如何利用3D打印来进行大量生产

star-小虎

日本的Danny Choo的一个重要的业务是制作动漫人物手办，他创造的未永未来这个动漫人物已经在日本、东南亚甚至欧美取得了巨大的成功。

下面这篇文章是Danny Choo自己写的，详细介绍了如何把电脑中的动漫人物进行3d打印，制作原型，最后进行蜡模的制作之后最后进行批量生产。这篇文章是繁体的，引自Danny Choo的自媒体Cuture Japan。

原文标题为：

如何大量生產自己的產品

在今年初的二月份，我和你們分享了自己使用3D技術來製作末永未來娃娃的心得。我後來想想，若能趁機學習如何大量生產軟質乙烯樹脂（soft vinyl）娃娃，那會是多棒的事情。於是我就花了很多時間詢問谷歌Sensei，現在來和大家分享我所找到的資料！

我重新印製了娃娃的3D模型，通過這些模型的矽膠模具再複製各種蠟模型，最後再將蠟制模型電鑄，製成銅模具 —— 這些銅模具就能用來大量生產我的未來娃娃了 ^o^。
在這篇文章裡，我將和你們分享我在這次的製作中所學習到的所有知識，希望你們也能善用這些知識來生產你們開發的產品。

在我們開始之前，先來看看未來娃娃。我覺得成品還不錯 ^o^。

我認為娃娃最重要的部件就是臉了，其次就是在保證可動性的同時塑造出性感的身材曲綫。

我將oppai設計成可以遮蓋胸口和身體之間鏈接的縫隙，這樣一來若穿上比基尼也不會顯得奇怪。這種接合方式也能使娃娃擺出各種姿勢。

後面的樣子。好嬌俏的屁屁 ^o^。

為了讓她能夠坐下來，身體軀幹底部的曲綫就稍微犧牲了一下。

先讓我們來回顧一下娃娃的設計過程。我們以3D技術製作整個娃娃。若以手工雕刻需要耗時一年左右，而且如果需要做出改動，那簡直就是噩夢。

我們用來製作身體部份的軟件是ZBrush —— 一般用來製作電影、遊戲和動畫。非常好用，可以製作出曲綫玲瓏的娃娃身體。

以下是電影《創：光速戰記》以及《阿凡達》中ZBrush的技術使用示範。

之後再將數據導入3D Max做調整，確保整個身體可動。

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正在使用Netfabb整理數據準備打印。我們散件都必須依據打印機的性能做出調整。

我們使用了Envisiontec Ultra來打印這些部件。以下視頻會詳細為你介紹這種技術。

（对不起，删掉了，是youtube的，反正没法看，可以到Envisiontec的官网看吧）

下一步就是將打印出來的3D模型拿去製作成矽膠模具，然後用這些矽膠模具再複製出各種蠟制模型。之前打印的3D模型便成為了娃娃的原型（Genkei）[原型]。

請確保你打印的3D模型比最終成品大約6% —— 這是因為在製作蠟制模型和銅模具的過程中會出現收縮現象。若你的3D模型在開始沒有調整大一些，那你的成品可能會比你預期中小上6%左右。

這也是我認為用3D技術來製作比手工雕刻好的其中一個原因 —— 你可以直接打印出來看看實際大小 —— 然後再使用軟件放大6%，製作模具。
若是純手工雕刻，這樣做就變得很不切實際。
當然你也能重新雕刻你的原型，但這將會消耗很多時間 —— 和金錢。

這次也學習到我們的3D模型應該直接以最終成品為參照 —— 我們在設計的時候應該謹記這些模型將會被用於製成銅模具。

你們看圖中的眼窩已經填上了臘 —— 當初我們就應該直接修改我們的3D數據。但通過這次經驗，我們就知道下次要打印3D模型之前得先確保眼窩被填上了。

黑色的部份是一個噴管（日本叫“Yuguchi” [湯口]），用來注入軟膠的。這個噴管必須以某個角度安插，否則倒進模具內的軟膠會產生氣泡（Kihou [気泡]），使軟膠表面留下顆粒。

