倒流壺歷史、原理及3D打印復原

什么是倒流壺

倒流壺，又有倒裝壺、倒灌壺、內(nèi)管壺之稱，這一名稱的得來，與其獨特的使用方式有關。倒流壺雖然具有壺的形貌，但壺蓋卻與器身連為一體，無法像普通壺那樣從口部注水。原來，在這種壺的底部有一個小孔，使用時把壺倒轉過來，才能注水入壺，所以有倒裝之稱。注水時，水不會從口部流出來；注滿水后，將壺放正，也不用擔心下邊的小孔漏水。

倒流壺的燒制過程

倒流壺在制作過程中也是要“倒”著做。需要先用陶泥拉出壺形；再將準備好的導管放進壺胎內(nèi)部，然后再將成型壺口封上，進爐燒制。

燒制倒流壺的窯爐，體現(xiàn)出當時的陶瓷工匠掌握了先進技術。根據(jù)考古分析，在唐代，耀州窯的燒窯溫度就已經(jīng)達到了1310℃。能達到這樣一種高溫主要歸功于一種窯頂完全封閉的馬蹄窯。這種窯的先進之處在于，當火從火塘升起后先到窯頂，因為窯頂是封閉的，火只能沿著窯床往下運動。這樣在火焰從窯底到窯頂?shù)倪\動過程中，就可以對窯內(nèi)的產(chǎn)品進行均勻燒制。最后的火從底部煙道排出。

倒流壺的歷史

據(jù)有關資料記載，倒流壺在宋代時最為出名。到了元代，其工藝發(fā)展得更加爐火純青。宋、遼、金時期，倒流壺較為流行。宋代制瓷業(yè)有較大發(fā)展，當時窯口林立，瓷器品種繁多，北方定窯的白瓷、耀州窯的刻花青瓷、磁州窯的白釉黑花瓷、鈞窯的窯變瓷等，以其豐富的裝飾技法構成了北方瓷器的獨特風格?，F(xiàn)藏陜西歷史博物館的一件五代耀州窯青釉剔刻花獅流倒裝瓷壺，20世紀70年代初出土于陜西彬縣，該壺集捏塑、剔刻、模印裝飾于一體，技法運用純熟老練，紋飾疏密有致，過渡自然。壺通體施青釉，釉色青綠深沉，素雅潤澤，展示了五代耀州窯制瓷工藝的高超水平。

明清時期，制瓷業(yè)更加繁榮昌盛，制瓷工藝又有了改革創(chuàng)新，器形燒造富于變化，裝飾技法與題材更為豐富多彩，釉色品種繁多，色彩紛呈，開創(chuàng)了中國制瓷史的新篇章。元明清時期，倒流壺一直都有制作，保留下來的實物尤以清代為多，其質地有彩瓷、紫砂以及錫壺等，較前代有較大發(fā)展。清代倒裝壺很少再有早期帶提梁的樣式，而是將提梁改為執(zhí)柄，造型一般都做成枝葉壽桃形，壺上多裝飾蝙蝠、鹿、壽星、童子、松樹等圖案。

倒流壺的原理

圖2

通過倒流壺的剖面圖，可以看到壺里面設置有一個連接壺嘴的出水管和一個連接底部孔洞的注水管。而實現(xiàn)倒流壺“魔法”的關鍵，就在于壺中的這兩個導管。當壺身倒過來時，可以將水沿著注水管倒進壺內(nèi)，只要壺中水的高度不超過出水管的高度，水就不會從壺嘴流出。而當壺身正過來時，只要壺中水的高度不超過注水管的高度，水就不會從底部的孔洞中流出來。所以，雖然倒流壺底部有洞，但卻能做到滴水不漏。

倒流壺主要利用的是物理學中的“連通器”原理。其基本原理是：底部互相連通的容器，注入同一種液體，在液體不流動時連通器內(nèi)各容器的液面總是保持在同一水平面上。因此，倒流壺之所以沒有可以掀開的壺蓋，卻在壺底留有一個孔洞的問題也就迎刃而解了。

倒流壺的優(yōu)點

由于倒流壺沒有可掀開的蓋，因此比起生活中我們常用的壺，密封的更嚴實，灰塵不能落入壺內(nèi)，也就更衛(wèi)生。

3D建模

圖4為我的三維設計最終渲染圖，原型為壽桃型倒流壺。壺的主體為紅色的桃子和底座，水嘴和壺把兒為黑色的樹枝，配以裝飾性的樹葉組成整個作品。三維設計時這個作品由壺體、水嘴、壺把兒、上水的空心錐形、裝飾性樹葉五部分組成。三維設計中，我以3DOne為設計工具，主要原因是該軟件可以快速完成葉子部分的彎折，同時可以快速地完成整體作品的設計。倒流壺作品的設計難點有三個：一是整個作品需要一體式打印，且這個物件只有兩個非常小的開口，這就要求作品打印環(huán)節(jié)不能給壺內(nèi)部添加支撐。二是如何使這個作品打印完之后真的能放水，且不漏水。三是ABS和PLA的材料選擇問題。

