(57)【要約】【課題】断面形状データを変更するデータ変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる３次元データ生成装置、３次元造形装置、造形物の製造方法及びプログラムを提供する。【解決手段】データ生成装置１００は、３次元データが規定する造形物９００を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出部１１６と、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成部１１２と、材料費算出部１１６が算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示部１２２と、低減量指示部１２２の指示に基づいて断面形状データ生成部１１２が生成した断面形状データを変更するデータ変更部１２４とを有する【選択図】図４
2017209822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出部と、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成部と、
前記材料費算出部が算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示部と、
前記低減量指示部の指示に基づいて前記断面形状データ生成部が生成した断面形状データを変更するデータ変更部と、
を有する３次元データ生成装置。
【請求項２】
前記データ変更部は、造形物の内側に中空部を形成するように断面形状データを変更する請求項１記載の３次元データ生成装置。
【請求項３】
前記データ変更部は、断面形状データの外周形状を縮小した形状を規定する縮小データを生成し、前記縮小データが規定する形状の内側が中空部となるように断面形状データを変更する請求項２記載の３次元データ生成装置。
【請求項４】
前記データ変更部は、予め定められた形状の内側が中空部となるように断面データを変更する請求項２記載の３次元データ生成装置。
【請求項５】
前記データ変更部は、造形物の中空部を他の造形材料で埋めるように断面形状データを修正する請求項２乃至４いずれか記載の３次元データ生成装置。
【請求項６】
前記データ変更部は、造形後の造形物の使用時に造形後の造形物に加わる圧力に基づいて断面形状データを変更する請求項１記載の３次元データ生成装置。
【請求項７】
前記材料費算出部は、造形材料の単位量あたりの価格と、造形物を出力する出力部の解像度とを用いて材料費を算出する請求項１乃至６いずれか記載の３次元データ生成装置。
【請求項８】
操作者による造形材料を低減させる量を指示する操作を受け付ける操作受付部をさらに有し、
前記材料費低減指示部は、前記操作受付部が受け付けた操作者の操作に基づいて材料費の低減を指示する請求項１乃至７いずれか記載の３次元データ生成装置。
【請求項９】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出部と、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成部と、
前記材料費算出部が算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示部と、
前記低減量指示部の指示に基づいて前記断面形状データ生成部が生成した断面形状データを変更するデータ変更部と、
前記データ変更部が変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力部と、
を有する３次元造形装置。
【請求項１０】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出工程と、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成工程と、
前記材料費算出工程で算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示工程と、
前記低減量指示工程での指示に基づいて前記断面形状データ生成工程で生成した断面形状データを変更するデータ変更工程と、
を有する造形物の製造方法。
【請求項１１】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出工程と、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成工程と、
前記材料費算出工程で算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示工程と、
前記低減量指示工程での指示に基づいて前記断面形状データ生成工程で生成した断面形状データを変更するデータ変更工程と、
前記データ変更工程で変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力工程と、
を有する造形物の造形方法。
【請求項１２】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出ステップと、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成ステップと、
前記材料費算出ステップで算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示ステップと、
前記低減量指示ステップでの指示に基づいて前記断面形状データ生成ステップで生成した断面形状データを変更するデータ変更ステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１３】
３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出ステップと、
３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成ステップと、
前記材料費算出ステップで算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示ステップと、
前記低減量指示ステップでの指示に基づいて前記断面形状データ生成ステップで生成した断面形状データを変更するデータ変更ステップと、
