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我的探月之路

時間:2022-08-10 03:43:21 作者:147小編 點擊:

 

這篇文章的作者叫雪夜公爵,微博@PapaJames,他是一位愛好天文攝影,并擅長繪畫手工,以及編程的獨立游戲制作人,并用三年時間研發了一款月球模型,3D打印+手工涂裝+AR技術。

如果你長期關注他的話,慢慢地就會發現,他是身邊為數不多大神級的人物。

這款月球模型,研發了三年,一年深究打印,一年精挑材質,一年遍試涂裝,盡力做到精益求精,以此向航天先驅們致敬。

每個人心中都有一個天文夢,我的夢從2014年起開始變得瘋狂。

一次偶然的機會,我在某天文論壇看見一位署名路飛的天文藝術家發布了一篇關于手工雕刻月球的帖子。足球大的油泥在路飛手里變成布滿隕石坑的月球,熟知的月海近在咫尺,細節精致無比。我馬上聯系路飛,打算無論多少代價都要買一個他的月球模型。

路飛的月球照片(微博@池塘之底)

但我未能如愿,路飛的月球早已售罄,而下次雕刻計劃遙遙無期,我的月球模型泡湯了。可這件事在我心里就像野草一樣蔓延,讓我總也放不下。

轉機發生在2014年夏天。

我當時正投身于火熱的游戲行業,做的是一款太空題材的科幻游戲。一次我在我們3D主管身后暗中觀察,發現他正在用三維軟件做游戲場景,內容正是環形山。

我瞬間腦洞大開。

接下來是一連串的研究,我先去NASA官網找到了月球的高程地圖(一種用灰度來表示地表高度的圖片):

月球高程圖

然后把高程地圖給我的3D主管,讓他幫忙在軟件里做了個三維月球模型;

三維月球模型

最后我去某寶尋覓3D打印商,并吃驚地發現3D打印服務已相當成熟!所以我很快就下單打印了一個月球,基于真實的地理數據,比路飛雕刻的月亮還要準確!

3D打印月球模型照片

月球在手,我以為我可以滿足。但這個3D打印的月球遠看可以,近看卻是慘不忍睹:整個模型表面布滿了打印層紋,一些小的月坑已經面目全非了。而且基于價格的考慮,這個球只能是做成空心的。所以打印商不得不在模型上開一個洞,用來回收被封在球體內部的原材料。細心的朋友會發現,現在市面上所有的3D打印月球產品都不是全封閉的。

這些不完美的地方都是我所不能接受的。

進一步調查之后,我對3D打印行業有了更完整的認識。其實如果不要求打印顏色的話,是可以做到更高精度的。比如利用光固化原理的SLA和DLP打印技術,精度都可以到0.05毫米以內,而我當時選擇的全彩石膏精度只有0.1,還真的是不怎么樣。 謹慎考慮后我又用SLA打印了一個樹脂月球,與之前的石膏相比橫紋幾乎看不出來,但真的是一丁點顏色也沒有。不過這點我倒是不太擔心。因為我喜歡拍月亮,也畫過不少,對月球上的特征還是很了解的。

我在紙上畫的月球

于是我開始思考該用什么方式上色,我先后試了水彩、水粉、彩鉛、油彩、馬克筆、水性模型漆和油性模型漆。總的來說,水性的問題在于著色不好,顏料會在樹脂表面滾成水珠;油性的問題卻是著色太好,不便于修改,而且有毒的有機溶劑揮發性很強,對健康不利;畫油畫的油彩有厚度,會蓋住模型紋理;而硬筆涂裝效果生硬,畫不出過渡色。不過經過這番試驗我意識到一個問題,我不能再在打印的樹脂模型上直接畫了。為了試驗上色,我廢掉了好幾個打印件,浪費了不少錢。看來我必須要研究一下如何復模。

雖然模型制造是我從未涉足的領域,但為了月球,多深的坑都可以入。要做的其實就是用硅膠做個模具,再用PU或者石膏材料澆灌,那樣月球模型就想要多少就有多少了!聽起來好簡單。

