淺析CNC工藝對(duì)于首飾設(shè)計(jì)的影響

張 猛，周 怡

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京 100083

前 言

CNC機(jī)床自上世紀(jì)50年代發(fā)明以來，加入了機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)等各種功能部件，是工業(yè)文明發(fā)展至今最為成熟的機(jī)械加工生產(chǎn)方式之一。其工作原理是將操作指令轉(zhuǎn)譯為控制G代碼，通過機(jī)床CPU控制刀具在機(jī)床內(nèi)部空間進(jìn)行坐標(biāo)、路徑、指令的轉(zhuǎn)換運(yùn)作，進(jìn)行耗材自動(dòng)化加工。CNC實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)化，提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的精準(zhǔn)度，作為一種成熟的高精度自動(dòng)化加工方式在醫(yī)學(xué)、航天、精密儀器等眾多領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用[1]。早在十多年前，首飾制造業(yè)即開始了對(duì)于這一技術(shù)應(yīng)用在首飾制作中的探索。如今CNC技術(shù)作為一種首飾加工工藝，已經(jīng)在珠寶鐘表制作加工、情侶對(duì)戒加工、貴金屬手鐲加工中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著“工業(yè)4.0”浪潮的到來，這種自動(dòng)化加工方式顯示了在“智能化工廠”與“智能化生產(chǎn)”方向上所具備的潛在發(fā)展空間。面對(duì)這一成熟工藝的新興發(fā)展趨勢，當(dāng)代珠寶首飾設(shè)計(jì)師需要從設(shè)計(jì)層面轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路，在深入了解工藝的基礎(chǔ)上創(chuàng)造出能充分體現(xiàn)工藝特質(zhì)且具有時(shí)代創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

1 CNC工藝在首飾加工中的應(yīng)用

隨著技術(shù)發(fā)展，首飾制造業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式發(fā)生了變革，3D打印與CNC精雕逐漸取代了手工起版方式，極大地提高了工廠的生產(chǎn)效率與資源配比。其中3D打印技術(shù)具有強(qiáng)大的造型能力，適用于高級(jí)定制產(chǎn)品。但由于現(xiàn)階段貴金屬材料處理尚不成熟，成本價(jià)格昂貴，限制了3D打印技術(shù)的大規(guī)模普及，生產(chǎn)方式以噴蠟倒模為主，工序繁復(fù)[2]。相比之下，CNC精細(xì)雕刻一次成型，加工中免去倒模、執(zhí)模等步驟，直接進(jìn)入鑲石、拋光、電鍍等后處理環(huán)節(jié)，提升了首飾的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提高了行業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與審美的標(biāo)準(zhǔn)。CNC工藝適用于輕奢首飾制作，在首飾制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。且CNC機(jī)床種類豐富，包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、車銑復(fù)合機(jī)床以及加工中心等機(jī)床種類，基本能夠滿足當(dāng)下首飾制造業(yè)對(duì)于多種材質(zhì)的加工需求[3]。

1.1 金屬材質(zhì)

CNC工藝是減材加工方式，通過G代碼控制刀具行進(jìn)方式對(duì)金屬坯料進(jìn)行車銑。在首飾制造業(yè)中，常用五軸精雕機(jī)、走心機(jī)、數(shù)控車床對(duì)貴金屬材料進(jìn)行加工處理，在保證精度質(zhì)量的前提下充分發(fā)揮各機(jī)床優(yōu)勢，最大化提高生產(chǎn)效率。實(shí)際生產(chǎn)過程中，CNC以一體成型、拼接成型和鋁模雕刻三種方式制作產(chǎn)品：一體成型方式針對(duì)于條形戒指、手鐲等外部形態(tài)規(guī)則的款式，加工方式便捷，在同一機(jī)床內(nèi)完成；拼接成型方式針對(duì)于大顆粒寶石鑲嵌的款式，通過多臺(tái)機(jī)床獨(dú)立完成鑲口、戒圈、花頭等部分，點(diǎn)焊拼接成型；鋁模雕刻方式針對(duì)于形態(tài)各異的款式，通過倒模的方式進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

