專利名稱：熱成形三維凸紋復制品工藝及制造其模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備在真空成形的印刷熱成形塑料板上使用的模板的方法和設備，該模板是原三維物體的精確三維凸紋復制品。
在1995年5月22日提交的、題為“真空成形三維表面物體”的待批美國專利申請第08/408,900號中，描述了如下內容1)真空成形工藝，用以塑造熱成形塑料薄板以產生原藝術品的精確三維凸紋復制品；2)設備，用以將熱成形塑料薄板真空成形為原藝術品的精確三維凸紋復制品；3)用以產生制作凹模的凸模的方法，該凹模被用在熱成形薄板的真空成形過程中以形成原藝術品的精確三維凸紋復制品。
對于藝術品的廉價真實復制存在著極大的消費需求。在制作這種復制品的過程中，發(fā)現(xiàn)對作品紋理例如畫刷筆劃的復制是十分重要的。如在我們的待批美國專利申請中所描述的，已經提出了多種方法嘗試著重現(xiàn)原作品的三維凸紋。在美國專利申請4,285,744；4,971,743和法國專利申請1493516和1548337中描述了這些技術。然而，這些申請中描述的技術存在一些問題，在加拿大專利申請2,020,206；美國專利申請4,001,062；5,182,063和5,201,548中描述了克服這些問題的一些方法。克服現(xiàn)有技術工藝所具有的各種問題的活動仍在繼續(xù)，如美國專利申請4,971,743；5,116,562和4,285,744所描述的。在我們的待批申請中限定的、使用真空成形技術的發(fā)明克服了現(xiàn)有技術所具有的許多問題，并且能夠以造價合理的方式制造出高質量的產品。該方法和設備的一個方面包括制造用于制作凹模的凸模，該凹模用于熱成形塑料薄板的真空成形。與通常的真空成形技術不同，申請人發(fā)現(xiàn)，利用凹?？梢灾圃斐隽钊耸譂M意的產品，該產品還可以在塑料板上形成圖像的同時保持三維表面輪廓的特征和這些輪廓的配準。在前述的待批美國申請中描述了各種制作凸模的技術，以在其表面上產生基本上與原紋理相同的表面凸紋紋理。通過向凸模表面傾注適當的可塑材料來制作凹模，該材料在硬化并與凸模脫離之后可以產生具有原待復制作品的表面紋理藝術創(chuàng)造性的凹模。通常類型的可塑材料在其硬化時會發(fā)生收縮以產生最后的凹模。特別是，如果可塑材料是環(huán)氧樹脂，那么在固化過程中會出現(xiàn)相當大的收縮，這樣固化后的凹模小于用來制作凸模的原作品。
本發(fā)明的一個目的是克服與用以制作凹模的可塑收縮材料有關的問題，它可以提高制作凹模的靈活性，并且容許在制作用以制備凹模的多種凸模過程中存在各種變化。
根據本發(fā)明的一個方面，一種用來在可印刷板上尺度放大和印刷圖片圖像的可編程系統(tǒng)，其中可印刷板用于制作可塑收縮材料的圖片印刷熱成形凹模，可編程系統(tǒng)包括i)可編程計算機，具有在其中存儲數字化圖像的存儲器；ii)計算機驅動的印刷機，具有可移動的印刷頭，用以在印刷頭相對板移動時在板上印刷圖片圖像；iii)計算機，具有尺度放大存儲在存儲器中的圖片圖像的程序，被程序放大的圖片圖像來源于a)原始尺度尺寸，具有與在凹模中塑造的熱成形塑料板上的最終圖片印刷尺寸相同的長度和寬度；b)放大尺度尺寸，具有與可塑收縮材料制成的凹模從原傾注狀態(tài)變化到硬化狀態(tài)而收縮的程度相同的放大長度和寬度。
iv)計算機，用以驅動印刷機在板上印刷這種放大圖像。
