DE102010021279A1

DE102010021279A1 - Verfahren zur automatisierten Herstellung von Einzelelementen, deren Gesamtheit einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bildet

Info

Publication number: DE102010021279A1
Application number: DE201010021279
Authority: DE
Inventors: Florian Knell
Original assignee: Carlit and Ravensburger AG; Ravensburger Karton sro
Current assignee: Ravensburger Spieleverlag GmbH
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Also published as: ES2485313T3; EP2571587B1; EP2571587A1; WO2011144277A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Herstellung von Einzelelementen, deren Gesamtheit einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bildet, mit den Schritten: – Erzeugen eines ersten Datensatzes, der die Oberfläche des räumlichen Körpers und deren Segmentierung durch die Einzelelemente beschreibt, – Ergänzen des ersten Datensatzes um Parameter, die die räumliche Ausgestaltung jedes Einzelelements beschreiben, – Produzieren der Einzelelemente mittels einer Anzahl von Werkzeugen, die basierend auf dem ergänzten ersten Datensatz hergestellt worden sind, – Erzeugen eines zweiten Datensatzes, der ein Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers beschreibt, – Überlagern der segmentierten Oberfläche und des Dekors der Oberfläche des räumlichen Körpers durch Verbinden des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu einem dritten Datensatz, – Erzeugen eines vierten Datensatzes, der die zweidimensionale orthogonale Projektion der Oberfläche jedes zu dekorierenden Einzelelements beschreibt, aus dem dritten Datensatz, – Erzeugen einer Druckdatei aus dem vierten Datensatz, – Entnehmen der produzierten Einzelelemente aus dem zugehörigen Werkzeug und Zuführen der entnommenen Einzelelemente zu einer berührungslos arbeitenden digitalen Druckvorrichtung, und – Dekorieren der Oberfläche der Einzelelemente unter Verwendung der Druckdatei durch Ausführen einer Relativbewegung zwischen einem Druckkopf der Druckvorrichtung und der ihm zugewandten Oberfläche der Einzelelemente.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Herstellung von Einzelelementen, deren Gesamtheit einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bildet.
Die Spielwarenindustrie stellt eine Reihe von Gegenständen her, die aus Einzelelementen bestehen, welche in ihrer Gesamtheit einen räumlichen Körper bilden, der in der Regel ein Oberflächendekor aufweist. Solche Gegenstände können Geschicklichkeitsspiele sein, wie beispielsweise der zu großer Bekanntheit gekommene Rubik's Cube, es kann sich bei den Gegenständen aber auch um Objekte jedweder Art handeln, beispielsweise Gebäude, Tiere oder ähnliches, die in Einzelelemente unterteilt sind und von einem Anwender des Spiels zusammenzusetzen sind. Es kann sich bei solchen Gegenständen ferner auch um Puzzlespiele handeln, wobei die Einzelelemente dann Puzzleteile sind, die nach ihrem Zusammensetzen beispielsweise eine Kugel, eine Pyramide, ein Herz, ein Tier, ein Gebäude oder ähnliches bilden. Puzzlespiele zeichnet aus, dass die Einzelelemente miteinander koppelbar sind, insbesondere mittels an ihrem Rand vorhandener, paarweise korrespondierender Vorsprünge und Ausnehmungen. Gegenstände der genannten Art weisen häufig ein Oberflächendekor auf, das sich, etwa im Fall eines Puzzlespiels, über mehrere oder alle Einzelelemente erstreckt.
Die Herstellung solcher Gegenstände bzw. Spiele ist relativ aufwändig, da die Einzelelemente und das Oberflächendekor getrennt voneinander hergestellt werden und anschließend auf geeignete Weise miteinander verbunden werden müssen. Mit den heutigen Verfahren zur Herstellung der genannten Gegenstände sind kleine Serien nicht wirtschaftlich produzierbar, da beispielsweise zum Dekorieren verwendete Dekorfolien erst ab einer bestimmten Stückzahl preislich interessant sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine auch in kleinen Serien wirtschaftliche Herstellung von in ihrer Gesamtheit einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bildenden Einzelelementen gestattet, so dass beispielsweise viele Serien mit wechselndem Dekor wirtschaftlich herstellbar sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die im Patentanspruch 1 angegebenen Schritte aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von Einzelelementen, deren Oberfläche eben oder gekrümmt ist und auch wechselnd gekrümmt sein kann. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Herstellung eines dreidimensionalen Puzzlespiels, welches in zusammengesetztem Zustand einen räumlichen Körper bildet, beispielsweise eine Kugel, eine Pyramide, ein Herz, ein Tier, ein Bauwerk und ähnliches.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Datensatz erzeugt, der die Oberfläche des räumlichen Körpers und die Segmentierung der Oberfläche durch die Einzelelemente beschreibt. Am Beispiel des genannten Puzzles beschreibt dieser erste Datensatz somit einerseits die gesamte Oberfläche des räumlichen Körpers und andererseits die Aufteilung der Oberfläche in einzelne Segmente, wie sie sich aus der für die einzelnen Puzzleteile gewählten Form ergibt.
