(57)【要約】【課題】  造形材が冷却固化する過程で造形物に発生する変形を抑制できるシステム等を提供する。【解決手段】  このシステムは、立体物を造形する造形手段を制御する制御システムで、立体物の三次元形状を表す三次元形状情報に基づき、該立体物を所定の間隔で切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報を生成する生成手段と、複数の断面情報に基づき、造形材を供給する複数の軌跡を決定する軌跡決定手段とを含む。軌跡決定手段は、断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて造形材を供給するように軌跡を決定する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであって、
前記立体物の三次元形状を表す三次元形状情報に基づき、該立体物を所定の間隔で切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報を生成する生成手段と、
前記複数の断面情報に基づき、造形材を供給する経路を示す複数の軌跡を決定する軌跡決定手段と
を含み、
前記軌跡決定手段は、断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて前記造形材を供給するように軌跡を決定する、制御システム。
【請求項２】
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の中心を、前記造形材の供給の開始点として軌跡を決定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記生成手段は、前記各断面情報を各層の断面情報として生成し、
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の中心を、軌跡を決定する対象の層の断面領域の中心とする、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記生成手段は、前記各断面情報を各層の断面情報として生成し、
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の中心を、軌跡を決定する対象の層の１段下の層の断面領域の中心とする、請求項２に記載の制御システム。
【請求項５】
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の中心を、該断面領域に内接または外接する円の中心とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項６】
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の中心を、該断面領域の二次元方向に最も突出する部分が各辺に隣接する正方形または長方形の中心とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項７】
前記軌跡決定手段は、前記断面領域の大きさおよび前記断面形状に応じて、前記開始点を補正する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項８】
前記生成手段は、前記各断面情報を各層の断面情報として生成し、
前記軌跡決定手段は、軌跡を決定する対象の層の断面領域内に、該対象の層の１段下の層の断面領域の中心が収まらない場合、前記軌跡を決定する対象の層の断面領域内であって、該対象の層の１段下の層の断面領域の中心から最も近い点を、前記造形材の供給の開始点とする、請求項１に記載の制御システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の制御システムと、立体物を所定の間隔で切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報に基づき決定された造形材を供給する経路を示す複数の軌跡から生成された制御情報に基づき、各層につき断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて造形材を供給して造形を行う造形手段とを含む、造形システム。
【請求項１０】
立体物を造形する造形手段に対する制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記立体物の三次元形状を表す三次元形状情報に基づき、該立体物を所定の間隔で切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報を生成するステップと、
前記複数の断面情報に基づき、造形材を供給する経路を示す複数の軌跡を決定するステップと
を実行させ、
前記軌跡を決定するステップでは、断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて前記造形材を供給するように軌跡を決定する、プログラム。
【請求項１１】
立体物を造形する造形装置であって、
三次元形状を切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報に基づき、立体物を造形する造形手段と、
断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて前記造形手段が駆動するように制御する駆動制御手段と
