(57)【要約】      （修正有）【課題】液体を吐出して三次元物体を造形する三次元造形装置において、造形される物体に段差が生じることを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】三次元造形装置１００は、断面体のＸ方向の造形解像度と、断面体のＹ方向の造形解像度と、断面体の積層方向における積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、物体の材料となる液体を吐出して物体を造形するヘッド部５０と、ヘッド部５０を制御する制御部２００と、を備える。制御部２００は、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の単位格子について、複数の単位格子のそれぞれに吐出する形成用液体の量および支持用液体の量の少なくとも一方を、複数の単位格子のそれぞれのＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、ＸＹ平面に対して傾斜する物体の傾斜面の造形を行う。【選択図】図１
2016185616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層方向に向けて断面体を複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記積層方向における積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
前記ヘッド部は、一つの前記単位格子に対して、前記物体を形成するための形成用液体と、前記物体を支持するための支持用液体と、を吐出可能であり、
前記制御部は、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の前記単位格子について、前記複数の単位格子のそれぞれに吐出する前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方を、前記複数の単位格子のそれぞれの前記ＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、前記ＸＹ平面に対して傾斜する前記物体の傾斜面の造形を行う、
三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置であって、
前記物体の形状は、ポリゴンの集合であるポリゴンデータによって表され、
前記複数の単位格子のそれぞれには、前記複数の単位格子が前記ポリゴンによって切断された場合の残存体積に応じて、各前記単位格子に吐出される前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方が対応付けられている、三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元造形装置であって、
前記傾斜面が前記物体の前記積層方向側に存在する場合に、前記複数の単位格子に吐出される前記支持用液体の量は、それぞれ一定量である、三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記傾斜面が前記物体の前記積層方向とは逆側に存在する場合に、前記複数の単位格子に吐出される前記形成用液体の量は、それぞれ一定量である、三次元造形装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の三次元造形装置であって、
前記断面体の高さを均一化する切削器を備える三次元造形装置。
【請求項６】
積層方向に向けて断面体を複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置が三次元の物体を製造する製造方法であって、
前記三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記積層方向における積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
前記ヘッド部は、一つの前記単位格子に対して、前記物体を形成するための形成用液体と、前記物体を支持するための支持用液体と、を吐出可能であり、
ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の前記単位格子について、前記複数の単位格子のそれぞれに吐出する前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方を、前記複数の単位格子のそれぞれの前記ＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、前記ＸＹ平面に対して傾斜する前記物体の傾斜面の造形を行う、
製造方法。
【請求項７】
コンピューターが、積層方向に向けて断面体を複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置を制御して三次元の物体を造形するためのコンピュータープログラムであって、
前記三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記積層方向における積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
前記ヘッド部は、一つの前記単位格子に対して、前記物体を形成するための形成用液体と、前記物体を支持するための支持用液体と、を吐出可能であり、
ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の前記単位格子について、前記複数の単位格子のそれぞれに吐出する前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方を、前記複数の単位格子のそれぞれの前記ＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、前記ＸＹ平面に対して傾斜する前記物体の傾斜面の造形を行う機能、
をコンピューターに実現させるコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷技術を応用した三次元造形装置が注目されている。例えば、特許文献１〜３に記載された三次元造形装置では、印刷技術において一般的に用いられているインクジェット技術が採用されている。インクジェット技術を採用した三次元造形装置では、硬化性を有する液体を吐出して水平方向（ＸＹ方向）に沿った一層分の断面体を形成する工程を、高さ方向（Ｚ方向）に何層にもわたって行うことで、三次元物体の造形が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−２１８７１２号公報
【特許文献２】特開２００５−６７１３８号公報
【特許文献３】特開２０１０−５８５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インクジェット方式の三次元造形装置は、予め定められた造形解像度において、指定された座標に液体を吐出してドットを形成することにより断面体を形成する。そのため、例えば、ＸＹ平面に対して傾斜した輪郭については、積層厚に応じた段差が生じ、等高線状の模様が生じてしまう場合がある。そのため、液体を吐出して三次元物体を造形する三次元造形装置において、造形される物体に段差が生じることを抑制可能な技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、積層方向に向けて断面体を複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記積層方向における積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と；前記ヘッド部を制御する制御部と；を備える。そして、前記ヘッド部は、一つの前記単位格子に対して、前記物体を形成するための形成用液体と、前記物体を支持するための支持用液体と、を吐出可能である。前記制御部は、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の前記単位格子について、前記複数の単位格子のそれぞれに吐出する前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方を、前記複数の単位格子のそれぞれの前記ＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、前記ＸＹ平面に対して傾斜する前記物体の傾斜面の造形を行う。このような形態の三次元造形装置であれば、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の単位格子のそれぞれに対して吐出する形成用液体や支持用液体の量を、それらの単位格子の位置に応じて漸減又は漸増させることができるので、造形される物体に明確な段差が生じることを抑制することができる。
【０００７】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記物体の形状は、ポリゴンの集合であるポリゴンデータによって表され、前記複数の単位格子のそれぞれには、前記複数の単位格子が前記ポリゴンによって切断された場合の残存体積に応じて、各前記単位格子に吐出される前記形成用液体の量および前記支持用液体の量の少なくとも一方が対応付けられてもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、ポリゴンデータによって表される三次元物体に明確な段差が生じることを抑制することができる。
