СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНОГО ОБЪЕКТА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
METHOD TO PRODUCE SOPHISTICATED-SHAPE 3D OBJECT

Изобретение относится к области изготовления физических носителей формы по геометрической или математической модели, в частности к изготовлению трехмерных объектов сложной формы путем последовательного наращивания слоев, и может быть использовано для изготовления манекенов, анатомических моделей, обувных и шляпных колодок, моделей деталей машин и механизмов, архитектурных, геодезических и других макетов, формообразующих элементов пресс-форм и штампов, литейных деталей, клише, а также других подобных объектов в легкой промышленности, медицине, электронике, автомобилестроении, авиационно-космической промышленности, искусстве и т.д.
Известен полимерный объект сложной формы, состоит из последовательно сформированных друг к другу параллельных слоев, недостатком указанного объекта является невозможность его модификации до формы индивидуального объекта (Кодама. Метод автоматического изготовления трехмерных пластмассовых моделей из фотоотверждающегося полимера. Приборы для научных исследований, 1981, 11, с.178-182).
Известен способ изготовления моделей и устройство для его осуществления, которые позволяют получать трехмерные объекты сложной формы, составленные из слоев (авторское свидетельство СССР № 1277058 А1, МКИ G03F 7/16, 1986). Однако способ предназначен для получения объектов либо типовой формы и размеров, либо индивидуального объекта и не предусматривает возможность перехода от типового объекта к индивидуальному.
Ближайшим аналогом изобретения является способ изготовления трехмерного объекта сложной формы, составленного их слоев, последовательно сформированных и присоединенных один к другому в процессе формирования (патент РФ №2145924), позволяющий получать модель объекта сложной формы, но не обеспечивающий возможность изменения формы объекта путем удаления слоев на отдельных участках поверхности с контролем получаемых размеров по количеству удаленных слоев.
Технической задачей изобретения является повышение точности, качества и удобства изготовления индивидуального трехмерного объекта сложной формы.
Поставленная задача решается благодаря тому, что способ получения трехмерного объекта сложной формы, составленного из слоев, последовательно сформированных и присоединенных один к другому в процессе изготовления, отличается тем, что формирование слоев осуществляют на рабочую форму методом наслоения до получения модели объекта типовой формы и размеров, при этом предварительно задают окраску и толщину каждого слоя; с последующим вырезанием контуров индивидуального объекта и контролем получаемых размеров по количеству удаленных слоев.
Трехмерная модель объекта сложной формы изготавливается на основе заранее разработанной рабочей формы путем наращивания слоев различного цвета, определенной толщины до получения модели объекта сложной формы типового размера и формы. В дальнейшем готовая трехмерная колористическая модель служит основой для изготовления трехмерной индивидуальной модели объекта сложной формы путем вырезания контуров индивидуальной модели по всей поверхности типовой трехмерной модели или на отдельных участках поверхности. Контроль получаемых размеров индивидуальной трехмерной модели ведется по количеству удаленных слоев, так как толщина каждого слоя определена заранее. Количество и толщина слоев позволяет контролировать погрешность при последующем получении модели индивидуального объекта. Чем тоньше слой, тем точнее размерные признаки получаемого индивидуального объекта. Таким образом, модель объекта сложной формы может целиком состоять из слоев. Простота подсчета обеспечивается тем, что цвет каждого следующего слоя отличается от цвета предыдущего слоя (фиг.1) или отделен от другого слоя слоем черного или иного контрастного цвета, либо соблюдается последовательное чередование двух контрастных цветов, например черного и белого (фиг.2).
Рабочая форма представляет собой объект сложной формы, полученный путем математических расчетов сечений объекта за счет уменьшения типовых значений размерных признаков получаемого объекта сложной формы на суммарную толщину слоев и служащий основой для наращивания слоев различного цвета и определенной толщины, в результате которого получается объект сложной формы типового размера.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведен пример сечения объекта сложной формы, полученного путем наращивания слоев различных цветов одинаковой толщины, 1 - рабочая форма, 2 - слой первого цвета заданной толщины, 3 - отличающийся от первого слой второго цвета такой же толщины, как и первый слой, 4 - отличающийся от первого и второго слой третьего цвета такой же толщины, как и предыдущие слои, 5 - отличающийся от первого, второго и третьего слой четвертого цвета такой же толщины, как и предыдущие слои. Наращивание слоев осуществляется до получения объекта сложной формы требуемых размеров и формы.
