JP2009298023A - Optical stereo lithographic method, optical stereo lithographic apparatus and computer program for optical stereo lithography applied to optical stereo lithographic apparatus - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an optical modeling method, an optical modeling apparatus, and an optical modeling computer program applied to the optical modeling apparatus for modeling a desired three-dimensional model using a photocurable resin that is cured by irradiating light.
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。
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。
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。 However, in the above-described optical modeling apparatus, a three-dimensional object having a smooth surface shape is formed by modulating laser light that scans the surface of the photocurable resin. An optical modeling apparatus that is not a method for modeling an object, that is, an optical modeling apparatus that models a three-dimensional object by projecting a cross-sectional image of the three-dimensional object on the surface of a photocurable resin as shown in Patent Document 1 above. However, there is still a problem that it is impossible to form a three-dimensional object having a smooth surface shape.
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。 The present invention was made to cope with the above problem, and the purpose thereof is an optical modeling apparatus of a method of modeling a three-dimensional object by projecting a cross-sectional shape image of the three-dimensional object on the surface of the photocurable resin. An object of the present invention is to provide an optical modeling method, an optical modeling apparatus, and an optical modeling computer program applied to the optical modeling apparatus that can model a three-dimensional object having a smooth surface shape.
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。 In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 is characterized in that each cross-sectional shape obtained by slicing the three-dimensional structure using a three-dimensional image data representing the three-dimensional structure to be formed is a bitmap ( A cross-sectional image data generation step for generating cross-sectional image data expressed in a raster format, and a cross-sectional shape image represented by the cross-sectional image data is projected onto a photocurable resin that is cured by irradiating light into the cross-sectional shape. A photo-curing layer forming step of forming a corresponding photo-curing layer, wherein the three-dimensional object or the cross-sectional shape is a bit. Using 3D image data or cross-sectional image data expressed in map format, the color representing the background of the 3D object and the color representing the 3D object at the contour of the 3D object It is to include an intermediate color placement step represented by the intermediate color.
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。 According to the characteristic of the invention which concerns on Claim 1 comprised in this way, when modeling a three-dimensional molded item by projecting the cross-sectional shape image of a three-dimensional molded item on the surface of photocurable resin, the outline of a three-dimensional molded item The cross-sectional image data in bitmap format representing a part is represented by an intermediate color between the color representing the three-dimensional structure and the color representing the background of the three-dimensional structure. Thereby, according to the experiment by the inventors of the present invention, it corresponds to the stepped level difference caused by the resolution of the cross-sectional image projected on the surface of the photocurable resin and the amount of movement of the table holding the three-dimensional object. It has been confirmed that a three-dimensional modeled object having a smooth surface shape is formed by relaxing the stepped height. This is because, when modeling a three-dimensional object, the cross-sectional image data representing the contour part of the cross-sectional shape of the three-dimensional object is not a binary value depending on the presence or absence of the same contour part, but the color representing the three-dimensional object and the same three-dimensional object An intermediate color with the color representing the background of the object, in other words, a gradation value between the gradation value representing the three-dimensional structure and the gradation value representing the background of the three-dimensional structure, This is because the stepped and stepped steps formed on the surface of the object are reduced. Moreover, since the stereolithography method according to the present invention can be realized by executing a process of representing the three-dimensional image data representing the contour portion of the three-dimensional modeled object with gradation values, the mechanical configuration of the stereolithography apparatus is complicated. In addition, it can be easily applied to existing stereolithography apparatuses.
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。 Further, the invention according to claim 2 is characterized in that, in the optical modeling method, the cross-sectional image data generation step includes three-dimensional modeled data or a three-dimensional image data in a bitmap format in which a cross-sectional shape is configured with a first resolution. Including a first bitmap representation step represented in cross-sectional image data, wherein the intermediate color arrangement step includes a pixel counting step of counting pixels representing a three-dimensional object in units of a plurality of pixels constituting the first resolution; Three-dimensional image data or cross-sectional image data in a bitmap format configured at the first resolution with gradation values corresponding to the number of pixels representing a three-dimensional structure counted in pixel units, and the plurality of pixels as one pixel And a second bitmap representation step represented in the bitmap format three-dimensional image data or cross-sectional image data configured at the second resolution.
