專利名稱：三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，可用于快速設(shè)計(jì)及制造三維立體字及圖樣。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上制作立體字或圖形的技術(shù)多以雕刻，線切割、焊接等方法配合完成。例如以匾額贈(zèng)送他人或自用，大多采用木板刻字的方式，其匾額的外型、大小可選擇的式樣并不多，且因?yàn)榈窨坦べY相當(dāng)貴，大多無匾額花樣或字底花樣的設(shè)計(jì)，甚至字型大多仰賴師傅的藝術(shù)造詣，無多少可選擇之處。若有本身對(duì)文字藝術(shù)有天份者，擬自行題字，或選擇匾型，事實(shí)上相當(dāng)不容易，既昂貴，又須相當(dāng)長久的制作時(shí)間。另又如銅字的制作，以電腦線切割先切出銅字型，再焊以字高所需高度的銅片，才能制作出銅字，在時(shí)間上當(dāng)然相當(dāng)費(fèi)時(shí)，而且對(duì)太小的字型，受限于焊接的限制，根本無法制作。
對(duì)現(xiàn)在各種商品盡量能依客制化及快速的目標(biāo)來制作，例如作一個(gè)人名牌或個(gè)性化的產(chǎn)品，由于產(chǎn)量只有一個(gè)或少數(shù)的幾個(gè)，要依傳統(tǒng)方法確實(shí)經(jīng)費(fèi)太貴又曠日廢時(shí)，甚至無法制作，如果要制一個(gè)人化的產(chǎn)品，又要快速與經(jīng)濟(jì)，確有相當(dāng)?shù)睦щy。
在過去的十年里，由于電腦輔助設(shè)計(jì)及制造(CAD/CAM)的進(jìn)步，制造業(yè)發(fā)展了利用快速原型方法(Rrpid Prototyping，RP)，能很迅速的將設(shè)計(jì)原始構(gòu)想制造出來?？焖僭?RP)技術(shù)能無限制幾何形狀，而且越復(fù)雜的零件越顯示RP技術(shù)的卓越性，而且節(jié)省人力，節(jié)省加工時(shí)間，在時(shí)間最短的要求下，將CAD上的零件圖形，呈現(xiàn)到您的面前，讓您摸得到，感受的到它的幾何曲線，還可以試零件的裝配性、甚至可能的功能試驗(yàn)。
若以RP的材料來區(qū)分，可以分為固體(如LOM)，液體(如SLA)，粉末(如SLS)等多種。另外，在粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用上，金屬粉末為主要的原料，可以均勻混合多種金屬粉末，先予以成型，而再加以燒結(jié)(Sintered)程序，即可得到良好的工業(yè)零件，許多高級(jí)航天零件及汽車零件都是以這種方法制成。當(dāng)然，粉末冶金技術(shù)最重要是先要有粉末，如鋁粉是許多化學(xué)品，冶金制品，軍事炸藥，以及火箭燃料的主要原料，使用相當(dāng)廣泛；根據(jù)中科院的調(diào)查報(bào)告，國內(nèi)使用粉末逐年提升，但多仰賴進(jìn)口。
但就以RP的原來訴求而言，快速成型的目的，無論作為一種初期產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)(Conceptual design)或作為先期模具的原型，所需材料即為一個(gè)相對(duì)昂貴的項(xiàng)目。而且就初期成型的概念，如果能以更經(jīng)濟(jì)及更安全的方式，不但能在辦公室就可以生產(chǎn)原型模型，而且未來設(shè)計(jì)普及程度亦將大輻提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，主要使用三維CAD軟件(如CATIA)，建構(gòu)一些新的圖樣或字型，或者利用其原有的圖樣或字型，安排及作CAD繪圖組裝與設(shè)計(jì)，將圖案及文字建構(gòu)成為三維模型，再將檔案存成STL或VRML或PLY等可供立體對(duì)象輪廓切層的格式檔。并利用RP(快速原型)機(jī)器，諸如CNC，Z-Corp Z402及Z402C 3D printer或3D system公司的Thermojet印刷機(jī)等，生產(chǎn)出所要的成品或半成品。如此，不但使目前的電腦割字及印刷，從2D提升至3D技術(shù)領(lǐng)域，更能改進(jìn)目前使用拼裝模式制作的立體字及圖案，不但在設(shè)計(jì)的多樣化或制作復(fù)雜度設(shè)計(jì)件的能力上有很大的進(jìn)步，并且在制作上能節(jié)省更多的制作時(shí)間。
