(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元物体を印刷するために必要な時間を短縮し、印刷された三次元物体の表面でより正確に色を作成するシステムの提供。【解決手段】三次元物体プリンタが、少なくとも１つの色がホワイトである異なる色を有する異なる材料液滴を排出する複数の排出装置２２、２６、６８、７２、７６を操作して、異なる色の飽和レベルで物体を作成させるコントローラ４６を有するシステム１００。コントローラは、各層のボクセル毎の液滴の平均数の合計と、各層のホワイト以外のボクセル毎の着色剤の液滴の平均数の目標値と、排出装置によって排出された各材料についての物体の最も近い表面からの距離との関数を基準として複数の排出装置を操作し、最も近い表面からの所定の距離以上では、コントローラが、複数の排出装置を操作して、クリア及びホワイトの液滴のみを使用して物体の層にボクセルを形成させる、システム１００。【選択図】図１
2018130954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色を有する第１の材料液滴を排出するように構成された第１の複数の排出装置と、
第２の色を有する第２の材料液滴を排出するように構成された第２の複数の排出装置であって、前記第１の色は前記第２の色と異なる、第２の複数の排出装置と、
第３の色を有する第３の材料液滴を排出するように構成された第３の複数の排出装置であって、前記第３の色は前記第２の色および前記第１の色と異なる、第３の複数の排出装置と、
前記第１の複数の排出装置、前記第２の複数の排出装置、および前記第３の複数の排出装置に動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータと、
前記少なくとも１つのアクチュエータ、前記第１の複数の排出装置、前記第２の複数の排出装置、および前記第３の複数の排出装置に動作可能に接続されたコントローラと
を含むシステムであって、前記コントローラは、
製造する物体の各層における各材料のボクセル毎の材料液滴の平均数を識別し、
前記物体の画像データを、各層のボクセル毎の第２の材料液滴の前記平均数と各層のボクセル毎の第３の材料液滴の前記平均数との合計の第１の関数と、全ての材料のボクセル毎の材料液滴の前記平均数の合計の目標値と、前記物体の前記層と最も近い表面との間の距離とを基準として、前記第１の材料、前記第２の材料および前記第３の材料の各々用の材料液滴データに変換し、
前記材料液滴データを各層の各ボクセルの材料液滴を識別する液滴データに変換し、
前記変換した材料液滴データを基準として、前記第１の複数の排出装置、前記第２の複数の排出装置、および前記第３の複数の排出装置を操作して前記第１の材料液滴、前記第２の材料液滴、および前記第３の材料液滴を排出し、前記画像データに対応する前記物体の前記層を形成する
ように構成される、システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記少なくとも１つのアクチュエータを操作して、前記第１の複数の排出装置、前記第２の複数の排出装置、および前記第３の複数の排出装置を移動させて、材料液滴を前記物体の各層のボクセルに排出するために前記複数の排出装置を位置決めするようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の複数の排出装置は、ホワイト材料液滴を排出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ホワイト材料液滴、前記第２の色、および前記第３の色とは異なる色であるクリアの第４の材料液滴を排出するように構成された第４の複数の排出装置をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記第１の関数の出力と、前記物体の前記層と最も近い表面との間の距離との第２の関数を基準として、クリアの第４の材料の材料液滴データを計算することによって、前記物体の前記画像データを材料液滴データに変換するようにさらに構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
プリンタを操作する方法であって、
コントローラを使用して製造する物体の各層における各材料のボクセル毎の材料液滴の平均数を識別し、
