一種微型立體模型制作模板及制作方法與流程
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1.本發明屬于光學視覺技術領域，特別涉及到一種微型立體模型制作模板及制作方法。
背景技術：
2.實用新型專利“一種光學魔術杯”(專利號：zl202022397077.0)由杯身、透鏡、畫片組成。凸透鏡放置于杯身中部，凸透鏡到杯身底部畫片的距離等于凸透鏡焦距。由透鏡成像的光學原理，平時看不到畫片上的圖案，向杯內注入酒水等透明液體，圖案則顯現出來，具有趣味性與新穎性，在作為杯子使用的同時還能普及科學知識。
3.其缺陷是杯中畫片是平面畫，沒有立體感，不夠真實和生動。由于這種杯子一般用作酒杯或茶杯，體積較小，畫片直徑一般在十幾個毫米。如果做成立體模型，體積類似黃豆粒或花生米大小。目前的3d打印技術和立體雕刻等技術均不能做出細節，只能做出大致形狀，且難以上，不能批量生產。
4.民間藝人有一種用多層樹脂畫工藝制作的工藝品，是把一個要制作出立體模型的素材，動物和花卉等，按照深淺不同分解成多個水平方向的剖面圖，制作工藝是把樹脂滴膠澆灌在碟盤等容器中，自動流淌形成一個平面層，干燥之后在上面繪畫，畫一層圖案澆一層樹脂滴膠。由于樹脂滴膠是透明的，繪畫時能夠很好地對應各層之間的關系，作品立體感強、彩鮮艷，酷似真實物體。但如果尺寸做得很小將畫不出細節，且工藝復雜、耗時長，不適合批量制作。
技術實現要素：
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5.本發明提出一種微型立體模型制作模板及制作方法，可以實現微型立體模型快速大規模生產，且制成的立體模型細節豐富、彩艷麗、尺寸任意設定，即可作為裝飾品獨立使用，也可作為光學魔術杯等工藝品的重要部件。
6.為實現上述效果，本發明所采用的技術方案如下：本發明一種微型立體模型制作模板包括底座、定位柱、墊層板、菲林片；
7.底座上四周設置定位柱；
8.墊層板和菲林片長寬尺寸相同，墊層板和菲林片均在四周同一位置上設有定位孔；
9.底座上依次循環放置墊層板、菲林片，使得墊層板和菲林片定位孔穿過定位柱。
10.作為一種改進，制作模板中，墊層板采用具有一定厚度的硬質透明材料；
11.菲林片采用全透明的打印膠片，表明繪制一層模型圖案；
12.底座上刻有圓形虛線，為繪圖區域標識。
13.一種微型立體模型制作方法，利用上述微型立體模型制作模板，包括以下步驟：
14.步驟一，確定微型立體模型參數：半徑r、厚度h、層數n；
15.步驟二，將定位柱固定到底座上，穿過定位柱依次放置墊層板、菲林片，在菲林片
表面、繪圖區域內繪制第一層模型圖案，再次放置墊層板、菲林片，在菲林片表面繪制第二層模型圖案，重復上述步驟n次直至所有模型圖案繪制完畢；
16.步驟三，將制作模板內的菲林片取下，利用彩掃描儀將每層菲林片上的圖案掃描復制到計算機里；利用繪圖軟件將每層的圖案半徑縮小到立體模型的實際尺寸，并復制縮小圖案使其鋪滿整個版面，保證每一個版面只包含同一層縮小圖案；保持相同的縮小比例下，重復上述排版工作，直至n張菲林片上圖案都完成重新排版；
17.步驟四，利用uv打印機將n個版面分別打印到n張亞克力薄板上，確保每個亞克力薄板上的縮小圖案位置相同；
18.步驟五，把印有縮小圖案的n張亞克力薄板按照繪畫時的上下順序，用膠水粘貼起來，使各層的縮小圖案上下完全對其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了n層縮小圖案的半成品板；
19.步驟六，使用激光切割機把半成品板上每一個立體模型切割下來，立體模型就制作完成了。
20.作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟一中微型立體模型厚度h與半徑r的限制關系為
[0021][0022]
作為一種改進，微型立體模型制作方法驟一中微型立體模型半徑r小于10mm時，層數n為4或5。
[0023]
作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1的限制范圍為
[0024]
40mm≤r1≤50mm
[0025]
作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟二中墊層板厚度h1為
[0026][0027]
其中，h2為菲林片厚度。
[0028]