を含む、造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物を造形する造形手段を制御する制御システム、造形装置、造形システムおよびその制御をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物を造形する造形装置には、複数の造形方式が存在し、その造形方式の１つとして、熱溶解積層法(FFF)と呼ばれる溶融した材料を押し出して積層する造形方式が知られている。
【０００３】
FFFでは、積層造形した立体物の全ての部分に残留応力が生じ、完成後の室温への冷却の際、残留応力によって造形物が歪んだり、変形したりしてしまうことから、積層造形の残留応力を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の技術では、立体物に生じる残留応力を低減して変形を抑制することはできるが、立体物の造形が完了した後の造形材が冷却固化する過程で、立体物にそりや収縮等の変形が発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、造形材が冷却固化する過程で立体物に発生する変形を抑制することができるシステムやプログラム等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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであって、
立体物の三次元形状を表す三次元形状情報に基づき、該立体物を所定の間隔で切断して得られる断面形状を表す複数の断面情報を生成する生成手段と、
複数の断面情報に基づき、造形材を供給する経路を示す複数の軌跡を決定する軌跡決定手段とを含み、
軌跡決定手段は、断面領域の中央部分から外縁部分へ向けて造形材を供給するように軌跡を決定する、制御システムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、造形材が冷却固化する過程で造形物に発生する変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】造形システムの構成例を示した図。
【図２】造形装置のハードウェア構成の一例を示した図。
【図３】ヘッドモジュールの構成例を示した図。
【図４】情報処理装置のハードウェア構成の一例を示した図。
【図５】造形装置および情報処理装置の機能構成の一例を示したブロック図。
【図６】造形システムが実行する造形処理の流れを示したフローチャート。
【図７】スライスデータについて説明する図。
【図８】造形装置を制御するための制御情報としての造形データについて説明する図。
【図９】従来のシステムで造形材を供給する軌跡の一例を示した図。
【図１０】本システムで造形材を供給する軌跡の第１の例を示した図。
【図１１】本システムで造形材を供給する軌跡の第２の例を示した図。
【図１２】本システムで造形材を供給する軌跡の第３の例を示した図。
【図１３】造形材を供給する軌跡を決定する処理の流れを示したフローチャート。
【図１４】対象層と基準層について説明する図。
【図１５】基準層のスライスデータの中心を算出する第１の方法について説明する図。
【図１６】基準層のスライスデータの中心を算出する第２の方法について説明する図。
【図１７】基準層のスライスデータの中心が対象層のスライスデータの内側に収まらない場合の該基準層のスライスデータの中心を算出する方法について説明する図。
【図１８】軌跡の開始点を調整する方法について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、立体物を造形する造形システムの構成例を示した図である。図１に示す造形システムは、制御システムとして構成される情報処理装置１０と、立体物を造形する造形装置２０とを含んで構成される。情報処理装置１０と、造形装置２０とは、ケーブル等を使用して有線により、または無線LAN等を使用して無線により接続される。なお、情報処理装置１０と、造形装置２０とは、ネットワークを介して接続されていてもよい。また、造形システムは、１つの筐体内に制御システムと立体物を造形する造形手段とが収納されたもの、すなわち造形装置２０内に制御システムが実装されたものであってもよい。
【００１０】
情報処理装置１０は、造形手段、この例では造形装置２０に対して、造形装置２０を制御するための制御情報として造形データを送信する。造形装置２０は、情報処理装置１０から造形データを受信し、造形データに基づき、立体物を造形する。
【００１１】
情報処理装置１０は、CAD（Computer Aided Design）等のプログラムを使用して作成されたCADデータ等の立体物の三次元形状を表す三次元形状情報（３Ｄデータ）に基づき、上記の造形データを生成し、造形装置２０に送信する。このとき、情報処理装置１０は、３Ｄデータから、立体物を所定の間隔で切断（輪切り）して得られる断面形状を表す複数の断面情報（スライスデータ）を生成する。そして、情報処理装置１０は、複数のスライスデータに基づき、造形材を供給する経路を示す複数の軌跡を決定し、決定した複数の軌跡に基づき、造形データを生成する。
【００１２】
造形データには、どこからどこへ造形材（材料）としての樹脂を供給するかという情報のほか、樹脂を溶融させるための造形装置２０が備える加熱ブロックの温度や吐出手段としての造形ヘッドの移動速度等の造形に必要なパラメータが含まれる。なお、材料を供給できれば、吐出手段は造形ヘッドに限定されるものではない。
【００１３】
造形装置２０は、情報処理装置１０から受信した造形データに基づき、造形ヘッドを移動させ、造形ヘッドから材料を供給して１層ずつ積み重ねるように形成していき、目的の立体物を造形する。
【００１４】
