(57)【要約】【課題】  造形処理の途中で造形材料を補充しても、ユーザーの所望する品質の造形物を造形できる造形装置を提供する。【解決手段】  造形装置１０１は、造形材料収容部２０４１と、造形材料の残量を取得する残量取得手段５０４と、造形物を造形するために必要な造形材料の使用量を造形データに基づいて取得する使用量取得手段５０３と、造形データから生成される複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を取得する画像変化量取得手段５０６と、残量が使用量より小さい場合に、残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データの候補を、画像変化量取得手段５０６で取得した画像変化量に基づいて複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する候補抽出手段５０７と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形データに基づいて造形材料を順次積層することによって造形物を造形する造形装置であって、
前記造形材料を収容する収容部と、
前記収容部に収容されている前記造形材料の残量を取得する残量取得手段と、
前記造形物を造形するために必要な前記造形材料の使用量を前記造形データに基づいて取得する使用量取得手段と、
前記造形データから生成される複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を取得する変化量取得手段と、
前記残量取得手段で取得した前記残量が前記使用量取得手段で取得した前記使用量より小さい場合に、前記残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データの候補を、前記変化量取得手段で取得した前記画像変化量に基づいて前記複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する候補抽出手段と、を備えることを特徴とする造形装置。
【請求項２】
前記変化量取得手段は、前記複数のスライス画像データのそれぞれについて、当該スライス画像データの次に造形されるスライス画像データとの間の前記画像変化量を取得することを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記候補抽出手段によって抽出した前記候補から前記残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データを特定する特定手段をさらに有し、
前記特定手段によって特定した前記スライス画像データを造形した後に造形処理を中断し、前記収容部への前記造形材料の補充または前記収容部の交換を受け付けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記候補抽出手段によって抽出した前記候補を、選択可能に表示する候補表示手段をさらに有し、
前記特定手段は、前記候補表示手段によって前記候補を表示してユーザーによる選択を受け付け、前記残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データを、前記ユーザーによる選択に基づいて特定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記画像変化量が、前記スライス画像データにおいて前記造形材料が配置される部分の面積である造形面積の、前記前後に位置するスライス画像データの間の一致する割合であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記候補抽出手段が、前記変化量取得手段で取得した前記割合が最も小さくなるスライス画像データを抽出することを特徴とする請求項５に記載の造形装置。
【請求項７】
前記画像変化量が、前記スライス画像データにおいて前記造形材料が配置される部分の面積である造形面積の、前記前後に位置するスライス画像データの間の一致する割合と、前記造形面積との積であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記候補抽出手段が、前記変化量取得手段で取得した前記積が最も大きくなるスライス画像データを抽出することを特徴とする請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
前記収容部を複数有し、
前記候補抽出手段は、前記複数の収容部に収容される前記造形材料のそれぞれについて、前記残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データの候補を、前記変化量取得手段で取得した前記画像変化量に基づいて前記複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
造形材料を収容する収容部を有し、造形データに基づいて前記造形材料を順次積層することによって造形物を造形する造形装置の制御方法であって、
前記収容部に収容されている前記造形材料の残量を取得する残量取得工程と、
前記造形物を造形するために必要な前記造形材料の使用量を前記造形データに基づいて取得する使用量取得工程と、
前記造形データから生成される複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を取得する変化量取得工程と、
前記残量取得手段で取得した前記残量が前記使用量取得手段で取得した前記使用量より小さい場合に、前記残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データの候補を、前記変化量取得手段で取得した前記画像変化量に基づいて前記複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する候補抽出工程と、を備えることを特徴とする造形装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の造形装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置、造形装置の制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、積層造形法を用いて、造形物を簡易的に作製することが行われている。積層造形法は、立体物の３次元形状データをスライスして複数のスライス画像データを生成し、各スライス画像データを基に造形材料によりレイヤーを形成し、造形材料のレイヤーを積層することによって立体造形物を作製する造形方法である。このような積層造形法には、光造形法、粉末焼結法、シート堆積法、樹脂押し出し法、インクジェット方式、電子写真方式などがある。
