3D 打印與《首飾工藝制作》課程教學(xué)的結(jié)合與探討

曹超嬋

3D 打印與《首飾工藝制作》課程教學(xué)的結(jié)合與探討

曹超嬋

隨著 3D 打印技術(shù)的愈發(fā)成熟，新的理念將逐漸改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。目前，不少高校也逐步引進(jìn) 3D 打印設(shè)備及其新的生產(chǎn)理念服務(wù)于教學(xué)，提升教與學(xué)的與時(shí)俱進(jìn)，縮小與社會(huì)人才需求的差距，對(duì)教學(xué)來說是一個(gè)機(jī)遇也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

3D 打印技術(shù) 首飾工藝制作 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、3D 打印的概述

1.3D 打印技術(shù)的原理

3D 打印技術(shù)，又稱“三維打印技術(shù)”，即快速成型技術(shù)的一種，是指通過可以“打印”出真實(shí)物體的 3D 打印機(jī)，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成 3D 實(shí)體。包括“快速原型制造技術(shù)”和“金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)”兩大類。目前我們所了解的 3D 打印成果和案例大多屬于“快速原型制造技術(shù)”范疇。

2.3D 打印技術(shù)的現(xiàn)狀

隨著 3D 打印技術(shù)的不斷成熟，3D 打印被廣泛地運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)制造領(lǐng)域，應(yīng)用于理念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制作和驗(yàn)證評(píng)審；在建筑工程領(lǐng)域，應(yīng)用于建筑工程和施工模擬；在生物醫(yī)療領(lǐng)域，應(yīng)用于人造骨骼、皮膚、血管甚至是器官的制作；在消費(fèi)品領(lǐng)域，應(yīng)用于衣帽、鞋類、玩具、首飾的設(shè)計(jì)和制造。

在高校教學(xué)上，我國3D打印研發(fā)機(jī)構(gòu)主要集中在清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等著名高校，除了應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究外，也面向產(chǎn)業(yè)需求提供共享服務(wù)，部分研究成果已處于世界先進(jìn)水平。

在設(shè)計(jì)應(yīng)用上，2013年的巴黎時(shí)裝周，設(shè)計(jì)師 Iris van Herpen 上演了一場 3D 打印時(shí)裝秀，讓冰冷的打印機(jī)代替充滿藝術(shù)靈感之美的釘珠刺繡；紐約著名策展人莫里．摩斯（Murray Moss）策劃了一個(gè)關(guān)于“3D 打印”物品的特別展，在維多利亞和阿爾伯特博物館展出。

3.3D 打印技術(shù)在首飾行業(yè)的應(yīng)用

（1）3D 快速成型技術(shù)

快速成型技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、激光技術(shù)和新材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的制造技術(shù)。它是一種具有廣泛應(yīng)用前景的、正在不斷完善的高新技術(shù)，在發(fā)達(dá)國家的首飾制造業(yè)，快速成型已成為原型制造的重要生產(chǎn)方式。

首飾快速成型制作原版與傳統(tǒng)手工起版相比，在多方面有突出的優(yōu)勢：在時(shí)間上，傳統(tǒng)手工起版需要培養(yǎng)熟練工 3-4年時(shí)間，而快速制版需要半年左右；在款式上，快速制版在完成首版前可運(yùn)用電腦制作多種材質(zhì)的效果圖；在數(shù)量上，快速制版可一次同時(shí)成型多個(gè)模型；在材質(zhì)上，快速制版可運(yùn)用蠟、樹脂、金屬等。

（2）首飾行業(yè)主要采用的快速成型方法

目前，在首飾制造業(yè)界已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)用途的快速成型設(shè)備主要有三類：一是融積成型；二是激光固化成型；三是 CNC 雕刻成型。

噴蠟式 FDM 法融積成型：該方法采取噴射凝固式，使噴頭噴出的液態(tài)蠟層堆積成型，典型的設(shè)備有美國 Solidscape Inc.生產(chǎn)的噴蠟式立體成型系統(tǒng)。

SLA 光敏樹脂選擇性固化成型：該方法是目前快速成形技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多的方法，其特點(diǎn)是精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率高，能成型形狀復(fù)雜、精細(xì)的首飾原型，缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格昂貴，而且必須采用專用樹脂，成型材料價(jià)格一般較昂貴。

CNC 數(shù)控雕刻機(jī)：小型的 CNC 數(shù)控雕刻機(jī)也逐漸應(yīng)用于首飾行業(yè)的快速成型，也是小型企業(yè)自制模具時(shí)考慮的首選。該設(shè)備既可用樹脂、塑料、蠟型材加工，也可直接加工金屬材料；擅長加工各種異型構(gòu)造面，可加工非常復(fù)雜的立體輪廓和紋理。

