支炳山 曹朝春

（桂林理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，廣西 桂林541006）

根據(jù)中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會的劃分，陶瓷產(chǎn)業(yè)主要分為工業(yè)陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷和藝術(shù)陶瓷五大類。其中衛(wèi)生陶瓷的需求量逐年攀增，盡管其制作工藝在不斷更新優(yōu)化，但衛(wèi)生陶瓷在制作過程中造成的周期長以及嚴重依賴稀缺的高可塑性粘土資源的弊端始終無法避免[1]。近幾年，隨著3D打印技術(shù)在不斷改進和優(yōu)化，材料、打印設(shè)備等都在更新?lián)Q代，越來越多的陶瓷產(chǎn)品通過噴墨打印、光固化成型、分層實體制造、激光選區(qū)燒結(jié)、漿料直寫成型等常用方式最終成型，同時生產(chǎn)出的產(chǎn)品也更加穩(wěn)定、精準和高效。這也意味著3D打印將作為新的工藝手段融入到衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)中，同時解決衛(wèi)生陶瓷制作中存在的問題，這也是目前我國3D打印事業(yè)發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略方向。

1 衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的工藝特征

1.1 生產(chǎn)流程

傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工藝可以劃分為制模、制備漿料、注漿成型、坯體干燥、上釉、燒成、檢驗包裝7個流程，如圖1所示。

圖1 衛(wèi)生陶瓷工藝流程圖

（1）制模：將石膏粉末制成特定形狀的模具。

（2）制備漿料：漿料制備包括了泥料和釉料的制備，均是將配比好的原材料通過球磨機研磨成一定顆粒標準的漿料。

（3）注漿成型：研磨完成的泥漿高壓注漿進入石膏模具內(nèi)，注漿成型一般要求室內(nèi)溫度在25-35℃，濕度在70%左右。

（4）坯體干燥：脫模后的泥坯含水率一般＞19%，需要通過干燥使含水率＜2%。坯體經(jīng)過干燥不僅有利于后期上釉時釉料的吸附，還可增大泥坯的強度，避免其在窯內(nèi)由于表面水分蒸發(fā)過快而引起坯體的開裂。

（5）上釉：對干燥完成的坯體進行施釉，一般噴釉方式有手工噴釉、噴釉機噴釉和靜電噴釉。

（6）燒成：噴完釉料的坯體放置窯內(nèi)進行燒制成瓷，溫度在1 200℃左右。

（7）檢驗包裝：檢查成瓷，淘汰不合格成品，將合格成品打包入庫。

1.2 工藝特征

衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的7個流程是固定順序的流水線式過程，每一個流程都只完成一個中間品，然后作為后一流程的加工對象。例如制模工藝完成模具這一中間品，制備泥漿完成泥料這一中間品，注漿成型完成初坯這一中間品，坯體干燥完成干坯這一中間品，上釉完成釉坯這一中間品，燒成工藝完成最終成品，每一流程在消耗大量能源和時間的情況下都只能完成一種中間品。這也是傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)在不斷更新優(yōu)化制作工藝的情況下，依然無法擺脫制作周期長、效率慢的最突出的原因所在。

2 3D打印衛(wèi)生陶瓷的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域的研究及發(fā)展推動了陶瓷制造業(yè)的升級變革，在未來的發(fā)展進程中，3D陶瓷打印技術(shù)在以下3個方面較傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷制作工藝有明顯的優(yōu)勢，也是3D陶瓷打印技術(shù)能夠替代傳統(tǒng)制瓷工藝的價值所在。

2.1 加工工藝方面

3D陶瓷打印技術(shù)是嵌入到傳統(tǒng)制瓷工業(yè)中的新興技術(shù)，可與傳統(tǒng)陶瓷制作工藝結(jié)合起來，彌補傳統(tǒng)制瓷工藝的不足，優(yōu)化陶瓷的生產(chǎn)速率，縮短生產(chǎn)所消耗的時間。衛(wèi)生陶瓷傳統(tǒng)流水線式的制作工藝在經(jīng)濟高速發(fā)展的當(dāng)下，面對多樣化的市場及消費需求，如何加快產(chǎn)品的生產(chǎn)速度、縮短制作周期成為了亟待解決的問題。傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)周期過長、工藝繁復(fù)，而且在制作特殊形狀產(chǎn)品時還需要不同的模具，不僅為后期脫模增加了難度，在時間和樣式上都具有一定的局限性。

