JP6455221B2 - 三次元造形装置、製造方法およびコンピュータープログラム - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。

近年、インクジェット技術を採用した三次元造形装置が注目されている。インクジェット技術を採用した三次元造形装置では、硬化性を有する液体を吐出して水平方向（ＸＹ方向）に沿った一層分の断面体を形成する工程を、高さ方向（Ｚ方向）に何層にもわたって行うことで、三次元物体の造形が行われる。例えば、特許文献１に記載された三次元造形装置では、外周部分が着色された層と、外周部分が着色されていない層と、を重ね合わせることによって、色の濃淡を表現している。

特開２０１１−７３１６３号公報 特開２００１−１５０５５６号公報 特開２００５−６７１３８号公報 特開２０１０−５８５１９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、外部から観察したときに、１層につき、１色しか表現することができないため、各層の厚みによっては、中間色を面積階調で表す際に、実際の造形解像度よりも見かけの解像度が低下する可能性がある。そのため、液体を吐出して着色された三次元物体を造形する技術において、見かけの解像度が低下することを抑制可能な技術が求められている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、断面体を鉛直方向に沿ったＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
前記断面体の水平方向に沿ったＸ方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
前記ヘッド部は、無彩色液体と、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体とを、前記Ｚ方向に重なるように、それぞれ、前記単位格子内に吐出可能であり、
前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記単位格子内に、前記有彩色液体を１種類以上、吐出させた場合において、前記１種類以上の有彩色液体によって前記単位格子の空間体積が満たされない場合には、前記１種類以上の有彩色液体に加えて、前記無彩色液体を前記単位格子内に吐出させることによって、前記単位格子の空間体積を、前記有彩色液体および前記無彩色液体の両方によって満たし、
前記制御部は、前記物体の表面から水平方向に沿って前記物体の内部へ向かう方向に並ぶ単位格子列において、前記複数種類の有彩色液体のうちの一の有彩色液体を吐出する単位格子の数を変化させることによって、前記一の有彩色液体によって前記物体の表面に表される色の複数の階調を表現する、
三次元造形装置である。本発明は、以下の形態としても実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、断面体をＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、前記断面体のＸ方向の造形解像度と、前記断面体のＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と；前記ヘッド部を制御する制御部と；を備える。そして、前記ヘッド部は、無彩色液体と、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体とを、それぞれ、前記単位格子内に吐出可能であり、前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記単位格子内に、前記有彩色液体を１種類以上、吐出させた場合において、前記１種類以上の有彩色液体によって前記単位格子の空間体積が満たされない場合には、前記１種類以上の有彩色液体に加えて、前記無彩色液体を前記単位格子内に吐出させることによって、前記単位格子の空間体積を、前記有彩色液体および前記無彩色液体の両方によって満たすことを特徴とする。このような形態の三次元造形装置であれば、単位格子よりも細かな単位で三次元物体に着色を行うため、面積階調によって物体の表面上の画像を表すときに、見かけの解像度を向上させることができる。また、単位格子に対して吐出した有彩色液体の総量が単位格子の空間体積より少ない場合には、無彩色液体によって、単位格子の残りの空間体積を埋めるため、三次元物体を構成する全ての単位格子の体積を均一化することが可能になる。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。

（２）上記形態の三次元造形装置において、前記制御部は、前記複数種類の有彩色液体のうちの一の有彩色液体について、前記物体の表面から内部へ向かう方向に並ぶ単位格子列に対して、前記一の有彩色液体を吐出する単位格子の数を変化させることによって、前記一の有彩色液体によって表される色の階調を表現してもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、物体の奥行き方向に対しても着色を行うため、物体の外面から観察される色の濃淡を変化させることができる。そのため、物体の表面において単位面積あたりに表現可能な色の数を増加させることができる。

（３）上記形態の三次元造形装置において、前記単位格子列中に、前記一の有彩色液体を吐出する前記単位格子が複数ある場合に、前記一の有彩色液体のＺ方向の位置が同一の位置になるように前記各単位格子に前記一の有彩色液体を吐出させ、かつ、前記単位格子列内において、前記一の有彩色液体が前記無彩色液体よりも前記表面側に配置されるよう、前記各単位格子に前記一の有彩色液体を吐出させてもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、着色された部分の色の濃淡を的確に表現することができる。

