JP2018171779A - 造形装置及び造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作製される立体物の外観、構成を秘密にしながら、どの造形依頼に基づく立体物であるかを視認して特定できるようにする。
【解決手段】立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記立体モデルに対応する構造体を含む立体物を作製する造形装置において、前記立体物として、前記構造体の少なくとも一部を覆うカバー体が前記構造体に付加された立体物が作製され、前記カバー体の表面に前記立体物の識別情報である識別ＩＤを付加する付加手段を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。

近年、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている（本明細書ではこれらの技術を総称してＡＭ技術と呼ぶ）。ＡＭ技術は、立体モデルの３次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を造形台上に順次積層して固着することで、立体物（３次元物体）を作製する技術である。

特許文献１には、機器の利用者が秘匿出力を選択する選択手段と、前記選択手段の選択結果に応じて、出力用紙を封筒に格納し、封印する手段を有することを特徴とし、他人の印刷済みドキュメントの盗み見を防ぐ事の出来る画像記録装置が開示されている。また同文献は、封印された封筒あるいは箱状のものに指定された語句や出力時刻などのドキュメントの所有者（出力者）が自分のものであると特定できる情報を記録する手段を備える画像記録装置も開示している。
特許文献２には、組成物を用いて層を形成する層形成工程を複数回行い、前記層を積層し３次元造形物を製造する方法が開示されている。そして特許文献２では、複数回の前記層形成工程の間に、ＲＦＩＤタグを埋め込み、製造される複数個の３次元造形物について容易かつ確実に個体管理ができることが開示されている。

特開２００６−２１８６３６号公報 特開２０１５−１７４２７２号公報

ところで、ネットワーク等を通じて他人から依頼を受け、造形出力を行う造形サービス事業者が登場している。このような造形出力の依頼の中には、商品化前の「試作品」に係るもの等もあり、外観や構成等について秘密に管理されることが必要となる場合がある。このため、形成された立体物は、一般的に、サポート材や容器等で覆われ、外観で識別できないようになっている。このため、造形サービス事業者等においては、サポート材や容器等で覆われた立体物の識別・管理が困難であった。
特許文献１は、封筒あるいは箱状のものに指定された語句や出力時刻などのドキュメントの所有者（出力者）が自分のものであると特定できる情報を記録する手段を開示する。しかし、特許文献１に開示された技術によって、様々な形状・サイズの立体物を適切に収納しながら、立体物の外観、構成を秘匿することはできない。特許文献２は、３次元造形物にＲＦＩＤタグを埋め込み個体管理する技術を開示するが、特許文献２に開示された技術によって、立体物を秘匿可能に収納することはできない。
つまり、従来技術では、造形出力された様々な形状・サイズの立体物に対して、外観、構成を秘匿可能に収納し、造形出力を依頼した発注者に、送付先の間違い等が生じないように適切に届けることは困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、作製される立体物の外観、構成を秘密にしながら、どの造形依頼に基づく立体物であるかを視認して特定できるようにすること
を目的とする。

本発明の第１態様は、
立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記立体モデルに対応する構造体を含む立体物を作製する造形装置において、
前記立体物として、前記構造体の少なくとも一部を覆うカバー体が前記構造体に付加された立体物が作製され、
前記カバー体の表面に前記立体物の識別情報である識別ＩＤを付加する付加手段を有する
ことを特徴とする造形装置を提供する。

本発明の第２態様は、
立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記立体モデルに対応する構造体を含む立体物を作製する造形方法において、
前記構造体の少なくとも一部を覆うカバー体が前記構造体に付加された立体物を作製するステップと、
前記カバー体の表面に前記立体物の識別情報である識別ＩＤを付加するステップと、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。

本発明によれば、作製される立体物の外観、構成を秘密にしながら、どの造形依頼に基づく立体物であるかを視認して特定することが可能となる。

実施例１の造形装置を示す外観斜視図 実施例１の造形ユニット、プレート、ステージを示す概略断面図 実施例１のＩＤがカバー体にプリントされる形態を説明する概略斜視図 実施例１の造形装置の判断・処理の流れを説明するフローチャート 実施例２のＩＤがカバー体にプリントされた状態を示す概略斜視図

