一种京剧脸谱3D打印成型的方法

技术领域

本发明涉及一种京剧脸谱成型的方法，具体为一种结合3D打印技术和静 电纺丝技术制作京剧脸谱的新技术。

背景技术

目前，3D打印技术已经广泛应用于工业设计及医疗设备等多个方面，3D 打印技术不断发展并节省了劳动力成本，成为了许多商品制造商的关注重点； 随着纳米材料的不断发展，静电纺丝技术慢慢成为大家关注的焦点，并以其 制造装置简单、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，成为有效制备纳米纤 维材料的主要途径之一，其在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光 电、食品工程和化妆品等领域都发挥巨大作用。静电纺丝技术已经成为一种 比较成熟的纺丝技术，目前溶液静电纺丝技术已经能够制备较细的纤维，捷 克利贝雷茨技术大学与爱勒马公司合作研发的溶液静电纺丝技术已经实现工 业化，并起名为“纳米蜘蛛”推向全球市场。

3D打印技术主要应用于汽车、航天军工、家电、船舶、医疗、影视、食 品和创意等各种领域。打印技术方面，主流打印机能够在0.01mm的单层厚度 上实现600dpi分辨率的打印精度，较先进的产品已经具备每小时1英寸以上 的垂直打印速率，并可实现24位色彩的彩色打印。([1]王雪莹.3D打印技术 与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，(26):3-5)。目前已经 开发出来的打印材料约14类，可混搭出一百多种耗材。2013年初，欧洲的医 生和工程师利用3D打印定制出了一个人造下颚以替换病人受损骨骼，成功使 病人得以康复。同时，德国的研究人员正在采用3D打印技术制造具有生物相 容性的人造血管。([2]蔡恩泽.3D打印颠覆传统制造业[J].中国中小企业，2012， (11):46-47)。全球第一家3D打印照相馆也于2013年初在日本开业，用户经过 拍照、建模、打印三个阶段，就可以为自己制作一个三维头像。([3]Wuwei110: 从26个颠覆世界的3D打印产品看3D技术发展史[EB/OL].2013-03-09)。

京剧脸谱是一种特殊的化妆方法，作为一种中华民族传统文化的标识， 深受广大戏曲爱好者的喜爱。京剧脸谱使用多种颜色的油彩直接在脸上绘制 而成，表演前脸谱的绘制和表演后脸谱的去妆过程都非常复杂，同时绘制脸 谱所使用的油彩对脸部皮肤的伤害极大，对人体健康带来极大影响，如果能 够发明一种避免油彩直接接触脸部皮肤的技术就可以给京剧脸谱领域带来巨 大的利益和优势。

发明内容

本发明的目的是提出了一种京剧脸谱3D打印的成型方法，一改传统的京 剧脸谱使用油彩直接在脸上绘制脸谱的现状，提供了一种结合3D打印技术和 静电纺丝技术来制作京剧脸谱的新思路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种京剧脸谱3D打印成型 方法，提供了一种结合3D打印技术和静电纺丝技术纺制京剧脸谱的新思路。 3D打印是一种快速成形技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑 料等可黏合材料，通过分层加工、叠加成形、逐层增加材料并以打印的方式 来构造物体，与传统上对原材料进行切削的制造法相反，3D打印的过程就好 比是做加法。具体成型过程为：首先通过3D扫描仪对戏曲演员脸部进行扫描 获取脸部特征点信息并建立相应的三维立体模型，而无需像传统的“剔除制 造”方法制作样品的模具，获取的三维立体模型可保存到相关的数据库中， 方便后期直接使用；采用专业3D数据处理软件将该模型分解成若干层平面数 据，再把粉末状金属或塑料等可黏合材料经3D打印机按平面数据烧结，层层 累积后即打印出薄壳结构的立体人脸模具；获得人脸模具后，在模具上均匀 涂抹一层导电石墨，并施加50kv的电压，而静电纺丝装置喷头接地；将具有 多种色彩的纺丝溶液使用静电纺丝技术直接纺到立体人脸模具上即能获得纳 米纤维纺布的京剧脸谱制品。该方法使京剧脸谱快速成型成为可能，节约劳 力和物力，同时可以减少油彩对面部皮肤危害，方便上妆和卸妆。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，其中使用的3D数据处理软件为 3D逆向工程软件，能处理大数据并获取多维、空心模型的平面层数据结构， 比较著名的有美国的RainDrop公司的GeoMagic、美国Imageware公司的 Surfacer。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，其中使用的石墨为高导电性的石 墨粉，具有高润滑、高导电性能、高吸附性等优点。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，在获得人脸模具后，在模具上均 匀涂抹一层导电石墨，利用静电纺丝装置先制作一无纺布透明膜，再利用静 电纺丝装置在透明膜上喷涂成脸谱状，使用时将喷涂好的京剧脸谱透明膜覆 盖在面部，形成薄膜脸谱。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，静电纺丝装置为溶液静电纺丝装 置，结构更简单，可直接将多种颜色的纺丝液通过溶液静电纺丝装置纺丝， 纺丝得到的纤维直径很细，在人脸模具的透明膜上分散致密，容易形成京剧 脸谱薄层，其中电场由人脸模具接50Kv电压和喷头接地形成的电位差获得。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，通过3D打印获取的人脸立体模 具安装在精密移动的导轨上，可通过数控程序精密移动脸模具的三维位置， 方便静电纺丝装置纺丝，从而获得纺丝制京剧脸谱。

