(57)【要約】【課題】従来の金型や木型の製作には多くの時間と型制作費が掛かる。特に、複雑な立体曲面を持つ製品については、精度を出すためのフェアリング加工が多くなり、莫大な費用と期間が掛かる。【解決手段】映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状を２次元形状情報に変換し、実形状をシートから切り取り、切り取った実形状をバキュームで剥ぎ取り、残存部分を集積して金型形状を作成する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状を、一定方向でスライスした断層の２次元形状情報に変換して供給するデータ処理手段に基づきシートを切り抜き、積層して金型として利用することを特徴とする積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項２】
シートを搬送手段により実形状を切り取る手段を経由して搬送中に切り取った実形状部分だけをバキューム等で剥ぎ取り、残存部分を上下移動可能な積載テーブルに積層して３次元の空洞モデル原型を形成することを特徴とする請求項１に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項３】
ロール送出装置よりロール巻き取り装置へ送出された原板から、データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状を切り取る手段と、切り取られた実形状を原板からバキューム等で剥ぎ取る手段と、ロールの原板から上下移動可能な積載テーブルに積載するシートに切り取る手段と、切り取り後の原板をロール巻き取り装置へ巻き取る手段で構成され、積載テーブルに積載した積層シートにより３次元の空洞モデル原型を形成することを特徴とする請求項１に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項４】
映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状を一定方向でスライスした断面を、２次元形状情報に変換するとき、スライスした断面の厚さの少ない方向を高さ方向として使用し、スライス断面を２次元展開して実形状を切り取ったシートを積載テーブルに積載することで、金型形状を最小限のシート数で形成することを可能としたことを特徴とする請求項１、２および３に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項５】
データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状をシートから切り取るとき、シートの搬送中での滑りやシートの伸び等に対応するために原点修正を切断の前に毎回行なうことを特徴とする請求項１および２に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項６】
データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状をロールから切り取るとき、ロール巻きつけ径の変化や巻きつけ中の伸び、滑り等に対応するために原点修正を切断の前に毎回行なうことを特徴とする請求項１および３に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項７】
積載テーブルに積載した３次元の完成した空洞モデル原型を金型としての強度保持のため、外側から押さえユニットにて接着剤を塗布したシートに加圧接着することを特徴とする請求項１に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項８】
積層シートに塗布された接着剤の溶融に温風を使用したことを特徴とする積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項９】
同一形状でサイズの異なる３次元の空洞モデル原型を２種類作成し、小さいサイズの空洞モデル原型で雄金型形状を作成し、大きいサイズの空洞モデル原型を雌金型形状とし、雄雌の金型形状を組み合わせて一対の金型を作成することを特徴とする積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【請求項１０】
シートに切断線を設けたり、一部のシートの加圧接着を阻止する手段により、３次元の空洞モデル原型で形成された成型品を分離しやすくすることを特徴とする請求項１に記載の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像又は形状データから立体実物を形成するための金型形状作成装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シートを積層して３次元物体を造形するシート積層造形装置に付いては、特開平６−１９０９２９、特開平７−１９５５３３、特開平１０−０００７０８号公報で報告されたものが挙げられる。これらのシート積層造形装置では、３次元形状情報から提供された断面の２次元情報に基づき、シートに紙やプラスチックフイルムを使用し、レーザプリンター部で熱可塑性樹脂のトナーを印刷し、カッティングプロッタ部で造形部分をカット後、熱融着し、不要の領域部分を手で除去して実形状を造形する装置である。
【０００３】
このように、従来の造形技術は３次元ＣＡＤシステムより供給され入力された３次元形状を一個作成する装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の造形システムでは一個の造形物を作成するために、不要領域除去に人手が必要であり、完成には長時間必要であるのに対し、本発明における造形システムは、不要領域は自動的に除去され、空洞モデル原型を作成することで、同一形状の造形物を数多く作成することができる従来の造形システムと全く異なった造形システムとなっている。
【０００５】
一般的に、求める物体の立体形状を大量に作成する場合は、業種により様々な方法が取られているが、物体の図面等により金型、木型等の型設計を行ない、加工データを作成し、それにより種々の方法で型を作成して、その型で立体実物形状を作り出す方法が取られている。
