黏土打印技术的发展与思考

王思卿

摘要：黏土打印是一种基于3D打印技术的陶瓷材料成型技术。其兴起于2011年前后，如今已逐步成熟和产业化。文章对黏土打印技术的发展现状进行梳理分析，对黏土打印的陶瓷作品深入研究，分析其在当下的审美特征;并总结了黏土打印技术对陶瓷艺术发展的促进作用。最后着眼于传统工艺与新技术之间关系进行思考，讨论分析了新技术对陶瓷艺术可能带来的影响，以期助力新时期陶瓷艺术的再发展。

关键词：3D打印;陶瓷;工艺

中图分类号：TS936 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）08-0155-03

1关于黏土打印技术

3D打印技术兴起于20世纪80年代，是一种通过构建连续的材料层来创建三维对象的技术。近几年，迅速发展并广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车工业等领域。而黏土打印即使用黏土材料进行3D打印，该技术有多种不同的称呼，如液态沉积成型（LDM）、膏体沉积成型（PDM）等，其原理类似于FDM打印，区别在于打印使用的是稀释过的黏土，送料则是通过活塞式的浆料挤出机推送半固半液态的材料，材料在压力下沿指定路径流动。简单来说，其打印过程类似于挤牙膏。

这种挤出机最初称之为通用浆料挤出机（universal paste extruder）。2011年7月，英国埃克赛特大学的网站上出现了一条关于3D打印巧克力的新闻。3D打印技术在当时已经在工业中用于生产塑料和金属产品，但这是其首次使用生活中常见的食材浆料进行打印。工程师Richard Home随后研制出自己的浆料挤出机，成功打印出黏土坯体，并将机器配置与切片参数等公布在自己网页。在那时3D打印厂商RepRap、MakerBot和Fab Home等都具备了不同种类和规格的浆料挤出机。经过几年的发展，硬件与工艺逐步升级，黏土打印技术快速走向成熟并市场化。料仓容量的大幅提升，打印机体积的扩张，使得一次可以使用更多耗材，打印更大体积的作品，层厚和喷嘴直径的不断缩减则可实现更高的精度。荷兰公司VormVrii 3D，其打印机LUTUM v4最大建构尺寸为51cm×43cm×46cm。并装载双黏土挤出系统，可以在一次打印任务中打印不同类型的黏土。Emerging Objects和3D Potter共同推出机械臂陶瓷浆料挤出机Potterbot XLS—1，最大甚至能够建造3m×3m的物体。考虑到空间和便携性问题，它以360°连续旋转打印的独特能力允许打印比打印机本身更大的对象，展现出打印建筑尺度对象的潜力，如图1所示。打印机可以携带4000ml容器的黏土，或者连接到可容纳2501b黏土的大型挤出机。Deltabots公司的3D PotterBot v4.5甚至配有5，500ml挤出机。对于精确打印，LUTUM v4挤出机喷嘴尺寸从0.6mm—7mm不等。慕尼黑StoneFlower公司推出的黏土打印机XY平面精度为12pm，Z方向的精度可达0.6μm。究其打印机制则大都相通，打印固件一般支持由Cura，Slic3r和其他流行的3D打印软件生成的G代码。

批量生产似乎和3D打印难以联系起来，而对于打印机制的优化则使该技术可以从容应对批量生产：图2为比利时设计工作室Unfold曾使用他们的3D黏土打印机批量生产400个相同的杯子。杯子的设计略带褶皱和尖角，都不允许以最大速度进行打印，高速打印时喷嘴在这些部位的方向偏移可能使打印物体振动，而黏土打印的浆料本身就比较脆弱。若使用标准速度则导致打印时间远远超过预定的时间。Unfold通过可变打印速度进行生产，优化表面质量，同时保持最小的振动，并在打印杯子的开始和结束时动态加速和减速，把打印时间降到可接受的水平。

隨着黏土打印产业的不断发展，耗材的供应链也在逐步形成。Imerys Ceramics公司针对3D黏土打印，其产品EZ Print3D以其“即插即用”的特点作为墨盒提供给用户。其低烧制温度1220℃也与大多数窑温度限制兼容。此外，韩国公司HANIL等也提供可混合的黏土耗材。