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。 According to the characteristic of the invention which concerns on Claim 2 comprised in this way, the cross-sectional shape of the three-dimensional molded item or the three-dimensional modeled object is the three-dimensional image data or the sectional image data in the bitmap format configured with the first resolution. The three-dimensional image data in a bitmap format configured by counting a pixel representing a three-dimensional object for each of a plurality of pixel units, and having a gradation value corresponding to the counted value and a second resolution lower than the first resolution Alternatively, it is converted into cross-sectional image data. That is, the contour portion in the three-dimensional structure is represented by a gradation value corresponding to the area of the three-dimensional structure that occupies one pixel constituting the second resolution. Thereby, a three-dimensional molded item or a cross-sectional shape can be expressed by three-dimensional image data or cross-sectional image data in a bitmap format with a smaller resolution. Thereby, the storage capacity and calculation load in the optical modeling apparatus can be suppressed, and a three-dimensional modeled object having a smooth surface shape can be modeled in a short time.
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。 The present invention can be implemented not only as an optical modeling method but also as an optical modeling apparatus to which the support forming method is applied and an optical modeling computer program applied to the optical modeling apparatus.
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。 Hereinafter, an embodiment of an optical modeling apparatus using the optical modeling method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially broken schematic configuration diagram schematically showing an overall configuration of an optical modeling apparatus 100 that models a three-dimensional model using the optical modeling method according to the present invention. Note that each drawing referred to in the present specification is schematically represented by exaggerating some of the components in order to facilitate understanding of the present invention. For this reason, the dimension, ratio, etc. between each component may differ. This optical modeling apparatus 100 models a three-dimensional model desired by an operator by selectively irradiating light to a photocurable resin having a property of curing by irradiating light (ultraviolet rays). .
（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。
(Configuration of stereolithography apparatus 100)
The optical modeling apparatus 100 includes a transparent substrate 101. The transparent substrate 101 is formed of a rectangular plate-like thin plate material that can transmit light, and is disposed and fixed in a horizontal state on a support base (not shown) in the optical modeling apparatus 100. In the present embodiment, it is made of a glass material having a thickness of about 5 mm. A film 102 is disposed on the upper surface of the transparent substrate 101. The film 102 is for preventing the photocurable resin to be cured on the transparent substrate 101 from adhering to the upper surface of the transparent substrate 101, and is made of a resin film material that can transmit light. In this embodiment, a film made of polyethylene terephthalate (so-called PET) having a thickness of about 100 μm is used. Further, the upper surface of the film 102 is coated with a release material (in this embodiment, fluorosilicone) for easily peeling the photocurable resin cured on the upper surface of the film 102. In addition, although this film 102 is arrange | positioned in the state put on the transparent substrate 101, you may arrange | position by fixing with a double-sided tape etc.
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。 A wall body 103 is arranged on the upper surface of the film 102. The wall body 103 is a cylindrical wall for holding the liquid photocurable resin 104 on the film 102, and a rubber material having an inner diameter of about 50 mm to 200 mm is used according to the size of the three-dimensional structure. Yes. The transparent substrate 101, the film 102, and the wall body 103 form a resin tank 105 that holds the liquid photocurable resin 104. The photocurable resin 104 stored in the storage tank 107 is supplied into the resin tank 105 by the liquid pump 106.
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。 A table 108 is disposed above the transparent substrate 101. The table 108 is a photocurable resin 104 cured by irradiating light, that is, a rectangular plate-like member for holding a three-dimensional model, and is made of a flexible resin material. In the present embodiment, the plate is made of a plate material made of polyacetal having a thickness of about 2 mm. The table 108 is detachably held with respect to the lifting device 109 in a horizontal state above the transparent substrate 101. The elevating device 109 displaces the table 108 in the vertical direction in the figure while maintaining the table 108 in a horizontal posture using the rotational driving force of the electric motor 109a.
