(57)【要約】【課題】各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層して三次元の造形物を得る方式の積層造形システムにおいて、造形物の造形途中で造形動作が中断された場合であっても、造形物の品質及び精度を向上する。【解決手段】スライスデータに基づいて形成した材料層を積層して造形物を作製する造形システムであって、前記造形システムの各部の動作を制御する制御部を有し、前記制御部が、所定のタイミングで、前記マーカを形成して前記マーカサポート体の上面に積層し、前記マーカ位置検出部で検出したマーカの位置から画像歪み情報を取得し、前記スライスデータの補正を行う補正処理を実行させるよう各部を制御することを特徴とする。【選択図】図４
2017013493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライスデータに基づいて形成した材料層を積層して造形物を作製する造形システムであって、
前記造形システムの各部の動作を制御する制御部と、
マーカのデータを生成するマーカ生成部と、
前記マーカが積層される土台となるマーカサポート体を作製するデータを三次元モデルのデータに付加して前記スライスデータを生成するスライスデータ生成部と、
前記マーカのデータまたは前記スライスデータに基づいて造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層が積層されるステージと、
前記ステージ上または前記マーカサポート体上に積層された前記マーカの位置を検出するマーカ位置検出部と、
前記マーカ位置検出部の検出結果から前記材料層に生じる画像歪み情報を取得する画像歪取得部と、
前記画像歪取得部で取得された前記画像歪み情報に基づいて、前記スライスデータに対して前記画像歪みを低減する補正部と、
を有し、
前記制御部が、所定のタイミングで、前記マーカを形成して前記マーカサポート体の上面に積層し、前記マーカ位置検出部で検出したマーカの位置から画像歪み情報を取得し、前記スライスデータの補正を行う補正処理を実行させるよう各部を制御する
ことを特徴とする造形システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記材料層形成部が前記スライスデータに基づいて造形材料からなる材料層を形成する動作を中断させる中断部を有し、前記中断部による材料層を形成する動作の中断後、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の造形システム。
【請求項３】
造形材料の残量を検出する残量検出部を有し、
前記中断部は、前記残量検出部により検出された造形材料の残量が閾値未満となった場合に、材料層を形成する動作を中断させる
ことを特徴とする請求項２に記載の造形システム。
【請求項４】
材料層を形成する動作を中断した後、前記残量検出部が、造形材料の残量を閾値以上と検出した場合に、前記中断部は、造形物の造形動作の中断を解除し、前記制御部により前記補正処理が実行される
ことを特徴とする請求項３に記載の造形システム。
【請求項５】
造形材料を収容する収容部を、システム本体に対して着脱可能に有し、
前記残量検出部は、前記収容部に収容された造形材料の残量を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の造形システム。
【請求項６】
前記スライスデータ生成部は、前記補正処理が実行された後に積層する材料層のスライスデータとして、前記マーカサポート体の上に積層された前記マーカの形状に対応する開口部を有するデータを生成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記マーカを、前記三次元モデルを構成する第１造形材料で形成し、前記マーカサポート体を、造形動作時に造形物を支持するサポート体を構成する第２造形材料で形成する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項８】
前記画像歪取得部は、前記マーカ位置検出部による前記マーカの検出位置と、画像歪みが無い場合に前記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、前記ステージ上の造形エリアにおける画像歪み情報または前記ステージ上の造形物における画像歪み情報を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項９】
前記マーカは、複数の前記マーカサポート体にそれぞれ積層される複数のマーカを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１０】
前記マーカは、前記ステージ上の矩形の造形エリア内の四隅に配置される前記マーカサポート体にそれぞれ積層される複数のマーカを含む
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１１】
前記画像歪取得部は、前記ステージ上の造形エリアにおける画像歪み情報を、前記複数のマーカ位置間の線形補間により求める
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の造形システム。
【請求項１２】
前記材料層形成部は、電子写真プロセスを用いて材料層を形成する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１３】
三次元モデルのデータから生成されるスライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層形成工程によって形成される材料層を順に積層する造形工程と、
のセットを複数回繰り返す造形物の製造方法であって、
前記セットの合間に、前記スライスデータの補正を行う補正処理工程を挿入する
ことを特徴とする造形物の製造方法。
【請求項１４】
前記補正処理工程は、マーカを形成するデータに基づいて造形材料からなるマーカを形成して造形物の上に積層し、
前記マーカの位置情報を取得して、前記マーカの検出位置と画像歪みが無い場合に前記マーカが積層されるべき位置との差から画像歪み情報を取得し、
前記画像歪み情報に基づいて前記スライスデータを補正する
ことを特徴とする請求項１３に記載の造形物の製造方法。
【請求項１５】
前記スライスデータは、前記マーカが積層される土台となるマーカサポート体を作製するデータを三次元モデルのデータに付加して生成され、
前記補正処理工程において、前記マーカは前記マーカサポート体の上面に積層される
ことを特徴とする請求項１４に記載の造形物の製造方法。
【請求項１６】
