JP2004268591A - Manufacturing apparatus and method for three dimensional hollow mould shape - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像または形状データから金型を作製するための中空3次元型形状作製装置および作製方法に関している。 The present invention relates to a hollow three-dimensional shape forming apparatus and method for forming a mold from image or shape data.
従来、立体形状を有した物体を製作する場合は、物体の図面等により、木型、金型の設計を行ない、加工データにより切削加工等により製作して立体形状の型を作り出す方法が広く用いられているが、仕上がりまでにかなりの日数と種々の機材を要しており、これが製作コストを押し上げる要因となっている。 Conventionally, when manufacturing an object having a three-dimensional shape, a method of designing a wooden mold and a mold based on a drawing of the object, and manufacturing the three-dimensional shape by manufacturing the cutting data based on the processing data is widely used. However, it takes a considerable number of days and various equipment to finish, which is a factor that increases the production cost.
最近の造形技術を利用し立体実形状モデルを作成し金型等に転用することが考えられる。立体実形状モデルを作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硬化造形方式、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、紙ノシートを供給し、モデル断面形状にカットした後に紙のシートを積層する紙の積層方式等が知られている。 It is conceivable to create a three-dimensional real shape model by using a recent molding technology and to convert it to a mold or the like. As a molding technology to create a three-dimensional real shape model, a photo-curing molding method using a material that cures when illuminated, a lamination method of a molten material that melts fiber resin and laminates while extruding from a nozzle, a paper sheet, 2. Description of the Related Art A paper laminating method in which a paper sheet is laminated after being cut into a model sectional shape is known.
特開2003−285333号では映像装置や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、実形状を材料シートからバキュームで剥ぎ取り、残存部分の型シートを集積して金型形状を作成する装置及び方法を提示している。
立体実形状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物体については、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、金型や木型の設計や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も発生している。更に、金型作成のために中間に用いる多種・多様な機材(MC、NCフライス、放電加工機等)が必要でありエネルギーや環境保安等へも悪影響を及ぼしている。 It takes a lot of time and cost to manufacture molds such as molds and wooden molds for producing solid three-dimensional shapes, and fairing processing for achieving accuracy is required for objects with complicated three-dimensional curved surfaces. It's becoming more and more expensive and time consuming. In addition, special techniques are required for designing molds and wooden molds and creating processing data, and there are many manual input parts, and erroneous operations due to input errors have occurred. Furthermore, various kinds of various equipments (MC, NC milling machine, electric discharge machine, etc.) used in the middle for making a mold are required, which has an adverse effect on energy and environmental security.
最近の造形技術では、例えば紙のシートを積層して立体物を造形する技術では、紙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て積層し、紙シートに塗布された接着剤を熱硬化させて立体体形状を作成し、切断された輪郭の外部の不要シート部分を人手で除去して立体実形状モデルを造形している。 In the recent modeling technology, for example, in the technology of forming a three-dimensional object by laminating paper sheets, the operation of cutting the paper sheet according to the three-dimensional cross-sectional shape is repeated and laminated, and the adhesive applied to the paper sheet is removed. A three-dimensional body shape is created by heat curing, and unnecessary unnecessary sheet portions outside the cut contour are manually removed to form a three-dimensional real shape model.
このような造形技術では基本的には3次元CAD等により供給され、入力された3次元形状を1個作製する装置である。また今回の紙シートを切断し積層テーブルに積層する場合において、積層テーブル上の前回まで積層されている紙の積層シート上に今回の紙シートがズレない様に移載するのが問題である。そのためにまず今回の紙シートを前回までの紙の積層シートの上に大まかな精度で載せて紙シート同士を接着した後で、その前回までの座標値原点を同じにして断面形状切断を行って紙シートの積層の精度を保っている。つまり今回のシートを積層した後に座標原点を合わせ切断することでズレを解消しているが工程が複雑になり時間がかかる。また、特開2003−285333号においては、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、材料シートに実形状を切り、実形状部分をバキュームで剥ぎ取り、残存部分の型シートを集積して金型形状を作成する装置や方法を提示しているが、残存部分を切り取って積載テーブルに集積する場合のズレについての課題が残っていた。Such a shaping technique is basically an apparatus for producing one input three-dimensional shape supplied by a three-dimensional CAD or the like. Further, when the current paper sheet is cut and laminated on the lamination table, there is a problem that the current paper sheet is transferred so as not to be displaced on the lamination sheet of the paper laminated up to the previous time on the lamination table. For this purpose, first place the current paper sheet on the laminated sheet of paper up to the previous time with rough accuracy and bond the paper sheets together, then cut the cross-sectional shape with the same coordinate value origin up to the previous time The accuracy of lamination of paper sheets is maintained. In other words, the gap is eliminated by stacking the current sheet and aligning the coordinate origin and cutting the sheet, but the process becomes complicated and it takes time. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-285333, a three-dimensional shape supplied from a video device or a three-dimensional CAD is converted into two-dimensional shape information, a real shape is cut into a material sheet, and the real shape portion is peeled off by vacuum. Although an apparatus and a method for creating a mold shape by accumulating the mold sheets of the remaining portion have been proposed, there still remains a problem regarding deviation when the remaining portion is cut out and accumulated on the loading table.
