3D技術(shù)在陶瓷設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程久發(fā)

(江西陶瓷工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

目前，3D技術(shù)在很多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，3D技術(shù)包括3D打印和3D雕刻這兩大技術(shù)類別。其中3D打印是加法運(yùn)算堆砌成型工藝，3D雕刻是減法運(yùn)算雕蝕成型工藝。

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，目前傳統(tǒng)的加工工藝已無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)部件的加工需求，有許多異形結(jié)構(gòu)很難利用傳統(tǒng)加工(包括五軸加工中心)方式加工或根本不能加工。3D打印機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，3D打印機(jī)看似復(fù)雜，卻很簡(jiǎn)單，3D打印就是斷層激光掃描燒結(jié)的逆過(guò)程，斷層掃描就是把某個(gè)三位模型“切”成無(wú)數(shù)疊加的片；3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個(gè)立體物體。其優(yōu)勢(shì)就是在于傳統(tǒng)的加工方法是利用去除材料進(jìn)行加工，而3D打印則是增加材料進(jìn)行加工。與傳統(tǒng)加工方式相比，3D打印機(jī)生產(chǎn)有材料利用率高、加工成型速度快、時(shí)間短、成型產(chǎn)品密度更均勻等優(yōu)勢(shì)，其中不再受制于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是其最大的優(yōu)勢(shì)，只要設(shè)計(jì)師能想出的結(jié)構(gòu)，3D打印機(jī)都能幫他實(shí)現(xiàn)。

3D設(shè)計(jì)軟件主要有3DMAX、犀牛、FreehanD等專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，主要是用來(lái)建模，為3D打印機(jī)和3D雕刻機(jī)建立數(shù)據(jù)模型。

3D打印主要分為桌面級(jí)和工業(yè)級(jí)兩種。桌面級(jí)是3D打印技術(shù)的初級(jí)階段和入門階段。工業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)主要分為快速原型制造和直接產(chǎn)品制造兩種。傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)，往往是先開模具，然后再做手板，運(yùn)用3D打印技術(shù)，無(wú)需開模，可以縮短制造時(shí)間，降低費(fèi)用，更好地控制成本。一些好的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)制造出來(lái)，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效解決工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問(wèn)題。3D打印需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括以下方面：①信息技術(shù)。先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具可以輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動(dòng)分析出打印的工序，自動(dòng)控制打印器材的走向。②精密機(jī)械。3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求。③材料科學(xué)。用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來(lái)，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。3D打印機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域及其廣泛，從尋常百姓家的鍋碗瓢盆，到關(guān)系到國(guó)家安全的國(guó)防事業(yè)，幾乎各種領(lǐng)域都可以有它的身影。它的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只需提供3D數(shù)據(jù)模型或原型，3D打印機(jī)均可以加工。其中這些行業(yè)中對(duì)3D打印機(jī)需求較大的包括政府、航空航天、醫(yī)療設(shè)備、高科技研發(fā)、教育業(yè)以及制造業(yè)。

3D打印機(jī)打印陶瓷

date:2017-10-10. Revised date: 2017-10-12.

傳統(tǒng)的3D打印工藝是對(duì)陶瓷粉末進(jìn)行加熱，這樣會(huì)造成許多微觀缺陷，讓陶器滿是裂縫或者變得極其易碎。為了解決這一問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室研究人員專門開發(fā)了一種名為“先驅(qū)體陶瓷聚合物”的材料，它在加熱后可以轉(zhuǎn)換為陶瓷。最近技術(shù)人員就利用該材料打印出了一個(gè)陶器，并在窯中燒制成功。

德國(guó)在研制一款直接打印陶瓷粉末的陶瓷3D打印機(jī)，據(jù)說(shuō)這種打印出來(lái)的陶瓷產(chǎn)品可以直接高溫?zé)?，變形率極小。這種技術(shù)可以接受高端個(gè)性化產(chǎn)品定制，時(shí)效快。

我國(guó)湖南醴陵也有一家生產(chǎn)打印陶瓷泥坯的3D打印機(jī)的廠家。他們采用盤泥條的方式，打出的泥坯造型很豐富，但是泥條較為粗糙，且速度慢不適合批量生產(chǎn)，現(xiàn)在主要用于高校陶藝教育。

