CN114407567A - 一种微型立体模型制作模板及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型立体模型制作模板及制作方法，属于光学视觉技术领域。微型立体模型制作模板包括底座、定位柱、垫层板、菲林片，底座上四周设置定位柱，垫层板和菲林片长宽尺寸相同，四周同一位置上设有定位孔；底座上依次循环放置垫层板、菲林片。微型立体模型制作方法，把菲林片上分层图案提取出来，采集到电脑上进行缩小与排版，再利用UV打印机将分层图案打印到亚克力薄板上，按顺序将亚克力薄板粘接在一起，利用激光切割机将模型切割下来。此方法制作出的立体模型与制作模板效果一致，细节清晰、色彩鲜艳、立体感强。不仅解决了微型立体模型的制作问题，还可用于大规模批量生产。

Description

一种微型立体模型制作模板及制作方法
技术领域：
本发明属于光学视觉技术领域，特别涉及到一种微型立体模型制作模板及制作方法。
背景技术：
实用新型专利“一种光学魔术杯”(专利号：ZL202022397077.0)由杯身、透镜、画片组成。凸透镜放置于杯身中部，凸透镜到杯身底部画片的距离等于凸透镜焦距。由透镜成像的光学原理，平时看不到画片上的图案，向杯内注入酒水等透明液体，图案则显现出来，具有趣味性与新颖性，在作为杯子使用的同时还能普及科学知识。
其缺陷是杯中画片是平面画，没有立体感，不够真实和生动。由于这种杯子一般用作酒杯或茶杯，体积较小，画片直径一般在十几个毫米。如果做成立体模型，体积类似黄豆粒或花生米大小。目前的3D打印技术和立体雕刻等技术均不能做出细节，只能做出大致形状，且难以上色，不能批量生产。
民间艺人有一种用多层树脂画工艺制作的工艺品，是把一个要制作出立体模型的素材，动物和花卉等，按照深浅不同分解成多个水平方向的剖面图，制作工艺是把树脂滴胶浇灌在碟盘等容器中，自动流淌形成一个平面层，干燥之后在上面绘画，画一层图案浇一层树脂滴胶。由于树脂滴胶是透明的，绘画时能够很好地对应各层之间的关系，作品立体感强、色彩鲜艳，酷似真实物体。但如果尺寸做得很小将画不出细节，且工艺复杂、耗时长，不适合批量制作。
发明内容:
本发明提出一种微型立体模型制作模板及制作方法，可以实现微型立体模型快速大规模生产，且制成的立体模型细节丰富、色彩艳丽、尺寸任意设定，即可作为装饰品独立使用，也可作为光学魔术杯等工艺品的重要部件。
为实现上述效果，本发明所采用的技术方案如下：本发明一种微型立体模型制作模板包括底座、定位柱、垫层板、菲林片；
底座上四周设置定位柱；
垫层板和菲林片长宽尺寸相同，垫层板和菲林片均在四周同一位置上设有定位孔；
底座上依次循环放置垫层板、菲林片，使得垫层板和菲林片定位孔穿过定位柱。
作为一种改进，制作模板中，垫层板采用具有一定厚度的硬质透明材料；
菲林片采用全透明的打印胶片，表明绘制一层模型图案；
底座上刻有圆形虚线，为绘图区域标识。
一种微型立体模型制作方法，利用上述微型立体模型制作模板，包括以下步骤：
步骤一，确定微型立体模型参数：半径R、厚度h、层数n；
步骤二，将定位柱固定到底座上，穿过定位柱依次放置垫层板、菲林片，在菲林片表面、绘图区域内绘制第一层模型图案，再次放置垫层板、菲林片，在菲林片表面绘制第二层模型图案，重复上述步骤n次直至所有模型图案绘制完毕；
步骤三，将制作模板内的菲林片取下，利用彩色扫描仪将每层菲林片上的图案扫描复制到计算机里；利用绘图软件将每层的图案半径缩小到立体模型的实际尺寸，并复制缩小图案使其铺满整个版面，保证每一个版面只包含同一层缩小图案；保持相同的缩小比例下，重复上述排版工作，直至n张菲林片上图案都完成重新排版；
步骤四，利用UV打印机将n个版面分别打印到n张亚克力薄板上，确保每个亚克力薄板上的缩小图案位置相同；
步骤五，把印有缩小图案的n张亚克力薄板按照绘画时的上下顺序，用胶水粘贴起来，使各层的缩小图案上下完全对其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了n层缩小图案的半成品板；
步骤六，使用激光切割机把半成品板上每一个立体模型切割下来，立体模型就制作完成了。
