(57)【要約】【課題】立体実形状製品を製作するための金型、木型等の型の製作には莫大な費用と期間が掛かり、シートを積層技術では切断された輪郭の外部の不要シート部分を手で除去する手間が掛かる。従来の造形装置は非常に高価で、造形のために長時間必要である。【解決手段】映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状をデータ処理により２次元形状情報に変換して実形状を立体的に造形するため、間隙を有するロール形状の支持材を送出装置へ装着し、上方等に設置したノズルにより固定材が塗布された支持材へ吹き付けて支持材の一部を露出させ、固定材が塗布され一部支持材が露出した支持材を巻き取り装置で積層して固定材同士を固着硬化させた後、固定材以外の不要支持材を除去する。【選択図】          図１
2004203005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定材が塗布された支持材を指定された形状に従い露出させた後、露出した支持材を除去することで求める造形物を作成する方法。
【請求項２】
映像装置や３次元ＣＡＤから供給された３次元形状をデータ処理により２次元形状情報に変換して実形状を立体的に造形するためにロール形状の支持材を送出装置へ装着し、支持材の先端を巻き取り装置へ巻着する。送り出し装置から送り出された支持材に対して固定材を塗布する装置が設置されており支持材に固定材が塗布される。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に従いノズルにより固定材が塗布された支持材への吸引や吹き付けにより固定材の一部を除去し支持材を露出させ巻き取り装置で積層して固着硬化させた後、露出した不要支持材部分を除去することを特徴とする立体造形装置。
【請求項３】
送出装置から支持材を送り出し、支持材に固定材を塗布した後に、２次元情報に基づいた実形状に従いノズルにより固定材が塗布された支持材に対して吸引や吹き付けることにより固定材の一部を除去して支持材を露出させる。固定材の一部が除去され一部支持材が露出した支持材を一定サイズに剥ぎ取り積層させて固着硬化させた後、露出した不要支持材を除去することを特徴とする立体造形装置。
【請求項４】
支持材は格子状や円形中空の物質であって、熱、熱湯、溶解液、溶剤等により燃焼、溶解、崩落、老化等により容易に除去できることを特徴とする立体造形方法。
【請求項５】
支持材は一定の強度を有し、固定材の補完をすることを特徴とする立体造形方法。
【請求項６】
支持材は一定の厚さを有し、支持材に固定材を任意の形状で充填することにより、固定材で形成されたものが凹凸の少ない立体形状を形成することを特徴とする立体造形方法。
【請求項７】
固定材は樹脂、セラミック、金属粉等のようにある程度粘性のある物質で支持材に保持され、加熱、冷却、乾燥、化学変化等により固体となることを特徴とする立体造形方法。
【請求項８】
固定材に流体、光線や電波等あてて不要部分を除去することにより、求める形状を得ること特徴とする造形方法。
【請求項９】
実形状モデルの輪郭から外側部分の固定材を塗布された支持材を固着し、内側は支持材を露出、除去することで、固定材によるモールド型作成を特徴とする立体造形方法。
【請求項１０】
実形状モデルの輪郭部を三層に分け、一層目と三層目の支持材は固定材を塗布して、中間層は支持材を露出、除去することで雄型と雌型のモールド型を同時に作成できることを特徴とする立体造形方法。
【請求項１１】
支持材に描かれた実形状モデルの外側の不要支持材を除去した後、３色のノズルにより立体造形物に仕上げ塗装を行うことを特徴とする立体造形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像または形状データから立体実物を造形する装置および立体造形方法に関している。
【０００２】
【従来の技術】
従来、求める物体の立体形状を製作する場合は、物体の図面等により金型、木型等の型の型設計を行ない、加工データにより型を製作して立体実物形状を作り出す方法が広く用いられている。
【０００３】
立体実形状モデルを形成する造形技術としては、光りを当てると硬化する物質を使用する光造形方式、デンプン、石膏の粉に接着推移溶液をノズル等で噴射する接着水溶液ノズル噴射方式、繊維樹脂を溶融させ、ノズルから押し出しながら積層させる溶融物質の積層方式、カットした紙を供給し、モデル形状にレーザーカットした後に積層させる紙とレーザーカットの積層方式、細かい金属性粉末を熱光線で溶融接着させる金属粉の溶着方式が知られている。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
