一種激光切割單板拼花裝飾制品的工藝研究?

樂 磊 王舉偉 唐朝發(fā)

利用AutoCAD軟件，將單板拼花制品的設(shè)計圖案轉(zhuǎn)換成造型圖，在Photoshop軟件中通過L*a*b*色空間中的明度值L*確定設(shè)計圖案中對應(yīng)的拼花制品所需的單板種類；從設(shè)計的角度，針對單板的特性，借助CNC技術(shù),在設(shè)計過程中考慮批量化生產(chǎn)及人們對視覺效果的需求，按照設(shè)計及工藝要求完成單板的拼花設(shè)計；在此基礎(chǔ)上，為了便于加工管理，對線型圖進行編號，將編好號的線型圖進行拆分，根據(jù)單板的規(guī)格和激光切割機的加工幅面進行排版，形成排好版的編號圖。將排好版的編號圖去掉編號形成對應(yīng)的加工圖，加工圖導(dǎo)入SmartCarve軟件中，根據(jù)加工要求進行參數(shù)設(shè)置，控制激光切刻機對單板進行切割，得到需要的單板最小單元；將造型圖導(dǎo)入SmartCarve軟件中，進行雕刻參數(shù)設(shè)置，控制激光雕刻機對背板進行雕刻，最后將最小單元粘貼到背板相對應(yīng)的位置上，完成單板拼花裝飾制品制造[1-2]。

1 主要儀器設(shè)備及材料

1.1 主要儀器設(shè)備

M2500c型分光測色儀；CMA6040激光切割機；CMA1390激光雕刻機。

1.2 主要材料

紅尼斯 （Aucoumea klaineana），花梨 （Pterocarpus cambodianus），蘋果木（Schizomeria spp.），楓木雀眼（Acer spp.），鐵刀木 （Cassia siamea），斑馬（Paraberliniabifoliolata），白影（Acer pseudoplatanus），水曲柳（Fraxinus mandschurica），核桃楸 （Juglans mandshurica），柞木（Quercus mongolica），椴木（Tilia amurensis），紅松（Pinus koraiensis），厚度0.5 mm的刨切單板[2]；多層椴木膠合板等。

2 單板拼花設(shè)計

2.1 單板的L* a* b*色的采集

使用M2500c型分光測色儀對將要用到的單板進行L*a*b*色的采集，表1是部分單板顏色特征值。

表1 部分單板顏色特征值Tab.l Color characteristic values of partial veneers

2.2 造型設(shè)計

藝術(shù)圖案可以參考攝影作品、繪畫作品等進行創(chuàng)作，如圖1為春光長壽的丙烯畫。對于基本符合要求的圖形，在AutoCAD軟件中用插入光柵圖像參照命令插入圖片，根據(jù)設(shè)計的生產(chǎn)工藝，在另外一個圖層，對藝術(shù)作品進行繪制，得到其線型圖，如圖2，完成線型設(shè)計；對于不符合要求的圖形，通過搜集相關(guān)的圖片以及實地考察，進行畫面的整體布局，對其進行再創(chuàng)作，在Photoshop軟件中對圖片進行處理后，再調(diào)入到AutoCAD軟件中，完成線型設(shè)計。線型圖是按照工藝要求進行設(shè)計的，它需要滿足如下工藝要求：每個切割的單板零件簡稱最小單元，每個最小單元實際尺寸大于5 mm×5 mm，小于這個尺寸設(shè)備則無法加工；需要切割單板的圖形，必須是封閉圖形，才能實現(xiàn)單板被切割下來的加工任務(wù)；切割的圖形最好是曲線，直線轉(zhuǎn)角會減慢速度；不能有重疊線，否則，會引起重復(fù)加工；在AutoCAD軟件中畫圖時要有規(guī)律，如從上到下，從左到右，因為，加工是根據(jù)畫圖時的順序進行的，無意義的加工路徑既浪費時間，也損耗設(shè)備。

2.3 明度設(shè)計

圖1 丙烯畫Fig.1 Acrylic painting

圖2 線型圖Fig.2 Line graph

將在AutoCAD軟件中畫好的線型圖存為PDF格式 ，在Photoshop軟件中打開，如圖2。先大致選出需要用到的單板，在Photoshop軟件中選定線型圖（圖2）的最小單元，在拾色器中輸入選出單板的L*值，然后進行明度填充。因為單板的明暗范圍比真實的少，所以按照真實的明暗關(guān)系填充反而變得比較容易，只需表現(xiàn)出空間層次即可。多填幾張，選出最佳的一張，完成明度設(shè)計，得到相應(yīng)的明度圖，如圖3。

圖3 明度圖Fig.3 Lightness graph

2.4 色彩轉(zhuǎn)換

色彩轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確地說是將明度設(shè)計轉(zhuǎn)化成色彩設(shè)計。每個最小單元單板的L*值對應(yīng)著L*a*b*值，因此選取明度圖最小單元，參照明度圖，在Photoshop軟件拾色器中輸入最小單元單板對應(yīng)L*值的L*a*b*值，對線型圖選區(qū)重新填色即可得到色彩圖。

以對畫好的春光長壽圖色彩設(shè)計為例，筆者在多個方案中選擇最滿意的方案，充分利用計算機技術(shù)快速完成單板拼花的色彩設(shè)計，以此來確定最小單元所使用的單板種類，該方法快捷有效。

