3D打印大型雕塑模型的方法与流程

3d打印大型雕塑模型的方法
技术领域
1.本发明涉及模型打印的技术领域，尤其是涉及3d打印大型雕塑模型的方法。


背景技术：

2.大型雕塑的放样制作模型是艺术铸造大型件生产的重要工艺环节。目前大型雕塑的放样制作模型主要采用的是套圈放样和焊接钢结构骨架泥型放样和石膏型放样两大类，在智能铸造的今天，铸造技术主要包括数字模拟、3d打印、机器人、erp等等；智能铸造系统即是具有学习能力的大数据知识库，能够通过对环境信息和自身信息的对比分析而进行自我规划、自我改善。
3.针对较为复杂形状的大型雕塑，其模具形状也需要设计的更为复杂，模具生产成本高，因此大多采用3d打印技术生产，当前3d打印模型虽然已经普及，但3d打印技术受到3d打印设备的尺寸约束，大多只能对600mm
×
600mm的面积幅度的零部件进行打印，而不方便对大型雕塑模型进行制作。


技术实现要素：

4.根据现有技术存在的不足，本发明的目的是提供3d打印大型雕塑模型的方法，具有方便对大型雕塑模型进行制作的效果。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.3d打印大型雕塑模型的方法，包括以下步骤：
7.1)、生成大型雕塑的数字模型；
8.2)、将数字模型文件转换为stl文件；
9.3)、模型切片，将整个模型切割为若干个砂型；
10.4)、选择合适的3d打印设备，调整3d打印设备树脂以及固化剂的加入量；
11.5)、3d打印，光敏树脂打印，打印幅度为600mm
×
600mm，依次对各个砂型进行打印；
12.6)、砂型拼接，将各个打印完成的砂型进行拼接；
13.7)、内部填充，对组装后的模型进行浇铸。
14.通过采用上述技术方案，将大型雕塑模型分为多块砂型，在单独成型之后再将其拼接在一起，可以避开3d打印设备的尺寸约束，便于生产大型雕塑模型。
15.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤1包括使用三维软件设计一个大型雕塑的数字模型或手工制作一个大型雕塑的小型模型，然后通过三维扫描小型模型建立大型雕塑数字模型。
16.通过采用上述技术方案，使用两种方法对大型雕塑模型进行数字建模，提高了对大型雕塑模型的数字建模效果。
17.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤2中的stl文件不会超出物理尺寸、水密性和多边形数量限制。
18.通过采用上述技术方案，保证了大型雕塑模型能够稳定的数字建模。
19.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤3中使用flashprint软件对大型雕塑模型进行分割，且选择切割不明显处或后期能够遮盖处。
20.通过采用上述技术方案，使用flashprint软件中的分割功能能够快速的对模型进行分割，且选择切割不明显处或后期能够遮盖处能够减小后期对大型雕塑模型表面处理的劳动强度。
21.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤5包括：
22.总体控制单元；
23.喷头定位单元，所述喷头定位单元与所述总体控制单元电性连接，用于实时传递喷头的位置信息；
24.打印执行单元，所述打印执行单元控制打印喷头运动，并执行总体控制单元发出的指令信息。
25.通过采用上述技术方案，通过喷头定位单元的定位，可以将大型打印对象直接转换为打印区域的坐标点集，按照对应坐标点进行打印，使3d打印更为灵活，适应更多场景，且提升了3d打印大型物体的准备速度，并缩短打印时间。
26.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤6包括：
27.61)、相邻两个砂型之间设置有相互榫接的结构，通过榫接结构对各个砂型进行组装；
28.62)、辅助使用粘合剂进行粘合；
29.63)、合型处粘贴定位块，且在组装完成后的模型内部放置支撑杆进行支撑加固；
30.64)、涂蜡修整；
31.65)、去除定位块，模型组装完成。
32.通过采用上述技术方案，能够对大型雕塑模型进行快速的内部填充。
