WO2011161761A1 - 立体造形体の製造方法、その製造キット、及びその成形型 - Google Patents

立体造形体の製造方法、その製造キット、及びその成形型 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a technique for manufacturing a three-dimensional structure formed from a leather sheet.
  • a desired three-dimensional model is formed by humidifying and softening natural leather and plastically deforming it.
  • Such three-dimensional modeling is realized by sandwiching and pressing a leather sheet between a pair of molds having mutually inverted shapes (for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a manufacturing technique of a three-dimensional modeled body that can use a leather sheet as a material and can correspond to an inexpensive and complicated shape.
  • the manufacturing method of the three-dimensional structure of the present invention includes a step of supporting the opposite side of the transfer surface of the master mold, a step of immersing the transfer surface in a fluid and solidifying the fluid, and the solidified fluid from the solidified fluid. Removing the master mold to form a modeling space having a reversal shape of the transfer surface, and fitting the master mold into the modeling space with a leather sheet having extensibility sandwiched between the leather and following the shape of the transfer surface And a step of making the sheet into a three-dimensional model.
  • (A)-(D) are process drawings which show 1st Embodiment of the manufacturing method of the three-dimensional molded item which concerns on this invention.
  • (E)-(I) are process drawings which show 1st Embodiment of the manufacturing method of the three-dimensional molded object which concerns on this invention.
  • (J)-(M) is process drawing which shows 1st Embodiment of the manufacturing method of the three-dimensional molded item which concerns on this invention.
  • (A)-(C) are process drawings which show 2nd Embodiment of the manufacturing method of the three-dimensional molded object which concerns on this invention.
  • the opposite side 12 of the transfer surface 11 of the master mold 10 is supported.
  • clay 15 filled in the bottom surface of the container 14 that accommodates the master mold 10 is employed as a support for the opposite side 12. Then, a fluid 13 that immerses the transfer surface 11 is filled from above the container 14.
  • the master mold 10 a skull figure with a deep three-dimensional sculpture and a large drawing ratio was adopted.
  • the other part opposite side 12
  • the clay 15 so that the part that finally becomes the three-dimensional model 18 (see FIG. 3M) becomes the transfer surface 11.
  • the silicone fluid 13 is injected so that no air gaps remain on the transfer surface 11 of the set master mold 10.
  • the silicone used is specifically CR-104 high performance seamless silicone manufactured by Glass Coat Company.
  • a mold release is applied to the transfer surface 11, the clay 15, and the surface of the container 14 of the master mold 10 in order to ensure the mold release property in the subsequent process. Is desirable.
  • the transfer surface 11 when the transfer surface 11 is immersed in the fluid 13 and then left for a predetermined time, the fluid 13 is solidified to become a silicone gel having rubber elasticity.
  • the fluid 13 that has solidified even if it is removed by destroying the container 14 or the like becomes a modeling die 16 that maintains its shape, as shown in FIG.
  • the clay 15 is removed, as shown in FIG. 1D, and as shown in FIG. 2E, the master mold 10 is removed from the solidified fluid (modeling mold 16), and the transfer surface 11 is inverted. A modeling space V is formed.
  • the master mold 10 is fitted in the modeling space V with the sheet 17 having extensibility interposed therebetween, and the sheet 17 is made into a three-dimensional model 18 following the shape of the transfer surface 11. (FIG. 2 (G)).
  • the sheet 17 is assumed to be a natural leather sheet 17.
  • Natural leather is softened by humidification or wetting, and has sufficient extensibility to be drawn. This utilizes the fact that collagen, which is a component of natural leather, swells when it contains water and plastically deforms easily when force is applied in this swollen state.
  • the material that softens the natural leather sheet 17 is generally water, but it may be rubbed or a predetermined softening agent may be used. In the process of FIG. 2F, the sheet 17 may be manually extended in advance according to the shape of the modeling space V.
  • the natural leather is used after the tanning process, but it is also possible to use the natural leather before the tanning process.
