように、制御部２２０からの制御信号によって、造形ステージ２３０やヘッドユニット２４０が移動すると共に、制御部２２０から送られるスライスデータに基づいて、第１のプリンタヘッド２４１から不透明モデル材が、第２のプリンタヘッド２４３から透明モデル材が、第３のプリンタヘッド２４５からサポート材がそれぞれ造形ステージ２３０に供給されることによって、三次元造形物５０の造形が行われる。
【００４９】
以上のシステム構成を前提に、本発明の１つの実施形態に係る三次元造形システムの処理の例を、図１〜６等を参照して、以下に説明する。図４は、本発明の１つの実施形態に係る三次元造形システムの造形処理の例のフローチャートである。説明の便宜上、収容体５０３の形状は立方体として説明する。
【００５０】
３Ｄデータ受付部１０１は、造形対象物の三次元形状を示す３Ｄデータ（ＣＡＤデータ、数値シミュレーション結果可視化データ等）を受け取る（Ｓ１）。
【００５１】
合成造形用データ取得・生成部１０３は、３Ｄデータ受付部１０１により受け取られた造形対象物の３Ｄデータを三次元造形用のデータとして、例えばＳＴＬ(Stereo Lithography)データに変換し、モデル体５０１の造形用データを得る（Ｓ２）。そして、設定部１０９を介して入力された、収容体５０３の形状や寸法等の設定データに基づいて、モデル体５０１と略直柱体の部分を有する収容体５０３を合成した合成造形用データである合成造形用ＳＴＬデータを生成する（Ｓ３）。本実施形態においては、収容体５０３の形状として立方体を設定データとして入力する。合成造形用データ取得・生成部１０３は、合成造形用データを生成せずに、３Ｄデータ受付部１０１を介することなく、既に生成された合成造形用データを取得してもよい。
【００５２】
三次元造形物造形用データ生成部１０５は、設定部１０９を介して入力された回転軸、回転角等の設定データに基づいて、合成造形用データ取得・生成部１０３により取得又は生成された合成造形用ＳＴＬデータで表される三次元造形物５０について、三次元造形物５０の造形材層の積層方向が、収容体５０３が有する略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成する（Ｓ４）。例えば、立方体の収容体５０３のｘｙ平面と平行な面を底面として、ｘｙｚ座標系をｙ軸の周りに４５°回転する設定が入力され、その設定に従って、三次元造形物５０の造形材層の積層方向が、収容体５０３が有する略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｙ軸の軸の周りに４５°だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成する。このとき、三次元造形装置２０のＸＹＺ直交座標系で規定される造形空間内における合成造形用ＳＴＬデータで表される三次元造形物５０の姿勢を、設定部１０９を介して入力された、回転軸、回転角等のデータに基づいて設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成してもよい。すなわち、立方体の収容体５０３のＸＹ平面と平行な面を底面として、三次元造形物５０をＹ軸の周りに−４５°回転する設定が入力され、その設定に従って三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成してもよい。
【００５３】
三次元造形物造形用データ生成部１０５により生成された三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータが、スライスデータ生成部２１０に入力されると、スライスデータ生成部２１０は、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータから、積層方向についてスライスした各造形材層のスライスデータを生成する（Ｓ５）。
【００５４】
各スライスデータに対しては、モデル体５０１に対して不透明モデル材領域、三次元造形物５０のモデル体５０１以外の部分に対して透明モデル材領域が設定される。また、本実施形態においては、三次元造形物５０の姿勢を上記のように回転させているので、オーバーハング部分が生じる。そのため、上述のように、オーバーハング部分を下方から支持するようにサポート材が自動的に設けられるが、各スライスデータに対して、このサポート材に対応するサポート材領域も設定される。
【００５５】
そして、制御部２２０からの制御信号によって、造形ステージ２３０やヘッドユニット２４０が移動すると共に、制御部２２０から送られるスライスデータに基づいて、第１のプリンタヘッド２４１から不透明モデル材が、第２のプリンタヘッド２４３から透明モデル材が、第３のプリンタヘッド２４５からサポート材がそれぞれ造形ステージ２３０に供給されることによって、モデル体５０１、収容体５０３からなる三次元造形物５０が造形されると共に、サポート材部分Ｓも造形される（Ｓ６）。
【００５６】
図５（Ａ）は、本実施形態の造形方法により造形された三次元造形物５０、図５（Ｂ）、従来の造形方法により造形された三次元造形物５０'をそれぞれｙ軸方向から見た模式図である。従来の造形方法により造形された三次元造形物５０'においては、積層方向が、ｘｙ平面と平行な底面に垂直な方向であったため、主な観察面となると想定される面である立方体の各面のうちの立方体の側面に垂直なｘ軸方向とｙ軸方向から、モデル体５０１を観察するとぼやけて見えた。これに対して、本実施形態の造形方法により造形された三次元造形物５０においては、ｙ軸方向に対しては積層方向が垂直であるために、ｙ軸方向からモデル体５０１を観察するとぼやけて見えるものの、ｘ軸方向及びｚ軸方向に対しては積層方向が垂直でなく、４５°傾いているので、ｘ軸方向からの観察に対しても、ｚ軸方向からの観察に対しても、モデル体５０１をぼやけずにクリアに見ることができる。