In einem weiteren Schritt wird dieser erste Datensatz um Parameter ergänzt, die die räumliche Ausgestaltung jedes Einzelelements beschreiben. Solche Parameter sind beispielsweise die Materialdicke jedes Einzelelements, die Ausbildung der Ränder jedes Einzelelements, insbesondere der Verlauf der Randflächen im Verhältnis zu einer Oberseite und einer Unterseite des Einzelelements, beispielsweise mit einer sich von der Oberseite zur Unterseite konisch verjüngenden Randfläche, ferner gegebenenfalls Krümmungsradien der Oberseite und der Unterseite und ähnliches.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst sodann den Schritt des Produzierens der Einzelelemente mittels einer Anzahl von Werkzeugen, die basierend auf dem ergänzten ersten Datensatz hergestellt worden sind. Die Anzahl der Werkzeuge richtet sich nach der Anzahl der unterschiedlichen zu produzierenden Einzelelemente und deren Gestalt, wobei es vorteilhaft ist, ähnliche Einzelelemente in ein und demselben Werkzeug herzustellen. Beispielsweise bietet es sich an, verschiedene Einzelelemente mit geringer Krümmung in einem Werkzeug und verschiedene Einzelelemente mit stärkerer Krümmung in einem anderen Werkzeug gemeinsam herzustellen. Je nach Anzahl und Art der den räumlichen Körper bildenden Einzelelemente kann aber auch ein einziges Werkzeug zur Herstellung aller benötigten Einzelelemente ausreichend sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Anzahl von Werkzeugen ein Spritzgusswerkzeug oder mehrere Spritzgusswerkzeuge, die basierend auf dem ergänzten ersten Datensatz hergestellt worden sind. Mit anderen Worten kann die zum Spritzgießen des Einzelelements oder der Einzelelemente bestimmte Spritzgussform durch spanabhebende Bearbeitung eines Rohlings hergestellt werden, wobei die die spanabhebende Bearbeitung durchführende Werkzeugmaschine ihre Arbeit auf der Grundlage der in dem ergänzten ersten Datensatz vorhandenen Daten ausführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines zweiten Datensatzes, der ein Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers beschreibt. Beispielsweise kann ein solches Dekor die Darstellung der Erdoberfläche sein, die nach Art eines Globus auf einen kugelförmigen Körper aufgebracht werden soll.
Der erste Datensatz und der zweite Datensatz werden sodann zu einem dritten Datensatz verbunden, dergestalt, dass das Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers und die segmentierte Oberfläche des räumlichen Körpers überlagert werden, um in einem einzigen Datensatz sowohl die Information über die räumliche Gestalt des Körpers und die Segmentierung seiner Oberfläche als auch über das gesamte Dekor der Oberfläche parat zu haben. Zum Erzeugen des ersten, zweiten und dritten Datensatzes kann auf bekannte Verfahren zurückgegriffen werden, wie sie beispielsweise aus der mathematischen Modellierung dreidimensionaler Körpers bekannt sind oder in CAD-Programmen zur Anwendung kommen.
Aus dem dritten Datensatz wird dann ein vierter Datensatz erzeugt, der die zweidimensionale, orthogonale Projektion der Oberfläche jedes zu dekorierenden Einzelelements beschreibt. Mit anderen Worten wird die Oberfläche jedes zu dekorierenden Einzelelements, die in ihrer räumlichen Gestalt einschließlich ihres Umrisses zusammen mit dem auf ihr befindlichen Teil des Gesamtdekors Bestandteil des dritten Datensatzes ist, aus dem dritten Datensatz quasi herauskopiert und sodann virtuell, d. h. auf mathematischem Wege, orthogonal auf eine zweidimensionale, d. h. ebene Fläche projiziert. Der vierte Datensatz beschreibt dann jede dieser ebenen Flächen hinsichtlich Größe, Umriss und Dekor.