我采購了原材料和工具,看了很多相關的視頻教程,滿懷信心地開始操作。然后發現翻模的坑真的是太深了:模具厚了浪費材料,薄了又容易變形;固化劑要放得剛剛好,否則無法按照預期的效果凝固;攪拌硅膠時要速度均勻以免產生氣泡;選擇分模線要留意地表特征,否則后期無法打磨;PU材料俗稱AB水,味道巨大,不能在家操作;石膏材質流動性差,要試驗多次才可以找到合適的比例和操作時長。就這么說吧,我先后翻了三個模具,用了十幾公斤的PU和石膏,最后一個成功的模型也沒有做出來。我一氣之下扔掉了所有的模具和材料,決定再也不碰這些東西,月球的研發也因此被擱置了好久。

我用石膏試驗的模型

雖然這些試驗沒有成功,但我卻親手摸索了石膏與PU材質的特性,對后來第一代月球模型產品的材質選材至關重要。2015年下半年,我之前打印月球的那個帖子又在微博上被轉起,這給了我很大的鼓舞,月球項目因此又重新啟動了。這次我改變思路,到網上尋覓提供翻模服務的工廠,讓專業的人去做專業的事。這樣我便順利得到了幾個樹脂模型和石膏模型,得以繼續嘗試不同材質上的涂裝方案了。

透明樹脂方案

熒光樹脂方案

石膏方案

2016年初的這個石膏版月球模型受到很多好評,我也因此動心把它做成商品,讓更多天文愛好者擁有。對于月球模型來說,量產的難題在于涂裝,這也是全球模型制造業中最難的瓶頸。從2016年一直到現在,我試遍了行業內幾乎所有的涂裝方案,一直在尋覓著這個問題的最佳答案。

涂裝大致可分為兩類,一類是制版,一類是無版。前者需要制作輔助上色的工具,目的是定位或者套色,移印、模具噴漆都屬于制版。后者是不需要制版,把圖案直接或者間接印刷到承印物上,比如轉印和UV印刷機。下面就是我試驗的一些總結。

噴油。噴油的原理是做一個遮擋物,將需要噴繪的區域露出來,其他地方遮住。這樣噴出來的形狀都是一樣的,可以加速上色的過程。噴油這個方案在月球模型上效果不好,首先是模具不好做。我在一家供應商那里定做過一批半球形的塑料殼,打算套在球上畫出圖案,然后切割圖案做模具。切割的工具我試過電鉆、電烙鐵和超聲波刀。電鉆鉆下來有毛邊,電烙鐵的高溫會把塑料燙軟,超聲波切割刀雖然沒有毛邊也不會產生高溫,但要用刀片刻出環形山簡直痛苦之極。好不容易做了一套模具,又遇到了第二個問題,卡位。軟塌塌的塑料殼根本無法固定形狀,在噴漆的時候到處移動。我用夾子把它勉強固定好之后,又遇到過渡色的問題。因為噴漆噴出來的是一片死死的顏色,邊緣像刀切的一樣齊整,真的很難看。我試驗了幾個月,最終放棄了噴油。

噴漆的塑料殼

轉印。轉印最大的優勢是涂裝的高度還原性,因為圖案可以直接印刷,保證和電腦中的一模一樣。轉印分水轉印、冷轉印和熱轉印,熱轉印依賴工具,對承印物形狀的自由度不高,所以我只試過前兩種。水轉印是先將圖案打印到一張轉印紙上,刷光油,再把這張紙浸到水中,然后貼在球上,最后用軟化劑固定。冷轉印是先往球上刷轉印液,然后把打印圖案的轉印紙用力壓在球上,壓制的時候不能有一點點移動。

你聽一下這兩個方案就知道它們的操作難度有多大,更何況月球不是平面,需要切分成幾十個細長的圖案分別轉印。為此我還寫了一個按照瓜皮形狀來切分貼圖的程序,也算是一種小收獲。為了讓冷轉印時油墨能順利地從紙上移到月球上,我們做了很多種嘗試,甚至還試過糯米紙,但最后還是不成功,然后大家把糯米紙吃掉宣布轉印的方案失敗。除了水轉和冷轉,我還試過不干膠印紙,但看著球上一層亮亮的塑料膜總覺得哪里不對。

