一种基于3D打印材料流动性的雕塑制作方法

一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法
技术领域
1.本发明涉及雕塑制作技术领域，尤其涉及一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法。

背景技术：

2.雕塑，指为美化城市或用于纪念一些事件或人物而雕刻塑造、具有一定寓意、象征或象形的观赏物和纪念物。雕塑是造型艺术的一种。又称雕刻，是雕、刻、塑三种创制方法的总称。指用各种可塑材料(如石膏、树脂、粘土、陶土等)或可雕、可刻的硬质材料(如木材、石头、金属、玉块、玛瑙、铝、玻璃钢、砂岩、铜等)，创造出具有一定空间的可视、可触的艺术形象，借以反映社会生活、表达艺术家的审美感受、审美情感、审美理想的艺术。通过雕、刻减少可雕性物质材料，塑则通过堆增可塑物质性材料来达到艺术创造的目的。
3.随着3d打印的广泛应用，雕塑领域也已开始采用3d打印的方式实现雕塑的制备。但3d打印雕塑的方式也有其不足之处，比如一般的打印材料要想实现打印需要是半液态等具有一定流动性的形态，打印时以及后续干燥过程中不可避免会有雕塑体的变形现象，造成表面出现无规律的粗糙纹路，影响雕塑的形态美。目前解决这一问题的方式是通过对雕塑表面进行打磨处理，但这种方法并不能从根本上解决问题。
4.因此，有必要研究一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，能够从根本上解决打印流材在干燥前存在的雕塑变形问题，极大提高雕塑的制作成品率。
6.本发明提供一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，所述方法的步骤包括：
7.s1、确定打印原材料的流动性能；
8.s2、根据打印原材料的流动性能和待制作雕塑的3d打印模型，生成分层式3d打印方案；所述分层式3d打印方案包括：3d打印所需的坐标数据、干燥条件，以及雕塑不同区域的单层打印厚度、打印层数、相邻两层打印时间间隔；
9.s3、根据所述分层式3d打印方案进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；在打印过程中实时监测并调整打印室内的环境，使其满足干燥条件；
10.s4、对s3得到的雕塑初胚进行干燥、打磨和抛光处理，得到雕塑胚体；
11.s5、对s4得到的雕塑胚体的表面进行彩漆喷涂，得到最终的雕塑。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1中确定打印原材料流动性能的步骤包括：
13.s11、用打印原材料制备若干不同干燥度的半干型件，然后用打印原材料在所有半干型件上分别打印一层，待完全干燥后，测定两者的连接强度，连接强度满足要求的半干型件的干燥度为干燥度可选项；
14.s12、针对各干燥度可选项，确定不同厚度、不同温度、不同湿度下由打印原材料达到对应干燥度的时间；
15.s13、确定打印原材料在不同角度、不同厚度下的流动幅度和流动速度；流动幅度为材料打印至完全不流动时的最大流动距离；
16.s14、根据s12中各参数的对应关系和s13中各参数的对应关系，确定打印原材料在某一温度和某一湿度下、不同角度满足打印形变要求的打印厚度、相邻两层的打印时间间隔，作为厚度可选项和打印时间间隔可选项。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2的步骤包括：
18.s21、依据打印角度对3d打印模型进行区域划分；
19.s22、确定各区域的主要打印角度，并与步骤s14中的角度相对应，得到不同区域的单层打印厚度和相邻两层的打印时间间隔；
20.s23、根据各区域的整体厚度和单层打印厚度，确定该区域的打印层数。
21.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，雕塑不同区域的划分方式为：将与竖直向夹角相同或在预设范围内的连续区域划分为一个区域。
22.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，连接强度满足要求的条件为：35mpa以上。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，打印原材料为陶瓷泥；
24.当打印原材料为陶瓷泥时，所述方法的步骤还包括陶瓷烧制，该陶瓷烧制步骤位于s5的彩漆喷涂之前或之后。
25.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s3中在开始打印之前，通过水蒸气发生器向打印室内注入水蒸气，使打印室内湿度满足干燥条件中的湿度要求；同时通过设置在打印室内的加热设备进行加热，使打印室内温度满足干燥条件中的温度要求。
26.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在打印过程中，采用抽真空设备间断性地对打印室进行抽气操作保证打印室内气压和湿度满足干燥条件的要求。
27.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s21中区域划分的方式为：打印角度阈值
±5゜