Aus dem vierten Datensatz wird dann eine Druckdatei erzeugt, die alle Informationen zum Dekor der Oberfläche jedes Einzelelements hinsichtlich Position auf der ebenen Fläche, Farbe, Intensität etc. in einer druckerkompatiblen Form enthält.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zuvor wie beschrieben produzierten Einzelelemente aus dem Produktionswerkzeug entnommen, was vorzugsweise automatisch beispielsweise mittels eines Roboters erfolgt, und einer berührungslos arbeitenden digitalen Druckvorrichtung zugeführt. Anschließend erfolgt in der Druckvorrichtung ein Dekorieren der Oberfläche der Einzelelemente unter Verwendung der Druckdatei durch Ausführen einer Relativbewegung zwischen einem Druckkopf der Druckvorrichtung und der ihm zugewandten Oberfläche der Einzelelemente.
Wie bereits im Zusammenhang mit den als Spritzgusswerkzeugen ausgestalteten Werkzeugen erläutert, kann das oder jedes Werkzeug mehrere Einzelelemente gleichzeitig produzieren. Im Falle eines Spritzgusswerkzeugs kann dabei ein Spritzgussverfahren ohne Heizkanal zur Anwendung kommen, d. h. die mehreren in einem Spritzgusswerkzeug erzeugten Einzelelemente sind durch Angussstränge miteinander verbunden, oder es kann ein Spritzgussverfahren mit Heizkanal zum Einsatz kommen, bei dem angussfreie Einzelelemente in der Spritzgussform erzeugt werden.
Unabhängig davon, welche Art oder wie viele Werkzeuge zur Produktion der Einzelelemente im erfindungsgemäßen Verfahren in Benutzung sind, werden gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die produzierten Einzelelemente der Druckvorrichtung in Sets zugeführt. Das Zuführen der Einzelelemente in Sets erhöht die Dekorierungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer auch möglichen, stückweisen Zuführung der Einzelelemente zur Druckvorrichtung.
Wenn die Einzelelemente der Druckvorrichtung in Sets zugeführt werden, dann entspricht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Anordnung der Einzelelemente jedes Sets der Anordnung der Einzelelemente im Werkzeug. Eine solche Ausführungsform bietet sich beispielsweise dann an, wenn die Einzelelemente in einem Spritzgusswerkzeug ohne Heizkanal produziert worden sind, denn dann sind die im Werkzeug produzierten Einzelelemente nach dem Abkühlen des gespritzten Materials noch durch Angussstränge miteinander verbunden und können in dieser bekannten, definierten Anordnung der Druckvorrichtung zugeführt werden.
Bei anderen Werkzeugen, etwa bei Spritzgusswerkzeugen mit einem Heizkanal, kann es sich abhängig von der Größe des Druckkopfs der Druckvorrichtung anbieten, diejenige Anordnung der Einzelelemente, in der diese der Druckvorrichtung zugeführt werden, unterschiedlich von der Anordnung der Einzelelemente im Produktionswerkzeug zu wählen. Beispielsweise können die Einzelelemente der Druckvorrichtung in einer zweireihigen Anordnung zugeführt werden. Auch bei einer solchen Ausführungsform kann die Art und Lage der Einzelelemente in der beispielsweise zweireihigen Zuführung bekannt und definiert sein, wenn der vorhergehende Schritt des Entnehmens der Einzelelemente aus dem Produktionswerkzeug und des Erzeugens eines Sets zum Zwecke der Zuführung zur Druckvorrichtung auf eine definierte Art und Weise erfolgt.
Wenn die Anordnung der Einzelelemente jedes Sets der Anordnung der Einzelelemente im Werkzeug entspricht oder wenn jedes der Druckvorrichtung zugeführte Set auf eine definierte Art und Weise erzeugt worden ist, dann enthält gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Druckdatei ferner Informationen, die die Art und Lage jedes Einzelelements im Set angeben. Aufgrund der definierten Lage jedes Einzelelements im Produktionswerkzeug oder, falls zutreffend, der definierten Art der Umsetzung jedes Einzelelements aus dem Produktionswerkzeug in ein Set ist es einfach möglich, jedes Einzelelement hinsichtlich seines Aussehens und seiner Lage im Set individuell zu charakterisieren und diese Information in die Druckdatei zu übertragen. Dadurch weiß die Druckvorrichtung genau, welches Einzelelement sich zu einem beliebigen Zeitpunkt in welcher Position unter dem Druckkopf der Druckvorrichtung befindet und kann somit die Oberflächendekorierung exakt passend ausführen.