図２を参照して、造形装置２０のハードウェア構成について説明する。図２では、造形方式としてFFFを採用する造形装置２０を例に挙げて説明するが、造形方式はFFFに限定されるものではない。したがって、載置台の載置面に対向する位置に配置された吐出手段からの材料の供給により載置面上に立体物を造形するものであれば、レーザ光源を使用したレーザ方式、高温温風源を使用した高温温風方式、加熱プレートを使用した加熱プレート方式、タップノズルを使用したタップ方式、超音波を使用した超音波方式等のいかなる方式を採用した造形装置であってもよい。
【００１５】
造形装置２０は、熱可塑性樹脂を母材とする樹脂組成物からなる長尺の糸状の細長いフィラメント２１が巻かれたフィラメント用リール２２を備える。フィラメント用リール２２は、造形装置２０の筐体２３の外側の所定の位置に回転可能に取り付けられる。フィラメント２１は、筐体２３内部の造形ヘッド２４により先端から引き込まれ、その際、フィラメント用リール２２は大きく抵抗力を働かせることなく自転する。
【００１６】
なお、フィラメント２１は、２種類設けられ、１つは、三次元造形物を構成するモデル材料のフィラメントとされ、もう１つは、三次元造形物の形状を保持するための型の役割を果たし、造形完了後に除去されるサポート材のフィラメントとされる。モデル材料とサポート材には、異なる種類の材料が使用される。
【００１７】
造形ヘッド２４は、図３に示すように、フィラメント２１の両側に隣接し、一定方向に回転してフィラメント２１を引き込むエクストルーダ４０を含む。造形ヘッド２４は、フィラメント２１を溶融または半溶融する加熱ブロック４１を含む。加熱ブロック４１は、内部に加熱源４２を有し、加熱ブロック４１の温度を測定する温度測定手段としての熱電対４３を含む。
【００１８】
造形ヘッド２４は、加熱ブロック４１の下側に溶融または半溶融し、液状となったフィラメント２１を吐出する吐出ノズル４４を有する。造形ヘッド２４には、吐出ノズル４４として、モデル材料を吐出するノズルとサポート材を吐出するノズルの２つが設けられる。なお、吐出ノズルは２つに限らず、３以上設けてもよい。
【００１９】
エクストルーダ４０と加熱ブロック４１との間には、移送路を構成するフィラメントガイド４５と、冷却ブロック４６とが設けられる。冷却ブロック４６は、加熱ブロック４１により溶融または半溶融したフィラメント２１が造形ヘッド２４の上部に逆流し、フィラメント２１をエクストルーダ４０により押し出す際の抵抗力が大きくなる、あるいは固化したフィラメントが移送路内で詰まることを避けるために設けられる。冷却ブロック４６は、内部に冷却源４７を有し、溶融または半溶融して液状となったフィラメント２１を元の固体のフィラメントに戻す。
【００２０】
再び図２を参照して、造形装置２０は、筐体２３内部の造形ヘッド２４の下側に、載置台２５を有する。筐体２３内は、立体物を造形するための処理空間となっている。造形ヘッド２４は、載置台２５上に、フィラメント２１の溶融物または半溶融物を線状に押し出し少しずつ積み上げながら冷却固化させ、立体物を造形する。FFFでは、射出成形では金型が複雑になり、成形できないような立体物を造形することができる。
【００２１】
造形ヘッド２４は、吐出ノズル４４からモデル材料のフィラメントとモデル材料とは異なる材料で形成されたサポート材のフィラメントとを吐出し、層状に順次積層する。サポート材のフィラメントにより形成された部分は、造形後にサポート材を溶解する溶液等を使用して除去される。
【００２２】
造形装置２０は、図２に示すように、造形装置２０の幅方向をX軸方向とした場合にX軸方向に延び、連結部材を介してX軸方向に造形ヘッド２４を移動可能に保持するX軸駆動軸２６を有する。造形装置２０は、X軸駆動モータ２７を有し、X軸駆動モータ２７の駆動力により造形ヘッド２４をX軸方向に移動させる。なお、造形ヘッド２４は、加熱ブロック４１を有し、高温になるため、その熱がX軸駆動モータ２７に伝わりにくいように、フィラメント２１を案内するフィラメントガイド等の移送路を低熱伝導性のものが望ましい。
【００２３】
造形装置２０は、造形装置２０の奥行き方向をY軸方向とした場合にY軸方向に延び、Y軸方向に造形ヘッド２４を移動可能に保持するY軸駆動軸を有する。造形装置２０は、Y軸駆動モータ２８を有し、Y軸駆動モータ２８の駆動力により造形ヘッド２４をY軸方向に移動させる。
【００２４】
造形装置２０は、造形装置２０の高さ方向をZ軸方向とした場合にZ軸方向に延び、Z軸方向に載置台２５を移動可能に保持するZ軸駆動軸２９およびガイド軸３０を有する。造形装置２０は、Z軸駆動モータ３１を有し、Z軸駆動モータ３１の駆動力により造形ヘッド２４をZ軸方向に移動させる。
【００２５】
造形装置２０は、造形ヘッド２４のX軸方向の位置を検知するX軸座標検知機構を有する。X軸座標検知機構は、検知結果を駆動制御手段に出力し、駆動制御手段が、検知結果に基づいて、X軸駆動モータ２７を制御し、造形ヘッド２４を目標のX軸方向の位置へ移動させる。
【００２６】
造形装置２０は、造形ヘッド２４のY軸方向の位置を検知するY軸座標検知機構を有する。Y軸座標検知機構は、検知結果を駆動制御手段に出力し、駆動制御手段が、検知結果に基づいて、Y軸駆動モータ２８を制御し、造形ヘッド２４を目標のY軸方向の位置へ移動させる。
【００２７】
造形装置２０は、造形ヘッド２４のZ軸方向の位置を検知するZ軸座標検知機構を有する。Z軸座標検知機構は、検知結果を駆動制御手段に出力し、駆動制御手段が、検知結果に基づいて、Z軸駆動モータ３１を制御し、載置台２５を目標のZ軸方向の位置へ移動させる。
【００２８】