根據本發(fā)明的另一方面，在可印刷板上尺度放大和印刷圖片圖像以及利用可塑收縮材料制作圖片印刷熱成形凹模的方法包括i)在計算機存儲器中存儲數字化圖片圖像；ii)尺度放大存儲在存儲器中的圖片圖像，其中圖片圖像來源于a)原始尺度尺寸，具有與在凹模中塑造的熱成形塑料板上的最終圖片圖像尺寸相同的長度和寬度；b)放大尺度尺寸，具有與可塑收縮材料制成的凹模從原傾注狀態(tài)變化到硬化狀態(tài)而收縮的程度相同的放大長度和寬度。
iii)通過由計算機驅動的、具有可移動印刷頭的印刷機印刷圖片圖像，該印刷頭在相對印刷板移動時印刷圖像；iv)在印刷放大圖像上刷涂可硬化復合材料以在印刷圖像上復制原圖像的畫刷筆劃，形成凸模；
v)通過將可塑收縮材料傾注到凸模上并固化可塑收縮材料來制作凹模，由此材料的長度和寬度收縮到預定程度，以使最終圖片圖像尺寸具有原始尺度尺寸的長度和寬度。
根據本發(fā)明的又一方面，產生復制原畫面畫刷筆劃的凸模的工藝包括i)在板上提供圖畫的圖片圖像；ii)在圖片圖像上刷涂可硬化復合物以在圖像上復制原圖畫的畫刷筆劃；iii)使復合物硬化以產生凸模。
參照附圖描述本發(fā)明優(yōu)選實施方案，其中

圖1是在具有畫布紋理的可印刷板上放大和印刷圖片圖像的可編程系統(tǒng)的透視圖。
圖2是在圖1的印刷圖像上復制畫刷筆劃的透視圖。
圖3是在制作凹模的過程中準備用以接收可塑材料的凸模的透視圖。
圖4是接收用以制作凹模的可塑材料的凸模的透視圖。
圖5示出了與凸模脫離開的凹模。
圖6示出了凹模相對于凸模的收縮程度。
圖7示出了為真空制作印刷熱塑板而準備凹模的過程。
圖8是除去一部分的側切面，示出了在復制原作品的過程中使用的印刷板真空成形工藝。
如申請人的待批美國申請所述，凸模優(yōu)選地通過將圖像投射到適當的基底上來制作。按照類似于原藝術品畫刷筆劃的方式將通常稱為藝家膩子或藝術凝膠、由丙烯聚合物制成的可粘結材料施加到基底上。已經證明這種技術在制作凸模的過程中是十分有用的，因為可以在將藝術膩子施加到基底上之后，向后站一點，然后再觀察疊蓋在施加材料上的圖像，并確定畫刷筆劃是否處于恰當的位置。因此，可以以快速準確的方式形成凸模，然而當它用于塑造凹模時，特別是在利用可塑收縮材料時，凹模的尺度要小于凸模，因此當用于印刷時，必須從標準印刷尺寸按比例縮小以適應模板的收縮。
本發(fā)明用于解決這一問題，并令人驚訝地提供了一些如何利用凸模產生收縮尺寸與待熱成形塑料板上的期望印像或圖像尺寸相對應的替代方法。本發(fā)明提供了一可編程系統(tǒng)，其目的是放大圖片印像的尺度尺寸并將圖像印刷到適當的基底上，相應地產生了稍稍放大的印刷圖片圖像。應當理解，術語印像、圖片和圖片圖像包括視覺領域的單張或多張圖片。在使用單個凹模的單次真空成形工藝中，為了藝術效果或為了節(jié)省真空成形幾個小印像的費用可以在單個印像上制作了多幅圖像。
在使用中，藝術家直接將藝術膩子施加到基底上的印刷圖像上以仿制原作品的畫刷筆劃。參照圖1描述放大圖片圖像尺度尺寸的系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括具有圖像掃描表面14的圖像掃描儀12。待掃描圖像可以是各種尺寸，例如照片16或印像18表示的尺寸。將照片平放在掃描表面14上，然后利用計算機20啟動掃描儀12，該計算機驅動掃描儀將照片16或印像18上的圖像轉換成數字圖像。