JP6725361B2 - 立体物の造形方法および造形装置 - Google Patents
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Description
この場合、各インク層は、立体物の外形に対応する中央領域と、中央領域の外周を囲む着色領域と、着色領域を囲む支持領域(サポート領域)と、から構成されており、これら中央領域と、着色領域と、支持領域は、それぞれ中央領域用のインクと、加飾用のインク(例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等の着色インク)と、支持領域用のインクとを、対応するヘッドから吐出することで形成するようになっている。
前記造形物の内部造形領域を形成する内部造形領域形成工程と、
前記内部造形領域の外側に、前記造形物を着色する着色領域を形成する着色領域形成工程と、
前記着色領域の外側に、前記造形物を形成する際に支持する支持領域を形成する支持領域形成工程と、
前記内部造形領域と前記着色領域との中間に中間領域を形成する中間領域形成工程と、を有しており、
前記内部造形領域は、少なくとも表面側が白色のインク組成物で形成されており、
前記着色領域は、着色成分を含むインク組成物と、透明なインク組成物とから形成されており、
前記中間領域は、前記白色のインク組成物と、前記透明なインク組成物とから、形成されている立体物の造形方法とした。
そこで、造形領域と着色領域との間に中間領域を介して、着色領域と造形領域との間の親和性を、着色領域と支持領域との間の親和性よりも高めることにより、着色領域と支持領域との界面でのインクの混ざり合いを抑制することで、支持層を除去した後の着色領域の表面粗さを向上させて、最終的に得られる立体物の色品質を向上させるに至った。
図1は、造形装置10で作成される立体物Tの一例を説明する斜視図である。
図2は、図1の立体物Tを面Aで切断した断面図であり、造形装置10で立体物Tを造形した際に、立体物Tと共に造形されるサポート領域53を仮想線で示した図である。
図3は、造形装置10の構成を説明する図であり、(a)は、造形装置10の概略構成図であり、(b)は、造形装置10のヘッド部20を造形台11側の下方から見た平面図である。
はじめに、造形装置10で作成される立体物Tについて説明する。
図1および図2に示すように、実施の形態にかかる立体物Tは、ホワイト(W)のインク組成物から形成した内部造形領域50の表面を、ホワイト(W)のインク組成物と透明(CL)なインク組成物とを含む中間領域51と、着色成分(Color)を含むインク組成物と透明(CL)なインク組成物とを含む着色領域52とが、この順番で覆うことで形成される。
この立体物Tを、造形装置10で造形する際には、図2に示すように、立体物Tの下側の略半分がサポート領域53で覆われた立体物T’を造形したのち、サポート領域53を除去することで、立体物Tが得られるようになっている。
実施の形態では、この内部造形領域50は、ホワイト(W)のインク組成物が内部に密に充填された中実に形成されているが、この内部造形領域50は、中空に形成されていても良い。
そのため、内部造形領域50は、少なくとも表面側の所定の厚みの範囲のみが光反射性を有するホワイト(W)のインク組成物から形成されていれば良い。
中間領域51は、内部造形領域50の表面を全面に亘って覆うと共に、所定の厚みで設けられている。
この中間領域51は、当該中間領域51の表面を覆う着色領域52と、内部造形領域50との親和性を高めるために設けられている。
着色領域52は、中間領域51の表面を全面に亘って覆っており、この着色領域52には、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)などを着色成分として含むインク組成物が、実現したい色に応じて決まる所定の割合で着弾しており、立体物Tの表面には、この着色領域52が呈する色が現れている。
また、着色領域52には、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)を、任意の組み合わせで混合して得られる中間色を呈するインク組成物が含まれていても良い。
