(57)【要約】【課題】物体データが表す形状には含まれていない凹凸を形成しない高品質な造形を行う。【解決手段】三次元造形装置１００，２００は：液滴吐出部Ｎｔと；液滴で構成される構造を支持する支持部１１と；支持部１１に対して液滴吐出部Ｎｔを相対移動させられ走査部５２と；制御部２１０，７０と、を備える。液滴吐出部Ｎｔから、同一の基準信号に基づいて液滴を吐出して、モデルを形成する（Ｓ１０）。各液滴吐出部Ｎｔに対応するモデルの複数の部位における液滴の吐出方向の高さを計測する（Ｓ２０）。計測結果に基づき、各液滴吐出部Ｎｔにつき低減すべき液滴の割合を決定する（Ｓ３２）。低減すべき液滴の割合に基づき、各液滴吐出部Ｎｔにつき、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンＰＦを決定する（Ｓ３４）。物体の形状を表す物体データＤｏと、低減パターンＰＦと、に基づき、液滴吐出部Ｎｔから液滴を吐出して、物体を造形する（Ｓ４０）。【選択図】図３
2016137654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出することによって物体を造形する三次元造形装置であって、
それぞれ液滴を吐出することができる複数の液滴吐出部と、
前記液滴によって構成される構造を支持する支持部と、
前記支持部に対して、前記液滴の吐出方向と交わる第１の方向、ならびに前記液滴の吐出方向および前記第１の方向と交わる第２の方向に、前記複数の液滴吐出部を相対的に移動させることができる走査部と、
前記液滴吐出部、前記支持部、および前記走査部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記走査部に前記第１および第２の方向に走査を行わせつつ、前記複数の液滴吐出部から、前記支持部に向かって、同一の基準信号に基づいて前記液滴を吐出することにより、モデルを形成するモデル形成部と、
前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する前記モデルの複数の部位における前記液滴の吐出方向の高さを計測する測定部と、
前記計測の結果に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、低減すべき液滴の割合を決定する割合決定部と、
前記低減すべき液滴の割合に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンを決定するパターン決定部と、
前記走査部に前記第１および第２の方向に走査を行わせつつ、物体の形状を表す物体データと、前記低減パターンと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出して、物体を造形する造形部と、を備え、
前記低減位置は、前記物体データによらず、前記基準信号に基づいて吐出される液滴の量よりも少ない量の液滴を吐出すべき位置である、造形装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、
前記低減パターンは、複数の２次元パターンを含み、
前記複数の２次元パターンのそれぞれは、
一方向が前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する２次元パターンであって、
前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、前記低減位置として、互いに異なる位置を定めており、
前記造形部は、
前記物体データから生成され前記物体の断面の形状を表す断面データと、前記複数の２次元パターンの一つと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出することにより、前記断面の形状を有する板状の構造を形成する第１の処理を、前記複数の２次元パターンのそれぞれを順に適用しつつ、前記物体の複数の断面であって前記断面に垂直な方向に並ぶ異なる断面について、繰り返すことにより、複数の前記板状の構造を重ねて形成する処理を行う、造形装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、
前記第１の処理は、
前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向に走査する処理と、
前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第２の方向に走査する処理と、
を繰り返すことにより、前記第１の方向に並ぶすでに液滴を供給されたラインの隙間のライン上に、液滴を供給しつつ、新たに液滴を供給する領域については、新たに前記第１の方向に並ぶ一本または数本おきのライン上に液滴を供給して、前記板状の構造を形成する処理である、造形装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置であって、
前記第１の処理は、
前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向に走査する処理と、
前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第２の方向に走査する処理と、
を繰り返すことにより、
前記第１の方向に延びるライン上に、異なる液滴吐出部で分担して液滴を供給して、前記板状の構造を形成する処理である、造形装置。
【請求項５】
液滴を吐出することによって物体を造形する方法であって、
（ａ）複数の液滴吐出部から、同一の基準信号に基づいて液滴を吐出することにより、モデルを形成する工程と、
（ｂ）前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する前記モデルの複数の部位における前記液滴の吐出方向の高さを計測する工程と、
（ｃ）前記計測の結果に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、低減すべき液滴の割合を決定する工程と、
（ｄ）前記低減すべき液滴の割合に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンを決定する工程と、
（ｅ）物体の形状を表す物体データと、前記低減パターンと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出して、物体を造形する工程と、を備え、
前記低減位置は、前記物体データによらず、前記基準信号に基づいて吐出される液滴の量よりも少ない量の液滴を吐出すべき位置である、造形方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、
前記低減パターンは、複数の２次元パターンを含み、
前記複数の２次元パターンのそれぞれは、
一方向が前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する２次元パターンであって、
前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、前記低減位置として、互いに異なる位置を定めており、
前記工程（ｅ）は、
（ｅ１）前記物体データから生成され前記物体の断面の形状を表す断面データと、前記複数の２次元パターンの一つと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出することにより、前記断面の形状を有する板状の構造を形成する工程と、
（ｅ２）前記複数の２次元パターンのそれぞれを順に適用しつつ、前記物体の複数の断面であって前記断面に垂直な方向に並ぶ異なる断面について、前記工程（ｅ１）を繰り返すことにより、複数の前記板状の構造を重ねて形成する工程と、を備える、造形方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記工程（ｅ１）は、
（ｅ３）前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を第１の方向に走査する工程と、
（ｅ４）前記工程（ｅ３）の後、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向と交わる第２の方向に走査する工程と、
を繰り返すことにより、前記第１の方向に並ぶすでに液滴を供給されたラインの隙間のライン上に、液滴を供給しつつ、新たに液滴を供給する領域については、新たに前記第１の方向に並ぶ一本または数本おきのライン上に液滴を供給して、前記板状の構造を形成する工程である、造形方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、
前記工程（ｅ１）は、
（ｅ３）前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を第１の方向に走査する工程と、