駆動制御手段は、X軸駆動モータ２７、Y軸駆動モータ２８、Z軸駆動モータ３１を制御し、造形ヘッド２４および載置台２５の移動制御を行うことで、造形ヘッド２４と載置台２５との相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に移動させることができる。
【００２９】
なお、フィラメント２１の溶融吐出を連続して行うと、吐出ノズル４４の周辺が溶融樹脂で汚れるという問題がある。この問題に関し、造形装置２０は、クリーニングブラシ３２を有し、クリーニングブラシ３２で定期的にクリーニング動作を行い、吐出ノズル４４の先端への樹脂の固着を防止する。クリーニング動作は、樹脂の温度が下がりきらないうちに行うことが固着の観点から望ましい。クリーニングブラシ３２は、その材料として、耐熱性樹脂を用いることが望ましい。クリーニング動作時に生じる研磨粉等は、筐体２３内部に設けられたダストボックス３３に収容することができる。ダストボックス３３に収容された研磨粉等は、定期的に廃棄することができる。研磨粉等は、吸引路を設け、吸引して外部に排出してもよい。
【００３０】
次に、図４を参照して、情報処理装置１０のハードウェア構成について説明する。情報処理装置１０は、一般的なPCと同様の構成を有する。このため、情報処理装置１０は、CPU(Central Processing Unit)１１と、ROM(Read Only Memory)１２と、RAM(Random Access Memory)１３と、HDD(Hard Disk Drive)１４と、I/F１５と、LCD(Liquid Crystal Display)１６と、操作部１７とを含む。なお、CPU１１とROM１２とRAM１３とHDD１４とI/F１５とは、バス１８を介して互いに接続されている。
【００３１】
CPU１１は、演算手段であり、情報処理装置１０全体の動作を制御する。ROM１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体で、ブートプログラムやハードウェアを制御するためのファームウェア等のプログラムを格納する。RAM１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性記憶媒体で、CPU１１が情報を処理する際の作業領域として使用される。HDD１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性記憶媒体で、OS(Operating System)や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等を格納する。
【００３２】
I/F１５は、バス１８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し、情報の入出力や送受信等を制御する。I/F１５は、情報処理装置１０がネットワークを介して他の機器と通信するためのネットワークI/Fを含むことができる。ネットワークI/Fとしては、Ethernet（登録商標）やUSB(Universal Serial Bus)インタフェース等を用いることができる。LCD１６は、ユーザが情報処理装置１０の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースで、操作部１７は、キーボードやマウス等のユーザが情報処理装置１０に情報を入力するためのユーザインタフェースである。
【００３３】
情報処理装置１０は、ROM１２に格納されたプログラムや、HDD１４や図示しない光学ディスク等の記憶媒体からRAM１３に読み出されたプログラムに従ってCPU１１が演算を行うことにより各種の機能を実現する各機能部が構成される。
【００３４】
図５は、情報処理装置１０および造形装置２０の機能構成の一例を示したブロック図である。情報処理装置１０は、機能部として、記憶部５０と、入力受付部５１と、読込部５２と、スライスデータ生成部５３と、軌跡決定部５４と、造形データ生成部５５とを含む。
【００３５】
記憶部５０は、対象の立体物の３Ｄデータを記憶する。この例では、３Ｄデータが記憶部５０に記憶されているものとして説明するが、３Ｄデータは、情報処理装置１０と有線または無線により通信可能な他の機器、ネットワークを介して接続されたサーバ装置等に記憶されていてもよい。また、３Ｄデータは、情報処理装置１０に着脱可能な記録媒体、例えばＳＤカード等に記憶されていてもよい。
【００３６】
入力受付部５１は、ユーザからの造形指示を入力として受け付ける。造形指示は、造形対象の３Ｄデータを識別するための識別情報、例えばデータ名等を含む。読込部５２は、入力受付部５１が受け付けた造形指示に従って、造形対象の３Ｄデータを読み込む。
【００３７】
スライスデータ生成部５３は、読込部５２が読み込んだ３Ｄデータに基づき、Z軸方向に所定の間隔で輪切りしたときの複数のスライスデータを生成する。
【００３８】
軌跡決定部５４は、複数のスライスデータに基づき、材料を供給する経路を示す複数の軌跡を決定する。すなわち、軌跡決定部５４は、スライスデータの領域の１つの層を形成するために、どのような軌跡で材料（モデル材料およびサポート材）を供給すればよいかを決定する。その際、軌跡決定部５４は、スライスデータの領域の中央部分から外縁部分へ向けて材料を供給するように軌跡を決定する。
【００３９】
造形データ生成部５５は、軌跡決定部５４により決定された複数の軌跡に基づき、造形装置２０で造形するためにどのように造形装置２０を制御すればよいかを示す造形データを生成する。造形データ生成部５５は、生成した造形データを造形装置２０へ送信する。
【００４０】
造形装置２０は、機能部として、造形部６０を含む。造形部６０は、造形データ生成部５５から造形データを受信し、造形データに従って材料を供給して１層ずつ積み重ねるように形成していき、立体物を造形する。つまり、軌跡決定部５４により決定されたスライスデータの領域の中央部分から外縁部分に対して、造形手段が駆動される。