前記コントローラを使用して前記物体の画像データを、前記識別された各層のボクセル毎の第２の材料液滴の平均数と前記識別された各層のボクセル毎の第３の材料液滴の平均数との合計の第１の関数と、前記識別された全ての材料のボクセル毎の材料液滴の平均数の合計の目標値と、前記物体の前記層と最も近い表面との間の距離とを基準として、第１の材料、第２の材料および第３の材料の各々用の材料液滴データに変換し、
前記コントローラを使用して前記材料液滴データを各層の各ボクセルの材料液滴を識別する液滴データに変換し、
前記コントローラを使用して前記変換した材料液滴データを基準として、第１の複数の排出装置、第２の複数の排出装置、および第３の複数の排出装置を操作して前記第１の材料液滴、前記第２の材料液滴、および前記第３の材料液滴を排出し、前記画像データに対応する前記物体の前記層を形成し、複数の排出装置の各々は、前記他の複数の排出装置によって排出された前記材料液滴の色と異なる色を有する材料液滴を排出すること
を含む、方法。
【請求項７】
前記コントローラを使用して少なくとも１つのアクチュエータを操作して、前記第１の複数の排出装置、前記第２の複数の排出装置、および前記第３の複数の排出装置を移動させて、材料液滴を前記物体の各層のボクセルに排出するために前記複数の排出装置を位置決めすること
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の複数の排出装置の動作がホワイト材料液滴を排出する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記コントローラを使用して第４の複数の排出装置を操作させて、クリアである第４の材料液滴を排出させ、クリアは前記第２の複数の排出装置および前記第３の複数の排出装置によって排出される前記材料液滴の色である前記ホワイト材料液滴と異なること
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記コントローラを使用して、前記第１の関数の出力と、前記物体の前記層と最も近い表面との間の距離との第２の関数を基準として、前記クリアの第４の材料の材料液滴データを計算することによって、前記物体の前記画像データを材料液滴データに変換すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、三次元（３Ｄ）物体印刷に関し、特に、三次元物体を印刷するために必要な時間を短縮し、印刷された三次元物体の表面でより正確に色を作成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄ物体印刷では、物体は一度に１つの層で造形される。液滴を排出する１つまたは複数のプリントヘッドは、複数回にわたって物体上を移動する。物体を作成するのに必要な通過の数は、一般的な物体の作成に非常に長い時間を要する可能性がある。物体の中には大きいものもあり、物体の形成に数日かかることもある。物体の構造を形成する３Ｄ印刷システムによって排出される材料に加えて、いくつかの印刷システムはまた、作成された部品の表面上に画像を重ね合わせる着色材料を含む。これらのシステムでは、物体構造は、一般的には、クリアおよびホワイト造形材料、ならびに二次元印刷に一般的に使用される色のような着色材料を使用して形成され、つまり、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック（Ｃ、Ｍ、ＹおよびＫ）を使用して画像を形成する。本明細書において、「着色材料」または「顔料着色材料」とは、レッドからバイオレットおよびブラックの光スペクトル範囲に色相を有する材料を意味する。各層は、１つのタイプの材料のみ、すなわち、造形材料または着色材料のいずれかで作られる。物体の形成に必要な時間を短縮する１つの方法は、複数の層を１回の通過で印刷することである。この目標を達成するためには、各材料に割り当てられる排出装置の数も増やさなければならない。当然、排出装置の数の増加は、ハードウェアの費用であるため、システムのコストも増加する。したがって、３Ｄ物体印刷システムには、速度とコストとの間に直接の関係が存在する。
【０００３】
３Ｄ物体の表面に色を印刷することは、表面に塗料を塗ることと同じではないため、着色剤を使用する画像の印刷でも問題が発生する。塗料は、プリントヘッドによって排出可能な材料に組み込むことができるよりはるかに大きい着色剤濃度を有する。色を印刷する際には、ホワイト材料を画像のベースとして使用し、次に画像を様々な色の組み合わせで形成することができる。しかし、厚い色の層は高解像度の画像を形成することができない。加えて、多くの３Ｄ物体印刷システムは、材料を除去して表面を平坦化するために製造プロセスで時折使用されるレベリング装置を含む。平坦でない表面の上に他の層を追加すると、製造する物体の構成が乱れることがあるのでこの平滑化は必要である。除去する材料の量はまた、色の許容できない変化を生じ得る。製造時間を短縮し、物体の表面に確実に色を再現する３Ｄ物体印刷表面が有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