（ｅ４）前記工程（ｅ３）の後、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向と交わる第２の方向に走査する工程と、
を繰り返すことにより、
前記第１の方向に延びるライン上に、異なる液滴吐出部で分担して液滴を供給して、前記板状の構造を形成する工程である、造形方法。
【請求項９】
コンピューターを使用して三次元造形装置を制御して液滴を吐出させることによって物体を造形させるためのコンピュータープログラムであって、
複数の液滴吐出部から、同一の基準信号に基づいて液滴を吐出することにより、モデルを形成する機能と、
前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する前記モデルの複数の部位における前記液滴の吐出方向の高さを計測する機能と、
前記計測の結果に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、低減すべき液滴の割合を決定する機能と、
前記低減すべき液滴の割合に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンを決定する機能と、
物体の形状を表す物体データと、前記低減パターンと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出して、物体を造形する機能と、
をコンピューターに実現させるための、コンピュータープログラムであり、
前記低減位置は、前記物体データによらず、前記基準信号に基づいて吐出される液滴の量よりも少ない量の液滴を吐出すべき位置である、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、三次元の物体を造形する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、平面上の連続する位置に液滴を吐出して硬化させ、板状の部材を形成して、さらにその上に板状の部材を形成する処理を繰り返すことにより、三次元の物体を造形する技術が存在する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８８８２５７号公報
【特許文献２】特開２０１３−６７１２１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、各液滴の量のばらつきや、硬化処理の際の素材の変形により、物体データが表す形状には含まれていない凹凸が形成されてしまう場合がある。
【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、以下の形態又は適用例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、液滴を吐出することによって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：それぞれ液滴を吐出することができる複数の液滴吐出部と；前記液滴によって構成される構造を支持する支持部と；前記支持部に対して、前記液滴の吐出方向と交わる第１の方向、ならびに前記液滴の吐出方向および前記第１の方向と交わる第２の方向に、前記複数の液滴吐出部を相対的に移動させることができる走査部と；前記液滴吐出部、前記支持部、および前記走査部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は：前記走査部に前記第１および第２の方向に走査を行わせつつ、前記複数の液滴吐出部から、前記支持部に向かって、同一の基準信号に基づいて前記液滴を吐出することにより、モデルを形成するモデル形成部と；前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する前記モデルの複数の部位における前記液滴の吐出方向の高さを計測する測定部と；前記計測の結果に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、低減すべき液滴の割合を決定する割合決定部と；前記低減すべき液滴の割合に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンを決定するパターン決定部と；前記走査部に前記第１および第２の方向に走査を行わせつつ、物体の形状を表す物体データと、前記低減パターンと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出して、物体を造形する造形部と、を備える。
このような態様とすれば、物体データが表す形状には含まれていない凹凸を形成してしまう可能性が低い造形を行うことができる。
【０００７】
上記形態の三次元造形装置において、前記低減位置が、前記物体データによらず、前記基準信号に基づいて吐出される液滴の量よりも少ない量の液滴を吐出すべき位置である、態様とすることができる。このような態様とすれば、指定される液滴の量の差によって、各液滴吐出部から吐出される液滴の量のバラツキを打ち消して、高品質な造形を行うことができる。
【０００８】
なお、上記形態の三次元造形装置において、前記低減位置が、前記物体データによらず、前記液滴吐出部から前記液滴の吐出を行わない位置である、態様とすることができる。このような態様とすれば、指定される液滴を吐出しないことによって、各液滴吐出部から吐出される液滴の量のバラツキを打ち消して、高品質な造形を行うことができる。
【０００９】
（２）上記形態の三次元造形装置において、前記低減パターンが、複数の２次元パターンを含む態様とすることができる。前記複数の２次元パターンのそれぞれは、一方向が前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する２次元パターンであって、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、前記低減位置として、互いに異なる位置を定めている態様とすることができる。前記造形部は、前記物体データから生成され前記物体の断面の形状を表す断面データと、前記複数の２次元パターンの一つと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出することにより、前記断面の形状を有する板状の構造を形成する第１の処理を、前記複数の２次元パターンのそれぞれを順に適用しつつ、前記物体の複数の断面であって前記断面に垂直な方向に並ぶ異なる断面について、繰り返すことにより、複数の前記板状の構造を重ねて形成する処理を行う、態様とすることができる。このような態様とすれば、平面内の互いに異なる位置において液滴の量が低減される。このため、物体の造形における各部の高さの調整に起因した凹凸の発生を低減しつつ、物体データを正確に反映した形状の物体を造形することができる。
【００１０】
（３）上記形態の三次元造形装置において、前記第１の処理は：前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向に走査する処理と；前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第２の方向に走査する処理と；を繰り返すことにより、前記第１の方向に並ぶすでに液滴を供給されたラインの隙間のライン上に、液滴を供給しつつ、新たに液滴を供給する領域については、新たに前記第１の方向に並ぶ一本または数本おきのライン上に液滴を供給して、前記板状の構造を形成する処理である、態様とすることができる。このような態様とすれば、各液滴吐出部が液滴を吐出する場所を分散させることができる。このため、各液滴吐出部の性能のバラツキによる物体上の凹凸の発生を低減することができる。
【００１１】
（４）上記形態の三次元造形装置において、前記第１の処理は：前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させつつ、前記複数の液滴吐出部を前記第１の方向に走査する処理と；前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出させずに、前記複数の液滴吐出部を前記第２の方向に走査する処理と；を繰り返すことにより、前記第１の方向に延びるライン上に、異なる液滴吐出部で分担して液滴を供給して、前記板状の構造を形成する処理である、態様とすることができる。このような態様とすれば、第１の方向に延びる一つのラインに一つの液滴吐出部が液滴を吐出する態様に比べて、各液滴吐出部の性能のバラツキが第１の方向に延びる一つのラインに反映されにくい。このため、各液滴吐出部の性能のバラツキによる物体上の凹凸の発生を低減することができる。
【００１２】