図3の(a)に示すように、造形装置10は、立体物Tの造形台11と、造形台11の上方で主走査方向Yに移動可能に配置されたヘッド部20と、造形装置10を制御する制御装置30と、を有している。
さらに、制御装置30からの指示に従ってヘッド部20を主走査方向Yに移動させる主走査駆動部40と、制御装置30からの指示に従ってヘッド部20を副走査方向Xに移動させる副走査駆動部45と、を有している。
この造形台11の上面11aは、造形される立体物Tの載置面であり、鉛直線VLに直交する平坦面となっている。
この状態において、連結部13は、ガイドレール14の長手方向に沿って移動可能に設けられており、連結部13の内部に設けた駆動機構(図示せず)が、制御装置30からの指令に基づいて動作すると、連結部13に連結アーム12を介して接続された造形台11が、鉛直線VLに沿う上下方向に、移動するようになっている。
実施の形態では、副走査駆動部45が、制御装置30からの指令に基づいて図示しない駆動機構を駆動することで、ガイドレール15とヘッド部20とが、副走査方向Xに移動するようになっている。
有色インク用ヘッド21では、イエローインク(Y:Yellow)を吐出するイエローインク用のインクヘッド21Yと、マゼンタインク(M:Magenta)を吐出するマゼンタインク用のインクヘッド21Mと、シアンインク(C:Cyan)を吐出するシアンインク用のインクヘッド21Cと、ブラックインク(K:Black)を吐出するブラックインク用のインクヘッド21Kとが、ヘッド部20の長手方向(図3の(b)の左右方向)における一方側から他方側に、この順番で設けられている。
また、これらのインクジェットヘッドは、造形台11と対向する面に、複数のノズルが副走査方向へ並ぶノズル列を有しており、各インクジェットヘッドは、インクジェットヘッドが有するノズル列から、造形台11に向けてインク滴を吐出するように構成されている。
これら有色インク用ヘッド21(21Y、21M、21C、21K)から吐出されるインク(インク組成物)は何れも、図2に示す着色領域52を形成するために用いる着色インク(着色成分を含むインク組成物)であり、この着色インクは、着色顔料などの着色成分と、紫外線硬化型の樹脂などのバインダ成分と、バインダ成分と着色成分とを分散させた状態で保持する溶媒成分と、各種の添加剤と、を含む着色成分を含むインク組成物である。
このホワイト(W)のインク組成物は、図2に示す内部造形領域50と、白色インク(W)と透明インク(CL)との中間領域51を、形成する際に主に用いられるインクであり、白色顔料などの着色成分と、紫外線硬化型の樹脂などのバインダ成分と、バインダ成分と着色成分とを分散させた状態で保持する溶媒成分と、各種の添加剤と、を含むホワイト(W)のインク組成物である。
この透明(CL)なインク組成物は、ホワイト(W)のインク組成物と透明(CL)なインク組成物とを含む中間領域51と、着色領域52を形成するために用いられるインクであり、紫外線硬化型の樹脂などのバインダ成分と、バインダ成分を分散させた状態で保持する溶媒成分と、各種の添加剤と、を含む透明(CL)なインク組成物である。
このサポートインク(S)は、立体物Tの外周を囲んで支持するサポート領域53を造形するために用いるインクであり、紫外線硬化型の樹脂であって、硬化後に水に溶解可能な樹脂からなるバインダ成分と、バインダ成分を分散させた状態で保持する溶媒成分と、各種の添加剤と、を含むインク組成物である。
本例において、ローラユニット24は、有色インク用ヘッド21Y、21M、21C、21K、白インク用ヘッド21W、クリアインク用ヘッド21CL、及びサポート材用ヘッド21Sの並びと、他方側の紫外線光源25(UV2)との間に配設される。
これにより、ローラユニット24は、有色インク用ヘッド21Y、21M、21C、21K、白インク用ヘッド21W、クリアインク用ヘッド21CL、及びサポート材用ヘッド21Sの並びに対し、副走査方向の位置を揃えて、主走査方向へ並べて配設される。