【０００３】
積層造形法における造形処理は、数時間から十数時間程度の長時間を要する。また、大きな造形物を作製する場合などには造形処理の途中で造形材料が不足することがあり、造形処理の途中で造形材料を補充する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、積層造形法を用いた造形装置において、造形処理の途中で造形材料の補充が必要か否かを判定し、補充が必要な場合には造形材料を補充するタイミングを造形処理の開始前にユーザーに通知する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−６７０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によれば、ユーザーは造形材料を補充するタイミングを事前に知ることができ、このタイミングで造形材料を補充することで、造形材料の不足により造形処理が長時間にわたって停止してしまうことを避けることができる。ここで、特許文献１に記載されている技術では、造形材料を補充するタイミングを、造形材料の残量から算出している。すなわち、特許文献１に記載の造形装置では、造形材料の残量が規定値以下となるタイミングで造形材料の補充が行われる。
【０００７】
造形材料を補充する際には、造形処理を一度中断して造形材料の補充を受け付け、造形材料が補充されたら造形処理を再開する。そのため、造形材料の補充の前後で、造形装置の状態が変化してしまうことがある。また、造形材料の製造ロットの違いなどにより、造形材料の各種特性にはムラがあることがある。そのため、造形材料の補充の前後で、造形材料の特性が変化してしまうことがある。
【０００８】
そのため、造形物の形状によっては、造形材料の補充の前後の境界の部分で積層ずれが顕著に発生して造形精度が低下したり、造形物の強度が著しく低下したりしてしまう。すなわち、従来の方法によって造形処理の途中で造形材料を補充すると、強度や造形精度などの造形物の品質が、ユーザーが所望する品質とならないことがあった。
【０００９】
そこで本発明では上述の課題に鑑み、造形処理の途中で造形材料を補充しても、ユーザーの所望する品質の造形物を造形できる造形装置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】
【００１０】
本発明の造形装置は、造形データに基づいて造形材料を順次積層することによって造形物を造形する造形装置であって、前記造形材料を収容する造形材料収容部と、前記造形材料収容部に収容されている前記造形材料の残量を取得する残量取得手段と、前記造形物を造形するために必要な前記造形材料の使用量を前記造形データに基づいて取得する使用量取得手段と、前記造形データから生成される複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を取得する画像変化量取得手段と、前記残量取得手段で取得した前記残量が前記使用量取得手段で取得した前記使用量より小さい場合に、前記残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データの候補を、前記画像変化量取得手段で取得した前記画像変化量に基づいて前記複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する候補抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、造形処理の途中で造形材料を補充しても、ユーザーの所望する品質の造形物を造形できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】造形装置を含むシステムの概略を示す図である。
【図２】造形装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】電子写真方式の造形部の概略構成を示す図である。
【図４】スライス画像特定処理のフロー図である。
【図５】造形装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態に係る最終スライス画像データの候補の抽出処理のフロー図である。
【図７】第１の実施形態に係る最終スライス画像データの候補の抽出処理の具体的な例を示した図である。
【図８】第１の実施形態に係る抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を通知する際の通知画面の例を示す図である。
【図９】造形処理の流れを示すシーケンス図である。
【図１０】第２の実施形態に係る最終スライス画像データの候補の抽出処理のフロー図である。
【図１１】第２の実施形態に係る最終スライス画像データの候補の抽出処理の具体的な例を示した図である。
【図１２】第２の実施形態に係る抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を通知する際の通知画面の例を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に係る、抽出した最終スライス画像データの候補の抽出処理の前に中断位置を設定する場合の設定画面の例を示す図である。
【図１４】第４の実施形態に係る抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を通知する際の通知画面の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においては、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含まれる。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る造形装置を含む造形システムの概略を示す図である。この造形システムは、造形装置１０１と、情報処理装置１０２と、を備える。各装置は、通信経路１０３を介して相互に通信を行う。通信経路１０３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）など、装置間の通信を可能とする手段であれば特に限定はされない。
【００１５】
