黏土打印技術的發展與思考

王思卿

摘要：黏土打印是一種基于3D打印技術的陶瓷材料成型技術。其興起于2011年前后，如今已逐步成熟和產業化。文章對黏土打印技術的發展現狀進行梳理分析，對黏土打印的陶瓷作品深入研究，分析其在當下的審美特征;并總結了黏土打印技術對陶瓷藝術發展的促進作用。最后著眼于傳統工藝與新技術之間關系進行思考，討論分析了新技術對陶瓷藝術可能帶來的影響，以期助力新時期陶瓷藝術的再發展。

關鍵詞：3D打印;陶瓷;工藝

中圖分類號：TS936 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0155-03

1關于黏土打印技術

3D打印技術興起于20世紀80年代，是一種通過構建連續的材料層來創建三維對象的技術。近幾年，迅速發展并廣泛應用于醫療器械、航空航天、汽車工業等領域。而黏土打印即使用黏土材料進行3D打印，該技術有多種不同的稱呼，如液態沉積成型（LDM）、膏體沉積成型（PDM）等，其原理類似于FDM打印，區別在于打印使用的是稀釋過的黏土，送料則是通過活塞式的漿料擠出機推送半固半液態的材料，材料在壓力下沿指定路徑流動。簡單來說，其打印過程類似于擠牙膏。

這種擠出機最初稱之為通用漿料擠出機（universal paste extruder）。2011年7月，英國埃克賽特大學的網站上出現了一條關于3D打印巧克力的新聞。3D打印技術在當時已經在工業中用于生產塑料和金屬產品，但這是其首次使用生活中常見的食材漿料進行打印。工程師Richard Home隨后研制出自己的漿料擠出機，成功打印出黏土坯體，并將機器配置與切片參數等公布在自己網頁。在那時3D打印廠商RepRap、MakerBot和Fab Home等都具備了不同種類和規格的漿料擠出機。經過幾年的發展，硬件與工藝逐步升級，黏土打印技術快速走向成熟并市場化。料倉容量的大幅提升，打印機體積的擴張，使得一次可以使用更多耗材，打印更大體積的作品，層厚和噴嘴直徑的不斷縮減則可實現更高的精度。荷蘭公司VormVrii 3D，其打印機LUTUM v4最大建構尺寸為51cm×43cm×46cm。并裝載雙黏土擠出系統，可以在一次打印任務中打印不同類型的黏土。Emerging Objects和3D Potter共同推出機械臂陶瓷漿料擠出機Potterbot XLS—1，最大甚至能夠建造3m×3m的物體。考慮到空間和便攜性問題，它以360°連續旋轉打印的獨特能力允許打印比打印機本身更大的對象，展現出打印建筑尺度對象的潛力，如圖1所示。打印機可以攜帶4000ml容器的黏土，或者連接到可容納2501b黏土的大型擠出機。Deltabots公司的3D PotterBot v4.5甚至配有5，500ml擠出機。對于精確打印，LUTUM v4擠出機噴嘴尺寸從0.6mm—7mm不等。慕尼黑StoneFlower公司推出的黏土打印機XY平面精度為12pm，Z方向的精度可達0.6μm。究其打印機制則大都相通，打印固件一般支持由Cura，Slic3r和其他流行的3D打印軟件生成的G代碼。

批量生產似乎和3D打印難以聯系起來，而對于打印機制的優化則使該技術可以從容應對批量生產：圖2為比利時設計工作室Unfold曾使用他們的3D黏土打印機批量生產400個相同的杯子。杯子的設計略帶褶皺和尖角，都不允許以最大速度進行打印，高速打印時噴嘴在這些部位的方向偏移可能使打印物體振動，而黏土打印的漿料本身就比較脆弱。若使用標準速度則導致打印時間遠遠超過預定的時間。Unfold通過可變打印速度進行生產，優化表面質量，同時保持最小的振動，并在打印杯子的開始和結束時動態加速和減速，把打印時間降到可接受的水平。

隨著黏土打印產業的不斷發展，耗材的供應鏈也在逐步形成。Imerys Ceramics公司針對3D黏土打印，其產品EZ Print3D以其“即插即用”的特點作為墨盒提供給用戶。其低燒制溫度1220℃也與大多數窯溫度限制兼容。此外，韓國公司HANIL等也提供可混合的黏土耗材。