（４）上記形態の三次元造形装置において、前記無彩色液体の色は、白色であってもよい。このような形態の三次元造形装置であれば、着色された部分の色の濃さをより的確に表現することができる。

本発明は、三次元造形装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、三次元造形装置が三次元の物体を造形する三次元造形方法や、コンピューターが三次元造形装置を制御して三次元の物体を造形するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一次的でない有形の記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。 第１実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。 第１実施形態において色を表現する手法を説明するための図である。 第２実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。 三次元物体の奥行き方向へ有彩色インクが記録された例を示す図である。 単位格子の少なくとも一部をホワイトインクによって埋めた例を示す図である。 第３実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置１００は、造形部１０と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、粉体回収部４０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。制御部７０には、コンピューター２００が接続されている。三次元造形装置１００とコンピューター２００とをあわせて広義の三次元造形装置として捉えることもできる。図１には、互いに直行するＸ方向とＹ方向とＺ方向とを示している。Ｚ方向は、鉛直方向に沿った方向であり、Ｘ方向は、水平方向に沿った方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に垂直な方向である。

造形部１０は、内部に三次元物体が造形される槽状の構造体である。造形部１０は、ＸＹ方向に沿った平坦な造形ステージ１１と、造形ステージ１１の周囲を囲みＺ方向に立設された枠体１２と、造形ステージ１１をＺ方向に沿って移動させるアクチュエーター１３とを備える。造形ステージ１１は、制御部７０がアクチュエーター１３の動作を制御することにより、枠体１２内においてＺ方向に移動する。

粉体供給部２０は、造形部１０内に粉体を供給する装置である。粉体供給部２０は、例えば、ホッパーやディスペンサーにより構成される。

平坦化機構３０は、造形部１０の上面を水平方向（ＸＹ方向）に移動することによって、造形部１０内または、枠体１２上に供給された粉体を平坦化し、造形ステージ１１上に粉体層を形成するための機構である。平坦化機構３０は、例えば、スキージやローラーによって構成される。平坦化機構３０によって造形部１０から押し出された粉体は、造形部１０に隣接して設けられた粉体回収部４０内に排出される。

第１実施形態における三次元造形装置１００は、三次元物体の材料として、硬化性を有する液体（以下、「硬化液」という）と、上述した粉体とを用いる。硬化液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする液体の樹脂材料と、紫外光が照射されると励起状態となってモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる重合開始剤との混合物を用いる。また、硬化液をヘッド部５０から液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、硬化液中のモノマーは比較的低分子量のモノマーが選択されており、更に１つのオリゴマーに含まれるモノマーの数も数分子程度に調整されている。この硬化液は、紫外光を浴びて重合開始剤が励起状態になると、モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重合して、速やかに硬化して固体となる性質を有している。

本実施形態では、粉体として、その表面に、硬化液内に含まれているものとは別のタイプの重合開始剤が付着された粉体を用いる。粉体の表面に付着された重合開始剤は、硬化液と接触するとモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる性質を有している。そのため、造形部１０内の粉体に硬化液を供給すると、硬化液が粉体の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開始剤に接触して硬化し、その結果、硬化液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した硬化液によって結合された状態となる。なお、粉体として、その表面に重合開始剤が付着された粉体を用いる場合には、重合開始剤を含まない硬化液を用いることも可能である。

ヘッド部５０は、ヘッド部５０に接続されたタンク５１から上述した硬化液の供給を受け、その硬化液をＺ方向に沿って、造形部１０中の粉体層に吐出する装置である。本実施形態では、ヘッド部５０は、硬化液として、無彩色インクと、指定された色を表すための複数種類の有彩色インクとを吐出可能である。本実施形態では、ヘッド部５０は、無彩色インクとして、透明（ＣＬ）インクとホワイト（Ｗ）インクとを吐出することができる。また、有彩色インクとして、シアン（Ｃ）インクと、マゼンタ（Ｍ）インクと、イエロー（Ｙ）インクとを吐出することができる。なお、ヘッド部５０が吐出するインクの色は、これらに限られない。ヘッド部５０は、造形部１０中に造形される三次元物体に対して、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能である。また、ヘッド部５０は、造形部１０内の造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、三次元物体に対して相対的にＺ方向に移動可能である。