前記補正処理工程は、前記マーカの積層後に形成される材料層のスライスデータに対して、前記マーカの積層位置に対応する領域に開口を設ける加工を行う
ことを特徴とする請求項１５に記載の造形物の製造方法。
【請求項１７】
前記材料層形成工程は、電子写真プロセスを用いて材料層を形成する
ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の造形物の製造方法。
【請求項１８】
スライスデータに基づいて造形材料からなる材料層を形成する工程と、前記材料層を積層する工程とを複数回行って造形物を作製する造形システムに用いられるデータ処理方法
であって、
前記スライスデータの補正に用いる情報を取得するためのマーカのデータを生成するステップと、
三次元モデルのデータに、前記マーカが積層される土台となるマーカサポート体を作製するデータを付加して前記スライスデータを生成するステップと、
を含み、
前記材料層を形成する工程の間に前記マーカのデータが挿入されると、前記マーカのデータの挿入に続いて形成される前記材料層のスライスデータに、前記マーカの形状に対応する開口を設けるステップを行う
ことを特徴とするデータ処理方法。
【請求項１９】
前記材料層を形成する工程の間に前記マーカのデータが挿入され、前記マーカを用いて画像歪み情報が取得されると、前記材料層のスライスデータに含まれる前記マーカの形状に対応する開口以外のデータを、前記画像歪み情報に基づいて補正するステップを行うことを特徴とする請求項１８に記載のデータ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は造形システム、造形物の製造方法及びデータ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の層を積み上げることで三次元造形物を形成する造形システム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）、三次元プリンタ、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。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】
造形システムでは、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、造形物の造形途中で造形動作が中断された場合、造形動作の再開時に、画像形成精度が低下してしまう懸念がある。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、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層して三次元の造形物を得る方式の造形システムにおいて、造形物の造形途中で造形動作が中断された場合であっても、造形物の品質及び精度を向上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、
スライスデータに基づいて形成した材料層を積層して造形物を作製する造形システムであって、
前記造形システムの各部の動作を制御する制御部と、
マーカのデータを生成するマーカ生成部と、
前記マーカが積層される土台となるマーカサポート体を作製するデータを三次元モデルのデータに付加して前記スライスデータを生成するスライスデータ生成部と、
前記マーカのデータまたは前記スライスデータに基づいて造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層が積層されるステージと、
前記ステージ上または前記マーカサポート体上に積層された前記マーカの位置を検出するマーカ位置検出部と、
前記マーカ位置検出部の検出結果から前記材料層に生じる画像歪み情報を取得する画像歪取得部と、
前記画像歪取得部で取得された前記画像歪み情報に基づいて、前記スライスデータに対して前記画像歪みを低減する補正部と、
を有し、
前記制御部が、所定のタイミングで、前記マーカを形成して前記マーカサポート体の上面に積層し、前記マーカ位置検出部で検出したマーカの位置から画像歪み情報を取得し、前記スライスデータの補正を行う補正処理を実行させるよう各部を制御する
ことを特徴とする造形システムを提供する。
【０００８】
本発明の第二態様は、
三次元モデルのデータから生成されるスライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層形成工程によって形成される材料層を順に積層する造形工程と、
のセットを複数回繰り返す造形物の製造方法であって、
前記セットの合間に、前記スライスデータの補正を行う補正処理工程を挿入する
ことを特徴とする造形物の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明の第三態様は、
スライスデータに基づいて造形材料からなる材料層を形成する工程と、前記材料層を積層する工程とを複数回行って造形物を作製する造形システムに用いられるデータ処理方法であって、
前記スライスデータの補正に用いる情報を取得するためのマーカのデータを生成するステップと、
三次元モデルのデータに、前記マーカが積層される土台となるマーカサポート体を作製するデータを付加して前記スライスデータを生成するステップと、
を含み、
前記材料層を形成する工程の間に前記マーカのデータが挿入されると、前記マーカのデータの挿入に続いて形成される前記材料層のスライスデータに、前記マーカの形状に対応する開口を設けるステップを行う
ことを特徴とするデータ処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
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三次元の造形物を得る方式の造形システムにおいて、造形物の造形途中で造形動作が中断された場合であっても、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】
【００１１】
【図１】実施形態に係る造形システム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】実施形態における画像エリアの定義を行う図。
【図９】２つのプロセスカートリッジを有する造形システムの構成を示す図。
【図１０】再キャリブレーション処理について説明するための図。
【図１１】再キャリブレーション処理について説明するための図。
【図１２】再キャリブレーション処理について説明するための図。
【図１３】再キャリブレーション処理を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜実施形態＞
