(57)【要約】【課題】三次元（３Ｄ）プリンティング方法及び３Ｄプリンティング装置を提供する。【解決手段】３Ｄプリンティング装置は、モデリングプリントヘッドと、カラープリントヘッドと、プラットフォームとを備える。モデリングプリントヘッドとカラープリントヘッドとは、共構造を有する。３Ｄプリンティング方法は、形成層と、形成層の境界領域の外側の少なくとも１つの材料バリアとを形成し、形成層の縁に応じてカラープリントヘッドの複数の着色経路を算出し、カラープリントヘッドの着色経路を、モデリングプリントヘッドの複数の色通過経路に変換し、モデリングプリントヘッドの色通過経路に応じてモデリングプリントヘッドの複数の迂回経路を算出する、ことを含む。【選択図】        図３
2019195992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄプリンティング装置に適用可能な三次元（３Ｄ）プリンティング方法であって、前記３Ｄプリンティング装置は、モデリングプリントヘッドと、カラープリントヘッドと、プラットフォームとを備え、前記モデリングプリントヘッドは前記プラットフォームに形成層をプリントし、前記カラープリントヘッドは前記形成層を着色し、前記モデリングプリントヘッド及び前記カラープリントヘッドは、プリントヘッドグループを形成する共構造を有し、前記３Ｄプリンティング方法は、
形成層と、前記形成層の境界領域の外側の少なくとも１つの材料バリアとを形成し、
着色動作の前記プリントヘッドグループの経路を算出する際に、前記形成層の縁あるいは前記境界領域に応じて前記カラープリントヘッドの複数の着色経路を算出し、
前記カラープリントヘッドの前記着色経路を、前記モデリングプリントヘッドの複数の色通過経路に変換し、
前記モデリングプリントヘッドの前記色通過経路に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の迂回経路を算出し、各前記迂回経路は、対応する前記色通過経路の終点から次の色通過経路の開始点への最短経路ではなく、前記迂回経路の１つと、対応する前記色通過経路とは、それぞれ、少なくとも１つの前記材料バリアの少なくとも１つの位置を通過し、
前記色通過経路及び前記迂回経路を通って移動する前記モデリングプリントヘッドに応じて前記プリントヘッドグループの動作を制御して、前記カラープリントヘッドによって前記形成層に着色動作を行う、ことを含む、
ことを特徴とする３Ｄプリンティング方法。
【請求項２】
前記迂回経路上の前記モデリングプリントヘッドは、前記形成層上を通過しない、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
【請求項３】
前記モデリングプリントヘッドの前記迂回経路を算出することは、
前記迂回経路の１つに対応する前記色通過経路が、前記形成層の第１の縁または第２の縁のどちらに近いかを判別し、前記第１の縁は、対応する前記色通過経路によって分割される前記形成層の一方の側に位置し、前記第２の縁は、対応する前記色通過経路によって分割される前記形成層の他方の側に位置し、
対応する前記色通過経路が前記第１の縁に近い場合、前記迂回経路が前記第１の縁に沿って通過し、前記形成層上を通過せずに次の前記色通過経路の前記開始点に到達するように、前記迂回経路の１つを算出する、ことを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
【請求項４】
前記モデリングプリントヘッドの前記迂回経路の算出は、
対応する前記色通過経路が前記第２の縁に近い場合、前記迂回経路が前記第２の縁に沿って通過し、前記形成層上を通過せずに次の前記色通過経路の前記開始点に到達するように、前記迂回経路の１つを算出する、ことを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の３Ｄプリンティング方法。
【請求項５】
前記カラープリントヘッドの前記着色経路は、前記モデリングプリントヘッドと前記カラープリントヘッドとの間の間隔に応じて前記モデリングプリントヘッドの前記色通過経路に変換され、
前記３Ｄプリンティング方法は、さらに、
前記モデリングプリントヘッドと前記プリントヘッドグループとの間の設定関係に応じて少なくとも１つの前記材料バリアの位置を設定する、ことを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
【請求項６】
前記形成層と少なくとも１つの前記材料バリアとは、同時にプリンティングを完了する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング方法。
【請求項７】
モデリングプリントヘッドと、
カラープリントヘッドであって、前記モデリングプリントヘッドと前記カラープリントヘッドとが共構造を有し、プリントヘッドグループを形成するカラープリントヘッドと、
プラットフォームであって、前記モデリングプリントヘッドが前記プラットフォーム上に形成層をプリントするプラットフォームと、
プロセッサであって、前記プロセッサが前記モデリングプリントヘッドを制御して前記形成層をプリントさせる際、前記形成層の境界領域の外側に少なくとも１つの材料バリアをプリントさせるプロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、着色動作における前記プリントヘッドグループの経路を算出する際、  前記形成層の縁あるいは前記境界領域に応じて前記カラープリントヘッドの複数の着色経路を算出し、