本実施形態のヘッド部５０は、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドである。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられた圧力室を硬化液で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによって、圧力室の容積減少分に相当する体積の硬化液を液滴として吐出することが可能である。後述する制御部７０は、ピエゾ素子に印加する電圧波形を制御することによって、ヘッド部５０から吐出する一滴あたりの硬化液の量を調整することが可能である。

硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０から吐出された硬化液を硬化させるためのエネルギーを付与するための装置である。本実施形態では、硬化エネルギー付与部６０は、ヘッド部５０をＸ方向に挟むように配置された本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とによって構成されている。ヘッド部５０が移動すると、それに伴い、硬化エネルギー付与部６０も移動する。本硬化用発光装置６１および仮硬化用発光装置６２からは、硬化液を硬化させるための硬化エネルギーとして、紫外線が照射される。仮硬化用発光装置６２は、吐出された硬化液をその着弾位置に固定するための仮硬化を行うために用いられる。本硬化用発光装置６１は、仮硬化後に、硬化液を完全に硬化させるために用いられる。仮硬化用発光装置６２から照射される紫外線のエネルギーは、例えば、本硬化用発光装置６１から照射される紫外線の２０〜３０％のエネルギーである。

制御部７０は、ＣＰＵとメモリーとを備えている。ＣＰＵは、メモリーあるいは記録媒体に記憶されたコンピュータープログラムをメモリーにロードして実行することによって、アクチュエーター１３と、粉体供給部２０と、平坦化機構３０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、を制御して三次元物体を造形する機能を有する。詳細は後述するが、この機能には、ヘッド部５０を制御して、後述する単位格子ＵＧ（図３参照）内に、有彩色インクを１種類以上、吐出させた場合において、その１種類以上の有彩色インクによって単位格子ＵＧの空間体積が満たされない場合に、その１種類以上の有彩色液体に加えて、無彩色インクを単位格子内に吐出させることによって、単位格子ＵＧの空間体積を、有彩色液体および無彩色液体の両方によって満たすようにする機能が含まれている。制御部７０が有する機能は、電子回路によって実現してもよい。

三次元造形装置１００が三次元物体を造形（製造）する手法を簡単に説明する。まず、コンピューター２００が、三次元物体の形状を表すポリゴンデータを、Ｚ方向の造形解像度（積層ピッチ）に従ってスライスし、ＸＹ方向に沿った複数の断面データを生成する。この断面データは、Ｘ方向およびＹ方向について所定の造形解像度を有しており、各要素に対して階調値が格納された二次元のビットマップデータによって表される。各要素に格納された階調値は、その要素に対応するＸＹ座標に吐出する硬化液の量を表す。つまり、本実施形態では、ビットマップデータによって、三次元造形装置１００の制御部７０に対して、硬化液を吐出させる座標と、吐出させる硬化液の量とが指定される。

三次元造形装置１００の制御部７０は、コンピューター２００から断面データを取得すると、粉体供給部２０および平坦化機構３０を制御して造形部１０内に粉体層を形成する。そして、断面データに従ってヘッド部５０を駆動して硬化液を粉体層に吐出し、その後、吐出された硬化液に向かって硬化エネルギー付与部６０を制御して紫外光を照射し、仮硬化および本硬化を行う。すると、紫外光によって硬化液が硬化して粉体同士が結合し、造形部１０内には、１層分の断面データに対応する断面体が形成される。こうして１層分の断面体を形成すると、制御部７０は、アクチュエーター１３を駆動して造形ステージ１１を、Ｚ方向の造形解像度に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向に沿って降下させる。造形ステージ１１を降下させると、制御部７０は、造形ステージ１１上に既に形成された断面体の上に新たな粉体層を形成する。新たな粉体層を形成すると、制御部７０は、コンピューター２００から次の断面データを受け取って、新たな粉体層に硬化液を吐出して紫外光を照射することにより、新たな断面体を形成する。このように制御部７０は、コンピューター２００から各層の断面データを受け取ると、アクチュエーター１３や粉体供給部２０、平坦化機構３０、ヘッド部５０、硬化エネルギー付与部６０を制御することにより、１層ずつ断面体を形成し、それを積層していくことにより、三次元物体を造形する。

