JP2784383B2 - 三次元立体図形の形成方法および装置 - Google Patents

三次元立体図形の形成方法および装置

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JP2784383B2 JP3046949A JP4694991A JP2784383B2 JP 2784383 B2 JP2784383 B2 JP 2784383B2 JP 3046949 A JP3046949 A JP 3046949A JP 4694991 A JP4694991 A JP 4694991A JP 2784383 B2 JP2784383 B2 JP 2784383B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F45/00Wire-working in the manufacture of other particular articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/12Laminated parts
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
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    • G05B2219/49015Wire, strang laying, deposit fluid, welding, adhesive, hardening, solidification, fuse

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CADで形成した図形
の具現化による認識程度の向上、あるいは三次元FAX
の出力側で実像モデル造形に供される三次元立体図形の
形成方法およびその実施に直接使用する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】三次元立体図形を製作する装置としては
現在のところ4社から実際に市販されている段階であ
る。この中で使用している技術は、光硬化樹脂をレーザ
光などで部分的に照射、露光することによって固化し透
明な立体図形を形成しようとするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】基本的にこの方法では
使用できる樹脂の性能が限定されており、あまり硬化度
の高いものは実際には使用されていない。これは、機構
自体からの制限で、比較的粘度の高いものは流動性の観
点から望ましいものとは言えないことに起因している。
したがって従来の方法で作製できる物にはかなり制約が
あり、実際に部品として使用できるものを作製するもの
ではなかった。
【0004】このように透明体しか作製できない方法に
よって作られるものはその機能、芸術性などの観点から
は非常に限定され、単に形状の感じを伝達できるだけで
ある。物によっては、不透明物体である方が実際の作製
したい物体の感じをよりよく伝達可能である場合が多
い。たとえば、人物像の形成においては透明体で作製し
た場合には医学関連のモデルとしては適切であろうが、
胸像などは透明体を用いたのではその存在感が出ず、金
属材料で作製した方が実感が伴う。また、そうした感覚
に慣らされているといっても良い。
【0005】従って、従来の光硬化樹脂を用いたもので
はなく、金属そのものを利用する方法があればよい。こ
の要望に応えるものとして、金属ワイヤーを丸く積み重
ねる方法が使用できれば実際の量感が達成できる可能性
がある。こゝにおいて、本発明は、前記従来の課題を解
決しその要望に応えるのに有効、適切な三次元立体図形
の形成方法および装置を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手法および構成手段
を採用することにより達成される。即ち、本発明法の特
徴は、表示された図形の輪郭通りに倣ってメタルワイヤ
ーあるいはプラスチックワイヤーを順次描出繰り出し、
これを所要の三次元構積位置に設定した後、当該設定部
位を点溶接や接着剤等により適宜積着して下からワイヤ
ー積層体を積上げ構成して行き、この操作を繰り返すこ
とによって前記表示された図形の物体を造形してなる三
次元立体図形の形成方法である。
【0007】本発明装置の第1の特徴は、表示された図
形の輪郭通りに倣動しつつメタルワイヤーを順次描出繰
り出すノズルと、このノズルの直後に追従動し繰り出さ
れたメタルワイヤーを所要の三次元構積位置にセットす
る抑え治具と、当該抑え治具と下から積て構成済みのメ
タルワイヤー積層体との間に電圧を印加して前記セット
部を点溶接する溶接電源とからなる三次元立体図形の形
成装置である。
【0008】本発明装置の第2の特徴は、表示された図
