陶瓷4D打印技术在环境陶艺制作中的应用构想＊

方愉

陶瓷4D打印技术在环境陶艺制作中的应用构想＊

方愉

（景德镇学院，江西 景德镇 333000）

传统4D打印的墨水是水凝胶等聚合物，使用范围有限，无法满足所有的4D打印需求。陶瓷前驱体材料使用范围广泛，但发生形变的难度较大，无法广泛应用于4D打印。吕坚研究组使用复合弹性体陶瓷材料实现了4D打印技术，突破了3D打印对结构的限制。4D打印的结构可以跟随时间进行自动形变，传统陶瓷结构转变为陶瓷折纸结构。

陶瓷4D；打印技术；环境陶艺制作；时间维度

1 陶瓷4D打印技术

4D打印和3D打印的区别是，4D打印添加了时间维度，设计方案可以直接内置于材料中。当到达设定时间时，材料可以按照计划自动变形，并跟随时间持续发生变化。4D打印对材料的要求较高，和3D打印材料完全不同。传统4D打印墨水是水凝胶等聚合物，使用范围有限，无法满足所有的4D打印需求。陶瓷前驱体材料使用范围广泛，但产生形变的难度较大，无法广泛应用于4D打印。2018年，中国香港城市大学吕坚教授研究组首次实现了陶瓷4D打印。陶瓷4D打印技术顺利实现，有利于中国进一步发展航空航天、电子产品、航空发动机等。吕坚研究组使用复合弹性体陶瓷材料实现了4D打印技术，突破了3D打印对结构的限制。4D打印的结构可以跟随时间发生自动形变，传统陶瓷结构转变为陶瓷折纸结构。吕坚教授研究组使用墨水直写技术，以二氧化锆纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷的聚合物作为复合材料，构建3D弹性体结构。研究组使用的3D弹性体结构柔软度适中、弹性强、拉伸度高，可以自由折叠，形成各种陶瓷折纸结构。

根据陶瓷折纸结构的柔性特质，研究组人员设计了一款自动拉伸装置，为3D弹性体结构提供预应力，保证主结构可以在弹性体结构上正常打印。预应力释放前，主结构保持原形，难以自动发生形变；预应力释放后，主结构发生形变，形成弹性体结构，用于4D打印。弹性体结构向4D陶瓷转变的方式是热处理。

吕坚教授认为，4D打印技术可以为个性化定制提供新的服务内容。4D打印技术的优势是图纸设计难度低，形状衍生便捷，结构连续性强。3D打印根据图纸仅能打印一种结构，4D打印根据图纸可以打印不同的结构。传统陶瓷粉末烧结的温度需求是1 600 ℃，4D陶瓷热处理的需求温度 是1 000 ℃。4D打印技术的工艺成本相比传统陶瓷工艺更加低廉。

2 环境陶艺制作

2.1 环境陶艺的特点

广泛性、渗透性、强制性是环境陶艺的主要特点。

2.1.1 广泛性

环境陶艺广泛存在于人们的日常生活中，与市民的生活关系密切。城市雕塑、壁画、室内装饰艺术等，都是环境陶艺的应用领域。环境陶艺可以使用陶艺材料和陶瓷工艺，制作各类和城市公众生活相关的内容。

2.1.2 渗透性

陶瓷是一种亲切、温馨的工艺材料。陶瓷向人们传达感情的方式是渗透，不是说教。陶瓷材料和陶瓷语言，是影响公众的重要因素。公众使用陶瓷材料，欣赏陶瓷语言，逐渐和陶瓷产生默契和情感共鸣。陶瓷艺术对城市的关怀包含了陶瓷对城市居民的关怀、对城市公共空间的关怀。陶瓷艺术存在于城市的各个角落。

2.1.3 强制性

环境陶艺是城市公共艺术的重要表现手段，是城市公共艺术的常见应用材料。陶瓷成为城市独立存在的空间艺术。部分市民对陶瓷没有较大的兴趣，但无法避免受到陶瓷对城市公共空间的影响。环境陶艺是一种强大的公共艺术，提醒城市公共艺术建设必须追求完美，追求精湛的技艺和完美的空间布局。城市公共艺术时常充满遗憾。公共艺术是一种遗憾的艺术。

因此，设计师必须深入研究环境陶艺，考虑环境陶艺融入公共空间的方式，避免公共艺术出现遗憾和缺陷。

2.2 环境陶艺的设计原则

2.2.1 整体设计原则

环境陶艺设计复杂、实施难度大，是一种非个体化劳动的艺术项目。设计初期，设计师必须考虑作品的作用、风格、形态、功能、特点。环境陶艺必须尺寸得体、内容丰富、色彩鲜艳、构图巧妙、工艺精湛。设计后期，设计师必须考虑设计作品的安装流程、具体规划和艺术效果。

整体协作意识是环境陶艺家必须具备的能力之一。设计初期，环境陶艺家和规划师、建筑师、景观设计师达成合作关系，双方互相交流思路和想法，获得彼此的认同和支持。项目确定后，环境陶艺家和委托方签订委托合同数，设计组、制作组、生产厂家建立密切的协调合作关系，并持续进行信息交流。作品安装时期，环境陶艺家必须沟通现场施工队和施工工程师，避免施工环节出现技术问题。

