立体造型物及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种立体造型物，更详细地讲，涉及一种能够在空中悬浮的立体造型物的制造方法及通过该方法制造的立体造型物。


背景技术：

2.最近，在百货店、展厅等以广告或美观等目的利用多样的立体造型物。利用设置于地面的立体造型物和设置于大型空间的空中的立体造型物，吸引着访客的视线。对设置于空中的立体造型物而言，将其连接到设置于从天花板延伸的固定线缆，但由于空间限制、美观上的问题，逐渐被利用氦气的空中悬浮立体造型物代替。
3.为了利用氦气使立体造型物在空中悬浮，利用具有中空的轻质材料的外形部件来制造造型物，但存在难以在空中保持造型物的平衡或调整造型物的位置的问题。并且，即使是设置为悬浮于空中的状态，也难以实现移动，因此降低了其利用率。因此，需要一种可以容易地调节平衡并移动，并且能够实现动作的空中悬浮立体造型物及其制造方法。


技术实现要素：

4.本发明为了解决如上所述的问题而提出，其目的在于提供一种能够以有效的方法制造能够悬浮于空中的轻量的立体造型物的方法及通过该方法制造的立体造型物。
5.根据本发明的一实施例，提供一种制造立体造型物的方法的立体造型物制造方法，包括如下步骤：制造分别具有与立体造型物的表面的一部分相同的表面形状的多个碎片模具；利用各个所述碎片模具来制造分别具有与所述立体造型物的表面的一部分相同的表面形状的多个外形部件；以及通过连接多个所述外形部件来形成立体造型物。
6.根据本发明的一实施例，提供一种能够更有效地制造轻到足以悬浮于空中的立体造型物的方法。
7.并且，根据本发明的一实施例，通过在立体造型物内设置配备有配重件的平衡调节模块并移动配重件，可以移动悬浮于空中的立体造型物并且由此可以进行立体造型物的多样的动作的演出。
附图说明
8.图1是根据本发明的一实施例的空中悬浮立体造型物的制造方法的流程图。
9.图2是示例性的立体造型物的立体图。
10.图3、图4、图5是说明示例性的立体造型物的碎片模具的建模过程的图。
11.图6是说明根据一实施例的外形部件形成装置的图。
12.图7是说明根据一实施例而形成外形部件的方法的图。
13.图8是说明连接外形部件而形成立体造型物的方法的图。
14.图9是说明在立体造型物内设置气体保管体的示例性方法的图。
15.图10是示出在立体造型物内设置平衡调节模块的示例性构成的图。
16.图11是说明利用平衡调节模块的立体造型物的移动的图。
17.图12是示出在立体造型物内设置转动模块的示例性构成的图。
具体实施方式
18.可以通过附图和相关的以下优选实施例而容易地理解以上的本发明的目的、其他目的、特征以及优点。但是，本发明不局限于此处说明的实施例而可以具体化为其他形态。相反，此处说明的实施例是为了使公开的内容变得彻底且完全，并且向本领域技术人员充分传达本发明的思想而提供的。
19.在本说明书中，为了说明构成要素之间的位置关系，诸如“上部”、“下部”、“左侧”、“右侧”、“前方”、“后方”等表示相对位置的术语可能不意味着作为绝对基准的方向或位置，可以是在参照各个附图说明本发明时为了便于说明而以相应附图为基准所使用的相对术语。
20.在本说明书中，在提到某一构成要素a连接(或结合、紧固、附着等)于另一构成要素b的情况下，意味着构成要素a直接连接于另一构成要素b或在它们之间介入第三构成要素来间接连接。
21.在本说明书的附图中，构成要素的长度、厚度或宽度是为了有效地说明技术内容而夸张的，一个构成要素与另一构成要素的相对大小也可以根据具体实施例而不同。
22.在本说明书中，除非在文中特别提及，否则构成要素的单数形式也包括复数形式。说明书中使用的“包括
…”
、“利用
…
构成”及“利用
…
