DE3920320A1 - Verfahren zum herstellen von kopien raeumlicher strukturen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von halbseitigen, aus vergießbarem Material bestehenden Kopien räumlicher Strukturen, insbesondere von Abdruckmasken le­ bender Strukturen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, räumliche Strukturen so abzuformen, daß Kopien aus vergießbaren Materialien angefertigt werden können. Neben den klassischen Abformtechniken mit Hilfe von beispielsweise Sand, Lehm, Gips oder Silikonkautschuk stehen hierfür auch mechanische oder optische Abtast-Meß­ verfahren mit anschließender, beispielsweise numerisch kontrollierter Fertigung eines Halbschalen-Negativs der zu reproduzierenden Struktur zur Verfügung. In manchen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Erstellung einer Gesichtsmaske, reicht es aus, nicht die ganze räumliche Struktur sondern nur die eine Hälfte der Struktur abzu­ formen um eine für den gewünschten Zweck ausreichende Gießform zu erhalten. Speziell bei der Abformung des Ge­ sichts einer lebenden Person ist allerdings bei der Ver­ wendung der erwähnten klassischen Verfahren eine ver­ gleichsweise aufwendige Formenerstellung notwendig, weil feuchte oder chemisch aggressive Stoffe möglichst nicht in Kontakt mit der menschlichen Haut gebracht werden sollen; entsprechend zeitaufwendig und teuer ist daher die Her­ stellung derartiger Gesichtsmasken. Noch kostspieliger und aufwendiger wäre es, die erwähnten mechanischen oder optischen Abtast-Meßverfahren einzusetzen, wobei diese aufwendigen Verfahren ein Auflösungsvermögen besitzen, wie es für die Herstellung beispielsweise einer Gesichts­ maske nicht erforderlich ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, auf einfache, schnelle, ungefährliche und preiswerte Weise räumliche Kopien herzustellen, und zwar insbesondere Abdruckmasken lebender Strukturen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich verfahrensmäßig aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorrichtungsmäßig aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 3. Die übrigen Ansprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vor­ richtung sowie ein zweckmäßiges Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung und zwar

Fig. 1 perspektivisch die Gesamtvorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2A und 2B Schnitte durch Teile einer Klemmplatte für die Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3A und 3B Teil-Draufsichten auf eine Klemmplatte von Fig. 1, und

Fig. 4 eine Teil-Draufsicht auf eine abgewandel­ te Ausführungsform der Klemmplatte.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung weist einen bei 10 angedeuteten rechteckigen Rahmen auf, auf den zwei untereinander und zu den beiden Rahmenseiten 10a, 10b parallele Schienen 11, 12 angeordnet sind. Auf dem Rahmen 10 bzw. den Schienen 11, 12 sind vier Platten befestigt, die sich in untereinander parallelen und zur Ebene des Rahmens 10 senkrechten Ebenen erstrecken. Da­ bei ist mit 13 eine mit dem Rahmen 10 starr verbundene erste Führungsplatte, mit 14 eine auf der Schiene 11 ver­ schiebbare erste Klemmplatte, mit 15 eine auf der Schiene 12 verschiebbare zweite Klemmplatte und mit 16 eine starr am Rahmen 10 befestigte zweite Führungsplatte bezeichnet. Die vier Platten 13, 14, 15, 16 sind untereinander deckungs­ gleich und stellen Lochplatten mit Durchbrechungen in Form einer Quadrat-Matrix dar, wobei Form und Beschaffenheit der Löcher später noch im einzelnen erläutert werden wird. Durch die Löcher der vier deckungsgleichen Platten 13, 14, 15, 16 sind Taststifte 17 hindurchgesteckt (auf der Zeichnung sind der Einfachheit halber nur vier Stifte 17 dargestellt), deren Dicke so bemessen ist, daß sie bei ausgefluchteten Platten 13, 14, 15, 16 axial verschiebbar sind, wobei je­ doch der Verschiebeweg durch die Anschläge 18a und 18b der­ art begrenzt ist, daß die Taststifte 17 nicht aus den Platten herausfallen können. Die Länge der Taststifte 17 ist so be­ messen, daß die Summe ihrer Überstände a+b über die erste Führungsplatte 13 und die zweite Führungsplatte 16 hinaus zumindest gleich groß der zu erwartenden Maximaltiefe der zu kopierenden Strukturen ist. Anders ausgedrückt, der durch die Anschläge 18a, 18b begrenzte Verschiebeweg der Stifte 17 stellt das Maß für die maximal mögliche Kopier­ tiefe dar.

Die Vorrichtung von Fig. 1 arbeitet folgendermaßen.

