(57)【要約】【課題】各層の画像を独立に形成しそれらを順にステージ上に積層して３次元の造形物を得る方式の造形システムにおいて、ステージ上の造形領域を有効活用しつつ、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】画像形成部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、前記キャリブレーションマーカをステージ上に積層する処理を行うマーカ生成部と、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動作に続いて、造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための画像データを前記画像形成部に与え、前記画像形成部によって形成した材料画像を前記ステージ上に積層する動作を行う制御部と、を有する。【選択図】図１０
2017013341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えら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部と、
造形領域において前記材料画像が積層されるステージと、
を有する造形システムであって、
前記画像形成部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、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処理を行うマーカ生成部と、
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動作に続いて、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための画像データを前記画像形成部に与え、前記画像形成部によって形成した材料画像を前記ステージ上に積層する動作を行う制御部と、
を有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、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージ上に積層する動作よりも後に行う造形動作において、前記ステージ上の前記キャリブレーションマーカの配置領域を含む領域に、造形対象物の３次元形状データから生成されるスライス画像データに対応する材料画像を積層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】
前記造形材料が、造形物を構成する構造材料と、造形中の前記造形物を支持するサポート体を構成するサポート材料と、を含む場合であって、前記キャリブレーションマーカが、前記構造材料で形成される場合、
前記制御部は、前記ステージ上の前記キャリブレーションマーカに接触する領域を前記サポート材料で形成することを特徴とする請求項１または２に記載の造形システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を、前記サポート材料で形成す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】
前記制御部は、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージ上に積層する動作に続いて、前記造形領域全体に前記サポート材料からなる材料画像を積層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検出するマーカ検出部と、
前記マーカ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、
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、前記画像形成部に与える造形対象物の３次元形状データから生成されるスライス画像データに対して前記画像歪みを低減する補正を行う補正部と、
をさらに有し、
前記画像歪計測部は、前記マーカ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、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求め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互い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６に記載の造形システム。
【請求項８】
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６または７に記載の造形システム。
【請求項９】
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以外の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求めることを特徴とする請求項７又は８に記載の造形システム。
【請求項１０】
前記画像形成部は、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乃至９のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１１】
与えら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部と、
造形領域において前記材料画像が積層されるステージと、
を有する造形システムを用いる造形方法であって、
前記画像形成部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、前記キャリブレーションマーカを前記ステージ上の造形領域に積層する処理に続いて、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージの上に積層する処理を行うことを特徴とする造形方法。
【請求項１２】
前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージ上に積層する処理よりも後に、前記ステージ上の前記キャリブレーションマーカの配置領域を含む領域に、造形対象物の３次元形状データから生成されるスライス画像データに対応する材料画像を積層することを特徴とする請求項１１に記載の造形方法。
【請求項１３】
前記造形材料として、造形物を構成する構造材料と、造形中の前記造形物を支持するサポート体を構成するサポート材料とを用い、
前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージ上に積層する処理に続いて、前記造形領域全体に前記サポート材料からなる材料画像を積層することを特徴とする請求項１１または１２に記載の造形方法。
【請求項１４】
前記造形システムが、
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検出するマーカ検出部と、
前記マーカ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、
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、前記画像形成部に与える造形対象物の３次元形状データから生成されるスライス画像データに対して前記画像歪みを低減する補正を行う補正部と、
をさらに有し、
