馬小非，邢俊杰

（1.開封大學(xué),開封475000，2.河南弘汝文化藝術(shù)有限公司,汝州467500）

1 數(shù)字成型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在計算機技術(shù)快速更迭和高速發(fā)展的信息時代，數(shù)字成型技術(shù)作為新興制造技術(shù)也已在經(jīng)歷數(shù)十年的技術(shù)沉淀后達到了一個較為成熟的階段。目前在陶瓷產(chǎn)業(yè)中，從數(shù)字模型獲得形式來看分為正向與逆向兩種主要形式：正向獲得的形式以開發(fā)者使用三維模型繪制軟件根據(jù)設(shè)計需求建模為主，常用軟件有Rhino、3ds max、Alias、Cinema 4d 等。逆向獲得的形式以使用三維掃描設(shè)備進行高精度模型三維數(shù)據(jù)采集與處理為主，常用的點云處理軟件有Geomagic、Studio、CATIA Imageware、Proe 等。

數(shù)字成型主流的形式有減材與增材兩種：減材成型方式是一種通過減少制造材料的工藝從而達到成型設(shè)計要求的技術(shù)，通常以CNC 數(shù)控雕刻、激光燒蝕為手段的加工形式。增材成型（3D 打?。﹦t是通過耗材的逐層堆積而達到成型的目的，目前流行的技術(shù)有FDM、SLA 等，運用于陶瓷產(chǎn)業(yè)中的3D 打印技術(shù)主要有光固化成型（簡稱SLA）、熔融沉積成型（簡稱FDM）和選擇性激光燒結(jié)（簡稱SLS）。[1]光固化、熔融沉積成型方式可利用光敏樹脂、PLA、ABS 等多種材料進行模種的制作屬于間接成型，其特點是技術(shù)成熟、設(shè)備及耗材成本較低、維護簡便。選擇性激光燒結(jié)、激光誘導(dǎo)注漿成型（簡稱LIS）可使用陶瓷粉末、水基陶瓷漿料對陶瓷造型直接打印，但由于設(shè)備及使用、維護成本較高、生產(chǎn)效率低等因素影響，在普通陶瓷生產(chǎn)中并無廣泛應(yīng)用。

2 陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品的傳統(tǒng)開發(fā)形式

傳統(tǒng)陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)流程中在設(shè)計效果圖表現(xiàn)、模型打樣制作、模種制作階段，往往需要設(shè)計師與模型技師的相互協(xié)作通過手工的形式完成，在溝通過程中設(shè)計師要繪制產(chǎn)品效果圖、三視圖、結(jié)構(gòu)圖等大量圖紙以達到精確向模型技師表達產(chǎn)品造型特點。由于傳統(tǒng)的手繪效果圖費時費工,繪制速度慢,學(xué)習(xí)掌握的難度大,已很難適應(yīng)當(dāng)今設(shè)計市場的要求。[2]同時模型技師也需要完全領(lǐng)會設(shè)計意圖，再以手工的形式完成展示模型及生產(chǎn)模種的制作，這大大的延長了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，增加了開發(fā)成本。

創(chuàng)意性是陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品的核心要素。隨著現(xiàn)代信息傳播途徑的顛覆性改變，這就要求文創(chuàng)產(chǎn)品更新速度要適應(yīng)現(xiàn)代消費市場對創(chuàng)新和審美需求，同時降低產(chǎn)品開發(fā)成本以適應(yīng)文創(chuàng)產(chǎn)品市場壽命周期的縮短。當(dāng)前，一系列依托計算機與三維成型技術(shù)的數(shù)字化輔助手段能有效的化解現(xiàn)代陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品傳統(tǒng)開發(fā)形式中出現(xiàn)的矛盾。

3 陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品數(shù)字成型與快速開發(fā)

