JP2018035452A

JP2018035452A - 三次元造形物

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Publication number: JP2018035452A
Application number: JP2016166964A
Authority: JP
Inventors: 圭太西尾; Keita Nishio; 将勝大川; Masakatsu Okawa; 田中　義博; Yoshihiro Tanaka; 義博田中
Original assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Current assignee: Mimaki Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-08
Also published as: US20180056199A1

Abstract

【課題】複数の分割パーツによって構成される三次元造形物において、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能な三次元造形物を提供する。【解決手段】複数の分割パーツ２、３によって構成されるとともに表面の一部が被覆部材４に覆われている三次元造形物１は、被覆部材４から少なくとも一部が露出している分割パーツ２と、被覆部材４に覆われている分割パーツ３とを備えている。この三次元造形物１では、分割パーツ２と分割パーツ３との接合面１ａの少なくとも一部は、被覆部材４に覆われている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の分割パーツによって構成される三次元造形物に関する。

従来、大型の三次元造形物の製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の三次元造形物の製造方法では、三次元造形物を構成する複数の分割パーツを作製した後、作製された複数の分割パーツを接合することで、大型の三次元造形物を製造している。

特開２００９−８３４９１号公報

複数の分割パーツによって構成される三次元造形物の場合、分割パーツ同士の接合部分が目立つと、三次元造形物の見た目が悪くなる。そのため、複数の分割パーツによって構成される三次元造形物では、分割パーツ同士の接合部分が目立ちにくいことが好ましい。

そこで、本発明の課題は、複数の分割パーツによって構成される三次元造形物において、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能な三次元造形物を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の三次元造形物は、複数の分割パーツによって構成されるとともに表面の一部が被覆部材に覆われている三次元造形物であって、分割パーツとして、被覆部材から少なくとも一部が露出している第１分割パーツと、被覆部材に覆われている少なくとも１個の第２分割パーツとを備え、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合面の少なくとも一部は、被覆部材に覆われていることを特徴とする。

本発明の三次元造形物では、被覆部材から少なくとも一部が露出している第１分割パーツと、被覆部材に覆われている第２分割パーツとの接合面の少なくとも一部が被覆部材に覆われている。すなわち、本発明では、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合部分の少なくとも一部が被覆部材に覆われている。そのため、本発明では、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。すなわち、本発明では、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

本発明において、接合面の全体が被覆部材に覆われていることが好ましい。このように構成すると、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合部分の全体が被覆部材に覆われているため、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合部分が外部から見えなくなる。したがって、第１分割パーツと第２分割パーツとの接合部分が目立たなくなる。

本発明において、たとえば、第１分割パーツは、人間の顔の造形物であり、第２分割パーツは、人間の後頭部の造形物であり、被覆部材は、かつらである。すなわち、本発明の三次元造形物は、たとえば、人間の頭部の造形物である。この場合には、複数の分割パーツによって人間の頭部の造形物が構成されていても、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

以上のように、本発明では、複数の分割パーツによって構成される三次元造形物において、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

本発明の実施の形態にかかる三次元造形物の側面図である。図１に示す三次元造形物を分解した状態の側面図である。本発明の他の実施の形態にかかる分割パーツを接合した状態の背面図である。本発明の他の実施の形態にかかる分割パーツを分解した状態の背面図である。本発明の参考形態１にかかる三次元造形物の側面図である。図５に示す三次元造形物を分解した状態の側面図である。本発明の参考形態２にかかる三次元造形物の正面図である。図１に示す分割パーツ等を製造するための三次元造形物製造システムのブロック図である。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するための図である。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するための図である。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するための図である。図８に示す上位装置での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（三次元造形物の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる三次元造形物１の側面図である。図２は、図１に示す三次元造形物１を分解した状態の側面図である。

