- 3D打印一本通
- 蔡晉 李威 劉建邦編著
- 10842字
- 2021-04-02 22:14:25
1.3 現階段3D打印的流程
雖然3D打印的成型原理各有不同,但最終打印成品的流程卻基本是一致的。而且對于創業者來說,成型原理可以不了解,但打印的流程卻必須清楚,因為這直接關系到一筆生意能不能接、接了是賺還是賠的問題。3D打印流程如圖1-17所示。

圖1-17 3D打印工作流程
具體可以劃分為3個階段:數據源(該階段又可細分為模型設計與切片階段)、打印、后期加工。以下分別進行介紹。
1.3.1 模型設計
模型設計是3D打印的初始階段,也是整個打印的靈魂所在。只有好的模型設計,才會具有市場。否則不論模型擁有多么精細的外觀表面,如果它不符合消費者的購買意愿,那對創業者來說它也是沒有多大意義的東西。因此獲得一個滿足消費者意愿的模型,無疑是所有創業者的頭等大事。這一步做成了,生意就成功了一半。
而獲得模型的方法總體來說有3種:自己用軟件設計、掃描儀掃描、論壇下載。以下進行分別介紹。
這是最普遍的一種模型獲得方式,也是最為廉價的一種,你只需掌握一門建模軟件,便能獨立創建模型。3D打印面世之初,所打出來的噱頭就是“私人定制”,根據消費者的設想,來設計出他們所要的模型,并最終打印出來完成交易,是目前3D打印主要的盈利方式。
而建模軟件五花八門,消費者的想象又是各種各樣的,其實并不是每一種建模軟件都能建立出符合消費者意愿的模型。這是被很多創業者所忽視的一點。舉個例子來說,如果小明想做一個小發動機,你用3ds Max來建模,就肯定不行;而小紅想要一個動畫電影中的角色公仔,你用SolidWorks來做就肯定做不好。這樣的事例還有很多,但這并非是設計者本人的實力不夠,而是軟件自身的功能所限。正所謂“尺有所短,寸有所長”,根據不同的消費者去選擇最合適的建模軟件,也是創業者需要重視的問題之一。
以下便從3D打印的角度介紹幾種主流的建模軟件。
□ 3ds Max
該軟件本身的定位是三維動畫的渲染和制作。具有強大的渲染功能,如果用來建模也可以做出人物、動物等相當不規則的模型。由于是用來做動畫的,所以可根據設計意圖調整模型到所需的動作形態,這是一大優勢。尺寸精度不高,無法獲得確切的尺寸,達不到工業標準。建模操作比較簡單,上手有一定難度,主要用于建筑動畫和室內設計。常見的3ds Max模型如圖1-18所示。

圖1-18 3ds Max模型
總結:建模—A;精度—C;操作難度—C;用于3D打印—B。
□ Maya
Autodesk公司出產的頂級三維動畫軟件。渲染出來的圖片可達到電影級,眾多電影特效就是利用Maya制作出來的,建模方面也曾建立過電影中的諸多科幻角色(如異形、木乃伊等)。Maya建模精細度比3ds Max高,但操作難度卻大了很多。用作3D打印并不合適,主要還是用于影視方面。Maya模型示例如圖1-19所示。

圖1-19 Maya模型
總結:建模—S;精度—B;操作難度—A;用于3D打印—D。
□ ZBrush
ZBrush是一款數字雕刻和繪畫軟件,它以強大的功能和直觀的工作流程徹底改變了整個三維行業。由于ZBrush能夠雕刻高達10億個多邊形的模型,所以說限制只取決于設計師自身的想象力。而且ZBrush可以輕易塑造出皺紋、發絲、青春痘、雀斑之類的皮膚細節,包括這些微小細節的凹凸模型和材質,因此在打印3D人像方面具有卓越的表現,也是目前3D打印照相館的主要建模和修復工具。總體來說,其和Maya相當,但相對上手容易。主要用于游戲設計方面,ZBrush建模示例如圖1-20所示。

