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打印復制云岡石窟第18號洞窟，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，累計打印時候5萬4千多個小時。

2018年11月27-28日，2018增材制造全球創(chuàng)新大賽在北京豐臺舉行，南極熊發(fā)現(xiàn)了不少非常好的3D打印項目。例如北京建筑大學&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目。

下面是現(xiàn)場速記，南極熊希望可以很好還原其項目路演過程。

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目

——北京建筑大學&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習態(tài)度，簡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。實際上這個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，其中國內(nèi)某一個設計研究院，它跟我們合作進行文物數(shù)字化，在文物數(shù)字化基礎上有一個設想，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夢想，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的文物，想要看到真東西智能到現(xiàn)場去看，這個比較局限，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，變成可以移動式展品，送到外面展覽。
   
因此從那個時候開始思考這樣一個問題，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)在實際領域當中的應用。
   
正因為有了這樣的機遇，選擇了切入點是文物保護與發(fā)展，大體量不可移動文物的復制。實際上從這樣一個課題延伸開來，作為團隊研究方向，研究一下3D打印技術(shù)工業(yè)化應用，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。

   

簡單說一下項目。因為涉及到知識產(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，相對來講型面比較簡單，這是我前面提到大體量不規(guī)則成型。
   
接到這個題目之后，這是我們學校的團隊跟云岡團隊進行探討，這個項目大概進行了三年左右，從開始理想到今年幫助他們實施，這是成果，立在北京建筑大學大興小區(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制。在11月份國內(nèi)很多媒體報道了這個作品，引起了一些轟動。
   
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，累計打印時候5萬4千多個小時。
   
大規(guī)格；我個人認為比較牽強，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打印當中不是困難的東西，當時的考慮做這么大一個東西，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)品對于精度要求低，對于效率要求高，我們自己研發(fā)了打印機進行打印工作。
   
森迅兄弟投入了50臺設備，實際在做設備的時候我們也有一個目標盡量便宜，不是唯一的目標，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臺設備，每天打印能力是15平米和80公斤打印量。
   
高精度；我在開論證會的時候，跟森迅兄弟在提，3D打印我來負責，這件事情我作為一個不是一個恰當比例，就是機加工的精度干了一件建筑的活。當時我們的甲方石窟研究院他們要求，對于縫隙要求非常嚴格的，因為縫隙太大肯定會影響展示的效果，要求很高。這個精度以毫米級，每一個縫隙的精度，在這么大體量當中，保證毫米級的精度，我個人沒有信心的，在拼接過程當中，上了一些設備，也使用了一些土辦法結(jié)合做這件事情。
   
高效率；這樣一個大體量的工程，總占地是1700多個立方，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，這里沒有計算模型  采集、數(shù)據(jù)采集的時間，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)設計、3D打印成型，成型之后后處理型面的保護，在這里發(fā)現(xiàn)了很多不足，在每一個環(huán)節(jié)當中都有很多的選擇，從這個項目來講，沒有更多時間去嘗試，前期有兩年多的時間為了這個項目，學校內(nèi)部做了一些實驗，但是我們發(fā)現(xiàn)還遠遠不夠，這里面需要我們繼續(xù)解決的問題還有很多。

   

項目創(chuàng)新點與優(yōu)勢
一、瞄準大規(guī)模工業(yè)化應用，自行研發(fā)大型打印設備。我們機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。因為我們覺得精度夠用就可以，我們目標不是追求高精度的機器，是它能夠干活皮實，實施證明我們沒有錯誤的，5萬4千多小時機器故障率不到200次，包括堵掉、斷線，雖然不好看但是皮實耐用。
   
第一張圖片是第一代機器，第二張圖片是第二代機器，以第二個圖片第二代機器為主力，最右邊的機器是第三代機器，只說一個指標，希望把打印速度從第二代機器40到50提高到100以上，把打印速度翻一番，也提高打印效率，適應大規(guī)模工業(yè)化的生產(chǎn)。
   
二、大體量不規(guī)則型面標準拼接工藝流程。這只是演示，在實際拼接過程當中用一些技術(shù)手段，不管是高端一點的設備還是土辦法。
   
三、PLA材料復合增強技術(shù)與工藝。我們標準是工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)在用到最成熟的3D打印技術(shù)，因此我們在材料選擇是PLA或者ABS，ABS也可以做，但是ABS有一些問題，最后選擇PLA，在這里面就有一個問題，大家都是專家PLA材料本身是材料不行，我們這個東西放在戶外，它要經(jīng)過風吹雨淋，怎么才能把它做的既能保證，如果可以用更貴的材料，成本會直線飆升，PLA材料比較便宜，我們用了不下10種材料進行表面實驗，我們自認為在這個領域當中還沒有找到一個能符合預先設想性能材料，只能說這個材料夠用，這個東西只有實驗室數(shù)據(jù)，后面有一個實驗用的6米多的佛，我隔一段時間看一下有什么變化，那個佛立了將近一年，整體型面沒有大毛病，但是也有一些小的問題，在這個項目當中已經(jīng)把它改進了。接下來還有沒有問題實事求是說，我們現(xiàn)在心理也沒有底，只有一些實驗室數(shù)據(jù)，這是在進行表面保護材料噴涂。
   