Entspricht die Anordnung der Einzelelemente im Set nicht der Anordnung der Einzelelemente im Produktionswerkzeug oder findet keine definierte Umsetzung aus dem Produktionswerkzeug in ein Set statt, dann umfasst das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise den Schritt des Erkennens der Art und Lage der Einzelelemente im Set vor dem Schritt des Dekorierens der Oberfläche der Einzelelemente. Der Erkennungsschritt kann beispielsweise ein optisches Erkennen unter Zuhilfenahme einer digitalisierten Bildverarbeitung umfassen. Dabei kann ein Einzelelement anhand seiner Form und/oder seines Umrisses erkannt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, jedem Einzelelement bei seiner Herstellung eine optisch lesbare Markierung zuzuordnen, die im Erkennungsschritt erkannt wird. Ebenfalls ist es möglich, jedes Einzelelement mit einer magnetischen Markierung zu versehen, die im Erkennungsschritt detektiert wird. Noch andere Möglichkeiten sind denkbar und Fachleuten auf dem Gebiet bekannt. In jedem Fall führt der Erkennungsschritt dazu, dass die Druckvorrichtung genau weiß, welches Einzelelement sich in welcher Lage relativ zu ihrem Druckkopf bewegt, so dass sie die Oberfläche jedes Einzelelements exakt passend dekorieren kann.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen den Schritt des Sortierens der oberflächendekorierten Einzelelemente zu einem Satz von Einzelelementen, die den oder einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bilden. Beispielsweise können in einem solchen Sortierschritt etwa mittels digitaler Bildverarbeitung diejenigen Einzelelemente erkannt und zusammensortiert werden, die zu einem Puzzlespiel gehören. Die Erkennung der unterschiedlichen Einzelelemente kann in diesem Stadium nicht nur auf der Basis ihrer Form und/oder ihres Umrisses, sondern auch auf der Basis ihres Oberflächendekors erfolgen.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens führt die Druckvorrichtung ein Pixeldruckverfahren aus, insbesondere ein Tintenstrahldruckverfahren. Demgemäss enthält zumindest die Druckdatei die entsprechenden Pixeldaten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst der Schritt des Überlagerns zu einem dritten Datensatz vorzugsweise ein Abstimmen zwischen der Segmentierung und dem Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers. Mit ”Abstimmen” ist dabei gemeint, dass vor der endgültigen Erstellung des dritten Datensatzes das Dekor so auf der Oberfläche des räumlichen Körpers positioniert wird, dass die Segmentierungslinien nicht an aus dem einen oder anderen Grund ungünstigen Stellen des Dekors zu liegen kommen, beispielsweise ein Auge einer auf dem Dekor abgebildeten Person durchschneiden oder ähnliches mehr. Erst wenn die Segmentierungslinien bezüglich des Dekors zufriedenstellend angeordnet sind, wird der dritte Datensatz erstellt. Das genannte Abstimmen ist erfindungsgemäß deshalb einfach möglich, weil die Information über die Segmentierung einerseits und die Information über das Dekor andererseits zunächst in zwei getrennten Datensätzen vorliegen.
Bei allen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Druckkopf vorzugsweise ein (linearer) Druckbalken und die Relativbewegung ist eine Translationsbewegung. Mit anderen Worten, der Druckbalken wird in einer geradlinigen Bewegung über die zu dekorierende Einzelelementoberfläche geführt oder die Einzelelementoberfläche wird geradlinig unter dem Druckbalken hindurchbewegt oder es findet eine Kombination der zwei vorgenannten Bewegungen statt.
Das erfindungsgemäße, automatisierte Herstellungsverfahren erlaubt es, aus Einzelelementen bestehende räumliche Körper, die mit einem Oberflächendekor versehen werden sollen, schnell, präzise und wirtschaftlich herzustellen und das Dekor auf die einzelnen Oberflächen der Einzelsegmente passgenau und ohne erkennbare Übergänge zum Dekor angrenzender Oberflächen aufzubringen. Ein Dekorwechsel ist schnell und einfach durchführbar, wodurch auch kleine und kleinste Serien aus Einzelelementen bestehender, räumlicher Körper, ja sogar Einzelstücke kostengünstig mit einem individualisierten Dekor versehen werden können.
