JP2019043128A - 強化サポート材を用いる３ｄ印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サポート材にラフト構造を加えることにより、サポート材の崩壊に起因する３Ｄソリッドモデルの印刷失敗を効果的に回避することが可能な強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法を提供する。【解決手段】強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、３Ｄプリンタにより３Ｄオブジェクトの多層のオブジェクト印刷データ、多層のサポート材印刷データ及び多層のラフト印刷データを取得する工程と、ラフト印刷データに基づいて印刷ステージ上でラフトソリッドモデルを積層印刷する工程と、サポート材印刷データに基づいてラフトソリッドモデル上でサポート材ソリッドモデルを積層印刷する工程と、３Ｄプリンタによりラフトソリッドモデル及びサポート材ソリッドモデルを印刷する間に、オブジェクト印刷データに基づいて３Ｄソリッドモデルを積層印刷する工程と、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、３Ｄ印刷方法に関し、特に、強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法に関する。

ＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，熱溶解積層法）方式３Ｄプリンタは、ユーザにより入力された印刷データを読み取り、印刷ステージ上で印刷材料を絞り出すことで対応する３Ｄソリッドモデルを積層印刷することが可能である。

具体的に、ＦＤＭ方式３Ｄプリンタは、熱可塑性印刷材料を用いる。ＦＤＭ方式３Ｄプリンタは、印刷を行うとき、成形ノズルを加熱し、成形ノズルにより溶融状態の印刷材料を印刷ステージに絞り出すことで、印刷材料により３Ｄソリッドモデルの各印刷層を構成する。

従来のＦＤＭ方式３Ｄプリンタは、成形ノズルの待機期間（例えば、他のノズルが印刷を行っている期間）において、溶融状態の印刷材料が成形ノズルから流出することがある。ＦＤＭ方式３Ｄプリンタは、一部の印刷材料が流失したため、次回印刷し続ける際に印刷材料の供給が不連続となって印刷が失敗してしまう問題があった。

上記のような問題を解決するために、現在、サポート材を用いる３Ｄ印刷方法が考えられる。上記のサポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、毎回成形ノズルの待機が終了して印刷し続ける時点（例えば、他のノズルが印刷完了）、成形ノズルが印刷材料の供給が連続となる状態にあることを確保するために、１層のサポート材を先にテスト印刷した後、３Ｄソリッドモデルを初めて印刷するように成形ノズルを制御する必要がある。既存のサポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、サポート材を印刷する期間に印刷材料の供給が不連続となる現象を発生させることにより、印刷材料の供給の不連続に起因する３Ｄソリッドモデルの印刷失敗を効果的に回避するようにしている。

しかし、上記の方法によると、サポート材が印刷ステージのスペースを過剰に占めることを回避するために、既存のサポート材は、通常細長い構造に設定されて安定していない。また、サポート材を印刷する期間に印刷材料の供給が不連続となる現象を発生させるため、サポート材の構造が不完全となって、サポート材の構造が崩壊するリスクをさらに増加させる。そのため、既存のサポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、印刷過程中にサポート材が崩壊して、３Ｄソリッドモデルの印刷が失敗してしまう問題があった。

そこで、本発明は、サポート材の崩壊を防止するように、サポート材の構造を強化することが可能な強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法を提供することを目的とする。

一実施例において、印刷ステージと成形ノズルとを備える３Ｄプリンタに用いる強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、（ａ）３Ｄオブジェクトの多層のオブジェクト印刷データ、多層のサポート材印刷データ及び多層のラフト印刷データを取得する工程と、（ｂ）ラフト印刷データに基づいて印刷ステージ上でラフトソリッドモデルを積層印刷するように成形ノズルを制御する工程と、（ｃ）ラフトソリッドモデルの印刷が完了した後に、サポート材印刷データに基づいてラフトソリッドモデル上でサポート材ソリッドモデルを積層印刷するように成形ノズルを制御する工程と、（ｄ）ラフトソリッドモデル及びサポート材ソリッドモデルを印刷する間に、オブジェクト印刷データに基づいて３Ｄソリッドモデルを積層印刷するように成形ノズルを制御する工程と、を含む。

本発明は、サポート材にラフト構造を加えることにより、サポート材の崩壊に起因する３Ｄソリッドモデルの印刷失敗を効果的に回避することができる。

本発明の一実施例に係る３Ｄ印刷システムを示す構造図である。 本発明の一実施例に係る３Ｄプリンタの外観を示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係る印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係る印刷方法を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例に係る印刷方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施例に係る印刷方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係るソリッドモデルを示す概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第１の概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第２の概略図である。 本発明の一実施例に係る掻き取り作業を示す第１の概略図である。 本発明の一実施例に係る掻き取り作業を示す第２の概略図である。 本発明の一実施例に係るソリッドモデルを示す概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第１の概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第２の概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第３の概略図である。 本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第４の概略図である。 本発明の一実施例に係るラフトオブジェクトのサイズを示す概略図である。

以下、本発明の目的、実施方式及び効果をより理解するために、具体的な実施例と添付の図面を組み合わせて本発明に係る技術内容を詳細に説明するが、本発明の特許請求の範囲は限定されない。