新規の３Ｄ物体印刷システムは、物体製造時間を短縮し、物体の表面上でより正確な色の再現を可能にするように構成される。システムは、第１の色を有する第１の材料液滴を排出するように構成された第１の複数の排出装置と、第２の色を有する第２の材料液滴を排出するように構成された第２の複数の排出装置であって、第１の色は第２の色と異なる、第２の複数の排出装置と、第３の色を有する第３の材料液滴を排出するように構成された第３の複数の排出装置であって、第３の色は第２の色および第１の色と異なる、第３の複数の排出装置と、第１の複数の排出装置、第２の複数の排出装置、および第３の複数の排出装置に動作可能に接続された少なくとも１つのアクチュエータと、少なくとも１つのアクチュエータ、第１の複数の排出装置、第２の複数の排出装置、および第３の複数の排出装置に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、製造する物体の各層における各材料のボクセル毎の材料液滴の平均数を識別し、物体の画像データを、各層のボクセル毎の第２の材料液滴の平均数と各層のボクセル毎の第３の材料液滴の平均数との合計の第１の関数と、全ての材料のボクセル毎の材料液滴の平均数の合計の目標値と、物体の層と最も近い表面との間の距離とを基準として、第１の材料、第２の材料および第３の材料の各々用の材料液滴データに変換し、材料液滴データを各層の各ボクセルの材料液滴を識別する液滴データに変換し、変換した材料液滴データを基準として、第１の複数の排出装置、第２の複数の排出装置、および第３の複数の排出装置を操作して第１の材料液滴、第２の材料液滴、および第３の材料液滴を排出し、画像データに対応する物体の層を形成するように構成される。
【０００５】
新規の３Ｄ印刷システムを操作する方法は、物体の製造時間を短縮し、物体の表面上の色のより正確な再現を可能にする。本方法は、コントローラを使用して製造する物体の各層における各材料のボクセル毎の材料液滴の平均数を識別し、コントローラを使用して物体の画像データを、識別された各層のボクセル毎の第２の材料液滴の平均数と識別された各層のボクセル毎の第３の材料液滴の平均数との合計の第１の関数と、識別された全ての材料のボクセル毎の材料液滴の平均数の合計の目標値と、物体の層と最も近い表面との間の距離とを基準として、第１の材料、第２の材料および第３の材料の各々用の材料液滴データに変換し、コントローラを使用して材料液滴データを各層の各ボクセルの材料液滴を識別する液滴データに変換し、コントローラを使用して変換した材料液滴データを基準として、第１の複数の排出装置、第２の複数の排出装置、および第３の複数の排出装置を操作して第１の材料液滴、第２の材料液滴、および第３の材料液滴を排出し、画像データに対応する物体の層を形成し、複数の排出装置の各々は、他の複数の排出装置によって排出された材料液滴の色と異なる色を有する材料液滴を排出することを含む。
【０００６】
本開示の前述した態様および他の特徴は、添付図面に関連して以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、従来公知のシステムと比較して、単一の通過での層形成を増やすように構成された３Ｄ印刷システムを示す図である。
【図２】図２は、図１のシステムによって排出される液滴の説明図である。
【図３】図３は、従来の３Ｄプリンタによって形成された物体の表面における色の形成を示す。
【図４】図４は、図１の３Ｄプリンタによって形成された物体の表面における色の形成を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図１の３Ｄプリンタによって形成される物体の黒っぽい表面および灰色の表面の形成を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図１の３Ｄプリンタによって形成される物体の暗い表面および灰色の表面の形成を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、飽和が少ない色とより飽和した色をそれぞれ作成するための演色方策の一部のグラフ表示である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、飽和が少ない色とより飽和した色をそれぞれ作成するための演色方策の一部のグラフ表示である。