【０００８】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記傾斜面が前記物体の前記積層方向側に存在する場合に、前記複数の単位格子に吐出される前記支持用液体の量は、それぞれ一定量であってもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、傾斜面が物体の積層方向側であれば、支持用液体の量を調整しなくてもよいため、処理負担を軽減することができる。
【０００９】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記傾斜面が前記物体の前記積層方向とは逆側に存在する場合に、前記複数の単位格子に吐出される前記形成用液体の量は、それぞれ一定量であってもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、傾斜面が物体の積層方向とは逆側であれば、形成用液体の量を調整しなくてもよいため、処理負担を軽減することができる。
【００１０】
（５）上記形態の三次元造形装置は、前記断面体の高さを均一化する切削器を備えてもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、支持用液体や形成用液体の量を調整しない場合であっても、断面体の高さを均一化することができるので、物体の造形品位を向上させることができる。
【００１１】
本発明は、三次元造形装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、三次元造形装置が三次元の物体を製造する製造方法や、コンピューターが三次元造形装置を制御して三次元の物体を造形するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一次的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】三次元造形処理のフローチャートである。
【図３】階調値調整処理の詳細なフローチャートである。
【図４】第１緩斜面処理の処理内容を説明するための図である。
【図５】第１急斜面処理の処理内容を説明するための図である。
【図６】第２緩斜面処理の処理内容を説明するための図である。
【図７】第２急斜面処理の処理内容を説明するための図である。
【図８】第２実施形態におけるデータ変換処理のフローチャートである。
【図９】第３実施形態におけるデータ変換処理のフローチャートである。
【図１０】第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。
【図１１】第５実施形態における第１緩斜面処理の処理内容を説明する図である。
【図１２】第５実施形態における第２緩斜面処理の処理内容を説明する図である。
【図１３】第６実施形態における第１緩斜面処理の処理内容を説明する図である。
【図１４】第６実施形態における第２緩斜面処理の処理内容を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００は、造形部１０と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、粉体回収部４０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。制御部７０には、コンピューター２００が接続されている。三次元造形装置１００とコンピューター２００とをあわせて広義の三次元造形装置として捉えることもできる。図１には、互いに直行するＸ方向とＹ方向とＺ方向とを示している。Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向であり、Ｘ方向は、水平方向に沿った方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に垂直な方向である。以下の説明では、＋Ｚ方向側を「上側」、−Ｚ方向側を「下側」とする。また、＋Ｚ方向のことを、「積層方向」ともいい、−Ｚ方向のことを、「積層方向とは逆側の方向」ともいう。
【００１４】
造形部１０は、内部に三次元物体が造形される槽状の構造体である。造形部１０は、ＸＹ方向に沿った平坦な造形ステージ１１と、造形ステージ１１の周囲を囲みＺ方向に立設された枠体１２と、造形ステージ１１をＺ方向に沿って移動させるアクチュエーター１３とを備える。造形ステージ１１は、制御部７０がアクチュエーター１３の動作を制御することにより、枠体１２内においてＺ方向に移動する。
【００１５】
粉体供給部２０は、造形部１０内に粉体を供給する装置である。粉体供給部２０は、例えば、ホッパーやディスペンサーにより構成される。
【００１６】
平坦化機構３０は、造形部１０の上面を水平方向（ＸＹ方向）に移動することによって、造形部１０内または、枠体１２上に供給された粉体を平坦化し、造形ステージ１１上に粉体層を形成するための機構である。平坦化機構３０は、例えば、スキージやローラーによって構成される。平坦化機構３０によって造形部１０から押し出された粉体は、造形部１０に隣接して設けられた粉体回収部４０内に排出される。
【００１７】
第１実施形態における三次元造形装置１００は、三次元物体の材料として、硬化性を有する液体（以下、「硬化液」という）と、上述した粉体とを用いる。硬化液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする液体の樹脂材料と、紫外光が照射されると励起状態となってモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる重合開始剤との混合物を用いる。また、硬化液をヘッド部５０から液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、硬化液中のモノマーは比較的低分子量のモノマーが選択されており、更に１つのオリゴマーに含まれるモノマーの数も数分子程度に調整されている。この硬化液は、紫外光を浴びて重合開始剤が励起状態になると、モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重合して、速やかに硬化して固体となる性質を有している。
【００１８】
本実施形態において、三次元造形装置１００は、硬化液として形成用インクと支持用インクとを用いる。形成用インクとは、三次元物体を形成するための硬化液である。一方、支持用インクとは、形成用インクによって形成された三次元物体を支持するための硬化液である。支持用インクは、硬化液を硬化させる硬化エネルギーと同等の硬化エネルギーによって硬化する液体であり、硬化後に、水や所定の溶液に晒すことで溶解し、簡単に除去することが可能な硬化液である。
【００１９】
本実施形態では、粉体として、その表面に、硬化液内に含まれているものとは別のタイプの重合開始剤が付着された粉体を用いる。粉体の表面に付着された重合開始剤は、硬化液と接触するとモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる性質を有している。そのため、造形部１０内の粉体に硬化液を供給すると、硬化液が粉体の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開始剤に接触して硬化し、その結果、硬化液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した硬化液によって結合された状態となる。なお、粉体として、その表面に重合開始剤が付着された粉体を用いる場合には、重合開始剤を含まない硬化液を用いることも可能である。
【００２０】
ヘッド部５０は、ヘッド部５０に接続されたタンク５１から上述した硬化液（形成用インクおよび支持用インク）の供給を受け、その硬化液をＺ方向に沿って、造形部１０中の粉体層に吐出する装置である。ヘッド部５０は、造形部１０中に造形される三次元物体に対して、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。ヘッド部５０は、造形部１０内の造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、三次元物体に対して相対的にＺ方向に移動可能である。
【００２１】
本実施形態のヘッド部５０は、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドである。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられた圧力室を硬化液で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによって、圧力室の容積減少分に相当する体積の硬化液を液滴として吐出することが可能である。後述する制御部７０は、ピエゾ素子に印加する電圧波形を制御することによって、ヘッド部５０から吐出する一滴あたりの硬化液の量を調整することが可能である。ヘッド部５０は、形成用インクを吐出するためのノズル穴と、支持用インクを吐出するためのノズル穴とを備えており、形成用インクと支持用インクとを個別に吐出することが可能である。
【００２２】
硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０から吐出された硬化液を硬化させるためのエネルギーを付与するための装置である。本実施形態では、硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０をＸ方向に挟むように配置された本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とによって構成されている。ヘッド部５０が移動すると、それに伴い、硬化エネルギー付与部６０も移動する。本硬化用発光装置６１および仮硬化用発光装置６２は、硬化液を硬化させるための硬化エネルギーとして、紫外線を照射する。仮硬化用発光装置６２は、吐出された硬化液をその着弾位置に固定するための仮硬化を行うために用いられる。本硬化用発光装置６１は、仮硬化後に、硬化液を完全に硬化させるために用いられる。本実施形態では、ヘッド部５０は＋Ｘ方向に移動しながら硬化液を吐出する。そのため、硬化液が吐出された直後に、仮硬化用発光装置６２によって仮硬化が行われる。ヘッド部５０が＋Ｘ方向の端部へ到達すると、その後、ヘッド部５０は−Ｘ方向へ移動し、その際、本硬化用発光装置６１によって、仮硬化が行われた硬化液に対して、本硬化が行われる。仮硬化用発光装置６２から照射される紫外線のエネルギーは、例えば、本硬化用発光装置６１から照射される紫外線の２０〜３０％のエネルギーである。
