JP2016215576A - 三次元造形物の製造方法及び造形装置 - Google Patents

三次元造形物の製造方法及び造形装置 Download PDF

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Abstract

【課題】色の濃淡や階調表現を著しく損なうことなく表面加飾層を厚くする。
【解決手段】三次元造形物の製造方法であって、白色材料１５と、白色以外の１または２以上の彩色材料１３と、クリア材１４とを用い、１または２以上の彩色材料１３と、クリア材１４とを用いて、複数の層体を重ねた複数層で構成される表面加飾層１１を形成すると共に、少なくとも表面加飾層１１の最下層あるいは三次元造形物の内部を構成する内部造形領域１２における表面加飾層１１側の領域に、白色材料１５で少なくとも一の層体を形成し、かつ、表面加飾層１１を構成する複数層のそれぞれを、同じ色で形成し、かつ、複数層を積層することにより、三次元造形物を観察した場合に視認される色の濃度について、複数層に含まれる各層における色の濃度よりも濃くなるように調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタによって着色された状態で造形される三次元造形物の製造方法及び造形装置に関する。更に詳述すると、本発明は、多重層から成る厚膜の表面加飾を備える表面加飾三次元造形物等の製造方法及び造形装置に関するものである。
従来より、立体的な造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面ごとに樹脂を順次積層することによって立体造形を行い、造形対象物の三次元モデルとなる造形物を生成することが知られている。このような三次元造形物において着色する場合には、予め着色した造形用樹脂が用いられることになる。しかしながら、従来の三次元造形物は、単一樹脂材料で形成されるため単一の着色状態でしかない。また、複数色の材料（インク等）を用いて造形を行う構成も知られているが、その場合も、通常、表現可能な色数は限定的になる。
そのため、三次元造形物に彩色が必要な場合にはその後工程でデザイナーが模様を描いたり、色付けを行ったりしなければならず、時間と費用が必要以上にかかるという問題がある。即ち、複数の色を有する三次元造形物を作成する場合や任意の混合色からなる三次元造形物を作成する場合、従来の手法によると短時間にかつ低コストで最終的な三次元造形物の生成を行うことができず、造形後に人手に頼らざるを得ないという問題が伴うものである。
そこで、三次元造形物の表面の層では彩色用の材料を吐出すると共に、内部領域では造形用の樹脂を吐出させて造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を形成し、該層体を順次積層していくことで表面に彩色が施された造形対象物の三次元造形物を生成することが提案されている（特許文献１）。この三次元造形物では、Ｙ，Ｍ，Ｃの３色だけでは表現できない明るい色や色の濃淡や階調を表現するために、造形用の樹脂として白色（Ｗ）のインクを使用するようにしている。白色のインクは、造形対象物から導かれた彩色情報に基づいてＹ，Ｍ，Ｃの３色と共に三次元造形物の表面の層にのみ必要に応じて吐出されることもあるが、造形用樹脂として白色のインクを用いる場合には、これが通常の２Ｄ印刷における紙（基板）としての役目を果たすため、表面の層の彩色層では白色（Ｗ）の樹脂は用いられずにＹ，Ｍ，Ｃの３色だけで彩色される。また、この場合、彩色用の材料（インク）は、通常、三次元造形物の表面にだけ吐出される。
特開２０００−２８０３５７公報
しかしながら、表面の１層に加飾するだけなので、１層で色が完結する紙などの二次元（２Ｄ）印刷媒体に行う２Ｄ（二次元）印刷と同様に、ガモット面積を広くとれる彩色・着色はできるが、見る角度によっては中が透けて見えたり、表面が着色されている部分が欠けた場合等に三次元造形物の内部の白色部分が露出する場合がある。また、三次元造形物・立体物であるので、あらゆる方向から見られるため、例えば加飾層を複数層にして厚くすることで、見る角度によって色が違って見えること等を防ぐことが好ましい場合がある。さらに、三次元造形物は、造形後に表面を磨かれることが多いことから、厚く加飾することが望まれる。
他方、例えば二次元（２Ｄ）の印刷で使用されるインクのように、一層のインクの層で着色が可能なインクを用いる場合、複数のインクの層を積み重ねて加飾層を形成することで加飾層全体の膜厚を厚くすると、インク自体の濃度は決まっていて部分的にコントロールすることができないことから、減法混色の性質上、どのような色を使っても暗くなり、黒っぽく見えてしまう問題がある。したがって、加飾層を何層にも積み重ねて膜厚を厚くする場合には、Ｙ，Ｍ，Ｃの３色だけでは表現できない明るい色や色の濃淡や階調表現ができないという問題を伴う。
ここで、従来、加飾層の膜厚を調整することで色の濃度を調整する方法等も知られている。この場合、例えば、色の薄い処は膜厚を薄く、色の濃い処は膜厚を厚くすることになる。しかし、この場合、均一な膜厚（膜厚一定）にして色の濃淡をつけることは困難である。また、換言すれば、濃さの異なる樹脂材料・インクを予め用意しない限り膜厚を一定にできない問題があるといえる。
これに対し、本発明は、例えば、色の濃淡や階調表現を著しく損なうことなく表面加飾層を厚くすることを可能とする三次元造形物の製造方法及び造形装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を、複数の材料を微小な粒にして噴射することによって形成し、前記層体を順次積層していくことで三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、前記複数の材料として、ノズルから吐出された後に所定の条件に応じて固まる、白色材料と、白色以外の１または２以上の彩色材料と、クリア材とを用い、１または２以上の前記彩色材料と、前記クリア材とを用いて、複数の前記層体を重ねた複数層で構成される表面加飾層を形成すると共に、少なくとも前記表面加飾層の最下層あるいは前記三次元造形物の内部を構成する内部造形領域における前記表面加飾層側の領域に、前記白色材料で少なくとも一の前記層体を形成し、かつ、前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれを、同じ色で形成し、かつ、前記複数層を積層することにより、前記三次元造形物を観察した場合に視認される前記色の濃度について、前記複数層に含まれる各層における前記色の濃度よりも濃くなるように調整することを特徴とする。