前記カラープリントヘッドの前記着色経路を、前記モデリングプリントヘッドと前記カラープリントヘッドとの間の間隔に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の色通過経路に変換し、
前記モデリングプリントヘッドの前記色通過経路に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の迂回経路を算出し、各前記迂回経路は、対応する前記色通過経路の終点と次の色通過経路の開始点との間の最短経路ではなく、前記迂回経路の１つと、対応する前記色通過経路とは、それぞれ、少なくとも１つの前記材料バリアの少なくとも１つ位置を通過し、
前記色通過経路及び前記迂回経路を通って移動する前記モデリングプリントヘッドに応じて前記プリントヘッドグループの動作を制御して、前記形成層に前記カラープリントヘッドによって着色動作を行う、
ことを特徴とする３Ｄプリンティング装置。
【請求項８】
前記迂回経路上の前記モデリングプリントヘッドは、前記形成層上を通過しない、ことを特徴とする請求項７に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記迂回経路の１つに対応する前記色通過経路が、前記形成層の第１の縁または第２の縁のどちらに近いかを判別し、前記第１の縁は、対応する前記色通過経路によって分割される前記形成層の一方の側に位置し、前記第２の縁は、対応する前記色通過経路によって分割される前記形成層の他方の側に位置し、
前記プロセッサは、対応する前記色通過経路が前記第１の縁に近いと判別した場合、前記迂回経路が前記第１の縁に沿って通過し、前記形成層上を通過せずに次の前記色通過経路の前記開始点に到達するように、前記迂回経路の１つを算出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、対応する前記色通過経路が前記第２の縁に近いと判別した場合、前記迂回経路が前記第２の縁に沿って通過し、前記形成層上を通過せずに次の前記色通過経路の前記開始点に到達するように、前記迂回経路の１つを算出し、前記迂回経路上の前記モデリングプリントヘッドは、前記形成層上を通過しない、ことを特徴とする請求項９に記載の３Ｄプリンティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元（３Ｄ）プリンティング技術に関し、特に、３Ｄプリンティング方法及び３Ｄプリンティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
層毎の構築モデル等の付加製造（ＡＭ）技術を用いて物理的な３Ｄモデルを構築する異なる方法が次々に提案されている。ＡＭ技術は、主に、連続的に積層される複数の薄い（疑似２Ｄ）断面層に変換するため、コンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）等のソフトウェアによって構築された３Ｄモデルデザイン情報を用いる。
【０００３】
現在、複数の薄い断面層を形成するための多くの方法が開発されている。例えば、上記の薄い断面層の情報に応じてプラットフォーム上に形成材料を噴霧あるいは吐出した後、形成材料を硬化して薄い断面層を形成し、層毎の積層の後に３Ｄオブジェクトが形成してよい。また、プリンティング装置は、さらに、３Ｄオブジェクトの製造工程中あるいはその製造工程後に、薄い断面層あるいは３Ｄオブジェクトの着色を容易にするカラープリントヘッドを備え得る。従って、製造工程中にオブジェクトのプリンティング及び着色動作をどのように互いに影響することなく円滑に実行するかが関連分野の技術者にとって考慮の必要がある実際上の問題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、３Ｄプリンティング方法及び３Ｄプリンティング装置を提供し、同期移動するモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドは、モデリングプリントヘッドの移動経路の調整によって、少なくとも１つの材料バリアがモデリングプリントヘッドをクリーニングできるようにし、また、非着色経路上のモデリングプリントヘッドが、３Ｄオブジェクト上を通過しないようにし、これにより、着色を行っているカラープリントヘッドが形成層を通過する際に、３Ｄオブジェクトがモデリングプリントヘッド内の形成材料によって影響されないようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る３Ｄプリンティング方法は、３Ｄプリンティング装置に適用可能である。前記３Ｄプリンティング装置は、モデリングプリントヘッドと、カラープリントヘッドと、プラットフォームとを備える。前記モデリングプリントヘッドは前記プラットフォームに形成層をプリントし、前記カラープリントヘッドは前記形成層を着色する。前記モデリングプリントヘッド及び前記カラープリントヘッドは、プリントヘッドグループを形成する共構造を有する。