情報処理装置１０２は、例えばパーソナルコンピュータやタブレット機器などであり、データ処理機構を備え、外部にデータを送信することが可能な装置である。情報処理装置１０２は、造形データを生成し、造形装置１０１に送信する。造形データは、三次元形状を表現する形式のデータであり、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成、出力されたデータを用いることができる。造形データのファイル形式は特に限定はされないが、例えば、ＳＴＬ（ＳＴｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）形式を好ましく用いることができる。
【００１６】
図２は、造形装置１０１の概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
ＣＰＵ２０１は、造形装置１０１全体を制御する中央演算ユニットであり、造形装置１０１の造形処理の処理シーケンスを統括的に制御する。後述するフローチャートの処理を実現するためのプログラムや固定データはＲＯＭ２０２に格納され、データの一時保存やプログラムのロードにＲＡＭ２０３を使用する。
【００１８】
ＣＰＵ２０１は通信部２０５を介して外部から造形データを受信し、造形データによって表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状をもとにスライス画像データを生成する。さらに、ＣＰＵ２０１は造形データまたは特定のスライス画像データに隣接する（上下層の）スライス画像データを解析して、オーバーハング部（積層時に宙に浮く部分）の有無を判断する。オーバーハング部が有る場合には、ＣＰＵ２０１は必要に応じてスライス画像データに対してサポート材料用の像を追加する。なお、上述の造形データの加工処理は、情報処理装置１０２で行ってもよい。
【００１９】
造形部２０４は、造形データまたはスライス画像データに基づき、積層造形法により造形処理を行う。具体的には、造形部２０４はスライス画像データ毎に層（レイヤー）を形成し、形成した層を順次積層することによって造形処理を行う。あるいは、造形途中の中間造形物の上に直接層を形成することによって、造形処理を行ってもよい。
【００２０】
造形部２０４は上述のように積層造形法によって造形を行うが、その方式は特に限定はされない。例えば、光造形方式、粉末焼結方式、シート堆積方式、樹脂押し出し方式、インクジェット方式、電子写真方式などを用いることができ、電子写真方式、インクジェット方式、樹脂押し出し方式が好ましい。
【００２１】
造形部２０４は、造形材料を収容する造形材料収容部２０４１を有する。造形部２０４は造形材料収容部２０４１に収容された造形材料を用いて造形処理を行う。
【００２２】
造形材料収容部２０４１は、内部に収容する造形材料を補充可能に構成されている。すなわち、造形材料収容部２０４１に収容されている造形材料の残量が低下した場合には、造形材料収容部２０４１に造形材料を補充することで、造形処理を継続することができる。なお、造形材料収容部２０４１に造形材料を補充する方法は特に限定はされない。例えば、造形材料収容部２０４１の内部に造形材料を直接投入してもよい。あるいは、造形材料収容部２０４１を造形部２０４から取り外し可能に構成し、造形材料の残量が低下した造形材料収容部２０４１を造形材料が多量に充填された造形材料収容部２０４１と交換することによって補充を行ってもよい。なおこのとき、造形材料収容部２０４１は造形材料に加えて、転写部材やノズルなどの他の部材をまとめて一つにした一体型のカートリッジとしてもよい。すなわち、本明細書において「造形材料の補充」は、造形材料収容部２０４１の交換も含む。
【００２３】
造形部２０４はさらに、造形材料収容部２０４１に収容された造形材料の残量を取得する残量取得手段を備える。残量取得手段によって取得された残量の情報は、ＲＡＭ２０３に格納される。残量取得手段は、例えば、圧電素子を用いて造形材料の重量を測定して取得する方法、ビーム状の光を用いて造形材料収容部２０４１内の造形材料の量を取得する方法などあるが、特に限定はされない。
【００２４】
通信部２０５は、通信経路１０３を介した外部機器とのデータ送受信に用いる。操作部２０６は、キーボードやマウスなどのユーザーインターフェースを備え、造形装置１０１に対するユーザーからの入力を受け付ける。表示部２０７は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示用ディスプレイを備え、造形装置１０１の処理内容に応じた画像やテキストデータの表示を行う。
【００２５】
次に、造形部２０４の一例として、電子写真方式の積層造形法によって造形を行う場合の造形部２０４について説明する。
【００２６】
図３は、電子写真方式の造形部２０４の概略構成を示す図である。電子写真方式の造形部２０４は、現像装置２１と、像担持体２２と、露光装置２３と、中間担持搬送ベルト２４と、ステージ２５と、温度制御手段２６と、を有する。なお、図示してはいないが、ここでは現像装置２１が造形材料収容部２０４１を含んでおり、造形材料収容部２０４１は現像装置２１と一体に着脱可能に構成されている。
【００２７】
造形部２０４は、粉末状の造形材料を用いて、電子写真方式によって層を形成する。本実施形態に係る造形部２０４は、最終的に得られる造形物を構成するための構造材料と、最終的に得られる造形物には残らず、オーバーハング部を支えるためのサポート材料と、を用いる。
【００２８】
造形部２０４は、構造材料の粉末を用いて構造材料の粒子層を像担持体２２ａ上に、サポート材料の粉末を用いてサポート材料の粒子層を像担持体２２ｂ上に、それぞれ形成する。そして、これらの粒子層を中間担持搬送ベルト２４の上へ転写して、構造材料およびサポート材料によって構成される材料層を形成する。そして、スライス画像データごとにこの材料層を形成し、形成した材料層を順次積層することで、造形物を造形する。
【００２９】
以下、造形部２０４による積層造形法による造形物の造形処理について詳細に説明するが、各粒子層の形成について共通する説明の中では構成部材の参照符号の添え字ａ、ｂを省略し、現像装置２１、像担持体２２などと記載する。
【００３０】
まず、像担持体２２の表面を不図示の帯電装置で一様に帯電させる。帯電の方法については特に限定はされない。次に、露光装置２３を用いて、作製する立体物のスライスデータに従って、帯電した像担持体２２を露光し、像担持体２２の表面上に静電潜像を形成する。具体的には、造形する造形物のスライス画像データにおける造形物に相当する領域の静電潜像を像担持体２２ａに、サポート材料の領域の静電潜像を像担持体２２ｂに、それぞれ形成する。
【００３１】
