3D打印16×18×6m云岡石窟大佛，基于3D打印技術(shù)超大體量不規(guī)則型面制品成形工藝

南極熊導(dǎo)讀：本文深度介紹，基于3D打印技術(shù)超大體量不規(guī)則型面制品成形工藝，可以3D打印復(fù)制云岡石窟第18號(hào)洞窟，制品高度16M，橫面寬18M，厚度6M，展開打印面積423平方米，使用3D打印耗材將近4噸，累計(jì)打印時(shí)候5萬4千多個(gè)小時(shí)。

2018年11月27-28日，2018增材制造全球創(chuàng)新大賽在北京豐臺(tái)舉行，南極熊發(fā)現(xiàn)了不少非常好的3D打印項(xiàng)目。例如北京建筑大學(xué)&北京森迅兄弟文化傳播有限公司——基于3D打印技術(shù)超大體量不規(guī)則型面制品成形工藝項(xiàng)目。

下面是現(xiàn)場(chǎng)速記，南極熊希望可以很好還原其項(xiàng)目路演過程。

基于3D打印技術(shù)超大體量不規(guī)則型面制品成形工藝項(xiàng)目

——北京建筑大學(xué)&北京森迅兄弟文化傳播有限公司

我開始過來參加比賽更多抱著學(xué)習(xí)態(tài)度，簡(jiǎn)單介紹一下我們所做的事情。題目叫做基于3D打印技術(shù)超大體量不規(guī)則型面制品成型工藝。實(shí)際上這個(gè)名字把我們所做的事情包含在里面了。做這件事情的初衷在三年前，其中國(guó)內(nèi)某一個(gè)設(shè)計(jì)研究院，它跟我們合作進(jìn)行文物數(shù)字化，在文物數(shù)字化基礎(chǔ)上有一個(gè)設(shè)想，我們有了這么大量的數(shù)據(jù)怎么用？也是他們一直有一個(gè)夢(mèng)想，把他們最精華石窟藝術(shù)展示給世人，石窟屬于大體量不可移動(dòng)的文物，想要看到真東西智能到現(xiàn)場(chǎng)去看，這個(gè)比較局限，他們提出來是不是我們可以用一些方式幫他們把這些數(shù)字化資源利用起來，變成可以移動(dòng)式展品，送到外面展覽。
   
因此從那個(gè)時(shí)候開始思考這樣一個(gè)問題，如何利用現(xiàn)有成熟3D打印技術(shù)將大體量制品制作出來，因此，這是思考第一個(gè)問題3D打印+，并沒有追求前端3D打印技術(shù)，而是把目光放在了成熟3D打印技術(shù)在實(shí)際領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。
   
正因?yàn)橛辛诉@樣的機(jī)遇，選擇了切入點(diǎn)是文物保護(hù)與發(fā)展，大體量不可移動(dòng)文物的復(fù)制。實(shí)際上從這樣一個(gè)課題延伸開來，作為團(tuán)隊(duì)研究方向，研究一下3D打印技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用，不在把3D打印技術(shù)停留在單件小批量的層面，真正在工業(yè)上利用大規(guī)模生產(chǎn)手段來制作大體量包括大數(shù)量產(chǎn)品。

   

簡(jiǎn)單說一下項(xiàng)目。因?yàn)樯婕暗街�識(shí)產(chǎn)權(quán)的問題，18窟是比較具有代表性的石窟，最主要是一個(gè)主佛，高15.5米，整體窟內(nèi)雕塑主要以高浮雕為主，因此整體從幸免角度來講不規(guī)則的，不像我們有一些平面浮雕類的石窟，相對(duì)來講型面比較簡(jiǎn)單，這是我前面提到大體量不規(guī)則成型。
   
接到這個(gè)題目之后，這是我們學(xué)校的團(tuán)隊(duì)跟云岡團(tuán)隊(duì)進(jìn)行探討，這個(gè)項(xiàng)目大概進(jìn)行了三年左右，從開始理想到今年幫助他們實(shí)施，這是成果，立在北京建筑大學(xué)大興小區(qū)校園里面，從今年7月份結(jié)束在十一之前完成，整體按照一比一高保真復(fù)制。在11月份國(guó)內(nèi)很多媒體報(bào)道了這個(gè)作品，引起了一些轟動(dòng)。
   
我們做的事情概括為三大二高一全：大體量、大尺寸、大規(guī)模、高精度、高效率、全鏈條，在做的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了我們可以做的東西，但是由于資金的問題不能繼續(xù)下去。

   

大體量；復(fù)制品高度16M，橫面寬18M，厚度6M，展開打印面積423平方米，使用3D打印耗材將近4噸，累計(jì)打印時(shí)候5萬4千多個(gè)小時(shí)。
   
