3D打印制作電影道具莫甘娜及航空發(fā)動(dòng)機(jī)

王晨昱

3D打印簡(jiǎn)介

3D打印即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在模具制造、藝術(shù)品、建筑模型、卡通動(dòng)漫、電子產(chǎn)品外殼等工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域常被用于快速制造模型，后逐漸被應(yīng)用于一些航空、航天產(chǎn)品的直接制造。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、建筑、汽車(chē)、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

常用3D打印切片軟件有Makewat、Cura、Slic3r。Cura軟件適用于windows系統(tǒng)，由于顯示界面簡(jiǎn)潔，切片速度快，占用內(nèi)存低，容易使用，所以被大眾廣泛應(yīng)用。本文以Cura-15.02.1版本為例介紹，使用MakeBot打印機(jī)和PLA材料打印。3D圖形設(shè)計(jì)軟件使用3Dsmax，生成STL文件，利用Cura軟件設(shè)置好參數(shù)，軟件模擬切片正常后，保存為G代碼，通過(guò)U盤(pán)將G代碼插入3D打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的打印。

《英雄聯(lián)盟》莫甘娜雕塑打印

在大片橫行的今天，電影道具從未像現(xiàn)在這樣重要。如今，好萊塢正在通過(guò)3D設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)幫助電影制作人員比以往任何時(shí)候都更快捷、更便宜地制作道具。下面為大家介紹《英雄聯(lián)盟》道具的制作方法。

《英雄聯(lián)盟》（簡(jiǎn)稱(chēng)LoL）是由美國(guó)Riot Games公司2009年開(kāi)發(fā)的在線網(wǎng)絡(luò)3D游戲， 注冊(cè)用戶(hù)過(guò)億，成為當(dāng)今世界最具人氣和影響力的網(wǎng)絡(luò)游戲之一。《英雄聯(lián)盟》除了即時(shí)戰(zhàn)略、團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)外，還擁有一百多位特色各異的英雄、豐富的地圖及玩法、自動(dòng)匹配的戰(zhàn)網(wǎng)平臺(tái)，包括天賦樹(shù)、召喚師系統(tǒng)、符文等元素。

莫甘娜（Morgana）是游戲中的英雄之一。她擁有被動(dòng)技能靈魂吸取以及主動(dòng)技能暗之禁錮、痛苦腐蝕、黑暗之盾、靈魂鐐銬，能夠?qū)撤接⑿圻M(jìn)行線上最大程度的消耗以及控制。她還有非常棒的主動(dòng)開(kāi)團(tuán)技能以及團(tuán)控和團(tuán)戰(zhàn)能力，在后期團(tuán)戰(zhàn)中可以起到?jīng)Q定性的作用。

圖2 莫甘娜3D雕塑設(shè)計(jì)圖

（1）Cura軟件中關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

①在Basic下設(shè)置層高（Layer height）：每一層的層高一般是0.2，較小的層高可提高打印精度，但會(huì)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間打印。

②外殼層厚（Shell thickness）：確保打印的物體的健壯性，尤其是中空的物體。層厚一般設(shè)置為噴頭直徑的倍數(shù)，但不大于2.0mm。有時(shí)候需要不斷地調(diào)整這個(gè)值來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的打印效果。

③頂端/低端層厚（Bottom/Top thickness）：為了一致性，一般頂端和底端會(huì)和普通層高一樣厚。調(diào)整這個(gè)值會(huì)影響打印時(shí)間，1.2mm比較合適。

④填充密度（Fill Density）：空腔造型內(nèi)部填充，一般簡(jiǎn)易造型是80%-95%填充，在試用打印機(jī)階段，20%-30%為最合適。

⑤打印速度（Print Speed）：打印速度越高，送料速度越快，越容易產(chǎn)生毛刺。因此要合理設(shè)置打印速度。

⑥在Qualify下設(shè)置支撐類(lèi)型（Support Type）：可以選擇只在需要的地方打印支撐（Touching buildplate）；也可以選擇在所有位置下打印支撐（Everywhere）。

⑦增加底座（Platform adhesion type）：如果沒(méi)有熱床，可以選擇raft。它會(huì)在模型下面打印一層，用來(lái)確保你的模型牢牢地固定在板子上面，這是一個(gè)很實(shí)用的方法。

