花絲工藝機械化批量生產方式試驗探討

楊井蘭 袁軍平 唐一葦

摘要：花絲工藝是中國傳統金銀細工的代表性工藝之一，被列入第二批國家級非物質文化遺產名錄，但該工藝存在生產效率低、技藝傳承難、工藝質量不穩定等問題，限制了其批量化生產應用。試驗分別采用傳統手工制作、翻模鑄造、3D打印等方式制作銀花絲首飾，借助體視顯微鏡、掃描電鏡等手段觀察其工藝質量，并對比分析了藝術效果、生產效率和生產成本。結果表明：對比傳統手工制作方式，采用手工制作或3D打印原版后翻模鑄造機械化批量生產方式可明顯提高花絲首飾的生產速度，降低生產成本，且在花絲紋樣排列均勻性與材料適用范圍等方面更有優勢，但在花絲紋樣的精細度和神態靈性等方面存在一定的差距。該研究對提高花絲首飾生產效率，降低生產成本，更好保護和傳承花絲工藝提供理論依據和技術支持。

關鍵詞：花絲工藝;機械化;批量生產;花絲紋樣;翻模鑄造;3D打印

中圖分類號：TG146.3文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）07-0005-06doi：10.11792/hj20210702

引 言

花絲工藝是中國傳統金銀細工的代表性工藝之一，它是將金、銀、銅拉成絲，運用堆壘、編織等技法制成各種首飾、器物等裝飾品[1]。花絲作品造型別致、玲瓏剔透，具有明顯的中國特色和民族風格，但因工藝過于繁復，一度瀕臨失傳，2008年花絲鑲嵌制作技藝被列入第二批國家級非物質文化遺產名錄。此后，社會各界對花絲工藝的關注不斷增加，花絲鑲嵌產品也越來越被廣大消費者青睞。

傳統花絲工藝幾乎為全手工作業，生產效率非常低，對手工技藝要求很高，制作難度大，產品質量不穩定，生產成本高昂，這使得它難以滿足現代首飾企業的生產經營管理要求，也難以滿足普通消費者的需求。近年來，有研究人員圍繞花絲鑲嵌工藝的傳承創新開展研究，但大都從設計、紋樣、造型等方面進行[2-6]，而有關花絲工藝技術創新和生產方式等的研究報道甚少，且基本沒有給出詳細的參考依據。鑒于此，本文對花絲工藝機械化批量生產方式進行了試驗探討，以便提高花絲首飾生產效率，降低生產成本，更好地保護和傳承該工藝。

1 試驗部分

1.1 試樣制作

以Ag999（純銀材料）、Ag925等為原材料，采用4種方式制作花絲首飾。

1）膠模翻模鑄造。采用傳統花絲工藝制作Ag999銀花絲首飾首版，然后用硅橡膠翻制注蠟模型，在真空加壓注蠟下制作蠟模，再經石膏型失蠟鑄造實現批量生產。工藝流程為手工制版—壓膠模—開膠模—修膠模—批量生產蠟模—批量澆鑄金屬—拋光。

2）合金模翻模鑄造。采用傳統花絲工藝制作Ag999銀花絲首飾首版，然后用低溫合金翻制注蠟模型，在高壓射蠟機下制作蠟模，再經石膏型失蠟鑄造實現批量生產。工藝流程為手工制版—制作模具—澆鑄低溫合金模—修整合金模—批量生產蠟模—批量澆鑄金屬—拋光。

3）3D打印蠟版鑄造。采用可鑄造光敏樹脂或紫蠟為3D打印材料，將首飾模型打印出來，再通過石膏型失蠟鑄造法鑄造成型。工藝流程為設計圖稿—3D建模—批量打印樹脂版/蠟版—鑄造成型—打磨—拋光。

4）3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝。采用Ag925金屬粉末在Mysint100型激光選區燒結成型機上直接成型。工藝流程為設計圖稿—3D建模—金屬粉末3D打印成型—執模—拋光—電鍍。

1.2 試驗方法

從上述4種生產方式和手工制作首版中抽取試樣，采用體視顯微鏡、掃描電鏡觀察試樣制作工藝質量，采用顯微硬度計檢測材料硬度，分別從產品精細度、變形傾向、缺陷數量及類別、返工次數、紋樣效果、制作時間、對生產人員的技能和經驗要求、生產成本等方面，對不同生產方式進行評價和比較。