そのうえ従来の方法において紙シートを積層して固着する場合に、シートを積層する毎に紙シートの下面に塗布された接着剤を過熱や加圧により硬化させている。その為にシート同士の接着に時間がかかり、そのうえ型シートの積層毎に毎回接着を繰り返すので更に時間がかかる。 In addition, when the paper sheets are laminated and fixed by the conventional method, the adhesive applied to the lower surface of the paper sheet is hardened by overheating or pressure every time the sheets are laminated. For this reason, it takes time to bond the sheets together, and furthermore, it takes more time since the bonding is repeated every time the mold sheets are laminated.
また紙シートの移載、紙シート同士の接着、接着後の紙シートの切断を同じ工程で行うためにこの工程がネック工程になる。 Further, since the transfer of the paper sheets, the bonding of the paper sheets, and the cutting of the bonded paper sheet are performed in the same process, this process is a neck process.
機械的強度の問題で材料シートに金属を使用した場合には、レーザ切断の熱出力が大きくてレーザ切断等による熱変形やバリに対する修正が必要になる。また従来の積層方式では最上の一枚を切断場合にその下のシートも熱の影響を受ける等の問題も生じるので装置の構造上の課題が大きい。この為に切断した後にバリ取り及び積層は別の装置や工具にて行われており一台の装置で3次元型形状を作製することが出来ない。 When metal is used for the material sheet due to the problem of mechanical strength, the thermal output of laser cutting is large, and it is necessary to correct thermal deformation and burrs due to laser cutting and the like. Further, in the conventional laminating method, when the uppermost sheet is cut, there is also a problem that the sheet below the sheet is also affected by heat, so that a structural problem of the apparatus is great. For this reason, after cutting, deburring and lamination are performed by another device or tool, and a three-dimensional shape cannot be produced by one device.
積層して出来た3次元型形状を分離する場合に、従来の紙シートの積層法では不要部分を細かく裁断する手段にて分離しているが、切断された輪郭の外部の不要シート部分を人手で除去しており人手がかかっている。 When separating the three-dimensional shape formed by lamination, the unnecessary part is separated by means of cutting the unnecessary part in the conventional paper sheet laminating method, but the unnecessary part outside the cut outline is manually cut. It is removed and it takes human labor.
型シートの積層方式においては、シートの段差の問題があり、出来た3次元型形状の表面の出来栄えの改善が必要であり、後処理に手間がかかる。 In the lamination method of the mold sheet, there is a problem of the step of the sheet, and it is necessary to improve the quality of the surface of the formed three-dimensional shape, and the post-processing is troublesome.
型シートを積層して出来上がった型形状物を製品を製作するための成形用金型等として使用する場合には成形時の熱影響を受ける。型形状物はシートを積層したものであり水漏れ等の問題があるので冷却用の配管を設けることが難しく熱の上昇を防ぐために成形のサイクルタイムを遅くするなどの処置をとっており生産性が悪い。 In the case of using a completed molded product by laminating mold sheets as a molding die or the like for producing a product, it is affected by heat during molding. Molded products are made by laminating sheets and have problems such as water leakage, so it is difficult to provide cooling piping, and measures such as slowing down the molding cycle time to prevent heat rise are taken. Is bad.
そこで本発明においては、シートを切断して積層する場合のズレを無くし精度の良く短時間で積層出来き、金属の材料シートを用いた場合でも3次元型形状を作製することが出来る中空3次元型形状作製装置および作製方法を提供しようとするものである。図9は、このようなシートの積層によって作成された中空3次元型形状の型の例であり略図である。 Therefore, in the present invention, a three-dimensional hollow shape can be formed in a short time with high accuracy without any deviation when cutting and laminating a sheet, and even when a metal material sheet is used. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for forming a mold. FIG. 9 is a schematic view showing an example of a mold having a hollow three-dimensional shape created by laminating such sheets.
