【深度】3D打印16×18×6m云冈石窟大佛，超大体量不规则型面制品成形工艺
南极熊导读：本文深度介绍，基于3D打印技术超大体量不规则型面制品成形工艺，可以3D打印复制云冈石窟第18号洞窟，制品高度16M，横面宽18M，厚度6M，展开打印面积423平方米，使用3D打印耗材将近4吨，累计打印时候5万4千多个小时。
2018年11月27-28日，2018增材制造全球创新大赛在北京丰台举行，南极熊发现了不少非常好的3D打印项目。例如北京建筑大学&北京森迅兄弟文化传播有限公司——基于3D打印技术超大体量不规则型面制品成形工艺项目。
下面是现场速记，南极熊希望可以很好还原其项目路演过程。
基于3D打印技术超大体量不规则型面制品成形工艺项目
——北京建筑大学&北京森迅兄弟文化传播有限公司 许东晖
基于3D打印技术超大体量不规则型面制品成型工艺，实际上这个名字把我们所做的事情包含在里面了。做这件事情的初衷在三年前，其中国内某一个设计研究院，它跟我们合作进行文物数字化，在文物数字化基础上有一个设想，我们有了这么大量的数据怎么用？也是他们一直有一个梦想，把他们最精华石窟艺术展示给世人，石窟属于大体量不可移动的文物，想要看到真东西智能到现场去看，这个比较局限，他们提出来是不是我们可以用一些方式帮他们把这些数字化资源利用起来，变成可以移动式展品，送到外面展览。
因此从那个时候开始思考这样一个问题，如何利用现有成熟3D打印技术将大体量制品制作出来，因此，这是思考第一个问题3D打印+，并没有追求前端3D打印技术，而是把目光放在了成熟3D打印技术在实际领域当中的应用。
正因为有了这样的机遇，选择了切入点是文物保护与发展，大体量不可移动文物的复制。实际上从这样一个课题延伸开来，作为团队研究方向，研究一下3D打印技术工业化应用，不在把3D打印技术停留在单件小批量的层面，真正在工业上利用大规模生产手段来制作大体量包括大数量产品。
简单说一下项目。因为涉及到知识产权的问题，18窟是比较具有代表性的石窟，最主要是一个主佛，高15.5米，整体窟内雕塑主要以高浮雕为主，因此整体从幸免角度来讲不规则的，不像我们有一些平面浮雕类的石窟，相对来讲型面比较简单，这是我前面提到大体量不规则成型。
接到这个题目之后，这是我们学校的团队跟云冈团队进行探讨，这个项目大概进行了三年左右，从开始理想到今年帮助他们实施，这是成果，立在北京建筑大学大兴小区校园里面，从今年7月份结束在十一之前完成，整体按照一比一高保真复制。在11月份国内很多媒体报道了这个作品，引起了一些轰动。
我们做的事情概括为三大二高一全：大体量、大尺寸、大规模、高精度、高效率、全链条，在做的过程当中发现了我们可以做的东西，但是由于资金的问题不能继续下去。
大体量；复制品高度16M，横面宽18M，厚度6M，展开打印面积423平方米，使用3D打印耗材将近4吨，累计打印时候5万4千多个小时。
大规格；我个人认为比较牵强，这里都是专家，没有必要说一些隐讳的话，这样打印尺寸在3D打印当中不是困难的东西，当时的考虑做这么大一个东西，还是传统高精度包括200×300打印幅度不能满足我们的要求，大体量产品对于精度要求低，对于效率要求高，我们自己研发了打印机进行打印工作。
森迅兄弟投入了50台设备，实际在做设备的时候我们也有一个目标尽量便宜，不是唯一的目标，满足我们要求前提下尽量减少前期投入。现在森迅兄弟这边有50台设备，每天打印能力是15平米和80公斤打印量。
高精度；我在开论证会的时候，跟森迅兄弟在提，3D打印我来负责，这件事情我作为一个不是一个恰当比例，就是机加工的精度干了一件建筑的活。当时我们的甲方石窟研究院他们要求，对于缝隙要求非常严格的，因为缝隙太大肯定会影响展示的效果，要求很高。这个精度以毫米级，每一个缝隙的精度，在这么大体量当中，保证毫米级的精度，我个人没有信心的，在拼接过程当中，上了一些设备，也使用了一些土办法结合做这件事情。