  • the thickness of these sheets 17 depends on the shape of the modeling space V, it can correspond in the range of about 0.1 to 3 mm, but in order to accurately reproduce the uneven pattern on the transfer surface 11. A range of 0.1 to 0.15 is desirable. For this reason, the process of adjusting the thickness of the sheet
  • the sheet 17 changes from the swollen state to the dry state, and the unevenness of the transfer surface 11 and the modeling space V of the master mold 10 is precisely reproduced on the sheet 17 as it is.
  • the form of the molecular chain of collagen that constitutes natural leather easily deforms when stress is applied in the swollen state, and maintains the deformed state when dried as it is. It has the property of trying to return to the form. For this reason, there is a concern that the three-dimensional structure 18 that is deep-drawn from the sheet 17 may lose its shape as time passes.
  • the sheet 17 is impregnated with a polymer aqueous solution as a shape stabilizer before being set in the shaping die 16. Or you may throw this shape stabilizer into the contact surface 19 in the three-dimensional model
  • shape stabilizers examples include water-soluble polyurethane resins, water-soluble acrylic resins, natural rubber latex, and synthetic rubber latex.
  • the atmosphere may be adjusted to high temperature and low humidity in order to make the three-dimensional model 18 in a wet state dry in a short time. Then, the master mold 10 is removed from the modeling mold 16 when the three-dimensional model 18 is in a dry state.
  • a reinforcing agent 20 is introduced into the contact surface 19 of the master mold in the three-dimensional model 18. Then, as shown in FIG. 2 (I), the master 20 is fitted into the modeling space V, and the supplied reinforcing agent 20 is stretched to the contact surface 19 and solidified (FIG. 3 (J)).
  • the role of the reinforcing agent 20 is to improve the mechanical strength of the three-dimensional structure 18 having a hollow inside.
  • a silicone having a high strength after curing is suitable as the reinforcing agent 20, but other general ultraviolet curable resins, thermoplastic resins, and thermosetting resins can be used.
  • the reinforcing agent 20 When an ultraviolet curable resin is used as the reinforcing agent 20, as shown in FIG. 3 (K), after removing the master mold 10, the reinforcing agent 20 uniformly applied to the contact surface 19 is irradiated with UV, The reinforcing agent 20 is solidified.
  • the reinforcing agent 20 When a thermoplastic resin is used as the reinforcing agent 20, the reinforcing agent 20 is charged as shown in FIG. 3 (H) in a heat-softened state and sufficiently cooled to room temperature in the state shown in FIG. 3 (J). After solidifying, the master mold 10 is removed (FIG. 3K).
  • thermosetting resin when used as the reinforcing agent 20, it is conceivable to apply a two-pack type in which a main agent and a curing agent are mixed. That is, the mixed two liquids are added as a reinforcing agent 20 as shown in FIG. 2 (H), left in the state of FIG. 3 (J) and solidified sufficiently, and then the master mold 10 is removed (FIG. 3 ( K)).
  • a plurality of three-dimensionally shaped bodies 18 can be repeatedly manufactured from one modeling die 16.
  • the container 14 has a structure in which a side 14a filled with the clay 15 and a side 14b filled with the fluid 13 are divided.
  • the step of supporting the master mold 10 on the clay 15 is performed except for the side 14b filled with the fluid, so that the working efficiency is improved.
  • the side 14a filled with the clay 15 and the side 14b filled with the fluid 13 are mutually connected. If twisted, the two steps can be performed almost simultaneously.
  • the molding die 16 is configured such that its peripheral edge is surrounded by a side 14b filled with fluid. For this reason, in the process of fitting the master mold 10 into the modeling space V with the sheet 17 interposed therebetween as shown in FIG. 2 (F), the modeling mold 16 does not bulge outward. Accordingly, the shape of the modeling space V maintains the inverted shape of the transfer surface 11 of the master mold 10, and the three-dimensional model 18 having excellent reproducibility is formed.
  • the master mold can be arbitrarily selected by the operator, and the manufacturing kit is filled with the sheet 17, the container 14 (14 a, 14 b) containing the master mold, and the bottom surface of the container 14. It is comprised so that the clay 15 which supports the other side of a transfer surface, and the fluid 13 which is filled from the upper part of the container 14 and immerses a transfer surface may be included.