前記３Ｄプリンティング方法は、形成層と、前記形成層の境界領域の外側の少なくとも１つの材料バリアとを形成し、着色動作の前記プリントヘッドグループの経路を算出する際に、前記形成層の縁に応じて前記カラープリントヘッドの複数の着色経路を算出し、前記カラープリントヘッドの前記着色経路を、前記モデリングプリントヘッドの複数の色通過経路に変換し、前記モデリングプリントヘッドの前記色通過経路に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の迂回経路を算出し、各前記迂回経路は、対応する前記色通過経路の終点と次の色通過経路の開始点との間の最短経路でなく、前記迂回経路の１つと、対応する前記色通過経路とは、それぞれ、少なくとも１つの前記材料バリアの少なくとも一つの位置を通過し、前記色通過経路及び前記迂回経路を通って移動する前記モデリングプリントヘッドに応じて前記プリントヘッドグループの動作を制御して前記形成層に前記カラープリントヘッドによって着色動作を行う、ことを含む、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明の３Ｄプリンティング装置は、モデリングプリントヘッドと、カラープリントヘッドと、プラットフォームと、プロセッサとを備える。前記モデリングプリントヘッドと前記カラープリントヘッドとは、共構造を有してプリントヘッドグループを形成する。前記モデリングプリントヘッドは、形成層を前記プラットフォーム上にプリントする。前記プロセッサは、前記モデリングプリントヘッドを制御して、前記形成層と、前記形成層の境界領域の外側の少なくとも１つの材料バリアとをプリントさせる。前記プロセッサは、着色動作の前記プリントヘッドグループの経路を算出する際、前記形成層の縁に応じて前記カラープリントヘッドの複数の着色経路を算出し、前記カラープリントヘッドの前記着色経路を、前記モデリングプリントヘッドと前記カラープリントヘッドとの間の間隔に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の色通過経路に変換し、前記モデリングプリントヘッドの前記色通過経路に応じて前記モデリングプリントヘッドの複数の迂回経路を算出する。各前記迂回経路は、対応する前記色通過経路の終点と次の色通過経路の開始点との間の最短経路ではなく、前記迂回経路の１つと、対応する前記色通過経路とは、それぞれ、少なくとも１つの前記材料バリアの少なくとも一つの位置を通過する。前記プロセッサは、前記色通過経路及び前記迂回経路を通って移動する前記モデリングプリントヘッドに応じて前記プリントヘッドグループの動作を制御して、前記形成層に前記カラープリントヘッドによって着色動作を行う。
【発明の効果】
【０００７】
以上より、例示的な実施の形態の３Ｄプリンティング装置は、同期移動するモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドを備えるため、３Ｄオブジェクトを構築する際に、３Ｄプリンティング動作と着色動作とを分離する必要があり、通常、３Ｄプリンティング動作は、着色動作の前に完了する。着色動作の間に、３Ｄオブジェクトが、着色動作を行っているカラープリントヘッドが形成層を通過する際にモデリングプリントヘッド内の形成材料によって影響を受ける（例えば、モデリングプリントヘッドから形成材料が形成層に滴下する）ことを防止するため、着色動作の間のモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドの経路を算出する際に、例示的な実施の形態は、モデリングプリントヘッドの移動経路を調整し、当該モデリングプリントヘッドが材料バリアを通過して非着色経路上のモデリングプリントヘッドが３Ｄオブジェクト上を通過しないようにし、これによってモデリングプリントヘッドが形成材料を３Ｄオブジェクトに滴下する可能性を低減する。モデリングプリントヘッドの形成材料は、材料バリアに接触することで当該材料バリアに付着する、つまり、材料バリアは、モデリングプリントヘッドに対するこすり落とし及びクリーニング作用を提供し、それによって着色の際に、モデリングプリントヘッドの形成材料が形成層上に落下して３Ｄオブジェクトの品質に影響を与えることを効果的に防止する。
【０００８】
本発明の上記及び他の特徴、並びに利点についての理解を更に容易にするため、添付の図面と共にいくつかの実施の形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置の部分的な概要図である。
【００１０】
【図２】３Ｄプリンティング装置の部分的な上部概要図である。
【００１１】
【図３】本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング方法のフローチャートである。
【００１２】
【図４】ステップＳ３２０からステップＳ３４０におけるカラープリントヘッド１３２の着色経路、及びモデリングプリントヘッド１３１の色通過経路及び迂回経路を示す概要図である。
【００１３】
【図５】ステップＳ３４０の詳細なフローチャートである。
【００１４】
【図６】本発明の別の例示的な実施の形態に係る迂回経路の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置１００の部分的な概要図である。図２は、３Ｄプリンティング装置の部分的な上部概要図である。図１及び図２の両方を参照すると、例示的な実施の形態においては、３Ｄプリンティング装置１００は、フレーム１１０と、プラットフォーム１２０と、プリンティングコンポーネント１３０と、制御モジュール１４０（図２参照）と、を備える。３Ｄプリンティング装置１００は、例えば、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）装置である。プリンティングコンポーネント１３０のモデリングプリントヘッド１３１は、プラットフォーム１２０上に、形成層２００を層毎にプリントすることができ、それによって３Ｄオブジェクトを積層する。プリンティングコンポーネント１３０は、さらに、カラープリントヘッド１３２を備え、これは、例えば、形成層あるいは３Ｄオブジェクトを着色するために用いられるインクジェットヘッドである。