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。 A reflection mirror 110 is disposed below the transparent substrate 101. The reflection mirror 110 is an optical element that guides reflected light to the lower surface of the transparent substrate 101 by reflecting light emitted from the projector 111 and incident through the objective lens 112 in a direction (upper side in the drawing) perpendicular to the incident direction. . The projector 111 is a projector that emits light for projecting the image represented by the image signal output from the controller 113 onto the photocurable resin 104 stored in the resin tank 105. The objective lens 112 is an optical lens for adjusting the size of an image output from the projector 111 and projected onto the photocurable resin 104 stored in the resin tank 105.
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。 The controller 113 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes a modeling program shown in FIG. 4 in accordance with an instruction from the external computer device 120 connected via the interface 114, whereby a liquid pump 106, the operations of the electric motor 109a and the projector 111 are controlled. This modeling program is stored in advance in the ROM.
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。 The external computer device 120 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, a hard disk, and the like, and by executing a machining program (not shown) according to instructions from the input device 121 including a keyboard and a mouse, the optical modeling device 100. The operation of the (controller 113) is controlled. In this case, the machining program generates cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional structure by executing the cross-sectional image data generation program shown in FIG. This machining program is stored in advance in the hard disk by the operator. Further, the external computer device 120 causes the display device 122 formed of a liquid crystal display to appropriately display the operation state of the optical modeling device 100, each execution state of the machining program, and the like. That is, in the present embodiment, the external computer device 120 is assumed to be a personal computer for personal use (so-called personal computer). The external computer device 120 may be any type of computer device as long as it can control the operation of the stereolithography device 100.
（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。
(Operation of stereolithography apparatus 100)
Next, the modeling process of the three-dimensional molded item by the optical modeling method according to the present invention will be described. First, the operator connects the optical modeling apparatus 100 and the external computer apparatus 120 via the interface 114, and turns on the optical modeling apparatus 100 and the external computer apparatus 120, respectively. Thereby, the stereolithography apparatus 100 and the external computer apparatus 120 will be in the standby state which waits for the input of the command from an operator by executing the predetermined program which is not illustrated.
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。 Next, the operator causes the external computer device 120 to execute a program (not shown) to generate a three-dimensional object to be modeled on the external computer device 120. In this case, the three-dimensional image data representing the three-dimensional structure on the external computer device 120 is represented in a vector (vector) format. Then, the operator operates the external computer device 120 to instruct the optical modeling device 100 to model the three-dimensional modeled object. In response to this instruction, the external computer device 120 starts execution of the slice image data generation program shown in FIG. 2 in step S100, and executes generation of the slice image data in step S102.
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。 The generation processing of the cross-sectional image data in step S102 is to generate image data for each cross-sectional shape when the three-dimensional structure is sliced into a plurality of pieces in the horizontal direction (direction parallel to the table 108). Therefore, the cross-sectional image data is vector-format image data representing the outline of each cross-sectional shape obtained by slicing a three-dimensional structure. In the present embodiment, cross-sectional image data representing each cross-sectional shape obtained by slicing a three-dimensional structure with a thickness of 34 μm is generated.
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。 Next, the external computer device 120 executes bitmap conversion processing in step S104. Specifically, the external computer device 120 converts the cross-sectional image data representing one cross-sectional shape from cross-sectional image data in the vector format generated by slicing the three-dimensional structure and for each cross-sectional shape into an XGA (eXtended Graphics Array). The image data is converted into image data represented in a bitmap format having a resolution four times (1024 × 768), that is, a resolution of 4096 × 3072. In this case, the external computer device 120 performs a two-gradation quantization process on the cross-sectional image data in the vector format to represent pixels representing the three-dimensional structure in white and pixels representing the background of the three-dimensional structure Is generated in cross-section image data in a bitmap format in black.
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。 The section image data generation process in step S102 and the bitmap conversion process in step S104 correspond to the section image data generation step according to the present invention. Among these steps, the bitmap conversion process in step S104 is performed as follows. This corresponds to the first bitmap representation step according to the present invention. Further, a resolution of 4096 × 3072, which is four times the resolution of XGA (1024 × 768), corresponds to the first resolution according to the present invention.