前記マーカ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、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求めることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は造形システム及び造形方法に関する。
【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積層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）、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。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】
積層造形システムでは、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、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。
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。
【０００５】
キャリブレーションの方法として、造形物の形成に先立ち、ステージ上の所定位置に基準マークを形成して、その位置情報をセンサで読み取り、当該位置情報から以後に形成する画像の歪みを補正する手法が考えられる。ところが、基準マークを積層すると、基準マーク部分がステージ上の所定位置で盛り上がってしまうため、所定位置を含むステージ全域を用いて、造形物の形成を行うことができないことが懸念される。
画像歪みの補正後に、基準マークをステージ上から除去するような構成にしてもよいが、マーク除去を手作業で行うのは利便性を低下させ、また、自動的に掻き落としたり洗い流したりする除去手段を備えたのでは、装置構成を複雑にしてしまう。
基準マークの形成位置を、その後の造形物の形成時には使用しないエリアとし、画像歪み補正後は、基準マークを放置するような構成にすればマークを除去する必要性はなくなるが、この場合には、有効な造形領域を狭めてしまうことになってしまう。
【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ステージ上に積層して３次元の造形物を得る方式の造形システムにおいて、ステージ上の造形領域を有効活用しつつ、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、与えら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部と、
造形領域において前記材料画像が積層されるステージと、
を有する造形システムであって、
前記画像形成部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、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処理を行うマーカ生成部と、
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動作に続いて、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための画像データを前記画像形成部に与え、前記画像形成部によって形成した材料画像を前記ステージ上に積層する動作を行う制御部と、
を有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、与えら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部と、
造形領域において前記材料画像が積層されるステージと、
を有する造形システムを用いる造形方法であって、
前記画像形成部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、前記キャリブレーションマーカを前記ステージ上の造形領域に積層する処理に続いて、前記造形領域のうち前記キャリブレーションマーカの配置領域を除く領域全体に造形材料を配置するための材料画像を前記ステージの上に積層する処理を行うことを特徴とする造形方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
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ステージ上に積層して３次元の造形物を得る方式の造形システムにおいて、ステージ上の造形領域を有効活用しつつ、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】
【００１０】
【図１】実施形態に係る積層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】２つの画像形成部を有する積層造形システムの構成を示す図。
【図９】造形領域ＺＡの全体概要と使用区分について説明する図。
【図１０】積層動作手順を示したフローチャート。
【図１１】ステージ上の積層構造を、マーカを通過する縦断面で見た概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
＜実施形態＞
（積層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積層造形システム（造形システム）の構成を
説明する。図１は、本実施形態に係る積層造形システムの構成を模式的に示す図である。
【００１３】
積層造形システムは、多数の薄膜を積層することによって立体造形物を作成する装置である。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。
【００１４】
本実施形態の積層造形システムは、概略、制御部、画像形成部、及び、造形部を有する。制御部は、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を生成する処理、積層造形システムの各部の制御、などを担う構成部分である。制御部は、制御ユニット６０、造形コントローラ７０、画像生成コントローラ１０、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。画像形成部は、各層のスライス画像データに基づき、造形材料からなる画像を形成する構成部分である。画像形成部は、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。造形部は、画像形成部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。造形部は、転写体４２、ヒータローラ４３、ステージ５２、ステージガイド５３などで構成される。
【００１５】
（制御部）
制御ユニット６０は、造形対象物の３次元形状データを造形用のスライス画像データへ変換する機能、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、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。
【００１６】
造形コントローラ７０は、積層造形システム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。
【００１７】
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インタフェース８１には、図示しないが、積層造形システム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。
