陶瓷3D 打印技术在现代陶瓷制作中的应用

宋长明*

（浙江理工大学艺术与设计学院，浙江杭州，310018）

陶瓷3D 打印技术在现代陶瓷制作中的应用

宋长明*

（浙江理工大学艺术与设计学院，浙江杭州，310018）

回顾人类历史发展，人类社会由农业社会转变为工业社会再过渡到信息化社会的过程中，每一次社会生产方式的转变，总会伴随着技术的革新。特别是进入信息化社会后，计算机辅助技术、互联网、人工智能等越来越多的新技术应运而生；“3D打印技术”这一名词近几年出现的频率越来越高，在现代生活中发挥着愈来愈多的作用。

本文首先介绍陶瓷3D打印技术的相关概念及其主要分类；然后从材料、成型、装饰三个方面阐述了陶瓷3D打印技术在现代陶瓷制作中的应用，并总结陶瓷3D打印技术在陶瓷制作中的优势。

陶瓷3D打印；现代陶瓷制作; 成型

引言

陶瓷作为中国文化的代名词，其历史可谓是源远流长，距今约10000年的新石器时代就已开始陶瓷制作。然而陶瓷制作工艺非常繁杂，明代宋应星在《天工开物》中曾写道：“制瓷共计一坯之力，过手七十二，方可成器。其中细微节目，尚不能尽也。”传统陶瓷制作工艺一般要经过原料炼制、坯体成型、坯体装饰、烧制成型等多项工序，一件陶瓷制品的问世往往需要耗费一个月甚至更多的时间。随着3D打印技术的兴起，将陶瓷材料与3D打印技术结合的陶瓷3D打印技术为传统陶瓷制作注入了一股新的活力，这不仅是对传统陶瓷制作工艺的传承和发展；同时，它的出现也使得陶瓷在艺术家、设计师的操作下可以创造出更多有趣、实用的产品。

1 陶瓷3D打印技术概述

1.1 陶瓷3D打印技术的概念

陶瓷3D打印技术，其原理与3D打印技术相同，它以数字模型文件为基础，以陶瓷粉末或陶瓷浆料为原料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。与传统陶瓷制作工艺相比，通过陶瓷3D打印技术进行陶瓷制作，可以简化陶瓷制作工艺，降低制作成本，同时减少制作工艺对设计的束缚，创造出自由度更高、造型复杂的陶瓷制品。

1.2 陶瓷3D打印技术的分类

目前陶瓷3D打印技术按工艺主要分为：逐层粘结法和直接成型法。逐层粘结法是指首先将陶瓷粉末铺平，接着喷头按照指定的路径向陶瓷粉末喷射粘合剂，喷完一层后再铺设一层粉末，如此重复直到完全成型后除去模型上多余的陶瓷粉末即可得到三维物体。直接成型法是将陶瓷粉末与粘合剂制备成陶瓷浆料，通过喷头把泥浆挤出来，由于泥浆具有一定的粘合性，挤出后随即会和前一层泥浆粘合在一起。然后重复以上的步骤直到完全成型。该工艺在原理上类似于传统泥条盘筑工艺，只不过因为电脑的控制，作品更加精细有秩序。

2 陶瓷3D打印技术在现代陶瓷制作中的应用

2.1 材料方面

传统陶瓷原料包括粘土、石英、长石及其他矿物原料等天然矿物原料，其中粘土作为主要原料，是陶瓷成型的基础，它赋予泥坯可塑性和注浆稳定性，使坯体具有干坯强度和最大堆积密度。由于不同产地的粘土矿物成分存在差别，故各个地区的陶瓷原料的配方和制备工艺也均不相同。但是如果采用陶瓷3D打印，其原料的性能和制备工艺将会大大改善。传统陶瓷原料粉碎、淘洗、球磨、练泥、陈腐等多项工艺，而陶瓷3D打印材料采用的是陶瓷粉末，则省去了这些繁琐工艺，大大简化原料制备流程，其原料的选择范围更广。目前常用的陶瓷粉末包括氧化铝(Al2O3)、硅酸铝（Al2SiO5）、氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石(HAP)等。其次，陶瓷3D打印的材料主要是向陶瓷粉末中添加粘合剂，通过添加粘合剂使原料在流动性、可塑性方面的性能更加优良，而这些粘合剂在陶瓷烧制过程中被分解挥发，对陶瓷制品没有明显影响。

同时，通过向其原料中添加其他成分，可以产生不同的效果。荷兰陶瓷3D打印公司Vormvrij推出新型陶瓷3D打印机，这种打印机配有不同的挤出孔，可以同时打印两种材料（如图1）。在打印过程中，可以随时更换挤出孔，而另一个挤出孔则不受影响。景德镇的陶瓷3D打印体验中心创作了一系列彩色陶瓷作品（如图2），这种独特效果主要是在原料中加入色粉调制，使打印出的产品本身就具有相应颜色的艺术效果，相比于传统的施釉上色更加方便简单。

图1 Vormvrij新型陶瓷3D打印机

图2 陶瓷原料中加入色粉

2.2 成型方面

传统陶瓷成型工艺主要包括捏塑成型、泥条盘筑、拉坯成型、注浆成型等，采用这些工艺制作的陶瓷制品往往只具备简单的三维形状，一些复杂的造型要么很难完成，要么则需要花费很长时间，对于时间和成本都是极大的消耗。陶瓷3D打印技术则不受这些条件的限制，其成型更加的自由化，可以制作复杂造型和镂空结构（如图3）。过去学习陶瓷制作技艺需要几个月甚至几年的时间，而现在我们通过相关的建模app可以制作自己专属的陶瓷作品，并且在app里面可以更改模型数据参数、形态样式等，从而让每个人完成令自己满意的作品。

