(57)【要約】【課題】３Ｄソリッドモデルの印刷品質を確保可能な、印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタ及びその動的印刷方法を提供する。【解決手段】本発明に係る３Ｄプリンタは、造形液を収容する水タンクと、印刷ステージと、照射部と、印刷ステージ及び照射部に電気的に接続される処理部とを含む。処理部には、時間テーブルが予め記憶されている。時間テーブルには、照射密度と待機時間との対応関係が記録されている。印刷時に、処理部は１つの硬化層のスライス情報を取得し、スライス情報に基づいて印刷ステージ及び照射部を動作させて対応のスライスオブジェクトを生成する。次に、処理部は、スライス情報に基づいて照射密度を算出し、照射密度に基づいて時間テーブルに照会して対応の待機時間を取得する。次に、３Ｄプリンタは待機し、待機時間が経過した後に次の硬化層のスライス情報を取得して次のスライスオブジェクトを生成する。【選択図】図４Ｂ
2019155900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタであって、
照射密度と待機時間との対応関係を記録する時間テーブルを予め記憶しており、印刷を開始する場合に３Ｄオブジェクトのうちの１つの硬化層のスライス情報を取得する処理部と、
造形液を収容するための水タンクと、
前記水タンクの上方に設置されて前記処理部に電気的に接続され、前記処理部からの制御によって前記造形液内に浸入する印刷ステージと、
前記水タンクの下方に設置されて前記処理部に電気的に接続される照射部と、を含み、
前記処理部は、前記スライス情報に基づいて、前記水タンクの内部に向けて対応の照射を行うように前記照射部を制御し、前記印刷ステージにおいて前記硬化層のスライスオブジェクトを形成し、
前記処理部は、前記スライス情報に基づいて、前記硬化層の前記照射密度を算出し、前記照射密度に基づいて前記時間テーブルに照会して対応の前記待機時間を取得するとともに、前記スライスオブジェクトを生成した後に前記待機時間待機し、前記待機時間が経過した後に次の硬化層の前記スライスオブジェクトの生成動作を行うことを特徴とする３Ｄプリンタ。
【請求項２】
前記処理部は、前記スライス情報に基づいて前記照射部の照射面積を算出するとともに、前記照射面積及び前記水タンクの表面積に基づいて前記照射密度を算出することを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項３】
前記処理部には、複数の前記時間テーブルが予め記憶されており、
複数の前記時間テーブルには、異なる条件下における前記照射密度と前記待機時間との対応関係がそれぞれ記録されており、
前記処理部は、印刷前に現在温度及び印刷パラメータを取得するとともに、前記現在温度及び前記印刷パラメータに基づいて複数の前記時間テーブルから１つを読み取ることを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項４】
前記現在温度は、前記３Ｄプリンタの内部検出温度であることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項５】
前記処理部に電気的に接続されるマンマシンインタフェースをさらに含み、
前記処理部は、前記マンマシンインタフェースを介して外部から入力された前記現在温度を受信し、
前記現在温度は、環境温度または前記造形液の初期温度であることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項６】
前記処理部に電気的に接続されるマンマシンインタフェースをさらに含み、
前記処理部は、前記マンマシンインタフェースを介して外部から入力された前記印刷パラメータを受信し、
前記印刷パラメータは、前記造形液の種類または前記硬化層の厚さであることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項７】
前記処理部に電気的に接続されるマンマシンインタフェースをさらに含み、
前記処理部は、前記マンマシンインタフェースを介して外部から入力された前記３Ｄプリンタの機台パラメータを受信し、
前記処理部は、前記現在温度、前記印刷パラメータ及び前記機台パラメータに基づいて複数の前記時間テーブルから１つを読み取ることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項８】
前記機台パラメータは、前記照射部の照射方式、前記照射部のパワーまたは前記水タンクの容量の大きさを含み、
前記照射部の照射方式は、スポット照射方式または面照射方式であることを特徴とする請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項９】
前記水タンクの周囲に周設され、前記処理部に電気的に接続される放熱装置をさらに含み、
前記処理部は、前記３Ｄオブジェクトを印刷する場合、前記水タンク内における前記造形液を放熱させるように前記放熱装置を起動することを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１０】
３Ｄプリンタに適する３Ｄプリンタの動的印刷方法であって、
