3D陶瓷打印技术在日用陶瓷行业发展趋势的研究

金亮

（景德镇陶瓷大学，景德镇 333403）

Summary&Review综述与评述

3D陶瓷打印技术在日用陶瓷行业发展趋势的研究

金亮

（景德镇陶瓷大学，景德镇 333403）

当今社会，伴随着智能化工业时代的到来，经济的快速发展与科学技术的进步，数字化、信息化、智能化的生产制造技术已在日用陶瓷行业勃然兴起。目前，日用陶瓷的发展前沿之一为3D立体成型打印技术（3DP），其独特的技术特点与艺术特色，能够快速地塑造精准的造型、突破传统工艺局限以及多品种少批量化的发展模式等特点，为当代日用陶瓷生产与科技信息产业化的发展融为一体提供新的契机。同时，3D成型打印技术的发展又使得传统日用陶瓷从业者及企业工厂发展面临着巨大挑战。基于此，探索3D成型打印技术在日用陶瓷行业的发展趋势，并提出实用性的应用策略，以期为3D打印技术在日用陶瓷领域的应用和后续发展提供可行性参考。

3D打印技术；日用陶瓷；发展趋势

1 3D陶瓷打印的工艺特点

3D陶瓷打印成型工艺来源于传统的泥条盘筑成型技法和陶轮拉坯成型技法。陶轮成型法是纯手工的捏塑成型工艺的“快速成型”技术，其原理是通过转盘带动泥坯产生圆周旋转，两手近似静止或上下规则移动将坯体塑造成型的一种工艺技法。3D陶瓷打印是打印机放置坯体的底盘与机架不动，通过打印机三轴连杆进行上下、左右、前后的移动，即“机械手臂”的反向“拉坯”，打印喷头吐出线性泥条，按计算机设置完成的文件路径逐层堆积，基于泥条盘筑法的方式完成陶瓷坯体造型。3D陶瓷打印工艺呈现出以下特点。

1.1 人与泥的关系转化为人与数据、人与机的关系

传统陶瓷成型工艺为纯手工制作，首先由专业的师傅将黏土与水按照一定比例调制混合，后将其进行分割分块制作，再进行反复的揉、敲、搓等，排除黏土中的气泡，最后进行手工塑形，如泥条盘筑、拉坯成型、模具成型、泥板成型等，以上整个过程是人与泥关系的体现。而3D陶瓷打印工艺（图1），从泥料的添加到打印成型均为机器自动化。泥料的输送是利用空气压缩机与储泥桶连接，将真空练泥机制作好的泥料，通过PU管送至打印喷头内部，利用搅轮进行搅拌挤出。成型过程前，不但可以通过计算机软件对产品的直径、高度等数据进行设置，打印过程中还可通过调节气压的大小来控制运料的快慢；同时能精准地根据控制轴对喷头的控制进行定点送料，最终在控制轴与喷头协同工作下完成坯体成型。造型设计的过程也是借助机器（计算机）等建构数字模型完成，整个过程体现的是人与数据、人与机的关系。

图1 3D陶瓷打印工艺

1.2 计算机造型设计手法的介入

首先，计算机成型软件的使用对陶瓷成型工艺的掌握提出了新的标准。3D陶瓷打印涉及利用软件建模编程来完成塑形及过程，要求3D陶瓷打印从业人员能熟练运用相关软件与技术进行操作，同时还要具备陶艺和创意设计的相关知识，最后才能综合运用到陶瓷产业中。其次，修改草图方便快捷。传统磨具塑形是首先制作出1：1比例的实物模型，再利用实物模型制作模具，最后才能用于实物的翻模制作，需要经过二次成型，如果需要修改形体，必须重复整道工序。3D陶瓷打印的造型采用计算机辅助技术，后期如需修改，只要对软件模型进行编辑即可，从修改造型到打印成型周期缩短，效率提高。

1.3 使用材料的节约化

传统的泥条盘筑工艺与拉坯成型工艺在制作过程中为了增加黏土的粘性、紧致性和坯体的圆润性，会结合补水工艺，致使黏土材料流失，且不可回收利用，同时由传统工艺制作的坯体在修坯的过程也会损耗较多材料。3D陶瓷打印工艺是增材制造工艺，工艺基础是打印机机架内设置的三套与黏土喷头连接的控制轴，每套控制轴都有一个电机带动。这种机械结构可以实现黏土喷头在三维空间中的运动，从底层逐层叠置，定点送料，只对产品本身的形体进行塑造与勾勒；且由此工艺成型的坯体基于纹理特征，在修坯工程中采用极简修整的方法，不破坏纹理，只在关键处比如器物出口与底座等部位进行打磨。

2 3D陶瓷打印工艺的艺术特征

3D陶瓷打印工艺虽然应用的是3D打印技术，其塑形与制作过程看似理性冰冷，但其同样为一种艺术活动，即也是运用审美的方式，对于客体世界予以认知、反应和创造的过程，具有审美价值，其所具有的艺术特征很好地反应了这一点。

2.1 泥条规则堆叠的机理

3D陶瓷打印工艺为堆叠制造工艺，可再现出独特的层次纹理线条，不仅有别致的肌理美，同时可表现出陶瓷成型器物的品质优劣。打印中所出现的“缺陷”纹理，便是打印过程中送料气压的不稳定或泥料中含有气泡或是水土配比不均致使出料速度不一。反之，展现的纹理线条井然有序，循环排列节奏韵律感强，为优质纹理（图2）。

