JP2017154348A - スライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物とテーブルとの接合部に隙間を設けるように三次元データを修正し、修正した三次元データからスライスデータを作成するスライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】フィラメント樹脂を用いた熱溶解積層法による三次元造形に用いられ、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを切断して作成した複数のスライスデータを作成するスライスデータ作成装置において、生成位置を含む入力された情報に基づいて、三次元データにおける三次元モデルの接合面に切欠を生成する切欠生成手段と、上記切欠生成手段において切欠が生成された上記三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理手段とを有するようにした。【選択図】 図２

Description

本発明は、スライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関し、さらに詳細には、熱溶解積層法により三次元造形物を作製するような三次元造形装置に用いて好適なスライスデータを作成するスライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関する。

従来より、線状に加工された熱可塑性樹脂（以下、「線状に加工された熱可塑性樹脂」を、「フィラメント樹脂」と適宜に称する。）を用い、熱溶解積層法（ＦＦＦ：Ｆｕｓｅｄ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）により三次元造形物を作製する技術が知られている。

こうした三次元造形装置では、供給されるフィラメント樹脂を溶解して吐出するヘッドと、作製された三次元造形物の土台となるテーブルとの位置関係が、相対的に三次元で変化する構成となっている。

そして、三次元造形物を作製する際には、まず、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データにおいてサポート材を生成し、サポート材が生成された三次元デモデルを所定の方向に所定の間隔で分割して複数の層に分け、分割した各層の断面を表す断面形状のデータたるスライスデータを作成する。

その後、作成されたスライスデータに基づいて、ヘッドから溶解した樹脂をテーブル上に吐出して硬化層を形成する処理を繰り返し行って、スライスデータに基づく硬化層を積層することにより三次元造形物を作製する。

ところで、こうした三次元造形装置では、硬化層の反りを防止するために、テーブルと三次元造形物とが強固に密着している。

このため、作製された三次元造形物をテーブルから剥離する際には、先端が薄く扁平になったヘラを用い、このヘラの先端を三次元造形物とテーブルとの接合部（境界部分）に挿入するようにしていた。

このとき、三次元造形物のテーブルとの接合面の外周に、テーブルとの間で隙間が存在するような場合には、こうした隙間にヘラの先端を挿入して、三次元造形物をテーブルから容易に剥離することができるが、当該外周にテーブルとの間で隙間が存在しないような場合には、三次元造形物とテーブルとの接合部にヘラの先端を挿入することが難しかった。

なお、三次元造形物とテーブルとの接合部にヘラの先端を挿入することができない場合に、無理にヘラを挿入しようとすると、作業者がヘラにより怪我をしたり、三次元造形物やテーブルを傷つけたりしてしまう。

従って、こうした場合には、例えば、三次元データに対して、三次元モデルのテーブルとの接合面の外周に、テーブルとの間にわずかな隙間を設けるように修正し、修正した三次元データからスライスデータを作成して、作成したスライスデータに基づいて三次元造形を行うようにしていた。

ここで、三次元造形装置では、三次元データを三次元造形装置とは別体に設けられた三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムなどにおいて作成し、三次元ＣＡＤシステムで作成した三次元データは、三次元造形前の任意のタイミングで三次元造形装置に入力される。

こうした三次元ＣＡＤシステムは、誰もが容易に扱うことができるものではないため、実際に三次元造形装置で三次元造形物の造形を行う作業者が三次元ＣＡＤシステムにより三次元データを作成することができるとは限らず、三次元造形物を造形した際に問題が生じたとしても、実際に造形作業していた作業者が、当該問題を解消するような三次元データの修正を行うことができないことがあった。

従って、上記したような三次元造形物をテーブルから剥離することができないときは、実際に三次元造形装置により三次元造形の作業を行う作業者とは別の作業者が三次元データの修正を行わなければならない場合がある。

この場合、三次元データにおける効果的な修正箇所や修正の程度などの情報を、三次元造形を行った作業者と三次元データを作成する作業者と間で、時には複数回やり取りを行わなければならず、こうした剥離の問題を解決するための三次元データの修正を容易に行うことができなかった。

