基于3D打印技術(shù)的復(fù)雜脫胎漆器制作方法研究

俞磊

摘 要： 在傳統(tǒng)脫胎漆藝模型創(chuàng)作過程中，受空間復(fù)雜度制約，底胚造型限制了脫胎漆藝家的創(chuàng)作空間。文章提出一種利用3D打印技術(shù)解決高空間復(fù)雜度底胚創(chuàng)作的方法。首先，使用3DSMAX軟件制作出任意空間復(fù)雜度的底胚模型；然后，利用3D打印機(jī)打印出設(shè)計的底胚模型；最后，對底胚模型進(jìn)行傳統(tǒng)漆藝制作，制作完畢的底胚模型可應(yīng)用可溶性聚乳酸材料脫模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效處理高空間復(fù)雜度的底胚模型制作，突破了傳統(tǒng)手工創(chuàng)作的局限。

關(guān)鍵詞： 3D打??； 脫胎漆器； 聚乳酸材料； 3DSMAX軟件

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）12-16-03

Research on the application of 3D printing technology in producing

complex bodiless lacquerware

Yu Lei1，2，3

（1. Department of Physics and Electronic Information Engineering， Minjiang University， Fuzhou， Fujian 350108， China； 2. Fine Arts and Design College， Minjiang University； 3. Fujian Provincial Key Laboratory of Information Processing and Intelligent Control （Minjiang University））

Abstract： In the process of creating traditional bodiless lacquerware model， due to the constraints of space complexity， the complex spatial shape of model limits the creative room of lacquer artist. In this paper， a 3D printing technology based method is presented to solve the problems in creating bodiless lacquerware model with high space complexity. Firstly， the 3DSMAX software is utilized to design the lacquerware model with arbitrary space complexity. Then， the lacquerware model is print out by 3D printer. Finally， the lacquerware model is processed by traditional lacquer craft. The processed lacquerware model can be demoulded with soluble poly lactic acid （PLA） material. The experimental results show that the proposed method can effectively produce the lacquerware model with high space complexity， and break through the limitations of traditional hand creation.

Key words： 3D printing； bodiless lacquerware； poly lactic acid material； 3DSMAX

0 引言

隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，一種由3D打印輔助生成的傳統(tǒng)脫胎漆藝創(chuàng)作技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。此技術(shù)是通過3D打印出一個傳統(tǒng)工藝無法制作的任意造型的三維底胚，提供給漆藝創(chuàng)作者，讓其能夠在底胚上進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，創(chuàng)作結(jié)束以后使用水、酒精等溶劑，在無損漆器的情況下，把底胚溶解取出，最終成型。這是傳統(tǒng)工藝在新技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)的重大突破。本文對常用的幾種3D打印的技術(shù)和材料進(jìn)行簡單介紹，并分析其在傳統(tǒng)脫胎漆藝的應(yīng)用方式。

1 研究背景

1.1 脫胎漆藝的現(xiàn)狀

福州脫胎漆器是具有獨(dú)特民族風(fēng)格和濃郁地方特色的中國傳統(tǒng)藝術(shù)珍品，也是中國傳統(tǒng)工藝的三寶之一，享譽(yù)國內(nèi)外。2006年，福州脫胎漆器髹飾技藝入選國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，脫胎漆器用夾纻法制作，具體方法是以泥土或石膏為漆器的底模，用麻布，瓦灰與大漆調(diào)制反復(fù)在底模上層層裱褙，然后陰干，再脫去里面底模中的泥（石膏），最后用多道工序完成脫胎漆器的制作。

傳統(tǒng)脫胎漆藝多以盤、瓶、碗的造型為主，這是由于傳統(tǒng)的脫胎做法底胚造型有限，盤、瓶、碗造型易于制作，其他復(fù)雜的底胚造型用夾纻法不方便制作，另外一個很重要的因素是，太過復(fù)雜的造型在后面的工序中無法在不破壞漆器成品的情況下有效脫出，以上種種原因，導(dǎo)致脫胎漆器無法突破傳統(tǒng)造型的禁錮，走向新的篇章。

