趙士樟 李文娟

摘要：為了提高高校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)習(xí)的效率，提升實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)傳統(tǒng)陶藝方法，得到一個(gè)原始的陶藝模型后進(jìn)行三維掃描，將三維模型導(dǎo)入計(jì)算機(jī)運(yùn)用FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)進(jìn)行深入刻畫，最終通過(guò)陶瓷3D打印技術(shù)將最終產(chǎn)品打印出來(lái)進(jìn)行燒制。得到傳統(tǒng)陶藝工藝無(wú)法制作的陶藝產(chǎn)品。為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)方式提供新的路徑與參考。

關(guān)鍵詞：陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì);逆向工程;3D打印;FreeForm

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2020）03-0100-02

引言

隨著社會(huì)發(fā)展與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科體系建設(shè)日益完善，陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作為其中一門課程對(duì)訓(xùn)練工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的造型能力與立體形象思維顯得尤為重要。目前粗放式，經(jīng)驗(yàn)式，低精度的陶藝教學(xué)方式越來(lái)越拖慢教學(xué)進(jìn)度與學(xué)生學(xué)習(xí)效率。將逆向工程引入到工業(yè)設(shè)計(jì)陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以提高陶藝作品的效果、作品精度與成功率。并能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)修改陶藝作品模型，進(jìn)行二次創(chuàng)作。如何在陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)，3D掃描儀，3D打印等逆向工程技術(shù)值得深入的探究。

陶瓷藝術(shù)從人類早期的簡(jiǎn)易陶盆、陶瓶到現(xiàn)代社會(huì)的專業(yè)陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)已有幾千年的歷史。在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)出了很多實(shí)用、美觀的優(yōu)秀陶瓷作品。陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)在很多高校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)中作為一門必修課，訓(xùn)練學(xué)生的形象立體思維有很好的作用。這種訓(xùn)練方式雖然有眾多優(yōu)勢(shì)，但也存在著很多弊端。

一、高校陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程在工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）在國(guó)內(nèi)很多高校，陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的一門必修課，課程時(shí)間在16-32課時(shí)之間，如此少的課程時(shí)間內(nèi)，學(xué)生需要學(xué)到很多內(nèi)容，包括：盤泥條、拉坯、修坯、制作泥板、模種制作、模具制作、倒?jié){、施釉、燒制等，由于需要學(xué)習(xí)的工藝眾多，導(dǎo)致學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)很難學(xué)好陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)。

（二）現(xiàn)階段大多高校陶藝教學(xué)模式采取的是粗放式的陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過(guò)盤泥條、泥板、拉坯、修坯等方式，讓學(xué)生通過(guò)自己的想象力進(jìn)行創(chuàng)作。雖然這種教學(xué)模式能訓(xùn)練學(xué)生的立體思維，但很難創(chuàng)造一件好的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品，往往制作出的作品粗制濫造，缺乏推敲，只是一個(gè)最原始的形態(tài)，無(wú)法進(jìn)行更深入的創(chuàng)作，如：在坯體表面進(jìn)行雕刻、制作鏤空效果或者制作更復(fù)雜的形態(tài)。課程作品質(zhì)量較差，最終燒制出的作品甚至不能稱作是作品，這是短學(xué)時(shí)與學(xué)生工藝不熟練導(dǎo)致的。學(xué)生熟練程度與制作工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上學(xué)生的思想，這種傳統(tǒng)工藝限制了學(xué)生天馬行空的創(chuàng)意，使工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生立體思維的訓(xùn)練大打折扣。

（三）陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)工藝制作需要較長(zhǎng)時(shí)間，目前高校的課程時(shí)間無(wú)法滿足。在盤泥條、拉坯、制作模種、制作模具等工藝都需要晾曬干燥，從而使陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)從創(chuàng)意到成品的時(shí)間達(dá)到15-25天。不同工藝的晾曬干燥時(shí)間不同，以制作倒?jié){模具的陶藝創(chuàng)作為例：1.需要2-3天制作石膏模種，并且需將模種晾曬干燥，這個(gè)過(guò)程需要5-7天，視天氣狀況而定，如遇陰雨天氣會(huì)時(shí)間更長(zhǎng)。2.根據(jù)已近干燥的模種制作模具，又需要數(shù)天的時(shí)間進(jìn)行干燥。3.將泥漿倒入模具，拆掉模具，再次晾曬得到干燥的泥坯，同樣需要數(shù)天。4.將干燥的泥坯進(jìn)行修整，上釉與燒制，得到最終的陶藝作品。整個(gè)陶藝作品制作過(guò)程需要半個(gè)多月的時(shí)間，不利于工業(yè)設(shè)計(jì)課程高效率地開(kāi)展，并且由于學(xué)生技法不太熟練，會(huì)導(dǎo)致最終的陶藝作品效果會(huì)大打折扣，甚至得到失敗的作品。