本形態の三次元造形物１は、人間の頭部の造形物である。この三次元造形物１は、複数の分割パーツ２、３によって構成されている。具体的には、三次元造形物１は、２個の分割パーツ２、３によって構成されている。分割パーツ２は、人間の顔の造形物であり、分割パーツ３は、人間の後頭部の造形物である。すなわち、人間の頭部の造形物である三次元造形物１は、頭部の前後方向に直交する平面で二分割される分割パーツ２と分割パーツ３とによって構成されている。本形態では、頭部の前後方向の略中心位置で三次元造形物１が二分割されている。

三次元造形物１の表面の一部は、被覆部材としてのかつら４に覆われている。分割パーツ２の一部（目、鼻および口等の部分）は、かつら４に覆われておらず、かつら４から露出している。分割パーツ３は、かつら４に覆われている。具体的には、分割パーツ３の全体がかつら４に覆われている。分割パーツ２と分割パーツ３とは、たとえば、接着剤によって互いに接合されている。

分割パーツ２と分割パーツ３との接合面１ａは、かつら４に覆われている。具体的には、接合面１ａの全体がかつら４に覆われている。本形態の分割パーツ２は、第１分割パーツであり、分割パーツ３は、第２分割パーツである。なお、分割パーツ２、３は、インクジェットヘッド（図示省略）から吐出されたインクによって形成されるインク層をテーブル（図示省略）上に積層することで造形されており、モデル材（樹脂）によって形成されている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、分割パーツ２と分割パーツ３との接合面１ａがかつら４に覆われている。そのため、本形態では、分割パーツ２と分割パーツ３との接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。特に本形態では、接合面１ａの全体がかつら４に覆われているため、分割パーツ２と分割パーツ３との接合部分が外部から見えなくなる。したがって、本形態では、分割パーツ２と分割パーツ３との接合部分が目立たなくなる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、接合面１ａの全体がかつら４に覆われているが、接合面１ａの一部分がかつら４に覆われていなくても良い。この場合であっても、人間の頭部の造形物である三次元造形物１の真正面（すなわち、人間の顔の造形物である分割パーツ２の真正面）から三次元造形物１を見たときに、接合面１ａは見えない。そのため、この場合であっても、分割パーツ２と分割パーツ３との接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

上述した形態では、後頭部の造形物は、１個の分割パーツ３によって構成されているが、図３、図４に示すように、後頭部の造形物は、複数の分割パーツ５〜１０によって構成されていても良い。たとえば、後頭部の造形物は、６個の分割パーツ５〜１０によって構成されていても良い。この場合には、分割パーツ５〜１０の接合部分がかつら４に覆われているため、後頭部の造形物が複数の分割パーツ５〜１０によって構成されていても、分割パーツ５〜１０の接合部分は目立たない。なお、この場合の分割パーツ５〜１０は、第２分割パーツである。

上述した形態では、三次元造形物１は、人間の頭部の造形物であるが、本発明が適用される三次元造形物は、人間の頭部以外の造形物であっても良い。

（三次元造形物の参考形態１）
図５は、本発明の参考形態１にかかる三次元造形物１１の側面図である。図６は、図５に示す三次元造形物１１を分解した状態の側面図である。

参考形態１にかかる三次元造形物１１は、魚の頭部および胴体部分の造形物である。具体的には、三次元造形物１１は、鯛の頭部および胴体部分の造形物である。この三次元造形物１１は、２個の分割パーツ１２、１３によって構成されている。分割パーツ１２は、鯛の頭部および背中部分の造形物であり、分割パーツ１３は、鯛の腹部分の造形物である。なお、分割パーツ１２、１３は、インクジェットヘッド（図示省略）から吐出されたインクによって形成されるインク層をテーブル（図示省略）上に積層することで造形されており、モデル材（樹脂）によって形成されている。