【００１８】
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、画像形成部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】
なお、本実施形態では、制御ユニット６０と造形コントローラ７０と画像生成コントローラ１０を別々のコンピュータにて構成したが、これらの機能を１つのコンピュータにより構成しても構わない。
【００２０】
（画像形成部）
画像形成部は、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。積層造形システムでは、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、画像形成部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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。サ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。
【００２３】
（造形部）
転写体４２は、画像形成部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。ヒータローラ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（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。
【００２４】
（積層造形システムの動作）
次に、積層造形システム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、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断面形状を計算し、各層のスライス画像データを生成する。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。
【００２５】
画像形成部では、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、造形材料からなる画像が感光ドラム３４の表面に形成される。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に転写された画像を材料画像と呼ぶ。
【００２６】
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上の造形物の上面）に熱溶着され積層（定着）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１層の厚み分だけ下降させ、次の層の積層に備える。
以上の材料画像を形成する画像形成工程及び材料画像を積層する造形工程（造形動作）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上に造形物が形成される。
【００２７】
なお、本明細書では、１回の積層に用いられる材料画像の形成に用いられるデジタルデータを「スライス画像データ」と呼ぶ。また、積層造形システムで作成しようとする目的物（つまり積層造形システムに与えられる３次元形状データが表す物体）を「造形対象物」と呼び、積層造形システムで作成された（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。
【００２８】
（積層造形の課題）
本実施形態のように、多数の材料画像を積層して造形物を形成するタイプの積層造形システムでは、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、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画像を重ねて造形物を作る積層造形システムに特有の課題といえる。
【００２９】
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に、造形物の形成に先立ち、画像形成部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。このとき、画像歪みを補正するために、ステージ上にキャリブレーションマーカを形成するが、本実
施形態では、このマーカを含む造形領域全体を、造形物を形成する際の有効な造形領域として使用可能とすることを特徴とする。
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、各層の材料画像をステージ上の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、及び、オンラインレジストレーションの詳細を説明する。
【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、前述した画像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を計測する。
【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、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。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上の造形領域（造形物が積層可能な領域）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。画像形成及び／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の位置及び形状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はそれぞれマーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲの変形ベクトル（画像歪み）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、造形領域内の位置ごとに歪みの方向や程度が相違するからである。したがって、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、それぞれの位置での画像歪みを検出（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。これにより、造形領域内の各位置の画像歪み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、位置ごとの歪みの変化は比較的線形となるため、四隅のマーカ以外の位置での画像歪みは四隅のマーカの画像歪み（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。
【００３７】
図４及び図５Ａを用いて、オブ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、各マーカの歪量である変形ベクトル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に出力することで、画像形成部及び造形部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、画像形成部は、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部へ搬送される。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、画像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、造形といった一連のプロセスの中で発生した画像歪みが含まれている。