針對(duì)這些弊端，將逆向工程、陶瓷3D打印技術(shù)引入到工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程中可以很好地改善這些問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)陶藝課程是一種新的嘗試。

二.逆向工程在陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

逆向工程（Reverse;Engineering）也稱為反向工程，是80年代初才開(kāi)始發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，最簡(jiǎn)單的一種定義為：從實(shí)物到計(jì)算機(jī)CAD模型。

之前的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是由計(jì)算機(jī)CAD模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品實(shí)體模型，這種方式稱為“正向工程”。在面對(duì)非常復(fù)雜的形態(tài)時(shí)，這種方式會(huì)增大建模難度，耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力，而且不利于修改。所以，復(fù)雜多曲面產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)，尤其是陶藝產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)用逆向工程比較合理。

（一）陶瓷原始粗糙模型與數(shù)字模型的結(jié)合。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生通過(guò)陶泥進(jìn)行陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造，得到粗糙的原始陶藝作品，需要很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行干燥，打磨等手段，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在結(jié)合逆向工程后可快速得到精致完美的陶瓷藝術(shù)作品。首先將粗糙的陶藝作品通過(guò)三維掃描儀進(jìn)行掃描，快速地得到一個(gè)計(jì)算機(jī)CAD模型。以非接觸式掃描儀為例，由線發(fā)射器和發(fā)光二級(jí)管產(chǎn)生線激光投射到需要采集的模型表面，激光產(chǎn)生紅色射線，并在物體表面進(jìn)行反射，通過(guò)一次反射，CCD圖像傳感器接收光數(shù)據(jù)信號(hào)，隨著物體表面形態(tài)的變化，反射角度隨之發(fā)生變化。在收集完整的光信號(hào)的數(shù)據(jù)集合后，從而形成一個(gè)完整的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算機(jī)CAD模型。

（二）學(xué)生可將計(jì)算機(jī)CAD模型進(jìn)行深入刻畫，或者進(jìn)行二次創(chuàng)作。通過(guò)FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中對(duì)模型進(jìn)行修改，用觸覺(jué)式的操作方式修改高復(fù)雜度的曲面，從而使學(xué)生腦中天馬行空的形態(tài)得以制作出來(lái)。