2 試驗結果及分析

2.1 外觀形貌對比

1）手工制作與膠模翻模鑄造花絲首飾。手工制作的銀花絲首飾原版及翻模鑄造銀花絲首飾見圖1。其中，手工制作限于手工拔絲、掐絲等作業的可行性，采用了延展性極佳的Ag999。翻模鑄造更加關注金屬材料的鑄造性能，因而材料選擇范圍較大，純金、純銀可以鑄造，金、銀合金也可以鑄造。采用合金鑄造時，材料的強度、硬度增加，產品的抗變形能力要明顯優于手工制作的純金、純銀花絲。翻模鑄造時，由于膠模和低溫合金模都有一定的收縮率，使得產品的尺寸比原版小，且絲的直徑也會變細。為達到所需的產品尺寸，在制作原版時要將這兩部分的收縮都考慮進去。

從宏觀外形看，手工制作花絲首飾與膠模翻模鑄造花絲首飾沒有很明顯的差別，通常只有經驗豐富的花絲師才能進行準確區分，二者之間的差別主要體現在花絲紋理的清晰度和花絲表面的光滑度。掃描電鏡下觀察到的花絲首飾紋理效果見圖2。相對手工制作而言，膠模翻模鑄造的花絲表面不平整順滑，存在凹凸不平現象，無光澤，肉眼觀察呈噴砂效果，絲與絲之間的界限不流暢，紋路深度較淺，弱化了花絲的紋路，減弱了藝術美感。

2）手工制作與合金模翻模鑄造花絲首飾。手工制作Ag999鍍金花絲臉譜與合金模翻模鑄造花絲茶包見圖3。與手工制作產品相比，合金模翻模鑄造的花絲表面不光滑，呈噴砂效果，即使拋光也難以達到手工拉絲表面的光滑度;花絲紋路沒有手工制作的清晰，特別是螺旋紋花絲，絲與絲之間澆鑄的紋路有粘連，不清晰，高低落差不夠。

合金模采用低溫錫合金材料，其優勢在于收縮率比膠模低，尺寸準確度高，且可有效避免因加工錯位磨損而出現的磨痕，確保鑄件的平滑性。合金模翻模鑄造工序相對簡單，有利于降低生產成本，提高生產效率。在顯微鏡下觀察的手工制作花絲與合金模翻模鑄造花絲效果見圖4和圖5。對比相同花絲紋路的樣品，手工制作花絲的紋路較清晰，絲與絲之間有明顯的界限，而合金模翻模鑄造花絲的紋路不清晰，絲與絲之間沒有明顯界限，較為平整，缺少花絲的紋樣特征。與膠模翻模鑄造產品相比，合金模翻模鑄造花絲紋理的清晰度也要差一些。究其原因，合金模屬于剛性模，在取蠟模時不能像膠模一樣可以靈活變形，如果產品結構有阻礙取模的地方，將會破壞花絲的紋理，并使蠟模產生一定的磨損。

3）手工制作與3D打印蠟版鑄造花絲首飾。3D打印蠟版（樹脂版）鑄造的花絲首飾見圖6。3D打印蠟版鑄造的花絲首飾，紋樣排列較均勻整齊，制作效率高[7];而手工制作類似的紋樣，掐絲和填絲工藝環節耗時最久，且難以保證達到電腦建模的排列效果。但是，在3D打印蠟版鑄造中，由于鏤空花絲直徑最小是0.42 mm，建模時花絲直徑最小只能為0.5 mm;而手工制作的花絲，金屬絲直徑最小可達0.2 mm。此外，3D打印蠟版鑄造的花絲精細度較為粗糙，在掃描電鏡下觀察，花絲紋樣的緊密度不夠，有明顯的凹坑（見圖7）。因此，3D打印蠟版鑄造的花絲呈現噴砂效果，一般多用于制作古法黃金產品。

4）3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝。由于采用Ag925，材料硬度、強度提高，產品抗變形性能得以改善。但是，制作的花絲首飾表面粘附了大量金屬粉末，肉眼觀察幾乎難以分辨出花絲紋樣，既沒有花絲的流暢線條，也無金屬光澤（見圖8）。

經過磁力拋光后，粘附的金屬粉末大部分被去除，花絲首飾表面有一定金屬光澤，但花絲紋樣仍然較難分辨（見圖9-a））。在掃描電鏡下經高倍觀察，可以明顯看到花絲表面的激光熔斑，以及側壁粘附的金屬粉末（見圖9-b））。

采用3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝制作的花絲首飾，存在3個較突出的問題：一是支撐設置與清理。從打印效果分析，該工藝制作的首飾支撐數量和密度明顯比3D打印蠟版鑄造的多，在處理這些支撐的過程中，由于金屬花絲較細，很難通過人工和機器完成對支撐的清理。二是金屬粉末粘附。金屬粉末打印過程中，激光束掃描的軌跡邊緣，由于熱量傳遞作用，會發生金屬粉末的粘附，增加表面粗糙度，尤其是當2個金屬絲之間的縫隙較小時，打印后粘附的金屬粉末會直接將金屬絲連在一起，導致花絲紋樣無法分辨。三是執模拋光。由于花絲產品本身十分纖細，一旦其表面粗糙，采用常規的執模拋光不僅工作量大，且很容易破壞其結構和紋樣;采用磁力拋光處理時，磁針直徑通常比花絲直徑粗，磁針針頭無法進入花絲的凹位、縫隙位，達不到拋光作用。因此，以目前的打印精度，該工藝制作的花絲產品很難進行拋光處理，除非打印設備升級換代，打印精度提高，否則無法滿足花絲首飾制作工藝要求。