形の輪郭通りに倣動しつつメタルワイヤーあるいはプラ
スチックワイヤーを順次描出繰り出すノズルと、このノ
ズルの直後に追従動し繰り出された前記メタルワイヤー
又はプラスチックワイヤーを所要の三次元構積位置にセ
ットとする抑え治具と、当該抑え治具の近傍に追従動し
前記セット部に瞬間接着剤を吹き付ける接着剤吹き付け
ノズルとからなる三次元立体図形の形成装置である。
【0009】
【作用】本発明は、前記のような手法および手段を講じ
たので、細いノズルからメタルワイヤーを供給し、この
メタルワイヤーはこのノズルに隣接する抑え治具によっ
てすでに設定された金属部分に接触される。つぎにこの
メタルワイヤー部分とこれが接触している部分の間に溶
接電源にて通電してこの境界に電気アークを発生させ、
この操作によってメタルワイヤーを所望の位置に点溶接
する。
【0010】CAD等で発生させたデータは通常ベクト
ル表現されているのでこの曲線あるいは直線をなぞるこ
とによってできる平面図形を重ね合わせることによって
立体図形ができる。陶芸の分野においては手捻りという
技法がある。この技術は古来からある技法であって縄文
土器の作製にも用いられた方法である。この方法は陶土
を丸め、棒状にしてこれを作製する土器の形状になぞる
ことによって形状を実現するものである。本方法はこの
手捻りの方法に似ている。すなわちメタルワイヤーを形
状に従って溶接しながら積み重ねることによって所望の
立体図形を実現するものである。
【0011】この方法を例えば釣り糸のような高分子の
プラスチックワイヤーに適用すれば透明な立体図形が作
製できる。また、この糸の色を変化させてやればカラフ
ルな立体図形ができることになる。この手法の欠点とし
ては、一筆書きができない形状については再現が難しい
点が挙げられる。しかしながら、このような場合には図
形の折り返しによって二重に形成し、この結果として厚
い構造となるように制御すれば本質的に製作が可能であ
る。たとえば堀を形成する場合には端で折り返し、二倍
の厚さの壁とすればよいことになる。また、適当な位置
で切断することによっても図形構成は可能であるので、
適宜対応を行えばよい。
【0012】
【実施例】(装置例1)本発明の第1実施例を図面につ
き詳説する。図1は本実施例の要部拡大斜面図、図2は
同・使用状態における概念構成図である。図中、Aは本
実施例の三次元立体図形の形成装置、1は巻付けたメタ
ルワイヤーαを繰り出す供給ボビン、2は供給ボビン1
から繰り出されたメタルワイヤーαを挿通しCAD等に
表示された図形の輪郭通りに倣動する漏斗形ノズルであ
る。
【0013】3は当該ノズル2の直後に追従しノズル2
から描出繰り出されたメタルワイヤーαを円弧面3a中
央全長に凹設延在したガイド溝4に係合して所要の三次
元構積位置にセットする導電性半円弧形抑え治具、5は
当該抑え治具3と下から積上げ構成済みのワイヤー積層
体6間に溶接電流を流す導線7,8を介して電圧を印加
する溶接電源である。
【0014】(方法例1)第1装置例Aに使用した本発
明法の第1施工例を図2を参照して説明する。ノズル2
先端から垂直方向に取り出されたメタルワイヤーαはガ
イド溝4を有する抑え治具3によって決まった位置に設
定されることになる。図はこの様子を示している。即
ち、本施工例によって作製される三次元ワイヤー積層体
6形成の様子を示す。メタルワイヤーαは所要の位置に
繰り出され、ここで固定されて所望の物体形状を実現す
る。
【0015】本施工例では固定の方法としてスポットウ
ェルディングの方法を採用している。抑え治具3のガイ
ド溝4は、位置の固定とともに抑え治具3とメタルワイ
ヤーαとの接触面積を大きくすることによって接触抵抗
を減少させ、実際に溶接したい部分の抵抗が相対的に大
きくなることによってこの位置に電力が集中して熱の発
生が局所的に行われる働きをも有している。従って、こ
の抑え治具3のガイド溝4の断面曲率半径は使用するメ
タルワイヤーαの半径と一致させるのが望ましい。ま
た、ウェルドする間隔は適当な値が選択できる。
【0016】本施工例の場合には2mm程度のピッチで
溶接を行い、4cm径のハート形円筒が作製できた。使
用した材料は0.2mm径の銅線であって、これを用い
て造形を行ったところ実際に銅の光沢を有する三次元ワ
イヤー積層体6を形成することができることを確かめ
た。
【0017】(装置例2)本発明の第2装置例を図面に
つき説明する。図3は使用状態における本実施例の概念
構成図である。図中、Bは本実施例の三次元立体図形の
形成装置、1は巻付けたプラスチックワイヤーβを繰り
出す供給ボビン、2は供給ボビン1から繰り出されたプ
ラスチックワイヤーβを挿通しCAD等に表示された図
形の輪郭通りに倣動する漏斗形ノズルである。
【0018】3は当該ノズル2の直後に追従し、ノズル
2から描出繰り出されたプラスチックワイヤーβを円弧