本發明有益效果：利用微型立體模型制作模板可將動物、花卉等圖案分層繪制到菲林片上，形成具有立體效果、細節豐富的立體模型。通過微型立體模型制作方法，能夠把菲林片上分層圖案提取出來，采集到電腦上進行縮小與排版，再利用uv打印機將分層圖案打印到亞克力薄板上，按順序將亞克力薄板粘接在一起，最后利用激光切割機將模型切割下來。此方法制作出的立體模型與制作模板效果一致，細節清晰、彩鮮艷、立體感強。不僅解決了微型立體模型的制作問題，還可用于大規模批量生產。
附圖說明:
[0029]
圖1為一種微型立體模型制作模板示意圖。
[0030]
圖2為模型圖案示意圖，其中圖(a)為第一層模型圖案，圖(b)為第二層模型圖案，圖(c)為第三層模型圖案，圖(d)為第四層模型圖案，圖(e)為第五層模型圖案。
[0031]
圖3為排版示意圖。
[0032]
圖4為半成品板示意圖。
[0033]
圖5為微型立體模型示意圖，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為斜視圖。
[0034]
其中，1、第一層菲林片，2、第二層菲林片，3、第三層菲林片，4、第四層菲林片，5、第五層菲林片，6、第一層墊層板，7、第二層墊層板，8、第三層墊層板，9、第四層墊層板，10、第五層墊層板，11、定位柱，12、繪圖區域標記，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、第一層縮小圖案，207、第二層縮小圖案，208、第三層縮小圖案，209、第四層縮小圖案，210、第五層縮小圖案，301、半成品板。
具體實施方式:
[0035]
以下結合附圖和實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0036]
如圖1所示，本發明一種微型立體模型制作模板包括底座13、定位柱11、第一層墊層板6、第二層墊層板7，第三層墊層板8、第四層墊層板9、第五層墊層板10、第一層菲林片1、第二層菲林片2、第三層菲林片3、第四層菲林片4、第五層菲林片5。
[0037]
底座13上四周設置定位柱11。
[0038]
第一層墊層板6、第二層墊層板7、第三層墊層板8、第四層墊層板9、第五層墊層板10、第一層菲林片1、第二層菲林片2、第三層菲林片3、第四層菲林片4、第五層菲林片5長寬尺寸相同、均在四周同一位置上設有定位孔。
[0039]
底座13上依次放置第一層墊層板6、第一層菲林片1、第二層墊層板7、第二層菲林片2、第三層墊層板8、第三層菲林片3、第四層墊層板9、第四層菲林片4、第五層墊層板10、第五層菲林片5，并且所有定位孔穿過定位柱11。
[0040]
第一層墊層板6、第二層墊層板7、第三層墊層板8、第四層墊層板9、第五層墊層板10采用具有一定厚度的硬質透明材料。
[0041]
第一層菲林片1、第二層菲林片2、第三層菲林片3、第四層菲林片4、第五層菲林片5采用全透膜的打印膠片，第一層菲林片1上繪制第一層模型圖案(如圖2-a)，第二層菲林片2上繪制第二層模型圖案(如圖2-b)，第三層菲林片3上繪制第三層模型圖案(如圖2-c)，第四層菲林片4上繪制第四層模型圖案(如圖2-d)，第五層菲林片5上繪制第五層模型圖案(如圖2-e)。
[0042]
底座13上刻有圓形虛線，為繪圖區域標識12。
[0043]
以5層立體模型為例，說明微型立體模型制作方法。
[0044]
一種微型立體模型制作方法，利用作模板，如圖1所示，包括以下步驟：
[0045]
步驟一，確定微型立體模型參數：半徑r、厚度h、層數n。本實施例中，微型立體模型參數取值：半徑r為6mm，厚度h為3.5mm，層數n為5，菲林片厚度h2為0.1mm。
[0046]
步驟二，將定位柱11固定到底座13上，穿過定位柱11放置第一層墊層板6、第一層菲林片1，在第一層菲林片1表面、繪圖區域內繪制第一層模型圖案(如圖2-a)；放置第二層墊層板7、第二層菲林片2，在第二層菲林片2表面、繪圖區域內繪制第二層模型圖案(如圖2-b)；放置第三層墊層板8、第三層菲林片3，在第三層菲林片3表面、繪圖區域內繪制第三層模型圖案(如圖2-c)；放置第四層墊層板9、第四層菲林片4，在第四層菲林片4表面、繪圖區域內繪制第四層模型圖案(如圖2-d)；放置第五層墊層板10、第五層菲林片5，在第五層菲林片5表面、繪圖區域內繪制第五層模型圖案(如圖2-e)。
[0047]
步驟三，如圖3所示，將制作模板內第一層菲林片1、第二層菲林片2、第三層菲林片3、第四層菲林片4、第五層菲林片5取下，利用彩掃描儀將第一層菲林片1、第二層菲林片2、第三層菲林片3、第四層菲林片4、第五層菲林片5上的圖案掃描復制到計算機里；利用繪圖軟件將每層的模型圖案(圖2-a至圖2-e)半徑縮小到立體模型的實際尺寸，獲得第一層縮小圖案206、第二層縮小圖案207、第三層縮小圖案208、第四層縮小圖案209、第五層縮小圖案210。復制上述縮小圖案，使其分別鋪滿第一版面201、第二版面202、第三版面203、第四版面204、第五版面205，保證每一個版面只包含同一層縮小圖案，如圖3所示。