本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，依現(xiàn)代電腦化的內(nèi)鍵各種數(shù)據(jù)庫，及個(gè)人自建的圖形，配合三維軟件的搭配使用，能將各種不同字型圖案予以輸入，或結(jié)合，并經(jīng)軟件的后處理，得以將三維圖文樣式確定，再經(jīng)由三維模型快速成型(Rapid Prototyping)技術(shù)，將三維圖文予以制作出來。
有關(guān)本發(fā)明為達(dá)上述目的，所采用的技術(shù)手段及其功效，將列舉較佳可行實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法流程圖；圖2為本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法實(shí)施例一；圖3為本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法實(shí)施例二；圖4為本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法實(shí)施例三；圖5為本發(fā)明三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法實(shí)施例四。
具體實(shí)施例方式
圖1的流程圖示出了本發(fā)明的三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法。下面參照?qǐng)D1進(jìn)行說明。
(一)確定客戶擬設(shè)計(jì)三維圖形及文字內(nèi)容本方法為客制化的需求，唯必須明確客戶的真正需要，最好以書面數(shù)據(jù)表達(dá)，對(duì)文字大小、字體(如楷體，隸書等)、字形(如空心字，斜體字等，亦可由其它文字藝術(shù)師所創(chuàng)作的個(gè)別字型)、凹凸、凹凸深度、顏色等明確表示，對(duì)圖形亦可以徒手畫的方式確定所需形狀，以及對(duì)圖文兩者結(jié)合的特殊關(guān)系的描述。唯若客戶實(shí)缺乏設(shè)計(jì)理念時(shí)，仍以語言或樣本方式溝通，以達(dá)到代客設(shè)計(jì)及制造的目的，但若客戶為對(duì)設(shè)計(jì)非常深入的了解，即可以客戶自行設(shè)計(jì)的結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供執(zhí)行快速成型機(jī)的格式檔案，即可進(jìn)行快速圖文制造。
(二)將客戶的需求輸入電腦依客戶所建立的書面數(shù)據(jù)，從電腦系統(tǒng)中輸入已經(jīng)內(nèi)建的圖形或文字，亦可讀取由客戶自行建立的圖形或文字，以建立完全客戶自行設(shè)計(jì)的圖案或創(chuàng)作文字。必要時(shí)借助掃瞄器，將客戶自行創(chuàng)的文字或圖形數(shù)據(jù)掃瞄入電腦。
(三)將圖文資料立體化對(duì)圖文數(shù)據(jù)的內(nèi)建或掃描數(shù)據(jù)，通常無法直接應(yīng)用，需對(duì)該圖文資料予以描框的處理，建立周圍邊緣的點(diǎn)資料，才能予以建立三維立體化的圖形。
(四)將立體化圖文數(shù)據(jù)運(yùn)算處理利用三維軟件，對(duì)前述已建立三維圖文數(shù)據(jù)予以執(zhí)行聯(lián)集、交集、差集等布爾運(yùn)算，達(dá)到客戶所需的字體及字型、凹凸等三維圖文結(jié)合的效果。甚至再利用三維軟件的功能，對(duì)局部建立的圖文數(shù)據(jù)予以復(fù)制、排列、翻轉(zhuǎn)、鏡射等等功能，使原創(chuàng)的圖文更為生動(dòng)活潑，增加客戶的滿意程度。