若我們知道正確的安插角度，這一步其實可以在設計3D模型的時候完成。

打印好3D原型之後 —— 我們就開始製作矽膠模具 —— 將矽膠倒入一個裝有3D原型的容器裡。等矽膠凝固之後，我們便把矽膠切開，取出3D原型。

Oppai（胸部）的矽膠模具。

把切開的模具綁到一起，然後倒入熱蠟。

等蠟凝固之後，我們就將其取出。但這時候的蠟模型表面還是非常粗糙的，所以我們還得進行打磨處理。

每個矽膠模具可以複製大約5份蠟模型，之後質量就是會開始下降。市面上所有的樹脂娃娃都是以矽膠模具製作的 —— 小量生產還可以，但大量生產就不行。

Oppai經過打磨過後變得十分光滑，接下來就可以用於製作銅模具了。這裡又學習到了一樣東西 —— 當初在設計原型的時候應該將噴管要插在哪裡納入考量因素。這次我只好在oppai的下方開刀插入噴管，這個過程耗費了很多時間。

我下次會重新設計并印製oppai的部件，讓我可以輕鬆除去多餘的軟膠。儘管要重做，但我不認為這是浪費錢 —— 這種經驗必須靠我自己去體驗才能獲取。
請記住 —— 人生中沒有所謂的失敗 —— 有的只是一次次的學習。害怕失敗就等於害怕學習。

這就是用來注入軟膠的噴管。若你還是對製作過程感到無頭緒，不妨繼續閱讀，看看接下來的照片。那可能會讓你更清楚我在說什麽。

當我第一次嘗試製作娃娃的時候，我也和你們一樣無頭緒，但我在親自動手製作過後，我對這些步驟已經感到相當熟悉了。現在我所以學習到的這些知識不僅能運用在製作娃娃上，也能運用在不同的地方上。

這是通過3D原型複製出的蠟模型。我所學習到的另一點就是，原來蠟會收縮和伸展。若你在製作長形部件，蠟模型就會拉長一些。這個臉可能也被拉長了，但我還是得等到噴上上色護膜後才能下結論 —— 文章的結尾會談到護膜。

現在我們複製了這些3D原型，也將噴管安插好了，接下來我們就要進行電鑄 “Denchu” [電鋳]。

在電鑄的過程中，這些蠟模型會被稱作心軸。你們留意一下噴管的位置 —— 到時這些地方將會被套上銅絲。這些心軸將會被噴上一層石墨來加強導電度。等石墨幹了之後，這些模型就會被浸泡在電解液裡頭。而銅便會開始慢慢沈積在心軸的表面。

這就是為什么我們得確保蠟模型沒有任何划痕或損傷，否則最終製成的銅模具就會顯現出這些不必要的划痕 —— 那也就是說最終的軟膠成品也會有這些划痕。

等到銅沉積至一定的厚度，這些蠟模型便會成為我們的銅模具。裡頭的蠟已經熔化了的蠟就會被倒掉。這些銅模具會被熔接到一個金屬框上，準備投入大量生產。

這些銅模具一般可以製作大約10,000份軟膠製品，之後質量就是逐漸下降。我們每製作一個軟膠製品，模具上的原子就會減少一些。

我很想和你們分享電鑄過程的照片，但是我找的那家工廠因為有專有程序，不讓我拍照 ><。

這是身體軀幹的銅模具。這些銅模具在日本被成為“Kanagata” [金型]。

電鑄過程真的是一門學問，若要認真寫起來估計可以寫一本書了，但我寧願將那時間用於製作娃娃 ^^;。

這是銅模具的頂部。軟膠會從這裡倒入，而那個託盤會接住任何多餘的軟膠。

這是僅次於頭，娃娃最重要的部件了 ^^;。這樣看或許並不美觀，但是所有用來製作軟膠部件的銅模具都是長這個樣子的 —— 有收看《Culture Japan》的朋友應該會記得第一季節目中的其中一集，我們一起去到了Obitsu工廠，裡頭也有很多類似的模具。

這是娃娃的頭頂。娃娃需要一個可拆卸的頭頂以便更換裡頭的眼睛。

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一個模具可以同時製作多個部件 —— 這不僅省事，還省錢 —— 但共用一個模具的部件必須是相同厚度的。比如頭部和oppai就不能使用同一個模具，因為兩者的厚度和軟硬度都不同。

可愛的小腳丫 ^o^。

好啦，現在就進入高潮部份 —— 未來-chan誕生！這個過程被稱之為空壳铸造（slush casting）[スラッシュ成型]。
液體軟膠會被倒入模具裡。我們所使用的軟膠和市面上其他軟膠娃娃的材質是一樣的，不會對人體造成任何危害。

在液體軟膠被倒入的過程中，氣泡會產生 —— 這時我們就利用這台離心分離機（centrifugal separator）[遠心分離機] 以旋轉大約30秒的方式來除去氣泡。

