適于小批量、個(gè)性化家具生產(chǎn)的木材彎曲技術(shù)研究*

王所玲

（山東工藝美術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014）

木材彎曲技術(shù)最初多用于造船業(yè)，常用彎曲方法有加濕火烤彎曲、蒸煮后加壓彎曲及局部鋸凹槽彎曲等，在家具制作中，鮮有使用。直至19 世紀(jì)米歇爾·索耐特研發(fā)了層積單板彎曲技術(shù)、層壓盤條彎曲技術(shù)和實(shí)木彎曲技術(shù)3 種木材彎曲技術(shù)。然而，這些技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)，配套硬件設(shè)施要求高，制作成本高昂，用時(shí)長，只有批量化生產(chǎn)才能降低成本。因此，木材彎曲技術(shù)僅局限于技術(shù)成熟且潛在市場良好的家具產(chǎn)品中應(yīng)用，由此造成市場上曲木家具品種單一、款式單調(diào)、可選性小、個(gè)性化弱的現(xiàn)狀。

基于此，筆者經(jīng)過多年探索和實(shí)踐，研發(fā)了一種新的木材彎曲技術(shù)，旨在以較低成本，使用常用設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)造型有機(jī)、創(chuàng)意新穎的個(gè)性化曲木類產(chǎn)品的創(chuàng)作，以及在普通家具廠的小批量生產(chǎn)，為曲木家具的生產(chǎn)和普及提供技術(shù)支撐。

1 技術(shù)原理

本研究在吸納現(xiàn)有實(shí)木彎曲和薄板膠合彎曲技藝的基礎(chǔ)上，借鑒塑料成型加工中手糊成型的方法和原理，根據(jù)木材及木單板的性能和工藝特點(diǎn)，將木單板裁剪成合適的形狀與大小，分別逐個(gè)靠模彎曲膠合，實(shí)現(xiàn)木材的彎曲加工。在彎曲加工過程中，根據(jù)產(chǎn)品造型特點(diǎn)和力學(xué)強(qiáng)度要求，靈活調(diào)整木材纖維方向走向，并根據(jù)部位的強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)層數(shù)厚度與局部增厚加強(qiáng)或附設(shè)加強(qiáng)構(gòu)件，在保證曲木制品使用功能和審美效果基礎(chǔ)上，盡量減少材料消耗，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕質(zhì)高強(qiáng)。

模具制作是制約傳統(tǒng)木材彎曲技術(shù)的瓶頸，本研究采用小批量生產(chǎn)方式進(jìn)行試驗(yàn)，通過在木質(zhì)框架基礎(chǔ)上附以泥巴、石膏，甚至橡皮泥、泡沫塑料等方式制作模具，可在最大程度滿足技術(shù)要求的同時(shí)縮短模具加工周期，有效降低了模具制作成本。

2 工藝技術(shù)

木材彎曲技術(shù)適用于造型個(gè)性化曲木產(chǎn)品，在完成造型設(shè)計(jì)后，通過圖1 所示工藝流程，實(shí)現(xiàn)曲木家具的實(shí)物制作與小批量生產(chǎn)。

圖1 木材彎曲工藝流程Fig.1 The technological process of wood bending

2.1 確定彎曲構(gòu)件

該工序主要對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)分析，確定需彎曲的產(chǎn)品構(gòu)件，并對彎曲構(gòu)件的造型、材料、結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度等進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)與制作相應(yīng)的圖紙與文件。

2.2 模具制作

模具是將材料彎曲到所需狀態(tài)并進(jìn)行膠合加壓的輔助工具，一般來說，需要根據(jù)產(chǎn)品造型進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。本研究彎曲技術(shù)的模具制作首先根據(jù)產(chǎn)品造型特點(diǎn)，對需要彎曲的木材構(gòu)件進(jìn)行互補(bǔ)模具設(shè)計(jì)，構(gòu)建精準(zhǔn)貼覆彎曲構(gòu)件的模具形狀與尺寸。制作時(shí)，可以選用木質(zhì)材料或金屬材料為基材制作模具框架，并用泥巴、石膏、橡皮泥甚至泡沫塑料等在模具框架上塑型，然后涂覆脫模劑，實(shí)現(xiàn)所需的表面效果。