高效率；这样一个大体量的工程，总占地是1700多个立方，加上后面的结构。用了60天做完，前期大概有15天左右的模型二此处理，这里没有计算模型 采集、数据采集的时间，完全加工制作，制作成品，打印了45天，总工期用了60天。
全链条；为什么把它全总结成一缺呢，这些我们现在是可以做全链条的工作，从数据采集、模型处理、型面分割、结构设计、3D打印成型，成型之后后处理型面的保护，在这里发现了很多不足，在每一个环节当中都有很多的选择，从这个项目来讲，没有更多时间去尝试，前期有两年多的时间为了这个项目，学校内部做了一些实验，但是我们发现还远远不够，这里面需要我们继续解决的问题还有很多。
项目创新点与优势
一、瞄准大规模工业化应用，自行研发大型打印设备。我们机器不好看没有外包装全部裸露的，没有太讲究特别高的精度。因为我们觉得精度够用就可以，我们目标不是追求高精度的机器，是它能够干活皮实，实施证明我们没有错误的，5万4千多小时机器故障率不到200次，包括堵掉、断线，虽然不好看但是皮实耐用。
第一张图片是第一代机器，第二张图片是第二代机器，以第二个图片第二代机器为主力，最右边的机器是第三代机器，只说一个指标，希望把打印速度从第二代机器40到50提高到100以上，把打印速度翻一番，也提高打印效率，适应大规模工业化的生产。
二、大体量不规则型面标准拼接工艺流程。这只是演示，在实际拼接过程当中用一些技术手段，不管是高端一点的设备还是土办法。
三、PLA材料复合增强技术与工艺。我们标准是工业化生产，现在用到最成熟的3D打印技术，因此我们在材料选择是PLA或者ABS，ABS也可以做，但是ABS有一些问题，最后选择PLA，在这里面就有一个问题，大家都是专家PLA材料本身是材料不行，我们这个东西放在户外，它要经过风吹雨淋，怎么才能把它做的既能保证，如果可以用更贵的材料，成本会直线飙升，PLA材料比较便宜，我们用了不下10种材料进行表面实验，我们自认为在这个领域当中还没有找到一个能符合预先设想性能材料，只能说这个材料够用，这个东西只有实验室数据，后面有一个实验用的6米多的佛，我隔一段时间看一下有什么变化，那个佛立了将近一年，整体型面没有大毛病，但是也有一些小的问题，在这个项目当中已经把它改进了。接下来还有没有问题实事求是说，我们现在心理也没有底，只有一些实验室数据，这是在进行表面保护材料喷涂。
从公司的角度来讲，为什么从这方面考虑，我希望发挥我们学校的优势，实际上我们学校在3D打印机和3D打印技术研发上不具有优势，我们进入到这个领域很晚，以前就是用，我做了20年时间教学，十几年前接触了3D打印机，那个时候仅停留在会用，真正去思考是不是能大规模利用，还是说根据这个项目来的，经过几年的尝试，实际上我们的优势是什么呢？是在工程方面，包括工程设计，包括施工组织，包括施工的管理，因此我曾经想，能不能把我们的3D打印技术首先和我们的工程结合在一起，不盯着它技术本身，盯着它的运用，因此和工程结合在一起之后，应用前景广泛。
比如说主题雕塑，这是城市雕塑、主体公园，大型电影布景等等，它不是万能，可能还会有这样那样的不足，但是在这些领域当中，我们都是可以去尝试，而且在现实当中，我们在这样一些领域当中应用应该比较成熟，3D打印是比较成形方式，包主题公园、城市雕塑也是成型的方式，只不过我们用3D打印成型做传统泥塑，雕塑成形，机加工成形，做着他们的事情，把3D打印看作成熟的技术，从应用角度推广开了。感谢各位专家和同仁谢谢！
专家点评
邓泽茂：我们会碰到主题乐园、城市地标这种产品用玻璃钢和树脂来做的，你这个技术帮助我们在这些产品去解决。跟我们原来树脂和玻璃钢区别在哪些？有没有一些优势。
许东晖：因为在当时选择成型方式的时候，探讨过很多方式，包括传统玻璃钢，后来为什么选择3D打印，有几个方面的优势。
一是3D打印可以作为玻璃钢树脂成型材料前一部分。它的优势对于我们数字模型还原度非常高，比我们传统一些方式数字还原度要高。