儘管如此，為了避免一些頑固的氣泡留下，他們會以蠻力去除這些氣泡 —— 隆重介紹除氧器（deaerator）[脱泡器] —— 工廠人員會將這個銅模具放入這台機器裡，然後這台機器會將所有的氧氣排除。我們可以通過機器上方的小窗口看到氣泡被擠壓出來，直到所有的氣泡被排除為止。

之後，模具會被放入溫度介於180至190攝氏度的油中。浸泡的時間會影響娃娃的厚度。熱量會滲透模具，將最靠近模具的軟膠凝固。

一旦達到理想厚度（開始只能靠一次次的嘗試以及一個計時器）就可以把模具撈起，然後把多餘的液體軟膠倒回二次使用。

之後銅模具就會被放入冷水降溫。

下面，我們將以這個軀幹來向你們展現接下來的步驟。等模具冷卻之後，我們將進行“pulling”（Seikei）[整形]。

完成這個步驟的人已有多年經驗，所以他對於拉出的時機非常瞭解。若是太早拉出，可能會導致整個軀幹被拉長 —— 然而若是太晚拉出，軀幹又會變得太硬，使整個拉出過程變得十分困難，甚至會導致軀幹受損。

未來誕生！

模具被裝上了鐵圈 —— 鐵圈的角度嚴重影響著拉出的質量。

拉出過後的軀幹手感很棒 —— 非常軟，而且暖暖的。

這是其中一隻手 —— 我為我的未來準備了幾雙手 —— 就像figma也有多雙手能替換。

未來長長的生命線、健康線和財運線 ^o^。

這些是模具的第一批成品，我們一般稱作為Test Shots。這批樣品主要是用來斷定模具是否有任何問題。
部件的厚度也視剛剛浸泡在熱油中的時間而定。此外，模具上的鐵圈也需要作出調整。

我們這一批Test Shots大部份都非常棒 —— 有些部件有氣泡，但在我們調整了鐵圈和使用除氧器過後，一切就沒問題了。

等這天等了好久 ^o^。

MyNavi有一篇關於空壳铸造的文章，推薦給大家看看 —— 這篇文章會讓你更認識這個步驟。

好了，從工廠把幾個未來領回來了，但下面還有很多工作需要完成。圖片右下角的鐵圈其實是放大鏡 —— 用來檢查部件表面的。

娃娃的這些軟膠部件被稱作為外皮（Gaihi）[外皮]

在我們開始之前，先讓我們來看看部份部件。首先是我最喜歡的部件之一 ^^;。

我將軀幹設計成可以遮蓋胸口和身體之間鏈接的縫隙。

軀幹的部件效果非常好。

很多人會覺得娃娃的頸項特別長 —— 這是為了確保他們穿上有領的衣服的時候看上去不會像沒有脖子一樣。

這是大腿。

未來可愛的小腳丫。

對比一下3D原型。

那些打算剪掉的多餘部份被稱為“Flash”。

當你開始製作軟膠娃娃的時候，吹風筒就會成為你最好的朋友。Oppai的部份我選用了一種比較軟的軟膠，所以當我要切除多餘部份的時候需要先加熱。

由於當初在設計3D原型的時候沒有考慮到要製成模具（下次會記得了），所以切除flash是件困難的事。

切除這類部件的flash就相對簡單了 —— 我們在製作蠟模型的時候已經留了溝槽，切起來就比較輕鬆。而且這個地方在視覺上並不明顯，所以就算切得不太好也沒關係。

有些娃娃生產商在製作娃娃的時候會將噴管安插在前臂的前方 —— 但這也表示當我們切除flash之後，劃痕會更加明顯。
於是我決定將噴管安插在後方，讓手肘的球形接頭來遮擋劃痕。

所有多餘的部份都切除了，未來-chan誕生！這是我第一次好好看軟膠版的她。對軟膠還不熟悉的朋友 —— 這和Dollfie Dream、Obitsu、Azone和Yamato VMF系列娃娃中的軟質零件是同一種材質。

之前說過的，我稍微犧牲了一下軀幹的設計美感，而這就是原因 —— 她的坐姿很好看吧。

左邊的是Iplehouse娃娃，而右邊的則是Dollfie Dream。我的未來比她們高了一些。

和SQ Labs娃娃作對比。

我打算以後製作較小的胸圍 ^^;