1.2 3D打印技術(shù)的前沿

3D打印屬于快速成型技術(shù)（3DP），其原理是使用三維軟件中制作的3D數(shù)字模型，利用3D打印設(shè)備逐層堆積各種不同種類的材料來制造三維產(chǎn)品。3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多領(lǐng)域的前沿技術(shù)，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。

目前，3D打印技術(shù)已在模具生產(chǎn)、產(chǎn)品原型制作、珠寶加工以及創(chuàng)意工藝產(chǎn)品等領(lǐng)域有所建樹。3D打印技術(shù)在這些領(lǐng)域的某些精細(xì)加工步驟大大降低難度，可以極大的提升制作的效率。此外，3D打印技術(shù)也為在生物工程與醫(yī)療產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)計、牙科等領(lǐng)域拓展了新的發(fā)展道路。

1.3 3D打印材料

3D打印的物質(zhì)基礎(chǔ)是打印材料，材料決定著3D打印應(yīng)用的范圍及領(lǐng)域。3D打印材料目前主要有PLA材料、工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等。本文采用PLA材料，PLA即聚乳酸，是由玉米和木薯等植物經(jīng)過多道工序提煉出淀粉，經(jīng)微生物發(fā)酵成乳酸，再聚合成聚乳酸。與傳統(tǒng)塑料相比，PLA更為安全、低碳、綠色。PLA的單體乳酸是一種廣泛使用的食品添加劑，經(jīng)過體內(nèi)糖酵解最后變成葡萄糖，在生產(chǎn)使用過程中，不會添加和產(chǎn)生任何的有毒有害物質(zhì)。PLA材料生產(chǎn)出來的的廢品可以通過掩埋處理，經(jīng)過半年至一年左右，降解為水和二氧化碳。PLA的原材料為可再生資源，廢棄物又環(huán)保無害，這種生態(tài)材料具有極大的發(fā)展前景。

目前，最新型的可溶性PLA材料，可以由水、酒精等溶劑溶解，一般只需要幾個小時，見效極快，是本文采用的3D打印材料。

2 3D打印在脫胎漆器制作過程的應(yīng)用研究

本文以3D打印在手鐲漆器模型制作為例，來呈現(xiàn)3D打印在脫胎漆器制作過程中所具有的優(yōu)勢。其設(shè)計制作由3D建模、3D打印、漆器制作和脫模這4個部分組成。3D建模部分主要是利用3DSMAX軟件按照手鐲漆器尺寸要求進(jìn)行建模，3D打印部分主要是從3DSMAX軟件中導(dǎo)出構(gòu)建好的手鐲漆器模型輸入到3D打印機(jī)中進(jìn)行打印，漆器制作部分主要是基于上述兩個步驟生成的3D手鐲底模模型利用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行制作，脫模部分主要是利用溶劑把3D打印出來的底模溶解，成為傳統(tǒng)意義上的脫胎漆器。

2.1 3D建模

底模模具是按照設(shè)計要求制作的三維造型（如：傳統(tǒng)脫胎漆中的瓶、碗、茶具等，亦或是現(xiàn)代年輕人更愿意接受的動漫人物形象、玫瑰花等）。即不同的脫胎漆器具有不同的外部形狀，制作人員可以根據(jù)個人喜好，私人定制多種不同的脫胎漆器的底模。一般采用3DSMAX等三維制作軟件進(jìn)行制作，用多邊形建?；蛘邩訔l線建模，無需添加任何材質(zhì)紋理。由于電腦文件的可復(fù)制性，完全達(dá)到批量生產(chǎn)的效果。

本文搭建的模型是手鐲造型，該造型需設(shè)計手鐲內(nèi)外徑的尺寸，鐲面的寬度等。三維模型的尺寸直接影響后面3D打印樣品的成型。在保證手鐲曲面造型完整的情況下，盡量用最少的三角面來制作，這樣在后面轉(zhuǎn)化成.STL格式的時候不容易出現(xiàn)破面。本文使用3DSMAX 2014構(gòu)建手鐲模型。