大規(guī)格；我個(gè)人認(rèn)為比較牽強(qiáng)，這里都是專家，沒有必要說一些隱諱的話，這樣打印尺寸在3D打印當(dāng)中不是困難的東西，當(dāng)時(shí)的考慮做這么大一個(gè)東西，還是傳統(tǒng)高精度包括200×300打印幅度不能滿足我們的要求，大體量產(chǎn)品對(duì)于精度要求低，對(duì)于效率要求高，我們自己研發(fā)了打印機(jī)進(jìn)行打印工作。
   
森迅兄弟投入了50臺(tái)設(shè)備，實(shí)際在做設(shè)備的時(shí)候我們也有一個(gè)目標(biāo)盡量便宜，不是唯一的目標(biāo)，滿足我們要求前提下盡量減少前期投入�，F(xiàn)在森迅兄弟這邊有50臺(tái)設(shè)備，每天打印能力是15平米和80公斤打印量。
   
高精度；我在開論證會(huì)的時(shí)候，跟森迅兄弟在提，3D打印我來負(fù)責(zé)，這件事情我作為一個(gè)不是一個(gè)恰當(dāng)比例，就是機(jī)加工的精度干了一件建筑的活。當(dāng)時(shí)我們的甲方石窟研究院他們要求，對(duì)于縫隙要求非常嚴(yán)格的，因?yàn)榭p隙太大肯定會(huì)影響展示的效果，要求很高。這個(gè)精度以毫米級(jí)，每一個(gè)縫隙的精度，在這么大體量當(dāng)中，保證毫米級(jí)的精度，我個(gè)人沒有信心的，在拼接過程當(dāng)中，上了一些設(shè)備，也使用了一些土辦法結(jié)合做這件事情。
   
高效率；這樣一個(gè)大體量的工程，總占地是1700多個(gè)立方，加上后面的結(jié)構(gòu)。用了60天做完，前期大概有15天左右的模型二此處理，這里沒有計(jì)算模型  采集、數(shù)據(jù)采集的時(shí)間，完全加工制作，制作成品，打印了45天，總工期用了60天。
   
全鏈條；為什么把它全總結(jié)成一缺呢，這些我們現(xiàn)在是可以做全鏈條的工作，從數(shù)據(jù)采集、模型處理、型面分割、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、3D打印成型，成型之后后處理型面的保護(hù)，在這里發(fā)現(xiàn)了很多不足，在每一個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中都有很多的選擇，從這個(gè)項(xiàng)目來講，沒有更多時(shí)間去嘗試，前期有兩年多的時(shí)間為了這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)校內(nèi)部做了一些實(shí)驗(yàn)，但是我們發(fā)現(xiàn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這里面需要我們繼續(xù)解決的問題還有很多。

   

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
一、瞄準(zhǔn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，自行研發(fā)大型打印設(shè)備。我們機(jī)器不好看沒有外包裝全部裸露的，沒有太講究特別高的精度。因?yàn)槲覀冇X得精度夠用就可以，我們目標(biāo)不是追求高精度的機(jī)器，是它能夠干活皮實(shí)，實(shí)施證明我們沒有錯(cuò)誤的，5萬4千多小時(shí)機(jī)器故障率不到200次，包括堵掉、斷線，雖然不好看但是皮實(shí)耐用。
   
第一張圖片是第一代機(jī)器，第二張圖片是第二代機(jī)器，以第二個(gè)圖片第二代機(jī)器為主力，最右邊的機(jī)器是第三代機(jī)器，只說一個(gè)指標(biāo)，希望把打印速度從第二代機(jī)器40到50提高到100以上，把打印速度翻一番，也提高打印效率，適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)。
   
二、大體量不規(guī)則型面標(biāo)準(zhǔn)拼接工藝流程。這只是演示，在實(shí)際拼接過程當(dāng)中用一些技術(shù)手段，不管是高端一點(diǎn)的設(shè)備還是土辦法。
   
三、PLA材料復(fù)合增強(qiáng)技術(shù)與工藝。我們標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)在用到最成熟的3D打印技術(shù)，因此我們?cè)诓牧线x擇是PLA或者ABS，ABS也可以做，但是ABS有一些問題，最后選擇PLA，在這里面就有一個(gè)問題，大家都是專家PLA材料本身是材料不行，我們這個(gè)東西放在戶外，它要經(jīng)過風(fēng)吹雨淋，怎么才能把它做的既能保證，如果可以用更貴的材料，成本會(huì)直線飆升，PLA材料比較便宜，我們用了不下10種材料進(jìn)行表面實(shí)驗(yàn)，我們自認(rèn)為在這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中還沒有找到一個(gè)能符合預(yù)先設(shè)想性能材料，只能說這個(gè)材料夠用，這個(gè)東西只有實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，后面有一個(gè)實(shí)驗(yàn)用的6米多的佛，我隔一段時(shí)間看一下有什么變化，那個(gè)佛立了將近一年，整體型面沒有大毛病，但是也有一些小的問題，在這個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中已經(jīng)把它改進(jìn)了。接下來還有沒有問題實(shí)事求是說，我們現(xiàn)在心理也沒有底，只有一些實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，這是在進(jìn)行表面保護(hù)材料噴涂。
   
