3D陶瓷打印技術在日用陶瓷行業發展趨勢的研究

金亮

（景德鎮陶瓷大學，景德鎮 333403）

Summary&Review綜述與評述

3D陶瓷打印技術在日用陶瓷行業發展趨勢的研究

金亮

（景德鎮陶瓷大學，景德鎮 333403）

當今社會，伴隨著智能化工業時代的到來，經濟的快速發展與科學技術的進步，數字化、信息化、智能化的生產制造技術已在日用陶瓷行業勃然興起。目前，日用陶瓷的發展前沿之一為3D立體成型打印技術（3DP），其獨特的技術特點與藝術特色，能夠快速地塑造精準的造型、突破傳統工藝局限以及多品種少批量化的發展模式等特點，為當代日用陶瓷生產與科技信息產業化的發展融為一體提供新的契機。同時，3D成型打印技術的發展又使得傳統日用陶瓷從業者及企業工廠發展面臨著巨大挑戰。基于此，探索3D成型打印技術在日用陶瓷行業的發展趨勢，并提出實用性的應用策略，以期為3D打印技術在日用陶瓷領域的應用和后續發展提供可行性參考。

3D打印技術；日用陶瓷；發展趨勢

1 3D陶瓷打印的工藝特點

3D陶瓷打印成型工藝來源于傳統的泥條盤筑成型技法和陶輪拉坯成型技法。陶輪成型法是純手工的捏塑成型工藝的“快速成型”技術，其原理是通過轉盤帶動泥坯產生圓周旋轉，兩手近似靜止或上下規則移動將坯體塑造成型的一種工藝技法。3D陶瓷打印是打印機放置坯體的底盤與機架不動，通過打印機三軸連桿進行上下、左右、前后的移動，即“機械手臂”的反向“拉坯”，打印噴頭吐出線性泥條，按計算機設置完成的文件路徑逐層堆積，基于泥條盤筑法的方式完成陶瓷坯體造型。3D陶瓷打印工藝呈現出以下特點。

1.1 人與泥的關系轉化為人與數據、人與機的關系

傳統陶瓷成型工藝為純手工制作，首先由專業的師傅將黏土與水按照一定比例調制混合，后將其進行分割分塊制作，再進行反復的揉、敲、搓等，排除黏土中的氣泡，最后進行手工塑形，如泥條盤筑、拉坯成型、模具成型、泥板成型等，以上整個過程是人與泥關系的體現。而3D陶瓷打印工藝（圖1），從泥料的添加到打印成型均為機器自動化。泥料的輸送是利用空氣壓縮機與儲泥桶連接，將真空練泥機制作好的泥料，通過PU管送至打印噴頭內部，利用攪輪進行攪拌擠出。成型過程前，不但可以通過計算機軟件對產品的直徑、高度等數據進行設置，打印過程中還可通過調節氣壓的大小來控制運料的快慢；同時能精準地根據控制軸對噴頭的控制進行定點送料，最終在控制軸與噴頭協同工作下完成坯體成型。造型設計的過程也是借助機器（計算機）等建構數字模型完成，整個過程體現的是人與數據、人與機的關系。

圖1 3D陶瓷打印工藝

1.2 計算機造型設計手法的介入

首先，計算機成型軟件的使用對陶瓷成型工藝的掌握提出了新的標準。3D陶瓷打印涉及利用軟件建模編程來完成塑形及過程，要求3D陶瓷打印從業人員能熟練運用相關軟件與技術進行操作，同時還要具備陶藝和創意設計的相關知識，最后才能綜合運用到陶瓷產業中。其次，修改草圖方便快捷。傳統磨具塑形是首先制作出1：1比例的實物模型，再利用實物模型制作模具，最后才能用于實物的翻模制作，需要經過二次成型，如果需要修改形體，必須重復整道工序。3D陶瓷打印的造型采用計算機輔助技術，后期如需修改，只要對軟件模型進行編輯即可，從修改造型到打印成型周期縮短，效率提高。

1.3 使用材料的節約化

傳統的泥條盤筑工藝與拉坯成型工藝在制作過程中為了增加黏土的粘性、緊致性和坯體的圓潤性，會結合補水工藝，致使黏土材料流失，且不可回收利用，同時由傳統工藝制作的坯體在修坯的過程也會損耗較多材料。3D陶瓷打印工藝是增材制造工藝，工藝基礎是打印機機架內設置的三套與黏土噴頭連接的控制軸，每套控制軸都有一個電機帶動。這種機械結構可以實現黏土噴頭在三維空間中的運動，從底層逐層疊置，定點送料，只對產品本身的形體進行塑造與勾勒；且由此工藝成型的坯體基于紋理特征，在修坯工程中采用極簡修整的方法，不破壞紋理，只在關鍵處比如器物出口與底座等部位進行打磨。

2 3D陶瓷打印工藝的藝術特征

3D陶瓷打印工藝雖然應用的是3D打印技術，其塑形與制作過程看似理性冰冷，但其同樣為一種藝術活動，即也是運用審美的方式，對于客體世界予以認知、反應和創造的過程，具有審美價值，其所具有的藝術特征很好地反應了這一點。

2.1 泥條規則堆疊的機理

3D陶瓷打印工藝為堆疊制造工藝，可再現出獨特的層次紋理線條，不僅有別致的肌理美，同時可表現出陶瓷成型器物的品質優劣。打印中所出現的“缺陷”紋理，便是打印過程中送料氣壓的不穩定或泥料中含有氣泡或是水土配比不均致使出料速度不一。反之，展現的紋理線條井然有序，循環排列節奏韻律感強，為優質紋理（圖2）。

