3D技術在陶瓷設計中的應用

程久發

(江西陶瓷工藝美術職業技術學院，江西 景德鎮 333001)

目前，3D技術在很多行業得到了廣泛的應用，3D技術包括3D打印和3D雕刻這兩大技術類別。其中3D打印是加法運算堆砌成型工藝，3D雕刻是減法運算雕蝕成型工藝。

隨著工業現代化的不斷發展，目前傳統的加工工藝已無法滿足現代工業部件的加工需求，有許多異形結構很難利用傳統加工(包括五軸加工中心)方式加工或根本不能加工。3D打印機應運而生，3D打印機看似復雜，卻很簡單，3D打印就是斷層激光掃描燒結的逆過程，斷層掃描就是把某個三位模型“切”成無數疊加的片；3D打印就是一片一片的打印，然后疊加到一起，成為一個立體物體。其優勢就是在于傳統的加工方法是利用去除材料進行加工，而3D打印則是增加材料進行加工。與傳統加工方式相比，3D打印機生產有材料利用率高、加工成型速度快、時間短、成型產品密度更均勻等優勢，其中不再受制于產品結構是其最大的優勢，只要設計師能想出的結構，3D打印機都能幫他實現。

3D設計軟件主要有3DMAX、犀牛、FreehanD等專業設計軟件，主要是用來建模，為3D打印機和3D雕刻機建立數據模型。

3D打印主要分為桌面級和工業級兩種。桌面級是3D打印技術的初級階段和入門階段。工業級的3D打印機主要分為快速原型制造和直接產品制造兩種。傳統的工業產品開發，往往是先開模具，然后再做手板，運用3D打印技術，無需開模，可以縮短制造時間，降低費用，更好地控制成本。一些好的設計理念，無論其結構和工藝多么復雜，均可利用3D打印技術，短時間內制造出來，從而極大地促進了產品的創新設計，有效解決工業設計能力薄弱的問題。3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下方面：①信息技術。先進的設計軟件及數字化工具可以輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并且根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向。②精密機械。3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產高精度的產品，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求。③材料科學。用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。3D打印機的應用領域及其廣泛，從尋常百姓家的鍋碗瓢盆，到關系到國家安全的國防事業，幾乎各種領域都可以有它的身影。它的應用對象可以是任何行業，只需提供3D數據模型或原型，3D打印機均可以加工。其中這些行業中對3D打印機需求較大的包括政府、航空航天、醫療設備、高科技研發、教育業以及制造業。

3D打印機打印陶瓷

date:2017-10-10. Revised date: 2017-10-12.

傳統的3D打印工藝是對陶瓷粉末進行加熱，這樣會造成許多微觀缺陷，讓陶器滿是裂縫或者變得極其易碎。為了解決這一問題，實驗室研究人員專門開發了一種名為“先驅體陶瓷聚合物”的材料，它在加熱后可以轉換為陶瓷。最近技術人員就利用該材料打印出了一個陶器，并在窯中燒制成功。

德國在研制一款直接打印陶瓷粉末的陶瓷3D打印機，據說這種打印出來的陶瓷產品可以直接高溫燒制，變形率極小。這種技術可以接受高端個性化產品定制，時效快。

我國湖南醴陵也有一家生產打印陶瓷泥坯的3D打印機的廠家。他們采用盤泥條的方式，打出的泥坯造型很豐富，但是泥條較為粗糙，且速度慢不適合批量生產，現在主要用于高校陶藝教育。

彩色陶瓷3D打印機

目前，3D打印技術在陶瓷行業的實際應用，主要在陶瓷模具設計和新產品開發。它的優勢是數據準確、效率高、產品更新快。是企業創新發展的必備的新技術設備。這種技術和設備可以實現個性產品定制，尤其是高端的個性化產品定制。雖然目前主要打印材料還是塑料、金屬和光固化樹脂等特定材料，瓷泥和生物材料也已經出現，但是作為模具設計和生產，不管使用什么材料，最終都可以轉換成陶瓷生產用的石膏模具。未來3D打印的材料種類會越來越豐富，打印機的速度和能效比也會越來越高。

3D打印陶瓷現在已經實現市場化規?；?，景德鎮盛景陶瓷有限公司是一家3D打印陶瓷產業化的初具規模的陶瓷有限公司，其在景德鎮的文化產業中心陶溪川陶瓷3D打印體驗中心，重新定位陶瓷概念的范疇，3D打印陶瓷能在景德鎮落戶生根，并且和景德鎮的傳統陶瓷高度融合，是非常難能可貴的，因為3D打印陶瓷的成型工藝和景德鎮陶瓷傳統陶瓷的成型工藝截然不同，雖然二者的成型工藝截然不同，但是并不沖突，也不矛盾，3D打印的陶瓷屬于一個新的陶瓷種類，這一新出現的陶瓷種類，年輕時尚、極具個性，在當今文化多元的時代，它迎合了眾多消費者，相比較于其他陶瓷種類，3D打印陶瓷是最具個性、最有活力、最具挑戰性的一個陶瓷種類，是將來陶瓷發展的一個方向。

3D打印陶瓷目前不僅僅是單獨一個陶瓷種類的概念，它還對陶瓷的模具生產和設計產生影響，目前3D打印陶瓷雖然時尚個性化，有文化創意，但是它的缺點也很明顯，現在3D打印陶瓷的時效非常低，量化也不夠。從設計的角度考慮，它更適合作為陶瓷模具設計，或者是作為陶瓷樣品設計，為那些不需要量化也不需要時效的設計服務。3D陶瓷打印的關鍵技術還是在于設計，機器永遠是為人類服務的，所以3D打印陶瓷發展的好與壞，和設計團隊的組建和發展有關，要有一大批愿意為陶瓷設計付出的人才，加入這個大團體，為陶瓷3D打印添磚加瓦，推動這些事業健康良性的發展。

陶瓷3D雕刻機是較為成熟的生產設備，這種設備和3D打印機的技術完全不同，它是做減法運算的設備，只需要有3D模型數據。

陶瓷模具雕刻設備也很成熟，市面上主流的有3軸和4軸的雕刻機，甚至5軸的雕刻機也已經出來了。下面是石膏模具雕刻機和雕刻產品圖片。

陶瓷設計的關鍵是設計思維和設計軟件應用。設計思維又是設計的核心。軟件應用是實現設計思維的技術手段，3D設備是實現設計思維的特質基礎。對三者之間的關系的理解，可以在相關企業的戰略決策中起到關鍵作用。