，所述打印角度为打印点所在切面与竖直向的夹角。
28.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s22中主要打印角度为对应区域内占比最多的打印角度。
29.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s12中温度的选择范围为30-80℃。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域
普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
32.图1是本发明一个实施例提供的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法的流程图。
具体实施方式
33.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
34.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.针对现有技术的不足，本发明的基于3d打印的雕塑制作方法，一方面，在初始时对打印材料的流动性做详细研究，将材料的流动特性考虑进打印过程，从而使得打印好的模型粗胚在尺寸和形态上满足雕塑的设计要求；另一方面，雕塑打印时采用分层打印的方式，分层打印的同时进行一定程度的干燥操作，使得材料的流动性和可流动空间减小，从而获得相对来说更加符合设计标准的雕塑。
36.如图1所示，本发明雕塑制作方法的步骤包括：
37.步骤1、通过实验获得原始打印材料在不同干燥程度的半干型件上的连接强度；满足连接强度要求的半干型件的干燥程度认定为本发明3d打印的可选范围；确定连接强度，主要原因在于，干燥后材料再与非干燥的材料相连时往往会影响两者的连接强度，甚至无法连接，为了克服该问题，本发明通过实验测试出能够满足连接强度要求的干燥度，作为实际打印时的可选干燥度；
38.通过流动性测试得到打印材料的流动性数据，该流动性数据包括该材料在不同角度、不同厚度情况下的流动幅度和流动速度；
39.通过实验获得可选干燥度范围内半干型件在不同厚度、不同干燥条件下的干燥速度，再结合打印材料的流动性数据，确定该打印材料在不同角度下的可选厚度、可选干燥条件和可选的叠连两打印层的打印间隔；
40.步骤2、将所需打印的雕塑用magics软件进行三维建模，得到雕塑三维模型；将三维模型导入cura软件，通过cura软件将雕塑三维模型构成点形成格栅坐标数据；
41.步骤3、将步骤1得到的不同角度下的打印厚度、干燥条件和叠连两打印层的打印间隔导入3d打印控制设备，也将步骤2的格栅坐标数据输入3d打印控制设备中，生成分层式3d打印方案；该分层式3d打印方案除了包括一般3d打印所需的坐标数据，还包括雕塑不同区域的干燥条件、单层打印厚度、打印层数以及相邻层打印时间间隔；
42.区域的划分以角度为划分依据，将具有相同或角度在预设的误差范围内的连续区域作为一个打印区域；
43.步骤4、按步骤3的分层式3d打印方案控制3d打印设备进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；
44.打印过程中的干燥方式具体为：将雕塑初胚的打印设置在密闭空间内；该密闭空间外设有抽真空设备，用于对密闭空间进行抽真空；密闭空间外设有水蒸气生成设备，在初始干燥时向密闭空间内注入水蒸气；在打印开始前先对密闭空间抽真空并注入预定量的水
蒸气；在后续打印过程中抽真空设备间断性的对密闭空间进行抽真空，从而保证密闭空间内的多余水蒸气能够及时抽出，防止因水蒸气过多阻碍进一步干燥的情况；
45.该干燥方式同样为步骤1中的干燥方式；
46.该干燥方式，能够保证密闭空间内具有特定温度和特定范围的湿度，一方面可以快速将已打印雕塑深处的水分蒸发出来，另一方面雕塑的表面不至于因为干燥而生成一层阻碍内部水分蒸发出来的表皮层，从而能够保证对整个已打印雕塑体的干燥，最大程度抑制打印材料的流动性；
47.步骤5、雕塑初胚打印完成后在恒温温度下干燥3-8小时，之后通过打磨组件对干燥完成的雕塑初胚表面进行打磨、抛光处理，打磨抛光结束后形成雕塑胚体；
48.步骤6、对雕塑胚体的表面进行彩漆喷涂，得到最终的雕塑。
49.实施例1：
50.在该实施例基于3d打印的雕塑制作方法中，采用的雕塑材料为陶瓷用泥。
51.步骤1、确定打印原材料的流动性能；具体地：
52.先用陶瓷泥制备10个板件，进行干燥，得到10个不同干燥度的半干型件，半干型件的表面干燥程度在原始陶瓷泥和不再具有流动性陶瓷泥之间。然后在所有半干型件上分别打印一层原始的陶瓷泥，得到组合板件。待完全干燥后，通过传统强度试验测定组合板件中两层之间的连接强度，连接强度满足要求的半干型件的干燥度为打印时的干燥度可选项；记为g。
53.通过实验的方式，确定不同厚度、不同温度、不同湿度、不同真空度下由原始湿度陶瓷泥干燥到某一干燥度g所需要的时间，该时间即为相邻两层的打印时间间隔t。
54.通过实验的方式，确定陶瓷泥在不同角度、不同厚度下的流动幅度和流动速度；流动幅度为材料打印至完全不流动时的最大流动距离，流动速度是单位时间内的流动距离。
55.步骤2、将所需打印的雕塑用magics软件进行三维建模，得到雕塑三维模型；将三维模型导入cura软件，通过cura软件将雕塑三维模型构成点形成格栅坐标数据；