Geht man davon aus, daß die Seite der ersten Führungsplatte 13 die Vorder- bzw. Kopierseite der Vorrichtung ist, dann werden zunächst alle Stifte 17 so verschoben (auf der Zeichnung nach links), daß ihre Endanschläge 18b an der Fläche der Führungsplatte 16 anliegen, der Überstand a somit seine maximale Größe hat. Wird nun von vorne her (auf der Zeich­ nung von links her) eine zu kopierende Struktur, beispiels­ weise ein menschliches Gesicht, gegen die Vorderenden 17a der Stifte gedrückt, dann ergibt sich eine Verschiebung der Stifte 17 (auf der Zeichnung nach rechts), und zwar unterschiedlicher Größe. So werden beispielsweise die vom vordersten Teil der Struktur, etwa der menschlichen Nase, getroffenen Stifte am weitesten, gegebenenfalls bis zu ihrem Anschlag 18a verschoben, die von der Struktur überhaupt nicht getroffenen Stifte 17 bleiben unverschoben und die anderen Stifte erfahren eine Verschiebung dazwischen­ liegender Größe abhängig vom Strukturprofil. Die durch die Vorderenden 17a der Stifte aufgespannte - gedachte - Fläche stellt somit eine Negativkopie, die durch die Hinterenden 17b aufgespannte - gedachte - Fläche eine Positivkopie der zu kopierenden Struktur dar. Werden nun die beiden Klemmplatten 14, 15 in Richtung der gezeichneten Pfeile auf ihren Schienen 11, 12 gegeneinander geringfügig verschoben, dann ergibt sich dadurch eine Klemmwirkung auf die Stifte 17, d.h. die Stifte 17 werden in ihrer Axialposition fixiert. Die zu kopierende Struktur kann also wieder entfernt werden und die axiale Position der Stifte 17 bleibt erhalten, auch wenn nun die Gesamtvorrichtung in ihrer Lage verändert wird, etwa im Uhr­ zeigersinn um 90° verschränkt wird, derart, daß dann die Führungsplatte 13 oben und die Führungsplatte 16 senkrecht darunter ist. Jetzt kann auf die Vorderenden 17a eine - nicht gezeichnete - Folie gelegt werden, die größer ist als der Fläche der Führungsplatte 13 entspricht. Wird nun auf die Folie eine fließfähige Gießmasse aufgetragen, dann wird durch das Gewicht der Gießmasse die Folie auf die Vorder­ enden 17a jedes einzelnen Stifts 17 gedrückt, die Folie wird somit zu einer Negativ-Gießform. Nach dem Erstarren der Gießmasse wird diese von der Folie abgenommen und stellt nun eine Positiv-Kopie der kopierten Struktur dar.

Die Führungsplatten 13, 16 können einfache Lochbleche sein, also Metallplatten mit runden Durchbrechungslöchern. Eine Fertigung der Führungsplatten aus einem Kunststoff entsprechender Festigkeit ist jedoch ebenfalls denkbar. Für die Stifte 17 wird - aus Gewichtsgründen - ein entsprechender Kunststoff vorgezogen, wobei die Stiftenden 17a, 17b aus Sicherheitsgründen abgerundet sind. Auch für die Klemmplatten 14 und 15 ist die Verwendung einfacher Lochbleche denkbar, jedoch sind zur Verbesserung der Klemmwirkung andere Konstruk­ tionen vorzuziehen, wie nachfolgend erläutert wird.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine Ausführungsform der Klemmvorrichtung für die Klemmplatten 14,15. Dabei weist die Klemmplatte 15 einen die Stirnseiten der Platte 14 umgreifenden Rand 15a auf, der eine Gewindedurchbohrung besitzt, durch die eine Schraube 19 hindurchgeschraubt ist, die mit ihrer Spitze an der zugeordneten Stirnseite der Platte 14 angreift. In der Position der Fig. 2A ist die Schraube 19 so weiter hindurchge­ schraubt, daß die Durchbohrungen 20, 21 der Klemmplatte 14 mit den Durchbohrungen 22, 23 der Klemmplatte 15 fluchten; die Stifte 17 sind somit axial verschieblich. Wird nun die Schraube 19 weiter durchgeschraubt, dann verschieben sich die Platten 14, 15 gemäß den in Fig. 2B gezeichneten Pfeilen und die Stifte 17 werden gegen den unteren Rand der Durch­ brechungen 20, 21 sowie gegen den oberen Rand der Durch­ brechungen 22, 23 gepreßt, also derart geklemmt, daß eine Axialverschiebung nicht mehr möglich ist. Selbstverständlich können an Stelle der in den Fig. 2A, 2B gezeigten Schraube 19 andere Klemmelemente Verwendung finden. Beispielsweise könnte an Stelle der Schraube 19 ein mit der Stirnseite der Platte 14 starr verbundener Bolzen Verwendung finden, der durch einen federbelasteten Schnapper in zwei Verschiebepositionen bring­ bar ist, so daß das Festklemmen bzw. Lösen der Stifte 17 durch einfaches Umlegen des Schnappers erfolgt. Darüber hinaus sind aber nicht nur bekannte mechanische Klemmele­ mente verwendbar, sondern es sind auch magnetische und elektromagnetische Klemmeinrichtungen denkbar, deren Ein­ satz jedoch die Erstellungskosten der Vorrichtung erhöht.

