(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成手段と、
前記ボクセルモデル生成手段によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成手段と、
前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定手段と、
前記ハミルトン経路設定手段によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成手段と、
前記ツールパス生成手段によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形手段と、
前記立体物の少なくとも一部について、製造される前記立体物の物理的特性と対応付けられた前記ツールパスの方向に関する設定を行う経路設定手段と、
を備え、
前記ツールパス生成手段は、前記経路設定手段によって設定された前記ツールパスの方向に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とする立体物製造装置。
【請求項２】
前記ツールパス生成手段は、立体物が造形される平面に沿う方向の成分及び当該平面に垂直な方向の成分を含む前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項１に記載の立体物製造装置。
【請求項３】
前記サブボクセル生成手段は、前記ボクセルモデルに含まれる全てのボクセルをサブボクセルに分割することを特徴とする請求項１または２に記載の立体物製造装置。
【請求項４】
前記サブボクセル生成手段は、前記ボクセルモデルに含まれる一部のボクセルをサブボクセルに分割することを特徴とする請求項１または２に記載の立体物製造装置。
【請求項５】
前記サブボクセルに分割されたボクセルの内部組成を設定する内部組成設定手段を備え、
前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された前記ボクセルの内部組成に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
【請求項６】
前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおいて造形材料を充填する一部の前記サブボクセルを設定することを特徴とする請求項５に記載の立体物製造装置。
【請求項７】
前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおける造形材料の充填率を設定し、
前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された充填率となるサブボクセルの充填位置の組合せのうちのいずれかとなる前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項５または６に記載の立体物製造装置。
【請求項８】
前記内部組成設定手段は、前記ボクセルにおける造形材料の充填位置を設定し、
前記ツールパス生成手段は、前記内部組成設定手段によって設定された充填位置のサブボクセルに造形材料を充填する前記ツールパスを生成することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
【請求項９】
前記内部組成設定手段は、前記内部組成を設定する際に、当該ボクセルが隣接するボクセルとの接続性に関する条件を設定することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
【請求項１０】
前記立体物造形手段は、複数の造形材料によって前記ボクセルまたは前記サブボクセルを充填することにより、前記立体物を造形することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の立体物製造装置。
【請求項１１】
立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成ステップと、
前記ボクセルモデル生成ステップにおいて生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成ステップと、
前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定ステップと、
前記ハミルトン経路設定ステップにおいて設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成ステップと、
前記ツールパス生成ステップにおいて生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形ステップと、
前記立体物の少なくとも一部について、製造される前記立体物の物理的特性と対応付けられた前記ツールパスの方向に関する設定を行う経路設定ステップと、
を含み、
前記ツールパス生成ステップでは、前記経路設定ステップにおいて設定された前記ツールパスの方向に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とする立体物造形方法。
【請求項１２】
立体物を製造する立体物製造装置を制御するコンピュータに、
立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成機能と、
前記ボクセルモデル生成機能によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定機能と、
前記判定機能によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成機能と、
前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定機能と、
前記ハミルトン経路設定機能によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成機能と、
前記ツールパス生成機能によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形機能と、
前記立体物の少なくとも一部について、製造される前記立体物の物理的特性と対応付けられた前記ツールパスの方向に関する設定を行う経路設定機能と、
を実現させ、
前記ツールパス生成機能は、前記経路設定機能によって設定された前記ツールパスの方向に基づいて、前記ツールパスを生成することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物製造装置、立体物製造方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体物を製造する３Ｄプリンティングシステムにおいては、標準的な入力ファイルフォーマットとして、サーフェス（立体物の表面）を多角形メッシュで近似するＳＴＬフォーマットが一般的に採用されている。また、立体造形出力の際には、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）ソフトウェア上で、ＳＴＬフォーマットから３Ｄプリンタヘッドのツールパスを表すスライスデータが生成される。さらに、ツールパスが生成される際、まず最も外殻となるシェル部分と内部とが分離され、例えば造形物内部の充填処理については、完全充填、ハニカム構造等、ソフトウェアに予め用意されたパターンの中から選択される。これは、材料の消費量を少なくして、かつ造形物表面のサーフェスが構造的に成立するための工夫である。