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。 Next, in step S106, the external computer device 120 executes intermediate color arrangement processing on the one cross-sectional image data converted into the bitmap format in step S104. This intermediate color arrangement process converts each pixel of the cross-sectional image data representing the contour portion of the three-dimensional structure into an intermediate color between the color of the pixel representing the three-dimensional structure and the color of the pixel representing the background of the three-dimensional structure. is there. The intermediate color arrangement process in step S106 includes the following processes of sub-step 1 to sub-step 3.
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。 Sub-step 1: First, the external computer device 120 counts the number of white pixels in the 4 × 4 pixel unit of the cross-sectional image data represented in the bitmap format of 4096 × 3072 pixels. This counting process means counting the number of pixels representing a three-dimensional structure included in 4 × 4 pixels, and corresponds to a pixel counting step according to the present invention.
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。 Sub-step 2: Next, the external computer device 120 assigns 17 gradation values according to the number of white pixels counted in units of 4 × 4 pixels. In this case, each gradation value in 17 levels corresponds to each density that increases from white to black in 16 levels from 0 to 16 levels. In this embodiment, “0” and each value obtained by dividing 256 gradations into 16 equal parts are assigned as gradation values to the number of white pixels from 0 to 16, respectively.
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。 For example, when the number of white pixels in a certain 4 × 4 pixel is “0”, “0” is assigned as a gradation value of 0 level. Further, when the number of white pixels in a certain 4 × 4 pixel is “1”, “16” is assigned as a one-step gradation value. Further, when the number of white pixels in a certain 4 × 4 pixel is “2”, “32” is assigned as a two-stage gradation value. When the number of white pixels in a 4 × 4 pixel is “16”, “255” is assigned as a gradation value of 16 levels. Thereby, each pixel of the cross-sectional image data representing the contour part in the three-dimensional model is represented by 17 gradation values according to the number of white pixels counted in units of 4 × 4 pixels. In addition, in this case, each pixel of the cross-sectional image data that represents a portion other than the contour portion in the three-dimensional structure, specifically, the inside and the outside (that is, the background) of the contour of the three-dimensional structure is also in units of 4 × 4 pixels. It is represented by a gradation value corresponding to the counted number of white pixels, specifically, a gradation value of 0 level (true white) or 16 levels (true black).
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。 Sub-step 3: Next, the external computer device 120 converts the cross-sectional image data represented in a bitmap format of 4096 × 3072 pixels into image data represented in a bitmap format with a resolution of XGA (1024 × 768). Specifically, the external computer device 120 sets 4 × 4 pixels to which gradation values of 17 levels (0 to 16 levels) are assigned as 1 pixel in the XGA resolution. In this case, one pixel in the XGA resolution is represented by a gradation (gray scale) corresponding to a gradation value of 17 levels (0 to 16 levels) assigned to 4 × 4 pixels corresponding to the same pixel. Thereby, each pixel of the cross-sectional image data representing the contour portion of the three-dimensional structure is represented by an intermediate color between the color of the pixel representing the three-dimensional structure and the color of the pixel representing the background of the three-dimensional structure. That is, the processing in sub-step 3 corresponds to the second bitmap representation processing according to the present invention, and the resolution of XGA (1024 × 768) corresponds to the second resolution according to the present invention.