図１及び図２を参照する。図１は、本発明の一実施例に係る３Ｄ印刷システムを示す構造図である。図２は、本発明の一実施例に係る３Ｄプリンタの外観を示す概略図である。本発明としては、３Ｄ印刷システム１に用いる強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法（以下、印刷方法と略称）が開示されている。３Ｄ印刷システム１は、３Ｄプリンタ３と、スライサーソフトウェア２０とを含む。

一実施例において、スライサーソフトウェア２０は、電子装置２（例えば、ノートパソコン、タブレットＰＣ、パソコン又はクラウドサーバー）のメモリに保存される。メモリは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。上述したスライサーソフトウェア２０には、コンピュータが実行可能なプログラムコードが記録される。電子装置２のプロセッサ（図示せず）は、スライサーソフトウェア２０を実行した後、本発明の各実施例に係る印刷方法のスライス処理の各工程を実行してもよい。

３Ｄプリンタ３は、主としてメモリモジュール３０１と、成形ノズル３０３と、マンマシンインタフェース３０５と、接続モジュール３０６と、印刷ステージ３０７と、これらに接続される制御モジュール３００とを含む。

成形ノズル３０３は、印刷材料を保存する印刷材料供給装置３１０に接続され、印刷材料を用いて３Ｄ印刷を行うことが可能である。

一実施例において、３Ｄプリンタ３は、熱溶解積層（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＦＤＭ）式３Ｄプリンタである。印刷材料供給装置３１０は、熱可塑性印刷材料（例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ）、又はポリ乳酸（ＰＬＡ））を成形ノズル３０３に供給する。成形ノズル３０３は、成形材料を半溶融状態に加熱して３Ｄ印刷を行う。

メモリモジュール３０１は、データを保存するために用いられる。接続モジュール３０６（例えば、ＵＳＢモジュール、ＰＣＩ ｂｕｓモジュール、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）モジュール又はブルートゥース（登録商標）モジュール）は、電子装置２に接続され、電子装置２からデータ（後述するオブジェクト印刷データ、サポート材印刷データ及びラフト印刷データ）を受信する。マンマシンインタフェース３０５（例えば、ボタン、モニター、パイロットランプ、ブザー、又はこれらの任意の組合せ）は、ユーザの操作を受けて印刷に関連する情報を出力する。制御モジュール３００は、３Ｄプリンタ３の各装置の動作を制御するために用いられる。

一実施例において、メモリモジュール３０１は、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、中に印刷ソフトウェア３０２が保存される。印刷ソフトウェア３０２には、コンピュータが実行可能なプログラムコードが記録される。制御モジュール３００は、印刷ソフトウェア３０２を実行した後、本発明の各実施例に係る印刷方法の印刷処理の各工程を実行してもよい。

一実施例において、３Ｄプリンタ３は、カラー印刷機能を有する。具体的に、３Ｄプリンタ３は、制御モジュール３００に電気的に接続される着色ノズル３０４をさらに含む。着色ノズル３０４は、インクが保存されるインクカートリッジ３１１に接続され、印刷された３Ｄソリッドモデルに対して着色を行う。一実施例において、着色ノズル３０４は、複数のサブノズルを含んでもよい。各サブノズルは、異なる色（例えば、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）及びブラック（Ｂｌａｃｋ））の複数のインクカートリッジ３１１にそれぞれ接続され、混色でフルカラー印刷を実現することができる。

一実施例において、３Ｄプリンタ３は、制御モジュール３００に電気的に接続される移動機構３０８を含む。移動機構３０８は、成形ノズル３０３と着色ノズル３０４を接続して１つ又は複数の軸方向（例えば、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸）に移動させて印刷を行うように制御する。

一実施例において、移動機構３０８は、成形ノズル３０３と着色ノズル３０４に接続されずに印刷ステージ３０７に配置される。具体的に、移動機構３０８は、印刷ステージ３０７を１つ又は複数の軸方向（例えば、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸）に移動させるように制御することで、成形ノズル３０３及び着色ノズル３０４は、移動しなくても印刷を行うことができる。

図３は、本発明の第１の実施例に係る印刷方法を示すフローチャートである。同図を参照する。本発明の各実施例に係る印刷方法は、主に図１及び図２に示す３Ｄ印刷システム１により実現するものである。本実施例の印刷方法は以下の工程を含む。

工程Ｓ１００において、３Ｄプリンタ３の制御モジュール３００は、印刷データ（印刷データは、３Ｄオブジェクトに対応するオブジェクト印刷データ、サポート材オブジェクトに対応するサポート材印刷データ及びラフトオブジェクトに対応するラフト印刷データであってもよい）を取得する。上記の各印刷データは、複数の層に対応する複数のデータを含み、各データがある経路にそれぞれ対応してもよい。成形ノズル３０３は、この経路に沿って印刷を行うと、対応する１層の３Ｄソリッドモデル、サポート材ソリッドモデル又はラフトソリッドモデルを作成することができる。

工程Ｓ１０２において、制御モジュール３００は、各印刷データの複数の層のうち１つ（例えば、第１層）を順に選択する。一実施例において、制御モジュール３００は、複数の層数値のうち１つ（例えば、層数値１）を順に選択するようにしている。