なお、このような３Ｄプリンティングに関する技術は、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０８６２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、立体造形物の内部において、空隙を形成したり、素材を合成したりする等、内部構造を有する立体造形物を３Ｄプリンタで出力する場合、従来のＳＴＬフォーマットやスライスデータの概念にとらわれない新たな観点からツールパスを生成する方法が必要となる。
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の立体物製造装置は、
立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、前記立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成するボクセルモデル生成手段と、
前記ボクセルモデル生成手段によって生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって、前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、前記ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成するサブボクセル生成手段と、
前記ボクセルモデルにハミルトン経路を設定するハミルトン経路設定手段と、
前記ハミルトン経路設定手段によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成するツールパス生成手段と、
前記ツールパス生成手段によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する立体物造形手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る立体物製造装置のハードウェア構成を示す模式図である。
【図２】立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】ボクセルをサブボクセルに分割した状態を示す模式図である。
【図４】第１実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】第３実施形態に係る立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
【図８】第４実施形態に係る立体物製造装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図９】第４実施形態に係る立体物製造装置が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る立体物製造装置１のハードウェア構成を示す模式図である。
図１に示すように、立体物製造装置１は、立体物造形データ生成部１０と、立体物造形部２０とを備えている。
立体物造形データ生成部１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）や組み込み型のマイコン等の情報処理装置によって構成される。本実施形態においては、立体物造形データ生成部１０をＰＣによって構成するものとする。
【００１０】
立体物造形データ生成部１０は、立体物の設計データであるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｓｉｇｎ）データから、立体物造形部２０における３Ｄプリンタヘッドのツールパスを表すスライスデータを生成する。このとき、立体物造形データ生成部１０は、ＣＡＤデータから立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを生成し、ボクセルモデルを３Ｄプリンタヘッド２２２（後述）によって一筆書きするためのハミルトン経路を算出する。さらに、ボクセルモデルのハミルトン経路が算出できない（ボクセルモデルが一筆書きできない）場合、立体物造形データ生成部１０は、ボクセルを分割したサブボクセルを生成することにより、ハミルトン経路を算出する。なお、ボクセルを一筆書きで辿るハミルトン経路を探索する問題については、ボクセルを４分割すると、必ず一筆書きできることが知られている（例えば、以下の論文参照：“Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ  Ｆｏｌｄａｂｌｅ  Ｓｔｒｉｎｇｓ（Ｍｏｔｅｉｎｓ）”,ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＲＯＢＯＴＩＣＳ，ＶＯＬ．２７，ＮＯ．４，ＡＵＧＵＳＴ  ２０１１）。
【００１１】
具体的には、立体物造形データ生成部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、入力部１４と、出力部１５と、記憶部１６と、通信部１７と、を備えている。
【００１２】
ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２または記憶部１６に記憶されたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＯＭ１２は、立体物製造装置１を制御するための各種プログラムを記憶する。
ＲＡＭ１３には、ＣＰＵ１１が各種の処理を実行するためのデータ等が記憶される。
【００１３】
入力部１４は、キーボードあるいはマウス等のポインティングデバイスによって構成され、ユーザの指示操作に応じて各種情報を入力する。
出力部１５は、ディスプレイやスピーカによって構成され、ＣＰＵ１１の制御に従って、情報の表示や音声の出力を行う。
記憶部１６は、ハードディスク等の記憶装置によって構成され、立体物製造装置１で使用される各種データやプログラムを記憶する。
通信部１７は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ケーブル等の通信ケーブルや、インターネット等の通信ネットワークを介して他の装置との通信を行う。
【００１４】
また、立体物造形データ生成部１０は、設定された経路選択方針に合致するツールパスが探索されるまで、ツールパスの探索を繰り返し、経路選択方針に合致するツールパスが探索されると、そのツールパスを用いて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御するための制御データを生成する。
【００１５】
立体物造形部２０は、熱溶解積層（ＦＤＭ：Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式あるいは光造形方式の３Ｄプリンタによって構成される。本実施形態においては、立体物造形部２０は、熱溶解積層方式の３Ｄプリンタであるものとする。立体物造形部２０は、立体物造形データ生成部１０によって生成された制御データに基づいて、ハミルトン経路を辿りながら３Ｄプリンタヘッド２２２から造形材料を吐出し、立体造形物を出力（立体物を製造）する。なお、立体物造形部２０が描くボクセルの物理的大きさは、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル径と造形材料の吐出量の調節とによって決定される。
【００１６】
［立体物製造装置１の機能的構成］
次に、立体物製造装置１の機能的構成について説明する。
図２は、立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
図２に示すように、立体物製造装置１において、立体物造形データ生成部１０は、３Ｄデータ取得部１１１と、ＳＴＬデータ生成部１１２と、スライスデータ生成部１１３とを備えている。また、立体物造形部２０は、ヘッド駆動部２２１と、３Ｄプリンタヘッド２２２とを備えている。
【００１７】