圖1-20 ZBrush模型
總結:建模—S;精度—B;操作難度—A;用于3D打印—B(打印人像必備)。
□ AutoCAD
經典的二維設計軟件,國際上最流行的繪圖工具,10家工廠有9家使用AutoCAD繪圖。AutoCAD簡單易學,用途廣泛,在機械、工業、建筑、服裝、電子、園林、化工等行業均有不俗表現,但這些都主要是用作繪制二維圖。AutoCAD的三維方面歷來為人詬病,雖然高版本AutoCAD在三維方面有所提升,但表現還是差強人意。由于是一款經典的工程繪圖軟件,它在精度方面還是無可比擬的,用于繪制一些簡單的模型,如塊體、圓柱體等還是沒問題的。AutoCAD繪制的模型如圖1-21所示。

圖1-21 AutoCAD模型
總結:建模—C;精度—A;操作難度—E;用于3D打印—C。
□ SolidWorks
SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統,也是近年來用戶人數上升最快的建模軟件。SolidWorks界面友好,簡單易用,所具備的功能模塊也十分強大,無論是建模、渲染,還是仿真,效果都相當令人滿意。尤其是SolidWorks的裝配功能,是同類軟件中最為便捷的,所以結合其工程類軟件的特點,常常用來打印一些簡單的機械裝配體,如發動機、齒輪、玩具汽車等。目前主要應用于機械設計,尤其是非標設計。SolidWorks建模示例如圖1-22所示。
總結:建模—B;精度—A;操作難度—C;用于3D打印—B。

圖1-22 SolidWorks模型
提示:SolidWorks 2015直接在軟件中增加了“3D打印”模塊,可以直接對模型進行分層,而不需要借助第三方軟件。
□ UG
UG是一款功能極為強大的三維建模軟件,主要用于工業,尤其是模具行業。相比于同類的工程設計軟件,UG在曲面造型方面要強于SolidWorks,而在裝配上略有不及;對比Creo,UG的界面更為友好,更易于上手,但是在產品造型的編輯與修改上要稍遜一籌。由于模具行業差不多是“制造萬物”的行業,因此它的主要軟件UG也幾乎可以說能夠建立任何物體的三維模型,事實上也確實如此。UG具有十分強大的功能模塊和各種造型命令,能夠建立起各種復雜的模型,而且能保證它們的精度和完整性。如果需要打印一些水杯、筆筒或其他擁有順滑曲面、設計感很強的模型,用UG建模是一個不錯的選擇。UG建模示例如圖1-23所示。

圖1-23 UG模型
總結:建模—B;精度—A;操作難度—B;用于3D打印—A。
□ Creo
即以前的Pro/E,升級之后改稱Creo。Creo同樣是一款用于機械上的建模軟件,大體上與UG差不多,但是由于眾多的實體編輯命令,使其在產品造型方面要比UG方便。不過Creo復雜的命令系統與界面組成,也大大提高了用戶操作和學習的難度。打印范圍與UG類似,Creo建模如圖1-24所示。

圖1-24 Creo模型
總結:建模—B;精度—A;操作難度—A;用于3D打印—A。
□ Rhino(犀牛)
Rhino,中文名稱“犀牛”,是一款超強的三維建模工具,大小才幾十兆,硬件要求也很低。不過不要小瞧它,它包含了所有的NURBS曲面建模功能,用它建模感覺非常流暢,所以大家經常用它來建模,然后導出高精度模型給其他三維軟件使用。“犀牛”差不多可以看成是AutoCAD三維建模的加強版,這是它的優點也是缺點:好處就是操作直觀,簡潔明了,上手很快;壞處就是修改不易,因為它不像UG、Creo一樣是參數化的軟件。在以前“犀牛”常被用作產品的外觀設計,不像UG與生產息息相關,但現在由于3D打印機的出現,僅有外觀模型便可以生成實物,也算是解放了“犀牛”的造型能力。非常適合用來創建一些復雜的曲面模型,如汽車、飛機、輪船等。犀牛建模示例如圖1-25所示。