前記３Ｄプリンタは、造形液を収容するための水タンクと、前記水タンクの上方に設置される印刷ステージと、前記水タンクの下方に設置される照射部と、前記印刷ステージ及び前記照射部に電気的に接続される処理部とを有し、
前記処理部が印刷前に、照射密度と待機時間との対応関係を記録する時間テーブルを読み取るステップａ）と、
前記処理部が印刷開始時に３Ｄオブジェクトのうちの１つの硬化層のスライス情報を取得するステップｂ）と、
前記処理部が前記造形液内に前記印刷ステージを浸入させるとともに、前記スライス情報に基づいて、前記水タンクの内部に向けて対応の照射を行うように前記照射部を制御し、前記印刷ステージにおいて前記硬化層のスライスオブジェクトを形成するステップｃ）と、
前記スライス情報に基づいて、前記硬化層の前記照射密度を算出するステップｄ）と、
前記照射密度に基づいて前記時間テーブルに照会して対応の前記待機時間を取得するステップｅ）と、
前記スライスオブジェクトを生成した後に前記処理部が前記待機時間待機するステップｆ）と、
前記待機時間が経過した後に前記処理部がステップｂ）〜ステップｆ）を繰り返し実行して、次の硬化層の前記スライスオブジェクトの生成動作を行うステップｇ）と、を含むことを特徴とする動的印刷方法。
【請求項１１】
ステップｄ）では、前記処理部は、前記スライス情報に基づいて前記照射部の照射面積を算出するとともに、前記照射面積及び前記水タンクの表面積に基づいて前記照射密度を算出することを特徴とする請求項１０に記載の動的印刷方法。
【請求項１２】
前記処理部には、複数の前記時間テーブルが予め記憶されており、
複数の前記時間テーブルには、異なる条件下における前記照射密度と前記待機時間との対応関係がそれぞれ記録されており、
ステップａ）では、前記処理部は現在温度及び印刷パラメータを取得するとともに、前記現在温度及び前記印刷パラメータに基づいて複数の前記時間テーブルから１つを読み取ることを特徴とする請求項１１に記載の動的印刷方法。
【請求項１３】
前記現在温度は、前記３Ｄプリンタの内部検出温度、環境温度または前記造形液の初期温度であり、
前記印刷パラメータは、前記造形液の種類または前記硬化層の厚さであることを特徴とする請求項１２に記載の動的印刷方法。
【請求項１４】
ステップａ）では、前記処理部は、前記３Ｄプリンタの機台パラメータをさらに取得するとともに、前記現在温度、前記印刷パラメータ及び前記機台パラメータに基づいて複数の前記時間テーブルから１つを読み取ることを特徴とする請求項１２に記載の動的印刷方法。
【請求項１５】
前記機台パラメータは、前記照射部の照射方式、前記照射部のパワーまたは前記水タンクの容量の大きさを含むことを特徴とする請求項１４に記載の動的印刷方法。
【請求項１６】
前記３Ｄプリンタは、前記水タンクの周囲に周設されて前記処理部に電気的に接続される放熱装置をさらに含み、
前記処理部が前記水タンク内における前記造形液を放熱させるように前記放熱装置を起動するステップａ０）をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の動的印刷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリンタ及びその印刷方法に関し、特に、印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタ及びその動的印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄ印刷技術の成熟化及び３Ｄプリンタの小型化、低コストに伴い、３Ｄプリンタは非常に速い速度で普及している。
【０００３】
現在市販されている様々な３Ｄプリンタは、いずれも層を単位にして印刷を行い、すなわち、一層のスライスオブジェクト全体を一回で印刷し、複数のスライスオブジェクトを重ね合わせて１つの完全な３Ｄソリッドモデルを形成する。
【０００４】
デジタル・ライト・プロセッシング（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ,ＤＬＰ）方式の３Ｄプリンタを例として説明を行う。ＤＬＰ方式の３Ｄプリンタは、１つの硬化層のパターンによって、水タンク内における造形液に向けて対応の照射を行うように照射部を制御し、これにより、光照射で造形液の一部を硬化させて対応するパターンを有するスライスオブジェクトを生成する。なお、３Ｄプリンタは、上記動作を繰り返し行うことで、複数の硬化層のスライスオブジェクトを重ね合わせて３Ｄソリッドモデルを形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
照射部が水タンクの内部に向けて照射を行った後、直接照射された造形液がそれで硬化し、一方、他の硬化していない造形液も光照射によって温度上昇することになる。造形液の特性により、造形液は温度が高いほどその反応速度が速くなる。言い換えれば、３Ｄプリンタは印刷中に適切に一時停止せずに継続的に印刷を行う（すなわち、照射するように照射部を継続的に制御する）と、水タンク内における造形液の温度がますます高くなる（いわゆる熱蓄積現象）。このように、後の硬化層の反応速度は前の反応速度と異なるため、印刷された３Ｄモデルの品質が低下してしまう可能性がある（例えば、過硬化（ｏｖｅｒｃｕｒｅｄ）現象が生じてしまう）。
【０００６】