前記データ変更ステップで変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力ステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元データ生成装置、３次元造形装置、造形物の製造方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、３次元状の造形物を造形材を用いて造形する３次元造形装置用の設定データ作成装置であって、造形物の３次元データを取得するための入力手段と、前記複数のオブジェクトに相当する３次元造形に要する造形時間と、造形物の造形に要する造形材の使用量とを含む複数の造形パラメータの、いずれを優先するかを設定するためのパラメータ設定手段と、前記パラメータ設定手段(63)で設定された造形パラメータの優先度に基づいて、オブジェクトの姿勢が最適となるよう演算するための演算手段と、を備えており、前記演算手段(64)が、複数のオブジェクトの各々に対して、個別に最適姿勢を演算可能に構成してなることを特徴とする３次元造形装置用の設定データ作成装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９６４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元の造形物を造形する際に、表面の形状の少なくとも一部のみが所望の形状であればよく、例えば造形物内部に中空部を形成したり、例えば造形物の表面の形状の一部を変更したりしてもよいことがある。また、造形物の内部に中空部を形成すれば造形に要する造形材料の量が低減し、造形物の表面形状の一部を変更すれば造形に要する造形材料の量が低減することがある。そして、造形に要する造形材料の量が低減すれば、造形に要する材料費が低減する。
【０００５】
本発明は、断面形状データを変更するデータ変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる３次元データ生成装置、３次元造形装置、造形物の製造方法及びプログラム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】
【０００６】
請求項１に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出部と、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成部と、前記材料費算出部が算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示部と、前記低減量指示部の指示に基づいて前記断面形状データ生成部が生成した断面形状データを変更するデータ変更部と、を有する３次元データ生成装置である。
【０００７】
請求項２の本発明は、前記データ変更部は、造形物の内側に中空部を形成するように断面形状データを変更する請求項１記載の３次元データ生成装置である。
【０００８】
請求項３に係る本発明は、前記データ変更部は、断面形状データの外周形状を縮小した形状を規定する縮小データを生成し、前記縮小データが規定する形状の内側が中空部となるように断面形状データを変更する請求項２記載の３次元データ生成装置である。
【０００９】
請求項４に係る本発明は、前記データ変更部は、予め定められた形状の内側が中空部となるように断面データを変更する請求項２記載の３次元データ生成装置である。
【００１０】
請求項５に係る本発明は、前記データ変更部は、造形物の中空部を他の造形材料で埋めるように断面形状データを修正する請求項２乃至４いずれか記載の３次元データ生成装置である。
【００１１】
請求項６に係る本発明は、前記データ変更部は、造形後の造形物の使用時に造形後の造形物に加わる圧力に基づいて断面形状データを変更する請求項１記載の３次元データ生成装置である。
【００１２】
請求項７に係る本発明は、前記材料費算出部は、造形材料の単位量あたりの価格と、造形物を出力する出力部の解像度とを用いて材料費を算出する請求項１乃至６いずれか記載の３次元データ生成装置である。
【００１３】
請求項８に係る本発明は、操作者による造形材料を低減させる量を指示する操作を受け付ける操作受付部をさらに有し、前記材料費低減指示部は、前記操作受付部が受け付けた操作者の操作に基づいて材料費の低減を指示する請求項１乃至７いずれか記載の３次元データ生成装置である。
【００１４】
請求項９に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出部と、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成部と、前記材料費算出部が算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示部と、前記低減量指示部の指示に基づいて前記断面形状データ生成部が生成した断面形状データを変更するデータ変更部と、前記データ変更部が変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力部と、を有する３次元造形装置である。
【００１５】
請求項１０に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出工程と、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成工程と、前記材料費算出工程で算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示工程と、前記低減量指示工程での指示に基づいて前記断面形状データ生成工程で生成した断面形状データを変更するデータ変更工程と、を有する造形物の製造方法である。
【００１６】
請求項１１に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出工程と、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成工程と、前記材料費算出工程で算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示工程と、前記低減量指示工程での指示に基づいて前記断面形状データ生成工程で生成した断面形状データを変更するデータ変更工程と、前記データ変更工程で変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力工程と、を有する造形物の造形方法である。
【００１７】
請求項１２に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出ステップと、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成ステップと、前記材料費算出ステップで算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示ステップと、前記低減量指示ステップでの指示に基づいて前記断面形状データ生成ステップで生成した断面形状データを変更するデータ変更ステップと、をコンピュータに実行させるプログラムである。
【００１８】
