田靓 吴洁

摘要：将3D 打印工艺应用于高校工业设计教学当中，不仅成型速度快，教学效率也得到显著提升。关于3D 打印产品的上色，既可以在打印之后处理，也可以选用多种彩色耗材，在塑造产品模型的时候就确定好颜色。如果需要进行个性化塑造，让产品色彩质感更加细腻，还需要在后期进一步加工，否则难以达成预期效果。

关键词：3D 打印;色彩处理;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

進入信息化社会之后，人们手头变得宽裕起来，审美眼光也随之出现改变。越来越多的消费者追求个性化定制，这样的市场需求为3D 打印行业带来了诸多新机遇。目前，在工业产品设计中已经大量运用全彩3D 打印技术，但是仅凭这项技术还无法获得成品，在完成3D 打印程序之后，还需要完成大量的后期处理，才能形成最终的产品效果。虽然国内目前已经出现了全彩3D 打印技术，但是这种技术还没有走向纯熟，部分区域打印效果并不理想，同时机器价格昂贵，打印材料也不便宜。由于成本过高，所以很多学校不会在教学中过多地使用全彩3D 打印。如果用3D 打印，再进行色彩处理，就不会出现灰色区域无法有效打印的问题，成本也可以节省下来，还可以让学生掌握后期的色彩处理技术。

二、3D 打印技术在我国发展现状

3D 打印技术及其设备的开发在国内属于一项重大创新。早在1991年，国内就已经出现了3D 打印技术，在当时，人们将其称作 Rapid Prototype。在之后的三十年间，我国不断研发出新设备，其技术已经与 FDM、LOM 这类国外产品相近，设备性能已经达到国际水平。3D 打印技术也开始投入商用，主要用于产品设计、模具制造等行业，在医院也会采用这项技术。就产品设计来说，一般会采用 CAD 产生的概念模型，在设计评价的过程中会运用到3D 打印技术。这样一来，如果产品存在设计缺陷，就可以及时修改，设计出来的产品有较高的质量保证。3D 打印模型还可以用来测试产品的功能和性能。比如做空气动力学分析和流动分析等。在快速模具制作中， LOM、FDM 等快速成型工艺得到充分运用。在工业发展中，3D 打印技术功不可没，特别是在零件加工过程中，借助3D 打印技术可以将激光、热能等手段运用其中，固化液体材料，塑造出的造型更加完整，而不必运用模具和刀具进行漫长的加工，可以直接将产品投入到加工环节。工序减少了，意味着不仅可以降低成本，还可以避免给环境带来大量污染，所以对工业的发展起到了巨大的推动作用。

三、3D 打印材料的选择和模型制作处理

（一）3D 打印材料的选择

在上色之前，要将3D 材料打印成原始白胚，打印的材料要做到正确选择。截至目前，有多种材料经常被应用到3D 打印当中，比如尼龙、树脂、红蜡等。在教学中，教师经常选用的材料有两种：一是 PLA。这是种新型材料，可塑性强，较为耐热，容易被降解，所以环保性较佳，适用面较广。二是 ABS。这是一种不透明的热塑性工程塑料，无味无毒，呈现出颗粒状，吸水率不高。这种材料主要用于加工成型、机械等。相对于其他材料，它的结合性较好，在表面可以涂层，也可以镀层。目前 ABS 这种聚合物材料产量最大，应用最广，经常运用到 FDM 成型工艺当中。

（二）模型制作处理

3D 打印技术如图1所示。向计算机发布生成造型指令之后，计算机就会执行指令，形成预期造型。工序减少了，就可以缩短加工所需时间。这对于越复杂的产品，节省的加工时间越多。在选定合适的材料之后，就可以执行建模程序。一般来说，建模有两种方式，一种是直接有照片，就可以利用照片建模，另一种是在没有照片的情况下，需要进行3D 扫描，然后建模。在建模完成后，还需要经过多个阶段：阶段一是将支撑去除。这一步在整个制作过程中至关重要，它对技巧性有很高的要求，在实际操作中需要熟练使用钳子类工具以及剪刀;阶段二针对的是一些尺寸超大的模型。这类模型有许多部位，需要用胶水把它们连接在一起。如果是金属类部件，在连接的时候需要用到电焊。若是塑胶类，连接的时候需要使用专门的黏合剂。阶段三是进行打磨，在这一阶段，主要使用的是砂纸和锉刀。如果有条件，也可以在打磨的时候采用喷砂机。这种方式相对更加安全，比较适合学生使用[1]。