図4は、造形装置10で立体物Tを造形する際に用いられる3次元データであって、図2に示した立体物Tの断面に対応するデータである。
図5は、立体物Tを高さ方向でN個のインク層Lに区画した場合におけるa番目のインク層Laのスライスデータから造形したインク層Laを説明する模式図である。
ここで、未硬化インク層は、立体物Tの3次元データ(3Dデータ)から、各インク層L(L1〜Ln)を規定するスライスデータを生成し、生成したスライスデータに基づいて、インクヘッド21S、21W、21Y、21M、21C、21K、21CLからのインク組成物の吐出を制御することで形成される。
そして、各インク層のサポート領域部530から、立体物Tの下側を支持するサポート領域53が形成される。
図6は、造形装置10での立体物Tの造形過程を説明するフローチャートである。
ここで、造形カウンタCT1は、造形したインク層の数をカウントするカウンタであり、例えば、造形カウンタCT1の値が「3」である場合には、3つ目のインク層の作成が完了していることを意味している。
例えば、造形カウンタCT1の値が「0(=ゼロ)」である場合には、一つ目のインク層Lの作成が完了していないことになるので、一番下に位置する一つ目のインク層L1のスライスデータが取得されることになる。
インク層Laでは、図中左側から順番にサポート領域53、着色領域52、中間領域51、内部造形領域50、中間領域51、着色領域52、サポート領域53となっている。
さらに、制御装置30は、着色領域52の上方を、白インク用ヘッド21W、有色インク用ヘッド21(21Y、21M、21C、21K)、そしてクリアインク用ヘッド21CLが通過する際に、当該着色領域52で実現する色味に応じて、対応するヘッドからインク組成物を吐出させる。
着色成分(Color)を含むインク組成物のみで着色領域部520を形成した場合、最終的に発現させたい色(色濃度)の濃い部分はインク組成物の量が多く、薄い部分はインク組成物の量が少なくなる。そうすると、着色領域部520では、色成分(Color)を含むインク組成物の充填密度が場所によって異なることになり、充填密度が低い領域は、充填密度が高い領域よりも厚みが薄くなる結果、着色領域部520の表面に凹凸や隙間が生じてしまう。
着色領域部520での凹凸や隙間は、最終的に得られる立体物Tの表面から入射した光の着色領域52での乱反射や屈折を引き起こす原因となり、立体物Tの表面が呈する色味の低下や、立体物Tの形状崩れを引き起こす可能性がある。
よって、この場合には、制御部30は、ヘッド部20を副走査方向Xに所定量移動させたのち、前記した所定回数のパス動作を実施して、スライスデータで規定されたインク層Laの全体を形成することになる。
例えば、現時点における造形カウンタCT1の値が「1」である場合には、現時点が、一つ目のインク層L1の作成が完了した時点ということになるので、一番下から二つ目のインク層L2が形成されることになる。
図7は、実施の形態にかかる立体物Tを造形する途中のインク層Lxでのインク組成物の分布とインク層Lxの表面状態を説明する図である。
なお、図7の(a)は、インク層Lxの断面図であって、図5におけるA−A断面を模式的に示した図であり、(b)は、(a)に示したインク層Lxを、A−A矢視方向から見た図であって、インク層Lxでのインク組成物の分布を説明する図である。
図8は、比較例にかかる立体物Taでのインク層La’でのインク組成物の分布とインク層La’の表面状態を説明する図である。
そして、図7の(b)に示すように、中間領域部510に含まれる透明(CL)なインク組成物は、中間領域部510の外側で隣接する着色領域部520にも含まれており、ホワイト(W)のインク組成物は、中間領域部510の内側で隣接する内部造形領域部500に含まれている。
これにより、着色領域部520とサポート領域部530との界面で、インクが混ざり合うことを抑制している。
そして、図8の(b)に示すように、着色領域部520に含まれるインク組成物には、透明(CL)なインク組成物が含まれていないので、着色領域部520と内部造形領域部500との間の親和性と、着色領域部520とサポート領域部530との間の親和性に相対的な高低差は発生しない状態となる。
