3D打印技术精确制造巴洛克艺术雕塑构件*
潘学斌，杨晓毅²，姜月菊²，徐巍”，刘强
3.中国建筑一局（集团）有限公司华北公司，天津300457：4.北京中建建筑科学研究院有限公司，北京100076） （1.中建城市建设发展有限公司，北京100037；2.中国建筑一局（集团）有限公司，北京100161；
[摘要]建筑物外立面的艺术雕塑构件施工过程中，模型制作环节专业性强、费时费力、成本高，利用3D打印技术 完成初始模型制作，将3D打印技术与传统工艺结合起来.从艺术雕塑构件制作、3D建模、3D打印输出以及后处理等几方面介绍了巴洛克艺术雕塑构件精确制造过程.
[关键词]装饰工程；巴洛克艺术雕塑构件；3D建模；3D打印
[中图分类号]TU741.3[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2016）22-0065-03
3DPrintingTechnologyPrecisely MadeBaroque ArtSculpture Member
Pan Xuebin' Yang Xiaoyf Jiang Yueju² Xu Wei² Liu Qiang*( 1. CSCEC Ciry Construction Deselopmemt Co. Iad. Bejing 100037 Chine; 2. China Constraction First Bvilding( Group ) Co. Ladl. Beijing 100161 China ; 3. North China Co. China Constraction FirstBuilding( Group) Go. Izd. Tionjin 300457 Chine ; 4. Bejing Building ResearchInstizute Go. Lud. of CSCEC Bejing 100076 China)
Abstract ; During air sculpture members construction outside of building model fabrication must be veryspecial which takes time and energy and spends lots of money. Using 3D printing technology finishes theand traditional technology . The authors introduced the precision prefabrication procedure of Baroque art initial model prefabrication and the model is made by bining the advantage of 3D printing technologysculpture member from the aspects of prefabrication of art sculpture member 3D modeling 3D printingand after treatment.
Key words decoration engineering; Baroque art sculpture member; 3D modeling; 3D printing
彼得堡巴洛克风格建筑外墙艺术雕塑构件制作工目前现代建筑席卷全球，但这些建筑都过于千法”，完成了工程施工.当时的工艺流程为制作或建筑上体现早期建筑的优点和华丽的“后现代建作一外模制作一浇筑石膏浆一脱模.在实施过程节专业性强、费时费力、成本高，而且对人员专业素质要求极高，现场需求较大时，专业人员数量与工期会有较大矛盾.针对在实施过程中的矛盾焦点，为防止今后承接类似工程时再出现同样情况，将3D 打印技术引人其中.
1艺术雕塑构件制作
篇一律，缺乏艺术感染力，因此在实用简洁的现代修复完成的成品雕塑构件（模型制作）一硅胶模制筑”应运而生.外形自由，追求动态，喜好富丽的装中，模型制作环节都是由外部专业人员完成，此环饰和雕塑，其有强烈色彩的巴洛克式艺术又在“后现代建筑”中有所展现.
巴洛克建筑是17-18世纪在意大利文艺复兴建筑基础上发展起来的一种建筑和装饰风格.对 城市广场、园林艺术及文学艺术都发生影响，一度在欧洲广泛流行.圣彼得堡STOCKMANN涅瓦中心工程就是将经典的巴洛克风格完关体现的“后现高，可打印构件尺寸也越来越大，已可满足打印等代建筑”，在项目施工时，针对外立面的艺术雕塑构件通过探索和尝试，利用传统工艺形成了完整“圣
近年3D打印技术日趋成熟，打印精度逐步提比例艺术雕塑构件的尺寸要求.但自前3D打印材料仍以塑料粉末和金属粉末为主，金属粉末设备和 原材料价格过高，在竞争激烈的建筑行业不具有任何推广应用优势：塑料粉末制品的防火性能和耐候性能均无法满足建筑装饰材料的基本性能要求；同
23D建模软件
33D建模流程
3.1基础模型
时受限于打印速度，也无法实现批量制作以满足现场实际施工进度的要求.通过研究分析，针对初始是一种错误的做法，不要太早深入研究细节，如果 模型制作环节可以引人3D打印技术，利用3D打印技术完成初始模型制作，将3D打印技术与传统工艺结合起来.