采用本研究彎曲技術(shù)，對于一些工藝品類小件產(chǎn)品，或能夠找到現(xiàn)成模具的產(chǎn)品，或某些特殊設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，模具的選擇更加自主多樣。小件工藝品，可以不依靠模具框架直接使用塑形材料簡易制作模具，如可用橡皮泥捏制。能夠找到現(xiàn)成器物的，可以對現(xiàn)成器物稍加改制，甚至直接用作靠模模具，比如利用廢棄座椅做模具，直接在其表面進(jìn)行貼覆塑型，達(dá)到厚度與強(qiáng)度要求后取下，即得所需彎曲構(gòu)件的坯件，如圖2 所示。此外，還可利用現(xiàn)有產(chǎn)品的內(nèi)部框架作為靠模模具制作產(chǎn)品，見圖3。模具的選擇和加工完全結(jié)合產(chǎn)品造型特點(diǎn)而定，以靈活、便捷、低成本的方式解決了制約傳統(tǒng)木材彎曲技術(shù)應(yīng)用的高成本、長周期的模具制作問題，這也是普及個(gè)性化制作與小批量生產(chǎn)曲木類產(chǎn)品的關(guān)鍵。

圖2 回收再利用椅面作模具Fig.2 Recycled chair seat used as mold

圖3 以產(chǎn)品內(nèi)部框架為模具Fig.3 Take the internal frame of the product as the mold

2.3 材料準(zhǔn)備

通常實(shí)木膠合彎曲與薄板膠合彎曲都應(yīng)選擇紋理通直、無缺陷、具有較好彎曲性能的優(yōu)質(zhì)材料，如榆木、山毛櫸、水曲柳、柞木等。本研究木材彎曲工藝所用木單板根據(jù)功能需要可分為滿足一定厚度和強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)材料與提供裝飾和保護(hù)功能的飾面材料。基礎(chǔ)材料作為內(nèi)部用材，選用無明顯木材缺陷，強(qiáng)度和含水率符合要求的一般材料即可，如較為廉價(jià)的松木單板、楊木單板等。飾面材料根據(jù)最終設(shè)計(jì)效果，如拼花飾面、油漆涂刷等，選用具有美麗花紋和色澤的較優(yōu)質(zhì)木單板或其他材料，這些材料雖成本略高，但用量很少。材料的區(qū)別使用使該技術(shù)具有較明顯的材料成本優(yōu)勢。

2.4 彎曲膠合

木材是一種各向異性有機(jī)材料，其順紋方向與橫紋方向的力學(xué)性質(zhì)差別很大。因此首先根據(jù)產(chǎn)品造型特點(diǎn)和各部位受力情況，設(shè)計(jì)木質(zhì)纖維走向，估算各部分需要的厚度和層數(shù)及加強(qiáng)構(gòu)件的附設(shè)。其次，依據(jù)產(chǎn)品上下兩個(gè)表面用飾面材料、中間用基礎(chǔ)材料的原則，選擇合適的木材單板并調(diào)整其含水率至適當(dāng)范圍。然后，根據(jù)產(chǎn)品造型和強(qiáng)度需要，將木材單板逐層靠在模具上進(jìn)行彎曲和膠合，并根據(jù)木材纖維不同方向力學(xué)強(qiáng)度的差異靈活調(diào)整彎曲方向，在滿足產(chǎn)品形體要求的同時(shí)充分發(fā)揮木材纖維方向的部分高強(qiáng)度力學(xué)性能。最后，在已貼敷木材單板表面涂刷膠黏劑，再次根據(jù)以上原則貼敷木材單板并靈活調(diào)整彎曲方向，重復(fù)以上操作，直至達(dá)到所需要的強(qiáng)度和厚度要求。