請求項１３に係る本発明は、３次元データが規定する造形物を造形するための造形材料の材料費を算出する材料費算出ステップと、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する断面形状データ生成ステップと、前記材料費算出ステップで算出した材料費を低減させるように、造形に用いる造形材料の低減量を指示する低減量指示ステップと、前記低減量指示ステップでの指示に基づいて前記断面形状データ生成ステップで生成した断面形状データを変更するデータ変更ステップと、前記データ変更ステップで変更した断面形状データを用いて造形物を出力する出力ステップと、をコンピュータに実行させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる３次元データ生成装置を提供することができる。
【００２０】
請求項２に係る本発明によれば、造形物の内部に中空部を形成しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる。
【００２１】
請求項３に係る本発明によれば、造形物の厚さのばらつきを抑制しつつ、造形物に中空部を形成することができる。
【００２２】
請求項４に係る本発明によれば、出力毎に、その内部が中空部となる形状を、出力毎に定める技術と比較して、断面形状データを変更するアルゴリズムを単純にすることができる。
【００２３】
請求項５に係る本発明によれば、一の造形材料において中空部される部分を一の造形材料よりも安価な他の材料で形成することで、造形物の強度を保ちつつ、造形に要する材料費を低減することができる。
【００２４】
請求項６に係る本発明によれば、造形物に加わる圧力に応じて造形物の厚さを定めることができ、造形物のそれぞれの位置における強度を確保しつつ、造形に要する材料費を低減することができる。
【００２５】
請求項７に係る本発明によれば、簡単なアルゴリズムで造形に要する材料費を算出することができる。
【００２６】
請求項８に係る本発明によれば、低減される材料費を試算しつつ、材料を低減させる程度を指示することができる。
【００２７】
請求項９に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる造形装置を提供することができる。
【００２８】
請求項１０に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる造形物の製造方法を提供することができる。
【００２９】
請求項１１に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができる造形物の造形方法を提供することができる。
【００３０】
請求項１２に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができるプログラムを提供することができる。
【００３１】
請求項１３に係る本発明によれば、断面形状データを変更しない技術と比較して、造形に要する材料費を低減することができるプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元造形システムを示す図である。
【図２】図１に示す３次元造形システムが有する３次元造形装置を示す図である。
【図３】図２に示す３次元造形装置が有する制御部を示すブロック図である。
【図４】図１に示す３次元造形システムが有するデータ生成装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示すデータ生成装置が有する表示装置に表示される操作用の表示画面を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、中空部を有しない造形物を示す模式図であり、図６（Ｂ）は、中空部が形成された造形物を示す模式図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示す造形物に形成された中空部よりも大きな中空部が形成された造形物を示す模式図である。
【図７】図４に示すデータ生成装置が出力指示をするまでの処理を示すフローチャートである。
【図８】断面形状データを変更する処理を示すフローチャートである。
【図９】断面形状データを変更する第１のアルゴリズムを説明する図である。
【図１０】断面形状データを変更する第２のアルゴリズムを説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る３次元造形システムが有するデータ生成装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１２】造形物を圧縮形成用の型として用いて、成形品を製造する工程を説明する図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、圧縮形成用の型として用いられる造形物であって、断面形状データの変更を行わずに造形した造形物を示す図であり、図１３（Ｂ）は、圧縮形成用の型として用いられる造形物であって、断面形状データの変更をして造形した造形物を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るデータ生成装置が出力指示をするまでの第１の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る造形システムが有する３次元造形装置を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る造形システムが有するデータ処理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る造形システムが有するデータ処理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係る３次元造形システム１０が示されている。３次元造形システム１０は、データ生成装置１００と、例えば３個の３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃとを有し、データ生成装置１００と３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃとがネットワーク７００に接続されている。
【００３４】
３次元造形システム１０においては、データ生成装置１００において造形のためのデータが生成され、生成されたデータがネットワーク７００を介して３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃのいずれかに送信され、送信されたデータに基づいて３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃのいずれかが造形物９００（例えば、図２を参照）を造形する。
【００３５】
