(57)【要約】【課題】造形対象物のスライス画像データに応じて配置した造形材料を順に積層して３次元の造形物を得る方式の積層造形装置において、造形物の品質及び精度を向上するための技術を提供する。【解決手段】造形物の形成に先立ち、画像形成ユニットによって造形材料からなるキャリブレーションマーカを形成し、キャリブレーションマーカを転写体を介してステージ上に積層する処理を行う。前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカをセンサにより検出し、その検出結果から前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの画像歪みを計測する。造形物を形成するときに、予め計測された前記画像歪みに基づいて、前記画像形成ユニットに与えるスライス画像データに対し前記画像歪みを低減する補正を行う。【選択図】図４
2016215641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像データに基づき造形材料からなる材料画像を形成する画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットで形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料画像が積層されるステージと、
を有する立体造形装置において、
キャリブレーションマーカの画像データを生成するマーカ生成部と、
生成された前記キャリブレーションマーカの画像データを前記画像形成ユニットに入力する制御ユニットと、
前記キャリブレーションマーカの画像データに基づいて前記画像形成ユニットで形成され、前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの位置を検出する第１の検出部と、
前記第１の検出部の検出結果から、前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの画像歪みを計測する画像歪計測部と、を有する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記制御ユニットが、前記画像歪計測部で計測された前記画像歪みに基づいて、前記画像形成ユニットに入力される画像データに対し前記画像歪みを低減する補正を行う補正部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記画像歪計測部は、前記第１の検出部による前記キャリブレーションマーカの検出位置と、画像歪みが無い場合に前記キャリブレーションマーカが積層されるべき位置である正規位置と、の差から算出される変形ベクトルを前記画像歪みとする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記キャリブレーションマーカは、前記ステージ上の造形領域内に離れて配置される複数のマーカを含む
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記キャリブレーションマーカは、前記ステージ上の矩形の造形領域内の四隅に配置される複数のマーカを含む
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項６】
前記画像歪計測部は、前記造形領域内の前記複数のマーカの材料画像が形成されない位置での画像歪みを、前記複数のマーカの画像歪みの線形補間により算出する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の立体造形装置。
【請求項７】
複数の前記画像形成ユニットを有しており、
前記マーカ生成部が、複数の前記画像形成ユニットそれぞれに対するキャリブレーションマーカの画像データを生成し、
前記第１の検出部および前記画像歪計測部が、複数の前記画像形成ユニットそれぞれに対するキャリブレーションマーカの検出および画像歪みの計測を行う
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項８】
前記制御ユニットが、前記画像形成ユニットに入力するスライス画像データにレジストレーションマーカの画像データを含ませるマーカ付加部をさらに有し、
前記転写体上の前記レジストレーションマーカを検出する第２の検出部と、
前記第２の検出部の検出結果から前記転写体上の前記スライス画像データに基づく材料画像の位置ずれを計測する位置計測部と、
前記転写体上の前記スライス画像データに基づく材料画像を積層するときに、前記位置計測部で計測された前記位置ずれに基づいて、前記ステージの位置を調整する調整部と、を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項９】
前記レジストレーションマーカは、前記転写体の進行方向に対し直交する第１のエッジと前記転写体の進行方向に対し斜めの第２のエッジとを有する図形であり、
前記位置計測部は、
前記第１のエッジの検出タイミングから、前記転写体の進行方向に関する前記材料画像の位置を取得し、
前記第１のエッジの検出タイミングと前記第２のエッジの検出タイミングの差から、前記転写体の進行方向に直交する方向に関する前記材料画像の位置ずれを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の立体造形装置。
【請求項１０】
前記転写体は、前記画像形成ユニットから前記材料画像が転写される一次転写体と、前記一次転写体から前記材料画像が転写されて前記ステージ上の積層位置へ搬送する二次転写体とを有する
ことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項１１】
前記画像形成ユニットは、電子写真プロセスによって前記材料画像を形成する
ことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項１２】
入力された画像データに基づいて造形材料からなる材料画像を形成する画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットで形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料画像が積層されるステージと、を有する立体造形装置において、
造形対象物のスライス画像とレジストレーションマーカとを含むスライス画像データを生成し、前記画像形成ユニットに入力する制御ユニットと、
前記スライス画像データに基づいて前記画像形成ユニットで形成され、前記転写体に転写された材料画像に含まれる前記レジストレーションマーカを検出する第２の検出部と、
前記第２の検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料画像の位置ずれを計測する位置計測部と、
前記位置計測部で計測された前記位置ずれに基づいて、前記ステージの位置を調整する調整部と、を有する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項１３】
前記レジストレーションマーカは、前記転写体の進行方向に対し直交する第１のエッジと前記転写体の進行方向に対し斜めの第２のエッジとを有する図形であり、
前記位置計測部は、
前記第１のエッジの検出タイミングから、前記転写体の進行方向に関する前記材料画像の位置を取得し、
前記第１のエッジの検出タイミングと前記第２のエッジの検出タイミングの差から、前記転写体の進行方向に直交する方向に関する前記材料画像の位置ずれを取得する
ことを特徴とする請求項１２に記載の立体造形装置。
【請求項１４】
前記転写体は、前記画像形成ユニットから前記材料画像が転写される一次転写体と、前
記一次転写体から前記材料画像が転写されて前記ステージ上の積層位置へ搬送する二次転写体とを有する
ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の立体造形装置。
【請求項１５】
前記画像形成ユニットは、電子写真プロセスによって前記材料画像を形成する
ことを特徴とする請求項１２〜１４のうちいずれか１項に記載の立体造形装置。
【請求項１６】
画像データに基づいて造形材料からなる材料画像を形成し、前記材料画像をステージ上で積層して立体物を造形する積層造形方法であって、
前記造形材料からなるキャリブレーションマーカを形成する工程と、
前記キャリブレーションマーカを前記ステージ上に積層する工程と、
前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの位置を検出する工程と、
前記キャリブレーションマーカの位置から、前記材料画像に生じる画像歪みに関する画像歪情報を取得する工程と、
を有する積層造形方法。
【請求項１７】
前記画像歪情報に基づいて、前記画像データに対し前記画像歪みを低減する補正を行う工程をさらに有する請求項１６に記載の積層造形方法。
【請求項１８】
造形対象物のスライス画像とレジストレーションマーカとを含むスライス画像データを生成する工程と、
前記画像歪情報に基づいて、前記スライス画像データに対し前記画像歪みを低減する補正を行う工程と、
前記スライス画像データに基づいて材料画像を形成する工程と、
前記材料画像に含まれる前記レジストレーションマーカの位置を検出し、前記材料画像と前記ステージとの位置を調整する工程と、
をさらに有する請求項１６又は１７に記載の積層造形方法。
【請求項１９】
造形材料からなる材料画像を形成し、前記材料画像をステージ上で積層して立体物を造形する積層造形方法であって、
造形対象物のスライス画像とレジストレーションマーカとを含むスライス画像データを生成する工程と、
前記スライス画像データに基づいて前記材料画像を形成する工程と、
前記材料画像に含まれる前記レジストレーションマーカの位置を検出し、前記材料画像と前記ステージとの位置を調整する工程と、
を有する積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の層を積み上げることで３次元造形物を形成する立体造形装置が注目を集めている。この種の積層造形技術は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングなどと呼ばれる。積層造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。例えば、特許文献１、３には、電子写真プロセスを応用した造形方式が開示され、特許文献２には、レーザ焼結方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２４５８１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／００６０３８６号明細書
【特許文献３】特開２００３−０５３８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
立体造形装置では、各層の断面画像の形状精度（画像形成精度）と各層を積み重ねるときの位置精度（積層精度）が、最終的な造形物の品質に大きな影響を与え得る。特に、特許文献１、３の装置のように、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式では、その問題が大きくなる。しかしながら、特許文献１、３に開示された装置では、画像の歪みや画像位置のばらつきへの対処はなされておらず、画像形成精度及び積層精度を保証することができない。
【０００５】
特許文献２には、レーザ焼結方式の装置において、造形開始前にキャリブレーションプレートをスキャンして画像のセンタ基準を確定する、という位置キャリブレーション方法が開示されている。しかしこの方法は、画像の描画位置をステージのセンタに合わせるというものにすぎず、画像そのものの歪みを補正するものではない。また、この方法は、特許文献１、３のような、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式には適用することができない。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層して３次元の造形物を得る方式の立体造形装置において、造形物の品質及び精度を向上するための技術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】
【０００７】
本発明の第一態様は、入力された画像データに基づき造形材料からなる材料画像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットで形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する転写体と、前記転写体により搬送された前記材料画像が積層されるステージと、を有する立体造形装置において、キャリブレーションマーカの画像データを生成するマーカ生成部と、生成された前記キャリブレーションマーカの画像データを前記画像形成ユニットに入力する制御ユニットと、前記キャリブレーションマーカの画像データに基づいて前記画像形成ユニットで形成され、前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの位置を検出する第１の検出部と、前記第１の検出部の検出結果から、前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの画像歪みを計測する画像歪計測部と、を有することを特徴とする立体造形装置を提供する。
【０００８】
本発明の第二態様は、入力された画像データに基づいて造形材料からなる材料画像を形成する画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットで形成された前記材料画像が転写され、前記材料画像を搬送する転写体と、前記転写体により搬送された前記材料画像が積層されるステージと、を有する立体造形装置において、造形対象物のスライス画像とレジストレーションマーカとを含むスライス画像データを生成し、前記画像形成ユニットに入力する制御ユニットと、前記スライス画像データに基づいて前記画像形成ユニットで形成され、前記転写体に転写された材料画像に含まれる前記レジストレーションマーカを検出する第２の検出部と、前記第２の検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料画像の位置ずれを計測する位置計測部と、前記位置計測部で計測された前記位置ずれに基づいて、前記ステージの位置を調整する調整部と、を有することを特徴とする立体造形装置を提供する。
【０００９】
本発明の第三態様は、画像データに基づいて造形材料からなる材料画像を形成し、前記材料画像をステージ上で積層して立体物を造形する積層造形方法であって、前記造形材料からなるキャリブレーションマーカを形成する工程と、前記キャリブレーションマーカを前記ステージ上に積層する工程と、前記ステージ上に積層された前記キャリブレーションマーカの位置を検出する工程と、前記キャリブレーションマーカの位置から、前記材料画像に生じる画像歪みに関する画像歪情報を取得する工程と、を有する積層造形方法を提供する。
【００１０】
本発明の第四態様は、造形材料からなる材料画像を形成し、前記材料画像をステージ上で積層して立体物を造形する積層造形方法であって、造形対象物のスライス画像とレジストレーションマーカとを含むスライス画像データを生成する工程と、前記スライス画像データに基づいて前記材料画像を形成する工程と、前記材料画像に含まれる前記レジストレーションマーカの位置を検出し、前記材料画像と前記ステージとの位置を調整する工程と、を有する積層造形方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層して３次元の造形物を得る方式の立体造形装置において、造形物の品質及び精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る立体造形装置の構成を模式的に示す図。