⑧在Support下設(shè)置懸空支撐角度（Overhang angle）：一般支撐角度設(shè)置為60，模型上有飛翼、手臂、飄逸長(zhǎng)發(fā)懸空，手臂太細(xì)，特別是手指等位置，十分容易打印失敗。支撐設(shè)置很關(guān)鍵，過(guò)密支撐導(dǎo)致打印時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)耗材，支撐清理難度大；稀疏的支撐可以節(jié)省耗材及打印時(shí)間。

逐步降低支撐角度試著打印，直到懸空部件下面都有支撐即可，通過(guò)試驗(yàn)，支撐角度設(shè)置為20，打印效果較好。

（2）雕塑后續(xù)處理

剛打印好的模型手板，要小心地去掉里外支撐、毛刺，狹窄縫隙出用鑷子去除。最后用透明環(huán)氧樹(shù)脂膠涂刷雕塑內(nèi)外表面，干燥凝固后，再涂刷第2遍，可以讓雕塑更加堅(jiān)固。最后為雕塑表面上色。小的區(qū)域可用汽車(chē)補(bǔ)漆筆涂色，大的區(qū)域用自噴漆噴涂。此時(shí)應(yīng)該注意，在下一次噴涂之前，應(yīng)用紙或保鮮膜遮住上一次已噴涂過(guò)的部位。噴錯(cuò)區(qū)域可用200目以上砂紙修補(bǔ)，顏色漸淡區(qū)域可用砂紙打磨。

航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)打印

渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（Turbofan，簡(jiǎn)稱(chēng)渦扇）是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（Turbojet，簡(jiǎn)稱(chēng)渦噴）發(fā)展而成。兩者的共同點(diǎn)都是壓氣機(jī)壓縮空氣在燃燒室燃燒膨脹做功，帶動(dòng)壓氣機(jī)后直接噴出。與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)比較，主要特點(diǎn)是加裝渦輪驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇和一個(gè)外罩，構(gòu)成一個(gè)外涵道。首級(jí)壓縮機(jī)的面積大很多，同時(shí)被用作為空氣螺旋扇，將部分吸入的空氣通過(guò)噴射引擎的外圍向后推。發(fā)動(dòng)機(jī)核心部分空氣經(jīng)過(guò)的中心部分為內(nèi)涵道，僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過(guò)的核心機(jī)外側(cè)部分稱(chēng)為外涵道?，F(xiàn)在多數(shù)的飛機(jī)引擎都采用渦扇作為動(dòng)力來(lái)源。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)只有內(nèi)涵道。

外涵道和內(nèi)涵道的空氣質(zhì)量流量之比稱(chēng)為涵道比。小于1定義為小涵道比，大于4定義為大涵道比，大于1小于4為中涵道比。涵道比是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率和推重比有很大影響。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是在燃?xì)獍l(fā)生器相同的情況下，空氣流量大，排氣速度低，所以推進(jìn)效率高，耗油率低，噪聲低。不加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是高亞音速客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的理想動(dòng)力；帶加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則適用于超音速軍用飛機(jī)。

航空愛(ài)好青少年也經(jīng)常利用3D打印來(lái)制造零件（如圖8），設(shè)計(jì)制造自己的航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型，提高自己航空工程技能。 圖9展示了一個(gè)教學(xué)用渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型，它可以對(duì)真實(shí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行演示，包括了真實(shí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的渦輪風(fēng)扇、壓氣機(jī)及可以產(chǎn)生附加推力的渦輪。

利用GE公司提供的風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪及轉(zhuǎn)子軸STL圖形文件，打印耗材選用PLA，單獨(dú)5個(gè)小渦輪用黃色耗材，其他用白色耗材。把一種顏色耗材零件放置在一起打印，注意在Tools菜單下選擇Print all at once（多個(gè)模型同時(shí)打印）方式。這樣速度比較快，只需要2次就可以打印完所有零件。

在進(jìn)行3D打印時(shí)，根據(jù)不同零件，經(jīng)常需要調(diào)整參數(shù)，如打印速度、溫度、擠出量、移動(dòng)速度。對(duì)于動(dòng)畫(huà)中人物、精密零件等小模型，參數(shù)可設(shè)置為：打印速度20～25，溫度190～195，擠出量80～85，移動(dòng)速度60；對(duì)于中大型模型手板等，參數(shù)可設(shè)置為打印速度30～40，溫度200～205，擠出量90～100，移動(dòng)速度80。

（作者系中航集團(tuán)西航一中高二（八）班學(xué)生 指導(dǎo)教師：王超）