33.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤7包括：
34.71)、采集轮廓圈数据，使用平面扫描仪采集轮廓数据；
35.72)、处理轮廓数据，将数据导入机床；
36.73)、组装轮廓圈；
37.74)、石膏雕塑模型形体。
38.通过采用上述技术方案，放样数据科学准确，能更好地保证大型雕塑的原创效果，缩短工期和节省材料。
39.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：对填充完成后的雕塑模型进行表面修整，使用打磨、高压空气清洁、抛光或着色等工艺，提高雕塑模型的表面美观性和尺寸精准性。
40.通过采用上述技术方案，提高了大型雕塑模型的表面美观性和尺寸精准性。
41.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
42.1.本发明将大型雕塑模型分为多块砂型，在单独成型之后再将其拼接在一起，可以避开3d打印设备的尺寸约束，便于生产大型雕塑模型。
43.2.本发明通过喷头定位单元的定位，可以将大型打印对象直接转换为打印区域的坐标点集，按照对应坐标点进行打印，使3d打印更为灵活，适应更多场景，且提升了3d打印大型物体的准备速度，并缩短打印时间。
附图说明
44.图1是本发明的流程图；
45.图2是本发明砂型拼接步骤的流程图；
46.图3是本发明内部填充步骤的流程图。
具体实施方式
47.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
48.实施例：
49.参照图1至图3，本发明公开的3d打印大型雕塑模型的方法，包括以下步骤：
50.1)、生成大型雕塑的数字模型。步骤1包括使用三维软件设计一个大型雕塑的数字模型，使用计算机辅助设计软件，例如cad进行数字建模。
51.还能够手工制作一个大型雕塑的小型模型，然后通过逆向工程三维扫描小型模型建立大型雕塑数字模型。
52.在进行3d打印设计时，必须考虑几个设计注意事项。这些通常集中在特征几何形状限制和支撑或逃生孔要求上，并且会随技术的不同而不断变化。
53.2)、将数字模型文件转换为stl文件。stl使用三角形(多边形)来描述对象的立体参数信息。步骤2中的stl文件不会超出物理尺寸、水密性和多边形数量限制。
54.3)、模型切片，将stl文件导入到切片软件中进行处理，将整个模型切割为若干个砂型。步骤3中使用flashprint软件对大型雕塑模型进行分割，将stl文件转换为gcode代码，以控制自动化机床或打印机。切片器程序还允许设计人员自定义构建参数，包括支撑，层高和零件方向。
55.在切片时应该选择切割不明显处或后期能够遮盖处，来减小后期对大型雕塑模型表面处理的劳动强度。
56.在模型切片之前需要判定样件是否适合用3d打印拆分打印后拼接，需要判定样件的尺寸，薄厚是否会影响到后期拼接的难度和最终成型样件的尺寸，精度。可以通过ansys做有限元分析，或者solidworks的力学分析等方式，进行切片的力学性能分析验。
57.4)、选择合适的3d打印设备，调整3d打印设备树脂以及固化剂的加入量。树脂和固化剂的加入量直接影响到砂型强度，由于大型雕塑模型对砂型强度的要求也较高，过高的树脂和固化剂加入量容易导致铸件出气孔、渗流等缺陷，过低的树脂和固化剂的加入量，导致砂型不能提供足够的强度，因此需要加入合适的树脂和固化剂。
58.5)、3d打印，光敏树脂打印，打印幅度为600mm
×
600mm，依次对各个砂型进行打印。
59.步骤5包括：
60.总体控制单元；喷头定位单元，喷头定位单元与总体控制单元电性连接，用于实时传递喷头的位置信息。
61.打印执行单元，打印执行单元控制打印喷头运动，并执行总体控制单元发出的指令信息。
62.打印执行单元将打印模型在指定打印地点形成的打印离散点集以及打印喷头的移动信息，发送至总体控制单元，喷头定位单元反馈喷头的当前位置信息至总体控制单元，总体控制单元根据打印喷头的当前位置信息判断是否打印完成，若是没有打印完成，总体
控制单元发送指令信息至打印打印执行单元，打印执行单元移动打印喷头到指定位置，继续执行打印操作，直至打印完成为止。
