JP6859770B2 - 液滴吐出装置、情報処理装置、液滴吐出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置、情報処理装置、液滴吐出方法及びプログラムに関する。

粉末積層による３次元造形方式（以下、「粉末積層造形方式」と称する）として、バインダージェット方式、レーザ焼結方式（ＬＳ）、及び電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ）が知られている。

バインダージェット方式は、粉末に対し、インクジェットヘッドからバインダーインク（造形液）を吐出することで粉末を凝固させ、３次元造形物を造形する技術である。粉末に用いられる材料としては、例えば、石膏、砂、金属、セラミック、及びガラスなどが挙げられる。

バインダージェット方式では、粉末の凝固不足を原因とする欠陥を３次元造形物に生じさせないようにするため、通常、隣接するバインダーインクの液滴（ドット）が十分に重なるよう（液滴が塗布されていない箇所が生じないよう）にバインダーインクを吐出する。

但し、このような吐出を行うと、造形面積が大きくなるほど、余剰に吐出されるバインダーインクの量が増えるため、バインダーインクの粉末への浸透及び粉面からの乾燥の速度が遅くなり、バインダーインクが粉面に残ってしまう。

バインダーインクが粉面に残った状態でリコート（次層を形成するための粉末の供給）を行うと、リコーターがバインダーインクを引きずってしまうので、造形精度を著しく悪化させてしまう。また、バインダーインクの粉末への浸透を待ってからリコートを行うと、造形速度の低下を招くとともに、余剰のバインダーインクが造形範囲から滲み出てしまうことにより造形精度の悪化を招いてしまうおそれがある。

ここで、例えば特許文献１には、造形箇所に応じて結合剤を付与する量を変える技術が開示されている。

しかしながら、上述した従来技術は、３次元造形物の表面光沢性や透明性を高めるとともに強度を向上させるために、３次元造形物の最外層に内部に付与する結合剤の１．０５〜５．００倍の結合剤を付与するものであり、このような技術を用いても、上述した造形液の余剰に伴う弊害を解消することはできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、粉末材料の凝固不足に伴う欠陥の発生を防ぎつつ、３次元造形物の造形精度の悪化を防止することができる液滴吐出装置、情報処理装置、液滴吐出方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる液滴吐出装置は、供給された粉末材料で層を形成する動作を繰り返すことで、当該形成した層を積層する積層部と、前記層が形成される毎に、当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形する吐出部と、を備え、前記吐出部は、前記造形液の吐出対象となる前記層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、各画素への造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、前記造形液を吐出する。

本発明によれば、粉末材料の凝固不足に伴う欠陥の発生を防ぎつつ、３次元造形物の造形精度の悪化を防止することができるという効果を奏する。

図１は、本実施形態の造形システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本実施形態の液滴吐出装置の外観構成の一例を示す模式図である。 図３は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図４は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図５は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図６は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図７は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図８は、本実施形態の液滴吐出装置による造形動作の一連の流れの説明図である。 図９は、本実施形態の液滴吐出装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図１０は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図１１は、本実施形態の液滴吐出装置及び情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、本実施形態との比較例を説明するための図である。 図１３は、本実施形態との比較例を説明するための図である。 図１４は、本実施形態の造形液塗付領域の一例を示す図である。 図１５は、本実施形態の造形液の吐出パターンの一例を示す図である。 図１６は、本実施形態の造形液塗付領域の一例を示す図である。 図１７は、本実施形態の造形液の吐出パターンの一例を示す図である。 図１８は、本実施形態の造形液塗付領域の一例を示す図である。 図１９は、本実施形態の造形液の吐出パターンの一例を示す図である。 図２０は、本実施形態の造形液塗付領域の一例を示す図である。 図２１は、本実施形態の情報処理装置で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。 図２２は、本実施形態の液滴吐出装置で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。 図２３は、本実施形態の液滴吐出装置で行われる処理の手順の流れの他の例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる液滴吐出装置、情報処理装置、液滴吐出方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。

以下では、液滴吐出装置として、粉末材料に対し、造形液としてバインダーインクをピエゾ方式のインクジェットヘッドから吐出することにより、３次元造形物を造形するバインダージェット方式の粉末積層造形装置を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。粉末材料としては、例えば、石膏、砂、金属、セラミック、及びガラスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

図１は、本実施形態の造形システム１０の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、造形システム１０は、液滴吐出装置１００と、情報処理装置２００と、を備える。なお、液滴吐出装置１００と情報処理装置２００との接続形態はどのようなものであってもよく、例えば、ネットワークを介した接続や通信ケーブルで両者を直接接続する形態などが挙げられる。