【００４１】
この例では、情報処理装置１０が、記憶部５０と、入力受付部５１と、読込部５２と、スライスデータ生成部５３と、軌跡決定部５４と、造形データ生成部５５とを含むものとして説明したが、これら機能部のうちの一部または全部が造形装置２０内にあってもよい。
【００４２】
図６に、造形システムが実行する造形処理の流れをまとめる。造形処理は、ユーザが情報処理装置１０上で造形対象の３Ｄデータを選択し、造形を指示することにより、ステップ６００から開始する。ステップ６０１では、入力受付部５１が受け付けた造形指示に従って、読込部５２が処理対象となる３Ｄデータを読み込む。
【００４３】
ステップ６０２では、スライスデータ生成部５３が、読み込まれた３Ｄデータの３Ｄモデルを輪切りにして複数のスライスデータを生成する。ステップ６０３で、軌跡決定部５４が、生成された複数のスライスデータに基づき、材料を供給する経路を示す複数の軌跡を決定する。
【００４４】
ステップ６０４では、造形データ生成部５５が、決定された複数の軌跡に基づき、各層につきどのような軌跡で材料を供給するかを示す造形データを生成する。その際、材料を溶融させるための加熱ブロック４１の温度や造形ヘッド２４の移動速度等、造形処理に必要となるパラメータを造形データに含めることができる。これらのパラメータは、造形データ生成部５５が保持していてもよいし、別途ユーザに入力させてもよい。そして、造形データ生成部５５が、造形装置２０に対して造形データを送信する。
【００４５】
ステップ６０５では、造形装置２０の造形部６０が、造形データを受信し、造形データに従って、立体物を造形する。立体物の造形が完了したところで、ステップ６０６へ進み、造形処理を終了する。
【００４６】
造形システムが実行する全体の処理は、以上の通りであるが、以下に、個々の処理や取り扱うデータについて詳細に説明する。まず、図７を参照して、取り扱うデータとして、スライスデータについて説明する。
【００４７】
スライスデータは、図７（ａ）に示すような３Ｄモデルを表す３Ｄデータがあった場合、３ＤモデルをXY平面と平行な面でZ軸方向の位置を変えながら、図７（ｂ）に示すように薄く切り出したときの、その断面画像を表すデータである。すなわち、スライスデータは、図７（ｂ）に示した１層分のデータである。
【００４８】
次に、図８を参照して、取り扱うデータとして、造形データについて説明する。造形データは、加熱ブロック４１の温度や造形ヘッド２４の軌跡、移動速度、エクストルーダ４０の送り量等を表現することができればいかなる形式のデータであってもよい。FFFを採用する造形装置２０では、GCodeと呼ばれる形式が一般的であり、図８は、GCode形式で表現したデータの一例を示した図である。
【００４９】
造形データの各行の記述は、コマンドを表しており、１行目から順に実行される。１行目の「M109」は、加熱ブロック４１の温度についてのコマンドであることを示し、「S200」は、温度を２００℃にすることを示し、「T0」は、吐出ノズル番号が０であることを示す。このため、１行目のコマンドは、「吐出ノズル番号０の吐出ノズルに対して、加熱ブロック４１の温度を２００℃にせよ。」という意味になる。
【００５０】
２行目の「T0」は、吐出ノズル番号０の吐出ノズルに対するコマンドであることを示し、３行目以降は、吐出ノズル番号０の吐出ノズルについての記述となる。３行目の「G1」は、造形ヘッド２４の移動についてのコマンドであることを示し、「Z0.2」は、移動先がz＝０．２の位置であることを示す。このため、３行目のコマンドは、「造形ヘッドをz＝０．２の位置に移動せよ。」という意味になる。
【００５１】
４行目の「X10」、「Y10」は、移動先がx＝１０、y＝１０の位置であることを示し、「F600」は、６００mm/minの移動速度にすることを示す。このため、４行目のコマンドは、「造形ヘッドを（x,y）＝（１０，１０）の位置に、６００mm/minの速度で移動せよ。」という意味になる。
【００５２】
５行目の「E5」は、吐出ノズルから造形材を５mm押し出すことを示す。このため、５行目のコマンドは、「造形ヘッドを（x,y）＝（２０，１０）の位置に、６００mm/minの速度で移動しながら材料を５mm押し出せ。」という意味になる。
【００５３】
６行目の「E-1」は、吐出ノズルから造形材を−１mm押し出すことを示す。つまり、造形材を１mm引っ込めることを示す。ちなみに、造形材を引っ込める際は、エクストルーダ４０の回転方向を逆にする。７行目以降のコマンドは、移動先や造形材の押し出し量を変えただけのコマンドであるため、説明を省略する。
【００５４】
図６のステップ６０３で決定する軌跡について、以下に説明する。まず、図９を参照して、従来の軌跡の決定方法について説明する。Z軸方向に見て、図９に示すような断面が長方形の領域を表すスライスデータが得られた場合、長方形の領域７０を材料で埋めて１つの層を形成するため、造形ヘッド２４を移動させて材料を供給する経路を示す軌跡を決定する。
【００５５】
従来の方法では、ぬり絵の場合と同様に、スライスデータの領域外にはみ出さないように、縁取りをし、中を埋めていくように軌跡を決定する。すなわち、長方形の領域７０の各辺に沿って領域７０の外縁部分を一回りして縁取りし、その後、その内側の中央部分を二次元方向のY軸の負の方向、X軸の正の方向、Y軸の正の方向、X軸の正の方向に順に移動して中を埋める軌跡を決定する。
【００５６】
