本発明は、3次元プリンタに関し、特に、3次元プリンタのモデルの印刷方法に関する。

近年、3次元印刷技術の成熟や3次元プリンタの小型化、低価格化に伴い、3次元プリンタは驚異的なスピードで普及している。また、一部の業者は、印刷された3次元モデルを人々が受け入れやすくするために、カラー3次元モデルを印刷可能な3次元プリンタを開発している。

一般的に、3次元プリンタは、ロードされた1つの3次元オブジェクトに対してコンピュータでスライス処理を行って生成される印刷情報を取得し、印刷情報に基づいてヘッドに印刷させることで、正確な位置において成形材及びインクを吐出する。こうすることで、3次元プリンタによって印刷を完了した後、ロードされた3次元オブジェクトと同じ形状や色の3次元ソリッドモデルが得られる。

しかしながら、現在、市販の3次元プリンタは、ロードされた3次元オブジェクトと同じ3次元ソリッドモデルしか印刷できない。すなわち、従来の3次元プリンタは、3次元オブジェクトの印刷情報を調整して特殊効果のある3次元ソリッドモデルを製作することができない。

従って、本発明の目的は、印刷された3次元ソリッドモデルが内部彫刻などの特殊効果を有することが可能な3次元プリンタのモデルの印刷方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る3次元プリンタのモデルの印刷方法は、外枠オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のスライス経路ファイルを生成するステップと、造形オブジェクトにスライス処理を行って複数の印刷層のインク吐出イメージファイルを生成するステップと、スライス経路ファイルに基づいて1つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷するステップと、印刷されたスライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行うステップと、インク吐出イメージファイルに基づいて印刷されたスライスオブジェクトの内部に着色するステップと、全ての印刷層を印刷するまで印刷を繰り返すステップと、を含む。

従来の3次元印刷方法と比較して、本発明は、第1オブジェクトにスライス処理を行って3次元モデルを印刷するためのスライス経路ファイルを取得するとともに、第2オブジェクトにスライス処理を行って3次元モデルを印刷するためのインク吐出イメージファイルを取得する。3次元プリンタは印刷時に第1オブジェクトの情報に基づいて成形材を吐出するとともに、第2オブジェクトの情報に基づいてインクを吐出する。こうすることで、印刷された3次元モデルは内部彫刻効果を得ることができる。

本発明の第1実施形態の3次元プリンタを示す図である。

本発明の内部彫刻モデルの第1実施形態を示す図である。

本発明の第1実施形態の印刷動作を示すフローチャートである。

本発明の第1実施形態の印刷動作を説明するための分解図である。

本発明の第1実施形態の第1印刷動作を示す図である。

本発明の第1実施形態の第2印刷動作を示す図である。

本発明の第1実施形態の第3印刷動作を示す図である。

本発明の第1実施形態の第4印刷動作を示す図である。

本発明の第1実施形態の第5印刷動作を示す図である。

本発明の第1実施形態の第6印刷動作を示す図である。

本発明の第2実施形態の印刷を示すフローチャートである。

本発明の第3実施形態の印刷を示すフローチャートである。

本発明の内部彫刻モデルの第2実施形態を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図1は、本発明の第1実施形態の3次元プリンタを示す図である。本発明に係る3次元プリンタの内部彫刻モデルの印刷方法(以下、印刷方法と称する)は、主に図1に示す3次元プリンタ(以下、プリンタ1と称する)を用いて実現される。

図1に示すように、プリンタ1は、主に、印刷プラットフォーム11、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13を有する。なお、3次元ヘッド12は成形材を吐出するためのものであり、2次元ヘッド13はインクを吐出するためのものである。一実施形態では、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13は、分離してプリンタ1に設置される。他の実施形態では、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13は、1つのヘッドモジュールに統合されてプリンタ1に共通に配置される。

図1に示す実施形態では、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13は、プリンタ1の同一制御ロッド14に設置される。詳細には、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13は、制御ロッド14に設置される。なお、プリンタ1は、制御ロッド14を制御することで3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13をそれぞれ移動させる。他の実施形態では、プリンタ1に複数の制御ロッドが設置され、異なる制御ロッドにより3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13をそれぞれ設置して移動させる。