【０００６】
金型、木型等で作成した形状立体製品が不備のときは、手間の掛かる金型、木型の再製作を行なっている。その後、使用した金型は残材として処分するので、金型の製作はコスト高になっている。
【０００７】
前記のように、立体実形状製品を製作するための金型、木型の製作には、多くの時間と型製作費がかかる。特に複雑な立体曲面を持つ製品については、精度を出すためのフェアリング加工が多くなり、莫大な費用と期間がかかる。
【０００８】
金型、木型を製作するためには、金型設計との加工データの作成が必要であるが、特殊技術が必要であると同時に、人手入力の部分が多いために、インプットミスによる誤動作も発生する。また、実物体あるいは類似物体と同じ立体実形状製品を製作する場合でも、同じように金型設計から始める必要があり手間がかかる。特に、実物体あるいは類似物体が動物体であるばあいについては、物体の微妙な動きにも追従して精度のある立体実形状データを作成するのは困難である。
【０００９】
試作品のように同一製品を数個から数十個必要とするとき、従来の方法では試作品を一個手作りし、この試作品でゴム型、石膏型、簡易金型等を製作して対応しているが、単価が高くて製作日数がかかる問題点がある。
【００１０】
従来の金型、木型による立体実形状製品の製作方法では、使用する金型、木型等の保管や、使用済み金型の廃材処理も必要となり、無駄が多く、また環境を悪化させる問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明においては、立体実形状製品を簡単に、短時間で、高い精度で量産できるようにするため、積層シートを用いて金型形状作成装置とその作成方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１においては、積層シートによる金型形状作成装置および作成方法の構成と手順を説明したもので、ＣＣＤカメラで取り込んだ被写体データや３次元ＣＡＤから供給された３次元形状を、一定方向でスライスした断層の２次元形状情報に変換して供給するデータ処理手段を取っている。データ処理手段の指示に基づきレーザー光線によりシートを切り抜き、バキュームで切り取った実形状部分を吸引し、残存シートを積載テーブルに積層して固化させることにより金型形状を作成し、多量の実形状を造形することができる。
【００１３】
請求項２においては、シートを積載テーブルへ移動するまでの過程に関している。シートを搬送手段としては、ローラー、バキューム、粘着等各種の手段が考えられ、実形状を切り取る手段としてはレーザー光線、熱線、金属又はセラミックカッター等を使用することが考えられる。実形状をシートから切り取る手段で切り取った実形状部分は、本発明においては不要部分となりシートから除去する必要がある。除去方法には、バキューム、吹き飛ばし、押し出し、粘着等各種方法が考えられる。実形状を除去したシートは上下移動可能な積載テーブルに積層され３次元の空洞モデル原型となる金型形状を形成する。シートとして利用する材質としては、紙、プラスチックシート、金属シート等が考えられる。
【００１４】
請求項３においては、シートを作成するためにロールの送りを利用する方法である。ロール送出装置よりロール巻き取り装置へ送出される原板としては、ペーパーロール、プラスチックフイルム、金属フイルム等が利用できる。データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状を切り取る手段としては、レーザー光線、金属又はセラミックカッター等を使用することが考えられる。切り取られた実形状を原板から剥ぎ取る手段としては、バキューム、吹き飛ばし、押し出し、粘着等各種方法が考えられる。ロールの原板から上下移動可能な積載テーブルに積載する一定サイズのシートにカッターにより切り取り、切り取り後の原板をロール巻き取り装置へ巻き取る手段である。積載テーブルに積載した積層シートにより３次元の空洞モデル原型となる金型形状を形成できる。
【００１５】
請求項４においては、積層シートによる金型形状作成を短時間で達成するために本発明で採用している３次元から２次元への変換方法である。映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状を２次元形状情報に変換するためにスライスする断面を選択する際、厚さの少ない方向を高さ方向として使用したスライス断面を２次元展開している。このため、積載テーブルに積載する実形状を切り取ったシートの厚みが減るので、金型形状を最小限のシート数で形成することができる。
【００１６】
請求項５においては、データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状をシートから切り取るとき、シートの搬送中での滑りやシートの伸び等に対応するために原点修正を切断の前に毎回行なうため、シートの表面に座標原点マークを描き、積載テーブルにシートが積載されたときに座標原点マークの位置が異なってくるのを補正できるようにしている。
【００１７】
請求項６においては、データ処理手段から供給された２次元情報に基づいた実形状をロールから切り取るとき、ロール巻きつけ径の変化や巻きつけ中の伸び、滑り等に対応するために原点修正を切断の前に毎回行なうため、切断前のロールの表面に座標原点マークを描き、積載テーブルにシートが積載されたときに座標原点マークの位置が異なってくるのを補正できるようにしている。
【００１８】
請求項７においては、シートあるいはロールの表面又は裏面に予め接着剤を塗布する方法と、この接着剤を硬化させるために加圧する方法に関している。接着剤を塗布し硬化させることで、仕上がった積層シートによる金型は強固なものになる。各種硬化タイプの接着剤が市場に提供されていて、それぞれに特長があるが、熱可塑性、加圧接着性等のタイプが使用しやすい。シートあるいはロールへの接着剤の塗布時点は、前もって塗布する方法に限らず、実形状切断のために搬送中や切断後でもよい。押さえユニットを用意することで、接着剤を塗布したシートに加圧接着することができる。