一定の厚さで領域７０を埋めるために、材料を二重に供給しないよう、外縁部分と中央部分とは軌跡が離間している。このため、材料の供給を開始する位置を示す開始点が２つ存在する。図６に示す例では、開始点７１、７２である。造形ヘッド２４の移動方向は、矢印で示される方向である。なお、図９に示す軌跡や開始点の位置は一例であるので、他の位置を開始点としてもよいし、造形ヘッド２４の移動方向が逆向き等であってもよい。
【００５７】
このようにして決定された軌跡に基づき生成された造形データに従って造形する場合、領域７０の外縁部分の開始点７１に造形ヘッド２４の吐出ノズルを移動させ、造形ヘッド２４の吐出ノズルを矢印の方向に材料を供給しながら領域７０の外縁部分を一回りするように移動させて、領域７０の外縁部分を材料で埋める。
【００５８】
一回りした後、吐出ノズルからの材料の供給を一旦停止し、領域７０の中央部分の開始点７２に吐出ノズルを移動させ、吐出ノズルを矢印の方向に材料を供給しながら上記の方向に移動させて、領域７０の外縁部分の内側の中央部分を材料で埋める。
【００５９】
したがって、従来の方法では、最初に領域７０の外側を埋め、次に内側を埋めるという軌跡を決定する。ちなみに、図９に実線で示される軌跡は、吐出ノズルの中心が移動する軌跡であり、実際に供給される材料は一定の幅を有するため、この軌跡に従って吐出ノズルを移動しながら材料を供給することで、領域７０全体を埋めることができる。
【００６０】
従来の方法とは逆に、最初に内側を埋め、次に外側を埋める軌跡を設定し、造形処理を実施してみたところ、驚くべき事に、材料が冷却固化する過程で造形された立体物に発生する変形を抑制することができることを見出した。そこで、本実施形態では、軌跡決定部５４が、領域７０の中央部分から外縁部分へ向けて造形材を供給するように、すなわち最初に内側を埋め、次に外側を埋めるように軌跡を決定する。
【００６１】
図１０〜図１２は、軌跡決定部５４が決定する材料を供給する軌跡の例を示した図である。図１０は、長方形の領域７０の中心を開始点７３とし、開始点７３からX軸の負の方向に向けて移動し、９０°回転し、Y軸の負の方向に向けて移動し、９０°回転し、X軸の正の方向に向けて移動し、９０°回転し、Y軸の正の方向に向けて移動することを繰り返すことにより内側から順に埋めていく軌跡を示す。
【００６２】
このことから、軌跡決定部５４は、領域７０の中心を求め、中心を開始点７３とし、開始点７３から外側に向けて９０°ずつ回転する軌跡を決定することができる。
【００６３】
どこで９０°回転するかを決める方法について、図１０に示す例を参照して説明する。スライスデータからは、領域７０のX軸方向およびY軸方向の長さが分かり、吐出ノズル４４からの押し出し量や造形ヘッド２４の移動速度から材料を供給したときの１本の幅（材料供給の幅）が決められる。これらのことから、図１０に示す例では、領域７０のX軸方向およびY軸方向にそれぞれ７本分の材料を供給すれば、領域７０が埋められると算出される。このため、X軸方向およびY軸方向にそれぞれ７本の直線を引き、その直線上を中心の開始点７３から、既に供給した材料上を通過しない最も近い直交する直線との交点に到達したところで９０°回転するものとして決定する。
【００６４】
図１０に示す例では、９０°ずつ回転する軌跡であったが、図１１に示すように、長方形の領域７０の中心を開始点７４とし、開始点７４から渦を巻くように内側から順に埋めていく軌跡であってもよい。なお、渦を巻くような軌跡のみの場合、長方形の領域７０の外縁部分の４つの角部を材料で埋めることができない。このため、図１１に示すように、４つの角部の各々にも開始点７５〜７８を設け、開始点７４から外側に向けて渦を巻くようにして埋めた後、開始点７５〜７８から角部を埋めるような軌跡とされる。
【００６５】
このことから、軌跡決定部５４は、領域７０の中心を求め、中心を開始点７４とし、開始点７４から外側に向けて渦を巻くように埋め、領域７０内のまだ埋まらない４つの角部に開始点７５〜７８を設定し、各開始点７５〜７８から４つの角部を埋める軌跡を決定することができる。
【００６６】
図１０および図１１に示す例では、長方形の領域７０の中心を開始点７３、７４としたが、領域７０の中心を開始点７３、７４とすることに限定されるものではない。例えば、図１２に示す例のように、領域７０のX軸方向の中央からその両端に向けて直線で埋めていくような軌跡であってもよい。
【００６７】
この場合、中央の直線の軌跡の開始点７９を一方の辺に近隣した点とすると、終点が対向する他方の辺に近隣した位置となるので、次の直線の軌跡の開始点８０は、他方の辺に近隣した点とすることができる。造形ヘッド２４を最短距離で効率良く移動させるためである。そのときの終点は、一方の辺に近隣した位置となるので、さらに次の直線の軌跡の開始点８１は、一方の辺に近隣した点とすることができる。したがって、図１２に示すように開始点７９、８１、８３、８５が、一方の辺に近隣した位置、開始点８０、８２、８４が、他方の辺に近隣した位置となる。
【００６８】
図１２に示すように直線がX軸方向の中央から両側に向けて平行に並ぶ軌跡に基づき生成された造形データに従って造形した場合、直線がy軸方向に延びるものであるため、x軸方向の引張強度は弱くなるが、y軸方向の引張強度は強くなるという特徴を期待することができる。
【００６９】
ここでは、直線がX軸方向の中央から両側に向けて平行に並ぶ軌跡についてのみ説明したが、直線がY軸方向の中央から両側に向けて平行に並ぶ軌跡としてもよい。この場合、y軸方向の引張強度は弱くなるが、x軸方向の引張強度は強くなるという特徴を期待することができる。
【００７０】
図１０〜図１２に示した例では、領域７０を外縁部分と中央部分とに分けることなく軌跡を決定しているが、図８に示した例のように、領域７０を外縁部分と中央部分とに分け、中央部分から埋め、その後に外縁部分を埋めるような軌跡を決定してもよい。
