基于3D 打印后期色彩處理教學(xué)分析

田靚 吳潔

摘要：將3D 打印工藝應(yīng)用于高校工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中，不僅成型速度快，教學(xué)效率也得到顯著提升。關(guān)于3D 打印產(chǎn)品的上色，既可以在打印之后處理，也可以選用多種彩色耗材，在塑造產(chǎn)品模型的時(shí)候就確定好顏色。如果需要進(jìn)行個(gè)性化塑造，讓產(chǎn)品色彩質(zhì)感更加細(xì)膩，還需要在后期進(jìn)一步加工，否則難以達(dá)成預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：3D 打印;色彩處理;材料技法

Abstract：Applying 3D printing technology to the teaching of industrial design in colleges and universities， not only the molding speed is fast， but also the teaching efficiency is greatly improved. On the 3D printing product color， not only can be processed after printing， but also can choose a variety of color consumables， in shaping the product model when the good color. If the need for personalized molding， so that the product color texture more delicate， but also need to further processing in the late， otherwise it is difficult to achieve the desired effect.

Keywords：3D printing; Color processing; Material technique

一、前言

進(jìn)入信息化社會(huì)之后，人們手頭變得寬裕起來，審美眼光也隨之出現(xiàn)改變。越來越多的消費(fèi)者追求個(gè)性化定制，這樣的市場需求為3D 打印行業(yè)帶來了諸多新機(jī)遇。目前，在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中已經(jīng)大量運(yùn)用全彩3D 打印技術(shù)，但是僅憑這項(xiàng)技術(shù)還無法獲得成品，在完成3D 打印程序之后，還需要完成大量的后期處理，才能形成最終的產(chǎn)品效果。雖然國內(nèi)目前已經(jīng)出現(xiàn)了全彩3D 打印技術(shù)，但是這種技術(shù)還沒有走向純熟，部分區(qū)域打印效果并不理想，同時(shí)機(jī)器價(jià)格昂貴，打印材料也不便宜。由于成本過高，所以很多學(xué)校不會(huì)在教學(xué)中過多地使用全彩3D 打印。如果用3D 打印，再進(jìn)行色彩處理，就不會(huì)出現(xiàn)灰色區(qū)域無法有效打印的問題，成本也可以節(jié)省下來，還可以讓學(xué)生掌握后期的色彩處理技術(shù)。

二、3D 打印技術(shù)在我國發(fā)展現(xiàn)狀

3D 打印技術(shù)及其設(shè)備的開發(fā)在國內(nèi)屬于一項(xiàng)重大創(chuàng)新。早在1991年，國內(nèi)就已經(jīng)出現(xiàn)了3D 打印技術(shù)，在當(dāng)時(shí)，人們將其稱作 Rapid Prototype。在之后的三十年間，我國不斷研發(fā)出新設(shè)備，其技術(shù)已經(jīng)與 FDM、LOM 這類國外產(chǎn)品相近，設(shè)備性能已經(jīng)達(dá)到國際水平。3D 打印技術(shù)也開始投入商用，主要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制造等行業(yè)，在醫(yī)院也會(huì)采用這項(xiàng)技術(shù)。就產(chǎn)品設(shè)計(jì)來說，一般會(huì)采用 CAD 產(chǎn)生的概念模型，在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的過程中會(huì)運(yùn)用到3D 打印技術(shù)。這樣一來，如果產(chǎn)品存在設(shè)計(jì)缺陷，就可以及時(shí)修改，設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品有較高的質(zhì)量保證。3D 打印模型還可以用來測試產(chǎn)品的功能和性能。比如做空氣動(dòng)力學(xué)分析和流動(dòng)分析等。在快速模具制作中， LOM、FDM 等快速成型工藝得到充分運(yùn)用。在工業(yè)發(fā)展中，3D 打印技術(shù)功不可沒，特別是在零件加工過程中，借助3D 打印技術(shù)可以將激光、熱能等手段運(yùn)用其中，固化液體材料，塑造出的造型更加完整，而不必運(yùn)用模具和刀具進(jìn)行漫長的加工，可以直接將產(chǎn)品投入到加工環(huán)節(jié)。工序減少了，意味著不僅可以降低成本，還可以避免給環(huán)境帶來大量污染，所以對(duì)工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。