（造形システムの構成）
図１を参照して、本発明の実施形態に係る造形システムの構成を説明する。図１は、実施形態に係る造形システムの構成を模式的に示す図である。
【００１４】
造形システムは、積層造形法を用いた製造方法で多数の薄膜を積層することによって立体造形物を作製するシステムである。このシステムは、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。
【００１５】
本実施形態の造形システムは、概略、材料層形成ユニット（材料層形成部）１００、造形ユニット２００、及び、制御ユニット６０を有する。材料層形成ユニット１００は、各層のスライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する構成部分である。
材料層形成ユニット１００は、画像生成コントローラ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、材料層形成ユニット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、転写体４２、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次元モデル（三次元モデル）データから複数層のスライスデータ（断面データ）を生成する処理等のデータ処理、立体造形装置の各部の制御、などを担う構成部分である。
【００１６】
（制御ユニット）
制御ユニット６０は、造形対象物の３次元モデルデータから造形用のスライスデータを生成するスライスデータ生成部、各層のスライスデータを画像生成コントローラ１０への出力や、造形工程の管理など各部の動作を制御する制御部を有する。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次元モデルのデータとしては、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次元モデルの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。
【００１７】
（材料層形成ユニット）
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データと制御信号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、材料層形成ユニッ
ト１００における材料層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。
材料層形成ユニット１００は、例えば、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる１層分の材料層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。造形システムでは、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。以下、材料層形成ユニット１００が電子写真プロセスを利用する例について説明するが、本発明は、インクジェットプロセスなどの他の方法を利用する場合にも適用することができる。
【００１８】
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（搬送体）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として一体化されて造形システムのシステム本体に対して着脱可能に構成され、交換が容易になっている。
【００１９】
造形材料としては、作製する造形物の用途・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、造形物本体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で構成される部分を「構造体」と呼ぶ。造形動作時に造形途中の構造体を支持するための構造を「サポート体」（例えばオーバーハング部を下から支える柱）と呼び、サポート体を構成する材料を「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、造形物本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。ザポート体用の材料としては、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。
【００２０】
（造形ユニット）
造形コントローラ７０は、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。
【００２１】
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、その他のＩＯ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（入出力）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。
【００２２】
転写体４２は、材料層形成ユニット１００で形成された材料層を担持し、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。ヒータローラ４３は、ヒータを内蔵しており、転写体４２上の材料層を溶融し、ステージ５２上の造形物上に積層（定着）する加熱積層装置である。ステージ５２は、造形時に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。
【００２３】
（造形システムの動作）
次に、造形システムによる造形物作製の基本動作について説明する。
制御ユニット６０は、スライスデータ生成部にて造形に用いるスライスデータを生成する。例えば、造形対象物の３次元モデルデータを所定のピッチ（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像を生成する。そして、各層のスライス像にレジストレーションマーカおよびマーカサポート体のスライス画像（後で詳細に説明する）を付加して各層のスライスデータを生成する。各層のスライス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像を、レジストレーションマーカおよびマーカサポート体のスライス像を付加してスライスデータを生成しても良い。つまり、スライスデータ生成部は、造形システム専用のものでなくてもよく、スライスデータを生成して造形システムに送ることのできるものであれば、インターネットを介して接続される外部装置を利用してもよい。最下層のスライス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。