本发明的有益效果是：

1、本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，即结合3D打印技术和静电纺 丝技术制作京剧脸谱的方法。传统的工业产品开发方法往往是先做模具，然 后再做出样品，而运用3D打印技术，无需模具，还可以把制造时间降低为以 前的1/10至1/5,费用降低到1/3以下，实现了高效高产率目标。

2、本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，只要有好的设计理念，无论 其结构和工业多么复杂，3D打印技术都能在短时间内制造出来，从而极大地 促进产品的创新设计。而运用3D打印技术打印复杂特殊各具特色的人脸模具 恰好利用了这一优势，可制造出传统生产技术无法制造出的外形，可以打印 出各具特色的人脸模型。

3、本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，使用3D打印技术获得人脸模 具，无需工厂操作，只需要一台打印机即可，与传统的技术相比，3D打印技 术摒弃了生产线而降低了成本，简化生产制造过程，油彩在立体人脸模具形 成很薄的一层，可大幅减少材料浪费，能够快速有效又廉价地生产出单个物 品。

4、本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，使用溶液静电纺丝技术纺制 京剧脸谱，可以得到高精度的纳米纤维纺布，装置简单。

5、本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，解决了传统京剧脸谱直接在 人脸部喷涂油彩对脸部皮肤所造成的伤害以及上妆和卸妆过程的繁杂问题。 使用该方法制作的京剧脸谱，可达到和直接喷涂一样逼真效果，既减少了对 皮肤危害也方便了上妆和卸妆。人脸模型可重复使用，卸妆后再更换喷涂油 彩方案，很方便地得到新的脸谱。

附图说明

图1是本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从左侧观察的 立体图。

图2是本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从左上侧观察 的立体图。

图3是本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从正面观察的 主视图。

图4是本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法的最后成品剖视图。

图中：1、三维导轨的固定板；2、Z轴上下移动轨；3、X轴左右移动轨； 4、Y轴前后移动轨；5、50Kv高压电源；6、人脸立体模型；7、溶液静电纺 丝装置；8、喷头接地电源；9、人脸模具夹持装置；10、人脸模具固定板； 11、活动支架；12、夹持移动轨；13、纳米纤维；14、纺丝制京剧脸谱

具体实施方式

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，提供了一种结合3D打印技术和 静电纺丝技术纺制京剧脸谱的新思路。3D打印是一种快速成形技术，以数字 模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过分层加工、叠 加成形、逐层增加材料打印的方式来构造物体，与传统上对原材料进行切削 的制造法相反，3D打印的过程就好比是做加法。如图1、2、3所示，图1为 一种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从左侧观察的立体图，图2为一 种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从左上侧观察的立体图所示，图3 为本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法的整体装置-从正面观察的主视图。 主要组成部分为三维移动导轨、人脸模具夹持装置、静电纺丝装置。三维导 轨均布置在三维导轨固定板1上，其中有X轴左右移动轨3、Y轴前后移动 轨4和Z轴上下移动轨2；人脸模具夹持装置9固定于固定板10上，活动支 架11连接三维导轨和人脸模具夹持装置，方便系统连接和移动，3D打印得 到的人脸立体模型6置于人脸模具夹持装置中，模型6上部涂有石墨粉并接 上50Kv高压电源5，为方便更换人脸立体模型，设计了模具的夹持移动轨12； 溶液静电纺丝装置7固定在导轨支架上，尖嘴部分为喷头接地电源8。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，首先利用3D打印获得人脸立体 模型。具体为通过3D扫描仪对戏曲演员脸部进行扫描获取脸部特征点信息并 建立相应的三维立体模型，获取的三维立体模型可保存到相关的数据库当中， 方便后期直接使用，之后若不是首次制备纺丝制京剧脸谱，则可直接利用数 据库中存储的人脸三维立体模型，可以减少扫描的过程；专业3D数据处理软 件将该模型分解成若干层平面数据，再把粉末状金属或塑料等可黏合材料经 3D打印机按平面数据烧结，层层累积后即打印出立体人脸模具。

本发明一种京剧脸谱3D打印成型方法，在获得人脸模具后，即可使用如 图1所示的装置进行脸谱的纺制过程。在人脸模具上均匀涂抹一层导电石墨 粉后，给其施加50kv高压电源5，而静电纺丝装置喷头接地电源8，即可给 静电纺丝过程提供所需的电场。纺丝过程中，通过移动三维导轨中的X轴左 右移动轨3、Y轴前后移动轨4、Z轴上下移动轨2即可实现人脸立体模型6 的相应的运动，由于该移动是非常精确的运动，故过程使用数控程序直接进 行相应移动的控制，而溶液静电纺丝装置7是固定三维导轨支架上不动的。 在加入电场后，溶液静电纺丝装置7开始工作，将制作京剧脸谱的油彩通过 静电纺丝装置纺制纳米纤维13，在人脸立体模型上不断累积得到纺丝制京剧 脸谱14，如图4所示，为最后获得成品京剧脸谱图示。获得的纺丝制京剧脸 谱14直接可以使用，效果和直接在你人脸绘制的效果基本是一样的。由于京 剧脸谱多样性，基本上一次仿得的脸谱也只能使用一次。该方法使京剧脸谱 快速成型成为可能，节约劳力和物力，同时可以减少油彩对面部皮肤危害， 方便上妆和卸妆。