本发明提供一种立体物造型装置及控制程序，通过将造型材料依次层叠来造型立体物，其特征在于，至少具备：数据输入部，其输入包含造型对象物的三维形状信息的所希望的造型物的制作所需的信息；造型材料数据库，其存储用于造型的一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息；造型参数生成部，其基于从所述数据输入部取得的所希望的造型物的制作所需的信息、和从所述造型材料数据库取得的所述一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息，算出表示造型材料的疏密的程度的充填率或多个造型材料的混合比，且根据所述算出的充填率或混合比生成用于层叠造型材料的造型信息；以及造型部，其根据所述造型信息层叠所述造型材料。
立体物造型装置及控制程序
技术领域
[0001] 本发明涉及立体物造型装置及控制程序，特别是涉及造型再现了造型对象物的重量的立体物或调整了立体物的重量平衡的立体物的立体物造型装置及生成用于造型再现了造型对象物的重量的立体物或调整了立体物的重量平衡的立体物的信息的控制程序。
背景技术
[0002] 作为造型三维立体物的技术，已知有被称作快速成型（RP：Rapid Prototyping）的技术。该技术是通过将一个三维形状的表面作为3角形的集合记载的数据（STL（Standard Triangulated Language，标准三角语言）格式数据）计算在层叠方向很薄地切开的截面形状，根据该形状形成各层来造型立体物的技术。另外，作为造型立体物的方法，已知有熔融物堆积法（FDM：Fused Deposition Molding）、喷墨法、喷墨粘合法、光造型法（SL：Stereo Lithography）、粉末烧结法（SLS＝Selective Laser Sintering）等。
[0003] 作为使用这样的方法造型立体物的装置，例如特许第3433219号中公开有一种装置，将聚乙烯等粘合剂和不锈钢或钛等金属合金以所希望的比率预先混合，造型三维立体物。另外，也正在销售具有可射出造型材料的多个头且从各头适当射出不同的材料进行造型的产品。该产品中，可以从不同的头选择性地射出不同的造型材料进行造型，以区域或部分为单位根据造型材料的不同改变颜色或质感，造型立体物。
[0004] 目前，虽然已有仅再现造型对象物的三维形状的三维立体物的造型技术，但不是考虑到立体物造型后的利用目的的造型技术。例如，在由现有的立体物造型装置造型实物模型的情况下，虽然可以再现颜色及形状，但由于重量由构成造型对象物的造型材料的材质和体积决定，所以存在不能再现造型物的重量的问题。
[0005] 另外，对于造型物、特别是以陈列为目的的造型物，稳定的自行矗立性是至为重要的要素，目前，在使用3D－CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）等设计三维数据时，预先将3D数据本身设为取得重量平衡的外形形状，或在其内部设置空洞，在3D打印机侧，通过包含内部构造忠实地造型所输入的内外的形状，得到自行矗立的造型物。
[0006] 这样，现有的3D打印机被特化为忠实地再现3D形状，由于在造型时没有调整重量平衡的功能，所以由于“接地面积小”、“倾斜”等造型物的形状造成的理由，从而有时造型物不稳定且不能自行矗立，或者容易倾倒。
[0007] 另外，由于仅造型物本体为不能自行矗立的形状，因此，在造型与造型物一体或分体的陈列台（支承台）上设置的造型物的情况下，难以使陈列台的造型物本体的支承点与可以稳定的支承造型物本体的部位（重心位置）正确一致，如果优先考虑陈列时的美观而设定支承点，则有时支承点偏离重心位置而不稳定。另外，在造型悬挂使用的造型物的情况下，也难以使悬挂位置与可以使造型物本体稳定的部位（重心位置）正确一致，如果优先考虑陈列时的美观而设定悬挂位置，则有时支承点偏离重心位置而不稳定。另外，在造型有可动部的造型物的情况下，因可动部的配置而失去平衡，有时自行矗立不稳定。
发明内容
[0008] 本发明是鉴于上述问题点而完成的，其主要目的在于，提供能够造型再现了造型对象物的重量的立体物及调整了重量平衡的立体物的立体物造型装置、及生成用于造型再现了造型对象物的重量的立体物及调整了重量平衡的立体物的信息的控制程序。进而，提供能够造型调整了造型对象物的重量平衡的立体物的立体物造型装置、及生成用于造型调整了造型对象物的重量平衡的立体物的信息的控制程序。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供一种立体物造型装置，通过将造型材料依次层叠来造型立体物，其至少具备：数据输入部，其输入包含造型对象物的三维形状信息的所希望的造型物的制作所需的信息；造型材料数据库，其存储用于造型的一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息；造型参数生成部，其基于从所述数据输入部取得的所希望的造型物的制作所需的信息、和从所述造型材料数据库取得的所述一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息，算出表示造型材料的疏密的程度的充填率或多个造型材料的混合比，且根据所述算出的充填率或混合比生成用于层叠造型材料的造型信息；以及造型部，其根据所述造型信息层叠所述造型材料。
[0010] 另外，所希望的造型物是与所述造型对象物相同重量的造型物，
[0011] 在所述数据输入部中输入造型对象物的每单位体积的重量信息或整体的重量信息，作为所希望的造型物的制作所需的信息，
[0012] 所述造型参数生成部基于从所述数据输入取得的所述造型对象物的形状信息及重量信息和从所述造型材料数据库取得的所述一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息，生成能够制作与所述造型对象物相同重量的造型物的造型信息。
[0013] 另外，所希望的造型物是相对于确定的支承方向处于稳定的状态的造型物，[0014] 具有重量平衡计算部，其基于从所述数据输入部取得的所述造型对象物的形状信息求与所述造型对象物相同形状的造型物的重心位置，且算出该造型物相对于确定的支承方向处于稳定的状态的所述造型物的每个部位的重量分配，
[0015] 所述造型参数生成部基于从所述数据输入部取得的所述造型对象物的形状信息、所述重量平衡计算部算出的重量分配信息、从所述造型材料数据库取得的所述一个或多个造型材料的每单位体积的重量信息，生成可制作相对于确定的支承方向处于稳定的状态的造型物的造型信息。
附图说明
[0016] 图1（a）~图1（e）是将再现造型物的重量的方法分类进行说明的图。
[0017] 图2（a）~图2（c）是表示用于通过造型材料的疏密再现重量的构造的例的图。
[0018] 图3（a）、图3（b）是示意性表示使用多个造型材料再现重量时的头的构造的图。
[0019] 图4是表示本发明一实施例的立体物造型装置的构成的框图。
[0020] 图5是表示本发明一实施例的立体物的造型顺序（再现重量的情况）的流程图。
[0021] 图6是表示再现造型物的重量的方法（使用一种造型材料且以均匀的充填率再现重量的情况）的图。
[0022] 图7是表示再现造型物的重量的方法（使用一种造型材料且对每部分改变充填率再现重量的情况）的图。
[0023] 图8是表示再现造型物的重量的方法（使用多种造型材料且以均匀的混合比再现重量的情况）的图。
[0024] 图9是表示再现造型物的重量的方法（使用多种造型材料且对每个部分改变混合比再现重量的情况）的图。
[0025] 图10（a）~图10（d）是表示再现造型物的重心位置的方法（使用一种造型材料且改变充填率再现重心位置的情况）的图。
[0026] 图11（a）~图11（d）是表示再现造型物的重心位置的方法（使用多种造型材料且改变造型材料再现重心位置的情况）的图。
[0027] 图12是表示再现造型物的重量的方法（将造型物细化为微小体积的区域，对每个区域调整重量的情况）的图。
[0028] 图13是表示再现造型物的重量的方法（使用比部分轻的造型材料再现重量的情况）的图。
[0029] 图14是表示再现造型物的质感的方法（将表面部以均匀的充填率或混合比造型的情况）的图。
[0030] 图15是表示再现造型物的重量的方法（以层为单位、以线为单位、以点为单位调整重量的情况）的图。