在當(dāng)下的首飾制造業(yè)中，CNC工藝發(fā)展成熟，在工廠內(nèi)具備細(xì)致的分工（如圖1）：

（1）車床部門：主要負(fù)責(zé)戒指、手鐲等管狀產(chǎn)品的毛坯切割，為銑床提供尺寸適合的原料；

（2）銑床部門（無車花）：對(duì)毛坯管材進(jìn)行雕銑、刻畫花紋；

（3）車花部門：應(yīng)對(duì)表面需要特殊肌理效果的產(chǎn)品，同時(shí)也可以對(duì)毛坯進(jìn)行雕銑、刻畫花紋；

（4）車銑復(fù)合部門：同時(shí)進(jìn)行管材加工與精細(xì)雕刻，處理單一款式產(chǎn)品的大批量訂單；

（5）研發(fā)部門：跟進(jìn)市場需求，進(jìn)行適合的機(jī)床改造和刀具改制，研制新型產(chǎn)品。

圖1 CNC工廠組織架構(gòu)圖Fig.1 The chart of CNC factory structure

1.2 寶玉石材質(zhì)

在首飾制造業(yè)中，CNC不僅可以用于貴金屬首飾的加工制作，還可對(duì)玉石、翡翠、瑪瑙等多晶質(zhì)礦物集合體進(jìn)行切磨雕刻。玉石的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以纖維交織結(jié)構(gòu)與顯微隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，具備硬度高、韌性強(qiáng)的寶石學(xué)特征，適合以機(jī)械半自動(dòng)化的方式進(jìn)行加工。

在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)所用玉石種類與所需款式選擇CNC機(jī)床型號(hào)與雕刻方式。具體加工步驟包括排版、編寫刀路、開模、開粗、精雕等五個(gè)步驟，在雕刻過程中需要進(jìn)行刀具更換，提升效率與精度。目前市場上小型玉雕機(jī)絕大多數(shù)可進(jìn)行平雕、浮雕、圓雕、根雕等雕刻工藝，雕刻產(chǎn)品主要包括牌子、掛件、硯臺(tái)、小型擺件等，題材豐富，以佛像、人物為主。這類CNC玉雕機(jī)大多是四軸機(jī)或五軸機(jī)，沒有雕刻死角，可支持造型繁復(fù)的藝術(shù)創(chuàng)作，是玉器加工廠在玉石加工中的得力助手。除此之外，數(shù)控車床、數(shù)控鏜孔機(jī)床也是玉石加工中的常見設(shè)備：數(shù)控車床主要用于手鐲、桶珠等規(guī)則形態(tài)的玉石切磨，效率高，造型規(guī)整，是中低端翡翠玉石的常見加工方式；數(shù)控鏜孔機(jī)床用于玉石打孔處理，高效便捷的打孔過程滿足了市場對(duì)于玉石串珠的巨大需求。

2 CNC首飾的特征與發(fā)展趨勢

CNC首飾是指制造過程中運(yùn)用到CNC機(jī)床進(jìn)行貴金屬部件加工的首飾。這類首飾具備高精細(xì)度、高對(duì)稱性、強(qiáng)機(jī)械感的特征。

從款式上看，CNC首飾以規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)和經(jīng)過抽象化變形的動(dòng)植物為主，較少有翻轉(zhuǎn)鏤空等自然形態(tài)，以避免過度切削降低貴金屬出成率。在紋飾方面，依據(jù)其形式特征主要可以分為三種類型：一是以點(diǎn)、線、面組合形成的幾何圖樣；二是對(duì)于當(dāng)下流行“IP”的復(fù)寫刻畫；三是結(jié)合傳統(tǒng)文化，如儒家禮儀、佛教文化等，進(jìn)行改款再創(chuàng)新。材質(zhì)選擇上，由于CNC工藝對(duì)于金屬硬度的要求符合貴金屬硬度的范圍區(qū)間，除了對(duì)某些特殊的肌理表現(xiàn)需要以合金提高貴金屬的硬度以達(dá)到預(yù)期效果的情況外，市場中黃金、鉑金、18k金以及各類銀制品都已有涉及。在CNC加工金屬成型后，可通過后處理烤漆、電鍍、燒琺瑯等方式增加產(chǎn)品色彩的豐富度，以達(dá)到預(yù)期的感官效果。

值得一提的是，CNC工藝的運(yùn)用為首飾功能結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)提供了極大的發(fā)展空間，這對(duì)首飾設(shè)計(jì)在組合拼接、功能化處理方面提出了更高的要求。如今十分常見的“車花片”鑲鉆工藝，在提高美觀性的同時(shí)起到了成倍放大鉆石的視覺效果。這里的“車花片”是指“鉆石式車花鑲嵌”工藝。所謂“車花工藝”，簡單來說就是以CNC技術(shù)切割出不同角度的金屬平面，每個(gè)平面都以鉆石的切割折射面角度來切割，打磨出鉆石一樣的鏡面，呈現(xiàn)鉆石一樣的折射效果，最終起到放大鉆石的目的。這種工藝的精準(zhǔn)程度在手工制造時(shí)代是難以想象的，設(shè)計(jì)者正是利用CNC工藝的優(yōu)勢，從產(chǎn)品功能性入手實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新。