然后，將數字圖像存儲在各種類型的媒質中，例如光盤22、磁存儲盤24或其它形式的存儲器例如磁帶。數字信息可以直接傳送給計算機20或通過將存儲媒質中的一種媒質插入計算機20以便由計算機讀取。這是平板印刷中經常采用標準技術。在掃描設備上，例如Hall掃描儀或Scitex掃描儀，掃描幻燈片或印像或插圖。掃描從色彩上將圖片分解成四種基色，即青藍、洋紅、黃和黑?？商幚黼娮游募哉{節(jié)顏色、增強銳度、修飾畫面等。還可以處理電子文件以便針對印刷工作的期望格式產生具有適當尺寸和位置的圖像，它在布局上或者是單個印像或者是多個相同的印像或者是多個不同的印像。產生的四色膠片用來產生平板印刷用的印刷底板。
通過在箭頭A所示的方向上選擇印刷機或在箭頭B所示的方向上選擇輸入鉛字印刷機，數字化存儲的圖像可以印刷在適當的板上，優(yōu)選的是畫布紋理板。如果操作者利用系統(tǒng)A的印刷機印刷的數字圖像來自源16或18，盡管已經知道板28可以直接安裝到印刷機支撐面32上，畫布板或具有畫布紋理的板28優(yōu)選地安裝在硬襯板30上。利用任何一種方式，畫布紋理的基底都可以用于由計算機驅動的印刷機34進行印刷。應當理解，除畫布之外，具有畫布紋理的板或材料可以是任何類型的、在其上形成有畫布紋理的基底，例如木材副產品制成的板或在其上形成或塑造了畫布紋理的塑料板。印刷機34具有承載印刷頭38的傳送架36。傳送架36從側邊40到側邊42橫跨支撐表面32的整個長度。印刷頭38可以沿傳送架36的長度方向任意移動。印刷頭38可以具有適當的、能夠印刷2、4、或6種彩色的彩色印刷設備。該實施方案的優(yōu)選印刷機類型是商標為SPECTRUM由Alpha Merics公司出售的印刷機。
然后，計算機20驅動印刷機34在畫布紋理基底28上印刷圖像44。計算機20具有對存儲在計算機20的存儲器中的數字圖像進行尺度放大的程序。該程序的用途是放大存儲的圖片圖像，而不論圖像是來自原始尺度尺寸的一幅圖像還是多幅圖像，原始尺度尺寸的長度和寬度與最后的圖片印刷尺寸例如圖6所示的原始尺度尺寸相同。原始印刷尺寸46具有寬度48和長度50。然后，計算機程序將圖像由圖像46的原始尺寸放大到具有放大寬度54和放大長度56的放大尺寸52。在該具體實施方案中，圖像46的放大程度由可塑收縮材料在固化過程中收縮的程度決定，將參照圖4和5進行描述。例如，采用優(yōu)選的可塑材料，它是含有用作導熱填料且占重量百分比80％的鋁的環(huán)氧樹脂，對于每12英寸的固化樹脂，樹脂收縮十六分之一英寸。因此，對于長為12英寸、寬為6英寸的印像，考慮到可塑收縮材料在固化過程中要收縮到12英寸×6英寸的尺度，圖像即圖像52的放大尺度將是 英寸× 英寸。具有這種收縮特性的優(yōu)選環(huán)氧樹脂可以從Quebec的Chemque獲得，它的出售商標是CHEMCAST402。
印刷機34印刷的、在圖41中標記為44的圖像已經由原始尺寸進行了放大，由印像18表示，以補償凹模的收縮，這樣在固化后凹模的尺寸將基本上與原始圖片圖像18相同。計算機驅動的印刷機可以直接在畫布基底上印刷，其中畫布基底優(yōu)選地是藝術畫布28，印刷頭38和傳送架36均在畫布上移動以在薄板28上產生期望的圖像44。