Versuche haben ergeben, daß die Klemmwirkung durch besondere Formgestaltung der Durchbrechungen der Klemm­ platten 14,15 und/oder besondere Wahl des Durchbrechungs- Randmaterials verbessert werden kann, und zwar gegenüber dem eingangs erwähnten einfachen Lochblech. So erbringt be­ reits die Wahl einer ovalen Form der Durchbrechungen der Klemmplatten 14, 15 einen Vorteil. Noch sicherer aber wird die Klemmung, wenn man die Durchbrechungen einer metallischen Klemmplatte mit einem Material geeigneten Reibungskoeffizienten auskleidet. Die Herstellung einer solchen Klemmplatte wird nun an Hand der Fig. 3A und 3B erläutert. Dabei werden zu­ nächst in die metallische Klemmplatte 14 jeweils zwei äußere, kleinere Durchbohrungen und dann eine mittlere größere Durch­ bohrung hergestellt, derart, daß die in Fig. 3A gezeichneten Durchbrechungen 30 entstehen. Durch jede der Durchbrechungen 30 werden dann gemäß Fig. 3B zwei Formstifte 31 und 32 gesteckt worauf dann in den Zwischenraum zwischen den Stiften 31, 32 eine härtbare Masse geeigneten Widerstandskoeffizienten ein­ gegossen bzw. eingebracht wird. Nach dem Erstarren dieser Masse 33 werden die Formstifte 31 und 32 wieder entfernt, und durch die verbleibenden Öffnungen können nun die Taststifte 17 hindurchge­ steckt werden. Zwischen jeweils zwei Taststiften befindet sich also bei dieser Klemmplatte 14 ein Reibungskörper 33 zur Ver­ besserung der Klemmwirkung. Ein solcher Klemmkörper 33 ist be­ reits in den vorher erläuterten Fig. 2A und 2B darge­ stellt, mit anderen Worten, bei den dort gezeichneten Klemm­ platten 14,15 handelt es sich um solche, die gemäß den Fig. 3A und 3B hergestellt worden sind. Eine Abwandlungsform zeigt

Fig. 4, bei der in die metallische Klemmplatte 14 elliptische Durchbrechungen eingestanzt worden sind. Durch jede der elliptischen Durchbrechungen wird dann ein Formstift 34 gesteckt, derart, daß zumindest an einer Seite ein Raum frei bleibt, in den dann ein Widerstandskörper 35 durch Gießen oder dergleichen eingebracht wird. Die Funktion der Klemmplatte gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen der­ jenigen der Klemmplatte von Fig. 3B. Selbstverständlich sind auch hier zahlreiche Abwandlungen möglich. So können beispielsweise in die Platte über deren gesamte Breite reichende Schlitze eingeformt werden, in welche dann in ent­ sprechenden Abständen Formstäbe gesteckt werden, worauf in die Zwischenräume entsprechende Reibungsmasse eingebracht wird. Schließlich ist auch denkbar, die ganze Platte aus einem Material, etwa Kunststoff, geeigneten Reibungskoeffi­ zienten zu fertigen, wobei jedoch dann dieses Material, neben der gewünschten Reibungseigenschaften, auch noch eine geeignete Festigkeit besitzen muß.

Die nachfolgenden Angaben über Materialien und Abmessungen einer praktischen Ausführungsform sollen lediglich als Anhalts­ punkte dienen. Dabei wurden als Führungs- und Klemmplatten Metallplatten einer Größe von 30×30 cm verwendet. Die Führungs­ platten waren einfache Lochplatten (runde Lochbohrungen), die Klemmplatten entsprachen den Platten von Fig. 3A, 3B, wobei als Reibungskörper 33 Silikonkautschuk diente. Die Taststifte 17 bestanden aus Plexiglas. Die Zahl der Löcher in den Platten und damit der Taststifte betrug 15/cm², wobei sich zeigte, daß sich das dabei ergebende Auflösungsvermögen genügt, um bei­ spielsweise ein menschliches Gesicht identifizierbar kopieren zu können. Als Folie zur Auflage auf das Taststiftpaket wurde eine PVC-Folie verwendet und mit einer seitlich hochgezogenen Schürze versehen, was den Gießvorgang er­ leichtert. Als Gießmaterial diente Gipsbrei. Die er­ starrten Gipsmasken ließen sich von der Folie leicht lösen und entsprachen voll den Erwartungen.