圖1-25 Rhino模型
總結:建模—A;精度—B;操作難度—C;用于3D打印—A。
以上就是幾種目前常見的建模軟件。創業者可以結合自身專業和學識能力,去學習其中的一種。如果所有的軟件都去建立一個共同的模型,那最后的效果在我們看來肯定大同小異,但是對于計算機來說,卻并非如此。簡而言之,不同軟件建立出來的模型,其算法也不一樣,而對于3D打印來說,建模最好還是以三維CAD軟件為主(SolidWorks、UG、Rhino等),因為其模型精度,以及與3D打印機的結合度都比較高。只有模型本身的數據更加嚴謹、合理、精確,這樣才有助于拿到最后滿意的產品。
雖然軟件建模能夠創建出絕大部分的模型,但還是有一定的局限性,例如人像、寵物之類的模型就很難創建。而如果是特定的某人某物,那幾乎只能望“像”興嘆了。
如果是這種情況,就可以直接通過掃描儀來獲得準確的數字模型,然后再付諸打印。目前3D人像館就是通過這種方法來獲取真人數字模型的。目前,市場上的手持掃描儀最低售價3萬元左右,而貴的在十萬元到數百萬元不等。如3D記夢館主推的掃描儀就是國外進口的Artec Eva 3D手持掃描儀(如圖1-26所示),售價約15萬元,高端的如Creaform公司出產的掃描儀售價約40萬元(如圖1-27所示)。其操作方法是讓客戶站在一個旋轉平臺上保持不動5~15分鐘,期間用掃描儀對準客戶即可,這樣用戶個人的3D數據模型就可以出現在計算機屏幕上了。此外,Kinect掃描儀(如圖1-28所示)是一個廉價的產品,售價只需幾千元,不過掃描精度不高,可用于個人試玩。

圖1-26 Artec Eva 3D掃描儀

圖1-27 Creaform 3D掃描儀

圖1-28 Kinect掃描儀
除了3D掃描外,還可以通過多角度拍攝不同方位的照片來進行3D重建。目前,實現從照片建立3D模型的軟件不少,其中Autodsek公司開發的123D Catch是最為知名的一種,國內也有一款類似的軟件,叫作3D Cloud。它們的共同點就是根據用戶拍攝的照片通過超級計算機進行智能處理,用戶只需向云端上傳即可,如圖1-29所示即是拍攝多張方位照片,利用123D Catch生成的人物肖像模型。

