Lei Feng Fab Academy 2025

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第 5 周个人作业：3D 扫描与打印 ​

项目概述 ​

本次项目选择了一个朋友送的礼物：日本旅游纪念品——风狮爷，作为3D扫描与打印的实验对象。风狮爷是成对售卖的小狮子雕像，表情各异，我选择了左边这只张嘴吐舌的。然后通过手机3D扫描应用获取模型，并使用Bambu Lab X1 Carbon 3D打印机完成最终打印。

材料与工具 ​

  • 扫描对象：风狮爷雕像
  • 扫描工具：KIRI Engine: 3D Scanner App (手机应用)
  • 3D建模处理：Bambu Studio
  • 3D打印机：Bambu Lab X1 Carbon（0.4mm喷嘴）
  • 打印材料：Bambu ABS（白色）

详细工作流程 ​

1. 3D扫描过程 ​

因为手头没有专业 3D 扫描仪，就考虑使用摄影建模的方案。尝试比较了几个不同的手机 APP，和软件，最终使用 KIRI Engine: 3D Scanner App (KIRI Engine) 进行扫描，该应用支持 iPhone 和 Android，基于摄影测量技术，通过多张照片重建 3D 模型。而且对于免费用户提供无限扫描功能（限制 3 个模型项目，对我的测试足够了），适合初学者。

1.1 扫描准备 ​

  • 将风狮爷雕像放置在光线充足、背景简单的平面上。
  • 打开手机KIRI Engine应用并选择视频扫描模式。

画板

用手机 app KIRI Engine: 3D Scanner 拍摄风狮爷视频并上传

1.2 扫描操作 ​

  • 以雕像为中心，保持约30cm的距离。
  • 选择视频模式进行扫描，以便获得更连续的表面数据。
  • 在不同高度角度环绕雕像拍摄了两圈完整视频。
    • 第一圈：略高于水平线视角。
    • 第二圈：略低于水平线视角，以捕捉底部细节。

1.3 模型生成与优化 ​

  • 将视频上传至KIRI Engine云服务器进行处理。
  • 处理时间约15分钟，系统自动完成点云计算和网格生成。
  • 使用应用内的Crop（裁剪）功能移除多余的背景和底座。
  • 导出处理后的模型至邮箱。

画板

上传后在服务器端处理获得模型，裁剪大小后导出模型

1.4 模型获取 ​

  • 从邮箱下载收到的链接文件（ZIP格式）。
  • 解压后获得以下文件：
    • 3DModel.obj - 高精度模型几何数据
    • 3DModel.mtl - 材质定义文件
    • 3DModel.jpg - 模型纹理贴图
    • 3DModel_LowPoly.obj - 简化版几何数据
    • 3DModel_LowPoly.mtl - 简化版材质定义
    • 3DModel_LowPoly.jpg - 简化版纹理贴图

2. 3D模型处理 ​

2.1 导入模型 ​

  • 打开Bambu Studio软件。
  • 使用"添加模型"功能，选择3DModel.obj文件。
  • 模型成功导入，模型角度不对，而且软件出现提示警告，报告模型超过打印边界，并存在"100161 个非流形边"错误。

2.3 模型调整 ​

  • 使用"自动朝向"功能将模型调整至最佳打印方向。

使用自动朝向功能后，小狮子

  • 应用"缩放"功能将模型按比例缩小至合适尺寸。

使用缩放功能将模型调整到合适的大小

  • 使用"剪切"功能去除底部平面，确保打印底座平整。

使用切割工具去除底座平面

去除底座后的模型如下图所示。

去除了底座的模型

展示低多边形模型

2.2 模型修复 ​

  • 使用 Bambu Studio 的"修复模型"功能处理非流形边（non-manifold edges），注意这个修复功能只在 Windows 电脑版本可用，所以我找了个 Windows 电脑完成了这个步骤。
  • 修复完成后检查模型完整性，确保表面封闭。

说明： 非流形边是指模型中边缘连接不正确的部分，可能包括悬浮顶点或无厚度的面 (Non-Manifold Edges Fix)。修复后确保模型适合打印。

2.3 可变层高调整 ​

在开始切片前，我尝试了 Bambu Studio 软件的“可变层高”功能，进入这个功能后，软件会用类似等高线的方式展示层高可能形成的表面纹理效果。由于设置了 0.2mm 的层高，目前看靠近顶部比较平坦的区域，可能形成比较明显的纹理。

进入“可变层高”功能后，屏幕最右侧会出现一个灰度线，展示不同高度的层高变化，因为现在是等高度（0.2mm），所以右侧可以看到是等间距的灰色条纹

我尝试点击了弹出窗口的“自适应”和“平滑模式”按钮，可以看到头顶部平坦区域出现纹路的情况被缓解。

可以看到软件自动添加了层高调整策略，并做了平滑处理，右侧展示不同高度的层高变化，绿色越深的部分表示层高越小（打印时间越长）

3. 切片与打印准备 ​

3.1 打印参数设置 ​

  • 选择打印机型号：Bambu Lab X1 Carbon
  • 喷嘴直径：0.4mm
  • 材料类型：Bambu ABS（白色）
  • 层高设置：启用"可变层高"功能
    • 模式选择：自适应和平滑模式
    • 层高：0.2mm

3.2 切片预览 ​

  • 运行切片操作。
  • 软件显示预计耗材用量：3.75克。
  • 预计打印时间：41分钟。
  • 检查切片结果，确认所有细节都能正确打印。

切片单盘后给出报告

4. 3D打印过程 ​

4.1 打印机准备 ​

  • 确认打印平台清洁。
  • 装载白色 Bambu ABS 耗材并确认挤出正常。
  • 将切片文件传输至打印机。

4.2 打印执行 ​

  • 启动打印任务并监控第一层的附着情况。
  • 观察打印过程中的层间粘合和细节成型。
  • 打印顺利完成，无层错位或翘边现象。

风狮爷原件与 3D 扫描与 3D 打印复刻件对比

5. 成果对比与分析 ​

5.1 打印成果 ​

  • 打印件整体结构完整，细节保留情况并不理想，狮子嘴巴部分的空心结构细节没有表达出来，狮子身体下的空间也没有表现出来。
  • 白色ABS材料展现了良好的表面质感。
  • 可变层高技术有效提升了曲面的平滑度。

5.2 与原件对比 ​

  • 尺寸：打印件小于原件（按比例缩小）。
  • 细节：大部分细节如表情、毛发纹理均被成功复制。
  • 材质感：原件为陶瓷质感，打印件为塑料质感，视觉效果有明显区别。
  • 重量：打印件明显轻于原件。

总结与反思 ​

成功之处 ​

  1. 使用手机应用完成了高质量的3D扫描，证明了消费级设备在简单对象扫描上的可行性。
  2. 成功处理了模型中的非流形边等问题，保证了打印质量。
  3. 可变层高技术显著提升了打印件的表面质量，减少了明显的层纹。

改进空间 ​

  1. 扫描过程中可增加更多角度，特别是底部和顶部的细节捕捉。
  2. 考虑使用后处理技术（如打磨、上色）使打印件更接近原件质感。
  3. 尝试使用更小直径喷嘴（如0.2mm）提高细节精度。

学习心得 ​

这次项目展示了从实物到数字模型再到实物的完整工作流程，是数字制造中非常重要的技能。尽管存在一些技术限制，但随着消费级扫描和打印技术的进步，这种工作流程变得越来越平易近人，为创意设计和快速原型制作提供了极大便利。

关键引用 ​