2.2 生產效率與質量對比

不同的花絲生產工藝，在生產效率、生產成本、產品質量等方面均存在一定的差別，手工制作與翻模鑄造花絲不同評價指標對比見表1，手工制作與3D打印成型花絲不同評價指標對比見表2。

對比手工制作工藝、翻模鑄造工藝、3D打印蠟版鑄造工藝和3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝等4種不同加工工藝可以得出：①手工制作的花絲，從簡單到復雜，花絲制作時間逐漸增加，可從4 h到幾千小時不等，時間成本較高，而且對制作花絲的工藝師要求也較高，一般要有5～10 a花絲制作經驗，而工藝師的培養成本高，因此手工制作花絲首飾更適合個性定制，多為孤品，只能為少數人擁有。②翻模鑄造工藝，無論產品結構復雜與否，都可以明顯縮短制作時間，達到批量生產的目的。翻模鑄造方式可以采用硅橡膠模或低溫合金模，膠模翻模鑄造的產品精細度要優于合金模翻模鑄造的產品，且成本較低，但膠模經長時間使用后容易老化，不能繼續使用，需重新制作;而低溫合金模的使用壽命則不受影響。③3D打印蠟版鑄造工藝的花絲紋樣較均勻。對于手工制作花絲產品而言，焊接是其核心技藝之一，而采用3D打印原版，則可以不用焊接。隨著3D打印技術日趨成熟，3D建模軟件資源越來越豐富，設計人員不需要花費較長時間專門學習技術，只需要經過一段時間的軟件培訓和設備操作，就可以依據設計圖的三維數據進行首飾精準建模，實現穩定高速產出[8]。④采用3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝，無需經過鑄造環節，可直接批量制作金屬產品。但是，限于設備精度，花絲首飾的外觀效果達不到要求，打磨修整工作量大。如果設備更新換代，打印精度提高，在達到生產質量要求的前提下，比較適合個性定制，因批量生產成本較高。

3 結 論

1）傳統手工制作花絲首飾制作周期長，生產效率低，產品質量不穩定，成型返工率高，難以實現批量化生產。采用翻模鑄造或3D打印蠟版鑄造工藝，可大幅提高生產效率，改善產品穩定性，降低對人員的手工技藝要求。

2）傳統手工制作花絲首飾只能采用純度高、延展性好的材料，產品容易變形。采用翻模鑄造批量生產可擴大材料的選擇范圍，提高產品強度，改善抗變形性能，并可在花絲首飾上采用不同的鑲嵌方式，擴大了花絲鑲嵌的范圍。

3）與手工制作工藝相比，采用翻模鑄造工藝、3D打印蠟版鑄造工藝和3D打印激光選區燒結金屬粉末工藝等方式批量生產的花絲產品在精細度、紋樣清晰度、造型靈活度、神態生動性等方面存在不同程度的差距，生產時可根據產品定位進行相應選擇。未來隨著設備的更新換代，機械化批量生產花絲產品的質量有望進一步提升。

[參 考 文 獻]

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Experimental discussion about mechanized mass production mode of filigree craft

Yang Jinglan，Yuan Junping，Tang Yiwei

（Jewelry Institute of Guangzhou Panyu Polytechnic）

Abstract：As one of the most representative Chinese traditional filigree crafts for gold and silver，filigree technique has been listed in the second batch of national intangible cultural heritage.However，several problems such as low production efficiency，difficulty in the transmission of skills and unstable product quality have become the main restraining factors for mass production.In this paper，silver filigree jewelry was produced by traditional handmade method，mold casting and 3D printing technology respectively，their crafting qualities were observed with stereoscopic microscope and SEM，and their artistic effects，production efficiencies and production costs were compared and analyzed.The results show that compared with traditional handmade method，the mechanized mass production method of mold casting from handmade or 3D printing model can significantly improve the production efficiency，reduce the production cost，and have more advantages in the arrangement uniformity of filigree patterns and the application range of materials.However，traditional handmade method has some certain advantages in the fineness of filigree patterns and the spirituality of expression.The study can provide theoretical basis and technical support to improve production efficiency，reduce production cost of filigree jewelry，and to better protect and inherit filigree craft.

Keywords：filigree craft;mechanization;mass production;filigree pattern;mold casting;3D printing