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術（ＡＭ技術）、すなわち、造形材料を２次元に配置して層状に積層することによって立体物（３次元物体）を作製する技術を採用した造形装置に関する。本明細書では、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形装置に与えられる３次元形状データが表す立体物）を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された（出力された）立体物を「造形物」と呼ぶ。造形装置では、造形対象物に対応する構造（「構造体」と呼ぶ）と同時に付加的な構造（「付加体」と呼ぶ）が造形される。付加体には、構造体のオーバーハング部分や強度の弱い部分などを支持するための構造である「サポート体」、および、構造体の外観（外観形状）・構成を秘匿するために構造体の全部又は一部を覆う構造である「カバー体」が含まれる。造形装置で作成された造形物から、付加体（サポート体およびカバー体）を除去することで、造形対象物に対応する「構造体」が得られる。

造形材料としては、作製する造形物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、主として構造体の造形に用いられる材料を「構造
材料」と呼び、主としてサポート体の造形に用いられる材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。なお、カバー体の造形にはいずれの材料を用いてもよいが、サポート材料を用いることで、構造体からの除去を簡単にすることができる。
構造材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ、ＰＳ（ポリスチレン）など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。あるいは、金属材料やセラミックス材料を用いてもよい。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）などを例示できる。
また、本明細書では、作製目的とする立体モデルの３次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られる断面データから生成されるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート体の断面データ、カバー体の断面データなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。「材料層」は、用いる造形材料の種類に応じて、１又は複数の材料層を組み合わせて形成される粒子の層である。

＜実施例１＞
以下に、実施例１について説明する。
本実施例では、構造体をカバー体で覆うことで造形物を作製し、このカバー体の表面に、造形対象物の造形依頼に係る識別ＩＤ（造形物を識別するための識別ＩＤ）をプリント（付加）することを特徴とする。
図１は、本実施例の造形装置１００を示す外観斜視図である。
図中には、造形ユニット１０、プレート２０、ステージ３０、カメラユニット（不図示）、コード書き込みユニット（不図示）を収容する造形室５０が示されている。また、造形室扉５１、操作表示部６０、カートリッジ収容部７０、作業室８０が示されている。
また、本実施例の造形装置１００は、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ユーザインタフェース部、通信部などにより構成される制御手段としてのシステム制御部１０１（図２参照）を備える。システム制御部１０１においては、ＲＯＭ等に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、造形装置１００の動作制御を行う。なお、動作制御のプログラムは必ずしも造形装置１００で実行される必要はなく、造形システムの中であればどこで実行されても構わない。

図２は、本実施例の造形ユニット１０、プレート２０、ステージ３０を示す概略断面図である。
造形ユニット１０は、主として材料層形成部３と中間転写体４と加熱部材６を有する。材料層形成部３は、造形対象物の３次元形状データから生成された複数層のスライスデータに基づいて、造形材料からなる粒子状の材料層１を形成する。
ここで、構造体とともに付加体が作製される場合であって、付加体がサポート体とカバー体を含む場合には、サポート体の断面データとカバー体の断面データもスライスデータに含まれる。例えば、構造体の外観、構成を秘匿するためにカバー体が用いられる場合、スライスデータには、カバー体の断面データが含まれる。また、識別ＩＤをプリントする場合、スライスデータには、識別ＩＤの断面データが含まれる。識別ＩＤのプリントについては後述する。
本実施例において、材料層形成部３は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる１層分の材料層を形成する。以下、材料層形成部３が電子写真プロセスを利用する例について説明するが、本発明は、インクジェットプロセスなどの他の方法を利用する場合にも適用することができる。

中間転写体４は、材料層形成部３により形成された材料層１を転写位置７にて順次受け
取り、材料層１を担持して所定の位置まで搬送する無端ベルト状の搬送体である。中間転写体４は、駆動モータを備えた駆動ローラ５ａと、中間転写体４の蛇行を補正するために不図示の駆動系により回転軸を傾かせることのできる従動ローラ５ｂとにより張架されている。駆動ローラ５ａと従動ローラ５ｂはそれぞれ、中間転写体４の蛇行を防止するために、回転軸方向で中央側を両端側よりも若干高くしたクラウン形状に形成されている。
プレート２０は、材料層１が積層されることで作製されていく造形物２を保持する積層面２０ａを有する基板（造形台）であり、ステージ３０に着脱可能に保持される。加熱部材６は、中間転写体４の内周側に配置され、Ｚ方向（高さ方向）に移動可能で、中間転写体４上の材料層１を加熱溶融するために温度制御される加熱部材である。加熱部材６は、積層位置８で、中間転写体４の内周面に当接可能な加熱面（加圧面）６ａを有する。