【図２】造形コントローラの回路ブロック図。
【図３】キャリブレーションマーカと画像歪みを説明する図。
【図４】キャリブレーション及びレジストレーションに関わる機能ブロック図。
【図５】キャリブレーション及び画像歪み補正のフローチャート。
【図６】画像歪み補正の概念図。
【図７】レジストレーション転写マーカ検出の概念図。
【図８】第２実施形態に係る立体造形装置の構成を模式的に示す図。
【図９】第２実施形態に係る立体造形装置の他の構成を模式的に示す図。
【図１０】第３実施形態に係る立体造形装置の構成を模式的に示す図。
【図１１】第３実施形態のキャリブレーションマーカを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
＜第１実施形態＞
（立体造形装置の構成）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体造形装置の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る立体造形装置の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
立体造形装置は、造形対象物の断面情報に応じて造形材料を積層することによって立体造形物（立体物）を作成する装置である。この装置は、ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム、３Ｄプリンタ、ＲＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）システムなどとも呼ばれる。
【００１６】
本実施形態の立体造形装置は、概略、画像形成ユニット１００、造形ユニット２００、及び、制御ユニット６０を有する。画像形成ユニット１００は、各層のスライス画像データに基づき、造形材料からなる１層分の画像を形成する構成部分である。画像形成ユニット１００は、画像形成コントローラ１０、レーザスキャナ（露光装置）２０、プロセスカートリッジ３０、転写ローラ４１などで構成される。造形ユニット２００は、画像形成ユニット１００で形成された複数層の画像を順に積層し固着することによって、３次元構造をもつ立体造形物を形成する構成部分である。造形ユニット２００は、造形コントローラ７０、転写体４２、対向部材（ヒータローラ）４３、ステージ５２、ステージガイド５３、複数のモータ１１１〜１１４、複数のセンサ４４，４５，５４，５５などで構成される。制御ユニット６０は、造形対象物の３次元形状データから複数層のスライス画像データ（断面データ）を生成する処理、立体造形装置の各部の制御、などを担う構成部分である。
【００１７】
（制御ユニット）
制御ユニット６０は、造形対象物の３次元形状データから積層造形用のスライス画像データを生成する機能、各層のスライス画像データを画像生成コントローラ１０へ出力する機能、積層造形工程を管理する機能、などを有する。制御ユニット６０は、例えばパーソナルコンピュータや組み込み型コンピュータにこれらの機能を有するプログラムを実装することにより構成することができる。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができる。３次元形状データのフォーマットは問わないが、例えば、ＳＴＬ（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などのポリゴンデータを好ましく用いることができる。またスライス画像データのフォーマットとしては、例えば、多値の画像データ（各値が材料の種類を表す）やマルチプレーンの画像データ（各プレーンが材料の種類に対応する）を用いることができる。
【００１８】
（画像形成ユニット）
画像生成コントローラ１０は、制御ユニット６０から入力されるスライス画像データ及び造形コントローラ７０から入力される制御信号などに基づき、画像形成ユニット１００における画像形成プロセスを制御する機能を有する。具体的には、画像生成コントローラ１０は、スライス画像データの解像度変換や復号処理、レーザスキャナ２０による画像書き出し位置及びタイミングの制御などを行う。その他にも、画像生成コントローラ１０は、一般的なレーザプリンタ（２Ｄプリンタ）に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。
【００１９】
画像形成ユニット１００は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる１層分の画像を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を潜像に付着させて画像を形成するという一連のプロセスによって、所望の画像を形成する手法である。立体造形装置では、トナーの代わりに、造形材料からなる粒子を現像剤として用いるが、電子写真プロセスの基本原理は２Ｄプリンタのも
のとほぼ同じである。
【００２０】
感光ドラム３４は、有機感光体やアモルファスシリコン感光体などの感光体層を有する像担持体である。一次帯電ローラ３３は、感光ドラム３４の感光体層を一様に帯電するための帯電装置である。レーザスキャナ２０は、画像生成コントローラ１０から与えられる画像信号にしたがい、レーザ光で感光ドラム３４上をスキャンし、潜像を描画する露光装置である。造形材料供給部３１は現像剤としての造形材料を収容・供給する装置である。現像ローラ３２は、感光ドラム３４上の静電潜像に造形材料を供給する現像装置である。転写ローラ４１は、感光ドラム３４上に形成された造形材料の画像を転写体（転写ベルト）４２に転写する転写装置である。図示しないが、感光ドラム３４と転写ローラ４１のあいだの転写ニップの下流に、感光ドラム３４の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を設けてもよい。本実施形態では、感光ドラム３４、一次帯電ローラ３３、造形材料供給部３１、現像ローラ３２が、プロセスカートリッジ３０として一体化され、交換が容易になっている。
【００２１】
造形材料としては、作成する造形物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形物（構造体）を構成する材料を「構造材料」と呼び、積層途中の造形物を支持するためのサポート体（例えばオーバーハング部を下から支える柱）を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。
【００２２】
（造形ユニット）
造形コントローラ７０は、立体造形装置のメカトロ制御を行う機能を有している。駆動系は、転写ローラ４１を回転する転写ローラモータ１１１、ステージ５２の３軸移動を行うステージ駆動Ｘモータ１１２，ステージ駆動Ｙモータ１１３，及びステージ駆動Ｚモータ１１４を含む。センシング系は、オンラインレジストレーションで利用される材料先端検知センサ４４、オフラインキャリブレーションで利用される材料先端検知センサ４５、材料左先端センサ５４、材料右先端センサ５５を含む。なお、これらのセンサの役割とオンラインレジストレーション及びオフラインキャリブレーションの詳細については後述する。
【００２３】