液滴吐出装置１００は、粉末材料で層を形成するとともに情報処理装置２００により生成された層情報（スライスデータ）に基づいて当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形するものである。本実施形態では、前述のとおり、液滴吐出装置１００がバインダージェット方式の粉末積層造形装置である場合を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。

層情報は、粉末材料で形成された層に対し、どのように造形液を吐出して３次元造形物を造形するかを示す情報である。詳細には、層情報は、３次元造形物のモデルをｘｙ平面にスライスした情報であり、層のどの位置（座標）にどの程度の量の造形液を吐出するかがドットで表されている。なお、層情報は、層毎に個別の画像パターン（ドットパターン）となる。

図２は、本実施形態の液滴吐出装置１００の外観構成の一例を示す模式図であり、図３〜図８は、本実施形態の液滴吐出装置１００による造形動作の一連の流れの説明図である。図２〜図８に示すように、液滴吐出装置１００は、リコーター１と、クリーニングブレード２と、供給槽１１と、造形槽１２と、ステージ１３と、ステージ１４と、粉末材料１５と、粉末材料１６と、ヘッドユニット２１と、を備える。

供給槽１１は、供給用の粉末材料１５を貯蔵する槽であり、造形槽１２は、供給槽１１から供給された粉末材料１５を粉末材料１６として堆積する槽である。図２〜図８に示す例では、供給槽１１のサイズと造形槽１２のサイズとを同一サイズとしているが、これに限定されず、互いに異なるサイズとしてもよい。

ステージ１３は、供給槽１１内を昇降可能に設けられており、ステージ１３の上昇量を制御することで、造形槽１２へ供給する粉末材料１５の供給量を制御可能となっている。ステージ１４は、造形槽１２内を昇降可能に設けられており、ステージ１４の下降量を制御することで、供給槽１１から供給された粉末材料１５で形成する層のピッチ（積層ピッチ）を制御可能となっている。

リコーター１は、回転しながら、供給槽１１から造形槽１２へ移動することで、ステージ１３の上昇に伴って供給槽１１から溢れた粉末材料１５を造形槽１２へ搬送するとともに、搬送された粉末材料１５を造形槽１２上で均し、粉末材料１６とする。なお、リコーター１の回転速度や移動速度は、粉末材料の粉末特性に応じて制御できる。クリーニングブレード２は、リコーター１に付着した粉末材料を掻き取るものであり、造形槽１２に堆積する粉末材料１６の平面度の担保に寄与する。

ヘッドユニット２１は、造形槽１２上で粉末材料１６により形成された層に対し、情報処理装置２００により生成された層情報（スライスデータ）に基づいて、造形液を吐出する。なお本実施形態では、ヘッドユニット２１の走査方向や吐出の解像度は問わないものとする。

以下、図３〜図８を参照しながら、液滴吐出装置１００による造形動作を説明する。

まず、図３に示すように、供給槽１１内でステージ１３を予め定められた上昇量分上昇させるとともに、造形槽１２内でステージ１４を予め定められた下降量分下降させる。

続いて、図４に示すように、リコーター１を、回転させながら供給槽１１から造形槽１２へ移動させることで、ステージ１３の上昇に伴って供給槽１１から溢れた粉末材料１５を造形槽１２へ搬送するとともに、搬送された粉末材料１５を造形槽１２上で均す。これにより、造形槽１２の最上面に粉末材料１６により１層分の層が形成される。

続いて、図５に示すように、造形槽１２の最上面に粉末材料１６により１層分の層が形成されると、ヘッドユニット２１は、当該層を走査しながら、情報処理装置２００により生成された当該層の層情報（スライスデータ）に基づいて造形液２２を吐出する。これにより、図６に示すように、造形液２２が吐出された箇所の粉末材料が凝固し、１層分の造形物３１となる。

続いて、図６に示すように、供給槽１１内でステージ１３を予め定められた上昇量分上昇させるとともに、造形槽１２内でステージ１４を予め定められた下降量分下降させる。

続いて、図７に示すように、リコーター１を、回転させながら供給槽１１から造形槽１２へ移動させることで、ステージ１３の上昇に伴って供給槽１１から溢れた粉末材料１５を造形槽１２へ搬送するとともに、搬送された粉末材料１５を造形槽１２上で均す。これにより、造形槽１２の最上面に粉末材料１６により１層分の新たな層が形成される（図４で形成した層の上に新たな層が積層される）。