材料層形成部３にて形成された材料層１は、転写位置７で中間転写体４に転写され、駆動ローラ５ａの回転により図中矢印９の方向に搬送される。そして、材料層１が所定の積層位置８まで搬送されると、中間転写体４による材料層１の搬送動作は停止状態となる。
積層位置８で、プレート２０の積層面２０ａまたは積層面２０ａ上（積層面上）の造形物２と、加熱部材６との間で、中間転写体４の表面（外周面）に担持された材料層１が挟まれることで、積層が行われる。

図３Ａ〜３Ｃは、本実施例の造形装置１００において、構造体２ａとカバー体２ｂとが積層造形され、造形物を識別するための識別ＩＤ（以下、ＩＤ）２１がカバー体２ｂにプリントされる形態を説明するための概略斜視図である。
本実施例では、プレート２０上に、構造体２ａと、構造体２ａと共通の構造材料から成るカバー体２ｂとが積層造形され、この、構造体２ａを覆う「覆い」であるところのカバー体２ｂに、造形対象物の造形依頼に係るＩＤ２１がプリントされる。
図３Ａは、プレート２０上に、構造体２ａとカバー体２ｂとの造形が開始されている状態を示している。なお、構造体２ａとカバー体２ｂとの間は、適宜サポート体が設けられるが、図３Ａ〜３Ｃにおいてはサポート体を不図示としている。
図３Ｂは、構造体２ａの造形が終了し、カバー体２ｂが構造体２ａを完全に覆っている状態を示している。点線で表した箇所は、カバー体２ｂ外側から視認できない部分である。
図３Ｃは、カバー体２ｂ上部表面にＩＤ２１がプリントされた状態を示している。

図４は、本実施例の造形装置１００の判断・処理の流れを説明するフローチャートである。
本実施例の造形装置１００（または造形装置１００と接続したサーバ）は、ネットワークに対して、造形依頼を受け付けるためのホームページを表示する（Ｓ４０１）。
発注者によりホームページ上で造形依頼がなされると（Ｓ４０２）、本実施例の造形装置１００は発注者の造形依頼を、造形ジョブとして記憶・管理する（Ｓ４０３）。造形ジョブは発注データと、発注データに関連付けて保持される属性情報とからなる。属性情報には、発注データの識別情報、発注データの送受信日時に関する情報、造形物の納期に関する情報、造形対象物のフットプリント（上面投影形状・面積）に関する情報、発注者の識別情報等が含まれる。また、発注データは、造形対象物の３次元形状を示す３次元形状データを含む。

造形装置１００は、また、発注者が３次元造形発注用のアプリケーションプログラムをダウンロードできるように表示する（Ｓ４０４）。
造形装置１００は、また、１又は複数の造形ジョブに基づいて造形プランを作成する（Ｓ４０５）。ここで、造形プランとは、造形ジョブをまとめて行うためのプレート２０の割り当て、ステージ３０上におけるプレート２０の配置、造形開始・終了予定時刻の算出等をいう。
造形開始時間が到来すると（Ｓ４０６）、造形装置１００は、造形室５０内のセッティングその他の準備が整っているか確認する（Ｓ４０７）。そして、各発注者端末に対してデータのリクエストを行う（Ｓ４０８）。そして、造形室扉５１をロックし（Ｓ４０９）、層ごとのスライスデータに基づいて各プレート２０上にそれぞれ積層造形を行う（Ｓ４１０）。層ごとのスライスデータは、その層の造形が終了した時点で造形装置１００より消去する（Ｓ４１１）。

Ｓ４１２では、すべての造形ジョブについて、その造形ジョブに係るＩＤ２１のプリントを含む造形処理が終了したかどうかを判断する。Ｓ４１２で否定判断の場合にはＳ４１０に戻る。
このとき、造形ジョブに係る造形物２の作製が終了したものに対しては、その造形物２のカバー体２ｂに対して、その造形ジョブに係るＩＤ２１をプリントするための動作が行われる。すなわちカバー体２ｂが積層造形されると、カバー体２ｂの断面データを含むスライスデータに引き続き、その造形ジョブに係るＩＤ２１の断面データを含むスライスデータに基づく材料層１が形成され、プレート２０上の造形物２のカバー体２ｂ上に積層される。
ここで、本実施例では、「プリント」は、付加手段を兼ねる材料層形成部３で形成したサポート材料や構造材料からなる材料層を、カバー体２ｂに対して積層することをいうものであるが、これに限るものではない。「プリント」は、例えばインクやトナーを転写したり吹き付けたりすることや、アークやレーザ等で孔や窪みをうがつこと等、素材上に文字・記号・図柄を付加することを総称していうものである。造形装置１００には、このような付加を行う付加手段が設けられるものであればよい。

