查尔斯王子参观3D打印修复完成的宝塔,3D Systems助力文化遗产再现于世

国际金属加工网 2018年07月23日

3D Systems的ODM服务中心专家利用从扫描到CAD的工作流和SLS 3D打印技术帮助修复联合国教科文组织(UNESCO)世界文化遗产

挑战:

为联合国教科文组织失踪200年的文化遗产复原全套龙雕

解决方案:

3D Systems的ODM服务中心通过从扫描到工作流的Geomagic(杰魔)软件SLS选择性激光烧结技术和高品质的后处理成功交付72条轻巧耐用的龙雕

成果:

轻巧的设计和结构缓解超载老化结构

数字化工作流与SLS 3D打印技术免去为龙雕开模的成本和延误

龙雕的内部设计使安装便捷,不存在明显施工痕迹

成品完全满足客户的审美需求与建筑的构造技术要求

众所周知,查尔斯王子非常喜欢园艺,日前他拜访了伦敦的英国皇家植物园(Kew Gardens),并参观了通过3D打印技术结合扫描流程进行修复的宝塔,与此同时,查尔斯王子也收到了HRP赠送的由3D Systems打印的龙雕复制品。

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【查尔斯王子与宝塔合影】

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【查尔斯王子参观3D打印修复的宝塔】

大家都知道,文物复原是一件非常有使命感的事情。除了需要努力去维护和稳固历史结构,进行重建,还需要将文物尽可能的回复到原本的状态。

英国的历史皇家宫殿(HRP)管理机构计划修复位于伦敦皇家植物园邱园内的宝塔(The Great Pagoda),但是他们面临诸多挑战。原始建筑中的几个关键设计元素已经失落在历史的长河中,而且快速修复也涉及到成本、物流和设计方面的种种挑战。

最终通过3D Systems ODM专家专业的技术和丰富的经验,他们成功解决了难题。

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 3D Systems的ODM按需制造团队使用从扫描到CAD的工作流,同时结合SLS打印技术,为HRP的修缮工作交付耐用和可复制的成品。这是一个繁杂的过程,ODM团队花费了许多时间进行前端工程和后端整理工作,为HRP提供高质量的全面服务设计和制造专业知识。

宝塔的前世今生

虽然大家对英国乔治三世国王的看法不一,但是他在位59年的影响是不可否认的。关于他的电影和研究非常多,他遗留的财富也遍布他统治的土地。特别是在英国皇家植物园。

植物园是联合国教科文组织的世界文化遗产,也是宝塔的所在地,这是是一座163英尺高的建筑,建筑风格华丽,充满中国艺术风情。

作为乔治三世的导师和御用建筑师,钱伯斯最重要的设计作品之一,就是邱园宝塔。宝塔建于1761-1762年,为砖木结构,高50米,平面呈八角形,共10层。

宝塔建成以后,因其异国情调和引人入胜的细节,游客络绎不绝。宝塔上每一层对应的8个角上各有一条龙雕,共80条,吸引了众多眼球

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 【钱伯斯手绘设计稿中的龙形脊饰】

之前流传一种说法,龙雕在18世纪80年代的时候因为宝塔需要维修而被拆除,但是再也没有把龙雕复原回去。还有说法称龙雕被用来偿还皇室债务了,但是专家推测木质的龙应该只是随着岁月的侵蚀而风化殆尽了。

这座宝塔是自然环境保护主义者经常讨论的话题点,200多年来,宝塔终于因为龙雕的修缮工作而重塑辉煌。作为HRP和皇家植物园的修缮项目的一部分,这批龙雕通过现代技术的特殊加固从而可以承受时间的考验。

为龙雕精心策划

当HRP开始探究方法来修复龙雕的时候,面临了一些困境:木质的龙雕还是会遇到跟之前的龙雕一样的使用寿命问题,而且这座宝塔已经2000年没有承受过龙雕的重量了。

HRP的项目总监克雷格•哈托表示:“这个项目最大的挑战就是需要尽量减少这么多龙雕对宝塔的伤害。”担心老化的宝塔结构可能无力承担突如其来的80条龙的重量,HRP希望需求一种更轻质的龙雕来确保不发生任何事故。实际还需要考虑的有传统材料和工艺相关的同样有效的时间和成本问题。“

HRP正在寻找一种修复方案,可以解决项目中的质量、重量、时间和成本问题。HRP需要全方位的服务供应商,3D Systems满足这个项目所需的专业知识、技术、质量和可扩展性等要求。

设计龙雕的造型

龙雕在两组专业设计师的手下重新焕发光彩,龙雕的外观是根据仅存的历史信息重塑的。设计完成后,用木头雕刻龙的原型,接下来由3D Systems的第二个设计和工程团队进行数字化制造流程。另外七条木雕龙被装饰在宝塔的第一层,剩下72条使用SLS技术进行打印。

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【作为逆向工程工作流程的一部分,对雕刻的木龙进行了3D扫描】

 利用逆向工程工作流和FARO的扫描臂对木龙进行扫描, 3D Systems的设计专家将扫描数据导入到Geomagic Design X软件,整合中空结构来控制层厚,这个过程让3D Systems可以解决HRP始终关切的龙雕的重量问题,还能在过程中保持外部细节和结构完整性