複数の材料、即ち白色材料、彩色材料及びクリア材は、特定の材料に限定されないが、好ましくは紫外線硬化型インクあるいはエレクトロビーム硬化型インク、あるいは熱硬化型インクあるいはホットメルト樹脂などの、ノズルから吐出された後に所定の条件に応じて固まる材料を用いることができる。この場合、材料が固まるとは、例えば、重合反応等により材料が硬化することである。また、この材料は、ノズルから吐出されると瞬時に固まるものであることが好ましい。また、この材料は、より好ましくは紫外線硬化型インクあるいはエレクトロビーム硬化型インクであり、最も好ましくは紫外線硬化型インクである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の三次元造形物の製造方法において、前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれは、予め設定された所望の濃度を均等に分割した濃度で前記色が着色された層であることを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の三次元造形物の製造方法において、前記白色材料で形成される前記少なくとも一の前記層体を、前記表面加飾層の最下層あるいは前記内部造形領域において前記表面加飾層と隣接する領域に形成することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法において、前記ノズルから吐出される一の液滴が固まることにより形成される前記彩色材料の一のドットの平均直径と、前記複数層の積層により形成される前記表面加飾層の厚さとを比較した場合、前記表面加飾層の厚さは、前記ドットの平均直径よりも大きいことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法において、前記複数層の積層により形成される前記表面加飾層の厚さは、５０μｍ以上であることを特徴とする。表面加飾層の厚さは、好ましくは８０μｍ以上、より好ましくは、１００μｍ以上である。表面加飾層の厚さは、例えば１００〜５００μｍであってよい。また、例えば、８０〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍであってよい。
また、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法において、前記表面加飾層を構成する前記複数層において、少なくとも、隣接する２層の前記層体の間で、同一色の前記彩色材料のドット位置が重ならないようにする。この場合、例えば、連続して積層される所定数（例えば、３以上の所定の整数）の複数層の間で、同一色の前記彩色材料のドット位置が重ならないようにすることがより好ましい。
彩色材料のドット位置が重ならないように制御する方法としては、例えば、ドット位置を選択するマスク（ディザマスク）について、層毎に移動させる方法等が考えられる。また、この場合、より具体的に、例えば、マスクを平行移動させる方法や、マスクを回転させる方法等が考えられる。また、使用するマスクの種類（マスク種）を層毎に変更すること等も考えられる。また、例えば、３次元マスク（３次元ディザマスク等）を使用する方法等も考えられる。また、例えば誤差拡散法を用いる場合には、層毎に誤差拡散の重みを変更する方法（例えば、誤差拡散のランダム化）や、３次元で誤差拡散を行う方法等も考えられる。
また、請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法において、前記複数の材料は、紫外線硬化型インクであることを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を、複数の材料を微小な粒にして噴射することによって形成し、前記層体を順次積層していくことで三次元造形物を造形する造形装置であって、前記複数の材料として、ノズルから吐出された後に所定の条件に応じて固まる、白色材料と、白色以外の１または２以上の彩色材料と、クリア材とを用い、１または２以上の前記彩色材料と、クリア材とを用いて、複数の前記層体を重ねた複数層で構成される表面加飾層を形成すると共に、少なくとも前記表面加飾層の最下層あるいは前記三次元造形物の内部を構成する内部造形領域における前記表面加飾層側の領域に、前記白色材料で少なくとも一の前記層体を形成し、かつ、前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれを、同じ色で形成し、かつ、前記複数層を積層することにより、前記三次元造形物を観察した場合に視認される前記色の濃度について、前記複数層に含まれる各層における前記色の濃度よりも濃くなるように調整することを特徴とする。
請求項１記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、表面加飾層の内側に白色材料の層を形成すると共に表面加飾層を彩色材料とクリア材とで形成し、複数層で構成される表面加飾層により所望の濃度の色を表現することができる。また、この場合、例えば、彩色材料の各層あたりの吐出量を減らしながらその分をクリア材で補うことで膜厚を増やすことにより、表面加飾層を厚くした場合にも、色が暗くなること等を防ぎつつ、所望の濃度での色を適切に表現することが可能になる。即ち、このように構成すれば、例えば、表面加飾層を多層化して厚くしても発色性が良く良好な階調表現ができ、膜厚一定にして色の濃淡や階調表現を作り出すことができる。
また、クリア材と彩色材料とを用いて表面加飾層の各層を形成することで、各層の色を薄くしながら何層も積み重ねることで厚くして所望の濃さの色を再現するので、層方向・奥行き方向に彩色のためのドットを分散させることができる。そのため、この場合、各層において彩色材料が含まれている部分の面積比率を高め、例えば同一色の彩色材料を同じ位置に重ねる場合と比べ、視認されるドット自体の色の濃度を下げることができる。また、これにより、例えば、粒状感を抑えることができる。また、従来の方法で着色を行った場合、例えば、三次元造形物が水の中に入っているように見え、着色の解像度が低下したように感じられる場合もあった。これに対し、上記のように構成すれば、このような感覚が生じること等も適切に防ぐことができる。
また、請求項２記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば表面加飾層の各層の色の濃度を容易かつ適切に設定できる。また、これにより、例えば、厚い表面加飾層を用いた着色をより適切に行うことができる。
また、請求項３記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、表面加飾層での色表現の基板として機能する白色材料の層を適切に形成できる。また、これにより、例えば、減法混色法による着色をより適切に行うことができる。
また、請求項４記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、表面加飾層の厚さを適切かつ十分に大きくすることができる。
ここで、表面加飾層の厚さが小さい場合、三次元造形物の表面付近に割れや欠け等が生じることにより、三次元造形物の内部の色が露出するおそれがある。また、表面加飾層の厚さが小さい場合、三次元造形物を磨くことにより表面加飾層の厚さが変化すると、色の濃度が大きく低下したり、色が見えなくなるおそれもある。そのため、表面加飾層については、ある程度以上の厚さを有することが望まれる。これに対し、このように構成した場合、表面加飾層の厚さをドットの平均直径よりも大きくすることにより、表面加飾層の厚さを適切かつ十分に大きくすることができる。
また、この場合、例えば、表面加飾層の各層については、低い濃度での着色がされている。そのため、表面加飾層の一部に割れや欠けが生じた場合や、磨くことで表面加飾層の厚さがある程度変化したとしても、視認される色への影響を適切に抑えることができる。そのため、このように構成すれば、例えば、厚い表面加飾層を用いた着色をより適切に行うことができる。
また、この場合、更に、三次元造形物を視認した場合に感じられる印象について、例えば、三次元造形物の内部から着色がされているような印象を適切に与えることができる。また、例えば表面加飾層の各層における色の濃度を小さくすることにより、透明間のある着色等を行うこと等もできる。