【００１６】
例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング方法を直交座標系ＸＹＺに配置し、関連する構成要素の構成並びに動作をより明確に定義及び説明する。この場合、プラットフォーム１２０は、ＸＹ平面を有し、複数層の形成層が、正のＺ軸方向に沿って３Ｄオブジェクトを積層するが、本発明はこの場合に限定されない。換言すると、コンポーネント間の構成及び動作は、相対的な状態にあり、異なる座標軸を用いた場合、詳細な説明にもちろん差異が生じるが、コンポーネント間の対応関係には影響しない。
【００１７】
例示的な実施の形態のモデリングプリントヘッド１３１及びカラープリントヘッド１３２は、フレーム１１０の内部空間において同期移動するプリントヘッドグループを形成する。さらに、図１及び図２に示すように、プリンティングコンポーネント１３０は、さらに、フレーム１１０に対して移動可能に組み立てられ、制御モジュール１４０に電気的に接続され得る移動コンポーネント１３３を備える。制御モジュール１４０は、プロセッサ１４２と、本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング方法を記憶あるいは一時的に記憶するための関連コマンドのメモリとを備える。モデリングプリントヘッド１３１及びカラープリントヘッド１３２は、移動コンポーネント１３３に連結して組み立てられ、フレーム１１０内で移動コンポーネント１３３と共に移動する。換言すると、モデリングプリントヘッド１３１及びカラープリントヘッド１３２は、同一の移動コンポーネント１３３に配置され、共構造を形成し、つまり、単一の駆動手段のみ（移動コンポーネント１３３のみを駆動）が、モデリングプリントヘッド１３１及びカラープリントヘッド１３２を同期的に移動させる（これらの間には相対的な移動がない、と考えることができる）。このように、カラープリントヘッド１３２が、形成層あるいは３Ｄオブジェクトを着色する際、モデリングプリントヘッド１３１は、形成層あるいは３Ｄオブジェクト上（つまり、Ｚ軸に沿った方向上）を移動して追従する。モデリングプリントヘッド１３１が、形成層あるいは３Ｄオブジェクトのプリントをちょうど完了した際、形成材料の残りが、モデリングプリントヘッド１３１の内部に存在する。従って、上記のように、モデリングプリントヘッド１３１が、プリントされた形成層あるいは３Ｄオブジェクト上を通過すると、形成材料の残りが、プリントされた形成層あるいは３Ｄオブジェクト上に滴下あるいは落下する可能性がある。
【００１８】
上記の形成材料の残りがプリンティングターゲットの品質に影響することを防止するため、例示的な実施の形態によって提供される３Ｄプリンティング方法及び対応する３Ｄプリンティング装置は、カラープリントヘッドが移動する際、材料バリアを介したモデリングプリントヘッドのクリーニングを行わず、モデリングプリントヘッドの変位経路を計算する際に、非着色経路上のモデリングプリントヘッドが３Ｄオブジェクト上を通過しないようにし、形成層あるいは３Ｄオブジェクトの品質に上記の理由で影響が及ぶことを防止する。
【００１９】
例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング方法は、３Ｄモデルが完成した後、つまり、コンピュータ支援デザイン方法によって３Ｄオブジェクトモデルの構築が完了した後に実行されてよく、３Ｄ方法は、切断層分析に用いられてよい。複数の形成層を分析するプロセスにおいて、制御モジュール１４０のプロセッサ１４２は、モデリングプリントヘッド１３１、カラープリントヘッド１３２及び移動コンポーネント１３３の作動モードのシミュレーションに応じて実際のプリンティングを実行する際、３Ｄプリンティング装置１００の動作コマンドを提供することができる。別の例示的な実施の形態においては、３Ｄオブジェクトモデルは、さらに、別のコンピュータ装置のプロセッサあるいは非３Ｄプリンティング装置による分析動作を実行してよい。分析が完了し、動作コマンドを生成した後、３Ｄプリンティング装置１００の制御モジュール１４０は、さらに、インポートされて実際のプリンティング動作が行われる。
【００２０】
図２を参照すると、例示的な実施の形態において形成層２００をプリントする際、少なくとも１つの材料バリア２１０が、形成層２００の境界領域２０２の外側に共に形成され、形成層２００及び材料バリア２１０が完成すると、着色領域への着色が行われる。材料バリアの高さがモデリングプリントヘッド１３１の形成材料の残りをこすり落とすのに十分な高さを有するので、例示的な実施の形態においてモデリングプリントヘッド及び着色動作のカラープリントヘッドの経路を算出する際、例示的な実施の形態においては、モデリングプリントヘッドの移動経路を調整して、モデリングプリントヘッドが材料バリアを通過するようにして形成材料の残りを除去し、非着色経路上のモデリングプリントヘッドが３Ｄオブジェクト上を通過しないようにし、これによってモデリングプリントヘッドが材料を３Ｄオブジェクト上に滴下する可能性を低減する。いわゆる「境界領域」は、ＸＹ平面上の正投影によってプリントされるべき３Ｄオブジェクト全体をフレーミングする最小の長方形の長方形ブロックを指す。