63.本方法提升了3d打印大型物体的准备速度，并缩短打印时间。通过喷头定位单元反馈打印喷头的当前位置信息至总体控制单元，结合打印指定场地的地形进行特殊打印，可以将大型打印对象直接转换为打印区域的坐标点集，按照对应坐标点进行打印，使3d打印更为灵活，适应更多场景，且提升了3d打印大型物体的准备速度，并缩短打印时间。
64.在这一阶段，打印材料也被加载到3d打印机中。3d打印中使用的原材料通常具有保质期，并且需要小心处理。虽然某些过程提供了回收多余3d打印材料的能力，但如果不定期更换，重复使用会导致材料性能下降。
65.开始打印，无需监视3d打印机的运转。3d打印机将遵循自动化流程，通常仅在机器用完材料或软件出现错误时才会出现报警。
66.6)、砂型拼接，将各个打印完成的砂型进行拼接。步骤6包括：
67.61)、相邻两个砂型之间设置有相互榫接的结构，通过榫接结构对各个砂型进行组装。榫接结构组装拼接更结实，还减少使用胶水等粘连，防止胶水影响大型雕塑模型的美观。
68.62)、辅助使用粘合剂进行粘合。对一些榫接不佳的位置进行粘合。粘合剂能够使用502或3秒胶等常见的粘合剂。
69.63)、合型处粘贴定位块，且在组装完成后的模型内部放置支撑杆进行支撑加固。在放置砂型时保证最大接触面放在打印平台上，在打印的时候，模型底部能够粘紧平台是非常重要的，一旦底部不稳，打印效果要大打折扣，因此将模型导入切片软件后，尽量将其方向进行调整，让其最大的接触面在打印平台上。
70.fdm打印机的原理是熔融堆积成型，也就是把pla耗材高温融化后再造型，那么，若是有悬空的部分，或多或少必然会有垂丝现象，严重的直接打印失败，因此需要尽量减少悬空。
71.使用者能够使用flashprint自动添加树状支撑，或是自己设计支撑，支撑要么与模型表面留下1mm的空隙，要么前端接触部分设计成锥形，保证接触面足够小，这样可以减小支撑对于模型表面的损伤。
72.64)、涂蜡修整，所有的合型线处用艺术铸造模料蜡涂抹处理，在模型组装完成后进行修整，保持表面肌理的一致性。
73.65)、去除定位块，模型组装完成。
74.各个砂型除了使用粘合剂进行连接，还能够采用卡扣配合，再加上紧固件，卡扣配合保持在模具制造的几何约束之内，并利用塑料的能力进行弹性变形，然后通过卡扣成形。
75.一些金属零部件也能使用焊接连接。用于3d打印的合金是可焊接的，即使是用于不同的连接。但是焊接非常考验师傅的手艺，且会影响到衔接处周边的样件表面，增加零件的成型尺寸，因此需要结合实际状况分析粘合方法。
76.7)、内部填充，对组装后的模型进行浇铸。步骤7包括：
77.71)、采集轮廓圈数据，使用平面扫描仪采集轮廓数据，把每层轮廓以点的方式进行测量，点的密度尽可能的大一些，使轮廓数据更加精准。然后把数据导入电脑处理成路径文件导出。
78.72)、处理轮廓数据，将以上两种数据导入cnc数控机床所用的相关软件再次进行数据处理，以指导数控机床加工，同样用三合板材料按照1∶10比例加工轮廓圈。
79.73)、组装轮廓圈，沿着三合板轮廓内圈用气钉枪钉一圈木方加固三合板，同时在水平地面上画出1∶1的坐标格线，标出x、y轴；在格线上搭起脚手架，脚手架工作完成后，先把加固好的水平层三合板轮廓按10倍层高从下往上依次用铁丝固定在脚手架上，固定时用吊线锤定位坐标的x、y轴使所有层坐标与地面坐标一致。水平层装完后根据对应坐标把垂直圈也装上，组装好轮廓圈，然后就可以把1.5
×
3cm木方按层高锯成小段，用气订枪把轮廓圈连接起来，起到加固支撑的作用。
80.74)、石膏雕塑模型形体。用棕皮或者麻丝蘸上稀石膏在加固好的木架上铺一层，凝固后用纯石膏在此基础上进行大型的塑造，石膏大型完成后再严格按照外轮廓圈不断与石膏模型小稿比对，直到雕塑效果与小稿完全一致。
81.对填充完成后的雕塑模型进行表面修整，使用打磨、高压空气清洁、抛光或着色等工艺，提高雕塑模型的表面美观性和尺寸精准性。
82.上述实施例的实施原理为：
83.3d打印大型雕塑模型的方法，包括以下步骤：
84.1)、生成大型雕塑的数字模型，使用三维软件设计一个大型雕塑的数字模型或手工制作一个大型雕塑的小型模型，然后通过三维扫描小型模型建立大型雕塑数字模型。
85.2)、将数字模型文件转换为stl文件；
86.3)、模型切片，将整个模型切割为若干个砂型；
