JP2009298023A - 光造形方法、光造形装置および同光造形装置に適用される光造形用コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する方式の光造形装置において、滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができる光造形方法を提供する。
【解決手段】光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する場合において、外部コンピュータ装置１２０は、立体造形物の断面形状を４０９６×３０７２の解像度で構成されたビットマップ形式の断面画像データで表す。次に、外部コンピュータ装置１２０は、同断面画像データにおいて４×４画素単位ごとに立体造形物を表す画素（白色画素）を計数する。そして、同計数値に応じた階調値で４０９６×３０７２の解像度より少ないＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度で構成されたビットマップ形式の断面画像データに変換して立体造形物の輪郭部を表す断面画像データを立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を用いて所望する立体造形物を造形する光造形方法、光造形装置および同光造形装置に適用される光造形用コンピュータプログラムに関する。

従来から、紫外線などの光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を用いて、所望する立体（三次元）状の造形物（以下、「立体造形物」という）を製作する所謂光造形装置が知られている。光造形装置は、例えば、下記特許文献１に示すように、主として、ガラスなどからなる透明基板と、同透明基板上で液体の光硬化性樹脂を貯留する樹脂槽と、造形対象の立体造形物を上下動可能な状態で保持するテーブルと、立体造形物を水平方向にスライスした各分割層ごとの断面形状を表す断面形状画像を透明基板に投影するプロジェクタとを備えて構成されている。そして、光造形装置は、樹脂槽内における光硬化性樹脂にテーブルを浸漬させた状態で同テーブルを透明基板から所定量（約３０μｍ）ずつ上昇させながら透明基板の下方からプロジェクタにより各分割層ごとの断面形状画像を順次投影する。これにより、テーブルの下面から下方に向って立体造形物が順次積層されて造形される。
特開２００３−３９５６４号公報

しかしながら、このような光造形装置においては、プロジェクタの解像度より細かな形状を正確に造形することができないため、特に、表面形状が連続的に変化する部分が段状に形成されて造形精度が低いという問題があった。また、立体造形物の造形は、テーブルの移動量（分割層の厚さ）ごとの光の照射によって進行するため、成形された造形物の表面にテーブルの移動量に対応する高さの階段状の段差が不可避的に形成される。このため、上記と同様に、表面形状が連続的に変化する部分が階段状に形成されて造形精度が低いという問題があった。そこで、このような段差を解消するため、例えば、下記特許文献２には、和周波光の光量をアナログ変調または多値変調させることにより光硬化性樹脂に照射する光の階調を連続的に変化させて造形する光造形装置が提案されている。
特開平１０−１２８８５４号公報

しかしながら、上記した光造形装置においては、光硬化性樹脂の表面を走査するレーザ光を変調することにより滑らかな表面形状の立体造形物の造形を図るものであるため、レーザ光の走査により立体造形物を造形する方式でない光造形装置、すなわち、上記特許文献１に示すような光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する方式の光造形装置では依然として滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができないという問題があった。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する方式の光造形装置において、滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができる光造形方法、光造形装置および同光造形装置に適用される光造形用コンピュータプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明の特徴は、造形対象となる立体造形物を表す３次元画像データを用いて、同立体造形物を複数にスライスした各断面形状をビットマップ（ラスタ）形式で表した断面画像データを生成する断面画像データ生成ステップと、光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂に断面画像データによって表される断面形状画像を投影して前記断面形状に対応する光硬化層を成形する光硬化層成形ステップとを含み、前記断面形状ごとの光硬化層を積層することにより立体造形物を造形する光造形方法において、立体造形物または前記断面形状がビットマップ形式で表された３次元画像データまたは断面画像データを用いて、立体造形物における輪郭部を立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表す中間色配置ステップを含むことにある。