また、請求項５記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、表面加飾層の厚さを適切かつ十分に大きくすることができる。また、これにより、例えば、厚い表面加飾層を用いた着色をより適切に行うことができる。
また、請求項６記載の三次元造形物の製造方法によると、例えば、表面加飾層の層方向に重ねて配設された各層における同一色の彩色材料のドット位置を、ずらすことにより、色表現の基板として機能する白色材料の層に対して生じる明度差を適切に抑えることができる。また、これにより、例えば、彩色材料の個別のドットを目立たなくして、粒状感等を適切に抑えることができる。
また、請求項７記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、三次元造形物を構成する各層をより適切に形成することができる。
また、請求項８記載の三次元造形物の製造方法によれば、例えば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
本発明にかかる三次元造形物の表面加飾層と内部造形領域との各層を構成する複数の材料の配列状態の一例を示す説明図である。 本発明にかかる三次元造形物の一例を示す図で、（Ａ）は正面上から見た斜視図、（Ｂ）は各セクションにおける横断図であり、（B-1）上面の表面加飾層のみの横断面図、（B-2）表面加飾層と内部造形領域との横断面図、（B-3）底面の表面加飾層のみの横断面図である。 塗膜厚さ３５０μｍ（３０層）時の発色性評価結果（１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋カラーインク１〜１０％で混合させた際の色味を評価）を示す、ａ＊軸、ｂ＊軸から成る座標系で表示したガモットである。 塗膜厚さ３５０μｍ（３０層）時の発色性評価結果（１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋カラーインク１〜１０％で混合させた際の色味を評価）を示す、カラー配合濃度と反射濃度との関係を示すグラフである。 塗膜厚さ３５０μｍ（３０層）時の階調性評価結果（１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋カラーインク０．４〜４％で混合させた際の色味を評価（インクリミットを４％に設定した状態））を示す、ａ＊軸、ｂ＊軸から成る座標系で表示したガモットである。 塗膜厚さ３５０μｍ（３０層）時の階調性評価結果（１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋カラーインク０．４〜４％で混合させた際の色味を評価（インクリミットを４％に設定した状態））を示す、印刷濃度と反射濃度との関係を示すグラフである。 ２Ｄカラー印刷と本発明にかかる表面加飾三次元造形物の表面加飾の色再現性を比較したａ＊軸、ｂ＊軸から成る座標系で表示したガモットである。 本発明にかかる表面加飾三次元造形物を造形する装置の一例を示す説明図である。
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態に係る製造方法で製造される三次元造形物の一例を示す。この実施形態にかかる三次元造形物は、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を複数の材料を微小な粒にして噴射することによって形成し、層体を順次積層していくことで形成されている。例えば、ノズルから吐出されると瞬時に固まる複数の材料をインクジェットプリンタから微小な粒にして噴射することによって、表面加飾層１１と内部造形領域１２とを造形過程において連続的に形成して、表面に色の濃淡や階調を伴う彩色あるいは描画を施した厚い表面加飾層１１を備える三次元造形物１０が得られる。
三次元造形物１０を構成する複数の材料は、ノズルから吐出されると瞬時に固まる白色材料１５と、白色以外の１または２以上の彩色材料１３とを含む。そして、白色材料１５で内部造形領域１２が形成されると共に、１または２以上の彩色材料とクリア材（透明材料）１４とで表面加飾層１１が形成されている。尚、本実施形態では、白色材料１５としては白（Ｗ）色の紫外線硬化型インクが、白色以外の１または２以上の彩色材料１３としては、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）及び必要に応じて黒（Ｋ）色の紫外線硬化型インクが用いられている。また、クリア材１４としては、紫外線硬化型のクリア（ＣＬ）インクが用いられている。また、図１において、Ｗ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのいずれの記号も記載されていないマス目には、クリア（ＣＬ）インクが打たれていることを示している。
なお、彩色用材料たる表面加飾用インク（あるいは彩色用インクとも呼ぶ）１３としては前述のＹ，Ｍ，Ｃの三原色のインクを使用してこれらを面積配分により混色することにより、表面加飾層に中間色等の全ての色成分について彩色することが好ましいが、他の色成分例えば、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）等のインクを使用しても、あるいはこれらを併用しても良い。さらには、より鮮明な黒色を再現するために黒色の（Ｋ）インクを使用してもよい。
このように白色インク１５を使用して内部造形領域１２を造形する一方、Ｙ，Ｍ，Ｃ及び必要に応じてＫの表面加飾用インク１３の液滴の集合によって表面加飾層１１が構成されることで、減法混色と併置混色との併用により混色あるいは色の階調を表現することができる。一般に、彩色を行うためにはＹ，Ｍ，Ｃの三原色を混色すればよいが、色の濃淡を表現するためには三原色の表面加飾用インク１３に加えてクリアインク１４を同時に吐出して面積配分により混色することが有効となる。また、基材として機能する内部造形領域１２の白色を利用すれば色の濃淡を表現するための白色インクは必要ではなく、Ｙ，Ｍ，Ｃの三色を使用するだけで原理的に各色成分の濃淡を表現することができると共にＹ，Ｍ，Ｃの３色のみでは表現できない明るい色等も表現することが可能になり、色の濃淡や階調を分厚い表面加飾層１１に対して再現させることができる。しかしながら、このことは表面加飾層１１における白色インクの使用を特に妨げるものではない。
本実施形態の場合、内部造形領域１２は全体が白インク１５で造形されている。他方、表面加飾層１１は、１または２以上の彩色用インク１３とクリアインク１４とを併用することにより彩色を薄くした層を形成し、この薄い色の層を積み重ねることで色を完結させるようにして、厚みを持たせながら、色が濃くなり過ぎないように形成されている。換言すれば、表面加飾層１１は、彩色材料１３とクリア材１４とで形成され、全層が重ねられたときに、１層で加飾層を形成する場合に１層で実現するインク濃度になるように、均等に分割された同一濃度の層を複数重ねることにより、彩色材料１３の各層あたりの吐出量を減らしながらその分をクリア材１４で補うことで膜厚を増やすようにしている。即ち、彩色材料１３の各層あたりの吐出量を減らしながらその分をクリア材１４で補うことで１層当たりの彩色を薄くし、この薄い色を積み重ねることで膜厚を厚くしても濃くなりすぎない色とすることにより、多層化により表面加飾層１１を厚くしても色が暗くならずに１層で表面加飾層を形成する場合と同じ濃さの色にすることを可能としている。これにより、表面加飾層１１を多層化して厚くしても発色性が良く良好な階調表現ができ、膜厚一定にして色の濃淡や階調表現を作り出すことができる。