瓜皮圖

移印。雖然是制版印刷,但是它的量產能力讓我羨慕。其原理是先制成幾個單色的色板,然后用移印機和膠頭,把顏色一層一層套印在物體上。問題有幾個,一是定位問題,月球模型表面有凹凸紋理,移印的時候必須圖案和紋理嚴絲合縫。由于移印機一次只能印半個球,這種動來動去的情況下很難定位;第二個問題是,移印膠頭是為了在平滑表面印刷而設計的,如果強行往凹凸表面印刷會有印不上的情況;三是這種印刷開版費用很高,起訂量也很大,在綜合考慮之后,果斷放棄。

UV打印。uv打印機又稱平板打印機萬能打印機,可以在5MM高度內的凹凸表面打印圖案,目前手機殼印刷、瓷磚印刷很多都是用 UV打印來實現的。但是月球不行,因為月球的直徑有12厘米,表面高度差在5MM之內的圓形區域直徑只有不到3厘米。這樣一個月球需要打印30多次才能覆蓋全部表面,并且每次都要在接縫處準確定位。這幾乎是不可能完成的任務。

多軸印刷工具。目前行業內最高端的應該是傳說中的多軸了。說實話我沒有試過,甚至都沒有見過,不知道這種昂貴的機器能否用在我的月球模型上。但我試過一個叫作畫蛋機的兩軸機械裝置 。畫蛋機本來是為復活節畫彩蛋用的,把雞蛋固定在一個旋轉軸上,然后一支畫筆沿著另一軸運動,像經緯儀那樣。但試過之后發現,畫蛋機的精度遠遠不能滿足我的需求。不過我認為如果將來有一天市面上有了一款適合月球模型的涂裝自動化工具,那一定是基于畫蛋機這樣的原理。

畫蛋機

所以繞了一大圈,最后上色方案還是回歸到了手涂。也許只有手涂才能把制作者的匠心融入作品,也許這就是為什么模型界到現在都沒有一種自動涂裝的方案能夠代替手涂的原因。

從2014年10月到2017年3月,月球模型經過一年的打印嘗試,一年的材質摸索和一年的涂裝試驗,歷經四代的進化,以AstroReality月球模型的身份問世。如今的月球模型,模種是0.016mm的打印精度,多道程序還原質感,翻模和上色的工藝都是最專業的。而且我們還開發了專屬軟件,利用增強現實(Augmented Reality)技術實時識別月表特征并顯示相關的天文知識。可以說全球還原度最高、最有科普意義的月球模型。AstroReality月球模型在手,我滿足了么?沒有,目前月球模型還比較年輕,材質、涂裝都有很多優化的空間,配套的軟件也比較基礎,還有很多不完善的地方。對我而言,這都不夠完美。況且月球只是第一步,月球之后是火星,地球,冥王星以及其他很多的星球,所以要做的事情還有很多,要走的路還有很長,這個夢也還可以做得更瘋狂。

James的探月里程碑

2014年10月,3D打印月球,材質全彩石膏,直徑15厘米。

2014年12月,透明 PU材質翻模,手工上色,直徑10厘米。

2014年12月,熒光粉+透明 PU材質翻模,手工上色,直徑10厘米。

2015年6月,石膏翻模嘗試,直徑12厘米。

2016年4月,月球模型原型。石膏翻模,水粉上色。直徑12厘米。

2016年6月,第一代月球模型。石膏翻模,丙烯上色。直徑12厘米。

2016年6月,第二代月球模型。PU材質翻模,模型漆上色。直徑12厘米。

2017年2月,第三代月球模型。PU材質翻模,仿古漆上色。直徑12厘米。

2017年3月,第四代月球模型。高清紋理,PU材質翻模,仿古漆上色。直徑12厘米。

四世同堂,從2014年10月至2017年3月,制作的月球工藝已歷經4代。

這應該是目前最逼真的月球模型了。

目前有三個版本的月球,分別是月球爸爸(120mm),月球媽媽(80mm),月球寶寶(30mm)。

最后,每個月球模型的制作和涂裝都涉及到匠人匠心的手工打磨,也就是說每個月球模型都是獨一無二的。

帶AR黑科技的月球模型

配上AR黑科技,再搭配應用程序通曉,讓月球模型秒變百科全書。

行星模型AR軟件通曉的下載地址

以下是一段演示視頻

最后附上預售地址

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