省成本省時(shí)間制造全彩3D模型就用計(jì)算式熱成型工藝

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在看本文之前我們先來(lái)了解下什么是全彩3D打印：全彩3D打印，從字面意思上理解，就是直接用3D打印出彩色物品出來(lái)，就像我們的普通彩色噴墨打印機(jī)一樣，打印出來(lái)即可。無(wú)需后期用顏料往上面去涂，因?yàn)槿?D打印機(jī)打印的時(shí)候，就已經(jīng)自備了全彩3D打印材料，分為各種不同顏色，就猶如我們平時(shí)用的各種顏色的墨水。這么解釋大家應(yīng)該明白了。最近,來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）和迪斯尼蘇黎世研究中心（Disney Research Zurich）的科學(xué)家們攜手合作,開發(fā)出一種名為計(jì)算式熱成型（computational thermoforming）的方法，該方法將一種已有的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)（熱成型）和一款新軟件巧妙地結(jié)合起來(lái)，使得就算業(yè)余愛好者也能夠快速而便宜地制造出單件或者小批量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)全彩對(duì)象。

據(jù)悉，該技術(shù)的核心在于對(duì)熱成型過(guò)程的精確模擬，這一工作是ETH博士生 Christian Schüller在該校教授Olga Sorkine-Hornung的指導(dǎo)下，于交互式幾何實(shí)驗(yàn)室里完成的。Schüller首先對(duì)一個(gè)彩色塑料模型的彩色表面進(jìn)行仿真計(jì)算，生成一個(gè)2D的圖像，然后將該圖像打印到一塊塑料板上。通過(guò)熱成型技術(shù)，這張板然后被加熱，并被制成一個(gè)3D形狀。然后您可以看到，原本打印的2D圖像如今可以跟變形后的3D形狀完美匹配。

熱成型技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛，我們生活中使用的很多日常物品，從酸奶瓶到塑料巧克力盒，都是通過(guò)這種技術(shù)制造出來(lái)的。“但這種工業(yè)級(jí)的方法并不適合制造小批量甚至單個(gè)的，具有復(fù)雜形狀或彩色圖案的產(chǎn)品。”Schüller說(shuō)。為了準(zhǔn)確地打印這些部件，就需要專業(yè)設(shè)備和精心校準(zhǔn)。

為此，研究人員們開發(fā)出了一種基于已有常用設(shè)備和材料的方法，而且這種方法不需要很專業(yè)的知識(shí)。

首先第一步，用一臺(tái)簡(jiǎn)單的3D打印機(jī)和單色的PLA塑料制造出3D模型的陰模，并用它制造出可耐高溫的石膏模具，這是熱成型工藝所必須用到的。

然后制作人員會(huì)用專用軟件計(jì)算出該3D模型的正確紋理，并用標(biāo)準(zhǔn)的激光打印機(jī)打印到一張?zhí)厥獾霓D(zhuǎn)印紙上。隨后在壓力和熱的幫助下，這些圖像被轉(zhuǎn)印到一塊塑料片材上。

打印后的塑料片材會(huì)被塞入熱成型設(shè)備里，放在石膏模具上面加熱，直到它變軟具有可塑性。然后用一種真空設(shè)備在塑料片材和石膏模具之間快速吸氣，使得塑料板像皮膚一樣緊貼到石膏模具上——就這樣一個(gè)塑料復(fù)制品創(chuàng)建完成。

在熱成型之后，您就可以看到該軟件是否正確計(jì)算出了打印的表面圖像。“塑料的變形也會(huì)更改打印的圖像。但我們的軟件可以準(zhǔn)確地計(jì)算和補(bǔ)償這種變形。”Schüller說(shuō)。

研究人員用這種方法測(cè)試制作了一些非常復(fù)雜的對(duì)象，包括中國(guó)面具和各種需要模具來(lái)制作的部件，例如汽車車身外殼和食物等。

測(cè)試結(jié)果很讓研發(fā)人員滿意，尤其是中國(guó)面具表面有很多繁復(fù)的細(xì)節(jié)，都被完整的復(fù)制出來(lái)；例如，在原來(lái)面具的牙齒上裝飾著金漆。“這一細(xì)節(jié)在復(fù)制品上被完整的再現(xiàn)了出來(lái)。其外觀的表面質(zhì)量也很高，無(wú)論是顏色和結(jié)構(gòu)都幾乎與原物幾乎相同。”Schüller說(shuō)。

研究人員們相信，這種新方法可用于數(shù)字制造和大規(guī)模生產(chǎn)前的模具原型這樣的應(yīng)用。建筑事務(wù)所和建模人員也能夠從這種方法中獲益，比如可以根據(jù)設(shè)計(jì)快速和廉價(jià)地制造出3D模型等。

甚至愛好者或者學(xué)校都可能會(huì)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣，因?yàn)樗枰脑O(shè)備是現(xiàn)成的，而且其中的石膏模具可以多次使用，制造出大量復(fù)制品。而且其表面效果也堪與3色印刷工藝相比較。“制造出來(lái)的復(fù)制品具有高質(zhì)量的外觀，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它比當(dāng)今的3色印刷工藝更便宜、更快捷。”Schüller說(shuō)。

本文部分內(nèi)容源自天工社

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