JP2017111397A - シート積層造型用型紙およびシート積層造型用型紙の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体模型の造形が容易に行える工夫を施したシート積層造形用型紙を提供する。【解決手段】シート積層造形用型紙１には，立体模型３の３Ｄデータをスライスした時の断面形状している複数のパーツ１０と，パーツ１０の積層順を示す番号１１と，パーツ１０を積層する際の位置合わせに用いる目印１２が印刷され，更に，基材２０と接着層２１までをカットするハーフカット１３をパーツ１０の輪郭に沿って加工し，位置合わせ用の孔を設けるハーフカット１４をパーツ１０の中心に加工している。【選択図】図１

Description

本発明は，対象物の断面形状に合わせて用紙を切断した板状のパーツを積層するシート積層造形に関する発明である。

対象物の断面形状に沿って形成したパーツを幾層にも積層させることで対象物の立体模型を造形するラピットプロトタイピング（積層造形法）には，光硬化樹脂に光を当てて形成したパーツを積層する光造形法や，近年注目を集めている３Ｄプリンタのように，ノズルにより硬化樹脂を必要な箇所に噴射して立体模型を造形するインクジェット法もあるが，対象物の断面形状に合わせて用紙（紙やフィルム）を切断した板状のパーツを積層するシート積層造形が以前より様々な分野で利用されている。

例えば，特許文献１では，山岳の立体模型に適したシート積層造形用の材料が，特許文献２では，シート積層造形による臓器模型の造形方法が，そして，特許文献３では，シート積層造形による金型用マスターモデルの造形方法がそれぞれ開示されている。

また，シート積層造形により立体模型を造成する装置に係る発明も既に開示されている。例えば，特許文献４では，有効領域と不要領域とに切断された下層のシートを載置する載置台と、この下層のシート上に積層する上層のシートの間に接着剤を介在させる介裝手段と、所定位置に固定され、上動する載置台上の上層シートと下層シートとを接着する接着手段と、載置台上で接着された上層のシートを有効領域と不要領域とに切断する切断手段とを備えたシート積層造形装置が開示されている。なお，特許文献４では，カッターによりシートを切断しているが，特許文献５では， 積層したシートの切断にレーザ加工機を用いる方法が記載されている。

実公平７−１６５０号公報 特開２００８−１８８９２１号公報 特開２００５−１２８３５４号公報 特開平７−１９５５３３号公報 特開２００２−３２１２２６号公報

シート積層造形により立体模型を造形する装置は，工業デザイナーなどが業務用途で使用する装置であるが，子供の教材で利用されるペーパクラフトにシート積層造形を用いる場合もある。このような場合，山岳模型など大人を対象としたときとは異なり，シート積層造形用の加工を施した型紙であるシート積層造形用型紙から立体模型の造形を容易に行え，かつ，シート積層造形用型紙を大量生産できなければならない。

そこで，本発明は，立体模型の造形が容易に行える工夫を施したシート積層造形用型紙と，このシート積層造形用型紙の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明は，基材の裏面に塗布した接着層を剥離紙によって保護した構成の型紙であって，立体模型の造形に用いるパーツの絵柄，前記パーツの積層順を示す番号，および，前記パーツの位置合わせに用いる目印が前記基材の表面に印刷され，前記基材と前記接着層までをカットするハーフカットが前記パーツの輪郭に沿って加工されていることを特徴とするシート積層造型用型紙である。なお，第１の発明において，位置合わせ用の孔を設ける前記ハーフカットを前記パーツの中心に加工することが好適である。