2黏土打印技術發展中的限制因素

2.1技術本身的缺陷

黏土打印技術經過幾年的發展與演進，以其顯著自身優勢迅速占有一定市場，然而其發展仍面對不少現實的問題。相對陶瓷粉末熔融、燒結類打印方式來講，黏土打印速度較快，且黏土打印機的生產成本、維護成本也低于陶瓷粉末打印機。缺點也是顯而易見的：打印精度相對粉末打印較低;打印件一般直接暴露在空氣中，坯體在打印中和打印完成后的很長一段時間內都極為脆弱。此外，這種技術對于打印件造型有一定要求。理論上黏土打印技術可以像FDM打印一樣在封閉的空腔內部添加支撐結構，而外部卻一般不予添加，原因在于黏土材料在干固后去除支撐會明顯破壞其表面肌理，影響美觀;另外，生成在物件上的支撐會加大坯體局部的重量，容易導致坯體變形甚至坍塌。由此，黏土打印的物件造型如果是打印筒狀造型一般不用添加支撐，打印圓雕類封閉物件則可在內部添加支撐，但支撐一般不宜過密。改善黏土的配方，增加材料韌性及強度會對此問題有所改善，但并不能從根本上處理材料本身的特點于打印機制上呈現出的缺陷。國外黏土打印廠商WASP、Vormvrii、Deltabots、TYTAN 3D以及國內山東淄博、福建廈門都有企業在開發這種打印機。迄今為止，這些公司所展示出來的打印件成品都是避免形成外部支撐的結構，可見黏土打印外部支撐的技術難題仍有待解決。這也是當下黏土打印所呈現出的一大問題——許多廠商稱其為陶瓷3D打印技術，但它似乎并不能同大多數人印象中“3D打印”的特征相匹配。黏土打印工作方式是通過材料的疊加形成坯體，這并不違背增材制造技術的基本特征，只是黏土打印件的造型和成品率極大程度上受限于材料特性。廈門斯瑪特企業楊德安曾說：“3D打印這種數字化技術其實為陶藝帶來了一種新的藝術語言的可能性，需要強調的其實并非3D打印本身”。從黏土打印技術發展的源頭來講，通用漿料打印起初是為了打印廣泛意義上的糊狀物，并未能預見黏土打印所面臨的種種問題。此外，同FDM打印相似，這種機器打印出的物件縱向強度偏低，即使高溫燒結，Z軸方向上韌性依然較差，相對更容易發生斷裂。

2.2相關供應鏈不夠完善

黏土打印技術發展至今行業內尚無統一標準，機器電機、配電箱、擠出系統參數都因生產廠商而異。因此，市場上也沒有一個統一的使用耗材標準。黏土漿料的配置需要控制到適當水準，太稀則打印件強度低、易變形，太稠則在打印中難以擠出。打印機廠商和第三方供應商提供的耗材往往價格高昂，如果自己生產需借助練泥機等抽真空設備，工序較為繁瑣。

2.3專業門檻高

在機器的使用中使用者需要對軟件硬件深度掌握，對陶瓷工藝有一定地理解與經驗，對材料的特性能熟練把控。根據陶瓷工藝與黏土打印的工作方式設計合理造型，設定適當參數;打印過程中需要使用者根據經驗觀察實際打印狀況并及時調整參數：噴嘴擠出量若偏低則導致打印件壁薄，坯體強度低;偏高則會加劇坯體壁厚，影響后期燒制中的成品率。

綜上所述，當下的黏土打印產業仍有不少發展空缺，但隨著黏土打印產業的不斷推進，打印機制與工藝手段的升級，綜合型專業人才的大力培養，相關產業鏈的成熟，其發展前景仍令人拭目以待。

3黏土打印技術與陶瓷藝術

3.1新技術對傳統工藝的促進作用

傳統陶藝強調手工性，材料語言的表現，人文情感的敘述;而模具生產則具有標準化、精確化、可大量生產等特征，如圖3所示。模具生產的產品以其低廉的價格在市場大量流通，但產品同質化、粗劣的工藝也被現代人所詬病。黏土打印技術融合了人與機器對作品創作的共同參與，從其生產方式上來講，黏土打印仍屬于機器生產的方式，其本質是一種新型陶藝創作手段。豐富的表面效果和新異的造型設計突顯其極強的創造性。3D打印技術的一大優勢在于其不需考慮形體的復雜程度。因此，黏土打印技術給陶瓷藝術的造型設計開拓了極大空間，為陶藝創作提供了強大地技術支持。將陶藝的創作中引入3D打印技術，從某種意義上來說降低了陶藝創作的門檻，使得一些不具備陶藝創作經驗的非專業人士也可以通過自己設計或者下載的模型進行打印，創作屬于自己的陶藝作品，使陶藝創作融入更多交叉學科的元素。傳統工藝經過科技的包裝將能更好地融入當下審美與生活方式。

3.2科技與陶瓷藝術的相互促進

毫無疑問，這種新型的陶藝創作手段必定會引領新一波的審美風向。黏土打印的陶瓷作品既具備了盤泥條形式美、自然粗獷的特征，又具備機器生產特有的韻律感與秩序感。它將黏土材料以前所未有的方式，以其半固半液態塑造出豐富的形體，從根本上講帶來了一種革命性的創作手法，提供了一種全新的創作思維。呈現出別具一格的藝術表達方式。3D打印逐層打印的機制使得打印件注定帶有不同程度的橫紋，這在工業生產中算是一種缺陷，但這種缺陷如果強調在黏土打印中反而是一種獨特的肌理效果，將機器生產所具有的獨特的機械韻律與陶藝創作的材料語言巧妙地結合在了一起。就機器生產來說，它具有標準化因素，而在這樣的標準化中又附帶了些許人為因素：通過對擠出量的調整可以在一定程度上控制作品表面的肌理效果，如圖4所示。這點頗類似于陶瓷燒制過程中火候的控制會影響最終效果，打印過程中對參數的干預也會導致作品最終呈現不同的樣貌。黏土在半固半液態下易產生變形，如果缺少支撐則會使黏土漿料自然下墜，熟知這一特性的創作者可以根據這點和模型本身來讓作品呈現出新穎的結構。使模型一些結構留空，打印的過程中形成獨特而自然的肌理，將黏土的藝術特性、機器生產的特征完美融合在作品上。這一系列特性也使得黏土打印區別于陶藝創作與模具生產。機器生產與人為干涉共同造就了黏土打印作品獨一無二、別具一格的藝術特征。