（５）本発明の他の形態によれば、液滴を吐出することによって物体を造形する方法が提供される。この方法は：（ａ）複数の液滴吐出部から、同一の基準信号に基づいて液滴を吐出することにより、モデルを形成する工程と；（ｂ）前記複数の液滴吐出部のそれぞれに対応する前記モデルの複数の部位における前記液滴の吐出方向の高さを計測する工程と；（ｃ）前記計測の結果に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、低減すべき液滴の割合を決定する工程と；（ｄ）前記低減すべき液滴の割合に基づいて、前記複数の液滴吐出部のそれぞれについて、吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンを決定する工程と；（ｅ）物体の形状を表す物体データと、前記低減パターンと、に基づいて、前記複数の液滴吐出部から液滴を吐出して、物体を造形する工程と、を備える。
このような態様としても、物体データに含まれない凹凸を形成してしまう可能性が低い造形を行うことができる。
【００１３】
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
【００１４】
本発明は、装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形方法や三次元造形装置の制御方法、その制御方法を実現する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を記録した一時的でない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】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】ヘッド部５０のピエゾ素子に供給される原駆動信号の例を示す図である。
【図３】本実施形態における三次元物体の造形の処理を説明するフローチャートである。
【図４】モデルＰｔ０の上面のうち最も高い領域の高さを１００％としたときの各領域の高さを示したグラフである。
【図５】調整後の各ノズルが吐出すべき液滴の量の割合を示すグラフである。
【図６】各ノズルについて与えられた信号に基づいて吐出される液滴よりも吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンＰＦを表す図である。
【図７】ステップＳ４４のＸ方向およびＹ方向の走査において、各ノズルが記録するボクセルを示す図である。
【図８】ステップＳ４４のＸ方向およびＹ方向の走査において各ノズルから液滴が吐出され板状の構造Ｐｓが形成される際にどのように２次元パターンＰｄｉが適用されるかを示す図である。
【図９】第２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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての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、測定器８０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。
【００１７】
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。
【００１８】
造形部１０は、上面が開口している容器１０ｃを備える構成であって、容器１０ｃの内部において三次元物体を造形するための構成である。造形部１０は、ＸＹ方向に沿った平坦な上面を有する造形ステージ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。底面を構成する造形ステージ１１と、側面を構成する枠体１２と、によって、容器１０ｃが構成される。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って、造形ステージ１１は、枠体１２内においてＺ方向に移動することができる。容器１０ｃには、三次元物体を構成する材料が供給される。第１実施形態においては、三次元物体の材料として、光硬化性を有する液体（以下、「硬化液」という）と、粉体とが用いられる。
【００１９】
粉体供給部２０は、造形ステージ１１と枠体１２によって構成される容器１０ｃ内に、三次元物体を構成する材料としての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。
【００２０】
平坦化機構３０は、容器１０ｃ内の粉体の上面を水平方向（ＸＹ方向）に移動することによって、容器１０ｃ内の粉体の上面を平坦にし、造形ステージ１１上に粉体層を形成する。平坦化機構３０は、例えば、スキージ（へら）やローラーによって構成される。平坦化機構３０によって容器１０ｃ内の粉体の上面から押し出された粉体は、容器１０ｃに隣接して設けられた粉体回収部４０内に排出される。
【００２１】
三次元物体を構成するための硬化液は、液体の樹脂材料と重合開始剤との混合物である。液体の樹脂材料は、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。樹脂材料のモノマーは比較的低分子量のモノマーが選択されている。樹脂材料の１つのオリゴマーに含まれるモノマーの数は、数分子程度に調整されている。このようにモノマーおよびオリゴマーが調整されているため、硬化液の粘度は、ヘッド部５０から液滴として吐出可能な程度の低い粘度となる。
【００２２】
重合開始剤は、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。硬化液に紫外光が照射されて重合開始剤が励起状態になると、樹脂材料の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する。その結果、硬化液は、速やかに硬化して固体となる。
【００２３】
三次元物体を構成する材料としての粉体の表面には、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ている。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、硬化液の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、容器１０ｃ内の粉体に硬化液が供給されると、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硬化液が接触して、硬化液が硬化する。その結果、硬化液が吐出された部分においては、硬化した硬化液によって粉体同士が結合される。なお、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。
【００２４】
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。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の供給を受ける。制御部７０は、ピエゾ素子に印加する信号の電圧の波形を制御することによって、ヘッド部５０に設けられたノズル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。
【００２５】
図２は、ヘッド部５０のピエゾ素子に供給される原駆動信号の例を示す図である。図２の上段には、二つの原駆動信号ＣＯＭＡ，ＣＯＭＢを示す。図２の上段において、横軸は時間である。図２の上段において、縦軸は電圧である。原駆動信号ＣＯＭＡは、パルスＰ１１とパルスＰ１２とを有している。原駆動信号ＣＯＭＢは、パルスＰ２１とパルスＰ２２とを有している。
【００２６】
パルスＰ１１のみがピエゾ素子に供給された場合には、ノズルからは５ｎｇの液滴が吐出される。パルスＰ１２のみがピエゾ素子に供給された場合には、ノズルからは７．５ｎｇの液滴が吐出される。パルスＰ２１のみがピエゾ素子に供給された場合には、ノズル内の液面のメニスカスは揺動するが、ノズルからは液滴は吐出されない。パルスＰ２２のみがピエゾ素子に供給された場合には、ノズルからは８ｎｇの液滴が吐出される。
【００２７】
原駆動信号ＣＯＭＡ，ＣＯＭＢは、一つのピエゾ素子に供給され得る。より詳細には、原駆動信号ＣＯＭＡ，ＣＯＭＢの前段のパルスＰ１１，Ｐ２１は、選択的に一つのピエゾ素子に供給されうる。そして、原駆動信号ＣＯＭＡ，ＣＯＭＢの後段のパルスＰ１２，Ｐ２２も、選択的に一つのピエゾ素子に供給されうる。前段のパルスの選択と後段のパルスの選択は、独立であり、互いに制限されない。
【００２８】
図２の下段は、ピエゾ素子に供給されるパルスの選択を表す表である。ピエゾ素子に供給されるパルスの選択は、原駆動信号ＣＯＭＡの選択信号Ｓ０，Ｓ１のＯＮ／ＯＦＦと、原駆動信号ＣＯＭＢの選択信号Ｓ０，Ｓ１のＯＮ／ＯＦＦと、の組合せによって決定される。選択信号のＯＮをハッチで示す。本実施形態においては、制御部７０は、パルスＰ２１のみをピエゾ素子に供給する駆動信号（最上段参照）と、パルスＰ２２のみをピエゾ素子に供給する駆動信号（２段目参照）と、パルスＰ１１，１２をピエゾ素子に供給する駆動信号（３段目参照）と、パルスＰ１１，２２をピエゾ素子に供給する駆動信号（４段目参照）と、の４種類の駆動信号を各ピエゾ素子に供給し得る。これらの駆動信号は、それぞれ００，０１，１０，１１の情報で表される。これら４種類の駆動信号により、ノズルからは、０（吐出されず）、８ｎｇ、１２．５ｎｇ、１３ｎｇの液滴が吐出され得る。１３ｎｇの液滴を吐出する駆動信号（１１）を、本明細書において「基準信号」と呼ぶ。本実施形態においては、物体の形成において液滴を吐出する場合には、原則として、基準信号による液滴が使用される。物体に色を付す場合には、色を付された硬化液について、基準信号による１３ｎｇの液滴に加えて、８ｎｇの液滴と１２．５ｎｇの液滴とが使用される。