更に，第２の発明は，立体模型の造形に用いるパーツの絵柄，前記パーツの積層順を示す番号，および，前記パーツの位置合わせに用いる目印がレイアウトされ，更に，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線がレイアウトされたレイアウトデータから，データ処理装置が，前記パーツの絵柄，前記番号および前記目印を少なくとも印刷する印刷データと，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線をレーザ加工するレーザ加工データを生成する工程と，デジタル印刷機が，基材の裏面に塗布した接着層を剥離紙によって保護した構成のラベル用紙に前記印刷データを印刷する工程と，レーザ加工機が，前記レーザ加工データに従い，前記基材と前記接着層までをカットするハーフカットを印刷後の前記ラベル用紙に加工する工程とを含むことを特徴とするシート積層造型用型紙の製造方法である。第２の発明において，位置合わせ用の孔を設ける切り取り線を前記レイアウトデータにレイアウトし， 前記データ処理装置は，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線と，前記位置合わせ用の孔を設ける切り取り線をレーザ加工する前記レーザ加工データを生成することが好適である。

上述した本発明によれば，第１の発明により，立体模型の造形が容易に行える工夫を施したシート積層造形用型紙を提供でき，第２の発明により，シート積層造形用型紙の製造方法を提供できる。

本実施形態に係るシート積層造形用型紙を説明する図。 シート積層造形用型紙を用いて造形される立体模型を説明する図。 シート積層造形用型紙の原反となるラベル用紙を説明する図。 シート積層造形用型紙の製造方法で用いる装置を説明する図。 シート積層造形用型紙の製造方法を説明する図。 シート積層造形用型紙のレイアウトデータを説明する図。 印刷データとレーザ加工データを説明する図。

ここから，本発明の好適な実施形態を記載する。なお，以下の記載は本発明の技術的範囲を束縛するものでなく，理解を助けるために記述するものである。

図１は，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１を説明する図，図２は，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１を用いて造形される立体模型３を説明する図で，図３は，シート積層造形用型紙１の原反となるラベル用紙２を説明する図である。

図３に図示したように，シート積層造形用型紙１の原紙となるラベル用紙２は，基材２０の裏面に塗布した接着層２１を剥離紙２２で保護した構成なっている。なお，ラベル用紙２の基材２０としては，上質紙，インクジェット用紙，段ボール紙，プラスチック素材などを利用できる。

図２で図示したように，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１を用いて造形される立体模型３は，例えば，７積層構造の模型で，その形状は六角形ピラミッドになっている。

図１で図示したように，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１は，基材２０の裏面に塗布した接着層２１を剥離紙２２によって保護した構成のラベル用紙２に，図２で図示した立体模型３の造形に用いる複数（ここでは，７個）のパーツ１０を配置した形態をなし，シート積層造形用型紙１に印刷したそれぞれのパーツ１０は，ラベル用紙２に無駄が発生しないように効率良く配置されている。なお，図２では，立体模型３を台紙３ａに貼り付けているが，図１で図示したシート積層造形用型紙１には，立体模型３を貼り付ける台紙３ａを含ませていない。

シート積層造形用型紙１に含ませるパーツ１０の形状は，ラベル用紙２の厚みに合わせて立体模型３の３Ｄデータをスライスした時の断面形状（ここでは，六角形）になる。図２では，７つのパーツ１０を積層することで六角形ピラミッドの立体模型３を造形するため，シート積層造形用型紙１に含ませる７つのパーツ１０絵柄の形状は，ラベル用紙２の厚みに合わせて立体模型３の３Ｄデータを７層にスライスした時の断面形状にそれぞれ対応している。また，積層した際に露出するパーツ１０内の箇所（ここでは，外周部）には，立体模型３に対応した絵柄（ここでは，網掛け）が印刷されている。

立体模型３の造形が容易に行えるためには，シート積層造形用型紙１内に配置したパーツ１０の積層順が一目でわからなければならないため，シート積層造形用型紙１には，パーツ１０の積層順を示す番号１１をパーツ１０に対応付けて印刷している。更に，立体模型３の造形が容易に行えるためには，パーツ１０を積層する際の位置合わせが容易でなければならないため，シート積層造形用型紙１には，パーツ１０の基準位置を示し，パーツ１０を積層する際の位置合わせに用いる目印１２を印刷している。パーツ１０の積層順を示す番号１１および位置合わせ用の目印１２を印刷する位置は，パーツ１０の内側または外側いずれでもよい。図１では，最下位層から５層までのパーツ１０については，番号１１および目印１２をパーツ１０の内側に印刷し，６層から７層までのパーツ１０については，番号１１および目印１２をパーツ１０の外側に印刷している。