【図７】図７は、図１の３Ｄプリンタによって実行可能な演色方策のグラフ表示である。
【図８】図８は、図１の３Ｄプリンタによって実行可能な別の演色方策のグラフ表示である。
【図９】図９は、図１の３Ｄプリンタによって実行可能な別の演色方策のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の一般的な理解のために、図面を参照する。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示すために全体を通して使用されている。
【０００９】
図１は、三次元物体または部品１０を作成する印刷システム１００内の構成要素の構成を示す。本明細書で使用する「三次元プリンタ」という用語は、物体の画像データを基準として材料液滴を排出して三次元物体を形成する任意の装置を指す。印刷システム１００は、支持材料リザーバ１４、着色造形材料リザーバ１８、クリア造形材料リザーバ６０、ホワイト造形材料リザーバ６４、複数の排出装置２２、２６、６８、７２、および７６、造形基板３０、平面支持部材３４、柱状支持部材３８、アクチュエータ４２ならびにコントローラ４６を含む。導管５０は、排出装置２２および７６を支持材料リザーバ１４に接続し、導管５４は、排出装置２６を着色造形材料リザーバ１８に接続する。導管８０および８４はそれぞれ、排出装置６８および７２を、造形材料リザーバ６０およびホワイト造形材料リザーバ６４にそれぞれ接続する。排出装置は、コントローラに動作可能に接続されたメモリ内の三次元画像データを基準としてコントローラ４６によって操作され、各排出装置に供給される支持および造形材料液滴を排出する。三次元画像データ内の単一の位置に格納された各データは、本明細書では「ボクセル」として定義される。造形材料は、製造される部品１０の構造を形成するが、支持材料液滴によって形成される支持構造５８は、造形材料液滴がその形状を維持することを可能にし、部品が構築されるにつれて材料液滴が凝固する。部品が完成した後、支持構造５８は、洗浄、吹きつけ、または溶解によって除去される。
【００１０】
コントローラ４６はまた、平面支持部材３４、柱状支持部材３８、および排出装置２２、２６、６８、７２、および７６の互いに対する動きを制御するために、少なくとも１つのアクチュエータ４２に動作可能に接続される。すなわち、１つまたは複数のアクチュエータを排出装置を支持する構造体に動作可能に接続して、排出装置を平面支持部材の表面を基準としてプロセス方向Ｐおよびクロスプロセス方向Ｃ−Ｐに移動させることができる。あるいは、１つまたは複数のアクチュエータを平面支持部材３４に動作可能に接続して、部品が作成される面をプロセスおよびプロセス方向に、平面支持部材３４の平面において移動させることができる。本明細書で使用する「プロセス方向」という用語は、平面支持部材３４の表面における１つの軸に沿った移動を指し、「クロスプロセス方向」は、平面支持部材表面におけるプロセス方向軸に直交する、その表面における軸に沿った移動を指す。これらの方向は、図１において文字「Ｐ」および「Ｃ−Ｐ」で示されている。排出装置２２、２６、６８、７２、および７６ならびに柱状支持部材３８も平面支持部材３４に対して直交する方向に移動する。この方向は、本明細書では垂直方向と呼ばれ、柱状支持部材３８に平行であり、図１では文字「Ｖ」で示されている。垂直方向の移動は、柱状部材３８に動作可能に接続された１つまたは複数のアクチュエータを使用して、排出装置に動作可能に接続された１つまたは複数のアクチュエータによって、または柱状支持部材３８と排出装置の両方に動作可能に接続された１つまたは複数のアクチュエータによって達成される。この様々な構成のこれらのアクチュエータは、アクチュエータを操作して柱状部材３８、排出装置、またはこれらの構成要素の全てを垂直方向に移動させるコントローラ４６に動作可能に接続される。
【００１１】