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤一中微型立体模型厚度h与半径R的限制关系为
Figure BDA0003464176570000031
作为一种改进，微型立体模型制作方法骤一中微型立体模型半径R小于10mm时，层数n为4或5。
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1的限制范围为
40mm≤R1≤50mm
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤二中垫层板厚度h1为
Figure BDA0003464176570000032
其中，h2为菲林片厚度。
本发明有益效果：利用微型立体模型制作模板可将动物、花卉等图案分层绘制到菲林片上，形成具有立体效果、细节丰富的立体模型。通过微型立体模型制作方法，能够把菲林片上分层图案提取出来，采集到电脑上进行缩小与排版，再利用UV打印机将分层图案打印到亚克力薄板上，按顺序将亚克力薄板粘接在一起，最后利用激光切割机将模型切割下来。此方法制作出的立体模型与制作模板效果一致，细节清晰、色彩鲜艳、立体感强。不仅解决了微型立体模型的制作问题，还可用于大规模批量生产。
附图说明:
图1为一种微型立体模型制作模板示意图。
图2为模型图案示意图，其中图(a)为第一层模型图案，图(b)为第二层模型图案，图(c)为第三层模型图案，图(d)为第四层模型图案，图(e)为第五层模型图案。
图3为排版示意图。
图4为半成品板示意图。
图5为微型立体模型示意图，其中图(a)为俯视图，图(b)为斜视图。
其中，1、第一层菲林片，2、第二层菲林片，3、第三层菲林片，4、第四层菲林片，5、第五层菲林片，6、第一层垫层板，7、第二层垫层板，8、第三层垫层板，9、第四层垫层板，10、第五层垫层板，11、定位柱，12、绘图区域标记，13、底座，201、第一版面，202、第二版面，203、第三版面，204、第四版面，205、第五版面，206、第一层缩小图案，207、第二层缩小图案，208、第三层缩小图案，209、第四层缩小图案，210、第五层缩小图案，301、半成品板。
具体实施方式:
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一种微型立体模型制作模板包括底座13、定位柱11、第一层垫层板6、第二层垫层板7，第三层垫层板8、第四层垫层板9、第五层垫层板10、第一层菲林片1、第二层菲林片2、第三层菲林片3、第四层菲林片4、第五层菲林片5。
底座13上四周设置定位柱11。
第一层垫层板6、第二层垫层板7、第三层垫层板8、第四层垫层板9、第五层垫层板10、第一层菲林片1、第二层菲林片2、第三层菲林片3、第四层菲林片4、第五层菲林片5长宽尺寸相同、均在四周同一位置上设有定位孔。
底座13上依次放置第一层垫层板6、第一层菲林片1、第二层垫层板7、第二层菲林片2、第三层垫层板8、第三层菲林片3、第四层垫层板9、第四层菲林片4、第五层垫层板10、第五层菲林片5，并且所有定位孔穿过定位柱11。
第一层垫层板6、第二层垫层板7、第三层垫层板8、第四层垫层板9、第五层垫层板10采用具有一定厚度的硬质透明材料。
第一层菲林片1、第二层菲林片2、第三层菲林片3、第四层菲林片4、第五层菲林片5采用全透膜的打印胶片，第一层菲林片1上绘制第一层模型图案(如图2-a)，第二层菲林片2上绘制第二层模型图案(如图2-b)，第三层菲林片3上绘制第三层模型图案(如图2-c)，第四层菲林片4上绘制第四层模型图案(如图2-d)，第五层菲林片5上绘制第五层模型图案(如图2-e)。
底座13上刻有圆形虚线，为绘图区域标识12。
以5层立体模型为例，说明微型立体模型制作方法。
一种微型立体模型制作方法，利用作模板，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，确定微型立体模型参数：半径R、厚度h、层数n。本实施例中，微型立体模型参数取值：半径R为6mm，厚度h为3.5mm，层数n为5，菲林片厚度h2为0.1mm。