すべての造形ジョブについて造形処理が終了すると（Ｓ４１２でＹｅｓ）、造形室扉５１をアンロックし（Ｓ４１３）、オペレータに通知して（Ｓ４１４）、フローを終了する。
ここで、造形対象物の造形依頼に係るＩＤ２１は、外観から造形物を識別することができなくても、どの造形依頼に係るものであるかを造形サービス事業者のオペレータ等が視認して特定できる情報を含むように構成されている。ここで、ＩＤ２１は、３次元形状データと関連付けられた情報を含むものであってもよい。ＩＤ２１が３次元形状データと関連付けられることで、３次元形状データに基づき作製される造形物に、その造形物を識別するためのＩＤ２１を確実にプリントすることができる。

以上、説明したように、本実施例によれば、構造体２ａとともに、その構造体２ａを覆うカバー体２ｂが形成されるため、構造体２ａの形状・サイズに関わらず、構造体２ａの外観、構成を適切に秘匿することができる。さらに、造形対象物の造形依頼に係るＩＤ２１が、カバー体２ｂにプリントされるため、外観から造形物を識別することができなくても、どの造形依頼に係るものであるかを造形サービス事業者のオペレータ等が視認して特定することが可能となる。したがって、発注者に対して、誤りなく送付すること等、作製された造形物の適切な管理が可能となる。

＜実施例２＞
以下に、実施例２について説明する。なお、本実施例では、実施例１と異なる構成や処理について説明し、実施例１と同様の構成や処理についての説明は省略する。
本実施例では、構造体２ａを覆うカバー体２ｂにプリントするＩＤ２１が、造形対象物の発注者の名称、及び／又は住所を含むものであることを特徴とする。
上述したように、造形装置１００によって作製された造形物２は、その外観によって識別できなくても、カバー体２ｂにプリントされたＩＤ２１により、識別して管理を行うことが可能である。発注者からの依頼により造形出力を行う造形サービス事業者にあっては、作製された造形物２の管理で特に重要とされるのは、造形物２が発注者のもとへ適切に
届けられることである。
ここで、造形物２を発注者のもとへ配送するのは、一般的には造形サービス事業者とは異なる配送事業者（宅配業者、運送会社）である。このため、この配送事業者に対して、その造形物２の発注者が明らかとなることが、作製された造形物２を適切に管理する上で、より一層重要である。

図５は、本実施例の造形装置１００により作製された構造体２ａを覆うカバー体２ｂの上部に、ＩＤ２１がプリントされた状態（図３に示したものとは異なる形態）を示す概略斜視図である。
本実施例におけるＩＤ２１には、発注者の名称、及び／又は住所がアルファベットで表わされている。ＩＤ２１が、発注者の名称や住所を含まないものである場合には、配送事業者の配達人等は、ＩＤ２１と発注者の名称や住所を対照したテーブル等を参照しなければ、その造形物を適切に配達することができない。
これに対して、図５に示すように、発注者の名称、及び／又は住所を含むＩＤ２１がカバー体２ｂにプリントされていれば、配達人等はこのＩＤ２１を視認してその造形物２を発注者のもとに確実に届けることが可能となる。

このように本実施例によれば、作製された構造体２ａがカバー体２ｂに覆われることにより、その外観によって識別できなくても、カバー体２ｂに付されたＩＤ２１に基づき配送事業者の配達人等が造形物２を発注者のもとに確実に届けることが可能になる。