  • this embodiment is configured as a molding die required for mass production of the three-dimensional model 18 (FIG. 3 (M)).
  • this mold is composed of a master mold 10 having a transfer surface 11 and a modeling mold 16 having a modeling space V that is inverted from the transfer surface 11.
  • the master mold 10 is fitted into the modeling space V across the sheet 17 having extensibility, and the sheet 17 is made into a three-dimensional model 18 following the shape of the transfer surface 11.
  • the member that supports the opposite side 12 of the master mold 10 is not limited to the clay 15 as shown in the embodiment.
  • Such a member can be appropriately employed as long as it supports the master mold 10 so as not to move and to form a flat liquid surface of the fluid 13 at the periphery of the transfer surface 11.
  • the fluid 13 is not limited to being filled from above.
  • the orientation of the master mold 10 in FIG. 1A may be reversed, and the master mold 10 may be immersed in the liquid reservoir of the fluid 13 so that the transfer surface 11 faces downward.

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Abstract

皮革シートを材料とし、安価でかつ複雑な形状に対応することができる、立体造形体の製造技術を提供する。転写面１１を有するマスター型１０と、この転写面１１とは反転形状の造形空間Ｖを有する造形型１６と、から構成され、伸展性を有する皮革シート１７を挟んでマスター型１０を造形空間Ｖに嵌め込んで転写面１１の形状に倣って皮革シート１７を立体造形体１８にする。

Description

立体造形体の製造方法、その製造キット、及びその成形型
　本発明は、皮革シートから成形される立体造形体の製造技術に関する。
　天然皮革を加湿して軟化させ塑性変形させることにより、所望の立体造形体を成形することが行われている。そのような立体造形は、皮革シートを、互いに反転形状を有する一対の金型に挟んでプレスすることにより実現される（例えば、特許文献１）。
特開平０７－１３８６００号公報
　ところで、そのような皮革シートを立体造形体にする技術は、玩具・衣類・履物・装飾品・スポーツ用品関連等といった種々の産業に広く応用されており、多品種生産が主流となっている。
　また、皮革シートをプレスするための金型は、そのような立体造形体毎に作製される必要があった。さらに、アンダーカットを有する複雑形状への対応が困難であった。
　このために、金型プレスにより皮革シートを立体造形体にする場合、製造原価の高さと、対応できる立体形状が制限されることが課題として存在した。
　本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、皮革シートを材料とし、安価でかつ複雑な形状に対応することができる、立体造形体の製造技術を提供することを目的とする。
　本発明の立体造形体の製造方法は、マスター型の転写面の反対側を支持する工程と、流動体に前記転写面を浸漬させこの流動体を固化させる工程と、前記固化した流動体から前記マスター型を取り外し前記転写面の反転形状を有する造形空間を形成する工程と、伸展性を有する皮革シートを挟んで前記マスター型を前記造形空間に嵌め込んで前記転写面の形状に倣って前記皮革シートを立体造形体にする工程と、を含むことを特徴とする。