図２に、造形コントローラ７０の回路ブロックの一例を示す。造形コントローラ７０は、ＣＰＵ７１、メモリ７２、インタフェース７３、ＵＩ手段７４、モータ駆動回路７５、モータドライバ７６、センサ回路７７、センサインタフェース７８を有する。また、造形コントローラ７０は、その他のＩＯ（入出力）回路７９、ヒータ回路８０、ＩＯインタフェース８１を有する。モータドライバ７６には、転写ローラモータ１１１、ステージ駆動Ｘモータ１１２、ステージ駆動Ｙモータ１１３、及びステージ駆動Ｚモータ１１４が接続される。センサインタフェース７８には、材料先端検知センサ４４、材料先端検知センサ４５、材料左先端センサ５４、材料右先端センサ５５が接続される。ヒータ回路８０には、ヒータローラ４３内のヒータ及び熱電対が接続される。ＩＯインタフェース８１には、図示しないが、立体造形装置のカバーオープン検知スイッチ、ステージ５２のホームポジションセンサなどが接続される。
【００２４】
転写体４２は、画像形成ユニット１００で形成された造形材料の画像を担持し、ステージ５２（積層ニップ）まで搬送する搬送部材である。転写体４２は、例えば、樹脂、ポリ
イミドなどの無端ベルトで構成される。対向部材４３は、ヒータを内蔵しており、転写体４２上の造形材料画像を溶融し、ステージ５２上の造形物上に積層する加熱積層装置である。ここでは、対向部材４３として転写体４２の搬送に用いるローラ（ヒータローラ４３）を利用しているが、この構成に限定されるものではない。対向部材４３は、積層時に、溶融した造形材料画像をステージ５２上の造形物へ押し当てる機能を有していれば良く、造形材料画像を溶融する加熱部は対向部材４３とは別に設けられていても良い。ステージ５２は、積層中の造形物を保持する部材であり、ステージガイド５３によりＸＹＺの３軸方向に移動可能である。
【００２５】
（立体造形装置の動作）
次に、立体造形装置による造形物作成の基本動作について説明する。
制御ユニット６０は、各層のスライス画像データを生成する。例えば、制御ユニット６０は、造形対象物の３次元形状データに基づき、当該造形対象物を所定のピッチ（例えば数ミクロンから十数ミクロンの厚さ）でスライスして各層のスライス画像を生成する。そして、制御ユニット６０は、各層のスライス画像にレジストレーションマーカ（後で詳細に説明する）を付加して各層のスライス画像データを生成する。各層のスライス画像の生成は必ずしも制御ユニット６０で行う必要はなく、制御ユニット６０の外で生成したスライス画像を取得して、レジストレーションマーカを付加してスライス画像データを生成しても良い。最下層のスライス画像データから順に画像生成コントローラ１０に入力される。画像生成コントローラ１０は、入力されたスライス画像データにしたがって、レーザスキャナ２０のレーザ発光及びスキャンを制御する。
【００２６】
画像形成ユニット１００では、一次帯電ローラ３３によって感光ドラム３４の表面が均一に帯電される。レーザスキャナ２０からのレーザ光により感光ドラム３４の表面が露光されると、その露光部分が除電される。現像バイアスで帯電された造形材料が現像ローラ３２によって除電部分に供給され、造形材料からなる１層分の画像（以下「材料画像」と呼ぶ）が感光ドラム３４の表面に形成される。この材料画像は、転写ローラ４１により転写体４２上に転写される。
【００２７】
転写体４２は材料画像を担持しつつ回転し、材料画像を積層位置へと搬送する。一方、造形コントローラ７０は、ステージ５２（又はステージ５２上の半造形物）が材料画像と同じタイミング且つ同じ速度で積層位置へと進入するように、ステージ５２を制御する。そして、ステージ５２と転写体４２を同期して移動させつつ、ヒータローラ４３により熱を与えることで、材料画像がステージ５２上（又はステージ５２上の半造形物の上面）に熱溶着される。材料画像が積層されるたび、造形コントローラ７０はステージ５２をＺ方向に一層の厚み分だけ下降させ、次の層の積層に備える。
以上の画像形成及び積層の動作を、スライス画像データの枚数分繰り返すことで、ステージ５２上に目的の立体造形物が形成される。
【００２８】
なお、本明細書では、立体造形装置で作成しようとする目的物（つまり立体造形装置に与えられる３次元形状データが表す物体）を「造形対象物」と呼び、立体造形装置で作成された（出力された）物体（立体物）を「造形物」と呼ぶ。また、造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分を特に区別して呼ぶ場合には「構造体」の用語を用いる。また、造形対象物の３次元形状データをスライスして得られる１スライス分のデータと、レジストレーションマーカのデータとを含むデジタルデータを「スライス画像データ」と呼ぶ。スライス画像データに基づき画像形成ユニットで形成される、造形材料からなる１層分の画像を「材料画像」と呼ぶ。
【００２９】
（積層造形の課題）
本実施形態のように、多数の画像を積層して造形物を形成するタイプ（積層型）の立体
造形装置では、材料画像の形状精度と積層時の位置精度の２つが、最終造形物の品質を左右する。例えば、露光のスキャン精度、感光ドラムや転写ローラの寸法精度などに起因して、材料画像に歪みが生じることがある。このような画像歪みが累積すると、最終造形物の寸法や形状に無視できない影響が表れる。また、各層の材料画像をステージ５２上の造形物上に積層する際に位置のばらつきがあると、最終造形物の側面が凹凸になり、滑らかな表面を得ることができない。これらは、数百から数万枚の画像を重ねて１つの最終造形物を作る積層型の立体造形装置に特有の課題といえる。
【００３０】
そこで本実施形態では、各層の材料画像の形状精度を担保するため、造形物の形成に先立ち、画像形成ユニット１００で発生する画像歪みを計測し（オフラインキャリブレーションと呼ぶ）、画像形成時には各層のスライス画像データに対し画像歪み補正を施す。さらに、積層時の位置精度を担保するために、各層の材料画像の転写体上の位置を計測し、積層時に材料画像とステージ５２上の造形物とのあいだの位置合わせを行う（オンラインレジストレーションと呼ぶ）。以下、オフラインキャリブレーション、画像歪み補正、及び、オンラインレジストレーションの詳細を説明する。
【００３１】
（オフラインキャリブレーション）
造形物の生成前に行われるオフラインキャリブレーションについて説明する。オフラインキャリブレーションでは、前述した画像形成及び積層と同じ手順で、キャリブレーションマーカをステージ５２上に形成し、そのマーカ間の位置関係の変化から画像歪みを計測する。なお、オフラインキャリブレーションは、造形物の生成前だけでなく材料画像を積層する合間に行うこともできる。
【００３２】
以下の説明では、画像生成コントローラ１０に与えられるキャリブレーションマーカ用の画像データを「キャリブレーションマーカデータ」と呼ぶ。キャリブレーションマーカデータは、制御ユニット６０のメモリ内に記憶されており、オフラインキャリブレーションの際に読み出される。また、キャリブレーションマーカデータに基づき形成された造形材料からなる画像を「キャリブレーションマーカ」又は単に「マーカ」と呼ぶ。さらに、感光ドラム３４から転写体４２に転写されたマーカ（つまり転写体４２上のマーカ）を「キャリブレーション転写マーカ」と呼び、ステージ５２上に転写されたマーカを「キャリブレーション積層マーカ」と呼ぶ。場所によってマーカの呼称を変える理由は、マーカが転移していく過程において画像歪みが変化し得ること、及び、場所ごとに異なるセンサを用いてマーカを検出すること等から、マーカがどこにあるかを説明の便宜上区別するほうが好ましいからである。なお、場所を特に区別する必要のない文脈では「キャリブレーションマーカ」又は「マーカ」の用語を用いる。
【００３３】
図３Ａは、本実施形態で用いるキャリブレーションマーカ（画像歪みの無い状態）の一例を示す。キャリブレーションチャート２０３の点線で示した四角形は、横２００ｍｍ、縦３００ｍｍの画像形成範囲に相当している。この画造形成範囲の大きさは、ステージ５２上の造形領域（造形が可能な最大領域）の大きさに等しい。画像形成範囲の四隅に、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＡＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＡＲＲがある。各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲは、５ｍｍ角の正方形画像であり、画像形成範囲の四隅の１０ｍｍ角の領域の中心に生成される。