３Ｄデータ取得部１１１は、立体物製造装置１において作成されたＣＡＤデータあるいは不図示のネットワーク等を介して他の装置から送信されたＣＡＤデータを取得する。
ＳＴＬデータ生成部１１２は、３Ｄデータ取得部１１１によって取得されたＣＡＤデータに基づいて、サーフェス（立体物の表面）を多角形メッシュで近似するＳＴＬ形式のデータ（ＳＴＬデータ）を生成する。
スライスデータ生成部１１３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
具体的には、スライスデータ生成部１１３は、開始点設定部１３１と、経路選択方針設定部１３２と、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、経路条件判定部１３５と、ツールパスデータ生成部１３６と、ヘッド制御データ生成部１３７とを備えている。
【００１８】
開始点設定部１３１は、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料の吐出を開始する開始点の位置を設定する。本実施形態において、開始点設定部１３１は、ユーザによる指定を受け付けることにより、開始点の位置を設定する。
経路選択方針設定部１３２は、立体物を造形する際に、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出する経路を選択する方針（経路選択方針）を設定する。ここで、立体物を造形する場合、同一のＳＴＬデータによって表されるものであっても、３Ｄプリンタヘッド２２２がどのような経路によって造形材料を吐出するか（即ち、どのようなツールパスを辿るか）によって、立体造形物の物理的特性が異なるものとなる。
【００１９】
具体的には、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出した経路の方向（ツールパスに沿う方向）については、引張り・圧縮強度がより大きい一方、裂け易いという物理的特性を有する。また、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料を吐出した経路が積層する方向（ツールパスと交差する方向）については、引張り・圧縮強度がより小さい一方、裂け難いという物理的特性を有する。したがって、経路選択方針の設定においては、このような物理的特性に鑑みて、ツールパスの方向を選択する方針が設定される。例えば、「指定された領域においては、ツールパスを水平方向とする」あるいは「指定された領域においては、引張り強度を優先する」といった経路選択方針が設定される。本実施形態において、経路選択方針設定部１３２は、ユーザによる経路選択方針の指定を受け付けることにより、立体造形物の任意の領域（立体物の一部または全体）について、経路選択方針を設定する。これにより、製造される立体物の物理的特性を適切に設定することができる。
なお、経路選択方針の設定においては、ツールパスを任意に選択することも可能であり、立体造形物の内部空洞を横切る経路を選択したり、大きい傾斜（例えば４５度以上）の表面形状（広がりの大きい凹面、凸面の天頂等）が水平方向にスライスされて生じる経路を回避し、形状がより滑らかになる経路を選択したりすることもできる。
【００２０】
ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルのデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルモデルにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。本実施形態において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。
【００２１】
サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割して（例えば、平面視において縦横を２等分して）サブボクセルとする。
【００２２】
図３は、ボクセルをサブボクセルに分割した状態を示す模式図である。
図３（Ａ）に示すように、１つのボクセルＢｅが経路から分岐している場合、一筆書きすることができないことから、ハミルトン経路が設定できないボクセルデータとなる。
このとき、図３（Ｂ）に示すように、各ボクセルを４分割することにより、分岐していたボクセルＢｅが周回可能な経路となる。
図２に戻り、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。このような処理によって、経路選択方針に合致するハミルトン経路が１つ探索される。
【００２３】
ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路を表すものとなる。
ヘッド制御データ生成部１３７は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータに基づいて、立体造形物の各部分を積層造形するための３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データ（ヘッド制御データ）を生成する。本実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２は、水平方向（ステージと平行な方向）のツールパスの他、垂直方向（ステージに対する高さ方向）の成分を含むツールパスを描くことが可能である。したがって、本実施形態における３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データは、平面内における２次元の移動のみならず、３次元の移動を規定することが可能である。
【００２４】
立体物造形部２０のヘッド駆動部２２１は、ヘッド制御データ生成部１３７によって生成された制御データに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２の水平方向及び垂直方向の移動と、ノズルからの造形材料の吐出量とを制御する。
３Ｄプリンタヘッド２２２は、ヘッド駆動部２２１の制御に従って、ノズルから造形材料を吐出する。
本実施形態における立体物製造装置１は、水平方向のみならず、垂直方向にも３Ｄプリンタヘッド２２２を移動させながら造形材料を吐出することから、ステージの周囲に冷却用のファンを設置し、造形材料の固化を早めることとしてもよい。
【００２５】
［動作］
次に、立体物製造装置１の動作を説明する。
図４は、立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
立体物製造処理は、立体物製造装置１において、立体物の製造を指示する操作が行われることに対応して開始される。
ステップＳ１において、開始点設定部１３１は、３Ｄプリンタヘッド２２２が造形材料の吐出を開始する開始点の位置を設定する。また、経路選択方針設定部１３２は、経路選択方針を設定する。
ステップＳ２において、ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルデータを生成する。
【００２６】
ステップＳ３において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できるか否かの判定を行う。
生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ステップＳ３においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ４に移行する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３からサブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が出力される。