このように構成した請求項１に係る発明の特徴によれば、光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する場合において、立体造形物の輪郭部を表すビットマップ形式の断面画像データを立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表している。これにより、本発明の発明者らによる実験によれば、光硬化性樹脂の表面に投影される断面画像の解像度に起因する段状の段差および立体造形物を保持するテーブルの移動量に対応する高さの階段状の段差が緩和されて滑らかな表面形状の立体造形物が造形されることが確認されている。これは、立体造形物を造形する際、立体造形物の断面形状の輪郭部を表わす断面画像データが同輪郭部の存在の有無による２値ではなく、立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色、換言すれば、立体造形物を表す階調値と同立体造形物の背景を表す階調値との間の階調値で表されるようになり、立体造形物の表面に形成される段状および階段状の段差が縮小するためである。また、本発明に係る光造形方法は、立体造形物の輪郭部を表す３次元画像データを階調値で表す処理を実行することで実現できるため、光造形装置の機械的構成を複雑化することがないとともに、既存の光造形装置にも容易に適用することができる。

また、請求項２に係る発明の特徴は、前記光造形方法において、前記断面画像データ生成ステップは、立体造形物または断面形状を第１の解像度で構成されたビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データに表す第１のビットマップ表現ステップを含み、前記中間色配置ステップは、第１の解像度を構成する複数の画素単位で立体造形物を表す画素を計数する画素計数ステップと、前記複数の画素単位で計数した立体造形物を表す画素数に応じた階調値で、第１の解像度で構成されたビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データを、前記複数の画素を１画素とする第２の解像度で構成されたビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データに表す第２のビットマップ表現ステップとを含むことにある。

このように構成した請求項２に係る発明の特徴によれば、立体造形物または同立体造形物の断面形状を第１の解像度で構成されたビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データで表して複数の画素単位ごとに立体造形物を表す画素を計数し、同計数値に応じた階調値で第１の解像度より少ない第２の解像度で構成されたビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データに変換している。すなわち、立体造形物における輪郭部を第２の解像度を構成する１画素に占める立体造形物の面積に応じた階調値によって表している。これにより、より少ない解像度のビットマップ形式の３次元画像データまたは断面画像データで立体造形物または断面形状を表すことができる。これにより、光造形装置における記憶容量および計算負荷を抑えて短時間に滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができる。

また、本発明は、光造形方法として実施できるばかりでなく、同サポートの形成方法を適用した光造形装置および同光造形装置に適用される光造形用コンピュータプログラムとしても実施できるものである。

以下、本発明に係る光造形方法を用いた光造形装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る光造形法を用いて立体造形物を造形する光造形装置１００の全体構成を模式的に示す一部破断概略構成図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この光造形装置１００は、光（紫外線）を照射することにより硬化する性質を有する光硬化性樹脂に選択的に光を照射することにより、作業者が所望する立体造形物を造形するものである。

（光造形装置１００の構成）
光造形装置１００は、透明基板１０１を備えている。透明基板１０１は、光を透過可能な方形板状の薄板材によって構成されており、光造形装置１００における図示しない支持台上に水平な状態で配置され固定されている。本実施形態においては、厚さが約５ｍｍのガラス材によって構成されている。透明基板１０１の上面には、フィルム１０２が配置されている。フィルム１０２は、透明基板１０１上で硬化させる光硬化性樹脂が透明基板１０１の上面に固着することを防止するためのものであり、光を透過可能な樹脂製のフィルム材で構成されている。本実施形態においては、厚さが約１００μｍのポリエチレンテレフタラート（所謂ＰＥＴ）製のフィルムを用いている。また、フィルム１０２の上面には、フィルム１０２の上面にて硬化した光硬化性樹脂を容易に剥離させるための離型材（本実施形態においては、フルオロシリコン）がコーティングされている。なお、このフィルム１０２は、透明基板１０１上に置かれた状態で配置されているが、両面テープなどで固定して配置してもよい。

フィルム１０２の上面には、壁体１０３が配置されている。壁体１０３は、フィルム１０２上で液体状の光硬化性樹脂１０４を保持するための円筒状の壁であり、内径が約５０ｍｍ〜２００ｍｍのゴム材を立体造形物の大きさに応じて用いている。これらの透明基板１０１、フィルム１０２および壁体１０３によって液体状の光硬化性樹脂１０４を保持する樹脂槽１０５が形成される。この樹脂槽１０５内には、液体ポンプ１０６によって貯留槽１０７内に貯留されている光硬化性樹脂１０４が供給されるようになっている。

