2014年10月12日 星期日

【3d列印】如何印一個原尺寸的馬頭

原文出處:3ders.org
3D Print me a horse's head|by Dickon Walker*

*Dickon Walker is Product Design Engineer & Director of ST3P 3D Print & Design, a Glasgow, Scotland based company that offers product design services and 3D printing services.


你不會每天遇到這樣的請求,要從一個雕像中複製出一匹馬的局部 — 一個 3D 列印製成的真實大小的馬。這次碰巧 Fokus Grupa — 一個位於 Rijeka, Croatia(克羅埃西亞/里耶卡)的藝術收藏團體在今年夏天聯繫我們的時候,提出了這個請求。  
他們的想法是以一個嶄新的方式(3d 掃描)來創作,這個藝術品將透過掃描位於首都薩格勒布市(Zagreb)主要廣場的馬術雕塑做為雛形。這個 1:1 比例的複製品將長達一米高,一米深、 60 公分寬 — 這是一個相當艱鉅的任務,尤其當 3d 印表機的最大輸出範圍只有 28.5 x 15.3 x 15.5 公分的時候。

Josip Jelačić Statue: Source

圖片來源:google streetview

我們的第一個挑戰是編輯所需的檔案 — 藉由 3D 掃描所擷取到的馬匹檔案的解析度太低了,當縮放至正確尺寸時,有一些面與面之間的坑洞與間隙需要做處理。這些繁瑣的任務可以透過現有的一些 3d 軟體的工具來做簡易的自動修復,然而總有一些問題是建模軟體無法處理的,需要手動來編輯修復。模型完全修復之後,下一階段要做的事情就是將馬頭雕像檔案切割成各自獨立的塊體,好讓我們的印表機可以分開處理這些模型。為確保每個單獨的部分是可以被列印出來的,我們處理的物件在每個軸向上至少比輸出極限小上 20 mm  — 這樣每一塊都能生成各自所需的底板(Raft),而不是直接在工作平台上輸出

馬耳朵 3d 模型的修復


使用底板(Raft)來列印

在這一階段,我們要和大量的 3D 模型為伍,好拼湊出一匹馬的頭。為了有效縮短列印時間/重量/成本,我們刪除了模型內在的部分,取而代之的是一個保留原始外觀但是加厚的"殼"。

拼布般的馬頭模型

中空的馬頭模型

為了掌控這些形狀與大小獨特的 124 塊列印件,我們得仰賴 Excel 來作業。每個要從印表機輸出的獨特檔案,都各自轉存為.stl 檔格式,這些列印所需的時間和材料可以被軟體估算,好讓我們可以用來管理整個過程。這些列印的工作,有的只要半小時(約 6g 重的列印件),有的需要列印 15 個小時(366g 重)。這些資料都被記錄在我們的試算表,以格式化的方式來顯示不同的列印時間。這樣我們得以估計我們需要訂購的耗材數量、機器輸出的時間,並排出最有效的時程表。是時候開始 3D 列印了!

時間表

下圖中可見大塊的列印件都是單獨印製、小的列印件則是放在同一個排程中一起列印,讓列印的時間效率最大化,以這樣的方式一直列印直到我們所有的部件完成,只差組裝。

大塊的列印件 (單獨列印)

小塊的列印件(排在同一個程序中一起列印)

為了確保所有的列印塊已經印製完成,以及它們是互相正確的被組裝在一起,過程中我們使用磁帶來固定。一些較大的列印件在印製的過程中已經發生扭曲,在和鄰近的區塊相接時產生了縫隙。這一個『預組裝』的過程得以使我們能夠識別這些差距出現的位置,好讓我們之後透過將這些有問題的區塊再切割成多個部分列印,以解決這樣的問題。


預組裝(Pre-assembly)

當這些列印件印製完成並預組裝到對的位置上,我們會使用環氧樹酯(Epoxy resin)來永久固定它們。如果有誰曾經用過環氧樹酯,就會知道這是一個既混亂又臭氣沖天的麻煩事。環氧樹酯的使用在每個環節都必須仰賴手工(這些大量彎曲的幾何造型,使得夾具幾乎派不上用場),直到樹酯硬化為止。

塗抹環氧樹酯(Epoxy Resin)

手動固定

一步一腳印,馬的頭部已初具規模(請無視我們巧妙的橙色編號系統),開始組裝一些不會出錯(不需要做記號)的特徵部分,鬃毛、 鼻孔和耳朵 !



剖面的內部

為了使我們能處理底部的工作,我們將最後三層分開以利我們顛倒整組模型。下一階段就是要填補這些組件之間的縫隙。為此我們使用上一般用途的填料,看重的是它的快乾性與容易打磨。





細部近拍

共計共用掉 14 公斤的 ABS 塑料(相當於 3.5 英里/5.6 公里長)和半公斤的環氧樹酯,馬的頭終於完成並準備被運往在格拉斯哥(Glasgow)的 Transmission Gallery 展出。這一個專案是我們進行過最大、最多挑戰的模型。必須說,這是一項讓我們非常享受,而且成果十分壯觀的作品。經過數月來的電子郵件通信和視訊,很高興終於見到 Iva 和 Elvis 本尊(Fokus Grupa 公司的人)並邀請我們參與"People Love Monuments"展出的開幕儀式,並當眾和大家解釋這系列作品背後的故事和流程。
發人省思的模型與現場

藝廊外一角

印一個馬頭嗎?
Neigh brother.  「 neigh」(馬嘶聲)




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