3D打印技術(shù)在中國傳統(tǒng)家具模型開發(fā)中的應(yīng)用研究

石峰

摘?要：3D打印技術(shù)是當(dāng)前一種十分流行且技術(shù)先進(jìn)的快速成型技術(shù)，其迅猛發(fā)展已經(jīng)涉獵各個行業(yè)領(lǐng)域。本文探討了3D打印技術(shù)在中國傳統(tǒng)家具領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀與優(yōu)勢，闡述了中國傳統(tǒng)家具模型開發(fā)的必然性，通過以圈椅為例的3D打印技術(shù)的應(yīng)用實踐分析提出3D打印技術(shù)成為家具產(chǎn)業(yè)的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);中國傳統(tǒng)家具模型;研究開發(fā);技術(shù)應(yīng)用;圈椅

中國傳統(tǒng)家具擁有古典美且蘊(yùn)含中華文明深邃價值，是為中國人所指的驕傲的文化遺產(chǎn)。其工藝精湛、美感獨(dú)特，其中以明清家具最為盛名，是中國古典家具的巔峰之作。如今，為了滿足許多收藏家、古文化愛好者以及高校教學(xué)的需求，中國傳統(tǒng)古典家具模型的開發(fā)與文化傳承產(chǎn)業(yè)已成為熱門，對該領(lǐng)域的全新探索是現(xiàn)代技術(shù)與古代傳統(tǒng)文化的融合與智慧結(jié)晶。

1 3D打印技術(shù)概述

1.1 3D打印技術(shù)內(nèi)涵

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，利用粉末狀金屬、塑料等可粘合材料來實施逐層打印方式最終構(gòu)造生成物體。如今該技術(shù)被廣泛的運(yùn)用于一些產(chǎn)品的直接生產(chǎn)制造中，例如工業(yè)零部件、建筑工程、建筑裝飾工程、家具設(shè)計、教育等行業(yè)領(lǐng)域。

1.2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢

根據(jù)我國前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018～2023年全球3D產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，3D打印技術(shù)的發(fā)展目前嚴(yán)重依賴于技術(shù)進(jìn)步與突破。就目前來看全球3D打印技術(shù)體系中最受歡迎的技術(shù)應(yīng)該為FDM技術(shù)，它占到整個平臺總收入的63.9%，而像SLA+DLP技術(shù)則以18.1%占據(jù)平臺總收入的第二位。以本文的主題為例，3D打印技術(shù)在中國家具行業(yè)的規(guī)模發(fā)展以及現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果還是有目共睹的，它為我國家具市場帶來了本質(zhì)性變化，特別是滿足了大量消費(fèi)者的個性化及多樣化需求。

從3D打印目前所表現(xiàn)出的技術(shù)內(nèi)容來看，它的技術(shù)優(yōu)勢很多，因為它融合了傳統(tǒng)建模技術(shù)、自動控制技術(shù)以及諸多新材料前沿技術(shù)等，科技應(yīng)用價值極高。而目前3D打印技術(shù)是最為推崇成型工藝的應(yīng)用，例如立體固化成型技術(shù)、三維印刷成型技術(shù)、激光燒結(jié)成型技術(shù)、融化沉積成型技術(shù)等。這些成型工藝技術(shù)從產(chǎn)品制造到生產(chǎn)成型所用的周期非常之短，且可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，其生產(chǎn)方式個性化、定制化能力也很強(qiáng)，恰好適合生產(chǎn)制作中國傳統(tǒng)家具模型，技術(shù)應(yīng)用方式相當(dāng)靈活。[1]

2 中國傳統(tǒng)家具模型開發(fā)的必然性

2.1 中國傳統(tǒng)家具模型的基本內(nèi)涵

家具模型屬于家具文化傳播中的一種創(chuàng)新途徑，簡單理解它就是一種代表中國傳統(tǒng)家具文化的工藝品和教學(xué)用具，如果從宏觀角度來看它還可被理解為我國傳統(tǒng)家具文化傳播的重要載體。在2005年法國設(shè)計師Patrick Jouin就與Materialise公司合作并設(shè)計制造了“Solid系列家具模型”。其中利用到了立體光刻技術(shù)專門制造Solid C2座椅與OneShot折疊椅，受到業(yè)界的一致好評。

2.2 家具模型開發(fā)的市場優(yōu)勢

中國傳統(tǒng)家具模型開發(fā)在教育領(lǐng)域以及經(jīng)濟(jì)市場中都頗受關(guān)注。除高校專業(yè)教學(xué)運(yùn)用以外眾多大眾木工愛好者專門借助各種專業(yè)網(wǎng)站發(fā)布、學(xué)習(xí)和分享有關(guān)中國傳統(tǒng)家具模型的技術(shù)資料，深度研究3D打印技術(shù)中的諸多細(xì)節(jié)。對中國傳統(tǒng)家具模型尺寸按照實物大小進(jìn)行等比縮小，采用珍貴實木材料進(jìn)行加工制作，最終將制作出的精美中國傳統(tǒng)家具模型推送到電商平臺中，滿足市場消費(fèi)者需求，發(fā)揮經(jīng)濟(jì)價值。

3 3D打印技術(shù)在家具模型中的開發(fā)應(yīng)用

3.1 國外3D打印技術(shù)開發(fā)應(yīng)用分析

國外3D打印技術(shù)開發(fā)應(yīng)用較早且較為成熟，其細(xì)分工藝非常到位，且未來主流發(fā)展方向以金屬打印為核心。現(xiàn)在國外利用3D打印技術(shù)制作家具產(chǎn)品與模型主要面向家具定制化服務(wù)領(lǐng)域和高校專業(yè)研究領(lǐng)域。