形成”等表述不排除存在或添加除了所提及的构成要素之外的一个或多个其他构成要素。
23.在本说明书中，在为了记载构成要素而使用第一、第二等术语的情况下，这些构成要素不应局限于这些术语。这些术语仅用于区分某一构成要素与另一构成要素。在此说明并示出的实施例还包括与其互补的实施例。
24.以下，参照附图详细说明本发明。在记述以下特定实施例的过程中，为了更具体地说明发明并帮助理解而描述了多种特定内容。然而，本领域技术人员将理解，本发明可以在没有这些特定内容的情况下使用。应当预先提及的是，在某些情况下，为了避免在说明本发明时造成混淆，在描述本发明时众所周知且与本发明没有明显关系的部分将不再描述。
25.图1是根据本发明的一实施例的空中悬浮立体造型物的制造方法的流程图。
26.参照图1，根据一实施例的制造立体造型物的方法可以包括如下步骤：利用三维(3d)建模程序对立体造型物的形状进行三维建模(s10)；通过三维建模程序将立体造型物的表面划分为多个区域并建模针对各个划分区域的碎片模具(s20)；利用合成树脂等材料制造通过计算机程序建模的碎片模具(s30)；利用制造的各个碎片模具来制造分别具有与立体造型物的表面的一部分相同的表面形状的多个外形部件(s40)；接合多个外形部件来形成立体造型物(s50)。并且，还可以包括如下步骤：在如上所述地制造的立体造型物的表面的一部分形成与内部空间连通的开放部，并通过该开放部在立体造型物的内部空间设置气体保管体(s60)；和/或在立体造型物的内部空间设置平衡调节模块(s70)，最终，密封所述开放部来完成立体造型物(s80)。
27.在一具体实施例中，在步骤s10中，利用三维(3d)建模程序而由计算机建模要制造的立体造型物。例如，可以利用“zbrush”或“blender”等3d程序在计算机中将立体造型物的
形状立体化为3d来进行建模。
28.随后，在步骤s20中，通过3d建模程序而将立体造型物的表面划分成多个区域，并且建模针对各个划分区域的碎片模具。此时使用的3d建模程序可以是与步骤s10的建模程序相同或不同的程序。
29.为了帮助理解本发明，假设制造如图2所示的示例性的立体造型物10。图2的立体造型物10大致为六面体形状，并且上部面11具有凹凸形状。为了制造这种立体造型物10，首先在步骤s10中利用3d建模程序建模立体造型物10的外观。
30.此后，在步骤s20中，将立体造型物10的外表面划分为多个区域，并建模至少一部分划分区域的碎片模具。将立体造型物的外部表面划分为多个区域的原因在于，在后述的步骤s40中，将与碎片模具的表面的凹凸相同的凹凸形状准确地转印(transfer)到聚苯乙烯等轻质板材。因此，在立体造型物的表面具有复杂的阶梯差或凹凸的情况下，优选地，可以将该表面划分为多个区域来形成针对各个划分区域的碎片模具。例如，对图2的立体造型物10而言，由于上部面11具有凹凸形状，因此形成针对上部面11的碎片模具。但是，应当理解的是，由于图2的立体造型物10的左侧面12、右侧面13、正面、背面及底面的表面为没有凹凸或阶梯差的平面，因此，无需形成针对各个表面的碎片模具。
31.为了形成立体造型物10的上部面11的碎片模具，如图3所示，通过3d建模程序设定a
‑
a'截面，并根据该截面切割立体造型物10而如图4(a)所示地建模碎片模具20。碎片模具20的上部面21具有与图2所示的立体造型物10的上部面11相同的凹凸形状，因此碎片模具20是立体造型物10的“阳刻”模具。在本说明书中，将具有与立体造型物表面的凹凸形状相同的凹凸形状的碎片模具称为阳刻模具。
32.在建模碎片模具20时，如图4(a)所示，可以将包围上部面21周围的侧面21a建模为从上部面21的边角垂直切割的面(以下简称为“切开面”)。但是，如图4(a)所示，若上部面21和侧面21a以较大角度(例如，90度)弯曲，则在后述的步骤s40中，在将聚苯乙烯等轻质板材真空吸附于碎片模具的上部面时，当聚苯乙烯板材在上表面的边角部分弯曲90度时可能会发生聚苯乙烯板材破碎的问题。