透明基板１０１の上方には、テーブル１０８が配置されている。テーブル１０８は、光を照射することにより硬化させた光硬化性樹脂１０４、すなわち、立体造形物を保持するための方形板状の部材であり、可撓性を有する樹脂材によって構成されている。本実施形態においては、厚さが約２ｍｍのポリアセタール製の板材で構成されている。このテーブル１０８は、透明基板１０１の上方において水平な状態で昇降装置１０９に対して着脱自在に保持されている。昇降装置１０９は、電動モータ１０９ａの回転駆動力を用いてテーブル１０８を水平な姿勢に保った状態で図示上下方向に変位させる。

透明基板１０１の下方には、反射ミラー１１０が配置されている。反射ミラー１１０は、プロジェクタ１１１から出射され対物レンズ１１２を介して入射する光を入射方向に直交する方向（図示上側）に反射させるとこにより、反射光を透明基板１０１の下面に導く光学素子である。プロジェクタ１１１は、コントローラ１１３から出力される画像信号によって表わされる画像を樹脂槽１０５内に貯留された光硬化性樹脂１０４に投影するための光を照射する投影機である。また、対物レンズ１１２は、プロジェクタ１１１から出力されて樹脂槽１０５内に貯留された光硬化性樹脂１０４に投影される画像の大きさを調整するための光学レンズである。

コントローラ１１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、インターフェース１１４を介して接続される外部コンピュータ装置１２０からの指示に従って図４に示す造形プログラムを実行することにより、液体ポンプ１０６、電動モータ１０９ａおよびプロジェクタ１１１の作動をそれぞれ制御する。なお、この造形プログラムは、予め前記ＲＯＭに記憶されている。

外部コンピュータ装置１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボードおよびマウスからなる入力装置１２１からの指示に従って、図示しない加工プログラムを実行することにより光造形装置１００（コントローラ１１３）の作動を制御する。この場合、加工プログラムは、図２に示す断面画像データ生成プログラムを実行することにより立体造形物の断面形状を表す断面画像データを生成する。この加工プログラムは、作業者により予め前記ハードディスクに記憶されている。また、外部コンピュータ装置１２０は、液晶ディスプレイからなる表示装置１２２に、光造形装置１００の作動状態および加工プログラム等の各実行状態などを適宜表示させる。すなわち、本実施形態において外部コンピュータ装置１２０は、個人向けパーソナルコンピュータ（所謂パソコン）を想定している。なお、外部コンピュータ装置１２０は、光造形装置１００の作動を制御することができれば、どのような形式のコンピュータ装置であってもよい。

（光造形装置１００の作動）
次に、本発明に係る光造形方法による立体造形物の造形過程について説明する。まず、作業者は光造形装置１００と外部コンピュータ装置１２０とをインターフェース１１４を介して接続し、光造形装置１００および外部コンピュータ装置１２０の電源をそれぞれ投入する。これにより、光造形装置１００および外部コンピュータ装置１２０は、図示しない所定のプログラムを実行することにより作業者からの指令の入力を待つ待機状態となる。

次に、作業者は、外部コンピュータ装置１２０に図示しないプログラムを実行させて造形対象となる立体造形物を外部コンピュータ装置１２０上で生成する。この場合、外部コンピュータ装置１２０上において立体造形物を表す３次元画像データは、ベクタ（ベクトル）形式によって表されている。そして、作業者は、外部コンピュータ装置１２０を操作して、光造形装置１００に立体造形物の造形を指示する。この指示に応答して、外部コンピュータ装置１２０は、図２に示す断面画像データ生成プログラムの実行をステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて、断面画像データの生成を実行する。

このステップＳ１０２における断面画像データの生成処理は、立体造形物を水平方向（テーブル１０８と平行な方向）に複数にスライスした場合における各断面形状ごとの画像データを生成するものである。したがって、断面画像データは、立体造形物を複数にスライスした各断面形状の輪郭を表すベクタ形式の画像データである。本実施形態においては、３４μｍの厚さで立体造形物をスライスした各断面形状を表わす断面画像データをそれぞれ生成する。