步骤二，将定位柱11固定到底座13上，穿过定位柱11放置第一层垫层板6、第一层菲林片1，在第一层菲林片1表面、绘图区域内绘制第一层模型图案(如图2-a)；放置第二层垫层板7、第二层菲林片2，在第二层菲林片2表面、绘图区域内绘制第二层模型图案(如图2-b)；放置第三层垫层板8、第三层菲林片3，在第三层菲林片3表面、绘图区域内绘制第三层模型图案(如图2-c)；放置第四层垫层板9、第四层菲林片4，在第四层菲林片4表面、绘图区域内绘制第四层模型图案(如图2-d)；放置第五层垫层板10、第五层菲林片5，在第五层菲林片5表面、绘图区域内绘制第五层模型图案(如图2-e)。
步骤三，如图3所示，将制作模板内第一层菲林片1、第二层菲林片2、第三层菲林片3、第四层菲林片4、第五层菲林片5取下，利用彩色扫描仪将第一层菲林片1、第二层菲林片2、第三层菲林片3、第四层菲林片4、第五层菲林片5上的图案扫描复制到计算机里；利用绘图软件将每层的模型图案(图2-a至图2-e)半径缩小到立体模型的实际尺寸，获得第一层缩小图案206、第二层缩小图案207、第三层缩小图案208、第四层缩小图案209、第五层缩小图案210。复制上述缩小图案，使其分别铺满第一版面201、第二版面202、第三版面203、第四版面204、第五版面205，保证每一个版面只包含同一层缩小图案，如图3所示。
步骤四，利用UV打印机将5个版面分别打印到5张亚克力薄板上，确保每个亚克力薄板上的缩小图案位置相同。
步骤五，把印有缩小图案的5张亚克力薄板按照绘画时的上下顺序，用胶水粘贴起来，使各层的缩小图案上下完全对其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了5层缩小图案的半成品板301，如图4所示。
步骤六，如图5所示，使用激光切割机把半成品板301上每一个立体模型401切割下来，立体模型401就制作完成了。
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤一中微型立体模型厚度h与半径R的限制关系为
Figure BDA0003464176570000061
作为一种改进，微型立体模型制作方法骤一中微型立体模型半径R小于10mm时，层数n为4或5。
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1的限制范围为
40mm≤R1≤50mm
作为一种改进，微型立体模型制作方法步骤二中垫层板厚度h1为
Figure BDA0003464176570000062
其中，h2为菲林片厚度。
本发明模板设计过程为：
如欲制作半径为R，整体厚度为h，n层结构的立体模型，需采用半径为R1的模板，垫层板厚度h1，菲林片厚度h2，要使模板与立体模型严格成比例，有
R1/n(h1+h2)＝R/h (1)
公式(1)表示了所要制作的立体模型尺寸和绘图模板尺寸的比例关系，其中立体模型的参数R、h、n是已知的，模板的半径R1是根据手工绘图的需要取得的数值，模板层数与立体模型层数n应完全相等，菲林片的厚度h2是对所选用材料进行测量得出的，唯一需要计算的参数是模板垫层板的厚度h1，根据(1)式，导出模板每一层垫层的厚度：
h1＝〔【(R1*h)/R】-h2〕/n(mm) (2)
式中
h1——模板一层的厚度
R1——模板绘图区域半径
h2——菲林片厚度
h——要制作的成品立体模型总厚度
R——要制作的成品立体模型半径
n——立体模型及模板的层数
按照上述参数即可制作出绘图模板。
为进一步说明本发明技术方案的可行性，提出如下数据实例：
案例一：
根据需要制作微型立体模型，当确定微型立体模型半径R为6mm，层数n取5的微型立体模型时，根据限制关系公式
Figure BDA0003464176570000071
)，h大小取3.5nm，即微型立体模型厚度h与半径R比为
Figure BDA0003464176570000072
根据
Figure BDA0003464176570000073
其中h2为菲林片厚度，根据实际情况可知h2＝0.1mm，可以得到制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1为40mm。制作方法步骤二中垫层板厚度h1为4.65mm.
