製造三維物體的金屬塑像的方法
2023-04-27 23:00:06 4
專利名稱：製造三維物體的金屬塑像的方法
技術領域：
本發明涉及製造金屬的塑像的方法，更具體的涉及三維物體的稀有金屬(諸如金)的塑像。
根據本發明，其提供一種製造三維物體的金屬塑像的方法，包含如下步驟(a)用掃描裝置掃描所述物體，以獲得所述物體的曲線及形狀的數據；(b)將所述數據輸入計算機；(c)根據所述輸入計算機的數據，通過由計算機控制的雕刻機器提供物體的環氧樹脂原型；(d)在環氧樹脂原型的基礎上提供矽橡膠模型部件；(e)在矽橡膠模型件的基礎上提供蠟原型；(f)將金屬鑄到蠟原形上；及(g)取出蠟，其特徵在於在掃描期間，所述掃描裝置圍繞所述物體旋轉以掃描物體的曲線及形狀。
下面將參考相應的附圖及實例對本發明進行描述。
圖1為用在掃描程序中的平臺的側視圖；圖2為掃描儀工作原理的示意圖；及圖3為用在噴砂程序中的噴砂機的示意圖。
用Cyberware Inc公司生產型號為3030的數字機系統進行物體的掃描，獲得並存儲相關的數據，並隨後控制數據，用於最後生產塑像。此中的系統包含掃描儀，名為「ECHO」的軟體，及名為「CySurf」的軟體。如圖1中所示，通常用標號100表示掃描系統的工作平臺，其包含放置在固體地面104上的基座102。通過基座上的軸相連的是升降臺108。被掃描的物體(例如人)可設置在平臺108上進行掃描。旋轉臂110水平與軸106相連。豎直臂112與旋轉臂110的外端固定。在豎直臂112的上部固定有固定平臺114，且平臺114與掃描儀116(以點劃線示出)絞合。掃描儀116與包含軟體「ECHO」的計算機(未示出)連接，該計算機用於存儲及控制來自掃描儀116數據。
圖2示出掃描儀116的工作原理。雷射管202產生雷射束，其射向要被掃描的物體203。從物體203反射的雷射在光源兩側等角度的兩個可視點被接收。分束器(即單向鏡204)重疊兩個圖象，從而如果一側被遮住，則另一側通常將包含所需的數據。在掃描儀116內設置多個反光鏡206，以將光導引到適宜的方向。具體地說，反射的雷射最終是被攝像透鏡及電荷-耦合裝置208所接收。
在掃描過程中，旋轉臂110及在其上的豎直臂112和掃描儀116圍繞軸L-L旋轉，軸L-L與軸106的縱軸相一致，而平臺108保持靜止。旋轉臂110圍繞升降臺108以恆定的速度旋轉。伺服電機最適宜用於此目的。通常的，整個的旋轉過程需要25秒種。
在掃描過程的每一點，豎直沿著反射線獲取一組(通常為512)標樣數據，並被作為來自參考面的點的「範圍」進行存儲。此種數據代表物體203的曲線及形狀。當掃描儀116相對物體203旋轉時，形成機器可讀形式的此種抽樣數據的重複數據組(通常在200到1000之間)，並被輸入到計算機中，作為範圍值的坐標進行存儲。
該系統可保證補償物體203的表面亮度。掃描儀116的精度可掃描物體203的非常細的細節，例如人的頭髮及皺紋，另外還可調節掃描儀的靈敏度，以便改變掃描儀116可識別的光強的閾值。
在前述的的系統的計算機中提供ECHO計算機軟體，用於控制掃描儀116的掃描功能。掃描儀116與計算機相連，計算機支持掃描儀產生的大容量高解析度的數據。另外，可用多種的方式控制此類數據組或圖象，然後以可視及實體的形式進行再現。能夠以線框及陰影形式在圖象工作站的圖象顯示裝置(即可視顯示部分)上顯示數據組，尤其是被掃描物體的可視三維圖象。可在用計算機控制的加工機器上使用多種材料加工圖象的實物複製品。此功能被用來製造塑像。
CySurf數據轉換電腦程式同樣用於讀取來自ECHO計算機軟體中的數據，顏色掃描，及產生相應的顏色和曲折結構圖形。特別是，通過此軟體對圖象進行有效的控制，以便修正圖象。通過滑鼠或鍵盤輸入各種的命令，用於分析和控制圖象。這些操作包含掃描，裁剪及平整圖象。此類的功能可被用於調節反應在最終的塑像中的在圖象中所示的諸如人的笑容或髮型。獲得的數據同樣通過CySurf計算機軟體轉換為適合用於下面描述的立體刻板裝置(SLA)的控制及操作的格式。