面3a中央全長に凹設延在したガイド溝4に係合して所
要の三次元構積位置にセットする半円弧形抑え治具、9
は当該抑え治具3に追従して近傍に配置し抑え治具3で
セットされた新たなプラスチックワイヤーβと下から積
上げ構成済みのワイヤー積層体10上端間の境界面に瞬
間接着剤液11を噴射する接着剤吹付けノズルである。
なお、本実施例ではプラスチックワイヤーβを用いるが
メタルワイヤーαでも実現可能である。
【0019】(方法例2)第2装置例Bに使用した本発
明法の第2施工例を図3を参照して説明する。銅線の代
わりにナイロンによるプラスチックワイヤーβを使用し
て造形を試みた。この場合にはスポットウェルドの方法
が使用できないので、抑え治具3のそばに設置した接着
剤吹き付けノズル9から瞬間接着剤液11を接触部分に
吹き付ける方法で所定の位置に接着した。プラスチック
ワイヤーβ界面に付着した瞬間接着剤11は表面張力の
関係から接着界面に入り込むので、効果的に接着でき、
この結果として強固な構造を有する三次元ワイヤー積層
体10が形成できる。この方法を用いて円柱形ワイヤー
積層体10が形成できた。
【0020】(方法例3)第2施工例で述べたナイロン
によるプラスチックワイヤーβの三次元ワイヤー積層体
10形成において、色付けしたナイロンを用意し、ま
た、抑え治具3の近傍にカッター(図示せず)を付属さ
せて所望の繰り出し量となった時点でカットすることを
試みた。この方法においては使用するプラスチックワイ
ヤーβの色調を色々変化させることが可能になる。例え
ば七色のプラスチックワイヤーβを用意し、順次これを
重ねることによって虹色の円柱が作製できた。
【0021】要するに、前記第1乃至第3施工例は、C
AD等に表示された図形の輪郭通りに倣ってノズル2か
らメタルワイヤーαあるいはプラスチックワイヤーβを
順次描出繰り出し、これを所要の三次元構積位置に抑え
治具3により設定した後、当該設定部位を溶接電源5や
接着剤吹き付けノズル9を用いて点溶接や接着剤等によ
り適宜積着して下からワイヤー積層体6,10等を積上
げ構成してこの操作を繰り返すことによって表示された
図形の物体を造形することとなる。
【0022】
【発明の効果】かくして、本発明は、従来の光硬化樹脂
を用いた透明物体だけの形成ではなく、実感に即した物
体形成であり、この方法によって加工法および材料の選
択の幅が拡大する等優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の第1実施例を示す要部拡大斜面図
である。
【図2】同上、使用状態様における概念構成図である。
【図3】本発明装置の第2実施例の使用状態における概
念構成図である。
【符号の説明】
A,B…三次元図形の形成装置 α…メタルワイヤー β…プラスチックワイヤー 1…供給ボビン 2…ノズル 3…抑え治具 3a…円弧面 4…ガイド溝 5…溶接電源 6,10…ワイヤー積層体 7,8…導線 9…接着剤吹き付けノズル 11…瞬間接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 11/00 B21F 45/00 B29C 65/52

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表示された図形の輪郭通りに倣ってメタル
    ワイヤーあるいはプラスチックワイヤーを順次描出繰り
    出し、これを所要の三次元構積位置に設定した後、当該
    設定部位を点溶接や接着剤等により適宜積着して下から
    ワイヤー積層体を積上げ構成して行き、この操作を繰り
    返すことによって前記表示された図形の物体を造形する
    ことを特徴とする三次元立体図形の形成方法
  2. 【請求項2】表示された図形の輪郭通りに倣動しつつメ
    タルワイヤーを順次描出繰り出すノズルと、このノズル
    の直後に追従動し繰り出されたメタルワイヤーを所要の
    三次元構積位置にセットする抑え治具と、当該抑え治具
    と下から積上げ構成済みのワイヤー積層体との間に電圧
    を印加して前記セット部を点溶接する溶接電源とからな
    ることを特徴とする三次元立体図形の形成装置
  3. 【請求項3】表示された図形の輪郭通りに倣動しつつメ
    タルワイヤーあるいはプラスチックワイヤーを順次描出
    繰り出すノズルと、このノズルの直後に追従動し繰り出
    された前記メタルワイヤー又はプラスチックワイヤーを
    所要の三次元構積位置にセットとする抑え治具と、当該
    抑え治具の近傍に追従動し前記セット部に瞬間接着剤を
    吹き付ける接着剤吹き付けノズルとからなることを特徴
    とする三次元立体図形の形成装置
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