信息化時代背景下建筑材料的技術(shù)創(chuàng)新

石媛

摘 要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入了利用科學(xué)技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時代。科學(xué)技術(shù)作為推動產(chǎn)業(yè)變革的原動力也不斷推動著當(dāng)代建筑材料的變革。陶瓷材料作為建筑和裝飾材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用歷史悠久。3D打印技術(shù)作為這個時代技術(shù)創(chuàng)新的代表，依靠其技術(shù)的獨特性和可操作性實現(xiàn)了建筑材料模塊化設(shè)計的預(yù)制生產(chǎn)，達(dá)到材料質(zhì)量、生產(chǎn)周期以及本身所具有的工藝美感之間的平衡，為陶瓷材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用帶來新的發(fā)展契機(jī)。

關(guān)鍵詞：信息化時代;陶瓷材料;3D打印;建筑設(shè)計

信息化時代背景下的計算機(jī)輔助技術(shù)、人工智能、VR等越來越多的新技術(shù)廣泛地運用到當(dāng)代設(shè)計學(xué)中，帶動了整個設(shè)計行業(yè)發(fā)生了根本變化，傳統(tǒng)建筑材料依靠手工的表達(dá)形式越來越多地被科學(xué)技術(shù)手段取代。3D打印技術(shù)因其操作的便捷性、適用范圍的廣泛性，被設(shè)計師自覺地應(yīng)用到建筑設(shè)計中來，在建筑設(shè)計材料技術(shù)創(chuàng)新方面的影響越來越大。

一、3D打印技術(shù)

（一）3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)最早由美國科學(xué)家Charles Hull于1983年發(fā)明，是伴隨著計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展與成熟而發(fā)展起來的新技術(shù)。3D打印理念起源于19世紀(jì)末美國研究的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，但是直到20世紀(jì)80年代3D打印技術(shù)才得以從理論成為現(xiàn)實。3D打印技術(shù)實質(zhì)上是一種快速成型的技術(shù)，使用的材料一般為粉末、液體或絲狀、粒狀等固體材料，連接成型設(shè)備以黏結(jié)、擠壓、疊加、固化等方式制成實物模型，所以也被稱為增材制造技術(shù)。傳統(tǒng)的立體成型技術(shù)依靠模型制作，而3D打印技術(shù)則是通過計算機(jī)建立模型，從虛擬模型直接到實體模型。對比傳統(tǒng)成型技術(shù)，3D打印技術(shù)的優(yōu)點在于操作簡單，生產(chǎn)制造快速，在信息化時代已經(jīng)廣泛在國防科技、醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造、電子行業(yè)等領(lǐng)域使用。

（二）陶瓷3D打印技術(shù)創(chuàng)新

《技術(shù)發(fā)展簡史》中喬治·巴薩拉指出：“新事物的出現(xiàn)都是以現(xiàn)有事物為基礎(chǔ)。”陶瓷3D打印技術(shù)也不例外，其制作工藝還是基于傳統(tǒng)的拉坯工藝和泥條盤疊的方法，這也是陶瓷3D打印成型技術(shù)的起源。陶瓷材料精美，應(yīng)用面積廣泛，3D打印技術(shù)操作簡單、速度快、精度高，二者的結(jié)合為陶瓷材料注入了新的活力。

目前陶瓷3D打印成型技術(shù)主要可以分為噴墨打印技術(shù)（IJP）、熔融沉淀技術(shù)（FDM）、分層實體制造技術(shù)（LOM）、激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)（SLS） 和立體光固化技術(shù)（SLA），如表1所示，制作的產(chǎn)品主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、磷酸鈣陶瓷等，每種技術(shù)的成型方式和原料的使用都不一樣，所以各有其優(yōu)缺點，應(yīng)用的方向包括目前的發(fā)展?fàn)顩r也不盡相同。