脫模工藝也是傳統(tǒng)制瓷工藝中較為復(fù)雜的一個流程，脫模的成功與否在于時間的控制和脫模劑的選擇。時間太短，石膏漿料未達到最終凝結(jié)點，其結(jié)構(gòu)脆弱，無法形成合格的石膏模具；同樣，時間過長，石膏長時間的膨脹和放熱會損害母模，引起脫模困難。脫模劑的選擇要充分考慮以下兩點：①避免造成模具表面的凹凸不平和表面缺陷；②不影響模具的吃漿性能，便于后期高壓注漿形成泥坯。然而通過3D打印技術(shù)來制作衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品可以略過石膏模具的制備、脫模和注漿成型，直接將制備好的泥漿打印成泥坯，避免了后期脫模帶來的技術(shù)難點和產(chǎn)品損耗，為傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷的制作工藝提供了技術(shù)輔助，并解決了傳統(tǒng)制瓷工藝周期漫長的問題，節(jié)約時間成本的同時也利于衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和今后的發(fā)展。

2.2 產(chǎn)品設(shè)計方面

現(xiàn)代衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的需求量大，形態(tài)相似但又保持獨特性的小批量化制作成為現(xiàn)代衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的一大特色，傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)受到設(shè)備、模具、操作標準化的限制，要想實現(xiàn)小眾化定制，無論是對企業(yè)自身還是消費者而言都是非常昂貴的。然而陶瓷3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計方面可以根據(jù)預(yù)設(shè)好的模型數(shù)據(jù)一次性完成多個不同形態(tài)的產(chǎn)品，依據(jù)用戶需求，讓用戶參與其中，實現(xiàn)個性化定制，并且成本很低。目前陶瓷3D打印技術(shù)已經(jīng)融入了裝飾性的理念，無論是在外觀造型還是色彩多樣性上也均有發(fā)展，突破了傳統(tǒng)制瓷工藝在工藝形狀上的限制。首先在外觀造型上，齊魯工業(yè)大學(xué)的井啟明[2]在2019年提出了關(guān)于陶瓷3D打印的肌理效果，嘗試利用陶瓷3D打印技術(shù)對“貝殼”“樹葉”以及“水”的紋理進行了仿真設(shè)計，并成功創(chuàng)作出肌理效果不同的《刺花與佛塔》和《曲水流觴》作品，實現(xiàn)了陶瓷材料的表現(xiàn)力本身所特有的多維度優(yōu)勢和3D打印在處理繁復(fù)紋理過程中的技術(shù)特色及優(yōu)勢。其次在色彩方面，多色的陶瓷3D打印技術(shù)能夠直接獲得陶瓷產(chǎn)品的彩色外觀，色彩可通過在陶瓷粘土原料中摻入添加劑來達到不同的色彩效果，且添加的材料在陶瓷燒制的過程中能夠被分解，對最后的陶瓷產(chǎn)品沒有明顯的影響，同時也可減少后期施釉的處理流程。以色列Studio Under研究所研發(fā)的彩色陶瓷3D打印技術(shù)，通過在陶瓷原料中摻入自身配比出的彩色粉末，然后再經(jīng)過擠出式的噴頭擠出特制漿料，最終制備出彩色的陶瓷制品。景德鎮(zhèn)陶瓷3D打印體驗中心也通過在原材料中加入色粉進行混合，成功創(chuàng)作出一系列的彩色陶瓷成品[3]。衛(wèi)生陶瓷3D打印的個性化定制市場在未來有很大的發(fā)展前景，也能衍生出更多與之相關(guān)的微小、新型企業(yè)。