従来知られている３Ｄ印刷システムでは、着色材料の層が表面の近くに印刷され、クリア材料層で覆われることがあり、一方下層はホワイト材料からなり、着色材料およびクリア材料の背景を提供する。この構造の一例を図３に示す。図に示すように、内層３０４は、ホワイト材料のみの液滴で形成されている。次層３０８は、着色材料のみで形成され、次いで、所望により、着色材料を保護するために、クリア材料の１つまたは複数の層３１２で覆うことができる。図１に示すプリンタでは、着色材料液滴は次層４０８において増加する割合で導入され、図４に示すようなよりぼかされた配色を提供する。部品の表面に最も近い層４１２では、着色材料液滴が層を支配するが、クリア材料液滴やホワイト材料液滴も層に含まれている。着色、クリア、およびホワイトの材料の比率の変更を増やす方法は、色管理された面のサイズを増やすことによって、着色された色域を保存することを可能にする。すなわち、表面付近の色管理された量の深さは、層３０８および４１２と比較して層４０８および４１２の深さが深くなることによって示されるように、より大きい。着色された色がブラックである場合、図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ示されるように、黒っぽい色または灰色の表面が形成され得る。図５Ｂに示すように、ぼかされた黒っぽい色または灰色の表面を達成するための方策の一部の例が図６Ａに示されている。表面から所定の距離では、ブラック材料は排出されず、ボクセル内の材料の８０％はホワイトであり、ボクセル内の材料の２０％はクリアである。表面に近い層が形成されるにつれて、ホワイト材料はボクセル内の材料の割合が小さくなり、ブラック材料はボクセル内の材料の８０％まで上昇し、ボクセル内のクリア材料はゼロに下がる。表面までの距離が減少するにつれて、ボクセル内のブラック材料の割合はゼロに減少し、一方ホワイト材料は１００％に増加する。より飽和した色を達成するための方策の一部が図６Ｂに示されている。表面から所定の距離で、ボクセル内の材料の８０％はブラックであり、ボクセル内の材料の２０％はクリアであり、一方ホワイト材料は排出されない。層が表面に近づくにつれて、ボクセルに排出されるクリア材料がゼロになるまで、ホワイト材料がボクセルに排出される。その距離では、ブラック材料はボクセル内の材料の７０％に減少し、ボクセル内のホワイト材料は３０％に増加する。これらの割合は、ボクセル内のブラック材料の割合がゼロに直線的に減少し、ホワイト材料の割合が１００％に直線的に増加する表面からの別の所定の距離に達するまで、後の層に継続する。
【００１２】
表面を基準にした深さの関数として、着色材料とクリア材料およびホワイト材料とを組み合わせる方策または色モデルによって形成された色は、表面で色のレンダリングを改善する。この方策は、一枚の紙が印刷された色に白い背景を提供するのと同じように、表面の色に白い下地を提供する。ホワイトおよびクリア材料はオプションを提供し、特に層の深さを基準として、データテーブルとして構成でき、かつコントローラが３Ｄ印刷システムで作成された物体の演色のために使用できる包括的な３Ｄ色方策または色モデルを提供する。本明細書では、「色モデル」とは、材料で作成される物体の表面を基準として深さの関数として排出される材料を分配する複数の関数を指し、プリンタによって排出される各材料毎に１つである。
【００１３】
このような方策の一部の一例では、クリア材料が、表面近くの色で満たされていないボクセルに主として使用され、直線的に増加する量のホワイト材料が層に加えられ、さらに表面から除去される。このような方策は、図７にグラフで示されている。物体の内部では、グラフの領域６０４に層を形成するためにホワイト材料のみが使用される。領域６０８における表面からの所定の距離では、５０％の着色材料と５０％のホワイト材料で層が形成される。移行領域６１２では、着色材料は層の５０％を形成し続け、一方ホワイト材料は５０％から０％に直線的に減少し、クリア材料は０％から５０％に直線的に増加する。領域６１６の表面の近くで、層は５０％の着色材料と５０％のクリア材料で形成される。この方式下では、シアン材料のような１００％の着色材料で形成された色、または５０％のシアンと５０％のマゼンタのような着色材料の組み合わせで形成された色は、適切なレンダリングのために追加のクリアまたはホワイト材料を必要としない。
【００１４】
図８に示す別の例では、表面からの深さの関数としての演色方策の一部は、最初に表面で１００％に等しいものも含む全ての色にホワイト材料を加えることを含む。この図に描写されているように、物体の内部は、グラフの領域７０４でホワイト材料のみで形成されている。領域７０８の表面から所定の距離で、層は、着色材料の割合が５０％に達するまで直線的に増加する量の着色材料と、またホワイト材料の割合が５０％に達するまで直線的に減少する量のホワイト材料とを使用して形成される。移行領域７１２では、着色材料は層の５０％を形成し続け、一方ホワイト材料は５０％から０％に直線的に減少し、クリア材料は０％から５０％に直線的に増加する。領域７１６の表面の近くで、層は５０％の着色材料と５０％のクリア材料で形成される。