続いて、図８に示すように、造形槽１２の最上面に粉末材料１６により１層分の新たな層が形成されると、ヘッドユニット２１は、当該層を走査しながら、情報処理装置２００により生成された当該層の層情報（スライスデータ）に基づいて造形液２２を吐出する。これにより、造形液２２が吐出された箇所の粉末材料が凝固し、造形物３１上に新たな造形物が形成され、２層分の造形物となる。

以下、図６〜図８の一連の動作を繰り返し行うことで、最終的に、造形槽１２内に造形対象の３次元造形物が形成される。

図９は、本実施形態の液滴吐出装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図９に示すように、本実施形態の液滴吐出装置１００は、リコーター１と、ステージ１３と、ステージ１４と、ヘッドユニット２１と、コントローラユニット１０３と、を備える。また、コントローラユニット１０３は、ユニット制御回路１３１と、メモリ１３２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３３と、Ｉ／Ｆ１３４と、を備える。

Ｉ／Ｆ１３４は、液滴吐出装置１００を外部の情報処理装置２００と接続するためのインタフェースである。

ＣＰＵ１３３は、メモリ１３２を作業領域に用いて、液滴吐出装置１００の各ユニットの動作を、ユニット制御回路１３１を介して制御する。具体的には、ＣＰＵ１３３は、情報処理装置２００から受信する層情報に基づいて、各ユニットの動作を制御し、３次元造形物を造形する。

リコーター１は、ＣＰＵ１３３（ユニット制御回路１３１）からの駆動信号に基づいて、供給槽１１及び造形槽１２間での移動が制御される。ステージ１３は、ＣＰＵ１３３（ユニット制御回路１３１）からの駆動信号に基づいて、供給槽１１内での昇降が制御される。ステージ１４は、ＣＰＵ１３３（ユニット制御回路１３１）からの駆動信号に基づいて、造形槽１２内での昇降が制御される。

ヘッドユニット２１は、造形液を吐出する複数の吐出ヘッドにより構成されている。各吐出ヘッドはピエゾを備えており、ＣＰＵ１３３（ユニット制御回路１３１）によりピエゾに駆動信号が印加されると、ピエゾは、収縮運動を起こし、収縮運動による圧力変化が生じることにより、造形液を吐出する。

図１に戻り、情報処理装置２００は、前述の層情報（スライスデータ）を生成するための１台以上のコンピュータである。なお、情報処理装置２００には、プリンタドライバがインストールされており、このプリンタドライバにより、３次元造形物のモデルの画像データから、各層の層情報が生成される。

図１０は、本実施形態の情報処理装置２００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、情報処理装置２００は、ＣＰＵなどの制御装置２０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置２０３と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置２０５と、ディスプレイなどの表示装置２０７と、タッチパネルやキースイッチなどの入力装置２０９と、通信インタフェースなどの通信装置２１１と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

図１１は、本実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００の機能構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、液滴吐出装置１００は、受信部１５１と、積層部１５３と、吐出部１５５と、を含み、情報処理装置２００は、層情報生成部２５１と、送信部２５３と、を含む。

受信部１５１は、例えば、コントローラユニット１０３などにより実現できる。積層部１５３は、例えば、リコーター１、ステージ１３、ステージ１４、及びコントローラユニット１０３などにより実現できる。吐出部１５５は、例えば、ヘッドユニット２１及びコントローラユニット１０３などにより実現できる。

層情報生成部２５１は、例えば、制御装置２０１及び主記憶装置２０３などにより実現できる。送信部２５３は、例えば、制御装置２０１、主記憶装置２０３、及び通信装置２１１などにより実現できる。

層情報生成部２５１は、造形槽１２の粉末材料１６で形成される複数の層それぞれに対し、どのように造形液を吐出して３次元造形物を造形するかを示す層情報（スライスデータ）を生成する。層情報は、前述したとおり、３次元造形物のモデルをｘｙ平面にスライスした情報であり、層のどの位置にどの程度の量の造形液を吐出するかがドットで表されている。なお、層情報では、層のどの位置（座標）に造形液を吐出するかがドットの位置で表され、どの程度の量の造形液を吐出するか（吐出量）がドットの大きさで表されるものとするが、これに限定されるものではない。

ところで、バインダージェット方式では、粉末の凝固不足を原因とする欠陥を３次元造形物に生じさせないようにするため、通常、隣接して造形液が吐出される箇所については、吐出された造形液が互いに重なるのに十分な量の造形液が吐出されるよう（液滴が塗布されていない箇所が生じないよう）、ドットが大きめに設定されている。