2.3 加工成本方面

2.3.1 運輸成本 衛(wèi)生陶瓷泥料制備主要選擇粘土為原料，一方面考慮到粘土是陶瓷坯體成型的基礎(chǔ)，在注漿和上釉流程中使泥料和釉料具有懸浮性及穩(wěn)定性，在燒結(jié)過程中還可以與瘠性原料結(jié)合，使坯料有一定的干燥強度而利于燒結(jié)；另一方面考慮到產(chǎn)品的美觀性，由于粘土的種類不同，在顏色上粘土可以分為白、灰、黃、紅、黑等，當(dāng)前的衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品在顏色上主要以白色為多，雖然在后期施釉料的流程中可以彌補前期坯體顏色潔白度不夠的缺陷，但是絕大多數(shù)廠家還是會在生產(chǎn)制作前期選擇白度較高的粘土作為陶瓷坯體。因此純度較高的高嶺土成為絕大多數(shù)廠家的首選。然而高嶺土分布不均，廠家需要跨區(qū)域運輸高嶺土，產(chǎn)生運輸成本。

3D打印技術(shù)拓寬了衛(wèi)生陶瓷制作在原料上的可選擇性，生產(chǎn)時既可以充分利用本地原料，又降低了對高可塑性原料的依賴。高嶺土在制瓷過程中會起到塑化、結(jié)合和永久性粘合劑的作用，在前期原料配比中很少再需要添加其他的粘合劑來改善坯料性能，會相應(yīng)地減少一些工序，這也是質(zhì)量較好的陶瓷產(chǎn)品多采用高嶺土的原因所在。然而采用3D打印技術(shù)來使陶瓷成型，單憑粘土本身的粘合作用原本是不夠的，必須再利用粘結(jié)劑和其他的塑化劑來使泥料流變性能達到最優(yōu)化，在這種條件下，低可塑性原料、瘠性原料也可通過添加黏結(jié)劑或者塑化劑的方式達到與高可塑性原料同樣的效果。因此，通過運用3D打印技術(shù)，陶瓷生產(chǎn)原料的可選擇性就會大大拓寬，減少跨區(qū)域運輸時產(chǎn)生的運輸成本，高嶺土等資源可以得到有效緩解。這不僅有利于對高嶺土等資源的保護，還可以使本土資源得到充分合理的運用，也能減少對空氣及環(huán)境的污染。

2.3.2 原料成本 國內(nèi)外衛(wèi)生陶瓷制作的重要工具就是石膏模型，具有良好的吸水能力和蒸發(fā)水分的能力[4]。石膏模型的制作首先要通過模型來制作母模，然后經(jīng)過石膏注漿制成石膏模具，為提高重復(fù)利用率，母模通常會使用水泥來制作，然后將石膏粉配比成石膏漿料進行注漿成型。模具制作這一流程運用到的原料成本就包括了水泥和石膏粉，后期注漿成型進行脫模時還需用到脫模劑，制作過程中不僅會出現(xiàn)原料損耗，也會對環(huán)境衛(wèi)生帶來一定的影響，將3D打印技術(shù)引入衛(wèi)生陶瓷行業(yè)，無需制作模具也可實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型，免除傳統(tǒng)制瓷工藝模具制作流程中帶來的水泥、石膏粉、脫模劑這些原材料成本。

2.3.3 能源消耗成本 傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)流程中消耗的能源包括電能以及天然氣這兩種能源，工藝流程復(fù)雜和參與設(shè)備過多都會增加能源成本，傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷的制作與3D打印技術(shù)下的衛(wèi)生陶瓷制作在制模、制備漿料和注漿成型3個流程中具有明顯區(qū)別。3D打印衛(wèi)生陶瓷只需要制備泥漿和釉漿，這個過程需要球磨機參與，產(chǎn)生電能消耗；而傳統(tǒng)制作工藝首先在制模時就需要將石膏粉和水經(jīng)過配比利用球磨機進行攪拌，消耗電能，后期模具的干燥還需要利用電能或者天然氣，制備泥漿和釉漿同樣也要消耗電能。3D打印衛(wèi)生陶瓷與傳統(tǒng)制瓷工藝相比，不僅節(jié)約了時間，更減少了工藝流程中造成的能源成本。