最小の矩形の各側は、Ｘ軸、Ｙ軸あるいはＺ軸の少なくともいずれかと平行である。境界領域は、形成層２００の周辺アウトライン（形成層の縁と称する）よりも大きい。例えば、円錐の下底面がプリントされるべき３Ｄオブジェクトである場合、底面の形成層は、全切断層のうち、最大の直径を有する円形であり、底面の形成層より上側に形成される形成層は、より小さな直径を有する円形である。境界領域は、形成層の底面の円の直径が辺の長さとして構築される長方形ブロック（この場合は正方形）と等しく、長方形ブロックは、形成層の底面の円形を厳密にフレーミングする。より上側の形成層の説明に関して、境界領域は形成層の円形よりも大きく、つまり、境界領域の辺の長さ及び形成層の円形は、その間にインターバル距離を有する。境界領域の設定の目的は、３Ｄプリンティング装置の制御モジュール１４０が、現在の層における形成層２００上にプリンティングコンポーネント１３０が位置するか否かの判別を容易にすることであり、より重要なことには、下の完成した形成層に影響を与えないようにすることである。例えば、プリンティングモジュール１３０が境界領域の外側にある場合、これは、プリンティングモジュール１３０が現在の層における形成層２００の上にはなく、下の完成した形成層（例えば、先に形成された下の底面）に影響を与えないことを示す。また、形成層２００の縁は、３Ｄオブジェクトの外観によってその形状を制限しない。従って、境界領域は、プリンティングコンポーネント１３０の制御モジュール１４０の経路の計画あるいは関連する動作の実行を簡略化する一助となる。
【００２１】
図３は、本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング方法のフローチャートである。ここで、本発明の例示的な実施の形態に係る、関連する必須要件を事前に設定する。プリンティング動作及び／または着色動作を行う際の例示的な実施の形態に係るモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドの動作コマンドのうちの１つの動作方向は、Ｘ軸に沿っており、現在の動作コマンドを完了した後、次の動作コマンドの開始点にモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドが戻るようにする。モデリングプリントヘッドが、着色動作の間に材料バリア２１０を通過するようにするため、例示的な実施の形態に係る材料バリア２１０は、主に、境界領域２０２の右側に配置されるが、例示的な実施の形態は、境界領域２０２の近傍（例えば、境界領域２０２の左、上及び下）に、その必要性に応じて材料バリア２１０を任意に配置することもでき、例示的な実施の形態はこれに限定されない。
【００２２】
図２及び図３の両方を参照すると、ステップＳ３１０において、制御モジュール１４０のプロセッサ１４２がモデリングプリントヘッド１３１を制御して形成層２００をプリントする場合、少なくとも１つの材料バリア（一例として、材料バリア２１０）を、形成層２００の境界領域２０２の外側に共にプリントする。形成層２００のプリンティングステップについて、概略を以下に説明する。最初に、制御モジュール１４０は、３Ｄオブジェクトのモデル情報を取得し、形成層情報としてモデル情報を分析する。いわゆる「形成層」は、ソフトウェアで構築された３Ｄモデルのデザイン情報を、連続的に積層される複数の薄い（疑似２Ｄ）断面層への変換である。次に、形成層を分析し、プロセッサ１４０は、形成層２００及び材料バリア２１０をプリントするために、分析の後に生成された対応するコマンドに応じてプリントを実行するように３Ｄプリンティング装置１００を駆動する。例示的な実施の形態を適用する者は、形成層２００及び材料バリア２１０をプリントする順序を任意に調整してよく、つまり、モデリングプリントヘッド１３１によって形成層２００及び材料バリア２１０は同時にプリントされてもよく、あるいは、形成層２００及び材料バリア２１０のうちのいずれかが最初にプリントされ、次に、他方がプリントされるようにしてもよい。
【００２３】
材料バリア２１０の構成位置は、モデリングプリントヘッド１３１とプリントヘッドグループとの間の構成関係に応じて材料バリアの位置として設定されてよい。例えば、境界領域２０２の下縁と材料バリア２１０の最下部Ｌ１との間の距離αは、モデリングプリントヘッド１３１の中心点Ｎ１と、プリントヘッドグループ内のカラープリントヘッド１３２の最下部との間の距離ｎ以下である必要がある。従って、モデリングプリントヘッド１３１及びカラープリントヘッド１３２を載せている移動コンポーネント１３３が図２の位置ＬＮ１（破線で示す）にあり着色動作の第１の動作コマンドを実行する場合、モデリングプリントヘッド１３１は、材料の残りをこすり取るため、材料バリア２１０を通過するようにされてよい。また、制御モジュール１４０は、材料バリアの位置の近傍に動作コマンドの開始点を構成して、着色動作の各動作コマンドを実行する際に、全ての動作コマンドがモデリングプリントヘッド１３１に材料バリア２１０を通過させて材料の残りをこすり取るようにしてよい。材料バリア２１０内の支持部分２１２は、材料バリアボディを支持するため用いられる。例示的な実施の形態の適用は、支持部分２１２の長さ、形状及び構成方向を限定しない。
【００２４】