また、造形液（例えば、異なる材料や異なるメーカーなど）によって特性が異なり、同じ温度でも、反応速度の違いも異なる可能性がある。このため、３Ｄプリンタに対して一定の待機時間を１つ予め設定しても、異なる造形液によって生成された３Ｄソリッドモデルに大きな品質差があることも可能である。
【０００７】
本発明は、照射密度に基づいて１つのスライスオブジェクトを生成した後に必要な待機時間を決定することで、生成される３Ｄソリッドモデルの印刷品質を確保することができ、印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタ及びその動的印刷方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタは、照射密度と待機時間との対応関係を記録する時間テーブルを予め記憶しており、印刷を開始する場合に３Ｄオブジェクトのうちの１つの硬化層のスライス情報を取得する処理部と、造形液を収容するための水タンクと、前記水タンクの上方に設置されて前記処理部に電気的に接続され、前記処理部からの制御によって前記造形液内に浸入する印刷ステージと、前記水タンクの下方に設置されて前記処理部に電気的に接続される照射部と、を含む。前記処理部は、前記スライス情報に基づいて、前記水タンクの内部に向けて対応の照射を行うように前記照射部を制御し、前記印刷ステージにおいて前記硬化層のスライスオブジェクトを形成する。前記処理部は、前記スライス情報に基づいて、前記硬化層の前記照射密度を算出し、前記照射密度に基づいて前記時間テーブルに照会して対応の前記待機時間を取得するとともに、前記スライスオブジェクトを生成した後に前記待機時間待機し、前記待機時間が経過した後に次の硬化層の前記スライスオブジェクトの生成動作を行う。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る動的印刷方法は、３Ｄプリンタに適する。前記３Ｄプリンタは、造形液を収容するための水タンクと、前記水タンクの上方に設置される印刷ステージと、前記水タンクの下方に設置される照射部と、前記印刷ステージ及び前記照射部に電気的に接続される処理部とを有する。前記印刷方法は、前記処理部が印刷前に、照射密度と待機時間との対応関係を記録する時間テーブルを読み取るステップａ）と、前記処理部が印刷開始時に３Ｄオブジェクトのうちの１つの硬化層のスライス情報を取得するステップｂ）と、前記処理部が前記造形液内に前記印刷ステージを浸入させるとともに、前記スライス情報に基づいて、前記水タンクの内部に向けて対応の照射を行うように前記照射部を制御し、前記印刷ステージにおいて前記硬化層のスライスオブジェクトを形成するステップｃ）と、前記スライス情報に基づいて、前記硬化層の前記照射密度を算出するステップｄ）と、前記照射密度に基づいて前記時間テーブルに照会して対応の前記待機時間を取得するステップｅ）と、前記スライスオブジェクトを生成した後に前記処理部が前記待機時間待機するステップｆ）と、前記待機時間が経過した後に前記処理部がステップｂ）〜ステップｆ）を繰り返し実行して、次の硬化層の前記スライスオブジェクトの生成動作を行うステップｇ）と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、１つの硬化層のスライスオブジェクトを生成した後に３Ｄプリンタを待機させるとともに、硬化層の照射密度に基づいて待機時間を決定する。こうすることで、水タンク内における造形液を一定の温度や反応速度に維持することを確保し、各スライスオブジェクトが硬化時に生じる化学反応を同一または近似にし、その結果、生成された３Ｄソリッドモデルの品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３Ｄプリンタを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る３Ｄプリンタを示すブロック図である。
【図３】動的印刷による影響を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態の第１の動的印刷を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態の第２の動的印刷を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態の時間テーブルの生成を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る３Ｄプリンタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る３Ｄプリンタを示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る３Ｄプリンタを示すブロック図である。図１及び図２で示される実施形態係る印刷時間を動的に調整可能な３Ｄプリンタ（以下、３Ｄプリンタ１と称する）は、デジタル・ライト・プロセッシング（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ,ＤＬＰ）方式の３Ｄプリンタ／ステレオリソグラフィー（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ,ＳＬＡ）方式の３Ｄプリンタを例示するものである。本発明の主な目的としては、３Ｄプリンタの印刷時間を動的に調整することで、印刷中に固体造形材／液体造形材に蓄熱を生じて生成された３Ｄソリッドモデルの品質に影響を与えることを回避することである。このため、印刷中に熱エネルギーを生じる３Ｄプリンタであれは、本発明の技術案を適用することができる。