3 “3D打印+衛(wèi)生陶瓷”的發(fā)展模式研究

3D打印技術(shù)是一種新的制造工藝，促進了當(dāng)今制造業(yè)技術(shù)和控制技術(shù)的不斷優(yōu)化，同時其他有關(guān)產(chǎn)業(yè)也在其帶動下進一步優(yōu)化發(fā)展，這一技術(shù)的推進給陶瓷產(chǎn)品的改革提供了新的契機。目前國內(nèi)陶瓷3D打印技術(shù)還存在許多問題：①在工藝流程中,國內(nèi)操控3D打印設(shè)備的大多是沒有藝術(shù)設(shè)計背景的技術(shù)人員，同時又有相當(dāng)一部分藝術(shù)家或設(shè)計師不會操控3D打印機，因此形成了設(shè)計與操作及生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的脫節(jié)。②針對陶瓷3D打印成品的保護，在關(guān)注最后成品的著作權(quán)保護之外，相關(guān)模型的數(shù)據(jù)保護也成為了不可忽視的方面。陶瓷3D打印的復(fù)制性強是其極為顯著的一大特點，數(shù)據(jù)一旦泄露就會導(dǎo)致大量的仿制品出現(xiàn)，不僅侵犯了設(shè)計者的權(quán)益，也會使整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展陷入亂象，阻礙整個陶瓷3D打印行業(yè)的發(fā)展。通過對以上現(xiàn)存問題的分析研究，總結(jié)出一套“3D打印+衛(wèi)生陶瓷”的發(fā)展模式。

3.1 建立專屬于衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的3D打印產(chǎn)業(yè)

陶瓷3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為勢不可擋的一種趨勢，可通過具有完整的產(chǎn)業(yè)鏈資質(zhì)的公司來為藝術(shù)家與設(shè)計師提供更為專業(yè)化的建模、定制等服務(wù)。此類陶瓷3D打印產(chǎn)業(yè)公司根據(jù)自身的主導(dǎo)方向來確定其產(chǎn)業(yè)化模式，例如定制化、小批量化、仿制化等[5]。其中以定制化為主要模式的公司可以根據(jù)客戶需求來提供專業(yè)的設(shè)計、建模、3D打印成型、后期修整、最終品成型一體化服務(wù)，其生產(chǎn)鏈中的設(shè)計、建模、3D打印成型環(huán)節(jié)都可作為獨立的站點為消費者提供對應(yīng)服務(wù)；小批量化模式則主要針對衛(wèi)生建筑用瓷、生活用瓷等這類需求量大、樣式造型較為單一的日常用瓷，同時也可以通過合法授權(quán)的形式對原創(chuàng)或高端藝術(shù)瓷進行批量化打印；陶瓷3D打印仿制化模式類似于聯(lián)名款，主要以各博物館收藏的陶瓷珍品為仿制對象，通過與博物館的聯(lián)名合作，借助3D打印技術(shù)等比例擴大或縮小陶瓷文物的比例，再作為紀念品進行出售，豐富博物館藝術(shù)市場的產(chǎn)品類型并帶動收益和促進消費。

3.2 拓展衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)個性化定制市場

衛(wèi)生陶瓷的傳統(tǒng)制作模式適用于批量化的產(chǎn)品復(fù)制，要想達到個性化定制的需求，成本則相對較高。3D打印技術(shù)隨著“人機交互”潮流的興起，大眾可以根據(jù)自己的需求通過簡單的模型制作軟件將自身的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變成現(xiàn)實，目前適用于大眾操作的3D打印三維建模軟件及市場已有的APP有shapr3D、123D Make、我型我創(chuàng)等。這些簡單易操作的數(shù)據(jù)模型制作軟件通過最基礎(chǔ)簡單的操作讓不擅長操控3D打印機的藝術(shù)家、設(shè)計師甚至大眾都能不受限制地參與其中并滿足用戶需求。拓展衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)個性化定制市場，在擴展業(yè)務(wù)范圍、減少原料庫存積壓的同時也有利于陶瓷3D打印技術(shù)的普及和發(fā)展。

3.3 注重專業(yè)人才培養(yǎng)

促進陶瓷3D打印技術(shù)走進高校。3D打印技術(shù)的發(fā)展也帶動了其他衍生行業(yè)的發(fā)展，高校進行3D打印技術(shù)專業(yè)化培訓(xùn)，既能拓寬高校畢業(yè)生的就業(yè)面，也能夠有效地提高陶瓷3D打印的設(shè)計水平，進一步推動3D打印產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)化發(fā)展。