図１２は、本実施形態との比較例を説明するための図であり、従来技術において、３画素×３画素で構成される領域への造形液の吐出量を示している。なお、図１２に示す例では、各画素を四角で示し、各画素に吐出された造形液を丸で示している。

図１２に示す例では、いずれの画素に対しても十分な量の造形液が吐出されているため、ｘｙ平面における３画素×３画素で構成される領域内において、造形液の重複箇所３０１が合計１２箇所生じている。なお、造形液の重複箇所の数は、領域を構成する画素数から求められ、例えば、ｍ画素×ｎ画素で構成される領域の場合、造形液の重複箇所の数は、２×ｍ×ｎ−ｍ−ｎで求められる（図１３参照）。このことから、造形液の吐出対象の領域が大きくなるほど、造形液の重複箇所の数も増えることが分かる。

ここで、造形液の吐出対象の領域が小さければ、重複箇所の造形液の量も少ないためすぐに乾燥するが、造形液の吐出対象の領域が大きければ、重複箇所の造形液の量も多くなり、乾燥も遅くなるので、粉面（粉末材料１６により形成された層の面）上に残ってしまう。

このため、造形液が粉面に残った状態でリコートを行うと、リコーター１が造形液を引きずってしまうので、造形精度を著しく悪化させてしまう。また、造形液の粉末材料１６への浸透を待ってからリコートを行うと、造形速度の低下を招くとともに、余剰のバインダーインクが造形範囲から滲み出てしまうことにより造形精度の悪化を招いてしまうおそれがある。

なお、造形液の重複箇所は、ｘｙ平面だけでなくｙｚ平面やｘｚ平面においても生じるため、後者の問題は、ｙｚ平面やｘｚ平面においても生じる。

このため本実施形態では、造形液の浸透距離を確保しつつ、かつ余剰の造形液を低減させるよう、層情報生成部２５１は、造形液の吐出対象となる層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、造形液を吐出することを示す層情報を生成する。具体的には、所定の面積に対して、造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンは、造形液の吐出量を表す複数のドットで構成され、中心に近いほど、造形液の吐出量が抑制されたドットの数が増えるパターンとする。

以下、本実施形態で用いるパターンについて説明する。本実施形態では、造形液塗付領域の大きさに応じて、使用するパターンを使い分けている。なお、以下の説明で用いる閾値Ａ０〜Ａ２の大小関係については、Ａ０＜Ａ１＜Ａ２とする。本実施形態では、閾値Ａ０の値として例えば２ｍｍ、閾値Ａ１の値として例えば４ｍｍ、閾値Ａ２の値として例えば６ｍｍを用いることができるが、これに限定されるものではなく、閾値Ａ０〜Ａ２の値は、粉末材料や造形液に応じて適切な値を用いればよい。

まず、図１４に示す造形液塗付領域３１１に用いるパターンについて説明する。造形液塗付領域３１１は、図１４に示すように、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ０以下となる領域であるとする。なお、ＸやＹは、実際の長さではなく、画素数などとしてもよい。このように、造形液塗付領域３１１は、小さな領域であり、重複箇所の造形液の合計量である余剰の造形液の量も少なく、造形精度への影響も少ない。

このため、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３１１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３１１に対応するパターンについては、図１５に示すように、各画素に対して、従来と同様の吐出量で造形液を吐出することを示すドットパターンとし、ドットの大きさの修正等は行わない。

次に、図１６に示す造形液塗付領域３２１に用いるパターンについて説明する。造形液塗付領域３２１は、図１６に示すように、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ０より大きく、かつ閾値Ａ１以下となる領域であるとする。このように、造形液塗付領域３２１は、やや大きな領域であり、重複箇所の造形液の合計量である余剰の造形液の量もやや多く、造形精度への影響もやや大きい。

このため、造形液塗付領域３２１については、中心部において、造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右斜め方向で隣接しないように配置されているパターン（第２の種類のパターンの一例）を用いる。

具体的には、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３２１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３２１の内部領域３２２に対応するパターンについては、図１７に示すように、造形液の吐出量が抑制されるようサイズを小さくしたドット３２６が、上下左右斜め方向で隣接しないように配置され、かつドット３２６の間に従来と同様の吐出量で造形液を吐出することを示すドット３２５が配置されたドットパターンとなるように、ドットの大きさを修正する。