【００５７】
上記実施形態においては、立方体の収容体５０３のｘｙ平面と平行な面を底面として、ｘｙｚ直交座標系をｙ軸の周りに４５°回転する設定が入力され、その設定に従って、三次元造形物５０の造形材層の積層方向が、収容体５０３が有する略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｙ軸の軸の周りに４５°だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向となるように、三次元造形物５０の姿勢を設定し、三次元造形物５０の造形用ＳＴＬデータを生成したが、ｘｙｚ直交座標系をｙ軸の周りに４５°回転し、更にｘ軸の周りに４５°回転する設定とすれば、ｙ軸方向に対しても積層方向が垂直でなく、４５°傾いているので、ｙ軸方向からモデル体５０１を観察しても、すなわち立方体のすべての面に対して垂直な方向からモデル体５０１を観察してもぼやけずにクリアに見ることができる。図６ａ、６ｂ、６ｃは、立方体をｙ軸及びｘ軸の周りに４５°回転させた場合の、ｚ軸方向、ｘ軸方向、ｙ軸方向からモデル体５０１を観察したときの例、及び回転させない場合の、ｚ軸方向、ｘ軸方向、ｙ軸方向からモデル体５０１'を観察したときの例をそれぞれ示す写真であり、これらの写真からも、立方体のすべての面に対して垂直な方向からモデル体５０１を観察してもぼやけずにクリアに見ることができることが分かる。
【００５８】
本実施形態によれば、三次元造形物の造形材層の積層方向が、収容体が有する略直柱体の部分の底面がｘｙｚ直交座標系のｘｙ平面上にあるとしたときのｘｙｚ直交座標系をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の少なくとも１つの軸の周りに所定の角度（但し、ｚ軸の周りにのみ回転させる場合、及びすべての回転角度が９０°の倍数となる場合を除く）だけ回転させたｘ'ｙ'ｚ'座標系のｚ'軸方向と平行な方向であるので、回転軸以外の軸方向に対しては積層方向が垂直でなく、回転軸以外の軸方向からの観察に対して、モデル体をよりぼやけることなくクリアに見ることができる。収容体が略直柱体の部分を有する場合、モデル体を観察するのに想定される主な方向は、収容体が有する略直柱体の部分の底面又は側面に垂直な方向又は垂直に近い方向であるので、回転軸以外の軸方向に垂直な底面又は側面からの観察に対して、モデル体をよりぼやけることなくクリアに見ることができる。そして、このことは、モデル体が数値シミュレーション結果である場合のような、精緻な観察が必要な場合に特に有利である。
【００５９】
収容体が有する略直柱体の底面に対する積層方向の決定において、どの回転軸の周りにどのぐらいの回転角でｘｙｚ座標軸を回転させるかは、主な観察面が、収容体が有する略直柱体のどの面と想定されるか等を考慮して決定すればよい。この点、上述のように、観察方向が、積層方向に垂直な方向である場合に、モデル体がぼやけて見えるので、観察方向と、積層方向に垂直な方向とのなす角度が大きくなるにつれて、よりクリアにモデル体を観察できるが、この角度は２０°以上とすることが好ましく、３０°以上とすることがより好ましい。この場合、回転角は２０°〜７０°、１１０°〜１６０°、２００°〜２５０°又は２９０°〜３４０°が好ましく、３０°〜６０°、１２０°〜１５０°、２１０°〜２４０°又は３００°〜３３０°がより好ましいこととなる。
【００６０】
上記実施形態においては、収容体の形状が立方体である例を説明したが、収容体は、略直柱体の部分を有していれば、任意の適切な形状を有するものとすることができる。例えば、収容体は、略直方体や略円柱の形状を有するものとすることができる。また、収容体は、略直柱体の部分の上部若しくは下部の全部若しくは一部、又は略直柱体の部分の側面の一部に任意の形状の部分が加えられた形状を有するものであってもよい。
【００６１】
上記実施形態においては、三次元積層造形の方式として、インクジェット方式を用いるものを例に説明したが、インクジェットバインダ方式、光造形方式、粉末焼結方式、熱溶解方式等の他の三次元積層造形方式を用いてもよいことは言うまでもない。
【００６２】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかである。
【符号の説明】
【００６３】
１  三次元造形システム
１０  造形用データ生成装置
１０１  ３Ｄデータ受付部
１０３  合成造形用データ取得／生成部
１０５  三次元造形物造形用データ生成部
１０９  設定部
２０  三次元造形装置
２１０  スライスデータ生成部
２２０  制御部
２３０  造形ステージ
２３５  昇降駆動部
２４０  ヘッドユニット
２４１  第１のプリンタヘッド
２４３  第２のプリンタヘッド
２４５  第３のプリンタヘッド
２４７、２４８  ＵＶ光源
５０、５０'  三次元造形物
５０１、５０１'  モデル体
５０３、５０３'  収容体
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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