圖1-29 通過123D Catch生成的人物肖像模型
對于中國用戶來說,123D Catch的處理中心遠在大洋彼岸,過程太遠,數據遺失較大,很容易出問題;而3D Cloud的功能還有待加強,可用性不大。因此這個方法實際采用的人數不多。
互聯網包羅萬有,自然也不乏這種三維模型,這里向讀者推薦幾個比較專業的三維CAD模型網站。
? 微小網:www.vx.com;
? 沐風網:www.mfcad.com;
? 中望3D論壇:www.zw3d.com、www.zwcad.com;
? 開思網:www.icax.org。
還有其他各類大小網站,這里就不一一列舉了。網站中有廣大網友已經設計好的二三維CAD圖紙,只需要下載(部分需要收費)再經過修改或格式轉換即可進行切片、打印。
1.3.2 數據修復和切片
每一種3D建模軟件所制成的模型,其文件格式都是不一樣的,若要用于3D打印,還需要進行格式轉換。就類似于貨幣有人民幣、美元、歐元等多種貨幣一樣,而要在國內流通,則只認可人民幣,所以要將美元等其他貨幣按匯率換算成人民幣才行。因此,從3D模型到3D打印,期間也是要進行這樣一個換算的。
STL格式的文件就是3D打印中的“人民幣”,即通用格式。上述提到的任何3D建模軟件,如3ds Max、SolidWorks、Rhino等都可以導出STL格式的模型文件。就像不同的貨幣在換匯完畢后所得到的購買力是不一樣的,3D模型在格式轉換的過程中也會出現這種“前后不對等”的情況。一般來說,像UG、Creo等工業類建模軟件生成的模型,在轉換過程中能很好地保持數據完整性,基本上模型是什么樣,轉成STL文件就什么樣;而3ds Max、ZBrush這類偏視覺系的模型,在格式轉換的過程中失真較大,有時需要通過第三方軟件來進行修補,不然無法打印。
提示:STL文件不包含色彩等信息,若要打印出彩色的3D模型,則需要將模型轉換為ZPR(ZBr ush模型文件)、WRL(Maya導出的虛擬現實格式文件)文件。
主要的STL模型修復軟件簡單介紹如下。
? Geomagic:其是目前世界上處于領先地位的專業STL文件處理軟件。Geomagic的修復功能極為強大,能自動修復很多轉換過程出現的錯誤,如法向錯誤、間隙錯誤、特征丟失等。Geomagic中還提供了各種工具,可以對STL文件進行編輯,幾乎能滿足任何打印用STL文件的修復要求。
? 3D-Tool:其是唯一能夠進行wall thickness的軟件。該功能比較重要,特別是如果要檢查由別人創建的3D文件。一般而言,3D建模軟件中可能會包含一個wall thickness分析功能。
? Netfabb:該軟件能按照幾何形狀相關的標準對3D數據進行檢查,具有自動修復功能,會讓使用者感覺更為方便,但不能自己來編輯網格,推薦新手使用。
? MeshLab:相比于Netfabb要更完整,但是要求使用者對需要修復的模型錯誤,有自己更好的理解,可以讓使用者自己手工修復模型缺陷。
提示:通過掃描儀獲得的3D模型基本上都是不完整的,都需要進行修補才可以被切片并打印。因此若要打印人像,則必須掌握一種修復軟件。
格式轉換成功后,還不能直接拿去打印,還需要對其進行切片處理,切片參數設置的準確與否,直接影響著最終打印效果的好壞。基本上所有建模軟件都不含有切片功能(SolidWorks 2015除外),因此就需要借助第三方軟件來進行切片,切片完成后輸出的G代碼文件(G_code)才是真正意義上3D打印機可識別的文件。
切片軟件能將3D模型進行分層(即打印用的層),并自動計算出支撐結構、耗時等。如果說一個好的設計模型是3D打印的靈魂,那么,一個好的切片軟件所生出的切片數據就是3D打印的核心所在。而切片軟件的種類之多,絕不亞于建模軟件,以下便簡單介紹幾種主流的切片軟件。
□ MakerBot
MakerBot是由美國MakerBot公司開發的一款切片軟件,主要適用于MakerBot公司出品的3D打印機,如圖1-30所示。雖然目前只有英文版,但該軟件的操作非常簡單,只需要簡單的幾個步驟即可完成切片。如果創業者使用的是MakerBot的打印機,那么其中會自帶該切片軟件和相關的操作手冊,無須再自行設置打印參數,對于一些沒有3D打印經驗的人來說,十分方便。MakerBot的界面如圖1-31所示。

圖1-30 MakerBot公司出產的3D打印機

圖1-31 MakerBot使用界面
□ Cura
Cura是Ultimaker公司設計的3D打印切片軟件,以高度整合性及容易使用為設計目標,對其他切片軟件來說界面較為專業,需要設置的參數也比較多。盡管如此,Cura仍是國內3D打印行業最主要的切片軟件,其中個人DIY創建的3D打印機占了主要地位。目前有漢化版,但其中部分參數還是英文的。如果創業者使用的是國產機型或者DIY機器,建議使用Cura,Cura的操作界面如圖1-32所示。

圖1-32 Cura的使用界面
□ XBuilder
XBuilder軟件是由西銳三維打印科技公司自主開發的一款中文版切片軟件,界面簡潔,操作方便,支持STL、OBJ等常用的3D格式文件。相比其他切片軟件,XBuilder最大的優勢就是界面完全漢化,對于英語不好的使用者來說是個不錯的選擇。Xbuilder的操作界面如圖1-33所示。創業者可以結合自身條件選擇適當的切片軟件。