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische, bebilderte Darstellung einer ersten Anzahl von Schritten des Ablaufs des erfindungsgemäßen automatisierten Herstellungsverfahrens am Beispiel eines kugelförmigen Puzzles, und
2 in schematisierter, bebilderter Form eine sich an die erste Anzahl von Schritten anschließende zweite Anzahl von Schritten des Ablaufs des Verfahrens aus 1, wobei zwei unterschiedliche Verfahrensalternativen gezeigt sind.
Das Verfahren zur automatisierten Herstellung von Einzelelementen zur Bildung eines oberflächendekorierten, räumlichen Körpers umfasst eine Reihe von Schritten, deren Abfolge unter Bezugnahme auf die in den 1 und 2 gegebene, bildliche Darstellung im Folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigt die 1 diejenigen Schritte, die zunächst ausgeführt werden und die beiden Verfahrensalternativen gemeinsam sind, während die 2 die sich anschließenden Verfahrensschritte gemäß den beiden Verfahrensalternativen wiedergibt.
In einem anfänglichen Schritt wird ein erster Datensatz in elektronischer Form erzeugt, der die Oberfläche einer Kugel sowie eine Segmentierung der Kugeloberfläche durch Einzelelemente, die hier von den einzelnen Puzzleteilen gebildet sind, beschreibt. Auf einem Computermonitor wiedergegeben erzeugt dieser erste Datensatz ein Abbild 12 einer Kugel, auf deren Oberfläche sich die Umrisslinien 14 der einzelnen Puzzleteile erkennen lassen. Das in 1 nur zweidimensional wiedergegebene Abbild 12 ist in Wahrheit dreidimensional, so dass auf dem Computermonitor die gesamte Kugeloberfläche und deren Segmentierung durch entsprechendes Drehen des Kugelabbildes betrachtet werden kann.
Dieser erste Datensatz dient als Ausgangsbasis für die Produktion der Einzelelemente, hier also der einzelnen Puzzleteile, die in zusammengesetztem Zustand eine Hohlkugel ergeben. Beispielhaft ist in 1 unterhalb des Abbildes 12 der Kugel gezeigt, dass anstelle einer Kugel nahezu beliebige andere räumliche Körper Gegenstand des beschriebenen Herstellungsverfahrens sein können, etwa ein Würfel, ein Quader, ein Zylinder, ein Kegel, eine Pyramide und selbstverständlich auch andere, unregelmäßig geformte Körper.
Der zunächst nur die Kugeloberfläche und ihre Segmentierung beschreibende, erste Datensatz wird in einem folgenden Schritt, symbolisiert durch einen Pfeil 15, um Daten ergänzt, die die genaue räumliche Ausgestaltung jedes zu produzierenden Einzelelements beschreiben. Beispielsweise wird mittels eines zusätzlichen Parameters festgelegt, wie groß die Materialdicke jedes Einzelelements sein soll. Ferner wird mittels weiterer geeigneter Parameter der Verlauf der Randfläche, die sich zwischen einer Oberseite und einer Unterseite jedes Einzelelements erstreckt, festgelegt. So kann beispielsweise definiert werden, dass diese Randfläche nicht rechtwinklig zur Ober- und Unterseite eines Einzelelements verläuft, sondern sich nach innen verjüngt, also abgeschrägt verläuft. In diesem Zusammenhang kann auch festgelegt werden, dass die Randflächenabschnitte von Vorsprüngen und Ausnehmungen eines Puzzleteils einen anderen Verlauf haben als die übrigen Abschnitte der Randfläche. Ferner kann die räumliche Gestalt jedes Einzelelements durch Krümmungsradien beschrieben werden, die die Oberseite und/oder die Unterseite des Einzelelements haben sollen. In jedem Fall wird der zunächst erzeugte, erste Datensatz soweit ergänzt, dass jedes zu produzierende Einzelelement durch den ergänzten Datensatz in seiner gesamten räumlichen Ausbildung exakt beschrieben ist.