三、3D 打印材料的選擇和模型制作處理

（一）3D 打印材料的選擇

在上色之前，要將3D 材料打印成原始白胚，打印的材料要做到正確選擇。截至目前，有多種材料經(jīng)常被應(yīng)用到3D 打印當(dāng)中，比如尼龍、樹脂、紅蠟等。在教學(xué)中，教師經(jīng)常選用的材料有兩種：一是 PLA。這是種新型材料，可塑性強(qiáng)，較為耐熱，容易被降解，所以環(huán)保性較佳，適用面較廣。二是 ABS。這是一種不透明的熱塑性工程塑料，無味無毒，呈現(xiàn)出顆粒狀，吸水率不高。這種材料主要用于加工成型、機(jī)械等。相對(duì)于其他材料，它的結(jié)合性較好，在表面可以涂層，也可以鍍層。目前 ABS 這種聚合物材料產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣，經(jīng)常運(yùn)用到 FDM 成型工藝當(dāng)中。

（二）模型制作處理

3D 打印技術(shù)如圖1所示。向計(jì)算機(jī)發(fā)布生成造型指令之后，計(jì)算機(jī)就會(huì)執(zhí)行指令，形成預(yù)期造型。工序減少了，就可以縮短加工所需時(shí)間。這對(duì)于越復(fù)雜的產(chǎn)品，節(jié)省的加工時(shí)間越多。在選定合適的材料之后，就可以執(zhí)行建模程序。一般來說，建模有兩種方式，一種是直接有照片，就可以利用照片建模，另一種是在沒有照片的情況下，需要進(jìn)行3D 掃描，然后建模。在建模完成后，還需要經(jīng)過多個(gè)階段：階段一是將支撐去除。這一步在整個(gè)制作過程中至關(guān)重要，它對(duì)技巧性有很高的要求，在實(shí)際操作中需要熟練使用鉗子類工具以及剪刀;階段二針對(duì)的是一些尺寸超大的模型。這類模型有許多部位，需要用膠水把它們連接在一起。如果是金屬類部件，在連接的時(shí)候需要用到電焊。若是塑膠類，連接的時(shí)候需要使用專門的黏合劑。階段三是進(jìn)行打磨，在這一階段，主要使用的是砂紙和銼刀。如果有條件，也可以在打磨的時(shí)候采用噴砂機(jī)。這種方式相對(duì)更加安全，比較適合學(xué)生使用[1]。

ABB 模型在拋光的時(shí)候主要用到丙酮這種材料，因?yàn)?ABS可溶于丙酮。在實(shí)際操作中，需要具備一定的溶解經(jīng)驗(yàn)，把握好溶解時(shí)間。PLA 材料的拋光需要用專用拋光油，用丙酮無法完成拋光。目前，國內(nèi)才剛開始采取化學(xué)拋光的方式。很少用于課堂實(shí)踐當(dāng)中，在后期拋光的時(shí)候，也只是作為備選方案。階段四是補(bǔ)土，也就是填充模型表面出現(xiàn)的小縫隙，讓模型表面更加光滑。經(jīng)過補(bǔ)土之后再上色，色彩會(huì)更顯鮮艷。比起其他步驟，補(bǔ)土這一步需要較高的成本。只有模型要求較高的時(shí)候，才會(huì)進(jìn)行補(bǔ)土。補(bǔ)土的材料種類較多，比如 AB 土，水補(bǔ)土，還有快速固化樹脂等。如果不想花費(fèi)太多成本，則可以使用一些日常材料，比如爽身粉，也可以采用502膠水等。只要融合比例科學(xué)，也不是不能達(dá)成理想效果。通常補(bǔ)土?xí)捎盟a(bǔ)土，這種材料具有較高的強(qiáng)度和附著力，干燥速度很快，而且可以完美地和色彩相融[2]。

四、上色方法和處理方式

（一）純手工筆繪上色技術(shù)分析

采取純手工筆繪上色，一般選取的是丙烯顏料，這是一種由人工合成的化學(xué)材料，帶有毒性。如果是油性上色，則主要采用郡仕油性漆顏料，這也是一種化工材料。在使用這類材料的時(shí)候一定要足夠小心，否則會(huì)沾染到衣服上，或者弄到皮膚上。這兩類顏料的色彩種類多，附著力較強(qiáng)，可以用來調(diào)合。一般操作的時(shí)候可以混合使用鉛筆、馬克筆等，具體根據(jù)材料來確定。只要是手工上色的材料，都需要和涂裝工具配合使用，否則效果會(huì)大打折扣。純手工筆繪上色分成兩種：一種是簡單上色，主要用于局部上色，或者保持色塊整體性。選取的色彩要飽和度高，具有厚重感，在上色的時(shí)候要注意色彩均勻等。另一種是精細(xì)上色，這對(duì)人員的技術(shù)有較高要求，使用的材料主要是高端繪制材料，或者進(jìn)口的手辦油漆。在實(shí)際上色時(shí)，要和各種設(shè)備相結(jié)合，還原出模型真實(shí)的色彩。精細(xì)上色的繪制要足夠深入，這一點(diǎn)體現(xiàn)在層面、細(xì)節(jié)和紋理等多方面。在完成精細(xì)上色之后，模型要散發(fā)出藝術(shù)感，給人以視覺享受。在顏色變化上要有過渡、疊色和漸變等作用?？偟膩碚f，制作難度高。如果模型對(duì)顏色和質(zhì)感有較高要求，還要攜帶特殊表現(xiàn)材質(zhì)。例如修復(fù)文圖復(fù)制品、展示模型，或者3D 人像等，具體如圖2所示。簡單上色不需要太昂貴的工具和材料，適用于教學(xué)實(shí)踐[3]。