图2 泥条堆叠机理

2.2 几何机械的构成

3D陶瓷打印的陶瓷制品最大的特征是形体几何机械感强，此种形体的塑造区别于传统纯手工制造，而是依靠三维造型艺术-NURBS建模成型的科学建模方法所物化的，拓宽了设计者的思维，提升了形体的自由度，以及对于曲线折线的交叉、旋转、错落与更迭的应用。几何机械感形体的出现不仅给了传统陶艺者新的视野，也给予大众消费者以新的视觉体验，是传统陶瓷形体新面貌的展现，符合现代社会审美需求。

2.3 内部充盈的结构

3D陶瓷打印可以打印充填器物的内部结构，即在内部空间中架构结构，随着机械臂（控制轴）带动喷头在三维空间中对陶瓷坯体内外行进逐层塑造，喷头挤出的泥条在每一个平面层次的任何方位定点描摹送料，最终可以塑造出内部充盈的陶瓷产品。打印内部结构工艺主要应用于艺术类作品或造型复杂且有烧成局限的陶瓷产品，实施内部填充式打印，便于复杂的形体表现，拓宽了陶瓷成型工艺的应用范围（图3）。

图3 内部结构打印

3 3D陶瓷打印技术在日用陶瓷设计中的优势

3.1 生产效率的提高

3D陶瓷打印技术的出现，无论是复杂造型或精细的日用陶瓷产品，从软件设计到制成都可以节省大量的人力及时间。以景德镇陶溪川3D陶瓷工作室为例，其3D打印设备速度在30 mm/s（圆形对象）或15 mm/s（三角形对象），最大打印速度为100 mm/s（3 mm挤出宽度和1.5 mm挤出的高度）。图4中20 cm陶瓷瓶器，造型小巧但结构复杂，也只需15 min便能完成，相比传统手工制作模种-翻制模具-注浆-成型或手工泥条盘筑效率提高数倍甚至几十倍。

图4 3D陶瓷打印瓶器

3.2 创作手段的丰富

传统日用陶瓷工艺中，对复杂造型经常采用“支钉”“吊烧”等烧成方法，以避免器物因造型的复杂而造成烧成的缺陷。虽然这种方法在很大程度上保全了产品的完整与完美，但烧成过程极为繁琐，同时也会因产品成功率的降低导致成本大幅度提高。3D陶瓷打印技术在对复杂器型设计当中便可解决因烧成而变形等诸多问题，因为设计者可在计算机软件中，对复杂器型内部关键部位编制支撑结构，3D打印机在泥条逐层积累的同时也将器型内部支撑结构打印出来，打印完毕后的日用陶瓷产品可以保持打印形态而不必担心塌陷，所以3D打印机非常适合打印以传统工艺成型方法容易塌陷的镂空、中空，或烧成过程中易变形类等陶瓷产品。

3.3 异性的小批量制作

3D陶瓷打印技术与以往大工业批量化生产制造不同，工业化批量产品只能进行单一坯体造型的复制，都是通过后期对坯体的不同装饰改变最终作品形貌；而3D打印技术的层级式或选择性烧结的成型方式，决定它可以在工作区域一次性完成多个不同形态作品的制作，只需要预设好模型数据。虽然在批量化产量化制作方面，3D打印技术无法与工业化制造业相比，但是在艺术的领域，却成为了一个优势：当设计者们创作形态近似而又各有不同的批量化作品时，3D打印技术的效率会高很多。

4 3D陶瓷打印技术发展前景

4.1 传统且日用陶瓷行业面临的挑战

3D打印技术的不断发展使得传统日用陶瓷行业面临更大的挑战。当前，3D陶瓷打印技术不仅可以快速制作各种异型陶瓷造型，还可以通过远程文件输出，异地打印制作产品。3D陶瓷打印技术高速便捷的成型方式，使得陶瓷企业和消费者对先进技术更加认可，也促使陶瓷行业技术不断完善。为此，消费者对日用陶瓷也有了更高的追求，在此背景下3D打印技术被众多日用陶瓷企业大肆追捧，成为未来陶瓷行业发展的重要转折点。因此，对3D打印技术从商业化角度来看，其更应该定位于日用陶瓷个性化定制、高端艺术品复制等小批量生产的产业模式。

4.2 专属定制的日用陶瓷作品

目前，日用陶瓷市场已从传统“开放式”、“模式化”进入到“差异化”、“个性化”的消费模式，消费大众对个性化、独一无二或专属定制商品的需求逐渐变得热衷起来。3D陶瓷打印技术正是当前数据时代生产技术的体现。数据时代的生产技术可以根据消费者需求进行准确的设计和生产，实现日用陶瓷低成本私人个性定制的可能，这种消费者个人为产品本身赋予附加值的模式的开发与拓展，将成为数据时代产业发展的流行趋势。

5结语

日用陶瓷对人们生活品质的影响力始终存在，3D陶瓷打印技术在日用陶瓷领域的应用推动了制瓷技术的进一步发展。目前已经有很多陶瓷企业与教育机构大规模使用3D打印技术进行生产和教学。近年来，很多日用陶瓷行业及相关设计人员都在3D打印技术领域取得了良好的发展。虽然当前我国在3D打印领域也进行了一系列的阐释，但总体上，还存在很多有待改进之处。在未来的发展过程中，只有充分发挥3D打印的各项先进技术，实现更符合消费者需求的日用陶瓷产品体验与个性化追求，认清传统日用陶瓷制作与数据时代生产技术的关系，才能更好地彰显新时代日用陶瓷的魅力。

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[2]董起章,王萍.VR技术对电影的改变及发展趋势 [J].传媒,2017(17).

[3]高连飞.从3D打印应用角度做陶瓷艺术发展趋势的研究[D].中国艺术研究院,2016.