二、3D 打印技術(shù)在《首飾工藝制作》課程教學(xué)中的應(yīng)用

1.《首飾工藝制作》課程分析

課程中文名稱：首飾工藝制作

課程類別與性質(zhì)：專業(yè)必修課

總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（其中講課與示范 12學(xué)時(shí)，實(shí)踐 42學(xué)時(shí)，討論4學(xué)時(shí)，資料收集6學(xué)時(shí)）

學(xué) 分：4

《首飾工藝制作》課程內(nèi)容

先修課程：《金屬鍛造》、《首飾設(shè)計(jì)構(gòu)思》

面向?qū)ο螅悍b與服飾設(shè)計(jì)專業(yè)，大學(xué)三年級(jí)第 5學(xué)期

本課程是服裝與服飾設(shè)計(jì)專業(yè)(服飾品設(shè)計(jì))方向?qū)W生的專業(yè)模塊必修課，是首飾設(shè)計(jì)系列基礎(chǔ)課程的延伸。本課程要求教師以講解理論要領(lǐng)和結(jié)合實(shí)際操作等方式進(jìn)行授課，學(xué)生通過學(xué)習(xí)在了解專業(yè)理論的基礎(chǔ)上應(yīng)用首飾制作的工藝、結(jié)合首飾設(shè)計(jì)的構(gòu)思方法，完成首飾的制作，達(dá)到課程訓(xùn)練的目標(biāo)。

考核方式：本課程總成績由平時(shí)成績（40%） 及期末成績（60%）組成。

2.3D 打印技術(shù)與《首飾工藝制作》課程教學(xué)的結(jié)合

近年來的教學(xué)中，首飾設(shè)計(jì)通過三個(gè)階段達(dá)到學(xué)習(xí)目的：發(fā)現(xiàn)觀察階段、主題設(shè)計(jì)階段、形態(tài)轉(zhuǎn)化階段，前沿課程《金屬鍛造》熟悉基礎(chǔ)工藝制作簡單的首飾成品，《首飾設(shè)計(jì)構(gòu)思》完成發(fā)現(xiàn)觀察階段和主題設(shè)計(jì)階段，《首飾工藝制作》完成形態(tài)轉(zhuǎn)化階段：傳統(tǒng)的教學(xué)方式是通過焊接，雕蠟，翻模等基本方法，使學(xué)生掌握首飾工藝制作的步驟制作成品，但作品較為單一，在設(shè)計(jì)思維上空間感較弱，教學(xué)成果不夠豐富。以下內(nèi)容主要在本課程第四章節(jié)系列首飾制作中實(shí)驗(yàn)。

（1）系列首飾制作的材料轉(zhuǎn)化

首飾材料在教學(xué)中主要分為傳統(tǒng)首飾材質(zhì)（貴金屬金銀銅等），現(xiàn)代首飾材質(zhì)（木材、玻璃等）。3D 打印設(shè)備通過不同的型號(hào)，運(yùn)用不同的材料（粉末、樹脂、金屬等），制作不同效果的首飾作品。在首飾制作中普遍運(yùn)用樹脂材質(zhì)打印出的效果較佳，即SLA 光敏樹脂型打印設(shè)備。

（2）系列首飾制作的工藝轉(zhuǎn)化

在本課程上將學(xué)生分成 4個(gè)小組，每個(gè)小組 6位學(xué)生，因?yàn)樵O(shè)備、材料、成本、師資的限制，只選擇其中感興趣的一組學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生按傳統(tǒng)的教學(xué)模式制作成果。首先，通過對(duì)建模軟件 Jewel CAD 的學(xué)習(xí)，掌握首飾設(shè)計(jì)的技巧完成最終的設(shè)計(jì)方案；其次，掌握 3D 打印設(shè)備的各項(xiàng)程序；最后，學(xué)生將自己設(shè)計(jì)的方案直接打印出來，根據(jù)實(shí)物進(jìn)行創(chuàng)意及功能結(jié)構(gòu)的分析檢測，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修改，形成設(shè)計(jì)、打印、修改、再打印的過程，直到最后方案確定。與 3D 打印技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)通過不同的工藝過程產(chǎn)生了不同的教學(xué)效果，學(xué)生從傳統(tǒng)的鍛造工藝直接切換到電腦軟件的成品打印，省去了手工工藝的制作過程，對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用也有了新的了解，對(duì)首飾的精細(xì)化制作也有了更為直觀的空間感受。