工程Ｓ１０４において、制御モジュール３００は、ラフトソリッドモデルの印刷が完了したか否かを判断し、即ち、全ての層のラフト印刷データが選択されて印刷が完了するか否かを判断する。

制御モジュール３００は、ラフトソリッドモデルの印刷が完了したと判断すると、工程Ｓ１０６を実行する。そうでなければ、制御モジュール３００は、工程Ｓ１０８を実行する。

工程Ｓ１０６において、ラフトソリッドモデルの印刷が完了した後に、制御モジュール３００は、選択された（即ち、同一層数値の）１層のサポート材印刷データに基づいて１層のサポート材ソリッドモデルを印刷するように成形ノズル３０３を制御する。具体的に、本発明は、サポート材と印刷ステージ３０７との接触面積を増やすように、サポート材ソリッドモデル（即ち、サポート材）にラフトソリッドモデルを加えることにより、サポート材の安定度を強化することができる。次に、工程Ｓ１１０を実行する。

制御モジュール３００は、工程Ｓ１０４においてラフトソリッドモデルの印刷が完了しないと判断すると、工程Ｓ１０８を実行する。制御モジュール３００は、選択された（即ち、同一層数値の）１層のラフト印刷データに基づいて１層のラフトソリッドモデルを印刷するように成形ノズル３０３を制御する。次に、工程Ｓ１１０を実行する。

工程Ｓ１１０において、制御モジュール３００は、選択された（即ち、同一層数値の）１層のオブジェクト印刷データに基づいて１層の３Ｄソリッドモデルを印刷する。

一実施例において、サポート材ソリッドモデルのラフトの印刷位置は、３Ｄソリッドモデル及びそのラフト（もしあれば）の印刷位置と離間されている（図７に示す）。具体的に、制御モジュール３００は、成形ノズル３０３を制御して１層のサポート材ソリッドモデル（又はラフトソリッドモデル）を印刷した後に、次に印刷ステージ３０７の他の位置に同一層の３Ｄソリッドモデル又はそのラフトを印刷する。或いは、制御モジュール３００は、成形ノズル３０３を制御して、まず１層の３Ｄソリッドモデル又はそのラフトを印刷した後に、次に印刷ステージ３０７の他の位置に同一層のサポート材ソリッドモデル（又はラフトソリッドモデル）を印刷してもよい（又は、同時に印刷してもよい）。

他の実施例において、３Ｄソリッドモデルは、サポート材ソリッドモデルとラフトを共用する（図１０に示す）。具体的に、制御モジュール３００は、成形ノズル３０３を制御して全ての層のラフトソリッドモデルを印刷した後に、印刷されたラフトソリッドモデル上でサポート材ソリッドモデル及び３Ｄソリッドモデルを積層印刷するようにしている。言い換えれば、本実施例において、制御モジュール３００は、工程Ｓ１０８を実行した後に、工程Ｓ１１２を実行する。

一実施例において、本発明は、掻き取り機能をさらに提供する。具体的に、制御モジュール３００は、３Ｄソリッドモデルを印刷している間に、予め設定された掻き取り条件（例えば、２０秒ごとに１回の掻き取り動作を実行し、単層の各領域の３Ｄソリッドモデルの印刷が完了した後に１回の掻き取り動作を実行し、又は、層ごとの３Ｄソリッドモデルの印刷が完了した後に１回の掻き取り動作を実行する）が満たされるか否かを判断し続ける。掻き取り条件が満たされると、印刷されたサポート材ソリッドモデルに対して掻き取り動作を行うように成形ノズル３０３を制御することで、成形ノズル３０３上の残留印刷材料を掻き取る。これにより、本発明は、成形ノズル３０３上の残留印刷材料が３Ｄソリッドモデルに付着されることに起因する印刷品質の低下を効果的に回避することができる。

なお、本発明は、サポート材ソリッドモデルと３Ｄソリッドモデルとを同時に積層印刷するので、印刷過程中にサポート材ソリッドモデルと３Ｄソリッドモデルとが同じ高さを有することになる。これにより、成形ノズル３０３の掻き取りを実行する移動距離や移動時間を効果的に短縮することができる。また、本発明は、サポート材ソリッドモデルと３Ｄソリッドモデルとの高さの差（即ち、Ｚ軸における距離）を考慮する必要がないので、掻き取り動作の精度を効果的に向上させることができる。これにより、掻き取り動作の不完全性に起因する印刷品質の低下、又は成形ノズル３０３が掻き取るときにサポート材ソリッドモデルへの過度な衝突に起因するサポート材ソリッドモデルの崩壊を回避することができる。

工程Ｓ１１２において、制御モジュール３００は、印刷が完了したか否かを判断し、即ち、全ての層の各印刷データが選択されて印刷が完了するか否かを判断する。一実施例において、制御モジュール３００は、全ての層数値が選択されたか否かを判断する。

制御モジュール３００は、印刷が完了したと判断すると（即ち、全ての層の印刷データが選択されて印刷が完了する）、印刷を終了する。そうでなければ、制御モジュール３００は、工程Ｓ１０２〜工程Ｓ１１０を再び実行して、他の層（例えば、第２層又は層数値２）の印刷データを選択して当該他の層のソリッドモデルを印刷する。