一方、生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できる場合、ステップＳ３においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ５に移行する。
【００２７】
ステップＳ４において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
ステップＳ４の後、処理はステップＳ３に移行する。
ステップＳ５において、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。
ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致していない場合、ステップＳ５においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ３に移行する。
一方、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致している場合、ステップＳ５においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ６に移行する。
【００２８】
ステップＳ６において、ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
ステップＳ７において、ヘッド制御データ生成部１３７は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータに基づいて、立体造形物の各部分を積層造形するための３Ｄプリンタヘッド２２２の制御データ（ヘッド制御データ）を生成する。
ステップＳ８において、ヘッド駆動部２２１は、ヘッド制御データ生成部１３７によって生成された制御データに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２の水平方向及び垂直方向の移動と、ノズルからの造形材料の吐出量とを制御し、３Ｄプリンタヘッド２２２による立体造形物の積層造形を実行する。
ステップＳ８の後、立体物製造処理は終了となる。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
【００３０】
また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
したがって、種々のボクセルモデルをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、経路選択方針に合致するハミルトン経路を１つ探索するものとしたが、第２実施形態に係る立体物製造装置１においては、経路選択方針に合致するハミルトン経路を全て探索し、探索された全てのハミルトン経路の中から、ユーザが最適と考えるハミルトン経路を選択可能としている。
以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００３２】
［立体物製造装置１の機能的構成］
第２実施形態における立体物製造装置１の機能的構成は、スライスデータ生成部１１３のハミルトン経路計算部１３３、サブボクセル生成部１３４、経路条件判定部１３５及びツールパスデータ生成部１３６以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
第２実施形態において、スライスデータ生成部１１３のハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。本実施形態において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、ボクセルデータにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。
【００３３】
また、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を全て探索したか否か（ハミルトン経路の探索を継続するか否か）の判定を行い、各ボクセルを辿るハミルトン経路を全て探索し終えるまで、ハミルトン経路の探索を繰り返す。
【００３４】
サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割してサブボクセルとする。
【００３５】
経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。一方、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していると判定した場合、そのハミルトン経路を、ハミルトン経路の候補リストに格納する。このような処理によって、経路選択方針に合致する１つ以上のハミルトン経路が探索される。
【００３６】
ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路の候補リストの中から、ユーザによるハミルトン経路の選択を受け付け、選択されたハミルトン経路を読み出す。そして、ツールパスデータ生成部１３６は、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路の中で、ユーザが選択した経路を表すものとなる。
【００３７】
［動作］
次に、第２実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
図５は、第２実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
図５において、ステップＳ１１からステップＳ１５の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ５の処理と同様である。
ステップＳ１６において、経路条件判定部１３５は、経路選択方針に合致していると判定したハミルトン経路を、ハミルトン経路の候補リストに格納する。
【００３８】
ステップＳ１７において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続するか否か（各ボクセルを辿るハミルトン経路をし終えていないか否か）の判定を行う。
ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続する（各ボクセルを辿るハミルトン経路を探索し終えていない）場合、ステップＳ１７においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ１３に移行する。
一方、ボクセルデータにおいて、ハミルトン経路の探索を継続しない（各ボクセルを辿るハミルトン経路を探索し終えた）場合、ステップＳ１７においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１８に移行する。
【００３９】
ステップＳ１８において、ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針に合致していると判定されたハミルトン経路の候補リストの中から、ユーザによるハミルトン経路の選択を受け付け、選択されたハミルトン経路を読み出す。
ステップＳ１９において、ツールパスデータ生成部１３６は、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。
ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理は、図４におけるステップＳ７及びステップＳ８の処理と同様である。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路をハミルトン経路の候補リストに格納する。そして、候補リストの中から、ユーザによって選択されたハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを、ユーザの希望に対して、より適合させて生成することができる。
したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
【００４１】
また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
したがって、ボクセルデータをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない場合、常に、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割するものとしたが、第３実施形態に係る立体物製造装置１においては、ユーザの選択に応じて、ボクセルモデルにおける必要な部分のみをサブボクセルに分割することが可能となっている。
以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００４３】
［立体物製造装置１の機能的構成］
図６は、第３実施形態に係る立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
図６に示すように、立体物製造装置１において、立体物造形データ生成部１０は、３Ｄデータ取得部１１１と、ＳＴＬデータ生成部１１２と、スライスデータ生成部１１３とを備えている。また、立体物造形部２０は、ヘッド駆動部２２１と、３Ｄプリンタヘッド２２２とを備えている。
これらのうち、スライスデータ生成部１１３のボクセル分割方針設定部１１３Ａ、ハミルトン経路計算部１３３及びサブボクセル生成部１３４以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
【００４４】
第３実施形態において、スライスデータ生成部１１３のボクセル分割方針設定部１１３Ａは、ハミルトン経路を計算できないと判定された場合にボクセルをサブボクセルに分割する方針（ボクセル分割方針）を設定する。本実施形態において、ボクセル分割方針としては、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針またはボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する方針のいずれかが設定される。また、本実施形態において、ボクセル分割方針設定部１１３Ａは、ユーザによるボクセル分割方針の指定を受け付けることにより、ボクセル分割方針を設定する。ボクセル分割方針設定部１１３Ａがボクセル分割方針を設定する場合、立体造形物を製造する際に、ユーザが予め指定してボクセル分割方針を設定しておくことや、ハミルトン経路を計算できないと判定される毎にユーザに問い合わせを行い、ユーザがボクセル分割方針を逐次指定して設定することのいずれも可能である。
【００４５】
ハミルトン経路計算部１３３は、ＳＴＬデータ生成部１１２によって生成されたＳＴＬデータに基づいて、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルのデータを生成する。そして、ハミルトン経路計算部１３３は、生成したボクセルモデルにおいて、各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算する。このとき、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルによって示される各ボクセルを辿るハミルトン経路を計算できない（即ち、各ボクセルを一筆書きで辿ることができない）と判定した場合、サブボクセル生成部１３４に対して、ボクセルをサブボクセルに分割する処理要求を出力する。また、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルをサブボクセルに分割するためのユーザの方針（ボクセル分割方針）に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理要求またはボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する処理要求のいずれかを出力する。
【００４６】
サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３からボクセルをサブボクセルに分割する処理要求が入力された場合に、ボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。本実施形態において、サブボクセル生成部１３４は、ユーザによって設定されたボクセル分割方針に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルを４分割してサブボクセルとしたり、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルを４分割してサブボクセルとしたりする。ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する場合、ハミルトン経路をより確実に探索することができ、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルのみをサブボクセルに分割する場合、効率的なハミルトン経路を探索することができる。
【００４７】
［動作］
次に、第３実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
図７は、第３実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
図７において、ステップＳ２１からステップＳ２３の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ３の処理と同様である。
【００４８】
ステップＳ２４において、ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されているか否かの判定を行う。
ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されている場合、ステップＳ２４においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ２５に移行する。
一方、ボクセル分割方針として、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されていない（即ち、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセルをサブボクセルに分割する方針が設定されている）場合、ステップＳ２４においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ２６に移行する。
【００４９】
ステップＳ２５において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
ステップＳ２５の後、処理はステップＳ２３に移行する。
ステップＳ２６において、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルにおけるハミルトン経路を計算できない部分のボクセル（一部のボクセル）をサブボクセルに分割する処理を実行し、処理結果を新たなボクセルデータとしてハミルトン経路計算部１３３に出力する。
ステップＳ２６の後、処理はステップＳ２３に移行する。
ステップＳ２７からステップＳ３０の処理は、図４におけるステップＳ５からステップＳ８の処理と同様である。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
