3D 打印與《首飾工藝制作》課程教學的結合與探討

曹超嬋

3D 打印與《首飾工藝制作》課程教學的結合與探討

曹超嬋

隨著 3D 打印技術的愈發成熟，新的理念將逐漸改變傳統的生產和生活方式。目前，不少高校也逐步引進 3D 打印設備及其新的生產理念服務于教學，提升教與學的與時俱進，縮小與社會人才需求的差距，對教學來說是一個機遇也是一個挑戰。

3D 打印技術 首飾工藝制作 實驗教學

一、3D 打印的概述

1.3D 打印技術的原理

3D 打印技術，又稱“三維打印技術”，即快速成型技術的一種，是指通過可以“打印”出真實物體的 3D 打印機，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成 3D 實體。包括“快速原型制造技術”和“金屬構件直接制造技術”兩大類。目前我們所了解的 3D 打印成果和案例大多屬于“快速原型制造技術”范疇。

2.3D 打印技術的現狀

隨著 3D 打印技術的不斷成熟，3D 打印被廣泛地運用于多個領域。在工業制造領域，應用于理念設計、產品制作和驗證評審；在建筑工程領域，應用于建筑工程和施工模擬；在生物醫療領域，應用于人造骨骼、皮膚、血管甚至是器官的制作；在消費品領域，應用于衣帽、鞋類、玩具、首飾的設計和制造。

在高校教學上，我國3D打印研發機構主要集中在清華大學、北京航空航天大學、華中科技大學、西安交通大學、西北工業大學、浙江工業大學等著名高校，除了應用于學術研究外，也面向產業需求提供共享服務，部分研究成果已處于世界先進水平。

在設計應用上，2013年的巴黎時裝周，設計師 Iris van Herpen 上演了一場 3D 打印時裝秀，讓冰冷的打印機代替充滿藝術靈感之美的釘珠刺繡；紐約著名策展人莫里．摩斯（Murray Moss）策劃了一個關于“3D 打印”物品的特別展，在維多利亞和阿爾伯特博物館展出。

3.3D 打印技術在首飾行業的應用

（1）3D 快速成型技術

快速成型技術是在計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機數字控制、激光技術和新材料的基礎上發展起來的一種新的制造技術。它是一種具有廣泛應用前景的、正在不斷完善的高新技術，在發達國家的首飾制造業，快速成型已成為原型制造的重要生產方式。

首飾快速成型制作原版與傳統手工起版相比，在多方面有突出的優勢：在時間上，傳統手工起版需要培養熟練工 3-4年時間，而快速制版需要半年左右；在款式上，快速制版在完成首版前可運用電腦制作多種材質的效果圖；在數量上，快速制版可一次同時成型多個模型；在材質上，快速制版可運用蠟、樹脂、金屬等。

（2）首飾行業主要采用的快速成型方法

目前，在首飾制造業界已經實現商業用途的快速成型設備主要有三類：一是融積成型；二是激光固化成型；三是 CNC 雕刻成型。

噴蠟式 FDM 法融積成型：該方法采取噴射凝固式，使噴頭噴出的液態蠟層堆積成型，典型的設備有美國 Solidscape Inc.生產的噴蠟式立體成型系統。

SLA 光敏樹脂選擇性固化成型：該方法是目前快速成形技術領域中研究得最多的方法，其特點是精度高、表面質量好、原材料利用率高，能成型形狀復雜、精細的首飾原型，缺點是設備價格昂貴，而且必須采用專用樹脂，成型材料價格一般較昂貴。

CNC 數控雕刻機：小型的 CNC 數控雕刻機也逐漸應用于首飾行業的快速成型，也是小型企業自制模具時考慮的首選。該設備既可用樹脂、塑料、蠟型材加工，也可直接加工金屬材料；擅長加工各種異型構造面，可加工非常復雜的立體輪廓和紋理。

二、3D 打印技術在《首飾工藝制作》課程教學中的應用

1.《首飾工藝制作》課程分析

課程中文名稱：首飾工藝制作

課程類別與性質：專業必修課

總學時：64學時（其中講課與示范 12學時，實踐 42學時，討論4學時，資料收集6學時）

學 分：4

《首飾工藝制作》課程內容

先修課程：《金屬鍛造》、《首飾設計構思》

面向對象：服裝與服飾設計專業，大學三年級第 5學期

本課程是服裝與服飾設計專業(服飾品設計)方向學生的專業模塊必修課，是首飾設計系列基礎課程的延伸。本課程要求教師以講解理論要領和結合實際操作等方式進行授課，學生通過學習在了解專業理論的基礎上應用首飾制作的工藝、結合首飾設計的構思方法，完成首飾的制作，達到課程訓練的目標。