データ生成装置１００としては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。データ生成装置１００は、表示装置１５０を有する。表示装置１５０としては、例えば液晶表示装置、ＣＲＴ表示装置等を用いることができる。表示装置１５０は、後述する操作用の表示画面１６０（図５を参照）を表示する。
【００３６】
データ生成装置１００は、データ生成装置１００を操作するための操作装置１９０をさらに有する。操作装置１９０としては、例えば、キーボードやマウス等を用いることができる。また、表示装置１５０と操作装置１９０とを兼用するものとして、例えばタッチパネルを用いてもよい。データ生成装置１００の詳細は後述する。
【００３７】
この実施形態においては、３次元造形システム１０は、３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃとの３個の３次元造形装置５００を有するものの、３次元造形システム１０は、少なくとも１つの３次元造形装置５００を有すればよい。また、以下の説明においては、３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは、基本的な構成は互いに同一であるものの、出力する造形物９００の解像度が互いに異なる場合を例とする。また、以下の説明においては、特に区別を要する場合を除いて、３個の３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃを３次元造形装置５００と総称して説明する。
【００３８】
図２には、３次元造形装置５００が示されている。３次元造形装置５００は、所謂インクジェット法、より詳細には所謂インクジェット紫外線硬化型積層造形法を採用している。以下の説明においては、３次元造形装置５００として、インクジェット紫外線硬化型積層造形法を採用した場合を例として示すものの、３次元造形装置５００は、他の方式を採用したものであってもよい。すなわち、３次元造形装置５００は、例えば、ＦＤＭ（Fused Deposition Modeling）とも称される熱溶解積層法、ＳＬＳ（Selective Laser Sintering）とも称される粉末焼結法、粉末固着法、石膏積層法、ＳＴＬ（Stereo Lithography）とも称される光造形法、ＬＯＭ（Laminated Object Manufacturing）とも称されるシート材積層法等の方式を採用した３次元造形装置であってもよい。
【００３９】
図２に示すように、３次元造形装置５００は造形ステージ５１０を有する。３次元造形装置５００では、造形ステージ５１０の上側の面に造形材料が積層されるようにして造形物９００が造形される。また、造形ステージ５１０の上側の面には、必要に応じてサポート材が積層されることによりサポート材積層部９６０が形成される。
【００４０】
サポート材積層部９６０は、造形物９００の下側に造形材料が積層されていない部分がある場合に、造形物９００を下側から支えるために形成される。サポート材積層部９６０は、造形物９００の造形後に、例えば水洗いする等の方法で造形物９００から除去される。
【００４１】
造形ステージ５１０にはＺ軸方向移動機構５２０が連結されている。造形ステージ５１０は、Ｚ軸方向移動機構５２０を駆動させることでＺ軸方向（上下方向）に移動することができるようになっている。
【００４２】
３次元造形装置５００は、ヘッド部５３０をさらに有し、ヘッド部５３０はヘッド部本体５３２を有する。ヘッド部本体５３２には、Ｘ軸方向移動機構５３４が連結されている。ヘッド部５３０は、Ｘ軸方向移動機構５２０を駆動させることでＸ軸方向（図２における左右方向）に移動することができるようになっている。また、ヘッド部本体５３２には、Ｙ軸方向移動機構５３６が連結されている。ヘッド部５３０は、Ｙ軸方向移動機構５３６を駆動させることでＹ軸方向（図２における紙面と交わる方向）に移動することができるようになっている。
【００４３】
ヘッド部５３０は、造形材料射出ノズル５４０をさらに有する。造形材料射出ノズル５４０は、造形材料貯蔵部５４２に貯蔵されている造形材料を造形ステージ５１０に向けて射出する。造形材料としては、光硬化性樹脂（紫外線硬化樹脂）を用いることができる。
【００４４】
ヘッド部５３０は、サポート材射出ノズル５５０をさらに有する。サポート材射出ノズル５５０は、サポート材貯蔵部５５２に貯蔵されているサポート材を造形ステージに向けて射出する。
【００４５】
ヘッド部５３０は、平滑化装置５６０を有する。平滑化装置５６０は、造形ステージ５１０へと射出された造形材料とサポート材とを平滑化する。平滑化装置５６０は、過剰な造形材料と過剰なサポート材とを掻き取るように回転する回転部材５６２を例えば有する。
【００４６】
ヘッド部５３０は、光照射装置５７０を有する。光照射装置５７０は、光（紫外線）を照射することで、造形ステージ５１０に射出された造形材料を硬化させ、さらには、造形ステージ５１０に照射されたサポート材を硬化させる。
【００４７】
図３は、３次元造形装置５００が有する制御部５８０を示すブロック図である。図３に示すように、制御部５８０は制御回路５８２を有し、制御回路５８２に、ネットワーク７００（図１を参照）と通信インターフェイス５８４とを介し、データ生成装置１００（図１を参照）で生成されたデータが入力される。
【００４８】
また、３次元造形装置５００においては、制御回路５８２からの出力によりＸ軸方向移動機構５３４と、Ｙ軸方向移動機構５３６と、Ｚ軸方向移動機構５２０と、造形材料射出ノズル５４０と、サポート材射出ノズル５５０と、平滑化装置５６０と、光照射装置５７０とが制御される。
【００４９】
以上のように構成された３次元造形装置５００では、制御回路５８２がＸ軸方向移動機構５３４にヘッド部５３０を図２における右側へと移動させつつ、造形材料射出ノズル５４０に造形ステージ５１０へと造形材料を射出させ、サポート材射出ノズル５５０に造形ステージ５１０へとサポート材を射出される。そして、制御回路５８２は、Ｘ軸方向移動機構５３４にヘッド部５３０を図２における左側へと移動させつつ、平滑化装置５６０に造形材料とサポート材とを平滑化させ、さらには光照射装置５７０に光を照射させ、造形材とサポート材とを硬化させる。
【００５０】
そして、主走査方向（Ｘ軸方向）における一定幅の造形を終了させると、制御回路５８２は、Ｙ軸方向移動機構５３６にヘッド部５３０を副操作方向に（Ｙ軸方向）に移動させ、さらには主走査方向における一定幅方向の造形を繰り返させる。
【００５１】
以上の動作を繰り返させることにより、一層分の造形物の造形を完了させると、制御回路５８２は、Ｚ軸方向移動機構５２０に、造形ステージ５１０を下方向（Ｚ軸方向）に造形物９００の一層の厚さ分だけ下降させる。そして、制御回路５８２は、造形物９００の既に造形がなされた部分に積層させるようにして、造形物９００に次の層の造形をさせる。以上の動作を繰り返すことにより、３次元造形装置５００は、硬化させた造形材料を積層させるようにして造形物９００を造形する。