立体実形状製品を製作するための金型、木型等の型の製作には、多くの時間と型製作費が掛かり、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っている。また、金型や木型の設計用加工データ作成には特殊技術が必要であり、人手による入力部分も多く、インプットミスによる誤作動も発生している。特に実物体あるいは類似物体が動物体である場合については、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。更に、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になり、無駄が多く、環境へも悪影響を及ぼしている。
【０００５】
従来の立体実形状モデルを形成する造形技術は、シートを積層して立体物を造形する技術では、積層されたシートを立体の断面形状に合わせて切断する操作を繰り返し、塗布された接着剤を熱硬化させて直方体形状を作成し、切断された輪郭の外部の不要シート部分を手で除去することで立体実形状モデルを造形している。
【０００６】
接着水溶液ノズル噴射方式は、でんぷん粉末体に水を噴射し、堆積した表面から凸部分を除去し、最終的に不必要な付着粉末を手作業で吹き飛ばして立体実形状モデルを造形している。従来の造形システムでは、３次元のデータ作成装置と造形装置が一体化したものがなく、各装置のコストも高く、特に造形装置は非常に高価である。更に、大半の方式においては高価な材料費や消耗品を必要とし、造形のために長時間必要である。そこで本発明においては、安価であり、短時間で造形できる立体造形装置および立体造形方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明になる立体造形装置および立体造形方法は、立体の断面形状を持つ支持材シートを積層した立体物を造形する方法であり、請求項１に記載のように固定材を塗布した支持材に対して断面形状に従い固定材の一部を除去して支持材部分を露出させた後にすでに積層されている積層体に積層して固定材を固着させ、露出した不要支持材部分を除去することにより実形状の立体造形を極めて短時間に行うことが出来る。
【０００８】
請求項２に記載の立体造形装置は、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て供給するデータ処理手段から実形状を立体造形するまでの構成に関している。実形状を造形する手段としては、ロールになっている熱、熱湯、溶剤等で溶解する材質の支持材を送出装置に組み込み、ロールの端を巻き取り装置へ巻着する。送出装置から送り出された支持材に対して固定材を塗布する装置が設置されており、支持材に固定材が塗布される。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に従い、ノズルで吸引や吹き付けを行ない固定材の一部を除去し支持材を露出させる。一部支持材が露出した固定材が塗布された支持材を巻き取り装置へ巻き取り、積層することで、巻き取り装置のロールに実形状が形成される。固定材の材質により、常温、加熱あるいは冷却等で硬化し、硬化したものから不要支持材を熱、温湯、熱湯、溶剤等で溶解して除去することにより、支持材の一部を包み込んだ固定材で実形状の立体造形を極めて短時間に行うことができる。
【０００９】
請求項３に記載の立体造形装置は、請求項２に記載の立体造形装置に汎用性を持たせたものである。送出装置から支持材を送り出し、支持材に固定材を塗布した後に、２次元情報に基づいた実形状に従いノズルにより固定材が塗布された支持材に対して吸引や吹き付けることにより固定材の一部を除去して支持材を露出させた後に一定サイズに剥ぎ取り、積層することで複雑な形状にも対応できるようにしている。請求項２に記載の立体造形装置で支持材を積層したロールにする方式に加え、固定材部分の一部を除去された支持材を一定サイズに剥ぎ取り、積層するための装置を別途設けている。剥ぎ取りためにカッターが装着され、固定材が固着した支持材を押圧、加熱しながら剥ぎ取る方法である。
【００１０】
メッシュ状、格子状、ハニカム状等に形成された極薄の支持材は熱、温水、熱湯、溶剤等に溶融する物質であり、樹脂、金属、セラミック、その他の粘着素材を元にした固定材を支持材の厚さに合うように固着硬化させると実形状を輪切りにした膜を形成する。支持材に形成した固定材による膜を積層すると、固定材同士が固着して実形状のモデルを包含したロールや積層体を形成する。固定材を完全に接着、硬化させるために、加圧、加熱、冷却等の手段を取ることができる。