圖1-33 XBuilder的操作界面
1.3.3 打印
模型設計完成,并設置好切片參數,即可在切片軟件中將文件輸出為最終的G代碼(G_code),再通過計算機傳輸或SD卡轉存的方式轉移到打印機中,即可進行打印。以下便對打印的過程,以及打印過程中需要注意的地方做簡單說明。
3D打印機的種類雖然各種各樣,但是操作方法基本大同小異。在啟動打印機的時候要注意以下兩點。
? 打開溫控后,禁止觸摸噴頭和成型室加熱風道。
? 溫控關閉后15分鐘內,噴頭和成型室溫降低到室溫后方可觸摸噴頭和風道。
在安裝或更換材料(線材)時,需要遵循以下規范。
? 在更換絲材或更換噴嘴時,首先要對設備進行升溫,要把溫度升到程序所設定的溫度方可進行操作。
? 更換噴頭需要升溫,再將材料撤出,然后等噴頭溫度降低到室溫后再斷電進行操作。
開始打印后(打印過程中)要嚴格遵循以下操作規范。
? 模型打印過程中,嚴禁打開設備門(如果有)。
? 模型打印過程中,嚴禁觸碰絲桿、導軌等傳動件。
? 模型打印過程中,嚴禁使用控制計算機進行其他工作。如果有必要可以進行脫機打印,即用SD卡、U盤等轉移G代碼至打印機上。
? 按壓打印機上的操作鍵時,用力須適當,不得大力拍打按鍵和顯示屏,不能磕碰絲桿、導軌、電機和噴頭等零部件。
打印機通過讀取文件中的橫截面信息,用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層打印出來,再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。
打印機打出截面的厚度(即Z軸方向),以及平面方向即X和Y軸方向的分辨率是以dpi(像素每英寸)或者微米來計算的。一般的厚度為100微米,即0.1毫米,也有部分打印機如Objet Connex系列和三維Systems' ProJet系列3D打印機可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出與激光打印機相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50~100微米。用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時乃至數天,其根據模型的尺寸及復雜程度而定。而用三維打印的技術則可以將時間縮短為數小時,當然其是由打印機的性能,以及模型的尺寸和復雜程度而定的。
傳統的制造技術如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產品,而三維打印技術則可以以更快、更有彈性,以及更低成本的辦法生產數量相對較少的產品。一個桌面尺寸的三維打印機就可以滿足設計者或概念開發小組制造模型的需要。
打印完畢后,需要從打印機中取出模型。因為模型的冷卻需要一定的時間(具體根據材料的不同而不同,一般情況下5~10分鐘后打印的模型便可以完全冷卻),所以取出模型時最好帶上隔熱手套,以防止燙傷。
1.3.4 后期加工
理論上打印完畢后獲得的模型直接就可以作為成品了,但目前由于打印機的性能所限,所打印出來的模型外觀粗糙、表面質量不佳,因此還需要做一些后續的加工工作,方能達到最后讓顧客滿意的效果。3D打印的后期工作大致分為去支撐、打磨、上色這3個階段,下面分別進行講解。
由于模型在通常情況下都是異形件,而且帶有很多懸空、鏤空的形狀,因此基本上模型在打印完成后都帶著很多支撐部分,這些部分都需要去除,如圖1-34所示。

圖1-34 3D打印去支撐前后的對比圖
一般的支撐部分與模型本體采用的是虛點連接,因此比較容易去除,只需用尖嘴鉗、剪刀、美工刀這3種工具互相配合使用就可以輕松除掉。在這個過程中要注意動作的力度,不能劃傷模型。
部分高端的FDM型打印機可以自動用不同的材料打印模型部分和支撐部分,這樣打印出來的支撐通常是凝膠狀的,在造型后可以用水沖掉;而Stratasys打印機的部分產品使用的是可溶于堿性溶液的支撐材料;3D System的Projet打印機則是使用可溶于酒精的支撐材料。
雖然FDM技術設備能夠制造出高品質的零件,但不得不說,即使是用精度為0.05mm的打印機所打出來的模型也可以目測出層狀的紋路,這往往會影響消費者的滿意度,尤其是當外觀是產品的一個重要因素時。因此這種產品還遠達不到消費者的要求,還需要進一步的打磨加工。以下介紹幾種主要的打磨方法。
□ 砂紙打磨(Sanding)
砂紙打磨可以用手工打磨或者使用砂帶磨光機這樣的專業設備。砂紙打磨是一種廉價且行之有效的方法,砂紙的價格一般不超過10元,所以其一直是3D打印零部件后期打磨最常用、使用范圍最廣的技術。
砂紙打磨在處理比較微小的零部件時會有問題,因為它是靠人手或機械的往復運動。不過砂紙打磨處理起來還是比較快的,用砂紙打磨消除電視機遙控器大小的紋路只需15分鐘。常用的打磨砂紙有:400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#等,數字越高,砂紙的表面越細膩。打磨時一般先用400#~1000#的粗砂紙(如圖1-35所示)對整個模型進行打磨,再換用1200#~2000#的細砂紙(如圖1-36所示)打磨,以消除上一張砂紙留下的痕跡,最后對部分細節進行精磨,即可獲得不錯的外觀表面。