【００２３】
制御部７０は、ＣＰＵとメモリーとを備えている。ＣＰＵは、メモリーあるいは記録媒体に記憶されたコンピュータープログラムをメモリーにロードして実行することによって、アクチュエーター１３と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、を制御して三次元物体を造形する機能を有する。
【００２４】
制御部７０が備えるＣＰＵによって実現される機能には、造形しようとする三次元物体の、ＸＹ平面に対して傾斜する面について、ヘッド部５０を制御して、造形の最小単位である第１単位格子に形成用液体を吐出させ、その第１単位格子に対してＸ方向またはＹ方向に隣り合う第２単位格子に支持用液体を吐出させる場合に、第１傾斜形成処理を行うか、または、第２傾斜形成処理を行う機能が含まれる。第１傾斜形成処理とは、第１単位格子に形成用インクを第１単位格子の空間体積以上の量を吐出させ、第２単位格子に支持用インクを第２単位格子未満の量を吐出させることにより、物体の表面に傾斜を形成する処理である。第２傾斜形成処理とは、第１単位格子に形成用液体を第１単位格子の空間体積未満の量を吐出させ、第２単位格子に支持用インクを第２単位格子の空間体積以上の量を吐出させることにより、物体の表面に傾斜を形成する処理である。「単位格子」とは、三次元物体を構成する断面体のＸＹ方向の造形解像度と、Ｚ方向への積層間隔とに応じた最小の体積を有する格子である。単位格子のことを、ボクセル（Ｖｏｘｅｌ）ともいう。第１傾斜形成処理、および、第２傾斜形成処理についての詳細は後述する。制御部７０が有する機能は、電子回路によって実現してもよい。
【００２５】
三次元造形装置１００が三次元物体を造形（製造）する手法を簡単に説明する。まず、コンピューター２００が、三次元物体の形状を表す三次元データを、Ｚ方向の造形解像度（積層ピッチ）に従ってスライスし、ＸＹ方向に沿った複数の断面データを生成する。この断面データは、Ｘ方向およびＹ方向について所定の造形解像度を有しており、各要素に対して階調値が格納された二次元のビットマップデータによって表される。各要素に格納された階調値は、その要素に対応するＸＹ座標に吐出する硬化液の量を表す。つまり、本実施形態では、ビットマップデータによって、三次元造形装置１００の制御部７０に対して、硬化液を吐出させる座標と、吐出させる硬化液の量とが指定される。
【００２６】
三次元造形装置１００の制御部７０は、コンピューター２００から断面データを取得すると、粉体供給部２０および平坦化機構３０を制御して造形部１０内に粉体層を形成する。そして、断面データに従ってヘッド部５０を駆動して硬化液を粉体層に吐出し、その後、吐出された硬化液に向かって硬化エネルギー付与部６０を制御して所定のタイミングで紫外光を照射し、仮硬化および本硬化を行う。すると、紫外光によって硬化液が硬化して粉体同士が結合し、造形部１０内には、１層分の断面データに対応する断面体が形成される。こうして１層分の断面体を形成すると、制御部７０は、アクチュエーター１３を駆動して造形ステージ１１を、Ｚ方向の造形解像度に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向に沿って降下させる。造形ステージ１１を降下させると、制御部７０は、造形ステージ１１上に既に形成された断面体の上に新たな粉体層を形成する。新たな粉体層を形成すると、制御部７０は、コンピューター２００から次の断面データを受け取って、新たな粉体層に硬化液を吐出して紫外光を照射することにより、新たな断面体を形成する。このように制御部７０は、コンピューター２００から各層の断面データを受け取ると、アクチュエーター１３や粉体供給部２０、平坦化機構３０、ヘッド部５０、硬化エネルギー付与部６０を制御することにより、１層ずつ断面体を形成し、＋Ｚ方向に断面体を積層していくことにより、三次元物体を造形する。
【００２７】
図２は、コンピューター２００および三次元造形装置１００によって実行される三次元造形処理のフローチャートである。三次元造形処理が開始されると、まず、コンピューター２００が、記録媒体や、ネットワーク上の他のデバイス、コンピューター２００において実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元物体の形状を表す三次元データを取得する（ステップＳ１００）。三次元データは、例えば、三次元ポリゴンデータや、断面毎の二次元ビットマップデータ、断面毎の二次元ベクトルデータによって表される。本実施形態では、ポリゴンの集合であるポリゴンデータによって三次元データが表されているものとする。
【００２８】
コンピューター２００は、三次元データを取得すると、データ変換処理を行う（ステップＳ２００）。このデータ変換処理では、ポリゴンデータによって表されている三次元データ、すなわち、ベクター形式の三次元データが、ラスター形式の三次元データに変換される。このデータ変換処理は、ベクターデータをラスターデータに変換する周知の画像処理技術によって行われる。このデータ変換処理では、変換後の二次元ビットマップデータのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のそれぞれの解像度が、三次元物体の造形解像度と同じになるように変換が行われる。そのため、変換後の三次元データにおける１つの座標が、造形の最小単位である１つの単位格子に対応することになる。ラスター形式の三次元データをＺ方向の積層ピッチ（＝Ｚ方向の造形解像度）に従ってスライスすることにより、各層の断面データ（ビットマップデータ）が得られる。
【００２９】
データ変換処理が終了すると、コンピューター２００は、階調値調整処理を行う（ステップＳ３００）。この階調値調整処理は、物体の造形時に物体の上面あるいは下面の傾斜部分に段差が生じることを抑制するために、三次元データ中の階調値を調整する処理である。
【００３０】
図３は、階調値調整処理の詳細なフローチャートである。この階調値調整処理が開始されると、まず、コンピューター２００は、ラスター形式の三次元データにおいて、階調値を調整する単位格子を特定する（ステップＳ３０２）。以下、この処理において特定された単位格子のことを、「対象単位格子」という。
【００３１】
対象単位格子を特定すると、コンピューター２００は、その対象単位格子をポリゴンが横切るか否かを判断する（ステップＳ３０４）。本実施形態において、単位格子をポリゴンが横切るとは、単位格子を構成する６つの側面のうち、少なくとも３の側面をポリゴンが貫くことをいう。対象単位格子をポリゴンが横切らない場合には（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、コンピューター２００は、対象単位格子の階調値を二値化する（ステップＳ３０６）。
【００３２】
上記ステップＳ３０６では、具体的には、コンピューター２００は、対象単位格子が物体内であれば、その対象単位格子に、形成用インクの階調値が１００％であることを対応づける。また、対象単位格子が物体外であれば、その対象単位格子に、支持用インクの階調値が１００％であることを対応づける。つまり、ステップＳ３０６では、単位格子に対応付けられる階調値が、形成用インクの階調値が１００％、または、支持用インクの階調値が１００％の、いずれか一方の階調値となる。
【００３３】
上記ステップＳ３０４において、対象単位格子をポリゴンが横切ると判断した場合には（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、コンピューター２００は、対象単位格子を横切るポリゴン（以下、「対象ポリゴン」という）の向く方向が、上側（＋Ｚ方向側）であるか下側（−Ｚ方向側）であるかを判断する（ステップＳ３０８）。具体的には、コンピューター２００は、対象ポリゴンの法線ベクトルのＺ成分がプラスの値であれば、そのポリゴンが向く方向を上側と判定し、対象ポリゴンの法線ベクトルのＺ成分が、マイナスの値であれば、そのポリゴンが向く方向を下側と判定する。
【００３４】
上記ステップＳ３０８の判断の結果、対象ポリゴンの向く方向が上側の場合には、コンピューター２００は、第１傾斜形成データ処理を実行する（ステップＳ３１０）。一方、対象ポリゴンの向く方向が下側の場合には、コンピューター２００は、第２傾斜形成データ処理を実行する（ステップＳ３１８）。第１傾斜形成データ処理は、物体の上面側に傾斜を形成するために階調値を調整する処理である。第２傾斜形成データ処理は、物体の下面側に傾斜を形成するために階調値を調整する処理である。
【００３５】
コンピューター２００は、第１傾斜形成データ処理を開始すると、まず、対象ポリゴンの傾斜状態が、急斜面か緩斜面かを判断する（ステップＳ３１２）。第１傾斜形成データ処理では、対象ポリゴンが対象単位格子の上面と下面とを通る、という第１急斜面条件を満たす場合に、コンピューター２００は、対象ポリゴンが急斜面であると判断する。一方、対象ポリゴンと対象単位格子の関係が上記第１急斜面条件を満たさない場合に、コンピューター２００は、対象ポリゴンが緩斜面であると判断する。
【００３６】