これにより、サポート領域部530(サポート領域53)を除去した後の着色領域部520(着色領域52)の表面粗さを小さくすることができ、造形された立体物Tの色品質を向上させることができるようになっている。
(1)インクジェットヘッドから、インク滴を吐出して、立体的な造形物(立体物T)を造形する立体物造形方法において、
立体物Tの内部造形領域50を形成する造形領域形成工程と、
内部造形領域50の外側に、立体物Tを着色する着色領域52を形成する着色領域形成工程と、
着色領域52の外側に、立体物Tを形成する際に支持するサポート領域53(支持領域)を形成する支持領域形成工程と、
内部造形領域50と着色領域52との間に中間領域51を形成する中間領域形成工程と、を有し、
中間領域51は、
中間領域51と内部造形領域50との間の親和性及び、中間領域51と着色領域52との間の親和性が、着色領域52とサポート領域53との間の親和性より高くなるように形成されている構成とした。
よって、サポート領域53を除去した後の着色領域52の表面粗さを小さくすることができるので、造形された立体物Tの色品質を向上させることができる。
立体物Tを高さ方向で複数に区画して、複数のインク層Lnを設定する第1工程と、
前記立体物Tの3次元データから、複数のインク層Lnの各々を規定するスライスデータを生成する第2工程と、
スライスデータに基づいて、各インクヘッド21(21S、21W、21Y、21M、21C、21K、21CL)からのインク組成物の吐出を制御してインク層Lを形成し、
当該インク層Lを順番に積層することで、立体物Tを造形する第3工程と、を有し、
立体物Tは、
立体物Tの外形に対応する形状を有すると共に、少なくとも表面側がホワイト(W)のインク組成物で形成された内部造形領域50と、
ホワイト(W)のインク組成物と透明(CL)なインク組成物とを含んで形成されると共に、内部造形領域50の表面を覆う中間領域51と、
着色成分(Color)を含むインク組成物と透明(CL)なインク組成物とを含んで形成される共に、中間領域51の表面を覆う着色領域52と、から構成され、
インク層Lには、
内部造形領域50となる内部造形領域部500と、中間領域51となる中間領域部510と、着色領域52となる着色領域部520とを有するインク層と、
高さ方向の上側に積層される他のインク層の下面を支持するサポート領域部530が、着色領域部520を囲んで設けられたインク層と、が含まれており、
複数のインク層Lを積層して立体物Tを造形したのち、サポート領域53を除去する第4工程をさらに有している構成とした。
着色領域部520を構成するインク組成物のうち、着色成分を含むインク組成物の他に含まれる透明(CL)なインク組成物との親和性が高い透明(CL)なインク組成物と、を含んでいる。
そうすると、中間領域51を介した、内部造形領域50と着色領域52との間の親和性は、着色領域52とサポート領域53との間の親和性よりも高くなる。
これにより、着色領域52とサポート領域53との界面で、インクが混ざり合うことを抑制している。(図7の(b)参照)
よって、サポート領域部530(サポート領域53)を除去した後の着色領域部520(着色領域52)の表面粗さを小さくすることができるので、造形された立体物Tの色品質を向上させることができる。
すなわち、
(3)立体物Tの造形台11と、
造形台11の上方で主走査方向Yに移動可能に配置されたヘッド部20と、
ヘッド部20の主走査方向Yへの移動と、ヘッド部20のインクヘッド21S、21W、21Y、21M、21C、21K、21CLからのインク組成物の吐出を制御する制御装置30(制御手段)と、
ヘッド部20から吐出させたインク組成物を硬化させる紫外線照射ユニット25(硬化手段)と、を有し、
ヘッド部20から吐出させたインク組成物の硬化により形成したインク層Lを、高さ方向に積層して立体物Tを造形する立体物Tの造形装置10であって、
立体物Tは、
立体物Tの外形に対応する形状を有する内部造形領域50と、
内部造形領域50の表面を覆う中間領域51と、
中間領域51の表面を覆う着色領域52と、から構成されており、