【００２９】
図１のヘッド部５０に供給される硬化液には、シアン、マゼンタ、またはイエロの色が付されているものと、色が付されていないものとがある。ヘッド部５０は、シアンの色が付された硬化液の液滴を吐出するノズルＮｃのノズル列と、マゼンタの色が付された硬化液の液滴を吐出するノズルＮｍのノズル列と、イエロの色が付された硬化液の液滴を吐出するノズルＮｙのノズル列と、無色の硬化液の液滴を吐出するノズルＮｔのノズル列と、を備える。ノズルＮｃ，Ｎｍ，Ｎｙの数は互いに等しい。ノズルＮｔの数は、ノズルＮｃ，Ｎｍ，Ｎｙの合計数に等しい。
【００３０】
各ノズル列のノズルは、Ｙ方向に沿って配されている。ノズル列Ｎｃ，Ｎｍ，Ｎｙ，Ｎｔは、Ｘ方向に並んで配されている。三次元物体のうち、色が付された１以上の硬化液で粉体が結合されて形成された部分は、使用された１以上の硬化液の色に応じた色を有する。三次元物体のうち、無色の硬化液で粉体が結合されて形成された部分は、無色であるか、または粉体の色を有する。
【００３１】
ヘッド部５０は、走査部５２によって、容器１０ｃ（造形ステージ１１）に対して、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。走査部５２によるヘッド部５０の移動を「走査」とも呼ぶ。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、ヘッド部５０は、容器１０ｃおよび容器１０ｃ内の三次元物体に対してＺ方向に、相対的に移動可能である。
【００３２】
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に、硬化液を硬化させる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、発光装置６１である。発光装置６１からは、硬化液を硬化させるための硬化エネルギーとして、紫外線が照射される。
【００３３】
硬化エネルギー付与部６０は、Ｘ方向についてヘッド部５０と並ぶ位置においてヘッド部５０に対して固定されている。ヘッド部５０が走査部５２によって移動されると、ヘッド部５０とともに硬化エネルギー付与部６０（発光装置６１）も移動する。
【００３４】
測定器８０は、造形ステージ１１上に配された対象物のＺ方向の位置（高さ）を測定することができるセンサである。本実施形態では、測定器８０は、Ｘ方向についてヘッド部５０を挟んで硬化エネルギー付与部６０とは逆の側において、ヘッド部５０に対して固定されている。走査部５２によって、測定器８０も、造形ステージ１１に対してＸ方向およびＹ方向に移動することができる。コンピューター２００のＣＰＵ２１０は、制御部７０を介して測定器８０を使用して、造形ステージ１１上の各位置における対象物のＺ方向の高さを測定することができる。
【００３５】
制御部７０は、コンピューター２００のＣＰＵ２１０からの指示に従い、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、測定器８０と、を制御する。制御部７０は、三次元造形装置１００の各部を制御することにより、容器１０ｃ内に三次元物体を造形することができる。制御部７０は、ＣＰＵとメモリーとＲＯＭとを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭ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、後述するようにモデルを印刷する機能や、三次元物体を造形する機能を実現する。なお、制御部７０が有するこれらの機能は、コンピューター２００側に備えられていてもよい。
【００３６】
コンピューター２００は、ＣＰＵ２１０とメモリーとＲＯＭとを備えている。ＣＰＵ２１０は、ＲＯＭ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、後述する断面データを生成する機能や、測定結果に応じてピエゾ素子の駆動信号を設定する機能を実現する。また、ＣＰＵ２１０は、制御部７０を介して、三次元造形装置１００を制御し、動作させる。
【００３７】
図３は、本実施形態における三次元物体の造形の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ１０においては、コンピューター２００のＣＰＵ２１０は、モデルを印刷する。ここでは、モデルは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ垂直な面を有する直方体の形状を有する。より具体的には、ＣＰＵ２１０は、三次元造形装置１００の制御部７０を介して、粉体供給部２０および平坦化機構３０を制御して、容器１０ｃ内に粉体層を形成する。そして、ＣＰＵ２１０は、コンピューター２００のＲＯＭ内に格納されているモデル用のデータを使用して、制御部７０を介してヘッド部５０の一つのノズル列のピエゾ素子を駆動して、硬化液を粉体層に吐出する。その結果、造形ステージ１１上に、硬化液を使用して直方体のモデルＰｔ０が形成される。
【００３８】
ここでは、モデルＰｔ０の形成に使用するノズル列は、無色の硬化液の液滴を吐出するノズルＮｔのうちの一つとする。モデルの形成においては、各ノズルに対応するピエゾ素子には、同一の基準信号が供給される。基準信号は、理想的に形成されたピエゾ素子およびノズルを仮定した場合に、１３ｎｇの液滴が吐出される駆動信号とする。
【００３９】
ステップＳ１０におけるモデルの形成においては、以下のような、いわゆる擬似バンド印刷の一部の処理が行われる。制御部７０は、走査部５２を介して、Ｘ方向についてヘッド部５０を走査させつつ、Ｙ方向に配された一つのノズル列の各ノズルから液滴を吐出させる。その際、粉体層上の各部位を、まず、ヘッド部５０が通過し、その後、硬化エネルギー付与部６０が通過するように、ヘッド部５０および硬化エネルギー付与部６０が走査される。その結果、ヘッド部５０から粉体層に吐出された硬化液は、その後、硬化エネルギー付与部６０によって紫外線を照射され、硬化される。
【００４０】
その後、制御部７０は、走査部５２を介して、Ｘ方向への走査開始前の位置に、Ｘ方向に沿ってヘッド部５０を移動させる。そして、制御部７０は、走査部５２を介して、Ｙ方向にヘッド部５０を走査させる。Ｘ方向への走査の間に行われるＹ方向への走査の大きさは、Ｙ方向に沿って配されているノズルのピッチの１／ｎ（ｎは２以上の整数。ここでは、ｎ＝４とする）である。そして、制御部７０は、再度、Ｘ方向についてヘッド部５０を走査させつつ、各ノズルから液滴を吐出させる。
【００４１】
そのようにして、液滴を吐出しつつ行われるＸ方向への走査と、Ｙ方向への走査とを、ｎ回繰り返すことにより、モデルのうち、１層分の断面に対応する長方形の板状の構造が形成される。その後、ＣＰＵ２１０は、制御部７０を介してアクチュエーター１３を駆動して、造形ステージ１１を、Ｚ方向の造形解像度（例えば、６００ｄｐｉ）に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向下向きに降下させる（図１参照）。そして、同様の処理が繰り返される。すなわち、制御部７０は、ヘッド部５０を当初の位置に戻し、造形ステージ１１上にすでに形成された板状の構造Ｐｓの上に新たな板状の構造を形成する（図１参照）。その結果、造形ステージ１１上に直方体のモデルＰｔ０が形成される。
【００４２】
このような印刷によって印刷されたモデルＰｔ０においては、Ｙ方向について一定の範囲（すなわち、ノズルピッチの範囲）については、同一のノズルから吐出された液滴によって形成されている。本実施例では、その範囲はＸ方向に延びるｎ本（ｎ＝４）の液滴吐出位置に相当する。なお、ステップＳ１０の処理を実現するコンピューター２００のＣＰＵ２１０の機能部を、モデル形成部２１２として図１に示す。
【００４３】
図３のステップＳ２０では、ＣＰＵ２１０は、制御部７０を介して測定器８０を使用して、ステップＳ１０で形成されたモデルＰｔ０の上面の各位置における高さ（Ｚ方向の位置）を、測定する。より具体的には、走査部５２を使用して、モデルＰｔ０上において、測定器８０をＸ方向およびＹ方向に走査して、モデルＰｔ０の上面の同一のノズルで形成された領域における高さを、そのような領域ごとに測定器８０に測定させる。そして、ＣＰＵ２１０は、モデルＰｔ０の上面のうち最も高い領域の高さに対して、他の各領域の高さの割合を計算する。各領域は、その領域を形成したノズルと対応づけることができる。
【００４４】