上記ステップＳ３１２において、対象ポリゴンが緩斜面と判断された場合には、コンピューター２００は、第１緩斜面処理を実行する（ステップＳ３１４）。一方、対象ポリゴンが急斜面と判断された場合には、コンピューター２００は、第１急斜面処理を実行する（ステップＳ３１６）。
【００３７】
図４は、第１緩斜面処理の処理内容を説明するための図である。図４（Ａ）には、ＸＹ平面に沿ってＸ方向に連続して隣接した４つの単位格子ＵＧを示しており、その４つの単位格子ＵＧをポリゴンＰＧ１が通過している様子を示している。ポリゴンＰＧ１は、ＸＺ平面に垂直であるものとする。ポリゴンＰＧ１の法線ベクトルＮのＺ成分Ｎｚは、プラスの値であるため、図４（Ａ）に示したポリゴンＰＧ１の向く方向は上側である。−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１，ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４は、ポリゴンＰＧ１によって切断された場合に、それぞれ、残存体積Ｖｐは、５％、３０％、７０％、９５％となる。
【００３８】
第１緩斜面処理では、コンピューター２００は、対象単位格子（図４の場合には、単位格子ＵＧ３）が、残存体積Ｖｐが所定の閾値（本実施形態では５０％）以上となるＸ方向またはＹ方向について最も外側の単位格子であれば、対象単位格子に、１００％を超える形成用インクの階調値を対応づける。形成用インクの階調値を調整する単位格子のことを、「第１単位格子」という。第１緩斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子に対して、その第１単位格子のＸ方向またはＹ方向の外側に隣接する第２単位格子（図４の場合には、単位格子ＵＧ２）の残存体積Ｖｐの値（３０％）に、１００％を加えた値を、第１単位格子の形成用インクの階調値として対応づける。そのため、図４（Ａ）に示した単位格子ＵＧ３については、図４（Ｂ）に示すように、形成用インクの階調値が１３０％であることが対応付けられる。
【００３９】
第１緩斜面処理では、更に、コンピューター２００は、第１単位格子に隣接する第２単位格子に対しては、１００％以下となる支持用インクの階調値を対応付ける。具体的には、コンピューター２００は、１００％から第２単位格子の残存体積Ｖｐを差し引いた値を、その第２単位格子の支持用インクの階調値として対応付ける。そのため、図４（Ａ）に示した単位格子ＵＧ２については、図４（Ｂ）に示すように、支持用インクの階調値が７０％であることが対応付けられる。なお、コンピューター２００は、第１単位格子のＸ方向およびＹ方向の外側に隣接する単位格子のうち、対象ポリゴンの法線ベクトルＮのＸ成分とＹ成分の大きさを比較して、より大きな成分の方向に隣接する単位格子を第２単位格子として特定する。
【００４０】
この第１緩斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子ＵＧ３よりもＸ方向またはＹ方向に内側の単位格子ＵＧ４については、その単位格子ＵＧ４の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、形成用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。また、第２単位格子ＵＧ２よりもＸ方向またはＹ方向に外側の単位格子ＵＧ１については、その単位格子ＵＧ１の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、支持用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。
【００４１】
図４（Ｂ）には、以上のようにして第１緩斜面処理により各単位格子ＵＧについて階調値が決定された様子を示している。この図４（Ｂ）に示した階調値に基づいて、三次元造形装置１００によって三次元物体が造形されると、図４（Ｃ）に示すように、１００％を超える形成用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ３から、１００％以下の支持用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ２に対して、形成用インクが流れ込む。すると、支持用インクの下方に形成用インクが重力によって入り込むことによって、物体の上側の緩斜面に段差が生じることが抑制される。つまり、第１緩斜面処理では、１つの単位格子ＵＧ２に対して傾斜が形成されるように第１単位格子と第２単位格子の階調値がそれぞれ調整される。
【００４２】
図５は、第１急斜面処理の処理内容を説明するための図である。図５（Ａ）には、Ｘ方向に３つ、Ｚ方向に８つ分の単位格子ＵＧを示しており、Ｘ方向中央の上から７つ分の単位格子ＵＧと、最も−Ｘ方向側で最も下方の単位格子ＵＧとをポリゴンＰＧ２が通過している様子を示している。ポリゴンＰＧ２は、ＸＺ平面に垂直であるものとする。ポリゴンＰＧ２の法線ベクトルＮのＺ成分は、プラスの値であるため、図５（Ａ）に示したポリゴンＰＧ２の向く方向は上側である。Ｘ方向中央の上から７つ分の単位格子ＵＧは、ポリゴンＰＧ２によって切断された場合に、それぞれ、残存体積Ｖｐは、３５％、４５％、５５％、６５％、７５％、８５％、９０％となる。
【００４３】
第１急斜面処理では、コンピューター２００は、対象単位格子（図５の場合には、単位格子ＵＧ５）の下方に隣接する単位格子の残存体積Ｖｐが所定の閾値（本実施形態では５０％）以上であり、対象単位格子の残存体積Ｖｐが前記閾値未満の場合に、対象単位格子のＸ方向またはＹ方向の内側に隣接する単位格子（図５の場合には、単位格子ＵＧ６）に、１００％を超える形成用インクの階調値を対応付ける。第１緩斜面と同様に、形成用インクの階調値を調整する単位格子のことを、「第１単位格子」という。第１急斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子（図５の場合には、単位格子ＵＧ６）に対して、対象単位格子の残存体積Ｖｐの値（４５％）に、１００％を加えた値を、第１単位格子の形成用インクの階調値として対応づける。そのため、図５（Ａ）に示した単位格子ＵＧ６については、図５（Ｂ）に示すように、形成用インクの階調値が１４５％であることが対応付けられる。
【００４４】
第１急斜面処理では、更に、コンピューター２００は、第１単位格子に隣接し、第１単位格子の階調値の調整元となった第２単位格子に対しては、１００％以下となる支持用インクの階調値を対応付ける。具体的には、コンピューター２００は、１００％から第２単位格子の残存体積Ｖｐを差し引いた値を、第２単位格子の支持用インクの階調値として対応付ける。そのため、図５（Ａ）に示した単位格子ＵＧ５については、図５（Ｂ）に示すように、支持用インクの階調値が５５％であることが対応付けられる。なお、コンピューター２００は、対象単位格子（第２単位格子）のＸ方向およびＹ方向の内側に隣接する単位格子のうち、対象ポリゴンの法線ベクトルＮのＸ成分とＹ成分の大きさを比較して、より大きな成分の方向に隣接する単位格子を第１単位格子として特定する。
【００４５】
この第１急斜面処理では、コンピューター２００は、第２単位格子の上側に隣接する単位格子については、その単位格子の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、支持用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。また、残存体積Ｖｐが閾値（本実施形態では５０％）以上の単位格子に対しては、形成用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。図５（Ｂ）には、以上のようにして第１急斜面処理によって各単位格子ＵＧについて階調値が決定された様子を示している。この図５（Ｂ）に示した階調値に基づいて、三次元造形装置１００によって三次元物体が造形されると、図５（Ｃ）に示すように、１００％を超える形成用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ６から、１００％以下の支持用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ５に対して、形成用インクが流れ込む。すると、支持用インクの下方に形成用インクが重力によって入り込むことによって、物体の上側の急斜面に段差が生じることが抑制される。つまり、第１急斜面処理でも、第１緩斜面処理と同様に、１つの単位格子ＵＧ５に対して傾斜が形成されるように第１単位格子と第２単位格子の階調値がそれぞれ調整される。
【００４６】
ここで説明図を図３に戻す。上記ステップＳ３０８における判断の結果、対象ポリゴンの向く方向が下側の場合には、コンピューター２００は、第２傾斜形成データ処理を実行する（ステップＳ３１８）。コンピューター２００は、第２傾斜形成データ処理を開始すると、まず、対象ポリゴンの斜面の状態が、急斜面か緩斜面かを判断する（ステップＳ３２０）。第２傾斜形成データ処理では、対象ポリゴンが対象単位格子の上面と下面とを通る、という第２急斜面条件を満たす場合に、コンピューター２００は、対象ポリゴンが急斜面であると判断する。一方、対象ポリゴンと対象単位格子の関係が上記第２急斜面条件を満たさない場合に、コンピューター２００は、対象ポリゴンが緩斜面であると判断する。なお、本実施形態では、第１急斜面条件と第２急斜面条件とは同じである。
【００４７】
上記ステップＳ３２０において、対象ポリゴンが緩斜面と判断された場合には、コンピューター２００は、第２緩斜面処理を実行する（ステップＳ３２２）。一方、対象ポリゴンが急斜面と判断された場合には、コンピューター２００は、第２急斜面処理を実行する（ステップＳ３２４）。
【００４８】