実物の鯛では、腹部分と背中部分との境界が曲線状の窪みになっているとともに、えら蓋と腹部分との境界も窪みになっており、この窪み同士が繋がっている。三次元造形物１１でも、鯛の腹部分と背中部分との境界が曲線状の窪みになっているとともに、鯛のえら蓋と腹部分との境界も窪みになっており、この窪み同士が繋がっている。本形態の三次元造形物１１は、この窪みに沿った面で二分割される分割パーツ１２と分割パーツ１３とによって構成されている。すなわち、三次元造形物１１では、分割パーツ１２と分割パーツ１３とがこの窪みに沿った接合面１１ａで接合されている。分割パーツ１２と分割パーツ１３とは、たとえば、接着剤によって互いに接合されている。

参考形態１にかかる三次元造形物１１では、窪みに沿った接合面１１ａで分割パーツ１２と分割パーツ１３とが接合されているため、分割パーツ１２と分割パーツ１３との接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

（三次元造形物の参考形態２）
図７は、本発明の参考形態２にかかる三次元造形物２１の正面図である。

参考形態２にかかる三次元造形物２１は、等身大のフィギュアであり、洋服を着用している。三次元造形物２１では、洋服から露出している部分は、インクジェットヘッド（図示省略）から吐出されたインクによって形成されるインク層をテーブル（図示省略）上に積層することで造形されており、モデル材（樹脂）によって形成されている。一方、洋服に覆われている部分（図７の破線で示す部分）は、マネキン人形の一部分や金型を用いて製造された部品等の汎用部品によって構成されている。モデル材で形成された部分と汎用部品とは、たとえば、ネジによって結合されている。

参考形態２にかかる三次元造形物２１では、洋服から露出している部分がモデル材で形成されるとともに、洋服に覆われている部分が汎用部品で形成されているため、等身大のフィギュアである三次元造形物２１のリアル感を保持しつつ、三次元造形物２１のコストを低減することが可能になる。

（三次元造形物製造システムの構成）
図８は、図１に示す分割パーツ２、３等を製造するための三次元造形物製造システム５１のブロック図である。

分割パーツ２、３、５〜１０、１２、１３は、三次元造形物製造システム５１で造形される。三次元造形物製造システム５１は、三次元造形物製造装置５２と上位装置５３とを備えている。三次元造形物製造装置５２は、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドが搭載されるキャリッジ（図示省略）、テーブルおよびテーブルの昇降機構（図示省略）等を備えている。上位装置５３は、たとえば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）であり、液晶表示装置等の表示装置５４を備えている。

たとえば、分割パーツ２、３を造形するときには、まず、上位装置５３は、三次元造形物１に対応する三次元データを作成する。具体的には、上位装置５３は、たとえば、三次元スキャナ（図示省略）による造形対象物の形状の検知結果に基づいて、三次元造形物１に対応する三次元データを作成する。三次元データは、三次元造形物１の表面の情報だけを有するサーフェスデータである。具体的には、三次元データは、三次元造形物１の表面を多数の三角形の集合で表したポリゴンモデルである。

その後、上位装置５３は、三次元データを分割して分割パーツ２、３に対応する分割三次元データを作成する。すなわち、上位装置５３は、三次元造形物１の分割面を決定して、分割パーツ２、３に対応する分割三次元データを作成する。分割三次元データが作成されると、上位装置５３から三次元造形物製造装置５２に分割三次元データが送信され、三次元造形物製造装置５２は、分割三次元データに基づいてテーブル上にインク層を積層して分割パーツ２、３を造形する。

（三次元造形物の分割面の決定方法の参考例１）
図９は、図８に示す上位装置５３での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するための図である。図１０は、図８に示す上位装置５３での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。図１１は、図８に示す上位装置５３での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。