56.步骤3、根据步骤2中的雕塑三维模型以及格栅坐标数据，对雕塑进行区域划分，然后针对各个区域制定打印方案；
57.对雕塑进行区域划分，将雕塑上角度相同和相似的连续区域作为一个打印区域，比如立方体雕塑只有两个角度，水平和竖直，连续区域划分后包括底面、顶面、四侧面，共六个面，四个侧面由于也具有连续性，可以归为一个打印区域。
58.从步骤1的实验数据中选出出现频率最高的温度、湿度和真空度的范围，作为打印时所用的干燥条件，分别记为w、s和z。然后制定该干燥条件下各个打印区域的分层式3d打印方案。具体地：根据干燥度g、流动幅度和流动速度，确定各区域单层厚度h以及相邻两层的打印时间间隔t。
59.步骤4、按步骤3中各区域的分层式3d打印方案控制3d打印设备进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；
60.打印过程中的干燥方式具体为：将雕塑初胚的打印设置在密闭空间内；该密闭空间外设有抽真空设备，用于对密闭空间进行抽真空；密闭空间外设有水蒸气生成设备，在初始干燥时向密闭空间内注入水蒸气；在打印开始前先对密闭空间抽真空并注入预定量的水蒸气；在后续打印过程中抽真空设备间断性的对密闭空间进行抽真空，从而保证密闭空间
内的多余水蒸气能够及时抽出，防止因水蒸气过多阻碍进一步干燥的情况；
61.该干燥方式同样适用于步骤1中实验的干燥步骤；
62.该干燥方式，能够保证密闭空间内具有特定温度和特定范围的湿度，一方面可以快速将已打印雕塑深处的水分蒸发出来，另一方面雕塑的表面不至于因为干燥而生成一层阻碍内部水分蒸发出来的表皮层，从而能够保证对整个已打印雕塑体的干燥，最大程度抑制打印材料的流动性；
63.步骤5、雕塑初胚打印完成后在恒温温度下干燥3小时，之后通过打磨组件对干燥完成的雕塑初胚表面进行打磨、抛光处理，打磨抛光结束后形成雕塑胚体；
64.步骤6、对雕塑胚体进行陶瓷烧制，然后在表面进行彩漆喷涂，得到最终的雕塑。
65.实施例2：
66.实施例1：
67.在该实施例基于3d打印的雕塑制作方法中，采用的雕塑材料为水泥。
68.步骤1、确定打印原材料的流动性能；具体地：
69.先用水泥制备10个板件，进行干燥，得到10个不同干燥度的半干型件，半干型件的表面干燥程度在原始水泥和不再具有流动性水泥之间。然后在所有半干型件上分别打印一层原始的水泥，得到组合板件。待完全干燥后，通过传统强度试验测定组合板件中两层之间的连接强度，连接强度满足要求的半干型件的干燥度为打印时的干燥度可选项；记为g。
70.通过实验的方式，确定不同厚度、不同温度、不同湿度、不同真空度下由原始湿度水泥干燥到某一干燥度g所需要的时间，该时间即为相邻两层的打印时间间隔t。
71.通过实验的方式，确定水泥在不同角度、不同厚度下的流动幅度和流动速度；流动幅度为材料打印至完全不流动时的最大流动距离，流动速度是单位时间内的流动距离。
72.步骤2、将所需打印的雕塑用magics软件进行三维建模，得到雕塑三维模型；将三维模型导入cura软件，通过cura软件将雕塑三维模型构成点形成格栅坐标数据；
73.步骤3、根据步骤2中的雕塑三维模型以及格栅坐标数据，对雕塑进行区域划分，然后针对各个区域制定打印方案；
74.对雕塑进行区域划分，将雕塑上角度相同和相似的连续区域作为一个打印区域，比如球形雕塑角度随着高度实时变化，连续区域划分为由下到上的底部圆盘区域、若干依次连接的环形区域、顶部圆盘区域。
75.从步骤1的实验数据中选出出现频率最高的温度、湿度和真空度的范围，作为打印时所用的干燥条件，分别记为w、s和z。然后制定该干燥条件下各个打印区域的分层式3d打印方案。具体地：根据干燥度g、流动幅度和流动速度，确定各区域单层厚度h以及相邻两层的打印时间间隔t。
76.步骤4、按步骤3中各区域的分层式3d打印方案控制3d打印设备进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；
77.打印过程中的干燥方式具体为：将雕塑初胚的打印设置在密闭空间内；该密闭空间外设有抽真空设备，用于对密闭空间进行抽真空；密闭空间外设有水蒸气生成设备，在初始干燥时向密闭空间内注入水蒸气；在打印开始前先对密闭空间抽真空并注入预定量的水蒸气；在后续打印过程中抽真空设备间断性的对密闭空间进行抽真空，从而保证密闭空间内的多余水蒸气能够及时抽出，防止因水蒸气过多阻碍进一步干燥的情况；
78.该干燥方式同样适用于步骤1中实验的干燥步骤；
79.该干燥方式，能够保证密闭空间内具有特定温度和特定范围的湿度，一方面可以快速将已打印雕塑深处的水分蒸发出来，另一方面雕塑的表面不至于因为干燥而生成一层阻碍内部水分蒸发出来的表皮层，从而能够保证对整个已打印雕塑体的干燥，最大程度抑制打印材料的流动性；
80.步骤5、雕塑初胚打印完成后在恒温温度下干燥8小时，之后通过打磨组件对干燥完成的雕塑初胚表面进行打磨、抛光处理，打磨抛光结束后形成雕塑胚体；
81.步骤6、对雕塑胚体表面进行彩漆喷涂，得到最终的雕塑。
82.以上对本技术实施例所提供的一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
83.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