図６は、第２緩斜面処理の処理内容を説明するための図である。図６（Ａ）には、ＸＹ平面に沿ってＸ方向に連続して隣接した４つの単位格子ＵＧを示しており、その４つの単位格子ＵＧをポリゴンＰＧ３が通過している様子を示している。ポリゴンＰＧ３は、ＸＺ平面に垂直であるものとする。ポリゴンＰＧ３の法線ベクトルＮのＺ成分Ｎｚは、マイナスの値であるため、図６（Ａ）に示したポリゴンＰＧ３の向く方向は下側である。−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１１，ＵＧ１２，ＵＧ１３，ＵＧ１４は、ポリゴンＰＧ３によって切断された場合に、それぞれ、残存体積Ｖｐは、９５％、７０％、３０％、５％となる。
【００４９】
第２緩斜面処理では、コンピューター２００は、対象単位格子（図６の場合には、単位格子ＵＧ１２）が、残存体積Ｖｐが所定の閾値（本実施形態では５０％）以上となるＸ方向またはＹ方向について最も外側の単位格子である場合に、１００％以下の形成用インクの階調値を対応付ける。第２緩斜面処理においても、形成用インクの階調値を調整する単位格子のことを、「第１単位格子」という。第２緩斜面処理では、第１単位格子の残存体積Ｖｐの値を、そのまま、形成用インクの階調値として第１単位格子に対応付ける。そのため、図６（Ａ）に示した単位格子ＵＧ１２については、図６（Ｂ）に示すように、形成用インクの階調値が７０％であることが対応付けられる。
【００５０】
第２緩斜面処理では、更に、コンピューター２００は、第１単位格子のＸ方向またはＹ方向の外側に隣接する第２単位格子（図６（Ａ）における単位格子ＵＧ１３）に、１００％を超える支持用インクの階調値を対応づける。具体的には、コンピューター２００は、第２単位格子の残存体積Ｖｐの値に、１００％を加えた値を、第２単位格子の支持用インクの階調値として対応づける。そのため、図６（Ａ）に示した単位格子ＵＧ１３については、図６（Ｂ）に示すように、支持用インクの階調値が１３０％であることが対応付けられる。なお、コンピューター２００は、第１単位格子のＸ方向およびＹ方向の外側に隣接する単位格子のうち、対象ポリゴンの法線ベクトルＮのＸ成分とＹ成分の大きさを比較して、より大きな成分の方向に隣接する単位格子を第２単位格子として特定する。
【００５１】
この第２緩斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子ＵＧ１２のＸ方向またはＹ方向の内側に隣接する単位格子ＵＧ１１については、その単位格子ＵＧ１１の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、形成用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。また、第２単位格子ＵＧ１３のＸ方向またはＹ方向の外側に隣接する単位格子ＵＧ１４については、その単位格子ＵＧ１４の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、支持用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。
【００５２】
図６（Ｂ）には、以上のようにして第２緩斜面処理によって各単位格子ＵＧについて階調値が決定された様子を示している。この図６（Ｂ）に示した階調値に基づいて、三次元造形装置１００によって三次元物体が造形されると、図６（Ｃ）に示すように、１００％を超える支持用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ１３から、１００％以下の形成用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ１２に対して、支持用インクが流れ込む。すると、形成用インクの下方に支持用インクが重力によって入り込むことによって、物体の下側の緩斜面に段差が生じることが抑制される。つまり、第２緩斜面処理でも、第１緩斜面処理と同様に、１つの単位格子ＵＧ１２に対して傾斜が形成されるように第１単位格子と第２単位格子の階調値がそれぞれ調整される。
【００５３】
図７は、第２急斜面処理の処理内容を説明するための図である。図７（Ａ）には、Ｘ方向に３つ、Ｚ方向に８つ分の単位格子ＵＧを示しており、Ｘ方向中央の上から７つ分の単位格子ＵＧと、最も−Ｘ方向側で最も下方の単位格子ＵＧとをポリゴンＰＧ４が通過している様子を示している。ポリゴンＰＧ４は、ＸＺ平面に垂直であるものとする。ポリゴンＰＧ４の法線ベクトルＮのＺ成分は、マイナスの値であるため、図７（Ａ）に示したポリゴンＰＧ４の向く方向は下面である。Ｘ方向中央の上から７つ分の単位格子ＵＧは、ポリゴンＰＧ４によって切断された場合に、それぞれ、残存体積Ｖｐは、６５％、５５％、４５％、３５％、２５％、１５％、１０％となる。
【００５４】
第２急斜面処理では、コンピューター２００は、対象単位格子（図７の場合には、単位格子ＵＧ１５）の下方に隣接する単位格子の残存体積Ｖｐが所定の閾値（本実施形態では５０％）未満であり、対象単位格子の残存体積Ｖｐが前記閾値以上の場合に、対象単位格子に、１００％以下の形成用インクの階調値を対応付ける。第１急斜面処理と同様に、形成用インクの階調値を調整する単位格子のことを「第１単位格子」という。第２急斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子の残存体積Ｖｐの値（５５％）を、そのまま、形成用インクの階調値として第１単位格子に対応付ける。そのため、図７（Ａ）に示した単位格子ＵＧ１５については、図７（Ｂ）に示すように、形成用インクの階調値が５５％であることが対応付けられる。
【００５５】
第２急斜面処理では、更に、コンピューター２００は、第１単位格子にＸ方向またはＹ方向の外側に隣接する第２単位格子（図７（Ａ）における単位格子ＵＧ１６）に、１００％を超える支持用インクの階調値を対応付ける。具体的には、コンピューター２００は、１００％から第１単位格子の残存体積Ｖｐを差し引いた値に１００％を加えた値を、第２単位格子の支持用インクの階調値として対応付ける。そのため、図７（Ａ）に示した単位格子ＵＧ１６については、図７（Ｂ）に示すように、支持用インクの階調値が１４５％であることが対応付けられる。なお、コンピューター２００は、第１単位格子のＸ方向およびＹ方向の外側に隣接する単位格子のうち、対象ポリゴンの法線ベクトルＮのＸ成分とＹ成分の大きさを比較して、より大きな成分の方向に隣接する単位格子を第２単位格子として特定する。
【００５６】
この第２急斜面処理では、コンピューター２００は、第１単位格子の上側に隣接する単位格子については、その単位格子の残存体積Ｖｐの値にかかわらず、形成用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。また、残存体積Ｖｐが閾値未満の単位格子に対しては、支持用インクの階調値が１００％であることを対応付ける。図７（Ｂ）には、以上のようにして第２急斜面処理により各単位格子ＵＧについて階調値が決定された様子を示している。この図７（Ｂ）に示した階調値に基づいて、三次元造形装置１００によって三次元物体が造形されると、図７（Ｃ）に示すように、１００％を超える支持用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ１６から、１００％以下の形成用インクの階調値を対応付けた単位格子ＵＧ１５に対して、支持用インクが流れ込む。すると、形成用インクの下方に支持用インクが重力によって入り込むことによって、物体の下側の急斜面に段差が生じることが抑制される。つまり、第２急斜面処理でも、第１緩斜面処理と同様に、１つの単位格子ＵＧ１５に対して傾斜が形成されるように第１単位格子と第２単位格子の階調値がそれぞれ調整される。
【００５７】
説明を再度、図３に戻す。上記ステップＳ３０６における二値化、ステップＳ３１４における第１緩斜面処理、ステップＳ３１６における第１急斜面処理、ステップＳ３２２における第２緩斜面処理、ステップＳ３２４における第２急斜面処理のいずれかが、対象単位格子に対して終了すると、コンピューター２００は、全ての単位格子について上述した処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ３２６）。全ての単位格子について上述した処理が終了していれば、コンピューター２００は、当該階調値調整処理を終了する。一方、全ての単位格子について上述した処理が終了していなければ、処理をステップＳ３０２に戻して、残りの単位格子について、上述した処理を繰り返す。
【００５８】
以上で説明した階調値調整処理が終了すると、三次元造形装置１００は、コンピューター２００から各層の断面データを取得し、上述した手法によって、断面体を１層ずつ積層していくことで、三次元物体を造形する（図２のステップＳ４００）。このステップＳ４００では、三次元造形装置１００の制御部７０は、ヘッド部５０を制御して、上述した第１傾斜形成データ処理によって階調値が調整された第１単位格子および第２単位格子について、それらの単位格子に対応付けられた階調値に従って第１傾斜形成処理を実行する。第１傾斜形成処理では、図４（Ｃ）または図５（Ｃ）に示したように、第１単位格子に形成用インクが第１単位格子の空間体積以上の量、吐出され、第２単位格子に支持用インクが第２単位格子の空間体積未満の量、吐出される。
【００５９】
また、上記ステップＳ４００では、三次元造形装置１００の制御部７０は、ヘッド部５０を制御して、上述した第２傾斜形成データ処理によって階調値が調整された第１単位格子および第２単位格子について、それらの単位格子に対応付けられた階調値に従って第２傾斜形成処理を実行する。第２傾斜形成処理では、図６（Ｃ）または図７（Ｃ）に示したように、第１単位格子に形成用インクが第１単位格子の空間体積未満の量、吐出され、第２単位格子に支持用インクが第２単位格子の空間体積以上の量、吐出される。
【００６０】