【００２４】
材料層形成ユニット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潜像が生成される。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、潜像に応じて造形材料が感光ドラム３４の表面に配置される。この画像は、転写ローラ４１により転写体４２上に転写される。以下、転写体４２に転写された造形材料からなる層を材料層と呼ぶ。複数種類の造形材料を用いる場合、材料層形成ユニット１００には材料の種類に応じた数のプロセスカートリッジが設けられる。スライスデータに応じて、各プロセスカートリッジでは材料ごとの潜像が生成されて造形材料が配置され、これらを転写体４２の上で合わせることにより１スライス分の材料層が形成される。
【００２５】
転写体４２は材料層を担持しつつ回転し、材料層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上の造形物）が材料層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、材料層がステージ５２上（又はステージ５２上の造形物の上面）に熱溶着される。材料層が積層されるたび、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。
以上の材料層を形成する材料層形成工程及び材料層を積層する造形工程（造形動作）のセットをスライスデータの枚数に応じて複数回繰り返すことで、ステージ５２上に造形物が形成される。
【００２６】
なお、本明細書では、造形システムで作製しようとする目的物（つまり造形システムに与えられる３次元モデルデータが表す物体）を「造形対象物」と呼び、造形システムで作製された（出力された）物体を「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次元モデルデータをスライスして得られる１スライス分のデータを含むデータを１層分の「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータに基づき材料層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「材料層」と呼ぶ。
【００２７】
（造形の課題）
本実施形態のように、多数の材料層を積層して造形物を形成するタイプ（積層型）の造形システムでは、材料層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、材料層に歪みが生じることがあり、特に、造形物の造形途中（積層途中）で造形動作が中断された後の造形動作の再開時に、材料層に歪みが生ずることがある。このような画像歪みが累積すると、造形物の寸法や形状に無視できない影響が表れる。これは、３桁以上の枚数の材料層を重ねて造形物を作る造形システムに特有の課題といえる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、各層の材料層の形状精度を担保するために、材料層形成ユニット１００で発生する画像歪みに関する情報を取得し（キャリブレーションと呼ぶ）、材料層形成時には各層のスライスデータに対し画像歪み補正を施す。材料層形成ユニットで発生する画像歪みに関する情報を取得するキャリブレーションとして本実施形態では造形物の形成に先立ち行う（オフラインキャリブレーションと呼ぶ）と共に、造形物の造形途中においても行うことを特徴とする。例えば、造形物の造形途中で造形動作が中断された際の造形動作の再開時や長時間造形を行う場合、複数回行われる材料層形成工程と造形工程のセットの間に、キャリブレーション工程を挿入し、材料層形成時には各層のスライスデータに対し画像歪み補正を施す補正処理を再キャリブレーション処理と呼ぶ。
【００２９】
また、本実施形態では、積層時の位置精度を担保するために、各層の材料層の転写体上の位置を計測し、積層時に材料層とステージ上の造形物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）。これは、各層の材料層を造形物上に積層する際に位置のばらつきがあると、得られる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という課題に対する処理である。
以下、オフラインキャリブレーション、画像歪み補正、オンラインレジストレーション、及び再キャリブレーション処理の詳細を説明する。
【００３０】
（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、前述した材料層形成及び造形と同じ手順で、キャリブレーションマーカをステージ５２上に形成し、そのマーカの位置ずれから画像歪みに関する情報（画像歪み情報）を取得する。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、材料層形成工程と造形工程のセットの繰り返しの合間に挿入することもできる。
【００３１】
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、例えば制御ユニット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。
【００３２】
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。点線で示した四角形の領域２０３は、横２００ｍｍ、縦３００ｍｍの画像を形成可能な範囲（画像エリア）を表している。この画像エリア２０３の大きさは、ステージ５２上の造形エリア（造形が可能な最大領域）の大きさに等しい。画像エリア２０３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、画像エリア２０３の四隅の１０ｍｍ角の領域の中心に生成される。
【００３３】
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の一例を示す。材料層形成及び／又は造形の過程で発生した画像歪みにより、画像エリア２０４、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、材料層形成や造形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。
【００３６】