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。 FIG. 3 schematically shows a process of executing the intermediate color arrangement process for the graphic A simulating the number “2”. 3, (a) and (b) show a state in which a figure A imitating the number “2” is arranged on a bitmap of 4096 × 3072 pixels and the figure A is converted into sectional image data in the bitmap format. This corresponds to the processing in step S104 (bitmap conversion processing). FIG. 3C shows the result of the process of counting the number of white pixels in the unit of 4 × 4 pixels in the sectional image data represented in the bitmap format of 4096 × 3072 pixels. Corresponds to the process. FIG. 3D shows the result of the process of assigning 17 levels of gradation values according to the number of white pixels counted in units of 4 × 4 pixels, and corresponds to the process of sub-step 2. FIG. 3E shows the result of the process of converting the cross-sectional image data expressed in the bitmap format of 4096 × 3072 pixels into the image data expressed in the bitmap format with the resolution of XGA (1024 × 768). Corresponds to the processing of the sub-step 3. According to FIG.3 (e), the inner part of the outline part in the figure A is represented by white, and the background part of the figure A is represented by black. And the outline part in the figure A is represented by the intermediate color (gray scale) of the white part of the inner side of the figure A and the black part of the background part of the figure A.
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。 Next, in step S108, the external computer apparatus 120 outputs one cross-sectional image data generated through the steps S102 to S106 to the optical modeling apparatus 100 (controller 113). Then, in step S110, the external computer device 120 determines whether or not all cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional model is output to the optical modeling device 100. That is, the external computer device 120 continues to determine “No” in the determination processing in step S110 until it outputs all the cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional structure to the optical modeling device 100, and then proceeds to step S104. Return. Thereby, the cross-sectional image data in which the bitmap conversion process (step S104) and the intermediate color arrangement process (step S106) are performed on all cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional model is output to the optical modeling apparatus 100. The
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。 And when all the cross-section image data showing the cross-sectional shape of a three-dimensional molded item are output to the optical modeling apparatus 100, the external computer apparatus 120 will determine with "Yes" in the determination process in this step S110, and step S112 In step S112, the execution of the slice image data generation program is terminated.
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。 On the other hand, the controller 113 of the optical modeling apparatus 100 that has input the cross-sectional image data starts execution of the modeling processing program shown in FIG. 4 in step S200 in response to the input of the cross-sectional image data. The cross-sectional image data sequentially output from the computer device 120 is stored. Next, the controller 113 starts modeling of the three-dimensional modeled object in step S204. Specifically, the controller 113 of the optical modeling apparatus 100 controls the operation of the liquid pump 106 to supply the photocurable resin 104 into the resin tank 105, and also controls the operation of the electric motor 109 a in the lifting device 109. Then, the table 108 is positioned at a predetermined height from the upper surface of the film 102. In the present embodiment, positioning is performed so that the lower surface of the table 108 is positioned at a height of about 34 μm from the upper surface of the film 102. In addition, the quantity of the photocurable resin 104 supplied in the resin tank 105 is the quantity used as the depth deeper than the thickness for one layer which comprises a three-dimensional molded item (about 34 micrometers in this embodiment).
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。 Then, the controller 113 outputs the cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the first layer constituting the three-dimensional structure to the projector 111 to control the operation of the projector 111 so as to face the lower surface of the table 108. A cross-sectional image representing the cross-sectional shape of the first layer constituting the modeled object is irradiated. Thereby, light is selectively irradiated to the photocurable resin 104 existing between the film 102 and the table 108, and the first layer constituting the three-dimensional object is modeled on the lower surface of the table 108.
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。 In this case, the first layer formed on the lower surface of the table 108 is formed in a state of being fixed to the upper surface of the film 102 on the transparent substrate 101. Therefore, the controller 113 peels the first layer formed on the lower surface of the table 108 from the upper surface of the film 102 by controlling the operation of the electric motor 109 a in the lifting device 109 to displace the table 108 upward. Then, the controller 130 lowers the table 108 again so that the lowermost position of the three-dimensional structure formed on the lower surface of the table 108 is a predetermined height from the upper surface of the film 102 (about 34 μm in this embodiment). Position to.
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。 Next, in step S206, the controller 113 determines whether or not the modeling of the three-dimensional structure has been executed using all the cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional structure. That is, the controller 113 continues to determine “No” in the determination process in step S206 until it performs modeling of the three-dimensional structure using all the cross-sectional image data representing the cross-sectional shape of the three-dimensional structure. Return to. Thereby, modeling of a three-dimensional molded item is performed using all the cross-sectional image data showing the cross-sectional shape of a three-dimensional molded item. That is, the second and subsequent layers are sequentially formed on the lower surface of the first layer formed by repeatedly positioning the table 108, irradiating the image by the projector 111, and peeling off the formed three-dimensional structure. To do.