プリンタ1は3次元ソリッドモデル(図2に示すモデル)を印刷する場合、主に、印刷プラットフォーム11において成形材を吐出するように3次元ヘッド12を制御する。これにより、3次元オブジェクトの各印刷層に対応するスライスオブジェクトを層ごとに印刷する。また、プリンタ1は、印刷された各スライスオブジェクトにインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御することで、各スライスオブジェクトに着色する。言い換えれば、プリンタ1は、3次元ヘッド12により3次元モデルの構造部分を印刷するとともに、2次元ヘッド13により3次元モデルの色部分を印刷する。

詳細には、プリンタ1は、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13をX軸やY軸方向に移動(すなわち、横方向移動)させることで、印刷プラットフォーム11において1つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷して着色させる。また、プリンタ1は、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13をZ軸方向に移動(すなわち、縦方向移動)させることで、3次元ヘッド12/2次元ヘッド13と印刷プラットフォーム11との相対高さを調整し、その結果、各印刷層のスライスオブジェクトを層ごとに印刷して積層する。

一実施形態では、2次元ヘッド13には、インクカートリッジが設置される。インクカートリッジには、1種類の色のインクが貯留されている。インクカートリッジにより、2次元ヘッド13は、各スライスオブジェクトにモノクロで着色することができる。他の実施形態では、2次元ヘッド13には、複数のインクカートリッジが設置される。各インクカートリッジには、異なる色のインクが貯留されている。図1に示す実施形態では、複数のインクカートリッジは、4つで例示しており、シアン(Cyan)インクを貯留する第1インクカートリッジ131と、マゼンタ(Magenta)インクを貯留する第2インクカートリッジ132と、イエロー(Yellow)インクを貯留する第3インクカートリッジ133と、ブラック(Black)インクを貯留する第4インクカートリッジ134とを含む。複数のインクカートリッジにより、2次元ヘッド13は、各スライスオブジェクトにフルカラーで着色することができる。

他の実施形態では、複数のインクカートリッジ131〜134はプリンタ1の他の位置に設置され、複数のパイプライン(未図示)を介して2次元ヘッド13に連結されてもよい。

図2は、本発明の内部彫刻モデルの第1実施形態を示す図である。本発明に係る印刷方法は、主に図2に示す内部彫刻モデル2を印刷するための方法である。内部彫刻モデル2は、少なくとも外枠部分21及び色部分22を含む。本発明の内部彫刻は、透明または半透明の第1立体オブジェクトにおいてインク吐出またはエッチングにより第2立体オブジェクトを造形することで、第1立体オブジェクトで第2立体オブジェクトを覆うという視覚的効果を奏することを指す。この「透明または半透明」とは、第2立体オブジェクトで現れる造形(例えば、インク吐出による着色)が第1立体オブジェクトを通しても利用者によってほぼ認知可能であることを指す。言い換えれば、第1立体オブジェクトを形成するための材料の光透過率が必ずしも非常に高く要求されることなく、第1立体オブジェクトが完全に不透明でなければ、ここで定義される透明または半透明の範囲内にある。

詳細には、外枠部分21とは、内部彫刻モデル2内における、単に成形材で構成される部分(すなわち、単に成形材が占めるスペース部分であり、このスペース部分の色が成形材自体の色と同じである)を指す。また、色部分22とは、内部彫刻モデル2内における、成形材にインクを結合させて構成される部分(即ち、成形材及びインクが同時に占めるスペース部分である。なお、インクが成形材に付着し、このスペース部分の色がインクの色と同じである)と指す。

詳細には、本実施形態では、プリンタ1は、3次元ヘッド12により成形材を層ごとに吐出して積層させることで外枠部分21の構造及び色部分22の構造を形成する。また、プリンタ1は、2次元ヘッド13により色部分22の構造にインクを吐出することで、色部分22の色が外枠部分21の色と異なる(色部分22の色がインクの色である一方、外枠部分21の色が成形材自体の色である)。こうすることで、利用者は、内部彫刻モデル2の内部の色部分22のパターンを目視することができ、内部彫刻モデル2が内部彫刻効果を奏する。