中間領域51は、
中間領域51と内部造形領域50との間の親和性及び、中間領域51と着色領域52との間の親和性を高くするインク組成物を含んでいるものとした。
よって、立体物T以外の領域との間における界面で、インクが混ざり合うことを抑制できるので、立体物Tの表面の粗さが小さくなり、最終的に得られた立体物Tでは、表面の色品質が向上することになる。
着色領域52は、着色成分を含むインク組成物と、透明(CL)なインク組成物とから形成されており、
中間領域51は、ホワイト(W)のインク組成物と、前記透明(CL)なインク組成物とから、形成されているものとした。
そうすると、中間領域51を介して、着色領域52と内部造形領域50との間の親和性を高めることにより、着色領域52とサポート領域53との間の界面でインクが混ざり合うことを抑制することができる。
すなわち、
(5)複数のインク層Lを高さ方向に積層して立体物Tを造形する立体物の造形装置用のプログラムであって、
造形装置10の制御装置30(制御手段)を、
立体物Tを高さ方向で複数に区画して、複数のインク層Lを設定する第1手段(図6:ステップS102)、
立体物の3次元データから、複数のインク層Lの各々を規定するスライスデータを生成する第2手段(図6:ステップS104)、
スライスデータに基づいて、各インクヘッド21S、21W、21Y、21M、21C、21K、21CLからのインク組成物の吐出を制御してインク層を形成し、
当該インク層を順番に積層することで、立体物Tを造形する第3手段(図6:ステップS105〜S108)、として機能させるプログラムであり
立体物Tは、
立体物Tの外形に対応する形状を有する内部造形領域50と、
内部造形領域50の表面を覆う中間領域51と、
中間領域51の表面を覆う着色領域52と、から構成されており、
中間領域51は、
中間領域51と内部造形領域50との間の親和性及び、中間領域51と着色領域52との間の親和性を高くするインク組成物を含んでいるものとした。
前記造形物の内部造形領域を形成する内部造形領域形成工程と、
前記内部造形領域の外側に、前記造形物を着色する着色領域を形成する着色領域形成工程と、
前記着色領域の外側に、前記造形物を形成する際に支持する支持領域を形成する支持領域形成工程と、
前記内部造形領域と前記着色領域との間に、中間領域を形成する中間領域形成工程と、を有し、
前記中間領域は、
前記中間領域と前記内部造形領域との間の親和性及び、前記中間領域と前記着色領域との間の親和性が、前記着色領域と前記支持領域との間の親和性より高くなるように形成されていることを特徴とする立体物の造形方法。
前記着色領域は、前記着色成分を含むインク組成物と、透明なインク組成物とから形成されており、
前記中間領域は、前記白色のインク組成物と、前記透明なインク組成物とから、形成されていることを特徴とする(1)に記載の立体物の造形方法。
これにより、着色領域とサポート領域との界面で、インクが混ざり合うことを抑制している。(図7の(b)参照)
よって、サポート領域を除去した後の着色領域の表面粗さを小さくすることができるので、造形された立体物の色品質を向上させることができる。
前記造形台の上方で主走査方向に移動可能に配置されたヘッド部と、
前記ヘッド部の前記主走査方向への移動と、前記ヘッド部からのインク組成物の吐出を制御する制御手段と、
前記ヘッド部から吐出させた前記インク組成物を硬化させる硬化手段と、を有し、
前記ヘッド部から吐出させた前記インク組成物の硬化により形成したインク層を、高さ方向に積層して立体物を造形する立体物の造形装置であって、
前記立体物は、
前記立体物の外形に対応する形状を有する内部造形領域と、
前記内部造形領域の表面を覆う中間領域と、
前記中間領域の表面を覆う着色領域と、から構成されており、
前記中間領域は、
中間領域と内部造形領域との間の親和性及び、中間領域と着色領域との間の親和性を高くするインク組成物で形成したものあることを特徴とする立体物の造形装置。
よって、立体物以外の造形物との間における界面で、インクが混ざり合うことを抑制できるので、立体物の表面の粗さが小さくなり、最終的に得られた立体物では、表面の色品質が向上することになる。