ここで、ドット３２６が示す造形液の吐出量は、ドット３２５が示す造形液の吐出量よりも少なく、かつドット３２５が示す造形液の吐出量から、前述した造形液の重複箇所３０１の体積に相当する造形液の量を差し引いた量よりも多くするものとする。つまり、ドット３２６における造形液の抑制量は、前述した造形液の重複箇所３０１の体積に相当する造形液の量よりも少ない量とする。これにより、ドット３２６が示す造形液の吐出量は、周囲のドット３２５が示す造形液のうちの余剰の造形液を合わせることで、層内の空隙に対して十分な量となるため、当該空隙を十分に埋め、造形液が塗布されていない箇所が生じないようにすることができる。

なお、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３２１を含む層に隣接する層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３２１の内部領域３２２に対応するパターンについては、層間（ｚ方向）においても造形液の吐出量が抑制されたドット３２６が隣接しないように配置を異ならせる。

図１７に示す例の場合であれば、ｎ層の下に位置するｎ−１層については、ｎ層のドット３２６の配置をｘ方向に１つずらした配置とし、ｎ−１層の下に位置するｎ−２層については、ｎ−１層のドット３２６の配置をｙ方向及びｘ方向に１つずつずらした配置とし、ｎ−２層の下に位置するｎ−３層については、ｎ−２層のドット３２６の配置をｘ方向に１つずらした配置としている。

これにより、ｎ−３層〜ｎ層の間で、造形液の吐出量が抑制されたドット３２６が隣接せず、造形液の浸透の偏りを防ぐことができ、３次元造形物の組織を均質にできる。

なお、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３２１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３２１の外部領域３２３に対応するパターンについては、図１５と同様のドットパターンとし、ドットの大きさの修正等は行わない。

本実施形態では、造形液塗付領域３２１に対しては、上述した、中心部において発生する余剰な造形液の量が予め少なくなるように吐出量が調整されたパターンで造形液を吐出するため、外部の造形液が中心部に浸透しても、造形液の浸透及び乾燥の速度遅延を防ぎつつ、余剰の造形液が造形範囲から滲み出てしまうことを防止できる。なお、領域全体で均一に造形液の塗付量を削減してしまうと、造形液の浸透距離が浅くなってしまい、前層まで十分に浸透しなくなってしまうが、本実施形態のように、中心部ほど造形液の量を少なくすることで、大部分の造形液の浸透距離はこれまでと同様でありながら、粉面に残る余剰分の造形液を低減できる。

次に、図１８に示す造形液塗付領域３３１に用いるパターンについて説明する。造形液塗付領域３３１は、図１８に示すように、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ１より大きく、かつ閾値Ａ２以下となる領域であるとする。このように、造形液塗付領域３３１は、大きな領域であり、重複箇所の造形液の合計量である余剰の造形液の量も多く、造形精度への影響も大きい。

このため、造形液塗付領域３３１については、中心部において、造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右方向で隣接せず、かつ斜め方向に隣接するように配置され、中心部の周縁部において、造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右斜め方向で隣接しないように配置されているパターン（第１の種類のパターンの一例）を用いる。

具体的には、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３３１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３３１の内部領域３３２に対応するパターンについては、図１９に示すように、造形液の吐出量が抑制されるようサイズを小さくしたドット３３６が、上下左右方向で隣接せずかつ斜め方向に隣接するように配置され、かつドット３３６の間に従来と同様の吐出量で造形液を吐出することを示すドット３３５が配置されたドットパターンとなるように、ドットの大きさを修正する。

なお、ドット３３６が示す造形液の吐出量は、ドット３２６が示す造形液の吐出量と同様であり、ドット３３５が示す造形液の吐出量は、ドット３２５が示す造形液の吐出量と同様であるものとする。これにより、ドット３３６が示す造形液の吐出量は、周囲のドット３３５が示す造形液のうちの余剰の造形液を合わせることで、層内の空隙に対して十分な量となるため、当該空隙を十分に埋め、造形液が塗布されていない箇所が生じないようにすることができる。

また、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３３１を含む層に隣接する層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３３１の内部領域３３２に対応するパターンについては、層間（ｚ方向）においても造形液の吐出量が抑制されたドット３３６が隣接しないように配置を異ならせる。

図１９に示す例の場合であれば、ｎ層の下に位置するｎ−１層については、ｎ層のドット３３６の配置をｙ方向及びｘ方向に１つずつずらした配置としている。これにより、ｎ−１層〜ｎ層の間で、造形液の吐出量が抑制されたドット３３６が隣接せず、造形液の浸透の偏りを防ぐことができる。

なお、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３３１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３３１の内部領域３３２の周縁領域３３３に対応するパターンについては、図１７と同様のドットパターンとし、造形液塗付領域３３１の外部領域３３４に対応するパターンについては、図１５と同様のドットパターンとする。

