(57)【要約】      （修正有）【課題】積層縞を目立たなくした造形物を造形する方法及び装置を提供する。【解決手段】造形物に付加する削り代の厚さのデータをユーザから受け付けるステップＳ１２と、入力された厚さの削り代を付加した造形データを生成するステップＳ１４と、造形データに基づいて、造形材料を積層して造形物を生成するステップＳ１６と、造形物の表面を研磨するステップＳ１８とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物を造形する方法であって、
前記造形物の表面カラー領域の厚さのデータをユーザから受け付けるステップと、
前記厚さを持った表面カラー領域を有する造形データを生成するステップと、
前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップと、
を備える造形方法。
【請求項２】
造形物を造形する方法であって、
前記造形物の削り代の厚さのデータをユーザから受け付けるステップと、
前記厚さを持った削り代を有する造形データを生成するステップと、
前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップと、
前記造形物の表面を研磨するステップと、
を備える造形方法。
【請求項３】
前記造形データを生成するステップは、前記造形物の表面カラー領域と同じ造形材料の削り代を有する造形データを生成する請求項２に記載の造形方法。
【請求項４】
前記造形データを生成するステップにおいて、前記削り代の厚さに応じて、前記表面カラー領域および前記削り代のカラー濃度が定められる請求項３に記載の造形方法。
【請求項５】
前記造形データを生成するステップは、クリアインク層の厚み以下の前記削り代を有する造形データを生成する請求項２に記載の造形方法。
【請求項６】
造形物の表面カラー領域の厚さのデータをユーザから受け付ける入力部と、
前記厚さを持った表面カラー領域を有する造形データを生成する造形データ生成部と、
前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成する造形処理部と、
を備える造形装置。
【請求項７】
前記入力部は、複数の厚さの中から前記表面カラー領域の厚さを選択させる請求項６に記載の造形装置。
【請求項８】
前記造形物の削り代の厚さのデータをユーザから受け付ける入力部と、
前記厚さを持った削り代を有する造形データを生成する造形データ生成部と、
前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成する造形処理部と、
を備える造形装置。
【請求項９】
前記造形データ生成部は、前記造形物の表面カラー領域と同じ造形材料の削り代を有する造形データを生成する請求項８に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記造形データ生成部は、前記削り代の厚さに応じて定めたカラー濃度の前記表面カラー領域および前記削り代を有する造形データを生成する請求項９に記載の造形装置。
【請求項１１】
前記造形データ生成部は、クリアインク層の厚み以下の前記削り代を有する造形データを生成する請求項８に記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形方法および造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドを用いて造形物を造形する造形装置（３Ｄプリンタ）が知られている。このような造形装置においては、例えば、インクジェットヘッドにより形成するインクの層を複数層重ねることにより、造形物を造形する。
【０００３】
インクジェットヘッドを用いて造形物を造形する場合、造形の材料として着色用のインクを用いることにより、様々な色に着色された造形物を造形できる。造形物の表面に様々な文字や図柄等の模様を描くことで、造形物を様々に加飾することもできる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１４７３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層造形法で生成された造形物は、多数のインクの層が重なって生成されている。側面が積層方向に対して傾斜している場合には、層が段差を構成するので、層の重なりが線状に見えてしまうことがあった。以下、これを「積層縞」という。積層縞を目立たなくするために、造形物を造形した後に、研磨フィルムや紙やすり等で造形物の表面を研磨する仕上げ処理を行う。
【０００６】