本発明になる中空3次元型形状作製装置および作製方法は、中空の断面形状を持つ型シートを積層して立体の型形状を作成する方法であり、請求項1に記載の様に断面形状に従い切断加工された型シートを積層する場合において、積層時にズレない様にする為に材料シートを固定して型抜きブロック等にて原板から一定サイズの型シートを刳り抜き、そのサイズに合わせたカセットに挿入・積層する。カセット等は切り取られた型シートが水平方向にズレない様にシートを固定する手段である。これにより従来今回の紙のシートを前回までの紙の積層シートの上に大まかな精度で載せて紙シート同士を接着した後で、その前回までの座標値原点と同じにして断面形状切断を行って紙シートの積層の精度を保つ複雑な方法に比べて極めて短時間に中空3次元型形状の作製を行うことが出来る。 The hollow three-dimensional shape forming apparatus and the manufacturing method according to the present invention are methods for forming a three-dimensional shape by laminating mold sheets having a hollow cross-sectional shape, and according to the cross-sectional shape according to claim 1. When laminating cut mold sheets, a material sheet is fixed and a fixed size mold sheet is cut out from the original plate with a die-cut block etc. in order to prevent misalignment at the time of lamination, and a cassette that matches the size Insert and laminate. A cassette or the like is a means for fixing the cut mold sheet so that the sheet does not shift in the horizontal direction. With this method, the paper sheet of this time is placed on the laminated sheet of paper up to the previous time with rough accuracy and the paper sheets are bonded together, and then the cross-sectional shape is cut in the same way as the coordinate value origin up to the previous time This makes it possible to produce a hollow three-dimensional shape in an extremely short time as compared with a complicated method for maintaining the accuracy of lamination of paper sheets.
請求項2では、材料シートから一定サイズに刳り抜きカセットに挿入する場合において、型抜きブロック等で材料シートから切り離された型シートが落下して位置ズレを生じる場合がありこれを防ぐ機構である。本方式では、材料シートの上面に設置したバキューウム等で材料シートを吸着保持して刳り抜きを行うので落下することが無く、落下による位置ズレ等を防止でき精度良く型シートが積層出来る。 According to a second aspect of the present invention, when a material sheet is inserted into a hollow cassette of a predetermined size, a mold sheet cut off from the material sheet by a die-cut block or the like may fall and cause a positional shift. . In this method, since the material sheet is sucked and held by vacuum or the like installed on the upper surface of the material sheet and hollowed out, the material sheet does not fall, and positional displacement due to the fall can be prevented, and the mold sheet can be laminated with high accuracy.
請求項3では、積層シートの型シート同士を固着する場合は、図6に示すようにカセット等の開放された部分から型シートに接着剤等を塗布することが出来る構造となっている。カッセトに積層されている型シートはカセットの枠により固定されているので動かない。そのために型シートの積層完了後にカッセトを取り出して開放された部分から接着剤を一括塗布して積層した型シートのシート同士を固着することが出来る。従来は3次元形状を作製中に紙シート同士を接着・積層して固着する。その場合シート一枚毎積層時に紙シートの下面に塗布された接着剤を過熱や加圧によりシート同士を接着硬化させる必要があり毎回の固着処理に時間がかかっていた。 According to the third aspect, when the mold sheets of the laminated sheet are fixed to each other, as shown in FIG. 6, an adhesive or the like can be applied to the mold sheet from an open portion such as a cassette. The mold sheets stacked on the cassette do not move because they are fixed by the frame of the cassette. Therefore, after the stacking of the mold sheets is completed, the cassette is taken out, and an adhesive is collectively applied from the opened portion to fix the stacked mold sheets together. Conventionally, paper sheets are bonded and laminated to each other during the production of a three-dimensional shape. In that case, the adhesive applied to the lower surface of the paper sheet at the time of laminating each sheet needs to be adhered and cured between the sheets by heating or pressurizing, and it takes time for each fixing process.
請求項4では、キーとなる工程(接着剤塗布、断面形状切断、シート刳り抜き・積層等)を機構分割することにより、同時並行処理し加工時間を低減する。特にレーザ切断機等による切り取り、エアー等で剥ぎ取る工程と材料シートを型抜きブロック等にて一定サイズに刳り抜く工程を別工程にすることによりレーザ加工を容易にし、全体加工時間を速くすることが出来る。従来の積層方式では一枚毎に積層接合(熱圧着)した後、最上層の一枚のみ切断する方式を取っている。最上の一枚のみの切断には、レーザやナイフが使われているが、一般的には材料シートが金属板の場合にシートを積層接合したままで最上部を切断すると下のシートまで切断する可能性があり、最上部のみを切断するのは非常に困難である。よってこの切断と積層の工程を分ける方法が有効である。また接着剤等を塗布する装置が設置される場合はこの工程も同時並行処理する機構とすることにより従来方式に比べ更に加工時間が速くなる。 According to the fourth aspect, the key processes (adhesive application, cross-sectional shape cutting, sheet hollowing / lamination, etc.) are divided into mechanisms, so that they are simultaneously processed in parallel to reduce processing time. In particular, laser processing is facilitated by making the process of cutting with a laser cutter or the like, peeling off with air, etc., and the process of hollowing out a material sheet to a fixed size with a die-cutting block, etc., to facilitate laser processing and shorten the overall processing time. Can be done. The conventional laminating method employs a method of laminating and joining (thermocompression bonding) one by one and then cutting only one of the uppermost layers. A laser or knife is used to cut only the top sheet, but in general, when the material sheet is a metal plate, cutting the top part while laminating and joining the sheets cuts to the lower sheet It is possible and it is very difficult to cut only the top. Therefore, it is effective to separate the cutting and laminating steps. When an apparatus for applying an adhesive or the like is installed, the processing time is further shortened as compared with the conventional method by adopting a mechanism for simultaneously performing this step.