続いて、現像装置２１から造形材料の粉末を像担持体２２に供給する。これにより、像担持体２２の表面上の静電潜像が形成された領域、または静電潜像が形成されなかった領域のいずれかに配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体２２ａの表面上には構造材料の粉末による粒子層を形成し、像担持体２２ｂの表面上にはサポート材料の粉末による粒子層を形成することができる。
【００３２】
その後、像担持体２２ａ、２２ｂに各々配置された各粒子層を、中間担持搬送ベルト２４上へと所定のタイミングで転写する。これにより、構造材料の粉末による粒子層と、サポート材料の粉末による粒子層と、からなる材料層を形成することができる。なお、粒子層を中間担持搬送ベルト２４へと転写する順番は特に限定はされず、構造材料の粉末からなる粒子層を転写した後にサポート材料の粉末からなる粒子層を転写してもよいし、その逆の順番で転写してもよい。
【００３３】
中間担持搬送ベルト２４に形成された材料層は、中間担持搬送ベルト２４の回転によって積層位置まで移動される。材料層が積層位置まで移動されると、温度制御手段２６により加熱されて材料層を構成する粒子を互いに融着させる。そして、ステージ２５の上面またはステージ２５上に形成されている生成途中の中間造形物上に転写され、積層される。この際、材料層のうち構造材料の粉末からなる領域は造形物を構成する部分（構造部２７ａ）に積層され、サポート材料の粉末からなる領域はサポート部２７ｂに積層される。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る電子写真方式の造形部２０４は、電子写真方式によって材料層の形成を行い、形成した材料層を積層していくことにより、造形を行う。
【００３５】
図４は、造形装置１０１における、残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データを特定するスライス画像特定処理のフロー図である。
【００３６】
ステップＳ４０１では、造形装置１０１は、情報処理装置１０２から受信した造形データを、ＲＡＭ２０３に格納する。
【００３７】
ステップＳ４０２では、造形装置１０１は、残量取得手段により、造形材料収容部２０４１に収容された造形材料の残量を取得する。造形装置１０１は、残量取得手段で取得した造形材料の残量の情報を、ＲＡＭ２０３に格納する。
【００３８】
ステップＳ４０３では、造形装置１０１は、ステップＳ４０１でＲＡＭ２０３に格納した造形データから複数のスライス画像データを生成し、ＲＡＭ２０３に格納する。なお、スライス画像データの生成処理は情報処理装置１０２で行い、造形装置１０１は生成されたスライス画像データを受信してＲＡＭ２０３に格納してもよい。
【００３９】
ステップＳ４０４では、造形装置１０１は、使用量取得手段により、ステップＳ４０１で受信した造形データから、造形物を造形するために必要な造形材料の使用量を取得する。具体的には造形装置１０１は、造形データまたはスライス画像データに基づいて造形材料の使用量を計算する材料量計算を行い、使用量を取得する。その後、造形装置１０１は計算の結果得られた使用量をＲＡＭ２０３に格納する。なお、材料量計算の際の計算方法は、造形物を造形するために必要な造形材料の使用量を算出できる方法であれば、その方法は特に限定はされない。例えば、材料量計算の際には、ステップＳ４０３で生成した複数のスライス画像データから計算してもよいし、過去の造形処理の結果から計算してもよい。また、温度や湿度、造形材料の物性などの造形装置１０１の状況を加味して計算してもよい。
【００４０】
ステップＳ４０５では、造形装置１０１は、ステップＳ４０２でＲＡＭ２０３に格納した造形材料の残量と、ステップＳ４０４で取得した造形材料の使用量とを比較する。比較の結果、残量が使用量よりも少ない場合は、ステップＳ４０６へ処理を進める。残量が使用量よりも少なくない場合は、スライス画像特定処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ４０６では、造形装置１０１は、複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を計算する画像変化量計算を行い、計算の結果をＲＡＭ２０３に格納する。画像変化量計算では、複数のスライス画像データのそれぞれについて、積層順に沿って前に配置されるスライス画像データまたは後に配置されるスライス画像データとの間でスライス画像データの比較を行い、変化量を計算する。なおこのとき、注目するスライス画像データと、当該スライス画像データに隣接するスライス画像データとの間の画像変化量を取得してもよいし、隣接するスライス画像データ以外のスライス画像データとの間の画像変化量を取得してもよい。たとえば、積層方向に沿ってｎ枚おきにスライス画像データをピックアップしつつ画像変化量を取得してもよい。詳しくは後述するが、例えば、前後に位置する２つのスライス画像データの間の造形面積の変化の割合、あるいは、造形面積のうち造形物の外縁部分の変化の割合などを計算する。
【００４２】
ステップＳ４０７では、造形装置１０１は、ステップＳ４０６でＲＡＭ２０３に格納した各スライス画像データの画像変化量に基づき、残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データの候補を、複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する。以下、「残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データ」を、単に「最終スライス画像データ」を称することがある。その後、造形装置１０１は、抽出したスライス画像データを識別する情報をＲＡＭ２０３に格納する。
【００４３】
なお、本明細書において「残量の造形材料」とは、造形材料の補充または造形材料収容部２０４１の交換を受け付ける前に、造形材料収容部２０４１に予め収容されていた造形材料を指す。なお、造形材料を補充する場合には、「残量の造形材料」と補充された造形材料とが補充によって混合され、その混合物が造形材料収容部２０４１に新たに収容されることになる。本明細書において、この場合の混合物は、「残量の造形材料」には含まないものとする。
【００４４】
詳しくは後述するが、本実施形態では抽出したこれらの候補の中から最終スライス画像データを１つに特定した上で造形処理を行う。そして、特定された最終スライス画像データまで造形が完了したら、造形処理を中断して造形材料の補充を受け付ける。
【００４５】