本発明は、サポート材にラフト構造を加えることにより、サポート材の安定度を効果的に向上させることができる。その結果、サポート材の崩壊に起因する３Ｄソリッドモデルの印刷失敗を効果的に回避することができる。

図７〜図９Ｂを参照する。図７は、本発明の一実施例に係るソリッドモデルを示す概略図である。図８Ａは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第１の概略図である。図８Ｂは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第２の概略図である。図９Ａは、本発明の一実施例に係る掻き取り作業を示す第１の概略図である。図９Ｂは、本発明の一実施例に係る掻き取り作業を示す第２の概略図である。図７〜図８Ｂでは、本発明は、サポート材をどのように強化するかが例示されている。図９Ａ〜図９Ｂでは、本発明は、掻き取り動作をどのように実行するかを説明する。

本実施例において、サポート材４２（即ち、全ての層のサポート材ソリッドモデル）のラフト４０（即ち、全ての層のラフトソリッドモデル）の印刷位置は、３Ｄソリッドモデル５の印刷位置と離間されている（図７に示す）。また、本実施例では、ラフト４０として１層のラフトソリッドモデル４００のみを印刷する。

印刷過程中において、図８Ａに示すように、成形ノズル３０３は、まず印刷ステージ上で第１層のラフトソリッドモデル４００（層数値が１である）を印刷するとともに、それと同一層の３Ｄソリッドモデル５０（層数値が１である）を印刷する。ラフトソリッドモデル４００の印刷が完成した後に、図８Ｂに示すように、成形ノズル３０３は、ラフトソリッドモデル４００上で１層のサポート材ソリッドモデル４２０（層数値が２である）を印刷するとともに、それと同一層の３Ｄソリッドモデル５１（層数値が２である）を印刷する。最後に、図８Ｂに示す印刷工程を繰り返して多層の３Ｄソリッドモデルを積層すると、図７に示すような全体の３Ｄソリッドモデル５を作成することになる。

以下、掻き取り動作をどのように実行するかについて説明する。印刷の待機期間（例えば、成形ノズル３０３が移動している期間）において、溶融状態の印刷材料が成形ノズル３０３から流出することがある（以下、残留印刷材料と称する）。残留印刷材料が３Ｄソリッドモデル５に付着することを回避するために、成形ノズル３０３は、定期的又は不定期的に掻き取り動作を実行する必要がある。本実施例において、成形ノズル３０３は、単層における単一領域の印刷を完成した後に掻き取り動作を実行するようにしている。

印刷過程中において、図９Ａに示すように、成形ノズル３０３は、まず１層のサポート材ソリッドモデル４２１（層数値が３である）を印刷するとともに、それと同一層の一領域の３Ｄソリッドモデル５２（層数値が３である）を印刷する。次に、図９Ｂに示すように、成形ノズル３０３は、残留印刷材料４２１０を掻き取ってサポート材ソリッドモデル４２１上に残すように、サポート材ソリッドモデル４２１上で掻き取り動作を実行するとともに、それと同一層の他の領域の３Ｄソリッドモデル５３（層数値が３である）を印刷する。これにより、本発明は、残留印刷材料４２１０が３Ｄソリッドモデル５３に付着することを効果的に回避することができる。その結果、印刷品質を効果的に向上させることができる。

図４は、本発明の第２の実施例に係る印刷方法を示すフローチャートである。同図を参照すると、本実施例において、３Ｄソリッドモデルは、サポート材ソリッドモデルとラフトを共用するので（図１０に示す）、ラフトが占める印刷ステージ３０７のスペースを効果的に節約することができる。その結果、３Ｄプリンタ３は、より広い印刷ステージ３０７のスペースを有し、より大きなサイズの３Ｄソリッドモデルを印刷することができる。

また、本実施例では、カラー印刷機能を提供する。具体的に、３Ｄプリンタ３は、成形ノズル３０３を制御して各層の３Ｄソリッドモデルを印刷した後に、印刷された３Ｄソリッドモデルに対してインクを噴射して着色を行うように着色ノズル３０４を制御する。なお、このカラー印刷機能は、他の実施例（例えば、図３に示す第１の実施例）にも適用される。本実施例の印刷方法は以下の工程を含む。

工程Ｓ２００において、制御モジュール３００は、３Ｄオブジェクトの幾何情報に対応する多層のオブジェクト印刷データ、サポート材オブジェクトに対応する多層のサポート材印刷データ、ラフトオブジェクトに対応する多層のラフト印刷データ、及び３Ｄオブジェクトのカラー情報に対応する多層のカラー印刷データ（例えば、複数枚のカラー２Ｄ画像）を取得する。各層の印刷データのそれぞれは、１つの層数値に対応してもよい。

工程Ｓ２０２において、制御モジュール３００は、各印刷データの複数の層のうち１つ（例えば、第１層又は層数値１）を順に選択する。

工程Ｓ２０４において、制御モジュール３００は、ラフトソリッドモデルの印刷が完了したか否かを判断し、即ち、全ての層のラフト印刷データが選択されて印刷が行われたか否かを判断する。