圖1-35 500#粗砂紙

圖1-36 2000#細砂紙
除了砂紙打磨之外,還可以用微型打磨機打磨,一般售價在幾十元到數百元不等。打磨機打磨比砂紙更快捷、更省力,但是操作上有一定難度,掌握不好就會過度打磨,對模型造成損害。如果零件有精度和耐用性的最低要求,一定要記住不要過度打磨,要提前計算好要打磨掉多少的材料,否則過度打磨會使零部件變形,甚至報廢。
提示:不同材料的打磨性能也不一樣,PLA質地比較硬,打磨很費力,但不易產生變形;而ABS較軟,易于打磨,不過很容易打磨過度。
□ 珠光處理(Bead Blasting)
第二種最常用的后處理工藝就是珠光處理。操作人員手持噴嘴朝著拋光對象高速噴射介質小珠從而達到拋光的效果,如圖1-37所示。

圖1-37 珠光處理
珠光處理比較靈活,可用于大多數FDM材料。它可用于產品開發到制造的各個階段,從原型設計到生產都能用。珠光處理噴射的介質通常是很小的塑料顆粒,一般是經過精細研磨的熱塑性顆粒。RedEye最常采用這些熱塑性的塑料珠,因為它們比較耐用,并且能夠提供一個從輕微到嚴重的磨損范圍。小蘇打也工作得很好,因為它不是太硬,雖然它可能比塑料珠更不易清理。因為珠光處理一般是在一個密閉的腔室里進行的,所以它能處理的對象是有尺寸限制的,在RedEye這里,其能夠處理的最大零部件為24in×32in×32in(合609.6mm×812.8mm×812.8mm),而且整個過程需要用手拿著噴嘴,一次只能處理一個,因此不能規模應用。珠光處理還可以為零部件進行上漆、涂層和鍍層做準備。珠光處理一般比較快,約5~10分鐘即可處理完成,處理后的產品表面光滑,有均勻的亞光效果,如圖1-38所示。

圖1-38 珠光處理前后的模型對比圖
□ 蒸汽平滑(Vapor Smoothing)
排在第三的是蒸汽平滑(Vapor Smoothing)處理方法。3D打印零部件被浸漬在蒸汽罐里,其底部有已經達到沸點的液體。蒸氣上升可以融化零件表面約2微米的一層,幾秒鐘內就能把它變得光滑閃亮,如圖1-39所示。

圖1-39 蒸汽平滑前后的模型對比圖
蒸汽平滑技術被廣泛應用于消費電子、原型和醫療應用。不幸的是,與珠光處理相似,蒸汽平滑也有尺寸限制,最大處理零件尺寸僅為3in×2in×3in(合76.2mm×50.8mm×76.2mm)。另外蒸汽平滑常對ABS和ABS-M30材料進行處理,這是常見、耐用的熱塑性塑料。由于3D打印出的模型基本都是單件的,要進行蒸汽平滑處理需要聯系專門的廠家,且價格不菲。
□ 丙酮侵蝕法
丙酮侵蝕法僅對ABS料的模型有作用,該法同樣能很快地獲得外表光滑的模型,如圖1-40所示。但是丙酮侵蝕無法把握分寸,對于一些厚度不均的模型來說可能會影響細節,而且丙酮有一定的毒性,長期使用易對人體有害,因此不建議使用。

