本發(fā)明涉及動態(tài)紋理陶瓷，具體涉及一種動態(tài)紋理陶瓷及其數(shù)字化制造方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷作為一種常見的裝飾和日用材料，鮮少被探索為能夠呈現(xiàn)動畫效果的對象。目前，人機交互領(lǐng)域關(guān)于陶瓷3d打印的研究主要集中在以下幾個方面：

2、優(yōu)化打印質(zhì)量：通過專用軟件優(yōu)化打印路徑，以實現(xiàn)對復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的精確打印。

3、探索創(chuàng)新型打印材料：研究人員致力于改進材料性能，以拓展陶瓷3d打印的設(shè)計可能性。例如，將陶土與生物材料面團混合，或在擠出陶土中嵌入纖維絲，以增強拉伸強度，從而實現(xiàn)復(fù)雜懸挑和無支撐結(jié)構(gòu)的打印。

4、增強交互體驗：相關(guān)研究探索了多種用戶控制打印過程的方法，如基于手繪路徑的打印、使用操縱桿控制，或借助可視化面板進行交互，使用戶能夠更直接地參與打印過程。

5、但是，目前對于在陶瓷材料上實現(xiàn)動畫化表面效果，動態(tài)效果和信息顯示不夠豐富，通常是僅能實現(xiàn)自下而上顏色變化的熱致變色杯。

6、圖1是現(xiàn)有技術(shù)中新型的流體復(fù)合變色材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

7、如圖1所示，yu?t,xu?w,xu?h,et?al.thermotion:design?and?fabrication?ofthermofluidic?composites?for?animation?effects?on?object?surfaces[c]//proceedings?ofthe?2023chi?conference?on?human?factors?in?computingsystems.2023:1-19.這篇文章講述了一種新型的流體復(fù)合變色材料，如下構(gòu)造：包括流道層、流體層、導(dǎo)熱層、繪制層。流道層指物體在表面下嵌入有流體通道的材料；流體層指作為熱源和冷源的不同溫度的流體；導(dǎo)熱層是一個可選層，非必須出現(xiàn)，用于增強流道層表面的溫度擴散；繪制層使用熱致變色顏料繪制可根據(jù)溫度變化做出變色響應(yīng)。因此，復(fù)合變色材料在運行時，不同溫度的熱流體流過嵌入物體表面下的流道，由于熱傳導(dǎo)，物體表面的溫度被動態(tài)地改變和控制，這會激活繪制層熱致變色顏料的變色效果，從而產(chǎn)生紋理動效。

8、申請?zhí)枮?02310436489.6的中國發(fā)明專利公開了一種熱流體復(fù)合材料動效仿真方法及系統(tǒng)，包括：獲取不同層的幾何結(jié)構(gòu)、熱致變色涂料色溫映射及其它經(jīng)驗參數(shù)，進行初始化模擬配置；進行模擬仿真，實時模擬熱流體流動，即流動溫度、流速和方向，并在三維的光學(xué)和熱學(xué)視圖之間切換以觀看實時模擬結(jié)果并進行錄制；模擬仿真完成后，根據(jù)輸出的帶有時間戳的光學(xué)和熱學(xué)視頻以及熱流體的操作日志進行仿真結(jié)果分析。本解決現(xiàn)有熱流體顯色動效效果難以仿真的問題。

9、申請?zhí)枮?02310436492.8的中國發(fā)明專利公開了一種可變熱流體的流道設(shè)計方法及系統(tǒng)，包括：構(gòu)建流道三維模型，將流道三維模型導(dǎo)入流道設(shè)計工具；選擇流道線基本形，通過流道設(shè)計工具生成流道線；基于流道線，輸入設(shè)定的尺寸參數(shù)，計算生成三維流道結(jié)構(gòu)；基于三維流道結(jié)構(gòu)添加入口管道和出口管道，對三維流道結(jié)構(gòu)進行完善，生成最終的流道設(shè)計方案。解決了現(xiàn)有可變色熱流體的流道設(shè)計技術(shù)難度大、成本高的缺陷。

10、上述專利均為本專利發(fā)明人的發(fā)明，由于陶瓷材料在打印時為半流體軟質(zhì)的粘土狀，上述發(fā)明無法完全實現(xiàn)，存在下列缺陷：

11、1.管道部的打印過程中存在上層泥條在打印過程中容易大面積掉落以及擠壓變形的問題，由于陶土在燒制后會進一步收縮，導(dǎo)致通水不通暢。

12、2.管道的打印過程中存在上層泥條無法正常附著而掉落的問題，由于管道較細，管道的任何變形、塌陷都容易導(dǎo)致管道堵塞，因此需要將管道的半徑設(shè)計得足夠大，然而這會導(dǎo)致曲面過厚，不適用于某些應(yīng)用場景。