一実施形態では、3次元ヘッド12に用いる成形材は透明の成形材である。プリンタ1は、着色時に外枠部分21の構造にインクを吐出せず、色部分22の構造のみにインクを吐出して着色する。このように、内部彫刻モデル2は、内部の色部分22のパターンをより完全に呈することができる。その結果、内部彫刻モデル2の内部彫刻効果がより顕著になる。

上述したように、本発明の主な技術的特徴としては、印刷された内部彫刻モデル2を外枠部分21及び色部分22に仕分けることで内部彫刻効果を奏することが挙げられる。上記効果を得るために、本発明に係る印刷方法では、主に、第1オブジェクトから外枠部分21の印刷情報を取得し、第2オブジェクトから色部分22の印刷情報を取得するとともに、同時に2つの印刷情報に基づいて内部彫刻モデル2を印刷する。

図3は、本発明の第1実施形態の印刷動作を示すフローチャートである。図3には、本発明に係る印刷方法のステップの詳細が示される。一実施形態では、図3に示す各ステップがプリンタ1によって実行される。詳細には、プリンタ1は、アプリケーション(未図示)を有する。アプリケーションには、コンピュータが実行可能なコードが記録されている。プリンタ1は、アプリケーションを実行すると、図3に示す各ステップを実行することになる。

他の実施形態では、図3の各ステップの一部がプリンタ1によって実行され、他の一部がプリンタ1に接続されるコンピュータ装置(未図示)によって実行されてもよい。詳細には、コンピュータ装置が第1アプリケーションを有し、プリンタ1が第2アプリケーションを有する。この2つのアプリケーションには、コンピュータが実行可能なコードがそれぞれ記録されている。コンピュータ装置は、第1アプリケーションを実行すると、図3に示すスライス処理に関連する各ステップを実行することになる。プリンタ1は、第2アプリケーションを実行すると、図3に示す印刷動作に関連する各ステップを実行することになる。なお、説明上の便宜のため、以下、スライス処理に関連するステップをコンピュータ装置で実行し、印刷動作に関連するステップをプリンタ1で実行することを例示して説明する。

図3に示すように、まず、コンピュータ装置に外枠モデルファイル及び造形モデルファイルをそれぞれ入力する(ステップS10)。なお、外枠モデルファイルには、外枠オブジェクトが記録されており、造形モデルファイルには、造形オブジェクトが記録されている。また、造形オブジェクトに対しては、色情報が必要となる。これにより、プリンタ1は、色情報に基づいて色部分22を印刷することができる。ここのオブジェクトとは、コンピュータ装置によって読み取って処理可能な3次元仮想オブジェクトを指す。

詳細には、本発明では、外枠オブジェクトの内部においてインク吐出によって造形オブジェクトの輪郭を呈することで、外枠オブジェクトで造形オブジェクトを覆うという視覚的効果を奏する。このため、本発明では、造形オブジェクトよりも外枠オブジェクトのサイズを大きくするほか、造形オブジェクトを外枠オブジェクトで覆うように外枠オブジェクトの内部に位置させる必要がある。

外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを入力した後、コンピュータ装置によって外枠オブジェクトにスライス処理を行い、複数の印刷層に対応する複数のスライス経路ファイルを生成する(ステップS12)。また、コンピュータ装置は、造形オブジェクトにスライス処理を行い、複数の印刷層に対応する複数のインク吐出イメージファイルを生成する(ステップS14)。後続の印刷動作において、プリンタ1は、複数のスライス経路ファイルに基づいて複数の印刷層の構造を印刷するとともに、複数のインク吐出イメージファイルに基づいて複数の印刷層の色を印刷する。本実施形態では、上記ステップS12及びステップS14を実行する順序が一定ではない。すなわち、コンピュータ装置は、ステップS12を先に実行してもよいし、ステップS14を先に実行してもよいが、これに限定されない。

一実施形態では、コンピュータ装置は、外枠オブジェクトに対して第1スライス処理を行い、外枠オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを生成し、外枠オブジェクトのインク吐出イメージファイルを生成しないようにしてもよい。また、コンピュータ装置は、造形オブジェクトに対して第1スライス処理と異なる第2スライス処理を行い、造形オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイルを生成し、造形オブジェクトのスライス経路ファイルを生成しないようにしてもよい。