[0031] 图16（a）、图16（b）是表示再现造型物的重量的方法（以层为单位调整重量的情况）的图。
[0032] 图17（a）、图17（b）是表示再现造型物的重量的方法（以线为单位调整重量的情况）的图。
[0033] 图18（a）、图18（b）是表示再现造型物的重量的方法（以点为单位调整重量的情况）的图。
[0034] 图19是示意性表示再现造型物的惯性力矩的方法的图。
[0035] 图20（a）、图20（b）是说明再现造型物的惯性力矩的方法的变化的图。
[0036] 图21是表示本发明一实施例的立体物的造型顺序（再现重量及惯性力矩的情况）的流程图。
[0037] 图22（a）~图22（e）是示意性表示造型立体物的现有的方法（熔融物堆积法）的图。
[0038] 图23是示意性表示造型立体物的现有的方法（喷墨法）的图。
[0039] 图24是示意性表示造型立体物的现有的方法（喷墨粘合法）的图。
[0040] 图25是示意性表示造型立体物的现有的方法（光造型法）的图。
[0041] 图26是示意性表示造型立体物的现有的方法（粉末烧结法）的图。
[0042] 图27（a）~图27（c）是将调整造型物的重量平衡的方法分类进行说明的图。
[0043] 图28（a）~图28（c）是表示用于通过造型材料的疏密调整重量平衡的构造的例的图。
[0044] 图29（a）、图29（b）是示意性表示使用多个造型材料调整重量平衡时的头的构造的图。
[0045] 图30是表示本发明一实施例的立体物造型装置的构成的框图。
[0046] 图31是表示本发明一实施例的立体物的造型顺序（调整重量平衡的情况）的流程图。
[0047] 图32（a）、图32（b）是对倾斜的造型物的重量平衡进行说明的图。
[0048] 图33（a）、图33（b）是说明重心位置的求出方法的图。
[0049] 图34（a）~图34（c）是说明调整倾斜的造型物的重量平衡的方法的图。
[0050] 图35是表示应与保持重量平衡的重心位置相对应的支承范围的图。
[0051] 图36是表示调整为保持重量平衡的重心位置的顺序的流程图。
[0052] 图37是表示保持稳定的重量平衡的重心位置的图。
[0053] 图38是表示调整为保持稳定的重量平衡的重心位置的顺序的流程图。
[0054] 图39是表示以1点支承的造型物之一例的图。
[0055] 图40是表示由多个点支承的造型物之一例的图。
[0056] 图41是表示由1点悬挂的造型物之一例的图。
[0057] 图42是表示由多个点悬挂时的重心位置的图。
[0058] 图43是表示以多个方式（姿势）自行矗立的造型物之一例的图。
[0059] 图44是表示以多个方式（上下反转的状态）自行矗立的造型物之一例的图。
[0060] 图45是表示指定支承面的方法之一例的图。
[0061] 图46是表示指定支承面及支承方向的方法之一例的图。
[0062] 图47是表示指定支承面及支承方向的方法的其它例的图。
[0063] 图48（a）、图48（b）是表示本实施例的重量平衡的调整方法的其它例的图。
[0064] 图49（a）、图49（b）是表示本实施例的重量平衡的调整方法的其它例的图。
具体实施方式
[0065] 如背景技术所示，作为造型三维立体物的技术，已知有被称作快速成型的技术，作为造型立体物的方法，已知有熔融物堆积法（FDM）、喷墨法、喷墨粘合法、光造型法（SL）、粉末烧结法（SLS）等。
[0066] 熔融物堆积法（FDM）中，如图22所示，头在其高度的层中以一笔的方式动作，同时重叠造型材料。例如，对热塑性的材料加热使其成为流动状，从一喷嘴挤出并同时描绘截面形状。另外，根据需要，将热塑性的支承材料加热熔融，从另一喷嘴挤出。而且，如果所供给的材料冷却，则可以形成薄的固化层。重复该处理后，将支承材料熔解、除去，由此造型立体物。
[0067] 另外，喷墨法中，如图23所示，如一般的纸用喷墨打印机那样，使打印头边在X方向重复往复运动，边在Y方向移动。例如，将热塑性的材料（构筑材料）加热熔融，从打印头的一喷墨喷嘴基于截面形状进行滴下。另外，根据需要将热塑性的支承材料加热熔融，从另一喷墨喷嘴向模型的外周或内周进行滴下。而且，当滴下的材料冷却时，可以形成薄的固化层，每堆高一层就对层之上进行切削。通过重复该处理，造型立体物，之后将支承物熔解。
[0068] 另外，喷墨粘合法中，如图24所示，从上面由喷墨喷嘴基于截面形状滴下粘合剂到铺满的粉末上，使粉末彼此粘接，制作薄的固化层。然后，在完成的固化层上薄地铺满粉末，且重复该处理，由此造型立体物。
[0069] 另外，光造型法中，如图25所示，利用激光束如截面形状扫描树脂液面，由此进行表层的固化和与下层的接合。而且，使工作台下降一层的厚度量，且重复该处理，由此造型立体物。
[0070] 另外，粉末烧结法中，如图26所示，从铺满粉末的粉末层的上面通过红外线激光束如截面形状那样进行扫描，由此使粉末彼此烧结，制作薄的固化层。此时，也可以通过烧结与下层进行接合。而且，在完成的固化层上薄地铺满粉末，且重复该处理，由此造型立体物。
[0071] 通过使用这样的方法，可以造型外观与造型对象物相同的立体物。但是，这些方法是使用均匀密度的造型材料造型立体物的方法，不是造型与造型对象物相同重量的立体物的方法、或考虑重量平衡造型立体物的方法，因此，不能再现用手保持立体物时的重量或抓握感、使用感，且在造型对象物为不稳定的形状的情况下，不能制作稳定且自行矗立的造型物。另外，这些方法不是将立体物的重心位置或力矩与造型对象物相同地造型，因此，即使为与造型对象物相同的重量，也不能再现移动造型的立体物时的重量感。
[0072] 因此，本发明的一实施方式中，在通过熔融物堆积法（FDM）或喷墨法等进行动作的立体物造型装置中设置造型参数生成部，造型参数生成部使用造型对象物的形状信息及重量信息和造型材料的重量信息决定用于再现重量的造型材料的堆积方法。而且，通过将造型材料的充填率或混合比整体或部分地进行调整，实现与造型对象物相同的重量或重心位置、力矩。
[0073] 具体而言，为基于造型对象物的重量信息调整造型对象物的重量，遍及造型对象全域将造型材料以均匀的疏密比造型立体物。或者，为调整造型对象物的重量分布，对造型对象的每个部位改变造型材料的充填率造型立体物。或者，为调整造型对象物的重量，遍及造型对象全域使多个造型材料的混合比均匀来造型立体物。或者，为调整造型对象物的重量分布，对造型对象的每个部位改变多个造型材料的混合比来造型立体物。
[0074] 由此，不仅能够再现外观设计，而且还能够再现用手保持造型物时的重量或抓握感、使用感，能够对用户提供更接近实物的造型物。
[0075] 【实施例】
[0076] 为了对上述的本发明实施方式进行更详细说明，参照图1～图21对本发明一实施例的立体物造型装置及控制程序进行说明。图1是将再现造型物的重量的方法分类进行说明的图，图2是表示用于通过疏密再现重量的构造例的图，图3是示意性表示使用多个造型材料再现重量时的头的构造的图。另外，图4是表示本实施例的立体物造型装置的构成的框图，图5是表示本实施例的立体物的造型顺序的流程图。另外，图6～图9、图12～图18是表示再现造型物的重量的方法的图，图10及图11是表示再现造型物的重心位置的方法的图。另外，图19及图20是表示再现造型物的惯性力矩的方法的图，图21是表示本实施例的立体物的造型顺序（再现重量及惯性力矩的情况）的流程图。
[0077] 此外，以下的实施例中，将成为造型的对象的物品称作造型对象物，将模拟造型对象物而由立体物造型装置制作的物品称作造型物。另外，将制作造型物时利用的原材料称作造型材料。
[0078] 另外，充填率是指单位空间体积中所占的造型材料的体积的比率，表示造型材料的疏密的程度。在充填率不足100％的情况下，在空间内造型材料以外所占的部分与空气等气体或水等液体、真空等对应。另外，混合比是指单位空间体积（以下简称作单位体积）中所占的各造型材料的体积的比率（充填率）的比率，与充填率比同义。例如，造型材料A的充填率＝20％、造型材料B的充填率＝30％、造型材料C的充填率＝50％的情况下，ABC的混合比为2比3比5，ABC合计的充填率为100％。另外，造型材料A的充填率＝20％、造型材料B的充填率＝20％、造型材料C的充填率＝50％的情况下，ABC的混合比为2比2比5，ABC合计的充填率为90％。