本実施形態では、造形液塗付領域３３１に対しては、上述した、中心部に近いほど発生する余剰な造形液の量が予め少なくなるように吐出量が調整されたパターンで造形液を吐出するため、外部の造形液が中心部に浸透しても、造形液の浸透及び乾燥の速度遅延を防ぎつつ、余剰の造形液が造形範囲から滲み出てしまうことを防止できる。なお、領域全体で均一に造形液の塗付量を削減してしまうと、造形液の浸透距離が浅くなってしまい、前層まで十分に浸透しなくなってしまうが、本実施形態のように、中心部ほど造形液の量を少なくすることで、大部分の造形液の浸透距離はこれまでと同様でありながら、粉面に残る余剰分の造形液を低減できる。

次に、図２０に示す造形液塗付領域３４１に用いるパターンについて説明する。造形液塗付領域３４１は、図２０に示すように、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ２より大きい領域であるとする。このように、造形液塗付領域３４１は、極めて大きな領域であり、重複箇所の造形液の合計量である余剰の造形液の量も極めて多く、造形精度への影響も極めて大きい。

このため、造形液塗付領域３４１については、上述した図１４に示す造形液塗付領域３１１で用いたパターン、図１６に示す造形液塗付領域３２１で用いたパターン、及び図１８に示す造形液塗付領域３３１で用いたパターンの組み合わせを用いる。

具体的には、層情報生成部２５１は、造形液塗付領域３４１を含む層の層情報を生成する場合、造形液塗付領域３４１の中心部から外周部に向かって、図１８に示す造形液塗付領域３３１で用いたパターンを配置していき、スペースの関係上、造形液塗付領域３３１で用いたパターンを配置できない箇所については、図１６に示す造形液塗付領域３２１で用いたパターンを配置し、スペースの関係上、造形液塗付領域３２１で用いたパターンも配置できない箇所については、図１４に示す造形液塗付領域３１１で用いたパターンを配置する。なお、図２０に示す例では、造形液塗付領域３３１で用いたパターンを造形液塗付領域３４１に隙間なく配置できているため、造形液塗付領域３２１で用いたパターンや造形液塗付領域３１１で用いたパターンは、配置されていない。

送信部２５３は、層情報生成部２５１により生成された各層の層情報を液滴吐出装置１００に送信する。

受信部１５１は、情報処理装置２００から各層の層情報を受信する。

積層部１５３は、粉末材料１５が供給される毎に当該供給された粉末材料１５を粉末材料１６として層を形成する動作を繰り返すことで、当該形成した層を積層する。

吐出部１５５は、積層部１５３により層が形成される毎に当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形する。具体的には、吐出部１５５は、受信部１５１により受信された各層の層情報のうち該当する層の層情報に基づいて、当該層に造形液を吐出する。これにより、吐出部１５５は、造形液塗付領域に対し、中心に近いほど造形液の吐出量が少なくなるパターンに基づいて、造形液を吐出する。

このため、吐出部１５５は、図１４で説明した造形液塗付領域３１１に対しては、図１５に示すドットパターンとなるように造形液を吐出する。また、吐出部１５５は、図１６で説明した造形液塗付領域３２１に対しては、内部領域３２２においては、図１７に示すドットパターンとなるように造形液を吐出し、外部領域３２３においては、図１５に示すドットパターンとなるように造形液を吐出する。また、吐出部１５５は、図１８で説明した造形液塗付領域３３１に対しては、内部領域３３２においては、図１９に示すドットパターンとなるように造形液を吐出し、周縁領域３３３においては、図１７に示すドットパターンとなるように造形液を吐出し、外部領域３３４においては、図１５に示すドットパターンとなるように造形液を吐出する。また、吐出部１５５は、図２０で説明した造形液塗付領域３４１に対しては、造形液塗付領域３４１の中心部から外周部に向かって、図１８に示す造形液塗付領域３３１で用いたドットパターンとなるように造形液を吐出し、スペースの関係上、造形液塗付領域３３１で用いたドットパターンで吐出できない箇所については、図１６に示す造形液塗付領域３２１で用いたドットパターンとなるように造形液を吐出し、スペースの関係上、造形液塗付領域３２１で用いたドットパターンで吐出できない箇所については、図１４に示す造形液塗付領域３１１で用いたドットパターンとなるように造形液を吐出する。