図２は、本実施形態において実行される三次元造形処理の具体的なフローチャートである。本実施形態では、まず、コンピューター２００が、記録媒体やネットワーク、コンピューター２００において実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元物体の形状を表すポリゴンデータを取得する（ステップＳ１０）。ポリゴンデータを取得すると、コンピューター２００は、ポリゴンデータによって表される各ポリゴンの表面の画像を、Ｃ，Ｍ，Ｙにそれぞれ分版し（ステップＳ２０）、それぞれの色毎にハーフトーン処理を施す（ステップＳ３０）。このハーフトーン処理によって、各ポリゴンの表面上の画像は二値化される。

各ポリゴンの表面画像について二値化を行うと、続いて、コンピューター２００は、ポリゴンデータを、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータを生成する（ステップＳ４０）。このとき、コンピューター２００は、各断面データにおける物体の最外周に該当する座標には、二値化された各ポリゴンの表面画像に基づき、Ｃ，Ｍ，Ｙの各色について、ドットを形成するか否かを表す値を格納し、最外周よりも内側の座標には、クリアインクを吐出するための値を格納する。なお、最外周の着色を行う座標に隣接した内側の座標には、ホワイトインクを吐出するための値を格納してもよい。ホワイトインクを最外周の内側に配置すれば、地色が白色になるため、着色された色の再現性を向上させることができる。

断面毎にビットマップデータが生成されると、三次元造形装置１００の制御部７０は、それらのビットマップデータをコンピューター２００から受信し、受信したビットマップデータに従って、ヘッド部５０等の各部を制御し、上述した手順に従い、三次元物体を造形する（ステップＳ５０）。上述したように、各断面データの最外周の座標には、Ｃ，Ｍ，Ｙの各色について、ドットを形成するか否かを表す値が記録されており、最外周よりも内側の座標には、クリアインクを吐出するための値が格納されている。そのため、ステップＳ５０では、内部が透明で、表面に着色が施された物体が造形される。

図３は、第１実施形態において色を表現する手法を説明するための図である。本実施形態では、ヘッド部５０は、単位格子ＵＧ毎に、三次元物体の材料となる硬化液を吐出して物体の造形を行う。単位格子ＵＧとは、断面体のＸ方向およびＹ方向の造形解像度と、断面体のＺ方向への積層間隔とに応じた最小の体積を有する格子である。１つの単位格子ＵＧは、ビットマップデータの１つの座標に対応する。単位格子のことを、ボクセル（Ｖｏｘｅｌ）ともいう。本実施形態では、１つの単位格子ＵＧを、Ｚ方向に３つの副単位格子（サブボクセル）に分割し、それらの副単位格子に対して、それぞれ、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｗ，ＣＬのいずれかのインクを吐出可能である。図３（Ａ）〜（Ｃ）には、単位格子ＵＧに対して、それぞれ、Ｃ，Ｍ，Ｙのうち１種類のインクが吐出された例を示している。また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）には、単位格子に対して、Ｃ，Ｍ，Ｙのうち２種類のインクが吐出された例を示している。図３（Ｇ）には、単位格子に対して、Ｃ，Ｍ，Ｙのすべてのインクが吐出された例を示している。

本実施形態では、制御部７０は、単位格子ＵＧ内に、Ｃ，Ｍ，Ｙの有彩色インクを１種類以上、吐出させた場合において、それらの有彩色インクによって単位格子ＵＧの空間体積が満たされない場合には、それらの有彩色インクに加えて、無彩色インクであるクリアインクを単位格子ＵＧ内に吐出させることにより、単位格子ＵＧの空間体積を、有彩色インクおよび無彩色インクの両方によって満たす。そのため、図３（Ａ）〜（Ｇ）では、単位格子ＵＧ内に吐出する有彩色インクの種類および数にかかわらず、単位格子ＵＧに吐出されたインクの合計の体積がすべて同じになっている。なお、１つの単位格子ＵＧに対して有彩色インクとクリアインクとを吐出する順序は、本実施形態では任意である。なお、粉体を用いて物体を造形する本実施形態の場合、単位格子ＵＧの空間体積は、単位格子ＵＧの体積から、そこに含まれている粉体の体積を除いた体積となり、その空間体積をほぼ満たすように有彩色インクおよび無彩色インクが吐出される。