（3）系列首飾制作的細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)化

學(xué)生運(yùn)用 3D 打印技術(shù)制作首飾成品，選擇更為精細(xì)化的樹脂材料完善設(shè)計(jì)作品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，也是首飾作品的后處理與評(píng)價(jià)反思。

3.3D 打印技術(shù)對(duì)首飾實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響

（1）拓展學(xué)生思維空間，提升學(xué)生創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)的多樣化

按照3D打印一次成型的原理，打破了傳統(tǒng)制造的局限性，只要學(xué)生能展開設(shè)計(jì)思維，把創(chuàng)意轉(zhuǎn)化成三維數(shù)據(jù)模型，均可通過 3D 打印機(jī)制造出立體實(shí)物，縮短創(chuàng)意與成品之間的距離，提高學(xué)生的創(chuàng)意思維能力，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式之外的多樣化表現(xiàn)。

（2）加強(qiáng)學(xué)生多學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)，增加學(xué)生就業(yè)機(jī)會(huì)

首飾設(shè)計(jì)是一門藝術(shù)與技術(shù)高度交叉、自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)有機(jī)結(jié)合的學(xué)科，3D 打印是一項(xiàng)集光學(xué)工程、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)一體的技術(shù)，不豐富學(xué)生多學(xué)科、多門類知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于首飾設(shè)計(jì)專業(yè)的綜合掌握，而社會(huì)正需要這樣的綜合型人才。

（3）提升教師的自主學(xué)習(xí)能力，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研教學(xué)發(fā)展

教師的不斷學(xué)習(xí)是教學(xué)質(zhì)量的保證，高校也將鼓勵(lì)與促進(jìn)教師教學(xué)業(yè)務(wù)水平的提高，使學(xué)生接觸真實(shí)的企業(yè)項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力，推動(dòng)高校首飾設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)學(xué)研的發(fā)展。

4.3D 打印技術(shù)對(duì)首飾教學(xué)的局限及措施

（1）成本昂貴：現(xiàn)有 3D 打印機(jī)造價(jià)仍普遍較為昂貴，給其進(jìn)一步普及應(yīng)用帶來了困難。（2）打印材料局限性：目前 3D 打印的成型材料多采用化學(xué)聚合物，選擇的局限性較大，成型材料的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。（3）精度有待提高：目前 3D 打印的效率還遠(yuǎn)不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機(jī)工作原理的限制，打印精度與速度之間存在沖突。（4）產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大：3D 打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴(kuò)散，制造業(yè)面對(duì)的盜版風(fēng)險(xiǎn)大增，現(xiàn)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。（5）教學(xué)應(yīng)用不成熟：各類高校對(duì)于 3D 打印設(shè)備的使用都處于一個(gè)摸索階段，因此在技術(shù)交流與成果展示方面還沒有形成的教學(xué)氛圍，不利于高校首飾教學(xué)水平的交流與提升。

三、結(jié)語

就目前 3D 打印性能而言，不同型號(hào)、不同類別的 3D 打印機(jī)使用不同的材料，采用不同加工工藝，打印出的產(chǎn)品也大不相同，因此，高校采購的一臺(tái) 3D 打印設(shè)備對(duì)于首飾設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)、產(chǎn)學(xué)研需求有一定的局限。另外、我國多數(shù)企業(yè)尚未接受 3D 打印的制造理念，對(duì)3D打印這一新興技術(shù)的戰(zhàn)略意義認(rèn)識(shí)不足，與學(xué)校開展科研項(xiàng)目還存有顧慮，導(dǎo)致學(xué)校的 3D 打印機(jī)還處在部分學(xué)生的課外興趣研究層面。這既需要 3D 打印研發(fā)機(jī)構(gòu)改進(jìn)3D 打印技術(shù)，也需要高校加強(qiáng) 3D 打印產(chǎn)學(xué)研機(jī)制的完善，更需要政府、企業(yè)、學(xué)校三位一體共同努力。

[1]王忠宏等．中國 3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展思路［J］.經(jīng)濟(jì)縱橫，2013(1).

[2]盧秉恒.激光快速成型技術(shù)與設(shè)備簡介[R].西安:西安交通大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所，1997.

[3]榮烈潤.面向 21世紀(jì)的激光快速成形技術(shù)[J].機(jī)電一體化，2001(4).

[4]劉紅俐，花國然，羅新華.國內(nèi)外快速成型技術(shù)的新發(fā)展與展望[J].南通工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002(3).

作者單位：浙江理工大學(xué)