上位装置５３は、たとえば、以下のように、三次元造形物の分割面を決定する。すなわち、表示装置５４に表示される三次元データＤ１（図９参照）において、ユーザが三次元データＤ１上の所定の２点Ｐ１、Ｐ２（図９参照）を選択すると、図１０に示すように、上位装置５３は、２点Ｐ１、Ｐ２を繋ぐ最短経路を探索して決定する（ステップＳ１）。その後、上位装置５３は、ステップＳ１で決定された経路上に角度がきつい箇所があるのか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、ポリゴンモデルを構成する多数の三角形の中の、ステップＳ１で決定された経路上に配置された三角形の法線ベクトルに基づいて、上位装置５３は、ステップＳ１で決定された経路上に角度がきつい箇所があるのか否かを判断する。

ステップＳ２において、ステップＳ１で決定された経路上に角度がきつい箇所がない場合には、上位装置５３は、ステップＳ１で決定された経路を含む断面を三次元造形物の分割面に決定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で、三次元造形物の分割面が決定されると、上位装置５３は、三次元データＤ１を分割して分割三次元データを作成する。一方、ステップＳ２において、ステップＳ１で決定された経路上に角度がきつい箇所がある場合には、上位装置５３は、ステップＳ１で決定された経路と異なる別経路を探索して決定し（ステップＳ４）、その後、ステップＳ２へ戻る。ステップＳ４を経た後のステップＳ２では、上位装置５３は、ステップＳ４で決定された経路上に角度がきつい箇所があるのか否かを判断する。

この三次元造形物の分割面の決定方法では、造形される分割パーツに尖った部分が形成されるのを防止しつつ、自動で、三次元造形物の分割面を決定することが可能になる。なお、上位装置５３が提示する三次元造形物の複数の分割面の候補の中からユーザが実際に分割面として採用する分割面を選択しても良い。この場合には、図１１に示すように、ステップＳ２において、ステップＳ１またはステップＳ４で決定された経路上に角度がきつい箇所がないときに、上位装置５３は、ステップＳ１またはステップＳ４で決定された経路を含む断面を三次元造形物の分割面の１つの候補として決定する（ステップＳ６）。その後、上位装置５３は、分割面の候補数が所定の個数（Ｎ個（Ｎは２以上の整数））となっているのか否かを判断する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、分割面の候補数がＮ個未満である場合には、上位装置５３は、ステップＳ１またはステップＳ４で決定された経路の近辺の別経路を探索して決定し（ステップＳ８）、その後、ステップＳ２へ戻る。ステップＳ８を経た後のステップＳ２では、上位装置５３は、ステップＳ８で決定された経路上に角度がきつい箇所があるのか否かを判断する。一方、ステップＳ７において、分割面の候補数がＮ個である場合には、上位装置５３は、Ｎ個の分割面をユーザが実際に分割面として採用する分割面の候補として決定する（ステップＳ９）。ユーザは、ステップＳ９で決定された複数の分割面の候補の中から実際に分割面として採用する分割面を選択する。

（三次元造形物の分割面の決定方法の参考例２）
図１２、図１３は、図８に示す上位装置５３での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するための図である。図１４は、図８に示す上位装置５３での三次元造形物の分割面の決定方法の一例を説明するためのフローチャートである。

上位装置５３は、たとえば、インク層の積層面を、三次元造形物の分割面として決定しても良い。この場合には、上位装置５３は、まず、表示装置５４に表示される三次元データＤ２（図１２参照）の高さ（インク層の積層方向における高さ）と、各高さにおける三次元データＤ２の周長との関係を示す二次元グラフＧ（図１３参照）を作成する（ステップＳ１１）。その後、上位装置５３は、二次元グラフＧに基づいて、分割面を仮決定する（ステップＳ１２）。

具体的には、上位装置５３は、ステップＳ１２において、三次元データＤ２の周長が所定の長さＬ１以上であってかつ所定の長さＬ２以下である箇所の断面を分割面として仮決定する。たとえば、上位装置５３は、ステップＳ１２において、図１２に示す断面ＣＳ２、ＣＳ３を分割面として仮決定する。なお、たとえば、図１２に示す断面ＣＳ１は、断面ＣＳ１に対応する箇所の周長が長さＬ１未満となっているため、ステップＳ１２において、分割面として仮決定されない。