[0079] 在基于造型对象物制作造型物时，在本实施例中，通过整体或部分地调整造型材料的充填率（疏密的程度）或混合比，再现造型对象物的重量，但作为再现重量的方法，认为有各种方法。下面，参照图1进行具体说明。
[0080] ［使用一种造型材料，使造型物的每单位体积的重量在造型物的全区域相同的方法（参照图1（a））］
[0081] 在该方法的情况下，根据造型对象物的三维数据（CAD（ComputerAided Design）数据或设计数据等，以下称作3D数据）中包含的造型对象物的形状信息及重量信息（总重量信息、或每单位体积的重量信息、或将构成造型对象物的每部分的重量或每单位体积的重量相加求出的重量信息）生成造型物的形状信息及重量信息，且基于搭载于装置的造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息及重量信息，求造型材料的充填率，且根据所求出的充填率制作造型物。要调整充填率，例如只要以成为图2所示的蜂窝构造或海绵构造、皱纹构造的方式层叠造型材料，在造型物整体均等地形成空洞即可。另外，也可以研究射出造型材料的头的形状并以卷入空气，并以一定的比例形成空洞。
[0082] ［使用一种造型材料，使造型物的每单位体积的重量部分变换的方法（参照图1（b））］
[0083] 该方法的情况下，根据造型对象物的3D数据中含有的每部分的形状信息及每单位体积的重量信息生成造型物的形状信息及重量分布信息，且基于搭载于装置的造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息及重量分布信息求出每部位的造型材料的充填率，根据对每部位求出的充填率造型各部位，制作造型物整体。要调整充填率，例如只要部分改变图2所示的蜂窝构造及海绵构造、皱纹构造的空洞的尺寸进行造型即可。另外，与上述相同，也可以研究头的形状并以卷入空气并可以进一步调整卷入的空气的量，并以对应于部位的比例形成空洞。
[0084] ［将多种造型材料均等地混合，使造型物的每单位体积的重量在全区域相同的方法（参照图1（c））］
[0085] 该方法的情况下，根据造型对象物的3D数据中含有的造型对象物的形状信息及重量信息（总重量信息、或每单位体积的重量信息、或将每部分的重量或每单位体积的重量相加求出的重量信息），生成造型物的形状信息及重量信息，且基于搭载于装置的多个造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息及重量信息决定多个造型材料的混合比，且将根据所决定的混合比混合的造型材料层叠，制作造型物。此外，造型物的充填率也可以为100％，也可以小于100％。在将充填率设为100％的情况下，如图3（a）所示，也可以在头内将多个造型材料混合进行射出（参照左图），也可以将用于混合多个造型材料的混合单元配置于头的前段，从头射出通过该混合单元混合的造型材料（参照右图）。另外，在充填率小于100％的情况下，只要使用混合的造型材料以在造型物整体均等地形成空洞的方式造型造型物即可。另外，也可以研究头的形状并以卷入空气，并以一定的比例形成空洞。
[0086] ［使用多种造型材料，部分改变造型物的每单位体积的重量的方法（参照图1（d）、（e））］
[0087] 该方法的情况下，根据造型对象物的3D数据中包含的每部分的形状信息及每单位体积的重量信息生成造型物的形状信息及重量分布信息，且基于搭载于装置的多个造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息及重量分布信息决定每部位的多个造型材料的混合比，将根据所决定的混合比混合的造型材料层叠，制作造型物。例如，在从头射出造型材料的情况下，如图3（a）所示，也可以根据部位在头内调整多个造型材料的混合比（参照左图），也可以将用于混合多个造型材料的混合单元配置于头的前段，根据部位从头射出以混合单元混合的造型材料（参照右图）。另外，如图3（b）所示，也可以将各造型材料注入不同的头，按每部位切换头，射出所希望的造型材料（参照左图），也可以将用于切换多个造型材料的材料选择器配置于头的前段，根据部位从头射出以材料选择器选择的造型材料（参照右图）。
[0088] 其次，对使用图1所示的方法制作造型物的装置进行说明。图4是表示本实施例的立体物造型装置的构成的框图。该立体物造型装置是使用熔融物堆积法（FDM）或喷墨法等造型立体物的装置，由控制块10、头移动机构块20、造型材料处理块30这三个块构成。下面，对各块进行说明。
[0089] ［控制块］
[0090] 控制块10由3D数据输入部11、造型参数生成部12、部分信息数据库13、造型材料数据库14等构成。
[0091] 3D数据输入部11由计算机装置等取得包含造型对象物的三维形状信息的所希望的造型物的制作所需的3D数据（CAD数据或设计数据等），且将其转发到造型参数生成部12。此外，取得3D数据的方法没有特别限定，也可以利用有线通信或无线通信、Bluetooth（注册商标）等短距离无线通信取得，也可以利用USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）存储器等记录介质取得。另外，该3D数据也可以由设计造型对象物的计算机直接取得，也可以由管理／保存3D数据的服务器等取得。
[0092] 造型参数生成部12对3D数据进行解析并提取造型对象物的形状信息及重量信息，根据所提取的造型对象物的形状信息及重量信息和造型材料数据库14中存储的造型材料的重量信息算出用于再现造型物的形状及重量的造型材料的充填率及混合比，并变换为用于以所算出的充填率及混合比层叠造型材料的造型信息。而且，造型参数生成部12向头移动机构块20发送用于将造型材料射出到所希望的场所的机构控制信息，同时，向造型材料处理块30发送规定每层的造型材料的切片数据。
[0093] 上述3D数据输入部11及造型参数生成部12也可以作为硬件构成，也可以作为控制程序构成，该控制程序作为3D数据输入部11及造型参数生成部12起作用，且设为通过立体物造型装置或控制该立体物造型装置的装置使该控制程序动作的结构。
[0094] 部分信息数据库13存储有关构成造型对象物的各部分的信息（各部分的位置及形状、原材料等信息），且将所存储的信息提供给造型参数生成部12。
[0095] 造型材料数据库14存储有关搭载于立体物造型装置的造型材料的信息（每单位体积的重量等信息），且将所存储的信息提供给造型参数生成部12。
[0096] ［头移动机构块］
[0097] 头移动机构块20由头移动块21和台移动块22等构成。头移动块21由X方向移动部21a和Y方向移动部21b等构成，台移动块22由Z方向移动部22a等构成。
[0098] 头移动块21（X方向移动部21a及Y方向移动部21b）根据由控制块10取得的机构控制信息驱动未图示的电动机及驱动机构，使用于射出造型材料的头在X方向（横方向）或Y方向（横方向）自如移动。
[0099] 台移动块22（Z方向移动部22a）根据从控制块10取得的机构控制信息驱动未图示的电动机及驱动机构，使造型台沿Z方向（下方向）移动，或使头移动块21沿Z方向（上方向）移动，调整头和造型物的间隔。
[0100] ［造型材料处理块］
[0101] 造型材料处理块30由造型材料供给部31、造型材料射出部32、支承材料供给部33、支承材料射出部34等构成。
[0102] 造型材料供给部31根据从控制块10取得的切片数据选择造型材料，或者将多个造型材料混合，将所选择或混合的造型材料向头供给。另外，造型材料射出部32根据由控制块10取得的切片数据，将造型材料向造型台上射出，以所希望的充填率层叠造型材料。此外，造型材料供给部31及造型材料射出部32也可以在立体物造型装置上各搭载一个，也可以各搭载多个。
[0103] 支承材料供给部33根据从控制块10取得的切片数据，在造型结束后将通过水、热、剥离剂等除去的支承材料向头供给。另外，支承材料射出部34根据从控制块10取得的切片数据，将支承材料向造型台上射出，层叠支承材料。该支承材料在上方向上进行造型时，在造型悬垂（overhung）的部位等的情况下，担当支承上层的造型材料的柱的功能。因此，在制作未悬垂的造型物的情况下，可以省略支承材料供给部33及支承材料射出部34。
[0104] 其次，参照图5的流程图对使用上述构成的立体物造型装置制作再现了造型对象物的形状及重量的造型物的顺序进行说明。
