激光雕刻技术在风景木刻画加工制作中的应用

乔晓龙，王忠楠，杨子山，刘宇哲，赵 竹

（辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009）

传统木刻画是一门以刀代笔的绘画艺术，是在木板上选用不同的刻刀，通过刻、切、铲、划等手法来表现形象的一种艺术画，是中国美术的一个重要门类[1]。传统木刻画在加工速度和精度等方面都依赖于制作者的技艺水平，难以批量生产。随着先进制造技术的发展与进步，将现代技术与传统工艺相融合，将激光雕刻技术应用于木刻画的加工制作，实现传统工艺品与现代工艺技术的有机融合。本文以营口熊岳城镇望儿山景区的象征性景点“望儿山砖塔”为研究对象，将激光雕刻技术应用于风景类木刻画的加工制作，为今后批量化、精确化生产风景类木刻画提供一些创新思路和借鉴。

1 激光雕刻技术与风景木刻画

1.1 激光雕刻技术

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”和“奇异的激光”[2]。激光自1960年问世后，取得了飞快发展，越来越多的激光加工产品走入到人们的日常生活之中。激光雕刻技术作为激光加工的一种，是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或内部，使材料气化或发生其他物理变化，通过控制激光能量、光斑大小、运动轨迹和速度等参量使材料呈现出要求的图形图案[3]。激光雕刻技术采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或者机械应力，不会使材料变形；激光雕刻技术利用聚焦后的光点进行加工，不存在刀具磨损，不会产生切屑；激光雕刻技术还具有安全可靠、精确细致、节约环保、高速快捷、效果一致以及成本低廉的独特优势，在工作工程中能耗少，可实现绿色生产[4,5]。

1.2 激光雕刻技术与风景木刻画

激光雕刻技术在木制工艺品制造领域的应用非常广泛，采用激光雕刻加工风景木刻画便是其中一种。激光雕刻后的风景木刻画具有优良的加工质感，受到很多木制工艺品爱好者的青睐。激光雕刻包括切割雕刻、凸模雕刻和凹模雕刻三种类型，风景木刻画的制作采用的是凹模雕刻技术，也就是对图案部分进行加工的一种雕刻方式。这种方式根据图案的对比度和明暗度分布的不同，针对图像上深（暗）色区雕刻切削量多，针对图像上浅（亮）色区雕刻切削量少甚至不雕刻切削，从而达到风景类木刻画的雕刻要求。采用激光雕刻技术加工风景木刻画，降低了木刻画加工制作的门槛，解决了纯手工加工难度高、效率低、难以批量生产等问题，对景区文创产品推广具有重要意义。

2 激光雕刻风景图像的处理

3 激光雕刻风景木刻画的加工制作

在加工制作木刻画前要对所选图像进行处理，本文采用Adobe Photoshop 2020图像处理软件，图像为营口熊岳镇望儿山景区的象征性景点“望儿山砖塔”，如图1所示。处理过程如下：