從公司的角度來講，為什么從這方面考慮，我希望發(fā)揮我們學(xué)校的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際上我們學(xué)校在3D打印機(jī)和3D打印技術(shù)研發(fā)上不具有優(yōu)勢(shì)，我們進(jìn)入到這個(gè)領(lǐng)域很晚，以前就是用，我做了20年時(shí)間教學(xué)，十幾年前接觸了3D打印機(jī)，那個(gè)時(shí)候僅停留在會(huì)用，真正去思考是不是能大規(guī)模利用，還是說根據(jù)這個(gè)項(xiàng)目來的，經(jīng)過幾年的嘗試，實(shí)際上我們的優(yōu)勢(shì)是什么呢？是在工程方面，包括工程設(shè)計(jì)，包括施工組織，包括施工的管理，因此我曾經(jīng)想，能不能把我們的3D打印技術(shù)首先和我們的工程結(jié)合在一起，不盯著它技術(shù)本身，盯著它的運(yùn)用，因此和工程結(jié)合在一起之后，應(yīng)用前景廣泛。
   
比如說主題雕塑，這是城市雕塑、主體公園，大型電影布景等等，它不是萬能，可能還會(huì)有這樣那樣的不足，但是在這些領(lǐng)域當(dāng)中，我們都是可以去嘗試，而且在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，我們?cè)谶@樣一些領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用應(yīng)該比較成熟，3D打印是比較成形方式，包主題公園、城市雕塑也是成型的方式，只不過我們用3D打印成型做傳統(tǒng)泥塑，雕塑成形，機(jī)加工成形，做著他們的事情，把3D打印看作成熟的技術(shù)，從應(yīng)用角度推廣開了。感謝各位專家和同仁謝謝！

專家點(diǎn)評(píng)
鄧澤茂：我們會(huì)碰到主題樂園、城市地標(biāo)這種產(chǎn)品用玻璃鋼和樹脂來做的，你這個(gè)技術(shù)幫助我們?cè)谶@些產(chǎn)品去解決。跟我們?cè)瓉順渲�和玻璃鋼區(qū)別在哪些？有沒有一些優(yōu)勢(shì)。

許東暉：因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)選擇成型方式的時(shí)候，探討過很多方式，包括傳統(tǒng)玻璃鋼，后來為什么選擇3D打印，有幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。

一是3D打印可以作為玻璃鋼樹脂成型材料前一部分。它的優(yōu)勢(shì)對(duì)于我們數(shù)字模型還原度非常高，比我們傳統(tǒng)一些方式數(shù)字還原度要高。

二是曾經(jīng)嘗試過用三維雕刻的方式做這個(gè)事情，由于三維雕刻的材質(zhì)比PLA要弱一些，當(dāng)然它有它的優(yōu)勢(shì)，在這個(gè)方面我們也嘗試過。三維雕刻這樣一個(gè)效率，我們現(xiàn)在目前認(rèn)為應(yīng)該不如3D打印，當(dāng)3D打印大規(guī)模應(yīng)用起來以后，它的效率比三維雕刻是高的，而且三維雕刻受成型面的影響三軸、四軸、五軸不如我們3D打印一次成型來的更方面更好。

三是從展陳角度來講，先暫且把強(qiáng)度放在一邊，型上和3D打印各有優(yōu)勢(shì)，3D打印做棱角分明的東西略差，這一點(diǎn)不如三維雕刻。但是在大體量成型，3D打印具有優(yōu)勢(shì)，按照我們工程概念做這個(gè)事情，按照比較成熟的工藝流程，從效率上時(shí)間上，成型效果上比傳統(tǒng)好一點(diǎn)。

鄧澤茂：在日曬雨淋環(huán)境里面是不是可以變形。

許東暉：會(huì)，我們現(xiàn)在拆用PLA材料和ABS都有變形的問題，我們現(xiàn)在采用解決方式結(jié)構(gòu)固定，后面有支撐，在關(guān)鍵點(diǎn)用結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，傳統(tǒng)玻璃鋼也是這樣的問題，如果沒有內(nèi)支撐，如果是一個(gè)半封閉和全封閉的情況下，也存在變形問題，靠?jī)?nèi)支撐結(jié)構(gòu)幫助它。