立体模型３を造形する際，パーツ１０はシート積層造形用型紙１から切り離されるため，シート積層造形用型紙１では，シート積層造形用型紙１に含まれるパーツ１０毎に，パーツ１０の輪郭に沿ったハーフカット１３を加工している。なお，ハーフカットとは，基材２０と接着層２１までをカットすることを意味する。また，図１のシート積層造形用型紙１では，位置合わせ用の孔を設けるハーフカット１４をパーツ１０の中心に加工している。パーツ１０のサイズが大きいと，パーツ１０の全体を見ながら位置合わせして積層するのが困難になるため，位置合わせ用の孔を設けるハーフカット１４をパーツ１０の中心に施し，パーツ１０の中心を見ながら位置合わせできるようにしている。

ここから，図１で図示したシート積層造形用型紙１の製造方法について説明する。図４は，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１の製造方法で用いる装置を説明する図，図５は，シート積層造形用型紙１の製造方法を説明する図，図６は，シート積層造形用型紙１のレイアウトデータ５を説明する図，図７は，印刷データ６とレーザ加工データ７を説明する図である。

図４で図示したように，本実施形態に係るシート積層造形用型紙１の製造方法で用いる装置には，データ処理装置４ａ，デジタル印刷機４ｂおよびレーザ加工機４ｃが含まれる。

図４で図示したデジタル印刷機４ｂは，基材２０の裏面に塗布した接着層２１を剥離紙２２で保護した構成のラベル用紙２に，シート積層造形で積層する複数のパーツ１０を配置したシート積層造形用型紙１の絵柄を印刷する装置である。ラベル用紙２は，基材２０の裏面に塗布した接着層２１を剥離紙２２で保護した構成なっているため，デジタル印刷機は，ラベル用紙２に力や熱を掛けずに印刷できるインクジェット方式に対応した装置であることが望ましい。

図４で図示したレーザ加工機４ｃは，シート積層造形用型紙１の絵柄を印刷したラベル用紙２の表面に，Ｃｏ２レーザやＹＡＧレーザを照射してラベル用紙２にハーフカットを加工する装置である。レーザ加工機４ｃでは，レーザ光の出力を変更することでカット深さを変更できるので，本実施形態では，ラベル用紙２の基材２０と接着層２１までをカットする出力に，レーザ加工機４ｃが照射するレーザを調整している。

データ処理装置４ａは，プロセッサにより動作するコンピュータで実現される装置で，シート積層造形用型紙１のレイアウトデータ５から，シート積層造形用型紙１の印刷データ６とシート積層造型用型紙のレーザ加工データ７を生成するプログラムが実装されている。

図５を参照しながら，シート積層造形用型紙１の製造方法について説明する。シート積層造形用型紙１の製造方法の最初の工程は，データ処理装置４ａが，シート積層造形用型紙１のレイアウトデータ５から，印刷データ６と，パーツ１０の絵柄，番号１１および目印１２を少なくとも印刷する印刷データと，切り取り線がレイアウトされている箇所をレーザ加工するレーザ加工データ７を生成する工程（Ｓ１）である。

ラベル用紙２からシート積層造形用型紙１を製造する際，シート積層造形用型紙１のレイアウトデータ５がデータ処理装置４ａに登録される。図６で図示したように，レイアウトデータ５には，シート積層造形用型紙１に配置したパーツ１０の絵柄５０，パーツ１０の利用順を示す番号１１の絵柄５１，パーツ１０を積層する際の位置合わせに用いる目印１２の絵柄５２に加え，パーツ１０の輪郭に沿った切り取り線５３と，パーツ１０の中心に配置する孔に該当する切り取り線５４がレイアウトされている。

