3D 打印技術在陶瓷產品設計中的應用

廖 棟 鄭宇帆

閩南理工學院

一、陶瓷3D 打印技術

陶瓷3D 打印技術是于20 世紀90 年代初由國外先發展起來，隨后漸漸引入國內的一項新技術，但其基本思路與之前大家所熟知的3D 打印技術基本相同，均是通過三維軟件將需要打印的陶瓷模型先建立出來，然后將復雜的三維立體模型利用創想三維切片軟件進行切片分割處理，將其轉換成可以打印的模型，最后再將轉換好的三維模型對接陶瓷3D 打印機，輸入打印指令，便可進行立體實物陶瓷模型的打印。整個過程通過陶瓷粉末以及其他黏合劑通過專門的陶瓷3D 打印機層層堆疊加工而成，將其一次性制作出來，不需要太多手工制作工序，大大節省了制作成本，節約了制作時間，并且能夠高精度還原之前所設計的陶瓷外觀尺寸，避免了因為材料、工藝等因素對陶瓷立體成型的限制，將整個陶瓷產品制作過程進行了極大的簡化，提高了生產效率。

二、3D 打印技術在陶瓷產品設計中的優勢

（一）節約生產時間及成本

傳統陶瓷產品制作過程非常煩瑣，就拿景德鎮傳統手工制瓷來說，一個陶瓷產品的制作往往需要經歷七十二道工序，制作周期非常長，而且需要耗費大量的人力物力，中間有任何環節出了問題都會影響整個項目的進度。同時在景德鎮現有陶瓷市場上，復雜的陶瓷制品必須通過生產模種模具來進行制作，需要經過多次翻模才能制作成功。據筆者在景德鎮實地考察得知，目前市場上的陶瓷模種模具一般是開模師傅來進行制作，設計師將設計好的圖紙交給制作模種模具的師傅，再由師傅進行手工制作，而在制作的過程中師傅需要對模種模具進行反復修改探索，這樣不僅耗時費力，而且成本高，產品開發周期變長，難以滿足消費者的需求。而陶瓷3D打印成型技術和傳統的陶瓷成型技術不同的是，陶瓷3D打印成型技術無須模具就可以高效快速地制作出形狀非常復雜的陶瓷制品，大大節約了陶瓷產品的制作成本和時間。

（二）高度還原設計的外觀尺寸

傳統手工制作的陶瓷由于制作方式的原因很難與設計稿完全一致，多少都會存在一定的誤差，特別是一些需要通過模具制作的陶瓷，由于模具是模具師傅純手工制作的，其外觀肉眼看上去可能沒很大的差別，但是燒制出來的陶瓷往往與設計者真實的設計意圖還存在一定的差距。同時手工制作的陶瓷在一些細節的處理上達不到精確的數值，會造成最終的陶瓷實物與設計稿之間存在一定的偏差。而利用陶瓷3D 打印技術則可以解決這些問題，運用陶瓷3D 打印技術，設計師如果對之前的設計還需要進一步修改，則不需要像傳統手工制瓷那樣，重新制作模種模具，而是可以直接通過修改三維模型即可進行陶瓷3D 打印，打印出來的陶瓷制品高度還原之前設計好的外觀和尺寸，非常方便快捷。

（三）滿足小批量定制化服務需求

隨著社會的發展，定制化產品在市場上越來越受歡迎，滿足了消費者獨一無二的消費需求，同時筆者走訪景德鎮陶瓷市場發現，每年的畢業季都有很多畢業學生有定制陶瓷產品作為畢業設計的訴求，而學生的陶瓷畢業設計一般都需要開模進行制作，因此每到畢業季，做模種模具的師傅只能量力而行，接滿了訂單便不再接收新的訂單，這就導致有相當一部分學生為自己的陶瓷產品設計而犯愁，而很多陶瓷企業因為定制成本太高，需要耗費巨大的時間和精力，一般都避免進行小批量定制化制作。不僅如此，當陶瓷企業需要開發新的陶瓷產品時，一般都會進行打樣小批量試產，而小批量生產如果采用純手工制作的話，需要耗費大量的人力、物力、財力，生產周期也會加長，會使得企業的產品趕不上市場需求的變化。而使用陶瓷3D 打印技術則可以完美解決個性化定制服務需求，只需提供精確的3D 源文件便可以通過對接陶瓷3D 打印機將陶瓷產品打印出來，滿足了客戶小批量定制化服務需求。

三、3D 打印技術在陶瓷產品設計中的應用

3D 打印技術在陶瓷產品設計中的應用主要分為三個步驟：

首先，將圖紙上設計好的陶瓷產品進行三維建模（圖1），一般經常用到的建模軟件是Rhino，也叫犀牛建模，當然也有很多其他建模軟件也可實現三維建模這一目的。這一過程是將圖紙上的二維圖形轉換成三維模型，在整個陶瓷3D 打印過程中至關重要。通過犀牛軟件我們能夠直觀地看到陶瓷產品的造型以及尺寸大小，并且不會因為模型的難度而增加陶瓷產品的制作成本。同時可以根據實際需求隨時修改陶瓷產品的外觀造型，從而降低了陶瓷產品制作的成本。

其次，將建立好的陶瓷模型文件導出轉換成step 文件，然后再將導出的step 文件對接陶瓷3D打印機。目前市面上進行陶瓷3D 打印成型一般采用的是噴嘴擠壓成型技術，這一技術與塑料3D 打印的熔融沉積成型技術類似，該技術采用陶瓷粉末以及其他混合物作為原材料，然后再將其擠壓噴出，擠出后的陶瓷高分子復合材料因為溫差而凝固，最終打印出所需要的陶瓷產品（圖2）。

最后，等最終打印好的泥坯晾干之后對其進行打磨處理，因為在進行陶瓷3D 打印的過程中，可能會出現拉絲殘余物遺留在坯體表面等情況，同時由于陶瓷特殊的工藝限制，大部分日用瓷在燒制之前需要上釉才會讓陶瓷表面光滑，而上釉之前則需要將陶瓷泥坯打磨處理干凈，不能有其他灰塵粘在表面，否則在陶瓷產品燒制的過程中就有可能出現縮釉、開裂等情況，因此需要對其進行打磨處理。

整個過程方便快捷，無須進行繁雜的模種模具制作，省去了大量的時間和成本，縮短了產品制造周期，同時也為企業新產品迅速占領市場提供了有力的技術支撐。

圖1 CAD 三維建模陶瓷花瓶

圖2 3D 打印陶瓷制品

四、結語

隨著全球進入信息化時代，以計算機技術為代表的高新科技也滲透進我們生活的方方面面，并且讓我們的生活更加方便快捷，陶瓷3D 打印技術就是其中的一個典型代表。相較于傳統的陶瓷產品制作，陶瓷3D 打印技術具有諸多優勢，為整個陶瓷產業帶了全新的發展前景。因此，如何借助陶瓷3D 打印這一新技術為陶瓷產品設計服務，解決陶瓷產品設計過程中遇到的困難，需要我們不斷對其進行探索發掘。