なお本実施形態では、吐出部１５５は、造形液塗付領域に対し、造形液を吐出する場合、造形液の吐出量が抑制されたドットに基づく造形液の吐出を行った後に造形液の吐出量が抑制されていないドットに基づく造形液の吐出を行うか、造形液の吐出量が抑制されていないドットに基づく造形液の吐出を行った後に造形液の吐出量が抑制されているドットに基づく造形液の吐出を行うものとする。このようにすると、先に塗布された造形液を伝いながら後に塗布された造形液が浸透していくため、造形液の塗布総量を低減できるだけでなく、空隙の形成を抑制できる。但し、造形液の吐出量手法は、これに限定されず、造形液の吐出量が抑制されたドットに基づく造形液の吐出、及び造形液の吐出量が抑制されていないドットに基づく造形液の吐出を並列して行うようにしてもよい。

図２１は、本実施形態の情報処理装置２００で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、層情報生成部２５１は、造形対象の３次元造形物の３Ｄモデルを示すモデルデータを読み込み（ステップＳ１０１）、積層ピッチに沿って、スライスデータ（層情報）に変換する（ステップＳ１０３）。

続いて、層情報生成部２５１は、未処理の層のスライスデータを取得し、取得したスライスデータ内に、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ０より大きい領域が少なくとも１つ以上存在するか否かを確認する（ステップＳ１０５）。なお本実施形態では、未処理の層のスライスデータの取得順序として、第１層目から順番にスライスデータを取得する順序を想定しているが、これに限定されるものではない。

横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ０より大きい領域が存在する場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、層情報生成部２５１は、当該領域のドットパターンを、当該領域の大きさに応じたパターンであって、中心に近いほど造形液の吐出量が少なくなり、かつｚ方向において造形液の吐出量が少なくなるドットが隣接しないパターンとなるように、スライスデータを修正する（ステップＳ１０７）。

一方、横の長さＸ及び縦の長さＹの少なくともいずれかが閾値Ａ０より大きい領域が存在しない場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、層情報生成部２５１は、スライスデータを修正しない（ステップＳ１０９）。

そして層情報生成部２５１は、全ての層のスライスデータを処理するまで、ステップＳ１０５からＳ１０９の処理を繰り返し（ステップＳ１１１でＮｏ）、全ての層のスライスデータを処理すると（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、全ての層のスライスデータを再統合する（ステップＳ１１３）。

続いて、送信部２５３は、層情報生成部２５１により再統合されたスライスデータを液滴吐出装置１００に転送する（ステップＳ１１５）。

図２２は、本実施形態の液滴吐出装置１００で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、液滴吐出装置１００は、情報処理装置２００から転送された再統合後のスライスデータを読み込み、３次元造形物の造形を開始する（ステップＳ２０１）。

続いて、積層部１５３は、粉末材料１５が供給される毎に当該供給された粉末材料１５を粉末材料１６として、処理済みの層の上に処理対象の層を形成し、積層する（ステップＳ２０３）。

続いて、吐出部１５５は、積層部１５３により形成された処理対象の層のスライスデータが修正されているか否か（ドットパターンに造形液の吐出量が少なくなるドットが含まれているか否か）を確認する（ステップＳ２０５）。

処理対象の層のスライスデータが修正されている場合（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、吐出部１５５は、最初に、修正されたドット（造形液の吐出量が少なくなるドット）のみに基づいて、少なくとも１つ以上の吐出ヘッドから造形液を吐出し（ステップＳ２０７）、その後、修正されていない残りのドットに基づいて、少なくとも１つ以上の吐出ヘッドから造形液を吐出する（ステップＳ２０９）。

一方、処理対象の層のスライスデータが修正されていない場合（ステップＳ２０５でＮｏ）、吐出部１５５は、全てのドットに基づいて、少なくとも１つ以上の吐出ヘッドから造形液を吐出する（ステップＳ２１１）。

そして液滴吐出装置１００は、次層のスライスデータが存在すれば（ステップＳ２１３でＹｅｓ）、ステップＳ２０３からＳ２１１で次層の造形を行い、次層のスライスデータが存在しなければ（ステップＳ２１３でＮｏ）、３次元造形物の造形が完了したため、造形を終了する（ステップＳ２１５）。

図２３は、本実施形態の液滴吐出装置１００で行われる処理の手順の流れの他の例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５までの処理は、図２２に示すフローチャートのステップＳ２０１〜Ｓ２０５までの処理と同様である。

続いて、処理対象の層のスライスデータが修正されている場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、吐出部１５５は、最初に、修正されていないドットのみに基づいて、少なくとも１つ以上の吐出ヘッドから造形液を吐出し（ステップＳ３０７）、その後、修正されている残りのドット（造形液の吐出量が少なくなるドット）に基づいて、少なくとも１つ以上の吐出ヘッドから造形液を吐出する（ステップＳ３０９）。