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。 In the modeling process of the three-dimensional modeled object in step S204, the contour portion in each cross-sectional image representing the cross-sectional shape of the three-dimensional modeled object irradiated toward the lower surface of the table 108 by the projector 111 is represented by an intermediate color (grayscale). Yes. For this reason, the rapid change of the light quantity of the light irradiated to the outline part of a three-dimensional molded item is reduced. Thereby, the three-dimensional molded item of smooth surface shape is modeled.
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。 And the controller 113 determines with "Yes" by the determination process in this step S206, when modeling of a three-dimensional molded item is performed using all the cross-sectional image data showing the cross-sectional shape of a three-dimensional molded item, and step Proceeding to S208, the execution of this modeling process program is terminated at step S208. After the execution of the modeling processing program, the operator removes the table 108 from the lifting device 109 and peels off the three-dimensional modeled object from the table 108. Thereby, the modeling operation | work of the three-dimensional molded item by the optical modeling apparatus 100 is complete | finished.
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。 FIG. 5 shows a cross-sectional shape image represented by the cross-sectional image data, a cross-sectional shape image projected toward the lower surface of the table 108 based on the cross-sectional image data, and The cross-sectional shape image of the three-dimensional model | molding object shape | molded by the same cross-sectional image data is shown by contrast with the prior art. In FIG. 5, (a) shows a circular cross-sectional shape represented by vector-form cross-sectional image data representing the original drawing. (B) to (d) are cross-sectional shape images (b) represented by cross-sectional shape data in the bitmap format according to the prior art, and cross-sectional shapes projected toward the lower surface of the table 108 based on the cross-sectional image data. The cross-sectional shape image (d) of the three-dimensional molded item modeled by the image (c) and the cross-sectional image data is shown.
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。 (E) to (h) are cross-sectional shape images (e) represented by the cross-sectional shape data in the bitmap format in the present invention, and the cross-sectional shape data in the bitmap format subjected to the intermediate color arrangement processing according to the present invention. The cross-sectional shape image (f) represented, the cross-sectional shape image (g) projected toward the lower surface of the table 108 based on the cross-sectional image data, and the cross-sectional shape image (three-dimensional modeled object modeled by the cross-sectional image data) h) respectively. Among these, when FIG.5 (d) and FIG.5 (h) are contrasted, the surface (contour) of the three-dimensional molded item shape | molded by the optical modeling method which concerns on this invention is a three-dimensional molded item shape | molded by a prior art. It can be confirmed that it is formed more smoothly than the surface of the film.
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。 As can be understood from the above operation description, according to the above embodiment, in the case of modeling a three-dimensional object by projecting a cross-sectional shape image of the three-dimensional object on the surface of the photocurable resin, the contour of the three-dimensional object The cross-sectional image data in bitmap format representing a part is represented by an intermediate color between the color representing the three-dimensional structure and the color representing the background of the three-dimensional structure. As a result, the stepped step due to the resolution of the cross-sectional image projected on the surface of the photocurable resin and the stepped step having a height corresponding to the amount of movement of the table 108 holding the three-dimensional structure are alleviated. A three-dimensional object having a smooth surface shape can be formed. This is because, when modeling a three-dimensional object, the cross-sectional image data representing the contour part of the cross-sectional shape of the three-dimensional object is not a binary value depending on the presence or absence of the same contour part, but the color representing the three-dimensional object and the same three-dimensional object An intermediate color with the color representing the background of the object, in other words, a gradation value between the gradation value representing the three-dimensional structure and the gradation value representing the background of the three-dimensional structure, This is because the stepped and stepped steps formed on the surface of the object are reduced. In addition, the optical modeling method according to the present invention can be realized by executing a process of expressing the three-dimensional image data representing the contour portion of the three-dimensional modeled object with gradation values, that is, a cross-sectional image data generation program. The mechanical configuration of 100 is not complicated and can be easily applied to an existing stereolithography apparatus.