彩色陶瓷3D打印機(jī)

目前，3D打印技術(shù)在陶瓷行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，主要在陶瓷模具設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品開發(fā)。它的優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、效率高、產(chǎn)品更新快。是企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必備的新技術(shù)設(shè)備。這種技術(shù)和設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性產(chǎn)品定制，尤其是高端的個(gè)性化產(chǎn)品定制。雖然目前主要打印材料還是塑料、金屬和光固化樹脂等特定材料，瓷泥和生物材料也已經(jīng)出現(xiàn)，但是作為模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，不管使用什么材料，最終都可以轉(zhuǎn)換成陶瓷生產(chǎn)用的石膏模具。未來(lái)3D打印的材料種類會(huì)越來(lái)越豐富，打印機(jī)的速度和能效比也會(huì)越來(lái)越高。

3D打印陶瓷現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化規(guī)?；?，景德鎮(zhèn)盛景陶瓷有限公司是一家3D打印陶瓷產(chǎn)業(yè)化的初具規(guī)模的陶瓷有限公司，其在景德鎮(zhèn)的文化產(chǎn)業(yè)中心陶溪川陶瓷3D打印體驗(yàn)中心，重新定位陶瓷概念的范疇，3D打印陶瓷能在景德鎮(zhèn)落戶生根，并且和景德鎮(zhèn)的傳統(tǒng)陶瓷高度融合，是非常難能可貴的，因?yàn)?D打印陶瓷的成型工藝和景德鎮(zhèn)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷的成型工藝截然不同，雖然二者的成型工藝截然不同，但是并不沖突，也不矛盾，3D打印的陶瓷屬于一個(gè)新的陶瓷種類，這一新出現(xiàn)的陶瓷種類，年輕時(shí)尚、極具個(gè)性，在當(dāng)今文化多元的時(shí)代，它迎合了眾多消費(fèi)者，相比較于其他陶瓷種類，3D打印陶瓷是最具個(gè)性、最有活力、最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)陶瓷種類，是將來(lái)陶瓷發(fā)展的一個(gè)方向。

3D打印陶瓷目前不僅僅是單獨(dú)一個(gè)陶瓷種類的概念，它還對(duì)陶瓷的模具生產(chǎn)和設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，目前3D打印陶瓷雖然時(shí)尚個(gè)性化，有文化創(chuàng)意，但是它的缺點(diǎn)也很明顯，現(xiàn)在3D打印陶瓷的時(shí)效非常低，量化也不夠。從設(shè)計(jì)的角度考慮，它更適合作為陶瓷模具設(shè)計(jì)，或者是作為陶瓷樣品設(shè)計(jì)，為那些不需要量化也不需要時(shí)效的設(shè)計(jì)服務(wù)。3D陶瓷打印的關(guān)鍵技術(shù)還是在于設(shè)計(jì)，機(jī)器永遠(yuǎn)是為人類服務(wù)的，所以3D打印陶瓷發(fā)展的好與壞，和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組建和發(fā)展有關(guān)，要有一大批愿意為陶瓷設(shè)計(jì)付出的人才，加入這個(gè)大團(tuán)體，為陶瓷3D打印添磚加瓦，推動(dòng)這些事業(yè)健康良性的發(fā)展。

陶瓷3D雕刻機(jī)是較為成熟的生產(chǎn)設(shè)備，這種設(shè)備和3D打印機(jī)的技術(shù)完全不同，它是做減法運(yùn)算的設(shè)備，只需要有3D模型數(shù)據(jù)。

陶瓷模具雕刻設(shè)備也很成熟，市面上主流的有3軸和4軸的雕刻機(jī)，甚至5軸的雕刻機(jī)也已經(jīng)出來(lái)了。下面是石膏模具雕刻機(jī)和雕刻產(chǎn)品圖片。

陶瓷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用。設(shè)計(jì)思維又是設(shè)計(jì)的核心。軟件應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思維的技術(shù)手段，3D設(shè)備是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思維的特質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)三者之間的關(guān)系的理解，可以在相關(guān)企業(yè)的戰(zhàn)略決策中起到關(guān)鍵作用。