この方式の規則は、所定の深さで、層は着色材料で形成され始めるということである。ホワイトが最初に置き換えられ、次に色は一定のままであり、一方ホワイト材料は各層で減少し、クリア材料は各層で増加する。図８は、５０％の着色材料の適用範囲に対するこの方策を示し、一方、図９は、１００％の着色材料の適用範囲に対する方策を示す。図９のグラフは、ホワイト材料のみの領域８０４、移行領域８０８、および着色のみの領域８１２の、３つの領域のみを有する。移行領域８０８において、層のホワイト材料の割合は０％に直線的に減少するが、層の着色材料は０％から１００％に直線的に増加する。方策のこの部分では、ホワイトおよび着色材料のみが使用される。
【００１５】
色、ホワイト、およびクリア材料液滴を使用するための上記の方策は、所望の色レベルを達成するために、各材料を物体の表面からの深さの関数として使用するための関数を含む。一般に、ホワイトを優先して着色材料液滴が使用されない深さに達するまで、着色材料液滴よりも多くのホワイト材料液滴が、表面からより深いところに位置する層で使用される。さらに、使用される着色材料液滴の量が、物体を満たすのに必要な材料の量よりも少ない場合、表面に近い層ではホワイト液滴の代わりに、クリア液滴が優先的に使用される。この方策では、製造者が物体の観察者に知覚させたい色の飽和レベルが方策に影響を与える。これらの移行を定義する関数は、図６〜図１０に示す線形関数に加えて、多項式または指数関数として表すことができる。より高い飽和色レベルが必要な場合は、表面近くの層でより多くの色材料液滴が必要となる。同様に、より低い飽和色レベルが望ましい場合には、より多くのクリア、あるいはホワイトの材料液滴が表面により近い層で使用される。したがって、関数は、色、色の所望の飽和レベル、および各層の表面からの深さによって決定される。提案された関数が物体を形成するために使用され、物体の色が評価されて、作成された色が色の所望の飽和レベルを達成することが決定される。この目標を達成する関数が定義されると、その後の色較正が実行されて、物体の表面からの距離の関数として対象層に使用される色の成分である、３Ｄ部品の表面における所望の色間のマッピングを識別し、さらに物体を印刷する前に各ボクセル内の液滴の色を決定するためにハーフトーニングが識別される。
【００１６】
上述の方策は、物体のボクセルと最も近い表面との間の距離の関数として、より一般的な方法で表現することができる。各層の各ボクセルの材料液滴は、ボクセルと最も近い表面との間の距離と、物体の各層の各ボクセルにおける材料液滴の平均数の合計と、各層の各ボクセルにおける液滴の平均数の合計の目標値との関数として表現される。ボクセルでの材料液滴の平均数の合計Ｓを得るために、着色材料のコントーン値が一緒に加算される。さらに、目標値Ｖは、各ボクセルで活動中でなければならない排出装置の数に比例した固定値である。合計Ｓは、ハーフトーニング、誤差拡散、またはデジタルバイナリ検索アルゴリズムなどのレンダリングアルゴリズムにより、ボクセルの実際の液滴数に変換される。初期の色空間からの変換と、ホワイトおよびクリア色を含むマッピングとを１つの工程に結合することができる。
【００１７】
合計Ｓの１００％以下の目標値について、ホワイトおよびクリア着色剤を決定できる方法の例がここで提示される。ホワイトは、合計Ｓ０と最も近い表面からの距離Ｄとの関数として表すことができ、Ｗ＝Ｆ（Ｓ０，Ｄ）、ここで、関数Ｆは指数関数または多項式であり得るゼロまたは正の二次導関数を使用する単調増加関数である。Ｓ０は、最も近い表面から距離Ｄにあるボクセルに対する材料液滴の初期平均数である。着色剤が表面で知覚される色に寄与しない所定の距離では、ホワイトおよびクリアのみが使用される。本明細書で使用される用語「着色剤」は、レッドからバイオレットの範囲の色相およびブラック色を有する材料を指す。着色された色が使用されていない表面からの最小距離をＤｆとし、最も近い表面からこの距離以上でのホワイトとクリアの合計Ｓは、Ｖに等しいかまたはＶに非常に近い。表面からの距離がＤｆより小さい距離では着色剤が使用される。計算された距離Ｄ０より大きい距離では、ホワイト材料液滴が使用される。値Ｄ０は、表面での非ホワイトまたは非クリア色の外観の飽和度に依存して変化し得る。したがって、Ｄ０ｍａｘは、Ｄ０を設定できる最大値であり、飽和した色に対して発生する。飽和した色について、例えば、Ｓ０＞Ｖ／２の場合、Ｄ０＝Ｄ０ｍａｘであり、
Ｓ０≦Ｖ／２の場合、Ｄ０＝２＊（Ｓ０／Ｖ）＊Ｄ０ｍａｘであり、
次にＷについて、Ｄ≦Ｄ０の場合、Ｗ＝０、ここでＤは、最も近い表面からのボクセルの距離であり、
