CN1716262A - 三维图文快速设计及制造方法 - Google Patents

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CN1716262A CN 200410050074 CN200410050074A CN1716262A CN 1716262 A CN1716262 A CN 1716262A CN 200410050074 CN200410050074 CN 200410050074 CN 200410050074 A CN200410050074 A CN 200410050074A CN 1716262 A CN1716262 A CN 1716262A
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赖维祥
郑俊益
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Abstract

本发明公开了一种三维图文快速设计及制造方法，在短时间内，不用开发模具即可制造出成品。本发明主要使用一般市售的执行二维转三维平台作业的电脑辅助设计(CAD)软件(如CATIA，Pro－E，I－Deals，Solidwork，AutoCAD等)，由二维平面的图样、文字或已建构完成的立体图样、文字，重新做绘图组装与设计，将图样及文字建构成为拟设计的三维模型档案，储存为立体并可供轮廓切层演算的档案格式(如STL，VRML，PLY等)，并利用电脑数控(CNC)机器或快速原型机器(Rapid Prototyping)，诸如Z－Corp Z402及Z402C 3D printer或3D system公司的Thermojet印刷机等，制造出所设计的成品。

Description

三维图文快速设计及制造方法
技术领域
本发明涉及一种三维图文快速设计及制造方法，可用于快速设计及制造三维立体字及图样。
背景技术
传统上制作立体字或图形的技术多以雕刻，线切割、焊接等方法配合完成。例如以匾额赠送他人或自用，大多采用木板刻字的方式，其匾额的外型、大小可选择的式样并不多，且因为雕刻工资相当贵，大多无匾额花样或字底花样的设计，甚至字型大多仰赖师傅的艺术造诣，无多少可选择之处。若有本身对文字艺术有天份者，拟自行题字，或选择匾型，事实上相当不容易，既昂贵，又须相当长久的制作时间。另又如铜字的制作，以电脑线切割先切出铜字型，再焊以字高所需高度的铜片，才能制作出铜字，在时间上当然相当费时，而且对太小的字型，受限于焊接的限制，根本无法制作。
对现在各种商品尽量能依客制化及快速的目标来制作，例如作一个人名牌或个性化的产品，由于产量只有一个或少数的几个，要依传统方法确实经费太贵又旷日废时，甚至无法制作，如果要制一个人化的产品，又要快速与经济，确有相当的困难。
在过去的十年里，由于电脑辅助设计及制造(CAD/CAM)的进步，制造业发展了利用快速原型方法(Rrpid Prototyping，RP)，能很迅速的将设计原始构想制造出来。快速原型(RP)技术能无限制几何形状，而且越复杂的零件越显示RP技术的卓越性，而且节省人力，节省加工时间，在时间最短的要求下，将CAD上的零件图形，呈现到您的面前，让您摸得到，感受的到它的几何曲线，还可以试零件的装配性、甚至可能的功能试验。
若以RP的材料来区分，可以分为固体(如LOM)，液体(如SLA)，粉末(如SLS)等多种。另外，在粉末冶金技术的应用上，金属粉末为主要的原料，可以均匀混合多种金属粉末，先予以成型，而再加以烧结(Sintered)程序，即可得到良好的工业零件，许多高级航天零件及汽车零件都是以这种方法制成。当然，粉末冶金技术最重要是先要有粉末，如铝粉是许多化学品，冶金制品，军事炸药，以及火箭燃料的主要原料，使用相当广泛；根据中科院的调查报告，国内使用粉末逐年提升，但多仰赖进口。
但就以RP的原来诉求而言，快速成型的目的，无论作为一种初期产品概念设计(Conceptual design)或作为先期模具的原型，所需材料即为一个相对昂贵的项目。而且就初期成型的概念，如果能以更经济及更安全的方式，不但能在办公室就可以生产原型模型，而且未来设计普及程度亦将大辐提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维图文快速设计及制造方法，主要使用三维CAD软件(如CATIA)，建构一些新的图样或字型，或者利用其原有的图样或字型，安排及作CAD绘图组装与设计，将图案及文字建构成为三维模型，再将档案存成STL或VRML或PLY等可供立体对象轮廓切层的格式档。并利用RP(快速原型)机器，诸如CNC，Z-Corp Z402及Z402C 3D printer或3D system公司的Thermojet印刷机等，生产出所要的成品或半成品。如此，不但使目前的电脑割字及印刷，从2D提升至3D技术领域，更能改进目前使用拼装模式制作的立体字及图案，不但在设计的多样化或制作复杂度设计件的能力上有很大的进步，并且在制作上能节省更多的制作时间。