Unter Verwendung des solchermaßen ergänzten ersten Datensatzes können dann die zur Produktion der gewünschten Einzelelemente erforderlichen Werkzeuge hergestellt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kommt zur Herstellung der Einzelelemente ein Kunststoffspritzgussverfahren zum Einsatz, was bedeutet, dass zunächst die benötigten Spritzgussformen hergestellt werden müssen. Mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Bearbeitungszentrums und unter Verwendung der im ergänzten ersten Datensatz enthaltenen Daten ist dies jedoch leicht möglich.
In seiner Gesamtheit ist der ergänzte erste Datensatz durch den mit 20 bezeichneten Block dargestellt. Aus diesem ergänzten ersten Datensatz lassen sich durch Herauslösen der entsprechenden Daten die jedes Einzelelement räumlich beschreibenden Daten und somit die zur Produktion eines Herstellungswerkzeugs benötigten Daten ohne Weiteres gewinnen. Der Block 22 symbolisiert dies, indem er eine Anzahl von Einzelelementen 21 in separater, nicht miteinander verbundener Form zeigt.
Die genaue Werkzeugausgestaltung wird vom Fachmann in Übereinstimmung mit seinem Fachwissen festgelegt. So kann für ein relativ großes Einzelelement beispielsweise ein einziges, separates Werkzeug erforderlich sein, wohingegen eine Reihe kleinerer und in ihrer Art ähnlicher Einzelelemente in einem Werkzeug gemeinsam gefertigt werden können. Bei 24 sind beispielhaft sechs Spritzgusswerkzeuge 26 dargestellt, von denen jedes Kavitäten zur Herstellung von neun Einzelelementen aufweist.
In einem weiteren anfänglichen Schritt des Herstellungsverfahrens wird ein zweiter Datensatz in elektronischer Form erzeugt, der ein Dekor der Oberfläche des zugrundeliegenden räumlichen Körpers, hier also der Kugel, beschreibt. Auf einem Computermonitor erzeugt dieser zweite Datensatz ein Abbild 16 einer Kugeloberfläche mit darauf befindlichem Dekor, hier symbolisiert durch eine Anzahl von Kreuzen 18. Auch dieses Abbild 16 wird auf dem Computermonitor räumlich dargestellt, um den Verlauf des Dekors auf der gesamten Kugeloberfläche sehen und kontrollieren zu können.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird durch geeignetes Verbinden des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes ein dritter Datensatz in elektronischer Form erzeugt, der die Informationen der ersten beiden Datensätze in überlagerter Form enthält. In 1 würde ein Abbild, welches durch den dritten Datensatz auf einem Computermonitor erzeugt wird, demnach eine Überlagerung der Abbilder 12 und 16 sein, d. h. eine räumliche Darstellung einer Kugeloberfläche mit den Umrisslinien 14 und den Kreuzen 18. Beim Erzeugen des dritten Datensatzes besteht die Möglichkeit, die Positionierung des Oberflächendekors und den Verlauf der Umrisslinien 14 aufeinander abzustimmen, um beispielsweise zu verhindern, dass eine Umrisslinie 14 durch ein Kreuz 18 verläuft. Allgemein gesprochen kann das Oberflächendekor auf der durch die Umrisslinien 14 segmentierten Kugeloberfläche in einer gewünschten Weise angeordnet werden. Erst wenn die gewünschte Anordnung des Dekors auf der Kugeloberfläche erreicht ist, wird der dritte Datensatz erzeugt und abgespeichert.
Der dritte Datensatz enthält nun alle Informationen darüber, wie jedes Einzelelement, d. h. jedes zur Kugelform beitragende Puzzleteil aussieht und wie seine Oberfläche dekoriert ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird deshalb aus dem dritten Datensatz durch Herauskopieren der ein bestimmtes Einzelelement (Puzzleteil) betreffenden Daten und durch eine auf virtuellem Wege erfolgende orthogonale Projektion der Oberfläche dieses Einzelelements in eine Ebene ein vierter Datensatz in elektronischer Form erzeugt, der die zweidimensionale orthogonale Projektion der Oberfläche des ausgewählten Einzelelements hinsichtlich Größe, Umriss und Dekorierung beschreibt. Aufgrund seiner ”Zweidimensionalität” wird dieser vierte Datensatz auch als Druckfläche bezeichnet.