前記着色領域は、着色成分を含むインク組成物と、透明なインク組成物とから形成されており、
前記中間領域は、前記白色のインク組成物と、前記透明なインク組成物とから、形成されていることを特徴とする(3)に記載の立体物の造形装置。
そうすると、中間領域を介して、着色領域と内部造形領域との間の親和性を高めることにより、着色領域と支持領域との間の界面でインクが混ざり合うことを抑制することができる。
前記造形装置の制御手段を、
前記立体物を前記高さ方向で複数に区画して、前記複数のインク層を設定する第1手段、
前記立体物の3次元データから、前記複数のインク層の各々を規定するスライスデータを生成する第2手段、
前記スライスデータに基づいて、各インクヘッドからのインク組成物の吐出を制御して前記インク層を形成する第3手段、
前記第3手段で形成した前記インク層を硬化させる第4手段、
前記第2手段と前記第3手段を繰り返して前記インク層を順番に積層することで、前記立体物を造形する第5手段、として機能させるプログラムであり
前記立体物は、
前記立体物の外形に対応する形状を有する内部造形領域と、
前記内部造形領域の表面を覆う中間領域と、
前記中間領域の表面を覆う着色領域と、から構成されており、
前記中間領域は、
中間領域と内部造形領域との間の親和性及び、中間領域と着色領域との間の親和性を高くするインク組成物で形成したものあることを特徴とする立体物の造形装置用のプログラム。
11 造形台
12 連結アーム
13、16 連結部
14、15、17 ガイドレール
20 ヘッド部
21C、21M、21Y、21K、21S、21W、21CL インクヘッド
25 紫外線照射ユニット
24 ローラユニット
241 ローラ
242 ブレード
30 制御装置
40 主走査駆動部
45 副走査駆動部
50 内部造形領域
500 内部造形領域部
51 中間領域
510 中間領域部
52 着色領域
520 着色領域部
53 サポート領域
530 サポート領域部
A 面
CT1 造形カウンタ
CAD 三次元
L(L1、・・・、La、・・・Ln) インク層
T 立体物
X 副走査方向
Y 主走査方向
Claims (2)
- インクジェットヘッドから、インク滴を吐出して、立体的な造形物を造形する立体物造形方法において、
前記造形物の内部造形領域を形成する内部造形領域形成工程と、
前記内部造形領域の外側に形成され、
前記造形物を着色する着色領域を形成する着色領域形成工程と、
前記着色領域の外側に形成され、前記造形物を形成する際に支持する支持領域を形成する支持領域形成工程と、
前記内部造形領域と前記着色領域との間に中間領域を形成する中間領域形成工程と、を有し、
前記内部造形領域は、少なくとも表面側が白色のインク組成物で形成されており、
前記着色領域は、着色成分を含むインク組成物と、透明なインク組成物とから形成されており、
前記中間領域は、前記白色のインク組成物と、前記透明なインク組成物とから、形成されていることを特徴とする立体物の造形方法。 - 立体物の造形台と、
前記造形台の上方で主走査方向に移動可能に配置されたヘッド部と、
前記ヘッド部の前記主走査方向への移動と、前記ヘッド部からのインク組成物の吐出を制御する制御手段と、
前記ヘッド部から吐出させた前記インク組成物を硬化させる硬化手段と、を有し、
前記ヘッド部から吐出させた前記インク組成物の硬化により形成したインク層を、高さ方向に積層して立体物を造形する立体物の造形装置であって、
前記立体物は、
前記立体物の外形に対応する形状を有する内部造形領域と、
前記内部造形領域の表面を覆う中間領域と、
前記中間領域の表面を覆う着色領域と、から構成されており、
前記内部造形領域は、少なくとも表面側が白色のインク組成物で形成されており、
前記着色領域は、着色成分を含むインク組成物と、透明なインク組成物とから形成されており、
前記中間領域は、前記白色のインク組成物と、前記透明なインク組成物とから、形成されていることを特徴とする立体物の造形装置。
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