Ｄ０＜Ｄ＜Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｖ＊（Ｄ−Ｄ０）２／（Ｄｆ−Ｄ０）２であり、
Ｄ≧Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｖである。
【００１８】
Ｗ＋Ｓ０＞Ｖの場合、ＣＭＹＫのような着色材料の合計はＶ−Ｗによって減じられ、各色は同じ割合で減少する。最も近い表面からある距離では、Ｓはゼロに減少する。Ｗ＋ＳがＶよりも小さい場合、クリアＣＬを使用して差を補い、
ＣＬ＝Ｖ−Ｗ−Ｓ
と表すことができる。
【００１９】
上記の関係は、ボクセルの最も近い表面からの様々な距離を通してクリアＣＬの量を制御するが、クリアは、０からＤ０の範囲の最も近い表面からの距離に関して自身の関数を有することができる。クリアの関数は、Ｄ０で負の二次導関数を有する必要がある。ボクセルと表面との間の距離が減少するにつれて、顔料インク（ＩＢ）の量は表面外観に一層寄与するので増加する。クリア関数の一例は、
Ｄ＜Ｄ０の場合、クリア量（ＣＬ）＝（Ｖ−Ｓ０−ＩＢ）＋ＩＢ＊｛（１−ｅ−αＤ）／α−Ｄ  ｅ−αＤ０｝／Ｎ
であり、ここでＮは関数の範囲を０から１にするノーマライザである。（すなわち、Ｎ＝｛（１−ｅ−αＤ０）／α−Ｄ０  ｅ−αＤ０｝）。ボクセル内でホワイトとクリアの両方が使用される場合、すなわち最も近い表面までの距離がＤ０≦Ｄ≦Ｄｆの範囲内である場合、クリア値は関数ＣＬ＝Ｖ−Ｗ−Ｓを基準として決定され、最も近い表面までの距離がＤ０未満になると、正規化された関数が使用される。
【００２０】
着色された領域の適用範囲の総量は変更することができる。ホワイト材料なしでクリア材料が使用され、ＣＬ＋Ｓ０＜Ｖである表面からの距離では、ＣＭＹＫのような着色された色の合計は、（Ｖ−Ｃ）によって増加し、各色は材料液滴の初期平均数Ｓ０から同じ割合で増加する。すなわち、
Ｓ＝Ｓ０＋ＩＢ＊（１−｛（１−ｅ−αＤ）／α−Ｄ  ｅ−αＤ０｝／Ｎ）
となる。
【００２１】
クリア材料を使用しないシステムでは、合計Ｓ０とホワイトの合計はＶに等しくなければならない。この要件は計算を単純化する。例えば、
Ｄ≦Ｄ０の場合、Ｗ＝Ｖ−Ｓ０
Ｄ０＜Ｄ＜Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｖ−Ｓ０＊（１−（Ｄ−Ｄ０）２／（Ｄｆ−Ｄ０）２）
Ｄ≧Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｖ
となる。
１００％より大きい目標値Ｖについては、ホワイト（Ｗ）のみではＶに等しくならないので、クリア（ＣＬ）が必要となる。この要求は、最大ホワイト量Ｗｍａｘおよび最大クリア量ＣＬｍａｘを含むために上記の式を変更し、その各々は１００％以下であり、
Ｗｍａｘ＋ＣＬｍａｘ≧Ｖ
となる。
【００２２】
ホワイトが導入され始める最も近い表面からの距離（Ｄ０）は、Ｓ０の関数であり、Ｓ＝０のときＤ０はゼロになる。例えば、
Ｓ０＞Ｖ／４の場合、Ｄ０＝Ｄ０ｍａｘ
Ｓ０≦Ｖ／４の場合、Ｄ０＝２＊（Ｓ０／Ｖ）＊Ｄ０ｍａｘ
となる。
次にＷについて、
Ｄ≦Ｄ０の場合、Ｗ＝０
Ｄ０＜Ｄ＜Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｗｍａｘ＊（Ｄ−Ｄ０）２／（Ｄｆ−Ｄ０）２
Ｄ≧Ｄｆの場合、Ｗ＝Ｗｍａｘ
となる。
Ｗ＋Ｓ０＞Ｖのとき、ＣＭＹＫのような着色材料の合計は、Ｖ−Ｗによって減じられる合計Ｓになり、各色は同じ比率で減少し、ある深さでは、Ｓはゼロに減少する。Ｗ＋ＳがＶよりも小さい場合、クリアＣＬを使用してＣＬ＝Ｖ−Ｗ−Ｓの量の差を補う。
【００２３】
物体のボクセルにおける材料液滴のタイプに影響を与え得る別の特徴は、物体を作成する時間である。３Ｄ物体を印刷する時間を短縮するために、ボクセル毎に１滴以上でボクセルを形成することができる。物体において、全てのボクセルがほぼ同じ量の材料を平均化する必要がある。この特性を達成する１つの方法は、各色を印刷するために使用する排出装置の数を２倍にすることである。しかしながら、このアプローチは費用が高い。この費用を回避するために、色、ホワイト、およびクリア材料液滴を排出する異なる排出装置を、ボクセル毎に２滴を排出するために使用し、各液滴は異なる色である。例えば、ホワイトのボクセルを作成するために、ホワイト材料液滴およびクリア材料液滴がボクセルに排出される。ＣＭＹＫ色印刷のような４色印刷では、色液滴およびクリア液滴がボクセルに排出され、色液滴のボクセルをより迅速に形成する。二次色を有するボクセルは、２滴で印刷することができ、例えばＣＭＹＫプリンタにおいて各液滴は異なる色を有する。