以上で説明した本実施形態の三次元造形装置１００では、単位格子ＵＧよりも細かな単位で三次元物体に着色を行うため、１つの単位格子ＵＧにつき１色だけ着色を行う場合に比べて、面積階調によって物体の表面の画像を表すときに、見かけの解像度を向上させることができる。また、単位格子ＵＧに対して吐出した有彩色インクの総量が単位格子ＵＧの空間体積より少ない場合であっても、本実施形態では、クリアインクによって、単位格子ＵＧの残りの空間体積を埋めるため、三次元物体を構成する全ての単位格子ＵＧの体積を均一化することが可能になる。そのため、三次元物体を精度よく造形することができる。

Ｂ．第２実施形態：
上記第１実施形態では、三次元物体の最外周のみに着色を行っている。これに対して、第２実施形態では、最外周から、奥行き方向の内側にかけて着色を行う。第２実施形態における三次元造形装置１００の構成は、第１実施形態と同じである。

図４は、第２実施形態における三次元造形処理のフローチャートである。このフローチャートには、図２に示した第１実施形態における三次元造形処理と同じ処理内容の工程については、図２と同じステップ番号を付している。

第２実施形態では、まず、コンピューター２００がポリゴンデータを取得すると（ステップＳ１０）、第１実施形態と同様に、ポリゴンデータによって表される各ポリゴンの表面の画像を、Ｃ，Ｍ，Ｙにそれぞれ分版する（ステップＳ２０）。続いて、コンピューター２００は、それぞれの色毎にハーフトーン処理を施す（ステップＳ３０ａ）。本実施形態では、このステップＳ３０ａにおいて、コンピューター２００は、ハーフトーン処理によって、各ポリゴンの表面上の画像を二値化するのではなく、多値化する。本実施形態では、この多値化により、「淡ドット」、「中間ドット」、「濃ドット」、の３種類の濃さのドットを用いた面積階調によって画像を表す。多値化の手法は、「小ドット」、「中ドット」、「大ドット」といった異なるサイズのドットによって階調を表す周知のハーフトーン処理と同様である。

各ポリゴンについて多値化を行うと、コンピューター２００は、多値化された値に応じて、三次元物体のＸ，Ｙ方向に沿った奥行き方向への有彩色インクの記録数を決定する（ステップＳ３５）。具体的には、多値化された値が、「淡ドット」を表す値であれば、奥行き方向にその色のインクを１つの単位格子ＵＧ分、記録すると決定する。多値化された値が、「中間ドット」を表す値であれば、奥行き方向にその色のインクを２つの単位格子ＵＧ分、記録すると決定する。また、多値化された値が、「濃ドット」を表す値であれば、奥行き方向にその色のインクを３つの単位格子ＵＧ分、記録すると決定する。つまり、本実施形態では、物体の表面から内部へ向かう方向に連続して並ぶ所定個数（例えば、３つ）の単位格子ＵＧを含む単位格子列ＵＣ（図５参照）中において、有彩色インクを吐出する単位格子ＵＧの数を変化させることによって、その有彩色インクによって表される色の外面から見た濃淡を表現する。

ステップＳ３５の処理が完了すると、コンピューター２００は、ステップＳ３５によって決定された各有彩色インクの奥行き方向の記録数に基づき、断面毎のビットマップデータを生成する（ステップＳ４０）。そして、三次元造形装置１００の制御部７０が、生成されたビットマップデータに従い、三次元物体を断面毎に造形する（ステップＳ５０）。