このため、三次元造形装置において実際に三次元造形の作業を行う作業者が、三次元造形物をテーブルから容易に剥離可能なように三次元データを修正することができる技術の提案が望まれていた。

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形物とテーブルとの接合部に隙間を設けるように三次元データを修正し、修正した三次元データからスライスデータを作成するスライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明によるスライスデータ作成装置は、フィラメント樹脂を用いた熱溶解積層法による三次元造形に用いられ、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを切断して作成した複数のスライスデータを作成するスライスデータ作成装置において、生成位置を含む入力された情報に基づいて、三次元データにおける三次元モデルの接合面に切欠を生成する切欠生成手段と、上記切欠生成手段において切欠が生成された上記三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理手段とを有するようにしたものである。

また、本発明によるスライスデータ作成装置は、上記したスライスデータ作成装置において、上記切欠生成手段は、切欠の生成位置の基準とする点、切欠の高さ、切欠の幅および切欠の奥行きの情報に基づいて、上記三次元データに切欠を生成するようにしたものである。

また、本発明によるスライスデータ作成方法は、スライスデータ作成装置により作成されるとともに、フィラメント樹脂を用いた熱溶解積層法による三次元造形に用いられ、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを切断して作成したスライスデータを作成するスライスデータ作成方法において、生成位置を含む入力された情報に基づいて、三次元データにおける三次元モデルの接合面に切欠を生成する切欠生成工程と、上記切欠生成工程で切欠が生成された上記三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理工程とを上記スライスデータ作成装置が実行するようにしたものである。

また、本発明によるスライスデータ作成方法は、上記したスライスデータ作成方法において、上記切欠生成工程では、切欠の生成位置の基準とする点、切欠の高さ、切欠の幅および切欠の奥行きの情報に基づいて、上記三次元データに切欠を生成するようにしたものである。

また、本発明によるプログラムは、上記したスライスデータ作成装置としてコンピューターを機能させるようにしたものである。

また、本発明によるプログラムは、上記したスライスデータ作成方法をコンピューターに実行させるようにしたものである。

また、本発明によるコンピューター読み取り可能な記録媒体は、上記したプログラムを記録したものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形物とテーブルとの接合部に隙間を設けるように三次元データを修正し、修正した三次元データからスライスデータを作成するという優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。 図２は、マイクロコンピューターの機能的構成を示すブロック構成説明図である。 図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、三次元データに切欠が生成される領域を示す説明図であって、図３（ａ）は、三次元モデルのテーブルとの接合面の外周に設定された切欠生成位置の基準となる点Ｐを示す説明図であり、また、図３（ｂ）（ｃ）は、点Ｐに対する点Ｑ、Ｓ、Ｔの３点の位置を示す説明図であり、また、図３（ｃ）は、点Ｐに対する点Ｒ、Ｓ、Ｔの３点の位置を示す説明図である。 図４（ａ）は、図３（ｃ）の点Ｐ、Ｓ、Ｔが位置する接合面の外周を拡大した説明図であり、また、図４（ｂ）は、接合面の外周に位置する点Ｓ、Ｔの変形例である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるスライスデータ作成装置、スライスデータ作成方法、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

図１には、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図が示されている。

この図１に示す三次元造形装置１０は、筐体１２内の底部にガイドレール１４が配設されており、このガイドレール１４上には、硬化層を積層して三次元造形物が作製されるテーブル１６が配設されている。

なお、テーブル１６は、ガイドレール１４上において、ＸＹＺ直交座標系のＹ軸方向に移動自在に配設されている。

テーブル１６の上方側には、Ｘ軸方向に延長した一対のガイドレール１８に移動部材２２が移動自在に配設されており、この移動部材２２には、筐体１２内に引き込まれたフィラメント樹脂２００を溶解して吐出するヘッド２０が配設されている。