圖2 泥條堆疊機理

2.2 幾何機械的構成

3D陶瓷打印的陶瓷制品最大的特征是形體幾何機械感強，此種形體的塑造區別于傳統純手工制造，而是依靠三維造型藝術-NURBS建模成型的科學建模方法所物化的，拓寬了設計者的思維，提升了形體的自由度，以及對于曲線折線的交叉、旋轉、錯落與更迭的應用。幾何機械感形體的出現不僅給了傳統陶藝者新的視野，也給予大眾消費者以新的視覺體驗，是傳統陶瓷形體新面貌的展現，符合現代社會審美需求。

2.3 內部充盈的結構

3D陶瓷打印可以打印充填器物的內部結構，即在內部空間中架構結構，隨著機械臂（控制軸）帶動噴頭在三維空間中對陶瓷坯體內外行進逐層塑造，噴頭擠出的泥條在每一個平面層次的任何方位定點描摹送料，最終可以塑造出內部充盈的陶瓷產品。打印內部結構工藝主要應用于藝術類作品或造型復雜且有燒成局限的陶瓷產品，實施內部填充式打印，便于復雜的形體表現，拓寬了陶瓷成型工藝的應用范圍（圖3）。

圖3 內部結構打印

3 3D陶瓷打印技術在日用陶瓷設計中的優勢

3.1 生產效率的提高

3D陶瓷打印技術的出現，無論是復雜造型或精細的日用陶瓷產品，從軟件設計到制成都可以節省大量的人力及時間。以景德鎮陶溪川3D陶瓷工作室為例，其3D打印設備速度在30 mm/s（圓形對象）或15 mm/s（三角形對象），最大打印速度為100 mm/s（3 mm擠出寬度和1.5 mm擠出的高度）。圖4中20 cm陶瓷瓶器，造型小巧但結構復雜，也只需15 min便能完成，相比傳統手工制作模種-翻制模具-注漿-成型或手工泥條盤筑效率提高數倍甚至幾十倍。

圖4 3D陶瓷打印瓶器

3.2 創作手段的豐富

傳統日用陶瓷工藝中，對復雜造型經常采用“支釘”“吊燒”等燒成方法，以避免器物因造型的復雜而造成燒成的缺陷。雖然這種方法在很大程度上保全了產品的完整與完美，但燒成過程極為繁瑣，同時也會因產品成功率的降低導致成本大幅度提高。3D陶瓷打印技術在對復雜器型設計當中便可解決因燒成而變形等諸多問題，因為設計者可在計算機軟件中，對復雜器型內部關鍵部位編制支撐結構，3D打印機在泥條逐層積累的同時也將器型內部支撐結構打印出來，打印完畢后的日用陶瓷產品可以保持打印形態而不必擔心塌陷，所以3D打印機非常適合打印以傳統工藝成型方法容易塌陷的鏤空、中空，或燒成過程中易變形類等陶瓷產品。

3.3 異性的小批量制作

3D陶瓷打印技術與以往大工業批量化生產制造不同，工業化批量產品只能進行單一坯體造型的復制，都是通過后期對坯體的不同裝飾改變最終作品形貌；而3D打印技術的層級式或選擇性燒結的成型方式，決定它可以在工作區域一次性完成多個不同形態作品的制作，只需要預設好模型數據。雖然在批量化產量化制作方面，3D打印技術無法與工業化制造業相比，但是在藝術的領域，卻成為了一個優勢：當設計者們創作形態近似而又各有不同的批量化作品時，3D打印技術的效率會高很多。

4 3D陶瓷打印技術發展前景

4.1 傳統且日用陶瓷行業面臨的挑戰

3D打印技術的不斷發展使得傳統日用陶瓷行業面臨更大的挑戰。當前，3D陶瓷打印技術不僅可以快速制作各種異型陶瓷造型，還可以通過遠程文件輸出，異地打印制作產品。3D陶瓷打印技術高速便捷的成型方式，使得陶瓷企業和消費者對先進技術更加認可，也促使陶瓷行業技術不斷完善。為此，消費者對日用陶瓷也有了更高的追求，在此背景下3D打印技術被眾多日用陶瓷企業大肆追捧，成為未來陶瓷行業發展的重要轉折點。因此，對3D打印技術從商業化角度來看，其更應該定位于日用陶瓷個性化定制、高端藝術品復制等小批量生產的產業模式。

4.2 專屬定制的日用陶瓷作品

目前，日用陶瓷市場已從傳統“開放式”、“模式化”進入到“差異化”、“個性化”的消費模式，消費大眾對個性化、獨一無二或專屬定制商品的需求逐漸變得熱衷起來。3D陶瓷打印技術正是當前數據時代生產技術的體現。數據時代的生產技術可以根據消費者需求進行準確的設計和生產，實現日用陶瓷低成本私人個性定制的可能，這種消費者個人為產品本身賦予附加值的模式的開發與拓展，將成為數據時代產業發展的流行趨勢。

5結語

日用陶瓷對人們生活品質的影響力始終存在，3D陶瓷打印技術在日用陶瓷領域的應用推動了制瓷技術的進一步發展。目前已經有很多陶瓷企業與教育機構大規模使用3D打印技術進行生產和教學。近年來，很多日用陶瓷行業及相關設計人員都在3D打印技術領域取得了良好的發展。雖然當前我國在3D打印領域也進行了一系列的闡釋，但總體上，還存在很多有待改進之處。在未來的發展過程中，只有充分發揮3D打印的各項先進技術，實現更符合消費者需求的日用陶瓷產品體驗與個性化追求，認清傳統日用陶瓷制作與數據時代生產技術的關系，才能更好地彰顯新時代日用陶瓷的魅力。

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[3]高連飛.從3D打印應用角度做陶瓷藝術發展趨勢的研究[D].中國藝術研究院,2016.