なお、本実施形態では「最終スライス画像データ」の候補を抽出し、「最終スライス画像データ」を特定して造形処理を行う場合について説明するが、これに限定はされない。すなわち、造形材料の補充を受け付け、造形材料を補充された後に最初に造形されるスライス画像データの候補を抽出し、造形材料を補充された後に最初に造形されるスライス画像データを特定して造形処理を行ってもよい。すなわち、造形装置１０１は、造形材料の補充を受け付ける直前のスライス画像データと、造形材料の補充を受けた直後のスライス画像データと、を識別できるように特定を行ってもよい。
【００４６】
ステップＳ４０８では、造形装置１０１は、ステップＳ４０７でＲＡＭ２０３に格納したスライス画像データを識別する情報から、抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を計算する。その後、造形装置１０１は、抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置の情報を、造形装置１０１のユーザーに情報提供する。積層位置は、ステップＳ４０７で抽出した最終スライス画像データの候補のそれぞれが、造形物のどの位置に積層されるのかを示す情報である。このとき、それぞれの候補を選択可能に表示することが好ましい。
【００４７】
情報提供では、通信部２０５から通信経路１０３を介して、造形データの送信元である情報処理装置１０２に積層位置の情報を送信する。または、表示部２０７に積層位置の情報を表示してもよい。
【００４８】
ステップＳ４０９では、造形装置１０１は、抽出した最終スライス画像データの候補の中から、最終スライス画像データを１つに特定する。特定の際には、例えばユーザーによる選択を受け付け、ユーザーが選択した候補を、最終スライス画像データとして特定してもよい。あるいは、ユーザーが所望する造形物の品質に関する情報に基づいて、最終スライス画像データを特定してもよい。
【００４９】
図５は、造形装置１０１の機能構成を示すブロック図である。造形装置１０１は、造形部２０４、通信部２０５、記憶部５０１、スライス画像データ生成部５０２、使用量取得部５０３、残量取得部５０４、材料補充判定部５０５、画像変化量取得部５０６、候補抽出部５０７、候補表示部５０８、特定部５０９を含む。本実施形態では、図５に示される機能構成によって、残量の造形材料で最後に造形されるスライス画像データを特定するスライス画像特定処理が実行される。
【００５０】
記憶部５０１は、造形データ、スライス画像データ、抽出された最終スライス画像データの候補、特定された最終スライス画像データを格納する。スライス画像データ生成部５０２は、記憶部５０１に格納された造形データから複数のスライス画像データを生成する。
【００５１】
使用量取得部５０３は、造形データまたはスライス画像データに基づいて造形材料の使用量を計算する材料量計算を行い、使用量を取得する。残量取得部５０４は、造形材料収容部２０４１に収容された造形材料の残量を取得する。材料補充判定部５０５は、使用量取得部５０３によって取得された使用量と、残量取得部５０４によって取得された残量とを比較し、造形処理の途中で造形材料の補充が必要か否かを判定する。
【００５２】
画像変化量取得部５０６は、複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間の画像変化量を計算する画像変化量計算を行う。候補抽出部５０７は、画像変化量取得部５０６が取得した各スライス画像データの画像変化量に基づき、残量の造形材料で最後に造形するスライス画像データの候補を、複数のスライス画像データから少なくとも１つ抽出する。
【００５３】
候補表示部５０８は、候補抽出部５０７が抽出した最終スライス画像データの候補を、例えば表示部２０７に、選択可能に表示する。特定部５０９は、候補抽出部５０７が抽出した最終スライス画像データの候補から、最終スライス画像データを１つに特定する。特定部５０９は、候補表示部５０８による最終スライス画像データの候補の表示に応じたユーザーの選択に基づいて、最終スライス画像データを特定してもよい。
【００５４】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態として、最終スライス画像データの候補を抽出する際に、前後に位置するスライス画像データにおいて造形面積が一致する割合の小さいスライス画像データを抽出する場合の例について説明する。
【００５５】
図６は、第１の実施形態に係る最終スライス画像データの候補の抽出処理（以下、「候補抽出処理」と称する）のフロー図である。図６は、図４におけるステップＳ４０６とステップＳ４０７の具体的な処理に該当する。
【００５６】
ステップＳ６０１では、造形装置１０１は、画像変化量計算として、複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間で造形面積の比較を行う。そして、造形装置１０１は、前後に位置する２つのスライス画像データの間の造形面積が一致する割合を計算し、計算結果をＲＡＭ２０３に格納する。
【００５７】
ここで、造形面積とは、スライス画像データにおいて造形材料が配置される領域の面積を指す。造形材料として２種類以上の造形材料を用いる場合には、それぞれの造形材料について造形面積を計算し、画像変化量計算を行ってもよい。
【００５８】
ステップＳ６０２では、造形装置１０１は、ステップＳ６０１でＲＡＭ２０３に格納した前後に位置するスライス画像データ間の造形面積が一致する割合に基づいて、最終スライス画像データの候補を抽出する。その後、造形装置１０１は、抽出した最終スライス画像データの候補を識別する情報をＲＡＭ２０３に格納し、処理をステップＳ４０８へ進める。
【００５９】
図７は、第１の実施形態に係る候補抽出処理の具体的な例を示した図である。
【００６０】
図７（ａ）は、造形装置１０１が受信した造形データを造形処理して造形する造形物７０１の形状を表した図である。この例では、造形物７０１は１つの円錐状立体を２つの円柱状立体で挟み込んだ立体である。図７（ａ）においては、横方向をＸ軸、紙面奥行き方向をＹ軸、縦方向をＺ軸として表示している。
【００６１】
図７（ｂ）は、造形物７０１を所定のピッチでＸＹ平面によってスライスしたスライス画像をＺ軸方向に積層した積層造形物７０２のＸＺ断面の模式図である。割合７０３は、ステップＳ６０１で計算した、前後に位置するスライス画像データの造形面積が一致する割合を表す。なおここでは、Ｚ軸方向に沿って下から上に向かって、隣接するスライス画像データの造形面積が一致する割合を計算している。すなわち、造形装置１０１は、複数のスライス画像データのそれぞれについて、当該スライス画像データの次に造形されるスライス画像データとの間の画像変化量を取得している。