图3 实物拍摄

美国佛罗里达的Deltabots公司推出的新版本的陶瓷3D打印机（如图4），通过使用笛卡尔系统的机械结构，除了 X/Y轴可以移动，而且Z轴也可以上下移动，能够打印更加自由的造型结构。来至北京的一家3D打印公司，将竹编工艺运用到陶瓷3D打印中，研发出陶瓷编织工艺使陶瓷线条可以按照系统预先设计的轨迹移动，实现了传统工艺无法达到的成型效果（如图5）。

图4 Deltabots新版本陶瓷3D打印机

图5 编织效果陶瓷笔筒

2.3 装饰方面

采用直接成型式的陶瓷3D打印工艺，其挤出的泥浆一层层不断堆积，因而其自身具有一定的线条纹理；同时，通过控制挤出孔的大小，可以挤出不同粗细的泥浆，从而达到不同的纹理效果和视觉感受。此外，在没有支撑的情况下，泥浆受重力的影响会发生形变，而通过这种形变也可实现不同的艺术效果（如图6）。

图6 实物拍摄

3 陶瓷3D打印技术在现代陶瓷制作中的优势

3.1 快速成型

传统陶瓷制作由最初原料制备到最后烧成完成大约需要几周甚至更长的时间，而采用陶瓷3D打印技术整个过程则仅需要3-5个小时，这极大地加快了陶瓷制品的设计与成型进度，减少了设计周期和制作成本；同时，也为模型的制作提供了便利的可修改性、实验性和创造性。

3.2 简化工序

一件陶瓷制品从最初的原料选择到最后烧成完成需要经过原料炼制、坯体成型、坯体装饰、烧制成型工序，每项工序里面又会有若干繁杂的小工序，单单在泥料的加工过程，就要经过破碎、球磨、压滤、练泥、陈腐等多道工序。而采用陶瓷3d打印技术来制作陶瓷制品，设计师只需要将模型导入打印设备即可打印出想要的模型，大大节省大量的劳动成本和原料消耗。

3.3 技能要求

传统陶瓷制作工艺素有“过手七十二方可成器”，而每一项工艺都需要经年累月的练习才能够掌握，采用陶瓷3D打印技术则很大程度上解决工艺的限制，大大降低陶瓷制作的门槛,它使得从未学习过陶瓷制作的普通大众也能把自己想象出的造型变成陶瓷作品，并且随着移动互联网的发展，现在甚至可以直接用手机即可完成数字模型的制作。

3.4 造型自由

在传统陶瓷制作中，由于受到工艺的限制，只能制作相对简单的三维形状，对于一些复杂形状或内部结构的制作则束手无策。而陶瓷3D打印技术采用的是逐层打印的方式，不必担心塌陷的问题，因此可以打印出造型复杂、内部中空的陶瓷制品；此外，这种技术摆脱了陶瓷制作工艺对设计的限制，设计师可以将头脑中的想法变成现实。

4 结束语

陶瓷3D打印技术是传统陶瓷文化与现代工艺的完美结合，这项技术提供了现代陶瓷制作的新方法、新工艺及新的艺术形式，给传统陶瓷注入新的活力，对陶瓷文化的传承和发展具有重要意义。当然，我们也要清楚地认识到，目前由于受到打印机性能、原料、成本、结构等的限制，未来陶瓷3D打印还有很长的路要走。

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[3]郭蔚. 3D陶瓷打印的工艺特点与艺术特征[J]. 装饰,2016,(3)： 96-97.

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[5]赵转. 陶瓷设计中材料与工艺的实验性创新[J]. 产品,2017,(9)：104-105.

Application of Ceramic 3D Printing Technology in Modern Ceramics Production

SONG Changming*
(Zhejiang Sci-Tech University,Hang Zhou,310018,China)

Reviewed the development of human history,human society from agricultural society to industrial society and the process of transition to the information society,every change the way of social production,always accompanied by technology innovation. Especially after entering the information society,more and more new technologies such as computer-aided technology,Internet and artificial intelligence emerge. The term "3D printing technology" has become more and more frequent in recent years,playing an increasingly important role in modern life.

This paper first explains related concepts of ceramic 3D printing technology and its main classification;Then material,molding,decoration three aspects ceramics 3D printing technology in the application of modern ceramic production,and summarizes the advantages of 3 d printing technology in ceramic production .

Ceramic 3D printing ；Modern Ceramics Production；Molding

K873

A

1672-9129(2017)06-0192-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.072

宋长明. 陶瓷3D打印技术在现代陶瓷制作中的应用[J]. 数码设计,2017,6(6)： 192-193.

Cite：SONG Changming. Application of Ceramic 3D Printing Technology in Modern Ceramics Production[J]. Peak Data Science,2017,6(6)：192-193.

2017-01-22；

2017-03-03。

宋长明（1991—），男，汉族，山东省曲阜市人，学生，工程硕士，单位：浙江理工大学艺术与设计学院工业设计工程专业，研究方向：产品设计研究。

E-mail：1430486198@qq.com