上述したようなカラーの造形物を造形する際には、着色用のインクは造形物の全体に用いられるわけではなく、造形物の表面付近のカラー領域を生成するのに用いられる。カラー造形物の表面を研磨すると、造形物表面のカラー領域が薄くなってしまい、造形物の表面色が意図した色合いと異なってしまうという問題があった。また、表面のカラー層の解像度を上げるにはカラー領域が薄いほうが良く、反面、表面のカラー層の色表現域を広くするにはカラー領域が厚いほうが良く、造形物の種類や大きさによって解像度を優先したい場合と色表現域を優先する場合を、ユーザが選択できる機能が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑み、積層縞を目立たなくした造形物を造形する方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の造形方法は、造形物を造形する方法であって、前記造形物の表面カラー領域の厚さのデータをユーザから受け付けるステップと、前記厚さを持った表面カラー領域を有する造形データを生成するステップと、前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップとを備える。
【０００９】
この構成により、造形物表面の色品質を制御することができる。例えば、表面カラー領域を薄くすると高解像度で鮮明な色を再現できる。一方、表面カラー領域を厚くするとロットぶれの小さく安定し、かつ広い色再現性を実現することができる。なお、表面カラー領域の外側（すなわち造形物の最外面）にクリア領域を有する場合には、そのクリア領域も含めて表面カラー領域である。
【００１０】
本発明の造形方法は、造形物を造形する方法であって、前記造形物の削り代の厚さのデータをユーザから受け付けるステップと、前記厚さを持った削り代を有する造形データを生成するステップと、前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成するステップと、前記造形物の表面を研磨するステップとを備える。
【００１１】
この構成により、削り代を有する造形物が生成されるので、削り代を研磨する仕上げ処理を行うことで、積層縞の目立たない所望の造形物が得られる。また、ユーザが削り代の厚さを設定することができるので、造形物に応じて適切な厚さの削り代を作ることができる。
【００１２】
本発明の造形方法において、前記造形データを生成するステップは、前記造形物の表面カラー領域と同じ造形材料の削り代を有する造形データを生成してもよい。
【００１３】
このように削り代と表面カラー領域との造形材料を同じにしておくことにより、表面カラー領域と削り代の境界がなく、造形物を研磨するステップにおいて、削り代がわずかに残ったとしても、残った削り代が造形物の表面カラー領域の一部となるので、削り残しが目立たない。
【００１４】
本発明の造形方法において、前記造形データを生成するステップにおいて、前記造形データを生成するステップにおいて、前記削り代の厚さに応じて、前記表面カラー領域および前記削り代のカラー濃度が定められることとしてもよい。
【００１５】
本発明の構成によれば、前記削り代の厚さに応じて、予定されていた表面カラー領域のカラー濃度よりも濃度を低下させ、削り量の僅かな違いによって表面色の違いが大きく異ならないようにできる。表面カラー領域のカラー濃度を低下させるには、例えば、表面カラー領域を構成するカラーインクの量を減らし、その分だけクリアインクを混ぜればよい。
【００１６】
本発明の造形方法において、前記造形データを生成するステップは、クリアインク層の厚み以下の前記削り代を有する造形データを生成してもよい。
【００１７】
このように削り代をクリアインクで構成することにより、研磨の処理において削り代が残っても透明であるため目立たない。
【００１８】
本発明の造形装置は、造形物の表面カラー領域の厚さのデータをユーザから受け付ける入力部と、前記厚さを持った表面カラー領域を有する造形データを生成する造形データ生成部と、前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成する造形処理部とを備える。
【００１９】
この構成により、造形物表面の色品質を制御することができる。例えば、表面カラー領域を薄くすると高解像度で鮮明な色を再現できる。一方、表面カラー領域を厚くするとロットぶれの小さく安定し、かつ広い色再現性を実現することができる。その結果、造形物の種類や大きさによって、解像度を優先する場合と色表現域を優先する場合をユーザが選択することができる。
【００２０】
本発明の造形装置において、前記入力部は、複数の厚さの中から前記表面カラー領域の厚さを選択させる構成としてもよい。
【００２１】
この構成により、ユーザは、表面カラー領域の厚さを容易に選択することができる。
【００２２】
本発明の造形装置は、前記造形物の削り代の厚さのデータをユーザから受け付ける入力部と、前記厚さを持った削り代を有する造形データを生成する造形データ生成部と、前記造形データに基づいて、造形材料を積層して前記造形物を生成する造形処理部とを備える。
【００２３】
この構成により、削り代を有する造形物が生成されるので、この造形物に対して研磨の仕上げ処理を行うことで、積層縞の目立たない所望の造形物が得られる。また、ユーザが削り代の厚さを設定することができるので、造形物に応じて適切な厚さの削り代を作ることができる。
【００２４】
本発明の造形装置において、前記造形データ生成部は、前記造形物の表面カラー領域と同じ造形材料の削り代を有する造形データを生成してもよい。