また、三次元造形装置１０には、マイクロコンピューター２４が配設されており、このマイクロコンピューター２４は、三次元造形装置１０の全体の動作を制御するとともに、入力された三次元データに対して、三次元モデルのテーブル１６との接合部に切欠を生成したり、三次元データに対してサポート材を生成したり、切欠やサポート材を生成した三次元データからスライスデータを作成するなどの処理を行う。

また、マイクロコンピューター２４には、入力された三次元データに基づく三次元モデルや切欠が生成された三次元モデルなどを表示する表示装置２６と、作業者が各種の設定を入力するための操作子２８が接続されている。

ここで、三次元造形装置１０は、三次元データに対して三次元モデルのテーブル１６との接合部に切欠を生成する処理のみが従来の技術と異なり、その他の構成ならびに制御方法などについては、従来より公知の技術を適用することができる。

従って、以下の説明においては、三次元データに対して三次元モデルのテーブル１６との接合部に切欠を生成する処理についてのみ詳細に説明するものとして、従来より公知の技術を適用できるその他の構成ならびに制御方法などに関する詳細な説明は省略する。

図２には、マイクロコンピューター２４の機能的構成を示すブロック構成説明図が示されている。

マイクロコンピューター２４は、入力された三次元データやスライスデータ作成部３６（後述する。）で作成されたスライスデータなどの各種の情報を記憶する記憶部３０を備えるとともに、スライスデータに基づいてヘッド２０やテーブル１６の動作を制御する制御部３２を備えている。

また、三次元データに基づいて三次元造形物の三次元モデルなどを表示装置２６に表示する表示部３４を備え、さらに、三次元データからスライスデータを作成するスライスデータ作成部３６を備えている。

スライスデータ作成部３６は、操作子２８を介して入力された情報に基づいて、三次元データにおいて、三次元モデルのテーブル１６との接合面の外周に隙間として切欠を生成する切欠生成部３８と、三次元データにサポート材を生成するサポート材生成部４０と、切欠およびサポート材が生成された三次元データを所定の間隔で分割してスライスデータを作成するスライス処理部４２とにより構成されている。

切欠生成部３８は、操作子２８を介して入力された情報に基づいて、三次元モデルのテーブル１６との接合面の外周を含む所定の位置に、所定の形状の切欠を生成する。

具体的には、作業者は、表示装置２６に表示された三次元モデルなどを参照しながら操作子２８を介して、例えば、三次元モデルのテーブル１６との接合面の外周における切欠の生成位置の基準とする点Ｐ、切欠の高さＨ、幅Ｗおよび奥行きＤなどの情報を入力する。

なお、作業者が設定する切欠の高さＨ、幅Ｗおよび奥行きはそれぞれ、実際に三次元造形物を作製したときに、切欠の大きさや位置に問題が生じないように作業者が設定でき、三次元造形物を剥離する際に用いるヘラの形状などに応じて、例えば、下限１ｍｍ、上限５ｍｍとする。

そして、切欠生成部３８では、入力された点Ｐにおいて、例えば、点Ｐから三次元モデルのテーブル１６との接合面に対して垂直方向に高さＨ、点Ｐから当該接合面の中心Ｏに向かって奥行きＤ、点Ｐを中心とした幅Ｗで切欠を生成する（図３（ａ）（ｂ）（ｃ）、図４（ａ）を参照する。）。

即ち、点Ｐから高さＨに位置する点Ｑ、点Ｐから奥行きＤに位置する点Ｒ、点Ｐの一方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってＷ／２に位置する点Ｓ、点Ｐの他方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってＷ／２に位置する点Ｔの４点に囲まれ、かつ、点Ｐを含む領域を、切欠として三次元データから削除する。

サポート材生成部４０は、三次元モデルの形状を正確に作製するためにサポート材が必要な場合に、三次元データに対してサポート材を生成する。

スライス処理部４２は、切欠生成部３８において切欠が生成され、かつ、サポート材生成部４０においてサポート材が生成された三次元データを、Ｚ軸方向において所定の間隔ごとにＸＹ平面で切断して、Ｚ軸方向で連続する複数の断面形状により三次元モデルを表す複数のスライスデータを作成する。