[0105] 首先，使用计算机装置生成造型对象物的CAD数据或设计数据等3D数据。在该CAD数据或设计数据中，不仅包含造型物的形状信息，而且还包含构成造型物的每个部位的重量信息或构成造型物的每个部分的重量信息及原材料信息。
[0106] 由计算机装置生成的3D数据由立体物造型装量的控制块10（3D数据输入部11）取入，并被送向造型参数生成部12（S101）。
[0107] 在造型参数生成部12中，对3D数据进行解析，判断构成造型材料的部分是否是一个（S102）。在造型物的每单位体积的重量整体均匀的情况（即造型物由一个部分构成的情况）下，提取3D数据的形状信息和总重量信息（S104）。
[0108] 另一方面，在造型物的每单位体积的重量对于每个部位或每个部分不同的情况（即造型物由多个部分构成的情况）下，判断3D数据中是否规定了每个部分的重量信息（S103），在3D数据中规定了每个部分的重量信息的情况下，对每个部分提取形状信息和重量信息（S105）。
[0109] 在3D数据中未规定每个部分的重量信息的情况下，从3D数据提取形状信息，同时由部分信息数据库13取得有关各部分的信息，将所提取及取得的信息变换成每个部分的重量信息（S106）。此外，如果是电池等固有物，则直接得到重量信息，如果是塑料或铁等原材料，则通过每单位体积的重量和根据形状求出的部分体积求重量信息。
[0110] 这样，确认了整体或每个部分的重量信息后（S107），造型参数生成部12从造型材料数据库14取得所使用的造型材料的每单位体积的重量信息（S108）。
[0111] 而且，造型参数生成部12基于造型对象物的形状信息及重量信息、和造型材料的每单位体积的重量信息，为再现造型对象物的形状及重量而变换成规定将哪一充填率或混合比的造型材料向哪一位置射出即可（造型材料的配置信息）的造型信息（对于头移动机构块20的机构控制信息和对于造型材料处理块30的切片数据）（S109）。
[0112] 变换结束后，移至实际的造型动作。具体而言，造型参数生成部12向头移动机构块20发送机构控制信息，且向造型材料处理块30发送切片数据。而且，头移动机构块20根据机构控制信息使射出造型材料的头的位置三维移动，同时，造型材料处理块30根据切片数据射出造型材料并进行层叠（S110）。
[0113] 例如，在头移动机构块20中，使用未图示的电动机及驱动机构，使用于射出造型材料的头沿X方向（横方向）、Y方向（横方向）、Z方向（高度方向）自如移动。另外，在造型材料处理块30中，造型材料供给部31向造型材料射出部32供给造型材料，支承材料供给部33向支承材料射出部34供给支承材料。而且，依次层叠造型材料及支承材料，完成造型物（S110）。
[0114] 通过进行上述控制，不仅能够再现与造型对象物相同的形状，而且还能够再现与造型对象物相同的重量，能够制作更接近实物的造型物。
[0115] 以上，对制作再现了形状及重量的造型物时的基本动作进行了说明，但以下以作为造型对象物制作无线鼠标的情况为例对具体的控制进行说明。
[0116] 首先，如图6所示，对使用一个造型材料将整体均匀地造型的情况进行说明。例3
如，在由3D数据输入部11得到的造型对象物的每单位体积的重量为3g／cm、立体物造
3
型装置中使用的造型材料的每单位体积的重量为4g／cm 时，充填率为3／4＝0.75＝
75％，因此，以75％的充填率层叠造型材料进行造型。此时，造型材料为表现造型物完成后的外观，并且为确保作为构造物的强度，而以造型材料连接的方式成形造型物。另外，在充填率不足100％的情况下，剩余的部分（该例中为25％的部分）作为空间生成。
[0117] 另外，从从3D数据输入部11得到的3D数据为形状信息和总重量信息的情况下，根据形状信息求立体物的体积（容积），如果总重量除以所求出的体积从而求每单位体积的3
重量，则可以通过上述的方法求充填率。例如，在体积100cm、总重量300g的情况下，每单位
3
体积的重量为300／100＝3g／cm，因此，与上述相同，充填率为3／4＝0.75＝75％。
[0118] 其次，如图7所示，对使用一个造型材料，对每个部分改变造型材料的充填率（疏密的程度）将整体均匀地造型的情况进行说明。例如，在无线鼠标由框体（壳体）、电池和搭载光学部分的基板这三个部分构成的情况下，根据由3D数据输入部11得到的3D数据取得框体、电池、基板各部分的形状信息、配置信息和重量信息。
[0119] 例如，各部分的体积和重量设为：
[0120] 框体…材料体积：100cm3、重量：100g、
[0121] 电池…材料体积：25cm3、重量：100g、
[0122] 基板…材料体积：25cm3、重量：50g的情况下，
[0123] 各部分的每单位体积的重量可计算为：
[0124] 框体…100／100＝1g／cm3、
[0125] 电池…100／25＝4g／cm3、
[0126] 基板…50／25＝2g／cm3。
[0127] 在此，在将立体物造型装置中使用的造型材料的每单位体积的重量设为4g／cm3时，各部分的充填率可计算为：
[0128] 框体…1／4＝0.25＝25％、
[0129] 电池…4／4＝1.00＝100％、
[0130] 基板…2／4＝0.50＝50％。
[0131] 上述计算的结果是，如果框体部位以25％的充填率造型，电池部位以100％的充填率造型，基板部位以50％的充填率造型，则能够再现无线鼠标的重量。此时，与上述相同，造型材料为表现造型物完成的外观，并且为确保作为构造物的强度，而以连接造型材料的方式成形造型物。另外，在充填率不足100％的情况下，剩余的部分（该例子中，框体部位为75％、基板部位为50％）作为空间生成。此外，在可以由3D数据直接取得每个部分的每单位体积的重量信息的情况下，不需要变换成每单位体积的重量信息的计算。
[0132] 其次，如图8所示，对使用多个（在此为2种）造型材料，改变多个造型材料的混合比均匀地造型造型物整体的情况进行说明。例如，在将造型材料A的每单位体积的重量设3 3
为a（g／cm）、将造型材料B的每单位体积的重量设为b（g／cm）、将造型物的完成品的
3
每单位体积的重量设为m（g／cm）时，造型材料A和造型材料B的混合比例S可通过解方程式：a×S＋b×（1－S）＝m求出。
[0133] 具体而言，在从3D数据输入部11得到的造型物的完成品的每单位体积的重量为3 3
3g／cm，在立体物造型装置中使用的造型材料的每单位体积的重量为6g／cm 和2g／
3
cm 这两种的情况下，通过解方程式：6×S＋2×（1－S）＝3，得到S＝1／4＝0.25。因此，造型材料A和造型材料B的混合比为1比3。
[0134] 其次，如图9所示，对使用多个（在此为2种）造型材料，对每个部分改变造型材料均匀地造型造型物整体的情况进行说明。例如，在无线鼠标由框体（壳体）、电池、和搭载光学部分的基板这三个部分构成的情况下，根据由3D数据输入部11得到的3D数据取得框体、电池、基板各部分的形状信息、配置信息和重量信息。
[0135] 例如，各部分的体积和重量设为：
[0136] 框体…材料体积：100cm3、重量：100g、
[0137] 电池…材料体积：25cm3、重量：100g、
[0138] 基板…材料体积：25cm3、重量：50g的情况下，
[0139] 各部分的每单位体积的重量计算为：
[0140] 框体…100／100＝1g／cm3、
[0141] 电池…100／25＝4g／cm3、
[0142] 基板…50／25＝2g／cm3。
[0143] 在此，只要将立体物造型装置中使用的造型材料A的每单位体积的重量设为a3 3
（g／cm）、将造型材料B的每单位体积的重量设为b（g／cm），将造型物的完成品的每单
3
位体积的重量设为m（g／cm），框体、电池、基板各部分的造型材料A和造型材料B的混合比例S（框体）、混合比例S（电池）、混合比例S（基板）解方程式：a×S＋b×（1－S）＝m且求出S即可。
[0144] 具体而言，立体物造型装置中使用的造型材料的每单位体积的重量为4g／cm（3 造3
型材料A）和1g／cm（造型材料B）这两种的情况下，
[0145] 框体（1g／cm3）的混合比根据4×S＋1×（1－S）＝1为S＝0.0，造型材料A的比例＝0％、造型材料B的比例＝100％，
[0146] 电池（4g／cm3）的混合比根据4×S＋1×（1－S）＝4为S＝1.0，造型材料A的比例＝100％、造型材料B的比例＝0％，