圖1-40 丙酮侵蝕前后對比圖
3D打印完成后的成品,通常都是單一顏色的,所以即使表面質量處理得再好,它的外觀效果也并不能很讓人滿意。相對于其他商品的色彩繽紛,3D打印的產品其實并不具備市場競爭力。因此為了彌補3D打印的技術缺陷,就需要人為對打印模型進行后期上色,使其達到最佳的表現效果。
上色根據使用工具的不同,大致可以分為馬克筆手涂、畫筆手涂、噴涂這3種方法。
□ 馬克筆手涂
顧名思義,馬克筆手涂就是用馬克筆直接對模型手涂上色。該方法十分適用于一些色素面積不大的小件,對一些結構特征如溝壑、掛角、凸起棱邊等來說,有不錯的表現效果。但如果同一色素的上色面積很大,就容易出現筆痕,而且成本會增加。總體來說,該方法的效果較差,但操作簡單直接,成本低。常用的馬克筆品牌有郡士、東洋、田宮、iTouch等,價錢在10~50元/支。
總結:效果—C;成本—C;操作難度—C;用于3D打印—B。
□ 畫筆手涂
畫筆手涂對操作者本人的要求比較高,不僅需要了解上色材料的特性,還需要掌握各種顏色的配比方法,除此之外更為重要的是拿捏上色時的手法。由于手涂上色牽涉的知識量比較大,本書礙于篇幅所限,無法加以詳述,因此僅對該方法做簡單介紹,以期讓有此想法的創業者入門。
選擇合適的畫筆。一般手涂用的畫筆有獸毛筆和尼龍筆兩種,獸毛筆有白色(玉毛)、茶赫色(茶毛)等不同的類型。獸毛筆筆毛纖細,柔韌性強,顏料吸收度和涂色時顏料的流動性比較好,如圖1-41所示,適合郡士琺瑯系涂料(Lacquer)和田宮琺瑯系涂料(Enamel);尼龍筆是用極細的尼龍纖維做成的筆,筆頭呈半透明的茶色,很容易識別,彈性強,耐摩擦,對顏料的吸收力較差,筆頭使用后較易洗凈,如圖1-42所示,比較適合水性涂料,如丙烯顏料等。

圖1-41 獸毛筆

圖1-42 尼龍筆
如圖1-43所示的幾種像刷子一樣的筆就是平筆,平筆多用來涂一些大面積色塊。在使用前,根據要上色部位的大小,決定使用多大的筆。平筆的握筆姿勢,以握筆部位為中心,橫向涂色,重心一般需放高些,如圖1-44所示。

圖1-43 平筆

圖1-44 平筆握筆手法
在上色前要讓筆尖充分吸收顏料,一般在顏料盤中浸漬一分鐘左右,如圖1-45所示。如果浸漬不充分,會導致涂色不均勻。涂色時,隨手的橫向移動而移動,并保持下筆的力度,使畫色塊更均勻,如圖1-46所示。

圖1-45 平筆浸漬

圖1-46 平筆涂抹手法
涂色時,用筆尖接觸要上色的部位,保持勻速的橫向移動。在涂大面積時,選用較大筆尖的平筆,通過下筆的力度控制筆尖顏料的流出量。以慣用右手者來說,下筆時由左至右,并以穩定且均勻的力道移動,涂完第一筆,然后依次向下,將要上色的部分涂滿一層,如圖1-47所示。

圖1-47 第一層涂法
涂完第一層后,稍待其干燥后涂上第二層。干燥時間的長短也是左右效果好壞的因素之一,原則上應等第一層干燥七八成左右,且不易被第二層的筆觸力量輕易刷掉的狀態比較適合,不過又不能過于干燥,否則效果仍會欠佳。因為每個人每次使用的品牌、濃度均不同,所以需要多練習以增加經驗。第二層的筆刷方向應與第一層成直角,此法也被稱為“十字交叉涂法”,如圖1-48所示。

圖1-48 第二層涂法
面相筆上色,如圖1-49所示的筆尖極細的筆就是面相筆,面相筆一般用來勾勒模型的細小部分,如眼睛、紋路等。與平筆不同,面相筆為縱向移動,握筆的重心要稍低一些,如圖1-50所示。

圖1-49 面相筆

圖1-50 面相筆握筆手法
與平筆相同,先要調配好顏料,但面相筆筆尖不必蘸上過多的顏料,多余的顏料要在顏料盤邊緣上濾去,如圖1-51所示。通過手的力度控制筆畫的粗細,如圖1-52所示,這與寫字是一個道理。