（Ａ）～（Ｄ）は、本発明に係る立体造形体の製造方法の第１実施形態を示す工程図。 （Ｅ）～（Ｉ）は、本発明に係る立体造形体の製造方法の第１実施形態を示す工程図。 （Ｊ）～（Ｍ）は、本発明に係る立体造形体の製造方法の第１実施形態を示す工程図。 （Ａ）～（Ｃ）は、本発明に係る立体造形体の製造方法の第２実施形態を示す工程図。
（第１実施形態）
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
　図１（Ａ）に示すように、マスター型１０の転写面１１の反対側１２を支持する。
　具体的に、この反対側１２を支持するものとして、マスター型１０を収容する容器１４の底面に充填された粘土１５を採用している。そして、転写面１１を浸漬させる流動体１３が容器１４の上部から充填される。
　また、マスター型１０としては、立体的な彫が深く絞り比の大きい頭蓋骨の置物を採用した。このマスター型１０は、最終的に立体造形体１８（図３（Ｍ）参照）となる部分が、転写面１１となるように、その他の部分（反対側１２）が粘土１５中に埋設されるようにセットされる。
　このように、セットされたマスター型１０の転写面１１に、空気の隙間が残らないように、シリコーンの流動体１３を注入する。用いたシリコーンは、具体的には、グラスコートカンパニー社のＣＲ－１０４高性能シームレスシリコーンである。
　なお、この流動体１３を注入する前に、その後の工程における離型性を確保するために、マスター型１０の転写面１１、粘土１５及び容器１４の表面に、離型を塗布しておくことが望ましい。
　図１（Ｂ）に示すように、流動体１３に転写面１１を浸漬させた後、所定時間だけ放置するとこの流動体１３は、固化してゴム弾性を有するシリコーンゲルとなる。
　よって、容器１４を破壊する等して取り除いても固化した流動体１３は、図１（Ｃ）に示すように、その形状を維持した造形型１６となる。
　この状態から粘土１５を取り除き図１（Ｄ）に示すようにし、さらに図２（Ｅ）に示すように、固化した流動体（造形型１６）からマスター型１０を取り外し、転写面１１の反転形状を有する造形空間Ｖを形成する。
　次に、図２（Ｆ）に示すように、伸展性を有するシート１７を挟んでマスター型１０を造形空間Ｖに嵌め込んで転写面１１の形状に倣ってシート１７を立体造形体１８にする（図２（Ｇ））。
　本実施形態において、シート１７は、天然皮革のシート１７を想定している。
　天然皮革は、加湿又は濡らすことにより軟化して、絞り加工をするのに充分な伸展性を備えることになる。これは、天然皮革の成分であるコラーゲンが水を含むことにより膨潤し、この膨潤状態で力を付与すると容易に塑性変形することを利用している。
　この天然皮革のシート１７を軟化させるものは、一般的には水であるが、もみこみを行ったり、所定の軟化剤を用いたりしてもよい。なお、図２（Ｆ）の工程において、造形空間Ｖの形に合わせてシート１７を、予め手作業により伸展させておくとよい。
　なお、この天然皮革は、実施形態では、なめし工程を経た後のものを利用することを想定しているが、なめし工程を経る前のものを利用することもできる。
　これらのシート１７の厚さは、造形空間Ｖの形にもよるが、約０．１～３ｍｍ程度の範囲で対応させることができるが、転写面１１の凹凸模様を正確に再現するためには０．１～０．１５の範囲であることが望ましい。このために、必要に応じて、シート１７の厚さを調整する工程を経る場合もある。
　次に、マスター型１０が、膨潤状態にある天然皮革のシート１７を挟んで造形空間Ｖに嵌め込まれた状態をしばらく放置して乾燥させる（図２（Ｇ））。なおこのとき、マスター型１０に対し、押付力ｆを造形型１６の方向に付与しておくとよい。
　これにより、シート１７が膨潤状態から乾燥状態に変化して、マスター型１０の転写面１１及び造形空間Ｖの凹凸が、そのままシート１７に精巧に再現される。
　ところで、天然皮革を構成するコラーゲンの分子鎖の形態は、膨潤状態で応力が付与されると容易に変形し、そのまま乾燥するとその変形状態を維持するが、応力を取り除いて加湿状態にさらすと元の形態に戻ろうとする性質を有している。このために、シート１７から深絞り成形された立体造形体１８は、そのままでは時間経過とともに型崩れを起こすことが懸念される。
　そこで、形成された立体造形体１８の形状安定性を向上させることが求められる。そのために、造形型１６にセットする前に、高分子の水溶液を形状安定剤としてシート１７に含浸させることが行われる。もしくは、この形状安定剤を、後述する補強剤２０（図２（Ｈ））として、立体造形体１８における当接面１９に投入してもよい。