例えば、本実施形態では、表面加飾層１１の１層当たりのインク濃度は、３０層積み重ねたときに、所望の濃さの色として見えるように、各層における色の薄さは決められている。つまり、内部造形領域１２の周囲に形成される複数層の表面加飾層１１は、各彩色材料１３のインク濃度が均等に分割された同一濃度の層が３０個重ねられることによって、所望の色が得られるようにしている。このため、表面加飾層１１に厚みをもたせても、表面加飾用インク１３が濃くなり過ぎない色とすることができる。
以上のように、本実施形態においては、彩色材料１３と、クリア材１４とを用いて複数層で構成される表面加飾層１１を形成する場合において、内部造形領域１２の外側に表面加飾層１１を形成し、かつ、表面加飾層１１を構成する複数層のそれぞれを、同じ色で形成している。この場合、内部造形領域１２の外側に表面加飾層１１を形成する構成は、例えば、白色材料である白インクで形成される少なくとも一の層体を、表面加飾層１１の最下層あるいは内部造形領域１２において表面加飾層に隣接する領域に形成することに相当する。また、本実施例においては、内部造形領域１２を白インクで形成することにより、白色材料で形成される層体について、表面加飾層１１の最下層に隣接して形成している。また、本実施形態においては、更に、薄く着色した複数層を積層することにより、完成した三次元造形物を観察した場合に視認される色の濃度について、表面加飾層１１の各層における色の濃度よりも濃くなるように調整している。また、これにより、積層後の色の濃度を所望の濃さに調整している。
そのため、本実施形態によれば、例えば、複数層で構成される表面加飾層１１により、所望の濃度で様々な色を適切に表現することができる。また、この場合、彩色材料の各層あたりの吐出量を減らしながらその分をクリア材で補うことで膜厚を増やすことで、表面加飾層を厚くした場合にも、色が暗くなること等を防ぎつつ、所望の濃度での色を適切に表現することが可能になる。即ち、このように構成すれば、例えば、表面加飾層１１を多層化して厚くしても発色性が良く良好な階調表現ができ、膜厚一定にして色の濃淡や階調表現を適切に作り出すことができる。
また、この場合、表面加飾層１１の厚さについて、例えば５０μｍ以上にすることが好ましい。表面加飾層１１の厚さは、好ましくは８０μｍ以上、より好ましくは、１００μｍ以上である。また、表面加飾層１１の厚さは、例えば１００〜５００μｍであってよい。また、例えば、８０〜２００μｍ、好ましくは１００〜１５０μｍであってよい。また、他の観点により、彩色材料１３の一のドットの平均直径と表面加飾層１１の厚さとを比べた場合、表面加飾層１１の厚さについて、ドットの平均直径よりも大きくすることが好ましいともいえる。また、ドットの平均直径は、例えば１００μｍ程度（例えば８０〜１５０μｍ）である。
ここで、表面加飾層１１の厚さが小さい場合、例えば、三次元造形物の表面付近に割れや欠け等が生じることにより、三次元造形物の内部の色が露出するおそれがある。また、表面加飾層１１の厚さが小さい場合、例えば三次元造形物を磨くことにより表面加飾層１１の厚さが変化すると、色の濃度が大きく低下したり、色が見えなくなるおそれもある。そのため、表面加飾層１１については、ある程度以上の厚さを有することが望まれる。これに対し、上記のように構成すれば、例えば、表面加飾層１１の厚さを適切かつ十分に大きくすることができる。
また、本実施形態において、表面加飾層１１の各層については、低い濃度での着色がされている。そのため、表面加飾層１１の一部に割れや欠けが生じた場合や、磨くことで表面加飾層１１の厚さがある程度変化したとしても、視認される色への影響を適切に抑えることができる。そのため、このように構成すれば、例えば、厚い表面加飾層１１を用いた着色をより適切に行うことができる。
また、この場合、更に、三次元造形物を視認した場合に感じられる印象について、例えば、三次元造形物の内部から着色がされているような印象を適切に与えることができる。また、例えば表面加飾層１１の各層における色の濃度を十分に小さくすることにより、透明間のある着色等を行うこと等もできる。また、この場合、表面加飾層１１が複数の層を積層した構成であるため、例えば、層方向・奥行き方向に彩色のためのドットを分散させることができる。そして、この場合、例えば、１層の中で複数の彩色材料を重ねる場合と比べ、視認されるドット自体の色の濃度を下げることができる。また、これにより、例えば、粒状感を適切に抑えることができる。
また、本実施形態の場合、より具体的には、例えば、１層当たり１２〜１３μｍ程度のインク厚さの層を３０層積み重ねることで、おおよそ３５０μｍ程度の表面加飾層１１を得るようにしている。この表面加飾層１１の厚みは特に３５０μｍ程度に限定される理由はなく、必要に応じた厚さ・層数に設定されることは言うまでもない。一般の２Ｄ印刷における加飾層が１０〜５０μｍ程度であることから、１００〜５００μｍ程度の厚みが望まれることが想定され、この場合にも彩色の濃淡・階調表現が可能な表面加飾層１１が形成できるものであることを本明細書では明らかにしている。また、この表面加飾層１１の層数においても同様で有り、特に３０層に限定される理由はなく、３５０μｍの表面加飾層厚さを想定した場合に導かれたものであって、単なる一例に過ぎない。
例えば、本発明者等が本発明の評価試験を行う際に用いた株式会社ミマキエンジニアリング製紫外線硬化型インクの白（商品名UVインクLH-100 W：製品No.SPC-0597W）、シアン（商品名UVインクLH-100 C：製品No.SPC-0597 C）、マゼンタ（商品名UVインクLH-100 M：製品No.SPC-0597M）、イエロー（商品名UVインクLH-100 Y：製品No.SPC-0597Y）及びクリア（UVインクLH-100CL：製品No.SPC-0597CL）については、本発明者等が行った評価試験では、カラー配合濃度４％のときの発色性が最も良いと判断できた。
したがって、上述のＵＶインクを用いて、１層当たりのカラー配合濃度４％をインクリミットに設定し、クリアインク１００％として３０層を重ねたときに、表面加飾層を多層化して２Ｄ印刷時の加飾層よりも１０倍以上の３５０μｍ程度の厚さにしても、発色性が良く良好な階調表現ができ、膜厚一定にして色の濃淡や階調表現を作り出すことができる。因みに、この場合における１層毎のインク配合量は、１色のカラーインク例えばシアンを用いる場合には、彩色用インク４％とクリアインク１００％としたときに、トータルインク量は１０４％となり、１２．４８μｍのインク厚さとなる。また、２色のカラーインク例えばＣ、Ｍを用いる場合には、各々４％とクリア１００％で、トータルインク量は１０８％、インク厚さ１２．９６μｍとなり、３色のカラーインク例えばＣ、Ｍ、Ｙを用いる場合には、各々４％とクリア１００％で、トータルインク量は１１２％、インク厚さ１３．４４μｍとなる。