[0147] 基板（2g／cm3）的混合比根据4×S＋1×（1－S）＝2为S＝0.33，造型材料A的比例＝33.3％、造型材料B的比例＝66.7％，框体、电池、基板各部位只要以上述的比例混合造型材料A和造型材料B即可。
[0148] 另外，在上述框体的每单位体积的重量为0.5g／cm3的情况下，需要比轻的一方3
的造型材料B减轻造型，因此，框体部通过仅使用造型材料B（1g／cm）且以充填率50％
3
进行造型，能够实现0.5g／cm。此时，未充填造型材料的剩余的部分成为空间，但为确保强度而优选以连接造型材料的方式进行成形。另外，在可以从3D数据输入部11直接取得每个部分的每单位体积的重量信息的情况下，不需要进行换算成每单位体积的重量信息的计算。
[0149] 以上对再现与造型对象物相同重量的方法进行了说明，但即使是相同重量，当重心位置不同时，手持时的重量感也有所不同。因此，为了更接近造型对象物，通过使造型材料的充填率变化、或使多个造型材料的混合比变化，也能够再现与造型对象物相同的重心位置。
[0150] 例如，在使用一种造型材料的情况下，如图10所示，与上述相同，根据由3D数据输入部11得到的3D数据取得构成造型对象物的各部分（框体、第一电池、第二电池、基板）的重量，且基于各部分的中心坐标和该部分的重量，利用公知的方法求造型对象物整体的重心位置。而且，再现造型对象物的重量的同时，重心位置附近提高（加密）造型材料的充填率，其以外的部分降低（加疏）造型材料的充填率，也再现造型对象物的重心位置。
[0151] 另外，在使用多种造型材料的情况下，如图11所示，根据由3D数据输入部11得到的3D数据取得构成造型对象物的各部分（框体、第一电池、第二电池、基板）的重量，且基于各部分的中心坐标和该部分的重量，利用公知的方法求造型对象物整体的重心位置。而且，再现造型对象物的重量的同时，重心位置附近使用每单位体积的重量大的（重的）造型材料，其以外的部分使用每单位体积的重量小的（轻的）造型材料，也再现造型对象物的重心位置。
[0152] 以上，在由多个部分构成造型对象物的情况下，采用对部分改变充填率（疏密）或造型材料的混合比进行造型的结构，但在更精细地再现重量的情况下，如图12所示，也可以将造型对象物细分为微小体积单位。
[0153] 例如，根据由3D数据输入部11得到的造型对象物整体的形状和构成的每个部位的部分信息，将整体细分为XYZ方向（纵横高度方向）的微小立方体或有形的微小立体，对细分的各立体区域均生成重量信息，且基于得到的每立体区域的重量信息忠实地对每个立体区域改变充填率及混合比，从而能够以微小区域单位再现重量。
[0154] 此外，在由3D数据输入部11得到的造型对象物的重量信息中，相比立体物造型装置所搭载的最重的造型材料，有每单位体积的重量大的部分的情况下，有时不能在所有的区域忠实地再现重量。即，比最重的造型材料重的部分不能再现重量。但是，只要造型对象物整体不比造型材料重，则就可以改变内部的区域的重量分配，使造型对象物和造型物的总重量及重心位置一致。
[0155] 例如在图13所示的卵型的造型物的情况下，原始3D数据在中心部有比重2.0的区域，在最重的造型材料的比重为1.0的情况下，可增大中心部的体积，在保持重心位置的状态下，调整造型物整体的重量。
[0156] 其次，对再现造型对象物的质感的方法进行说明。由立体物造型装置制作的造型物也多作为评价外观的实物模型使用。在手拿立体物造型装置的造型物观看时，不能看到内部的样子，但在表面部分进入评价者的视线或手持或触摸时，手触感会被评价。即，寻求无论从哪里看，都能够提供触摸哪里都相同的质感。
[0157] 另一方面，在改变造型材料的充填率（疏密）及混合比进行重量调整的情况下，如果在造型物的表面和内部的所有区域进行造型参数的调整，则产生如下不良情况。
[0158] 例如，在造型物的表面的每个部位改变充填率（疏密）时，密的部分不凹凸且均匀平滑，而疏的部分多为海绵状的空荡荡的状态，眼观还是触感变得凹凸。另外，就密的部分而言，造型材料彼此连接的部分增多，强度方面也强固，而就疏的部分而言，材料彼此连接少，接合部的强度降低，产生强度方面减弱的问题。
[0159] 另外，当对表面的每个部位改变造型材料的混合比时，有时因每个部位的混合比的不同而质感或颜色不同。例如，在将黑色的橡胶材料和白色的树脂材料混合的情况下，黑色橡胶材料的比例高的部位以深色柔和地造型，相反，白色树脂材料的比例高的部位，成为浅色且为硬质感。
[0160] 为解决这些问题，且为了无论从何处观看还是触摸何处都能够再现相同质感，如图14所示，在造型材料为一种情况下，造型物的表面部以与内部不同的充填率（疏密）及混合比进行造型。另外，通过将表面部设为提高了造型材料的充填率的（也包含充填率100％）充填率，则可增大表面部的造型材料彼此的结合，加强强度。即，用于形成疏密的空间在从表面部看不到的内部形成，且以造型物整体再现均匀的重量和造型强度和质感。
[0161] 此时，在表面部和内部，每单位体积的重量不同，但大多情况下，表面部的体积比内部小，因此，能够忽视有关整体重量的影响，在表面部增加的重量也可以通过减轻内部的重量而相抵销。另外，在造型材料为2种以上的情况下，仅造型物的表面部例外，通过以与内部不同的规定的混合比进行造型，也能够提高表面的质感。
[0162] 其次，说明对每个部位改变充填率（疏密）及混合比的方法。在层叠从造型头射出的造型材料时，如图15所示，考虑对造型材料的层叠的每个层进行控制的方法、对每条线进行控制的方法、按每个点进行控制的方法。下面，比较各方法的优点进行说明。
[0163] 在如图16（a）所示对层叠的每层切换所使用的造型材料进行造型、或如图16（b）所示对层叠的每层改变单一的造型材料的充填率及多个造型材料的混合比进行造型的方法的情况下，关于每层的切换，与每条线的切换及每点的切换进行比较，不要求切换速度。因此，具有可通过性能低的切换机构实现的优点。
[0164] 另外，在如图17（a）所示对层叠的每条线切换所使用的造型材料进行造型、或如图17（b）所示按层叠的每条线改变单一的造型材料的充填率及多个造型材料的混合比进行造型的方法的情况下，关于每条线的切换，与每层切换相比，要求高速实施，但造型物具有能够更精细地控制重量的优点。此外，在热熔融方式等一笔的造型方式中，可以以一定长度单位的切换进行代用。
[0165] 另外，在如图18（a）所示按层叠的每个点切换所使用的造型材料进行造型、或如图18（b）所示按层叠的每个点改变单一的造型材料的疏密比及多个造型材料的混合比进行造型的方法的情况下，关于每个点的切换，与每层及每个线的切换相比，要求高速实施，但造型物具有能够最精细地控制重量的优点。
[0166] 这样，由于这些方法具有优点，所以研究立体物造型装置的性能及造型物要求的再现性，可以决定使用哪一种方法制作造型物。另外，在使用可以使用任一种方法的立体物造型装置的情况下，充填率（疏密）及混合比的变化小的部分在每层进行切换，充填率（疏密）及混合比的变化为中程度的部分按每条线进行切换，充填率（疏密）及混合比的变化大的部分按每个点进行切换。
[0167] 以上，对再现造型对象物的重量及重心位置、质感等的情况进行说明，即使重量及重心位置相同，在力矩不同时，移动造型物时的重量感也有所不同。因此，为了更接近造型对象物，通过使造型材料的充填率（疏密）变化，或者使多个造型材料的混合比变化，也能够再现与造型对象物相同的力矩。
[0168] 以图19所示的球棒为例，对再现刚体力矩的方法进行说明。从3D数据输入部11取得球棒的形状信息和重量信息，并且取得预先指定的基准点Y的位置。此时，在球棒上的基准点Y施加作用于握把侧的荷重和作用于顶点侧的荷重的合力。因此，首先以基准点Y为界分左右求各个荷重。
[0169] 作为比基准点Y靠近握把侧的荷重，施加对作用于握把侧的重心的重力（Ma×g）乘以从基准点Y直至重心的距离L1所得的荷重。另外，作为比基准点Y靠近顶点侧的荷重，施加对作用于顶点侧的重心的重力（Mb×g）乘以从基准点Y直至重心的距离L2所得的荷重。因此，施加于基准点Y的力为施加于重力方向的相反方向的（Ma＋Mb）×g的力和左右荷重差的（Mb×g×L2）－（Ma×g×L1）的旋转力的合力。