2.5 紋理設(shè)計

木紋是由一些大體平行但又不交叉的圖案構(gòu)成的，給人以流暢、井然、輕松、自如的感覺；木紋圖案由于受生長量、年代、氣侯、當(dāng)?shù)貤l件等因素的影響，在不同部位有不同的變化，這種周期變化的圖案給人以多變、起伏、運動、富有生命力的感覺。可以說木紋圖案充分體現(xiàn)了造型規(guī)律中變化與統(tǒng)一的規(guī)律，統(tǒng)一中有變化，變化中求統(tǒng)一[3]。所以，必須掌握單板天然紋理用于拼花制品時的規(guī)律，通過紋理設(shè)計，使拼花制品視覺效果更佳。

在紋理設(shè)計上，要注意以下三方面，其一，單板的紋理方向決定了單板的粘貼角度；其二，每張單板的紋理都不完全相同；其三，一些特殊的紋理能夠表現(xiàn)出特定的裝飾效果[2]。在色彩圖的基礎(chǔ)上進行紋理設(shè)計，決定了后期最小單元單板切割之前的排版角度和一些特殊紋理單板的使用。

3 拼花單元加工

3.1 編號及拆圖

拼花單板，先編號，再拆圖，是為了滿足批量化生產(chǎn)的需求。

編號是指對造型圖每個最小基本單元進行編號，圖4為春光長壽圖的局部編號圖。編號采用四位數(shù)編號法，前兩位對應(yīng)拼花圖案種類，后兩位對應(yīng)單板種類，最多都是99種。如圖4，前兩位“01”代表的圖案是“鳥”，后兩位“01-06”代表的單板是紅尼斯，合在一起，“0101—0106”就是圖案中“鳥”使用紅尼斯單板部分的最小單元，從0101到0106共6塊。

拆圖是將編號圖的每個最小基本單元拆開，拆開的圖，按同一樹種，同一紋理方向進行歸類，根據(jù)單板的寬度和設(shè)備加工尺寸進行排版，以便于后期加工。如圖5的局部拆分圖，圖案中“鳥”都使用紅尼斯單板的最小單元，拆開后排版到一起，為便于后期形成對應(yīng)的加工圖。之后，去掉編號，形成對應(yīng)的加工圖，如圖6的局部加工圖。

圖4 局部編號圖Fig.4 Local numbering graph

圖5 局部拆分圖Fig.5 Local resolution graph

圖6 局部加工圖Fig.6 Local machining drawing

3.2 單板切割

激光切割具有精度高，切割快速，圖案不受限制，自動排版節(jié)省材料，切口平滑，加工成本低等特點，能夠完成各種各樣的曲線切割，能夠很好地完成設(shè)計意圖。將排好版的加工圖存為*.dxf文件導(dǎo)入SmartCarve軟件中，設(shè)置最小光強45%，最大光強50%，光速100 mm/s，焦距5 mm，就可以用激光切刻機CMA6040對單板進行切割。切割好的單板零件分類存放。

3.3 加工文件、切割單板貯放

加工圖形成兩種文件，一種是*.dxf文件，另一種是將*.dxf文件導(dǎo)入SmartCarve軟件中設(shè)置好加工參數(shù)導(dǎo)出的*.oux文件。再次加工時，需將*.oux文件直接導(dǎo)入激光切割機進行切割就可以；如果要更改加工參數(shù)，需將*.dxf文件導(dǎo)入SmartCarve軟件中重新設(shè)置參數(shù)，再進行加工。

根據(jù)編號圖、拆分圖，建立最小單元單板存放冊。前面是四位數(shù)編號的目錄頁，后面是單板存放頁；目錄頁左側(cè)是四位數(shù)編號，右側(cè)是對應(yīng)的頁碼；切割好的單板，裝入對應(yīng)頁碼的冊中；需要時，根據(jù)編號查取相應(yīng)的單板。

4 拼花飾品制備

4.1 文件管理

如果要實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，就需要有完整的圖紙，包括造型圖、明度圖、色彩圖、編號圖、拆分圖和對應(yīng)的加工圖，還要有相應(yīng)的*.dxf文件和*.oux文件。

4.2 背板雕刻

線型圖導(dǎo)入SmartCarve軟件，用激光雕刻機CMA1390進行雕刻，設(shè)置最小光強0.1%，最大光強0.3%，光速180 mm/s，焦距7 mm，將造型圖雕刻到背板上。

4.3 單板拼花

按照從上到下，從左到右的規(guī)律，涂飾專用拼板膠黏劑，在雕刻線型的區(qū)域中放置對應(yīng)的切割好的單板，壓平。所有單板都預(yù)粘貼好后，上面覆聚四氟乙烯薄膜，送入熱壓機，單位壓力0.9～1 MPa，熱壓溫度55～60 ℃，熱壓時間1～5min。

4.4 砂光飾面

單板拼花粘貼好后，需要用400#砂紙砂光，單板拼花表面最好進行手工打磨、修補，最后在打磨好的表面，手工擦涂木蠟油。這樣就借助CNC技術(shù)完成了需要的單板拼花制品。如圖7，就是完成的春光長壽單板拼花制品實物，幅面550 mm×900 mm。

5 結(jié)論

圖7 制品實物圖Fig.7 Product physical drawing

通過單板拼花制品生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新研究，實現(xiàn)了拼花制品的批量化生產(chǎn)。因為單板紋理的優(yōu)越特性，每塊單板都不一樣，所以，批量化生產(chǎn)的單板拼花制品也不會完全相同，在提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的同時，又能實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化，具有非常好的市場前景。

[1]樂磊, 丁子峰, 王舉偉, 等. 利用單板明度值確定拼花制品中的單板種類[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2017, 44(7):52-54, 62.

[2]樂磊, 姜俊良, 王舉偉, 等. 單板明度值在單板拼花制品中的應(yīng)用[J].林產(chǎn)工業(yè), 2017, 44(11):49-51.

[3]李堅. 木材科學(xué)研究[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2009.