【００５１】
また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセル分割方針に従って、ボクセルモデルにおける全てのボクセルまたはハミルトン経路を計算できない部分のボクセルがサブボクセルに分割される。
したがって、ユーザの設定に応じて、ボクセルデータの全部または一部をハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
【００５２】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
第４実施形態に係る立体物製造装置１は、第１実施形態に係る立体物製造装置１と同様のハードウェア構成を備える一方、機能的構成及び立体物製造処理の一部が異なっている。
具体的には、第１実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルをサブボクセルに分割した場合、そのボクセルに属するサブボクセルの全てに造形材料が充填されるものとしたが、第４実施形態に係る立体物製造装置１においては、ボクセルをサブボクセルに分割した場合に、そのボクセルに属するサブボクセルの一部に造形材料を充填することにより、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を実現可能としている。
例えば、本実施形態の立体物製造装置１では、立体物の局所的あるいは全体的な光学的特性（透明性、透過光による着色等）、機械的特性（柔らかさ、硬さ、弾性率、圧縮率、引張り強度、圧縮強度等）、音響・振動特性、電磁気的特性（導電性、局在性、異方性等）、熱特性（保温性等）を設計することが可能となる。
以下、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００５３】
［立体物製造装置１の機能的構成］
図８は、第４実施形態に係る立体物製造装置１の機能的構成を示すブロック図である。
図８に示すように、立体物製造装置１において、スライスデータ生成部１１３は、内部組成設定部１１３Ｂと、開始点設定部１３１と、経路選択方針設定部１３２と、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、経路条件判定部１３５と、ツールパスデータ生成部１３６と、ヘッド制御データ生成部１３７とを備えている。
これらのうち、スライスデータ生成部１１３の内部組成設定部１１３Ｂ、ハミルトン経路計算部１３３、サブボクセル生成部１３４、経路条件判定部１３５及びツールパスデータ生成部１３６以外の機能的構成は、図２に示す第１実施形態の機能的構成と同様である。
【００５４】
第４実施形態において、スライスデータ生成部１１３の内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルをサブボクセルに分割した場合の内部組成を決定する方針（内部組成決定方針）を設定する。内部組成決定方針は、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率によって定義することができ、さらにサブボクセルの充填位置に関する条件を加えることもできる。例えば、ボクセルの縦、横及び高さの３辺それぞれを２分割した場合、ボクセルは８個のサブボクセルに分割される。これら８個のサブボクセルのうち、いくつのサブボクセルに造形材料を充填するかによって、充填率は、０／８〜８／８の９段階に設定することができる。充填率を変化させることにより、立体造形物の物理特性として、柔らかさ、透明度あるいは重量等を設定することができる。また、同一の充填率であっても、８個のサブボクセルのいずれに造形材料を充填するかによって、立体造形物が取り得る内部構造が変化する。即ち、ボクセルの６面それぞれにおいて、１つ以上のサブボクセルが充填されていれば、隣接するボクセルとの接続が可能である一方、１つもサブボクセルが充填されていない場合、隣接するボクセルとは接続が不可能な状態となる。そのため、サブボクセルの充填位置に関する条件は、隣接するボクセルとの接続関係を設定する条件としての意義も有している。
【００５５】
経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致しているか否かの判定を行う。具体的には、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致しているか否か、及び、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致しているか否かの判定を行う。そして、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針において設定されているツールパスの方向と合致していないと判定した場合、または、ボクセル内部におけるサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致していないと判定した場合、ハミルトン経路計算部１３３に対し、ハミルトン経路の再計算要求を出力する。このような処理によって、経路選択方針及び内部組成決定方針に合致するハミルトン経路が１つ探索される。
【００５６】
ツールパスデータ生成部１３６は、経路条件判定部１３５によって、経路選択方針及び内部組成決定方針に合致していると判定されたハミルトン経路に基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２のツールパスを表すスライスデータを生成する。ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたスライスデータは、経路選択条件及び内部組成決定方針を充足し、ボクセルを一筆書きで辿ることが可能なハミルトン経路を表すものとなる。
【００５７】
このように、本実施形態における立体物製造装置１においては、内部組成決定方針に基づいて、サブボクセルに分割されたボクセルにおけるいずれのサブボクセルに造形材料が充填されるかが決定される。これにより、ユーザが望む物理的特性を有する内部組成によって、立体造形物を製造することができる。
【００５８】
［動作］
次に、第４実施形態に係る立体物製造装置１の動作を説明する。
図９は、第４実施形態に係る立体物製造装置１が実行する立体物製造処理の流れを説明するフローチャートである。
ステップＳ３１において、内部組成設定部１１３Ｂは、内部組成決定方針を設定する。
ステップＳ３２からステップＳ３５の処理は、図４におけるステップＳ１からステップＳ４の処理と同様である。
【００５９】
ステップＳ３６において、経路条件判定部１３５は、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致しているか否かの判定を行う。
ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致していない場合、ステップＳ３６においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ３４に移行する。
一方、ハミルトン経路計算部１３３によって計算されたハミルトン経路が、経路選択方針設定部１３２によって設定された経路選択方針及び内部組成設定部１１３Ｂによって設定された内部組成決定方針に合致している場合、ステップＳ３６においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ３７に移行する。
ステップＳ３７からステップＳ３９の処理は、図４におけるステップＳ６からステップＳ８の処理と同様である。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る立体物製造装置１によれば、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路を探索し、設定された経路選択方針に合致するハミルトン経路が探索された場合に、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