なお、こうしたサポート材生成部４０におけるサポート材の生成やスライス処理部における三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理については、従来より公知の技術を用いることが可能であるため、その詳細な説明は省略する。

以上の構成において、三次元造形装置１０において、作製後にテーブル１６から剥離しにくい、あるいは、剥離できない可能性のある三次元造形物を作製する際には、まず、作業者により、作製したい三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データがマイクロコンピューター２４に入力される。

マイクロコンピューター２４に三次元データが入力されると、表示部３４によって、入力された三次元データに基づく三次元モデルを表示装置２６に表示する。

そして、作業者によって、表示した三次元モデルにおいて切欠の生成位置を示す点Ｐを指定するとともに、切欠の寸法、つまり、切欠の高さＨ、幅Ｗおよび奥行きＤの設定がなされると、切欠生成部３８により、三次元データにおいて点Ｐに、設定された寸法に基づいて切欠を生成する。

次に、サポート材生成部４０により、切欠を生成した三次元データに対してサポート材を生成する。

その後、スライス処理部４２により、切欠およびサポート材が生成された三次元データを切断して、スライスデータを作成する。

こうしてスライスデータが作成され、作業者により、操作子２８を介して三次元造形物の作製が指示されると、作成されたスライスデータに基づいて、テーブル１６との接合面の外周に切欠が形成された三次元造形物が作製される。

こうして作製された三次元造形物では、テーブル１６との接合面の外周に切欠が形成されているため、作業者は、この切欠から三次元造形物とテーブル１６との接合面にヘラの先端を挿入することで、三次元造形物をテーブル１６から容易に剥離することができるようになる。

以上において説明したように、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置１０は、作業者から入力された切欠生成位置の基準とする点Ｐや切欠の寸法（高さＨ、幅Ｗおよび奥行きＤ）に基づいて、三次元データについて、三次元モデルのテーブル１６との接合面の外周に切欠を生成するようにし、切欠を生成した三次元データからスライスデータを作成するようにして、作成したスライスデータに基づいて三次元造形物を作製するようにした。

これにより、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置１０においては、作製された三次元造形物では、テーブル１６との接合面の外周に切欠が形成され、作業者は、この切欠から三次元造形物とテーブル１６との接合面にヘラを挿入することによって、三次元造形物をテーブル１６から容易に剥離することができる。

また、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置１０では、実際に三次元造形装置１０で三次元造形物を作製する作業者が、切欠生成位置の基準とする点Ｐ、切欠の寸法（高さＨ、幅Ｗおよび奥行きＤ）を入力するだけで、作製された三次元造形物には切欠が形成される。

このため、本発明によるスライスデータ作成装置を備えた三次元造形装置１０によれば、作業者が、実際に作業しながら、容易に切欠の生成位置および切欠の寸法を変更することができるため、三次元データを作成する他の作業者を煩わせることなく、容易に、かつ、短時間で三次元造形物をテーブル１６から剥離するための切欠を形成することができるようになる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、点Ｐの一方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってＷ／２の位置に点Ｓを設け、点Ｐの他方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってＷ／２の位置に点Ｔを設けるようにしたが（図４（ａ）を参照する。）、これに限られるものではないことは勿論であり、点Ｐの一方側の接合面の外周上に、点Ｐから直線距離でＷ／２離れた位置に点Ｓを設けるようにし、点Ｐの他方側の接合面の外周上に、点Ｐから直線距離でＷ／２離れた位置に離れた位置に点Ｔを設けるようにしてもよい（図４（ｂ）を参照する。）。

（２）上記した実施の形態においては、切欠生成部３８では、作業者により入力された切欠生成位置の基準とする点Ｐや切欠の寸法（高さＨ、幅Ｗおよび奥行きＤ）に基づいて三次元データに切欠を生成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