二是曾经尝试过用三维雕刻的方式做这个事情，由于三维雕刻的材质比PLA要弱一些，当然它有它的优势，在这个方面我们也尝试过。三维雕刻这样一个效率，我们现在目前认为应该不如3D打印，当3D打印大规模应用起来以后，它的效率比三维雕刻是高的，而且三维雕刻受成型面的影响三轴、四轴、五轴不如我们3D打印一次成型来的更方面更好。
三是从展陈角度来讲，先暂且把强度放在一边，型上和3D打印各有优势，3D打印做棱角分明的东西略差，这一点不如三维雕刻。但是在大体量成型，3D打印具有优势，按照我们工程概念做这个事情，按照比较成熟的工艺流程，从效率上时间上，成型效果上比传统好一点。
邓泽茂：在日晒雨淋环境里面是不是可以变形。
许东晖：会，我们现在拆用PLA材料和ABS都有变形的问题，我们现在采用解决方式结构固定，后面有支撑，在关键点用结构进行支撑，传统玻璃钢也是这样的问题，如果没有内支撑，如果是一个半封闭和全封闭的情况下，也存在变形问题，靠内支撑结构帮助它。
邓泽茂：成本会不会比那些高？
许东晖：从目前来讲，我们做这个东西可能会略高一点点，但是高不了多少，基本上是持平的，但是这里面有一个什么问题呢，前期有很多的实验性质，在这方面投入很多，说白了我们浪费了很多东西，综合下来的成本跟传统比较持平，另外我觉得用工程的该您想这个问题，对于我们客户更好，因为包括给甲方报，完全工程方式报价，它一目了然，传统大型雕塑房价，是一个基础价，这个东西1万块钱，一量三米高三万块钱，我个人认为，对于客户来讲，不是业内人士来讲，在大型雕塑和复制品当中他完全没有概念，我要500万可能也行，300万也没准会做。但是用工程角度报价，就比较有标准了，人工费、材料费、基石、损耗，当然对于企业来讲稍微吃一点亏，越透明利润率略低，在行业来讲有好处，它规范。各有利弊，成本进一步下去，把打印速度提升起来以后，成本会低于传统的。
颜海军：整个运作里面关于公司化运作到今天做了哪些工作，往下走整个操作是什么？涉及到几个问题，你的研发以学校技术资源。
许东晖：双方都有。
颜海军：这一块在后续公司运作怎么考虑。包括整个工作做完以后有一些固定资产投入，包括打印机等等，这个未来怎么考虑。主营业务是什么？刚才说的基于建筑角度思考这个问题，这是一种，但是是不是这就是无赖主营业务，因为跟收入结构关联在一块，所有问题还是后续公司运作的时候，你怎么考虑的？
许东晖：我们跟森迅是合作关系，我本身是学校在森迅没有股份，开始一个合作关系，最初志同道合，森迅做这个事情从零开始，森迅这几合作人很有进去精神，短短一年时间之内，工艺路径是我们出的，我们共同去商量他们帮助我们实现，但是机器是他们自己研发的，这是合作的关系。
对于公司后续的运作，他们寄希望于我们掌握了一整套技术，又和我们学校有比较良好的合作关系比较好的支持，在大型纸制雕塑、影视布景布置制作，还有不可移动纹路复制方面希望有一定的发展。
近一年来他们主要是忙我们这个项目，对于公司的项目还没有完全静下心来有一个特别长远去规则的设想，但是一步一步怎么走，虽然现在在一步一步走，但是我觉得就兴趣投资的投资人一起帮助他们梳理一下。
颜海军：刚才说投资投资人的问题，我是投资人的话，我给的投资主体是谁。
许东晖：作为学校来讲，我确实作为老师没有考虑过这个问题，我把这样一个技术或者成果转化。这个项目到现在还没有结束，为什么把一些名称隐区，避免不必要麻烦，最终项目验收还没有做，目前希望借这样的项目积累经验和技术，作出后续在技术上解决的问题。
对于公司角度来讲，第一步要生存下去，现在我知道他们在会展，人性定制化制作方面也在投入一些经历，做一些市场调研、前期初期准备，包括一些产品设置，前一阵做了影像模型，目前我了解的情况是这些。
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