請求項5では、レーザ切断等加工後の材料シートの熱変形、板厚のバラツキ等を修正し、また付着物、バリ等を除去して所定の板厚、平面形状にする機構である。加工後の材料シートは変化しており、一枚の誤差はわずかでも積層されると大きな誤差となる。これらの問題を解決するために圧接ローラ等により所定の板厚になるように材料シートに押し当て、所定の板厚・形状に修正する。なお圧接ローラ等はブラシ、ヤスリ等の回転により形状を修正するものも考えられる。さらに所定の板厚は押し当てローラのギャプ等によっても調整できるので、積層後の誤差をより小さくすることが出来る。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a mechanism for correcting thermal deformation, plate thickness variation, and the like of a material sheet after processing such as laser cutting, and removing adhering substances, burrs, and the like to obtain a predetermined plate thickness and planar shape. The material sheet after processing is changed, and even if the error of one sheet is slight, it becomes a large error if the sheets are stacked. In order to solve these problems, the sheet is pressed against a material sheet by a pressing roller or the like so as to have a predetermined thickness, and is corrected to a predetermined thickness and shape. It is to be noted that the pressing roller or the like may be modified in shape by rotation of a brush, a file or the like. Further, the predetermined thickness can be adjusted by the gap of the pressing roller or the like, so that the error after lamination can be further reduced.
請求項6では、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3次元型形状を作製するまでの全体の装置構成に関している。積層シートを作製するためにロールの送りを利用する方法である。データ処理手段、接着剤塗布手段、切断手段、剥ぎ取り手段、刳りぬき手段、積層手段により構成され、一台で3次元型形状の作製を行うことを可能とした。レーザ切断機等による切り取り、エアー等で剥ぎ取る工程と材料シートを型抜きブロック等にて一定サイズに刳り抜く工程を別工程にすることによりレーザ加工を容易にし、積層されている型シートに対する熱の影響もない。またレーザ切断での材料シートの熱変形やバリにたいしては、請求項5に記載の圧接ローラ等を設けることにより所定の板厚になるように修正出来る。なお型シートを積層時にズレない様にカセット等押し込む場合において、請求項8に記載の様にカセット等は型シートの積層量に応じて上下移動や伸縮する構造である。型シートの積層回数に従い積層高さが変化する。カセット等は型シートの積層量に応じて上下や伸縮することにより、抜き取ったシートをカセットに押し込む量を一定にすることが出来るので押し付け圧力を同一にできる。カセット等は切り取られた型シートが水平方向にズレない様にシートを固定する手段であり、カセット等に積層された型シートにより3次元の型形状を作製出来る。なお、請求項7は、請求項6に記載の中空3次元型形状作成装置に汎用性を持たせたものである。材料シートの搬送手段としては、ローラ、バキューム、ベルト等の各種手段が考えられる。 The sixth aspect of the present invention relates to an entire apparatus configuration from a data processing unit that converts a three-dimensional shape supplied from a video device or a three-dimensional CAD into two-dimensional shape information and supplies the information to a three-dimensional shape. This is a method in which roll feeding is used to produce a laminated sheet. It is composed of data processing means, adhesive applying means, cutting means, stripping means, hollowing means, and laminating means, and it has become possible to produce a three-dimensional shape by one unit. Laser processing is facilitated by making the process of cutting with a laser cutter or the like, peeling off with air, etc., and the process of hollowing out a material sheet to a certain size with a die-cutting block, etc. There is no influence. The thermal deformation and burrs of the material sheet due to laser cutting can be corrected to a predetermined thickness by providing a pressure roller or the like according to the fifth aspect. In a case where the cassette or the like is pushed in so as not to shift during stacking of the mold sheet, the cassette or the like has a structure in which the cassette moves up and down or expands and contracts according to the stacking amount of the mold sheet. The lamination height changes according to the number of laminations of the mold sheet. The cassette and the like can be made to expand and contract or expand and contract in accordance with the stacking amount of the mold sheets, so that the amount of pushing the extracted sheets into the cassette can be constant, so that the pressing pressure can be the same. A cassette or the like is a means for fixing the cut mold sheet so that the cut mold sheet does not shift in the horizontal direction, and a three-dimensional mold shape can be produced by the mold sheets stacked on the cassette or the like. According to a seventh aspect, the hollow three-dimensional shape forming apparatus according to the sixth aspect has versatility. Various means such as a roller, a vacuum, and a belt can be considered as a means for conveying the material sheet.