その後、上位装置５３は、ステップＳ１２で仮決定された断面のそれぞれの外形に角度がきつい箇所があるのか否かを判断し、外形に角度がきつい箇所がある断面を分割面から除外して（ステップＳ１３）、分割面を決定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３では、ポリゴンモデルを構成する多数の三角形の中の、ステップＳ１２で仮決定された断面のそれぞれに含まれる三角形の法線ベクトルに基づいて、上位装置５３は、ステップＳ１２で仮決定された断面のそれぞれの外形に角度がきつい箇所があるのか否かを判断する。また、ステップＳ１４では、上位装置５３は、たとえば、２個の断面ＣＳ２、ＣＳ３を三次元造形物の分割面として決定する。

この三次元造形物の分割面の決定方法では、造形される分割パーツに尖った部分が形成されるのを防止しつつ、自動で、三次元造形物の分割面を決定することが可能になる。また、この三次元造形物の分割面の決定方法では、三次元データＤ２の周長が所定の長さＬ２以下となっている箇所の断面が分割面として仮決定されているため、三次元造形物のくびれている部分が分割パーツの接合部分となる可能性が高くなる。したがって、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。

さらに、この三次元造形物の分割面の決定方法では、三次元データＤ２の周長が所定の長さＬ１未満となっている箇所の断面が分割面とはならないため、分割パーツ同士の接合面の面積を確保することが可能になり、その結果、接着剤で接合される分割パーツ同士の接合強度を確保することが可能になる。また、この三次元造形物の分割面の決定方法では、インク層の積層面を、三次元造形物の分割面として決定しているため、短時間で容易に三次元造形物の分割面を決定することが可能になる。

（三次元造形物の分割面の決定方法の参考例３）
三次元造形物の色が急激に変化している箇所を含む断面や、三次元造形物の角度が急激に変化している箇所を含む断面を三次元造形物の分割面として決定しても良い。この場合には、たとえば、上位装置５３は、表示装置５４に表示される三次元データの、三次元造形物の分割面の候補となるいくつかの部分に線を引く。ユーザは、示された候補の中から三次元造形物の分割面を決定する。

（三次元造形物の分割面の決定方法の参考例４）
たとえば、アニメーションのキャラクタのフィギュア（三次元造形物）を製造する場合には、上位装置５３は、アニメーションの作成時に設定されるリグ（骨組み）を使用して、三次元造形物の分割面を決定しても良い。具体的には、上位装置５３は、リグの関節部を検出するとともに関節部を含む断面を三次元造形物の分割面として決定しても良い。この場合には、三次元造形物の比較的自然な位置で分割パーツ同士を接合することが可能になるため、分割パーツ同士の接合部分を目立ちにくくすることが可能になる。なお、リグの関節部が細かく設定されている場合には、比較的大きな関節部を含む断面を三次元造形物の分割面として決定しても良い。

１三次元造形物
１ａ接合面
２分割パーツ（第１分割パーツ）
３、５〜１０分割パーツ（第２分割パーツ）
４かつら（被覆部材）

Claims

複数の分割パーツによって構成されるとともに表面の一部が被覆部材に覆われている三次元造形物であって、
前記分割パーツとして、前記被覆部材から少なくとも一部が露出している第１分割パーツと、前記被覆部材に覆われている少なくとも１個の第２分割パーツとを備え、
前記第１分割パーツと前記第２分割パーツとの接合面の少なくとも一部は、前記被覆部材に覆われていることを特徴とする三次元造形物。
前記接合面の全体が前記被覆部材に覆われていることを特徴とする請求項１記載の三次元造形物。
前記第１分割パーツは、人間の顔の造形物であり、
前記第２分割パーツは、人間の後頭部の造形物であり、
前記被覆部材は、かつらであることを特徴とする請求項１または２記載の三次元造形物。