【００１４】
説明上の便宜のため、以下、図１及び図２で示されるデジタル・ライト・プロセッシング方式の３Ｄプリンタ／ステレオリソグラフィー方式の３Ｄプリンタを例にして本発明を詳しく説明する。
【００１５】
図１及び図２の実施形態では、３Ｄプリンタ１は、主に、液体の造形材（以下、造形液２と称する）を収容するための水タンク１１と、水タンク１１の上方に設置される印刷ステージ１２と、水タンク１１の下方に設置される照射部１３と、印刷ステージ１２及び照射部１３に電気的に接続される処理部１０とを含む。
【００１６】
印刷時に、処理部１０は、印刷ステージ１２を水タンク１１内における造形液２内に浸入させるとともに１つの硬化層の硬化高さに位置させる。次に、処理部１０は、水タンクの内部に向けて対応の照射を行うように照射部１３を制御し、これにより、造形液２の一部を硬化させて印刷ステージ１２に貼り付け、印刷ステージ１２に１つの硬化層のスライスオブジェクトを形成する。また、処理部１０は、上記動作を繰り返し行うように印刷ステージ１２及び照射部１３を制御することで、複数の硬化層のスライスオブジェクトを重ね合わせて１つの３Ｄソリッドモデル（不図示）を形成する。
【００１７】
本実施形態では、処理部１０には、少なくとも１つの時間テーブル１０１が予め記憶されている。時間テーブル１０１には、照射密度と待機時間との対応関係が記録されている。
【００１８】
印刷開始前に、ユーザは、外部のコンピュータまたは３Ｄプリンタ１の処理部１０によって１つの３Ｄファイルを読み取り、３Ｄファイルに記録されている３Ｄオブジェクトを開くとともに、３Ｄオブジェクトにスライス処理を行って複数の硬化層（印刷層とも称する）に対応するスライス情報を生成する。上記スライス処理は、３Ｄ印刷技術分野の慣用技術手段であるため、その詳細を省略する。
【００１９】
印刷開始時に、処理部１０は、３Ｄオブジェクトの複数の硬化層から１層（例えば、第１層）のスライス情報を取得する。次に、処理部１０は、印刷ステージ１２を造形液２内に浸入させるとともに１つの硬化層の硬化高さに位置させるように、印刷ステージ１２を３Ｄプリンタ１のＺ軸に沿って移動させる。なお、硬化高さは、硬化層の厚さと同一または近似するが、これに限定されない。
【００２０】
次に、処理部１０は、取得したスライス情報に基づいて、水タンク１１の内部に向けて対応の照射を行うように照射部１３を制御する。詳細には、処理部１０は、印刷ステージ１２の底部に向けて照射するように照射部１３を制御し、照射部１３から発光された光の形状を、スライス情報で示されるスライスオブジェクトの形状に対応させる。これにより、水タンク１１内における造形液２の一部を硬化させて印刷ステージ１２に粘着することで、硬化層に対応するスライスオブジェクト（不図示）を形成する。
【００２１】
本発明の１つの技術的特徴としては、照射部１３による照射の継続によって生じる水タンク１１内における造形液２の蓄熱現象を回避するために、３Ｄプリンタ１は、主に複数の硬化層のスライスオブジェクトを間欠的かつ順次に印刷することである。
【００２２】
詳細には、１つの硬化層のスライスオブジェクトを生成した後（すなわち、硬化を完成した後）、処理部１０は、スライス情報に基づいて硬化層の照射密度を算出してから、算出された照射密度に基づいて時間テーブル１０１に照会し、対応する待機時間を取得する。
【００２３】
一実施形態では、処理部１０は、スライス情報に基づいて照射部１３の照射面積を算出するとともに、照射面積及び水タンク１１の表面積（主に水タンク１１の底面の表面積）に基づいて照射密度を算出する。一実施形態では、待機時間とは、３Ｄプリンタ１が１つの硬化層を生成した後、次の硬化層を生成する前に必要な待機時間である。本発明では、３Ｄプリンタ１を待機させる目的は、上記蓄熱現象を回避するように、水タンク１１内における、照射された造形液２を放熱させるのに十分な時間を確保するためである。
【００２４】
一実施形態では、３Ｄプリンタ１が待機時間待機した後、水タンク１１内における造形液２の温度が初期温度まで回復するようになる。他の実施形態では、３Ｄプリンタ１が待機時間待機した後、水タンク１１内における造形液２の温度は許容温度まで回復するようになる。なお、許容温度は、初期温度よりもわずか高い。
【００２５】
処理部１０は、待機時間を取得した後に３Ｄプリンタ１を待機させる。待機時間が経過した後、処理部１０は、続けて次の硬化層（例えば、第２層）のスライスオブジェクトを生成する。本発明では、３Ｄプリンタ１を待機時間待機させることで、各硬化層のスライスオブジェクトを印刷する場合、水タンク１１内における造形液２が同一または近似した温度を有することを確保することができ、その結果、生成された３Ｄソリッドモデルの品質を効果的に確保することができる。
【００２６】
図３は、動的印刷による影響を示す図である。
【００２７】
図３の実施形態(ａ)では、３Ｄプリンタは各硬化層のスライスオブジェクトを生成した後、同じ待機時間（なお、照射時間を２秒に固定し、待機時間を８秒に固定する）待機するようになる。