另外，計算機操作者可以選擇能夠通過印刷機60輸入單張畫布紋理基底58或者輸入一卷基底的印刷機B，或者印刷機60具有薄板輸入機構62，該機構由通過印刷機輸送薄板的牽引驅動機構構成。另外，還具有相對的輸入滾輪，它可以精確地通過印刷機輸入薄板，或者它可以是其它能夠以所需的增量通過印刷機輸入薄板的適當輸入機構。印刷機60包括沿支撐架66移動以在基底58上產生圖像68的可移動印刷頭64。還應當理解，基底58還可以是從畫布卷軸移出的連續(xù)畫布并在畫布印刷完成之后卷起，而不僅僅是通過印刷機輸入的單頁薄板。與印刷機34一樣，印刷機60不僅可以在具有畫布紋理的薄板上印刷，而且可以在真實的藝術畫布上印刷。圖像被利用四種獨立顏色進行印刷以精確復制原圖像的色彩。另外，圖像還可以用一種顏色的同色濃淡套印法印刷，即黑和白。
應當理解，印刷圖像可以傳送到畫布基底等。第一步，印刷機利用易于傳送到畫布薄板上的墨水在傳送基底上印刷圖像。這種圖像的傳送不需要直接在畫布基底的紋理表面上印刷。該工藝與將印花由基底傳送到畫布表面的方式相似，或者是一種通用的畫布傳送技術。
根據其程序，計算機20尺度放大印刷在基底58上的圖像68。放大程度再次決定于最終圖像的尺寸。例如，采用34或60的印刷系統(tǒng)，應當理解可以印刷的圖像尺度可達6英尺×8英尺。盡管這種尺寸的圖像使熱成形單個板變得十分困難，但是這不會對為制作這種凸模而產生放大圖像造成限制。還應當理解，如前所述，計算機20經編程可以在同一基底上生成多幅圖像，由此制作的凹?？梢跃哂卸鄠€相同或不同圖像的模板。計算機經編程相應地放大每幅圖像以便布滿基底，例如使用四幅圖像，所有的圖像都相對于多幅較小圖像中的每一幅稍微放大一點以補償模板的收縮。
然后，計算機20經編程將圖像放大到預期程度以補償凹模材料的收縮。應當理解，可以使用各種掃描設備12或其它形式的掃描設備將照片、畫等的圖像轉換成數字格式。還應當理解，計算機中的程序可適應于變化的條件。只要已知凹模材料的收縮程度，就可以將一幅或多幅圖像放大以補償凹模相對凸模的收縮。在印刷這種放大圖像的過程中，如參照印刷機34和60所述，應當理解，可以印刷整個印像部分或對印刷機進行編程使之在沿基底前進時對圖像的每一部分印刷進而所有的圖像。例如，利用印刷機60，前進機構62通過印刷機輸入畫布紋理薄板，提供畫布紋理薄板部分、當薄板按照一定的增量通過印刷系統(tǒng)時印刷頭在其上印刷圖像的相應部分。
手持的放大印刷畫布薄板70，藝術家利用畫刷72或刮刀等將裝在普通容器76中的藝術膩子復合材料74施加到畫布薄板70上。藝術家向圖像78上施加膩子復合材料74以在圖像78上復制出藝術家在創(chuàng)作原作品時采用的畫刷筆劃和其它形狀。考慮到圖像只是相對于原作品18稍微放大了一點，藝術家在將膩子材料施加到放大圖像的過程中進行按比例放大并不困難。如圖3所示，凸模已經施加到標識為80的膩子材料薄膜上，在大多數情況下，膩子材料完全覆蓋圖像78，這樣在畫布薄板70上所能看到的只是構成凸模的硬化膩子，或者說這種藝術家技術的優(yōu)點是可以顯示出部分或全部畫布紋理。
然后，使用適當的模板分離材料噴灑凸模，如圖3所示。噴灑物82可以是來自通用噴灑罐噴灑設備84的硅酮噴灑劑。畫布70安裝在適當的穩(wěn)固支撐86上，然后在其上固定外圍框架構件88，該構件優(yōu)選地利用螺絲90固定在穩(wěn)固支撐86上。利用側板88，可以限定一個深度等于側板88的厚度92的凹槽。