考核方式：本課程總成績由平時成績（40%） 及期末成績（60%）組成。

2.3D 打印技術與《首飾工藝制作》課程教學的結合

近年來的教學中，首飾設計通過三個階段達到學習目的：發現觀察階段、主題設計階段、形態轉化階段，前沿課程《金屬鍛造》熟悉基礎工藝制作簡單的首飾成品，《首飾設計構思》完成發現觀察階段和主題設計階段，《首飾工藝制作》完成形態轉化階段：傳統的教學方式是通過焊接，雕蠟，翻模等基本方法，使學生掌握首飾工藝制作的步驟制作成品，但作品較為單一，在設計思維上空間感較弱，教學成果不夠豐富。以下內容主要在本課程第四章節系列首飾制作中實驗。

（1）系列首飾制作的材料轉化

首飾材料在教學中主要分為傳統首飾材質（貴金屬金銀銅等），現代首飾材質（木材、玻璃等）。3D 打印設備通過不同的型號，運用不同的材料（粉末、樹脂、金屬等），制作不同效果的首飾作品。在首飾制作中普遍運用樹脂材質打印出的效果較佳，即SLA 光敏樹脂型打印設備。

（2）系列首飾制作的工藝轉化

在本課程上將學生分成 4個小組，每個小組 6位學生，因為設備、材料、成本、師資的限制，只選擇其中感興趣的一組學生進行學習與實驗，其他學生按傳統的教學模式制作成果。首先，通過對建模軟件 Jewel CAD 的學習，掌握首飾設計的技巧完成最終的設計方案；其次，掌握 3D 打印設備的各項程序；最后，學生將自己設計的方案直接打印出來，根據實物進行創意及功能結構的分析檢測，發現問題進行修改，形成設計、打印、修改、再打印的過程，直到最后方案確定。與 3D 打印技術相結合的教學通過不同的工藝過程產生了不同的教學效果，學生從傳統的鍛造工藝直接切換到電腦軟件的成品打印，省去了手工工藝的制作過程，對新技術的運用也有了新的了解，對首飾的精細化制作也有了更為直觀的空間感受。

（3）系列首飾制作的細節轉化

學生運用 3D 打印技術制作首飾成品，選擇更為精細化的樹脂材料完善設計作品的細節設計，也是首飾作品的后處理與評價反思。

3.3D 打印技術對首飾實驗教學的影響

（1）拓展學生思維空間，提升學生創新能力，實現學生設計的多樣化

按照3D打印一次成型的原理，打破了傳統制造的局限性，只要學生能展開設計思維，把創意轉化成三維數據模型，均可通過 3D 打印機制造出立體實物，縮短創意與成品之間的距離，提高學生的創意思維能力，實現傳統設計模式之外的多樣化表現。

（2）加強學生多學科知識學習，增加學生就業機會

首飾設計是一門藝術與技術高度交叉、自然科學與社會科學有機結合的學科，3D 打印是一項集光學工程、機械設計、計算機技術、材料科學一體的技術，不豐富學生多學科、多門類知識，加強學生對于首飾設計專業的綜合掌握，而社會正需要這樣的綜合型人才。

（3）提升教師的自主學習能力，推動產學研教學發展

教師的不斷學習是教學質量的保證，高校也將鼓勵與促進教師教學業務水平的提高，使學生接觸真實的企業項目，增強學生實際設計能力，推動高校首飾設計實驗教學產學研的發展。

4.3D 打印技術對首飾教學的局限及措施

（1）成本昂貴：現有 3D 打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。（2）打印材料局限性：目前 3D 打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型材料的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。（3）精度有待提高：目前 3D 打印的效率還遠不適應大規模生產的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在沖突。（4）產業風險大：3D 打印技術的普及將使產品更容易被復制和擴散，制造業面對的盜版風險大增，現有知識產權保護機制難以適應產業未來發展的需求。（5）教學應用不成熟：各類高校對于 3D 打印設備的使用都處于一個摸索階段，因此在技術交流與成果展示方面還沒有形成的教學氛圍，不利于高校首飾教學水平的交流與提升。

三、結語

就目前 3D 打印性能而言，不同型號、不同類別的 3D 打印機使用不同的材料，采用不同加工工藝，打印出的產品也大不相同，因此，高校采購的一臺 3D 打印設備對于首飾設計專業教學、產學研需求有一定的局限。另外、我國多數企業尚未接受 3D 打印的制造理念，對3D打印這一新興技術的戰略意義認識不足，與學校開展科研項目還存有顧慮，導致學校的 3D 打印機還處在部分學生的課外興趣研究層面。這既需要 3D 打印研發機構改進3D 打印技術，也需要高校加強 3D 打印產學研機制的完善，更需要政府、企業、學校三位一體共同努力。

[1]王忠宏等．中國 3D打印產業的現狀及發展思路［J］.經濟縱橫，2013(1).

[2]盧秉恒.激光快速成型技術與設備簡介[R].西安:西安交通大學先進制造技術研究所，1997.

[3]榮烈潤.面向 21世紀的激光快速成形技術[J].機電一體化，2001(4).

[4]劉紅俐，花國然，羅新華.國內外快速成型技術的新發展與展望[J].南通工學院學報（自然科學版），2002(3).

作者單位：浙江理工大學