目前，市場上所涉及的3D打印技術(shù)種類繁多。像SLA、DLP等光聚合成型技術(shù)，其成型過程的自動化程度相當(dāng)之高，且能夠制作質(zhì)量極佳的造型，但成型件多為樹脂類，在強(qiáng)度、剛度與耐熱性方面表現(xiàn)有限，不利于長期保存，通過該技術(shù)可用作一些臨時使用的簡易家具模型。而三維噴繪打印技術(shù)則是利用微噴射原理，按照一定路徑逐層打印堆積成型。該技術(shù)雖然類似于平面打印，但它的形成截面輪廓更加立體化，在經(jīng)過合格處理后可獲得質(zhì)量較高的成形制件。

美國最為著名的Donghia，Inc.公司專門利用3D打印技術(shù)制作Donghia先生生前所遺留下的優(yōu)秀作品，為專門顧客提供高端的定制與質(zhì)感體驗。產(chǎn)品包括沙發(fā)、餐桌、椅子等微型復(fù)制模型，風(fēng)格簡單卻并不廉價。這些模型常用由黑白兩色的PLA材料制作而成，每一件作品在3D打印完成后再通過手工拼接與細(xì)節(jié)處理，每一件作品均要花費(fèi)5-7個小時制作完成，力求營造奢華之感，可見他們的用心之處。

3.2 國內(nèi)3D打印技術(shù)開發(fā)應(yīng)用分析

國內(nèi)3D打印技術(shù)開發(fā)應(yīng)用在中國傳統(tǒng)家具與模型制作領(lǐng)域也逐漸普及，家具產(chǎn)品開發(fā)的傳統(tǒng)模式包括“概念開發(fā)、圖紙設(shè)計、人工產(chǎn)品打樣、人工產(chǎn)品生產(chǎn)”等主要階段。其制作時間與成本較高，而當(dāng)今國內(nèi)主流的家具設(shè)計公司在產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)中早已融入了3D打印技術(shù)，其優(yōu)化后的制作流程包括“概念開發(fā)、3D配套軟件信息建模、3D打印產(chǎn)品、著色處理、產(chǎn)品細(xì)加工”等主要階段。設(shè)計師通過3D配套軟件繪制三維信息模型并很快的將作品打印出實物模型，這種流程對于家具產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計具有飛躍式的提高，不僅打破了傳統(tǒng)模式下家具作品設(shè)計完成后只能通過方案圖紙表現(xiàn)的窘境，

同時讓設(shè)計師在第一時間更為直觀的觀察與分析自己的家具作品，加快方案與制作時間的同時節(jié)省成本與開支。而后續(xù)的上色、噴漆、產(chǎn)品細(xì)加工等過程都因此變得更為輕松與實效，[2]最大程度上實現(xiàn)產(chǎn)品與方案的一致性。

4 3D打印技術(shù)的應(yīng)用實踐

圈椅是中國傳統(tǒng)家具的代表之一，針對它的家具模型建模與制作應(yīng)該遵循以下開發(fā)制作流程“比例尺度確定→計算機(jī)輔助設(shè)計→生成G-code文件→3D打印實物→模型后期處理”。其中圈椅的比例尺度的確定尤為重要，設(shè)計師需結(jié)合圈椅相對穩(wěn)定的尺寸、比例與造型對其整體和局部進(jìn)行細(xì)致方案設(shè)計與3D建模，尤其要注意圈椅的副手與椅腿的傾斜角度，從而保證它穩(wěn)定的承受力。考慮到像圈椅這樣的中國傳統(tǒng)家具無法測繪，因此，在制作前期可運(yùn)用目前3D打印中先進(jìn)的三維掃描設(shè)備對其實物進(jìn)行立體掃描，采集家具表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過逆向掃描技術(shù)生成數(shù)字模型，結(jié)合云數(shù)據(jù)擬合曲面，最終獲得家具實體數(shù)字模型，完成其從家具實體到家具數(shù)字模型的成功轉(zhuǎn)化。

在進(jìn)行生成G-mode文件中，打印控制并生成最終家具數(shù)字模型。由于圈椅本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜且懸空位置頗多，支撐結(jié)構(gòu)難以有效把握，所以可以采用PLA聚乳酸打印耗材，通過它的可再生、可降解熱塑性材料特性在打印機(jī)風(fēng)扇的配合下快速固化生成模型，如此便能相對容易的生成成品的家具模型。[3]

5 總結(jié)

3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)家具模型中的開發(fā)應(yīng)用頗為廣泛，如本文所述，它的技術(shù)應(yīng)用便捷快速且技術(shù)過程嚴(yán)謹(jǐn)，將來必然成為家具生產(chǎn)領(lǐng)域的重要核心技術(shù)，最大化發(fā)揮其現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的功能作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王琛，郁舒蘭，劉瑋.3D打印技術(shù)在古典家具模型開發(fā)中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2015（18）：73.

[2]范偉，鄒蕓鸝.3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)民間家具形態(tài)中的數(shù)字化保護(hù)[J].家具與室內(nèi)裝飾，2015（9）：52-53.

[3]付航，李鵬，陶毓博.3D打印技術(shù)在圈椅模型開發(fā)中的應(yīng)用[J].木材工業(yè)，2017（2）：53-56.