適于小批量、個性化家具生產(chǎn)的木材彎曲技術研究*

王所玲

（山東工藝美術學院，山東 濟南 250014）

木材彎曲技術最初多用于造船業(yè)，常用彎曲方法有加濕火烤彎曲、蒸煮后加壓彎曲及局部鋸凹槽彎曲等，在家具制作中，鮮有使用。直至19 世紀米歇爾·索耐特研發(fā)了層積單板彎曲技術、層壓盤條彎曲技術和實木彎曲技術3 種木材彎曲技術。然而，這些技術專業(yè)性強，配套硬件設施要求高，制作成本高昂，用時長，只有批量化生產(chǎn)才能降低成本。因此，木材彎曲技術僅局限于技術成熟且潛在市場良好的家具產(chǎn)品中應用，由此造成市場上曲木家具品種單一、款式單調(diào)、可選性小、個性化弱的現(xiàn)狀。

基于此，筆者經(jīng)過多年探索和實踐，研發(fā)了一種新的木材彎曲技術，旨在以較低成本，使用常用設備就能實現(xiàn)造型有機、創(chuàng)意新穎的個性化曲木類產(chǎn)品的創(chuàng)作，以及在普通家具廠的小批量生產(chǎn)，為曲木家具的生產(chǎn)和普及提供技術支撐。

1 技術原理

本研究在吸納現(xiàn)有實木彎曲和薄板膠合彎曲技藝的基礎上，借鑒塑料成型加工中手糊成型的方法和原理，根據(jù)木材及木單板的性能和工藝特點，將木單板裁剪成合適的形狀與大小，分別逐個靠模彎曲膠合，實現(xiàn)木材的彎曲加工。在彎曲加工過程中，根據(jù)產(chǎn)品造型特點和力學強度要求，靈活調(diào)整木材纖維方向走向，并根據(jù)部位的強度要求，設計層數(shù)厚度與局部增厚加強或附設加強構件，在保證曲木制品使用功能和審美效果基礎上，盡量減少材料消耗，實現(xiàn)產(chǎn)品的輕質(zhì)高強。

模具制作是制約傳統(tǒng)木材彎曲技術的瓶頸，本研究采用小批量生產(chǎn)方式進行試驗，通過在木質(zhì)框架基礎上附以泥巴、石膏，甚至橡皮泥、泡沫塑料等方式制作模具，可在最大程度滿足技術要求的同時縮短模具加工周期，有效降低了模具制作成本。

2 工藝技術

木材彎曲技術適用于造型個性化曲木產(chǎn)品，在完成造型設計后，通過圖1 所示工藝流程，實現(xiàn)曲木家具的實物制作與小批量生產(chǎn)。

圖1 木材彎曲工藝流程Fig.1 The technological process of wood bending

2.1 確定彎曲構件

該工序主要對產(chǎn)品設計方案進行詳細分析，確定需彎曲的產(chǎn)品構件，并對彎曲構件的造型、材料、結構和力學強度等進行分析，設計與制作相應的圖紙與文件。

2.2 模具制作

模具是將材料彎曲到所需狀態(tài)并進行膠合加壓的輔助工具，一般來說，需要根據(jù)產(chǎn)品造型進行定制化設計。本研究彎曲技術的模具制作首先根據(jù)產(chǎn)品造型特點，對需要彎曲的木材構件進行互補模具設計，構建精準貼覆彎曲構件的模具形狀與尺寸。制作時，可以選用木質(zhì)材料或金屬材料為基材制作模具框架，并用泥巴、石膏、橡皮泥甚至泡沫塑料等在模具框架上塑型，然后涂覆脫模劑，實現(xiàn)所需的表面效果。

采用本研究彎曲技術，對于一些工藝品類小件產(chǎn)品，或能夠找到現(xiàn)成模具的產(chǎn)品，或某些特殊設計的產(chǎn)品，模具的選擇更加自主多樣。小件工藝品，可以不依靠模具框架直接使用塑形材料簡易制作模具，如可用橡皮泥捏制。能夠找到現(xiàn)成器物的，可以對現(xiàn)成器物稍加改制，甚至直接用作靠模模具，比如利用廢棄座椅做模具，直接在其表面進行貼覆塑型，達到厚度與強度要求后取下，即得所需彎曲構件的坯件，如圖2 所示。此外，還可利用現(xiàn)有產(chǎn)品的內(nèi)部框架作為靠模模具制作產(chǎn)品，見圖3。模具的選擇和加工完全結合產(chǎn)品造型特點而定，以靈活、便捷、低成本的方式解決了制約傳統(tǒng)木材彎曲技術應用的高成本、長周期的模具制作問題，這也是普及個性化制作與小批量生產(chǎn)曲木類產(chǎn)品的關鍵。