FreeForm觸覺(jué)式設(shè)計(jì)系統(tǒng)（圖1）是目前世界第一套能夠讓設(shè)計(jì)師在電腦上利用觸覺(jué)就能完成3D模型設(shè)計(jì)與建構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括一套力反饋技術(shù)，通過(guò)雕刻筆對(duì)計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行修改，得到力的反饋，模擬真實(shí)的雕刻效果，類似于現(xiàn)實(shí)中的對(duì)陶泥的塑造，和陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程緊密結(jié)合。FreeForm觸覺(jué)雕刻的優(yōu)勢(shì)有很多。1.可實(shí)現(xiàn)任意形態(tài)的模型制作。在學(xué)生得到的電腦CAD模型基礎(chǔ)上，使用FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)對(duì)粗糙的模型進(jìn)行更多的修改，如在表面進(jìn)行復(fù)雜的雕刻，鏤空等操作，可以非常細(xì)致地表現(xiàn)學(xué)生想要的形態(tài)。2.因?yàn)橛?jì)算機(jī)可返回操作錯(cuò)誤之前的步驟，保障陶瓷作品不會(huì)因?yàn)椴僮鞑皇炀殞?dǎo)致的失敗。而在傳統(tǒng)的陶藝教學(xué)模式中，學(xué)生不可能在很短的時(shí)間內(nèi)掌握熟練的陶藝技法，更不可能在脆弱的陶藝坯體表面進(jìn)行細(xì)致的雕刻，并且非常容易出現(xiàn)雕刻時(shí)損壞陶藝作品，如穿透、開(kāi)裂、粉碎，這種失誤是不可逆的，學(xué)生只能重新制作陶藝模型，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很有可能完不成陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程的最終作業(yè)。在傳統(tǒng)陶藝教學(xué)模式中，由于坯體是陶泥干燥后形成，所以非常脆弱，受力不均時(shí)坯體會(huì)斷裂，粉碎，因此在對(duì)坯體進(jìn)行修整與打磨時(shí)非常容易損壞陶藝坯體。陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程中引入逆向工程后，可基于三維掃描得到的計(jì)算機(jī)CAD模型上，使用FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改，最終完美的避免這些問(wèn)題，甚至可以快速倒角，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行打磨，得到較好的計(jì)算機(jī)CAD模型陶藝作品。3.使用FreeForm可以大量節(jié)省材料，學(xué)生通過(guò)三維掃描，得到的精確地計(jì)算機(jī)CAD模型，在觀察不滿意后，往往需要修改或者進(jìn)行二次創(chuàng)作，在FreeForm系統(tǒng)中，學(xué)生可通過(guò)加法的方式對(duì)模型進(jìn)行拉伸、擴(kuò)充、反復(fù)修改，也可通過(guò)減法的方式對(duì)模型進(jìn)行雕刻、鏤空等操作，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室耗材。而在傳統(tǒng)陶藝教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在不滿意自己設(shè)計(jì)的作品時(shí)，很難再大幅修改，陶藝作品在干燥后基本不可以進(jìn)行回收與再利用，學(xué)生有新的想法時(shí)，只能重新制作，大量的浪費(fèi)課程時(shí)間與課程材料。4.引入逆向工程與FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)后可以使實(shí)驗(yàn)室環(huán)境干凈衛(wèi)生，減少很多粉塵。在傳統(tǒng)陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，陶藝實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生與學(xué)生安全是很重要的問(wèn)題，陶泥在干燥后和修整過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，學(xué)生會(huì)吸入肺部，對(duì)身體造成傷害。陶泥中含有很多水分，拉坯過(guò)程中也會(huì)用到大量的水，在拉坯機(jī)這種高功率電器中，機(jī)體很容易進(jìn)水引發(fā)的漏電事故，對(duì)學(xué)生的生命安全產(chǎn)生威脅。而引入逆向工程與FreeForm觸覺(jué)式雕刻系統(tǒng)后，使陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品修改和雕刻都在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，首先可以減少實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的大量粉塵，保障實(shí)驗(yàn)的衛(wèi)生，并且減少了學(xué)生和高功率的電機(jī)接觸的時(shí)間，降低危險(xiǎn)的發(fā)生概率。