ABB 模型在抛光的时候主要用到丙酮这种材料，因为 ABS可溶于丙酮。在实际操作中，需要具备一定的溶解经验，把握好溶解时间。PLA 材料的抛光需要用专用抛光油，用丙酮无法完成抛光。目前，国内才刚开始采取化学抛光的方式。很少用于课堂实践当中，在后期抛光的时候，也只是作为备选方案。阶段四是补土，也就是填充模型表面出现的小缝隙，让模型表面更加光滑。经过补土之后再上色，色彩会更显鲜艳。比起其他步骤，补土这一步需要较高的成本。只有模型要求较高的时候，才会进行补土。补土的材料种类较多，比如 AB 土，水补土，还有快速固化树脂等。如果不想花费太多成本，则可以使用一些日常材料，比如爽身粉，也可以采用502胶水等。只要融合比例科学，也不是不能达成理想效果。通常补土会采用水补土，这种材料具有较高的强度和附着力，干燥速度很快，而且可以完美地和色彩相融[2]。

四、上色方法和处理方式

（一）纯手工笔绘上色技术分析

采取纯手工笔绘上色，一般选取的是丙烯颜料，这是一种由人工合成的化学材料，带有毒性。如果是油性上色，则主要采用郡仕油性漆颜料，这也是一种化工材料。在使用这类材料的时候一定要足够小心，否则会沾染到衣服上，或者弄到皮肤上。这两类颜料的色彩种类多，附着力较强，可以用来调合。一般操作的时候可以混合使用铅笔、马克笔等，具体根据材料来确定。只要是手工上色的材料，都需要和涂装工具配合使用，否则效果会大打折扣。纯手工笔绘上色分成两种：一种是简单上色，主要用于局部上色，或者保持色块整体性。选取的色彩要饱和度高，具有厚重感，在上色的时候要注意色彩均匀等。另一种是精细上色，这对人员的技术有较高要求，使用的材料主要是高端绘制材料，或者进口的手办油漆。在实际上色时，要和各种设备相结合，还原出模型真实的色彩。精细上色的绘制要足够深入，这一点体现在层面、细节和纹理等多方面。在完成精细上色之后，模型要散发出艺术感，给人以视觉享受。在颜色变化上要有过渡、叠色和渐变等作用。总的来说，制作难度高。如果模型对颜色和质感有较高要求，还要携带特殊表现材质。例如修复文图复制品、展示模型，或者3D 人像等，具体如图2所示。简单上色不需要太昂贵的工具和材料，适用于教学实践[3]。

上色有一定的步骤：首先，要调色。上色人员要熟悉模型色彩分布。如果是写实仿真模型，则需要直接按照实际色彩来上色。最好一次性准确完成上色工作，避免上错色彩再反复调整，尽量避免上色过程中存在的阻碍因素，这些问题都会最终体现在上色效果上[4]。模型的每个部位都有不同的颜色，在上色之前，要准备好参考资料，对于具体上什么色彩，要提前做好设计与配置，在调合色彩的时候主要依靠方法和经验，要把握好模型整体色彩。第二，稀释颜色。纯手工笔绘要准确把握好颜色浓度，否则会严重影响模型表面厚度。如果使用的是油性色彩颜料，稀释液浓度不一样，会呈现出差异化效果。所以在操作时，除了根据日常经验，还要凭借对色彩的敏锐视觉。在具体操作过程中，要用笔尖去吸收颜料，等到充分吸收后，如果还剩下颜料，需要将其刮到调色盘里，否则上色的时候笔尖颜色过多，就会破坏模型色彩的整体性[5]。第三，把控颜色浓度，否则色彩效果会受到影响，具体应该如何操作呢？首先，要考虑到下笔顺序再下笔，笔尖和模型有一个夹角，角度保持在50-60度，笔尖从上到下，或者从左到右均匀移动，动作尽可能保持轻盈。如果笔尖过重，会在模型表面留下痕迹。颜料调好后用保鲜膜覆盖，保持最佳湿度，这样可以拥有更好的色彩效果。通常情况下，不需要在模型上反复上颜料。上颜料的时候，先上稀释的颜料，再上浓稠的颜料。在上颜料的时候，需要等上一次干透才能继续上色。如果颜料还没有干透就上色，会导致两层颜料粘在一起，影响视觉效果。第四，涂抹模型。使用画笔上色，要根据模型大小来选择画笔大小，这一点关系到笔触形体。如果画笔大小不合适，模型表面会出现不均匀的纹理，导致模型视觉效果下降。所以，上色的时候要运用井字模式充分涂抹，防止笔触不匀色彩不饱满的现象。涂抹是为了调整整体效果，让色彩保持最佳状态。在上色之前，要在模型表面涂抹一层打底色，通常选用的是颜色较浅的白色或者灰色等。上色之后如果出现涂抹不匀的现象，可以先用细水砂纸进行轻度打磨，然后逐步上色[6]。先上大面积部分，再上小面积部分。在处理细节和颜色饱和度方面，都要做到由浅入深，不要想着一次完成。从一开始就要做好长期涂改的心理准备。白色、红色和黄色缺乏覆盖能力，如果用这类颜色覆盖可能会出现底色反射现象。所以要先上一层底色，再使用这些颜色，往往上色效果更佳。有的打印成品带有特殊色彩，要综合运用手绘材料。比如用马克笔对纯色成品上色的时候，往往会出现半透明状态;而油画颜料则可能让作品出现雕塑质感。在使用手绘材料的时候，需要相关人员反复练习，认真思考，总结经验，最终创造独特作品。