【００３４】
図３Ｂは、ステージ５２上に転写されたキャリブレーション積層マーカ２０４の一例を示す。画像形成及び／又は積層の過程で発生した画像歪みにより、四隅のマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置及び、マーカ間の相対位置が変化している様子を示している。
【００３５】
図３Ｃは、ステージ、キャリブレーション積層マーカ、センサの構成を示す模式図である。ステージ５２には、センサの検出基準となる原点Ｏ１と原点Ｏ２が記されている。原点Ｏ１，Ｏ２は寸法基準となるもので、高い位置精度が要求される。よってレーザマーキングのような高精度印字か、高精度ＮＣ加工による穴開けにより、原点Ｏ１，Ｏ２を作成することが望ましい。センサの検出精度にも影響を与えるため、本実施形態で用いるような光学センサの場合には、原点とその周囲の間のコントラストが最大となる印字手法または加工手法が望ましい。ここではレーザマーキングにより原点Ｏ１，Ｏ２を作成する。
【００３６】
ステージ５２の上方には、原点Ｏ１に対応するＹ位置に材料左先端センサ５４が配置され、原点Ｏ２に対応するＹ位置に材料右先端センサ５５が配置されている。材料左先端センサ５４は、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬと後左端キャリブレーションマーカＡＲＬの位置を検出するためのセンサである。材料右先端センサ５５は、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲと後右端キャリブレーションマーカＡＲＲの位置を検出するためのセンサである。図３Ｃに示すベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲはそれぞれ、画像歪みがない状態でのマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置に対する、ＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの変位（変形ベクトル）を表している。本実施形態のオフラインキャリブレーションは、キャリブレーションマーカを実際にステージ５２上に形成し、画像形成や積層によって生じる変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを実測する処理である。
【００３７】
通常、四隅のマーカの変形ベクトルは同一方向のベクトルとはならない。転写体４２の歪みや各ローラ軸のアライメントずれなどの影響で、造形領域内の位置ごとに変位の方向や程度が相違するからである。したがって、キャリブレーションマーカとしては、造形領域内の複数点について変形ベクトルを取得できるものであればよい。例えば、ステージ上の造形領域内の離れた位置に少なくとも２つ以上のマーカを配置し、それぞれの位置における変形ベクトルを検出（計測）するとよく、望ましくは、本実施形態のように矩形の造形領域の四隅にマーカを配置するとよい。キャリブレーションマーカは複数のマーカで構成されるものには限定はされず、ＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲを繋いだ枠状の材料画像をキャリブレーションマーカとして形成し、枠の角部で変形ベクトルを計測してもよい。これにより、造形領域内の各マーカ位置に生じる変位を把握することができる。なお、転写体４２として硬質のベルト材を用いることにより、造形領域内の各位置で生じる変位は比較的線形となるため、四隅のマーカ以外の位置での変形ベクトルは四隅のマーカから得られる変形ベクトルの線形補間により求めることができる。もし転写体４２の撓みが部分的に周期をもったり不連続性が有る場合は、キャリブレーションマーカの数を増やしてもよい。例えば、造形領域の四辺に沿って複数のマーカを配列することが望ましい。
【００３８】
図４及び図５Ａを用いて、オフラインキャリブレーションの詳細を説明する。図４は、オフラインキャリブレーションに関わる機能を示すブロック図であり、図５Ａは、オフラインキャリブレーションの処理フローである。
【００３９】
図４に示すように、制御ユニット６０は、オフラインキャリブレーションに関わる機能として、キャリブレーションマーカ生成部６５を有する。また造形コントローラ７０は、オフラインキャリブレーションに関わる機能として、キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１と画像歪計測部２０２を有する。キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１は、材料左先端センサ５４と材料右先端センサ５５のセンシング結果に基づき、各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの位置を検出する機能である。画像歪計測部２０２は、各マーカの変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを求める機能である。
【００４０】
図５Ａのフローチャートに沿って、造形コントローラ７０によるオフラインキャリブレーションの流れを説明する。
ステップ３０１では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステージ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４の出力を監視する。造形コントローラ７０は、原点Ｏ１を検出すると、そのときのステージ５２のＸＹ位置をＸ＝０，Ｙ＝０として記憶する。ステップ３０２では、同じように、造形コントローラ７０はステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料右先端センサ５５の出力を監視する。ステップ３０３では、造形コントローラ７０は、原点Ｏ２を検出したときのステージ５２のＸＹ位置と原点Ｏ１を検出したときのステージ５２のＸＹ位置との差を、Ｘ＝ｄｘ、Ｙ＝ｄｙとして記憶する。この（ｄｘ，ｄｙ）は、材料左先端センサ５４と材料右先端センサ５５の取り付け誤差を表す誤差オフセット量である。なお、２つのセンサ５４，５５の取り付け誤差を無視できる場合（つまりｄｘ＝ｄｙ＝０とみなせる場合）には、ステップ３０２と３０３の処理は省略してもよい。
【００４１】
ステップ３０４では、制御ユニット６０のキャリブレーションマーカ生成部６５がキャリブレーションマーカデータを画像生成コントローラ１０に出力する。これにより、画像形成ユニット１００及び造形ユニット２００にキャリブレーション積層マーカの生成処理を行わせる。具体的には、画像形成ユニット１００は、キャリブレーションマーカデータに基づき、造形物の材料画像を形成するのと同じプロセスで、感光ドラム３４上に造形材料からなるキャリブレーションマーカを形成する。このマーカは感光ドラム３４から転写体４２上に転写され、キャリブレーション転写マーカとして造形ユニット２００へ搬送される。材料先端検知センサ４５によってキャリブレーション転写マーカの先端が検知されると、造形コントローラ７０は、ステージ５２がキャリブレーション転写マーカと同じタイミングで積層位置へと進入するよう、ステージ５２を制御する。そして、ヒータローラ４３によりキャリブレーション転写マーカがステージ５２上に転写され、キャリブレーション積層マーカが得られる。キャリブレーション積層マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲには、図３Ｂに示すように、露光、現像、転写、積層といった一連のプロセスの中で発生した画像歪みの情報が含まれている。