【００６２】
造形物７０１のうち円柱状の部分では隣接するスライス画像データ間の造形面積が同じであるため、一致する割合はこの例では１００％となる。造形物７０１のうち円錐状の部分ではＺ方向に徐々に造形面積が大きくなるため、一致する割合はこの例では９４％となる。円錐状立体の先端と円柱状立体の接合部分では造形面積が最も大きく異なるため、一致する割合は、この例では１４％となる。
【００６３】
本実施形態では、造形装置１０１は、上述の一致する割合が最も小さくなるスライス画像データを、最終スライス画像データの候補として抽出する。この例では、一致する割合が１４％となるスライス画像データを、最終スライス画像データの候補として抽出する。
【００６４】
このように、上述の一致する割合が最も小さくなる箇所で造形材料の補充を受け付けることで、補充の前後で造形装置１０１の状態が変化したり、造形材料の特性が変化したりしても、積層ずれを目立ちにくくすることができる。その結果、造形物の品質、特に造形精度が低下することを抑制することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では造形面積が一致する割合が最も小さくなるスライス画像データを最終スライス画像データの候補として抽出したが、これに限定はされない。すなわち、造形面積が一致する割合が小さい順に、複数のスライス画像データを最終スライス画像データの候補として抽出してもよい。
【００６６】
図８は、本実施形態に係る、候補抽出処理で抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置の情報を通知する際の通知画面の例を示す図である。
【００６７】
積層位置通知画面８０１は、情報処理装置１０２の表示部に表示される。積層位置通知画面８０１は、残量の造形材料で造形できるスライス画像８０２、残量の造形材料では造形できないスライス画像８０３、中断位置指定領域８０４、造形開始ボタン８０５、および造形キャンセルボタン８０６を含む。この例では、スライス画像８０２および８０３で示すように、残量の造形材料を全て使って造形した場合、上方にある円柱の途中まで積層できることを示している。
【００６８】
中断位置指定領域８０４は、造形を中断する位置を選択するための領域である。すなわち、中断位置指定領域８０４は、造形を中断して、造形材料の補充を受け付ける位置を選択する領域である。造形装置１０１は、上述の候補抽出処理で抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を、中断位置指定領域８０４に提示する。具体的には図８のように、抽出したスライス画像データの候補を、積層位置を積層ずれが目立ちにくい中断位置として、中断位置指定領域８０４に選択可能に提示する。
【００６９】
またこの他、造形面積が一致する割合が９４％である部分をやや目立ちにくい中断位置、１００％である部分を目立つ中断位置として、中断位置指定領域８０４に提示する。なお、中断位置の選択肢として提示可能な範囲は、造形物の形状と造形材料の残量で決まる。図８では造形装置１０１が提示する選択肢は３箇所であるが、例えば、造形材料の残量が円錐状の部分の途中までの場合、選択肢は造形面積が一致する割合が１４％である部分と９４％である部分の２か所となる。
【００７０】
ユーザーが積層ずれの目立ちにくい中断位置を選択して、造形開始ボタン８０５を押下すると、造形装置１０１は、選択されたスライス画像データを最終スライス画像データとして特定する。そして、造形装置１０１は、造形材料収容部２０４１に予め収容されている残量の造形材料で造形処理を開始する。その後、造形装置１０１は、特定した最終スライス画像データまで造形した後に造形処理を中断し、ユーザーによる造形材料の補充を受け付ける。ユーザーが造形材料を補充すると、造形装置１０１は造形処理を再開し、補充後の造形材料で、残りの部分を造形する。造形キャンセルボタン８０６を押下すると、造形装置１０１は、造形処理を中止する。
【００７１】
なお、積層位置通知画面８０１は造形装置１０１の表示部２０７に表示してもよい。ユーザーは、造形装置１０１の表示部２０７で積層位置通知画面８０１を確認して操作部２０６を操作することで、中断位置の選択や、造形開始ボタン８０５や造形キャンセルボタン８０６の押下を行うこともできる。
【００７２】
なお、ユーザーによる造形材料の補充の際には、造形材料収容部２０４１に収容されている残った造形材料を取り出したうえで、空になった造形材料収容部２０４１に新たに造形材料を補充してもよい。この場合、造形材料収容部２０４１に収容されていた造形材料の全てを完全に取り出すことができない場合もある。このような場合は、造形材料の前後で、予め収容されていた造形材料と新たに収容される造形材料とが混ざり合った状態で、造形が再開する場合がある。この場合は、造形装置１０１はさらに、取り出すことができない造形材料の残量を検知する残量検知手段を備え、造形材料の混ざり合ったスライス画像を特定し、造形データの送信元に情報提供してもよい。
【００７３】
図９は、積層位置通知画面８０１の提示から、造形処理の開始、中断、再開までの処理の流れを示すシーケンス図である。図９は、造形装置１０１が積層位置通知画面８０１をユーザーに提示するところから始まる。
【００７４】
ステップＳ９０１では、造形装置１０１は、ステップＳ６０２で抽出した最終スライス画像データの候補に基づいて積層位置通知画面８０１を生成し、ユーザーに提示する。積層位置通知画面８０１は、情報処理装置１０２の表示部、または、造形装置１０１の表示部２０７に表示される。
【００７５】
ステップＳ９０２では、造形装置１０１は、ユーザーによる中断位置の選択と造形開始の指示を受け付ける。指示の受け付けでは、造形装置１０１は、ユーザーが情報処理装置１０２を操作した場合、情報処理装置１０２が生成した指示の情報を、通信経路１０３を介して、通信部２０５にて受信する。ユーザーが造形装置１０１を操作した場合は、操作部２０６から受け付ける。
【００７６】
ステップＳ９０３では、造形装置１０１は、ステップＳ９０２で受け付けた造形開始の指示に従い、造形処理を開始する。一方、造形装置１０１は、ステップＳ９０２において、造形キャンセルの指示を受け付けた場合、造形処理を中止する。
【００７７】
ステップＳ９０４では、造形装置１０１は、ステップＳ９０２で受け付けた中断位置の指示に従い、指示された中断位置まで積層して、造形処理を中断する。すなわち、ステップＳ９０２におけるユーザーの選択に基づいて特定した最終スライス画像データまで造形を行った後に、造形処理を中断する。ユーザーその後、ユーザーによる造形材料の補充を受け付ける。なおこのとき、情報処理装置１０２の表示部または造形装置１０１の表示部２０７に、ユーザーに造形材料の補充を促すアラートを表示してもよい。