【００２４】
より迅速に３Ｄ物体を形成するこの方法を、図１および図２のプリンタを参照して説明する。例えば、図１のコントローラ４６は、プリンタ１００を操作して、２通過で２滴をボクセルに排出するのではなく、１通過で各ボクセルに２滴の材料２０４を排出させることができる。具体的には、コントローラ４６が１つまたは複数のアクチュエータ４２を操作して排出装置をプロセス方向Ｐに動かすと、コントローラは１つの排出装置を操作して、他の排出装置によって排出された支持材料２０４の液滴の上に材料２０４の液滴を排出させる。図２に示すように、最下部の液滴２０４は排出装置２２からのものであり、次の最上部の液滴は排出装置７６からのものである。排出装置の経路が逆転すると、次の最上部の液滴が排出装置７６によって排出され、排出装置７６によって排出された液滴の上に排出装置２２が液滴２０４を排出する。従来公知の３Ｄプリンタでは、排出装置が１方向に移動されると、排出装置２２のような単一の排出装置が連続した液滴の線を排出し、その後、排出装置が逆方向に移動されると、排出装置が液滴の第１の線上に液滴の連続線を排出する。このタイプの動作は、２本の線を形成するために２回の通過を必要とするが、第２の排出装置７６を含むことにより、２本の線を１回の通過で形成することができる。
【００２５】
同様に、コントローラ４６はまた、排出装置６８および７２を操作して、これらの排出装置によって排出されたクリアおよびホワイト材料の連続線を形成させる。具体的には、コントローラ４６は、排出装置がプロセス方向Ｐに移動すると、排出装置６８を操作して、クリア材料液滴を排出させ、排出装置７２がクリア液滴上を通過すると、コントローラは排出装置７２を操作して、クリア液滴上にホワイト液滴を排出させる。プロセス方向が逆転するとき、排出装置７２を操作して、先に排出されたホワイト液滴上にホワイト液滴を排出させ、排出装置６８がホワイト液滴の線上を通過するとき、コントローラは排出装置６８を操作して、ホワイト液滴の線上にクリア液滴を排出させる。このように、排出装置６８および７２は、１回の通過で一方向にクリア層上にホワイト層を形成し、その後、１回の通過で逆方向にホワイト層上にクリア層を形成する。ホワイト／クリア層は、通常は色は内部領域の構成要素の重要な特徴ではないので、部品１０の内部において特に有益である。さらに、この組み合わせは、部品１０の表面付近の構成層として着色造形材料を有する着色領域の形成のための適切な背景を形成する。
【００２６】
また、図２に示すように、着色材料液滴２１６の２層が形成され、一方の層上にホワイト材料液滴２１２の層が、他方の層上にクリア材料液滴の層が形成される。クリア液滴の層またはホワイト液滴の層のいずれかに着色材料液滴２１６の層を置き換えることによって、以下でより詳細に説明するように、色を部品１０に段階的に導入することができる。さらに、着色された液滴の線は、部分的に着色された液滴で、また部分的にホワイト材料液滴、クリア材料液滴、またはその両方で形成することができる。同様に、クリアまたはホワイト液滴の線は、部分的にクリア液滴で形成され、また部分的にホワイト液滴で形成され得る。この他の材料液滴の部分的な導入は、部品１０への色の導入をより柔軟にするのに役立つ。
【００２７】
上述の方法により、いずれかの排出装置によって落とすことができる最大液滴量より大きい平均の量の材料を有する層において、異なる色を有する異なる材料を排出した排出装置を操作して、ボクセルを形成させるようにコントローラを構成することができる。これらのボクセルは、同じ材料、異なる材料、または異なる色を有する材料の液滴で形成することができる。この排出装置の操作方法により、１回の通過でボクセル毎に１滴を必要とするのではなく、通過毎に２滴をボクセルに排出することができるので、単一の通過でより厚い層を形成することが可能になる。
【図１】
2018130954.tif 000003
【図２】
2018130954.tif 000004
【図３】
2018130954.tif 000005
【図４】
2018130954.tif 000006
【図５Ａ】
2018130954.tif 000007
【図５Ｂ】
2018130954.tif 000008
【図６Ａ】
2018130954.tif 000009
【図６Ｂ】
2018130954.tif 000010
【図７】
2018130954.tif 000011
【図８】
2018130954.tif 000012
【図９】
2018130954.tif 000013