なお、上記の説明では、彩色用インク及びクリアインクの量について、説明の便宜上、クリアインク量を１００％として、彩色用インクの量を相対的に示している。また、その結果、トータルインク量は、１００％を超えた値になっている。しかし、実際の造形時においては、各層の厚さを一定にするため、彩色用インクの量によらず、トータルインク量を一定にする必要がある。そのため、彩色用インク及びクリアインク量の実際の量については、上記の比率を維持した上で、トータルインク量が一定になるように適宜調整することが好ましい。このように構成すれば、例えば、形成する各層の膜厚を一定に制御することができる。
また、上記において説明をした構成では、各色の彩色用インクの量を４％としている。しかし、彩色用インクの量は、インクの濃度に応じて、適宜設定することが好ましい。例えば、彩色用インクとして淡色のインク（ライトインク）を用いる場合、各色の彩色用インクの量について、例えば２０％程度にすること等も考えられる。
また、上述の実施形態では、３０層で３５０μｍ厚さの表面加飾層１１を構成する場合において、３０層積み重ねたときに、所望の濃さの色として見えるように、各層における色の薄さを均等に分割して同一濃度とし、この層を３０層重ねる例を挙げて主に説明している。このような構成は、例えば、表面加飾層１１を構成する複数層のそれぞれについて、予め設定された所望の濃度を均等に分割した濃度で着色を行う場合の例である。この場合、例えば、表面加飾層１１全体の濃度として予め設定された全体の濃度を層数Ｎで除した１／Ｎの濃度で各層を着色すること等が考えられる。このように構成すれば、例えば、表面加飾層１１の各層の色の濃度を容易かつ適切に設定できる。また、これにより、例えば、厚い表面加飾層１１を用いた着色をより適切に行うことができる。
しかし、表面加飾層１１の各層への着色の仕方は、これに特に限られるものではない。例えば、表面加飾層１１の全ての層に対して必ずしも着色を行わず、一部の層のみに彩色材料１３のドットを形成すること等も考えられる。また、各層の濃度について、均等（例えば、１／Ｎ）に設定するのではなく、層毎に異なる濃度で着色を行ってもよい。
この場合、例えば表面に近くなるほど濃度が薄くなるようなピラミッド型の濃度変化をするように各層を着色する方法等が考えられる。このように構成すれば、例えば、三次元造形物の表面付近の色の濃度を薄くすることにより、透明感のある着色を行うこと等ができる。また、例えば、表面に近くなるほど濃度が濃くなるような逆ピラミッド型の濃度変化をするように各層を着色する方法等も考えられる。このように構成すれば、例えば、三次元造形物の表面付近の色の濃度を濃くすることにより、色彩をより明確にした着色を行うこと等ができる。
また、上記においては、表面加飾層１１の各層について、主に、同じ色での着色を行う場合について、説明をした。この場合、例えば各層の色の濃度を異ならせる場合にも、各色のインクの比率を同一にして、同一色で濃度の異なる着色を行う。しかし、表面加飾層１１全体により所望の濃度で所望の色を着色できるのであれば、原理的には、表面加飾層１１の各層を必ずしも同一色にする必要はない。そのため、例えば、表面加飾層１１内での各色のドットに配置について、奥行き方向（厚さ方向）に分散させてもよい。
また、上述の実施形態では、造形用インク１５及び表面加飾用インク１３並びにクリアインク１４として紫外線硬化型インクを用いるようにしているが、これに特に限られるものではなく、場合によっては紫外線以外の光（例えば可視光）や電子ビーム（ＥＢ）などの照射により硬化する硬化性インクや熱硬化性インクを利用することも可能であるが、その場合には、紫外線照射部が不必要となる反面、ステージ上に付着したインクを硬化させるためのエネルギー線照射装置などが必要となる。また、ホットメルト樹脂を用いる場合にはノズルに溶融状態の樹脂を供給するために加熱装置を必要とすることは言うまでもない。
図８に三次元造形装置の一例を概略図で示す。この三次元造形装置は、コンピュータ１と駆動制御部２とＸＹ方向駆動部３とＺ方向駆動部８とノズルヘッド４とタンク部６と紫外線照射部５とステージ７とを備えてなる。
コンピュータ１は三次元形状の造形対象物をデータ化し、それを幾層もの薄い断面体にスライスして得られる断面データを作成し、駆動制御部２に対して出力する。同時に、コンピュータ１は、造形対象物を造形する際の積層厚さに関する情報を駆動制御部２に出力する。つまり、モデルデータから鉛直軸方向に積層するインクの一層分の厚みに相当する厚さピッチでスライスされた断面体が切り出され、断面形状および彩色領域のデータが作成される。つまり、モデルデータから切り出されたある断面の層体は、格子状に細分化され、各層の各位置ごとに色情報を持たせた断面データに変換される。尚、造形対象物のデータには一般の三次元ＣＡＤモデリングソフトウェアで作成されるカラー三次元モデルデータを使用することができる。また、三次元形状入力装置で計測された形状データおよびテクスチャを利用することも可能である。
駆動制御部２は、コンピュータ１からの断面データを取得して、その断面データに基づいて、ＸＹ方向駆動部３、Ｚ方向駆動部８、紫外線照射部５、ノズルヘッド４及びステージ７の各駆動部に対して駆動指令を与え、それらの動きを制御することによりステージ７上に一層ごとの断面形状を積層させるものである。駆動制御部２では図示していないデータ変換手段で断面データに対して階調変換等のデータ変換が行われ、各吐出ノズルから吐出される液滴サイズに適した層形状や彩色等に関する情報が生成される。そして、データ変換によって生成された層形状、彩色情報に従って駆動制御部２がＸＹ方向駆動部３に駆動指令を与えることによりノズルヘッド４を所定方向に移動させるとともに、その移動に伴って各吐出ノズルからのインクの吐出を適宜に行わせる。ノズルヘッド４は、駆動制御部２からの指令を受けて、紫外線硬化型インクを小滴として吐出することにより、コンピュータ１から与えられた断面データに基づく三次元造形物をステージ７上に造形する。
ここで、駆動制御部２において所定の階調変換が行われると、断面データに含まれる多値の階調データは、各層の各位置に対応付けられた２値データに変換される。この２値データはノズルヘッド４の各ノズルをＯＮ／ＯＦＦ制御するための情報となる。階調表現としては、各層へ吐出される非常に小さなドットの密度を変えることで、また色はドットの色を組み合わせることで表現される。そこで、予め設定されている濃度分解能にしたがって、各層へ打たれるドット位置が定められるが、例えば、断面データにおいて２５６階調を有している場合であってその階調を低下させずにＯＮ／ＯＦＦ制御のための２値データに変換する場合、一定領域内には２５６個の吐出領域が定められる。
ところで、隣接する複数の一定領域において同一の階調を表示しようとする場合、吐出パターンが同一であるとそのパターンの規則的配置によって造形対象物にはない模様が三次元造形物１０の表面加飾層上に現れる場合がある。このような事態を回避するために同一の階調を表示する場合であっても各層におけるドット位置を変化させることが好ましい。この場合には駆動制御部２が吐出パターン決定手段として機能し、各吐出ノズルからの吐出パターンを変化させて造形対象物にはない模様が三次元造形物上に現れることを回避することができる。
ＸＹ方向駆動部３はノズルヘッド４を水平面内で直交するＸ軸およびＹ軸の２軸によって規定される平面内で移動させるべく設けられた駆動手段であり、駆動制御部２からの駆動指令に基づいてノズルヘッド４をその平面における駆動範囲内で任意の位置に移動させることができる。ノズルヘッド４のステージ７に対する動きは相対的な移動であっても良く、ノズルヘッド４を固定してステージ７側をＸＹ平面内で水平移動させるようにしても良い。