次に、外部コンピュータ装置１２０は、ステップＳ１０４にて、ビットマップ変換処理を実行する。具体的には、外部コンピュータ装置１２０は、立体造形物をスライスして各断面形状ごとに生成したベクタ形式の断面画像データのうちの１つの断面形状を表す断面画像データをＸＧＡ（eXtended Graphics Array）（１０２４×７６８）の４倍の解像度、すなわち、４０９６×３０７２の解像度のビットマップ形式で表された画像データに変換する。この場合、外部コンピュータ装置１２０は、ベクタ形式の断面画像データに対して２階調の量子化処理を実行することにより立体造形物を表す画素を白色で表すとともに同立体造形物の背景を表す画素を黒色で表したビットマップ形式の断面画像データを生成する。

このステップＳ１０２における断面画像データの生成処理およびステップＳ１０４におけるビットマップ変換処理が、本発明に係る断面画像データ生成ステップに相当するとともに、これらの各ステップのうち、ステップＳ１０４におけるビットマップ変換処理が、本発明に係る第１のビットマップ表現ステップに相当する。また、ＸＧＡ（１０２４×７６８）の４倍の解像度である４０９６×３０７２の解像度が、本発明に係る第１の解像度に相当する。

次に、外部コンピュータ装置１２０は、ステップＳ１０６にて、前記ステップＳ１０４にてビットマップ形式に変換した１つの断面画像データに対して中間色配置処理を実行する。この中間色配置処理は、立体造形物の輪郭部を表す断面画像データの各画素を、立体造形物を表す画素の色と同立体造形物の背景を表す画素の色との中間色に変換するものである。このステップＳ１０６における中間色配置処理は、次のサブステップ１〜サブステップ３の各処理によって構成されている。

サブステップ１：まず、外部コンピュータ装置１２０は、４０９６×３０７２画素のビットマップ形式で表された断面画像データを４×４画素単位で白色の画素の数を計数する。この計数処理は、４×４画素内に含まれる立体造形物を表す画素の数を計数することを意味し、本発明に係る画素計数ステップに相当する。

サブステップ２：次に、外部コンピュータ装置１２０は、４×４画素単位で計数した白色画素の数に応じて１７段階の階調値を割り当てる。この場合、１７段階の各階調値は、０段階から１６段階に向って白色から黒色に１６段階で濃くなる各濃度に対応している。なお、本実施形態においては、白色画素の数が０〜１６に対して、「０」と２５６階調を１６等分した各値とを階調値としてそれぞれ割り当てる。

例えば、ある４×４画素内における白色画素の数が「０」である場合には０段階の階調値として「０」を割り当てる。また、ある４×４画素内における白色画素の数が「１」である場合には１段階の階調値として「１６」を割り当てる。また、ある４×４画素内における白色画素の数が「２」である場合には２段階の階調値として「３２」を割り当てる。そして、ある４×４画素内における白色画素の数が「１６」である場合には１６段階の階調値として「２５５」を割り当てる。これにより、立体造形物における輪郭部を表す断面画像データの各画素が、４×４画素単位で計数した白色画素の数に応じて１７段階の階調値によって表される。なお、この場合、立体造形物における輪郭部以外の部分、具体的には、立体造形物の輪郭の内側および外側（すなわち、背景）をそれぞれ表す断面画像データの各画素も４×４画素単位で計数した白色画素の数に応じた階調値、具体的には、０段階（真白）または１６段階（真黒）の階調値によってそれぞれ表される。

サブステップ３：次に、外部コンピュータ装置１２０は、４０９６×３０７２画素のビットマップ形式で表された断面画像データをＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度のビットマップ形式で表した画像データに変換する。具体的には、外部コンピュータ装置１２０は、１７段階（０〜１６段階）の階調値を割り当てた４×４画素をＸＧＡの解像度における１画素とする。この場合、ＸＧＡの解像度における１画素は、同１画素に対応する４×４画素に割り当てた１７段階（０〜１６段階）の階調値に応じた階調（グレースケール）で表される。これにより、立体造形物の輪郭部を表す断面画像データの各画素が立体造形物を表す画素の色と同立体造形物の背景を表す画素の色との中間色で表される。すなわち、このサブステップ３における処理が、本発明に係る第２のビットマップ表現処理に相当し、ＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度が、本発明に係る第２の解像度に相当する。