【００４２】
ステップ３０５では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステージ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４及び材料右先端センサ５５の出力を監視する。材料左先端センサ５４で検出されたマーカＡＦＬのＸＹ位置、及び、材料右先端センサ５５で検出されたマーカＡＦＲのＸＹ位置は、キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１に記憶される。ステップ３０６では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２を制御し、ステージ５２を後端のキャリブレーション積層マーカＡＲＬ，ＡＲＲの位置まで移動させる。ステップ３０７では、造形コントローラ７０が、ステージ駆動Ｘモータ１１２とステージ駆動Ｙモータ１１３を制御してステージ５２のＸＹ位置を変化させながら、材料左先端センサ５４及び材料右先端センサ５５の出力を監視する。材料左先端センサ５４で検出されたマーカＡＲＬのＸＹ位置、及び、材料右先端センサ５５で検出されたマーカＡＲＲのＸＹ位置は、キャリブレーション積層マーカ位置検出部２０１に記憶される。
【００４３】
ステップ３０８では、画像歪計測部２０２が、原点Ｏ１のＸＹ位置に基づき、画像歪みが無い場合の各マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲのＸＹ位置（これを正規位置と呼ぶ）を計算する。そして、画像歪計測部２０２は、各マーカの正規位置と、ステップ３０５及び３０７で検出された各マーカの検出位置との差に基づいて、各マーカの変位量と変位の向きを表す変形ベクトルＶＦＬ，ＶＦＲ，ＶＲＬ，ＶＲＲを計算する。２つのセンサ５４と５５の間に誤差オフセット量（ｄｘ，ｄｙ）がある場合は、変形ベクトルＶＦＲ，ＶＲＲを計算する際に誤差オフセット量（ｄｘ，ｄｙ）を考慮する。
ステップ３０９では、造形コントローラ７０が、各マーカの変形ベクトルを、画像形成ユニットで形成してステージ上に積層されるまでに、材料画像に生じる画像歪みに関する画像歪情報として制御ユニット６０に送信する。
【００４４】
（画像歪み補正）
次に、図４及び図５Ｂを参照して、オフラインキャリブレーションによって予め取得された画像歪情報に基づき、材料画像の形成時に実行される画像歪み補正について説明する。
【００４５】
図４に示すように、制御ユニット６０は、スライス画像データの生成及び画像歪み補正に関わる機能として、３Ｄデータスライサ６１、レジストレーションマーカ付加部６２、画像歪補正部６３、プリンタドライバ６４を有する。以下、図５Ｂのフローチャートに沿って、画像形成時の制御ユニット６０の動作を説明する。
【００４６】
ステップ３１１では、造形コントローラ７０から画像歪情報が取得される。ステップ３１２では、画像歪補正部６３が、画像歪情報として得られた四隅のマーカの変形ベクトルから逆ベクトルを算出し、それらを線形補間することによって画素ごとの補正パラメータを算出する。補正パラメータは、例えば、補正前の画像における画素座標と補正後の画像における画素座標の対応を示す情報である。
【００４７】
ステップ３１３では、造形対象物の３次元形状データが読み込まれる。ステップ３１４では、３Ｄデータスライサ６１が３次元形状データに基づき、当該造形対象物の３次元形状を所定のピッチ（例えば数ミクロンから十数ミクロンの厚さ）でスライスして各層のスライス画像を生成する。ステップ３１５では、レジストレーションマーカ付加部６２が、各層のスライス画像に対しレジストレーションマーカを付加し、スライス画像データを生成する（レジストレーションマーカの詳細は後述する）。ステップ３１４〜３１５に変えて、レジストレーションマーカ付加部６２が読み込んだ３次元形状データにレジストレーションマーカの積層体を付加した後、３Ｄデータスライサ６１がスライスすることにより、各層のスライス画像データを生成してもよい。
【００４８】
ステップ３１６では、画像歪補正部６３が、ステップ３１２で求めた補正パラメータを用いて、スライス画像データの歪み補正を行う。ここでの歪み補正は、画像形成から積層までの過程で発生する画像歪みが低減ないしキャンセルされるように、逆方向の歪みをスライス画像に与える処理となる。なお、３Ｄデータスライサ６１によるスライス後のデータに歪み補正を行う以外に、スライス前の３次元形状データに対して歪み補正を行うことにより、スライス画像データの歪み補正を行うもできる。ステップ３１７では、プリンタドライバ６４が、補正後のスライス画像データを画像生成コントローラ１０に送信する。
【００４９】
以上のように、オフラインキャリブレーションによって得られた画像歪情報に基づきスライス画像データを補正することで、ステージ５２上に積層したときに画像歪みの無い又は小さい材料画像を形成することができ、造形物の寸法精度を向上することができる。
【００５０】
図６Ａ〜図６Ｃを用いて、画像歪み補正の概念を説明する。図６Ａ〜図６Ｃでは、説明を簡略化するため、画像の上端辺の画素の補正についてのみ示す（実際の補正では、画像中のすべての画素について同様の補正が行われる）。
【００５１】
図６Ａの破線はステージ５２上の造形領域を示し、造形領域の左右の白四角ＡＦＬＯ，ＡＦＲＯは画像歪みが無い状態でのキャリブレーション積層マーカの正規位置を示している。また、黒四角ＡＦＬ，ＡＦＲは、オフラインキャリブレーションのときに実際にキャリブレーション積層マーカが積層された位置を示している。ＶＦＬ及びＶＦＲは、それぞれ、マーカＡＦＬ及びＡＦＲの変形ベクトルを示す。図６Ａの例では、画像が左右に伸び、画像の左側は正規位置より前進し、右側は正規位置より後退していることがわかる。
【００５２】
図６Ｂは画像歪み補正の概念を模式的に示している。破線はステージ５２上の造形領域を示し、実線は補正後のスライス画像の領域を仮想的に示している。画像の左上端においては、変形ベクトルＶＦＬの逆ベクトル−ＶＦＬだけ画素を移動させる。また画像の右上端においては、変形ベクトルＶＦＲの逆ベクトル−ＶＦＲだけ画素を移動させる。左上端と右上端のあいだの位置では、逆ベクトル−ＶＦＬと−ＶＦＲの線形補間により、画素の移動及び間引きを行う。なお、積層造形に用いるスライス画像は二値画像（材料粒子の有り無し）であるため、各画素は中間階調をもつことができない。したがって、画像歪みの補正（画素の移動）は画素単位となり、補正後の画像のエッジは図６Ｂのように階段状になる。画素間引きについても、図６Ｂのように２つの画素の移動先が同じ画素になった場合に、いずれか一方の画素を削除するという単純間引きとなる。
【００５３】
図６Ｃは、図６Ｂの実線で示した補正後のスライス画像データを用いて画像形成及び積層を行った場合にステージ５２上に形成される画像を示している。キャリブレーション積層マーカＡＦＬ，ＡＦＲは正規位置に積層され先端は傾きが無い直線となる。これにより、画像歪みの無い積層が実現できる。ここでは厳密には表現されていないが画像の上端エッジは階段状になっており部分的には画素が傾斜している。画素数が少なく実際の升目（一画素）は若干伸びて横幅は正規幅となっている。一画素５０ミクロンの粒子であれば１％の伸縮では０．５ミクロンの伸縮となるが全体の画像レベルでは見た目では判断できない差分である。
【００５４】
（オンラインレジストレーション）
次に、材料画像の積層時に行われるオンラインレジストレーションについて説明する。オンラインレジストレーションでは、材料画像にレジストレーションマーカを挿入し、そのマーカの検出位置に基づき積層時の位置合わせを行う。
【００５５】