図５は、本実施形態によって、三次元物体の奥行き方向へ有彩色インクが記録された例を示す図である。前述したように、本実施形態では、ハーフトーン処理によって多値化された値に応じて、有彩色インクが、Ｘ方向またはＹ方向に沿って、物体の奥行き方向に連続して記録される。例えば、図５（Ａ）に示した例では、イエローインクとマゼンタインクとが奥行き方向に３つの単位格子ＵＧ分、記録されることにより、赤色が表現されている。また、図５（Ｂ）では、イエローインクが奥行き方向に３つの単位格子ＵＧ分、記録され、シアンインクが２つの単位格子ＵＧ分、２つ分記録されることにより、黄緑色が表現されている。そして、単位格子ＵＧに対して吐出した有彩色インクの総量が単位格子ＵＧの空間体積より少ない場合には、第１実施例と同様に、クリアインクによって、単位格子ＵＧの残りの空間体積が埋められている。本実施形態のように、３つの単位格子ＵＧによって濃淡を表現すれば、Ｃ，Ｍ，Ｙ各色４濃度で計６４色、２つの単位格子ＵＧでも、各色３濃度で計２７色の色を再現することが可能である。三次元物体では、二次元の画像のように陰影を表現する必要性が少ないため、この程度の色数でも十分に表面上の画像を再現可能な場合が多い。

図５に示すように、本実施形態では、制御部７０は、単位格子列ＵＣ中に、有彩色インクを吐出する単位格子ＵＧが複数ある場合に、その有彩色インクのＺ方向の位置が同一の位置になるように各単位格子ＵＧにその有彩色インクを吐出させ、かつ、単位格子列ＵＣ内において、その有彩色インクがクリアインクよりも表面側に配置されるよう、各単位格子ＵＧに有彩色インクを吐出させる。こうすることによって、着色された部分の色の濃淡を的確に表現することができる。なお、有彩色インク間にクリアインクを挟むように奥行き方向に複数の有彩色インクを記録することも可能である。ここで、有彩色インクをＺ方向の位置が同一の位置になるように吐出させるとは、複数の単位格子ＵＧに対して、その有彩色インクを吐出する順番を同じにすることである。例えば、図５（Ａ）におけるマゼンタインク（Ｍ）は２番目、図５（Ｂ）におけるシアンインク（Ｃ）は２番目に吐出しており、これらはＺ方向の位置は同一である。

以上で説明した第２実施形態によれば、単位格子ＵＧよりも細かな単位で三次元物体に着色を行うだけではなく、物体の奥行き方向に対しても着色を行うため、物体の外面から観察される色の濃淡を変化させることができる。そのため、物体の表面における単位面積あたりに表現可能な色の数を増加させることができる。この結果、見かけの解像度が向上するだけではなく、階調の解像度や色の再現性も向上させることができる。また、本実施形態においても、クリアインクによって、単位格子ＵＧの残りの空間体積を埋めるため、三次元物体を構成する全ての単位格子ＵＧの体積を均一化することが可能になり、三次元物体を精度よく造形することができる。

なお、第２実施形態において、有彩色インクよりも奥行き方向内側に配置する無彩色インクは、クリアインクではなくホワイトインクであってもよい。内側に配置する無彩色インクをホワイトインクとすれば、地色を白色にすることができるので、有彩色インクによる濃淡表現をより的確に行うことができる。また、第２実施形態では、濃淡の差を明確に表現するために、有彩色インクとして、ライトシアンやライトマゼンタ、ライトイエローといった、第１実施形態における有彩色インクよりも色の薄い（彩度の低い）インクを用いることが好ましい。

Ｃ．第３実施形態：
上述した第１実施形態では、単位格子ＵＧに対して吐出した有彩色インクの総量が単位格子ＵＧの空間体積より少ない場合に、クリアインクによって、単位格子ＵＧの残りの空間体積を埋めている。これに対して、第３実施形態では、単位格子ＵＧの残りの空間体積の少なくとも一部を、ホワイトインクによって埋める。第３実施形態における三次元造形装置１００の構成は、第１実施形態と同じである。

図６は、単位格子ＵＧの残りの空間体積の少なくとも一部をホワイトインクによって埋めた例を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）には、単位格子ＵＧに対して、それぞれ、Ｃ，Ｍ，Ｙのうちの１種類のインクと、クリアインクと、ホワイトインクとが吐出された例を示している。また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）には、単位格子ＵＧに対して、Ｃ，Ｍ，Ｙのうちの２種類のインクと、ホワイトインクとが吐出された例を示している。このように、本実施形態では、単位格子ＵＧに対して２種類以下の有彩色インクを吐出する場合には、各単位格子ＵＧに対して、一定量のホワイトインクを吐出している。