從公司的角度來講，為什么從這方面考慮，我希望發(fā)揮我們學校的優(yōu)勢，實際上我們學校在3D打印機和3D打印技術(shù)研發(fā)上不具有優(yōu)勢，我們進入到這個領域很晚，以前就是用，我做了20年時間教學，十幾年前接觸了3D打印機，那個時候僅停留在會用，真正去思考是不是能大規(guī)模利用，還是說根據(jù)這個項目來的，經(jīng)過幾年的嘗試，實際上我們的優(yōu)勢是什么呢？是在工程方面，包括工程設計，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，盯著它的運用，因此和工程結(jié)合在一起之后，應用前景廣泛。
   
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，可能還會有這樣那樣的不足，但是在這些領域當中，我們都是可以去嘗試，而且在現(xiàn)實當中，我們在這樣一些領域當中應用應該比較成熟，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)，從應用角度推廣開了。感謝各位專家和同仁謝謝！

專家點評
鄧澤茂：我們會碰到主題樂園、城市地標這種產(chǎn)品用玻璃鋼和樹脂來做的，你這個技術(shù)幫助我們在這些產(chǎn)品去解決。跟我們原來樹脂和玻璃鋼區(qū)別在哪些？有沒有一些優(yōu)勢。

許東暉：因為在當時選擇成型方式的時候，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，有幾個方面的優(yōu)勢。

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)勢對于我們數(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事情，由于三維雕刻的材質(zhì)比PLA要弱一些，當然它有它的優(yōu)勢，在這個方面我們也嘗試過。三維雕刻這樣一個效率，我們現(xiàn)在目前認為應該不如3D打印，當3D打印大規(guī)模應用起來以后，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，先暫且把強度放在一邊，型上和3D打印各有優(yōu)勢，3D打印做棱角分明的東西略差，這一點不如三維雕刻。但是在大體量成型，3D打印具有優(yōu)勢，按照我們工程概念做這個事情，按照比較成熟的工藝流程，從效率上時間上，成型效果上比傳統(tǒng)好一點。

鄧澤茂：在日曬雨淋環(huán)境里面是不是可以變形。

許東暉：會，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，在關鍵點用結(jié)構(gòu)進行支撐，傳統(tǒng)玻璃鋼也是這樣的問題，如果沒有內(nèi)支撐，如果是一個半封閉和全封閉的情況下，也存在變形問題，靠內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)幫助它。

鄧澤茂：成本會不會比那些高？

許東暉：從目前來講，我們做這個東西可能會略高一點點，但是高不了多少，基本上是持平的，但是這里面有一個什么問題呢，前期有很多的實驗性質(zhì)，在這方面投入很多，說白了我們浪費了很多東西，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問題，對于我們客戶更好，因為包括給甲方報，完全工程方式報價，它一目了然，傳統(tǒng)大型雕塑房價，是一個基礎價，這個東西1萬塊錢，一量三米高三萬塊錢，我個人認為，對于客戶來講，不是業(yè)內(nèi)人士來講，在大型雕塑和復制品當中他完全沒有概念，我要500萬可能也行，300萬也沒準會做。但是用工程角度報價，就比較有標準了，人工費、材料費、基石、損耗，當然對于企業(yè)來講稍微吃一點虧，越透明利潤率略低，在行業(yè)來講有好處，它規(guī)范。各有利弊，成本進一步下去，把打印速度提升起來以后，成本會低于傳統(tǒng)的。

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

許東暉：雙方都有。

顏海軍：這一塊在后續(xù)公司運作怎么考慮。包括整個工作做完以后有一些固定資產(chǎn)投入，包括打印機等等，這個未來怎么考慮。主營業(yè)務是什么？剛才說的基于建筑角度思考這個問題，這是一種，但是是不是這就是無賴主營業(yè)務，因為跟收入結(jié)構(gòu)關聯(lián)在一塊，所有問題還是后續(xù)公司運作的時候，你怎么考慮的？

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

對于公司后續(xù)的運作，他們寄希望于我們掌握了一整套技術(shù)，又和我們學校有比較良好的合作關系比較好的支持，在大型紙制雕塑、影視布景布置制作，還有不可移動紋路復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項目，對于公司的項目還沒有完全靜下心來有一個特別長遠去規(guī)則的設想，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：作為學校來講，我確實作為老師沒有考慮過這個問題，我把這樣一個技術(shù)或者成果轉(zhuǎn)化。這個項目到現(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，最終項目驗收還沒有做，目前希望借這樣的項目積累經(jīng)驗和技術(shù)，作出后續(xù)在技術(shù)上解決的問題。

對于公司角度來講，第一步要生存下去，現(xiàn)在我知道他們在會展，人性定制化制作方面也在投入一些經(jīng)歷，做一些市場調(diào)研、前期初期準備，包括一些產(chǎn)品設置，前一陣做了影像模型，目前我了解的情況是這些。

大型的項目應用

項目周期是多長啊