3D 打印技術(shù)在陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

廖 棟 鄭宇帆

閩南理工學(xué)院

一、陶瓷3D 打印技術(shù)

陶瓷3D 打印技術(shù)是于20 世紀(jì)90 年代初由國(guó)外先發(fā)展起來(lái)，隨后漸漸引入國(guó)內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù)，但其基本思路與之前大家所熟知的3D 打印技術(shù)基本相同，均是通過(guò)三維軟件將需要打印的陶瓷模型先建立出來(lái)，然后將復(fù)雜的三維立體模型利用創(chuàng)想三維切片軟件進(jìn)行切片分割處理，將其轉(zhuǎn)換成可以打印的模型，最后再將轉(zhuǎn)換好的三維模型對(duì)接陶瓷3D 打印機(jī)，輸入打印指令，便可進(jìn)行立體實(shí)物陶瓷模型的打印。整個(gè)過(guò)程通過(guò)陶瓷粉末以及其他黏合劑通過(guò)專(zhuān)門(mén)的陶瓷3D 打印機(jī)層層堆疊加工而成，將其一次性制作出來(lái)，不需要太多手工制作工序，大大節(jié)省了制作成本，節(jié)約了制作時(shí)間，并且能夠高精度還原之前所設(shè)計(jì)的陶瓷外觀尺寸，避免了因?yàn)椴牧?、工藝等因素?duì)陶瓷立體成型的限制，將整個(gè)陶瓷產(chǎn)品制作過(guò)程進(jìn)行了極大的簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)效率。

二、3D 打印技術(shù)在陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

（一）節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間及成本

傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品制作過(guò)程非常煩瑣，就拿景德鎮(zhèn)傳統(tǒng)手工制瓷來(lái)說(shuō)，一個(gè)陶瓷產(chǎn)品的制作往往需要經(jīng)歷七十二道工序，制作周期非常長(zhǎng)，而且需要耗費(fèi)大量的人力物力，中間有任何環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度。同時(shí)在景德鎮(zhèn)現(xiàn)有陶瓷市場(chǎng)上，復(fù)雜的陶瓷制品必須通過(guò)生產(chǎn)模種模具來(lái)進(jìn)行制作，需要經(jīng)過(guò)多次翻模才能制作成功。據(jù)筆者在景德鎮(zhèn)實(shí)地考察得知，目前市場(chǎng)上的陶瓷模種模具一般是開(kāi)模師傅來(lái)進(jìn)行制作，設(shè)計(jì)師將設(shè)計(jì)好的圖紙交給制作模種模具的師傅，再由師傅進(jìn)行手工制作，而在制作的過(guò)程中師傅需要對(duì)模種模具進(jìn)行反復(fù)修改探索，這樣不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且成本高，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期變長(zhǎng)，難以滿足消費(fèi)者的需求。而陶瓷3D打印成型技術(shù)和傳統(tǒng)的陶瓷成型技術(shù)不同的是，陶瓷3D打印成型技術(shù)無(wú)須模具就可以高效快速地制作出形狀非常復(fù)雜的陶瓷制品，大大節(jié)約了陶瓷產(chǎn)品的制作成本和時(shí)間。

（二）高度還原設(shè)計(jì)的外觀尺寸

傳統(tǒng)手工制作的陶瓷由于制作方式的原因很難與設(shè)計(jì)稿完全一致，多少都會(huì)存在一定的誤差，特別是一些需要通過(guò)模具制作的陶瓷，由于模具是模具師傅純手工制作的，其外觀肉眼看上去可能沒(méi)很大的差別，但是燒制出來(lái)的陶瓷往往與設(shè)計(jì)者真實(shí)的設(shè)計(jì)意圖還存在一定的差距。同時(shí)手工制作的陶瓷在一些細(xì)節(jié)的處理上達(dá)不到精確的數(shù)值，會(huì)造成最終的陶瓷實(shí)物與設(shè)計(jì)稿之間存在一定的偏差。而利用陶瓷3D 打印技術(shù)則可以解決這些問(wèn)題，運(yùn)用陶瓷3D 打印技術(shù)，設(shè)計(jì)師如果對(duì)之前的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步修改，則不需要像傳統(tǒng)手工制瓷那樣，重新制作模種模具，而是可以直接通過(guò)修改三維模型即可進(jìn)行陶瓷3D 打印，打印出來(lái)的陶瓷制品高度還原之前設(shè)計(jì)好的外觀和尺寸，非常方便快捷。