そのため、経路選択方針において設定された物理的特性を有する立体造形物を出力するためのツールパスを生成することができる。
したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
【００６１】
また、立体物製造装置１によれば、ハミルトン経路を探索する際に、ボクセルモデルがハミルトン経路を算出できないものである場合、ボクセルがサブボクセルに分割される。
したがって、ボクセルデータをハミルトン経路が算出できるものに変換することができるため、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのより適切なツールパスを確実に生成することが可能となる。
【００６２】
さらに、立体物製造装置１によれば、サブボクセルに造形材料を充填する場合に、設定された内部組成決定方針に合致するサブボクセルの充填率やサブボクセルの充填位置に関する条件に合致するハミルトン経路を探索し、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、３Ｄプリンタヘッド２２２を制御する制御データが生成される。
したがって、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を備えた立体物を製造することが可能となる。
【００６３】
［変形例１］
上述の各実施形態において、ボクセルまたはサブボクセルを２種類以上の造形材料によって充填し、立体物の各種特性を実現することができる。
この場合、ボクセルまたはサブボクセル毎に充填する造形材料を指定したり、ボクセルまたはサブボクセルの充填位置を指定したりすることで、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
例えば、透明性の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、透明性の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の光学的特性を実現することが可能となる。
また、硬度の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、硬度の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の柔軟性に関する機械的特性や音響・振動特性を実現することが可能となる。
また、非導電性の造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、導電性の造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の内部に電気回路を形成すること等が可能となり、立体物の電磁気的特性（導電性、局在性、異方性等）を実現することが可能となる。
また、保温性の高い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルと、保温性の低い造形材料を充填するボクセルまたはサブボクセルとを指定することにより、立体物の熱特性（保温性等）を実現することが可能となる。
【００６４】
［変形例２］
上述の各実施形態において、立体造形物の内部に電子部品を埋め込むことにより、センシング機能（音あるいは温度のセンシング等）や能動的機能（発光あるいは通信等の電気的な処理機能等）を備える立体物を設計・製造することができる。
この場合、電子部品は、既製のものを埋め込んだり、導電性の充填材料を吐出することによって立体物製造装置１における造形時に併せて製造したりすることが可能である。
【００６５】
［変形例３］
上述の各実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル特性上、最小のボクセルサイズに設定されている状態で、ボクセルをサブボクセルに分割する必要が生じた場合、製造する立体物全体のサイズを拡大して、ボクセルモデルにおける全てのボクセルをサブボクセル化した状態とすることができる。即ち、当初のボクセルのサイズをサブボクセルのサイズとし、ボクセルのサイズを拡大することで、全てのボクセル内にサブボクセルが形成された状態となる。
この場合、全体の形状のバランスを維持しつつ、ボクセルモデルをサブボクセル化して立体物を製造することができる。
【００６６】
［変形例４］
上述の各実施形態において、３Ｄプリンタヘッド２２２のノズル特性上、最小のボクセルサイズに設定されている状態で、ボクセルをサブボクセルに分割する必要が生じた場合、ボクセルモデルにおける必要な部分のみを局所的に拡大して、ボクセルモデルにおける一部のボクセルをサブボクセル化した状態とすることができる。
この場合、全体のサイズを維持しつつ、必要な部分のボクセルをサブボクセル化して立体物を製造することができる。
【００６７】
［変形例５］
上述の各実施形態において、経路選択方針において設定されるツールパスの方向を、ツールパスの分岐点において３軸方向（水平及び垂直方向）を選択する優先度として設定することができる。
具体的には、全てのボクセルまたはサブボクセルや、一部のボクセルまたはサブボクセルに対して、ツールパスの分岐点において３軸方向（水平及び垂直方向）を選択する優先度を設定しておき、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かの判定や、リスト化されたハミルトン経路からの最適経路の選択における評価基準として用いることができる。
これにより、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かを判定する際に、所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている３軸方向の優先度に合致する度合を評価基準として判定すること等が可能となる。また、候補リストに格納されたハミルトン経路それぞれにおける所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている３軸方向の優先度に合致する度合を、最適経路を選択する評価基準として提示すること等が可能となる。
【００６８】
［変形例６］
第４実施形態において、内部組成決定方針において設定されるサブボクセルの充填位置に関する条件として、隣接ボクセルとの接続性を設定することができる。具体的には、隣接ボクセルとの接続性として、３軸方向（水平及び垂直方向）に接続する割合（即ち、接続の異方性）を設定することができる。
例えば、全てのボクセルまたはサブボクセルや、一部のボクセルまたはサブボクセルに対して、３軸方向（水平及び垂直方向）に接続する割合（異方性や等方性を表す指標）を設定しておき、探索されたハミルトン経路が経路選択方針に対して合致しているか否かの判定や、リスト化されたハミルトン経路からの最適経路の選択における評価基準として用いることができる。
これにより、探索されたハミルトン経路が内部組成決定方針に対して合致しているか否かを判定する際に、所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている接続の異方性に合致する度合を評価基準として判定すること等が可能となる。また、候補リストに格納されたハミルトン経路それぞれにおける所定のボクセルまたはサブボクセルにおけるツールパスが、設定されている接続の異方性に合致する度合を、最適経路を選択する評価基準として提示すること等が可能となる。
【００６９】