根據存儲在上述的掃描系統的計算機中的數據，正如在監視器上所看到的，立體刻板裝置(SLA)被用於雕刻環氧樹脂原型。環氧樹脂是可被此種的機器使用的材料。可由進口的型號為500的3D Systems作為適宜的SLA，其由進口的名為MaestroTM的3DSystems計算機軟體控制。
立體刻板是三維的印刷工藝，其製造實物塑料模型。在掃描過程中獲得的數據被轉換為由MaestroTM軟體及SLA工作站使用的二維刻面圖象或曲折圖象。然後將此類數據分割成非常薄的截面。然後將所獲得的片截面變換為用在SLA工作站的文件。產生小的集中紫外能量的雷射被計算機控制的光學掃描系統位移通過含有液體環氧樹脂的容器的頂部。具體地說，從上述掃描過程獲得並由ECHO和CySurf計算機軟體控制的數據被SLA使用用於控制在樹脂表面上導引雷射束的偏轉鏡。當雷射束與液體環氧樹脂接觸時，其將環氧樹脂從液態轉換為固態。
在一層完成時，升降機將該新形成的層浸入容器中，然後將其釋放到用於下一層的正確高度。用刷鏟將頂部的液體樹脂整平到合適的厚度。將此過程一直進行到拉出最後的一層為止。然後取出所獲得的環氧樹脂原型，用高強度的紫外能量清洗及照射以便完成聚合過程。
然後在環氧樹脂原型的基礎上生產一對矽膠模-對。這些模對的每一個都具有凹陷的表面。當凹陷的模-對表面接觸且彼此對齊時，它們結合形成與環氧樹脂原型一致或基本一致的整體模腔。然後將蠟填充或注入到由矽膠模-對構成的模腔中。在乾燥蠟的同時，取出矽膠模對，從而可獲得蠟的原型。然後用拋光裝置拋光蠟原型。再人工對蠟原型進行細微的調整。
在完成蠟原型後，將銀漿塗到其外表面上，然後將銅層電鍍到原型上。此過程大約需要5小時。然後用硫酸及蒸餾水清洗蠟原型。接著用蒸餾水清洗並去除所餘的酸性物質。
接著將蠟原型插入電-成型機的箱內進行大約20小時的電鑄，以將金沉積到原型的表面上。此類的機器可使用由Sansha Electric Mfg.Co，Ltd(日本)生產的名為SanRex DCAUTO(商標)的機器。包含在箱內的化學物質包含金氰化物，鉀的氰化物，亮化劑，電鍍液及蒸餾水。亮化劑可使用由ChartermateInternational Limited生產的名為「ELCONEL 100-24K」的亮化劑，電鍍液可使用由Chemie生產的商標為「ELIX」的電鑄液。在電鑄過程中，金的氰化物被轉化為金，用於隨後鑄到蠟原型上。化學物質的量必須足夠用於整個的電-塗過程。因此，必須預先確定和計算用於整個電鑄過程的化學物質量。技術人員必須至少每一小時觀察一次電-塗過程，以確保該過程正常進行。
在電鑄過程後，通過鑽孔在所形成塑像的底部形成一個孔。然後在水中加熱整個塑像，用於溶解一些蠟，蠟從塑像的底孔被排掉。接著在蠟去除劑的溶液中處理塑像(例如三氯乙烯)，以去除所餘的蠟。然後用水清洗塑像用於去除三氯乙烯。接著在鹽酸和水中加熱塑像以去除所餘的三氯乙烯。接著在硝酸及水中加熱塑像，以去除銅。在去除銅後，用水清洗塑像。將塑像放置在熱水槽中15分鐘，以去除硝酸。然後用加熱的硝酸和水清洗塑像。接著用蒸餾水清洗塑像。然後將塑像放置到溫度為500度的爐中20分鐘。用拋光機拋光塑像，再通過技術人員對塑像進行人工的細小調整。
用噴砂裝置對塑像進行噴砂，以保證其外觀良好。噴砂裝置可使用由Vapormatt Limited生產的名為「VAPORMATE MK.2」的機器。如圖3中所示，用300表示的噴砂機包含帶有底座304的機體302，及兩個手套308可伸入其中的噴砂室306。操作者的手(未示出)可穿過手套308的孔310，以便操縱室306內的物體(未示出)，並控制噴嘴312。室306是封閉的，例如為了保護的目的通過窗口314是可樞軸旋轉的。窗口314是透明的，因此保證操作者觀察並控制室306中的噴砂過程。
在噴嘴312的前端提供開口316。噴嘴312的後端固定一個供氣管318及一個研料供給管320，它們分別向噴嘴312提供空氣及研料。因此研料流可通過噴嘴312從其開口316輸送到外面用於噴砂過程。操作者可用一個手套308抓住要被噴砂的塑像(如果其足夠輕的話)，並用另一隻手套308抓住噴嘴312，將研料從噴嘴312導引射到塑像的表面。較重的塑像可放置在室306中的支架上，直接將研料流噴到塑像上。