図３は、数字の「２」を模した図形Ａに対して中間色配置処理を実行する過程を模式的に示している。図３において、（ａ）および（ｂ）は数字の「２」を模した図形Ａを４０９６×３０７２画素のビットマップ上に配置して同図形Ａをビットマップ形式の断面画像データに変換した状態を示しており前記ステップＳ１０４の処理（ビットマップ変換処理）に対応する。また、図３（ｃ）は、４０９６×３０７２画素のビットマップ形式で表された断面画像データを４×４画素単位で白色画素の数を計数する処理の結果を示しており、前記サブステップ１の処理に対応する。また、図３（ｄ）は、４×４画素単位で計数した白色画素の数に応じて１７段階の階調値を割り当てる処理の結果を示しており前記サブステップ２の処理に対応する。そして、図３（ｅ）は、４０９６×３０７２画素のビットマップ形式で表された断面画像データをＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度のビットマップ形式で表した画像データに変換する処理の結果を示しており前記サブステップ３の処理に対応する。図３（ｅ）によれば、図形Ａにおける輪郭部の内側部分が白色で表されるとともに同図形Ａの背景部分が黒色で表されている。そして、図形Ａにおける輪郭部が図形Ａの内側部分の白色と同図形Ａの背景部分の黒色の中間色（グレースケール）で表されている。

次に、外部コンピュータ装置１２０は、ステップＳ１０８にて、前記ステップＳ１０２〜前記ステップＳ１０６を経て生成された１つの断面画像データを光造形装置１００（コントローラ１１３）に出力する。そして、外部コンピュータ装置１２０は、ステップＳ１１０にて、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを光造形装置１００に出力したか否かを判定する。すなわち、外部コンピュータ装置１２０は、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを光造形装置１００に出力するまで、このステップＳ１１０における判定処理にて「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１０４に戻る。これにより、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データに対してビットマップ変換処理（ステップＳ１０４）および中間色配置処理（ステップＳ１０６）が施された断面画像データが光造形装置１００に出力される。

そして、外部コンピュータ装置１２０は、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを光造形装置１００に出力した場合には、このステップＳ１１０における判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１２に進み、同ステップＳ１１２にて、この断面画像データ生成プログラムの実行を終了する。

一方、断面画像データを入力した光造形装置１００のコントローラ１１３は、断面画像データの入力に応答して図４に示す造形加工プログラムの実行をステップＳ２００にて開始して、ステップＳ２０２にて、外部コンピュータ装置１２０から順次出力される断面画像データを記憶する。次に、コントローラ１１３は、ステップＳ２０４にて、立体造形物の造形を開始する。具体的には、光造形装置１００のコントローラ１１３は、液体ポンプ１０６の作動を制御して樹脂槽１０５内に光硬化性樹脂１０４を供給するとともに、昇降装置１０９における電動モータ１０９ａの作動を制御してテーブル１０８をフィルム１０２の上面から所定の高さの位置に位置決めする。本実施形態においては、フィルム１０２の上面から約３４μｍの高さの位置にテーブル１０８の下面が位置するように位置決めする。なお、樹脂槽１０５内に供給される光硬化性樹脂１０４の量は、立体造形物を構成する一層分の厚さ（本実施形態においては約３４μｍ）より深い深さとなる量である。

そして、コントローラ１１３は、立体造形物を構成する一つ目の層の断面形状を表わす断面画像データをプロジェクタ１１１に出力することにより同プロジェクタ１１１の作動を制御してテーブル１０８の下面に向けて立体造形物を構成する一つ目の層の断面形状を表わす断面画像を照射させる。これにより、フィルム１０２とテーブル１０８との間に存在する光硬化性樹脂１０４に選択的に光が照射されて、テーブル１０８の下面に立体造形物を構成する第１層目が造形される。