2.5 塑形

在木單板彎曲膠合過程中，根據(jù)產(chǎn)品構(gòu)造實(shí)際需要，對局部進(jìn)行加層增厚或附設(shè)加強(qiáng)構(gòu)件，如此保證曲木制品造型豐滿有機(jī)、結(jié)實(shí)耐用，同時(shí)減少了材料消耗，降低了產(chǎn)品重量，取得質(zhì)輕高強(qiáng)、線條流暢的效果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作的生態(tài)化。

2.6 陳放干燥

將達(dá)到強(qiáng)度和形體要求的木材彎曲構(gòu)件從模具上取下，用夾緊器適當(dāng)夾緊，在蔭蔽通風(fēng)潔凈處陳放3 d以上，小件產(chǎn)品可以在干燥設(shè)備中快速干燥，直至其含水率達(dá)到所需范圍。

2.7 修整修飾

在彎曲件干燥定型達(dá)到所需含水率后，對其進(jìn)行進(jìn)一步的造型修整和表面瑕疵修正，然后用飾面材料進(jìn)行貼飾，再進(jìn)行油漆涂飾或貼面修飾等工作。

2.8 加工連接結(jié)構(gòu)

若彎曲件為曲木類產(chǎn)品的零部件，則還需進(jìn)行相應(yīng)連接構(gòu)件的加工；若彎曲件為產(chǎn)品本身，在修整修飾后即完成了產(chǎn)品的制作。

3 實(shí)踐案例

本研究適于小批量、個(gè)性化家具生產(chǎn)的木材彎曲工藝緣于畢業(yè)設(shè)計(jì)作品的實(shí)物制作所需。畢業(yè)設(shè)計(jì)只需進(jìn)行單件或組件制作，制作方式類似于市場上的個(gè)性化、小批量定制；從畢設(shè)作品制作時(shí)間與成本考慮，使用傳統(tǒng)木材彎曲工藝可行性較低，為解決這一問題，筆者研發(fā)了該木材彎曲工藝，并應(yīng)用于指導(dǎo)學(xué)生畢設(shè)作品“萌芽”座椅的設(shè)計(jì)制作（圖4）。

圖4 “萌芽”效果圖Fig.4 The design renderings of the "Sprout"

“萌芽”座椅采用了仿生設(shè)計(jì)，造型猶如剛出土的植物萌芽，給人以充滿勃勃生機(jī)與無限希望的視覺感受。座椅主要由座面和靠背兩部分組成，座面和靠背均為有機(jī)造型，基本框架采用了木材彎曲工藝，座面在框架基礎(chǔ)上附以軟包。

材料選擇上，根據(jù)“萌芽”造型特征，結(jié)合市場情況和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況，以廉價(jià)的松木木條為基材自制模具，并選用楊木單板為基礎(chǔ)材料，紅胡桃木單板為飾面材料，制作木質(zhì)彎曲框架，然后進(jìn)行油漆涂飾和軟墊物的增設(shè)。圖5 所示為“萌芽”座椅的制作過程。

圖5 “萌芽”實(shí)物制作過程Fig.5 The production process of the "Sprout"

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，在傳統(tǒng)實(shí)木彎曲和薄板膠合彎曲技藝基礎(chǔ)上，借鑒塑料家具手糊成型的方法和原理研發(fā)的木材彎曲技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)以較低的成本、較短的周期制作或小批量生產(chǎn)各類造型有機(jī)的個(gè)性化曲木類產(chǎn)品，為優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果的轉(zhuǎn)化提供可能。今后將進(jìn)一步研究適用于該技術(shù)的膠黏劑，以解決實(shí)際應(yīng)用中的透膠、飾面材料干后褶皺、開裂等現(xiàn)象，為豐富曲木類產(chǎn)品市場做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。