噴嘴工作的壓力通常在20到80psi的範圍內。塑像的表面完工依賴於如下的因素(i)噴嘴312工作的壓力；(ii)使用的研料的類型；及(iii)噴嘴相對塑像放置的距離和角度。噴嘴312與塑像間的正常距離的範圍為50到150mm。
然後在火中加熱塑像，直到其變得紅熱。此後，在鹽酸的容器中進行清洗，用蒸餾水清洗以去除剩餘的鹽酸。然後將塑像浸入熱水及肥皂或洗滌劑的容器中，隨後用蒸餾水清洗。對於最後的拋光，可使用瑪瑙或鋼磨壓要被拋光的區域。此過程後，再用熱水清洗塑像，並接著用噴砂流清洗。然後將塑像放置在爐中在大約300度的溫度下進行烘乾。
需明確的是，上面僅描述了本發明所實施的實例，因此對本發明所作的各種的變化及修改都不會脫離本發明的實質和範圍。
權利要求
1.一種形成三維物體的金屬塑像的方法，包含如下步驟(a)用掃描裝置掃描所述物體，以獲得所述物體的曲線及形狀的數據；(b)將所述數據輸入計算機；(c)根據所述輸入計算機的數據，通過由計算機控制的雕刻機器提供物體的環氧樹脂原型；(d)在環氧樹脂原型的基礎上提供矽橡膠模型部；(e)在矽橡膠模型件的基礎上提供蠟原型；(f)將金屬鑄到蠟原型上；及(g)去除蠟；其特徵在於在掃描期間，所述掃描裝置圍繞所述物體旋轉以掃描物體的曲線及形狀。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包含在蠟原型的表面上提供銀塗層的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於還包含將銅電鍍到銀塗層上的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於大約用5小時將銅電鍍到銀塗層上。
5.根據前面權利要求中的任何一個所述的方法，其特徵在於所述金屬被電鑄到電鍍到蠟原型上的銅上。
6.根據前面所述權利要求中任何一個所述的方法，其特徵在於所述金屬為金。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於用包含金氰化物，鉀的氰化物，電鑄液及蒸餾水的溶液將金電鑄到所述蠟原型上。
8.根據前面所述任一權利要求所述的方法，其特徵在於去除蠟的步驟包含如下步驟(h)在金屬塑像的底部開一個孔；及(i)在蠟去除液的溶液中加熱金屬塑像。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於所述蠟去除液為三氯乙烯。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於包含如下步驟(j)用鹽酸處理金屬塑像；及(k)用蒸餾水清洗金屬塑像。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其特徵在於還包含用硝酸處理金屬塑像的步驟(1)。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特徵在於還包含在爐中乾燥所述金屬塑像的步驟。
13.根據前面任一權利要求所述的方法，其特徵在於還包含如下步驟(m)在計算機中存儲在步驟(b)中輸入到計算機中的數據；(n)向計算機內輸入指令以修改輸入到計算機中的數據，從而改變顯示在計算機的可視顯示部分中的三維圖象；(o)根據在步驟(n)修改的數據，提供環氧樹脂原型。
全文摘要
形成三維物體(例如人)的金塑像的方法,包含如下步驟(a)用掃描裝置掃描物體,以獲得該物體的曲線及形狀的數據;(b)將該數據輸入計算機;(c)根據輸入計算機的數據,通過由計算機控制的雕刻機器提供物體的環氧樹脂原型;(d)在環氧樹脂原型的基礎上提供矽橡膠模型部件;(e)在矽橡膠模型件的基礎上提供蠟原型;(f)將金屬鑄到蠟原型上;及(g)除去蠟,在掃描期間,掃描裝置圍繞該物體旋轉以掃描物體的曲線及形狀。
文檔編號H04N1/053GK1263831SQ99100500
公開日2000年8月23日 申請日期1999年2月2日 優先權日1999年2月2日
發明者林世榮 申請人:恆豐珠寶首飾有限公司