【００５２】
図４は、データ生成装置１００の機能的構成を示すブロック図である。図４に示すように、データ生成装置１００は、３次元データ受付部１１０を有する。３次元データ受付部１１０は、３次元データを受け付ける。この実施形態では、３次元データ受付部１１０が、３次元データとしてＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データを受け付ける構成を例として説明をするものの、３次元データ受付部１１０で３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）のデータ、３次元ＣＧ（computer graphics）のデータ、３Ｄスキャナによるデータ等を受け付けて、受け付けたデータを、データ生成装置１００側でＳＴＬデータに変換するようにしてもよい。
【００５３】
ここで、ＳＴＬデータとは、３次元形状を表現するデータを保存するファイルフォーマットの一つであるＳＴＬフォーマットのデータであり、３次元データを、多数の三角形の頂点の座標と、これらの多数の三角形の面の法線ベクトルとで示すデータである。
【００５４】
データ生成装置１００は、断面形状データ生成部１１２をさらに有する。断面形状データ生成部１１２は、３次元データを、例えば水平方向に輪切りにした断面形状データ（スライスデータ、積層データ）に変換する。すなわち、断面形状データ生成部１１２は、３次元データから所定の方向に連続する複数の層に分割した断面形状データを生成する。
【００５５】
データ生成装置１００は、データ記憶部１１４をさらに有する。データ記憶部１１４は、３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃそれぞれに関するデータを記憶している。より具体的には、３次元造形装置５００Ａ、５００Ｂ、５００ＣそれぞれのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の解像度を少なくとも記憶している。また、データ記憶部１１４は、３次元造形システム１０で用いることができる各種造形材料の単位体積当たりの価格を記憶している。また、データ記憶部１１４は、３次元造形システム１０で用いられるサポート材の単位体積当たりの価格を記憶している。
【００５６】
データ生成装置１００は、材料費算出部１１６をさらに有する。材料費算出部１１６は、３次元データ受付部１１０が受け付けた３次元データと、データ記憶部１１４が記憶している造形材料の単位体積当たりの価格及び３次元造形装置５００の解像度とを用いて、３次元データ受付部１１０が受け付けた３次元データが規定する造形物９００を造形するための造形材料の材料費を算出する。ここで、データ記憶部１１４が記憶しているサポート材の単位体積当たりの価格をさらに用いて、材料費算出部１１６が、造形物９００を造形するために必要なサポート材の材料費をさらに算出してもよい。
【００５７】
データ生成装置１００は、操作受付部１１８をさらに有する。操作受付部１１８は、例えば、造形物９００を造形するための造形材料の量を低減させることで材料費を低減させる旨等の操作者による操作を受け付ける。操作者による操作の詳細は後述する。
【００５８】
データ生成装置１００は、低減量指示部１２２をさらに有する。低減量指示部１２２は、操作受付部１１８が受け付けた操作に応じて、材料費算出部１１６が算出した材料費を低減させるように、造形物９００を造形するための造形材料の低減量を指示する。
【００５９】
データ生成装置１００は、データ変更部１２４をさらに有する。データ変更部１２４は、低減量指示部１２２の指示に基づいて、造形物９００を造形するための造形材料の量を低減させるように、断面形状データ生成部１１２が生成した断面形状データを変更する。データ変更部１２４による断面形状データの変更の詳細は後述する。
【００６０】
データ生成装置１００は、出力指示部１２６をさらに有する。出力指示部１２６は、データ変更部１２４が変更した断面形状データに基づく造形物９００の造形を３次元造形装置５００に指示する。
【００６１】
図５には、データ生成装置１００を操作するための操作用の表示画面１６０が示されている。表示画面１６０は、表示装置１５０（図１を参照）に表示される。図５に示すように、表示画面１６０は造形装置選択部１６２を有する。造形装置選択部１６２は、３次元造形システム１０が有する造形装置の中から造形に用いる３次元造形装置５００を選択するための部分である。より具体的には、３次元造形装置５００Ａ、３次元造形装置５００Ｂ、３次元造形装置５００Ｃの中のどの装置を用いて造形をするかを、操作者が選択するための部分である。
【００６２】
造形装置選択部１６２は、例えばプルダウンメニューとなっていて、プルダウンメニューを操作することで造形に用いる３次元造形装置５００を選択することができるようになっている。図５においては、操作者により３次元造形装置５００Ａが選択された状態にある造形装置選択部１６２が示されている。
【００６３】
表示画面１６０は、造形材料選択部１６４をさらに有する。造形材料選択部１６４は、造形に用いる造形材料を選択するための部分である。より具体的には、データ記憶部１１４に単位体積当たりの価格が記憶されている複数の造形材料の中から、どの材料を用いて造形をするかを操作者が選択するための部分である。造形材料選択部１６４は、例えばプルダウンメニューとなっていて、プルダウンメニューを操作することで造形に用いる造形装置を選択することができるようになっている。図５においては、操作者により造形材料１が選択された状態にある造形材料選択部１６４が示されている。
【００６４】
表示画面１６０は、低減程度指示部１６６をさらに有する。低減程度指示部１６６は、造形に用いる造形材用の低減の程度を支持するための部分であり、造形材料の材料費の低減の程度を指示するための部分である。低減程度指示部１６６は、例えばスライダボタンとなっていて、スライダ１６８を左右に移動させることで、造形材料の材料費の低減の程度を操作者が選択することができ、材料費を低減する程度を操作者が選択することができるようになっている。より具体的には、スライダ１６８を左側に移動させる程に低減され造形材料の量、材料費が少なくなり、スライダ１６８を右側に移動させる程に低減される造形材料の量、材料費が多くなるようになっている。
【００６５】
表示画面１６０は、試算結果表示部１７２をさらに有する。試算結果表示部１７２は、造形装置選択部１６２で選択された３次元造形装置５００を用いて、造形材料選択部１６４で選択された造形材料を用いて、低減程度指示部１６６の指定にしたがって材料費を低減した場合における造形物９００を造形するための材料費を試算した結果を表示する。このため、操作者は、試算結果表示部１７２に表示される材料費を参照しつつ、造形装置選択部１６２や、造形材料選択部１６４や、低減程度指示部１６６を操作することで、造形に要する材料費を考慮した上で造形に用いる造形材装置と造形材料との選択をすることができる。