他の実施形態では、コンピュータ装置は、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトに対して同じスライス処理を行い、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを生成するとともに、外枠オブジェクト及び造形オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイルを生成してもよい。また、スライス処理を行った後、外枠オブジェクトの複数のインク吐出イメージファイル及び造形オブジェクトの複数のスライス経路ファイルを消す。

上記スライス処理(すなわち、ステップS12〜S14)を完了した後、コンピュータ装置は、複数のスライス経路ファイル及び複数のインク吐出イメージファイルをプリンタ1に伝送し、プリンタ1によって後続の印刷動作を行う。

なお、複数のスライス経路ファイル及び複数のインク吐出イメージファイルには、対応する印刷層の層数番号がそれぞれ記録されている。一実施形態では、上記印刷層の数(例えば、1000層)は、外枠オブジェクトにスライス処理を行って生成された印刷層の数を基準とされる。また、上記印刷層の数は、造形オブジェクトにスライス処理を行って生成された印刷層の数を基準とされてもよいが、これに限定されない。

図2に示すように、本発明に係る印刷方法により生成される内部彫刻モデル2は、外枠部分21で覆われる色部分22によって内部彫刻効果を奏する。このため、外枠オブジェクトのサイズは、造形オブジェクトのサイズよりも大きい。本実施形態では、外枠オブジェクトによって生成される複数のスライス経路ファイルの数は、造形オブジェクトによって生成される複数のインク吐出イメージファイルの数(例えば、1000個のスライス経路ファイルと600個のインク吐出イメージファイル)よりも多いことがある。

一実施形態では、コンピュータ装置は、外枠部分21内における色部分22の位置(コンピュータ装置で自動的に計算したり、利用者によって手動で設定したりできる)に応じて、複数のインク吐出イメージファイルに対応する印刷層を決定する。例えば、1000個のスライス経路ファイルは、第1層から第1000層に対応し、それぞれ「1」〜「1000」の層数番号が記録されている。また、600個のインク吐出イメージファイル、第201層から第800層に対応し、それぞれ「201」〜「800」の層数番号が記録されている。こうすることで、プリンタ1は、第1層から第200層及び第801層から第1000層を印刷する場合、(これら印刷層に対応するインク吐出イメージファイルが存在しないため)2次元ヘッド13による着色処理を制御することはない。

本発明では、プリンタ1は印刷動作を行う場合、まず、内部彫刻印刷モードに入り、複数の印刷層から1つのスライス経路ファイルを取得し、スライス経路ファイルに基づいて印刷プラットフォーム11において成形材を吐出するように3次元ヘッド12を制御することで、印刷プラットフォーム11において上記印刷層に対応するスライスオブジェクトを印刷する(ステップS16)。一実施形態では、プリンタ1は、第1層のスライス経路ファイル、第2層のスライス経路ファイルなどを順次に取得して、第1層に対応するスライスオブジェクト、第2層に対応するスライスオブジェクトなどを順次に印刷するというようになる。以下、第1層の印刷を例示して説明を行う。

ステップS16の後、プリンタ1は、印刷されたスライスオブジェクト内において成形材を継続して吐出するように3次元ヘッド12を制御し、スライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行う(ステップS18)。

詳細には、3次元モデルは、通常、3次元の密閉シェルである。印刷時、利用者は、印刷パラメーラのうちの充填率を設定して3次元モデルの内部の充填状況を決定してもよい(例えば、充填率を100%に設定すると、3次元モデルの内部が中実になり、充填率を0%に設定すると、3次元モデルの内部が中空になる)。

利用者が充填率を100%未満に設定した場合には、外枠オブジェクトの内部が成形材によって満たされない。このため、プリンタ1は、色部分22に処理を行う場合、成形材を吐出せずにインクのみを吐出するおそれがある。このように、充填率が100%未満の場合且つ外枠オブジェクトの内部の色部分22に対応する位置に成形材がない場合には、正確な位置にインクを付着することができない。したがって、本発明では、プリンタは、1つの印刷層のスライスオブジェクトを印刷した後、スライスオブジェクトの内部に充填補充処理を行うか否かを判断してもよい。詳細には、プリンタ1は、スライスオブジェクトの充填率が100%未満の場合且つ造形オブジェクトの対応する位置に成形材がない場合、充填補充処理が必要であると判断する。