2黏土打印技术发展中的限制因素

2.1技术本身的缺陷

黏土打印技术经过几年的发展与演进，以其显著自身优势迅速占有一定市场，然而其发展仍面对不少现实的问题。相对陶瓷粉末熔融、烧结类打印方式来讲，黏土打印速度较快，且黏土打印机的生产成本、维护成本也低于陶瓷粉末打印机。缺点也是显而易见的：打印精度相对粉末打印较低;打印件一般直接暴露在空气中，坯体在打印中和打印完成后的很长一段时间内都极为脆弱。此外，这种技术对于打印件造型有一定要求。理论上黏土打印技术可以像FDM打印一样在封闭的空腔内部添加支撑结构，而外部却一般不予添加，原因在于黏土材料在干固后去除支撑会明显破坏其表面肌理，影响美观;另外，生成在物件上的支撑会加大坯体局部的重量，容易导致坯体变形甚至坍塌。由此，黏土打印的物件造型如果是打印筒状造型一般不用添加支撑，打印圆雕类封闭物件则可在内部添加支撑，但支撑一般不宜过密。改善黏土的配方，增加材料韧性及强度会对此问题有所改善，但并不能从根本上处理材料本身的特点于打印机制上呈现出的缺陷。国外黏土打印厂商WASP、Vormvrii、Deltabots、TYTAN 3D以及国内山东淄博、福建厦门都有企业在开发这种打印机。迄今为止，这些公司所展示出来的打印件成品都是避免形成外部支撑的结构，可见黏土打印外部支撑的技术难题仍有待解决。这也是当下黏土打印所呈现出的一大问题——许多厂商称其为陶瓷3D打印技术，但它似乎并不能同大多数人印象中“3D打印”的特征相匹配。黏土打印工作方式是通过材料的叠加形成坯体，这并不违背增材制造技术的基本特征，只是黏土打印件的造型和成品率极大程度上受限于材料特性。厦门斯玛特企业杨德安曾说：“3D打印这种数字化技术其实为陶艺带来了一种新的艺术语言的可能性，需要强调的其实并非3D打印本身”。从黏土打印技术发展的源头来讲，通用浆料打印起初是为了打印广泛意义上的糊状物，并未能预见黏土打印所面临的种种问题。此外，同FDM打印相似，这种机器打印出的物件纵向强度偏低，即使高温烧结，Z轴方向上韧性依然较差，相对更容易发生断裂。

2.2相关供应链不够完善

黏土打印技术发展至今行业内尚无统一标准，机器电机、配电箱、挤出系统参数都因生产厂商而异。因此，市场上也没有一个统一的使用耗材标准。黏土浆料的配置需要控制到适当水准，太稀则打印件强度低、易变形，太稠则在打印中难以挤出。打印机厂商和第三方供应商提供的耗材往往价格高昂，如果自己生产需借助练泥机等抽真空设备，工序较为繁琐。

2.3专业门槛高

在机器的使用中使用者需要对软件硬件深度掌握，对陶瓷工艺有一定地理解与经验，对材料的特性能熟练把控。根据陶瓷工艺与黏土打印的工作方式设计合理造型，设定适当参数;打印过程中需要使用者根据经验观察实际打印状况并及时调整参数：喷嘴挤出量若偏低则导致打印件壁薄，坯体强度低;偏高则会加剧坯体壁厚，影响后期烧制中的成品率。

综上所述，当下的黏土打印产业仍有不少发展空缺，但随着黏土打印产业的不断推进，打印机制与工艺手段的升级，综合型专业人才的大力培养，相关产业链的成熟，其发展前景仍令人拭目以待。

3黏土打印技术与陶瓷艺术

3.1新技术对传统工艺的促进作用

传统陶艺强调手工性，材料语言的表现，人文情感的叙述;而模具生产则具有标准化、精确化、可大量生产等特征，如图3所示。模具生产的产品以其低廉的价格在市场大量流通，但产品同质化、粗劣的工艺也被现代人所诟病。黏土打印技术融合了人与机器对作品创作的共同参与，从其生产方式上来讲，黏土打印仍属于机器生产的方式，其本质是一种新型陶艺创作手段。丰富的表面效果和新异的造型设计突显其极强的创造性。3D打印技术的一大优势在于其不需考虑形体的复杂程度。因此，黏土打印技术给陶瓷艺术的造型设计开拓了极大空间，为陶艺创作提供了强大地技术支持。将陶艺的创作中引入3D打印技术，从某种意义上来说降低了陶艺创作的门槛，使得一些不具备陶艺创作经验的非专业人士也可以通过自己设计或者下载的模型进行打印，创作属于自己的陶艺作品，使陶艺创作融入更多交叉学科的元素。传统工艺经过科技的包装将能更好地融入当下审美与生活方式。

3.2科技与陶瓷艺术的相互促进

毫无疑问，这种新型的陶艺创作手段必定会引领新一波的审美风向。黏土打印的陶瓷作品既具备了盘泥条形式美、自然粗犷的特征，又具备机器生产特有的韵律感与秩序感。它将黏土材料以前所未有的方式，以其半固半液态塑造出丰富的形体，从根本上讲带来了一种革命性的创作手法，提供了一种全新的创作思维。呈现出别具一格的艺术表达方式。3D打印逐层打印的机制使得打印件注定带有不同程度的横纹，这在工业生产中算是一种缺陷，但这种缺陷如果强调在黏土打印中反而是一种独特的肌理效果，将机器生产所具有的独特的机械韵律与陶艺创作的材料语言巧妙地结合在了一起。就机器生产来说，它具有标准化因素，而在这样的标准化中又附带了些许人为因素：通过对挤出量的调整可以在一定程度上控制作品表面的肌理效果，如图4所示。这点颇类似于陶瓷烧制过程中火候的控制会影响最终效果，打印过程中对参数的干预也会导致作品最终呈现不同的样貌。黏土在半固半液态下易产生变形，如果缺少支撑则会使黏土浆料自然下坠，熟知这一特性的创作者可以根据这点和模型本身来让作品呈现出新颖的结构。使模型一些结构留空，打印的过程中形成独特而自然的肌理，将黏土的艺术特性、机器生产的特征完美融合在作品上。这一系列特性也使得黏土打印区别于陶艺创作与模具生产。机器生产与人为干涉共同造就了黏土打印作品独一无二、别具一格的艺术特征。