解決第一個問題，作品設計階段需要保證整個作品都是成向上的角度，避免出現(xiàn)向下彎曲的面。如圖5，A處在打印過程中如果不帶支撐，一定會出現(xiàn)坍塌的問題。在整個作品的設計過程中，一定要要緩慢地擴張與收縮，設計過程中就要努力設計保證作品的打印質量。

圖5

第二個問題，常規(guī)打印作品時不必考慮水的密封性，但打印的作品需要保證作品的強度，我們在常規(guī)作品中經(jīng)常以2.5mm作為殼的厚度。倒流壺這個作品在設計階段我們選擇3.0mm作為殼的厚度。

第三個問題，材料選擇也是一門學問。PLA在打印過程中雖然無味道，且為食品級材料，貌似適合作為壺的材質。但PLA卻有溶于水，特別是熱水的缺點?？紤]作品的多次使用性，我們只能摒棄PLA的材料。ABS材料具有耐水性，但不是食品級材料，這個模型使用ABS打印，只能作為一個原理演示之用，不能把它當成一個真正的壺，用來喝水泡茶。

下面，簡單地介紹一下產(chǎn)品設計步驟：

（1）壺體設計

3DOne只有xy基本面，需要先建立輔助幾何體在z空間參考作圖，使用曲線工具畫出半個桃子形狀（如圖6），然后使用旋轉360度的方式形成實體，最后抽-3mm的殼，完成壺體的制作。

（2）壺嘴的設計

壺嘴設計主要采用掃略的方式完成，首先通過輔助幾何體在壺的中心平面繪制曲線，曲線大小如圖7，然后在曲線上畫半徑為12mm的圓，通過掃略操作形成實體。然后進行-3mm的抽殼操作，開放面需選擇上下兩個底面。當然使用放樣操作效果會更好。

（3）壺把的設計

壺把的設計與壺嘴類似，不同點是抽殼的時候，無需開放兩個底面。

（4）裝飾性樹葉的設計

制作樹葉的要點是采用草圖繪制，先繪制樹葉的形狀，然后用特殊功能的圓柱彎折，彎曲出葉子的曲度。通過基本編輯中移動的動態(tài)移動，將葉子擺放到合適位置。

（5）倒水管的設計

設計倒水管前，需要在壺底面挖出孔洞，以孔洞半徑加3mm，為半徑設計實體中錐形，在壺內(nèi)設計錐體，并對錐體進行-3mm的抽殼，同時選擇上下兩面為開放面。為方便操作，可以隱藏壺的主體。

（6）打通壺嘴與壺體的隔斷，去除壺嘴多余部分

使用減操作，去除壺嘴與壺體的隔斷，否則水就不能從壺嘴流出了。

（7）組合倒流壺的各個部件

使用組合操作時，加運算將各個部件組合為一個整體，組合之后可以快速判定壺是否為一個整體，方法是通過鼠標單擊壺的任意部分查看。若整體變色，則說明組合成功。

3D打印過程

本作品打印時需保證作品內(nèi)部無支撐，且有足夠的水密封性。以我們現(xiàn)在使用的太爾時代打印機的up stduio為例，在打印作品前需要進行以下特殊設置：打印參數(shù)中，密封層數(shù)由默認的3調整為6，僅底部支撐兩個選項。密封層數(shù)變?yōu)?的作用是增加封密性。僅底部支撐，可以保證壺體內(nèi)部不存在支撐，這兩個參數(shù)是倒流壺能否成功打印的關鍵所在。

當然，設計過程中的微小失誤，都有可能造成作品的打印失敗。在此我們發(fā)布一個已經(jīng)經(jīng)過實際打印的作品原型供大家參考，網(wǎng)址為http：//www.i3done.com/u/9883464。

倒流壺的含義

古人設計制造的倒流壺有著很深的含義，倒的終點為正，正的終點為倒。這樣一個看起來匪夷所思的道理，其實就是告訴眾人：做任何事情都不要超越限度。

（作者單位：北京宏志中學 北京市東城區(qū)教育研修學院）