詳細には、一実施形態では、プリンタ1は、外枠オブジェクトの内部の色部分22に対応する位置(即ち、造形オブジェクトに対応する位置)に成形材を充填し、吐出されるインクを成形材に付着させればよい。このため、プリンタ1は、上記充填補充処理を行う場合、外枠オブジェクトの内部全体を満たすことなく、造形オブジェクトの位置または造形オブジェクトの周囲位置のみに成形材を充填してもよい(すなわち、充填補充処理の充填率が100%であってもよいし、所定値よりも大きくて100%未満であってもよい)。こうすることで、色部分22の現れに影響を与えないことを前提に成形材の使用量を効果的に削減することができる。

しかしながら、ロードされた外枠オブジェクトが中実の3次元オブジェクト(例えば、利用者が上記充填率を100%に設定した場合)または充填補充処理が不要な3次元オブジェクトの場合(例えば、上記充填率が100%未満であるが、造形オブジェクトの対応する位置に造形材料が充填された場合)には、プリンタ1がステップS18を実行しなくてもよい。

一実施形態では、上記充填補充処理の充填率を100%に設定することで、スライスオブジェクト内の各位置に成形材を充填すること(すなわち、各位置においてインクを吸収することができること)を確保して内部彫刻モデル2の品質を高める。他の一実施形態では、色部分22によるインク吸収の性能への影響を与えなければ、上記充填率を所定値(例えば、80%)よりも大きくて100%未満に設定してもよく、すなわち、プリンタ1はスライスオブジェクトの内部を満たさなくてもよい。これにより、内部彫刻モデル2の品質に影響を与えないことを前提に成形材の使用量を削減することができる。

ステップS18の後、プリンタ1は、同じ印刷層(例えば、第1層)のインク吐出イメージファイルを取得するとともに、インク吐出イメージファイルに基づいて印刷された(且つ満たされた)スライスオブジェクト内の対応する位置にインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御することで、スライスオブジェクトの内部に着色する(ステップS20)。

一実施形態では、プリンタ1に単一のインクカートリッジが設置され、2次元ヘッド13によりスライスオブジェクトにモノクロで着色する。他の実施形態では、プリンタ1に少なくとも4つのインクカートリッジが設置され、2次元ヘッド13によりシアン(Cyan)インク、マゼンタ(Magenta)インク、イエロー(Yellow)インク及びブラック(Black)インクを吐出することで、スライスオブジェクトにフルカラーで着色する。

なお、プリンタ1は着色時に、主に、2次元ヘッド13を平行に移動させる(すなわち、例えば、Y軸座標において固定させ、X軸方向のみに移動させる)ことで一列の着色操作(または、一回の印刷(one swath))を実現する。さらに、プリンタ1は、複数列の着色操作(すなわち、複数回の印刷、なお、各回印刷のY軸座標が異なる)により、1つのスライスオブジェクトへの着色を実現する。また、プリンタ1が2次元ヘッド13を正確に移動させて3次元ヘッド12に位置合わせさせるために、コンピュータ装置は、上記スライス処理において造形オブジェクトに対して複数の印刷層に対応する複数のインク吐出経路ファイルを生成する。着色時に、プリンタ1が複数のインク吐出経路ファイルにより印刷プラットフォーム11において2次元ヘッド13を移動させることで、後述する各列への着色を実現する(後述)。

ステップS20の後、プリンタ1は、印刷層が複数の印刷層うちの最後印刷層であるか否かを判断する(ステップS22)。詳細には、プリンタ1は、スライス処理時に外枠オブジェクトで生成される複数の印刷層を基準とする場合、印刷層が外枠オブジェクトの最後の1つの印刷層であるか否かを判断し、スライス処理時に造形オブジェクトで生成される複数の印刷層を基準とする場合、印刷層が造形オブジェクトの最後の1つの印刷層であるか否かを判断する。

印刷層が最後の1つの印刷層の場合は、内部彫刻モデル2の印刷を完了したことを表す。このため、プリンタ1は、今回の印刷動作を終了する。

印刷層が最後の1つの印刷層でない場合、プリンタ1は、3次元ヘッド12と印刷プラットフォーム11との相対高さ、及び2次元ヘッド13と印刷プラットフォーム11との相対高さを調整する(ステップS24)ことで、次の印刷層(例えば、第2層)の印刷高さに3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13を位置させる。さらに、プリンタ1は、ステップS16〜ステップS20を再実行し、全ての印刷層の印刷を完了するまで次の印刷層に対応するスライスオブジェクトを印刷する。