【００２８】
図３の実施形態(ａ)に示すように、第１層の照射密度が２５％（すなわち、照射部の照射面積と水タンクの表面積との割合が２５％）、造形液の初期温度が２０℃、照射部が水タンクの内部に向けて２秒照射した後、造形液の温度が２０℃から６０℃（過熱）まで上昇する。第１層のスライスオブジェクトを生成した後、３Ｄプリンタは８秒待機し、造形液の温度がこの８秒の間に降下する。しかしながら、造形液の温度が初期温度（すなわち、２０℃）に回復する前に、３Ｄプリンタは第２層のスライスオブジェクトの生成動作を開始する。また、第２層の照射密度は第１層の照射密度よりも大きい（第２層の照射密度が３７．５％）が、３Ｄプリンタは第２層のスライスオブジェクトを生成した後に８秒しか待機しない。このため、水タンク内における造形液は、蓄熱現象が現れ始める。
【００２９】
同様に、第３層の照射密度は第１層及び第２層の照射密度よりも大きい（第３層の照射密度が５０％）が、３Ｄプリンタは第３層のスライスオブジェクトを生成した後に８秒しか待機しない。このように、造形液は高すぎる温度で反応速度が速くなり、続けて形成されるスライスオブジェクトに様々な程度の過硬化（ｏｖｅｒｃｕｒｅｄ）現象が生じ、形成された３Ｄソリッドモデルの品質に影響を与える。
【００３０】
図３の実施例（ｂ）では、３Ｄプリンタは、各硬化層のスライスオブジェクトを生成した後、各硬化層の照射密度に基づいて、必要な待機時間を動的に調整するようになる。こうすることで、上記蓄熱問題を効果的に解決することができる。
【００３１】
詳細には、第１層のスライスオブジェクトを生成した後（同様に、２秒の照射を予め設定する）、水タンク内における造形液は初期温度２０℃から６０℃まで上昇する。３Ｄプリンタは、第１層のスライスオブジェクトを生成した後、第１層の照射密度（図３の実施例（ｂ）では、照射密度が２５％であることを例示する）に基づいて待機時間を動的に決定するとともに、決定された待機時間待機するようになる。図３の実施例（ｂ）に示すように、待機時間が経過した後、水タンク内における造形液は既に初期温度まで回復した。
【００３２】
上記待機時間が経過した後、３Ｄプリンタは、続けて第２層のスライスオブジェクトを生成する。第２層のスライスオブジェクトの印刷を完成した後（同様に、２秒の照射を予め設定する）、３Ｄプリンタは、第２層の照射密度（図３の実施例（ｂ）では、照射密度が３７％であることを例示する）に基づいて待機時間（図３の実施例（ｂ）では、４５秒を例示する）を動的に決定するとともに、決定された待機時間待機するようになる。待機時間が経過した後、水タンク内における造形液は初期温度まで再回復するようになっている。
【００３３】
上記説明により、照射部１３の照射密度が大きいほど、水タンク１１内における造形液２の温度の上昇が速くなるため、必要な待機時間が長くなることがわかった。一実施形態では、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、主に照射密度に基づいて、予め記憶されている時間テーブル１０１に照会して対応する待機時間を動的に取得する。時間テーブル１０１は、例えば、表１に示すようになる。
【００３４】
【表１】
2019155900.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、処理部１０は、１つの硬化層の照射密度を算出した後、すなわち、照射密度に基づいて照会操作を行い、その後の待機に必要な待機時間を時間テーブル１０１から動的に取得する。
【００３６】
他の実施形態では、処理部１０は、複数の時間テーブル１０１を予め記憶してもよい。なお、各時間テーブル１０１は、様々な条件下における照射密度と待機時間との対応関係をそれぞれ記録する。言い換えれば、生成された３Ｄソリッドモデルの品質をより高めるために、様々な条件下で処理部１０は様々な時間テーブル１０１に照会、参照する必要がある。
【００３７】
詳細には、造形液２の初期温度や種類、硬化層の厚さが異なることなどによって、造形液２の温度の上昇時間や降下時間がいずれも異なる。このため、３Ｄプリンタ１は、各硬化層を完成した後に必要な待機時間がそれぞれ異なる可能性がある。本実施形態では、３Ｄプリンタ１の製造業者は、上記要因に基づいて複数の時間テーブル１０１を予め作成してもよい。
【００３８】
例えば、表１は、「造形液Ａ、硬化層の厚さ０．１ｍｍ」という条件に対応する時間テーブル１０１である。他の実施形態では、３Ｄプリンタ１には、「造形液Ａ、硬化層の厚さ０．２ｍｍ」という条件に対応する第２時間テーブル、「造形液Ｂ、硬化層の厚さ０．１ｍｍ」という条件に対応する第３時間テーブルなどが予め記憶されてもよいが、これらに限定されない。
【００３９】
印刷開始前に、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、現在温度及び印刷パラメータを予め取得し、現在温度及び印刷パラメータに基づいて予め記憶されている複数の時間テーブル１０１から対応する１つの時間テーブル１０１を読み取ってもよい。
【００４０】