3.4 打造“3D打印+衛(wèi)生陶瓷”的互聯(lián)網(wǎng)平臺

互聯(lián)網(wǎng)時代將為“3D打印+衛(wèi)生陶瓷”的發(fā)展提供新的切入點，通過互聯(lián)網(wǎng)的助力推動傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷的發(fā)展，實現(xiàn)制瓷行業(yè)的轉(zhuǎn)型更新。首先可以嘗試以小程序、網(wǎng)站、公眾號、APP等形式來打造一個專屬于“3D打印+衛(wèi)生陶瓷”的接入點,例如美團、餓了么、58同城等平臺就通過與互聯(lián)網(wǎng)對接，打破了用戶在地域、時間等方面的限制，成功擴寬了消費者市場。衛(wèi)生陶瓷3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開“互聯(lián)網(wǎng)+”這一經(jīng)濟新業(yè)態(tài)，在實現(xiàn)3D打印技術(shù)推廣的基礎(chǔ)上也有利于衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的效益增長，為傳統(tǒng)制瓷工藝帶來新機遇。

3.5 完善陶瓷3D打印的保護制度

3D打印作為新興的特殊信息化產(chǎn)業(yè)，在完整的陶瓷3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中需要加強對相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的保護，為陶瓷3D打印的消費者和設(shè)計師提供安全高效的法律保障。

目前陶瓷3D打印在工藝流程和成品保護中體現(xiàn)的問題需要通過對產(chǎn)業(yè)鏈的完善、優(yōu)化來促進數(shù)據(jù)模型的開發(fā)、加快高校專業(yè)化培訓(xùn)的步伐來為陶瓷3D打印在中國的發(fā)展提供環(huán)境、人才、技術(shù)的先決條件，并通過法律來保障消費者和設(shè)計師的合法權(quán)益，這也將是未來中國陶瓷3D打印行業(yè)的發(fā)展趨勢和中國陶瓷發(fā)展新的轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語

陶瓷文化是中國傳統(tǒng)文化重要的組成部分，包含了東方特色的文化美學(xué)和審美規(guī)律，通過對陶瓷產(chǎn)品的不斷深入研究，可以進一步了解到一個時代的文化內(nèi)涵和一個國家的民族文化精神。中國陶瓷的發(fā)展面貌緊隨不同社會發(fā)展階段而前行，每一時期的代表性陶瓷器皿從審美角度上都側(cè)面反映了當(dāng)時的社會現(xiàn)狀和統(tǒng)治者的審美情趣，歸根結(jié)底也就是反映了當(dāng)時的社會情感性和技術(shù)水平的發(fā)展情況。而現(xiàn)代陶瓷產(chǎn)業(yè)在科技發(fā)達的當(dāng)下更多面臨的問題是如何繼承與發(fā)展。3D打印陶瓷作為一門興起的前沿技術(shù)，其與傳統(tǒng)陶瓷制作技術(shù)并不是相互排斥或替代的關(guān)系，3D打印給未來陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了更多的選擇性及可能性。衛(wèi)生陶瓷3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅為傳統(tǒng)制瓷工藝的難點和弊端的解決提供新的可行方案，同時也可以滿足個性化定制需求，豐富陶瓷產(chǎn)品的造型樣式。與傳統(tǒng)陶瓷制作手法相比，陶瓷3D打印可以從對設(shè)備的調(diào)控、打印材料的研究配比等多方面來進行設(shè)計，實現(xiàn)陶瓷設(shè)計者對現(xiàn)代陶瓷造型美感的不同追求，也能達到手工無法制作的技術(shù)水準。盡管陶瓷3D打印目前在技術(shù)、材料、打印設(shè)備研發(fā)等方面還具有一定的難度，也存在著價格昂貴等現(xiàn)實因素，但其卻有著新的發(fā)展契機和可觀的發(fā)展前景。國內(nèi)外對陶瓷3D打印技術(shù)的不斷突破和積累的成功經(jīng)驗也為陶瓷行業(yè)帶來了可行性的新工藝，傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展需要新工藝、新技術(shù)以及新設(shè)備的支撐，3D打印技術(shù)與衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工藝相結(jié)合，將會在生產(chǎn)成本、造型樣式、技術(shù)難點、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式、環(huán)保等方面實現(xiàn)優(yōu)勢互補，成為陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域新的創(chuàng)新發(fā)展點。