[0170] 因此，在本实施例中，通过调整造型材料的充填率（疏密）及多个造型材料的混合比，以总重量为（Ma＋Mb），作用于基准点Y的力为（Mb×g×L2）－（Ma×g×L1）的方式调整造型材料的分配进行造型。
[0171] 此时，也可以忠实地再现由3D数据输入部11取得的形状信息和重量信息，但如果仅再现形状和总重量和力矩，则不需要忠实地进行再现。当然，由于总重量是绝对的值，因此，不能进行变化，但造型材料的配置即使变化，也能够将作用于基准点的力矩调整为所希望的值。例如图20（a）所示，在距基准点100mm的位置施加了200g的荷重的情况、和距基准点200mm的位置施加了100g的荷重的情况下，作用于基准点的力的作用相同，因此，也可以设为任意的重量分配进行造型。
[0172] 另外，除了力的力矩之外，也可以通过旋转力矩进行再现。通常，由于旋转力矩通过质量和半径的平方来计算，所以例如图20（b）所示，在使距基准点100mm的位置设置200g的荷重的造型物旋转的情况、和在距基准点141mm（准确地说是√200mm）的位置作用100g的荷重的情况下，旋转力矩相同。
[0173] 下面，参照图21的流程图对再现力矩的情况下的立体物造型装置的动作进行说明。
[0174] 首先，造型参数生成部12从3D数据输入部11取得三维形状信息和各部分的配置信息和各部分的重量信息或每单位体积的重量信息（S201）。接着，取得预先指定的基准点信息（S202）。另外，从造型材料数据库14取得所搭载的造型材料的每单位体积的重量信息（S203）。接着，取得力的力矩再现模式或是旋转力矩再现模式的选择指示（S204）。
[0175] 在选择了力的力矩再现模式的情况下（S205的是），造型参数生成部12根据所取得的形状信息、配置信息和重量信息求力相对于基准点的力矩值（S206），且为再现所求的力的力矩值，而使用从造型材料数据库14取得的造型材料的每单位体积的重量信息，变换为规定造型物的每部位的造型材料的充填率或混合比的信息（通常，立体物造型装置为每层的切片数据）（S207）。
[0176] 另一方面，在选择了旋转力矩再现模式的情况下（S205的否），造型参数生成部12根据所取得的形状信息、配置信息和重量信息求相对于基准点的旋转力矩值（S208），且为再现所求出的旋转力矩值，而使用从造型材料数据库14获取的造型材料的每单位体积的重量信息，变换为规定造型物的每部位的造型材料的充填率或混合比的信息（通常，造型装置为每层的切片数据）（S209）。
[0177] 之后，造型参数生成部12根据规定所变换的每部位的造型材料的充填率或混合比的信息，控制头移动机构块20的动作，并且控制造型材料处理块30的造型材料射出部32，向所希望的位置射出所希望的造型材料进行造型（S210）。
[0178] 如以上说明，本实施例的立体物造型装置中，由于再现造型对象物的重量，可对用户提供更接近实物的造型物。另外，由于不仅再现造型对象物的重量，而且根据需要也再现造型对象物的重心位置及质感、力矩，可以不仅再现外观设计，而且再现手保持时的重量或抓握感、使用感。
[0179] 其次，在本发明其它一实施方式。在该实施方式中，使用“外形形状”和“支承条件”和“造型材料的每单位体积的重量”之类的有限的信息，通过在造型时控制造型物的重心位置，可以将以前自行矗立、支承、悬挂不稳定的造型物不倾斜而以稳定的状态维持。
[0180] 如上述，具体而言，在通过熔融物堆积法（FDM）或喷墨法等进行动作的立体物造型装置中设有3D数据输入部和重量平衡计算部和造型参数生成部，3D数据输入部基于3D数据取得造型对象物（以后作为形状信息）的外形形状，重量平衡计算部基于造型对象物的形状信息求造型物的重心位置，在指定的支持条件下算出造型物成为稳定的状态的每部位的重量分配，造型参数生成部使用造型对象物的形状信息和重量分配信息和一个或多个造型材料的重量信息算出每部位的造型材料的充填率或混合比，且根据所算出的充填率或混合比生成用于制作造型物的造型信息。
[0181] 由此，可以对用户提供不仅再现了造型对象物的外观设计，而且也能够以稳定的状态维持的造型物。
[0182] 【实施例】
[0183] 对上述的本发明的实施方式进行更详细说明，参照图27～图49对本发明一实施例的立体物造型装置及控制程序进行说明。图27是将调整造型物的重量平衡的方法分类说明的图，图28是表示用于通过造型材料的疏密调整重量平衡的构造例的图，图29是示意性表示使用多个造型材料调整重量平衡时的头的构造的图。另外，图30是表示本实施例的立体物造型装置的构成的框图，图31是表示本实施例的立体物的造型顺序的流程图。另外，图32～图49是表示有关重量平衡的调整的具体例的图。
[0184] 在基于造型对象物制作造型物时，在本实施例中，通过整体或部分地变更造型材料的充填率（疏密的程度）或混合比，调整造型物的重量平衡，但作为调整重量平衡的方法，认为有各种方法。下面，参照图27进行具体说明。
[0185] ［使用一种造型材料使造型物的每单位体积的重量部分变化的方法（参照图27（a））］
[0186] 该方法的情况下，根据造型对象物的三维数据中包含的每个部分的形状信息，生成造型物的形状信息，且基于搭载于装置的造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息，求每个部位的造型材料的充填率，且根据对每个部位求出的充填率造型各部位，制作造型物整体。在调整充填率时，例如只要部分改变图28（a）、图28（b）、图28（c）所示的蜂窝构造或海绵构造、皱纹构造的空洞的尺寸进行造型即可。另外，可以研究头的形状以卷入空气，进而可以调整卷入的空气的量，也可以以与部位相对应的比例形成空洞。
[0187] ［使用多种造型材料使造型物的每单位体积的重量部分变化的方法（参照图27（b）、图27（c））］
[0188] 该方法的情况下，根据造型对象物的3D数据中包含的每个部分的形状信息，生成造型物的形状信息，且基于搭载于装置的多个造型材料的每单位体积的重量信息和所生成的形状信息，决定每个部位的多个造型材料的混合比，将根据决定的混合比混合的造型材料层叠，制作造型物。例如，在从头射出造型材料的情况下，如图29（a）所示，也可以在头内根据部位调整多个造型材料的混合比（参照左图），也可以将用于混合多个造型材料的混合单元配置于头的前段，根据部位从头射出以混合单元混合的造型材料（参照右图）。另外，如图29（b）所示，也可以将各个造型材料向不同的头注入，按每个部位切换头，射出所希望的造型材料（参照左图），也可以将用于切换多个造型材料的材料选择器配置于头的前段，根据部位从头射出由材料选择器选择的造型材料（参照右图）。
[0189] 此外，将使用一种造型材料改变充填率的情况和使用多种造型材料改变混合比的情况进行比较，前者由于能够通过单一的材料实现，所以造型材料的射出装置也可以是一个，可以使构造简单，但重量的上限被限定在以100％的充填率造型的状态，为了减轻重量而降低充填率时，有时不能确保造型物的强度。另一方面，后者通过使用重的造型材料而可以提高重量的上限，轻的部分只要由轻的造型材料造型即可，因此能够防止强度降低，但需要用于将多个造型材料混合或选择性地射出的复杂的构造。这样，由于各自具有优点和缺点，所以采用那一种优选根据所制作的造型物的方式进行适宜选择。
[0190] 其次，对制作使用图27所示的方法调整重量平衡的造型物的装置进行说明。图30是表示本实施例的立体物造型装置的构成的框图。该立体物造型装置是使用熔融物堆积法（FDM）或喷墨法等造型立体物的装置，由控制块50和头移动机构块20和造型材料处理块30这三个块构成。下面对各块进行说明。
[0191] ［控制块］
[0192] 控制块50由3D数据输入部51、重量平衡计算部52、造型参数生成部53、造型材料数据库54等构成。
[0193] 3D数据输入部51由计算机装置等取得业界标准化的文件格式或各公司独自的文件格式的、包含造型对象物的三维形状信息的所希望的造型物的生成所需的3D数据并进行解析，将形状信息转发到造型参数生成部53，同时，将规定形状信息及造型物的支承条件的信息转发到重量平衡计算部52。此外，取得3D数据的方法没有特别限定，可以利用有线通信或无线通信、Bluetooth（注册商标）等短距离无线通信取得，也可以利用USB（Universal Serial Bus）存储器等记录介质取得。另外，该3D数据也可以从设计造型对象物的计算机装置直接取得，也可以从管理／保存3D数据的服务器等取得。