首先，使用樣條線命令構(gòu)建手鐲的橫截面。由于手鐲的橫截面是一個類似彎弓的形狀，所以可以先創(chuàng)建一個長30mm，寬10mm的矩形。右鍵點(diǎn)擊矩形轉(zhuǎn)化為樣條線，保持一個長邊30mm不變。選擇另外兩個角點(diǎn)，點(diǎn)擊右鍵選擇bezer角點(diǎn)命令使其成為手鐲的鐲面，仔細(xì)調(diào)整兩個角點(diǎn)的位置和曲線，其在后面直接關(guān)系到手鐲成品美觀。經(jīng)反復(fù)調(diào)整確認(rèn)無誤，手鐲的橫截面制作完成。接下來制作手鐲的內(nèi)徑。先創(chuàng)建一個直徑為80mm的圓形樣條線，在修改面板下面選擇放樣命令，點(diǎn)擊拾取橫截面命令，左鍵選擇剛才制作的手鐲橫截面，3DSMAX軟件自動生成一個三維的手鐲模型，其參數(shù)為本文之前設(shè)置的參數(shù)。

2.2 3D打印機(jī)打印底胚模型

本文采用的3D打印機(jī)是弘瑞z500，其成型原理為熔融堆積（FDM），平臺的尺寸為360*350*560mm，噴嘴直徑為0.4mm，打印速度為10-150mm/s，精度為0.01mm。其具有高端快速成型機(jī)的精度和靈活性，而體積又與桌面3D打印機(jī)一樣小巧，使其成為在有限的空間和預(yù)算下進(jìn)行原型制作的理想選擇。

三維軟件設(shè)計出的手鐲造型，轉(zhuǎn)換為.STL格式，這是一種目前市面上流行3D打印機(jī)的識別格式文件。用可溶性PLA進(jìn)行打印制作。本文中使用水溶性的PLA。用酒精等其他溶劑可溶性PLA制作亦可，并不影響最后制作結(jié)果。經(jīng)過6個小時后，手鐲模型打印完成，如圖1所示。對3D打印出來的模型進(jìn)行表面的修整處理，以增加底漆的附著性。

2.3 傳統(tǒng)工藝制作脫胎漆器

對打印出來的手鐲模具進(jìn)行裱布處理。用涂滿大漆的麻布均勻的包裹在手鐲表面。然后將生漆調(diào)制的粗灰均勻刮附在麻布上，等陰干24小時以后，再進(jìn)行打磨、刮裂等工序，平整麻布表面。把中灰刮附涂抹，以填補(bǔ)粗灰的空隙，重復(fù)以上步驟。等中灰工序結(jié)束后，最后再上細(xì)灰，再次重復(fù)。這樣反復(fù)上漆、刮灰以后漆器雛形已經(jīng)完成。然后用不同型號的砂紙反復(fù)打磨手鐲表面，使其平滑，最終制成漆器底胎。

2.4 脫底模處理

為已制作好的漆器底胎脫去底模。可從預(yù)留的進(jìn)出水口（模具不顯眼處，如底盤、接縫等）倒入溶劑。本文采用水溶性PLA材料制作，故倒入清水即可。其他用酒精等溶性PLA材料制作的底模，倒入相應(yīng)的溶劑進(jìn)行溶解，并不影響最后成品。根據(jù)當(dāng)時的氣溫（30攝氏度），本作品浸泡時間為8個小時，絕大部分底模模具已經(jīng)分解，有未分解完全的部分也已經(jīng)軟化變形，可輕易隨溶劑倒出，達(dá)到脫去底模模具的目的。再經(jīng)過最后的髹飾技藝，最終制作完成。如圖2所示。

3 結(jié)束語

本文研究探索了3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)的脫胎漆器底模造型上的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效應(yīng)對高空間復(fù)雜度的底胚模型制作，突破了傳統(tǒng)手工創(chuàng)作的局限。實(shí)驗(yàn)不僅大大降低了底模制作和取出的難度，還增加了脫胎造型的種類。新型技術(shù)與傳統(tǒng)技藝的融合帶來了多種可能性，為國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的傳承保護(hù)注入新的活力。此技術(shù)目前還處于初步實(shí)踐階段，人物和動物表情等超級復(fù)雜的圖形效果表現(xiàn)還不盡如人意，但隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信傳統(tǒng)的脫胎漆器會有更美好的明天。

圖2 最終效果

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