Ｚ方向駆動部８は、ステージ７を鉛直軸（Ｚ軸）方向に移動させる駆動手段を備え、駆動制御部２からの駆動指令に基づいて、ステージ７上に三次元造形物の一層分の造形または数層分の造形が行われるごとに、ステージ７を下降させるものである。このステージ７の動きにより、ステージ７上に積層生成される三次元造形物１０とノズルヘッド４とが接触することなく一定の間隔を保つようにすることができる。ステージ７の昇降移動は相対的な動きであれば良く、場合によってはステージ７を固定してノズルヘッド側を昇降させるようにしても良い。
ノズルヘッド４はＸＹ方向駆動部３に搭載されてＸＹ平面内で移動自在に設けられている。このノズルヘッド４には、タンク部６から供給される加飾用材料並びに造形用材料としての各ＵＶ硬化型インクを吐出する複数のノズルが備えられており、各ノズルが駆動制御部２によって個別に制御されることによって、紫外線硬化型インクを微小な液滴として計算されたステージ７上の位置あるいはその上に造形中の三次元造形物の上の位置に噴射させる。
したがって、以上のように構成された装置によれば、三次元造形物の彩色部分についてインクの吐出を行う際には造形対象物から導かれた彩色情報に基づいてＹ，Ｍ，Ｃ，ＣＬのインクを吐出することにより、さらには内部造形領域１２においてはＷのインクを吐出することにより、三次元造形物の造形過程における表面加飾並びに三次元造形物の造形を連続的に実施できる。
以下に、例えば図８に示す装置を用いて、図２に示す円柱形状の三次元造形物１０を得る場合を例に挙げて表面加飾三次元造形物の造形方法を説明する。
まず、一層目の断面形状、即ち、最初の層体を吐出造形するために適した位置にステージ７を上昇させる。これにより、ステージ７とノズルヘッド４との位置関係は所定の位置関係となり、ノズルヘッド４の各吐出ノズルから吐出されるインクはステージ７上の適切な位置に付着させられる。
ステージ７の移動が終了すると、コンピュータ１からの断面データに基づいて駆動制御部２で生成された各吐出ノズルから吐出される液滴サイズに適した層形状や彩色等に関する情報に従ってＸＹ方向駆動部３を駆動させてノズルヘッド４を所定方向に移動させるとともに、各吐出ノズルからのインクの吐出を適宜に行わせる。そして、表面加飾用インク１３とクリアインク１４とで円形の層を鉛直軸方向（ステージ７の昇降方向）に３０層（３５０μｍ）積み上げる（図２（B-3）参照）。このとき、各層における色の濃さは、３０層重ねたときに所望の濃さの色として見えるように、均等に分割された同一濃度となるように決められる。つまり、１層当たりの色を薄くし、それを３０層積み重ねることで色が完結させるようにしている。
ステージ７上に吐出された表面加飾用インク１３とクリアインク１４とは対応するエネルギーを得て瞬時に硬化される。例えば、ＵＶ硬化型インクを用いる場合には、ヘッドの主走査方向の両端に設置されたＵＶランプ５からの紫外線を受けて瞬時に固まる。また、図示していないが、ＥＢ硬化型インクを用いる場合には、ヘッドの主走査方向の両端に設置されたＥＢ照射装置からの電子線（エレクトロビーム）を受けて瞬時に固まる。あるいは、熱硬化型インクを用いる場合には、自然放熱又はステージの内部側に設けられた図示しない冷却手段によって冷却されて溶融状態から固体に変化して硬化する。
このようにして１主走査が完了すると、ヘッドの主走査幅と三次元造形物の幅との関係によっては、必要に応じて副走査方向にヘッドを移動させてから、同じ平面でさらに主走査を繰り返す。これにより、三次元造形物の一層分の断面体である１つの平面・層体の造形が行われる。
そして、一層分の造形が終了すると、駆動制御部２が一層分の造形が終了したと判断して、ステージ７を造形された一層の高さ寸法分だけ降下させ、次の層の造形時においてノズルヘッド４とステージ７上に積層されていく造形物との位置関係を適切な位置関係に修正する。そして、再び先の円形の造形物の上に重ねて表面加飾用インク１３とクリアインク１４とをインクジェットヘッドから吐出して円形の層を形成する。これを３０層分繰り返して、表面加飾用インク１３とクリアインク１４とで成る円形の表面加飾層（底面）１１を積み上げる（図２（B-3）参照）。
次いで、輪郭となる円環状の表面加飾層１１と、中実の円形となる内部造形領域１２とをインクジェットプリンタで連続的に形成する（図２（B-2）参照）。この造形は、主走査方向に、まず表面加飾用インク１３とクリアインク１４とで成る３０層の表面加飾層１１を円弧状に形成しながら、その内側に白インク１５で成る内部造形領域１２を形成し、半円分が打たれた時点で再び表面加飾層１１を円弧状に収束させるように形成しながら、その内側に白インク１５で成る内部造形領域１２を形成し、円環状の３０層の表面加飾層１１と円形の内部造形領域１２とを１主走査で形成する。つまり、白インク１５で形成された内部造形領域１２の表面を３０層の表面加飾層１１で覆った状態の１つの平面（層体）が造形される。勿論、ヘッドの主走査方向の幅と三次元造形物の幅との関係によっては、必要に応じて副走査方向にヘッドを移動させてから、同じ平面でさらに主走査を繰り返すことにより、三次元造形物の一層分の断面体である１つの平面・層体の造形が行われることもある。
この層体の形成を三次元造形物の高さに相当する層分だけ、ステージ７を移動させながら繰り返し造形する。即ち、上記の動作をモデルデータから切り出された断面体の数の分だけ繰り返すことにより、ステージ７上に一層ごとの層体が順次積層されて、最終的に造形対象物の三次元造形物がステージ７上に造形される。
そして、再び表面加飾用インク１３とクリアインク１４とで円形の表面加飾層１１を３０層（３５０μｍ）積み上げ（（図２（B-1）参照））、上面の表面加飾層１１を形成する。
しかして、内部造形領域１２の全表面が３０層の表面加飾層（彩色だけでなく、図柄などの描画を含めたもの）１１で覆われた図２（Ａ）に示す三次元造形物１０が造形される。この三次元造形物によれば、層方向・奥行き方向に彩色のためのドットを分散させることで粒状感を抑えることができる上に、厚い表面加飾層１１でありながら水の中に存在しているような感覚を減らすことができる。また、表面加飾層１１が厚く着弾ずれがあっても、内部造形領域の白が見えにくくなるので、加飾層の造形の際に高い精度が求められず製作が容易となる。
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、三次元造形物の表面の加飾層を厚くすることを主題としているが、表面加飾層の粒状感が問題となることもある。より具体的に、例えば、各層においてドットを打ち込む位置について、ディザマトリックスを用いて決定する場合、通常、インク濃度が決まると、各層におけるマトリックスのマス目に打ち込まれるドット位置はディザマトリックスで予め決まることになる。また、その結果、複数の層を積層する場合において、上の層では同じ位置でさらにドットが打たれることとなる。このため、ドット位置が積み重なり粒状感が強まることになる。そこで、各層毎にドットの位置をずらす処理を施すこと、例えばカラードットが重なり合わないように層間でディザマトリックスを変更することにより、ドットの重なりを少なくして内部造形領域の白との明度差を小さくすることで、粒状感を抑えること等が考えられる。ここで、厚み方向において各層毎にドット位置をずらして打つとは、完全にずらして打つ場合もあれば、僅かにずらして一部が重なるように打つようにしても良い。また、ドット位置をずらす処理についても、全ての層において実施する必要はなく、間引いて行うようにしても効果はある。