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、造形エリア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、造形エリア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、ステージ上の造形エリア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
形の造形エリア内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層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、造形エリア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、造形エリア内の各位置で生じる変位は比較的線形となる。このため、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をマーカ位置間で線形補間すること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有してい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、造形エリア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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（マーカ検出部）２０１と画像歪取得部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。画像歪取得部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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。このことで、材料層形成ユニット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、材料層形成ユニット１００は、キャリブレーションマーカデータに基づき、造形物の材料層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、材料層形成工程から造形工程までのプロセス、具体的には露光、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。
【００４１】
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。
【００４２】
ステップ３０８では、画像歪取得部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、画像歪取得部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、各マークの変形ベクトルを、材料層形成ユニット１００で形成されステージ上に積層されるまでの間に材料層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。
【００４３】
（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、材料層の形成時に実行される画像歪み補正について説明する。
【００４４】
図４に示すように、制御ユニット６０は、スライス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、データ付加部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、材料層形成時の制御ユニット６０の動作を説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
ステップ３１３では、造形対象物の３次元モデルの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次元モデルデータに基づき、当該造形対象物の３次元モデルを所定のピッチ（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、データ付加部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、スライスデータを生成する。レジストレーションマーカの詳細については後述する。ステップ３１４〜３１５に変えて、データ付加部６２が読み込んだ３次元モデルの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、各層のスライスデータを生成してもよい。また、後述する再キャリブレーション処理においては、各層のスライスデータに対し、造形物の造形途中でキャリブレーションマーカを積層する際の土台となる積層部分をマーカエリア内に形成するためのデータを付加する。
【００４７】
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、スライスデータの歪み補正を行う。ここでの歪み補正は、材料層形成から造形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次元モデルのデータに対して歪み補正を行うことにより、スライス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、補正後のスライスデータを画像生成コントローラ１０に送信する。
【００４８】
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層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。
【００４９】
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）。
【００５０】
図６Ａの破線はステージ５２上の造形エリアを示し、造形エリアの左右の白四角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。
【００５１】
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上の造形エリアを示し、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、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。