　そのような形状安定剤としては、水溶性ポリウレタン樹脂、水溶性アクリル樹脂、天然ゴムラテックス、合成ゴムラテックス等が挙げられる。
　また、図２（Ｇ）の状態において、湿潤状態にある立体造形体１８を短時間で乾燥状態にするために、その雰囲気を高温低湿に調整するとよい。そして、立体造形体１８が乾燥状態になったところで造形型１６からマスター型１０を取り外す。
　次に、図２（Ｈ）に示すように、立体造形体１８におけるマスター型の当接面１９に対し補強剤２０を投入する。そして図２（Ｉ）に示すように、マスター型１０を造形空間Ｖに嵌め込んで投入された補強剤２０を当接面１９に伸ばし固化させる（図３（Ｊ））。
　なお、図３（Ｋ）に示す、マスター型１０を取り外すときの離型性を良くするために、マスター型１０の転写面１１には、予め離型剤を塗布しておく必要がある。
　ここで、補強剤２０の役割は、内部が空洞体である立体造形体１８の機械的強度を向上させるものである。
　ここで、補強剤２０として好適なのは、硬化後の強度の大きなシリコーンであるが、その他に一般的な紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができる。
　補強剤２０として紫外線硬化樹脂を用いる場合は、図３（Ｋ）に示すように、マスター型１０を取り外してから、当接面１９に一様に塗布された補強剤２０にＵＶ照射を行い、補強剤２０を固化させる。
　また補強剤２０として熱可塑性樹脂を用いる場合は、加熱軟化させた状態で図３（Ｈ）に示すように補強剤２０を投入し、図３（Ｊ）の状態で充分に常温まで冷却して固化させてから、マスター型１０を取り外す（図３（Ｋ））。
　また補強剤２０として熱硬化性樹脂を用いる場合は、主剤と硬化剤とを混合させる二液型のものを適用することが考えられる。つまり、混合させた二液を補強剤２０として図２（Ｈ）に示すように投入し、図３（Ｊ）の状態で放置したのち充分に固化したところで、マスター型１０を取り外す（図３（Ｋ））。
　しかる後、図３（Ｌ）に示すように、造形型１６から立体造形体１８を取り外せば、図３（Ｍ）に示されるように、マスター型として用いた頭蓋骨の顔側半分を表した立体造形体１８が得られる。
　そして、再び図２（Ｆ）の工程に戻ることにより、一つの造形型１６から複数の立体造形体１８を繰り返し製造することができる。
（第２実施形態）
　次に図４を参照して本発明における第２実施形態について説明する。なお、図４において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、すでにした記載を援用して、詳細な説明を省略する。また、第２実施形態における図４（Ｃ）の後に続く工程は、第１実施形態における図２（Ｆ）以降の工程と同じであるので記載を省略する。
　第２実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、容器１４は、粘土１５が充填される側１４ａと、流動体１３が充填される側１４ｂとが分割する構造を有している。
　そして、図４（Ｃ）に示すように、マスター型１０を取り外すときは、容器１４（１４ａ，１４ｂ）を分割して行う。
　これにより、図４（Ａ）に示すように、マスター型１０を粘土１５に支持させる工程が、流動体の充填される側１４ｂを除いて行なわれるので、作業効率が向上する。さらに、図４（Ｃ）に示すように、粘土１５を取り外す工程とマスター型１０を取り外す工程とにおいては、粘土１５が充填される側１４ａと、流動体１３が充填される側１４ｂとを互いにねじるようにすれば、二つの工程をほぼ同時に行うことができる。
　さらに、図４（Ｃ）で取り除かれた粘土１５が充填される側１４ａを用いて、すぐに図４（Ａ）に示す工程を行うことができる。
　一方、造形型１６は、その周縁が、流動体の充填される側１４ｂに囲まれて構成される。このために、図２（Ｆ）に示される、シート１７を挟んでマスター型１０を造形空間Ｖに嵌め込む工程において、造形型１６が外側に膨らむことがない。よって、造形空間Ｖの形状が、マスター型１０の転写面１１の反転形状を維持し、再現性に優れた立体造形体１８が成形される。
（第３実施形態）
　本発明の第３実施形態に係る立体造形体の製造キットについて説明する。
　本実施形態では、趣味工作用として立体造形体１８（図３（Ｍ））を製造するためのキットとして構成される。
　つまり、マスター型は、工作者が任意に選択できるものとして、製造キットは、シート１７と、このマスター型を収容する容器１４（１４ａ，１４ｂ）と、容器１４の底面に充填されてマスター型の転写面の反対側を支持する粘土１５と、容器１４の上部から充填されて転写面を浸漬させる流動体１３と、を含むように構成される。