（二）通過(guò)陶瓷3D打印等新技術(shù)將陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品完美制作出來(lái)。1.FreeForm軟件生成的計(jì)算機(jī)CAD模型依賴3D打印技術(shù)，才能將計(jì)算機(jī)中虛擬模型制作出實(shí)體陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品。目前最適合陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程的3D打印技術(shù)為陶瓷3D打印技術(shù)，可以將傳統(tǒng)陶藝制作周期大大縮短，只需要1-4小時(shí)，就可以完成傳統(tǒng)陶藝15天才能完成的陶瓷工藝與效果。陶瓷3D打印技術(shù)是將計(jì)算機(jī)CAD模型進(jìn)行分層，通過(guò)陶瓷粉末材料進(jìn)行逐層打印，通過(guò)黏合劑進(jìn)行組合，最終打印出計(jì)算機(jī)CAD模型，這種技術(shù)將學(xué)生通過(guò)傳統(tǒng)陶藝模式制作的粗糙實(shí)體模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)細(xì)化打磨后完美呈現(xiàn)。2.陶瓷3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。首先，陶瓷3D打印技術(shù)可以將學(xué)生的創(chuàng)意快速實(shí)現(xiàn)，打印出的陶瓷粉末模型可直接燒制，擁有傳統(tǒng)陶藝教學(xué)課程不可比擬的速度，節(jié)省了傳統(tǒng)陶藝技法的2-3個(gè)步驟，如制作模種、制作模具、晾曬干燥等，只用幾個(gè)小時(shí)，就可達(dá)到傳統(tǒng)陶藝教學(xué)十幾天甚至是二十幾天才能達(dá)到的效果。3.陶瓷3D打印技術(shù)不受傳統(tǒng)陶藝工藝的限制，可制造出任意形態(tài)，訓(xùn)練學(xué)生的形象立體思維，不受技法限制。如（圖2）陶瓷實(shí)體與陶瓷實(shí)體之間的套疊在傳統(tǒng)陶藝上很難實(shí)現(xiàn)，更不說(shuō)對(duì)課程時(shí)間很短，剛剛接觸陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生，他們完全無(wú)法制作和實(shí)現(xiàn)，非常大地限制了學(xué)生的思維。傳統(tǒng)陶藝對(duì)學(xué)生的立體思維訓(xùn)練非常局限，僅僅限于可制造出的形態(tài)。而陶瓷3D打印可制作出任意形態(tài)，或者多個(gè)形態(tài)的組合。4.陶瓷3D打印技術(shù)可輔助燒制陶藝作品，不產(chǎn)生形變。在傳統(tǒng)陶藝作品燒制過(guò)程中，由于受高溫影響，坯體變軟，陶藝作品在沒(méi)有支撐時(shí)受力不均，非常容易產(chǎn)生形變。傳統(tǒng)陶藝教學(xué)中，會(huì)單獨(dú)制作一個(gè)支撐物體，減小坯體在高溫窯中的變形。而這種單獨(dú)支撐部件的制作，更加浪費(fèi)十分有限的教學(xué)時(shí)間。在引入逆向工程與陶瓷3D打印的陶藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可將支撐部件在計(jì)算機(jī)CAD模型中直接設(shè)計(jì)出來(lái)，通過(guò)FreeForm進(jìn)行調(diào)整，最終與設(shè)計(jì)的陶藝坯體一同打印出來(lái)，相比較傳統(tǒng)模式，更加節(jié)省時(shí)間，支撐部件與陶藝坯體契合度更好，在高溫窯燒制過(guò)程中，使坯體的變形更小，更加貼近學(xué)生設(shè)計(jì)的模型

與初衷，精度更高。

三、引入逆向工程后陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程與傳統(tǒng)陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程相比較有更多的優(yōu)勢(shì)

（一）訓(xùn)練工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的理性思維與高精度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維。（二）傳統(tǒng)的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)粗放式的教學(xué)模式，雖然使學(xué)生可以訓(xùn)練一定的立體思維，但精度不高，比較隨性，缺乏理性的思考。并且由于工藝的限制，很多形態(tài)可以想象到，卻做不出來(lái)。引入逆向工程與陶瓷3D打印技術(shù)后，可以訓(xùn)練學(xué)生理性的思考方式，用數(shù)據(jù)化的語(yǔ)言去設(shè)計(jì)新的形體。（三）工業(yè)設(shè)計(jì)師需要很多邏輯性的思考和基于尺寸的精細(xì)化設(shè)計(jì)，為以后學(xué)生進(jìn)入工作崗位，成為一名合格的工業(yè)設(shè)計(jì)師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（四）引入逆向工程后，陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程將成為高效率的訓(xùn)練工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生產(chǎn)品思維的課程。在傳統(tǒng)陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程中，課時(shí)短、制作作品周期長(zhǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的作品都較簡(jiǎn)單，無(wú)趣。引入逆向工程、陶瓷3D打印技術(shù)后，學(xué)生可設(shè)計(jì)更復(fù)雜的模型，由于無(wú)需等待晾曬干燥，成功率高，只需要原來(lái)幾十分之一的時(shí)間就可完成高精度、較為復(fù)雜的、有趣的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品，并且保障了作品的高質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

隨著科技的快速發(fā)展，人才需求種類發(fā)生變化，傳統(tǒng)的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程制作作品周期長(zhǎng)、成本高、耗精力、低成功率越來(lái)越拖慢學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)步的速度，課程改革顯得越來(lái)越重要。在有限的課程時(shí)間內(nèi)，高效率的提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，高質(zhì)量地完成陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)作品，才能使老師和學(xué)生跟得上時(shí)代的步伐，傳統(tǒng)的教育模式已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)代的工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式。新技術(shù)下的陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程將會(huì)由粗放式、低效率、低成功率的方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔?、高效率、高成功率的課程方式。逆向工程與陶瓷3D打印技術(shù)的引入陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)課程一定會(huì)為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)科培養(yǎng)更多高素質(zhì)的設(shè)計(jì)人才。

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