胸圍可以左右移動，擺出各種姿勢。

我對這個效果相當滿意 —— 尤其我們只有5個月的時間來開發 ><。
為什么我會那麼趕忙呢？因為我已經沒有多少時間了。

其實我還有很多地方想做得更好 —— 有些無關消費者，但那對於生產流程的進步卻是非常重要的。

Oppai是軟的，而軀幹則比較硬。我原本想嘗試將軀幹和大腿做成和oppai一樣軟，但是那會使整個身體失去平衡。

就和人一樣，我們在設計這個娃娃的時候，左右是不對稱的。如果你拍了一張照，然後複製鏡像其中一邊臉，你會發覺自己像個外星人一樣。那是因為我們的左右臉並不對稱。其實娃娃也是如此，這就是爲什麽很多電腦生成的娃娃看起來很奇怪。當人們使用3D技術來製作臉部的時候，一般都會直接複製其中一邊臉。

就連未來的左右oppai也不同哦 ^^;。

坐下時候的曲綫非常棒。

穿上衣服後的樣子。Oppai有點大，但還是沒DDY的大。DD的衣服穿在身上有點緊。

這個oppai的妙處就在於只要你給娃娃穿上一套比較緊的衣服就能擠出一條事業線 ^^;。

這套衣服是Valkyrie Gate出品 —— 胸口那裡確實緊了一點 ><。

你們應該很好奇裡頭是什麽樣子的吧 ^o^。

我很喜歡娃娃。我覺得如果可以和她們互動那就更棒了。人們與智能手機的互動給了我一個提示，而最近我也受到了Ouya遊戲機的啓發。

安卓是一個非常棒的公開平台（關於我會繼續使用安卓的原因可參考這篇更新），我想既然有人能善用這個平台來製作遊戲機 —— 我為何不用來製作互動娃娃呢？

就這樣，Smart Doll Operating System Skeleton V1.0（SDOSS）誕生了。

看過我的個人資料或簡歷的人都知道，我曾經在科學雜誌出版社Nature工作。在那裡工作的時候，我曾報導了卡內基梅隆大學的機器人研究中心所進行的機器人假肢研究。那段時間，我結識了很多研究人員。

我在過去5個月裡頭都在與他們開發這款SDOSS，現在非常高興能大家宣佈 —— 第一個原型終於完成了！而且這款機械的所有零部件都能在秋葉原購得！

但我們還是面對了一個問題，SDOSS的動作還是非常機械化，無法像人類一樣自然活動。我原本拍了一段未來動起來的視頻，但看起來太過機械化了 —— 我暫時不公佈這個視頻，因為我不想有人對這個產品產生錯誤的想法。我們目前還在嘗試通過輸送不同的電壓到伺服馬達以及增加齒輪數量來讓動作看起來更自然。

我7月到美國的時候會再去一趟機器人研究中心，希望到時候會有解決方案。

由於大部份的零部件都可在市面上購買，我可以直接向OEM生廠商大批訂購。善用現有的零部件能使我們省下開發資金。

讓我們來看看這款機械的操作原理。整個機器都以伺服馬達和推桿運作，這兩樣可以通過Servo Controller和Android Box控制。
我們在這裡使用了1.5 GHz四核處理器以及16GB的內部存儲器，這主要是為了儲存我們使用UTACO所錄製的大量語音模式。

我們也使用了這款名為「SolidWorks」的CAD軟件來設計SDOSS的結構。SolidWorks的功能就包括了碰撞檢查、動態間隙以及干涉檢查。

SolidWorks也兼容我們在Android Box中使用的CircuitWorks。不瞭解CircuitWorks的朋友可以參考以下視頻。

（对不起，又删掉，可以到CircuitWorks的官网看）

使用SolidWorks的檢查功能可以確保部件會根據設置活動。之後呢……

……我們就將數據導入3D Max，確保機械大小適合我的娃娃。由於我們的機械和娃娃是同時在進行研發的，所以我們在過程中也犯過不少錯誤。肩膀的機械比預期中的大。儘管還是能放入娃娃的部件裡，但我們得在肩部關節開個洞才能完全將機械植入 ><。

已經迫不及待和你們分享會走會動的未來了！

這是我早前和你們分享的3D印製版未來。我已經把她的頭部送去做上色護膜（大量生產時需要的護膜）了，大約3週後就能取回來。
上色護膜就和網板差不多 —— 給娃娃圖上護膜後，然後進行噴漆。若果一張臉有6層漆，那就必須噴上6層護膜。