図４は、モデルＰｔ０の上面のうち最も高い領域の高さを１００％としたときの各領域の高さを示したグラフである。図４の横軸は、ｎライン（ｎ＝４）ずつの各領域を記録した１８０個のノズルの位置を液滴吐出位置（「ボクセル位置」ともいう）０〜７２０で示す。このように、高さ一定の物体を表す物体データが与えられて造形を行っても、高さについてばらつきが生じるのは、各ノズルから吐出される液滴の量のばらつきや、硬化処理の際の素材の変形によるものと考えられる。なお、ステップＳ２０の処理を実現するコンピューター２００のＣＰＵ２１０の機能部を、測定部２１４として図１に示す。
【００４５】
図５は、調整後の各ノズルが吐出すべき液滴の量の割合を示すグラフである。図５の横軸は、図４と同様、ｎライン（ｎ＝４）ずつの各領域を記録した１８０個のノズルの位置をボクセル位置（０〜７２０）で示す。図３のステップＳ３２において、ＣＰＵ２１０は、各ノズルについて、上面が均一な高さを有する直方体のモデルのデータを与えられた場合に、上面が均一な高さを有する直方体を形成できるように、各ノズルが低減して吐出すべき液滴の割合を決定する。すなわち、ＣＰＵ２１０は、各ノズルについて、モデルのデータに沿った正確な形状の物体を形成できるように、各ノズルが低減すべき液滴の割合を決定する。各ノズルが低減して吐出すべき液滴の割合は、モデルの上面の高さが最も低い部位を形成したノズルの液滴の吐出量を１００％としたときに、各ノズルが吐出すべき液滴の割合として表される。図５のグラフの形状は、図４のグラフを反転させて得られる形状である。なお、ステップＳ３２の処理を実現するコンピューター２００のＣＰＵ２１０の機能部を、割合決定部２１６として図１に示す。
【００４６】
図３のステップＳ３４では、ＣＰＵ２１０は、低減して吐出すべき液滴の割合に基づいて、各ノズルについて、基準信号に基づいて吐出される液滴よりも吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンＰＦを決定する。
【００４７】
図６は、各ノズルについて、与えられた信号に基づいて吐出される液滴よりも吐出量を低減すべき低減位置を定める低減パターンＰＦを表す図である。低減パターンＰＦは、１３個の２次元パターンＰｄ０１〜Ｐｄ１３を含む。なお、１３個の２次元パターンの一つについて、対象を特定せずに言及する場合は、２次元パターンＰｄｉと表記する。２次元パターンＰｄｉの縦方向の位置は、ヘッド部５０の一つのノズル列の各ピエゾ素子に対応する。より詳細には、２次元パターンＰｄｉの縦方向の位置は、一つのノズル列内の各ピエゾ素子が記録するＸ方向のｎ本（ここでは、ｎ＝４）ずつのボクセルのラインの並びに対応する。図６において、２次元パターンＰｄ０１の左側に、各ノズルによるボクセルラインの記録位置をボクセル数（０〜７２０）で示す。２次元パターンＰｄｉの縦方向の位置は、図３のステップＳ１０で形成したモデルのＹ方向のボクセル位置に対応する。２次元パターンＰｄｉは、横方向（Ｘ方向）についても、７２０個分のボクセルに対応するデータを有しているものとする。
【００４８】
図６の２次元パターンＰｄｉにおいて、各ノズル位置の右側には、各ノズルが７２０個分の液滴吐出位置（ボクセル）の領域を記録する際、どの程度の頻度で、基準信号に基づいて吐出される液滴よりも吐出量を低減して液滴吐出処理を行うべきかが表されている。図６において、白いドットで表される位置が、基準信号に基づいて吐出される液滴よりも吐出量を低減して液滴吐出処理を行うべき位置（以下、「低減位置」ともいう）である。黒いドットで表される位置は、基準信号に基づく液滴を吐出すべき位置である。本実施形態においては、低減位置においては、本来、断面データに応じて吐出されるべき基準信号による１３ｎｇの液滴ではなく、１２．５ｎｇの液滴が吐出される。
【００４９】
１３個の２次元パターンＰｄ０１〜Ｐｄ１３の一つのノズルに対応する行に含まれるすべての液滴吐出位置（２次元パターンＰｄｉにおいて白または黒で表される）の液滴の合計量の、それらすべての液滴吐出位置に基準信号による１３ｎｇの液滴を吐出した場合の液滴の合計量に対する割合は、そのノズルが低減して吐出すべき液滴の割合（図５参照）と一致する。このように複数のデータ（２次元パターンＰｄ０１〜Ｐｄ１３）を使用して低減位置を定めることにより、各ノズルについて、吐出量のズレ（図４参照）に応じた吐出液量の調整を、きめ細かく行うことができる。よって、低減パターンＰＦにしたがって液滴の吐出量の調整を行うことにより、物体データに基づく物体の形成において、物体データに忠実な形状の物体を形成することができる。
【００５０】
また、１３個の２次元パターンＰｄ０１〜Ｐｄ１３は、一つのノズルについて、互いに異なる位置に低減位置を備えている。このため、１３個の２次元パターンＰｄ０１〜Ｐｄ１３を重ね合わせた場合、低減位置は互いに重ならない。さらに、一つの２次元パターンＰｄｉ内の低減位置は、隣り合うノズルにおいて一致しない（図６において縦方向に並ばない）ように設けられている。このような態様とすることで、各ノズルからの吐出液量の調整をしようとして、かえって造形される物体の表面に液量調節に起因する凹凸ができてしまうという事態が生じる可能性を低減できる。なお、各ノズルについて、低減位置の間隔がブルーノイズとなるように、低減位置が定められていることが好ましい。
【００５１】
ステップＳ３４の処理を実現するコンピューター２００のＣＰＵ２１０の機能部を、パターン決定部２１８として図１に示す。ステップＳ１０〜Ｓ３４の処理は、無色の硬化液の液滴を吐出するノズル列Ｎｔのすべてのノズル列について行われる。各ノズル列について生成された低減パターンＰＦは、後述するステップＳ４４において、各ノズル列に対して適用される。
【００５２】
図３のステップＳ４０においては、コンピューター２００のＣＰＵ２１０は、三次元造形装置１００を制御して、三次元の物体を造形する。まず、ステップＳ４２において、ＣＰＵ２１０が、三次元物体の形状を表す三次元データＤｏから、その三次元物体の形状をＺ方向の造形解像度（例えば、６００ｄｐｉ）に従って、Ｚ方向に垂直な面でスライスして得られる複数の板状の構造のＸＹ方向に沿ったデータを生成する。このデータを「断面データ」と呼ぶ。
【００５３】
三次元物体の形状を表す三次元データＤｏは、三次元の物体の形状を表すデータである。断面データＤｃは、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向について所定の造形解像度（例えば、１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉ）を有している。本実施形態においては、三次元データＤｏは、色の情報を有していないものとする。断面データＤｃは、所定の断面（ＸＹ平面）における三次元の物体の形状を表すデータである。断面データＤｃは、Ｘ方向およびＹ方向について所定の造形解像度（例えば、６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ）を有している。
【００５４】
断面データＤｃの生成に際しては、ＣＰＵ２１０は、三次元データＤｏに基づいて、三次元データＤｏの解像度（例えば、ＸＹＺの各方向について１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉ）から、三次元造形装置１００の性能に応じた解像度（例えば、ＸＹＺの各方向について６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ）に解像度変換を行う。なお、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の解像度に応じて定められた３次元空間内を仕切る直方体または立方体の仮想的な要素を、本明細書において「ボクセル」と呼ぶ。
【００５５】
ステップＳ４２において、断面データＤｃは、Ｘ方向およびＹ方向について所定の造形解像度（例えば、ＸＹの各方向について６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ）にしたがって定められた各要素に対して階調値が格納された二次元のラスター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座標のボクセルに吐出する硬化液の量を表す。本実施形態では、技術の理解を容易にするため、各ボクセルに吐出する硬化液の量は一定であるものとする。
【００５６】
図３のステップＳ４４においては、ＣＰＵ２１０は、三次元造形装置１００の制御部７０を介して、粉体供給部２０および平坦化機構３０を制御して容器１０ｃ内に粉体層を形成する。そして、ＣＰＵ２１０は、三次元データＤｏから生成された断面データＤｃと、低減パターンＰＦの２次元パターンＰｄｉと、に従って、制御部７０を介してヘッド部５０を駆動して、硬化液を粉体層に吐出する。
【００５７】
より具体的には、制御部７０は、走査部５２を介して、Ｘ方向についてヘッド部５０を走査させつつ、断面データＤｃに従って、各ノズル列の各ノズルから硬化液を吐出させる。なお、本実施形態においては、三次元データＤｏは、色の情報を有していないため、無色の硬化液の液滴を吐出するノズルＮｔから硬化液を吐出させる。その際、粉体層上の各部位を、まず、ヘッド部５０が通過し、その後、硬化エネルギー付与部６０が通過するように、制御部７０によってヘッド部５０および硬化エネルギー付与部６０が走査される。