【００７８】
ステップＳ９０５では、造形装置１０１は、ユーザーによる造形材料の補充を検出する。
【００７９】
ステップＳ９０６では、造形装置１０１は、ステップＳ９０４で中断した中断位置から、造形処理を再開する。換言すると、特定した最終スライス画像データの次のスライス画像データから、造形処理を再開する。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態を適用すると、造形材料を補充することによる造形物の造形精度の低下を抑制できる。
【００８１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、最終スライス画像データの候補を抽出する際に、前後に位置するスライス画像データの造形面積が一致する割合の小さいスライス画像データを抽出する処理について説明した。第２の実施形態では、最終スライス画像データの候補を抽出する際に、各スライス画像データの造形面積と、前後に位置するスライス画像データの一致する割合との積が大きいスライス画像データを抽出する場合の例について説明する。
【００８２】
図１０は、第２の実施形態に係る候補抽出処理のフロー図である。図１０は、図４におけるステップＳ４０６とステップＳ４０７の具体的な処理に該当する。
【００８３】
ステップＳ１００１では、造形装置１０１は、画像変化量計算として、複数のスライス画像データのそれぞれについて、前後に位置するスライス画像データとの間で造形面積の比較を行う。そして、造形装置１０１は、前後に位置する２つのスライス画像データの間の造形面積が一致する割合を計算し、計算結果をＲＡＭ２０３に格納する。
【００８４】
ステップＳ１００２では、造形装置１０１は、複数のスライス画像データのそれぞれについて、各スライス画像データの造形面積と、ステップＳ１００１でＲＡＭ２０３に格納した各スライス画像データの造形面積が一致する割合との積を求める強度計算を行う。そして、造形装置１０１は、計算結果をＲＡＭ２０３に格納する。
【００８５】
ステップＳ１００３では、造形装置１０１は、ステップＳ１００２でＲＡＭ２０３に格納した各スライス画像の強度計算の結果に基づいて、最終スライス画像データの候補を抽出する。その後、造形装置１０１は、抽出した最終スライス画像データの候補を識別する情報をＲＡＭ２０３に格納し、処理をステップＳ４０８へ進める。
【００８６】
図１１は、図７（ｂ）の積層造形物７０２の模式図に、造形面積１１０１と、強度計算の結果１１０２を付加した図である。造形面積１１０１は、ステップＳ１００２で計算した、各スライス画像データの造形面積を表す。円柱状の部分は、円錐状の部分より造形面積が大きいため、この例では円柱状の部分の造形面積が最大となる。円錐状の部分は、Ｚ方向に徐々に面積が大きくなる。円錐状の部分の先端部分は、面積が最少となる。
【００８７】
強度計算の結果１１０２は、ステップＳ１００２で計算した、造形面積１００１と図７（ｂ）の割合６０３との積を表す。円柱状の部分は、割合６０３が１００％であり、造形面積も最大であるため、強度計算の結果は、この例では最大の値となる。円錐状の部分は、割合７０３が、この例では９４％であるため、強度計算の結果は造形面積よりやや小さい値となる。円錐状の部分の先端と円柱状の部分の接合部分は、割合７０３が、この例では１４％であるため、強度計算の結果は最少の値となる。
【００８８】
本実施形態では、造形装置１０１は、上述の強度計算の結果の値が最も大きくなるスライス画像データを、最終スライス画像データの候補として抽出する。この例では、強度計算の結果が最大の値となる円柱状の部分のスライス画像データを、最終スライス画像データとして抽出する。
【００８９】
このように、強度計算の結果が最も大きくなる箇所で造形材料の補充を受け付けることで、補充の前後で造形装置１０１の状態が変化したり、造形材料の特性が変化したりしても、造形物の強度が著しく低下することを抑制することができる。その結果、造形物の品質、特に造形強度が低下することを抑制することができる。
【００９０】
なお、本実施形態では強度計算の結果が最も大きくなるスライス画像データを最終スライス画像データの候補として抽出したが、これに限定はされない。すなわち、強度計算の結果が大きい順に、複数のスライス画像データを最終スライス画像データの候補として抽出してもよい。
【００９１】
図１２は、本実施形態に係る、候補抽出処理で抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置の情報を通知する際の通知画面の例を示す図である。
【００９２】
積層位置通知画面１２０１は、情報処理装置１０２の表示部に表示される。積層位置通知画面１２０１は、残量の造形材料で造形できるスライス画像１２０２、補充後の造形材料で造形できないスライス画像１２０３、中断位置指定領域１２０４、造形開始ボタン１２０５、および造形キャンセルボタン１２０６を含む。この例では、スライス画像１２０２および１２０３で示すように、残量の造形材料を全て使って造形した場合、円錐状の部分の途中まで積層できることを示している。
【００９３】
中断位置指定領域１２０４は、造形を中断する位置を選択するための領域である。すなわち、中断位置指定領域１２０４は、造形を中断して、造形材料の補充を受け付ける位置を選択する領域である。造形装置１０１は、上述の候補抽出処理で抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置を、中断位置指定領域１２０４に選択可能に提示する。具体的には図１２のように、抽出したスライス画像データの積層位置を強度の高い中断位置として、中断位置指定領域１２０４に提示する。
【００９４】
またこの他、円錐状の部分の途中の部分を強度のやや高い中断位置、円錐状の部分の先端部分を強度の低い中断位置として、中断位置指定領域１２０４に提示する。
【００９５】
ユーザーが強度の高い中断位置を選択して、造形開始ボタン１２０５を押下すると、造形装置１０１は、造形材料収容部２０４１に予め収用されている残量の造形材料で造形処理を開始する。その後造形装置１０１は、特定した最終スライス画像データまで造形した後に造形処理を中断し、ユーザーによる造形材料の補充を受け付ける。ユーザーが造形材料を補充すると、造形装置１０１は造形処理を再開し、補充後の造形材料で、残りの部分を造形する。造形キャンセルボタン１２０６を押下すると、積層造形装置１０１は、造形処理を中止する。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態を適用すると、造形材料を補充することによる造形物の造形強度の低下を抑制できる。
