省成本省時間制造全彩3D模型就用計算式熱成型工藝

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在看本文之前我們先來了解下什么是全彩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，就像我們的普通彩色噴墨打印機一樣，打印出來即可。無需后期用顏料往上面去涂，因為全彩3D打印機打印的時候，就已經自備了全彩3D打印材料，分為各種不同顏色，就猶如我們平時用的各種顏色的墨水。這么解釋大家應該明白了。最近,來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）和迪斯尼蘇黎世研究中心（Disney Research Zurich）的科學家們攜手合作,開發出一種名為計算式熱成型（computational thermoforming）的方法，該方法將一種已有的工業生產技術（熱成型）和一款新軟件巧妙地結合起來，使得就算業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雜結構全彩對象。

據悉，該技術的核心在于對熱成型過程的精確模擬，這一工作是ETH博士生 Christian Schüller在該校教授Olga Sorkine-Hornung的指導下，于交互式幾何實驗室里完成的。Schüller首先對一個彩色塑料模型的彩色表面進行仿真計算，生成一個2D的圖像，然后將該圖像打印到一塊塑料板上。通過熱成型技術，這張板然后被加熱，并被制成一個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。

熱成型技術在工業上應用十分廣泛，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，都是通過這種技術制造出來的。“但這種工業級的方法并不適合制造小批量甚至單個的，具有復雜形狀或彩色圖案的產品。”Schüller說。為了準確地打印這些部件，就需要專業設備和精心校準。

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

首先第一步，用一臺簡單的3D打印機和單色的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。

然后制作人員會用專用軟件計算出該3D模型的正確紋理，并用標準的激光打印機打印到一張特殊的轉印紙上。隨后在壓力和熱的幫助下，這些圖像被轉印到一塊塑料片材上。

打印后的塑料片材會被塞入熱成型設備里，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——就這樣一個塑料復制品創建完成。

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

研究人員用這種方法測試制作了一些非常復雜的對象，包括中國面具和各種需要模具來制作的部件，例如汽車車身外殼和食物等。

測試結果很讓研發人員滿意，尤其是中國面具表面有很多繁復的細節，都被完整的復制出來；例如，在原來面具的牙齒上裝飾著金漆。“這一細節在復制品上被完整的再現了出來。其外觀的表面質量也很高，無論是顏色和結構都幾乎與原物幾乎相同。”Schüller說。

研究人員們相信，這種新方法可用于數字制造和大規模生產前的模具原型這樣的應用。建筑事務所和建模人員也能夠從這種方法中獲益，比如可以根據設計快速和廉價地制造出3D模型等。

甚至愛好者或者學校都可能會對這項技術感興趣，因為所需要的設備是現成的，而且其中的石膏模具可以多次使用，制造出大量復制品。而且其表面效果也堪與3色印刷工藝相比較。“制造出來的復制品具有高質量的外觀，對于許多應用來說，它比當今的3色印刷工藝更便宜、更快捷。”Schüller說。

本文部分內容源自天工社

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