図4は、本発明の第1実施形態の印刷動作を説明するための分解図である。本発明に係る印刷方法では、コンピュータ装置またはプリンタ1により外枠オブジェクト3をロードして外枠オブジェクト3にスライス処理を行うことで、複数のスライス経路ファイル31を生成する。なお、各スライス経路ファイル31は、1つの印刷層に対応するとともに、1つの層数番号が記録されている。本実施形態では、外枠オブジェクト3として、方形オブジェクトを例にして示す。他の実施形態では、外枠オブジェクト3は、円形オブジェクト、三角形オブジェクト、多角形オブジェクトまたは幾何オブジェクトであってもよいが、これらに限定されない。

印刷時に、プリンタ1は、複数のスライス経路ファイル31に基づいて、各印刷層に対応するスライスオブジェクトを順次に印刷するように3次元ヘッド12を制御し、複数のスライスオブジェクトを積層して内部彫刻モデル2の構造を形成する。

一方、本発明に係る印刷方法では、コンピュータ装置またはプリンタ1により造形オブジェクト4をロードして造形オブジェクト4にスライス処理を行うことで、複数のインク吐出イメージファイル41を生成する。なお、各インク吐出イメージファイル41は1つの印刷層に対応するとともに、1つの層数番号が記録されている。

上述したように、造形オブジェクト4にスライス処理を行う場合、コンピュータ装置またはプリンタ1は、造形オブジェクト4のために複数のインク吐出経路ファイル42を生成する。なお、複数のインク吐出経路ファイル42の数は、複数のインク吐出イメージファイル41の数と同じである。また、各インク吐出経路ファイル42は1つの印刷層に対応するとともに、1つの層数番号が記録されている。

印刷時に、プリンタ1は、複数のインク吐出経路ファイル42に基づいて2次元ヘッド13を平行に移動させ、移動中に複数のインク吐出イメージファイルに基づいてインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御することで、各印刷層のスライスオブジェクトの内部に順次に着色し、その結果、内部彫刻モデル2の内部の色を形成する。

詳細には、複数のインク吐出経路ファイル42には、印刷プラットフォーム11における2次元ヘッド13の平行移動の移動始点及び移動終点が記録されている。例えば、移動始点を座標(0,10)とし、移動終点を座標(100,10)とする。プリンタ1は、複数のインク吐出経路ファイル42により、如何にして2次元ヘッド13を平行に移動させるかがわかる。

一実施形態では、プリンタ1は、2次元ヘッド13を複数回平行に移動させる(すなわち、複数回の印刷)ことで、1つのスライスオブジェクトへの着色を完了することができる。本実施形態では、複数のインク吐出経路ファイル42には、2次元ヘッド13の複数回の平行移動の移動始点及び移動終点が記録されている。なお、各回の平行移動のY軸座標は互いに異なる。例えば、一回の着色処理は、三回の平行移動によって実現される。なお、第一回の平行移動(一回目の印刷)の移動始点を座標(0,10)として移動終点を座標(100,10)とし、第二回の平行移動(二回目の印刷)の移動始点を座標(0,20)として移動終点を座標(100,20)とし、第三回の平行移動(三回目の印刷)の移動始点を座標(0,30)として移動終点を座標(100,30)とする。

上述したように、本発明のプリンタ1は、複数のスライス経路ファイル31に基づいて3次元ヘッド12を移動させるとともに、複数のインク吐出経路ファイル42に基づいて2次元ヘッド13を移動させる。一実施形態では、プリンタ1は、複数のスライス経路ファイル31及び複数のインク吐出経路ファイル42をそれぞれ取得して、3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13の移動をそれぞれ制御する。なお、複数のスライス経路ファイル31及び複数のインク吐出経路ファイル42は、例えば、G−codeファイルであってもよいが、これに限定されない。