【００５８】
断面データＤｃに従って、各ノズル列の各ノズルから硬化液を吐出させる際には、原則として、ノズルＮｔに接続された各ピエゾ素子には、基準信号（１１）が供給され、１３ｎｇの液滴が吐出される（図２の最下段参照）。しかし、断面データＤｃによらず、所定のタイミングで、各ピエゾ素子には、パルスＰ１１，Ｐ１２がＯＮとされた駆動信号（１０）が供給されて、ノズルからは１２．５ｎｇの液滴が吐出される。この処理の詳細については、後述する。
【００５９】
その後、制御部７０は、走査部５２を介して、Ｘ方向への走査開始前の位置に、Ｘ方向に沿ってヘッド部５０を移動させる。Ｘ方向への走査が終了すると、制御部７０は、走査部５２を介して、Ｙ方向にヘッド部５０を走査させる。そして、制御部７０は、再度、Ｘ方向についてヘッド部５０を走査させつつ、各ノズルから液滴を吐出させる。そのようにして、液滴を吐出しつつ行われるＸ方向への走査と、Ｙ方向への走査とを、繰り返すことにより、容器１０ｃ内の粉体層内に、１層分の断面データＤｃに対応する板状の構造Ｐｓが形成される（図１参照）。液滴によって構成される板状の構造Ｐｓは、造形ステージ１１によって支持される。
【００６０】
ステップＳ４６においては、ＣＰＵ２１０は、三次元物体の形状を表す三次元データＤｏに対応するすべての断面データＤｃにしたがって板状の構造Ｐｓを形成したか否かを判定する。三次元物体の形状を表す三次元データＤｏに対応するすべての断面データＤｃにしたがって板状の構造Ｐｓを形成していない場合には（ステップＳ４６：Ｎｏ）、処理は、ステップＳ４８に進む。
【００６１】
ステップＳ４８においては、ＣＰＵ２１０は、制御部７０を介してアクチュエーター１３を駆動して、造形ステージ１１を、Ｚ方向の造形解像度（例えば、６００ｄｐｉ）に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向下向きに降下させる（図１参照）。その後、処理はステップＳ４４に戻って、同様の処理が繰り返される。すなわち、制御部７０は、造形ステージ１１上にすでに形成された板状の構造Ｐｓの上に新たな粉体層を形成する（図１参照）。
【００６２】
一方、図３のステップＳ４６において、三次元物体の形状を表す三次元データＤｏに対応するすべての断面データＤｃにしたがって板状の構造Ｐｓを形成した場合には（ステップＳ４６：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、処理を終了する。なお、ステップＳ４２〜Ｓ４８の処理を実現するコンピューター２００のＣＰＵ２１０の機能部を、造形部２２０として図１に示す。造形部２２０は、三次元造形装置１００の制御部７０とともにステップＳ４２〜Ｓ４８の処理を実現する。
【００６３】
図７は、ステップＳ４４のＸ方向およびＹ方向の走査において、各ノズルが記録するボクセルを示す図である。形成すべき対象が、Ｙ方向についてボクセル位置０から始まっているものとする。本実施形態においては、液滴を吐出しつつ行われるＸ方向の２以上の走査（具体的には４回の走査）と、Ｘ方向の各走査の間に行われるＹ方向の第１の走査（本実施形態において、走査量はノズルのピッチの１／ｎ）と、が繰り返し行われる。そのような処理を、本明細書では、まとめて「単位処理」または「パス」と呼ぶ。繰り返し行われる単位処理（パス）の間に、Ｙ方向の第１の走査よりも走査量が大きいＹ方向の第２の走査が行われる。繰り返し行われる単位処理（パス）と、単位処理の間に行われるＹ方向の第２の走査とにより、Ｘ方向およびＹ方向に連続して並ぶ各ボクセルに液滴が供給される。
【００６４】
本実施形態においては、１パス内において、いわゆる擬似バンド印刷における１パス分の処理が行われる。「擬似バンド印刷」とは、一方向の１回の走査において液滴を供給した複数のボクセルのラインの間のボクセルのライン上に、その一方向に垂直な方向の並びの順に液滴を供給して、連続するライン間への液滴の供給を完了する処理（１パス分の処理）を、繰り返し行う印刷方法である。
【００６５】
本実施形態においては、１パスが終わるたびに、第２の走査として、Ｙ方向に１７４ボクセル分の走査が行われる。その結果、１パス内のｎ回（ｎ＝４）の第１の走査としての１ボクセル分（ノズルピッチの１／ｎ）のＹ方向の走査（微小送り）と、１パス後の第２の走査としてのＹ方向の走査とにより、１７７ボクセル分、ヘッド部５０は、造形ステージ１１に対してＹ方向に移動する。
【００６６】
図７のパス１において、Ｘ方向の最初の走査では、１８０個のノズルのうち、Ｎｏ．１３７のノズルがボクセル位置０のボクセルに液滴を供給する。Ｎｏ．１３８のノズルがボクセル位置４のボクセルに液滴を供給する。Ｎｏ．１３９のノズルがボクセル位置８のボクセルに液滴を供給する。一方、Ｎｏ．１３７よりノズル番号が小さいノズルは、形成すべき対象上にない（対象のボクセル位置０よりもＹ方向について上流側にある）ため、液滴を吐出しない。そして、Ｘ方向の走査が１回行われると、１ボクセル分（ノズルピッチの１／ｎ）、Ｙ方向の第１の走査（微小送り）が行われる。そして、パス１中で合計ｎ回（ｎ＝４）のＸ方向の走査とＹ方向の微小送りが行われる。
【００６７】
Ｘ方向の走査においては、形成すべき対象上にあるノズルから液滴が吐出される。ただし、Ｘ方向の走査において液滴が供給されるのは、Ｘ方向に並ぶボクセルのうち４個に１個のボクセルである。パス１が行われた後、Ｙ方向について、１７４ボクセル分の第２の走査が行われる。
【００６８】
図７のパス２において、Ｘ方向についての最初の走査では、１８０個のノズルのうち、Ｎｏ．９３のノズルがボクセル位置１のボクセルに液滴を供給する。Ｎｏ．９４のノズルがボクセル位置５のボクセルに液滴を供給する。Ｎｏ．９５のノズルがボクセル位置９のボクセルに液滴を供給する。一方、Ｎｏ．９３よりノズル番号が小さいノズルは、形成すべき対象上にない（対象のボクセル位置０よりもＹ方向について上流側にある）ため、液滴を吐出しない。そして、Ｘ方向の走査が１回行われると、１ボクセル分、Ｙ方向の第１の走査（微小送り）が行われる。そして、パス２中で合計ｎ回（ｎ＝４）のＸ方向の走査とＹ方向の微小送りが行われる。
【００６９】
Ｘ方向の走査においては、形成すべき対象上にあるノズルから液滴が吐出される。ただし、パス２内のＸ方向の走査において液滴が供給されるのは、Ｘ方向に並ぶボクセルのうちパス１において液滴が供給されなかったボクセルであって、Ｘ方向に並ぶボクセルのうち４個に１個のボクセルである。その結果、たとえば、図７において、ボクセル位置３のライン上のボクセルは、パス１でＮｏ．１３７のノズルにより、４個に１個のボクセルが記録され、パス２で、Ｎｏ．９３のノズルにより、さらに４個に１個のボクセルが記録される。その結果、ボクセル位置３のライン上のボクセルは、パス１とパス２で、４個中２個のボクセルが記録される。パス２が行われた後、Ｙ方向について、１７４ボクセル分の第２の走査が行われる。以下、同様に、Ｘ方向の走査とＹ方向の走査が繰り返される。
【００７０】
本実施形態においては、マルチパス印刷が行われる。「マルチパス印刷」においては、一走査方向に並ぶボクセルのライン内の複数のボクセルに対して、異なる液滴吐出部で分担させて液滴を供給する。たとえば、図７において、ボクセル位置３のライン上の各ボクセルは、Ｎｏ．１３７のノズル（パス１）と、Ｎｏ．９３のノズル（パス２）と、Ｎｏ．４９のノズル（パス３）と、Ｎｏ．５のノズル（パス４）と、で分担して記録される。このような処理を行うことにより、各ノズル及び対応するピエゾ素子の性能のバラツキが、造形する物体のＸ方向の特定の部分に、大きな凹凸が生じてしまう可能性を低減することができる。
【００７１】
また、本実施形態においては、Ｙ方向に広がるある領域内のすべてのボクセルラインに対して、４回のパスによって分担されて、液滴の供給が完了される。たとえば、Ｙ方向のボクセル位置０〜１７６までのボクセルラインは、図７に示すパス１〜４の４回のパスによってすべて記録される。
【００７２】
このように、本実施形態においては、広義のインターレース印刷が行われる。「インターレース印刷」においては、一方向の走査において、その走査方向に並ぶすでに液滴を供給済のボクセルのラインの隙間のボクセルのライン上に、液滴を供給しつつ、新たに液滴を供給する領域については、新たにその走査方向に並ぶ一本または数本おきのボクセルのライン上に液滴を供給していく印刷方法である。たとえば、図７において、パス１においてＮｏ．１３７のノズルによって記録される領域（ボクセル位置０〜３のボクセルライン）と、パス２においてＮｏ．１３７のノズルによって記録される領域（図７において図示されず）とは、離れている。その間の領域は、他のパスにおいて他のノズルによって記録される。
【００７３】