接着剤塗布手段としては、請求項9では、材料シートを型抜きブロック等にて一定サイズに抜き取る前に材料シートに対して接着剤等を塗布する。請求項10では、抜き取られた型シートをカセット等に積層させる時に型シートに接着剤等が塗布される。 In the ninth aspect of the present invention, the adhesive is applied to the material sheet before the material sheet is extracted to a predetermined size by a die-cutting block or the like. In the tenth aspect, an adhesive or the like is applied to the mold sheet when the extracted mold sheet is laminated on a cassette or the like.
請求項11では、断面形状を切断する時点で材料シートに分解し易くするための複数の切断線を設けたり、材料シートの一部に接着剤を塗布するのを阻止する手段により、積層された型シートを分離することが容易になる。図7にしめす様に断面形状の左右に切断線を設けてレーザ等で断面形状を切断する時に同時に切断する。積層後の出来上がった中空3次元型を切断線に従い分離してメス型、オス型の3次元型形状が同時に作製出来る。このメス型、オス型の3次元型形状は一対の金型として利用できる。 In the eleventh aspect, a plurality of cutting lines for facilitating disassembly into a material sheet at the time of cutting the cross-sectional shape are provided, or the material sheet is laminated by means for preventing application of an adhesive to a part of the material sheet. It becomes easy to separate the mold sheets. As shown in FIG. 7, cutting lines are provided on the left and right of the sectional shape, and the cutting is performed at the same time as the sectional shape is cut by a laser or the like. The hollow three-dimensional mold completed after lamination is separated according to the cutting line, so that a female and male three-dimensional mold can be simultaneously produced. The female and male three-dimensional shapes can be used as a pair of dies.
請求項12及び請求項13に於いては、型シートを積層することにより出来上がった型形状物の表面粗さを向上させるための中空3次元型形状作製方法である。材料シートは50〜100μの薄板を使用するが、積層シートでは若干の段差が生じる。型シートの積層に接着剤が段差の隙間を補間するようになじんで表面を滑らかになるように仕上げる。接着塗料の噴霧等を型形状物の表面に平行等の流れを作り、積層シートの段差によるエアポケット等にて接着剤を沈殿さしめることにより、3次元型形状物の表面仕上げを行う。そのほかに金属製の型形状物をプラスやマイナスに電荷さして、その逆の電荷の塗料噴霧等を型表面に流れを作り、3次元型形状物の表面仕上げを行う。 In the twelfth and thirteenth aspects, there is provided a hollow three-dimensional mold forming method for improving the surface roughness of a mold formed by laminating mold sheets. As the material sheet, a thin plate of 50 to 100 μ is used, but a slight step is generated in the laminated sheet. The adhesive is applied to the lamination of the mold sheets so as to interpolate the gap between the steps, and the surface is finished to be smooth. The surface finish of the three-dimensionally shaped object is performed by spraying the adhesive paint or the like on the surface of the shaped object so as to flow in parallel or the like, and allowing the adhesive to settle in an air pocket or the like due to the step of the laminated sheet. In addition, a metal mold is charged positively or negatively, and a paint spray or the like of the opposite charge flows on the mold surface to finish the surface of the three-dimensional mold.
請求項14に記載のように、型シートを積層して出来上がった型形状物を成形等に使用する場合において冷却水孔を設けた外枠構造物に型形状物をはめ込み、成形時の型形状物の熱上昇を緩和するようにする。また図8にしめす様に外枠構造物において冷却水孔の冷却容積を任意に大きくすることが出来る。これにより型形状物の接着剤やシート材の熱影響からの保護を行い成形サイクルタイムがアップし耐久性が増して生産性の高い成形用型を提供できる。 As described in
請求項1及び請求項2によれば、材料シートから一定サイズの型シートを切り取る場合のズレを無くし精度良く、速く型シートが積層出来る。これにより例えば従来の紙シートの積層の様に、今回の紙のシートを前回までの紙の積層シートの上に大まかな精度で載せて紙シート同士を接着した後で、その前回までの座標値原点と同じにして断面形状切断を行って紙シートの積層の精度を保つ様な複雑な方法に比べて極めて短時間に中空3次元型形状の作製を行うことが出来る。 According to the first and second aspects, it is possible to eliminate the misalignment when cutting a fixed size mold sheet from the material sheet, and to accurately and quickly stack the mold sheets. As a result, for example, like a conventional paper sheet lamination, the current paper sheet is placed on the previous paper lamination sheet with rough accuracy and the paper sheets are bonded together, and then the coordinate values up to the previous time The hollow three-dimensional shape can be manufactured in a very short time as compared with a complicated method in which the cross-sectional shape is cut in the same manner as the origin and the accuracy of lamination of the paper sheets is maintained.