【００６６】
表示画面１６０は、確定指示部１７４をさらに有する。確定指示部１７４は、造形装置選択部１６２に表示された造形装置を用いて、造形材料選択部に表示された造形材料を用いて、低減程度指示部１６６で指示された程度で材料費を低減させて造形物９００を造形することを確定する際に操作者により操作がなされる部分である。すなわち、確定指示部１７４は、試算結果表示部１７２に表示された材料費での出力を操作者が承認した際に操作される部分である。
【００６７】
上述のデータ変更部１２４は、例えば、造形物９００の内側に中空部を形成するように断面形状データを変更する。以下、データ変更部１２４による造形物９００の内側に中空部を形成するように断面形状データを変更する処理を説明する。
【００６８】
図６（Ａ）には、中空部９２０を有しない造形物９００が左側に、中空部９２０を有しない造形物９００を構成するそれぞれの層９０２が右側に示されている。図５に示す表示画面１６０において、スライダ１６８が最も左側に位置していて、データ変更部１２４が断面形状データの変更をしない場合に、３次元造形装置５００は、図６（Ａ）の右側に示す中空部９２０が形成されていない造形物９００を造形する。
【００６９】
図６（Ｂ）には、中空部９２０が形成された造形物９００が左側に、中空部９２０を有する造形物９００を構成するそれぞれの層９０２が右側に示されている。図５に示す表示画面１６０において、スライダ１６８が左端部から右側へと移動した位置にある場合、データ変更部１２４は中空部９２０を形成するように断面形状データを変更し、３次元造形装置５００は、図６（Ｂ）の左側に示すような中空部９２０が形成された造形物９００を造形する。
【００７０】
図６（Ｃ）には、図６（Ｂ）に示す造形物９００に形成された中空部９２０よりも体積が大きい中空部９２０が形成された造形物９００が左側に、このような造形物９００を構成するそれぞれの層９０２が右側に示されている。図５に示す表示画面１６０において、スライダ１６８が、図６（Ｂ）に示す造形物９００が造形される場合よりもさらに右側へと移動した位置にある場合、データ変更部１２４は、図６（Ｂ）に示されている中空部９２０よりも体積が大きい中空部９２０を形成するように断面形状データを変更し、３次元造形装置５００は、図６（Ｃ）の左側に示すような、図６（Ｂ）に示されている中空部９２０よりも体積が大きな中空部９２０が形成された造形物９００を造形する。
【００７１】
図７は、第１の実施形態に係るデータ生成装置１００が、３次元造形装置５００に出力指示をするまでの処理を示すフローチャートである。図７に示すように、最初のステップであるステップＳ１０において３次元データ受付部１１０が３次元データを受け付けると、次のステップであるステップＳ１２において、断面形状データ生成部１１２が断面形状データを生成する。
【００７２】
次のステップであるステップＳ１４では、材料費算出部１１６が、３次元データ受付部１１０が受け付けた３次元データと、データ記憶部１１４が記憶している造形材料の単位体積当たりの価格及び３次元造形装置５００の解像度とを用いて、３次元データ受付部１１０が受け付けた３次元データが規定する造形物９００を造形するための造形材料の材料費を算出する。ステップＳ１４で算出される材料費は、データ変更部１２４によるデータの変更がなされる前における材料費である。
【００７３】
次のステップであるステップＳ１６では、操作受付部１１８が操作者による設定の変更を受け付ける。操作者による操作は、先述のように、造形装置選択部１６２、造形材料選択部１６４及び低減程度指示部１６６（それぞれ図５を参照）を操作者が操作することによりなされる。
【００７４】
次のステップであるステップＳ１８では、材料費算出部１１６が、ステップＳ１６で変更された設定で造形物９００を造形した場合の材料費を算出する。
【００７５】
次のステップであるステップＳ２０での操作者による承認を待って、次のステップであるステップＳ１００で、データ変更部１２４が断面形状データを変更する。ステップＳ２０における操作者による承認は、先述のように、確定指示部１７４（図５を参照）を操作することによりなされる。尚、ステップＳ１００における断面形状データの変更の詳細は後述する。
【００７６】
次のステップであるステップＳ３０２では、出力指示部１２６が３次元造形装置５００に造形物９００の出力を指示する。
【００７７】
図８は、第１の実施形態における断面形状データを変更する第１の処理を示すフローチャートであって、ステップＳ１００の詳細を示すフローチャートである。また、図９は、断面形状データを変更する第１のアルゴリズムを説明する図であって、ステップＳ１００における第１のアルゴリズムを説明する図である。
【００７８】
断面形状データを変更するに際しては、図８に示すように、ステップＳ１０２において、断面形状データ生成部１１２が生成した断面形状データを、データ変更部１２４が取得する。この例においては、図９の上段に示すように、データ変更部１２４が星形の断面形状を取得するものとする。
【００７９】
次のステップであるステップＳ１０４では、データ変更部１２４は、断面形状データの外周形状を縮小した形状を規定するデータ（以下、「縮小データ」とする）を生成する。そして、縮小データの向きを変えずに、例えば、元の断面形状データの重心と縮小データの重心と一致するように、縮小データを元の断面形状データに重ね合わせる（図９の中段を参照）。
【００８０】
次のステップであるステップＳ１０６では、データ変更部１２４は、縮小データの内側を削除し（図９の下段を参照）、次のステップであるステップＳ１０８で断面形状データを再構築する。
【００８１】
図１０は、第１の実施形態における断面形状データを変更する第２のアルゴリズムを説明する図であって、ステップＳ１００における第２のアルゴリズムを説明する図である。先述の第１のアルゴリズムにおいては、断面形状データの外周形状を縮小した縮小データを形成し、この縮小データを変更前のデータが規定する形状に重ねあわせて、縮小データの内側を削除するようにして断面形状データを変更した。
【００８２】
これに対して、この第２のアルゴリズムにおいては、データ変更部１２４は、図１０に示すように、断面形状データの内側が予め定められた形状の中空部となるように断面形状データを変更する。図１０に示す例においては、正方形の内側が中空部となるように断面形状データを変更する例を示しているものの、予め定められた形状であれば、例えば円形、例えば正方形以外の多角形等の正方形以外の形状の内側が中空部となるように、データ変更部１２４が断面形状するアルゴリズムであってもよい。