二、陶瓷材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

（一）建筑設(shè)計中陶瓷材料的應(yīng)用歷史

陶瓷幾乎被認(rèn)為是中國的象征，中國從古代就被外國人稱為“China”，所以可見陶瓷的地位。中國從商代燒出原始青瓷后，歷經(jīng)數(shù)朝代，到宋代更是達(dá)到了瓷器燒制的巔峰，元明清更是蓬勃發(fā)展。瓷器一直伴隨著中國社會的發(fā)展而發(fā)展，承載了中華幾千年的文化和歷史。因為其獨特的文化價值和審美價值，陶瓷一直以來作為一種優(yōu)質(zhì)材料被人們廣泛作為建筑和裝飾材料運用于建筑設(shè)計中。

我們熟知的琉璃便是陶瓷材料的一種，它廣泛應(yīng)用于我國的古建筑中，是傳統(tǒng)建筑材料中最具代表性和最有特色的一種材料。位于山西省洪洞縣廣勝寺內(nèi)的琉璃塔——飛虹塔，塔身布滿琉璃裝飾，陽光下五彩斑斕如雨后飛虹。塔平面呈現(xiàn)八角形，共十三層，塔項輪為鐵鑄，流蘇為綠色琉璃，塔身用黃、綠、藍(lán)、白、赭五彩琉璃裝飾，二層以上塔身全部鑲嵌有琉璃仿木構(gòu)件，色彩絢麗，塑造精當(dāng)，非常雅觀。當(dāng)代建筑應(yīng)用陶瓷材料的一個代表是位于天津的一座被稱為“瓷房子”的博物館，瓷房子由其主人張連志設(shè)計，他將古瓷片、古瓷瓶、古瓷盤、多個明清時代的瓷貓枕等嵌入建筑物的每一寸墻面。在這里，墻面上隨處可見青瓷、唐三彩、鈞窯瓷器、龍泉窯的瓷器、青花釉里紅等各個時代的精品，因此被譽(yù)為“中國古瓷博物館”。瓷房子成功地將陶瓷與現(xiàn)代建筑相結(jié)合，將中國的瓷文化與近代歷史建筑融合，形成不一樣的風(fēng)格。

（二）陶瓷材料在建筑設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

建筑設(shè)計中運用陶瓷材料的歷史悠久，陶瓷材料以其獨特的質(zhì)感和形式一直作為一種令人喜愛的材料被設(shè)計師廣泛地應(yīng)用。傳統(tǒng)的陶瓷主要是制作藝術(shù)品和容器，但是進(jìn)入現(xiàn)代之后隨著建筑設(shè)計和裝飾業(yè)的發(fā)展，陶瓷材料在保留原有的特性下更廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)計領(lǐng)域。陶瓷材料在建筑設(shè)計中主要應(yīng)用于建筑裝飾、地面及墻面鋪裝、建筑玻璃制品等。常見的制品有釉面磚、陶瓷墻地磚、陶瓷錦磚等，還有一些新型的陶瓷材料包括劈離磚、玻化磚、陶瓷麻面磚、陶瓷壁畫壁雕等。

陶瓷材料和金屬材料以及高分子材料并稱為三大固體材料，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，具有高強(qiáng)度、高硬度、防腐防潮、堅固耐用等優(yōu)點的同時具有藝術(shù)審美價值。陶瓷材料與建筑設(shè)計有著天然的有機(jī)關(guān)系，建筑是環(huán)境中的建筑，陶瓷則是脫胎于自然材料，其材料本身所具備的文化內(nèi)涵能夠充分提升建筑設(shè)計的文化價值，營造文化氛圍，應(yīng)用在建筑設(shè)計中能給人們帶來多種多樣的視覺感受和觸覺感受，能夠很好地協(xié)調(diào)人和環(huán)境的關(guān)系。伴隨著我國建筑設(shè)計藝術(shù)水平的提高，文化元素的引入越來越受重視。在建筑設(shè)計中應(yīng)用陶瓷材料可以優(yōu)化整體建筑環(huán)境、色彩、肌理、文化、功能，體現(xiàn)建筑的文化特色，豐富建筑的審美氣息。