制御モジュール３００は、ラフトソリッドモデルの印刷が完了したと判断すると、工程Ｓ２０６を実行する。そうでなければ、制御モジュール３００は、工程Ｓ２１４を実行する。

工程Ｓ２０６において、制御モジュール３００は、選択された１層のサポート材印刷データに基づいて１層のサポート材ソリッドモデルを印刷するように成形ノズル３０３を制御する。

工程Ｓ２０８において、制御モジュール３００は、選択された１層のオブジェクト印刷データに基づいて１層の３Ｄソリッドモデルを印刷する。

なお、工程Ｓ２０６と工程Ｓ２０８との前後関係は限定されない。他の実施例において、制御モジュール３００は、先に工程Ｓ２０８を実行してから工程Ｓ２０６を実行し、又は工程Ｓ２０８と工程Ｓ２０６とを同時に実行してもよい。

工程Ｓ２１０において、制御モジュール３００は、同一層のカラー印刷データに基づいて印刷された当該層の３Ｄソリッドモデルに対して着色する必要があるかどうかを判断する。一実施例において、制御モジュール３００は、同一層のカラー印刷データにカラー情報が含まれるか否かを判断し、カラー情報が含まれると判断すると、着色する必要があると判断した。

制御モジュール３００は、印刷された当該層の３Ｄソリッドモデルに対して着色する必要があると判断した場合、工程Ｓ２１２を実行する。そうでなければ、制御モジュール３００は、工程Ｓ２１６を実行する。

工程Ｓ２１２において、制御モジュール３００は、同一層のカラー印刷データに基づいて印刷された当該層の３Ｄソリッドモデルを着色するように着色ノズル３０４を制御する。

制御モジュール３００は、工程Ｓ２０４においてラフトソリッドモデルの印刷が完了しないと判断すると、工程Ｓ２１４を実行する。制御モジュール３００は、選択された１層のラフト印刷データに基づいて１層のラフトソリッドモデルを印刷するように成形ノズル３０３を制御する。次に、工程Ｓ２１６を実行する。

工程Ｓ２１６において、制御モジュール３００は、印刷が完了か否かを判断する。即ち、印刷する必要がある次層の印刷データが存在するか否かを判断する。

制御モジュール３００は、印刷が完了したと判断すると、印刷を終了する。そうでなければ、制御モジュール３００は、工程Ｓ２００〜工程Ｓ２１４を再び実行して、他の層（例えば、第２層又は層数値２）の印刷データを選択し、着色する必要があると判断した場合に印刷されたオブジェクトソリッドモデルに対して着色を行う。

本発明は、サポート材と３Ｄソリッドモデルとがラフトを共用することにより、ラフトが占める印刷ステージ３０７の使用スペースを効果的に減らすことができる。その結果、より大きなサイズの３Ｄソリッドモデルを効果的に印刷することができる。また、本発明によれば、カラーの３Ｄソリッドモデルを効果的に作成することができる。

図１０〜図１１Ｄを参照する。図１０は、本発明の一実施例に係るソリッドモデルを示す概略図である。図１１Ａは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第１の概略図である。図１１Ｂは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第２の概略図である。図１１Ｃは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第３の概略図である。図１１Ｄは、本発明の一実施例に係る印刷処理を示す第４の概略図である。図１０〜図１１Ｄでは、本発明は、印刷品質を向上させるとともにカラー印刷を行うようにサポート材をどのように使用するかが例示されている。

本実施例において、３Ｄソリッドモデル７は、サポート材８とラフト６を共用するようにしている（図１０に示す）。また、本実施例では、ラフト６として１層のラフトソリッドモデル６０を印刷する。

印刷過程中において、図１１Ａに示すように、成形ノズル３０３は、まず印刷ステージ上で第１層のラフトソリッドモデル６０（層数値が１である）を印刷する。ラフトソリッドモデル６０の印刷が完成した後に、図１１Ｂに示すように、成形ノズル３０３は、ラフトソリッドモデル６０上で１層のサポート材ソリッドモデル８０（層数値が２である）を印刷するとともに、それと同一層の３Ｄソリッドモデル７０（層数値が２である）を印刷する。３Ｄソリッドモデル７０の印刷が完成した後に、図１１Ｃに示すように、着色ノズル３０４は、３Ｄソリッドモデル７０上に１層のカラーコーティング層を噴射印刷することで、カラー３Ｄソリッドモデル７０’を生成する。最後に、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す印刷工程を繰り返して多層の３Ｄソリッドモデルを積層するとともに着色を行うと、図１０に示すような全体のカラーの３Ｄソリッドモデル７を作成することになる。