33.因此，在一实施例中，优选地，可以将碎片模具的侧面建模为从上部面的边角逐渐向下方倾斜的形状。例如，图4(b)示出了将侧面形成为倾斜部211的碎片模具20。图4(b)的上部面21具有与图4(a)的上部面21相同的凹凸形状，但是图4(b)的侧面不是垂直的切开面，而是形成为向外侧逐渐下降的倾斜部211。倾斜部211的倾斜面可以是平面，也可以是平缓的曲面。并且，倾斜部211的倾斜角可以根据具体实施形态而不同。
34.在一实施例中，在通过建模程序建模碎片模具的步骤s20中，可以沿着碎片模具的切开面建模加强部件。加强部件是为了加强立体造型物的刚性而叠加于立体造型物的内侧面的部件。在一实施例中，在通过建模程序建模碎片模具的切开面时，可以利用切开面的形状追加地建模加强部件。针对加强部件将参照图8和图9等而进行后述。
35.另外，在进行碎片模具的建模时，也可以将碎片模具建模为“阴刻”模具。例如，如图3所示，可以沿着3d建模程序中的a
‑
a'截面切割立体造型物10，并且如图5所示地建模阴刻的碎片模具20'。碎片模具20'的上部面21'具有图2的立体造型物10的上部面11的倒置凹凸形状。在本说明书中，将具有立体造型物表面的凹凸形状被倒置的凹凸形状的碎片模具称为“阴刻”模具。并且，如图5所示，在将碎片模具20'建模为阴刻模具的情况下，也可以建
模从上部面21'的边角延伸而平缓下降的倾斜部211'。
36.在通过使用阴刻模具建模碎片模具而制造碎片模具的情况下，其优点在于可以容易地执行将加强部件附着于立体造型物的内侧面的操作。即，在后述的步骤s40中，可以在将诸如聚苯乙烯等轻质板材真空吸附于阴刻的碎片模具的上部面上而形成立体造型物的外形部件之后，在该外形部件直接放置于阴刻的碎片模具上的状态下将加强部件附着于外形部件，此时，阴刻的碎片模具起到支撑外形部件的支撑件的作用，工作人员可以容易地进行附着加强部件的工作，因此可以提高工艺效率。
37.另外，在图3至图5的实施例中，用一个碎片模具20、20'对立体造型物10的上部面11进行了建模，但是，在立体造型物的上部面的凹凸形状复杂而难以用一个碎片模具进行真空成型的情况下，可以划分为多个区域来建模多个碎片模具。并且，应当理解的是，虽然在图2的实施例中因立体造型物10的侧面和下部面的表面平坦而未建模碎片模具，但是若侧面或下部面具有凹凸形状，则可以对具有凹凸形状的表面建模碎片模具。
38.再次参照图1，在步骤s20中针对立体造型物建模一个以上的碎片模具之后，在步骤s30中，按照已建模的碎片模具形状制造碎片模具。例如，在步骤s20中建模图4(a)、图4(b)及图5中的一个碎片模具的情况下，将这样建模的碎片模具利用合成树脂等材料制造成实物。
39.在一实施例中，可以由操作者手动地执行碎片模具的制造。在另一实施例中，可以利用cnc机床(computerized numerically controlled machine tool)等自动化机器来制造碎片模具。例如，可以将通过3d建模程序建模的碎片模具的数据输入到cnc机床，并且机床自动加工聚苯乙烯泡沫塑料等合成树脂材料以制造碎片模具。
40.作为用于制造碎片模具的材料，可以使用聚苯乙烯泡沫塑料等合成树脂，但在替代性实施例中，也可以使用金属、粘土、石膏等其他材料。
41.在利用聚苯乙烯泡沫材料制造碎片模具的情况下，还可以追加执行利用砂纸或空气打磨机的打磨工作和/或在碎片模具的表面涂覆涂覆剂的涂覆工作，从而使表面变得光滑。