【００５２】
図６Ｃは、図６Ｂの実線で示した補正後のスライスデータを用いて材料層形成及び造形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。
【００５３】
（オンラインレジストレーション）
次に、材料層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、材料層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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、位置取得部２１２、積層位置調整部２１３を有する。
【００５６】
図５Ｂのステップ３１５で説明したように、各層のスライス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、造形エリア内の所定位置（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。
【００５７】
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、位置取得部２１２が、レジストレーション転写マーカＡＦの検出結果から、材料層の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、材料層の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上の材料層の先端合わせを行う。また積層位置調整部２１３は、材料層の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上の材料層の左端の位置合わせを行う。これにより、造形物と材料層の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。
【００５８】
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上の造形エリア先端部の所定位置（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。
【００５９】
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。
【００６０】
ズレなく転写された場合の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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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るほど小さい場合は、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。
【００６５】
以上述べた構成によれば、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、材料層形成から造形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。
【００６６】
これまでの説明では、説明の便宜上、プロセスカートリッジが１つの場合について示したが、本実施形態では、複数のプロセスカートリッジが設けられている。この構成は、例えば、複数のカートリッジのうち１つのカートリッジにサポート材料を入れることで、造形物本体とは異なる材料（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製する目的に使用できる。この場合、制御部では、造形対象物のスライスデータにサポート材料の情報に関するデータが付加され、造形用のスライスデータが生成される。あるいは、複数のカートリッジのうち２つのカートリッジに同じ材料を入れておき、１つのプロセスカートリッジで材料層形成を行い、材料が空になると自動的に他方のプロセスカートリッジに切り替えて材料層形成を続行する、という目的にも使用できる。あるいは、複数のカートリッジに色や物性がそれぞれ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。
【００６７】
ここで、図８Ａ及び図８Ｂを用いて、本実施形態における画像エリアの定義を行う。以下に説明する形態では、２つのプロセスカートリッジを有する形態とし、２種類の造形材料を用いるものとする。造形材料としては、構造材料とサポート材料を用いるものとする。
ここでは造形対象物５１として、両端に鍔のついた円筒形状の造形物を例にして説明する。図８Ａは、円筒形状の造形対象物５１の側面図を示す図である。図８Ｂは、ステージ５２上に形成された造形対象物５１、キャリブレーションマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲ、レジストレーションマーカＡＦをステージ５２の上方から見た図であり、造形対象物５１においては、図８ＡのＺ１−Ｚ２断面を示している。
【００６８】
図８Ｂにおいては、構造体をＳＬで示し、積層時に鍔の下を支持するサポート体をＳＰで示している。また図８Ｂにおいて、キャリブレーションマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲをそれぞれ取り囲む破線部内領域をマーカエリアＭＡとする。マーカエリアＭＡには、造形途中でキャリブレーションマーカを積層するためのマーカサポート体ＭＳが形成される。この点については後述するが、マーカエリアＭＡにマーカサポート体ＭＳが形成される場合には、図８Ｂにおいて画像エリア２０３のうち、マーカエリアＭＡを除いた領域が、造形物の造形が可能な領域となる。
【００６９】
図９は、２つのプロセスカートリッジを有する造形システムの構成を示す図である。図９の例では、感光ドラム３４Ａ、転写ローラ４１Ａを有する第１のカートリッジ３０Ａと、感光ドラム３４Ｂ、転写ローラ４１Ｂを有する第２のカートリッジ３０Ｂが設けられている。そして、カートリッジ３０Ａには構造材料、カートリッジ３０Ｂにはサポート材料がそれぞれの造形材料供給部３１（収容部）に収容されている。図９のように、２種類の造形材料を用いて造形を行う場合は、感光ドラム３４Ａで形成された構造材料からなる層と、感光ドラム３４Ｂで形成されたサポート材料からなる層とを転写体上で合わせてできる層が、１回の積層に用いられる材料層となる。
【００７０】
（再キャリブレーション処理）