技术特征：

1.一种基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：s1、确定打印原材料的流动性能；s2、根据打印原材料的流动性能和待制作雕塑的3d打印模型，生成分层式3d打印方案；所述分层式3d打印方案包括：3d打印所需的坐标数据、干燥条件，以及雕塑不同区域的单层打印厚度、打印层数、相邻两层打印时间间隔；s3、根据所述分层式3d打印方案进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；在打印过程中实时监测并调整打印室内的环境，使其满足干燥条件；s4、对s3得到的雕塑初胚进行干燥、打磨和抛光处理，得到雕塑胚体；s5、对s4得到的雕塑胚体的表面进行彩漆喷涂，得到最终的雕塑。2.根据权利要求1所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，步骤s1中确定打印原材料流动性能的步骤包括：s11、用打印原材料制备若干不同干燥度的半干型件，然后用打印原材料在所有半干型件上分别打印一层，待完全干燥后，测定两者的连接强度，连接强度满足要求的半干型件的干燥度为干燥度可选项；s12、针对各干燥度可选项，确定不同厚度、不同温度、不同湿度下由打印原材料达到对应干燥度的时间；s13、确定打印原材料在不同角度、不同厚度下的流动幅度和流动速度；s14、根据s12中各参数的对应关系和s13中各参数的对应关系，确定打印原材料在某一温度和某一湿度下、不同角度满足打印形变要求的打印厚度、相邻两层的打印时间间隔，作为厚度可选项和打印时间间隔可选项。3.根据权利要求2所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，步骤s2的步骤包括：s21、依据打印角度对3d打印模型进行区域划分；s22、确定各区域的主要打印角度，并与步骤s14中的角度相对应，得到不同区域的单层打印厚度和相邻两层的打印时间间隔；s23、根据各区域的整体厚度和单层打印厚度，确定该区域的打印层数。4.根据权利要求1所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，打印原材料为陶瓷泥；当打印原材料为陶瓷泥时，所述方法的步骤还包括陶瓷烧制；该陶瓷烧制位于步骤s5的彩漆喷涂之前或之后。5.根据权利要求4所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，连接强度满足要求的条件为：35mpa以上。6.根据权利要求1所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，步骤s3中在开始打印之前，通过水蒸气发生器向打印室内注入水蒸气，使打印室内湿度满足干燥条件中的湿度要求；同时通过设置在打印室内的加热设备进行加热，使打印室内温度满足干燥条件中的温度要求。7.根据权利要求6所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，在打印过程中，采用抽真空设备间断性地对打印室进行抽气操作保证打印室内气压和湿度满足干燥条件的要求。
8.根据权利要求3所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，步骤s21中区域划分的方式为：打印角度阈值
±5゜
的连续区域，所述打印角度为打印点所在切面与竖直向的夹角。9.根据权利要求3所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，主要打印角度为对应区域内占比最多的打印角度。10.根据权利要求2所述的基于3d打印材料流动性的雕塑制作方法，其特征在于，s12中温度的选择范围为30-80℃。

技术总结

本发明涉及一种基于3D打印材料流动性的雕塑制作方法，属于雕塑制作技术领域，能够从根本上解决打印流材在干燥前存在的雕塑变形问题，极大提高雕塑成品率；该方法包括：S1、确定打印原材料的流动性能；S2、根据流动性能和雕塑的3D打印模型生成分层式3D打印方案；分层式3D打印方案包括：3D打印所需的坐标数据、干燥条件以及雕塑不同区域的单层打印厚度、打印层数、相邻两层打印时间间隔；S3、根据所述分层式3D打印方案进行雕塑的打印，得到雕塑初胚；在打印过程中实时监测并调整打印室内的环境，使其满足干燥条件；S4、对雕塑初胚进行干燥、打磨和抛光得到雕塑胚体；S5、对雕塑胚体表面进行彩漆喷涂，得到最终雕塑。得到最终雕塑。得到最终雕塑。