【００９７】
＜第３の実施形態＞
第１の実施形態および第２の実施形態では、候補抽出処理の後に、抽出した最終スライス画像データの候補の積層位置をユーザーに提示し、その上でユーザーが中断位置を選択する処理について説明した。第３の実施形態では、候補抽出処理の前に、ユーザーが中断位置を設定する場合の例について説明する。
【００９８】
図１３は、候補抽出処理の前に、ユーザーが中断位置を設定する場合の設定画面の例である。中断位置設定画面１３０１は、情報処理装置１０２の表示部に表示される。または、中断位置設定画面１３０１は、造形装置１０１の表示部２０７に表示される。ユーザーは、情報処理装置１０２を操作して、あるいは、積層造形装置１０１の操作部２０６を操作して、中断位置を設定する。
【００９９】
中断位置設定画面１３０１は、中断位置設定領域１３０２、ＯＫボタン１３０３、およびキャンセルボタン１３０４を含む。中断位置設定画面１３０２は、造形装置１０１における、スライス画像特定処理および造形処理の処理フローを設定するための画面である。中断位置設定画面１３０２は、ユーザー選択の選択肢、積層ずれ低減の選択肢、および造形材料費消の選択肢を含む。
【０１００】
ユーザーがユーザー選択の選択肢を選択して、ＯＫボタン１３０３を押下した場合、造形装置１０１は実施形態１と同様、積層位置通知画面８０１をユーザーに情報提供して、図９の処理を実行する。ユーザーが積層ずれ低減の選択肢を選択した場合、造形装置１０１は、図９のステップＳ９０１の処理を行わず、ステップＳ９０２において、中断位置指定領域８０４で積層ずれの目立ちにくい選択肢が選択された場合と同様の処理を行う。ユーザーが造形材料費消の選択肢を選択した場合、造形装置１０１は、候補抽出処理やステップＳ９０１およびＳ９０２の処理を行わず、ステップＳ９０４において、造形材料を使い果たして造形処理を中断する。
【０１０１】
以上説明したように、本実施形態を適用すると、造形データの受信から、造形処理の中断まで、ユーザーを介さずに造形処理することが可能となる。
【０１０２】
＜第４の実施形態＞
第１の実施形態では、造形材料として１種類の造形材料、すなわち最終的に得られる造形物を構成するための構造材料のみを用いた場合について説明した。第４の実施形態では、造形材料として構造材料に加え、構造材料を支持するためのサポート材料を用い、造形処理の途中でサポート材料が不足する場合の例について説明する。すなわち、第４の実施形態において、造形装置１０１は造形材料収容部２０４１を複数有する。
【０１０３】
図１４は、図８の積層位置通知画面８０１において、造形材料に関する情報８０２、８０３、８０４を構造材に関する情報とし、さらに、サポート材に関する情報を付加した場合の積層位置を通知する場合の通知画面の例である。
【０１０４】
積層位置通知画面１４０１は、構造材に関する情報に加え、残量のサポート材料で造形できるスライス画像１３０２、残量のサポート材料では造形できないスライス画像１４０３、サポート材料の中断位置指定領域１４０４を含む。この例では、サポート材料のスライス画像１４０２および１４０３で示すように、残量のサポート材料を全て使って造形した場合、円錐状の部分の途中まで積層できることを示している。
【０１０５】
サポート材料の中断位置指定領域１４０４は、造形を中断する位置を選択するための領域である。すなわち、サポート材料の中断位置指定領域１４０４は、造形を中断して、サポート材料の補充を受け付ける位置を選択する領域である。造形装置１０１は、図７（ｂ）の例における１４％の部分を積層ずれの目立ちにくい中断位置として、サポート材料の中断位置指定領域１４０４に提示する。また、造形装置１０１は、９４％の部分をやや目立ちにくい中断位置として提示する。なお、この例では、構造材料の中断位置指定領域８０４は、サポート材料より構造材料の残量のほうが多いため、サポート材料の中断位置も選択肢として備えている。
【０１０６】
ユーザーが構造材料およびサポート材料の中断位置として同じ位置（例えば目立ちにくい中断位置）を選択して造形開始ボタン８０５を押下すると、造形装置１０１は、残量の構造材料およびサポート材料で造形処理を開始する。その後、造形装置１０１は、指定された位置で造形を中断し、ユーザーによる構造材料およびサポート材料の補充を受け付ける。ユーザーが構造材料およびサポート材料を補充すると、造形装置１０１は造形処理を再開し、補充後の構造材料およびサポート材料で、残りの部分を造形する。
【０１０７】
一方、構造材料およびサポート材料の中断位置としてそれぞれ異なる位置（例えば、構造材料は目立つ、サポート材料はやや目立ちにくい中断位置）を選択した場合、造形装置１０１は、残量の構造材料およびサポート材料で造形処理を開始する。その後、残量のサポート材料を全て使いきって造形を中断し、ユーザーによるサポート材料の補充を受け付ける。ユーザーがサポート材料を補充すると、造形装置１０１は造形処理を再開し、残量の構造材料と補充後のサポート材料で造形を行う。その後、造形装置１０１は、残量の構造材料を全て使いきって造形を再び中断し、今度はユーザーによる構造材料の補充を受け付ける。ユーザーが構造材料を補充すると、造形装置１０１は再度、造形処理を再開し、残りの部分を造形する。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態を適用すると、造形材料として２種類以上の造形材料を用いた場合でも、造形材料を補充することによる造形物の品質の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０１  造形装置
２０４１  造形材料収容部
５０３  使用量取得部（使用量取得手段）
５０４  残量取得部（残量取得手段）
５０６  画像変化量取得部（画像変化量取得手段）
５０７  候補抽出部（候補抽出手段）
【図１】
2017100329.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】
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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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【図１４】
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