以上のように構成される立体物製造装置１は、ハミルトン経路計算部１３３と、サブボクセル生成部１３４と、ツールパスデータ生成部１３６と、立体物造形部２０とを備える。
ハミルトン経路計算部１３３は、立体物の形状を表す３次元形状データに基づいて、立体物を造形するための内部構造を表すボクセルモデルを生成する。
また、ハミルトン経路計算部１３３は、生成されたボクセルモデルにハミルトン経路を設定できるか否かを判定する。
サブボクセル生成部１３４は、ハミルトン経路計算部１３３によって、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定できないと判定された場合に、ボクセルモデルにおけるボクセルを分割してサブボクセルを生成する。
ハミルトン経路計算部１３３は、ボクセルモデルにハミルトン経路を設定する。
ツールパスデータ生成部１３６は、ハミルトン経路計算部１３３によって設定されたハミルトン経路に基づいて、造形材料を造形するためのツールパスを生成する。
立体物造形部２０は、ツールパスデータ生成部１３６によって生成されたツールパスに基づいて、立体物の造形を実行する。
これにより、立体造形物の内部構造を表すボクセルモデルを一筆書きするハミルトン経路が設定できない場合、ボクセルをサブボクセルに分割してハミルトン経路を設定し、そのハミルトン経路に基づいて生成されるツールパスに基づいて、立体物が造形される。
そのため、種々のボクセルモデルをハミルトン経路が設定できるものに変換することができる。
したがって、３Ｄプリンタにおいて立体造形物を出力するためのツールパスをより適切に生成することが可能となる。
【００７０】
また、立体物製造装置１は、経路選択方針設定部１３２を備える。
経路選択方針設定部１３２は、立体物の少なくとも一部について、ツールパスの方向に関する設定を行う。
ツールパスデータ生成部１３６は、経路設定手段によって設定された前記ツールパスの方向に基づいて、ツールパスを設定する。
これにより、ツールパスの方向に関する設定に応じた物理的特性を有する立体造形物を製造することができる。
【００７１】
また、ツールパスデータ生成部１３６は、立体物が造形される平面に沿う方向の成分及び当該平面に垂直な方向の成分を含む前記ツールパスを生成する。
これにより、製造される立体物の物理的特性を適切に設定することが可能となる。
【００７２】
また、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルに含まれる全てのボクセルをサブボクセルに分割する。
これにより、ハミルトン経路をより確実に探索することができる。
【００７３】
また、サブボクセル生成部１３４は、ボクセルモデルに含まれる一部のボクセルをサブボクセルに分割する。
これにより、効率的なハミルトン経路を探索することができる。
【００７４】
また、立体物製造装置１は、内部組成設定部１１３Ｂを備える。
内部組成設定部１１３Ｂは、サブボクセルに分割されたボクセルの内部組成を設定する。
ツールパスデータ生成部１３６は、前記内部組成設定手段によって設定されたボクセルの内部組成に基づいて、前記ツールパスを生成する。
これにより、ボクセルの内部組成を変化させ、目的とする物理的特性を備えた立体物を製造することが可能となる。
【００７５】
また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおいて造形材料を充填する一部のサブボクセルを設定する。
これにより、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
【００７６】
また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおける造形材料の充填率を設定する。
ツールパスデータ生成部１３６は、内部組成設定部１１３Ｂによって設定された充填率となるサブボクセルの充填位置の組合せのうちのいずれかとなるツールパスを生成する。
これにより、立体物の柔軟性等、ボクセルの充填率によって規定される物理的特性を備える立体物を適切に実現することができる。
【００７７】
また、内部組成設定部１１３Ｂは、ボクセルにおける造形材料の充填位置を設定する。
ツールパスデータ生成部１３６は、内部組成設定部１１３Ｂによって設定された充填位置のサブボクセルに造形材料を充填するツールパスを生成する。
これにより、立体物におけるサブボクセルの接続構造を具体的に規定して、立体物を製造することができる。
【００７８】
また、内部組成設定部１１３Ｂは、内部組成を設定する際に、当該ボクセルが隣接するボクセルとの接続性に関する条件を設定する。
これにより、設定された隣接するボクセルとの接続性に関する条件を充足するハミルトン経路を適切に設定することができる。
【００７９】
また、立体物造形部２０は、複数の造形材料によってボクセルまたはサブボクセルを充填することにより、立体物を造形する。
これにより、目的とする種々の特性を備えた立体物を製造することができる。
【００８０】
なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の実施形態において、ＳＴＬデータからボクセルモデルのデータを生成する際に、サーフェスと内部構造とがより適切に接続するように、立体造形物のサイズを１〜数ボクセルのサイズ内で微調整した上で、ボクセルモデルのデータを生成することとしてもよい。
また、上記実施形態及び各変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
【００８１】
上述の実施形態における処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が立体物製造装置１に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。
上述の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにネットワークや記憶媒体からインストールされる。
【００８２】
プログラムを記憶する記憶媒体は、装置本体とは別に配布されるリムーバブルメディア、あるいは、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク、光ディスク、または光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ−Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた記憶媒体は、例えば、プログラムが記憶されているＲＯＭやハードディスク等で構成される。
【符号の説明】
【００８３】
１  立体物製造装置、１０  立体物造形データ生成部、１１  ＣＰＵ、１２  ＲＯＭ、１３  ＲＡＭ、１４  入力部、１５  出力部、１６  記憶部、１７  通信部、１１１  ３Ｄデータ取得部、１１２  ＳＴＬデータ生成部、１１３  スライスデータ生成部、１３１  開始点設定部、１３２  経路選択方針設定部、１３３  ハミルトン経路計算部、１３４  サブボクセル生成部、１３５  経路条件判定部、１３６  ツールパスデータ生成部、１３７  ヘッド制御データ生成部、１１３Ａ  ボクセル分割方針設定部、１１３Ｂ  内部組成設定部、２０  立体物造形部、２２１  ヘッド駆動部、２２２  ３Ｄプリンタヘッド
【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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【図８】
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【図９】
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