圖1-51 面相筆浸漬

圖1-52 面相筆繪制手法
盡量避免畫出范圍,如有必要可以用膠帶等粘在模型上遮蓋非上色部分。一般筆尖移動方向為邊緣向中心。換色前,務必將原來的顏色洗凈,再蘸其他顏色的顏料。一旦不小心畫出邊線,待顏料干透用筆刀輕輕刮下出界的顏料即可。
以上就是畫筆上色的方法和注意事項。畫筆上色能達到的效果根據操作者本人的水平而定,水平差的可以毀掉一個模型,而水平好的卻能達到藝術品的效果。相對噴涂來說成本要低,效果比馬克筆要好。FDM打印出的ABS、PLA材質模型可以用丙烯顏料上色,一般文具店都有售,售價在30~80元,常見品牌有馬利、田宮等。
總結:效果—B;成本—B;操作難度—A;用于3D打印—B。
□ 噴涂
噴涂是通過噴槍、噴筆等專業工具來對模型進行上色的一種方法,如圖1-53所示。噴筆等是使用壓縮空氣將模型漆噴出的一種工具,少了它便無法創造許多上色效果。利用噴筆來上色可以節省大量的時間,涂料也能均勻地涂在模型表面上,更重要的是它能噴出漂亮的迷彩及舊化等效果。噴筆設備不算便宜,但如果好好保養可以用上十年八年,所以依此角度來看,它的實際操作成本是相當低的。建議想自行上色的3D打印創業者們迅速購買一套,有了它,你的制作范圍可以說是無邊無際的寬廣。

圖1-53 噴筆
噴涂同樣對操作者有一定的要求,本書礙于篇幅所限,也無法加以詳述,因此僅對該方法做簡單介紹,以期讓有此想法的創業者入門。
修整細節。在噴涂前,要去除模型上打磨后留下的碎屑,還要用蘸滿酒精的棉簽去除模型上的油污和灰塵,酒精也能去除手指上的油污,并能讓顏色附著得更好。
固定模型。使用一些小工具(如上色夾、橡皮泥)將模型固定,以免手指的油污及指紋留在部件表面。
刷底漆(可選)。也稱為“水補土”,即在模型上大致刷一遍底漆,統一底色,使模型更方便上色。創業者可以根據模型的實際情況選擇是否進行此工作。
試噴。這是使用噴筆時的重要步驟,不論你使用的是任何品牌、任何種類(單、雙動)的噴筆,均要憑借此步驟來測試噴筆的操作有無問題、油漆的濃度是否符合需求、噴出的效果是否滿意等問題。在正式噴涂到模型上之前,如發現任何一項有問題,都應設法改進、解決,切勿冒然以模型來做這項動作。你可以利用報廢的模型、硬紙板之類的來測試。
正式噴涂。當試噴沒問題后才可以用于模型上。對初學者來說,可以先從噴灑平面開始練習,這項技術可以說是最基本的,可以使你先習慣噴漆的感覺。噴筆的噴灑原則和手涂漆的原則幾乎是相同的,依照十字交叉的原則便能將模型噴得非常均勻又不會堆積過厚的油漆。
以上就是噴涂上色的大致步驟。噴涂上色需要的設備比較多,如噴槍、氣泵、水補土、稀釋劑等,總體來說成本是3種上色方法中最高的,但最終效果也是最好的。常用的噴筆品牌有優速達、郡士、田宮等,高端的有英菲尼迪、巖田等,價格從幾十元到數千元不等。如果創業者想自己為3D打印模型的上色,推薦購買適合新手用的HD130和優速達的S-130兩種(一共200元左右),再加上氣泵(工業級,如優速達601G,600元左右),以及顏料等其他雜物,總成本在1000元左右。
總結:效果—A;成本—A;操作難度—B;用于3D打印—A。
3D打印模型的上色方法與普通手辦模型的上色方法類似,創業者可以尋找有相關經驗的人合作,這也是目前最常見的一種方法。而如果創業者身邊沒有這樣的人,自身也沒有美術方面的學習背景,那么完全可以通過自學來達到目的。只要多加練習,還是能夠很快掌握上色技巧的。