【００２５】
このように削り代と表面カラー領域との造形材料を同じにしておくことにより、表面カラー領域と削り代の境界がなく、後に造形物を研磨する際に、削り代がわずかに残ったとしても、残った削り代が造形物の表面カラー領域の一部となるので、削り残しが目立たない。
【００２６】
本発明の造形装置において、前記造形データ生成部は、前記削り代の厚さに応じて定めたカラー濃度の前記表面カラー領域および前記削り代を有する造形データを生成してもよい。
【００２７】
本発明の構成によれば、前記削り代の厚さに応じて、予定されていた表面カラー領域のカラー濃度よりも濃度を低下させ、削り量の僅かな違いによって表面色の違いが大きく異ならないようにできる。表面カラー領域のカラー濃度を低下させるには、例えば、表面カラー領域を構成するカラーインクの量を減らし、その分だけクリアインクを混ぜればよい。
【００２８】
本発明の造形装置において、前記造形データ生成部は、クリアインク層の厚み以下の前記削り代を有する造形データを生成してもよい。
【００２９】
このように削り代をクリアインクで構成することにより、後に造形物を研磨する際に削り代が残っても、透明であるため目立たない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）本実施の形態の造形装置の構成を示す図である。（ｂ）造形処理部の構成を示す図である。
【図２】入力部の一例を示す図である。
【図３】削り代を有する造形物を示す図である。
【図４】（ａ）削り代を有する造形物を構成する各層を示す図である。（ｂ）削り代を有しない造形物を構成する各層を示す図である。
【図５】第１の実施の形態の造形装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】削り代を有する造形物を示す図である。
【図７】削り代を有する造形物を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態に係る造形装置および造形方法について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の造形装置１の構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、造形装置１は、造形物の３Ｄデータを読み込む３Ｄデータ読込部１０と、３Ｄデータから造形データを生成する造形データ生成部１１と、ユーザからの各種設定等の入力を受け付ける入力部１２と、造形データに基づいてＵＶインクを積層して造形物を生成する造形処理部１３とを有している。
【００３２】
３Ｄデータは、造形物の形状およびその表面色のデータであり、製造すべき造形物を撮影した外観のデータ等に基づいて作成される。３Ｄデータは、例えば、「ＶＲＭＬ」「ＯＢＪ」「ＰＬＹ」等のフォーマットのファイルで扱われる。造形データ生成部１１は、３Ｄデータに基づいて、造形物を構成する材料、カラー等を定義すると共に、その造形物を積層していくときの各層においてどの位置にどのインクを打つかを規定するデータを生成する機能を有する。
【００３３】
図２は、入力部１２の一例を示す図である。入力部１２は、造形を開始する造形ボタン、過去の造形の履歴を表示する履歴ボタン、メンテナンス画面に移行するメンテナンスボタン、造形装置１の設定画面に移行する設定ボタンを有している。
【００３４】
図２では、設定画面が表示されている。この画面において、削り代の設定を行うことができる。削り代の設定は、造形物を研磨する仕上げ処理において削る量の設定である。図２に示す例では、ラジオボックスによって、「無し」「１００μｍ」「２００μｍ」から削り代の厚さを選択できる。尚、削り代のかわりにカラー層の厚さの設定を「１５０μｍ」「２５０μｍ」「３５０μｍ」から選択できるようにしても良い。
【００３５】
入力部１２は、図２に示す入力画面を通じて、削り代の厚さのデータの入力を受け付け、入力された削り代のデータを造形データ生成部１１に渡す。造形データ生成部１１は、入力部１２より入力された削り代の厚さのデータを用いて、造形データを生成する。
【００３６】
造形データ生成部１１は、削り代を有する造形物３０の造形データを生成する。図３は、削り代３４を有する造形物３０を示す図である。造形物３０の内部には、モールド材料３１が充填されており、表面付近には表面カラー領域３２が形成されている。表面カラー領域３２の奥側（下側）に白領域（白層／反射層）３３が形成されており、表面カラー領域３２の表面から入射した光が白領域３３で反射されることによって、減法混色の原理により色を再現することができる。また、表面カラー領域３２は、表面の法線方向に一定の厚さを有しており、色の品質を一定にすることができる。
【００３７】
表面カラー領域３２の外側に、表面カラー領域３２に連続して削り代３４を有する。削り代３４は、表面の法線方向に一定の厚さを有する。削り代３４の厚さは、入力部１２より入力された厚さのデータに基づく。削り代３４には、表面カラー領域３２の造形材料と同じ造形材料を用いる。尚、造形物３０の削り代３４を除いた最外層の表面で形成される造形物３０の外形形状は、削り代３４の厚さや表面カラー領域３２の厚さに依らず一定である。すなわち、各層の厚さによる変化は表面の法線方向の内側に向かう方向に構成させる。このようにすることで、読み込まれた３Ｄデータの外形形状が維持された造形物３０が造形される。