以下、本実施形態の特徴である再キャリブレーション処理について説明する。図９に示すような造形システムとして２カートリッジ及び２材料の構成とし、図４に示すように、造形コントローラ７０は、残量検出センサ（残量検出部）３５Ａ，３５Ｂのセンシング結果に基づき、造形物の造形動作を中断する機能を有する中断部２１４を有する。
造形物の造形動作の途中で、カートリッジ３０Ａ内の構造材料が無くなり、造形動作が中断される場合がある。このような場合には、残量検出センサ３５Ａが、造形材料供給部３１Ａ内の造形材料の残量が閾値未満であることを検知し、材料無し検出信号を造形コントローラ７０に送出する。すると、カートリッジ３０Ａ内の造形材料が無くなったこと、またはカートリッジ３０Ａの交換が必要である旨の表示が図２のＵＩ手段７４に表示される。ユーザは、その表示により材料が無いことを認識し、カートリッジ３０Ａの交換を行う。
カートリッジ３０Ａが交換され、残量検出センサ３５Ａにより、造形材料供給部３１Ａ内の造形材料の残量が閾値以上となったことが検出されると、造形物の造形動作の中断が解除され、造形物の造形動作が再開される。
本実施形態では、このように造形動作の中断後に再開される場合においても、上述した、オフラインキャリブレーション及び画像歪み補正と同様の処理である再キャリブレーション処理を実施することを特徴とする。
【００７１】
図１０Ａ〜図１２Ｂは、造形途中に造形材料が無くなりカートリッジを交換した後の再キャリブレーション処理について説明するための図である。なお、図１０Ａ〜図１２Ｂに示すキャリブレーションマーカにおいては、説明の便宜上、先端部分のキャリブレーションマーカのみを示すこととする。
図１０Ａは、造形途中のＮ層目を積層完了した時点でカートリッジ３０Ａの造形材料が無くなり、造形コントローラ７０が、残量検出センサ３５Ａにより材料無しを検出し積層動作を停止した状態を示している。
【００７２】
図１０Ａに示すように、造形エリア内の左端には、三角形のレジストレーションマーカＡＦが転写体からそのまま造形物として連続積層され、Ｎ層目のレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ）が表面（上面）に位置している。
また、造形動作の再開後に実行される再キャリブレーション処理時に、キャリブレーションマーカを積層する際の土台となるマーカサポート体ＭＳも造形物として形成されている。このマーカサポート体ＭＳは、材料層の一部であるキャリブレーションサポート画像が造形物の一部として連続積層されることで形成される。また、マーカサポート体ＭＳは、図１の制御ユニット６０で各層のスライスデータが生成される時に、図４のデータ付加部（マーカエリア付加部）６２によってデータが付加されることで形成されるものである。そのデータは、造形物の造形途中でキャリブレーションマーカを積層する際の土台となる積層部分をマーカエリアに形成するためのデータである。
【００７３】
その後、ユーザによりカートリッジ３０Ａの交換が行われることで、造形動作が再開可能となる。
造形コントローラ７０は、カートリッジ３０Ａが交換され、カートリッジ３０Ａ内の造形材料が残量検出センサ３５Ａにより材料有りと検出されたと判断すると、ステージ上の造形物の造形動作を再開する。このときに、再キャリブレーション処理が制御部により行われる。
また、長時間の造形により、画像形成ユニット１００で形成されステージ上に積層されるまでの間に材料層に生じる画像歪みが変化する場合がある。このような場合にも、途中で再キャリブレーション処理を行うとよい。
【００７４】
以下に、再キャリブレーション処理について、より詳しく説明する。
まず、キャリブレーションマーカが、図５Ａのステップ３０４同様にして生成される。生成されたキャリブレーションマーカは、ステージ上の造形物のＮ＋１層目に相当する位置に対して積層される。
図１０Ｂ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がステージ上の造形物のＮ＋１層目に積層された状態を示す。このように、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が、Ｎ＋１層目の材料層として生成され、ステージ上の造形物に積層される。このとき、図１０Ｂに示すように、Ｎ層分の材料層が積層された状態の造形物に対して上方に、キャリブレーションマーカが突き出た状態となっている。このキャリブレーションマーカは、図６Ｃと同様に正規位置から外れて歪んだ位置に積層される可能性があるが、オフラインキャリブレーション同様に、このマーカの位置ずれから画像歪み情報を取得し、画像歪補正を行う。
【００７５】
図１１Ａは、キャリブレーションマーカの積層直後に行われる造形物の造形動作の概念について説明するための図である。
キャリブレーションマーカの積層直後は、上述のように、ステージ上の造形物の上面は、マーカ部分が突き出ているので、積層を継続するには、この突き出ている部分をなくし、造形物の上面を平らにする必要がある。このため、キャリブレーションマーカの積層直後にマーカサポート体ＭＳに積層されるキャリブレーションサポート画像は、マーカサポート体ＭＳの上面のうちキャリブレーションマーカの配置領域を除いた領域に積層されるように形成している。具体的には、Ｎ＋１層目のキャリブレーションマーカＡＦＬに対応する開口部を有するキャリブレーションサポート画像が形成される。このとき、Ｎ＋１層目の構造体の断面画像とレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋１）の画像に対して画像歪補正を行うが、Ｎ＋１層目のキャリブレーションマーカＡＦＬに対応する開口部に対して
は補正を行わない。Ｎ＋１層目のキャリブレーションマーカの突き出しを平らにするためには、Ｎ＋１層目のキャリブレーションサポート画像に形成する開口部にもＮ＋１層目のキャリブレーションマーカと同じ画像歪みを含んだ状態とする必要があるためである。したがって、Ｎ＋１層目のキャリブレーションマーカの積層後に積層されるＮ＋１層目の材料層を形成するためのスライスデータには、Ｎ＋１層目のキャリブレーションマーカの形状に対応する開口以外の領域に対して画像歪補正が行われる。
【００７６】
このように、造形動作の再開後、Ｎ＋１層目の材料層として、キャリブレーションマーカの配置領域を除いたキャリブレーションサポート画像、レジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋１）、及び、構造体の断面に対応する部分が造形物に積層される。Ｎ＋１層目以降に積層される材料層は、再キャリブレーション処理により処理された状態にある。
【００７７】
造形動作の再開後、Ｎ＋１層目の材料層が積層された状態を図１１Ｂに示す。図１１Ｂに示すように、Ｎ＋１層目の材料層が積層されることで、造形物の上面は、再び平らとなり、その後は、通常の積層が実行可能となる。