【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、各マーカの歪量である変形ベクトル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。
【００４４】
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。
【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データを生成する。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データに対しレジストレーションマーカを付加し、造形用の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、ステップ３１４で生成した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。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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）。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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埋め込み、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、位置ずれ計測部２１２、積層位置調整部２１３を有する。
【００５５】
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。
【００５６】
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、位置ずれ計測部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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、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。
【００６４】
以上述べた本実施形態の積層造形システムの構成によれば、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。
【００６５】
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、カートリッジ３０を交換したタイミングや、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に実行することが好ましい。
【００６６】
これまでの説明では、説明の便宜上、画像形成部が１つの場合について示したが、本実施形態では、複数の画像形成部が設けられている。この構成は、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成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画像データに、必要に応じてサポート材料の情報に関するデータやマーカの画像データが付加され、造形用のスライス画像データが生成される。
このとき、サポート材料を入れるカートリッジ以外のカートリッジを複数備えることで、その複数のカートリッジに様々な構造材料を収容することができる。例えば、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つの画像形成部で画像形成を行い、材料が空になると自動的に他方の画像形成部に切り替えて画像形成を続行する、という目的に使用できる。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】
図８は、２つの画像形成部を有する積層造形システムの構成を示す図である。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の画像形成部と、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の画像形成部が設けられている。転写ローラ４１Ａ，４１Ｂから逐次、造形材料が同一の転写体４２に転写されることで、２種類の造形材料が混載された材料画像が形成される。ここで、カートリッジ３０Ａには構造材料Ａ、カートリッジ３０Ｂにはサポート材料Ｂがそれぞれの造形材料供給部３１に収容されている。
【００６８】
ここで、図９を用いて、造形領域ＺＡの全体概要と使用区分について説明する。上述のように、ステージ５２上の造形領域ＺＡの略四隅には、四角形状のキャリブレーションマーカが配置される。
図８に示す、構造材料Ａとサポート材料Ｂを造形材料として有する積層造形システムの場合、キャリブレーションマーカとしては、図９に示すようなマーカが用いられる。すなわち、先左端キャリブレーションマーカＡＦＬ，ＢＦＬ、先右端キャリブレーションマーカＡＦＲ，ＢＦＲ、後左端キャリブレーションマーカＡＲＬ，ＢＲＬ、後右端キャリブレーションマーカＡＲＲ，ＢＲＲが、造形領域ＺＡの略四隅に配置される。
マーカＡＦＬ，ＡＦＲ，ＡＲＬ，ＡＲＲは、構造材料Ａの積層に関わるキャリブレーションマーカであり、マーカＢＦＬ，ＢＦＲ，ＢＲＬ，ＢＲＲはサポート材料Ｂの積層に関わるキャリブレーションマーカである。図９に示すように、これらのキャリブレーションマーカ群とその近傍をキャリブレーションマーカエリアＭＡとする。
【００６９】
基本的に、図９に示したキャリブレーションマーカエリアＭＡを除く十字状のエリアは、目的とする造形物の形状に応じて、いずれの層においても任意の造形領域ＺＡとして自由に使用することができる。
しかしながら、キャリブレーションマーカは、例えば、スライス画像データに応じた材料画像の積層を開始する前に、ステージ５２上に１回だけ積層して形成されるものである。本実施形態ではこの点に着目し、後述する積層動作を行うことで、第３層目以降（目的とする造形物の形状によっては第２層目以降）の積層時に、キャリブレーションマーカエリアＭＡを含む造形領域ＺＡ全領域を任意の造形領域ＺＡとして使用することを特徴とする。
【００７０】
次に、本実施形態に係る積層造形システムの積層動作について詳細に説明する。図１０は、積層動作手順を示したフローチャート、図１１Ａ〜図１１Ｄは、ステージ５２上での造形過程を、キャリブレーションマーカＡＦＬ，ＢＦＬ，ＡＲＬ，ＢＲＬ（またはＡＦＲ，ＢＦＲ，ＡＲＲ，ＢＲＲ）を通過する縦断面で示した概略断面図である。以下、図１０のフローチャートに沿って、積層造形システムの積層動作について説明する。
【００７１】
まず、ステップ４０１で、各々の造形材料についてキャリブレーションマーカを形成して、ステージ５２上の上端面に第１回目の積層を行う。このときの造形物の従断面を図１１Ａに示す。
次に、ステップ４０２で、各々のキャリブレーション積層マーカのステージ５２上での積層位置を読み取り、正規位置との差に基づいて画像歪情報を生成する。
そして、ステップ４０３で、当該画像歪情報に基づいてスライス画像データに歪み補正を施し、スライス画像データに応じた画像を含み、キャリブレーション積層マーカの積層