42.在步骤s30中制造碎片模具之后，在步骤s40中利用碎片模具制造外形部件。在一实施例中，可以利用真空成型装置通过真空吸附方式制造外形部件，并且，在这种情况下，例如可以包括如下步骤：加热聚苯乙烯等热塑性合成树脂板材；将加热的合成树脂板材真空吸附于碎片模具；以及从在真空吸附之后从碎片模具分离的合成树脂板材中切出具有与碎片模具的表面的凹凸形状相同的形状的区域以形成外形部件。
43.关于此，图6示意性地示出了根据一实施例的以真空吸附方式制造外形部件的真空成型设备的示例性构成。参照图6，根据一实施例的真空成型装置100可以包括设置于装置框架101、102中的平台110、上部加热部120、升降框架130及滑动部140。平台110是放置碎片模具而支撑的部件，包括以预定间隔形成的吸附吸嘴111。吸附吸嘴111连接于真空泵等用于真空吸附的装置，并且可以理解，在图6中省略了吸附吸嘴111。
44.上部加热部120是用于加热聚苯乙烯等板材p的加热装置，例如，可以利用以预定间隔设置的红外线灯或热线构成。
45.升降框架130是固定板材p且能够沿上下方向升降的框架。在一实施例中，升降框架130可以包括将板材p的边缘固定于升降框架130的一个以上的固定单元(省略图示)。升
降框架130构成为能够上下升降。例如，升降框架130可以通过线性电机等移送单元而延上下方向移动，图6中省略了这种升降装置。
46.滑动部140是设置于框架102的部件，设置为能够沿水平方向自动或手动滑动。为了滑动部140的滑动操作，诸如辊或轨道等装置可以设置于框架102，并且可以理解，在图6中省略了这些装置。
47.滑动部140包括下部加热部141。下部加热部141是加热板材p的下部面的加热装置，并且可以利用以预定间隔设置的例如红外线灯或热线构成。
48.板材p是用于制造立体造型物的材料，可以使用较轻的轻质合成树脂，以使立体造型物能够在空中悬浮。在一实施例中，作为板材p使用聚苯乙烯(ps)板材，例如，可以具有2mm至10mm的厚度。但是，在替代性实施例中，可以使用聚乙烯(pe：polyethylene)、聚丙烯(pp：polypropylene)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(abs：acrylonitrile
‑
butadiene
‑
styrene)等其他合成树脂材料，在这种情况下，板材的厚度可以根据具体实施例而不同。
49.图7示意性地示出了使用上述的真空成型装置100制造外形部件的过程。参照图7(a)，将板材p固定于升降框架130，并使升降框架130上升而使其位于上部加热部120的下方。然后，使滑动部140移动而使其布置于升降框架130的下方，此后，利用上部加热部120和下部加热部141来同时加热板材p的上面和下面。通过同时加热板材p的两面而非一面，能够使板材p的两面都具有充分的柔性，因此在真空吸附时，使板材p容易根据碎片模具的形状而变形，并能够防止变形时的板材p的破损。
50.在一实施例中，在使用聚苯乙烯板材p的情况下，将板材p在约60℃至70℃的温度下加热1分钟至3分钟。然而，显然，加热温度和温度维持时间可以根据板材的种类或厚度而变化。
51.另外，在图7(a)的步骤中，将碎片模具30放置于平台110上并固定。图7(a)所示的碎片模具30是将通过3d建模程序建模的阴刻碎片模具(图5的20')制造为实物的。在一实施例中，可以在碎片模具30形成多个连通孔30a。连通孔30a是沿垂直方向贯通碎片模具30的贯通口，优选地，形成于与平台110的吸附吸嘴111连通的位置。因此，在将碎片模具30放置于平台110时，吸附吸嘴111的吸附力可以作用于碎片模具30的上部面。
52.此后，如图7(b)所示，在充分加热板材p的两面之后，使滑动部140滑动而使其移动到框架101的外部。此后，使升降框架130下降，用板材p对碎片模具30的上部面加压，并开始真空吸附。通过吸附吸嘴111和连通孔30a，吸附力作用于板材p，被加热而具有充分的柔性的板材p紧贴于碎片模具30的表面，并且与碎片模具30的上部面的凹凸形状相同的凹凸形状被转印(transfer)到板材p。