【００７１】
以上のことを踏まえ、図６のステップ６０３で軌跡決定部５４が行う処理を、図１３を参照して詳細に説明する。軌跡決定部５４は、スライスデータ生成部５３がスライスデータを生成したことを受けて、ステップ１３００から処理を開始する。ステップ１３０１では、基準層のスライスデータを取得する。
【００７２】
ここで、図１４を参照して基準層について説明する。スライスデータは、図１４（ａ）に示す３Ｄモデル９０を輪切りにした１層分のデータで、軌跡決定部５４は、そのスライスデータの領域７０を埋めるために材料を供給する軌跡を決定する。この軌跡を決定する処理の対象は１層で、処理対象の１層が対象層である。
【００７３】
対象層の軌跡を決定する際、軌跡の開始点を決定するが、開始点を決定するために参照する層が基準層である。基準層９１は、図１４（ｂ）に示すように、対象層９２と同じ層であってもよいし、図１４（ｃ）に示すように、異なる層であってもよい。異なる層とする場合、基準層９１は、対象層９２の下の層とすることができる。この場合、対象層９２がN（Nは自然数）番目の層であれば、基準層９１はN-1番目の層となる。
【００７４】
基準層９１を対象層９２と同じ層にした場合、軌跡の開始点が対象層の中心等となり、対象層９２単独での変形の抑制が期待できる。なお、対象層の中心等としているのは、開始点が調整される場合があるからである。開始点の調整については後述する。
【００７５】
基準層９１を対象層９２と異なる層にした場合、軌跡の開始点が基準層９１の中心等となり、対象層９２の下にある基準層９１が対象層９２を効率的に支えることができ、基準層９１により対象層９２の変形の抑制が期待できる。基準層９１を対象層９２と同じ層にするかどうかについては、ユーザが決定し、ユーザ入力により設定することができる。
【００７６】
再び図１３を参照して、ステップ１３０２では、基準層のスライスデータの領域の中心を算出する。ここで、図１５および図１６を参照して、基準層のスライスデータの領域の中心を算出する方法について説明する。なお、これらの算出方法は一例であるため、中心を算出できればその他の方法を採用してもよい。
【００７７】
図１５（ａ）に示す例では、スライスデータの領域７０が正方形とされ、図１５（ｂ）に示す例では、領域７０が、中央部分が窪んだ六角形とされている。領域７０の中心を算出するための１つの方法は、破線で示すような内接円を用いる方法である。すなわち、正方形、六角形の少なくとも３つの辺に隣接する内接円を描き、その内接円の中心を、領域７０の中心８６、８７、８８とする。
【００７８】
領域７０が図１５（ａ）に示すような正方形である場合、内接円が１つであるため、その内接円の中心を、領域７０の中心８６とする。
【００７９】
一方、領域７０が図１５（ｂ）に示すような形状の六角形の場合、内接円が２つになるため、２つの内接円の中心８７、８８のいずれか１つを、領域７０の中心とする。内接円が複数になる場合、どの内接円の中心を領域７０の中心とするかは、ユーザが決定し、ユーザ入力により設定することができる。
【００８０】
領域７０の中心を算出する方法としては、内接円ではなく、外接円を用いてもよい。この方法では、外接円の中心を、領域７０の中心とすることができる。内接円または外接円を用いる方法を採用することで、正確な中心を算出することができる。
【００８１】
また、境界箱（Bounding box）を用いる方法を採用することもできる。Bounding boxは、図１６では破線で示され、領域７０の（x座標の最小値，y座標の最小値）、（x座標の最小値，y座標の最大値）、（x座標の最大値，y座標の最小値）、（x座標の最大値，y座標の最大値）を頂点とする正方形または長方形である。すなわち、領域７０の二次元方向に最も突出する部分が各辺に隣接する正方形または長方形である。Bounding boxを用いる方法では、Bounding boxの中心を、領域７０の中心８９とすることができる。
【００８２】
Bounding boxの中心のx座標は、領域７０のx座標の最小値とx座標の最大値とを加算し、２で割った値として算出され、y座標は、領域７０のy座標の最小値とy座標の最大値とを加算し、２で割った値として算出される。
【００８３】
Bounding boxを用いる方法は、上記の内接円や外接円を用いる方法に比較して、少ない計算量で中心を算出することができる。
【００８４】
再び図１３を参照して、ステップ１３０３で、中心が複数存在するかを判定する。図１５（ｂ）に示すように複数存在する場合は、ステップ１３０４へ進み、ユーザが設定した内容に従って、採用する中心を決定する。そして、ステップ１３０５へ進む。一方、ステップ１３０３で、図１５（ａ）や図１６に示すように中心が１つしか存在しない場合、直接ステップ１３０５へ進む。
【００８５】
ステップ１３０５では、基準層のスライスデータの領域の中心が、対象層のスライスデータの領域内に収まっているかを判定する。基準層と対象層とが同じ層であるとき、基準層のスライスデータの領域の中心は対象層のスライスデータの領域内に必ず収まる。これに対し、異なる層であるとき、収まらない場合が発生する。収まらない場合の例としては、図１７に示すように基準層９１のスライスデータの領域の中心９３が対象層９２のスライスデータの領域外にあるような場合である。
【００８６】
基準層９１のスライスデータの領域の中心９３は、上記のような方法で座標を算出することができ、対象層９２のスライスデータの領域も座標で表すことができるので、算出された座標が、対象層９２のスライスデータの領域内となるか否かにより判定することができる。
【００８７】