図７（ａ）は，図６で図示したレイアウトデータ５から生成された印刷データ６で，図７（ｂ）は，図６で図示したレイアウトデータ５から生成されたレーザ加工データ７である。図７（ｂ）で図示しているように，データ処理装置４ａが生成するレーザ加工データ７は，図６で図示したレイアウトデータ５から切り取り線５３，５４のみを抽出したデータになっている。また，図７（ａ）で図示した印刷データ６は，図６で図示したレイアウトデータ５から切り取り線５３，５４を除いたデータになっている。なお，切り取り線５３，５４をラベル用紙２に印刷しても外観上問題ない場合，レイアウトデータ５そのものを印刷データ６として利用できる。

次の工程は，デジタル印刷機４ｂがシート積層造形用型紙１の絵柄をラベル用紙２に印刷する工程（Ｓ２）である。データ処理装置４ａが生成した印刷データ６はデジタル印刷機４ｂに登録され，デジタル印刷機４ｂは，印刷データ６をラベル用紙２に出力することで，シート積層造形用型紙１の絵柄を印刷したラベル用紙２が製造される。

次の工程は，レーザ加工機４ｃが印刷後のラベル用紙２にハーフカットを加工する工程である。データ処理装置４ａが生成したレーザ加工データ７はレーザ加工機４ｃに登録され，レーザ加工機４ｃは，レーザ加工データ７に従い，印刷後のラベル用紙２にハーフカットを加工し，パーツ１０の輪郭に沿ったハーフカットを少なくとも加工したシート積層造形用型紙１が製造される。

１ シート積層造形用型紙
１０ パーツ
１１ パーツの積層順を示す番号
１２ 位置合わせ用の目印
１３ パーツ１０の輪郭に沿ってハーフカット
１４ 位置合わせ用の孔を設けるハーフカット
２ ラベル用紙
２２ 剥離紙
２１ 接着層
２０ 基材
３ 立体模型
４ａ データ処理装置
４ｂ デジタル印刷機
４ｃ レーザ加工機
５ レイアウトデータ
６ 印刷データ
７ レーザ加工データ

Claims (4)

1. 基材の裏面に塗布した接着層を剥離紙によって保護した構成の型紙であって，
   立体模型の造形に用いるパーツの絵柄，前記パーツの積層順を示す番号，および，前記パーツの位置合わせに用いる目印が前記基材の表面に印刷され，前記基材と前記接着層までをカットするハーフカットが前記パーツの輪郭に沿って加工されている，
   ことを特徴とするシート積層造型用型紙。
2. 位置合わせ用の孔を設ける前記ハーフカットが前記パーツの中心に加工されている，
   ことを特徴とする，請求項１に記載のシート積層造型用型紙。
3. 立体模型の造形に用いるパーツの絵柄，前記パーツの積層順を示す番号，および，前記パーツの位置合わせに用いる目印がレイアウトされ，更に，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線がレイアウトされたレイアウトデータから，データ処理装置が，前記パーツの絵柄，前記番号および前記目印を少なくとも印刷する印刷データと，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線をレーザ加工するレーザ加工データを生成する工程と，
   デジタル印刷機が，基材の裏面に塗布した接着層を剥離紙によって保護した構成のラベル用紙に前記印刷データを印刷する工程と，
   レーザ加工機が，前記レーザ加工データに従い，前記基材と前記接着層までをカットするハーフカットを印刷後の前記ラベル用紙に加工する工程と，
   を含むことを特徴とするシート積層造型用型紙の製造方法。
4. 前記レイアウトデータには，位置合わせ用の孔を設ける切り取り線がレイアウトされ，
   前記データ処理装置は，前記パーツの輪郭に沿った切り取り線と，前記位置合わせ用の孔を設ける切り取り線をレーザ加工する前記レーザ加工データを生成する，
   ことを特徴とする，請求項３に記載のシート積層造型用型紙の製造方法。
   

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