【００１１】
ロールや積層体を熱湯や溶剤に漬けると固定材で形成された膜部分を残して、不要の支持材が溶融するので、簡単にモデルから除去できる。
【００１２】
支持材の特性を更に発展的に利用したのが請求項９、１０に記載のモールド型作成方法である。支持材の固定材を除去する際、実形状の輪郭内側部分の固定材を吹き付け除去し支持材を露出させ、実形状部分の支持材を除去することにより、同一形状のモデルを量産するモールドを作成することができる。また、ノズルを吹き付ける箇所を、実形状の一定距離のある輪郭内外側部分にして、実形状輪郭部分の一定幅の固定材を塗布されない支持材部分を除去することで、雄型と雌型のモールド型を同時に作成する方法も取れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は固定材が塗布された支持材の一部を露出させ、支持材に塗布された固定材の膜を形成して積層し、膜同士を固着硬化させ、積層体から露出した不要支持材を除去する方式である。支持材は間隙のあるメッシュ状、格子状、ハニカム状に織られた素材で、素材の性質により熱、温水、熱湯、溶剤等で溶融する。固定材を支持材に吹き付けると固定材は支持材の間隙に入り、支持材を包み込み、平滑な膜を形成する。このように、支持材は固定材の膜を形成する補助となり、固定材の中に包含され、固定材の使用量の減少と支持材の積層体を形成するのに役立つ。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例につき図面を参照して詳細に説明する。
図１は請求項２に記載の立体造形装置の側面図である。ＣＣＤカメラや三次元ＣＡＤのデータをデータ処理手段により二次元形状情報に変換して供給されたデータに基づき実形状モデルをロール形状の支持材に作成する装置である。
立体造形装置１は固定材が塗布される支持材２の送出装置３、巻き取り装置４、押さえローラー５、ノズル６、一部固定材が除去された支持材７、固定材塗布装置８より構成されている。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システムは既に常識となっている。本発明の立体造形装置１では、供給された２次元形状情報に基づきノズル６を制御して固定材が塗布された支持材２へ吹き付け固定材を除去する。ノズル６は送出装置３に装着された固定材を塗布された支持材から一部固定材が除去された支持材７を巻き取る巻き取り装置４の上方等にあり、固定材が塗布された支持材２の送出方向を縦方向とすると、ノズル６は横方向に移動する。また、巻き取り装置４における一部固定材が除去された支持材７のロールの厚みが変化することにより、ノズル６と一部固定材が除去された支持材７の距離が変化しないように、一部固定材が除去された支持材７に対する押さえローラー５が用意されている。あるいは、ノズルを上下方向に移動させることで支持材との距離を一定に保つように制御する方法もある。
【００１５】
固定材が塗布された支持材２は熱、温湯、熱湯、溶剤等で溶融する間隙のあるメッシュ状、格子状、ハニカム状に織られた素材を使用している。ロール状に積層された一部固定材が除去された支持材７を巻き取り装置４から外し、不要支持材を除去すると、実形状モデルの積層体が出現する。
【００１６】
図２は請求項３に記載の立体造形装置の側面図である。
請求項２に記載の立体造形装置１を構成する固定材が塗布される支持材２の送出装置３、巻き取り装置４、押さえローラー５、ノズル６、固定材塗布装置８に加え、一部固定材が除去された支持材２を一定サイズに剥ぎ取るカッター９と剥ぎ取った支持材２を積層体にするためのテーブル１０が追加されている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば極めて短時間に実形状モデルを作成することができる。
【００１８】
不要支持材を除去する手間を必要としないか、必要としても極めて短時間に処理することができる。
【００１９】
低価格で装置や資材を提供することができる。
【００２０】
高精度のモールド型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２に記載の立体造形装置の側面図である。
【図２】請求項３に記載の立体造形装置の側面図である。
【符号の説明】
１  立体造形装置
２  支持材
３  送出装置
４  巻き取り装置
５  押さえローラー
６  ノズル
７  一部固定材が除去された支持材
８  固定材塗布装置
９  カッター
１０  テーブル
【図１】
2004203005.tif 000003
【図２】
2004203005.tif 000004