(五)將最后圖形予以聯(lián)結(jié)及轉(zhuǎn)換為切層檔案格式由于最后三維圖文為一實(shí)體，雖在過程中的不同圖文數(shù)據(jù)因不同的方法產(chǎn)生，最后仍須聯(lián)結(jié)為一實(shí)體，才能宣告為整個(gè)實(shí)體的切層步驟，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為可供切層的檔案格式(如*.stl，*.wrl，*.ply)。
(六)將立體對(duì)象的輪廓切層數(shù)據(jù)送到快速成型機(jī)制作
將擬制作的三維圖文數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)化成立體對(duì)象的輪廓切層檔案格式，送到快速成型機(jī)制作，此快速成型機(jī)可為電腦數(shù)值控制(CNC)機(jī)器、3D Printer或Thermojet、SLA、SLS、FDM、OBJet及LOM等快速成型技術(shù)發(fā)展而成用于執(zhí)行快速制造物體的機(jī)器。唯若產(chǎn)品需加以彩色，則只能以Z402C 3Dprinter將產(chǎn)品予以制造，或制作完成再請(qǐng)專人以予以上色，其整個(gè)快速成型過程中，噴墨頭將膠合劑(BINDER)噴在一層層的粉末中，其詳細(xì)成型法參見臺(tái)灣專利申請(qǐng)90100996號(hào)。
(七)產(chǎn)品的取出機(jī)器及后處理目前無論以粉末堆棧方式、粉末燒結(jié)及以UV光熟化因素等在制作及由機(jī)器取件時(shí)必須非常小心，以防止進(jìn)一步破壞。拿出來后亦需經(jīng)合適的后處理，以保持預(yù)定強(qiáng)度及表面光滑。
(八)完成品為快速成型機(jī)直接制作完成的立體對(duì)象或?qū)⒖焖俪尚蜋C(jī)直接制作完成的立體對(duì)象再進(jìn)行后續(xù)加工或翻模制作而成的最后立體成品，皆是本處所說的完成品，以滿足最后各項(xiàng)需求。
實(shí)施例實(shí)施例一立體圖樣與文字結(jié)合實(shí)例(如圖2a、圖2b和圖2c)(a)『想要什么就有什么』圖文結(jié)合-依設(shè)計(jì)圖樣如放射狀排列，文字騎在圖案上但凹入圖形中，并與圖形同時(shí)指向朝外。
(b)動(dòng)物與圖文結(jié)合-蜥蜴浮雕與NCKU及成大航天字形排列組合的立體圖文。
(c)成功大學(xué)?；誰ogo結(jié)合文字與浮雕框-依設(shè)計(jì)圖樣僅作一個(gè)圖形，文字騎在鐘形圖案上但凹入圖形中，下層鳳凰花形狀則作凸出狀，背景使用立體半球?yàn)榭椕尜|(zhì)地，外加立體浮雕框。
實(shí)施例二立體圖形與文字結(jié)合實(shí)例(如圖3a、圖3b和圖3c)(a)永保安康、追分成功文字與外框結(jié)合立體食品浮雕。
(b)彩色立體蛇行圖樣。
(c)花朵與春風(fēng)化雨等文字結(jié)合成立體圖文浮雕。
實(shí)施例三立體圖形與文字結(jié)合實(shí)例(如圖4a、圖4b、圖5c、圖5d)(a)個(gè)性名牌，俊益與老鷹結(jié)合在一起的立體圖文。
(b)個(gè)性名牌，賴維祥與英文W.H.Lai結(jié)合在一起的立體圖文。
(c)個(gè)性名牌，Berlin Huang Club英文字與圖案分開排列在一板上。
(d)立體浮雕畫，將拿破侖出征騎馬的名畫制成透光顯影立體浮雕畫。
實(shí)施例四立體圖形結(jié)合實(shí)例(如圖5a、圖5b、圖5c和圖5d)(a)精致造型，結(jié)合愛與藝術(shù)的設(shè)計(jì)理念，制作成立體形狀的立體圖文。
(b)中國喜氣造型，以歡喜石獅及孫悟空造型，展現(xiàn)佳節(jié)歡樂的立體圖樣設(shè)計(jì)。
(c)葉輪立體形狀，形狀有點(diǎn)類似由小至大排列的蛋糕的立體圖樣。
(d)藝術(shù)造型，以裸女造型所制成的立體圖樣。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆屬于本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，主要使用電腦輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件，由二維平面的圖樣或文字或已建構(gòu)完成的立體圖樣或文字，重新作繪圖組裝與設(shè)計(jì)，將圖樣及文字建構(gòu)成為擬設(shè)計(jì)的三維模型檔案，再將檔案存成可供切層軟件讀入的立體印刷格式檔(如STL，VRML及PLY等)，并利用快速原型機(jī)器(Rapid Prototyping)，制造出所設(shè)計(jì)的成品。