この場合、テーブル１０８の下面に造形された第１層目は、透明基板１０１上のフィルム１０２の上面に固着した状態で造形される。このため、コントローラ１１３は、昇降装置１０９における電動モータ１０９ａの作動を制御してテーブル１０８を上方に変位させることにより、テーブル１０８の下面に形成された第一層目をフィルム１０２の上面から剥がす。そして、コントローラ１３０は、再度テーブル１０８を下降させてテーブル１０８の下面に形成された立体造形物の最下部の位置をフィルム１０２の上面から所定の高さの位置（本実施形態においては約３４μｍ）に位置決めする。

次に、コントローラ１１３は、ステップＳ２０６にて、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを用いて立体造形物の造形を実行したか否かを判定する。すなわち、コントローラ１１３は、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを用いて立体造形物の造形を実行するまで、このステップＳ２０６における判定処理にて「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ２０４に戻る。これにより、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを用いて立体造形物の造形が実行される。すなわち、テーブル１０８の位置決め、プロジェクタ１１１による画像の照射および造形された立体造形物の引き剥がしを繰り返し実行することによって前記造形された第１層目の下面に第２層目以降の各層を順次形成する。

このステップＳ２０４による立体造形物の造形処理においては、プロジェクタ１１１によってテーブル１０８の下面に向けて照射される立体造形物の断面形状を表す各断面画像における輪郭部が中間色（グレースケール）によって表されている。このため、立体造形物の輪郭部に照射される光の光量の急激な変化が軽減される。これにより、滑らかな表面形状の立体造形物が造形される。

そして、コントローラ１１３は、立体造形物の断面形状を表す全ての断面画像データを用いて立体造形物の造形を実行した場合には、このステップＳ２０６における判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２０８に進み、同ステップＳ２０８にて、この造形加工プログラムの実行を終了する。作業者は、造形加工プログラムの実行の終了後、テーブル１０８を昇降装置１０９から取り外してテーブル１０８から立体造形物を引き剥がす。これにより、光造形装置１００による立体造形物の造形作業が終了する。

図５は、立体造形物をスライスした断面形状が円形の場合において、断面画像データによって表される断面形状画像、同断面画像データに基づいてテーブル１０８の下面に向けて投影される断面形状画像および同断面画像データによって造形される立体造形物の断面形状画像を従来技術との対比で示している。図５において、（ａ）は原図を表すベクタ形式の断面画像データによって表された円形の断面形状を示している。また、（ｂ）〜（ｄ）は従来技術によるビットマップ形式の断面形状データによって表される断面形状画像（ｂ）、同断面画像データに基づいてテーブル１０８の下面に向けて投影される断面形状画像（ｃ）および同断面画像データによって造形される立体造形物の断面形状画像（ｄ）をそれぞれ示している。

また、（ｅ）〜（ｈ）は、本発明においてビットマップ形式の断面形状データによって表される断面形状画像（ｅ）、本発明に係る中間色配置処理を施したビットマップ形式の断面形状データによって表される断面形状画像（ｆ）、同断面画像データに基づいてテーブル１０８の下面に向けて投影される断面形状画像（ｇ）および同断面画像データによって造形される立体造形物の断面形状画像（ｈ）をそれぞれ示している。これらのうち、図５（ｄ）と図５（ｈ）とを対比すると、本発明に係る光造形法により造形される立体造形物の表面（輪郭）は、従来技術により造形される立体造形物の表面に比べて滑らかに形成されていることが確認できる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影することにより立体造形物を造形する場合において、立体造形物の輪郭部を表すビットマップ形式の断面画像データを立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表している。これにより、光硬化性樹脂の表面に投影される断面画像の解像度に起因する段状の段差および立体造形物を保持するテーブル１０８の移動量に対応する高さの階段状の段差が緩和されて滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができる。これは、立体造形物を造形する際、立体造形物の断面形状の輪郭部を表わす断面画像データが同輪郭部の存在の有無による２値ではなく、立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色、換言すれば、立体造形物を表す階調値と同立体造形物の背景を表す階調値との間の階調値で表されるようになり、立体造形物の表面に形成される段状および階段状の段差が縮小するためである。また、本発明に係る光造形方法は、立体造形物の輪郭部を表す３次元画像データを階調値で表す処理、すなわち、断面画像データ生成プログラムを実行することで実現できるため、光造形装置１００の機械的構成を複雑化することがないとともに、既存の光造形装置にも容易に適用することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、造形対象となる立体造形物をベクタ形式で表した３次元画像データに対して断面画像データの生成（ステップＳ１０２）、ビットマップ変換処理（ステップＳ１０４）および中間色配置処理（ステップＳ１０６）をそれぞれ実行した。しかし、造形対象となる立体造形物の輪郭部がビットマップ形式の３次元画像データにおける立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表されていれば、これらの各処理を実行する順番は必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、立体造形物をベクタ形式で表した３次元画像データに対してビットマップ変換処理（ステップＳ１０４）を実行した後、断面画像データの生成（ステップＳ１０２）および中間色配置処理（ステップＳ１０６）を任意の順番で実行するように構成してもよい。

