综述：3D打印技术在化妆品领域的应用(2)
时间：2023-04-07 10:31 来源：中国日用化学工业信息中心 作者：admin 阅读：次
3D打印技术定制个性化化妆模具
由于时代的发展，许多人对自身形象管理要求越来越高，化妆逐渐成为众人出门必不可少的一步，越来越多的人开始使用彩妆。彩妆的使用最不可避免的就是学习化妆技巧，而化妆技巧的学习需要耗费大量的时间和精力，彩妆模具便应运而生。目前已有印眉器、口红涂抹器和眼影印章等彩妆模具的发明，但是由于传统工艺中无法获取精准的三维形态，而且使用者个体差异较大，导致使用时无法完全对使用部位进行覆盖贴合，出现错位或者晕染的情况。而3D打印技术可以根据人脸大小、眉毛粗细、嘴唇厚薄以及眼睛大小等特征差异来定制个性模具，在模具中加入彩妆原料快速定型，使用的时候只要直接往相应部分覆盖贴合便可以得到相应的妆容。Henri将3D打印技术与个性化涂抹器结合，采用三维扫描仪获得人唇部的轮廓数据，通过辅助软件进行建模，然后导入3D打印机将口红或唇膏涂抹器模具打印出来（图5）。蔡芷柔制作了一种结合3D打印技术的眼影装置（图6），其外表与平时使用的睫毛夹相似，该装置由美妆工具、定制膜与打印辅助模板组成，根据上眼睑的轮廓扫描数据，使用3D打印机将定制膜打印至打印辅助模板，取出贴在美妆工具上，为了确保稳固眼影覆盖至正确的位置，需要参照眼睑睫毛根部，对准上眼睑按压转印后便上妆成功，既达到了快速的上妆效果，又可获得个性化眼影妆容。彩妆模具可使用户在短时间内获得期盼的妆容，还可以避免彩妆在上妆时与手部皮肤接触而造成的晕染。
图5 3D打印口红涂抹器
图6 3D打印定制眼影美妆装置
面膜模具是根据人面部基本轮廓生产用于自制面膜的模具，可以重复使用并且制备不同材质的面膜。但是普通面膜模具是按照大众人脸的轮廓生产，每个人的面部轮廓有很大差异，故普通面膜模具制作的面膜经常不能精准地覆盖贴合面部。为此，欧阳玲玲公开了一种3D打印面膜模具的制作方法（图7）。该模具主要由上模、罩体、人脸模型和下模组成，罩体镶嵌在上膜中，可与人脸模型完全覆盖贴合。作者采用三维激光扫描仪获得人脸轮廓数据，结合数字软件对含有灌注口的罩体和人脸模型建模，并联合3D打印技术将面膜模具打印，当上模与下模闭合后采用最高点注入溶液的方式将面膜的成分从罩体的灌注口注入，便可以制作与用户面部完美贴合的面膜。
图7 基于3D打印个性化设计的面膜成型模具
图 8 一种基于视觉三维重建的定制面膜装置
另外，纪刚等公开了一种直接覆盖至人脸的面膜模具（图8），作者使用三维重建图像技术和3D打印技术制作专属于用户的面膜模具。三维重建图像技术主要通过多角度拍摄用户面部和参照物的图片，对图片的深度图和位姿进行数据重建，得到真实尺度的人脸模型，具体操作是在拍摄参照物的图片选择一条测量边来确定坐标轴，同时测量该边在真实空间中的长度，然后在拍摄的图片上提取特征点，选择任意两张图片的特征点获得匹配点对，借助测量的数据、光束平差法优化图片的位姿和基于双目视觉的立体匹配法生成的深度图来重建具有真实尺度的人脸三维模型。最终将设计的数据导入3D打印设备将该面膜模具打印出来，该装置主要由两层人脸模型实体组成，两层之间根据标记穴位点和透气孔分别添加按摩电动振动器和可控柔性电路板，穴位点通过对人的正脸图片进行检测，根据检测框和人脸实际情况标记穴位点，透气孔位置添加的可控柔性电路板具有自热作用且均匀分布在人脸上。该3D打印面膜模具的设计不仅可实现个性化面膜载体的定制，同时添加的自热系统和按摩系统，可以使面膜的功效成分充分吸收，达到高效的精准护肤。
3D打印技术定制个性化妆容