請求項3によれば、型シートの積層完了後にカッセトを取り出して開放された部分から接着剤を一括塗布して固着することが出来る。型シートの積層時に毎回接着・固着をする必要が無くシート積層を速く完了することが出来る。 According to the third aspect, the cassette can be taken out after the lamination of the mold sheets is completed, and the adhesive can be applied at once from the opened portion and fixed. Sheet lamination can be completed quickly without the necessity of bonding / fixing every time the mold sheets are laminated.
請求項4によれば、キーとなる工程を機構分割し同時並行処理して加工時間を低減するので製作時間全体が短縮する。従来は紙シートの移載、紙シート同士の接着、接着後の紙シートの切断を同じ工程で行うためにこの工程がネック工程になっていた。 According to the fourth aspect, the key process is divided into mechanisms and processed in parallel to reduce the processing time, so that the entire manufacturing time is reduced. Conventionally, this step has been a neck step in order to transfer the paper sheets, bond the paper sheets together, and cut the paper sheet after the bonding in the same step.
請求項5によれば、レーザ切断等による板厚のバラツキが生じても圧接ローラ等により材料シートの変形、切断時のバリ、付着物等を除去し板厚のバラツキ等を修正して所定の積層高さに出来る。また請求項4によるレーザ切断機等による切り取り、エアー等で剥ぎ取る工程と材料シートを型抜きブロック等にて一定サイズに刳り抜く工程を別工程にすることによりレーザ加工を容易にし、積層されている型シートに対する熱の影響もない。このために請求項6及び7に記載の様な全体の装置構成にし、その中の機器においては請求項8のカセットの伸縮機構、請求項9、10の接着剤の塗布装置等の機構にすることにより一台で3次元型形状が作製出来る。従来金型作成のために中間で用いていた多種・多様な機材(MC、NCフライス、放電加工機等)が不要となり省エネルギーや環境問題等への波及効果も期待できる。According to the fifth aspect, even if the thickness of the sheet is varied due to laser cutting or the like, deformation of the material sheet, burrs and attached matter at the time of cutting are removed by a pressing roller or the like, and the variation of the sheet thickness is corrected to a predetermined value. It can be at the stack height. Further, the laser processing is facilitated by making the step of cutting by a laser cutting machine or the like according to
請求項11によれば、材料シートに複数の切断線を設けたり、材料シートの一部に接着剤を塗布するのを阻止する手段により、メス型、オス型の3次元型形状が同時に作製出来る。従来はメス型、オス型の3次元型形状を作製する場合には各々を別々に作成しており2倍の製作時間が必要であった。 According to the eleventh aspect, it is possible to simultaneously form the female and male three-dimensional shapes by means of providing a plurality of cutting lines on the material sheet or preventing the adhesive from being applied to a part of the material sheet. . Conventionally, when a female or male three-dimensional shape is manufactured, each of them is separately manufactured, which requires twice as much manufacturing time.
型シートの積層方式はシートの段差の問題があり、出来た3次元型形状の表面の出来栄えの改善のための後処理が必要であるが、請求項12及び13によれば、型シートの積層に接着剤が段差の隙間を補間するようになじんで表面を滑らかになるように仕上げる。3次元型形状を成形用金型として使用する場合に品質の良い成形が出来る。 The lamination method of the mold sheet has a problem of a step of the sheet, and requires post-processing for improving the quality of the surface of the formed three-dimensional mold. According to
請求項14によれば、冷却水孔を設けた外枠構造物に3次元型形状をはめ込み、成形時の型形状物の熱上昇を緩和するようにする。冷却水孔の形状は自由で冷却容積を大きく出来る。成形サイクルタイムや耐久性が増して生産性の高い成形用の型を提供できる。 According to the fourteenth aspect, the three-dimensional mold is fitted into the outer frame structure provided with the cooling water holes, so that the heat rise of the mold during molding is reduced. The shape of the cooling water hole is free and the cooling volume can be increased. It is possible to provide a molding die having high molding cycle time and durability and high productivity.