【００８３】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る３次元造形システム１０が有するデータ生成装置１００の機能的構成を示すブロック図である。尚、第２の実施形態の説明においては、先述の第１の実施形態と異なる部分を説明し、先述の第２の実施形態と同一部分の説明を省略する。
【００８４】
第２の実施形態においては、データ生成装置１００は、先述の第１の実施形態と同様に、３次元データ受付部１１０と、断面形状データ生成部１１２と、データ変更部１２４と、出力指示部１２６と、低減量指示部１２２と、データ記憶部１１４とを有する。一方、第２の実施形態においては、データ生成装置１００は、第１の実施形態においてデータ生成装置１００が有していた操作受付部１１８を有しない。
【００８５】
また、この第２の実施形態においては、データ生成装置１００は、造形方向決定部１２８を有している。造形方向決定部１２８は、３次元データ受付部１１０が受け付けた３次元データに基づいて、例えば必要となるサポート材の材料が最小となるように造形物９００を造形する方向を決定する。
【００８６】
また、この第２の実施形態においては、データ生成装置１００は、圧力分析部１３０をさらに有する。圧力分析部１３０は、例えば、断面形状データ生成部１１２が生成した断面形状データに基づいて造形した造形物９００の使用時に、造形後の造形物９００に加わる圧力を分析する。
【００８７】
図１２には、第２の実施形態に係る３次元造形システム１０で造形された造形物９００を圧縮形成用の型の一方（下型）として用いて、成形品９８０を製造する工程を説明する工程が説明されている。造形物９００を下型として成形品９８０を製造するには、造形物９００の凹部９１０に例えば樹脂等からなる成形材料９８２を挿入し、成形材料９８２を上型９９０で圧縮する。成形品９８０の成形に際して、下型として用いられる造形物９００には圧力が加わる。このため、造形物９００は圧力に耐えうる強度を備えることを要する。
【００８８】
例えば、試作品、模型等として造形物９００を造形する場合、造形物９００の外周形状の変更は一般には望ましくない。これに対して、図１２に示すように型として造形物９００を用いる場合、成形材料９８２に接触し、成形材料９８２に転写される部分である凹部９１０の形状の変更は望ましくないものの、成形材料９８２に接触しない部分である例えば外周面等の形状の変更は問題とならない。
【００８９】
この第２の実施形態においては、データ変更部１２４は、造形後の造形物９００の使用時に造形物９００に加わる圧力に基づいて、断面形状データを変更する。以下、第２の実施形態におけるデータ変更部１２４による断面形状データを変更する処理を説明する。
【００９０】
図１３（Ａ）には、データ変更部１２４での変更がなされていない断面形状データに基づいて造形された造形物９００が示されていて、上段が平面図であり、下段が断面図である。図１３（Ａ）に示す造形物９００は、凹部９１０を形成する側壁部の厚さが高さ方向において一定となっている。
【００９１】
図１３（Ｂ）には、データ変更部１２４で変更がなされた断面形状データに基づいて造形された造形物９００が示されていて、上段が平面図であり、下段が断面図である。図１３（Ｂ）の示す造形物９００は、凹部９１０を形成する側壁部の厚さが、上方に位置する部分ほど薄く、下方に位置する部分ほど厚くなっている。これは、側壁の各位置が、圧力に耐えるために必要な厚さよりも過度に厚くならないようにデータ変更部１２４が断面形状データを修正した結果、圧縮形成時に加わる圧力が小さい上側の位置ほど側壁部の厚さが薄くなるように、断面形状データが変更されたためである。
【００９２】
図１４は、第２の実施形態におけるデータ生成装置１００が３次元造形装置５００に出力を指示するまでの処理を示すフローチャートであって、データ生成装置１００が、図１２に示すように型として用いられる造形物９００の出力を指示する処理を示すフローチャートである。先述の第１実施形態における処理（図７、図８を参照）では、データ変更部１２４は、造形物９００に内側に中空部９２０を形成するように断面形状データを変更した。これに対して、この２の実施形態では、データ変更部１２４は造形後の造形物９００の使用時に造形後の造形物９００に加わる圧力に基づいて断面形状データを修正する。以下、具体的に説明する。
【００９３】
図１４に示すように、最初のステップであるステップＳ１０において３次元データ受付部１１０が３次元データを受け付けると、次のステップであるステップＳ１２において、断面形状データ生成部１１２が断面形状データを生成する。
【００９４】
次のステップであるステップＳ２２においては、造形方向決定部１２８が、例えば必要となるサポート材の量が最小となるように、造形物９００を造形する方向を決定する。
【００９５】
次のステップであるステップＳ２４では、造形物９００を型として用いて圧縮成形をした際に、造形物９００に加わる圧力を圧力分析部１３０が分析する。
【００９６】
次のステップであるステップＳ２６では、例えば圧力分析部１３０が、ステップＳ２４で分析した圧力情報を数値化して、数値化したデータを断面形状データ生成部１１２が生成した断面形状データにマッピングする。
【００９７】
次のステップであるステップＳ２８では、例えば圧力分析部１３０が、ステップＳ２４で断面形状データにマッピングされた圧力情報が、断面形状データで規定される形状の造形物９００が耐えられる圧力の限界である閾値以下であるかを断面形状データにおける位置ごとに判別する。
【００９８】
次のステップであるステップＳ３０では、断面形状データにマッピングされた圧力情報が、造形物９００が耐えられる圧力の限界である閾値以下であるとの判別がなされた位置における断面形状データをデータ変更部１２４が変更する。より具体的には、データ変更部１２４は、断面形状の面積が、マッピングされた圧力に耐えるために必要となる面積よりも過度に大きくならないように、断面形状の面積を小さくするように断面形状データを変更する。この際、データ変更部１２４は、凹部９１０の形状が変わらないように断面形状データを修正する。
【００９９】
次のステップであるステップＳ３０２では、出力指示部１２６が３次元造形装置５００に造形物９００の出力を指示する。
【０１００】
図１５には、本発明の第３の実施形態に係る３次元造形システム１０が有する３次元造形装置５００が示されている。尚、第３の実施形態の説明においては、先述の第１の実施形態と異なる部分を説明し、先述の第１の実施形態と同一部分の説明を省略する。
【０１０１】
先述の第１の実施形態おける３次元造形装置５００は、サポート材と１種類の造形材料を用いるように構成されていた。これに対して、この第３の実施形態における３次元造形装置５００は、サポート材と２種類の造形材料とを用いるように構成されている。具体的には、第１の実施形態においては、３次元造形装置５００は、造形材料射出ノズル５４０と造形材料貯蔵部５４２とを有していたのに対して、第３の実施形態においては、３次元造形装置５００は、第１造形材料射出ノズル５４４と、第１造形材料貯蔵部５４６と、第２造形材料射出ノズルと、第２材料貯蔵部５５６とを有している。