以降の、ステップＳ３１１〜Ｓ３１５までの処理は、図２２に示すフローチャートのステップＳ２１１〜Ｓ２１５までの処理と同様である。

以上のように本実施形態によれば、粉末材料の凝固不足に伴う欠陥の発生を防ぎつつ、３次元造形物の造形精度の悪化を防止することができる。

（プログラム）
上記実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。

また、上記実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、上記実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。また、上記実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するようにしてもよい。

上記実施形態の液滴吐出装置１００及び情報処理装置２００で実行されるプログラムは、上述した各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵがＲＯＭからプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、上記各機能部がコンピュータ上で実現されるようになっている。

なお、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 造形システム
１００ 液滴吐出装置
１５１ 受信部
１５３ 積層部
１５５ 吐出部
２００ 情報処理装置
２５１ 層情報生成部
２５３ 送信部

特開２００５−０８８４３２号公報

Claims (12)

1. 供給された粉末材料で層を形成する動作を繰り返すことで、当該形成した層を積層する積層部と、
   前記層が形成される毎に、当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形する吐出部と、を備え、
   前記吐出部は、前記造形液の吐出対象となる前記層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、各画素への造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、前記造形液を吐出する液滴吐出装置。
2. 前記パターンは、前記造形液の吐出量を表す複数のドットで構成され、中心に近いほど、前記造形液の吐出量が抑制されたドットの数が増える請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 第１の種類の前記パターンでは、中心部において、前記造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右方向で隣接せず、かつ斜め方向に隣接するように配置され、前記中心部の周縁部において、前記造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右斜め方向で隣接しないように配置されている請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 第２の種類の前記パターンでは、中心部において、前記造形液の吐出量が抑制されたドットが、上下左右斜め方向で隣接しないように配置されている請求項２又は３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記第２の種類のパターンは、第１の種類の前記パターンよりも小さいパターンであり、
   前記吐出部は、前記造形液塗付領域に対し、前記造形液塗付領域の形状に対する前記第１の種類のパターン及び前記第２の種類のパターンの組み合わせに基づいて、前記造形液を吐出する請求項４に記載の液滴吐出装置。
6. 前記パターンでは、前記層間で、前記造形液の吐出量が抑制されたドットが隣接しないように配置されている請求項２〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
7. 前記吐出部は、前記造形液塗付領域の幅の長さが閾値を超える場合に、前記造形液塗付領域に対し、前記パターンに基づいて、前記造形液を吐出する請求項１〜６のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
8. 前記造形液の吐出量が抑制されたドットにおける前記造形液の抑制量は、前記造形液の吐出量を抑制しない場合に、上下左右方向で隣接するドットと重複する前記造形液の量よりも少ない請求項１〜７のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
9. 前記吐出部は、前記造形液塗付領域に対し、前記造形液を吐出する場合、前記造形液の吐出量が抑制されたドットに基づく前記造形液の吐出を行った後に前記造形液の吐出量が抑制されていないドットに基づく前記造形液の吐出を行うか、前記造形液の吐出量が抑制されていないドットに基づく前記造形液の吐出を行った後に前記造形液の吐出量が抑制されているドットに基づく前記造形液の吐出を行う請求項１〜８のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
10. 粉末材料で形成される複数の層それぞれに対し、どのように造形液を吐出して３次元造形物を造形するかを示す層情報を生成する層情報生成部を備え、
    前記層情報は、前記造形液の吐出対象となる前記層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、各画素への造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、前記造形液を吐出することを示す情報処理装置。
11. 供給された粉末材料で層を形成する動作を繰り返すことで、当該形成した層を積層する積層ステップと、
    前記層が形成される毎に、当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形する吐出ステップと、を含み、
    前記吐出ステップでは、前記造形液の吐出対象となる前記層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、各画素への造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、前記造形液を吐出する液滴吐出方法。
12. 供給された粉末材料で層を形成する動作を繰り返すことで、当該形成した層を積層する積層ステップと、
    前記層が形成される毎に、当該層に造形液を吐出する動作を繰り返すことで、３次元造形物を造形する吐出ステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記吐出ステップでは、前記造形液の吐出対象となる前記層上の領域である造形液塗付領域に対し、所定の面積に対して、各画素への造形液の吐出量が中心に近いほど少なくなるパターンに基づいて、前記造形液を吐出するプログラム。

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