以下の説明では、画像生成コントローラ１０に与えられるレジストレーションマーカ用の画像データを「レジストレーションマーカデータ」と呼ぶ。また、レジストレーションマーカデータに基づき形成された造形材料からなる画像を「レジストレーションマーカ」又は単に「マーカ」と呼ぶ。さらに、感光ドラム３４から転写体４２に転写されたマーカ（つまり転写体４２上のマーカ）を「レジストレーション転写マーカ」と呼び、ステージ５２上に転写されたマーカを「レジストレーション積層マーカ」と呼ぶ。場所によってマーカの呼称を変える理由は、マーカが転移していく過程において画像歪みが変化し得ること、及び、場所ごとに異なるセンサを用いてマーカを検出すること等から、マーカがどこにあるかを説明の便宜上区別するほうが好ましいからである。なお、場所を特に区別する必要のない文脈では「レジストレーションマーカ」又は「マーカ」の用語を用いる。
【００５６】
図４に示すように、造形コントローラ７０は、オンラインレジストレーションに関わる機能として、レジストレーション転写マーカ位置検出部２１１、位置計測部２１２、積層位置調整部２１３を有する。
【００５７】
図５Ｂのステップ３１５で説明したように、各層のスライス画像データには位置合わせ用のレジストレーションマーカの画像が埋め込まれる。本実施形態では、図７に示すように、造形領域内の所定位置（造形物断面と重ならない位置）に直角三角形のレジストレーションマーカＡＦが形成されるようにする。
【００５８】
レジストレーション転写マーカ位置検出部２１１は、材料先端検知センサ４４を用いて、転写体４２上のレジストレーション転写マーカＡＦを検出する。そして、位置計測部２１２が、レジストレーション転写マーカＡＦの検出結果から、材料画像のＸ方向位置（先端位置）とＹ方向の位置ずれ量を取得する。ここで、Ｘ方向とは転写体４２の進行方向であり、Ｙ方向は転写体４２の幅方向（進行方向に直交する方向）である。積層位置調整部
２１３は、材料画像のＸ方向位置を基に、ステージ駆動Ｘモータ１１２の駆動開始タイミングを制御し、ステージ５２上の造形物と転写体４２上の材料画像の先端合わせを行う。また積層位置調整部２１３は、材料画像のＹ方向の位置ずれ量を基に、ステージ駆動Ｙモータ１１３を制御し、ステージ５２上の造形物と転写体４２上の材料画像の左端の位置合わせを行う。これにより、半造形物と材料画像のＸＹ面内での積層ばらつきがオンラインで解消され、高品質な造形が可能となる。
【００５９】
図７は、転写体上のレジストレーション転写マーカ検出の概念図である。レジストレーション転写マーカＡＦは転写体４２上の造形領域先端部の所定位置（造形物断面に重ならない位置）に形成される。本実施形態のレジストレーション転写マーカＡＦは、転写体４２の進行方向（Ｘ方向）に対し直交する第１エッジと、Ｘ方向に対し斜めの第２エッジを有する、直角三角形状の図形である。
【００６０】
直角三角形の斜辺の変化量を式にあらわすと、
Ｙ＝１−ａＸ
となる。ここで、ａは斜辺の傾きであり、三角形の一辺の長さは１である。
【００６１】
レジストレーション転写マーカＡＦの左端の辺をＹ＝０とし、Ｙ＝０．５を正規位置とすると、ずれ量ΔＹは、
ΔＹ＝Ｙ−０．５＝（１−ａＸ）−０．５＝０．５−ａＸ
と表すことができる。
【００６２】
斜辺の角度が４５°であればａ＝１であり、
Ｘ＝０．５のときに  ΔＹ＝０
Ｘ＝０のときに  ΔＹ＝０．５
Ｘ＝１のときに  ΔＹ＝−０．５
となる。０＜Ｘ＜１の範囲とする。
【００６３】
材料先端検知センサ４４により、レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジと第２エッジを検出する。Ｌ１は、転写体４２上のレジストレーション転写マーカＡＦが正規位置を通過した場合の材料先端検知センサ４４の検出ラインである。つまり、材料先端検知センサ４４がラインＬ１を通過する状態が基準（ずれ量ΔＹ＝０）となる。ラインＬ１を通過したときの材料先端検知センサ４４の出力信号をＳ１に示す。レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化する。第２エッジＬ２を検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。
【００６４】
ここで仮に転写体４２が基準からΔＹだけ左にシフトした場合、材料先端検知センサ４４はラインＬ３を通過することになる。ラインＬ３を通過したときの材料先端検知センサ４４の出力信号をＳ３に示す。レジストレーション転写マーカＡＦの第１エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化する。第２エッジＬ４を検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。
【００６５】
したがって、材料先端検知センサ４４の出力信号Ｓ３の立ち上がりのタイミングによってＸ方向位置（先端位置）がわかる。また、出力信号Ｓ３のハイレベルの期間（第１エッジの検出タイミングと第２エッジの検出タイミングの差）と式Ｙ＝１−ａＸから、レジストレーション転写マーカの、正規位置に対するＹ方向の位置ずれ量ΔＹを求めることができる。このように１つのレジストレーション転写マーカ及び１つの材料先端検知センサ４４により、Ｘ、Ｙの２方向の位置の検出が可能となる。これは構成及び処理が簡易化されるというコストメリットと、２方向の位置合わせを高速に行うことができるというメリットがある。積層時は転写体４２及びステージ５２が高速に移動するために、本実施形態の
ような構成が有効である。ただし、Ｙ方向の位置ずれが無視できほど小さい場合は、Ｘ方向の位置さえ検出できればよく、例えば、Ｙ方向に平行な二辺とＸ方向に平行な二辺とを有する四角形のマーカを用いることができる。
【００６６】
以上述べた本実施形態の立体造形装置の構成によれば、オフラインキャリブレーション及び画像歪み補正を行うことにより、画像形成から積層までの過程で発生する画像のＸＹ面内歪みを可及的に抑えることができる。また、オンラインレジストレーションを行うことにより、積層時の位置ずれを可及的に抑えることができる。したがって、形状精度及び寸法精度の高い、高品質な造形物を形成することが可能となる。
【００６７】
なお、画像形成に起因する画像歪みは、例えば、感光ドラム３４の歪み、現像ローラ３２の歪み、各ローラ軸のアライメントずれ、各部材の摩耗などにより発生する。したがって、オフラインキャリブレーションは、各造形ジョブの先頭のタイミングなどに実行することが好ましい。ただし、画像歪みが無視できる場合には、オフラインキャリブレーションを省略しても良い。
【００６８】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る立体造形装置の構成を示す図である。第１実施形態との違いは、複数の画像形成ユニットを有する点である。図８の例では、カートリッジ３０Ａ、感光ドラム３４Ａ、転写ローラ４１Ａを有する第１の画像形成ユニット１００Ａと、カートリッジ３０Ｂ、感光ドラム３４Ｂ、転写ローラ４１Ｂを有する第２の画像形成ユニット１００Ｂが設けられている。この構成は、例えば、カートリッジ３０Ａに構造材料、カートリッジ３０Ｂにサポート材料を入れることで、構造体とは異なる材料（例えば除去性の高い材料）からなるサポート体を有する造形物を簡単に作成する目的に使用できる。あるいは、両方のカートリッジ３０Ａ，３０Ｂに同じ材料を入れておき、一つの画像形成ユニット１００Ａで画像形成を行い、材料が空になると自動的に他方の画像形成ユニット１００Ｂに切り替えて画像形成を続行する、という目的にも使用できる。あるいは、カートリッジ３０Ａと３０Ｂに色や物性が異なる材料を入れておき、カラフルな造形物や、複数種の材料が混ざった造形物を作る目的にも使用できる。
【００６９】
本実施形態の立体造形装置の場合も、画像形成ユニットごとにオフラインキャリブレーション及び画像歪み補正を実施すれば、形状精度の高い造形を実現できる。ただし露光のスキャン精度や感光ドラムの寸法精度など、画像形成ユニット１００Ａ、１００Ｂで生じる画像歪みが小さい場合は、画像形成ユニット１００Ａ、１００Ｂのいずれかでキャリブレーションを行うだけでもよい。例えば、一方の画像形成ユニットを用いオフラインキャリブレーションを行って得られる画像歪情報を、両方の画像形成ユニットで材料画像を形成する際の画像歪み補正に用いても良い。