他の実施形態では、プリンタ1またはコンピュータ装置は、複数のスライス経路ファイル31及び複数のインク吐出経路ファイル42を複数のヘッド制御経路ファイル(未図示)に予め結合してもよい。プリンタ1は印刷時に、複数のヘッド制御経路ファイルのみを取得し、複数のヘッド制御経路ファイルうちの3次元ヘッド制御情報に応じて3次元ヘッド12を移動させるとともに、複数のヘッド制御経路ファイルうちの2次元ヘッド制御情報に応じて2次元ヘッド13を移動させる。こうすることで、プリンタ1のレジスタまたはメモリの容量を効果的に減らすことができる。

図5A〜図5Fは、本発明の第1実施形態の第1印刷動作〜第6印刷動作を示す図である。

図5Aに示すように、プリンタ1は、主に3次元ヘッド12及び2次元ヘッド13をそれぞれ制御し、印刷プラットフォーム11において各印刷層のスライスオブジェクトを印刷することで、複数のスライスオブジェクトを積層して中実の内部彫刻モデル2を形成する。

図5Bに示すように、まず、プリンタ1は、1つの印刷層(例えば、第1層)のスライス経路ファイル31を取得し、第1層のスライスオブジェクト5を印刷するように3次元ジェットを制御する。図5Bの実施形態では、スライスオブジェクト5は、充填率が100%未満且つ充填補充処理が必要なスライスオブジェクト5であるが、これに限定されない。

次に、図5Cに示すように、プリンタ1は、スライスオブジェクト5の印刷を完了した後に3次元ヘッド12を継続して制御し、スライスオブジェクト5の内部に充填部分6を印刷する。これにより、スライスオブジェクト5の内部の、造形オブジェクトに対応する位置には、成形材が充填される。

次に、図5Dに示すように、プリンタ1は、第1層のインク吐出イメージファイル41及びインク吐出経路ファイル42を取得し、インク吐出経路ファイル42に基づいて2次元ヘッド13の一回目の平行移動(移動始点(X1,Y1)から移動終点(X2,Y1)への移動)をさせる。また、プリンタ1は、2次元ヘッド13の移動中に、インク吐出イメージファイル41に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御し、スライスオブジェクト5の内部において第1列の色部分7を印刷する。

次に、図5Eに示すように、プリンタ1は、2次元ヘッド13の一回目の平行移動を完了した後、インク吐出経路ファイル42に基づいて2次元ヘッド13の二回目の平行移動(移動始点(X1,Y2)から移動終点(X2,Y2)への移動)をさせる。また、プリンタ1は、2次元ヘッド13の移動中に、インク吐出イメージファイル41に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御し、スライスオブジェクト5の内部において第2列の色部分7を印刷する。

最後に、図5Fに示すように、プリンタ1は、2次元ヘッド13の二回目の平行移動を完了した後、インク吐出経路ファイル42に基づいて2次元ヘッド13の三回目の平行移動(移動始点(X1,Y3)から移動終点(X2,Y3)への移動)をさせる。また、プリンタ1は、2次元ヘッド13の移動中に、インク吐出イメージファイル41に基づいて、対応する位置においてインクを吐出するように2次元ヘッド13を制御して、スライスオブジェクト5の内部において第3列の色部分7を印刷する。

プリンタ1は、上記色部分7の印刷を完了した後、第1層のスライスオブジェクトの印刷を完了したと判断する。次に、プリンタ1は、次の印刷層(例えば、第2層)のスライス経路ファイル31、インク吐出イメージファイル41及びインク吐出経路ファイル42を再取得するとともに、全ての印刷層の印刷を完了するまで図5B〜図5Fに示す印刷動作を繰り返し実行する。

上述したように、本発明は、2つの異なるオブジェクト(例えば、上記外枠オブジェクト3及び造形オブジェクト4)の情報を同時に参照して1つの中実の3次元モデルを印刷する。このため、本発明に係る印刷方法では、少なくとも、2つの異なるオブジェクトのデータの取得が必要となる。

図6Aは、本発明の第2実施形態の印刷を示すフローチャートである。本実施形態では、利用者が外枠モデルファイルをコンピュータ装置に入力し(ステップS30)、造形モデルファイルをコンピュータ装置に別途入力する(ステップS32)。コンピュータ装置は、外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを開いた後に外枠オブジェクト3及び造形オブジェクト4をそれぞれ取得し、両者にスライス処理を行う。次に、プリンタ1は、スライスデータに基づいて印刷する(ステップS34)。