＜実施例３＞
以下に、実施例３について説明する。なお、本実施例では、実施例１と異なる構成や処理について説明し、実施例１と同様の構成や処理についての説明は省略する。
本実施例では、構造体２ａを覆うカバー体２ｂにプリントするＩＤ２１が、特定の配送事業者名を含むものであり、その特定の配送事業者において、配送先（発注者に関する情報）と関連付けられるものであることを特徴とする。
上述したように、造形物２が発注者のもとへ適切に届けられることが、造形物２の管理において特に重要である。ここで、造形物２を発注者のもとへ適切に届けることについて、必ずしも造形サービス事業者が発注者に関する情報を知っている必要はない。造形物２の外観、構成がその発注者と結び付けられて一体として知得されないためには、むしろ、造形サービス事業者に対して発注者に関する情報を秘密にしておくことが秘密管理上有利である。

そこで、例えば、以下のようにして、造形サービス事業者に対して発注者に関する情報を秘密にしながら造形物２が発注者のもとへ届けられるようにすることができる。
まず、造形サービス事業者が開設するホームページ（以下、「第１のホームページ」と呼ぶ）とは別の、配送事業者（宅配業者、運送会社）が開設するホームページ（以下、「第２のホームページ」と呼ぶ）を設定する。このとき、第２のホームページに発注者に関する情報として発注者の名称、及び／又は住所をユーザに入力させ、さらに、これらの入力情報と関連付けられて発行されたＩＤ（以下、「デリバリーＩＤ」と呼ぶ）を第１のホームページに入力させる。デリバリーＩＤは、配送事業者名と関連付けられており、造形装置１００は、入力されたデリバリーＩＤに基づいて、その配送事業者名を含む識別ＩＤ（以下、「造形物ＩＤ」と呼ぶ）を生成する。ここで、造形物ＩＤは、発注者に関する情報と配送事業者側の端末等において関連付けられているデリバリーＩＤ（配送事業者側の識別ＩＤ）に対して関連付けられることとなる。
造形装置１００は、造形物２を造形する際に、その造形物ＩＤをＩＤ２１としてカバー体２ｂにプリントする。

造形サービス事業者は、造形物ＩＤに含まれる配送事業者名に基づき、その配送事業者
に造形物２を引き渡す。このとき、デリバリーＩＤと、造形物２のカバー体２ｂに付された造形物ＩＤとを対照したテーブルを開示する。
これにより、この配送事業者は、造形サービス事業者から引き渡された造形物２に対応するデリバリーＩＤを、造形物２のカバー体２ｂに付された造形物ＩＤに基づいて取得することができる。そして、このデリバリーＩＤから、第２のホームページで発注者により入力された発注者の名称、及び／又は住所を取得して、その発注者のもとに、造形サービス事業者から引き渡された造形物２を届けることが可能になる。

以上説明したように、本実施例によれば、造形サービス事業者に対して、発注者の名称、及び／又は住所を秘密にしながら、造形物２を発注者のもとに確実に届けることが可能になる。
したがって、造形物２の外観、構成と発注者とが結び付けられて一体として知得されるリスクが低減され、秘密管理の安全性がより高まるという効果が奏される。

２…造形物、２ａ…構造体、２ｂ…カバー体、３…材料層形成部、２１…識別ＩＤ、１００…造形装置

Claims (6)

1. 立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記立体モデルに対応する構造体を含む立体物を作製する造形装置において、
   前記立体物として、前記構造体の少なくとも一部を覆うカバー体が前記構造体に付加された立体物が作製され、
   前記カバー体の表面に前記立体物の識別情報である識別ＩＤを付加する付加手段を有する
   ことを特徴とする造形装置。
2. 前記識別ＩＤは、前記立体物の作製を発注する発注者の名称、及び／又は住所を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記識別ＩＤは、作製した前記立体物を前記立体物の作製を発注した発注者に配送する配送事業者に関する情報を含み、かつ、前記発注者に関する情報と前記配送事業者側の端末において関連付けられている前記配送事業者側の識別ＩＤに対して関連付けられていることを特徴とする請求項１に記載の造形装置。
4. 前記３次元形状データから生成されるスライスデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成手段を有し、
   前記材料層形成手段が、前記付加手段を兼ねる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形装置。
5. 前記識別ＩＤは、前記３次元形状データと関連付けられた情報を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の造形装置。
6. 立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記立体モデルに対応する構造体を含む立体物を作製する造形方法において、
   前記構造体の少なくとも一部を覆うカバー体が前記構造体に付加された立体物を作製するステップと、
   前記カバー体の表面に前記立体物の識別情報である識別ＩＤを付加するステップと、
   を含むことを特徴とする造形方法。
   

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