伴隨中國市場消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，輕奢首飾的消費(fèi)群體規(guī)模巨大，CNC飾品精細(xì)高效，是制造輕奢首飾的最佳選擇[2]。如今市場中由CNC工藝加工出的產(chǎn)品已經(jīng)十分常見，其中，以卡地亞、梵克雅寶、寶格麗等國際大品牌推出的經(jīng)典款式最具影響力。國內(nèi)的首飾工廠以高仿產(chǎn)品為主，同時(shí)也在嘗試對(duì)于CNC首飾的設(shè)計(jì)研發(fā)。首飾制造作為一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，其發(fā)展一直與工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展密不可分。在全球推動(dòng)工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的背景下，各首飾工廠都開始進(jìn)行生產(chǎn)方式的更新?lián)Q代。人工智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、3D打印技術(shù)被運(yùn)用到生產(chǎn)線的組建當(dāng)中[4]。CNC工藝與數(shù)字化設(shè)計(jì)模型相對(duì)接，成為自動(dòng)化加工的核心組成。可以預(yù)見的是，在“工業(yè)4.0”浪潮的推動(dòng)下，以CNC為代表的自動(dòng)化生產(chǎn)將成為用以滿足未來龐大輕奢首飾市場的最主要生產(chǎn)方式之一[5]。

3 CNC工藝對(duì)首飾設(shè)計(jì)的影響

“藝術(shù)”與“技術(shù)”相輔相成?？萍紴樗囆g(shù)提供創(chuàng)新的表達(dá)方式，拓展藝術(shù)的表現(xiàn)空間，同時(shí)技術(shù)也需要從藝術(shù)中獲得啟發(fā)和生命力。在人類科技逐步走向智能化的過程中，設(shè)計(jì)自出現(xiàn)以來經(jīng)歷了工藝美術(shù)運(yùn)動(dòng)、新藝術(shù)運(yùn)動(dòng)、裝飾藝術(shù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)改革嘗試之后，最終在包豪斯的發(fā)展中找到了新的方向，達(dá)到了新的突破，使點(diǎn)、線、面單元素之間的構(gòu)成組合成為了包括首飾設(shè)計(jì)在內(nèi)的許多設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流創(chuàng)意方法[6]。CNC工藝的成熟應(yīng)用，適應(yīng)于首飾設(shè)計(jì)風(fēng)格發(fā)展的趨勢。商業(yè)首飾從批量化走向個(gè)性化，在降低成本提高競爭力的過程中注重個(gè)性化設(shè)計(jì)體驗(yàn)。CNC工藝作為當(dāng)下工業(yè)化進(jìn)程中的尖端產(chǎn)物，滿足了人們對(duì)首飾審美的需求，并且將科技感帶入傳統(tǒng)的首飾行業(yè)中，使其煥發(fā)了新的活力[7]。

一方面，CNC工藝使首飾與實(shí)用性的結(jié)合成為可能。設(shè)計(jì)的本質(zhì)是建立人與物之間的某種關(guān)系，依層級(jí)滿足人類對(duì)于物品功能、體驗(yàn)以及情感上的訴求。長期以來，首飾更多的是超越前兩層級(jí)而直接服務(wù)于人類情感訴求的產(chǎn)品，而CNC是自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)床，在生產(chǎn)效率上滿足實(shí)用性工業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。這使得首飾可以走進(jìn)人類的日常生活之中，與莫里斯主張的實(shí)用美學(xué)相契合，突破傳統(tǒng)首飾僅滿足人類精神世界需求的限制，將“實(shí)用”賦予首飾設(shè)計(jì)中[7]。基于CNC工藝適用于機(jī)械零件加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)師有充分的空間使首飾產(chǎn)品與實(shí)用相結(jié)合，對(duì)首飾功能結(jié)構(gòu)發(fā)掘更多的可能性。從市場的反應(yīng)中我們也可以看出，例如跳動(dòng)的“靈動(dòng)鉆石”以及“鉆石式車花鑲嵌”等款式的推出，都引起了消費(fèi)者的一致認(rèn)可[8]。這些以工藝結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)的產(chǎn)品廣受喜愛，證明了人們對(duì)于實(shí)用美學(xué)的認(rèn)可已經(jīng)不僅存在于建筑、家居、日用生活品等實(shí)用產(chǎn)品上，也涵蓋了包括珠寶首飾在內(nèi)的契合人們精神追求的奢侈品之上。這其中，科技珠寶還未展現(xiàn)出應(yīng)有的市場活力，筆者認(rèn)為這主要是由于將現(xiàn)實(shí)世界的瑣碎功能與人們精神世界的自我滿足捆綁在一起時(shí)，會(huì)引起人們的強(qiáng)烈不適，產(chǎn)生抵觸的心理。因此科技珠寶的目的并非將科技產(chǎn)品加入珠寶以提升價(jià)值這么簡單，而是需要找到合適的切入點(diǎn)，使其更好地滿足人類對(duì)于精神世界的追求?？梢灶A(yù)見的是，這一點(diǎn)在5G時(shí)代將會(huì)解決。同時(shí)，利用好CNC工藝的優(yōu)勢，在珠寶產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)上體現(xiàn)更多的現(xiàn)代感、科技感，讓傳統(tǒng)的珠寶行業(yè)找到符合當(dāng)代大眾審美的發(fā)展方向。