上色有一定的步驟：首先，要調(diào)色。上色人員要熟悉模型色彩分布。如果是寫實(shí)仿真模型，則需要直接按照實(shí)際色彩來上色。最好一次性準(zhǔn)確完成上色工作，避免上錯(cuò)色彩再反復(fù)調(diào)整，盡量避免上色過程中存在的阻礙因素，這些問題都會(huì)最終體現(xiàn)在上色效果上[4]。模型的每個(gè)部位都有不同的顏色，在上色之前，要準(zhǔn)備好參考資料，對(duì)于具體上什么色彩，要提前做好設(shè)計(jì)與配置，在調(diào)合色彩的時(shí)候主要依靠方法和經(jīng)驗(yàn)，要把握好模型整體色彩。第二，稀釋顏色。純手工筆繪要準(zhǔn)確把握好顏色濃度，否則會(huì)嚴(yán)重影響模型表面厚度。如果使用的是油性色彩顏料，稀釋液濃度不一樣，會(huì)呈現(xiàn)出差異化效果。所以在操作時(shí)，除了根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，還要憑借對(duì)色彩的敏銳視覺。在具體操作過程中，要用筆尖去吸收顏料，等到充分吸收后，如果還剩下顏料，需要將其刮到調(diào)色盤里，否則上色的時(shí)候筆尖顏色過多，就會(huì)破壞模型色彩的整體性[5]。第三，把控顏色濃度，否則色彩效果會(huì)受到影響，具體應(yīng)該如何操作呢？首先，要考慮到下筆順序再下筆，筆尖和模型有一個(gè)夾角，角度保持在50-60度，筆尖從上到下，或者從左到右均勻移動(dòng)，動(dòng)作盡可能保持輕盈。如果筆尖過重，會(huì)在模型表面留下痕跡。顏料調(diào)好后用保鮮膜覆蓋，保持最佳濕度，這樣可以擁有更好的色彩效果。通常情況下，不需要在模型上反復(fù)上顏料。上顏料的時(shí)候，先上稀釋的顏料，再上濃稠的顏料。在上顏料的時(shí)候，需要等上一次干透才能繼續(xù)上色。如果顏料還沒有干透就上色，會(huì)導(dǎo)致兩層顏料粘在一起，影響視覺效果。第四，涂抹模型。使用畫筆上色，要根據(jù)模型大小來選擇畫筆大小，這一點(diǎn)關(guān)系到筆觸形體。如果畫筆大小不合適，模型表面會(huì)出現(xiàn)不均勻的紋理，導(dǎo)致模型視覺效果下降。所以，上色的時(shí)候要運(yùn)用井字模式充分涂抹，防止筆觸不勻色彩不飽滿的現(xiàn)象。涂抹是為了調(diào)整整體效果，讓色彩保持最佳狀態(tài)。在上色之前，要在模型表面涂抹一層打底色，通常選用的是顏色較淺的白色或者灰色等。上色之后如果出現(xiàn)涂抹不勻的現(xiàn)象，可以先用細(xì)水砂紙進(jìn)行輕度打磨，然后逐步上色[6]。先上大面積部分，再上小面積部分。在處理細(xì)節(jié)和顏色飽和度方面，都要做到由淺入深，不要想著一次完成。從一開始就要做好長期涂改的心理準(zhǔn)備。白色、紅色和黃色缺乏覆蓋能力，如果用這類顏色覆蓋可能會(huì)出現(xiàn)底色反射現(xiàn)象。所以要先上一層底色，再使用這些顏色，往往上色效果更佳。有的打印成品帶有特殊色彩，要綜合運(yùn)用手繪材料。比如用馬克筆對(duì)純色成品上色的時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)半透明狀態(tài);而油畫顏料則可能讓作品出現(xiàn)雕塑質(zhì)感。在使用手繪材料的時(shí)候，需要相關(guān)人員反復(fù)練習(xí)，認(rèn)真思考，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最終創(chuàng)造獨(dú)特作品。