[0194] 重量平衡计算部52基于由3D数据输入部51取得的形状信息计算以三维外形包围的闭区域（造型物）的重心位置，并且，以在闭区域整体取得重量平衡的方式调整将由三维外形包围的闭区域内分割所得的每个部位的相对的重量。而且，将调整后的每个部位的相对的重量信息（称作重量分配信息。）转发到造型参数生成部53。
[0195] 造型参数生成部53基于由3D数据输入部51取得的形状信息和由重量平衡计算部52取得的重量分配信息和由造型材料数据库54取得的一个或多个造型材料的每单位体积或每单位容积的重量信息，确定每个部位的造型材料的种类及充填率、混合比率，且基于这些信息决定每个部位的造型材料的层叠方法。而且，向头移动机构块20发送用于将造型材料向所希望的场所射出的机构控制信息，并且，向造型材料处理块30发送用于规定每层的造型材料的数据（称作切片数据。）。
[0196] 上述3D数据输入部51、重量平衡计算部52及造型参数生成部53作为硬件构成，且作为控制程序构成，该控制程序作为3D数据输入部51、重量平衡计算部52及造型参数生成部53起作用，且也可以设为由立体物造型装置或控制该立体物造型装置的装置使该控制程序动作的结构。
[0197] 造型材料数据库54存储用于造型的一个或多个造型材料的每单位体积或每单位容积的重量信息，将所存储的重量信息提供给造型参数生成部53。此外，造型材料数据库14未必需要设于立体物造型装置的内部，只要能够参照造型参数生成部53，则也可以设于立体物造型装置的外部。
[0198] 图30的头移动机构块和造型材料处理块与图4的头移动机构块和造型材料处理块相同，省略说明。
[0199] 其次，参照图31的流程图对使用上述构成的立体物造型装置制作调整了重量平衡的造型物的顺序进行说明。
[0200] 首先，使用计算机装置生成造型对象物的CAD数据或设计数据等3D数据。
[0201] 由计算机装置生成的3D数据被立体物造型装置的控制块50（3D数据输入部51）取入，基于3D数据把握形状。而且，形状信息被送入造型参数生成部53（S301）。另外，形状信息和埋入3D数据或由用户指定的支承条件（支承面或支承方向）的信息被送入重量平衡计算部52。此外上述支承条件例如是指通过“放置”、“支承”、“悬挂”等的方法支承以陈列为目的的造型物时的接地面或支承点、支承方向等。
[0202] 重量平衡计算部52不变更造型对象物的三维外形形状而调整三维的每个部位的重量（每单位体积或容积的重量）（S302）。例如，计算由均匀重量（每单位体积或容积的重量完全相同）造型造型物整体时的重心位置，或计算为将重心位置变更为所希望的位置所需的造型物的每个部位的重量分配。
[0203] 具体进行说明，如果造型对象物以陈列为目的，则要求其即使施加了地震或其它外力，也不容易倾斜或倾倒。为平衡性好且稳定地进行陈列，不以一样的重量的造型材料（每单位体积或容积的重量全部相同）制作造型物，而按每个部位改变重量（每单位体积或容积的重量）来调整重量平衡，优选造型物的重心位置相对于接地面成为所希望的关系。例如，如果是由面支承造型物的置物，则优选重心位置的铅直线与接地面的中心一致或处于其附近。另外，如果以点从下进行支承、或以点悬挂进行支承，则优选造型物的重心位置的铅直线与该支承点一致或处于其附近。因此，在重量平衡计算部52，不使造型物整体为均匀的重量，反而改变每个部位的重量，寻求造型物成为稳定的状态的重量平衡。
[0204] 造型参数生成部53从造型材料数据库54取得所使用的造型材料的每单位体积的重量信息（S303）。而且，基于解析3D数据得到的形状信息和由重量平衡计算部52取得的重量分配信息和由造型材料数据库54取得的造型材料的重量信息，再现造型对象物的形状，且为实现寻求的重量平衡，而变换为规定将哪一充填率或混合比的造型材料向哪一位置射出的造型信息（对于头移动机构块20的机构控制信息、和对于造型材料处理块30的切片数据）（S304）。而且，变换结束后，移至实际的造型动作（S305）。
[0205] 例如，如果是边射出因热而融化的造型材料边层叠的方式或从造型头射出紫外线固化树脂且照射UV灯使其固化的方式的立体物造型装置，则使造型材料的射出位置三维移动，并同时射出造型材料进行层叠。另外，如果是使用一种造型材料造型的造型物，则也可以适用于对贮存于槽内的UV固化树脂照射紫外线激光使其固化并层叠的方式、将贮存于槽内的粉末造型材料通过激光融化的方式、边涂抹被称作粘合剂的粘接剂边层叠的方式。
[0206] 这样，在本实施例中，使用形状信息和支持条件信息和造型材料的每单位体积的重量信息，在造型时调整造型物的重量平衡，从而可以将以前自行矗立、支持、悬挂不稳定的造型物以不倾斜而稳定的状态维持。此外，作为使造型物自行矗立的方法，也考虑变更接地面的形状或追加支承部件使其自行矗立的方法，但本实施例中，其特征在于，在维持三维原创形状的状态下可以生成稳定并自行矗立的造型物。下面，列举具体例进行说明。
[0207] 首先，对制作图32（a）所示的倾斜的建筑物的模型的情况进行说明。在以均匀的3
重量（例如将每体积的重量设为5g／cm）的造型材料造型图32（b）的倾斜的圆筒形状或圆柱形状的所有区域时，由于重心位于立体的大致中央，因此，如左图那样容易倾倒。另一方面，如右图，将圆筒形状或圆柱形状在由虚线所示的位置进行区域分割，上部减小每体积
3 3
的重量（例如2g／cm）进行造型，下部增大每体积的重量（例如7g／cm）进行造型时，重心位置接近接地面的中央，因此不容易倾倒。
[0208] 在此，对重心的求出方法进行说明，物体由小的分子构成，对各分子作用重力。这些重力集中于1点作用的作用点是重心。在立体物中，将其构成分割为微小体积求各个重心，可通过其合力求物体整体的重心。微小体积的各重心如图33（a）所示成为对角线的交点位置。此外，精细分割微小区域的体积时，重心的计算精度提高，但精细分割时计算量增3
加，因此，也可以如1cm 那样固定体积、或沿XYZ各方向分割100等，将个数固定。
[0209] 另外，图33（b）的形状的物体被分为A和B这两个，通过各个对角线的交点求重心G1、G2。其次，从A的重心G1引出任意的直线G1－D，进而求在G1－D上将质量比颠倒的点C。接着，从点C引出与D－G2平行的直线C－G，求与G1－G2相交的交点。由此，可以求出形状不同的物体的重心G。
[0210] 其次，对调整圆筒形状或圆柱形状的立体物的重心位置的方法进行说明。首先，如图34（a）所示，求均匀造型时的重心。作为方法，如上述，可以将整体细分为微小体积的区域，通过搜索力矩相对于全部微小区域的重心的平衡的位置来求出。
[0211] 其次，如图34（b）所示，确定立体物可自行矗立的面（支承面）。此时，支承面具有顶点的形状的情况下，求连接支承面的顶点的虚线所包围的范围。而且，判断穿过之前求出的重心的铅直线是否穿过包围支承面的区域。在穿过区域的情况下判断为可以自行矗立，在未穿过的情况下判断为不自行矗立。此外，关于支承面的指定方法后述。
[0212] 其次，如图34（c）所示，在造型物通过支承面不能自行矗立的情况下，通过不均匀地造型使重心位置移动，且以重心的铅直线与包围支承面的区域交差的方式变更重量平衡。
[0213] 在此，作为用于使具有支承面（接地面）的造型物不颠倒而自行矗立的最低条件，如图35所示，在以支承面为下设置造型物的情况下，从造型物的重心位置沿铅直方向引出的线需要与由连接支承面的外周或顶点的线（图中虚线）包围的面的内侧相交。
[0214] 参照图36的流程图对该情况下的立体物造型装置的动作进行说明。首先，重量平衡计算部12求以均匀的重量制作3D形状整体的情况下的重心位置（S401），确定3D形状的支承面，求连结支承面的顶点的区域（S402）。其次，重量平衡计算部12判断重心的铅直线是否穿过包围支承面的区域的内侧（根据重心位置和支承面的位置关系，造型物是否自行矗立）（S403），在判断为不自行矗立的情况下（S403：否），使造型物的每个部位的重量分配变化，使重心位置向支承面的内侧移动（S404）。而且，造型参数生成部53生成控制头移动机构块20的机构控制信息和控制造型材料处理块30的切片数据，以所希望的重量平衡造型造型物（S405）。
[0215] 另外，作为具有支承面（接地面）的造型物用于安定地自行矗立的最佳条件，如图37所示，在以支承面为下设置造型物的情况下，从造型物的重心位置沿铅直方向拉出的线通过尽可能接近支承面的力学中心（图中黑点）的位置至为重要。