圖2 “智未來”智能工廠及產(chǎn)品Fig.2 “Future Wisdom”factory and its products

另一方面，CNC工藝為智能化首飾設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建提供了技術(shù)支持。面對(duì)“工業(yè)4.0”的浪潮，個(gè)性化定制必將成為未來首飾行業(yè)的主流模式，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者必須對(duì)他所服務(wù)的消費(fèi)者提供有針對(duì)性的定制服務(wù)。人們思想的解放，導(dǎo)致出現(xiàn)了審美標(biāo)準(zhǔn)的“百花齊放”，滿足大眾個(gè)性化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了首飾設(shè)計(jì)行業(yè)的新思路[9]。面對(duì)市場數(shù)量龐大的個(gè)性化定制需求，利用人工智能與自動(dòng)化設(shè)備所構(gòu)建的首飾智能化定制系統(tǒng)是很好的一種解決方式。CNC作為自動(dòng)化加工機(jī)床，是實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)線的重要一環(huán)。而當(dāng)前的實(shí)際狀況，尚處在消費(fèi)者開始萌生定制的思想又不具備完整的設(shè)計(jì)審美能力的階段，所以不僅需要設(shè)計(jì)師在首飾可實(shí)現(xiàn)性上提供幫助，還要建立一套在一定限制范圍內(nèi)的大眾定制體系。這種服務(wù)與“工業(yè)4.0”的實(shí)現(xiàn)緊密相連，這需要設(shè)計(jì)師、設(shè)計(jì)者充分了解CNC工藝的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上滿足消費(fèi)者最大的設(shè)計(jì)自由；同時(shí)要進(jìn)行以CNC工藝為加工方式的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，考慮利用人眼的可視錯(cuò)覺實(shí)現(xiàn)雕刻花紋由平面到立體的轉(zhuǎn)化，以及最大限度地實(shí)現(xiàn)首飾的拆合與變形等[10]。目前，國內(nèi)有許多工廠也開始以CNC工藝為基礎(chǔ)向著這一目標(biāo)努力（如圖2）。

4 結(jié)論

CNC已經(jīng)成熟運(yùn)用于首飾制造業(yè)中，形成了獨(dú)有的工藝形式。作為工業(yè)時(shí)代機(jī)械化、信息化、數(shù)字化迭代的集中產(chǎn)物，具備構(gòu)建智能化柔性生產(chǎn)線的可觀潛力。因此，CNC工藝在首飾制造業(yè)中的成熟應(yīng)用，將轉(zhuǎn)變首飾設(shè)計(jì)的思路。一方面利用其自動(dòng)化特點(diǎn)，高效率、低成本地將首飾與日常生活相結(jié)合，遵循實(shí)用美學(xué)思想，在滿足情感訴求的同時(shí)關(guān)注功能性與體驗(yàn)感，抓住5G網(wǎng)絡(luò)的變革，成為萬物互聯(lián)時(shí)代中的重要載體。另一方面，利用互聯(lián)網(wǎng)建立工業(yè)云平臺(tái)，提升數(shù)字化設(shè)計(jì)能力。設(shè)計(jì)師將首飾設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)交于消費(fèi)者手上，實(shí)現(xiàn)輔助定制服務(wù)，滿足顧客個(gè)性化需求。

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