ステップＳ３２０において、制御モジュール１４０は、着色動作のプリントヘッドグループの経路を算出する際、形成層２００の縁あるいは境界領域に応じてカラープリントヘッド１３２の複数の着色経路を算出する。図４は、ステップＳ３２０からステップＳ３４０までにおける、カラープリントヘッド１３２の着色経路及びモデリングプリントヘッド１３１の色通過経路及び迂回経路の概略図である。着色動作は、主としてカラープリントヘッド１３２によって形成層２００を着色（例えば、インクジェット方法によって着色）することである。従って、制御モジュール１４０は、事前に、カラープリントヘッド１３２の複数の着色経路（例えば、図４における実線矢印ＣＲ１からＣＲ４）を算出あるいは取得する。例示的な実施の形態に係るいわゆる「着色経路」は、をカラープリントヘッド１３２が形成層２００上（すなわち、Ｚ軸に沿った方向上）を通過して着色を実行することを許容する。例示的な実施の形態においては、「形成層２００の縁」は、図４における形成層２００によって示された閉じた曲線であってよい。本発明に係るある例示的な実施の形態においては、制御モジュール１４０は、「カラープリントヘッド１３２の着色経路を短くする」前提で、各着色経路を、可能な限り形成層２００の縁に近づけ、これによってより短い着色距離を有する着色経路を算出する。あるいは、本発明の例示的な実施の形態は、さらに、「形成層２００の縁」の外側に位置する境界領域を、着色経路の算出の基準となるように用いてよい、つまり、カラープリントヘッド１３２の着色経路は、形成層２００の境界領域２０２に応じて算出されてよい。着色経路を算出する際の基準として形成層２００の境界領域を用いる理由は、形成層２００の縁が非常に複雑（例えば、五芒星形状、あるいは複数の凹部を備えた縁）であり得るからである。従って、着色経路を計算する際の基準として境界領域を用いることは、制御モジュール１４０の動作量を低減し得る。また、境界領域について先に説明したように、現在の層の形成層２００上にプリンティングコンポーネント１３０が位置しないようにすることに加えて、境界領域を用いることで、下の完成した形成層に影響を与えないようにすることができる。図４の例示的な実施の形態は、着色経路を算出する際の基準の例として形成層２００の境界領域を用いる。しかしながら、算出の基準として境界領域を用いることで、算出の量及び各形成層に対する影響がより少なくなるが、プリンティング時間はより長くなること、算出の基準として形成層２００の縁を用いることで、経路及びプリンティング時間が短縮されるが、算出の量がより大きくなることが、当業者によって明らかである。当業者は、いずれを用いるべきかを慎重に決めるべきである。例えば、上記の材料バリアが材料の残りをこすり落とすために用いられる場合、材料の残りが滴下する可能性はより小さいと評価され、形成層２００の縁が算出の基準として用いられると決定される。
【００２５】
説明の便宜上、図４の着色経路ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３及びＣＲ４の開始点は、それぞれ、プリントヘッドグループの移動コンポーネント１３３の位置ＬＮ１１、ＬＮ２１、ＬＮ３１及びＬＮ４１を示し、着色経路ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３及びＣＲ４の終点は、それぞれ、プリントヘッドグループの移動コンポーネント１３３の位置ＬＮ１２、ＬＮ２２、ＬＮ３２及びＬＮ４２を示す。例示的な実施の形態においては、カラープリントヘッド１３２を備える移動コンポーネント１３３が、着色経路ＣＲ１に応じて着色動作を行い、位置ＬＮ１１から位置ＬＮ１２に到達すると、移動コンポーネント１３３は、次の着色経路（つまり、着色経路ＣＲ２）の開始点に移動する（つまり、移動コンポーネント１３３が位置ＬＮ２１に移動する）。カラープリントヘッド１３２を備える移動コンポーネント１３３が、着色経路ＣＲ３に応じて着色動作を行い、位置ＬＮ３１から位置ＬＮ３２に到達すると、移動コンポーネント１３３は、次の着色経路（つまり、着色経路ＣＲ４）の開始点に移動する（つまり、移動コンポーネント１３３が位置ＬＮ４１に移動する）。換言すると、各着色経路の開始点及び終点は、全て、形成層２００の縁（例示的な実施の形態においては、形成層２００の境界領域２０２）の外側に位置する。
【００２６】
図３のステップＳ３３０において、制御モジュール１４０は、カラープリントヘッド１３２の着色経路ＣＲ１からＣＲ４を、モデリングプリントヘッド１３１とカラープリントヘッド１３２との間の間隔に応じてモデリングプリントヘッド１３１の複数の色通過経路ＣＰＲ１からＣＰＲ４に変換する。例示的な実施の形態において、モデリングプリントヘッド１３１の中心点Ｎ１とカラープリントヘッド１３２の設定点Ｎ２との間の間隔は、ＮＢと表記される。図４から分かるように、モデリングプリントヘッド１３１とカラープリントヘッド１３２との間の間隔ＮＢを学習する際、着色経路ＣＲ１からＣＲ４が間隔ＮＢを移動させてモデリングプリントヘッド１３１の色通過経路ＣＰＲ１からＣＰＲ４が取得される。ステップＳ３３０を実行する理由は、例示的な実施の形態は、主に、着色動作を行う際に、モデリングプリントヘッド１３１が３Ｄオブジェクトの形成層２００上を通過しないようするためである。従って、色通過経路ＣＰＲ１からＣＰＲ４は、モデリングプリントヘッド１３１が形成層２００上を確実に通過させるものであることを知る必要がある。また、色通過経路ＣＰＲ１からＣＰＲ４を知った後、モデリングプリントヘッド１３１の複数の迂回経路が、次のステップＳ３４０において算出され得る。
【００２７】