Selbstverständlich kann die Erfindung zahlreiche Abwandlungen erfahren. So wird man den Rahmen, im Gegen­ satz zur Schemaskizze von Fig. 1 so gestalten, daß die vier Platten sehr nahe beisammen sind, die Vorrichtung also nur eine geringe Dicke hat. Weiterhin kann die Handhabung durch aufwendigere Klemmvorrichtungen erleichtert und das Auflösungsvermögen durch eine höhere Loch-Stift­ zahl erhöht werden, je nach Verwendungszweck und sich da­ raus ergebenden vertretbaren Herstellungskosten. Auch ist es möglich, eine Abformung an der Rückseite der Vorrichtung vorzunehmen, womit man eine Positiv-Kopie erhält, die dann aber erst über eine Zwischen-Negativ-Form zu einer Positiv- Kopie führt. Schließlich ist es auch möglich, eine Ab­ formung sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite der Vorrichtung vorzunehmen und die beiden sich ergebenden Formen als obere und untere Gießformhälfte zu verwenden, zwischen die dann die eigentliche Gießmasse eingefüllt wird; das Ergebnis ist dann eine sowohl außen als auch innen formgetreue Maske.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen von halbseitigen, aus ver­ gießbarem Material bestehenden Kopien räumlicher Strukturen, insbesondere von Abdruckmasken lebender Strukturen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine matrixartige Viel­ zahl untereinander achsparalleler Taststifte in Axialrich­ tung der Stifte an die zu kopierende Struktur herangeführt und jeder der Taststifte mit seiner Stirnfläche an dieser zur Anlage gebracht wird, daß dann die Taststifte in ihrer axialen Position zueinander fixiert werden, worauf die Stift­ matrix von der Struktur wieder entfernt wird, und daß schließ­ lich auf die Stiftmatrix eine schmiegsame Folie gelegt, auf die von den Stirnenden der Stifte unterstützte Folie das noch fließfähige Gießmaterial aufgebracht und dieses dann nach seiner Erstarrung von der Folie abgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die Vorderseite und dann auf die Rückseite der positionsfixierten Stiftmatrix eine Folie aufgelegt und auf diese Gießmaterial aufgebracht wird, wo­ bei dann die entstehenden beiden Kopien als Ober- und Unterform mit Abstand übereinander angeordnet werden und in den Zwischenraum ein weiteres Gießmaterial eingefüllt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch zwei zueinander parallel angeordnete, ein deckungsgleiches Matrixmuster von Durchbohrungen aufweisenden Platten (13, 14) und eine Viel­ zahl von verschiebbar durch die Durchbohrungen hindurchge­ führten Taststiften (17), deren Länge die Strukturtiefe der zu kopierenden Struktur übersteigt, wobei die eine der Platten, nämlich die Klemmplatte (14) gegenüber der anderen Platte, nämlich der Führungsplatte (13) arretierbar parallel ver­ schieblich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Führungsplatten (13, 16) und zwei Klemmplat­ ten (14, 15) vorgesehen sind, wobei sich die Klemmplatten (14, 15) zwischen den Führungsplatten (13, 16) befinden und gegeneinander parallel verschieblich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Klemmplatten (14, 15) mittels Stell­ schrauben (19) gegeneinander parallel verschieblich sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, die Durchbohrungen der Klemmplatten (14, 15) eine zumindest teilweise Auskleidung (35) aus einem Material hohen Reibungskoeffizienten gegenüber dem Stift­ material aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zumindest zwei benachbarten Durchbohrungen der Klemmplatten (14, 15) ein Steg (33) aus dem Reibungsmaterial angeordnet ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Klemmplatte nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Platte ovale Durchbrechungen eingeformt und in jede dieser Durch­ brechungen zwei Formstifte mit Abstand eingeführt werden, worauf fließfähiges Reibungsmaterial in den Raum zwischen die Formstifte eingebracht wird, und daß schließlich nach dem Erstarren des Reibungsmaterials die Formstifte wieder entfernt werden.

9. Einrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere derartige Vorrichtungen miteinander verbunden sind.