（二）噴漆工藝上色技術(shù)分析

目前常用噴漆這種上色方法。噴漆具有較高的光澤度，具有較好的固色效果，附著力也比較強(qiáng)，在很多模型材料中都可以使用[7]。采用噴漆這種方式上色，主要用于單色噴繪或者綜合噴繪，而在多色噴涂上存在較高難度。在制作過程中，完成噴涂之后，還需要晾曬，以及對(duì)細(xì)節(jié)做出調(diào)整。一般使用雙動(dòng)噴槍進(jìn)行噴漆，在噴漆的時(shí)候要控制氣壓和出漆量。在正式噴涂之前要多次練習(xí)，直到能夠熟練掌握出漆量再進(jìn)行噴繪。噴繪成本更高，只能用于大面積上色。盡管如此，在教學(xué)中還是會(huì)廣泛使用（如圖 3 所示）。噴槍和噴筆都是基于空氣，完美結(jié)合色彩和模具，構(gòu)造出完美效果。在使用噴筆的時(shí)候，一定要先試噴，要能夠正確按照操作方式來使用，且可以準(zhǔn)確把握出漆量，在此基礎(chǔ)上才能正式使用。只有做好充足的噴涂準(zhǔn)備，才能避免造成資源浪費(fèi)。

五、總結(jié)

綜上可知，在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，一般會(huì)使用 3D 打印，并在后期處理中完成上色。通常來說，噴漆技術(shù)和純手工上色對(duì)于學(xué)生們而言更容易上手。而電鍍技術(shù)和納米噴鍍技術(shù)難度較高，操作起來十分困難。并且由于需要耗費(fèi)較高成本，所以只有在參考工藝領(lǐng)域才會(huì)被使用。對(duì)于這兩種技術(shù)，學(xué)生只需要有所了解，掌握操作方法和流程即可。社會(huì)科技還在不斷發(fā)展，新技術(shù)層出不窮。結(jié)合 3D 打印技術(shù)和后期色彩處理技術(shù)，以此滿足市場需求，可以助力其在市場上獲得更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn) ：

[1] 楊建靜 . 3D 打印模型結(jié)合多媒體技術(shù)在神經(jīng)外科臨床見習(xí)帶教中的應(yīng)用效果研究 [J]. 西部素質(zhì)教育 ，2021，7（5）：144-146.

[2] 李春雨 ， 陳麗萍 ， 劉碧玉 ， 等 . 3D 打印技術(shù)結(jié)合數(shù)字化技術(shù)方法在肩胛骨骨折內(nèi)固定手術(shù)中的應(yīng)用 [J]. 國際醫(yī)藥衛(wèi)生導(dǎo)報(bào) ，2020，26（20）：3047-3049.

[3] 高云 . 1 例嚴(yán)重骨缺損患者應(yīng)用 3D 打印技術(shù)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的圍手術(shù)期護(hù)理 [J]. 東方食療與保健 ，2017（8）：247，249.

[4] 方雨柔 ， 王圓圓 . 徽州 " 三雕 " 紋樣運(yùn)用 3D 打印技術(shù)在服飾紋樣設(shè)計(jì)中應(yīng)用方法探討 [J]. 美眉 ，2020（4）：61-62.

[5] 含月 ， 李禹臻 ， 張芷茉 . 3D 打印技術(shù)在個(gè)性化定制產(chǎn)品中的應(yīng)用研究——以手工口紅定制設(shè)計(jì)為例 [J]. 設(shè)計(jì) ，2018（13）：116-118.

[6] 王思懿. 3D打印技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究——評(píng)《3D服裝設(shè)計(jì)與應(yīng)用》[J]. 印染助劑 ，2020，37（5）： 前插 1.

[7] 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) . 化學(xué)處理蟹殼粉的方法、增強(qiáng)聚乳酸 3D 打印材料及其制備方法 ：CN201910960437.2[P]. 2020-01-17.

作者簡介：

田靚（1979.10），女，漢，河北人，中級(jí)，本科，北京服裝學(xué)院，研究方向 ：3D打印工藝與應(yīng)用。

吳潔（1982.03），女，漢，江西人，講師，碩士，北京服裝學(xué)院，研究方向：鞋品設(shè)計(jì)。