13、3.打印過程中，如果每層的起始點始終固定在相同位置，容易每一層的起始點產(chǎn)生明顯的接縫，甚至導(dǎo)致斷裂。

14、4.打印過程中，管道由于傾斜角度較大，再加上泥條呈半流體狀態(tài)，打印過程中容易發(fā)生變形，導(dǎo)致錯位和斷裂，從而使上層無法成功打印

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種動態(tài)紋理陶瓷及其數(shù)字化制造方法。

2、本發(fā)明提供了一種動態(tài)紋理陶瓷，具有這樣的特征，包括：陶瓷本體；感溫變色顏料層，涂覆在陶瓷本體表面；透明保護層，涂覆在感溫變色顏料層外側(cè)，用于確保感溫變色顏料層的長期穩(wěn)定性和使用效果；以及管道部，設(shè)置在陶瓷本體內(nèi)壁上，用于流通熱流體從而將熱量傳遞到感溫變色顏料層，使得感溫變色顏料層變色，管道部通過陶瓷3d打印技術(shù)打印得到。

3、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷中，還可以具有這樣的特征：其中，管道部與陶瓷本體形成供熱流體通過的通道，通道的截面為扁平的拱形。

4、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷中，還可以具有這樣的特征：其中，還包括裝飾圖案層，涂覆在陶瓷本體表面與感溫變色顏料層之間，通過釉料繪制得到。

5、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷中，還可以具有這樣的特征：其中，陶瓷3d打印技術(shù)采用浮雕式打印方法，包括fdm陶瓷和3dp陶瓷3d打印。

6、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷中，還可以具有這樣的特征：其中，感溫變色顏料層所使用的感溫變色顏料能夠受溫度的影響在有色和無色之間變換。

7、本發(fā)明還提供了一種動態(tài)紋理陶瓷的數(shù)字化制造方法，具有這樣的特征，具體包括如下步驟：s1，設(shè)計動態(tài)紋理陶瓷中陶瓷本體內(nèi)部管道部的模型；s2，基于模型使用陶瓷3d打印技術(shù)打印，采用浮雕式打印方法，得到陶瓷基體；s3，風(fēng)干陶瓷基體從而去除水分，并在陶瓷基體表面使用釉料繪制裝飾圖案，隨后高溫?zé)频玫綀怨烫沾?；s4，在堅固陶瓷表面涂抹感溫變色顏料，得到動態(tài)紋理陶瓷；s5，將熱水通入動態(tài)紋理陶瓷內(nèi)部的管道中，使動態(tài)紋理陶瓷表面呈現(xiàn)動態(tài)紋理效果。

8、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷的數(shù)字化制造方法中，還可以具有這樣的特征：其中，管道部包括平面打印部分以及曲面打印部分，步驟s1還包括如下子步驟：s1-1，在平面打印部分中，使用較細的擠出頭打印管道部，擠出頭的線條直徑1.2mm，打印層厚0.4mm，管道部為拱形，將各管道的最大寬度設(shè)定為4mm，從而確保動態(tài)紋理陶瓷中的紋理效果的線條粗細一致，將各管道的最大高度設(shè)定為4mm，從而確保整個動態(tài)紋理陶瓷的厚度一致；s1-2，在曲面打印部分中，在曲面上設(shè)計了一種管道部呈拱形且突起的曲結(jié)構(gòu)，將管道部的壁厚度設(shè)置為噴嘴直徑的兩倍，通過浮雕式打印方法，采用零填充率，僅打印內(nèi)外兩層壁，其中外壁為平整的壁，用于涂抹上感溫變色顏料，從而顯示動態(tài)紋理，內(nèi)壁為突起的管道，不用于展示紋理。

9、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷的數(shù)字化制造方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟s2還包括如下子步驟：s2-1，準備階段，準備裝配零件，確保所有零件符合裝配要求，調(diào)配陶泥漿至合適的稠度，避免陶泥漿過稀導(dǎo)致的粘結(jié)力不足，以及陶泥漿過稠導(dǎo)致的難以涂抹和開裂；s2-2，裝配階段，均勻涂抹陶泥漿至零件的接觸表面，以確保良好的粘結(jié)效果，隨后組裝零件，將各部件按照設(shè)計要求拼接成復(fù)合形狀；s2-3，打磨階段，使用濕海綿打磨零件的拼接縫，使其平整光滑，確保整體外觀美觀。

10、在本發(fā)明提供的動態(tài)紋理陶瓷的數(shù)字化制造方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟s4還包括如下子步驟：s4-1，在感溫變色顏料的表面再涂抹一層透明保護層，確保感溫變色顏料的長期穩(wěn)定性和使用效果。

11、發(fā)明的作用與效果

12、根據(jù)本發(fā)明所涉及的動態(tài)紋理陶瓷及其數(shù)字化制造方法，首次探索了在陶瓷材料上實現(xiàn)動畫化表面效果。與市面上僅能實現(xiàn)自下而上顏色變化的熱致變色杯不同，本研究實現(xiàn)了更豐富、更可計算的動態(tài)效果和信息顯示。本發(fā)明研究了在平面和曲面陶瓷上打印管道部所面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的設(shè)計策略和打印參數(shù)建議，特別是引入了一種浮雕式打印方法，使管道部能夠成功打印在曲面上。