2.2.2 功能性原则

环境陶艺的美学和文化意义是独一无二的。环境陶艺包含了陶瓷的艺术和环境的艺术。回忆、居住、聚会、休闲、娱乐场所，都是环境陶艺的应用范围。园林瓷灯可以用于照明，休息凳为游客提供了短暂休息的机会，入口标志为游客提供了精确导向。环境陶艺的功能必须和场所功能协调，包括主体、组合、造型等，都可以体现环境陶艺的类型和功能特征。

2.2.3 文化可持续性原则

公众群体是环境陶艺的服务目标。艺术家必须刻意避免随意表达个性。环境陶艺的题材、形式、建构都和公众的日常生活息息相关。环境陶艺作品必须符合大众的审美，不能脱离群众的文化共识。

地理空间环境、社会环境、历史环境，是环境陶艺放置环境的三种类型。不同地区、国家、民族的环境不同，历史不同，民族传统不同，环境艺术审美也不同。民族文化决定了民族的环境艺术审美和民俗心理定势。当环境艺术设计用于少数民族区域时，设计师必须考虑少数民族的民族特色和审美情趣，注重作品的文化感、历史感，突出地域特色。

3 4D陶瓷打印技术应用于环境陶艺制作的意义

3.1 环境陶艺的发展意义

3.1.1 城市发展

随着城市建设的发展，越来越多的现代人开始注意到人类生存环境的质量问题。当前社会下，人们已经解决了温饱问题，开始有高质量的精神追求，对生存环境质量的要求越来越高。人们为了自身对精神、环境的需求，积极参加公共建设。人们参与公共事物建设的自主性提高，大大缩短了民众与艺术的距离，人们对公共艺术介入的呼声越来越强烈。

3.1.2 公共艺术

公共艺术有着复杂多样的艺术形式，在人类的历史长河中，扮演着多种不同类型的艺术角色。近代以来，艺术的含义、概念、思潮在社会实践中发生了巨大改变。当今社会提倡多元文化共融发展。公共艺术特有的美育功能、陶冶大众情操、探索自身语言和观念等社会功能，已经无法满足当前社会公众对艺术文化的追求，社会化的艺术活动和公众参与的艺术活动，逐渐开始成为公共艺术社会功能的注重方向。创建相同认知观点的和谐社会是公共艺术发展的根本目的。发展公共艺术需要将社会整体文化和社会社区建设紧密结合，以文化建设交融的公共事业为重心，建立大众共同审美观、共同精神文化的生活方式。

3.1.3 民族文化

中国自古便有“瓷国”一称。中国瓷器拥有多年历史的文化积淀，最早可追溯到商朝晚期。自商朝晚期开始烧制原始瓷器起，中国的瓷器文化已有三千多年的历史。中国的瓷器种类有很多，每种风格都有各自独特的魅力。例如：青花瓷的清新雅致、粉彩瓷的淡雅秀美、玲珑瓷的工艺剔透等，都是中国历史上优秀的文化瑰宝。陶瓷艺术的延续可以更好地彰显中国古代浓厚的文明气息，弘扬中国浓厚民族特色文化。陶瓷艺术的发展是弘扬中华民族传统文化的重要表现形式，需要每个中国人用热情去传承。

现代陶艺具有不同以往独特的观念因素和表达性，经过现代艺术文化的熏陶，中国古代经典陶瓷文化与现代公共艺术完美结合，陶瓷文化的发展和进步日新月异，在新时代文化的浪潮中繁荣发展。

3.1.4 城市印象

城市的街道景象、外观外貌、环境卫生、公共设施建设等方面都可以体现城市的整体面容，城市灵魂在于整座城市的公共艺术、文化标识、人文气质。城市通过整体面貌、灵魂可以散发出特有的魅力，吸引人们去了解城市历史；感受城市辉煌的艺术文化；陶冶大众情操；优化市民素质品德；营造具有人性化的城市情感氛围；彰显城市的文化气质，弘扬中华民族的传统文化。

3.2 自然意识与环境陶艺

人类社会已经全面进入生态文明时代，人们的生态意识逐渐觉醒。生态学是一门以人类为中心的涉及生物领域和环境领域的综合性学科。人与自然的关系是生态学的研究重点。人与自然和谐共生成为现代审美观点的主要内容。环境陶艺可以向人们展示生命的共存和关联，挖掘生态美的真实价值。生态审美能为人们带来审美启发，增强人类对自然的亲和力，引导人们自觉树立自然保护意识，强化生态伦理观。生态美是衡量人类生存环境的标尺，是人类生存环境价值的重要表现形式，代表了内在自然和外在自然的和谐共生。生态美统一了生态规律和保护生态的目的。在美的陶冶下人的精神发展在能动与受动的统一中能激发出巨大的创造力，保证人类实现健康文明的生存价值，推动生态文明发展。

［1］余冬梅，张建斌.增材制造：从3D到4D［J］.金属世界，2019（1）：26-30.

［2］香港城市大学吕坚教授组全球首创陶瓷4D打印［J］.办公自动化，2018，23（22）：16-17.

［3］香港城市大学：首次实现陶瓷4D打印［J］.化工新型材料，2018，46（11）：284.

［4］周舟.中国首次实现陶瓷4D打印［J］.科技传播，2018，10（17）：9.

方愉（1985—），女，江西景德镇人，硕士，讲师，研究方向为设计艺术。

2018年江西省教育厅科学技术研究项目“4D打印技术在环境陶艺制作中的应用构想”（编号：JYJG-18-16）

TP391.73

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.012

2095－6835（2019）23－0033－02

〔编辑：张思楠〕