【００３８】
図４（ａ）は、削り代３４を有する造形物３０を構成する各層３５を示す図である。図４（ａ）に示すように、造形物３０を構成する各層３５は、付加された削り代３４をカバーする分３６だけ、削り代３４がない場合より長くなる。図４（ａ）に示すように、削り代３４を付加しておくことにより、表面を磨いて平滑化したときにも表面カラー領域３２が保持されるので、造形物３０の表面の色を所望の色に保つことができる。
【００３９】
図４（ｂ）は、削り代を有しない造形物３０の構成を示す図である。図４（ｂ）のように、削り代３４を付加していないとした場合には、表面の研磨工程において、例えば、領域３７で示すように、表面カラー領域３２の一部が削り取られてしまって、表面の色合いが変わってしまう可能性があった。
【００４０】
続いて、図１（ｂ）を参照して、造形処理部１３について説明する。造形処理部１３は、ＵＶインクを吐出することで積層造形法により立体的な造形物３０を造形する装置である。図１（ｂ）に示すように、造形処理部１３は、ヘッド部２０、造形台２１、走査駆動部２２、及び制御部２３を備える。
【００４１】
ヘッド部２０は、造形物３０の材料となる液滴を吐出する部分であり、ＵＶインクを吐出して硬化させることにより、造形物３０を構成する各層を重ねて形成する。ヘッド部２０は、複数のインクジェットヘッド、紫外線光源、平坦化ローラ等を有する。
【００４２】
また、ヘッド部２０は、造形物３０の周囲に、サポート層２４を形成することができる。サポート層２４とは、例えば、造形中の造形物３０の外周を囲むことで造形物３０を支持する積層構造物のことである。サポート層２４は、造形物３０の造形時において、必要に応じて形成され、造形の完了後に除去される。
【００４３】
造形台２１は、造形中の造形物３０を載置する台状部材であり、ヘッド部２０におけるインクジェットヘッド３０と対向する位置に配設される。また、造形台２１は、少なくとも上面が積層方向について上下移動可能な構成を有しており、走査駆動部２２によって駆動されることにより、造形物３０の造形の進行に合わせて、少なくとも上面を移動させる。本例において、積層方向は、造形処理部１３において予め設定される主走査方向（図中のＹ方向）及び副走査方向（図中のＸ方向）と直交する方向（図中のＺ方向）である。
【００４４】
走査駆動部２２は、ヘッド部２０に対して、造形物３０に対して相対的に移動する走査動作を行わせる駆動部である。走査駆動部２２は、走査動作として、主走査動作（Ｙ走査）、副走査動作（Ｘ走査）、及び積層方向走査（Ｚ走査）をヘッド部２０に行わせる。ここで、主走査動作とは、ヘッド部２０を主走査方向（Ｙ方向）へ移動しつつ、ヘッド部２０からインクを吐出する動作である。
【００４５】
制御部２３は、例えば造形処理部１３のＣＰＵであり、造形処理部１３の各部を制御することにより、造形物３０の造形の動作を制御する。なお、造形処理部１３のＣＰＵは、造形データ生成部１１のＣＰＵと兼用であってもよい。制御部２３は、造形データ生成部１１にて生成された造形データに基づいて造形処理部１３の各部を制御する。これにより、造形処理部１３は、造形に用いる材料を積層方向へ重ね、積層造形法で造形物３０を造形する。
【００４６】
図５は、第１の実施の形態の造形方法の動作を示すフローチャートである。まず、造形装置１が、造形物３０の３Ｄデータを読み込む（Ｓ１０）。続いて、ユーザが入力部１２において削り代３４の厚さを設定し（Ｓ１２）、造形装置１は、設定された削り代３４の厚さのデータを用いて、造形物３０の造形データを生成する（Ｓ１４）。造形データは、削り代３４を有する造形物３０を生成する各層のデータである。造形装置１は、生成された造形データに基づいて造形を行い（Ｓ１６）、生成された造形物３０を研磨する仕上げ処理を行う（Ｓ１８）。以上の動作によって、造形物３０が出来上がる。なお、造形物３０を研磨する仕上げ処理は、人が行ってもよいし、機械が行ってもよい。
【００４７】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の造形装置について説明する。第２の実施の形態の造形装置の基本的な構成及び動作は、第１の実施の形態と同じである。第２の実施の形態においては、造形データ生成部１１が造形物３０に削り代を付加する際に、削り代の厚さに応じて、造形物３０の表面カラー領域３２のカラー濃度を変更する。
【００４８】
図６は、削り代３４を有する造形データの例を示す図である。第２の実施の形態においては、削り代３４の厚さの分だけカラー濃度を低下させると共に、低下したカラー濃度と同じカラー濃度の造形材料による削り代３４を付加する。なお、カラー濃度を低下させるために、カラーインクの密度を低下させることになるが、カラーインクが存在しない箇所には、クリアインクを充填するように設計する。
【００４９】