Um eine in 2 dargestellte Druckvorrichtung 30 ansteuern zu können, wird aus den in dem vierten Datensatz, d. h. in der Druckfläche enthaltenen Daten in einem weiteren Verfahrensschritt eine Druckdatei erzeugt, die in einer druckerkompatiblen Form alle Daten darüber enthält, wo die Druckvorrichtung 30 welche Farbe und wieviel davon auf die Oberfläche eines realen Einzelelements 21 drucken soll. Diese Druckdatei ist in 1 bei 28 gezeigt und umfasst neben der Information über den Aufbringungsort auch die Farbinformation, beispielhaft aufgetrennt in die Farben Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y) und Schwarz (K).
Ausgehend von den in 1 gezeigten Spritzgusswerkzeugen 26 werden nun zwei Verfahrensalternativen unter Bezugnahme auf 2 beispielhaft erläutert.
Bei der ersten, in 2 oben wiedergegebenen Verfahrensalternative sind die Spritzgusswerkzeuge 26 solche ohne Heizkanal, d. h. die von je einem Spritzgusswerkzeug 26 erzeugten neun Einzelelemente 21 sind durch aus dem Spritzgussmaterial bestehende Angussstränge 27 miteinander verbunden. Eine hier nicht dargestellte, automatisierte Entnahmevorrichtung, beispielsweise in Gestalt eines Roboters, kann somit die neun von einem Spritzgusswerkzeug 26 erzeugten Einzelelemente 21 als ein Set aus dem Spritzgusswerkzeug 26 entnehmen und auf eine Zuführeinrichtung 29 beispielsweise in Gestalt eines Förderbandes legen, die dieses Set der digitalen, berührungslos arbeitenden Druckvorrichtung 30 zuführt.
Aufgrund der Tatsache, dass jedes Einzelelement im Spritzgusswerkzeug 26 exakt positioniert ist und die räumlichen Abmessungen des Spritzgusswerkzeugs 26 bekannt sind, lässt sich die räumliche Lage jedes produzierten Einzelelements 21 im Set exakt beschreiben, da die Angussstränge 27 die vom Spritzgusswerkzeug 26 definierte Anordnung aller neun Einzelelemente 21 zueinander aufrechterhalten. In einem hier nicht dargestellten Schritt wird deshalb die zuvor erwähnte Druckdatei um Angaben ergänzt, die die exakte räumliche Positionierung jedes Einzelelements 21 im Set wiedergeben. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Information ist die Druckvorrichtung 30 dann dazu in der Lage, jedes der ihr im Set zugeführten Einzelelemente 21 exakt passend mit der zugehörigen Dekorierung zu versehen. Hierzu wird die Druckdatei zur Druckvorrichtung 30 gesandt, die einen linearen Druckbalken 32 mit nicht dargestellten Düsen aufweist, durch die in durch die Druckdatei gesteuerter Form Farbstoff abgegeben wird, vorzugsweise im Wege eines Tintenstrahldruckes, um das Einzelelement 21 auf seiner Oberfläche mit dem gewünschten Dekor zu versehen. Jedes Einzelelement 21 wird in der Druckvorrichtung 30 so positioniert, dass während einer translatorischen Relativbewegung des Druckbalkens 32 zur Oberfläche der Einzelelemente 21 das gewünschte Dekor aufgebracht wird.
Das der Druckvorrichtung 30 zugeführte Set verlässt die Druckvorrichtung somit in fertig dekoriertem Zustand, d. h. jedes Einzelelement 21 des Sets ist exakt mit dem ihm zugehörigen Oberflächendekor versehen. Es versteht sich dabei, dass jedes Einzelelement auch nur einen Teil eines Gesamtoberflächendekors tragen kann, welches erst durch die spätere Verbindung der Einzelelemente 21 entsteht. Ein fertig dekoriertes Set ist bei 34 gezeigt.
In einem folgenden Schritt werden die fertig dekorierten Einzelelemente von den Angusssträngen gelöst, symbolisch dargestellt bei 36, und einer Sortiereinrichtung zugeleitet, die dafür sorgt, dass alle zur Erzeugung des kugelförmigen Puzzles benötigten Einzelelemente einer Produktverpackung zugeführt werden, dargestellt bei 38.