3.3黏土打印技术的局限性

没有一项技术可以做到十全十美，黏土打印本身也具有一定局限性。随着技术本身的不断发展与完善，其诸多短板或许在将来某一天得以解决，但其特殊性只能将其限制于机器生产的范畴。如，制作一把好用的茶壶需要手艺人长时间的经验积累，好的茶壶能让使用者在与其接触的过程中深刻感受到工艺的魅力与内涵。而黏土打印的作品表面无法做到注浆翻模及手工修正的平整，壶口等部位的细节也注定无法达到手工修整的水准。再如，白瓷或青瓷作品，其最高的审美境界在于其似玉的质感，黏土打印技术制作出来的瓷塑或其他作品注定要在坯体表面留下横向纹理，尽管其在艺术性和表现语言上独树一帜，但这样的白瓷或青瓷作品将丢失其天然的、材质本身的审美特性。很多细节虽然可以通过技术的改进与升级不断完善，但黏土打印仍然和手工制作有着本质上的区别。

3.4科技工艺的双刃剑

科技快速发展的同时也可能会带来负面影响。黏土打印技术可以使用一个模型打印出成千上万的黏土坯体，由此一来，陶瓷艺术作品中的独特性、地域性特征将会被消解，人人皆可成为陶艺家。这也引出了一个令人深思的问题：传统工艺是更好地融入了现代生活还是在现代社会中消失了？3D打印时代，资源必将逐步数据化，设计者的作品模型一旦泄露，其原创作品就可以随时被打印出来，届时必将引发作品版权等问题。技术发展到一定程度将被大规模投入使用，不难想象有人会为利益所驱使而滥用现代科技，粗制滥造，模仿抄袭成风。这样一来势必会打击原创的动力。新技术造福社会的同时也必须正视黏土打印技术可能带来的负面影响。

4黏土打印技术前景展望

随着科学技术的飞速发展，新技术对于陶瓷艺术会产生何种程度地影响。从黏土打印的发展现状来看，其技术本身仍有不少缺陷，甚至难以达到与手工艺相当的水平。除却技术因素，包括陶瓷艺术在内的许多工艺门类追求的或是手工制作的痕迹，或是特殊的材质，都具有无可取代的文化内涵。而很多特殊的材质与肌理的处理都是机器无法完美实现的。《考工记》有云：天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者然后可以为良。多方面因素共鸣才能促成独一无二的工艺品。黏土打印技术所依赖的是技术的成熟性与完善性，机器生产的准确性等因素，它代表了传统工艺美术在现代科技语境下的再发展。回顾工艺美术史，种种迹象表明：新技术不会替代或破坏传统工艺，反而会推动工艺美术在新时期的发展与演进。相信黏土打印技术也定会以自身的优势与特性使陶瓷艺术在新时期大放异彩。

从工具因素的角度讲，工具的发展水平、规模和速度始终对应于现实社会生产力的发展水平、规模和速度。生产、利用自动化和智能化的工具，研发新的科研工具提高科研生产力的创新水平是现代和未来工具因素发展的重要趋势。如今黏土打印机创造出新形态的陶瓷艺术作品，本身是一种更为先进、顺应时代发展趋势的创作与生产工具。黏土打印的模型是人为建造的，虽然后续机器完全处于预先的设定下，但如果把握好模型与材料特性，通过人为地干预使两者在创作中产生共鸣，反而让机器打印的作品呈现出黏土自然的形态美，何尝不是匠心独运？在打印过程中引入一些随机性，将参数转化为3D打印产物的形状和表面质感，也可以创造出新奇而充满美感的肌理。只是在打印的过程中人的思想经过“工具”的转化，体现在陶艺作品上。新技术的产物所蕴含的人文情怀由于其被机器转译，具有新时期的艺术叙事方式甚至有些晦涩而不被人们所理解。而如何面对机器的转译再去准确表达、体现人文情感则是当下创作者在创作中要思考的问题。

5结语

工艺美术的发展进步总是与新技术的兴起有着千丝万缕的联系。黏土打印技术为陶瓷艺术今后的发展開拓了极大的空间。长期的历史实践证明了新技术总是与传统手工艺取长补短，相辅相成，利用新技术创作出符合新时期审美、价值观的作品是当下创作与生产的新命题。巧妙借助科技成果创新创作是值得赞赏的，直接借助新技术生产而不经过艺术的转化、依赖和滥用科技成果则是可悲的。