多功能設計和制造解決方案為獨特的挑戰(zhàn)提供了引人注目的優(yōu)勢。Impossible Creations是一家來自英國的定制掃描、設計和建模公司，專門幫助客戶完成無限制得創(chuàng)作任務。在他們最近接到的一個項目中，為了修復象征英國國王座駕的大英帝國吉祥物，Impossible Creations使用了一種創(chuàng)新的從3D掃描至CAD打印并由3D?Systems解決方案支持的工作流程，以創(chuàng)建精確3D副本設計。

聯(lián)合王國的象征

不列顛尼亞是英國的女性化身，她經(jīng)常被描繪成手拿三叉戟矛腳踩獅子的形象。大約在1920年，一位不知名的雕塑家雕刻了一尊站在地球上的不列顛尼亞銅像。而他的一名學徒制作了一個較小的青銅復制品，表面鍍鎳，用作喬治五世國王乘坐的車輛上的吉祥物或引擎蓋裝飾品。

1926年，喬治的兒子，威爾士親王愛德華定制了一輛獨一無二的勞斯萊斯，名為RF 14。1936年喬治五世去世后，愛德華繼承了王位，成為愛德華八世。不列顛尼亞吉祥物被轉移到RF 14上，以表示它現(xiàn)在是國王的座駕。然而不到一年，愛德華就放棄了王位，與離過婚的美國人沃利斯·辛普森結婚，并在國外度過了余生。

3D掃描讓Impossible Creations團隊能夠創(chuàng)造出一個與原始雕像一模一樣的復制品。

修復國王的座駕

吉祥物不列顛尼亞在那之后登上了喬治六世（愛德華八世的繼任者）的座駕，后來又被轉移到伊麗莎白女王（王太后）的車輛上。而現(xiàn)在不列顛尼亞這一吉祥物則出現(xiàn)在威爾士親王查爾斯的汽車上。在此期間，RF 14因無法維修而被遺棄并消失。20世紀90年代，奧弗頓汽車檢修公司的特德·奧弗頓在薩福克農場的一堆舊農業(yè)機械中偶然發(fā)現(xiàn)了這輛車。奧弗頓購買了這輛車，并花了20年時間精心修復它的原貌。而令他心痛的是這部車的一個重要部分不見了——吉祥物——不列顛尼亞。奧弗頓決心創(chuàng)造出一個一摸一樣的復制品以恢復它的榮譽地位。

奧弗頓發(fā)現(xiàn)不列顛尼亞銅像的原始雕塑被收藏在英國比留國家汽車博物館的地下室里。博物館同意讓他掃描雕塑，但當奧弗頓檢查它時，他對它的狀況不是非常滿意。同時，奧弗頓也不知道吉祥物的大小。通過一個朋友，他與皇家車隊的一名機械師取得了聯(lián)系，后者將這一請求轉達給了查爾斯王子。查爾斯王子發(fā)回消息說，吉祥物有200毫米高，只有原來雕塑的一半大。

使用Geomagic FreeForm，掃描數(shù)據(jù)將在進入3D打印和鑄造工作流程之前進行數(shù)字化完善。

將吉祥物放在正確的位置

為了尋找一個可以從有缺陷的原件創(chuàng)建完美副本的承包商，奧弗頓選定了Impossible Creations，該公司是一家位于英國布倫特伍德，提供基于3D Systems完整數(shù)字工作流程的逆向工程服務的公司。Impossible Creations的團隊首先使用Geomagic Capture 3D掃描儀對雕塑進行了全面掃描，該掃描儀的分辨率為0.110毫米，精度為0.06毫米。“Geomagic Capture掃描儀提供了捕捉雕塑細節(jié)所需的極致細節(jié)和精度，”Impossible Creations的所有者Ian 卡特說到。該團隊以超高分辨率掃描儀掃描樣本雕塑，并將結果點云導入Geomagic?Wrap軟件，在那里他們將點云轉換成700兆字節(jié)的STL網(wǎng)格。

之后，團隊將網(wǎng)格導入到Geomagic?FreeForm設計和雕刻軟件。“FreeForm中的雕刻工具在處理數(shù)字模型上相當于用手擺弄一塊粘土，”卡特說。Impossible Creations團隊使用了3D?Systems Touch觸覺設備為其提供力反饋以在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建物理雕刻的感覺。該團隊使用了各種來自FreeForm的軟件工具和觸覺設備，包括不同尺寸的解剖刀和刮刀，然后逐漸使用更小的工具來增強細節(jié)，最后使用針頭大小的工具為雕塑做最后雕琢。

不列顛尼亞穿著涼鞋，但卡特對復雜的細節(jié)并不滿意，因此Impossible Creations團隊打算使用FreeForm的雕刻工具來區(qū)分各個腳趾。握住三叉戟的手原本處于不自然的位置，所以他們用Touch觸覺設備將其移動到更自然的位置。另外他們還分離了她的手指，這些手指在原始的掃描模型中混合在一起。為了使模型更加美觀他們還調整了雕塑臉上的細節(jié)，縮小了她的鼻子，增加了她眼睛周圍的細節(jié)。

“每當我們做了一些不太對的事情，我們就按下Control-Z來取消上一步驟，然后重新做，直到我們做對了為止，”卡特說。該團隊在SOLIDWORKS CAD系統(tǒng)中設計了安裝硬件，并導出了STEP文件，這些文件被導入到FreeForm中并從不列顛尼亞的模型中減去。最后階段團隊使用了FreeForm將模型縮小到原始大小的一半。

幾乎無法與注塑部件進行區(qū)分

下一步是3D打印一個塑料模型，作為金屬鑄造的摸具。打印過程必須保持在Freefrom中創(chuàng)建的極小細節(jié)，同時創(chuàng)建一個及其光滑的表面，以至于不需要二次加工。由于模型中的細節(jié)非常精細，很難在不損壞它們的情況下進行任何精加工。

Impossible Creations團隊解決了這一挑戰(zhàn)，他們使用3D?Systems公司的多噴嘴打印(MJP)技術在XHD模式下，以每英寸750 (x軸)x 750(y軸)x 1600(z軸)點(dpi)打印16微米層。“這臺機器在圖案的可視面和安裝面上提供了我們需要的細節(jié)和表面光潔度，”卡特說到。“最終結果很難與注塑件進行區(qū)分。”

該團隊在模型周圍澆注了一個常溫硫化(RTV)硅膠模具。他們將模具切割成幾部分以便于移除，然后用模具制作蠟模。蠟模又在熔模鑄造過程中被用于塑造一個鍍有鎳的黃銅版不列顛尼亞吉祥物。

“這個吉祥物，看起來和原來的一模一樣，除了當你仔細看時，你會看到額外的細節(jié)和其他的改進，”卡特總結道。“車輛和吉祥物仍歸奧弗頓先生所有，他將這輛車向公眾展示。這個項目提供了一個無縫數(shù)字工作流的典型案例，我們將繼續(xù)使用這些工具來實現(xiàn)我們客戶的愿望。”