數(shù)字技術(shù)不但可以克服傳統(tǒng)的視覺設(shè)計缺陷，還可以通過對產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進行分析，為下一階段的生產(chǎn)制造工作奠定基礎(chǔ)。[3]快速成型（Rapid Prototyping,簡稱RP）技術(shù)不同于傳統(tǒng)成型加工方法，RP 技術(shù)采用材料“累加法”制造零件原型。RP 技術(shù)用于陶瓷新產(chǎn)品的開發(fā)，不僅可縮短開發(fā)周期，而且可大大降低產(chǎn)品開發(fā)中失誤的可能性。[4]陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品快速開發(fā)是一個多層面的系統(tǒng)化過程，在產(chǎn)品的設(shè)計及成型階段引入數(shù)字成型技術(shù)后，可在產(chǎn)品設(shè)計表現(xiàn)、外觀及功能評價、展示模型及模種制作等環(huán)節(jié)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

3.1 三維圖形技術(shù)

三維圖形技術(shù)是利用計算機硬件及軟件設(shè)備，通過二維平面空間圖形模擬三維虛擬空間的一種圖形技術(shù)，三維掃描、三維建模是三維圖形技術(shù)的主要體現(xiàn)形式。三維掃描技術(shù)在博物館陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)等此類型逆向開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，具有精度高、使用靈活、對掃描數(shù)據(jù)采集對象無損害等優(yōu)點，這一技術(shù)的應(yīng)用極大的降低了設(shè)計師獲取設(shè)計元素圖形（數(shù)字模型）的工作強度。三維建模是產(chǎn)品設(shè)計中常用的一種表現(xiàn)手段，有助于設(shè)計師快速得到具有三維空間的視覺效果圖，能夠?qū)Ξa(chǎn)品形態(tài)分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定、材質(zhì)效果等方面進行全面的評價，為設(shè)計分析與完善設(shè)計提供了較為可靠的依據(jù)。

3.2 三維打印技術(shù)

三維打印技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的集計算機技術(shù)、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、新材料技術(shù)等技術(shù)群主導(dǎo)下的增材制造成型技術(shù)，主要運用粉末狀、液態(tài)狀等狀態(tài)下的塑料、金屬、砂石等可粘合材料，通過逐層疊加打印來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)。[5]三維打印技術(shù)是現(xiàn)代產(chǎn)品快速開發(fā)的重要手段，其成型速度快、成型材料多元化、成本低、精度和自動化程度高的優(yōu)點為降低企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)周期與成本提供了可能。

3.3 數(shù)字成型技術(shù)的優(yōu)勢與前景

數(shù)字成型技術(shù)極大的降低了陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)成本，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時增強了文化元素的傳播速度與途徑。特別是擴展了參與開發(fā)人群的適應(yīng)性，降低了參與設(shè)計門檻，更多的優(yōu)秀文化元素和創(chuàng)意思想可以通過該技術(shù)進行有機的轉(zhuǎn)化。數(shù)字成型技術(shù)的優(yōu)勢對應(yīng)了陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)中的核心要素，目前隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步正經(jīng)歷快速發(fā)展和實踐應(yīng)用推廣階段，這項技術(shù)逐漸被更多的產(chǎn)品設(shè)計師、陶藝家、陶瓷企業(yè)等人群與行業(yè)所廣泛應(yīng)用。

4 “包公杯”陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)案例

該文創(chuàng)產(chǎn)品以宋文化為設(shè)計背景，抽象概括了包公形象特征，將其與咖啡杯的使用功能相結(jié)合，并通過陶瓷材質(zhì)的本質(zhì)屬性賦予了受眾對傳統(tǒng)陶瓷文化認同感。針對陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)的需要，該產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)以數(shù)字建模（Rhino）和FDM打印技術(shù)為依托進行了快速開發(fā)。

4.1 Rhino 三維建模

“包公杯”整體形態(tài)主要由杯身與杯蓋兩個獨立的部分組成，在繪圖時要分別繪制，同時要注意蓋子與杯身結(jié)合處卡扣尺寸的余量設(shè)置。根據(jù)草圖分析，杯身、杯蓋均屬于同心圓造型可在操作視圖中繪制出截面線后通過旋轉(zhuǎn)成型得到實體模型，帽翅、月牙、V 字隔熱圈裝飾部圖形均可通過畫線擠出后修建得到相應(yīng)的造型（圖1）。