模型是3D打印的首要基础条件.高精度的巴洛克 要想获得符合条件的3D打印构件，高精度3D艺术雕塑构件3D模型自由、动态的艺术效果，用依靠鼠标通过对多边形点线面的操作来构建模型的传统三维建模软件无法体现，面采用三维雕刻软件 就可以很好地解决这个问题，三维雕刻软件最重要的创新就是在其模型建造方面，引人了传统雕塑的概念，使用者可以通过手绘板来进行雕刻创建.
目前常用的三维雕刻软件为ZBrush和Mudbox，Muxdbox无法直接生成sil格式的3D打印 文件，需要配合Maya或者3DSMax来进行3D打印格式文件的生成.两者在建模方面有着明显的区别.ZBrush的特点就是Z球建模，使用者可以通过ZBnush软件提供的初始球体来进行细化，从而建立角色的基础模型.面Mudbox必须依附于Maya或 者3DSMax等传统三维软件来进行制作，但软件间可以快速转换无缝衔接，对于习惯使用Maya或者3DSMax等传统三维软件的使用者会非常方便，Mudbox的三维雕刻层的可调节性优于ZBrush，极大 地简化了后期的修改，Mubbox还具有一个矢量雕刻功能，可使用一张矢量图像作为笔刷，快速雕刻出矢量图像上的物体.
个名词.相应地就会有“低精度模型”.高和低是 三维雕刻软件的出现带来了“高精度模型”这一种相对模糊的量化概念，这里的高和低并不等同于模型面数的多少，面是指模型细节的多少.为了表现模型更多的细节，就需要更多的面数.传统三维软件在制作模型时因为面数的限制，模型细部的 褶皱往往都是需要使用通过贴图绘制来表现的，并不是真正的3D模型.而三维雕刻软件使用者则可以淋漓尽致地表现一个物体的细节，的细节都可以体现在模型上.三维雕刻软件建模流程为：制 作基础模型一细节雕刻一增加细分级别.
要求是简练概括，要准确地表达物体的轮廊、动势和比例，不是一个部位一次到位，这样更容易让我们全面地把握模型.从简单的草图开始，展示 自己想要雕刻的基本想法，然后直接进入雕刻.先从球体开始，繁駕于每个角度的整体轮廊，直到看
3.2细节雕刻
3.3增加细分级别
起来合适了再进行下一步.过早地添加过多细节在第1步连形状都没有创建好，研究细节只会浪费时间.可以辅助CAD图纸（见图1）、照片或者绘制底稿（见图2）作为基础模型建立的参考，以保证基础模型的形态准确.在Z球模式下绘制完成基础模型，并转换成网格物体，这样后续的雕刻笔刷才 可以进行深一步地雕刻和调整.Mubbox软件不具备基础建模能力，本阶段需要使用3DSMax软件来进行基础模型的建立.
图1CAD辅助参考图
Fig. 1 The CAD auxiliary reference drawing
图2绘制底稿参考图Fig. 2 The drawing paper
力求准确地表达作品的内涵，对形态进行深化.在 本阶段的模型制作需要对雕刻软件熟练掌握，三维软件中如果进行生物模型的雕刻，骨骼附近要求转折方硬而紧实，面肉的部分要根据作品的特点来不同表现.如果按照身体部位来划分，运动的关节处往往会有挤压或者堆积或松弛的皮肤，而不动 的部分往往比较紧实.需要在经验的不断积累中体会“方中带圆”的感觉.对模型整体进行深人雕刻，使模型形体更加突人，并为最终的细节刻画奠定基础.
在整体细化模型后，分别针对模型各个方面进行细化，三维雕刻软件一定要注意在不同的细分级别下进行不同细节的雕刻.只有较高的细分级别才能圆滑地表现出一些细小的痕迹，使最终的模型 像雕塑作品一样光滑细腻.在模型制作过程中，随者模型制作的深人有可能个别部位会产生不协调的结果，需要根据实际情况进行适当的调整，使模
型整体协调（见图3）.
43D打印输出
4.13D打印模型前期处理
Fig. 3 Sculpture model 图3雕刻完成模型
3D模型设计时，只注重模型的视觉效果，不需要考虑真实性，物体不需要是相互连接着的.但3D模型在用于3D打印机上会有很多不同.
水的"（Watertight）.3D打印物体必须是完整封闭 1）物体模型必须为封闭的通俗的说是“不漏的，不能有任何缺口.可以借助3DMax的STL检测（STLCheck）功能检测模型，并对模型进行封闭处理.