なお、粉体を用いて物体を造形する本実施形態の場合、単位格子ＵＧの「空間体積」とは、単位格子ＵＧの体積から、そこに含まれている粉体の体積を除いた体積である。階調値が１００％の場合には、その空間体積をほぼ満たすように形成用インクまたは支持用インクが吐出される。
【００６１】
以上で説明した本実施例の三次元造形装置１００によれば、形成用インクが吐出される第１単位格子からＸ方向またはＹ方向に隣り合う第２単位格子へ形成用インクを流し込むか、または、支持用インクが吐出される第２単位格子からＸ方向またはＹ方向に隣り合う第１単位格子へ支持用インクを流し込むことができる。そのため、Ｘ方向またはＹ方向に隣り合う第１単位格子と第２単位格子との間に傾斜を形成することができる。この結果、物体の傾斜面に段差が生じることが抑制されるので、三次元物体の造形品位を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態によれば、形成用インクが吐出される第１単位格子と、支持用インクが吐出される第２単位格子とが、物体の積層方向側に存在する場合（図４，５参照）には、第１単位格子から形成用インクを第２単位格子に流し込む第１傾斜形成処理が実行される。これに対して、第１単位格子と第２単位格子とが、物体の積層方向とは逆側に存在する場合（図６，７参照）には、第２単位格子から支持用インクを第１単位格子に流し込む第２傾斜形成処理が実行される。そのため、第１単位格子と第２単位格子とが存在する部位が物体の積層方向側かその逆側かに応じて、適切に、傾斜を形成することができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、図４や図６に示したように、第１単位格子と第２単位格子とを同一のポリゴンが通過する場合において、第１単位格子に吐出される形成用インクの量と、第２単位格子に吐出される支持用インクの量とは、第１単位格子と第２単位格子とを、そのポリゴンによって切断した場合の第１単位格子と第２単位格子との残存体積に応じてそれぞれ決定される。従って、第１単位格子および第２単位格子と、ポリゴンとの位置関係に応じて、段差を抑制するための支持用インクの量と形成用インクの量とが決定されることになり、緩斜面において段差が発生することを、より効果的に抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、図５や図７に示したように、第１単位格子と第２単位格子との一方をポリゴンが通る場合において、第１単位格子に吐出される形成用インクの量と、第２単位格子に吐出される支持用インクの量とは、第１単位格子と第２単位格子とのうち、ポリゴンが通る側の単位格子をそのポリゴンによって切断した場合の単位格子の残存体積に応じて決定される。従って、第１単位格子または第２単位格子と、ポリゴンとの位置関係に応じて、段差を抑制するための支持用インクの量と形成用インクの量とが決定されることになり、急斜面において段差が発生することを、より効果的に抑制することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、第１緩斜面処理、第１急斜面処理、第２緩斜面処理、および、第２急斜面処理では、第１単位格子に対応付ける形成用インクの階調値と、第２単位格子に対応付ける支持用インクの階調値の合計は、図４〜７からも明らかなように、いずれも２００％となる。そのため、これらの階調値に基づいて、第１傾斜形成処理および第２傾斜形成処理が実行されると、第１単位格子に吐出させる形成用インクの量と第２単位格子に吐出させる支持用インクの量との合計は、第１単位格子の空間体積と第２単位格子の空間体積との合計と同じになる。そのため、造形後の物体における第１単位格子の体積と第２単位格子の体積とを均一化することができるので、物体の造形品位を向上させることができる。
【００６６】
Ｂ．第２実施形態：
上記第１実施形態では、三次元物体の形状を表す三次元データが、ポリゴンデータによって表されている。これに対して、第２実施形態では、三次元データが、断面毎のビットマップデータによって表されている。第２実施形態における三次元造形装置１００およびコンピューター２００の構成は、第１実施形態と同じである。
【００６７】
第２実施形態において、図２に示した三次元造形処理のステップＳ１００では、コンピューター２００は、断面毎のビットマップデータによって表された三次元データを取得する。続いて、図２のステップＳ２００におけるデータ変換処理では、第２実施形態では、コンピューター２００は、図８に示すデータ変換処理を実行する。
【００６８】
図８は、第２実施形態におけるデータ変換処理のフローチャートである。このデータ変換処理では、まず、コンピューター２００は、三次元データのＸＹ方向の解像度（ＸＹ入力解像度）と、三次元造形装置１００のＸＹ方向における造形解像度（ＸＹ造形解像度）とを比較し、ＸＹ入力解像度の方がＸＹ造形解像度よりも高いか否かを判断する（ステップＳ２１２）。ＸＹ入力解像度の方がＸＹ造形解像度よりも高いと判断すると（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、コンピューター２００は、全ての断面のビットマップデータに対して、一般的な平滑化処理を施して、各断面のビットマップデータの解像度をＸＹ造形解像度に一致させる（ステップＳ２１４）。これに対して、ＸＹ入力解像度の方がＸＹ造形解像度よりも低いと判断すると（ステップＳ２１２：ＮＯ）、コンピューター２００は、全ての断面のビットマップデータに対して、一般的な画像処理技術における補間処理および平滑化処理を施し、各断面のビットマップデータの解像度をＸＹ造形解像度に一致させる（ステップＳ２１６）。
【００６９】
続いて、コンピューター２００は、三次元データの高さ方向のピッチ（以下、積層ピッチという）が、三次元造形装置１００のＺ方向の造形解像度（以下、Ｚ解像度という）に一致しているか否かを判断する（ステップＳ２１８）。積層ピッチがＺ解像度に一致していると判断すると（ステップＳ２１８：ＹＥＳ）、コンピューター２００は、当該データ変換処理を終了する。
【００７０】
上記ステップＳ２１８において、積層ピッチがＺ解像度に一致していないと判断すると（ステップＳ２１８：ＮＯ）、コンピューター２００は、積層ピッチがＺ解像度よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２２２）。積層ピッチがＺ解像度よりも大きいと判断すると（ステップＳ２２２：ＹＥＳ）、コンピューター２００は、そのピッチの相違に応じて断面間の補間を行い、断面の数を増加させ、積層ピッチとＺ解像度とを一致させる（ステップＳ２２４）。これに対して、積層ピッチがＺ解像度よりも小さいと判断すると（ステップＳ２２２：ＮＯ）、コンピューター２００は、断面データの間引きを行って、断面の数を減少させ、積層ピッチとＺ解像度とを一致させる（ステップＳ２２６）。上記ステップＳ２２４あるいはステップＳ２２６の処理が完了すると、コンピューター２００は、当該データ変換処理を終了する。
【００７１】
第２実施形態では、ステップＳ２１４やステップＳ２１６において行われた平滑化処理によって、物体の最も外側の座標（単位格子）の階調値が、０％から１００％のいずれかの値になる。そこで、第２実施形態では、図２に示したステップＳ３００における階調値調整処理では、図４〜７に示した残存体積Ｖｐではなく、平滑化処理によって得られた階調値に基づいて、第１単位格子および第２単位格子の階調値が調整される。ただし、第２実施形態では、ポリゴンが存在しないため、図３におけるステップＳ３０４およびステップＳ３０６の処理は省略する。また、ステップＳ３０８では、対象単位格子に外接する面を求め、その面の法線ベクトルのＺ成分が上向きの場合に、ステップＳ３１０の第１傾斜形成データ処理を実行し、下向きの場合に、ステップＳ３１８の第２傾斜形成データ処理を実行する。
【００７２】
以上で説明した第２実施形態によれば、三次元データが、断面毎のビットマップデータによって表されている場合にも、第１実施形態と同様に、段差の発生を抑制することができる。なお、第２実施形態におけるデータ変換処理は、後述する第４〜６実施形態に対しても適用可能である。
【００７３】
Ｃ．第３実施形態：
上記第２実施形態では、三次元物体の形状を表す三次元データが、断面毎のビットマップデータによって表されている。これに対して、第３実施形態では、三次元データが、断面毎のベクトルデータによって表されている。第３実施形態における三次元造形装置１００およびコンピューター２００の構成は、第１実施形態と同じである。
【００７４】
第３実施形態において、図２に示した三次元造形処理のステップＳ１００では、コンピューター２００は、断面毎のベクトルデータによって表された三次元データを取得する。続いて、図２のステップＳ２００におけるデータ変換処理では、第２実施形態では、コンピューター２００は、図９に示すデータ変換処理を実行する。
【００７５】
図９は、第３実施形態におけるデータ変換処理のフローチャートである。このデータ変換処理では、まず、コンピューター２００は、読み込んだ三次元データの全ての断面について、一般的な画像処理技術におけるラスター変換および平滑化を行う（ステップＳ２６２）。
【００７６】
ラスター変換および平滑化を行うと、コンピューター２００は、第２実施形態におけるステップＳ２１８，Ｓ２２２〜Ｓ２２６と同様の処理を行うことにより、断面の補間や断面の間引きを行う（ステップＳ２６４，Ｓ２６８〜Ｓ２７２）。以上の処理が完了すると、コンピューター２００は、当該データ変換処理を終了する。
【００７７】