なお、図１１Ｃに示す工程において、着色ノズル３０４が噴射印刷している間に、溶融状態の印刷材料（同図に示す残留印刷材料８１０）が待機する成形ノズル３０３から流出することがある。残留印刷材料８１０が３Ｄソリッドモデル７に付着してその後の印刷材料の供給が不連続となることを回避するために、次層の３Ｄソリッドモデル７１を印刷する前、図１１Ｄに示すように、成形ノズル３０３は、印刷材料の供給が連続となることを確保するように、先に残留印刷材料８１０を用いてサポート材ソリッドモデル８１を印刷する（サポート材ソリッドモデル８１を印刷している期間に印刷材料の供給が不連続となる状況、例えば、図１１Ｄに示すサポート材ソリッドモデル８１に印刷欠陥がある状況が発生しても）とともに、掻き取り動作を行う。その後、３Ｄソリッドモデル７１を印刷する。これにより、本発明は、印刷材料の供給が不連続となる状況がカラーの３Ｄソリッドモデル７に発生することを効果的に回避することができる。その結果、印刷品質を向上させることができる。

なお、サポート材８は、印刷期間に印刷材料の供給の不連続に起因する構造が緻密にならないことがあって崩壊することがある。本発明は、サポート材８にラフト６を加えることにより、サポート材８の崩壊を効果的に回避することができる。その結果、印刷の成功率を向上させることができる。

図３〜図５を併せて参照する。図５は、本発明の第３の実施例に係る印刷方法の一部を示すフローチャートである。本実施例に係る印刷方法は、スライス処理をさらに含む。スライス処理により印刷データを生成することが可能である。印刷データは、制御モジュール３００により図３又は図４に示す印刷方法に用いられるものである。本実施例の印刷方法は以下の工程を含む。

工程Ｓ３００において、電子装置２は、スライサーソフトウェア２０を実行した後、１グループの３Ｄオブジェクトに対応する３Ｄオブジェクトデータを読み込む。

工程Ｓ３０２において、電子装置２は、サポート材機能がオンにされたか否か（例えば、ユーザがスライス処理を実行する際にサポート材の追加を選択したか否か）を判断する。

電子装置２は、サポート材機能がオンにされたと判断すると、工程Ｓ３０４を実行する。そうでなければ、電子装置２は、工程Ｓ３０６を実行する。

工程Ｓ３０４において、電子装置２は、１グループのサポート材オブジェクトに対応するサポート材印刷データを取得する。一実施例において、サポート材印刷データは、予めサポート材オブジェクトの幾何情報に対してスライス処理を実行することで得られた複数の層のデータである（例えば、成形ノズル３０３の各層の経路データである）。

工程Ｓ３０６において、電子装置２は、ラフト追加機能がオンにされたか否か（例えば、ユーザがスライス処理を実行する際にラフトの追加を選択したか否か）を判断する。

一実施例において、ユーザは、ラフト追加機能をオン／オフするように設定するときに、さらに３Ｄオブジェクトに対してラフトを追加するか、サポート材オブジェクトに対してラフトを追加するか、又は両者に対してラフトを追加するかを選択できる（又はシステムデフォルト）ようにしてもよい。

一実施例において、３Ｄオブジェクト及びサポート材オブジェクトに対してラフトを追加する場合、ユーザは、さらに３Ｄオブジェクト及びサポート材のラフトを離間させるか又は共用するか選択できる（又はシステムデフォルト）ようにしてもよい。

電子装置２は、ラフト追加機能がオンにされたと判断すると、工程Ｓ３０８を実行する。そうでなければ、電子装置２は、工程Ｓ３１０を実行する。

工程Ｓ３０８において、電子装置２は、１グループのラフトオブジェクトに対応するラフト印刷データを取得する。一実施例において、ラフト印刷データは、予めラフトオブジェクトの幾何情報に対してスライス処理を実行することで得られた複数の層のデータである（例えば、成形ノズル３０３の各層の経路データである）。

一実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトとのラフトが離間している場合、電子装置２は、サポート材オブジェクトのサイズ及び予め設定された拡張距離（第１の拡張距離、例えば１センチ）に基づいて、対応するラフトオブジェクトを算出するとともに、対応するラフト印刷データを生成する。これにより、本発明は、サポート材のラフトのラフト印刷データを生成することができる。

また、３Ｄオブジェクトにラフトを追加するように設定される場合、電子装置２は、３Ｄオブジェクトのサイズ及び他の拡張距離（第２の拡張距離、例えば０．５センチ）に基づいて、多層のオブジェクトラフト印刷データを生成することができる。

一実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトがラフトを共用する場合、電子装置２は、１つのラフト印刷データを生成してもよい。このラフト印刷データは、３Ｄオブジェクト及びサポート材オブジェクトを十分に載置可能なラフトオブジェクトに対応するものである。

工程Ｓ３１０において、電子装置２は、ロードされた３Ｄオブジェクトデータの幾何情報に基づいてスライス処理を実行することで、複数の層のオブジェクト印刷データを生成する。

一実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトとのラフトが離間し、且つ３Ｄオブジェクトにラフトを追加するように設定される場合、電子装置２は、オブジェクトラフト印刷データを生成されたオブジェクト印刷データ内に追加して新たなオブジェクト印刷データ（新たなオブジェクト印刷データは、ラフトオブジェクトが追加された３Ｄオブジェクトに対応するものである）とするようにしてもよい。