【００１９】
請求項８においては、積層シートに塗布された接着剤の溶融方法に関している。従来の加熱方法以外にも、金型形状を完成し強固にするため、積層シートの空洞部分や積層シートの外側に温風を吹きかけることで、接着剤を溶融し、積層シートによる金型形状作成を強固なものにすることができる。
【００２０】
請求項９においては、プラスチック、ゴム、石膏等各種の成型品を一定の肉厚で作製する際にこの発明による方法で行なうことができる。まず、同一形状でサイズの異なる３次元の空洞モデル原型を２種類作成する。小さいサイズの空洞モデル原型に硬化性液体を注入して雄金型を作成する。大きいサイズの空洞モデル原型を雌金型に使用し、雄雌の金型を組み合わせて一対の金型を作成することができる。この雄雌金型に硬化させる液体を注入すれば、好みの肉厚の造形が可能となる。
【００２１】
請求項１０においては、積層シートによる金型に液体を注入して成型した際に、成型品を金型から取り出すための手段に関している。予め、シートに切断線を設けることにより、積層シートを表面から底部に向かって分離することが容易になる。あるいは、シートを積層中に、シートの接着性を弱める箇所を設け、その部分から横に分離しやすくすることもできる。このような分離方法を組み合わせることで、複雑な形状の成型品を金型から取り出すことが容易になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の積層シートによる金型形状作成装置および作成方法は、データ処理手段、切り抜き手段、剥ぎ取り手段、シート積載手段より構成され、同一形状の成型品を作成することを可能とした積層シートを使用し、金型形状作成を行なうものである。
【００２３】
【実施例】
本発明の実施例に付いて図面を参照して説明する。
図１は請求項１および２に記載の積層シートによる金型形状作成装置の側面図であり、シート搬送手段によるものである。シート供給テーブル１に積層されたシート２をシート送出ユニット３でシート搬送装置４に送り、搬送されるシート２を切断ユニット５のレーザーで切り抜き、切り抜いた実形状部分６をバキュームで吸引し、加工された残存シート７を上下移動するシート積載テーブル８に送出する。シート積載テーブル８に積層する加工された残存シート７は、押さえユニット９で加圧され、金型形状を形成する構造である。
【００２４】
図２は本発明の積層シートによる金型形状作成装置のシート搬送措置を示した平面図である。シート２は、シート供給テーブル１から矢印方向のシート積載テーブル８まで搬送される仕組みであり、シート２から実形状を切り抜く位置には押さえガイド１０を装着している。押さえガイド１０が加工するシート２を確り固定することで、切り抜き、吸引の工程で擦れ等の問題が生じない。
【００２５】
図３は本発明の積層シートによる金型形状作成装置の切断ユニットと送りローラーの関係を示す説明図である。シート搬送装置４の上部に切断ユニット５のレーザーヘッドが設置されている。レーザーヘッドの位置の前方にも、シート送出ユニット３の前方に設置した送りローラー１１と同じように送りローラー１１をシート搬送装置４の両側に設置したことでシート２の搬送を確実にしている。
【００２６】
図４は請求項１および３に記載の積層シートによる金型形状作成装置の側面図であり、ロール送出手段によるものである。ロール送り装置１２からフイルム１３をロール巻き取り装置１４へ送りローラー１１で搬送する。搬送中に切断ユニット５で実形状を切り抜き、シート積載テーブル８にフイルム１３を送出し、シート積載テーブル８でフイルム１３を加工された残存シート７に切断し、積層する。シート積載テーブル８は上下動し、フイルム１３から加工された残存シート７に切断された後のフイルム１３がロール巻き取り装置１４に巻き取られる妨げにならない。切り抜いた実形状部分は排紙ローラー１５の下部に設置したバキューム装置（図示されていない）で吸引除去される。フイルム１３から切断され、シート積載テーブル８に積層された加工された残存シート７は押さえユニット９で加圧接着される。
【００２７】
図５は本発明の積層シートによる金型形状作成装置の切断ユニットと送りローラーの関係を示す説明図である。ロール送り装置１２からロール巻き取り装置１４へ搬送されるフイルム１３の上部に切断ユニット５のレーザーヘッドが設置されている。レーザーヘッドの位置の前方にも、シート送出ユニット３の前方に設置した送りローラー１１と同じように送りローラー１１をシート搬送装置４の両側に設置したことでシート２の搬送を確実にしている
【００２８】
【発明の効果】
金型の作成時間が短く、高精度で低コストである。
【００２９】
少量多品種の生産の金型に対応でき、試作品の作成に最適である。
【００３０】
圧縮成型機、射出成型機、押出成型機、ゴム成型機等のように多種成型機に使用する金型が容易に作成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および２に記載の積層シートによる金型形状作成装置の側面図である。
【図２】本発明の積層シートによる金型形状作成装置のシート搬送措置を示した平面図である。
【図３】本発明の積層シートによる金型形状作成装置の切断ユニットと送りローラーの関係を示す説明図である。
【図４】請求項１および３に記載の積層シートによる金型形状作成装置の側面図である。
【図５】請求項１および３に記載の積層シートによる金型形状作成装置の側面図である。
【符号の説明】
１　　シート供給テーブル
２　　シート
３　　シート送出ユニット
４　　シート搬送装置
５　　切断ユニット
６　　切り抜いた実形状部分
７　　加工された残存シート
８　　シート積載テーブル
９　　押さえユニット
１０　　押さえガイド
１１　　送りローラー
１２　　ロール送り装置
１３　　フイルム
１４　　ロール巻き取り装置
１５　　排紙ローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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