53.此时，由于碎片模具30的侧面形成为倾斜部而不是垂直的切开面，因此能够防止吸附于碎片模具30表面的板材p的急剧弯曲，从而能够防止板材p的破损。
54.然后，结束真空吸附并取下吸附于碎片模具30的板材p，就可以得到具有如图7(c)所示的截面的板材p。此时，板材p的中间部分41是具有与碎片模具30的上部面相同的凹凸形状的区域，在其周边形成有具有碎片模具30的倾斜部的形状的区域411。因此，可以通过切割并移除周边区域411来制造外形部件41。
55.通过如上所述的方法，可以在一个以上的碎片模具中的每一个中制造与其对应的外形部件，此后，在步骤s50中，通过接合外形部件来制造立体造型物。图8(a)示意性地示出
了连接多个外形部件41、42、43、44来形成立体造型物。在图8(a)的实施例中，外形部件41例如为通过参照图7所述的方式真空成型而制造的外形部件。其余的外形部件42、43、44具有没有凹凸的平坦的表面，因此，例如可以简单地切出板材p来制造外形部件42、43、44。
56.例如，外形部件之间的接合可以将彼此相邻的外形部件的边缘部(边角部)相互对接之后对对接的部位进行粘合粘接或用胶带粘合而接合。在一实施例中，多个加强部件50可以附接到外形部件的内侧面。加强部件50是用于提高外形部件的刚性的部件，可以根据需要以预定间隔设置于外形部件的内侧面。
57.加强部件50的材质不受限制，但是在一实施例中，可以使用与外形部件41、42、43、44相同或相似的材质的合成树脂材料。参照图8(b)，加强部件50的厚度w为5mm至10mm，高度h为1cm至3cm。然而，根据具体实施形态，加强部件50的厚度和高度可以超过上述数值范围。
58.在一实施例中，可以通过将多个加强部件50并列平行排列或者彼此交叉的方式附着于外形部件41、42、43、44的内侧面来提高外形部件的刚性。
59.在一实施例中，可以通过粘合粘接或胶带将加强部件50接合于外形部件41、42、43、44，可以沿着如此接合的加强部件50和外形部件的接合部位涂覆发泡聚氨酯。发泡聚氨酯随着时间的推移以泡沫(foam)形态固化，从而具有强力的粘合性和防水性，并可以进一步提高立体造型物的刚性。并且，在一实施例中，在通过接合外形部件来制造立体造型物之后，也可以将涂覆剂较薄地涂覆在立体造型物的外侧面或内侧面而提高立体造型物的表面刚性。
60.如上所述，在根据步骤s10至步骤s50制造立体造型物之后，例如，在欲将立体造型物漂浮于空中的情况下，还可以执行将气体保管体设置于立体造型物内的步骤s60。
61.参照图9，气体保管体70可以利用至少局部地填充立体造型物的内部空间的一个以上的气球构成。为了在立体造型物内部设置气体保管体70，可以在外形部件中的一个(图9中的立体造型物的下部侧外形部件44)形成插入口44a。通过插入口44a将气体保管体70插入设置于立体造型物内部，并向气体保管体70投入氦气等比空气轻的气体后，用盖覆盖插入口44a。
62.在一实施例中，可以通过诸如磁体等的固定单元将气体保管体70固定于立体造型物的内部，使得气体保管体70可以不在立体造型物的内部移动而固定。在图9的实施例中，在立体造型物的内部空间的预定位置设置多个第一磁体61，在气体保管体70的外部表面设置能够通过磁力与各个第一磁体61结合的多个第二磁体71。作为磁体，可以使用轻量且具有强磁力的钕磁铁。在替代实施例中，显然，可以利用公知的任意的固定单元来将气体保管体70固定于立体造型物的内部，而不是磁体。
63.气体保管体70可以利用能够填充立体造型物的内部空间的两个以上的气球构成。各个气球可以布置并固定于立体造型物的内部空间的各个划分区域。通过在大型立体造型物内部的每个区域设置多个气囊，能够确保气体保管体70的制造容易性，并长时间保持悬浮性。