На фиг.2 приведен пример сечения объекта сложной формы, полученного путем наращивания слоев одного цвета заданной толщины, разделенных слоем контрастного цвета такой же толщины, 1 - рабочая форма, 2 - слой первого цвета (например, черный), 3 - второй слой, контрастный первому (например, белый), 4 - третий слой первого цвета (например, черный), 5 - четвертый слой, контрастный третьему (например, белый), 6 - пятый слой первого цвета (например, черный). Наращивание слоев осуществляется до получения объекта сложной формы требуемых размеров и формы.
Рабочая форма может быть изготовлена на основе набора основных горизонтальных сечений объекта сложной формы или быть изготовлена по математической или геометрической модели. Также для улучшения качества и точности воспроизведения трехмерной модели объекта сложной формы для создания рабочей формы помимо основных сечений может быть использован набор дополнительных горизонтальных и вертикальных сечений.
Проекционные значения сечений рабочей формы отличаются от проекционных значений сечений объекта сложной формы на определенное значение толщины Δ, равное суммарной толщине всех слоев.
Примером исполнения данного способа может служить изготовление манекена. Для этого изготавливают рабочую форму манекена, отличающуюся от манекена типового размера и формы на планируемую суммарную толщину слоев в каждой точке ее любого сечения. На рабочую форму, например, надеваем трикотажный чулок белого цвета, затем на него надеваем второй трикотажный чулок цветом, отличающимся от первого, далее надеваем третий чулок цветом, отличающимся от второго, и так до тех пор, пока не получим манекен типового размера и формы. Количество и толщина слоев задаются заранее. Соединение слоев друг с другом и с рабочей формой может осуществляться последовательно слой за слоем или одномоментно глубокой пропиткой всех слоев сразу. Изготовленный таким образом манекен может использоваться для изготовления швейных изделий типовых размеров.
Для изготовления манекена индивидуальной фигуры меньшего размера необходимо в соответствии с индивидуальными измерениями удалить излишки, контролируя получаемые размеры по количеству удаленных слоев. Излишки могут удаляться на отдельных участках поверхности манекена или по всей поверхности, в зависимости от индивидуальных размеров.
Пример для изготовления обувной колодки
Планируется изготовление колодки типового размера с помощью 5 слоев толщиной 1 мм каждый. Изготавливаем рабочую форму обувной колодки, отличающуюся от колодки типового размера и формы тем, что в каждой точке ее любого сечения она меньше типового сечения на 5 мм. На рабочую форму наклеиваем, распыляем или наносим любым другим способом слой пластика, или стеклоткани, или иного материала, подходящего для изготовления колодок толщиной 1 мм. Цвет слоя должен отличаться от цвета рабочей формы. Далее наносим еще один слой толщиной 1 мм, отличающийся по цвету от предыдущего слоя. Таким образом наносим слой за слоем до тех пор, пока не получим обувную колодку необходимого типового размера и формы. При толщине слоя 1 мм, чтобы нарастить 5 мм, требуется пять слоев.
Изготовленная таким способом колодка может использоваться для изготовления обуви типового размера и формы.
Для изготовления индивидуальной колодки меньшего размера из полученной типовой колодки необходимо в соответствии с индивидуальными измерениями удалить излишки, контролируя получаемые размеры по количеству удаленных слоев. Излишки могут удаляться на отдельных участках поверхности колодки или по всей поверхности, в зависимости от индивидуальных размеров.
Изобретение обеспечивает получение трехмерных объектов сложной формы, различной конфигурации, обладающих возможностью модификации до формы индивидуального объекта с высокой точностью.