工程Ｓ３１２において、電子装置２は、層数値に基づいて、サポート材印刷データと、ラフト印刷データと、オブジェクト印刷データとをリンクする。具体的に、電子装置２は、各印刷データの同一層数の多数経路を単一経路になるようにリンクする。成形ノズルがリンクされた経路に基づいて印刷を行う際、対応するサポート材ソリッドモデル、ラフトソリッドモデル及びオブジェクトソリッドモデルを印刷することができる。

一実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトとのラフトが離間している場合、電子装置２は、ラフト印刷データとサポート材印刷データとをマージし（即ち、サポート材オブジェクトをラフトオブジェクト上に積み重ねて単一オブジェクトとする）、マージされた各層のラフト印刷データ及びサポート材印刷データを同一層のオブジェクト印刷データにリンクするようにしている。

一実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトがラフトを共用する場合、電子装置２は、多層のラフト印刷データを最低層に設定し、サポート材印刷データ及びオブジェクト印刷データをラフト印刷データ上に積層するように設定し、各層のサポート材印刷データを同一層のオブジェクト印刷データにリンクする。

工程Ｓ３１４において、電子装置２は、カラー印刷機能がオンにされたか否かを判断する。

電子装置２は、カラー印刷機能がオンにされたと判断すると、工程Ｓ３１６を実行する。そうでなければ、電子装置２は、スライス処理を終了する。

工程Ｓ３１６において、電子装置２は、３Ｄオブジェクトデータのカラー情報に基づいて多層のカラー印刷データ（例えば、カラー２Ｄ画像）を生成する。

このようにして、本発明は、印刷データを効果的に生成して３Ｄプリンタ３に用いられることにより、カラー印刷機能及びサポート材のラフト追加機能を実現することができる。

図４〜図６及び図１２を併せて参照する。図６は、本発明の第４の実施例に係る印刷方法の一部を示すフローチャートである。図１２は、本発明の一実施例に係るラフトオブジェクトのサイズを示す概略図である。本実施例において、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトがラフトを共用する。本実施例では、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトがラフトを共用する場合に、そのラフトのサイズを算出するラフトサイズ算出機能をさらに提供する。図５に示す実施例に比べ、本実施例の工程Ｓ３０８は以下の工程を含む。

工程Ｓ４０において、電子装置２は、３Ｄオブジェクトデータを分析することで３Ｄオブジェクト９０のサイズを取得し、３Ｄオブジェクト９０のサイズに基づいて３Ｄオブジェクト９０のバウンディングボックス９２（ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｂｏｘ，第２のバウンディングボックス）の範囲を算出する。

工程Ｓ４２において、電子装置２は、３Ｄオブジェクト９０のバウンディングボックス９２、予め設定された垂直間隔ｇ１（例えば、２センチ）、及び予め設定された水平間隔ｇ２（例えば、３センチ）に基づいて、３Ｄオブジェクト９０とサポート材オブジェクト９１（本実施例では、サポート材オブジェクト９１がＬ字形状である）とのバウンディングボックス９３（第１のバウンディングボックス）の範囲を算出する。

一実施例において、垂直間隔ｇ１と水平間隔ｇ２とが同一又は異なってもよく、これに限定されない。

工程Ｓ４４において、電子装置２は、バウンディングボックス９３及び予め設定された拡張距離に基づいてラフトオブジェクトのサイズを設定する。

一実施例において、拡張距離は、垂直拡張距離ｇ３と水平拡張距離ｇ４とを含む。電子装置２は、バウンディングボックス９３を垂直拡張距離ｇ３で垂直に拡張するとともに、水平拡張距離ｇ４で水平に拡張することにより、新たなバウンディングボックス９４（第３のバウンディングボックス）を得た。また、バウンディングボックス９４の範囲をラフトオブジェクトのサイズとして設定する。

工程Ｓ４６において、電子装置２は、設定されたラフトオブジェクトのサイズに基づいて対応するラフト印刷データを生成する。

これにより、本発明は、３Ｄオブジェクトとサポート材オブジェクトがラフトを共用する場合、必要とするラフトのサイズを算出することができる。

勿論、本発明は、他の複数の実施例を有してもよい。当業者が、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で対応する変化又は付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

１…３Ｄ印刷システム
２…電子装置
２０…スライサーソフトウェア
３…３Ｄプリンタ
３００…制御モジュール
３０１…メモリモジュール
３０２…印刷ソフトウェア
３０３…成形ノズル
３０４…着色ノズル
３０５…マンマシンインタフェース
３０６…接続モジュール
３０７…印刷ステージ
３０８…移動機構
３１０…印刷材料供給装置
３１１…インクカートリッジ
４０、６…ラフト
４００、６０…ラフトソリッドモデル
４２、８…サポート材
４２０〜４２１、８０〜８１…サポート材ソリッドモデル
４２１０…残留印刷材料
５、５０〜５３、７、７０〜７１…３Ｄソリッドモデル
７０’…カラー３Ｄソリッドモデル
９０…３Ｄオブジェクト
９１…サポート材オブジェクト
９２〜９４…バウンディングボックス
ｇ１…垂直間隔
ｇ２…水平間隔
ｇ３…垂直拡張距離
ｇ４…水平拡張距離

Claims (13)