第３実施形態では、ステップＳ２６２において行われた平滑化処理によって、物体の最も外側の座標（単位格子）の階調値が、０％から１００％のいずれかの値になる。そこで、第３実施形態では、第２実施形態と同様に、図２に示したステップＳ３００における階調値調整処理では、図４〜７に示した残存体積Ｖｐではなく、平滑化処理によって得られた階調値に基づいて、第１単位格子および第２単位格子の階調値が調整される。また、第３実施形態においてもポリゴンが存在しないため、第２実施形態と同様に、図３におけるステップＳ３０４およびステップＳ３０６の処理は省略する。また、ステップＳ３０８では、対象単位格子に外接する面を求め、その面の法線ベクトルのＺ成分が上向きの場合に、ステップＳ３１０の第１傾斜形成データ処理を実行し、下向きの場合に、ステップＳ３１８の第２傾斜形成データ処理を実行する。
【００７８】
以上で説明した第３実施形態によれば、三次元データが、断面毎のベクトルデータによって表されている場合にも、第１実施形態と同様に、段差の発生を抑制することができる。なお、第３実施形態におけるデータ変換処理は、後述する第４〜６実施形態に対しても適用可能である。
【００７９】
Ｄ．第４実施形態：
図１０は、第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。第１実施形態の三次元造形装置１００は、造形部１０内に供給された粉体に対して硬化液を吐出することによって三次元物体を造形する。これに対して、第４実施形態の三次元造形装置１００ａは、粉体を用いることなく、樹脂を含有する硬化液のみによって三次元物体を造形する。
【００８０】
三次元造形装置１００ａは、造形部１０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。造形部１０は、第１実施形態と同様に、造形ステージ１１と枠体１２とアクチュエーター１３とを備えている。ただし、枠体１２は省略してもよい。ヘッド部５０には、タンク５１が接続されている。硬化エネルギー付与部６０は、本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とを備えている。つまり、三次元造形装置１００ａは、多くの部分で第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と共通しており、第１実施形態の三次元造形装置１００から、粉体供給部２０と平坦化機構３０と粉体回収部４０とを省略した構成となっている。
【００８１】
このような三次元造形装置１００ａであっても、粉体層を形成する処理を除き、第１実施形態の三次元造形装置１００と同様の処理によって三次元物体を造形することができる。なお、本実施形態の場合、粉体を用いないため、単位格子ＵＧの空間体積と単位格子ＵＧの体積とは一致する。そのため、階調値が１００％の場合には、単位格子ＵＧの体積とほぼ等しくなるように形成用インクまたは支持用インクが吐出される。
【００８２】
Ｅ．第５実施形態：
上記第１実施形態では、Ｘ方向またはＹ方向に隣り合う２つの単位格子（第１単位格子および第２単位格子）のそれぞれの階調値を調整することによって、段差の発生を抑制している。これに対して、第５実施形態では、１つの単位格子内に形成用インクと支持用インクとを両方、吐出することによって段差の発生を抑制する。
【００８３】
第５実施形態における三次元造形装置１００およびコンピューター２００の構成は、第１実施形態と同じである。ただし、第５実施形態では、三次元造形装置１００の制御部７０は、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ複数の単位格子について、それら複数の単位格子のそれぞれに吐出する形成用インクの量および支持用インクの量の少なくとも一方を、それらの単位格子のそれぞれのＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増させることにより、ＸＹ平面に対して傾斜する物体の傾斜面を形成する機能を有する。
【００８４】
第５実施形態においても、コンピューター２００および三次元造形装置１００によって、図２に示した三次元造形処理と、図３に示した階調値調整処理とが実行される。ただし、第５実施形態では、図３に示した階調値調整処理における第１緩斜面処理（ステップＳ３１４）の処理内容と第２緩斜面処理（ステップＳ３２２）の処理内容とが第１実施形態と異なる。
【００８５】
図１１は、第５実施形態における第１緩斜面処理の処理内容を説明する図である。図１１（Ａ）は、図４（Ａ）と同じように、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ４つの単位格子ＵＧとポリゴンＰＧ１との位置関係を示している。図１１（Ａ）に示した例では、−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１，ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４が、ポリゴンＰＧ１によって切断された場合に、それぞれの残存体積Ｖｐが、５％、３０％、７０％、９５％と漸増している。本実施形態では、図１１（Ｂ）に示すように、コンピューター２００は、それらの残存体積Ｖｐの値を、そのまま、それらの単位格子の形成用インクの階調値として対応付ける。また、コンピューター２００は、１００％から、残存体積Ｖｐの値を差し引いた値を、それぞれの単位格子の支持用インクの階調値として対応付ける。そのため、第５実施形態では、各単位格子ＵＧに対して、形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とが両方対応付けられる。
【００８６】
上述した第１緩斜面処理によって、各単位格子ＵＧに対して、形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とが両方対応付けられた場合、三次元造形装置１００の制御部７０は、第１傾斜形成処理において、ヘッド部５０を制御して、１つの単位格子に、まず、形成用インクを指定された階調値に応じた量、吐出し、その後、支持用インクを、その単位格子に、指定された階調値に応じた量、吐出する。すると、単位格子ＵＧ１，ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４のそれぞれに吐出する形成用インクの量および支持用インクの量が、それぞれの単位格子のＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増するため、図１１（Ｃ）に示すように、ＸＹ平面に対して傾斜する物体の傾斜面に明確な段差が生じることを抑制することができる。
【００８７】
図１２は、第５実施形態における第２緩斜面処理の処理内容を説明する図である。図１２（Ａ）は、図６（Ａ）と同じように、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ４つの単位格子ＵＧとポリゴンＰＧ３との位置関係を示している。図１２（Ａ）に示した例では、−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１１，ＵＧ１２，ＵＧ１３，ＵＧ１４が、ポリゴンＰＧ３によって切断された場合に、それぞれの残存体積Ｖｐが、９５％、７０％、３０％、５％と漸減している。本実施形態では、図１２（Ｂ）に示すように、コンピューター２００は、それらの残存体積Ｖｐの値を、そのまま、それらの単位格子ＵＧの形成用インクの階調値として対応付ける。また、コンピューター２００は、１００％から、残存体積Ｖｐの値を差し引いた値を、それぞれの単位格子ＵＧの支持用インクの階調値として対応付ける。
【００８８】
上述した第２緩斜面処理によって、各単位格子ＵＧに対して、形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とが両方対応付けられた場合、三次元造形装置１００の制御部７０は、第２傾斜形成処理において、ヘッド部５０を制御して、１つの単位格子に、まず、支持用インクを指定された階調値に応じた量、吐出し、その後、形成用インクを、その単位格子に、指定された階調値に応じた量、吐出する。すると、単位格子ＵＧ１１，ＵＧ１２，ＵＧ１３，ＵＧ１４のそれぞれに吐出する形成用インクの量および支持用インクの量が、それぞれの単位格子のＸＹ平面に沿った位置に応じて漸減又は漸増する。この結果、図１２（Ｃ）に示すように、ＸＹ平面に対して傾斜する物体の傾斜面に明確な段差が生じることを抑制することができる。
【００８９】
Ｆ．第６実施形態：
上記第５実施形態では、各単位格子ＵＧに対して対応付ける支持用インクの階調値と形成用インクの階調値との合計が１００％になるように、それらの値を調整している。これに対して、第６実施形態では、支持用インクと形成用インクの一方の階調値を一定の値とする。
【００９０】
第６実施形態におけるコンピューター２００の構成は、第１実施形態と同じである。しかし、第６実施形態では、三次元造形装置として、図１０に示した第４実施形態の三次元造形装置１００ａを用いる。つまり、第６実施形態では、粉体を用いることなく、硬化液のみによって物体の造形を行う。本実施形態の三次元造形装置１００ａには、断面体の上面を切削するためのエンドミル等の切削器８０（図１０参照）が備えられている。
【００９１】
第６実施形態においても、図２に示した三次元造形処理と、図３に示した階調値調整処理とが実行される。ただし、第６実施形態では、図３に示した階調値調整処理における第１緩斜面処理（ステップＳ３１４）の処理内容と第２緩斜面処理（ステップＳ３２２）の処理内容とが、第１実施形態および第５実施形態と異なる。
【００９２】