再び図１３を参照して、ステップ１３０５で収まっている場合、ステップ１３０６へ進み、対象層９２の軌跡の開始点を、基準層９１のスライスデータの領域の中心とする。一方、収まっていない場合は、ステップ１３０７へ進み、対象層９２のスライスデータの領域内で、基準層９１のスライスデータの領域の中心９３から最も近い点を、対象層９２の軌跡の開始点とする。
【００８８】
最も近い点を、図１７に示す例をもって説明する。基準層９１のスライスデータの領域の中心９３から、対象層９２の長方形の領域を定める４つの辺のうち最も近い辺に対して垂線を引き、当該辺と当該垂線との交点を求める。そして、その交点から当該垂線に沿って材料供給の幅の半分だけ内側に移動させた点を求める。その点が最も近い点となる。
【００８９】
このようにして開始点を決定した後、ステップ１３０８へ進み、開始点を補正する。開始点は、必要に応じて補正することができる。したがって、領域７０の中心を開始点とし、領域７０全体を隙間無く埋められるのであれば、開始点を補正しなくてもよい。
【００９０】
図１８を参照して、開始点の補正について説明する。図１８に示す例では、スライスデータの領域７０が長方形とされ、領域７０を造形するための軌跡が図１１に示す例と同様、９０°ずつ回転する軌跡とされている。図１８には、その軌跡に沿って実際に材料供給の幅が示されている。
【００９１】
領域７０全体を隙間無く埋めるためには、図１８に示す例ように、領域７０の中心９３より少しずらした点を開始点とした軌跡とすることが望ましい場合がある。このような場合、スライスデータの領域７０の大きさ、軌跡、材料供給の幅に基づき、どの程度ずらすかを計算することができる。
【００９２】
図１８に示す例では、x軸方向に材料が一定の幅で８本分供給され、y軸方向へも材料が８本分供給されて領域７０を埋めている。このため、領域７０のx軸方向の長さおよびy軸方向の長さをそれぞれ８で割り、y軸方向の向かって上から４本目（下からは５本目）の材料の幅の中央の座標をy座標とし、x軸方向の向かって左から５本目（右から４本目）の材料の幅の中央の座標をｘ座標として算出することができる。算出されたx座標、y座標が調整後の開始点９４となる。
【００９３】
このように開始点を補正することで、図１８に示すように領域７０全体を、材料を供給して隙間無く埋めることができる。
【００９４】
再び図１３を参照して、ステップ１３０８で開始点を補正した後、ステップ１３０９へ進み、開始点からの軌跡を決定し、ステップ１３１０で軌跡を決定する処理を終了する。軌跡は、図１０〜図１２、図１８に示したような、領域７０の中央部分から外縁部分へ向かう軌跡として決定される。
【００９５】
以上に説明してきたように、従来のスライスデータの領域の外側から内側に向かう軌跡ではなく、内側から外側に向かう軌跡に変更することで、材料が冷却固化する過程で造形物に発生する変形を抑制することができる。
【００９６】
これまで本発明を、造形制御装置、造形システムおよびプログラムとして上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。したがって、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。よって、本発明では、情報処理装置が実行する方法やそのプログラムが記録された記録媒体、そのプログラムを、ネットワークを介して提供するサーバ装置等も提供することができるものである。
【符号の説明】
【００９７】
１０…情報処理装置
１１…CPU
１２…ROM
１３…RAM
１４…HDD
１５…I/F
１６…LCD
１７…操作部
１８…バス
２０…造形装置
２１…フィラメント
２２…フィラメント用リール
２３…筐体
２４…造形ヘッド
２５…載置台
２６…X軸駆動軸
２７…X軸駆動モータ
２８…Y軸駆動モータ
２９…Z軸駆動軸
３０…ガイド軸
３１…Z軸駆動モータ
３２…クリーニングブラシ
３３…ダストボックス
４０…エクストルーダ
４１…加熱ブロック
４２…加熱源
４３…熱電対
４４…吐出ノズル
４５…フィラメントガイド
４６…冷却ブロック
４７…冷却源
５０…記憶部
５１…入力受付部
５２…読込部
５３…スライスデータ生成部
５４…軌跡決定部
５５…造形データ生成部
６０…造形部
７０…領域
７１〜８５、９４…開始点
８６〜８９、９３…中心
９０…３Ｄモデル
９１…基準層
９２…対象層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９８】
【特許文献１】特開２０１７−１７９５１７号公報
【図１】
2019147296.tif 000003
【図２】
2019147296.tif 000004
【図３】
2019147296.tif 000005
【図４】
2019147296.tif 000006
【図５】
2019147296.tif 000007
【図６】
2019147296.tif 000008
【図７】
2019147296.tif 000009
【図８】
2019147296.tif 000010
【図９】
2019147296.tif 000011
【図１０】
2019147296.tif 000012
【図１１】
2019147296.tif 000013
【図１２】
2019147296.tif 000014
【図１３】
2019147296.tif 000015
【図１４】
2019147296.tif 000016
【図１５】
2019147296.tif 000017
【図１６】
2019147296.tif 000018
【図１７】
2019147296.tif 000019
【図１８】
2019147296.tif 000020