[0216] 参照图38的流程图对该情况下的立体物造型装置的动作进行说明。首先，重量平衡计算部52求以均匀的重量制作3D形状整体时的重心位置（S501），确定3D形状的支承面，且求支承面的力学的中心位置（S502）。其次，重量平衡计算部52判断重心的铅直线是否通过力学的中心位置（根据重心位置和支承面的力学中心的位置关系，造型物是否充分稳定地自行矗立）（S503），在有通过变更重心位置而使其更稳定的余地的情况下（S503：否），使造型物的每个部位的重量分配变化，以使重心的铅直线接近面的力学中心（S504）。
而且，造型参数生成部53生成控制头移动机构块20的机械控制信息和控制造型材料处理块30的切片数据，以所希望的重量平衡造型造型物（S505）。
[0217] 以上，对通过支承面使造型物自行矗立的情况进行说明，但作为陈列造型物的方法，也有从下面以点支承的方法、或悬挂的方法。由支承面（接地面）从下面支承的情况下，支承面的铅直方向成为支承方向，支承方向可以唯一地决定，但在由点支承或悬挂的情况下，需要另外的支承方向的信息。因此，在本实施例中，在明确了支承造型物的方向和位置后，制作相对于该支承方向和支承点具有适合的重心的造型物。
[0218] 图39是由1点从下面进行支承的造型物的例子。该情况下，造型物的重心处于支承部位的正上或铅直方向的情况最为稳定，随着重心位置远离该位置，作用于支承部位的应力增大而容易倾倒。因此，重量平衡计算部52通过求造型物的重心与上述陈列时稳定的所希望的位置一致或接近的重量平衡，由此可以造型稳定的造型物。
[0219] 图40是以多个点从下面进行支承的造型物的例子。该情况下，造型物的重心总是为1点，因此，在支承部位（支承点）为多个的情况下，想到考虑多个支承部位的合力的假想支承部位（通常为两个支承部位的中间点）。而且，重量平衡计算部52求造型物的重心与通过假想支承部位的铅直线一致或接近的重量平衡，可以造型稳定的造型物。
[0220] 图41是以1点悬挂支承的造型物的例子。在以1点悬挂的情况下，指定悬挂位置和悬挂方向（相对于重力的支承方向）。指定支承方向是由于也有时在不指定支承方向时成为右图的形式。该情况下，造型物的重心成为悬挂位置的正下或铅直方向的情况最为稳定，随着重心位置远离该位置，作用于悬挂位置的应力增大而容易倾斜。因此，重量平衡计算部52通过求造型物的重心与悬挂位置一致或接近的重量平衡，由此可以造型稳定的造型物。
[0221] 图42是以多个点悬挂支承的造型物的例子。在以2点悬挂的情况下，在扣钩上施加对两个支承点施加的合力。而且，在将造型物配置于要陈列的方向时，施加于扣钩的合力与穿过扣钩的铅直线一致，在合力或铅直线与造型物相交处设置造型物的重心的情况最为稳定，随着重心位置远离其位置，施加于两个支承部位的应力增大而容易倾倒。因此，重量平衡计算部52求造型物的重心与在上述陈列时稳定的所希望的位置一致或与其接近的重量平衡，由此可以造型稳定的造型物。
[0222] 以上对造型对象物为一定的形状的情况进行了说明，但造型物中，通过将一个或多个部位可动地连接，将一个或多个部位设为可动，取得多个状态。例如在造型图43所示的机器人或人偶的模型的情况下，即使是容易向前后左右倾斜的姿势，通过将重心维持在中间点，也能够扩大自行矗立的范围。另外，如图44所示，无论在直立的状态、卧倒的状态还是倒立的状态，通过将重心维持在中间点，都能够以稳定的状态保持。
[0223] 该情况下，重量平衡计算部52相对于有多个陈列形状的造型物（有可动部的造型物）以各个可动状态求最佳的重心位置，根据分别求出的重心位置，且根据预定的计算式求假想的重心位置（通常为中间点），通过以求出的位置成为重心位置的方式调整各部位的重量分配进行造型，可以进行在多个可动位置成为稳定的状态的造型物的造型。
[0224] 但是，由于在多个可动位置分别求出的各最佳的重心位置和通过计算求出的中间位置不一致，因此，相对于各可动位置的稳定度脱离最佳稳定度。但是，当按照一个可动位置的最佳重心进行造型时，可改善以其它的可动位置的陈列状态不能自行矗立或极其不稳定的状态，可以提供在多个可动位置比较稳定地自行矗立的造型物。
[0225] 以上对调整重量平衡的各种方法进行了说明，但如上述，要调整以陈列为目的的造型物的重量平衡，需要指定支承面（支承部位）及支承方向。下面，对指定支承面（支承部位）及支承方向的方法进行具体说明。
[0226] 作为支承面的指定方法，如图45所示，有在生成三维形状数据的时刻，对造型物的确定的面埋入表示为支承面的属性的方法。例如，在倾斜的圆筒的底面埋入支承面的属性。该方法是在造型前进行的、通过将造型物在造型区域内如何配置进行造型的配置作业画面中，以鼠标光标的点击或触摸面板的触摸动作等指定确定的面的方法。
[0227] 另外，作为支承部位和支承方向的指定方法，如图46所示，有如下方法，在生成三维形状数据的时刻，对造型物的确定的部位埋入表示为支承部位的属性和支承方向的信息，同时，将造型物的支承方向信息埋入文件数据。该方法是在造型前进行的、将造型物在造型区域内如何配置进行造型的配置作业画面中，以鼠标光标的点击或触摸面板的触摸动作等指定确定的部位，进而以鼠标光标的点击或触摸面板的画出方向线的动作指定支承方向的方法。另外，该方法中，可以在造型区域内的原点基准的空间坐标位置指定支承部位，且可以由来自原点的向量值指定指示方向。
[0228] 即使是上述的指定方法，对实现取得重量平衡的造型物的处理也没有任何障碍，但在不考虑设置时的重量平衡的现有的3D打印机不需要的支承面、支承部位、支承方向的指定在本实施例的控制中成为必要。因此，提案了简化该指定动作的方法。即，由于造型前在计算机装置上将造型物配置于造型区域的作业自身是通过3D打印机也能实施的行为，因此，通过将该配置动作作为指定动作代用，可以将指示动作简化。
[0229] 〈支承面的指定的省略方法〉
[0230] 具体而言，为简化支承面的指定，如图47所示，以与假想台面相对的面为造型物的支承面的方式预先决定。该方法中，通过在计算机装置上将造型物配置于造型区域的作业，将完成的造型物在与实际陈列的方向相同的方向进行造型而配置，能够唯一地确定支承面。另外，也可以对假想台面以确定的面（例如假想台的侧面）成为造型物的支承面的方式预先决定。该方法中，仅通过在计算机装置上将造型物在造型区域进行配置的作业，将完成的造型物相对于陈列的方向放倒90度的方向进行配置，可以唯一地确定支承面。
[0231] 〈支承方向的指定的省略方法〉
[0232] 为简化支承方向的指定，如图47所示，以相对于假想台面垂直的方向为支承方向的方式预先决定。该方法中，仅通过在计算机装置上将造型物配置于造型区域的作业，为将完成的造型物在与实际陈列的方向相同的方向进行造型而配置，可唯一地确定支承方向。另外，也可以对假想台面以相对于确定的面（例如为假想台的侧面）垂直的方向作为造型物的支承方向的方式预先决定。该方法中，仅通过在计算机装置上将造型物在造型区域进行配置的作业，将完成的造型物相对于陈列的方向放倒90度的方向进行配置，可以唯一地确定支承面。
[0233] 以上，通过调整重量平衡，制作可自行矗立的造型物，如图48（a）所示，由于造型物倾斜，所以即使在将造型材料的疏密及混合比按每个部位变更至限界而进行平衡调整并移动重心位置的情况下，也会产生造型物不能自行矗立或不能充分地稳定的情况。这种情况下，如图48（b）所示，也可以自动地追加防止倾倒的支承材料。
[0234] 另外，相对于悬挂的造型物，如图49（a）所示，也可以在调整了重量平衡的重心的上部追加悬挂部件。或者，通过在调整了重量平衡的重心的上部进行标记，可以简单地了解最适合悬挂部件的追加的部位。另外，相对于以1点或多点支承的造型物，如图49（b）所示，也可以在调整了重量平衡的重心的下部追加与支持台的配合部。或者，通过在调整了重量平衡的重心的下部进行标记，可以简单地了解最适合追加与支承台的嵌合部的的部位。
[0235] 此外，本发明不限于上述实施例，只要不脱离本发明宗旨，则其构成及控制可以适宜变更。
[0236] 例如，在上述实施例中，记载了利用熔融物堆积法（FDM）或喷墨法的立体物造型装置，但对于调整充填率及混合比并可层叠造型材料的任意的方法也同样适用。
[0237] 产业上的可利用性
[0238] 本发明可以用于造型立体物的3D打印机等立体物造型装置及通过该装置进行动作的控制程序。