また、外部コンピュータ装置１２０上で造形対象となる立体造形物を表す３次元画像データを生成する場合においても、必ずしも、ベクタ形式で生成する必要はなく、ビットマップ形式で３次元画像データを生成してもよい。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、立体造形物の断面形状をＸＧＡ（１０２４×７６８）の４倍の解像度である４０９６×３０７２の解像度（第１の解像度）で構成されたビットマップ形式の断面画像データで表して４×４画素単位ごとに立体造形物を表す画素を計数し、同計数値に応じた階調値で４０９６×３０７２の解像度より少ないＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度（第２の解像度）で構成されたビットマップ形式の断面画像データに変換している。すなわち、立体造形物における輪郭部をＸＧＡ（１０２４×７６８）の解像度を構成する１画素に占める立体造形物の面積に応じた階調値によって表すことにより、立体造形物における輪郭部を表す３次元画像データに中間色を配置している。これは、より少ない解像度のビットマップ形式の断面画像データで断面形状を表すことができ、光造形装置における記憶容量および計算負荷を抑えて短時間に滑らかな表面形状の立体造形物を造形することができるためである。

したがって、立体造形物における輪郭部を表す３次元画像データに中間色を配置できれば、上記実施形態に限定されるものではなく、当然、他の方法によって立体造形物における輪郭部を表す３次元画像データに中間色を配置してもよい。これによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、テーブル１０８の下面から下方に向って立体造形物を造形するように構成したが、当然、これに限定されるものではない。本発明は、光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂を用いて所望する立体造形物を製作する所謂光造形法に広く適用できるものである。したがって、例えば、テーブル１０８の上面から上方に向って立体造形物を造形するように構成した光造形装置であってもよい。これによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

本発明の一実施形態に係るサポートの形成方法に適用される光造形装置の全体構成を模式的に示す一部破断構成外略図である。 図１に示す外部コンピュータ装置に実行される断面画像データ生成プログラムのフォローチャートを示している。 （ａ）〜（ｅ）は、図形Ａに対して中間色配置処理を実行する過程を模式的に示した説明図である。 図１に示すコントローラに実行される造形加工プログラムのフォローチャートを示している。 （ａ）〜（ｈ）は、立体造形物をスライスした断面形状が円形の場合において生成される断面画像データによって表される断面形状画像、同断面画像データに基づいて投影される断面形状画像および同断面画像データによって造形される立体造形物の断面形状画像を従来技術との対比で示した説明図である。

符号の説明

１００…光造形装置、１０１…透明基板、１０２…フィルム、１０３…壁体、１０４…光硬化性樹脂、１０５…樹脂槽、１０６…液体ポンプ、１０７…貯留槽、１０８…テーブル、１０９…昇降装置、１０９ａ…電動モータ、１１０…反射ミラー、１１１…プロジェクタ、１１２…対物レンズ、１１３…コントローラ、１１４…インターフェース、１２０…外部コンピュータ装置。

Claims (6)