大师手工雕刻的外形非常复杂,中空的结构异常复杂,传统制造很难实现,需采用增材制造技术。3D Systems使用数字化工作流,能无缝缩放龙雕的模型,以实现大宝塔二层至十层的不同尺寸需求。总共准备了18个设计图,包括9对不同大小、左右对称的龙雕。

3D Systems工程师直接在CAD文件中添加引人入胜的细节,将各种特征融入龙雕的设计中。这些设计是龙雕结构设计的一部分,由3D Systems ODM团队与此项目另一工程团队Hockley & Dawson密切合作完成。由于加固安装的机械要求,18条龙雕都需要有所不同的个性化设计。

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【3D Systems ODM英国事业部的总经理Nick Lewis手捧3D打印龙雕】

 3D Systems ODM英国事业部的总经理Nick Lewis表示:“最终得到的成品是原始龙雕的完美复制版,但是观赏者无法看到的地方我们已经对龙雕做了提升。我们为安全安装设计了内部元件,但设计的方法是将其完全隐藏起来,这样就看不到螺母、螺栓或施工痕迹。“

增材制造的独特优势

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【SLS 3D打印解决了HRP担心的质量、重量、时间和成本问题】

 3D Systems ODM团队充分利用增材制造的设计优势,整合了一系列的螺丝、螺纹和覆盖物,这些都沿着龙的脊椎形状精确设计。“我们最终采用的结构是利用增材制造的独特优势而制成,这对我们来说是常用做法,但是对于刚接触的客户来说,这个方法真的很惊奇。这些特别的因素结合起来,让龙雕重现于世变得很奇妙,对于我们来说,这是我们整合资源来更有效解决问题的方法,这也是增材制造技术的一大优势。”

经过三维扫描和设计,打印出早期原型进行分析和测试,以确保最终设计符合现代建筑的严格要求。

在整个过程中,3D Systems致力于在满足客户审美需求的同时,满足建筑商的所有技术要求。3D Systems的工程师在决定如何更好打印SLS模型及定位、隐藏各种安装所需的封口和盖帽时,就会充分考虑这些需求。

用于历史修复的3D打印

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【龙雕最终尺寸都在1.2~2米之间】

 3D Systems在英国和荷兰的ODM团队使用SLS选择性激光烧结技术打印这些龙雕。龙雕的尺寸很大,最终尺寸都在1.2~2米之间。3D Systems的sPro 230设备用于此次打印任务。其最大成型尺寸为550 mm x 550 mm x 750 mm,得益于较大的成型尺寸,使龙雕的装配组件更少。

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【3D打印完成的龙,由3D Systems位于海威科姆的后处理部门对龙雕进行了后处理和最后的手工绘制】

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【新的龙雕由3D Systems海威科姆后处理部门完成手工绘制】

 龙雕使用DuraForm PA材料打印,这是一种耐用的尼龙12材料,生成的外观和感觉和龙雕原型类似。DuraForm PA的分辨率和力学性能使其极适合用于制作薄壁件或需要快速卡和的部件。在这次的案例中,这些特性既匹配安装所需的功能性需求,也符合历史文物的外观需求。打印完成后,3D Systems的海威科姆后处理部门对龙雕进行了后处理和最后的手工绘制,他们还绘制了雕刻的木龙,这样可以确保所有龙雕的风格一致。

Lewis提到:“3D Systems非常荣幸能入选这个项目,可以有机会来复原一个文化历史坐标。我们在3D打印积累的经验和知识非常丰富,我们能够在修复的多个阶段提供指导,从工程设计、生产到整个完成。“

 重新开放

在孤独伫立了200年后,宝塔最终将以最原始的面貌再次出现在公众眼前。

Hatto说到:”在过去的几十年里,许多人尝试修复龙雕,但是都失败了,现在通过3D打印技术才让龙雕重新面世。专家小组开发了一个创新的、轻量级和持久的解决方案,最终使我们得以将这些丢失的文物归还给这座珍贵的皇家建筑。龙雕将会在这个世界文化遗产中拥有他原本的位置,并在未来成为伦敦文化的一部分。“

无论您是在寻求逆向工程、小批量制造服务、快速3D打印部件、原型还是外观模型,3D Systems的ODM团队将为您提供合适您的服务。

钱伯斯手绘设计稿中的龙形脊饰图来源:Culture24,网址:http://www.culture24.org.uk/history-and-heritage/historic-buildings/art527937-multicoloured-chinese-dragons-to-return-to-kews-great-pagoda-in-major-restoration

关于3D Systems

3D Systems提供全面的3D产品和服务,包括3D打印机、打印材料、云计算按需定制部件和数字设计工具。公司的生态系统覆盖了从产品设计到工厂车间的先进应用。3D Systems精准的医疗解决方案包括模拟、虚拟手术规划、医疗、牙科设备以及给患者定制的外科手术器械的打印。3D Systems花费了30年的时间帮助专业人士和企业优化他们的设计、改造工作流程,将创新产品推向市场、驱动新的商业模式。

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(3D Systems)

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