未來的默認服裝將會是她的夏季校服，而夏季校服是在泰國生產的。假髮和娃娃的身體則是分別在韓國和日本生產。

之前應該沒和你們提過。我一直希望我的娃娃可以通過日本的娃娃療法（Doll Therapy）來幫助老人家。我打算到時候捐贈一些娃娃給有在進行娃娃療法的年長者。

這將會是Mini Mirai的包裝，盒子上的插圖是由Iizuki Tasuku sensei繪製的。

你們可能之前已經看過這張圖片了 —— 這個生活在100年前的男人也抱著一隻娃娃 —— 這雖然看似非常遙遠，但其實娃娃在史前時代就已經存在了 —— 考古學家發現了巴比倫時期的可動娃娃碎片。

埃及墓穴中也有陶瓷娃娃，這些娃娃的存在可追溯到公元前2000年。最早被恢復的娃娃是由泥、木、布和骨頭製成的，而一些較為特別的則是由象牙或蠟製成。

在公元前600年，可動娃娃和娃娃的服裝就已經存在了。但直到16-17世紀之間，歐洲的娃娃生產業才開始繁榮起來。1800年間，娃娃第一次投入大量生產，當時的娃娃還是以紙漿材和紙為只要材料。

蠟娃娃在1850年左右開始興起，而瓷娃娃在1900年間也可以投入生產。直到第二次世界大戰過後，娃娃生產商才開始研發塑料娃娃。

儘管那時候已經有娃娃了，但我真正對娃娃產生興趣還得從2008年開始瞭解Dollfie Dreams和購買了Dollfie Saber說起。感謝Volks讓我發現了一片新天地，讓我有機會和世界各地的人聯繫。

我覺得娃娃真的很棒 —— 尤其是日本娃娃製造廠（如Volks、Obitsu以及Azone）生產的這些50 – 60CM娃娃。我會繼續向世界介紹這些日本娃娃，希望有朝一日她們能成為像芭比娃娃和布萊斯一樣的國際品牌。

可惜我還是有一些壞消息向你們宣佈。我已經沒有多餘資金了，那也就說說我大量生產Mini Mirai的計劃需要暫時擱置。但是我還是會完成手頭上的3個軟膠娃娃。

這張照片是我還在亞馬遜就任網絡經理的時候拍的。由於我是亞馬遜最早一批的員工，我獲得了股票期權。這些股票期權一直都在支持著我公司的運作，但現在也耗費得差不多了。我的公司沒有任何投資方，所有資金都是來源於萌假名和電視節目《Culture Japan》的銷售。

我也曾經和幾個有意投資的人洽談過，但是他們都覺得我沒有實際的退出戰略。當一個投資人在考慮是否投資的時候，他們會想知道自己何時能獲得回報以及多少回報。

他們說的也沒有錯 —— 我並沒有什麽退出戰略，因為我經營這家公司的目的並不是為了以後能夠出售來獲取現金 —— 我愛日本，所以我才設立這家公司。我要花盡我的一生來向世界傳播日本文化。

很多人會問：“你為什么不找你的父母要錢？” —— 我一般都是這樣回答：“就因為你會找父母要錢，并不代表我也會。”

人生本來就是一場挑戰。如果你有機會擇要一帆風順或是驚濤駭浪的人生，你肯定也會選擇驚濤駭浪。
選擇一條難走的道路會使你面對各種未知的困難，從中學習各種經驗 —— 這些是那些一帆風順的人生所缺少的。只想著要輕鬆度過人生的人，最終什麽也學不到。
人生的挑戰往往會在最意想不到的情況下發生，如果你什麽也不會，那到時將會陷入更深的困境之中。

這張照片是我在英國生活的時候拍的。我當時大可以選擇一條輕鬆的道路，讓我的父母來養我，但我最後還是選擇了一條能讓我學習到更多人生經驗的道路。當初的選擇讓我擁有現在能在日本生活和工作的人生，這是我一直以來的嚮往。
我也曾經在一家日本餐廳打過工，自給自足，從中瞭解到賺錢的辛苦。這些寶貴的經驗都是無價的。

我的Mini Mirai是根據Iizuki Tasuku-sensei所繪製的未來設計的。

上面提到，我會繼續完成手上的幾個娃娃，並且為她們上護膜。但大量生產Mini Mirai的夢想或許要等到我先賺取一些資金才能化為現實了。
在這個重要的階段沒了資金確實讓我感到很遺憾，但是以往的人生經歷告訴我，每件事的發生必有其原因 —— 或許我們現在還不明白，但將來便會瞭解到“所有苦難都可能會變成祝福”的道理。

star-小虎

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