1. 造形対象となる立体造形物を表す３次元画像データを用いて、同立体造形物を複数にスライスした各断面形状をビットマップ（ラスタ）形式で表した断面画像データを生成する断面画像データ生成ステップと、
   光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂に前記断面画像データによって表される断面形状画像を投影して前記断面形状に対応する光硬化層を成形する光硬化層成形ステップとを含み、前記断面形状ごとの前記光硬化層を積層することにより前記立体造形物を造形する光造形方法において、
   前記立体造形物または前記断面形状がビットマップ形式で表された前記３次元画像データまたは前記断面画像データを用いて、前記立体造形物における輪郭部を前記立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表す中間色配置ステップを含むことを特徴とする光造形方法。
2. 請求項１に記載した光造形方法において、
   前記断面画像データ生成ステップは、
   前記立体造形物または前記断面形状を第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第１のビットマップ表現ステップを含み、
   前記中間色配置ステップは、
   前記第１の解像度を構成する複数の画素単位で前記立体造形物を表す画素を計数する画素計数ステップと、
   前記複数の画素単位で計数した前記立体造形物を表す画素数に応じた階調値で、前記第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データを、前記複数の画素を１画素とする第２の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第２のビットマップ表現ステップとを含むことを特徴とする光造形方法。
3. 造形対象となる立体造形物を表す３次元画像データを用いて、同立体造形物を複数にスライスした各断面形状をビットマップ（ラスタ）形式で表した断面画像データを生成する断面画像データ生成手段と、
   光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂に前記断面画像データによって表される断面形状画像を投影して前記断面形状に対応する光硬化層を成形する光硬化層成形手段とを備え、前記断面形状ごとの前記光硬化層を積層することにより前記立体造形物を造形する光造形装置において、
   前記立体造形物または前記断面形状がビットマップ形式で表された前記３次元画像データまたは前記断面画像データを用いて、前記立体造形物における輪郭部を前記立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表す中間色配置手段を備えることを特徴とする光造形装置。
4. 請求項３に記載した光造形装置において、
   前記断面画像データ生成手段は、
   前記立体造形物または前記断面形状を第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第１のビットマップ表現手段を備え、
   前記中間色配置手段は、
   前記第１の解像度を構成する複数の画素単位で前記立体造形物を表す画素を計数する画素計数手段と、
   前記複数の画素単位で計数した前記立体造形物を表す画素数に応じた階調値で、前記第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データを、前記複数の画素を１画素とする第２の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第２のビットマップ表現手段とを備えることを特徴とする光造形装置。
5. 光硬化性樹脂の表面に立体造形物の断面形状画像を投影して前記立体造形物を造形する光造形装置の作動を制御するコンピュータ装置に実行させるコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータ装置に、
   造形対象となる立体造形物を表す３次元画像データを用いて、同立体造形物を複数にスライスした各断面形状をビットマップ（ラスタ）形式で表した断面画像データを生成する断面画像データ生成ステップと、
   前記立体造形物または前記断面形状がビットマップ形式で表された前記３次元画像データまたは前記断面画像データを用いて、前記立体造形物における輪郭部を前記立体造形物を表す色と同立体造形物の背景を表す色との中間色で表す中間色配置ステップと、
   光を照射することにより硬化する光硬化性樹脂に前記断面画像データによって表される断面形状画像を投影して前記断面形状に対応する光硬化層を成形する光硬化層成形ステップとを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
6. 請求項５に記載したコンピュータプログラムにおいて、
   断面画像データ生成ステップは、前記コンピュータ装置に、
   前記立体造形物または前記断面形状を第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第１のビットマップ表現ステップを実行させ、
   前記中間色配置ステップは、前記コンピュータ装置に、
   前記第１の解像度を構成する複数の画素単位で前記立体造形物を表す画素を計数する画素計数ステップと、
   前記複数の画素単位で計数した前記立体造形物を表す画素数に応じた階調値で、前記第１の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データを、前記複数の画素を１画素とする第２の解像度で構成されたビットマップ形式の前記３次元画像データまたは前記断面画像データに表す第２のビットマップ表現ステップとを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。