[0048]
步驟四，利用uv打印機將5個版面分別打印到5張亞克力薄板上，確保每個亞克力薄板上的縮小圖案位置相同。
[0049]
步驟五，把印有縮小圖案的5張亞克力薄板按照繪畫時的上下順序，用膠水粘貼起來，使各層的縮小圖案上下完全對其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了5層縮小圖案的半成品板301，如圖4所示。
[0050]
步驟六，如圖5所示，使用激光切割機把半成品板301上每一個立體模型401切割下來，立體模型401就制作完成了。
[0051]
作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟一中微型立體模型厚度h與半徑r的限制關系為
[0052][0053]
作為一種改進，微型立體模型制作方法驟一中微型立體模型半徑r小于10mm時，層數n為4或5。
[0054]
作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1的限制范圍為
[0055]
40mm≤r1≤50mm
[0056]
作為一種改進，微型立體模型制作方法步驟二中墊層板厚度h1為
[0057][0058]
其中，h2為菲林片厚度。
[0059]
本發明模板設計過程為：
[0060]
如欲制作半徑為r，整體厚度為h，n層結構的立體模型，需采用半徑為r1的模板，墊層板厚度h1，菲林片厚度h2，要使模板與立體模型嚴格成比例，有
[0061]
r1/n(h1+h2)＝r/h
??????????????????????
(1)
[0062]
公式(1)表示了所要制作的立體模型尺寸和繪圖模板尺寸的比例關系，其中立體模型的參數r、h、n是已知的，模板的半徑r1是根據手工繪圖的需要取得的數值，模板層數與立體模型層數n應完全相等，菲林片的厚度h2是對所選用材料進行測量得出的，唯一需要計算的參數是模板墊層板的厚度h1，根據(1)式，導出模板每一層墊層的厚度：
[0063]
h1＝〔【(r1*h)/r】-h2〕/n(mm)
?????????????
(2)
[0064]
式中
[0065]
h1——模板一層的厚度
[0066]
r1——模板繪圖區域半徑
[0067]
h2——菲林片厚度
[0068]
h——要制作的成品立體模型總厚度
[0069]
r——要制作的成品立體模型半徑
[0070]
n——立體模型及模板的層數
[0071]
按照上述參數即可制作出繪圖模板。
[0072]
為進一步說明本發明技術方案的可行性，提出如下數據實例：
[0073]
案例一：
[0074]
根據需要制作微型立體模型，當確定微型立體模型半徑r為6mm，層數n取5的微型立體模型時，根據限制關系公式)，h大小取3.5nm，即微型立體模型厚度h與半徑r比為
[0075][0076]
根據
[0077]
其中h2為菲林片厚度，根據實際情況可知h2＝0.1mm，可以得到制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1為40mm。制作方法步驟二中墊層板厚度h1為4.65mm.
[0078]
案例二：
[0079]
根據需要制作微型立體模型，當確定微型立體模型半徑r為5mm，層數n取4的微型立體模型時，根據本發明所述技術方案，菲林片厚度h2為0.1mm，根據限制關系公式)，h取3nm，即微型立體模型厚度h與半徑r比為
[0080][0081]
根據
[0082]
可以得到制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1為40mm。制作方法步驟二中墊層板厚度h1為5.97mm.
[0083]
案例三：
[0084]
根據需要制作微型立體模型，當確定微型立體模型半徑r為10mm，層數n取5的微型立體模型時，根據本發明所述技術方案，菲林片厚度h2為0.1mm，根據限制關系公式)，h取5nm，即微型立體模型厚度h與半徑r比為
[0085][0086]
根據
[0087]
可以得到制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1為40mm。制作方法步驟二中
墊層板厚度h1為7.98mm.