領域（配置領域）を造形領域から除いた領域に対応するような材料画像を形成して、ステージ５２上の上端面に第２回目の積層を行う。
【００７２】
ステージ５２上の造形領域からキャリブレーション積層マーカの積層領域を除いた領域に対応するように材料画像を形成すると、ちょうどキャリブレーションマーカ部分を型抜きしたような材料画像が得られる。この材料画像を、ステップ４０１で積層済みのキャリブレーション積層マーカに嵌め込むように、ステージ５２上に積層する。このように、ステージ５２上でキャリブレーションマーカを含む層（ステージ５２上に形成される第１層目の層）の積層は、２回の積層動作により完了する。ここで、ステージ５２上でキャリブレーションマーカを含む層は、キャリブレーションマーカの積層直後に、ステージ５２上で積層動作が行われるときの第１層目の層に相当する。
【００７３】
このときの積層構造の従断面を、図１１Ｂに示す。図中、ステージ５２上の積層構造のうち、黒地の領域は構造材料Ａによる材料画像を示し、白地の領域はサポート材料Ｂによる材料画像を示している。図からも明らかなように、ステップ４０３実行後は、造形領域ＺＡ全体でフラットな面が形成される。また、図１１Ｂに示すように、構造材料Ａで形成されたキャリブレーションマーカＡＲＬ，ＡＲＲに隣接する領域には、サポート材料Ｂが積層されている。これにより、積層動作完了後に、造形物本体からキャリブレーションマーカを簡単に分離させることができる。
【００７４】
ところで、ステップ４０３では、ステージ５２上の造形領域からキャリブレーション積層マーカの積層領域を除いた領域に対応するように材料画像を形成している。このとき、元々のキャリブレーション積層マーカ（画像歪み補正を行っていないキャリブレーションマーカ）の積層位置に対しても画像歪み補正を行うと、所望の型抜き状の材料画像を得ることができない場合がある。したがって、ステップ４０３では、キャリブレーション積層マーカの積層位置に対して画像歪み補正を行わない。このことは、キャリブレーションマーカを含まない画像データに対して画像歪み補正を行ったあと、元々のキャリブレーション積層マーカの積層位置に対応する領域を、補正後の画像データから消去することで実現できる。
【００７５】
次いで、ステップ４０４で、上記画像歪情報に基づいて画像歪み補正を施し、キャリブレーション積層マーカの積層位置を含む造形領域ＺＡ全領域の材料画像を形成し、ステージ５２を１層分の厚さだけ下降させ、ステージ５２上の上端面に積層させる。このときの積層構造の従断面を、図１１Ｃに示す。
ここでの材料画像には、そもそもキャリブレーションマーカが存在しないので、画像歪み補正は全領域で行われる。また、ステップ４０３と異なり、ステップ４０４でのキャリブレーションマーカが存在しない層の積層は、１回の積層動作により完了する。また、図１１Ｃに示すように、構造材料Ａで形成されたキャリブレーションマーカＡＲＬ，ＡＲＲの上面で、これらのマーカに接触する領域には、サポート材料Ｂが積層されている。これにより、積層動作完了後に、造形物本体からキャリブレーションマーカを簡単に分離させることができる。
【００７６】
以降、目的とする造形物が得られるまで、ステップ４０４を繰り返し実行する（ステップ４０５）。この場合、図１１Ｃの造形物に対して材料画像が１回積み重ねられることで、図１１Ｄに示す積層構造となるように、ステップ４０４が繰り返し実行されることで、ステージ５２上の造形物に対して材料画像が積み重ねられていく。このとき、図１１Ｃ、図１１Ｄからも判るように、ステージ５２上に形成したキャリブレーションマーカの上側に対しても、目的とする造形物を構成する構造材料Ａや、サポート材料Ｂが積層される。
【００７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、第３層目以降、目的とする造形物の形状に
よっては第２層目以降の層で、キャリブレーションマーカエリアＭＡを含む造形領域ＺＡ全領域を、平らにすることができる。したがって、キャリブレーションマーカを除去することなく、ステージ５２上のキャリブレーションマーカエリアＭＡを含む造形領域ＺＡ全領域を、有効に活用しつつ、造形物の品質及び精度を向上することができる。
【００７８】
ここで、本実施形態では、図１１Ｂ〜図１１Ｄに示すように、第１層目に構造材料Ａを含む層を積層することで、造形物を形成しているが、これに限るものではない。造形物の最下層の積層から、キャリブレーションマーカエリアＭＡを含む造形領域ＺＡ全領域を、造形領域ＺＡとして使用したい場合には、例えばステージ上の第２層目の積層動作において造形領域ＺＡ全領域に積層される造形材料をサポート材料Ｂとするとよい。即ち、キャリブレーションをステージ上に積層（第１回目の積層動作）し、次いで、キャリブレーション積層マーカの積層領域を除いた造形領域に、サポート材料からなる材料画像を積層（第２回目の積層動作）し、ステージ上の第１層目を形成する。続いて、造形領域ＺＡ全領域にサポート材料Ｂからなる材料画像を積層（第３回目の積層動作）し、ステージ上の第２層目を形成する。これにより、ステージ上の第３層目から、キャリブレーションマーカエリアＭＡを含む造形領域ＺＡ全領域を、造形領域ＺＡとして使用することが可能となる。このように、構造材料Ａで形成されたキャリブレーションマーカに対しては、このマーカに接触する領域に積層される材料画像を、サポート材料Ｂで形成することで、構造体にキャリブレーションマーカがくっついてしまうことがない。これにより、積層動作完了後に、構造体からキャリブレーションマーカを簡単に分離させることができる。
以上、図１１を用いて、キャリブレーションマーカを、１回の積層で形成する場合について説明した。しかし、キャリブレーションマーカの位置を光の反射を利用して検知する場合など、検知手段やキャリブレーションマーカを構成する材料次第では、マーカを複数層で形成しなければ認識できない場合がある。この様な場合には、キャリブレーションマーカをステージ上に積層し、次いで、キャリブレーション積層マーカの積層領域を除いた造形領域に、サポート材料からなる材料画像を積層する手法を用いるとよい。例えば、キャリブレーションマーカをＮ層で形成すると仮定する。この場合、第（２Ｎ−１）回目の積層動作までは、キャリブレーションマーカを積層する積層動作と、キャリブレーション積層マーカの積層領域を除いた造形領域に、サポート材料からなる材料画像を積層する積層動作を交互にくり返せばよい。そうすれば、第２Ｎ回目以降は、図１１Ｂと同様に積層を行うことができる。
また、本実施形態では、各層ごとの造形領域ＺＡ全域に、必ずいずれかの造形材料を形成して積層動作を行う動作フローになっているが、これに限らず、目的とする造形物の形状に応じて、いずれの造形材料をも形成しない領域が存在するものであってもよい。
また、着色材料を用いてカラー化する目的などで造形材料の種類を増やす場合には、造形材料の種類数に応じて適宜キャリブレーションマーカの数を増加させればよい。
また、レジストレーションマーカも、ステージ５２上の上端面に毎層、レジストレーション積層マーカとして積層されることになるが、レジストレーション積層マーカと、目的とする造形物とは、どの層においても接触しないので、造形物の形状を乱すことはない。
【符号の説明】
【００７９】
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、６０：制御ユニット、６３：画像歪補正部、７０：造形コントローラ、２０２：画像歪計測部
【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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