（第４実施形態）
　本発明の第４実施形態に係る立体造形体の成形型について説明する。
　本実施形態では、立体造形体１８（図３（Ｍ））を量産するために必要となる成形型として構成される。
　つまり、この成形型は、転写面１１を有するマスター型１０と、この転写面１１とは反転形状の造形空間Ｖを有する造形型１６と、から構成される。
　そして、伸展性を有するシート１７を挟んでマスター型１０を造形空間Ｖに嵌め込んで転写面１１の形状に倣ってシート１７を立体造形体１８にする。
　本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
　例えば、マスター型１０の反対側１２を支持する部材としては、実施形態に示されるような粘土１５に限定されるものではない。そのような部材は、マスター型１０を動かないようにかつ、転写面１１の周縁において流動体１３のフラットな液面を形成するように、支持するものであれば適宜採用することができる。
　また、流動体１３も上部から充填されることに限定されるものではない。例えば、図１（Ａ）におけるマスター型１０の天地方向の向きを逆にして、転写面１１が下を向くように、流動体１３の液溜の中に浸漬させるようにしてもよい。
　１０…マスター型、１１…転写面、１２…反対側、１３…流動体、１４…容器、１４ａ…粘土が充填される側、１４ｂ…流動体が充填される側、１５…粘土、１６…造形型、１７…シート、１８…立体造形体、１９…当接面、２０…補強剤、Ｖ…造形空間。

Claims (7)

  1. 　マスター型の転写面の反対側を支持する工程と、
    　流動体に前記転写面を浸漬させこの流動体を固化させる工程と、
    　前記固化した流動体から前記マスター型を取り外し前記転写面の反転形状を有する造形空間を形成する工程と、
    　伸展性を有する皮革シートを挟んで前記マスター型を前記造形空間に嵌め込んで前記転写面の形状に倣って前記皮革シートを立体造形体にする工程と、を含むことを特徴とする立体造形体の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の立体造形体の製造方法において、
    　前記マスター型の転写面の反対側を支持するものは、前記マスター型を収容する容器の底面に充填された粘土であって、
    　前記転写面を浸漬させる前記流動体は前記容器の上部から充填されるものであることを特徴とする立体造形体の製造方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の立体造形体の製造方法において、
    　前記立体造形体における前記マスター型の当接面に対し補強剤を投入する工程と、
    　前記マスター型を前記造形空間に嵌め込んで前記投入された補強剤を前記当接面に伸ばし固化させる工程と、を含むことを特徴とする立体造形体の製造方法。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立体造形体の製造方法において、
    　前記流動体又は前記補強剤の固化したものはシリコーンゲルであることを特徴とする立体造形体の製造方法。
  5. 　請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の立体造形体の製造方法において、
    　前記容器は、前記粘土が充填される側と、前記流動体が充填される側とが分割する構造を有し、
    　前記マスター型を取り外すときは、前記容器を分割して実行することを特徴とする立体造形体の製造方法。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の立体造形体の製造方法を実行する立体造形体の製造キットにおいて、
    　前記皮革シートと、前記マスター型を収容する容器と、前記容器の底面に充填されて前記マスター型の転写面の反対側を支持する粘土と、前記容器の上部から充填されて前記転写面を浸漬させる前記流動体と、を含むことを特徴とする立体造形体の製造キット。
  7. 　転写面を有するマスター型と、この転写面とは反転形状の造形空間を有する造形型と、から構成される立体造形体の成形型であって、
    　伸展性を有する皮革シートを挟んで前記マスター型を前記造形空間に嵌め込んで前記転写面の形状に倣って前記皮革シートを立体造形体にすることを特徴とする立体造形体の成形型。
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