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玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

作者:中科院實體所

話說我小時候,内部有立體圖案的玻璃工藝品也是很時髦的小禮物~有讀者提出雖然我已經懂了,但還是想看... 既然你誠心誠意地發問了...那,我們就進入主題吧!

常見的玻璃内雕工藝品有 2D、浮雕和 3D 三種,今天主要講的是最複雜的 3D 造型~

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3D 造型

要做造型,我們首先請出設計師,生成一個三維的圖像檔案。

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雷射内雕機

接着就要準備好一台水晶内雕機,就是下面這台,散發着綠瑩瑩的雷射!

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打開後,這個移動的小平台用來裝載玻璃塊。

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把切割、打磨、抛光後的玻璃塊裝上去,下達雕刻指令,就可以開工咯!

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雕刻過程

隻見綠光以飛快的速度移動,逐漸形成了頭部。劃重點,肉眼可見,不止一束綠光哦。

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然後玻璃塊還要往下移動,注意哦,這相當于是操作部件不移動,移動的被加工件,也是一個重點,我們等下回過頭來解說。看到這樣有秩序的雕刻順序,我已經感覺到舒爽了...

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然後玻璃塊再一個跨步上移,再逐漸地下移,繼續雕刻出球狀來。

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dangdangdang~一整個人物造型就輕輕松松地完成了!

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但完全不明白,為什麼雷射能直接進入玻璃的腹地,隔山打虎,就讓玻璃受到了内傷?

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内雕原理

一般我們看到的雷射鐳射是這樣的,比如在杯子表面——

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或者是在紙上直接切割——

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簡單粗暴,光所到之處,樯橹灰飛煙滅!但為啥同樣是雷射,這在玻璃内部就這麼聽話,指哪打哪兒,絕不損傷其他地方?

有見多識廣的讀者進行過搶答!

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我再補充解釋下:雷射要雕刻玻璃,能量必須要高于使得玻璃破壞的門檻值。這樣會産生一個瞬間的脈沖,讓玻璃的溫度升高達到熔點發生熔化,形成玻璃裡的小氣泡。但怎麼能做到,既能讓雷射的能量在進入玻璃和到達加工點時低于破壞門檻值,又能讓能量在加工點時高于門檻值呢?那就是讀者說的,聚焦啦!

是将兩束雷射通過對焦鏡從不同的角度射入透明物體,比如玻璃、水晶,就會交彙到一個點上,也就是焦點。

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

由機器準确地控制兩束雷射在不同的位置交彙,就能制造出大量微小的空洞,最後形成所需要的圖案。如此反複,按照程式和預設參數,讓被加工件去做X、Y、Z 三軸上的運動,加工出預設的點位置,而非焦點區域的玻璃就完好無損。之後,這些白色朦胧的點連成線、再布成面,就是我們想要加工的物體輪廓,也就是我們設定的 3D 物體對應的這些像素點了。

為何不穿透?

還有讀者問怎麼能保證雷射的能量被玻璃吸收而不是穿過去呢?雷射在穿過透明玻璃時會維持光能形式,但是在這裡,雷射束産生了交彙,能量太高了,超出了一定門檻值就誘發了玻璃的多光子電離,讓玻璃溫度升高就熔化了。

我腦海裡不知道為啥,浮現出小青左手右手各發出一道法光,然後同時指向某處,引起了爆炸的情形...你們現在知道童年的電視劇,對小孩的影響到底有多大了吧...寫到這裡時,已經在無限循環《千年等一回》了...

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

該死,腦子裡還浮現出如下詩句——

你我相逢在黑夜的海上,

你有你的,我有我的,方向;

你記得也好,

最好你忘掉,

在這交會時互放的光亮!

浮雕造型

再說到浮雕的造型,這是我找到的一個腦袋形狀。客人美滋滋拍了張照片,期待着等會兒能拿到自己的專屬 3D 水晶内雕。

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

然後給雕刻機下達指令,開始處理!

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

栩栩如生的頭部就出來了,正臉側臉都 OK,差一個後腦勺而已~

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

等等!筆者還有話說...

可能有讀者會覺得這有點像 3D 列印?3D 列印,是東西越來越多,也就是增材制造。

玻璃工藝品内部的立體圖像,是怎麼「雕」出形狀的?

而這個是在把玻璃塊内部掏空,屬于減材制造。我們看到的那些或深或淺的白色,都是玻璃塊的内傷啊!

校對:Cast + 江小喪

截圖:陽哥

文中 Gif 截取自 YouTube 部落客 Crystal D - 獎項及禮品 的 《Crystal D Awards & Gifts - 什麼是 3D 亞表面雷射雕刻?》、Perfectlaser China 的 《3D Crystal Laser Engraving Machine for Portrait Hand or Footprints》、Crossway Industry 的 《3D Laser Internal Engraving Machine for Crystal》以及 x 寶的産品截圖,關鍵詞為水晶内雕 以及《白娘子傳奇》電視劇截圖和我的靈魂手繪

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來源:有趣的制造

編輯:冬眠愛好者