図３のステップＳ３４０において、制御モジュール１４０のプロセッサ１４２は、モデリングプリントヘッド１３１の複数の迂回経路（例えば、迂回経路ＴＲ１及びＴＲ３）を、モデリングプリントヘッド１３１の色通過経路（例えば、ＣＰＲ１からＣＰＲ４）に応じて算出する。例示的な実施の形態においては、モデリングプリントヘッド１３１が、色通過経路ＣＰＲ１に応じて着色動作を実行し、位置ＬＮ１１から位置ＬＮ１２に到達すると、モデリングプリントヘッド１３１は、次の着色経路（例えば、着色経路ＣＲ２）の開始点に移動（つまり、移動コンポーネント１３３が位置ＬＮ２１に移動）し、ここで、色通過経路の終点から次の色通過経路の開始点への経路を、「迂回経路」と称する。
【００２８】
既存の３Ｄプリンティング技術では、プリンティング時間を短くするため、通常、迂回経路は、色通過経路の終点と次の色通過経路の開始点との間の最短経路として設定される。しかしながら、最短経路を迂回経路に設定すると、モデリングプリントヘッド１３１は、着色動作においてほとんど形成層２００上に位置することになり、カラープリントヘッドが着色を行う際に、プリントヘッド内の形成材料が形成層２００に滴下する。従って、上記の問題を回避するため、例示的な実施の形態の「迂回経路」は、色通過経路の終点と次の色通過経路の開始点との間の最短経路ではなく、可能な限り形成層２００をバイパスして、モデリングプリントヘッド１３１が形成層２００上に位置しないように設計される。また、各迂回経路の１つ及び対応する色通過経路は、材料バリア２１０を通り、モデリングプリントヘッド１３１の形成材料の残りをこすり落とす。例示的な実施の形態は、色通過経路ＣＰＲ１からＣＰＲ４のそれぞれが、初期の時点で材料バリア２１０を通過するようにする。ある例示的な実施の形態においては、滴下時間を設定するために、モデリングプリントヘッド１３１の形成材料の残りが滴下する実験あるいは大まかな経験を通じて学習が行われてもよく、着色動作におけるモデリングプリントヘッド１３１の移動経路（色通過経路及び迂回経路を含む）を設計する際に、モデリングプリントヘッド１３１が、滴下時間内に材料バリア２１０を通過した後に形成層２００上に位置するようにし、別の時間においてはモデリングプリントヘッド１３１が形成層２００上を通過しないようにする。このようにして、形成材料の残りが形成層２００に滴下することを防止できる。
【００２９】
図３のステップＳ３５０において、制御モジュール１４０のプロセッサ１４２は、色通過経路（例えば、図４のＣＰＲ１からＣＰＲ４）及び迂回経路（例えば、図中ＴＲ１及びＴＲ３）を通過するモデリングプリントヘッド１３１に応じて、プリントヘッドグループ１３０の動作を制御し、形成層２００に対してカラープリントヘッド１３２による着色動作を行う。このようにして、３Ｄオブジェクトの形成層２００がプリントされた後、形成層２００の着色が、さらに完了し得る。
【００３０】
ここで、図４の迂回経路ＴＲ１及びＴＲ３を、モデリングプリントヘッド１３１の迂回経路をどのように算出し決定するかに関する例として説明する。図５は、ステップＳ３４０の詳細なフローチャートである。ステップＳ５１０において、プロセッサ１４２は、迂回経路の１つに対応する色通過経路が、形成層２００の第１の縁（例えば、第１の縁ＥＧ１１、ＥＧ１３のうちの１つ）あるいは第２の縁（例えば、第２の縁ＥＧ２１、ＥＧ２３のうちの１つ）に近接すると判別する。例示的な実施の形態の第１の縁ＥＧ１１及びＥＧ１３は、対応する色通過経路によって分割される形成層２００の一方の側に位置する。第２の縁ＥＧ２１及びＥＧ２３は、対応する色通過経路によって分割される形成層２００の他方の側に位置する。
【００３１】
色通過経路ＣＰＲ１の終点から色通過経路ＣＰＲ２の開始点への迂回経路ＴＲ１を例にすると、迂回経路ＴＲ１は色通過経路ＣＰＲ１に対応し、第１の縁ＥＧ１１は、対応する色通過経路ＣＰＲ１によって分割される形成層２００の側縁であり、第２の縁ＥＧ２１は、対応する色通過経路ＣＰＲ２によって分割される形成層２００の他の側縁である。第２の縁ＥＧ２１から色通過経路ＣＰＲ１への平均距離は、第１の縁ＥＧ１１から色通過経路ＣＰＲ１への平均距離より短いので、プロセッサ１４２は、色通過経路ＣＰＲ１が第２の縁ＥＧ２１により近いと判別する。
【００３２】
色通過経路ＣＰＲ１が形成層２００の第２の縁ＥＧ２１により近い場合、ステップＳ５１０はステップＳ５３０に進み、プロセッサ１４２は、迂回経路ＴＲ１が第２の縁ＥＧ２１に沿って通過し、形成層２２０の上を通過せずに次の色通過経路ＣＰＲ２に到達するように迂回経路ＴＲ１を算出する。例示的な実施の形態においては、第２の縁ＥＧ２１は、形成層２００の境界領域２０２の下縁に近いので、迂回経路ＴＲ１は、第２の縁ＥＧ２１に沿って通過し、形成層２２０の上を通過せずに次の色通過経路ＣＰＲ２の開始点に到達するように、境界領域２０２の下縁をバイパスする。
【００３３】
また、色通過経路ＣＰＲ３の終点から色通過経路ＣＰＲ４の開始点への迂回経路ＴＲ３を例にすると、迂回経路ＴＲ３は、色通過経路ＣＰＲ３に対応し、第１の縁ＥＧ１３は、対応する色通過経路ＣＰＲ３によって分割される形成層２００の側縁であり、第２の縁ＥＧ２３は、対応する色通過経路ＣＰＲ３で分割される形成層２００の他の側縁である。第１の縁ＥＧ１３から色通過経路ＣＰＲ３への平均距離は、第２の縁ＥＧ２３から色通過経路ＣＰＲ３への平均距離より短いので、プロセッサ１４２は、色通過経路ＣＰＲ３が第１の縁ＥＧ１３により近いと判別する。
【００３４】