本发明三维图文快速设计及制造方法，依现代电脑化的内键各种数据库，及个人自建的图形，配合三维软件的搭配使用，能将各种不同字型图案予以输入，或结合，并经软件的后处理，得以将三维图文样式确定，再经由三维模型快速成型(Rapid Prototyping)技术，将三维图文予以制作出来。
有关本发明为达上述目的，所采用的技术手段及其功效，将列举较佳可行实施例并结合附图进行详细说明。
附图说明
图1为本发明三维图文快速设计及制造方法流程图；
图2为本发明三维图文快速设计及制造方法实施例一；
图3为本发明三维图文快速设计及制造方法实施例二；
图4为本发明三维图文快速设计及制造方法实施例三；
图5为本发明三维图文快速设计及制造方法实施例四。
具体实施方式
图1的流程图示出了本发明的三维图文快速设计及制造方法。下面参照图1进行说明。
(一)确定客户拟设计三维图形及文字内容：
本方法为客制化的需求，唯必须明确客户的真正需要，最好以书面数据表达，对文字大小、字体(如楷体，隶书等)、字形(如空心字，斜体字等，亦可由其它文字艺术师所创作的个别字型)、凹凸、凹凸深度、颜色等明确表示，对图形亦可以徒手画的方式确定所需形状，以及对图文两者结合的特殊关系的描述。唯若客户实缺乏设计理念时，仍以语言或样本方式沟通，以达到代客设计及制造的目的，但若客户为对设计非常深入的了解，即可以客户自行设计的结果转换为可供执行快速成型机的格式档案，即可进行快速图文制造。
(二)将客户的需求输入电脑：
依客户所建立的书面数据，从电脑系统中输入已经内建的图形或文字，亦可读取由客户自行建立的图形或文字，以建立完全客户自行设计的图案或创作文字。必要时借助扫瞄器，将客户自行创的文字或图形数据扫瞄入电脑。
(三)将图文资料立体化：
对图文数据的内建或扫描数据，通常无法直接应用，需对该图文资料予以描框的处理，建立周围边缘的点资料，才能予以建立三维立体化的图形。
(四)将立体化图文数据运算处理：
利用三维软件，对前述已建立三维图文数据予以执行联集、交集、差集等布尔运算，达到客户所需的字体及字型、凹凸等三维图文结合的效果。甚至再利用三维软件的功能，对局部建立的图文数据予以复制、排列、翻转、镜射等等功能，使原创的图文更为生动活泼，增加客户的满意程度。
(五)将最后图形予以联结及转换为切层档案格式：
由于最后三维图文为一实体，虽在过程中的不同图文数据因不同的方法产生，最后仍须联结为一实体，才能宣告为整个实体的切层步骤，并进一步转换为可供切层的档案格式(如*.stl，*.wrl，*.ply)。
(六)将立体对象的轮廓切层数据送到快速成型机制作：
将拟制作的三维图文数据以转化成立体对象的轮廓切层档案格式，送到快速成型机制作，此快速成型机可为电脑数值控制(CNC)机器、3D Printer或Thermojet、SLA、SLS、FDM、OBJet及LOM等快速成型技术发展而成用于执行快速制造物体的机器。唯若产品需加以彩色，则只能以Z402C 3Dprinter将产品予以制造，或制作完成再请专人以予以上色，其整个快速成型过程中，喷墨头将胶合剂(BINDER)喷在一层层的粉末中，其详细成型法参见台湾专利申请90100996号。
(七)产品的取出机器及后处理：
目前无论以粉末堆栈方式、粉末烧结及以UV光熟化因素等在制作及由机器取件时必须非常小心，以防止进一步破坏。拿出来后亦需经合适的后处理，以保持预定强度及表面光滑。
(八)完成品：
为快速成型机直接制作完成的立体对象或将快速成型机直接制作完成的立体对象再进行后续加工或翻模制作而成的最后立体成品，皆是本处所说的完成品，以满足最后各项需求。
实施例
实施例一：立体图样与文字结合实例(如图2a、图2b和图2c)
(a)『想要什么就有什么』图文结合-依设计图样如放射状排列，文字骑在图案上但凹入图形中，并与图形同时指向朝外。
(b)动物与图文结合-蜥蜴浮雕与NCKU及成大航天字形排列组合的立体图文。
(c)成功大学校徽logo结合文字与浮雕框-依设计图样仅作一个图形，文字骑在钟形图案上但凹入图形中，下层凤凰花形状则作凸出状，背景使用立体半球为织面质地，外加立体浮雕框。
实施例二：立体图形与文字结合实例(如图3a、图3b和图3c)
(a)永保安康、追分成功文字与外框结合立体食品浮雕。
(b)彩色立体蛇行图样。
(c)花朵与春风化雨等文字结合成立体图文浮雕。
实施例三：立体图形与文字结合实例(如图4a、图4b、图5c、图5d)
(a)个性名牌，俊益与老鹰结合在一起的立体图文。
(b)个性名牌，赖维祥与英文W.H.Lai结合在一起的立体图文。
(c)个性名牌，Berlin Huang Club英文字与图案分开排列在一板上。
(d)立体浮雕画，将拿破仑出征骑马的名画制成透光显影立体浮雕画。
实施例四：立体图形结合实例(如图5a、图5b、图5c和图5d)
(a)精致造型，结合爱与艺术的设计理念，制作成立体形状的立体图文。
(b)中国喜气造型，以欢喜石狮及孙悟空造型，展现佳节欢乐的立体图样设计。
(c)叶轮立体形状，形状有点类似由小至大排列的蛋糕的立体图样。
(d)艺术造型，以裸女造型所制成的立体图样。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆属于本发明的进一步实施。