本発明のシートの積層による3次元型形状作製装置及び作製方法はデータ処理手段、接着剤塗布手段、切断手段、剥ぎ取り手段、刳りぬき手段、積層手段により構成され、同一形状の製品を多数作成することを可能とした、シートを積層して3次元型形状の作製を行う装置及び方式である。 The apparatus and method for producing a three-dimensional shape by laminating sheets according to the present invention comprise data processing means, adhesive applying means, cutting means, peeling means, hollowing means, and laminating means, and produce a large number of products of the same shape. This is an apparatus and a method for stacking sheets to produce a three-dimensional shape.
本発明の材料シートに使用する材質としては、金属、樹脂、紙、布、セラミック等が利用できる。 As the material used for the material sheet of the present invention, metal, resin, paper, cloth, ceramic, and the like can be used.
断面形状に切り取る手段としては、レーザ光線、エアー、水流、熱線、金属又はセラミックカッター等が考えられる。 As a means for cutting into a cross-sectional shape, a laser beam, air, a water stream, a heat ray, a metal or ceramic cutter or the like can be considered.
材料シートに塗布する接着剤等は、熱硬化性、熱可塑性、加圧接着性、光硬化性、化学反応性等各種の接着剤、樹脂の利用が考えられる。 As the adhesive or the like applied to the material sheet, use of various adhesives and resins such as thermosetting, thermoplastic, pressure-adhesive, photocurable, and chemical reactivity can be considered.
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6に記載の中空3次元型形状作製装置の側面図である。データ処理手段、切断手段、接着剤塗布手段、剥ぎ取り手段、刳りぬき手段、積層手段により構成され、一台で3次元型形状の作製を行う。請求項4に記載のように切断、剥ぎ取り、刳りぬき・積層等のキーになる工程を機構分割して全体の製作時間を速くしている。ロール送り装置1から材料シート2を巻き取り装置3へ送りローラ4にて搬送する。送り出された材料シート2に対して、請求項9に記載の様な接着剤塗布装置5にて接着剤が塗布される。データ処理手段から供給された2次元情報に基づいた断面形状に従い切断機ユニット6で切り、切られた断面形状部分をバキューウムローラ7で剥ぎ取る。このとき請求項5に記載の圧接ローラ8にて材料シートを押し付け、材料シートの熱変形、板厚のバラツキ等を修正して所定の板厚、平面形状にする。断面形状部分が剥ぎ取られた中空の材料シート2を請求項1に記載の様に型抜きブロック9にて一定サイズに抜き取り、抜き取った型シートを型シートが積層時にズレない様にカセット12に押し込む。なお抜き取り時に請求項2に記載の様にバキューウムヘッド10が型抜きブロック9と一緒に型抜きブロックガイド11に沿って降下し、バキューウムヘッド10で材料シートを保持しながら型抜きブロック9で材料シート2を刳り抜いて型シートの落下によるズレを防ぐ。抜き取り後の材料シート2は巻き取り装置3に巻き取られる。また、請求項8に記載の様にカセット12は新しく積層された型シート分だけ降下し、次回に型シートをカセットに押し込む量を一定にする。カセット12に積層された積層シート13は固着硬化されて3次元の型形状が作製される。Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of a hollow three-dimensional shape forming apparatus according to
図2は請求項6に記載の中空3次元型形状作製装置の切断機ユニット6と送りローラ4の関係をしめす説明図である。送りローラ4から巻き取り装置3に搬送される材料シート2の上部に切断機ユニット6のレーザヘッドが設置されている。送りローラ4を搬送装置14の両側に設置したことで材料シート2の搬送を確実にしている。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the cutting
「実施形態の効果」
この実施形態によれば、レーザ切断機等により切断し、エアー等利用して剥ぎ取る工程と材料シートを型抜きブロック等で一定サイズに刳り抜き、カセット等に積層する工程等のキーになる工程を機構分割して、同時並行処理出来る機構にすることで切断加工を容易にして製作時間を速くすることができる。また材料シトから刳りぬいた型シートをカセットに積層する場合のズレも無く、極めて精度よく短時間に3次元型形状を作製することができる。"Effects of the embodiment"
According to this embodiment, a key process such as a process of cutting with a laser cutting machine or the like and peeling it off using air or the like, a process of hollowing out a material sheet to a certain size with a die cutting block or the like, and laminating the material sheet on a cassette or the like By dividing the mechanism into a mechanism capable of simultaneous and parallel processing, the cutting process can be facilitated and the manufacturing time can be shortened. In addition, there is no deviation when laminating a mold sheet cut out of a material sheet into a cassette, and a three-dimensional mold can be produced extremely accurately and in a short time.
従来金型作成のために中間で用いていた多種・多様な機材(MC、NCフライス、放電加工機等)が不要となり省エネルギーや環境問題等への波及効果も期待でき、低価格で装置や資材を提供することができる。また、事務機のような機器パネルで容易な操作が出来る様になり従来の機械加工に比べ作業者に対する安全性の確保が可能となる。 Various types of equipment (MC, NC milling machine, electric discharge machine, etc.), which were used in the middle for making molds, are no longer necessary, and energy saving and ripple effects on environmental issues can be expected. Can be provided. In addition, easy operation can be performed on a device panel such as an office machine, and safety for workers can be ensured as compared with conventional machining.