【０１０２】
第１造形材料貯蔵部５４６には第１の造形材料が貯蔵されていて、第２射出ノズルは第１の造形材料を射出する。また、第２造形材料貯蔵部には第２の造形材料が貯蔵されていて、第２射出ノズルは第２の造形材料を射出する。第１の造形材料と第２の造形材料とは互いに異なる材料であり、互いに単位体積あたりの価格が異なる。以下の説明においては、第１の造形材料が、第２の造形材料よりも単位体積当たりの価格が高いものとして説明をする。
【０１０３】
先述の第１の実施形態においては、出力指示部１２６が３次元造形装置５００に出力を指示すると、造形材料射出ノズル５４０が造形材料を射出するように制御され、サポート材射出ノズル５５０が必要に応じてサポート材を射出するように制御された。これに対して、この第３の実施形態においては、出力指示部１２６が３次元造形装置５００に出力を指示すると、第１造形材料射出ノズル５４４が第１の造形材料を射出するように制御され、第２造形材料射出ノズルが必要に応じて第２の造形材料を射出するように制御され、サポート材射出ノズル５５０が必要に応じてサポート材を射出するように制御される。
【０１０４】
また、この第３の実施形態においては、データ変更部１２４により断面形状データの修正がなされない限り、造形物９００は第１の造形材料を用いて造形される。
【０１０５】
また、先述の第１の実施形態においては、データ変更部１２４は、造形物９００に中空部９２０を形成するように断面形状データを修正した。これに対して、この第３の実施形態においては、データ変更部１２４は、第１の造形材料を用いて造形を行うための断面形状データに中空部９２０を形成するように断面形状データを修正するとともに、中空部９２０を第２の材料で埋めるように断面形状データを修正する。
【０１０６】
この第３の実施形態においては、造形物９００の一部分を第１の造形材料よりも単位体積あたり価格が安い第２の造形材料を用いて造形することができ、造形に要する材料費を低減することができる。また、造形物９００に中空部を形成する場合と比較して、造形物９００の強度を上げることができる。
【０１０７】
次に本発明の第４の実施形態に係る３次元造形装置５００について説明する。先述の第１の実施形態においては、３次元造形装置５００は、データ生成装置１００と共に３次元造形システム１０を構成し、データ生成装置１００で生成された３次元データに基づいて造形物９００を造形していた。これに対して、この第４の実施形態においては、３次元造形装置５００が３次元データの生成をし、さらには造形物９００の造形をする。
【０１０８】
図１６は、第４の実施形態に係る３次元造形装置５００の機能的構成を示すブロック図である。図１６に示すように、３次元造形装置５００は、第１の実施形態におけるデータ生成装置１００が有していた構成を全て有するとともに出力部５９０を有している。出力部５９０は、出力指示部１２６からの指示を受けて、造形物９００を出力する。出力部５９０は、例えば、造形ステージ５１０、ヘッド部５３０等の第１の実施形態に係る３次元造形装置５００有する全ての構成を有している。
【０１０９】
次に本発明の第５の実施形態に係る３次元造形装置５００について説明する。先述の第２の実施形態においては、３次元造形装置５００は、データ生成装置１００と共に３次元造形システム１０を構成し、データ生成装置１００で生成された３次元データに基づいて造形物９００を造形していた。これに対して、この第５の実施形態においては、３次元造形装置５００が３次元データの生成をし、さらには造形物９００の造形をする。
【０１１０】
図１７は、第５の実施形態に係る３次元造形装置５００の機能的構成を示すブロック図である。図１６に示すように、３次元造形装置５００は、第２の実施形態におけるデータ生成装置１００が有していた構成を全て有するとともに出力部５９０を有している。出力部５９０は、出力指示部１２６からの指示を受けて、造形物９００を出力する。出力部５９０は、例えば、造形ステージ５１０、ヘッド部５３０等の第２の実施形態に係る３次元造形装置５００有する全ての構成を有している。
【０１１１】
次の本発明の第６の実施形態について説明する。先述の第３の実施形態においては、３次元造形装置５００は、データ生成装置１００と共に３次元造形システム１０を構成し、データ生成装置１００で生成された３次元データに基づいて造形物９００を造形していた。これに対して、この第６の実施形態においては、３次元造形装置５００が３次元データの生成をし、さらには造形物９００の造形をする。すなわち、この第６の実施形態においては、３次元造形装置５００は、第３の実施形態におけるデータ生成装置１００が有していた構成を全て有するとともに出力部５９０（不図示、図１６における出力部５９０を参照）を有している。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
以上で説明をしたように、本発明は、３次元データ生成装置、３次元造形装置、造形物の製造方法及びプログラムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０・・・３次元造形システム
１００・・・データ生成装置
１１２・・・断面形状データ生成部
１１４・・・データ記憶部
１１６・・・材料費算出部
１１８・・・操作受付部
１２２・・・低減量指示部
１２４・・・データ変更部
１２６・・・出力指示部
１３０・・・圧力分析部
１６０・・・表示画面
１６２・・・造形装置選択部
１６４・・・造形材料選択部
１６６・・・低減程度指示部
１７２      試算結果表示部
１７４      確定指示部
５００      ３次元造形装置
９００      造形物
９２０      中空部
【図１】
2017209822.tif 000003
【図２】
2017209822.tif 000004
【図３】
2017209822.tif 000005
【図４】
2017209822.tif 000006
【図５】
2017209822.tif 000007
【図６】
2017209822.tif 000008
【図７】
2017209822.tif 000009
【図８】
2017209822.tif 000010
【図９】
2017209822.tif 000011
【図１０】
2017209822.tif 000012
【図１１】
2017209822.tif 000013
【図１２】
2017209822.tif 000014
【図１３】
2017209822.tif 000015
【図１４】
2017209822.tif 000016
【図１５】
2017209822.tif 000017
【図１６】
2017209822.tif 000018
【図１７】
2017209822.tif 000019