（三）滿足小批量定制化服務(wù)需求

隨著社會(huì)的發(fā)展，定制化產(chǎn)品在市場(chǎng)上越來(lái)越受歡迎，滿足了消費(fèi)者獨(dú)一無(wú)二的消費(fèi)需求，同時(shí)筆者走訪景德鎮(zhèn)陶瓷市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，每年的畢業(yè)季都有很多畢業(yè)學(xué)生有定制陶瓷產(chǎn)品作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的訴求，而學(xué)生的陶瓷畢業(yè)設(shè)計(jì)一般都需要開(kāi)模進(jìn)行制作，因此每到畢業(yè)季，做模種模具的師傅只能量力而行，接滿了訂單便不再接收新的訂單，這就導(dǎo)致有相當(dāng)一部分學(xué)生為自己的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)而犯愁，而很多陶瓷企業(yè)因?yàn)槎ㄖ瞥杀咎?，需要耗費(fèi)巨大的時(shí)間和精力，一般都避免進(jìn)行小批量定制化制作。不僅如此，當(dāng)陶瓷企業(yè)需要開(kāi)發(fā)新的陶瓷產(chǎn)品時(shí)，一般都會(huì)進(jìn)行打樣小批量試產(chǎn)，而小批量生產(chǎn)如果采用純手工制作的話，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，生產(chǎn)周期也會(huì)加長(zhǎng)，會(huì)使得企業(yè)的產(chǎn)品趕不上市場(chǎng)需求的變化。而使用陶瓷3D 打印技術(shù)則可以完美解決個(gè)性化定制服務(wù)需求，只需提供精確的3D 源文件便可以通過(guò)對(duì)接陶瓷3D 打印機(jī)將陶瓷產(chǎn)品打印出來(lái)，滿足了客戶小批量定制化服務(wù)需求。

三、3D 打印技術(shù)在陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3D 打印技術(shù)在陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要分為三個(gè)步驟：

首先，將圖紙上設(shè)計(jì)好的陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行三維建模（圖1），一般經(jīng)常用到的建模軟件是Rhino，也叫犀牛建模，當(dāng)然也有很多其他建模軟件也可實(shí)現(xiàn)三維建模這一目的。這一過(guò)程是將圖紙上的二維圖形轉(zhuǎn)換成三維模型，在整個(gè)陶瓷3D 打印過(guò)程中至關(guān)重要。通過(guò)犀牛軟件我們能夠直觀地看到陶瓷產(chǎn)品的造型以及尺寸大小，并且不會(huì)因?yàn)槟Ｐ偷碾y度而增加陶瓷產(chǎn)品的制作成本。同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)修改陶瓷產(chǎn)品的外觀造型，從而降低了陶瓷產(chǎn)品制作的成本。

其次，將建立好的陶瓷模型文件導(dǎo)出轉(zhuǎn)換成step 文件，然后再將導(dǎo)出的step 文件對(duì)接陶瓷3D打印機(jī)。目前市面上進(jìn)行陶瓷3D 打印成型一般采用的是噴嘴擠壓成型技術(shù)，這一技術(shù)與塑料3D 打印的熔融沉積成型技術(shù)類(lèi)似，該技術(shù)采用陶瓷粉末以及其他混合物作為原材料，然后再將其擠壓噴出，擠出后的陶瓷高分子復(fù)合材料因?yàn)闇夭疃?，最終打印出所需要的陶瓷產(chǎn)品（圖2）。

最后，等最終打印好的泥坯晾干之后對(duì)其進(jìn)行打磨處理，因?yàn)樵谶M(jìn)行陶瓷3D 打印的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)拉絲殘余物遺留在坯體表面等情況，同時(shí)由于陶瓷特殊的工藝限制，大部分日用瓷在燒制之前需要上釉才會(huì)讓陶瓷表面光滑，而上釉之前則需要將陶瓷泥坯打磨處理干凈，不能有其他灰塵粘在表面，否則在陶瓷產(chǎn)品燒制的過(guò)程中就有可能出現(xiàn)縮釉、開(kāi)裂等情況，因此需要對(duì)其進(jìn)行打磨處理。

整個(gè)過(guò)程方便快捷，無(wú)須進(jìn)行繁雜的模種模具制作，省去了大量的時(shí)間和成本，縮短了產(chǎn)品制造周期，同時(shí)也為企業(yè)新產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)支撐。

圖1 CAD 三維建模陶瓷花瓶

圖2 3D 打印陶瓷制品

四、結(jié)語(yǔ)

隨著全球進(jìn)入信息化時(shí)代，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的高新科技也滲透進(jìn)我們生活的方方面面，并且讓我們的生活更加方便快捷，陶瓷3D 打印技術(shù)就是其中的一個(gè)典型代表。相較于傳統(tǒng)的陶瓷產(chǎn)品制作，陶瓷3D 打印技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，為整個(gè)陶瓷產(chǎn)業(yè)帶了全新的發(fā)展前景。因此，如何借助陶瓷3D 打印這一新技術(shù)為陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)，解決陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的困難，需要我們不斷對(duì)其進(jìn)行探索發(fā)掘。