有些工作有时需要一些特定的妆容，比如在不同戏曲表演、舞台剧演出、影视角色扮演等情况下，这些妆容大多情况下需要很长时间去准备，耗费化妆师、文艺工作者大量的时间精力。3D打印技术，可以利用计算机软件，打印出特定妆容。叶毅公开了一种3D打印妆容面膜的制作方法，这项发明主要是向3D打印设备输送需要化妆的面部扫描数据，并且充分混合面膜材料送入3D打印机，打印出与化妆面部几何特征完全匹配的妆容面膜，后续为了去除面膜中的无效成分，对打印好的面膜进行轻度激光烧结，从而形成纳米晶粒的网状结构妆容面膜。使用前在与面部直接接触的一面喷洒护肤成分，这样使文艺演出表演者既获得了定制化妆容，还可以进行皮肤护理。李婷还研发了一种具有多层不同基质的3D打印妆容面膜（图9），主要分为基质层、底油层、妆容层、水凝胶层以及紧固层，其中面膜基质层和水凝胶层用于护肤，妆容层用于化妆，与人脸皮肤直接接触，而底油层和紧固层用于定妆。人们通常会在化妆前对皮肤进行水乳护肤，该发明还将妆容层细分为水乳层、面霜层、防晒层和隔离层，使护肤和化妆同时进行，既减少了时间消耗，也实现了精准护肤和个性化定制妆容，而且3D打印技术以逐层打印的方式使多层面膜层层之间完美贴合覆盖，解决了传统工艺制备面膜时会导致层层之间相互错位的问题。杨娜娜的团队使用三喷头3D打印机，根据对面部三维扫描预设妆容后，逐层打印化妆层与原料层。在第一喷头系统打印化妆层时，第二喷头系统同时在化妆层预设的坐标点预留纳米机器人的位置；在第一喷头系统打印原料层时，第三喷头系统同时在原料层预设坐标点的原料盒打印化妆原料，打印完成后使用紫外光固化灯照射系统将面膜固化。当面膜敷至人脸后，由控制系统对纳米机器人发出指令后根据预设妆容进行绘制。
图9 多层3D打印化妆面膜
除了3D打印妆容面膜之外，王喆[43]还发明了一种化妆机（图10），该化妆机联合喷墨3D打印技术，用户根据需求选定妆容后，头顶定位座与下颚托架对人脸进行定位，在补光灯的照射作用下，生物识别镜头对面部的肤色、五官进行识别，化妆机根据用户选定妆容通过3D打印喷组件对面部进行涂妆，3D打印喷组件上设置有呈矩形阵列式排列的喷头，可以向面部精确喷洒喷妆原料，提高化妆机的涂妆效果。
图10 3D打印化妆机
3D打印技术定制专属妆容，极大地提高了化妆速率，同时对于不了解化妆技术的人群来说，避免了化“丑妆”和无效化妆的尴尬，实现了化妆的智能化、个性化和多样化。
其他
3D打印技术具有将复杂流程精简化的特点，在化妆品领域还可用于打印人的皮肤组织，以替代动物实验来开展化妆品安全性和功效评价。杨洋采用生物3D细胞打印技术将人永生化角质形成细胞和成纤维细胞构建出来，同时在细胞成型过程中使用3D打印技术对细胞进行分层、分区叠加，最终打印出与人体的皮肤结构相似、功能完整的皮肤模型。该模型可用于皮肤健康相关的化妆品安全性及毒理学评价，不仅避免了动物模型存在个体差异性大，同时还解决了传统2D培养细胞无法高度还原人体皮肤结构的问题；此外，3D打印技术还可用于定制化妆品容器和包装设计，通过快速且简化模型的制作，可直观看出产品效果，不仅有助于开发新的包装设计和创意，还推动化妆品容器包装设计走上高科技发展的道路。
展望
目前，人们对于个性化美妆和精准护肤的需求愈发增强，而3D打印化妆品的出现解决了单一成分护肤品无法解决的皮肤问题，达到了普通彩妆无法达到护肤与化妆同时进行的目的。将现代化的3D打印技术与化妆品联合，不仅满足人们对于化妆品的个性化定制需求，促进皮肤内部护理，从真正意义上实现皮肤的精细化管理，同时与医学美容联合可精准治疗病理性皮肤问题，与彩妆结合定制可以使化妆智能化、个性化和多样化。
3D打印技术在化妆品领域中最大的优势是个性化定制，但对于需要大量生产的化妆品种类而言，传统生产方式会比3D打印生产方式更加经济，我们需要突破传统观念的限制，深入挖掘3D打印技术在化妆品的应用价值，提高3D打印生产方式的经济效益。同时，3D打印技术在化妆品领域初露锋芒，但打印材料的单一限制了其发展，我们需要对可用于打印化妆品的材料进行充分挖掘与研究。不仅如此，3D打印化妆品的发展还会受到成本的限制，3D打印机的昂贵一定程度上提高了3D打印化妆品的制备以及生产成本。但随着经济的发展和个性化定制产品成为一股热潮，3D打印技术站在科学技术的高端前沿，与化妆品领域联合必将开启个性化精准美肤的崭新篇章。
来源： 中国日用化学工业信息中心
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