以上で説明した第３実施形態によれば、単位格子ＵＧに対して吐出した有彩色インクの総量が単位格子ＵＧの空間体積より少ない場合に、残りの空間体積の少なくとも一部にホワイトインクが吐出されるので、有彩色インクの色がホワイトインクによって引き立ち、各色の見た目の彩度を向上させることが可能になる。また、本実施形態では、単位格子ＵＧの残りの空間体積にかかわらず、一定量のホワイトインクを吐出するので、単位格子ＵＧ間で彩度がばらつくことを抑制することができる。なお、単位格子ＵＧの残りの空間体積をすべてホワイトインクで埋めることも可能である。

Ｄ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態における三次元造形装置の概略構成を示す説明図である。第１実施形態の三次元造形装置１００は、造形部１０内に供給された粉体に対して硬化液を吐出することによって三次元物体を造形している。これに対して、第４実施形態の三次元造形装置１００ａは、粉体を用いることなく、樹脂を含有する硬化液のみによって三次元物体を造形する。

三次元造形装置１００ａは、造形部１０と、ヘッド部５０と、硬化エネルギー付与部６０と、制御部７０と、を備えている。造形部１０は、第１実施形態と同様に、造形ステージ１１と枠体１２とアクチュエーター１３とを備えている。ただし、枠体１２は省略してもよい。ヘッド部５０には、タンク５１が接続されている。硬化エネルギー付与部６０は、本硬化用発光装置６１と仮硬化用発光装置６２とを備えている。つまり、三次元造形装置１００ａは、多くの部分で第１実施形態の三次元造形装置１００の構成と共通しており、第１実施形態の三次元造形装置１００から、粉体供給部２０と平坦化機構３０と粉体回収部４０とを省略した構成となっている。このような三次元造形装置１００ａであっても、粉体層を形成する処理を除き、第１実施形態の三次元造形装置１００と同様の処理によって三次元物体を造形することができる。なお、本実施形態の場合、単位格子ＵＧの空間体積には、単位格子ＵＧの体積とほぼ等しくなるように有彩色インクおよび無彩色インクが吐出される。

Ｅ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態では、三次元造形装置１００は、三次元物体の最外周を着色したが、着色された部分の更に外周側に、着色された部分を保護するためのクリアインクを吐出してもよい。

＜第２変形例＞
上記実施形態では、造形ステージ１１がＺ方向に移動することによって、ヘッド部５０が相対的にＺ方向に移動する。これに対して、造形ステージ１１の位置を固定し、ヘッド部５０をＺ方向に直接的に移動させてもよい。また、上記実施形態では、ヘッド部５０がＸ方向およびＹ方向に移動するが、ヘッド部５０のＸ方向およびＹ方向の位置を固定し、造形ステージ１１をＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。

＜第３変形例＞
上記実施形態では、図２および図４に示した三次元造形処理のうち、ステップＳ１０からステップＳ４０までの処理は、コンピューター２００によって実行されている。これに対して、これらの処理は、三次元造形装置１００によって実行されてもよい。つまり、三次元造形装置１００が、単体で、ポリゴンデータの取得から三次元物体の造形までのすべてを実行してもよい。また、上記実施形態では、図２および図４に示したステップＳ５０の処理が三次元造形装置１００の制御部７０によって実行されている。これに対して、ステップＳ５０の処理は、コンピューター２００が三次元造形装置１００の各部を制御することによって実行してもよい。つまり、コンピューター２００が、三次元造形装置１００の制御部７０の機能を果たしてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…造形部
１１…造形ステージ
１２…枠体
１３…アクチュエーター
２０…粉体供給部
３０…平坦化機構
４０…粉体回収部
５０…ヘッド部
５１…タンク
６０…硬化エネルギー付与部
６１…本硬化用発光装置
６２…仮硬化用発光装置
７０…制御部
１００，１００ａ…三次元造形装置
２００…コンピューター
ＵＣ…単位格子列
ＵＧ…単位格子

Claims (5)