また、以下において、各層毎のドット位置をずらす構成について、更に詳しく説明をする。上記のように、粒状感を抑えるためには、各層毎のドット位置をずらすことが好ましい。この場合、例えば、表面加飾層１１を構成する複数層において、少なくとも、隣接する２層の層体の間で、同一色の彩色材料１３のドット位置が重ならないようにすることが好ましい。このように構成すれば、例えば、同一色の彩色材料１３のドット位置を適切にずらし、色表現の基板として機能する白色材料の層に対して生じる明度差を適切に抑えることができる。また、これにより、例えば、彩色材料１３の個別のドットを目立たなくして、粒状感等を適切に抑えることができる。
また、図１においては、表面加飾層１１を構成する複数の層について、同一色の彩色材料１３のドット位置を層毎にずらした場合の例を示している。この場合、彩色材料１３のドット位置のずらし方については、規則的に行ってもよく、ランダムに行ってもよい。また、例えば、図中に示すように、一部の層について彩色材料１３のドット位置をランダムにずらし、他の層について彩色材料１３のドット位置を規則的にずらすこと等も考えられる。より具体的に、図１においては、三次元造形物の表面側の複数の層について彩色材料１３のドット位置をランダムにずらし、より内部の層について彩色材料１３のドット位置を規則的にずらした場合の構成を示している。
また、彩色材料のドット位置が重ならないように制御する具体的な方法としては、例えば、ドット位置を選択するマスク（ディザマスク）について、層毎に移動させる方法等が考えられる。この場合、より具体的に、例えば、マスクを平行移動させる方法や、マスクを回転させる方法等が考えられる。マスクを平行移動させる方法とは、例えば、層毎にマスクの位置を移動させることでトッド位置をずらす方法のことである。また、マスクの位置を移動させるとは、例えば、マスクを適用する原点を移動させることであってよい。この場合、移動方向については、Ｘ方向のみ、Ｙ方向のみ、又はＸＹ方向同時のいずれでもよく、また、これらを混合した方向であってもよい。また、Ｘ方向及びＹ方向とは、例えば、ＸＹ方向駆動部３におけるＸ軸及びＹ軸の方向である。移動量については、固定（規則的）にしてもよく、変数（ランダム）にしてもよい。また、マスクを回転させる方法とは、例えば、層毎にマスクを回転させることによりドット位置をずらす方法のことである。この場合、回転角度については、任意の角度に適宜設定することができる。また、回転量については、固定（規則的）にしてもよく、変数（ランダム）にしてもよい。
また、マスクを移動又は回転させる方法ではなく、使用するマスクの種類（マスク種）を層毎に変更する方法（可変マスク）で、ドット位置をずらすことも考えられる。この場合、複数のマスク（ディザマトリックス）を予め用意し、層毎に使用するマスクを異ならせることが考えられる。また、例えば、２次元平面のマトリックスで作成されたマスクではなく、３次元で作成された３次元マスク（３次元ディザマスク等）を使用する方法等も考えられる。また、例えば誤差拡散法を用いる場合には、層毎に誤差拡散の重み（変数）を可変にし、重みを変更することでドット位置をずらす方法（例えば、誤差拡散のランダム化）等も考えられる。この場合、重みの変更の仕方は、規則的にしてもよく、ランダムにしてもよい。また、３次元で誤差拡散を行うことでドット位置をずらす方法（３次元誤差拡散）等も考えられる。
なお、表面加飾用インク（彩色材料）そのものの顔料の濃度を低くした薄いインク（ライトインクとも呼ばれる）を用意して、ドット数を増やすことにより所望の濃さの色を再現しようとする場合には、上述の各層毎でのドット位置を層方向に重ならないようにずらす処理を敢えて施さなくとも粒状感は抑制される。さらには、白との明度差が少ない色、例えばイエローなどのような色では、粒状感が抑えられるため、これらの色では層毎にずらす処理は必要なくなる場合もある。即ち、白色材料と彩色用材料との明度の差が少ない場合には粒状感が軽減される。
また、上述の実施形態においては、内部造形領域１２の全域を白色インク１５で形成し、表面加飾層１１をＹ，Ｍ，Ｃ及び必要あればＫの４色のプロセスインクあるいは更に他の色を加えて多層（例えば３０層）に形成するようにしているが、この構造に特に限られるものではなく、少なくとも表面加飾層１１の最下層あるいは内部造形領域１２の表面加飾層１１に隣接した層が白色インク１５のみから成る層であれば足り、内部造形領域１２を形成するインクは白色のインクによってのみ形成される場合に限られず、白色以外の着色インクあるいは透明インクで形成するようにしても良い。即ち、複数層重ねて形成した表面加飾層１１と内部造形領域１２との境界に白色層が存在すれば足りる。
また、本実施形態に対しては、上記において説明をした以外にも、様々な変更を更に行うことが考えられる。例えば、三次元造形物の最外周部について、クリア材１４で形成した透明層を形成すること等も考えられる。このように構成すれば、例えば、表面加飾層１１の外側をクリア層で覆うことにより、表面加飾層１１をより適切に保護できる。また、このような構成については、例えば、表面加飾層１１における最外周側をクリア材１４のみで形成した構成と考えることもできる。
また、上記においては、主に、三次元造形物の最上部に形成される表面加飾層１１に着目して、表面加飾層１１の特徴等の説明をした。しかし、例えば図２（Ｂ−２）等に示したように、本実施形態では、三次元造形物の側面部分にも表面加飾層１１が形成される。このような側面部分の表面加飾層１１については、例えば、側面に垂直な方向から見た表面加飾層１１の様子が三次元造形物の最上部に形成される表面加飾層１１と同一又は同様になるように形成することが考えられる。また、三次元造形物の底面部分の表面加飾層１１についても、底面側から見た表面加飾層１１の様子が三次元造形物の最上部に形成される表面加飾層１１と同一又は同様になるように形成することが考えられる。このように構成すれば、例えば、側面及び底面の表面加飾層１１についても、適切に形成することができる。
株式会社ミマキエンジニアリング製ＵＶ（紫外線）硬化型インクの白（商品名UVインクLH-100 W：製品No.SPC-0597W）、シアン（商品名UVインクLH-100 C：製品No.SPC-0597 C）、マゼンタ（商品名UVインクLH-100 M：製品No.SPC-0597M）、イエロー（商品名UVインクLH-100 Y：製品No.SPC-0597Y）及びクリア（UVインクLH-100CL：製品No.SPC-0597CL）を用いて、株式会社ミマキエンジニアリング製インクジェットプリンタUJF-3042HGで図２に例示する三次元構造物を製作し、発色性評価試験を行った。
まず、３０層で３５０μｍ程度の加飾層を形成した。塗膜厚さ３５０μｍ（３０層：UJF-3042HG 720×600dpi 3drop ND）時の発色性評価試験を行った。その結果を図３に示す。この試験においては、１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋表面加飾用インク１〜１０％で混合させた際の色味を評価した。この評価結果によると、１層当たりのカラー配合濃度を１％から増やして行くに従って、ガモットが広がり明るくなる傾向にあることが確認された。その反面、カラー配合濃度が４％を超えると、ガモットは再び狭くなり始めて暗くなった。他方、カラー配合濃度４％のときの反射濃度も、図４に示すように、２程度となった。このことから、本実施例におけるＵＶインクでは、カラー配合濃度４％のときの発色性が最も良いと判断できた。