64.在一实施例中，在根据步骤s10至s50制造立体造型物之后，还可以执行将平衡调节模块设置于立体造型物内的步骤s70。平衡调节模块起到通过在立体造型物悬浮于空中的状态下移动立体造型物的重心来移动立体造型物的作用。
65.图10示意性示出了设置于任意形状的立体造型物200的内部空间的示例性的平衡
调节模块80。参照图10，根据一实施例的平衡调节模块80可以包括壳体81、电机82、线缆83以及配重件84。
66.配重件84可以是具有预定重量的金属部件，与线缆83结合为一体。线缆83和配重件84可以配置于管形状的壳体81内。线缆83的两端分别缠绕于一对辊。
67.在一实施例中，一对辊中的一个与电机82结合，随着辊借由电机82的驱动而旋转，线缆83被缠绕和/或展开，配重件84可以在壳体81内移动。
68.尽管未在附图中示出，但是在一实施例中，平衡调节模块80还可以包括电池及通信部。电池可以向电机82和通信部供电，通信部可以与外部无线控制器通信。因此，在立体造型物200漂浮于空中的状态下，操作者可以通过无线方式控制电机82的操作来移动配重件84。
69.图11示出了利用平衡调节模块80的立体造型物的示例性的移动。在图11的实施例中，从悬浮于空中的宇航员形状的立体造型物300的头部到脚部设置有平衡调节模块80的壳体。如图11(a)所示，在配重件84位于脚部的情况下，由于立体造型物300的整体重心位于脚部，因此立体造型物300以宇航员直立的形态悬浮于空中。
70.若工作人员远程控制电机82而使配重件84移动到平衡调节模块80的中间位置，则立体造型物300的重心向中间移动，因此，宇航员成为如图11(b)所示地躺着的姿势。并且，若工作人员远程控制而使配重件84移动到宇航员的头部，则立体造型物300的重心向头部侧移动，因此，宇航员如图11(c)所示地以倒立的姿势进行旋转。
71.如上所述，工作人员通过远程控制来移动配重件84的位置，可以调整悬浮于空中的立体造型物的姿势并使其旋转，并且可以将立体造型物呈现为多样的姿势，从而可以最大化立体造型物的展示效果及利用度。
72.并且，在一替代实施例中，可以将多个平衡调节模块80设置于立体造型物内并且布置为使各个平衡调节模块80的壳体81的长度方向朝向彼此不同的方向。例如，在立体造型物内设置三个均衡调节模块并且使其彼此垂直，在这种情况下，可以使三个配重件84在各个壳体81的长度方向上分别独立地移动，从而实现立体造型物的姿势的更加多样化的演出。
73.在又一替代实施例中，配重件84移动的路径不一定是直线，例如，可以将配重件84构成为执行曲线运动或圆周运动。
74.另外，在一实施例中，在根据步骤s10至s50制造立体造型物之后，还可以执行在立体造型物内设置转动模块的步骤。图12示意性示出了在立体造型物400内设置转动模块90的示例性构成。立体造型物400包括可弯曲的关节区域410。假设关节区域410利用柔性材料制成，例如乙烯
‑
醋酸乙烯酯(eva：ethylene vinyl acetate)等。
75.在一实施例中，转动模块90可以包括转动连杆91及电机92。转动连杆91可以为杆形状的部件，一端部直接或间接地结合于电机92的驱动轴，另一端部固定结合于立体造型物400内侧的任意位置。虽然未图示，但是转动模块90还可以包括电池和通信部，工作人员通过从外部远程控制电机92来使转动连杆91转动，从而可以进行例如使立体造型物400的一部分弯曲或展开的动作。
76.如上所述，只要是本领域技术人员就能理解，可以从这种说明书的记载中进行多样的修改及变形。因此，本发明的范围不应局限于所说明的实施例，而是由权利要求范围以
及与权利要求范围等同的内容定义。