【００７０】
図９は、図８の装置の変形例である。図９の立体造形装置では、画像形成ユニット１００Ａ，１００Ｂごとに、転写体４２Ａ，４２Ｂとヒータローラ４３Ａ，４３Ｂと材料先端検知センサ４４Ａ，４４Ｂが設けられている。
この構成の場合、転写体４２Ａと４２Ｂとで画像歪みが独立しており、且つ、積層タイミングも別であるため、個別の画像歪み補正とレジストレーションが必要となる。したがって、画像形成ユニット１００Ａ，１００Ｂごとにオフラインキャリブレーションを行い、画像歪み補正を行う。また積層時には、転写体４２Ａ上のマーカと転写体４２Ｂ上のマーカを個別のセンサ４４Ａ，４４Ｂで読み取ることにより、それぞれの材料画像の位置合わせが可能である。
【００７１】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係る立体造形装置の構成を示す図である。第１実施
形態との違いは、４つの画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄを有する点と、転写体を画像形成用の一次転写体４７と積層用の二次転写体４２に分けた点である。複数の画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄを設ける構成の利点は、第２実施形態と同じく、複数種類の材料による造形、材料の切替使用、造形物のカラー化などにある。複数の転写体４７，４２を設ける構成の利点の１つは、２Ｄプリンタや複写機の分野で確立された転写ベルトの技術を有効利用できることである。また、一次転写体４７には転写特性の優れた材料を用い、二次転写体４２には耐熱性に優れた材料を用いるなど、転写体を分けることで、各転写体の材料選択の自由度を高めるとともに、各転写体の機能向上を図ることができる。
【００７２】
立体造形装置は、追加の構成として、感光ドラム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ、転写ローラ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ、一次転写体４７と転移ローラ対４６，４８を有する。各画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄで形成された材料画像は感光ドラム３４Ａ〜３４Ｄから一次転写体４７上に順に転写される。一次転写体４７上の材料画像は転移ローラ対４６，４８により二次転写体４２に転写される。二次転写体４２上の材料画像は造形ユニットに搬送され、ステージ５２又はステージ５２上の半造形物上に積層される。このような構成において画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄごとの画像歪みを補正するため、画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄごとにオフラインキャリブレーションを実行するとよい。
【００７３】
図１１は、本実施形態で用いるキャリブレーションマーカの一例を示している。画像形成ユニット１００Ａ用のマーカとして、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＡＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＡＲＲが生成される。同様に、画像形成ユニット１００Ｂ用のマーカとして、先左端キャリブレーションマーカＢＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＢＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＢＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＢＲＲが生成される。画像形成ユニット１００Ｃ用のマーカとして、先左端キャリブレーションマーカＣＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＣＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＣＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＣＲＲが生成される。画像形成ユニット１００Ｄ用のマーカとして、先左端キャリブレーションマーカＤＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＤＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＤＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＤＲＲが生成される。各マーカは互いに重ならないように配置されている。
【００７４】
第１実施形態と同様に各マーカの変形ベクトルを計算し、画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄそれぞれで形成される画像の画像歪情報を取得することができる。これにより、造形時には、画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄそれぞれで形成される画像に対して発生する画像歪みを個別に補正することができるため、寸法精度及び形状精度にすぐれた造形物を得ることができる。
【００７５】
また、画像形成ユニット１００Ｂを画像形成ユニット１００Ａの予備として待機させておき、画像形成ユニット１００Ａの材料が無くなったときに画像形成ユニット１００Ｂに切り替える、という使用方法を想定する。この場合に、画像形成ユニット１００Ａ、１００Ｂそれぞれの補正パラメータを予め作成し、記憶しておくとよい。そうすると、使用する画像形成ユニットを１００Ａから１００Ｂに切り替えるときに、画像形成ユニット１００Ａ用の補正パラメータから画像ユニット１００Ｂ用の補正パラメータに即座に切り替えることができる。これにより、カートリッジの入れ替えやキャリブレーションなどの段取りが不要となり、自動的に高精度な積層造形を継続することが可能となる。
【００７６】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、露光のスキャン精度や感光ドラムの寸法精度など、画像形成ユニット１００Ａ〜１００Ｄで生じる画像歪みが小さい場合は、いずれかの画像形成ユニットでキャリブレーションを行うだけでもよい。例えば、いずれか
の画像形成ユニットを用いオフラインキャリブレーションを行って得られる画像歪情報を、他の画像形成ユニットで材料画像を形成する際の画像歪み補正に用いても良い。
【符号の説明】
【００７７】
３４：感光ドラム、４２：転写体、５２：ステージ、６５：キャリブレーションマーカ生成部、５４：材料左先端センサ、５５：材料右先端センサ、２０２：画像歪計測部、６３：画像歪補正部
【図１】
2016215641.tif 000003
【図２】
2016215641.tif 000004
【図３】
2016215641.tif 000005
【図４】
2016215641.tif 000006
【図５】
2016215641.tif 000007
【図６】
2016215641.tif 000008
【図７】
2016215641.tif 000009
【図８】
2016215641.tif 000010
【図９】
2016215641.tif 000011
【図１０】
2016215641.tif 000012
【図１１】
2016215641.tif 000013