「他の実施形態」
図3は請求項7に記載の中空3次元型形状作製装置の側面図である。原板供給テーブル15に積層された材料シート2を原板送出ユニット16で搬送装置14に送り、搬送される材料シート2に接着剤塗布装置5にて接着剤が塗布される。接着剤を塗布した後にデータ処理手段から供給された2次元情報に基づいた断面形状に従い切断機ユニット6で切り、切られた断面形状部分をバキューウムローラ7で材料シート2より剥ぎ取る。このとき圧接ローラ8にて材料シートを押し付け、材料シートの熱変形、板厚のバラツキ等を修正して所定の板厚、平面形状にする。断面形状部分が剥ぎ取られた中空の材料シート2を型抜きブロック9にて一定サイズに抜き取り、抜き取った型シートを型シートの積層時にズレない様にカセット12に押し込む。このとき型抜きブロック9とバキューウムヘッド10は型抜きブロックガイド11に沿って降下し、バキューウムヘッド10で材料シートを保持しながら型抜きブロック9で材料シート2を刳り抜く。カセット12に積層された積層シート13を固着硬化させて型形状を作製する。"Other embodiments"
FIG. 3 is a side view of the hollow three-dimensional shape forming apparatus according to the seventh aspect. The
図4は本発明の請求項7に記載してある3次元型形状作製装置の原板搬送の説明図である。材料シート2は原板供給テーブル15から矢印方向のカセット12まで搬送される仕組みであり、材料シート2から断面形状部分が剥ぎ取られた中空の材料シート2を型抜きブロック9にて一定サイズに刳り抜く位置には押さえガイド17を装着している。押さえガイド17が材料シート2を押さえ込んで固定し、型抜きブロック9による一定サイズの刳り抜きを容易にする。 FIG. 4 is an explanatory view of the transfer of the original plate of the three-dimensional shape forming apparatus according to claim 7 of the present invention. The
図5は請求項7に記載の3次元型形状作製装置の切断ユニット6と送りローラ4の関係をしめす説明図である。シート搬送装置14の上部に切断機ユニット6のレーザヘッドが設置されている。送りローラ4を搬送装置14の両側に設置したことで材料シート2の搬送を確実にしている。 FIG. 5 is an explanatory view showing the relationship between the cutting
図6は請求項3に記載のカセットの説明図である。カセット外枠18から型シートを積層した積層シート20が解放された部分があり、外から接着剤を塗布できる。また積層シートの上部シート19から内側部分に接着剤を塗布出来る。 FIG. 6 is an explanatory view of the cassette according to the third aspect. There is a portion where the laminated sheet 20 formed by laminating the mold sheets is released from the cassette outer frame 18, and an adhesive can be applied from the outside. Also, an adhesive can be applied from the upper sheet 19 of the laminated sheet to the inner part.
図7は請求項11に記載の切断線の説明図である。断面形状22を切断する時点で切断線21を設けて同時に切断し、積層完了後に積層シートを分離し易くする。 FIG. 7 is an explanatory diagram of a cutting line according to claim 11. A cutting line 21 is provided at the time of cutting the cross-sectional shape 22, and the cutting is performed at the same time.
図8は請求項14に記載の外枠構造物25の説明図である。冷却水孔23を設けた外枠構造物25に型形状物24はめ込み、成形時に型形状物24の熱影響からの保護を行う。 FIG. 8 is an explanatory view of the outer frame structure 25 according to
図9は型シート26の積層によって作成された型の略図である。 FIG. 9 is a schematic diagram of a mold created by laminating mold sheets 26.
1 ロール送り装置
2 材料シート
3 巻き取り装置
4 送りローラ
5 接着剤塗布装置
6 切断機ユニット
7 バキューウムローラ
8 圧接ローラ
9 型抜きブロック
10 バキューウムヘッド
11 型抜きブロックガイド
12 カセット
13 積層シート
14 搬送装置
15 原板供給テーブル
16 原板送出ユニット
17 押さえガイド
18 カッセト外枠
19 積層シートの上部シート
20 積層シート
21 切断線
22 断面形状
23 冷却水孔
24 型形状物
25 外枠構造物
26 型シートREFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (14)
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JP2004073428A JP2004268591A (en) | 2003-02-17 | 2004-02-17 | Manufacturing apparatus and method for three dimensional hollow mould shape |
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2004
- 2004-02-17 JP JP2004073428A patent/JP2004268591A/en active Pending
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