鄧澤茂：成本會(huì)不會(huì)比那些高？

許東暉：從目前來講，我們做這個(gè)東西可能會(huì)略高一點(diǎn)點(diǎn)，但是高不了多少，基本上是持平的，但是這里面有一個(gè)什么問題呢，前期有很多的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，在這方面投入很多，說白了我們浪費(fèi)了很多東西，綜合下來的成本跟傳統(tǒng)比較持平，另外我覺得用工程的該您想這個(gè)問題，對(duì)于我們客戶更好，因?yàn)榘�括給甲方報(bào)，完全工程方式報(bào)價(jià)，它一目了然，傳統(tǒng)大型雕塑房?jī)r(jià)，是一個(gè)基礎(chǔ)價(jià)，這個(gè)東西1萬塊錢，一量三米高三萬塊錢，我個(gè)人認(rèn)為，對(duì)于客戶來講，不是業(yè)內(nèi)人士來講，在大型雕塑和復(fù)制品當(dāng)中他完全沒有概念，我要500萬可能也行，300萬也沒準(zhǔn)會(huì)做。但是用工程角度報(bào)價(jià)，就比較有標(biāo)準(zhǔn)了，人工費(fèi)、材料費(fèi)、基石、損耗，當(dāng)然對(duì)于企業(yè)來講稍微吃一點(diǎn)虧，越透明利潤(rùn)率略低，在行業(yè)來講有好處，它規(guī)范。各有利弊，成本進(jìn)一步下去，把打印速度提升起來以后，成本會(huì)低于傳統(tǒng)的。

顏海軍：整個(gè)運(yùn)作里面關(guān)于公司化運(yùn)作到今天做了哪些工作，往下走整個(gè)操作是什么？涉及到幾個(gè)問題，你的研發(fā)以學(xué)校技術(shù)資源。

許東暉：雙方都有。

顏海軍：這一塊在后續(xù)公司運(yùn)作怎么考慮。包括整個(gè)工作做完以后有一些固定資產(chǎn)投入，包括打印機(jī)等等，這個(gè)未來怎么考慮。主營(yíng)業(yè)務(wù)是什么？剛才說的基于建筑角度思考這個(gè)問題，這是一種，但是是不是這就是無賴主營(yíng)業(yè)務(wù)，因?yàn)楦�收入結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)在一塊，所有問題還是后續(xù)公司運(yùn)作的時(shí)候，你怎么考慮的？

許東暉：我們跟森迅是合作關(guān)系，我本身是學(xué)校在森迅沒有股份，開始一個(gè)合作關(guān)系，最初志同道合，森迅做這個(gè)事情從零開始，森迅這幾合作人很有進(jìn)去精神，短短一年時(shí)間之內(nèi)，工藝路徑是我們出的，我們共同去商量他們幫助我們實(shí)現(xiàn)，但是機(jī)器是他們自己研發(fā)的，這是合作的關(guān)系。

對(duì)于公司后續(xù)的運(yùn)作，他們寄希望于我們掌握了一整套技術(shù)，又和我們學(xué)校有比較良好的合作關(guān)系比較好的支持，在大型紙制雕塑、影視布景布置制作，還有不可移動(dòng)紋路復(fù)制方面希望有一定的發(fā)展。

近一年來他們主要是忙我們這個(gè)項(xiàng)目，對(duì)于公司的項(xiàng)目還沒有完全靜下心來有一個(gè)特別長(zhǎng)遠(yuǎn)去規(guī)則的設(shè)想，但是一步一步怎么走，雖然現(xiàn)在在一步一步走，但是我覺得就興趣投資的投資人一起幫助他們梳理一下。

顏海軍：剛才說投資投資人的問題，我是投資人的話，我給的投資主體是誰。

許東暉：作為學(xué)校來講，我確實(shí)作為老師沒有考慮過這個(gè)問題，我把這樣一個(gè)技術(shù)或者成果轉(zhuǎn)化。這個(gè)項(xiàng)目到現(xiàn)在還沒有結(jié)束，為什么把一些名稱隱區(qū)，避免不必要麻煩，最終項(xiàng)目驗(yàn)收還沒有做，目前希望借這樣的項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，作出后續(xù)在技術(shù)上解決的問題。

對(duì)于公司角度來講，第一步要生存下去，現(xiàn)在我知道他們?cè)跁?huì)展，人性定制化制作方面也在投入一些經(jīng)歷，做一些市場(chǎng)調(diào)研、前期初期準(zhǔn)備，包括一些產(chǎn)品設(shè)置，前一陣做了影像模型，目前我了解的情況是這些。

大型的項(xiàng)目應(yīng)用

項(xiàng)目周期是多長(zhǎng)啊