Im unteren Teil der 2 ist eine zweite Verfahrensalternative wiedergegeben, die sich von der ersten Verfahrensalternative dadurch unterscheidet, dass die Spritzgusswerkzeuge 26 solche mit Heizkanal sind. Solche Spritzgusswerkzeuge erzeugen angussfreie Einzelelemente, d. h. die bei der ersten Verfahrensalternative vorhandenen Angussstränge 27 fehlen. Die nicht dargestellte Entnahmevorrichtung kann deshalb die von der Spritzgussform 26 produzierten Einzelelemente 21 in freier Wahl entnehmen und auf der Zuführeinrichtung neu anordnen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die produzierten Einzelelemente auf einem Träger 40 paarweise in zwei Reihen angeordnet und so der Druckvorrichtung 30 zugeführt. Analog der ersten Verfahrensalternative ist die Druckdatei um diejenigen Daten ergänzt worden, die der Druckvorrichtung 30 eine Zuordnung eines aufzubringenden Dekors zu einem bzw. mehreren sich unter dem Druckbalken 32 hindurchbewegenden Einzelelementen 21 erlaubt.
Die die Druckvorrichtung 30 verlassenden, fertig dekorierten Einzelelemente werden, gegebenenfalls nach Durchlaufen einer nicht dargestellten Trocknungseinrichtung, von dem Träger 40 entfernt und wie bei der ersten Verfahrensalternative der Sortiereinrichtung zugeführt. Der leere Träger 40 wird zur erneuten Aufnahme noch undekorierter Einzelelemente zurückgeführt, dargestellt bei 42.

Claims

Verfahren zur automatisierten Herstellung von Einzelelementen, deren Gesamtheit einen oberflächendekorierten räumlichen Körper bildet, mit den Schritten: – Erzeugen eines ersten Datensatzes, der die Oberfläche des räumlichen Körpers und deren Segmentierung durch die Einzelelemente beschreibt, – Ergänzen des ersten Datensatzes um Parameter, die die räumliche Ausgestaltung jedes Einzelelements beschreiben, – Produzieren der Einzelelemente mittels einer Anzahl von Werkzeugen, die basierend auf dem ergänzten ersten Datensatz hergestellt worden sind, – Erzeugen eines zweiten Datensatzes, der ein Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers beschreibt, – Überlagern der segmentierten Oberfläche und des Dekors der Oberfläche des räumlichen Körpers durch Verbinden des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes zu einem dritten Datensatz, – Erzeugen eines vierten Datensatzes, der die zweidimensionale orthogonale Projektion der Oberfläche jedes zu dekorierenden Einzelelements beschreibt, aus dem dritten Datensatz, – Erzeugen einer Druckdatei aus dem vierten Datensatz, – Entnehmen der produzierten Einzelelemente aus dem zugehörigen Werkzeug und Zuführen der entnommenen Einzelelemente zu einer berührungslos arbeitenden digitalen Druckvorrichtung, und – Dekorieren der Oberfläche der Einzelelemente unter Verwendung der Druckdatei durch Ausführen einer Relativbewegung zwischen einem Druckkopf der Druckvorrichtung und der ihm zugewandten Oberfläche der Einzelelemente.
Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Werkzeugen ein Spritzgusswerkzeug oder mehrere Spritzgusswerkzeuge sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Werkzeug mehrere Einzelelemente gleichzeitig produziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die produzierten Einzelelemente der Druckvorrichtung in Sets zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Einzelelemente jedes Sets der Anordnung der Einzelelemente im Werkzeug entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Einzelelemente jedes Sets sich von der Anordnung der Einzelelemente im Werkzeug unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdatei ferner Informationen enthält, die die Art und Lage jedes Einzelelements im Set angeben.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Erkennens der Art und Lage der Einzelelemente im Set vor dem Schritt des Dekorierens der Oberfläche der Einzelelemente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Sortierens der oberflächendekorierten Einzelelemente zu einem Satz von Einzelelementen, die den oberflächendekorierten räumlichen Körper bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung ein Pixeldruckverfahren ausführt, insbesondere ein Tintenstrahldruckverfahren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Überlagerns zu einem dritten Datensatz ein Abstimmen zwischen der Segmentierung und dem Dekor der Oberfläche des räumlichen Körpers umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente miteinander koppelbar sind, insbesondere mittels an ihrem Rand vorhandener, paarweise korrespondierender Vorsprünge und Ausnehmungen nach Art eines Puzzles.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zumindest mancher zu dekorierender Einzelelemente gekrümmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf ein Druckbalken und die Relativbewegung eine Translationsbewegung ist.