図１３は、第６実施形態における第１緩斜面処理の処理内容を説明する図である。図１３（Ａ）は、図１１（Ａ）と同じように、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ４つの単位格子ＵＧとポリゴンＰＧ１との位置関係を示している。図１３（Ａ）に示した例では、−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１，ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４が、ポリゴンＰＧ１によって切断された場合に、それぞれの残存体積Ｖｐが、５％、３０％、７０％、９５％と漸増している。本実施形態では、図１３（Ｂ）に示すように、コンピューター２００は、それらの残存体積Ｖｐの値を、そのまま、それらの単位格子ＵＧの形成用インクの階調値として対応付ける。更に、コンピューター２００は、各単位格子ＵＧに、形成用インクの階調値に加えて、支持用インクの階調値として一定量（本実施形態では１００％）の階調値を対応付ける。なお、支持用インクの階調値として対応付ける一定量の値は、１００％以上でもよく、また、形成用インクの最小吐出量との合計が１００％以上となる量であれば、１００％以下であってもよい。
【００９３】
上述した第１緩斜面処理によって、各単位格子ＵＧに対して、形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とが両方対応付けられた場合、三次元造形装置１００ａの制御部７０は、第１傾斜形成処理において、ヘッド部５０を制御して、１つの単位格子ＵＧに、まず、形成用インクを指定された階調値に応じた量、吐出し、その後、支持用インクを、その単位格子に、指定された階調値（１００％）に応じた量、吐出する。すると、本実施形態では、図１３（Ｂ）に示すように、支持用インクの吐出後には、支持用インクが上方に向けて単位格子からはみ出すことになる。本実施形態では、形成用インクおよび支持用インクを吐出した後、現在形成中の断面体が完成した後に、制御部７０は、切削器８０を制御して、断面体の高さが積層ピッチの高さに一致するように、均一に切削する。すると、図１３（Ｃ）に示すように、断面体の上方にはみ出した支持用インクが切除される。
【００９４】
図１４は、第６実施形態における第２緩斜面処理の処理内容を説明する図である。図１４（Ａ）は、図１２（Ａ）と同じように、ＸＹ平面に沿って連続して並ぶ４つの単位格子ＵＧとポリゴンＰＧ３との位置関係を示している。図１４（Ａ）に示した例では、−Ｘ側から＋Ｘ側に順に並ぶ４つの単位格子ＵＧ１１，ＵＧ１２，ＵＧ１３，ＵＧ１４が、ポリゴンＰＧ３によって切断された場合に、それぞれの残存体積Ｖｐが、９５％、７０％、３０％、５％と漸減している。本実施形態では、図１４（Ｂ）に示すように、コンピューター２００は、１００％からそれらの残存体積Ｖｐの値を差し引いた値を、それらの単位格子ＵＧの支持用インクの階調値として対応付ける。また、コンピューター２００は、それぞれの単位格子ＵＧに、形成用インクの階調値として一定量（本実施形態では１００％）の階調値を対応付ける。なお、形成用インクの階調値として対応付ける一定量の値は、１００％以上でもよく、また、支持用インクの最小吐出量との合計が１００％以上となる量であれば、１００％以下であってもよい。
【００９５】
上述した第２緩斜面処理によって、各単位格子ＵＧに対して、形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とが両方対応付けられた場合、三次元造形装置１００ａの制御部７０は、第２傾斜形成処理において、ヘッド部５０を制御して、１つの単位格子ＵＧに、まず、支持用インクを指定された階調値に応じた量、吐出し、その後、形成用インクを、その単位格子に、指定された階調値（１００％）に応じた量、吐出する。すると、本実施形態では、図１４（Ｂ）に示すように、形成用インク吐出後には、形成用インクが上方に向けて単位格子からはみ出すことになる。本実施形態では、支持用インクおよび形成用インクを吐出した後、現在形成中の断面体が完成した後に、制御部７０は、切削器８０を制御して、断面体の高さが積層ピッチの高さに一致するように、均一に切削する。すると、図１４（Ｃ）に示すように、断面体の上方にはみ出した形成用インクが切除される。
【００９６】
以上で説明した第６実施形態によれば、形成用インクまたは支持用インクのいずれか一方の吐出量を調整しなくてもよいため、三次元造形装置１００ａおよびコンピューター２００の少なくとも一方の処理負担を軽減することができる。また、各インクを吐出した後に、切削器８０によって断面体の積層ピッチを均一化するので、支持用インクあるいは形成用インクの吐出量を正確に調整できない場合であっても、物体の上面側や下面側に段差が生じることを抑制しつつ、最終的に造形される物体の造形品位を高めることができる。
【００９７】
Ｇ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態では、単位格子をポリゴンによって切断した場合の残存体積に基づいて、第１単位格子と第２単位格子とに対応付ける形成用インクの階調値と支持用インクの階調値とを調整している。これに対して、第１単位格子と第２単位格子とに対応付ける階調値の値は、予め定められた値としてもよい。例えば、第１傾斜形成データ処理では、残存体積Ｖｐにかかわらず、第１単位格子に対して、形成用インクの階調値を１４０％と対応付け、第２単位格子に対しては、支持用インクの階調値を６０％と対応付ける。また、第２傾斜形成データ処理では、残存体積Ｖｐにかかわらず、第１単位格子に対して、形成用インクの階調値を６０％と対応付け、第２単位格子に対して、支持用インクの階調値を１４０％と対応付ける。このように、第１単位格子と第２単位格子とに対応付ける階調値の値を、予め定められた値としても、物体の上面あるいは下面に段差が形成されることを抑制することが可能である。
【００９８】
＜第２変形例＞
上記実施形態において、第１傾斜形成データ処理および第１傾斜形成処理と、第２傾斜形成データ処理および第２傾斜形成処理とは、どちらか一方のみを行ってもよい。また、第１緩斜面処理と第１急斜面処理とは、どちらか一方のみを行ってもよい。また、第２緩斜面処理と第２急斜面処理とは、どちらか一方のみを行ってもよい。
【００９９】
＜第３変形例＞
上記実施形態において、ヘッド部５０から吐出させる形成用インクおよび支持用インクの吐出量は、ヘッド部５０のインク吐出量の調整能力に応じて、段階的な量としてもよい。具体的には、例えば、制御部７０は、ビットマップデータによって階調値を指定された際に、指定された階調値に対応する硬化液の量を、予め定められた種類の量の中から最も近い量に近似する。例えば、ヘッド部５０から吐出可能な硬化液の量が、０％、２５％、５０％、７５％、１００％，１２５％，１５０％の、７種類であれば、制御部７０は、これら５種類の硬化液の量の中から、指定された階調値に最も近い量を選択する。こうすることによっても、段差の発生を抑制することは可能である。
【０１００】
＜第４変形例＞
上記実施形態において、一つの単位格子に対して吐出する同一種類のインクの吐出量が１００％を超えるような場合には、同一の単位格子に、複数回、インクを吐出することによって、指定された量のインクの吐出を実現してもよい。
【０１０１】
＜第５変形例＞
上記実施形態では、造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、ヘッド部５０が相対的にＺ方向に移動する。これに対して、造形ステージ１１の位置を固定し、ヘッド部５０をＺ方向に直接的に移動させてもよい。また、上記実施形態では、ヘッド部５０がＸ方向およびＹ方向に移動するが、ヘッド部５０のＸ方向およびＹ方向の位置を固定し、造形ステージ１１をＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。
【０１０２】
＜第６変形例＞
上記実施形態では、図２に示した三次元造形処理のうち、ステップＳ１００における三次元データの取得と、ステップＳ２００におけるデータ変換処理と、ステップＳ３００における階調値調整処理とが、コンピューター２００によって実行されている。これに対して、これらのステップは、三次元造形装置１００によって実行されてもよい。つまり、三次元造形装置１００が、単体で、三次元データの取得から三次元物体の造形までのすべてを実行してもよい。また、上記実施形態では、図２に示した三次元造形処理のステップＳ４００の処理が三次元造形装置１００の制御部７０によって実行されている。これに対して、ステップＳ４００の処理は、コンピューター２００が三次元造形装置１００の各部を制御することによって実行してもよい。つまり、コンピューター２００が、三次元造形装置１００の制御部７０の機能を果たしてもよい。
【０１０３】
＜第７変形例＞
上記実施形態では、ヘッド５０は、鉛直方向に沿って硬化液を吐出するが、水平方向あるいはその他の方向に硬化液を吐出して三次元物体を造形してもよい。
【０１０４】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０…造形部
１１…造形ステージ
１２…枠体
１３…アクチュエーター
２０…粉体供給部
３０…平坦化機構
４０…粉体回収部
５０…ヘッド部
５１…タンク
６０…硬化エネルギー付与部
６１…本硬化用発光装置
６２…仮硬化用発光装置
７０…制御部
８０…切削器
１００，１００ａ…三次元造形装置
２００…コンピューター
【図１】
2016185616.tif 000003
【図２】
2016185616.tif 000004
【図３】
2016185616.tif 000005
【図４】
2016185616.tif 000006
【図５】
2016185616.tif 000007
【図６】
2016185616.tif 000008
【図７】
2016185616.tif 000009
【図８】
2016185616.tif 000010
【図９】
2016185616.tif 000011
【図１０】
2016185616.tif 000012
【図１１】
2016185616.tif 000013
【図１２】
2016185616.tif 000014
【図１３】
2016185616.tif 000015
【図１４】
2016185616.tif 000016