このような処理を行うことにより、一つのノズルおよび対応するピエゾ素子によって吐出される液滴が着弾する位置を、Ｙ方向について分散させることができる。そのため、ノズルおよびそのノズルに対応するピエゾ素子の性能のバラツキによって、造形する物体のＹ方向の特定の部分に、大きな凹凸が生じてしまう可能性を低減することができる。なお、「広義のインターレース印刷」とは、上述の「インターレース印刷」の条件、すなわち「一方向（本実施形態においてＸ方向）の走査において、その走査方向に並ぶすでに液滴を供給済のボクセルのラインの隙間のボクセルのライン上に、液滴を供給しつつ、新たに液滴を供給する領域については、新たにその走査方向に並ぶ一本または数本おきのボクセルのライン上に液滴を供給していく」という条件が、上記の一方向に垂直な方向（本実施形態においてＹ方向）に並ぶボクセルについて成立している印刷方法を含む。
【００７４】
図８は、ステップＳ４４のＸ方向およびＹ方向の走査において、各ノズルから液滴が吐出され、板状の構造Ｐｓが形成される際に、どのように２次元パターンＰｄｉが適用されるかを示す図である。
【００７５】
ステップＳ４４においては、断面データＤｃと、２次元パターンＰｄｉの一つと、に基づいて、ノズルから液滴を吐出することにより、三次元物体の断面の形状を有する板状の構造Ｐｓが形成される。
【００７６】
本実施形態においては、図８に示すように、たとえば、パス１においては、Ｙ方向について０〜１７６ボクセルの位置に、まず、１８０個のノズルのうち下流端側（Ｙ方向＋側）の約１／４のノズルによって、液滴が吐出される。その際には、低減位置を定める２次元パターンＰｄｉのうち、２次元パターンＰｄ０１の端から約１／４の範囲（５４４〜７２０ボクセルの範囲）のパターンが適用される。そして、各ノズルから液滴が吐出される際に、白い四角で表される低減位置については、基準信号による１３ｎｇの液滴ではなく、より少ない１２．５ｎｇの液滴が吐出される。なお、造形する物体の幅が、２次元パターンＰｄｉの幅を超える場合には、２次元パターンＰｄｉは、Ｘ方向について繰り返し適用される。
【００７７】
次に、パス２においては、Ｙ方向について０〜３５３ボクセルの位置に、１８０個のノズルのうち下流端側の約１／２のノズルによって、液滴が吐出される。その際には、２次元パターンＰｄ０１の端から約１／２の範囲（３６７〜７２０ボクセルの範囲）のパターンが適用される。そして、各ノズルから液滴が吐出される際に、白い四角で表される低減位置については、基準信号による１３ｎｇの液滴ではなく、より少ない１２．５ｎｇの液滴が吐出される。
【００７８】
さらに、パス３においては、Ｙ方向について０〜５３０ボクセルの位置に、１８０個のノズルのうち下流端側の約３／４のノズルによって、液滴が吐出される。その際には、２次元パターンＰｄ０１の端から約３／４の範囲（１９０〜７２０ボクセルの範囲）のパターンが適用される。そして、各ノズルから液滴が吐出される際に、白い四角で表される低減位置については、１２．５ｎｇの液滴が吐出される。
【００７９】
以下、同様に、造形する物体に対するノズル（ヘッド部５０）の相対位置に応じて、一つの２次元パターンＰｄｉの対応する部分が適用されて、液滴の吐出量の低減が実現される。図２のステップＳ４４において、以上のような処理が行われることにより、各ノズルからの液滴の吐出量のバラツキが低減されつつ、板状の構造Ｐｓが形成される。
【００８０】
なお、図３のステップＳ１０においては、ステップＳ４４で行われる板状の構造の形成において行われる単位処理と同じ処理によって、一つの板状の構造が形成され、それを複数層分、繰り返すことにより、モデルＰｔ０が形成される。そして、図３のステップＳ３４においては、単位処理によって液滴が供給されるボクセルラインについて、２次元データＰｄｉ（図６参照）が形成される。このように単位処理と対応させてモデルを形成し、対応する２次元データを形成することにより、以下のような効果が奏される。すなわち、ハードウェアとしてのノズルの配列と対応させてモデルを形成し２次元データを形成する態様に比べて、図２のステップＳ４４における２次元データＰｄｉの適用による吐出量の低減処理が容易となる。
【００８１】
その後、図３のステップＳ４６，Ｓ４８を経て再度ステップＳ４４の処理が行われる場合には、２次元パターンＰｄ０２が適用されて、液滴の吐出が行われる。すなわち、複数の２次元パターンＰｄｉのそれぞれが順に適用されて、物体の複数の断面であって断面に垂直な方向に並ぶ異なる断面について、ステップＳ４４の処理が繰り返され、複数の板状の構造Ｐｓが重ねて形成される。
【００８２】
以上で説明した本実施形態によれば、液滴を吐出する液滴吐出部において、液滴の量のばらつきや、硬化処理の際の素材の変形がある場合にも、物体データに含まれない凹凸を形成してしまう可能性が低い造形を行うことができる。
【００８３】
なお、本実施形態における三次元造形装置１００とコンピューター２００とが、［課題を解決するための手段］における「三次元造形装置」に相当する。ノズルＮｔと各ノズルに対応するピエゾ素子が、「液滴吐出部」に相当する。造形ステージ１１が「支持部」に相当する。Ｘ方向が「第１の方向」に相当する。Ｙ方向が「第２の方向」に相当する。コンピューター２００のＣＰＵ２１０と、三次元造形装置１００の制御部７０が、「制御部」に相当する。
【００８４】
Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２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２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。第２実施形態において、コンピューター２００のＣＰＵ２１０および三次元造形装置１００ａの制御部７０による生成される断面データＤｃの生成、および低減パターンＰＦの生成などのデータ処理は、第１実施形態の処理と同じ処理である。
【００８５】
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、測定器８０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、Ｘ方向についてヘッド部５０と並ぶようにヘッド部５０に対して固定された発光装置６１である。
【００８６】
三次元造形装置１００ａは、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。三次元造形装置１００ａの他の点は、第１実施形態の三次元造形装置１００と同じである。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。
【００８７】
第２実施形態においては、サポート材を用いて三次元物体を造形することが可能である。本実施形態におけるサポート材とは、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材料である。サポート材を、三次元物体の輪郭の外側に向けて吐出すれば、下層よりも上層の断面体の面積が大きい形状の物体を造形する場合に、その面積の大きな部分を、下層のサポート材によって支えることができる。
【００８８】
第２実施形態の三次元造形装置１００は、ヘッド部５０に、硬化液とサポート材とを吐出するためのノズルがそれぞれ備えられ、また、ヘッド部５０には、硬化液が収容されたタンクと、サポート材が収容されたタンクとが接続される。本実施形態では、ヘッド部５０は、硬化液を吐出する走査と同じ走査においてサポート材を吐出する。なお、ヘッド部５０は、硬化液を吐出する走査と異なる走査においてサポート材を吐出することも可能である。
【００８９】
このような態様においても、第１実施形態の図３の処理により、物体データに含まれない凹凸を形成してしまう可能性が低い造形を行うことができる。
【００９０】
Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
上記実施形態においては、無色を含む１色の硬化液を吐出するノズルは、Ｙ方向に沿って配された１列のノズルまたはその集合である。しかし、１色の硬化液を吐出するノズルは、Ｙ方向に沿って千鳥状に（ジグザグに）配された態様とすることもできる。すなわち、１色の硬化液を吐出するノズルは、液滴を吐出しつつ行われる操作の方向とは異なる方向について、互いに異なる位置に配された複数のノズルを含む態様とすることができる。
【００９１】
Ｃ２．変形例２：
上記実施形態においては、Ｘ方向およびＹ方向については、造形ステージ１１は移動せず、液滴吐出部としてのノズルおよびピエゾ素子を備えるヘッド部５０が、走査部５２によって移動する。また、Ｚ方向については、ヘッド部５０は移動せず、支持部としての造形ステージ１１がアクチュエーター１３によって移動する。しかし、互いに交わる３方向について、液滴吐出部が移動する態様とすることもできる。そして、互いに交わる３方向について、支持部が移動する態様とすることもできる。また、互いに交わる２方向について、支持部が移動し、それら２方向に交わる１方向に液滴吐出部が移動する態様とすることもできる。
【００９２】