図6Aの実施形態では、利用者は、3次元モデリングソフトで外枠オブジェクト3及び造形オブジェクト4を描画し、外枠オブジェクト3を外枠モデルファイルに記憶し、造形オブジェクト4を造形モデルファイルに記憶する。また、利用者は、ネットワークまたはポータブルストレージデバイスを介して予め描画、記憶されている外枠モデルファイル及び造形モデルファイルを取得する。

図6Bは、本発明の第3実施形態の印刷を示すフローチャートである。本実施形態では、利用者が造形モデルファイルをコンピュータ装置に入力し(ステップS40)、プリンタ1の内部彫刻印刷モードを起動する(ステップS42)。内部彫刻印刷モードを起動した後、コンピュータ装置は、利用者が造形モデルファイルに記録されている造形オブジェクト4を用いて内部彫刻モデル2を製作すると判断する。このため、コンピュータ装置は、造形オブジェクト4のデータに基づいて対応する外枠オブジェクト3を動的に生成する(ステップS44)。

一実施形態では、コンピュータ装置は、造形オブジェクト4のサイズに基づいて対応する外枠オブジェクト3を自動的に生成するとともに、造形オブジェクト4のサイズよりも外枠オブジェクト3のサイズを大きくする(すなわち、外枠オブジェクト3で造形オブジェクト4を覆うことができる)。さらに、他の実施形態では、コンピュータ装置は、複数の幾何形状の外枠オブジェクト3、例えば、円形オブジェクト、三角形オブジェクト、方形オブジェクトなどを予め定義して利用者によって選択してもよい。さらに、コンピュータ装置は、利用者がいずれかの幾何形状の外枠オブジェクト3を選択した後、造形オブジェクト4のサイズに基づいて選択される外枠オブジェクト3のサイズを自動的に調整し、造形オブジェクト4を外枠オブジェクト3で覆うように造形オブジェクト4のサイズよりも外枠オブジェクト3のサイズを大きくする。

ステップS44の後、コンピュータ装置が外枠オブジェクト3及び造形オブジェクト4にスライス処理を行うとともに、プリンタ1がスライスデータに基づいて内部彫刻モデル2を印刷する(ステップS46)。

図6Bの実施形態では、利用者は3次元モデリングソフトで造形オブジェクト4を描画して造形モデルファイルとして記憶するだけでよい。一方、外枠オブジェクト3は、コンピュータ装置またはプリンタ1によって自動的に生成される。このように、利用者は、単一の3次元ファイルを用いて内部彫刻モデル2を直接生成することができて、本発明の印刷方法の利用への敷居を低くすることができる。

図7は、本発明の内部彫刻モデルの第2実施形態を示す図である。図7の実施形態では、他の内部彫刻モデル8が開示されている。本実施形態の内部彫刻モデル8は、上記内部彫刻モデル2と類似し、外枠部分81及び色部分82を有する。

上記実施形態では、内部彫刻モデル2は、主に方形外枠オブジェクト3に基づいて製造されるものである。このため、その外枠部分21は、方形構造である。図7の実施形態では、内部彫刻モデル8は、円形外枠オブジェクトに基づいて製造されるものである。このため、その外枠部分81は、円形構造である。

本発明の内部彫刻モデルは、上記内部彫刻モデル2及び内部彫刻モデル8を例示するものであるが、これらに限定されない。利用者は、本発明に係る印刷方法により、必要に応じて、任意形状の外枠オブジェクトを任意パターンの造形オブジェクトと結合して、プリンタ1で印刷する。その結果、プリンタ1は特殊効果のある3次元モデルを印刷することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。

1 3次元プリンタ 11 印刷プラットフォーム 12 3次元ヘッド 13 2次元ヘッド 131 第1インクカートリッジ 132 第2インクカートリッジ 133 第3インクカートリッジ 134 第4インクカートリッジ 14 制御ロッド 2、8 内部彫刻モデル 21、81 外枠部分 22、82 色部分 3 外枠オブジェクト 31 スライス経路ファイル 4 造形オブジェクト 41 インク吐出イメージファイル 42 インク吐出経路ファイル 5 スライスオブジェクト 6 充填部分 7 色部分