Claims (5)

1、一种三维图文快速设计及制造方法，主要使用电脑辅助设计(CAD)软件，由二维平面的图样或文字或已建构完成的立体图样或文字，重新作绘图组装与设计，将图样及文字建构成为拟设计的三维模型档案，再将档案存成可供切层软件读入的立体印刷格式档(如STL，VRML及PLY等)，并利用快速原型机器(Rapid Prototyping)，制造出所设计的成品。
2、如权利要求1所述的三维图文快速设计及制造方法，包括以下步骤：
(1)确定客户拟设计的二维或三维图样及文字内容；
(2)将客户的需求输入电脑；
(3)将图、文数据立体化；
(4)将立体化图、文数据进行运算处理；
(5)将最后图形予以联结及转换为石版印刷档案格式；
(6)将石版印刷档案数据送到电脑数控机器或快速原型机器制作，
(7)取出产品并进行后处理。
3、如权利要求1所述的三维图文快速设计及制造方法，其中所述电脑辅助设计(CAD)软件为一般市售的执行二维转三维平台作业的软件，该软件可执行二维转三维设计绘图作业，并可储存档案为立体石版印刷档案格式，如：CATIA，Unigraphics NX，Pro-E，I-Deas，Solidwork，Solid edge，AutoCAD等三维电脑辅助设计软件，Type III及ArtCAM Pro浮雕软件，3DStudio及Poser等动画软件。
4、如权利要求1所述的三维图文快速设计及制造方法，其中所述快速原型机器是利用电脑数值控制(CNC)机器、3D Printer或Thermojet、SLA、SLS、FDM、OBJet及LOM等发展而成的执行快速制造物体的机器。
5、如权利要求1所述的三维图文快速设计及制造方法，可应用于个人名牌，匾额，广告招牌，艺术造形，精密浮雕、礼品业，图章，图腾，图像，徽章，玩具业，甚至食品业等行业。
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