一実施形態では、現在温度は、例えば、３Ｄプリンタ１の内部検出温度であってもよい。詳細には、現在市販されている３Ｄプリンタには、３Ｄプリンタ自身の温度または３Ｄプリンタの内部の各部品の温度を検出するための少なくとも１つの温度センサが設置される。印刷開始前に、３Ｄプリンタの内部検出温度、３Ｄプリンタの所在位置の環境温度及び造形液の温度は非常に近似するため、３Ｄプリンタ１の内部検出温度をそのまま造形液２の初期温度とする。このように、３Ｄプリンタ１には、造形液２の温度を検出するための温度センサが増設する必要がないため、製造コストを効果的に削減することができる。
【００４１】
図２に示すように、一実施形態では、３Ｄプリンタ１は、処理部１０に電気的に接続されるマンマシンインタフェース１４をさらに含む。本実施形態では、ユーザは、外部のツール（不図示）で現在温度（例えば、環境温度または造形液の温度）を測定するとともに、マンマシンインタフェース１４（例えば、キーボード、タッチパネル、無線伝送モジュールなど）によって現在温度を３Ｄプリンタ１に入力することができる。こうすることで、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、取得された現在温度を造形液２の初期温度とすることができる。
【００４２】
なお、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、上記マンマシンインタフェース１４を介してユーザから入力された印刷パラメータをさらに受信してもよい。こうすることで、処理部１０は、現在温度及び印刷パラメータに基づいて適切な時間テーブル１０１を読み取ることができる。一実施形態では、印刷パラメータは、例えば、造形液２の種類または複数の硬化層の厚さなどであってもよいが、これらに限定されない。
【００４３】
上記現在温度及び印刷パラメータのほか、３Ｄプリンタ１自身の各条件も必要な待機時間に影響を与える。このため、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、上記マンマシンインタフェース１４を介してユーザから入力された３Ｄプリンタ１の機台パラメータを受信してもよい。こうすることで、処理部１０は、現在温度、印刷パラメータ及び機台パラメータに基づいて、適切な時間テーブル１０１をより確実に読み取ることができる。
【００４４】
一実施形態では、上記機台パラメータは、例えば、３Ｄプリンタ１の照射部１３の照射方式、照射部１３のパワーの大きさ、水タンク１１の容量の大きさなどであってもよい。照射部１３の照射方式は、例えば、スポット照射方式または面照射方式などであってもよいが、これらに限定されない。
【００４５】
上述したように、参照となる条件が多いほど（例えば、造形液２の初期温度、造形液２の種類、硬化層の厚さ、照射部１３の照射方式及びパワーの大きさなど）、生成した時間テーブル１０１内における情報が正確になる。このように、造形液２の温度を直接的に検知するための温度センサが３Ｄプリンタ１に配置されなくても、本発明の３Ｄプリンタ１は各硬化層の印刷時間（印刷を完成した後の待機時間を含む）を動的に決定することができる。こうすることで、造形液２の蓄熱現象による、生成された３Ｄソリッドモデルの品質の低下を回避することができる。
【００４６】
図６は、本発明の第２実施形態に係る３Ｄプリンタを示す図である。図６には、他の３Ｄプリンタ１’が示される。第２実施形態に係る３Ｄプリンタ１’は、処理部１０に電気的に接続されて水タンク１１の周囲に設置される放熱装置１５をさらに含むことで第１実施形態に係る３Ｄプリンタ１と異なっている。図６で示される実施形態では、放熱装置１５は、水タンク１１の外側に直接的に貼り付けられる放熱フィンを例示する。他の実施形態では、放熱装置１５は、水タンク１１の上方に設置されるファン、水タンク１１の内部あるいは外部に設置される凝縮器またはこれらの装置の組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。
【００４７】
上述したように、本発明の技術案により、３Ｄプリンタ１は、１つの硬化層のスライスオブジェクトを生成した後、一定の時間待機しないと（造形液２の温度が降下するまで待機する）、続けて次の硬化層のスライスオブジェクトを生成することができない。放熱装置１５が設置された３Ｄプリンタ１’の場合には、各硬化層を生成するときの造形液２の上昇温度を低減するとともに、各硬化層を生成した後の造形液２の温度の降下速度が速くなり、これにより、造形液２の冷却時間を短縮することができる（すなわち、上記待機時間を短縮する）。本実施形態では、３Ｄプリンタ１’は、印刷を開始する前に、まず、処理部１０によって放熱装置１５を起動し、次に、上記生成動作の実行を開始する。こうすることで、待機時間を短縮するといった上記技術効果を得ることができる。
【００４８】
上述したように、各時間テーブル１０１は、主に、様々な条件下における照射密度と待機時間との対応関係をそれぞれ記録する。図６で示される３Ｄプリンタ１’を用いると、時間テーブル１０１を作成する場合、放熱装置１５により提供可能な放熱性能を考慮する必要がある。言い換えれば、照射密度が同じでも、図１で示される３Ｄプリンタ１及び図６で示される３Ｄプリンタ１’は、異なる時間テーブル１０１を用いて異なる待機時間（照射密度が同一の場合、放熱装置１５を有する３Ｄプリンタ１’が用いる待機時間が短い）を取得する可能性がある。