1. 印刷ステージと成形ノズルとを備える３Ｄプリンタに用いる強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法であって、
   （ａ）３Ｄオブジェクトの多層のオブジェクト印刷データ、多層のサポート材印刷データ及び多層のラフト印刷データを取得する工程と、
   （ｂ）前記ラフト印刷データに基づいて前記印刷ステージ上でラフトソリッドモデルを積層印刷するように前記成形ノズルを制御する工程と、
   （ｃ）前記ラフトソリッドモデルの印刷が完了した後に、前記サポート材印刷データに基づいて前記ラフトソリッドモデル上でサポート材ソリッドモデルを積層印刷するように前記成形ノズルを制御する工程と、
   （ｄ）前記ラフトソリッドモデル及び前記サポート材ソリッドモデルを印刷する間に、前記オブジェクト印刷データに基づいて３Ｄソリッドモデルを積層印刷するように前記成形ノズルを制御する工程と、を含むことを特徴とする強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
2. 前記工程（ｄ）は、
   （ｄ１）掻き取り条件が満たされると、印刷された前記サポート材ソリッドモデルに対して掻き取り動作を行うように前記成形ノズルを制御することで、前記成形ノズル上の残留印刷材料を掻き取る工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
3. 前記工程（ａ）の前に、
   （ｅ１）前記３Ｄオブジェクトの３Ｄオブジェクトデータを取得する工程と、
   （ｅ２）サポート材オブジェクトの前記サポート材印刷データを取得する工程と、
   （ｅ３）ラフトオブジェクトの前記ラフト印刷データを取得する工程と、
   （ｅ４）前記３Ｄオブジェクトデータの幾何情報に基づいて前記オブジェクト印刷データを生成する工程と、
   （ｅ５）層数値に基づいて前記サポート材印刷データと、前記ラフト印刷データと、前記オブジェクト印刷データとをリンクする工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
4. 前記３Ｄプリンタは、熱溶解積層式３Ｄプリンタであり、
   前記工程（ｂ）、前記工程（ｃ）及び前記工程（ｄ）は、同一層数値を有する１層の前記ラフトソリッドモデル、前記サポート材ソリッドモデル及び前記３Ｄソリッドモデルの印刷が完了した後に次層の前記ラフトソリッドモデル、前記サポート材ソリッドモデル及び前記３Ｄソリッドモデルを印刷するように前記成形ノズルを制御することを特徴とする請求項３に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
5. 前記３Ｄプリンタは、着色ノズルを備え、
   前記強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法は、
   （ｆ１）多層のカラー印刷データを取得する工程と、
   （ｆ２）各層の前記３Ｄソリッドモデルの印刷が完了した後に、同一層の前記カラー印刷データに基づいて各層の前記３Ｄソリッドモデルを着色するように前記着色ノズルを制御する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
6. 前記工程（ａ）の前に、
   （ｅ６）前記３Ｄオブジェクトデータのカラー情報に基づいて前記カラー印刷データを生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
7. 前記工程（ｄ）では、前記印刷ステージ上の他の位置で前記３Ｄソリッドモデルを積層印刷することを特徴とする請求項３に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
8. 前記工程（ｅ３）では、前記サポート材オブジェクトのサイズ及び第１の拡張距離に基づいて前記ラフト印刷データを生成し、
   前記工程（ｅ５）では、前記ラフト印刷データと前記サポート材印刷データとをマージし、マージされた各層のデータを同一層の前記オブジェクト印刷データにリンクすることを特徴とする請求項７に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
9. 前記工程（ｅ４）は、
   （ｅ４１）前記３Ｄオブジェクトのサイズ及び第２の拡張距離に基づいて多層のオブジェクトラフト印刷データを生成する工程と、
   （ｅ４２）前記３Ｄオブジェクトデータの幾何情報に基づいて多層の前記オブジェクト印刷データを生成する工程と、
   （ｅ４３）前記オブジェクトラフト印刷データを前記オブジェクト印刷データに加える工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
10. 前記工程（ｄ）では、前記ラフトソリッドモデルの印刷が完了した後に、前記ラフトソリッドモデル上で前記３Ｄソリッドモデルを積層印刷することを特徴とする請求項３に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
11. 前記工程（ｅ５）では、前記ラフト印刷データを最低層に設定するとともに、各層の前記サポート材印刷データを同一層の前記オブジェクト印刷データにリンクすることを特徴とする請求項１０に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
12. 前記工程（ｅ３）は、
    （ｅ３１）前記３Ｄオブジェクトと前記サポート材オブジェクトとの第１のバウンディングボックスを算出する工程と、
    （ｅ３２）前記第１のバウンディングボックス及び第３の拡張距離に基づいて前記ラフトオブジェクトのサイズを設定する工程と、
    （ｅ３３）前記ラフトオブジェクトのサイズに基づいて前記ラフト印刷データを生成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。
13. 前記工程（ｅ３１）は、
    （ｅ３１１）前記３Ｄオブジェクトの第２のバウンディングボックスを算出する工程と、
    （ｅ３１２）前記第２のバウンディングボックス、水平間隔及び垂直間隔に基づいて前記第１のバウンディングボックスを算出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の強化サポート材を用いる３Ｄ印刷方法。