然后，利用可塑收縮材料94填充凹槽，這種材料理想地是按照圖4所示的方式從適當的容器96中傾注到凹槽中的。如上所述，根據優(yōu)選實施方案，可固化材料是環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂簡單地流過畫布薄板70的表面，該表面上具有由結塊的膩子材料80產生的凸紋。根據制造者的建議固化環(huán)氧樹脂94。在固化過程中，材料會按照所描述的范圍收縮，即12英寸長的材料會收縮1/16英寸。對樹脂進行一個小時的中等加熱到達250華氏度完成熱固化，然后經過兩個小時冷卻到室溫。為確保完全固化，可以將該循環(huán)過程重復一次或多次。
在樹脂完全固化之后，如圖5所示，由固化樹脂98形成的凹模和在其上保持有側板88的凸模80分離。凹模的背面顯示在95中，其中模板的長度100、寬度102已經收縮到所期望的程度，圖像的表面凸紋長度和寬度與圖像的原長度和原寬度相等，如圖6中寬度為48、長度為50的圖像46所示。應當理解，凹?？梢允切纬捎谄渲械膱D像凸紋外部的外圍部分。因此，盡管其外部尺度大于期望的印刷尺寸，但是收縮模板具有與期望的標準印刷尺寸相同的形成凸紋。
如常規(guī)過程一樣，將凹模98翻轉過來，使凹模表面104中的凹槽和凸起暴露出來，它們是一個與凸模80產生的表面相對應的鏡向圖像。按照普通的方式，利用適當的鉆頭108在凹模98上鉆出多個真空孔106。然后，將凹模104表面中的凸紋、凹坑、槽和掏槽與印刷圖像的原始尺寸對準，以便在印刷圖像上為最終圖像產生與期望畫刷筆劃精確對準的凸紋。這種在薄板上真空形成凸紋的過程顯示在圖8中。凹模98安裝在真空盒110中，并通過真空管線112將盒子抽成真空。熱成形塑料板114處于模板98的上方一點，并由伸縮式加熱器116通過箭頭118所示的熱輻射進行加熱。如前述美國專利申請所述，根據預定的技術加熱薄板，抽真空，冷卻薄板，釋放真空，除去薄板，其中凸紋真空成形在與圖像對準的塑料板上。
因此，利用可編程系統(tǒng)，在制作凸模的過程中可以實現(xiàn)精確的配準，可以在考慮到制作凹模的可塑材料收縮的同時利用凸模制作凹模?？删幊滔到y(tǒng)允許操作者任意改變一幅或多幅圖像的尺寸以便在制作凸模的單個畫布基底上形成一幅或幾幅圖像，或將圖像傳送到制作凸模的單個畫布基底上。系統(tǒng)可以經過編程根據圖像的最終選定尺寸迅速地調節(jié)圖像的放大比例。通過掃描圖像并電子化存儲圖像，同樣的信息可以傳送到印刷機以便印刷出尺寸精確放大的圖像，如所期望的放大凸模那樣。
盡管在此詳細地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，本領域的技術人員應當理解在不偏離發(fā)明宗旨和附屬權利要求范圍的前提下可以作出各種修改。
權利要求
1.一種在可印刷薄板上尺度放大和印刷圖片圖象并利用可塑收縮材料制作圖片印像熱成形凹模的方法，包括i)將所述圖片圖像數字化地存儲在計算機存儲器中；ii)尺度放大存儲在所述存儲器中的圖片圖象，從a)原始尺度尺寸，該尺寸具有與在由可塑收縮材料制成的凹模中塑造的熱成形塑料板上的最終圖片印像尺寸相同的長度和寬度；至b)放大尺度尺寸，該尺寸具有放大的長度和寬度，其中所述放大的尺度尺寸與形成所述凹模的所述可塑收縮材料的收縮量成正比地確定；以及。iii)利用具有可移動印刷頭的計算機驅動的印刷機在所述薄板上印刷所述放大的圖片圖象，該印刷頭在相對于所述薄板移動時印刷所述圖像；iv)在所述印刷的放大圖像上刷涂可硬化復合材料以在印刷的圖像上復制原圖片圖像的畫刷筆劃，形成所述凸模；v)通過將所述可塑收縮材料傾注到所述凸模上并固化可塑收縮材料來制作所述凹模，由此所述材料的長度和寬度收縮預定程度，使最終圖片圖像印像尺寸具有所述原始尺度尺寸的長度和寬度。