【００４９】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ本発明の第１実施形態の第１の動的印刷及び第２の動的印刷を示すフローチャートである。本発明は、３Ｄプリンタの動的印刷方法（以下、印刷方法と称する）をさらに開示する。この印刷方法は、印刷中に熱エネルギーを生じる様々な３Ｄプリンタに適用することが可能である。説明上の便宜のため、以下、図１及び図２で示される３Ｄプリンタを例として本発明の印刷方法を説明するが、図１及び図２で示されるデジタル・ライト・プロセッシング方式の３Ｄプリンタ／ステレオリソグラフィー方式の３Ｄプリンタに限定されない。
【００５０】
図４Ａに示すように、印刷を開始する前に、３Ｄプリンタ１の処理部１０は、現在温度（ステップＳ１０）、印刷パラメータ（ステップＳ１２）を取得するほか、機台パラメータを取得する（ステップＳ１４）。次に、取得された条件（例えば、上述した現在温度、印刷パラメータ及び機台パラメータ）に基づいて、複数の時間テーブル１０１から対応する１つの時間テーブル１０１を読み取る（ステップＳ１６）。
【００５１】
一実施形態では、処理部１０は、１つの時間テーブル１０１のみを予め記憶する可能性がある。この実施形態では、処理部１０は、現在温度、印刷パラメータ及び機台パラメータなどの条件を考慮することなく、各硬化層の照射密度のみに基づいて時間テーブル１０１に照会して対応する待機時間を決定する。このため、印刷方法では、上述したステップＳ１０〜ステップＳ１４を実行しなくてもよい。
【００５２】
他の実施形態では、本発明の印刷方法は、同一型番の３Ｄプリンタ１（すなわち、本実施形態に係る印刷方法を採用する全ての３Ｄプリンタ１は、同一機台パラメータを有する）のみに適用する。本実施形態では、処理部１０は、上記機台パラメータを考慮することなく、現在温度及び印刷パラメータのみに基づいて、複数の時間テーブル１０１から対応する時間テーブル１０１を読み取る。このため、印刷方法では、上記ステップＳ１４を実行しなくてもよい。
【００５３】
上述したように、上記現在温度は、例えば、３Ｄプリンタ１の印刷開始前に、３Ｄプリンタ１の内部検出温度、所在位置の環境温度または造形液２の初期温度であってもよい。上記印刷パラメータは、例えば、造形液２の種類または各硬化層の厚さであってもよい。なお、厚さとは、スライス処理におけるスライス厚さのことである。スライス厚さは、外部のコンピュータまたは３Ｄプリンタ１によって自動的に決定されたり、ユーザによって手動で決定されたりしてもよく、３Ｄ印刷技術分野の慣用技術手段であるため、その詳細な説明を省略する。上記機台パラメータは、例えば、照射部１３の照射方式やパワーの大きさ、水タンク１１の容量の大きさなどであってもよいが、これらに限定されない。
【００５４】
ステップＳ１６の後、３Ｄプリンタ１は、スライスオブジェクトの生成動作を開始する。３Ｄプリンタ１は、上記放熱装置１５を有する場合（すなわち、図６で示される３Ｄプリンタ１’）、生成動作を開始する前に処理部１０によって放熱装置１５を起動してもよい（ステップＳ１８）。こうすることで、優れた放熱効果を得ることができる。なお、３Ｄプリンタ１が放熱装置１５を有する場合、ステップＳ１６では、放熱要因が記録されている時間テーブルを取得する必要がある。
【００５５】
次に、図４Ｂに示すように、３Ｄプリンタ１は、処理部１０によって印刷したい１つの３Ｄオブジェクトのうちの１つの硬化層（例えば、第１層）のスライス情報を取得する（ステップＳ２０）。次に、３Ｄプリンタ１は、スライス情報に基づいて印刷ステージ１２及び照射部１３を応動させ、硬化層に対応するスライスオブジェクトを生成する（ステップＳ２２）。詳細には、ステップＳ２２では、処理部１０は、主に印刷ステージ１２を水タンク１１の造形液２内に浸入させて１つの硬化層の硬化高さに位置させるとともに、スライス情報に基づいて、水タンク１１の内部に向けて対応の照射を行うように照射部１３を制御する。こうすることで、印刷ステージ１２及び照射部１３の動作により、印刷ステージ１２において硬化層のスライスオブジェクトを形成する。
【００５６】
スライスオブジェクトの硬化を完成した後、処理部１０は、スライス情報に基づいて硬化層の照射密度を算出する（ステップＳ２４）。本実施形態では、処理部１０は、主に、スライス情報に基づいて照射部１３の照射面積を算出するとともに、照射面積及び水タンク１１の表面積に基づいて照射密度を算出する。詳細には、照射密度は、照射面積を水タンク１１の表面積で割って得られる割合である。本実施形態では、水タンク１１の表面積は、主に水タンク１１の照射部１３に向ける一面の表面積であるが、これに限定されない。
【００５７】
ステップＳ２４の後、処理部１０は、算出された照射密度に基づいて対応の時間テーブル１０１に照会して対応の待機時間を動的に取得する（ステップＳ２６）。次に、処理部１０は、３Ｄプリンタ１を待機させる（ステップＳ２８）とともに、待機時間が経過したか否かを継続的に判断する（ステップＳ３０）。待機時間が経過する前に、処理部１０は、次の硬化層を一時的に生成せず、３Ｄプリンタ１を継続的に待機させる。
【００５８】
待機時間が経過した後、処理部１０は、３Ｄソリッドモデルを完成したか否かをさらに判断し（ステップＳ３２）、すなわち、３Ｄオブジェクトの全ての硬化層のスライスオブジェクトを完成したか否かを判断する。３Ｄソリッドモデルを完成していない場合、処理部１０は、ステップＳ１８〜ステップＳ３０を再実行して次の硬化層（例えば、第２層）のスライスオブジェクトの生成動作を行うとともに、次の硬化層のスライスオブジェクトを生成した後、３Ｄプリンタ１を対応の待機時間待機させてから、次の動作を行う。
