消失230年后，逆向工程和3D打印讓72只龍重返大寶塔

英國邱園的大寶塔于1762年由威廉·錢伯斯爵士(Sir William   Chambers)完成，是一座10層高的觀景廊，占地75英畝(現(xiàn)為300英畝)，直至倫敦市。西洋與中國風結合的完美典范，建筑的每個層面都裝飾著蛇形龍，最初是用木頭雕刻而成。在寶塔揭幕之后的幾年里，它吸引了大批人前來，人們驚嘆于其163英尺高的建筑及其異國情調(diào)和引人注目的細節(jié)，包括彩繪木龍。但在19世紀80年代，龍被移除走了，被拆除用于建筑維護的龍沒有被放回去。

     如今，大寶塔已成為聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)，需要進行重大修復。歷史悠久的皇家宮殿（HRP）接受了將建筑瑰寶恢復昔日輝煌的挑戰(zhàn)。但是在設計，質(zhì)量，時間，重量和成本方面都存在一些特殊問題。HRP聯(lián)系了   ODM（按需制造）團隊，該團隊使用Geomagic Design X逆向工程軟件，選擇性激光燒結（SLS）3D打印來創(chuàng)建原始龍的輕巧，耐用的復制品。

       現(xiàn)在，72個基于原始裝飾的大型龍已經(jīng)3D打印，并被安裝在歷史悠久的聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)建筑上。3D打印龍的安裝不僅標志著HRP最近在Kew的大寶塔恢復工作的完成，也標志著教科文組織項目中增材制造的最廣泛使用。  

       3D打印復雜的龍并不像在STL文件上打印打印那么容易。因為雕塑需要盡可能真實，并且因為許多原始的木龍沒有得到很好的保存 —— 甚至有傳言稱龍被用作支付皇家賭博債務 —— 3D Systems必須有效地對龍進行逆向工程，才能獲得3D打印模型。

       為實現(xiàn)這一目標，3D Systems的ODM（按需制造）團隊使用FARO Design   ScanArm捕獲木雕龍的3D掃描。然后將掃描數(shù)據(jù)導入到3D Systems的Geomagic Design   X逆向工程軟件中，這使得團隊不僅能夠確保準確的細節(jié)，還能整合中空結構以減輕重量。根據(jù)該團隊的說法，它能夠?qū)?D打印龍的重量減輕60%，與木制龍相比(重量在7到15公斤之間)。減輕重量可以減少對歷史悠久的大寶塔的壓力。

       隨著龍的三維模型準備和縮放成各種尺寸(長度在1150毫米到1850毫米之間)，ODM團隊采用3D Systems sPro 230   SLS打印機，打造耐用，輕便的打印件。每條龍都是用DuraForm PA材料打印的，這是一種耐用的聚酰胺12尼龍材料，其特性適合龍的外觀和功能。

       “我們求助于3D Systems，以提供該項目所需的快速吞吐量，準確的細節(jié)和出色的整理，”歷史皇家宮殿項目總監(jiān)Craig Hatto表示。“3D Systems團隊的工程技術，輕量化龍雕像的機會，以及SLS 3D打印的材料壽命是該項目的關鍵考慮因素?！?/span>     

      HRP計劃對16世紀的大寶塔進行翻新。第一步是進行調(diào)查，顯示結構的具體公差，并在全盛時期發(fā)掘建筑物的原始圖和早期圖紙?！拔覀儽仨毰宄闹饕魬?zhàn)，”HRP項目經(jīng)理Rob Umney解釋說，“就是如何制造龍?！?/span>

       保護寶塔底部的八條最大的龍是由非洲紅雪松木雕師制作的。這八條龍總重量約2500千克，對舊結構造成巨大壓力。因此，Umney補充道，“我們需要一種新技術才能讓它變得非常輕盈?！?/span>

       3D Systems參與該項目始于2016年，當時該公司正式贏得了使用3D打印制作龍的合同。

       最早的3D形式的龍是一個粘土模型。這個模型及其隨后的木雕，由3D Systems使用FARO ScanArm進行3D掃描，為3D打印創(chuàng)建數(shù)字框架。       

       3D Systems最大的SLS 3D打印機Pro 230用于打印所有72條龍，其打印尺寸為550x550x750mm(長x寬x高)。從不到1米到1.5米的長度測量，龍必須被分割成五個不同的部分用于打印：頭部，中心體，左翼，右翼和尾部。

       根據(jù)估計，一條1.5米長的龍需要大約18個小時才能打印出來。總體而言，全部構建（建模，打印，后期處理，繪畫，燙金）花了大約一年的時間。

        每條龍都是空心的，由公司標準的DuraForm SLS材料制成，PA 12尼龍具有優(yōu)異的耐化學性和抗拉強度。在到達寶塔之前，用這種材料打印的3D龍在英國的BAE系統(tǒng)公司進行了風洞試驗。通過該測試產(chǎn)生的完成設計意味著在強風下龍將毫發(fā)無損。

除了輕量化之外，3D打印還確保每條龍都能保留一些個性?？偟膩碚f，主龍設計上有18個3D打印版本，圖中的左右鏡像保留了格魯吉亞的對稱性。

        每條龍，以項目中涉及的工程師之一的名義進行個性化。每件作品也都用序列號進行3D打印，以幫助組裝。

      由于客戶的機密性，制作龍的成本的確切細節(jié)仍然未公開，但 3D Systems Europe的區(qū)域銷售經(jīng)理Simon Hammond表示是“六位數(shù)”。

       “我們經(jīng)常看到3D打印技術應用于新的創(chuàng)新，當我們有機會創(chuàng)造歷史時，這是非常令人興奮的，”3D Systems的塑料和按需制造高級副總裁兼總經(jīng)理Phil   Schultz評論道?！巴ㄟ^與歷史悠久的皇家宮殿的合作，我們能夠?qū)⑿录夹g帶入歷史性的里程碑 —— 將其恢復到昔日的宏偉，并幫助確保未來幾代人都能目睹其風采?！?/span>

       “這證明了我們的隨需應變制造團隊的能力和專業(yè)知識，”他補充道?！?/span>我們的全套耐用材料，3D打印技術，逆向工程軟件 和實用專業(yè)知識使我們能夠創(chuàng)建定制解決方案，無論客戶的需求多么獨特。”據(jù)了解，聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)于2018年7月13日重新向公眾開放。