[发明专利]一种基于3D打印的青铜器艺术品的制造方法

说明书

本发明公开一种基于3D打印的青铜器艺术品的制造方法，通过对青铜器原件进行3D扫描；进行青铜器原件点云数据的分析，以及剖面曲线的提取和拟合；基于剖面拟合曲线对青铜器原件建模；利用改性青铜粉进行3D打印，即得青铜器原件的艺术品。所用的改性青铜粉为表面具有凹凸不平的沟壑，且包覆有一层石墨层的青铜粉，显著提升了改性青铜粉对激光的吸收率，使得整个3D打印过程更稳定，所需要的激光器功率相对更小；采用本专利的3D打印的制造方法制备出的青铜器艺术品，对原件的复仿效果更好。

技术领域

本发明属于青铜器艺术品3D打印领域，特别是一种基于3D打印的青铜器艺术品的制造方法。

背景技术

编钟是我国传统的礼乐重器，是中国古代社会国家声音的载体和象征。在数千年的发展历程中，编钟不仅凝聚了中华民族的精神智慧，同时也记载了每一历史时期人类社会对传统文明的创新追求！湖北省出土的曾侯乙编钟，被称为“稀世珍宝”、“世界奇迹”，代表了人类青铜文化发展的巅峰，是中华民族对世界文明发展史的伟大贡献，是湖北先民、荆楚文明对中华文化的伟大贡献。制作一批工艺美术珍品，使中华民族的优秀编钟文化得以发扬，是国家工业和信息部、财政部对文化产业明确提出的要求。

传统铸造青铜编钟时，设计研发流程为参考考古编钟实物，美工雕刻师使用石蜡手工雕刻编钟纹饰和钟体。设计师每设计研发一组编钟就需要一组蜡模，而每一组编钟中的每个编钟都是由多名美工雕刻师设计研发而成的。由于每个美工雕刻师在技术等方面的差异性，造成同一组内编钟的纹饰风格和复仿效果参差不齐，影响整体产品的品质，同时效率低下，远远不能满足市场需求。

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

现有技术中，论文《基于3D扫描及3D打印的大晟钟一体化设计制造》(唐剑隐，机械工程与自动化，2019(2))中公开了采用3D打印技术一体化设计制造山东曲阜“大晟钟”的新技术，该技术采用先手工精雕一个模板钟，钟体、纹饰全部使用三维扫描，输出钟体和纹饰的三维点云数据，针对钟体和纹饰不同的设计要求对点云数据进行精修设计后建立实体数据模型并按尺寸要求等比例放缩出整组大晟钟的数据模型，输入3D打印机进行原模打印，利用打印原模进行一体化翻模浇注。该技术仍然需要先制作一个蜡模，然后进行翻模浇注，工序复杂，对操作人员技术要求高，制作出的工艺品质量不稳定，不能最真实，最原始地反映出土的原青铜器艺术品的细节，尤其是青铜器表面天生存在的缺陷，或是环境对青铜器造成的磕碰、损伤和腐蚀，这也一定程度上加大了仿制古代青铜器艺术品的难度。

随着3D打印技术的发展，市面上出现了专门用于直接3D打印的扫描的金属粉体，例如专利CN108796297A提供了一种直接用于3D打印的高强度高韧性铜镍锡合金原料，通过将铜源、镍源、锡源、锌源、氧源进行球磨而成，采用激光熔融3D打印或电子束熔融 3D打印，直接打印形成铜镍锡合金金属零件或工艺品成品，无需预先制备蜡模。然而铜等金属由于高导热、高反射等特性，对激光的吸收能力较差，大部分激光光束被反射，难以实现3D打印。又例如专利CN107983956A中，对金属粉料表面的性状进行改性处理，在金属粉料表面形成对红外激光吸收良好的中间物质层，以实现金属粉料被快速加热至熔点进行后续3D打印操作。因此，进一步研究铜合金材料的组分比例，或添加新的元素成分，或对现有合金金属粉的材料进行预处理，以解决上述问题，实现铜镍锡合金稳定地3D打印是值得深入探讨的。

发明内容