【００５９】
処理部１０は、ステップＳ３２において３Ｄソリッドモデルを完成したと判断すると、本発明の印刷方法を終了する。
【００６０】
本発明の３Ｄプリンタ１及び印刷方法によれば、水タンク１１内における造形液２が硬化中に蓄熱現象を生じないことを確保し、その結果、生成された３Ｄソリッドモデルの品質を効果的に高めることができる。
【００６１】
詳細には、本発明は、１つ以上の時間テーブル１０１を予め生成する。印刷開始前に、１つ以上の条件に基づいて対応する時間テーブル１０１を読み取る。印刷開始時に、照射面積に基づいて、対応する時間テーブル１０１に照会して対応の待機時間を動的に取得する。このため、本発明に対して、時間テーブル１０１は非常に重要な技術的特徴である。
【００６２】
図５は、本発明の第１実施形態の時間テーブルの生成を示すフローチャートである。なお、本発明の時間テーブル１０１は、主に照射密度と待機時間との対応関係を記録する。このため、上述した時間テーブル１０１を作成する３Ｄプリンタは、造形液が照射された後の温度を検知できなければならないほか、造形液がいつになったら初期温度まで回復するかを把握できなければならない。言い換えれば、上述した時間テーブル１０１を作成する３Ｄプリンタは、図１、図２で示される３Ｄプリンタ１と完全に同一ではなく、図１、図２で示される処理部１０、印刷ステージ１２、照射部１３、水タンク１１及び造形液２を備えるほか、造形液の温度を直接的または間接的に検知可能な温度センサを備える必要がある（図１、図２で示される３Ｄプリンタ１が主に上記時間テーブル１０１を使用する）。
【００６３】
時間テーブル１０１の作成を開始する前に、３Ｄプリンタは外部操作を受け付けて３Ｄプリンタパラメータ（ステップＳ４０）、造形液パラメータ（ステップＳ４２）及び印刷厚さ（ステップＳ４４）を設定するとともに、温度センサによって造形液の初期温度を取得する（ステップＳ４６）。一実施形態では、３Ｄプリンタパラメータは、例えば、３Ｄプリンタの型番、照射部の照射方式、照射部のパワーの大きさ、水タンクの容量の大きさなどであってもよい。また、造形液パラメータは、例えば、造形液の種類や成分、メーカーなどであってもよい。印刷厚さは、例えば、コンピュータによって自動的に生成されたり、管理員によって手動で設定されたりする各硬化層の厚さであってもよい。
【００６４】
ステップＳ４６の後、３Ｄプリンタは第ｎ層のスライス情報を取得して印刷ステージ及び照射部を動作させ、これにより、第ｎ層のスライスオブジェクトを生成する（ステップＳ４８）。本実施形態では、第ｎ層は、第１層から始まる。
【００６５】
第ｎ層のスライスオブジェクトを生成した後、３Ｄプリンタは、温度センサによって造形液の温度を直接的に検知する（ステップＳ５０）とともに、造形液の温度がステップＳ４６で取得した初期温度まで回復したか否かを判断する（ステップＳ５２）。造形液の温度が初期温度まで回復する前に、３Ｄプリンタは継続的に待機するとともに待機時間を算出する（ステップＳ５４）。また、３Ｄプリンタは、造形液の温度を継続的に検出するとともに、造形液の温度が初期温度まで回復したか否かを継続的に判断する。
【００６６】
造形液の温度が初期温度まで回復した後、３Ｄプリンタは、算出された待機時間を対応する時間テーブル内に記録する（ステップＳ５６）。本発明では、管理者は、異なる３Ｄプリンタパラメータ、造形液パラメータ及び印刷厚さなどのデータを用いて、複数の異なる時間テーブルをそれぞれ生成する。ステップＳ４０〜ステップＳ４４の後、３Ｄプリンタは、取得された条件に基づいて、対応する時間テーブルを読み取るとともに、ステップＳ５６において待機時間を対応する時間テーブル内に記録する。
【００６７】
ステップＳ５６の後、３Ｄプリンタは、時間テーブルの記録を完成したか否かを判断する（ステップＳ５８）。時間テーブルの記録を完成していない場合には、ｎ＋１の動作を行う（ステップＳ６０）とともに、ステップＳ４８〜ステップＳ５８を再実行して、次の層（すなわち、第ｎ＋１層）のスライスオブジェクトの生成動作を行い、対応する待機時間を記録する。
【００６８】
本発明では、上記方法を用いて複数の時間テーブルを作成することで、３Ｄプリンタが自身の条件によって適切な時間テーブルを読み取って参照するとともに、対応する待機時間を動的に取得することができる。その結果、本発明に係る印刷方法は、様々な条件の３Ｄプリンタに適用することができる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。
【符号の説明】
【００７０】
１、１’  ３Ｄプリンタ
１０   処理部
１０１   時間テーブル
１１   水タンク
１２   印刷ステージ
１３   照射部
１４   マンマシンインタフェース
１５   放熱装置
２   造形液
Ｓ１０〜Ｓ３２  印刷ステップ
Ｓ４０〜Ｓ６０  生成ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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