色通過経路ＣＰＲ３が形成層２００の第１の縁ＥＧ１３により近い場合、ステップＳ５１０は、次にステップＳ５２０に進み、プロセッサ１４２は、迂回経路ＴＲ３が第１の縁ＥＧ１３に沿って通過し、形成層２２０上を通過せずに次の色通過経路ＣＰＲ４の開始点に到達するように迂回経路ＴＲ３を算出する。例示的な実施の形態においては、第１の縁ＥＧ１３は、形成層２００の境界領域２０２の上端に近いので、迂回経路ＴＲ３は、第１の縁ＥＧ１３に沿って通過し、形成層２２０の上を通過せずに次の色通過経路ＣＰＲ４の開始点に到達するように、境界領域２０２の上縁をバイパスする。
【００３５】
ステップＳ５４０において、プロセッサ１４２は、すべての迂回経路についての算出が完了したか否か判別する。迂回経路のうちのいくつかについての算出が完了していない場合、プロセッサ１４２は、ステップＳ５１０に戻り、迂回経路の算出を継続する。すべての迂回経路についての算出が完了した場合には、図３のステップＳ３４０が終了する。
【００３６】
図４に示す迂回経路は、境界領域２０２の上または下縁をバイパスすることで得られる。例示的な実施の形態を適用する者は、また、迂回経路として、形成層の第１の縁あるいは第２の縁に直接沿ってモデリングプリントヘッド１３１が移動するようにしてもよい。図６は、本発明の別の例示的な実施の形態に係る迂回経路の概要図である。図６に示すように、迂回経路ＴＲ１は、形成層２２０に対応する第２の縁ＥＧ２１に沿って移動する。ある例示的な実施の形態において、第１の縁あるいは第２の縁が非常に曲がりくねっている場合、制御モジュール１４０は、迂回経路上のモデリングプリントヘッド１３１が可能な限り形成層を通過しない限り、できるだけ縁の設計された迂回経路を用いてもよい。
【００３７】
以上を要約すると、本発明の例示的な実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置は、モデリングプリントヘッドと、同期して移動するカラープリントヘッドとを備えるので、３Ｄオブジェクトを構築する際に３Ｄプリンティング動作及び着色動作を分離する必要があり、３Ｄプリンティング動作は、通常、着色動作の前に終了する。着色動作を実行する場合、着色を行うカラープリントヘッドが形成層を通過する際にモデリングプリントヘッド内の形成材料によって３Ｄオブジェクトが影響を受けること（例えば、モデリングプリントヘッドから形成層に形成材料が滴下）を防止するために、着色動作におけるモデリングプリントヘッド及びカラープリントヘッドの経路を算出する際、モデリングプリントヘッドが材料バリアを通過し、当該モデリングプリントヘッドの移動経路を調整して、非着色経路上のモデリングプリントヘッドが３Ｄオブジェクト上を通過しないようにし、これによってモデリングプリントヘッドが３Ｄオブジェクト上に材料を滴下する可能性を低減させる。モデリングプリントヘッドの形成材料は、材料バリアと接触することで、当該材料バリアに付着する、つまり、材料バリアは、モデリングプリントヘッドに対するこすり落とし及びクリーニング作用を提供し、それによって着色の際に、モデリングプリントヘッドの形成材料が形成層上に落下して３Ｄオブジェクトの品質に影響を与えることを効果的に防止する。
【００３８】
本発明を上記の実施の形態を参照して説明したが、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲において上記の実施の形態に変更を行うことが可能な点、当業者にとって明らかである。従って、本発明の技術的範囲は、上記の詳細な説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって画定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は三次元（３Ｄ）プリンティング装置及び３Ｄプリンティング方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１００    ３Ｄプリンティング装置
１１０    フレーム
１２０    プラットフォーム
１３０    プリンティングコンポーネント
１３１    モデリングプリントヘッド
１３２    カラープリントヘッド
１３３    移動コンポーネント
１４０    制御モジュール
１４２    プロセッサ
２００    形成層
２０２    形成層の境界領域
２１０    材料バリア
２１２    支持部分
Ｓ３１０〜Ｓ３５０  ３Ｄプリンティング方法のステップ
Ｓ５１０〜Ｓ５４０  ステップ
Ｘ        Ｘ軸
Ｙ        Ｙ軸
Ｚ        Ｚ軸
ａ        境界領域の下縁と材料バリアの最下部との間の距離
Ｌ１      材料バリアの最下部
ｎ        プリントヘッドグループにおけるモデリングプリントヘッドの中心点とカラープリントヘッドの最下部との間の距離
Ｎ１      モデリングプリントヘッドの中心点
Ｎ２      カラープリントヘッドの設定点
ＮＢ      モデリングプリントヘッドとカラープリントヘッドとの間の間隔
ＬＮ１、ＬＮ１１、ＬＮ１２、ＬＮ２１、ＬＮ２２、ＬＮ３１、ＬＮ３２、ＬＮ４１、ＬＮ４２  移動コンポーネントの位置
ＣＲ１〜ＣＲ４  カラープリントヘッドの着色経路／矢印
ＣＰＲ１〜ＣＰＲ４  モデリングプリントヘッドの色通過経路
ＥＧ１１、ＥＧ１３  第１の縁
ＥＧ２１、ＥＧ２３  第２の縁
ＴＲ１、ＴＲ３      迂回経路
【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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【外国語明細書】
2019195992000001.pdf