1. 断面体を鉛直方向に沿ったＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
   前記断面体の水平方向に沿ったＸ方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部と、
   前記ヘッド部を制御する制御部と、を備え、
   前記ヘッド部は、無彩色液体と、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体とを、前記Ｚ方向に重なるように、それぞれ、前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記制御部は、前記ヘッド部を制御して、前記単位格子内に、前記有彩色液体を１種類以上、吐出させた場合において、前記１種類以上の有彩色液体によって前記単位格子の空間体積が満たされない場合には、前記１種類以上の有彩色液体に加えて、前記無彩色液体を前記単位格子内に吐出させることによって、前記単位格子の空間体積を、前記有彩色液体および前記無彩色液体の両方によって満たし、
   前記制御部は、前記物体の表面から水平方向に沿って前記物体の内部へ向かう方向に並ぶ単位格子列において、前記複数種類の有彩色液体のうちの一の有彩色液体を吐出する単位格子の数を変化させることによって、前記一の有彩色液体によって前記物体の表面に表される色の複数の階調を表現する、
   三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記制御部は、前記単位格子列中に、前記一の有彩色液体を吐出する前記単位格子が複数ある場合に、
   前記一の有彩色液体のＺ方向の位置が同一の位置になるように前記各単位格子に前記一の有彩色液体を吐出させ、かつ、
   前記単位格子列内において、前記一の有彩色液体が前記無彩色液体よりも前記表面側に配置されるよう、前記各単位格子に前記一の有彩色液体を吐出させる、
   三次元造形装置。
3. 請求項２に記載の三次元造形装置であって、
   前記無彩色液体の色は、白色である、三次元造形装置。
4. 断面体を鉛直方向に沿ったＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置によって三次元の物体を製造する製造方法であって、
   前記三次元造形装置は、前記断面体の水平方向に沿ったＸ方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
   前記ヘッド部は、無彩色液体と、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体とを、前記Ｚ方向に重なるように、それぞれ、前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記ヘッド部を制御して、前記単位格子内に、前記有彩色液体を１種類以上、吐出させた場合において、前記１種類以上の有彩色液体によって前記単位格子の空間体積が満たされない場合には、前記１種類以上の有彩色液体に加えて、前記無彩色液体を前記単位格子内に吐出させることによって、前記単位格子の空間体積を、前記有彩色液体および前記無彩色液体の両方によって満たすようにし、
   前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から水平方向に沿って前記物体の内部へ向かう方向に並ぶ単位格子列において、前記複数種類の有彩色液体のうちの一の有彩色液体を吐出する単位格子の数を変化させることによって、前記一の有彩色液体によって前記物体の表面に表される色の複数の階調を表現する
   製造方法。
5. 断面体を鉛直方向に沿ったＺ方向に複数積層して三次元の物体を造形する三次元造形装置をコンピューターが制御して三次元の物体を製造するためのコンピュータープログラムであって、
   前記三次元造形装置は、前記断面体の水平方向に沿ったＸ方向の造形解像度と、前記断面体の水平方向に沿ったＹ方向の造形解像度と、前記断面体の前記Ｚ方向への積層間隔とに応じて定まる単位格子毎に、前記物体の材料となる液体を吐出して前記物体を造形するヘッド部を備え、
   前記ヘッド部は、無彩色液体と、指定された色を表すための複数種類の有彩色液体とを、前記Ｚ方向に重なるように、それぞれ、前記単位格子内に吐出可能であり、
   前記ヘッド部を制御して、前記単位格子内に、前記有彩色液体を１種類以上、吐出させた場合において、前記１種類以上の有彩色液体によって前記単位格子の空間体積が満たされない場合には、前記１種類以上の有彩色液体に加えて、前記無彩色液体を前記単位格子内に吐出させることによって、前記単位格子の空間体積を、前記有彩色液体および前記無彩色液体の両方によって満たすようにする機能と、
   前記ヘッド部を制御して、前記物体の表面から水平方向に沿って前記物体の内部へ向かう方向に並ぶ単位格子列において、前記複数種類の有彩色液体のうちの一の有彩色液体を吐出する単位格子の数を変化させることによって、前記一の有彩色液体によって前記物体の表面に表される色の複数の階調を表現する機能と、
   をコンピューターに実現させるためのコンピュータープログラム。

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