そこで、１層当たりのインク印字濃度をクリア１００％＋表面加飾用インク０．４％〜４％（インクリミットを４％に設定した状態）の範囲で混合させた際の色味を評価した。この場合、図５に示すように、１層当たりクリア１００％＋彩色用４％（３０層の合計：クリア3000%＋彩色用１２０％）におけるガモットが最も広く、徐々にカラー配合量を減らすに従って色域は狭くなって明確に区別できた。そして、１層当たりクリア１００％＋彩色用０．４％（３０層の合計：クリア3000%＋彩色用１２％）が最も狭くなった。他方、印刷濃度と反射濃度との関係については、図６に示すように、印刷濃度を上げるに従って反射濃度が増大するというリニアな相関が得られた。したがって、塗膜厚さ３５０μｍ（３０層：UJF-3042HG 720×600dpi 3drop ND）時の階調性評価結果は、カラー配合濃度４％でガモットの拡大は頭打ち傾向を示したが、反射濃度はリニアに上昇していることから、概ね階調表現が可能となったことを示唆している。因みに、上記評価試験では、シアン（Ｃ）色の表面加飾用インク（商品名UVインクLH-100，製品No.SPC-0597 C）を用いて例を示したが、他の色即ちマゼンタ（Ｍ）色の表面加飾用インク（商品名UVインクLH-100，製品No.SPC-0597 M）、イエロー（Y）色の表面加飾用インク（商品名UVインクLH-100，製品No.SPC-0597 Y）を用いても同様の結果が得られた。
このことから、通常は１層で色が完結する濃さの表面加飾用インクを奥行き方向（内部造形領域に向けた層方向）に分割して吐出し、表面加飾用インク（表面加飾用材料）の各層あたりの吐出量を減らしながらその分をクリアインク（クリア材）で補うことで膜厚を増やすことにより、薄い色として積み重ねることで厚みを持たせても濃くなり過ぎない色として再現できること、即ち表面加飾層を厚くしても１層で表面加飾層を形成する場合と同じ濃さの色にすることができ、色が暗くならないことが判明した。
このことは、図７に示す、２Ｄカラー印刷と本実施例の表面加飾三次元造形物との色再現性比較においても裏付けられた。２Ｄカラー印刷におけるガモット面積比率を１００％としたときに、本実施例における表面加飾三次元造形物のそれは７９．１％を呈し、色域の広い色再現性が可能であることを示唆している。また、色見本となる米Pantone社のカラー印刷用インクを基準にして算出した色再現性の再現率は、２Ｄカラー印刷時の９３．２％に対し８５．２％と遜色ないことが示された。
以上の評価から、本発明にかかる表面加飾三次元造形物によれば、表面加飾層を多層化して厚くしても発色性が良く良好な階調表現ができ、膜厚一定にして色の濃淡や階調表現を作り出すことが可能であることが明らかとなった。
１０ 三次元造形物
１１ 表面加飾層
１２ 内部造形領域
１３ 表面加飾用材料
（彩色材料、Ｙ，Ｍ，Ｃあるいは必要に応じてＫのいずれかのＵＶ硬化型インク）
１４ クリア材（ＵＶ硬化型クリアインク）
１５ 白色材料（造形用材料、白色（Ｗ）のＵＶ硬化型インク）

Claims (8)

  1. 造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を、複数の材料を微小な粒にして噴射することによって形成し、前記層体を順次積層していくことで三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
    前記複数の材料として、ノズルから吐出された後に所定の条件に応じて固まる、白色材料と、白色以外の１または２以上の彩色材料と、クリア材とを用い、
    １または２以上の前記彩色材料と、前記クリア材とを用いて、複数の前記層体を重ねた複数層で構成される表面加飾層を形成すると共に、少なくとも前記表面加飾層の最下層あるいは前記三次元造形物の内部を構成する内部造形領域における前記表面加飾層側の領域に、前記白色材料で少なくとも一の前記層体を形成し、
    かつ、
    前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれを、同じ色で形成し、かつ、前記複数層を積層することにより、前記三次元造形物を観察した場合に視認される前記色の濃度について、前記複数層に含まれる各層における前記色の濃度よりも濃くなるように調整することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  2. 前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれは、予め設定された所望の濃度を均等に分割した濃度で前記色が着色された層であることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
  3. 前記白色材料で形成される前記少なくとも一の前記層体を、前記表面加飾層の最下層あるいは前記内部造形領域において前記表面加飾層と隣接する領域に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元造形物の製造方法。
  4. 前記ノズルから吐出される一の液滴が固まることにより形成される前記彩色材料の一のドットの平均直径と、
    前記複数層の積層により形成される前記表面加飾層の厚さとを比較した場合、
    前記表面加飾層の厚さは、前記ドットの平均直径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
  5. 前記複数層の積層により形成される前記表面加飾層の厚さは、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
  6. 前記表面加飾層を構成する前記複数層において、少なくとも、隣接する２層の前記層体の間で、同一色の前記彩色材料のドット位置が重ならないようにすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
  7. 前記複数の材料は、紫外線硬化型インクであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
  8. 造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を、複数の材料を微小な粒にして噴射することによって形成し、前記層体を順次積層していくことで三次元造形物を造形する造形装置であって、
    前記複数の材料として、ノズルから吐出された後に所定の条件に応じて固まる、白色材料と、白色以外の１または２以上の彩色材料と、クリア材とを用い、
    １または２以上の前記彩色材料と、クリア材とを用いて、複数の前記層体を重ねた複数層で構成される表面加飾層を形成すると共に、少なくとも前記表面加飾層の最下層あるいは前記三次元造形物の内部を構成する内部造形領域における前記表面加飾層側の領域に、前記白色材料で少なくとも一の前記層体を形成し、
    かつ、
    前記表面加飾層を構成する前記複数層のそれぞれを、同じ色で形成し、かつ、前記複数層を積層することにより、前記三次元造形物を観察した場合に視認される前記色の濃度について、前記複数層に含まれる各層における前記色の濃度よりも濃くなるように調整する
    ことを特徴とする造形装置。
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