なお、上記実施形態では、液滴吐出部としてのノズルおよびピエゾ素子を備えるヘッド部５０と、支持部としての造形ステージ１１とは、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動される。しかし、液滴吐出部と支持部とが相対移動する方向は、直交していなくてもよい。ただし、互いに交わる方向であることが好ましい。
【００９３】
Ｃ３．変形例３：
上記実施形態では、測定器８０は、液滴吐出部としてのノズルおよびピエゾ素子を備えるヘッド部５０に固定され、ヘッド部５０とともに走査部５２によって移動される。しかし、測定器は、液滴吐出部とは別に設けられていてもよい。ただし、支持部に対して液滴吐出部の１以上の移動方向と同じ１以上の方向に移動できるように構成されることが好ましい。また、測定器は、三次元造形装置の一部として設けられていなくてもよい。ただし、モデルを測定して、三次元造形装置の制御部に、モデルの各部の高さ（液滴吐出方向の位置）の情報を提供できるように構成されることが好ましい。
【００９４】
Ｃ４．変形例４：
上記実施形態においては、硬化エネルギー付与部６０としての発光装置６１は、ヘッド部５０に対してＸ方向の一方の側に設けられている。しかし、硬化エネルギー付与部６０としての発光装置６１は、ヘッド部５０に対してＸ方向の両側に設けることもできる。そのような態様において、測定器８０は、硬化エネルギー付与部６０を挟んでヘッド部５０とは逆の側に設けられていてもよいし、ヘッド部５０および硬化エネルギー付与部６０とは、独立に設けられていてもよい。
【００９５】
Ｃ５．変形例５：
上記実施形態においては、図３および図８のステップＳ１０において、モデルは、擬似バンド印刷内で実施される一部の処理により形成される。しかし、モデルは、他の印刷方法によって形成されてもよい。ただし、モデルは、断面データに従って行われる板状の構造の生成において少なくとも一部で使用される印刷方法と同じ走査方法で、生成されることが好ましい。
【００９６】
Ｃ６．変形例６：
上記実施形態においては、低減パターンＰＦは、１３個の２次元パターンＰｄｉを含んでいる。しかし、低減パターンＰＦは、１３個より少ない数の２次元パターンＰｄｉ、たとえば１２個や１１個の２次元パターンＰｄｉで構成されていてもよい。また、低減パターンＰＦは、１３個より多い数の２次元パターンＰｄｉ、たとえば１４個や１５個の２次元パターンＰｄｉで構成されていてもよい。そして、低減パターンＰＦは、１個の２次元パターンＰｄｉで構成されていてもよい。ただし、各ノズルで形成されたモデルの上面の高さのばらつきの大きさ（％）について、１％未満を切り捨てたときの整数値よりも多い数の２次元パターンが設けられることが好ましい。このような態様とすれば、各ノズルによって形成される部位の高さのばらつきを、１％未満の単位で調整することができる。
【００９７】
Ｃ７．変形例７：
上記実施形態においては、図３のステップＳ４４において毎回、三次元データＤｏから生成された断面データＤｃと低減パターンＰＦの２次元パターンＰｄｉとに基づいて、板状の構造が形成される。しかし、断面データに基づいて板状の構造を形成する際に、必ずしも毎回、低減パターンの２次元パターンを考慮して処理を行う必要はない。すなわち、数回おきの板状の構造の生成において、低減パターンの２次元パターンを考慮することとしてもよい。また、連続して複数回、低減パターンの２次元パターンを考慮して板状の構造を形成した後、連続して複数回、低減パターンの２次元パターンを考慮せずに板状の構造を形成してもよい。
【００９８】
たとえば、低減パターンＰＦが、より少ない数の２次元パターンＰｄｉで構成されている態様においては、図４に示す吐出量のズレを有する各ノズルを、吐出量に応じてグループ分けして、それぞれのグループに低減された液滴の吐出量を割り当てることができる。そのような態様においては、もっともと出量の少ないグループについては、液滴の吐出量を低減しないことが好ましい。
【００９９】
Ｃ８．変形例８：
上記実施形態においては、低減位置において、低減位置ではない位置に吐出する液滴よりも少ない液滴を吐出している。しかし、低減位置において、物体データの断面データによらず、液滴吐出部から液滴の吐出を行わない態様とすることもできる。このような態様とすれば、指定される液滴を吐出しないことによって、各液滴吐出部から吐出される液滴の量のバラツキを打ち消して、高品質な造形を行うことができる。
【０１００】
Ｃ９．変形例９：
上記実施形態においては、無色の硬化液の液滴を吐出するノズルＮｔのすべてのノズル列について、図３のステップＳ１０〜Ｓ３４の処理が行われる。しかし、液滴の吐出量の調整の処理は、色が付された硬化液の液滴を吐出するノズルについて行われることもできる。また、液滴の吐出量の調整の処理は、無色の硬化液の液滴を吐出するノズルＮｔの一部のノズルについて行うこともできる。
【０１０１】
Ｃ１０．変形例１０：
上記実施形態では、液滴吐出部としてのピエゾ素子およびノズルから吐出される最も大きい液滴を原則として使用し、液滴の吐出量の調整のために次に大きい液滴が使用される。しかし、液滴吐出部から複数種類の液滴を吐出可能に構成し、複数種類の液滴を物体の通常の造形に使用することもできる。そして、そのうちの１種類以上の液滴について、それぞれよりと出量の少ない液滴を吐出できるように構成し、図３の処理を行うこともできる。
【０１０２】
Ｃ１１．変形例１１：
上記実施形態の物体の造形においては、１パス内で擬似バンド印刷の１パスと同様の処理を行い、さらに、インターレース印刷でありかつマルチパス印刷である印刷が行われる（図７参照）。しかし、物体の造形においては、マルチパス印刷を行わず、Ｘ方向の一つのライン上のボクセルは一つのノズルで記録することもできる。また、物体の造形において、擬似バンド印刷を伴わないインターレース印刷を行うこともでき、インターレース印刷を伴わない擬似バンド印刷を行うこともできる。すなわち、物体の造形においては、擬似バンド印刷、インターレース印刷、マルチパス印刷のうちの１つ、または２以上の組合せを、適用することができる。
【０１０３】
ただし、低減パターンＰＦの２次元パターンＰｄｉは、断面データに従って行われる板状の構造の生成において、１パス（単位処理）として採用される印刷処理に応じて生成されることが好ましい。たとえば、上記実施形態においては、断面データに従って行われる板状の構造の生成において、１パス内で３回の微小送りを挟んでｎ回（ｎ＝４）のＸ方向の走査を行う印刷（擬似バンド印刷）が行われる（図７参照）。このため、２次元パターンＰｄｉ（図６参照）は、各ノズルに対して、Ｘ方向のボクセルのラインｎ個（ｎ＝４）が対応するように設けられる。しかし、断面データに従って行われる板状の構造の生成において、１パス内で微小送りが行われない場合には（ｎ＝１）、２次元パターンＰｄｉは、各ノズルに対してｎ個（ｎ＝１）のＸ方向のボクセルのラインが対応するように設けられることが好ましい。
【０１０４】
なお、１パス内における微小送りを挟んだＸ方向の走査の回数ｎも、４より多い数（たとえば、２，３）とすることもでき、４より少ない数（たとえば、５，６）とすることもできる。そして、マルチパス印刷における繰り返し数も、４より多い数（たとえば、２，３）とすることもでき、４より少ない数（たとえば、５，６）とすることもできる。
【０１０５】
Ｃ１２．その他：
本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、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】
【０１０６】
１０…造形部
１０ｃ…容器
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
５２…走査部
６０…硬化エネルギー付与部
６１…発光装置
７０…制御部
８０…高さ測定器
１００…三次元造形装置
１００ａ…三次元造形装置
２００…コンピューター
２１０…ＣＰＵ
２１２…モデル形成部
２１４…測定部
２１６…割合決定部
２１８…パターン決定部
２２０…造形部
ＣＯＭＡ…原駆動信号
ＣＯＭＢ…原駆動信号
Ｎｃ…シアンの液滴を吐出するノズル
Ｎｍ…マゼンタの液滴を吐出するノズル
Ｎｔ…無色の液滴を吐出するノズル
Ｎｙ…イエロの液滴を吐出するノズル
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２…駆動信号中のパルス
ＰＦ…低減パターン
Ｐｓ…板状の構造
Ｐｔ０…ステップＳ１０で形成されるモデル
Ｓ０，Ｓ１…選択信号
【図１】
2016137654.tif 000003
【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】
2016137654.tif 000009
【図８】
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【図９】
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