造形データのカラー濃度の一例としては、表面カラー領域３２および削り代３４を生成するためのカラーインクの量が、削り代がないとした場合の表面カラー領域を生成するためのカラーインクの量と同じになるようする。例えば、表面カラー領域３２と削り代３４の体積が等しければ、カラー濃度を１／２とする。これにより、造形データに係る造形物３０の表面色が、３Ｄデータに係る造形物３０の表面色とほぼ同じとなる。
【００５０】
表面カラー領域３２の厚さが薄くて、そのカラー濃度が高い場合には、表面を研磨する処理における僅かな磨き過ぎ、または磨き残しが、造形物３０の表面色に大きな影響を与えるおそれがある。本実施の形態では、表面カラー領域３２と削り代３４のカラー濃度を低下させ、ある程度、削り代３４の厚さを確保することで、表面カラー領域３２の厚さの違いに対する感度を低下させ、表面研磨の処理を容易にすることができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の造形装置について説明する。第３の実施の形態の造形装置の基本的な構成及び動作は、第１の実施の形態と同じである。第３の実施の形態においては、造形物３０の表面に付加する削り代には、クリアインクを用いる。
【００５２】
図７は、第３の実施の形態の造形装置によって生成される造形物３０の造形データを示す図である。図７に示すように、造形物３０にはクリアインクからなる削り代３４が付加されている。
【００５３】
（実施の形態の効果）
（１）本実施の形態の造形方法は、造形物３０の削り代の厚さのデータをユーザから受け付けるステップＳ１２と、設定された厚さの削り代３４を有する造形データを生成するステップＳ１４と、造形データに基づいて、造形材料を積層して造形物３０を生成するステップＳ１６とを備える。また、本実施の形態の造形装置１は、造形物３０の削り代３４の厚さのデータをユーザから受け付ける入力部１２と、設定された厚さの削り代３４を有する造形データを生成する造形データ生成部１１と、造形データに基づいて、造形材料を積層して造形物３０を生成する造形処理部１３とを備える。
【００５４】
この構成により、削り代３４を有する造形物３０が生成されるので、削り代３４を研磨する仕上げ処理を行うことで、積層縞の目立たない所望の造形物３０が得られる。また、ユーザが削り代３４の厚さを設定することができるので、造形物３０に応じて適切な厚さの削り代３４を作ることができる。
【００５５】
（２）第１の実施の形態の造形方法では、造形データを生成するステップＳ１４は、造形物３０の表面カラー領域３２と同じ造形材料の削り代３４を有する造形データを生成する。また、第１の実施の形態の造形装置１において、造形データ生成部１１は、造形物３０の表面カラー領域と同じ造形材料の削り代３４を有する造形データを生成する。
【００５６】
このように削り代３４と表面カラー領域３２との造形材料を同じにしておくことにより、表面カラー領域３２と削り代３４の境界がなく、造形物３０を研磨するステップＳ１８において、削り代３４がわずかに残ったとしても、残った削り代３４が造形物３０の表面カラー領域の一部となるので、削り残しが目立たない。
【００５７】
（３）第２の実施の形態の造形方法では、造形データを生成するステップＳ１４において、削り代３４の厚さに応じて表面カラー領域３２および削り代３４のカラー濃度が定められる。まだ、第２の実施の形態の造形装置において、造形データ生成部１２は、表面カラー領域３２および削り代３４の厚さに応じて定めたカラー濃度の表面カラー領域３２および削り代３４を有する造形データを生成する。
【００５８】
この構成によれば、表面カラー領域３２および削り代３４の厚さに応じてそのカラー濃度を調整するので、削り代３４によって造形物３０表面の色が暗くならないようにできる。
【００５９】
（４）第３の実施の形態の造形方法では、造形データを生成するステップＳ１４は、クリアインクからなる削り代を有する造形データを生成する。また、第３の実施の形態の造形装置において、造形データ生成部１１は、クリアインクからなる削り代を有する造形データを生成する。
【００６０】
このように削り代をクリアインクで構成することにより、後に造形物３０を研磨する際に削り代が残っても、透明であるため目立たない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、積層造形法で造形を行う造形装置等として有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  造形装置
１０  ３Ｄデータ読込部
１１  造形データ生成部
１２  入力部
１３  造形処理部
２０  ヘッド部
２１  造形台
２２  走査駆動部
２３  制御部
２４  サポート部材
３０  造形物
３１  モールド材料
３２  表面カラー領域
３３  白領域
３４  削り代
３５  層
【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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