式存在的，但是现实中的模型不存在零厚度，3D打 2）物体需要厚度3D模型通常都是以面片形印模型必须要有合理的厚度.
3）正确的法线方向模型中的面法线需要指向一个正确方向.如果模型中包含了错误的 法线方向，3D打印机就不能判断出是模型的内部还是外部，不能正确地进行模型封闭.
4）物体模型的最大尺寸物体模型最大尺寸是根据3D打印机可打印的最大尺寸而定.当模型超过3D打印机的最大尺寸，模型就不能完整地被 打印出来.在Cura软件中，当模型尺寸超过设置机器的最大打印尺寸时，模型就显示灰色，需要通过模型缩放工具对模型进行处理.
5）物体模型的最小厚度3D打印机的喷嘴直径是一定的，打印模型的壁厚要考虑到打印机能打 印的最小壁厚和打印材料的强度性能.否则，会出现失败或者错误的模型，或者模型在清理和使用过程中容易出现损坏.一般最小厚度为2mm，根据不同的3D打印机而发生变化.
6）预留容差度由于建筑装饰构件尺寸较大，需要组合模型，因此要特别注意预留拼接容差度.在需要紧密接合的地方预留0.4mm的宽度：较宽松的地方预留0.8mm的宽度.
确定悬臂部位是否需要设计支撑，如FDM熔融层积 7）悬臂部位处理根据3D打印机使用技术来成型技术.3D打印机打印模型时，任何超过45°的
突出物都磊复的支撑材料来完成模型打印，支
4.23D打印模型后期处理
5结语
参考文献：
撑既耗费材料，又难处理，如果处理不好会破坏模型的美观.SLS选区激光烧结成型技术则不用考虑 悬臂问题.
3D打印的后期处理是指对打印出来的模型表面以及细节进行处理，以使模型精度更高.基本分为4步：①将模型从打印机中取出：②除去模型上的支撑 等（不需要支撑的免去这步）：③对细节部分再精细处理；④抛光（是否需要抛光视打印效果好坏）.
1)高分子材料为材料的FDM型打印机过程用剪刀或者刻刀等工具除去内、外部支撑：③用可 如下：①使用小铲子把产品从打印平台上分离：2以调温的电络铁进行精细雕刻：④用磨砂纸或打磨器打磨模型，去除表面残留凸起，如支撑、拉丝等.
2）以粉末为材料的3DP，SLS型打印机过程如下：①打印过程结束后，需要将打印的模型静置 一段时间，使成型的粉末完全固化，构件有了一定强度后再取出：②当模型其有初步硬度时，可根据不同类别材料用外加措施进一步固化模型，例如通过加热、真空干燥、紫外光照射等方式：③具备较强硬度，需要将表面残留粉末除去，用刷子将周围大 部分粉末扫去，剩余较少粉末可通过机械振动、微波振动或吹风等方法清除：④精细部位需要使用雕刻刀等工具对模型进行修整：5模型表面处理常见的方法是对模型进行渗蜡处理，将打印模型浸人熔 融石靖中，增加其强度，防止因吸水而强度减弱和表面起粉.
3D打印模型完成清理、拼接后，就可以按照传统方法进行艺术雕塑构件制作.3D模型制作过程 中，如果是既有构件修复，可以借助3D扫描，将扫描完成的模型在Zbrush中进行修复，可以快速完成模型的建立过程.目前本文只是针对传统施工技术前期模型制作阶段进行了简单尝试和调整，随着3D打印技术的日趋成熟和新的可打印材料出现，个 性化艺术雕塑构件的制作将会越来越容易、便捷.
[1]肖绪文，田伟，苗冬梅.3D打印技术在建筑领域的应用[J]. 施工技术 2015 44(10) :79-83.[2]杨建江，陈响.3D打印建筑技术及应用趋势[J].工技术，[3]王丽萍，徐蓉，苗冬梅.等.苏州某试验楼项目3D打印实体 2015 44 ( 10) ;84-88 121.建筑他工技术研究[J]-施工技术 2015 44（10）：89-91 100.[4]田伟，肖绪文，苗冬梅.建筑3D打印发展现状及展望[J].施 工技术 2015 44(17) :79-83.[5]白洁，高杰，苗冬梅，等，3D打印在多层建筑中的应用[J].施工技术 2015 44(17) ;84-86.