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。 Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
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。 For example, in the above-described embodiment, generation of cross-sectional image data (step S102), bitmap conversion processing (step S104), and intermediate color arrangement processing for three-dimensional image data representing a three-dimensional object to be modeled in a vector format. (Step S106) was executed. However, if the contour part of the three-dimensional structure to be formed is represented by an intermediate color between the color representing the three-dimensional structure in the bitmap format three-dimensional image data and the color representing the background of the three-dimensional structure, these The order of executing each process is not necessarily limited to the above embodiment. That is, after the bitmap conversion process (step S104) is performed on the three-dimensional image data representing the three-dimensional structure in the vector format, the generation of the sectional image data (step S102) and the intermediate color arrangement process (step S106) are arbitrarily performed. You may comprise so that it may perform in order.
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。 Further, even when generating the three-dimensional image data representing the three-dimensional object to be modeled on the external computer device 120, it is not always necessary to generate the vector format, and the three-dimensional image data is generated in the bitmap format. May be. Also by these, the same effect as the above embodiment can be expected.
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。 Moreover, in the said embodiment, the cross-sectional image data of the bitmap format comprised by the resolution (1st resolution) of 4096x3072 which is 4 times the resolution of XGA (1024x768) in the cross-sectional shape of a three-dimensional molded item. XGA (1024 × 768) resolution (second resolution) that is less than the resolution of 4096 × 3072 with a gradation value according to the counted value ) Are converted into the sectional image data in the bitmap format. That is, the contour part in the three-dimensional object is represented by a gradation value corresponding to the area of the three-dimensional object that occupies one pixel constituting the resolution of XGA (1024 × 768), thereby representing the three-dimensional object in the three-dimensional object. Intermediate colors are arranged in the image data. This can represent the cross-sectional shape with less-resolution bitmap format cross-sectional image data, and can form a three-dimensional model with a smooth surface shape in a short time while suppressing the storage capacity and calculation load in the optical modeling apparatus It is because it can do.
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。 Therefore, as long as an intermediate color can be arranged in the three-dimensional image data representing the contour portion in the three-dimensional structure, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and of course, the three-dimensional image data representing the contour portion in the three-dimensional structure by other methods. An intermediate color may be arranged. Also by this, the same effect as the above-mentioned embodiment can be expected.
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。 Moreover, in the said embodiment, although comprised so that a three-dimensional molded item might be modeled toward the downward direction from the lower surface of the table 108, naturally it is not limited to this. The present invention can be widely applied to a so-called stereolithography method for producing a desired three-dimensional model using a photocurable resin that is cured by irradiating light. Therefore, for example, it may be an optical modeling apparatus configured to model a three-dimensional modeled object from the upper surface of the table 108 upward. Also by this, the same effect as the above-mentioned embodiment can be expected.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Stereolithography apparatus, 101 ... Transparent substrate, 102 ... Film, 103 ... Wall body, 104 ... Photocurable resin, 105 ... Resin tank, 106 ... Liquid pump, 107 ... Storage tank, 108 ... Table, 109 ... Lifting device 109a ... electric motor 110 ... reflecting mirror 111 ... projector 112 ... objective lens 113 ... controller 114 ... interface 120 ... external computer device
Claims (6)
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。 A cross-sectional image data generation step for generating cross-sectional image data in which each cross-sectional shape obtained by slicing the solid three-dimensional object into a plurality of slices is represented in a bitmap (raster) format using three-dimensional image data representing the three-dimensional object to be modeled. When,
A photocured layer forming step of forming a photocured layer corresponding to the cross-sectional shape by projecting a cross-sectional image represented by the cross-sectional image data onto a photocurable resin that is cured by irradiating light, and In the optical modeling method of modeling the three-dimensional model by laminating the photocured layer for each cross-sectional shape,
Using the three-dimensional object or the cross-sectional image data in which the cross-sectional shape is represented in a bitmap format, the contour part of the three-dimensional object is the same as the color representing the three-dimensional object. An optical modeling method comprising a step of arranging an intermediate color represented by an intermediate color with a color representing the background.