三、陶瓷3D打印技術(shù)在建筑設(shè)計中的發(fā)展

（一）陶瓷3D打印的發(fā)展?fàn)顩r

我國雖然擁有悠久的陶瓷文化，但是對陶瓷材料的技術(shù)創(chuàng)新相對緩慢。傳統(tǒng)制瓷手工藝術(shù)經(jīng)歷了上千年的沉淀，已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，但由于傳統(tǒng)陶瓷制作工藝與材料的限制，往往只能停留在簡單的造型層面，而且成本較高、制作周期較長，在一定程度上限制了陶瓷材料在建筑設(shè)計領(lǐng)域更廣泛地應(yīng)用。3D打印技術(shù)作為近年來崛起的實體成型技術(shù)應(yīng)用于陶瓷打印，使復(fù)雜的陶瓷制作成為可能，它將傳統(tǒng)手工藝與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合，讓現(xiàn)代陶瓷材料的制作擺脫了傳統(tǒng)制作工序的限制，為現(xiàn)代陶瓷材料的成型以及設(shè)計帶來啟示，可以稱得上是真正意義上的創(chuàng)新和發(fā)展。國外對陶瓷3D打印技術(shù)展開了很多的研究，出現(xiàn)了3DCeram（法國）、Lithoz（奧地利）以及3D打印先驅(qū)——VormVrij（荷蘭）等專注陶瓷3D打印的公司。現(xiàn)在國內(nèi)陶瓷3D打印技術(shù)整體上還不夠成熟，自主創(chuàng)新技術(shù)的缺乏、產(chǎn)業(yè)的不健全等制約了國內(nèi)陶瓷3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。但是國內(nèi)許多大學(xué)和科研單位都在不斷鉆研，涌現(xiàn)出了一批專注陶瓷3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的公司，例如十維科技等企業(yè)。

（二）陶瓷3D打印技術(shù)的發(fā)展前景

陶瓷3D打印技術(shù)具有多方面的技術(shù)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在工藝、造型和原材料的選擇等方面，在建筑設(shè)計領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。首先，在工藝方面，相比起傳統(tǒng)制陶工藝的泥條盤疊法或者輪制法，陶瓷3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)陶瓷的批量化大生產(chǎn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)制陶工藝耗時費力的不足，制作陶瓷建筑材料的速度將大幅提高，同時可以將制作一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的多功能陶瓷變?yōu)楝F(xiàn)實。其次，在造型方面，傳統(tǒng)的制陶工藝受到材料、工藝等多方面的限制，所表現(xiàn)的圖案和造型有很大局限性，3D打印陶瓷技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝很難達(dá)到的個性化造型的表現(xiàn)以滿足不同建筑形式的需求。利用這個優(yōu)勢可以為陶瓷建筑材料開辟新的市場，適應(yīng)時代潮流的發(fā)展，使得陶瓷材料的應(yīng)用面更廣。最后，在材料方面，傳統(tǒng)的制瓷工藝運用瓷土制作的瓷器薄而脆，往往容易出現(xiàn)開裂變形的問題，而3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)陶瓷材料的多樣化選擇，可以使用類似于氧化鋁、氧化鋯、磷酸鈣等多種化學(xué)材料，實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化，以滿足建筑在不同環(huán)境和不同技術(shù)層面的需求。

四、結(jié)語

信息化時代，技術(shù)的創(chuàng)新帶來建筑材料的創(chuàng)新與發(fā)展，陶瓷3D打印技術(shù)就是一個很好的例證。建筑是活的歷史，對于展示地區(qū)文化具有重要作用。陶瓷材料在建筑設(shè)計中的運用歷史悠久，由于本身所具有的獨特文化價值和審美價值，將其運用在建筑設(shè)計中可以營造文化氛圍，在一定程度上還起到文化傳承的作用。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)材料的批量化生產(chǎn)和材料個性化定制，開拓了一種陶瓷材料在建筑設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的更加積極的可能性。

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