即ち、例えば、作業者は、切欠の生成位置の点Ｐと切欠の大きさを示す数値ｘを入力するようにし、切欠生成部３８では、点Ｐから三次元造形物のテーブル１６との接合面に対して垂直方向にｘだけ離れた点、点Ｐの一方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってｘだけ離れた点、点Ｐの他方側に点Ｐから接合面の外周に沿ってｘだけ離れた点の３点に囲まれ、かつ、点Ｐを含む領域を三次元データから削除するようにしてもよい。

あるいは、作業者は、複数の切欠の形状の中から任意の形状の切欠を選択し、選択した切欠を、表示装置に表示された三次元モデルにおいてテーブル１６との接合面の外周を含む接合面上の任意の位置に重ね合わせることで、切欠生成部３８で、当該位置において選択した切欠の形状と重なる領域を三次元データから削除するようにしてもよい。

（３）上記した実施の形態においては、三次元造形装置１０のマイクロコンピューター２４におけるスライスデータ作成部３６によりスライスデータを作成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、三次元造形装置１０とは別体で設けられたパーソナルコンピューターにおいて、三次元データにおいて切欠やサポート材を生成するとともに、切欠やサポート材を生成した三次元データを切断してスライスデータを作成するようにしてもよい。

なお、こうして作成されたスライスデータは、三次元造形前にマイクロコンピューター２４の記憶部３０に入力される。

（４）上記した実施の形態においては、特に記載しなかったが、切欠生成部３８により三次元データにおいて切欠を生成した後に、表示部３４は、切欠が生成された三次元モデルを表示装置２６に表するようにしてもよい。

（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）および（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、三次元造形物を作製する三次元造形装置に用いて好適である。

１０ 三次元造形装置、１２、筐体、１４、１８ ガイドレール、１６ テーブル、２０ ヘッド、２２ 移動部材、２４ マイクロコンピューター、２６ 表示装置、２８ 操作子、３０ 記憶部、３２ 制御部、３４ 表示部、３６ スライスデータ作成部、３８ 切欠生成部、４０ サポート材生成部、４２ スライス処理部

Claims (7)

1. フィラメント樹脂を用いた熱溶解積層法による三次元造形に用いられ、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを切断して作成した複数のスライスデータを作成するスライスデータ作成装置において、
   生成位置を含む入力された情報に基づいて、三次元データにおける三次元モデルの接合面に切欠を生成する切欠生成手段と、
   前記切欠生成手段において切欠が生成された前記三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理手段と
   を有することを特徴とするスライスデータ作成装置。
2. 請求項１に記載のスライスデータ作成装置において、
   前記切欠生成手段は、切欠の生成位置の基準とする点、切欠の高さ、切欠の幅および切欠の奥行きの情報に基づいて、前記三次元データに切欠を生成する
   ことを特徴とするスライスデータ作成装置。
3. スライスデータ作成装置により作成されるとともに、フィラメント樹脂を用いた熱溶解積層法による三次元造形に用いられ、作製する三次元造形物の形状を表す三次元モデルのデータたる三次元データを切断して作成したスライスデータを作成するスライスデータ作成方法において、
   生成位置を含む入力された情報に基づいて、三次元データにおける三次元モデルの接合面に切欠を生成する切欠生成工程と、
   前記切欠生成工程で切欠が生成された前記三次元データを切断してスライスデータを作成するスライス処理工程と
   を前記スライスデータ作成装置が実行する
   ことを特徴とするスライスデータ作成方法。
4. 請求項３に記載のスライスデータ作成方法において、
   前記切欠生成工程では、切欠の生成位置の基準とする点、切欠の高さ、切欠の幅および切欠の奥行きの情報に基づいて、前記三次元データに切欠を生成する
   ことを特徴とするスライスデータ作成方法。
5. 請求項１または２のいずれか１項に記載のスライスデータ作成装置としてコンピューターを機能させるためのプログラム。
6. 請求項３または４のいずれか１項に記載のスライスデータ作成方法をコンピューターに実行させるためのプログラム。
7. 請求項５または６のいずれか１項に記載のプログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体。