得到基礎(chǔ)模型后，根據(jù)陶瓷成與燒制工藝特點、創(chuàng)意審美需要等方面的考慮對模型進一步的修改后進行渲染，或結(jié)合Keyshot 渲染軟件得到效果更好的產(chǎn)品效果圖，并可通過多視角的效果圖對產(chǎn)品的整體設(shè)計狀況進行分析與評價（圖2）。

圖2 渲染效果圖

4.2 FDM（PLA 材質(zhì)）3D 打印

FDM（熔融沉積成型），采用熱熔噴頭，使半流動狀態(tài)的材料按CAD 分層數(shù)據(jù)控制的路徑擠壓并沉積在指定的位置凝固成型, 逐層沉積、凝固后形成整個原型或零件，這一技術(shù)發(fā)展較為成熟，設(shè)備及耗材使用成本低。打印耗材PLA（聚乳酸），是一種新型的生物基及可再生生物降解材料，可實現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，無論是材料生產(chǎn)和使用過程中均無污染，是理想的綠色高分子材料。

將繪制完成的模型在Rhino 中另存為STL 格式，通過3D 打印機自帶的打印切片軟件打開STL 模型文件，（圖3）根據(jù)打印要求設(shè)置模型的位置關(guān)系與基礎(chǔ)打印參數(shù)，可以通過移動打印層數(shù)滑塊預(yù)覽打印過程，較大程度上避免打印過程中出現(xiàn)的錯誤（圖4）。切片完成后導(dǎo)出為Gcode 文件，可直接打印或?qū)⑽募４嬷链鎯橘|(zhì)中，在打印機上連接存儲介質(zhì)后讀取文件進行打印。

圖3STL 模型文件

圖4 出現(xiàn)的錯誤

打印前清理打基板耗材殘留、油漬等，使耗材能牢固的與打印基板穩(wěn)定結(jié)合，固定好基板后可手動或自動對基板進行調(diào)平。完成打印準(zhǔn)備工作后，用3D 打印機打開Gcode 切片文件，機器根據(jù)打印文件及參數(shù)設(shè)置自動進行打?。▓D5）。打印過程中不必全程監(jiān)控，但在打印初始階段需要觀察基板調(diào)平、打印模型翹邊等問題是否出現(xiàn)，出現(xiàn)問題應(yīng)及時終止打印，以免造成耗材與時間的浪費，解決問題后重新進行打印以保障打印效果符合設(shè)計要求（圖6）。

圖5 打印過程

圖6 重新打印

4.3 石膏模具翻制

根據(jù)石膏模具翻制工藝要求進行模種的打印，打印完成后對模型表面不平整的毛刺使用修剪鉗進行修剪，也可配合使用600 目左右的砂紙對其打磨（圖7）。若對石膏模具精細度要較高，翻制前在模種表面均勻噴上2-4 層清漆使模種表面更加光滑，能進一步降低打印時留下的層痕，也便于脫模（圖8）。

圖7 打磨

圖8 模具

圖9 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸

5 結(jié)語

數(shù)字成型技術(shù)為陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品開發(fā)提供了高效、便捷、低成本的形式，同時也為更多設(shè)計師（藝術(shù)家）廣泛的參與到陶瓷藝術(shù)的創(chuàng)作中提供了平臺，能將設(shè)計創(chuàng)意思維更直觀有效的轉(zhuǎn)化為具有三維空間及可視化的模型（實物）提供了多種解決方案，滿足了現(xiàn)代陶瓷文創(chuàng)產(chǎn)品消費市場對于產(chǎn)品日新月異的需求。目前數(shù)字成型技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展已達到較為成熟的階段，未來如何將AI（人工智能）技術(shù)與其結(jié)合，作為陶瓷設(shè)計發(fā)展的新動力，是陶瓷設(shè)計可持續(xù)發(fā)展研究的新方向。