（二）喷漆工艺上色技术分析

目前常用喷漆这种上色方法。喷漆具有较高的光泽度，具有较好的固色效果，附着力也比较强，在很多模型材料中都可以使用[7]。采用喷漆这种方式上色，主要用于单色喷绘或者综合喷绘，而在多色喷涂上存在较高难度。在制作过程中，完成喷涂之后，还需要晾晒，以及对细节做出调整。一般使用双动喷枪进行喷漆，在喷漆的时候要控制气压和出漆量。在正式喷涂之前要多次练习，直到能够熟练掌握出漆量再进行喷绘。喷绘成本更高，只能用于大面积上色。尽管如此，在教学中还是会广泛使用（如图 3 所示）。喷枪和喷笔都是基于空气，完美结合色彩和模具，构造出完美效果。在使用喷笔的时候，一定要先试喷，要能够正确按照操作方式来使用，且可以准确把握出漆量，在此基础上才能正式使用。只有做好充足的喷涂准备，才能避免造成资源浪费。

五、总结

综上可知，在开展实验教学的时候，一般会使用 3D 打印，并在后期处理中完成上色。通常来说，喷漆技术和纯手工上色对于学生们而言更容易上手。而电镀技术和纳米喷镀技术难度较高，操作起来十分困难。并且由于需要耗费较高成本，所以只有在参考工艺领域才会被使用。对于这两种技术，学生只需要有所了解，掌握操作方法和流程即可。社会科技还在不断發展，新技术层出不穷。结合 3D 打印技术和后期色彩处理技术，以此满足市场需求，可以助力其在市场上获得更好的发展。

参考文献 ：

[1] 杨建静 . 3D 打印模型结合多媒体技术在神经外科临床见习带教中的应用效果研究 [J]. 西部素质教育 ，2021，7（5）：144-146.

[2] 李春雨 ， 陈丽萍 ， 刘碧玉 ， 等 . 3D 打印技术结合数字化技术方法在肩胛骨骨折内固定手术中的应用 [J]. 国际医药卫生导报 ，2020，26（20）：3047-3049.

[3] 高云 . 1 例严重骨缺损患者应用 3D 打印技术行全髋关节置换术的围手术期护理 [J]. 东方食疗与保健 ，2017（8）：247，249.

[4] 方雨柔 ， 王圆圆 . 徽州 " 三雕 " 纹样运用 3D 打印技术在服饰纹样设计中应用方法探讨 [J]. 美眉 ，2020（4）：61-62.

[5] 含月 ， 李禹臻 ， 张芷茉 . 3D 打印技术在个性化定制产品中的应用研究——以手工口红定制设计为例 [J]. 设计 ，2018（13）：116-118.

[6] 王思懿. 3D打印技术在服装设计中的应用研究——评《3D服装设计与应用》[J]. 印染助剂 ，2020，37（5）： 前插 1.

[7] 华南农业大学 . 化学处理蟹壳粉的方法、增强聚乳酸 3D 打印材料及其制备方法 ：CN201910960437.2[P]. 2020-01-17.

作者简介：

田靓（1979.10），女，汉，河北人，中级，本科，北京服装学院，研究方向 ：3D打印工艺与应用。

吴洁（1982.03），女，汉，江西人，讲师，硕士，北京服装学院，研究方向：鞋品设计。