87.4)、选择合适的3d打印设备，调整3d打印设备树脂以及固化剂的加入量；
88.5)、3d打印，光敏树脂打印，打印幅度为600mm
×
600mm，依次对各个砂型进行打印；
89.6)、砂型拼接，将各个打印完成的砂型进行拼接；
90.61)、相邻两个砂型之间设置有相互榫接的结构，通过榫接结构对各个砂型进行组装；
91.62)、辅助使用粘合剂进行粘合；
92.63)、合型处粘贴定位块，且在组装完成后的模型内部放置支撑杆进行支撑加固；
93.64)、涂蜡修整；
94.65)、去除定位块，模型组装完成；
95.7)、内部填充，对组装后的模型进行浇铸；
96.71)、采集轮廓圈数据，使用平面扫描仪采集轮廓数据；
97.72)、处理轮廓数据，将数据导入机床；
98.73)、组装轮廓圈；
99.74)、石膏雕塑模型形体。
100.本发明将大型雕塑模型分为多块砂型，在单独成型之后再将其拼接在一起，可以避开3d打印设备的尺寸约束，便于生产大型雕塑模型。
101.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于,包括以下步骤：1)、生成大型雕塑的数字模型；2)、将数字模型文件转换为stl文件；3)、模型切片，将整个模型切割为若干个砂型；4)、选择合适的3d打印设备，调整3d打印设备树脂以及固化剂的加入量；5)、3d打印，光敏树脂打印，打印幅度为600mm
×
600mm，依次对各个砂型进行打印；6)、砂型拼接，将各个打印完成的砂型进行拼接；7)、内部填充，对组装后的模型进行浇铸。2.根据权利要求1所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤1包括使用三维软件设计一个大型雕塑的数字模型或手工制作一个大型雕塑的小型模型，然后通过三维扫描小型模型建立大型雕塑数字模型。3.根据权利要求2所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤2中的stl文件不会超出物理尺寸、水密性和多边形数量限制。4.根据权利要求3所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤3中使用flashprint软件对大型雕塑模型进行分割，且选择切割不明显处或后期能够遮盖处。5.根据权利要求1所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤5包括：总体控制单元；喷头定位单元，所述喷头定位单元与所述总体控制单元电性连接，用于实时传递喷头的位置信息；打印执行单元，所述打印执行单元控制打印喷头运动，并执行总体控制单元发出的指令信息。6.根据权利要求1所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤6包括：61)、相邻两个砂型之间设置有相互榫接的结构，通过榫接结构对各个砂型进行组装；62)、辅助使用粘合剂进行粘合；63)、合型处粘贴定位块，且在组装完成后的模型内部放置支撑杆进行支撑加固；64)、涂蜡修整；65)、去除定位块，模型组装完成。7.根据权利要求1所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：所述步骤7包括：71)、采集轮廓圈数据，使用平面扫描仪采集轮廓数据；72)、处理轮廓数据，将数据导入机床；73)、组装轮廓圈；74)、石膏雕塑模型形体。8.根据权利要求7所述的3d打印大型雕塑模型的方法，其特征在于：对填充完成后的雕塑模型进行表面修整，使用打磨、高压空气清洁、抛光或着色等工艺，提高雕塑模型的表面美观性和尺寸精准性。

技术总结
本发明涉及3D打印大型雕塑模型的方法，包括以下步骤：1)、生成大型雕塑的数字模型；2)、将数字模型文件转换为STL文件；3)、模型切片，将整个模型切割为若干个砂型；4)、选择合适的3D打印设备，调整3D打印设备树脂以及固化剂的加入量；5)、3D打印，光敏树脂打印，打印幅度为600mm


技术研发人员：孔浩 韩福梅
受保护的技术使用者：苏州市九天雕塑艺术有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/22