[0088]
利用微型立體模型制作模板可將動物、花卉等圖案分層繪制到菲林片上，形成具有立體效果、細節豐富的立體模型。通過微型立體模型制作方法，能夠把菲林片上分層圖案提取出來，采集到電腦上進行縮小與排版，再利用uv打印機將分層圖案打印到亞克力薄板上，按順序將亞克力薄板粘接在一起，最后利用激光切割機將模型切割下來。此方法制作出的立體模型與制作模板效果一致，細節清晰、彩鮮艷、立體感強。不僅。解決了微型立體模型的制作問題，還可用于大規模批量生產。
技術特征：
1.一種微型立體模型制作模板，其特征在于，微型立體模型制作模板包括底座、定位柱、墊層板、菲林片；底座上四周設置定位柱；墊層板和菲林片長寬尺寸相同，墊層板和菲林片均在四周同一位置上設有定位孔；底座上依次循環放置墊層板、菲林片，使得墊層板和菲林片定位孔穿過定位柱。2.根據權利要求1所述的微型立體模型制作模板，其特征在于，墊層板采用具有一定厚度的硬質透明材料；菲林片采用全透明的打印膠片，表明繪制一層模型圖案；底座上刻有圓形虛線，為繪圖區域標識。3.一種微型立體模型制作方法，利用權利要求1或2所述的微型立體模型制作模板，其特征在于，所述方法包括，步驟一，確定微型立體模型參數：半徑r、厚度h、層數n；步驟二，將定位柱固定到底座上，穿過定位柱依次放置墊層板、菲林片，在菲林片表面、繪圖區域內繪制第一層模型圖案，再次放置墊層板、菲林片，在菲林片表面繪制第二層模型圖案，重復上述步驟n次直至所有模型圖案繪制完畢；步驟三，將制作模板內的菲林片取下，利用彩掃描儀將每層菲林片上的圖案掃描復制到計算機里；利用繪圖軟件將每層的圖案半徑縮小到立體模型的實際尺寸，并復制縮小圖案使其鋪滿整個版面，保證每一個版面只包含同一層縮小圖案；保持相同的縮小比例下，重復上述排版工作，直至n張菲林片上圖案都完成重新排版；步驟四，利用uv打印機將n個版面分別打印到n張亞克力薄板上，確保每個亞克力薄板上的縮小圖案位置相同；步驟五，把印有縮小圖案的n張亞克力薄板按照繪畫時的上下順序，用膠水粘貼起來，使各層的縮小圖案上下完全對其，粘接后形成一片具有一定厚度、包含了n層縮小圖案的半成品板；步驟六，使用激光切割機把半成品板上每一個立體模型切割下來，立體模型就制作完成了。4.根據權利要求3所述的微型立體模型制作方法，其特征在于，所述微型立體模型制作方法步驟一中微型立體模型厚度h與半徑r的限制關系為。5.根據權利要求4所述的微型立體模型制作方法，其特征在于，所述微型立體模型制作方法驟一中微型立體模型半徑r小于10mm時，層數n為4或5。6.根據權利要求5所述的微型立體模型制作方法，其特征在于，所述微型立體模型制作方法步驟二中菲林片上繪圖區域半徑r1的限制范圍為40mm≤r1≤50mm。7.根據權利要求6所述的微型立體模型制作方法，其特征在于，所述微型立體模型制作方法步驟二中墊層板厚度h1為
其中，h2為菲林片厚度。
技術總結
本發明提供一種微型立體模型制作模板及制作方法，屬于光學視覺技術領域。微型立體模型制作模板包括底座、定位柱、墊層板、菲林片，底座上四周設置定位柱，墊層板和菲林片長寬尺寸相同，四周同一位置上設有定位孔；底座上依次循環放置墊層板、菲林片。微型立體模型制作方法，把菲林片上分層圖案提取出來，采集到電腦上進行縮小與排版，再利用UV打印機將分層圖案打印到亞克力薄板上，按順序將亞克力薄板粘接在一起，利用激光切割機將模型切割下來。此方法制作出的立體模型與制作模板效果一致，細節清晰、彩鮮艷、立體感強。不僅解決了微型立體模型的制作問題，還可用于大規模批量生產。還可用于大規模批量生產。還可用于大規模批量生產。