圖2 回收再利用椅面作模具Fig.2 Recycled chair seat used as mold

圖3 以產(chǎn)品內(nèi)部框架為模具Fig.3 Take the internal frame of the product as the mold

2.3 材料準備

通常實木膠合彎曲與薄板膠合彎曲都應選擇紋理通直、無缺陷、具有較好彎曲性能的優(yōu)質(zhì)材料，如榆木、山毛櫸、水曲柳、柞木等。本研究木材彎曲工藝所用木單板根據(jù)功能需要可分為滿足一定厚度和強度要求的基礎材料與提供裝飾和保護功能的飾面材料?；A材料作為內(nèi)部用材，選用無明顯木材缺陷，強度和含水率符合要求的一般材料即可，如較為廉價的松木單板、楊木單板等。飾面材料根據(jù)最終設計效果，如拼花飾面、油漆涂刷等，選用具有美麗花紋和色澤的較優(yōu)質(zhì)木單板或其他材料，這些材料雖成本略高，但用量很少。材料的區(qū)別使用使該技術具有較明顯的材料成本優(yōu)勢。

2.4 彎曲膠合

木材是一種各向異性有機材料，其順紋方向與橫紋方向的力學性質(zhì)差別很大。因此首先根據(jù)產(chǎn)品造型特點和各部位受力情況，設計木質(zhì)纖維走向，估算各部分需要的厚度和層數(shù)及加強構件的附設。其次，依據(jù)產(chǎn)品上下兩個表面用飾面材料、中間用基礎材料的原則，選擇合適的木材單板并調(diào)整其含水率至適當范圍。然后，根據(jù)產(chǎn)品造型和強度需要，將木材單板逐層靠在模具上進行彎曲和膠合，并根據(jù)木材纖維不同方向力學強度的差異靈活調(diào)整彎曲方向，在滿足產(chǎn)品形體要求的同時充分發(fā)揮木材纖維方向的部分高強度力學性能。最后，在已貼敷木材單板表面涂刷膠黏劑，再次根據(jù)以上原則貼敷木材單板并靈活調(diào)整彎曲方向，重復以上操作，直至達到所需要的強度和厚度要求。

2.5 塑形

在木單板彎曲膠合過程中，根據(jù)產(chǎn)品構造實際需要，對局部進行加層增厚或附設加強構件，如此保證曲木制品造型豐滿有機、結實耐用，同時減少了材料消耗，降低了產(chǎn)品重量，取得質(zhì)輕高強、線條流暢的效果，實現(xiàn)產(chǎn)品設計和制作的生態(tài)化。

2.6 陳放干燥

將達到強度和形體要求的木材彎曲構件從模具上取下，用夾緊器適當夾緊，在蔭蔽通風潔凈處陳放3 d以上，小件產(chǎn)品可以在干燥設備中快速干燥，直至其含水率達到所需范圍。

2.7 修整修飾

在彎曲件干燥定型達到所需含水率后，對其進行進一步的造型修整和表面瑕疵修正，然后用飾面材料進行貼飾，再進行油漆涂飾或貼面修飾等工作。

2.8 加工連接結構

若彎曲件為曲木類產(chǎn)品的零部件，則還需進行相應連接構件的加工；若彎曲件為產(chǎn)品本身，在修整修飾后即完成了產(chǎn)品的制作。

3 實踐案例

本研究適于小批量、個性化家具生產(chǎn)的木材彎曲工藝緣于畢業(yè)設計作品的實物制作所需。畢業(yè)設計只需進行單件或組件制作，制作方式類似于市場上的個性化、小批量定制；從畢設作品制作時間與成本考慮，使用傳統(tǒng)木材彎曲工藝可行性較低，為解決這一問題，筆者研發(fā)了該木材彎曲工藝，并應用于指導學生畢設作品“萌芽”座椅的設計制作（圖4）。

圖4 “萌芽”效果圖Fig.4 The design renderings of the "Sprout"

“萌芽”座椅采用了仿生設計，造型猶如剛出土的植物萌芽，給人以充滿勃勃生機與無限希望的視覺感受。座椅主要由座面和靠背兩部分組成，座面和靠背均為有機造型，基本框架采用了木材彎曲工藝，座面在框架基礎上附以軟包。

材料選擇上，根據(jù)“萌芽”造型特征，結合市場情況和實驗室設備情況，以廉價的松木木條為基材自制模具，并選用楊木單板為基礎材料，紅胡桃木單板為飾面材料，制作木質(zhì)彎曲框架，然后進行油漆涂飾和軟墊物的增設。圖5 所示為“萌芽”座椅的制作過程。

圖5 “萌芽”實物制作過程Fig.5 The production process of the "Sprout"

4 結語

實踐表明，在傳統(tǒng)實木彎曲和薄板膠合彎曲技藝基礎上，借鑒塑料家具手糊成型的方法和原理研發(fā)的木材彎曲技術，能夠?qū)崿F(xiàn)以較低的成本、較短的周期制作或小批量生產(chǎn)各類造型有機的個性化曲木類產(chǎn)品，為優(yōu)秀設計成果的轉(zhuǎn)化提供可能。今后將進一步研究適用于該技術的膠黏劑，以解決實際應用中的透膠、飾面材料干后褶皺、開裂等現(xiàn)象，為豐富曲木類產(chǎn)品市場做出應有貢獻。