3.3黏土打印技術的局限性

沒有一項技術可以做到十全十美，黏土打印本身也具有一定局限性。隨著技術本身的不斷發展與完善，其諸多短板或許在將來某一天得以解決，但其特殊性只能將其限制于機器生產的范疇。如，制作一把好用的茶壺需要手藝人長時間的經驗積累，好的茶壺能讓使用者在與其接觸的過程中深刻感受到工藝的魅力與內涵。而黏土打印的作品表面無法做到注漿翻模及手工修正的平整，壺口等部位的細節也注定無法達到手工修整的水準。再如，白瓷或青瓷作品，其最高的審美境界在于其似玉的質感，黏土打印技術制作出來的瓷塑或其他作品注定要在坯體表面留下橫向紋理，盡管其在藝術性和表現語言上獨樹一幟，但這樣的白瓷或青瓷作品將丟失其天然的、材質本身的審美特性。很多細節雖然可以通過技術的改進與升級不斷完善，但黏土打印仍然和手工制作有著本質上的區別。

3.4科技工藝的雙刃劍

科技快速發展的同時也可能會帶來負面影響。黏土打印技術可以使用一個模型打印出成千上萬的黏土坯體，由此一來，陶瓷藝術作品中的獨特性、地域性特征將會被消解，人人皆可成為陶藝家。這也引出了一個令人深思的問題：傳統工藝是更好地融入了現代生活還是在現代社會中消失了？3D打印時代，資源必將逐步數據化，設計者的作品模型一旦泄露，其原創作品就可以隨時被打印出來，屆時必將引發作品版權等問題。技術發展到一定程度將被大規模投入使用，不難想象有人會為利益所驅使而濫用現代科技，粗制濫造，模仿抄襲成風。這樣一來勢必會打擊原創的動力。新技術造福社會的同時也必須正視黏土打印技術可能帶來的負面影響。

4黏土打印技術前景展望

隨著科學技術的飛速發展，新技術對于陶瓷藝術會產生何種程度地影響。從黏土打印的發展現狀來看，其技術本身仍有不少缺陷，甚至難以達到與手工藝相當的水平。除卻技術因素，包括陶瓷藝術在內的許多工藝門類追求的或是手工制作的痕跡，或是特殊的材質，都具有無可取代的文化內涵。而很多特殊的材質與肌理的處理都是機器無法完美實現的。《考工記》有云：天有時，地有氣，材有美，工有巧，合此四者然后可以為良。多方面因素共鳴才能促成獨一無二的工藝品。黏土打印技術所依賴的是技術的成熟性與完善性，機器生產的準確性等因素，它代表了傳統工藝美術在現代科技語境下的再發展。回顧工藝美術史，種種跡象表明：新技術不會替代或破壞傳統工藝，反而會推動工藝美術在新時期的發展與演進。相信黏土打印技術也定會以自身的優勢與特性使陶瓷藝術在新時期大放異彩。

從工具因素的角度講，工具的發展水平、規模和速度始終對應于現實社會生產力的發展水平、規模和速度。生產、利用自動化和智能化的工具，研發新的科研工具提高科研生產力的創新水平是現代和未來工具因素發展的重要趨勢。如今黏土打印機創造出新形態的陶瓷藝術作品，本身是一種更為先進、順應時代發展趨勢的創作與生產工具。黏土打印的模型是人為建造的，雖然后續機器完全處于預先的設定下，但如果把握好模型與材料特性，通過人為地干預使兩者在創作中產生共鳴，反而讓機器打印的作品呈現出黏土自然的形態美，何嘗不是匠心獨運？在打印過程中引入一些隨機性，將參數轉化為3D打印產物的形狀和表面質感，也可以創造出新奇而充滿美感的肌理。只是在打印的過程中人的思想經過“工具”的轉化，體現在陶藝作品上。新技術的產物所蘊含的人文情懷由于其被機器轉譯，具有新時期的藝術敘事方式甚至有些晦澀而不被人們所理解。而如何面對機器的轉譯再去準確表達、體現人文情感則是當下創作者在創作中要思考的問題。

5結語

工藝美術的發展進步總是與新技術的興起有著千絲萬縷的聯系。黏土打印技術為陶瓷藝術今后的發展開拓了極大的空間。長期的歷史實踐證明了新技術總是與傳統手工藝取長補短，相輔相成，利用新技術創作出符合新時期審美、價值觀的作品是當下創作與生產的新命題。巧妙借助科技成果創新創作是值得贊賞的，直接借助新技術生產而不經過藝術的轉化、依賴和濫用科技成果則是可悲的。