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。 The stereolithography method according to claim 1,
The cross-sectional image data generation step includes
A first bitmap representation step of representing the three-dimensional object or the cross-sectional shape in the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured with a first resolution;
The intermediate color arrangement step includes
A pixel counting step of counting pixels representing the three-dimensional structure in units of a plurality of pixels constituting the first resolution;
The three-dimensional image data or the cross-sectional image data in the bitmap format configured at the first resolution with a gradation value corresponding to the number of pixels representing the three-dimensional structure counted in units of the plurality of pixels, A stereolithography method comprising: a second bitmap representation step represented in the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured at a second resolution with a plurality of pixels as one pixel .
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。 Cross-sectional image data generating means for generating cross-sectional image data in which each cross-sectional shape obtained by slicing the solid three-dimensional object into a plurality of slices is represented in a bitmap (raster) format using three-dimensional image data representing the three-dimensional object to be modeled When,
A photocured layer forming means for forming a photocured layer corresponding to the cross-sectional shape by projecting a cross-sectional image represented by the cross-sectional image data onto a photocurable resin that is cured by irradiating light, and In the optical modeling apparatus that models the three-dimensional model by laminating the photocured layer for each cross-sectional shape,
Using the three-dimensional object or the cross-sectional image data in which the cross-sectional shape is represented in a bitmap format, the contour part of the three-dimensional object is the same as the color representing the three-dimensional object. An optical modeling apparatus comprising intermediate color arrangement means represented by an intermediate color with respect to a color representing the background.
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。 In the optical modeling apparatus according to claim 3,
The cross-sectional image data generation means includes
A first bitmap representation means for representing the three-dimensional object or the cross-sectional shape in the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured with a first resolution;
The intermediate color arrangement means includes
Pixel counting means for counting pixels representing the three-dimensional structure in units of a plurality of pixels constituting the first resolution;
The three-dimensional image data or the cross-sectional image data in the bitmap format configured at the first resolution with a gradation value corresponding to the number of pixels representing the three-dimensional structure counted in units of the plurality of pixels, A stereolithography apparatus comprising: a second bitmap representation unit that represents the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured at a second resolution with a plurality of pixels as one pixel .
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。 A computer program for causing a computer device to control the operation of an optical modeling apparatus that projects a cross-sectional shape image of a three-dimensional modeled object on the surface of a photocurable resin to model the three-dimensional modeled object,
In the computer device,
A cross-sectional image data generation step for generating cross-sectional image data in which each cross-sectional shape obtained by slicing the solid three-dimensional object into a plurality of slices is represented in a bitmap (raster) format using three-dimensional image data representing the three-dimensional object to be modeled. When,
Using the three-dimensional object or the cross-sectional image data in which the cross-sectional shape is represented in a bitmap format, the contour part of the three-dimensional object is the same as the color representing the three-dimensional object. An intermediate color arrangement step represented by an intermediate color with the color representing the background of
Projecting a cross-sectional shape image represented by the cross-sectional image data onto a photo-curable resin that is cured by irradiating light to perform a photo-curing layer forming step of forming a photo-curing layer corresponding to the cross-sectional shape. A computer program characterized by the above.
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。 The computer program according to claim 5,
The cross-sectional image data generation step is performed in the computer device.
Executing the first bitmap representation step of representing the three-dimensional structure or the cross-sectional shape in the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured with a first resolution;
The intermediate color arranging step is performed on the computer device.
A pixel counting step of counting pixels representing the three-dimensional structure in units of a plurality of pixels constituting the first resolution;
The three-dimensional image data or the cross-sectional image data in the bitmap format configured at the first resolution with a gradation value corresponding to the number of pixels representing the three-dimensional structure counted in units of the plurality of pixels, A computer program for executing the second bitmap representation step represented by the three-dimensional image data or the cross-sectional image data in a bitmap format configured at a second resolution with a plurality of pixels as one pixel. .
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