2.根據權利要求1的方法，還包括將所述圖片圖象轉換成數字格式以存儲在所述計算機存儲器中。
3.根據權利要求1的方法，其中所述可塑收縮材料是環(huán)氧樹脂，所述固化步驟，所述樹脂的長度和寬度尺度收縮一致的預定程度。
4.根據權利要求3的方法，其中所述樹脂固化到硬化狀態(tài)將會對于傾注的樹脂的長度和寬度尺度的每12英寸使樹脂收縮約1/16英寸。
5.根據權利要求4的方法，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
6.根據權利要求3的方法，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
7.根據權利要求1的方法，其中所述可印刷薄板是藝術畫布。
8.根據權利要求7的方法，其中所述畫布安裝在穩(wěn)固基底上，以便當所述印刷頭在所述畫布上印刷所述放大圖像時為所述畫布提供尺度穩(wěn)定的臺座。
9.根據權利要求7的方法，其中向前移動所述畫布使所述畫布的一部分暴露出來，在該部分上印刷所述圖像的相應部分。
10.根據權利要求7的方法，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
11.根據權利要求1的方法，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
12.一種制作用于形成澆注圖片印像的形成凹模的凸模的工藝，該凹模由可塑收縮材料形成并復制原畫面的畫刷筆劃，所述工藝包括i)在可印刷薄板上印刷所述畫面的圖片圖象，所述圖片圖象具有大于所述原畫面的尺度的放大尺度尺寸，并且其中所述尺度尺寸還與澆注所述凹模中所用的材料的預期收縮量成正比地確定；ii)將可硬化復合材料刷涂在印刷的圖片圖象上以便在所述圖像上復制出所述原畫面的畫刷筆劃；iii)使所述復合材料硬化以產生所述凸模。
13.根據權利要求12的工藝，其中可硬化復合材料是藝術膩子。
14.根據權利要求12的工藝，其中硬化的復合材料的所述畫刷筆劃增加到能夠在制作所述凸模時增強畫刷筆劃高度的程度。
15.根據權利要求12的工藝，其中所述凹模是圖片印像熱成型凹模。
16.根據權利要求12的工藝，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
17.根據權利要求14的工藝，其中所述畫刷筆劃與所述圖片圖象的放大的尺度尺寸成比例。
全文摘要
一種對可印刷板上的圖片圖象進行尺度放大和印刷以便制作由可塑收縮材料構成的圖片印像熱成形凹模的可編程系統(tǒng)，所述的可印刷板優(yōu)選具有畫布紋理，所述可編程系統(tǒng)包括i)可編程計算機，具有在其中數字存儲圖片圖象的存儲器；ii)計算機驅動的印刷機，具有在印刷頭相對有畫布紋理的薄板移動時將圖片圖象印刷到薄板上的可移動印刷頭；iii)所述計算機具有尺度放大存儲在存儲器中的圖片圖象的程序；iv)所述計算機能驅動所述印刷機在薄板上印刷這種放大的圖象。
文檔編號B41M5/025GK1546322SQ2004100050
公開日2004年11月17日 申請日期1997年5月8日 優(yōu)先權日1996年5月8日
發(fā)明者G·T·哈丁, G T 哈丁 申請人:霍爾馬克卡片公司