図１２Ａは、通常の積層動作がＮ＋２層目から継続される概念を説明するための図である。
Ｎ＋２層目の材料層として、キャリブレーションサポート画像、レジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋２）、及び、構造体の断面に対応する部分が、ステージ上の造形物に積層される。
【００７８】
図１２Ｂは、Ｎ＋２層目の材料層が、通常通り積層された状態を示す図である。構造体の断面に対応する部分は、造形動作が中断されても、間引かれることなく、また重複されることなく、スライスデータにおいて歪補正が継続して行われるので、忠実な精度よい造形物を形成することができる。なお、造形動作の中断時に形成されるキャリブレーションマーカ、及びキャリブレーションマーカが積層されるマーカサポート体ＭＳは、積層が完了した後、廃棄される。
【００７９】
図１３は、上記工程をステップごとに順を追って説明するためのフローチャートである。ステップ４０１：Ｎ層目の材料層が積層された後、残量検出センサ３５Ａがカートリッジ３０Ａの造形材料無しを検出すると、造形コントローラ７０が造形動作を中断する。
ステップ４０２：造形材料無しが表示された後、ユーザがカートリッジ交換をすると、残量検出センサ３５Ａがカートリッジ３０Ａの造形材料有りを検知し、造形コントローラ７０が再キャリブレーション処理の実行を指示する。
ステップ４０３：カートリッジ３０Ａの造形材料によりキャリブレーションマーカを生成し、材料層を形成し、マーカエリアに形成されたマーカサポート体ＭＳ（マーカサポート体上）に積層する（Ｎ＋１層目）。
【００８０】
ステップ４０４：マーカサポート体ＭＳに積層されたキャリブレーションマーカの位置情報を材料左先端センサ５４，材料右先端センサ５５が検出すると、制御ユニット６０が画像歪み補正を行う。
ステップ４０５：Ｎ＋１層目におけるキャリブレーションマーカの配置領域を除いたキャリブレーションサポート画像及びレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋１）、及び、造構造体の断面に対応する部分をステージ上の造形物に積層する（Ｎ＋１層目）。このとき、キャリブレーションマーカの配置領域を除いたキャリブレーションサポート画像及びレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋１）は、マーカサポート体ＭＳに積層される。
【００８１】
ステップ４０６：Ｎ＋１層目におけるキャリブレーションマーカの配置領域を含むキャリブレーションサポート画像及びレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋２）、及び、構造体の断面に対応する部分をステージ上の造形物に積層する（Ｎ＋２層目）。このとき、Ｎ
＋１層目におけるキャリブレーションマーカの配置領域を含むキャリブレーションサポート画像及びレジストレーションマーカＡＦ（Ｎ＋２）は、マーカサポート体ＭＳに積層される。
ステップ４０７：造形動作を通常通り継続する。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によれば、造形途中で再キャリブレーション処理が実行可能となり、キャリブレーション結果に従って造形途中での画像歪補正が可能となるので、形状精度の高い造形を実現することができる。
【００８３】
ここで、本実施形態では、カートリッジの交換時に造形動作が中断し、造形動作の再開時に再キャリブレーション処理が実行されるものであったが、これに限るものではない。再キャリブレーション処理は、造形物の造形途中で、必要に応じて造形動作を中断させ、造形動作の再開時に実行されるものであればよい。また、再キャリブレーション処理を、造形動作の合間に挿入し、必要に応じて、造形動作を中断させることなく実行されるものであってもよい。ここで、材料層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、装置稼働中の装置内部の温度変化に伴う各部材の熱的変化などにより発生する。したがって、再キャリブレーション処理は、カートリッジ３０の使用時間が所定値に達したタイミングなど、必要に応じて実行されることが好ましい。
また、本実施形態では、オフラインキャリブレーション及び再キャリブレーション処理が実行される場合について説明したが、これに限らず、再キャリブレーション処理のみが実行可能に構成されるものであってもよい。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。この場合には、例えば、造形物の造形動作開始後、造形物の形状精度が要求されるタイミング（造形途中）で、再キャリブレーション処理が実行されるものであるとよい。
【００８４】
また、本実施形態では、カートリッジ３０Ａ内に構造材料、カートリッジ３０Ｂ内にサポート材料を収容するものであったが、造形中にサポート体が必要ない場合には、これに限るものではない。すなわち、再キャリブレーション処理時に、マーカサポート体ＭＳに積層されるキャリブレーションマーカが、左先端センサ５４，材料右先端センサ５５により検出できるものであればよい。したがって、キャリブレーションマーカを構成する材料とマーカサポート体ＭＳを構成する材料は適宜設定されるとよい。
また、再キャリブレーション処理の説明においては、先端部分のキャリブレーションマーカのみを表示して説明したが、オフラインキャリブレーションの項で説明したように、これに限るものではない。後端部分の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を用いても、再キャリブレーション処理における画像歪み情報の取得が可能である。
また、カートリッジ３０Ａ内の構造材料ではなく、カートリッジ３０Ｂ内のサポート材料が無くなった場合においても、上記同様にカートリッジ交換が行われたとき、再キャリブレーション処理が行われる。プロセスカートリッジ（材料配置部）が３つ以上の場合であっても同様であり、マーカをプロセスカートリッジ毎に個別に生成すればよい。
【符号の説明】
【００８５】
３４：感光ドラム、４２：転写体、５２：ステージ、６２：データ付加部、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：画像歪取得部、６３：画像歪補正部、ＭＡ：マーカエリア、ＭＳ：マーカサポート部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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