2.如權(quán)利要求1所述的三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，包括以下步驟(1)確定客戶擬設(shè)計(jì)的二維或三維圖樣及文字內(nèi)容；(2)將客戶的需求輸入電腦；(3)將圖、文數(shù)據(jù)立體化；(4)將立體化圖、文數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理；(5)將最后圖形予以聯(lián)結(jié)及轉(zhuǎn)換為石版印刷檔案格式；(6)將石版印刷檔案數(shù)據(jù)送到電腦數(shù)控機(jī)器或快速原型機(jī)器制作，(7)取出產(chǎn)品并進(jìn)行后處理。
3.如權(quán)利要求1所述的三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，其中所述電腦輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件為一般市售的執(zhí)行二維轉(zhuǎn)三維平臺(tái)作業(yè)的軟件，該軟件可執(zhí)行二維轉(zhuǎn)三維設(shè)計(jì)繪圖作業(yè)，并可儲(chǔ)存檔案為立體石版印刷檔案格式，如CATIA，Unigraphics NX，Pro-E，I-Deas，Solidwork，Solid edge，AutoCAD等三維電腦輔助設(shè)計(jì)軟件，Type III及ArtCAM Pro浮雕軟件，3DStudio及Poser等動(dòng)畫軟件。
4.如權(quán)利要求1所述的三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，其中所述快速原型機(jī)器是利用電腦數(shù)值控制(CNC)機(jī)器、3D Printer或Thermojet、SLA、SLS、FDM、OBJet及LOM等發(fā)展而成的執(zhí)行快速制造物體的機(jī)器。
5.如權(quán)利要求1所述的三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，可應(yīng)用于個(gè)人名牌，匾額，廣告招牌，藝術(shù)造形，精密浮雕、禮品業(yè)，圖章，圖騰，圖像，徽章，玩具業(yè)，甚至食品業(yè)等行業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維圖文快速設(shè)計(jì)及制造方法，在短時(shí)間內(nèi)，不用開發(fā)模具即可制造出成品。本發(fā)明主要使用一般市售的執(zhí)行二維轉(zhuǎn)三維平臺(tái)作業(yè)的電腦輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件(如CATIA，Pro－E，I－Deals，Solidwork，AutoCAD等)，由二維平面的圖樣、文字或已建構(gòu)完成的立體圖樣、文字，重新做繪圖組裝與設(shè)計(jì)，將圖樣及文字建構(gòu)成為擬設(shè)計(jì)的三維模型檔案，儲(chǔ)存為立體并可供輪廓切層演算的檔案格式(如STL，VRML，PLY等)，并利用電腦數(shù)控(CNC)機(jī)器或快速原型機(jī)器(Rapid Prototyping)，諸如Z－Corp Z402及Z402C 3D printer或3D system公司的Thermojet印刷機(jī)等，制造出所設(shè)計(jì)的成品。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1716262SQ20041005007
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者賴維祥, 鄭俊益 申請(qǐng)人:賴維祥, 鄭俊益