案例二：
根据需要制作微型立体模型，当确定微型立体模型半径R为5mm，层数n取4的微型立体模型时，根据本发明所述技术方案，菲林片厚度h2为0.1mm，根据限制关系公式
Figure BDA0003464176570000074
)，h取3nm，即微型立体模型厚度h与半径R比为
Figure BDA0003464176570000075
根据
Figure BDA0003464176570000076
可以得到制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1为40mm。制作方法步骤二中垫层板厚度h1为5.97mm.
案例三：
根据需要制作微型立体模型，当确定微型立体模型半径R为10mm，层数n取5的微型立体模型时，根据本发明所述技术方案，菲林片厚度h2为0.1mm，根据限制关系公式
Figure BDA0003464176570000081
)，h取5nm，即微型立体模型厚度h与半径R比为
Figure BDA0003464176570000082
根据
Figure BDA0003464176570000083
可以得到制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1为40mm。制作方法步骤二中垫层板厚度h1为7.98mm.
利用微型立体模型制作模板可将动物、花卉等图案分层绘制到菲林片上，形成具有立体效果、细节丰富的立体模型。通过微型立体模型制作方法，能够把菲林片上分层图案提取出来，采集到电脑上进行缩小与排版，再利用UV打印机将分层图案打印到亚克力薄板上，按顺序将亚克力薄板粘接在一起，最后利用激光切割机将模型切割下来。此方法制作出的立体模型与制作模板效果一致，细节清晰、色彩鲜艳、立体感强。不仅。解决了微型立体模型的制作问题，还可用于大规模批量生产。

Claims (7)

1.一种微型立体模型制作模板，其特征在于，微型立体模型制作模板包括底座、定位柱、垫层板、菲林片；
底座上四周设置定位柱；
垫层板和菲林片长宽尺寸相同，垫层板和菲林片均在四周同一位置上设有定位孔；
底座上依次循环放置垫层板、菲林片，使得垫层板和菲林片定位孔穿过定位柱。
2.根据权利要求1所述的微型立体模型制作模板，其特征在于，垫层板采用具有一定厚度的硬质透明材料；
菲林片采用全透明的打印胶片，表明绘制一层模型图案；
底座上刻有圆形虚线，为绘图区域标识。
3.一种微型立体模型制作方法，利用权利要求1或2所述的微型立体模型制作模板，其特征在于，所述方法包括，
步骤一，确定微型立体模型参数：半径R、厚度h、层数n；
步骤二，将定位柱固定到底座上，穿过定位柱依次放置垫层板、菲林片，在菲林片表面、绘图区域内绘制第一层模型图案，再次放置垫层板、菲林片，在菲林片表面绘制第二层模型图案，重复上述步骤n次直至所有模型图案绘制完毕；
步骤三，将制作模板内的菲林片取下，利用彩色扫描仪将每层菲林片上的图案扫描复制到计算机里；利用绘图软件将每层的图案半径缩小到立体模型的实际尺寸，并复制缩小图案使其铺满整个版面，保证每一个版面只包含同一层缩小图案；保持相同的缩小比例下，重复上述排版工作，直至n张菲林片上图案都完成重新排版；
步骤四，利用UV打印机将n个版面分别打印到n张亚克力薄板上，确保每个亚克力薄板上的缩小图案位置相同；
步骤五，把印有缩小图案的n张亚克力薄板按照绘画时的上下顺序，用胶水粘贴起来，使各层的缩小图案上下完全对其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了n层缩小图案的半成品板；
步骤六，使用激光切割机把半成品板上每一个立体模型切割下来，立体模型就制作完成了。
4.根据权利要求3所述的微型立体模型制作方法，其特征在于，所述微型立体模型制作方法步骤一中微型立体模型厚度h与半径R的限制关系为
Figure FDA0003464176560000021
。
5.根据权利要求4所述的微型立体模型制作方法，其特征在于，所述微型立体模型制作方法骤一中微型立体模型半径R小于10mm时，层数n为4或5。
6.根据权利要求5所述的微型立体模型制作方法，其特征在于，所述微型立体模型制作方法步骤二中菲林片上绘图区域半径R1的限制范围为
40mm≤R1≤50mm。
7.根据权利要求6所述的微型立体模型制作方法，其特征在于，所述微型立体模型制作方法步骤二中垫层板厚度h1为
Figure FDA0003464176560000022
其中，h2为菲林片厚度。
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