（1）打开照片：运行Adobe Photoshop软件，打开所需要雕刻的图片：

（2）处理前期准备：点击图像-模式-灰度，把彩色照片变成黑白照片，然后复制图层，为后续处理做准备；

（3）图片背景处理：点击图像-调整-曲线，选取“颜色减淡”按钮，点击背景灰色区域使背景颜色减淡；

（4）图片主体处理：点击左侧工具栏，选减淡模式，对图片主体深色区域进行淡化修改；

（5）修改输出分辨率：点击图像-模式-位图，更改输出分辨率为300，方法采用扩散仿色后确定；

（6）保存图片，将文件储存为.BMP格式即可，处理后图片如图2所示。

3.1 所需设备和材料软件

3.1.1 设备 东旭DX-S960激光雕刻机（山东东旭激光设备有限公司）；0~150 mm数显游标卡尺（哈尔滨量具刃具集团有限责任公司）；电脑。

3.1.2 材料 平整的450 mm×450 mm×3mm椴木板一张，10寸原木色相框和手持打磨棒等。

3.1.3 软件 RDWorksV8（睿达科技有限公司）。

3.2 制作方法与流程

图1 原“望儿山砖塔”图像

图2 处理后“望儿山砖塔”图像

3.2.1 激光雕刻机的调试与定位 启动激光雕刻机电源，打开水箱，等待机器自动复位。首先进行雕刻机的调试，在激光头处粘贴3~5层双面胶，依次移动激光头至机器四角位置，点击测试键，如打出的四个激光点重合，则可进行一下步骤；如不重合，则需要重新调节整机光路，整体光路如图3所示。具体方法为截取双面胶，重叠3~5层，轻轻粘在第一反射镜2的上面，把最大功率调整到30%，短按“点射”按键，调至激光在镜片范围内；再把双面胶粘在第二反射镜3上面，移动Y轴分别到机器最里面和最外面，短按“点射”，调至两次光斑完全重合；移动X轴到中心，双面胶粘贴在第三反射镜4前面的进光孔，移动激光头到机器X轴最左和最右侧，调至光斑完全重合，最后在激光头出光口处粘单层双面胶，用力按压出外轮廓痕迹，再短按“点射”按键，使光斑与痕迹中心完成重合即完成雕刻机的光路调试。

将准备好的3 mm椴木板放至工作台7上，短按“点射”按钮，将指示红外线光调至与打孔处重合；再调整旋钮改变Z轴高度，使激光头与木板之间正好通过一个定距尺的距离即可。

图3 东旭DX-S960激光雕刻机光路结构

3.2.2 图像数据导入与加工参数设置 连接电脑与激光雕刻机的PC接口，将经过Adobe Photoshop软件处理后的“望儿山砖塔”风景图片导入至电脑的RDWorksV8软件中；选中图片，设置图片尺寸为宽203 mm、高254 mm，基点定于图片右上角；设置图片图层加工方式为激光扫描，扫描速度为360 mm/s,功率为8%，雕刻间隔为0.08 mm；设置图片外框图层加工方式为激光切割，切割速度为20 mm/s,切割功率为50%。操控激光雕刻机控制面板上“X轴”和“Y轴”按钮，将激光头移动到雕刻加工基点。加工前，在数据加工处预览仿真，点击“走边框”按钮，观察切割轨迹是否符合预想，确保走边框区域内的椴木板光整无瑕疵。

3.2.3 木刻画的雕刻制作与组装 预览仿真加工结束后，检查机器确保雕刻机运转正常、冷却系统和排气系统状态良好，合上激光雕刻机的机盖，按下RDWorksV8软件中的“开始”键或雕刻机操作面板中的“启动”即可开始雕刻加工。加工时,激光头从定位的雕刻基点出发，先扫描、后切割，扫描顺序为自上而下、自右向左运动[6]。加工完成后关闭激光雕刻机电源、水箱和风机。打开雕刻机盖取出雕刻完的木刻画，用手持打磨条对边角碳化部分进行打磨处理，再放入准备好的10寸原木色相框内，即完成了“望儿山砖塔”木刻画的制作，如图4所示。

图4 “望儿山砖塔”木刻画成品图

4 注意事项

4.1 加工参数的选择

为取得理想的雕刻和切割效果，需要对激光加工RDWorksV8软件中所有参数进行合理设置，根据所选木板材质和所要求的雕刻效果进行大量的测试，不断调整至最优[7]。就东旭DX-S960激光雕刻机而言，经反复实验得出5 mm以下木板常用加工参数见表1。从表中可以看出激光切割所需的功率大、切削速度低，激光扫描（雕刻）的速度快、功率低。参数选用不当会出现切不断、碳化严重、雕刻过深或过浅，都无法得到理想效果。

表1 DX-S960激光雕刻机对椴木板常用扫描和切割数据

4.2 风景类图像的选择

首先是风景木刻画原图像的像素要求。像素低的图片放大之后轮廓会变得模糊，黑点比较多，雕刻出来的作品效果差，图片像素最少不低于100万；像素过高的图片会导致软件处理时“带不动”，通常以200万~300万为佳，这样的图片清晰，软件处理也快速。其次是应选择构图简洁、主体突出的的风景图像，不宜选择细节部分过多、构图复杂的风景图像。再则，应选择主体与背景颜色对比度高的风景图像。最后，雕刻风景类木刻画的板材宜选用密度板，因为密度板更容易碳化。

4.3 激光雕刻机安全操作事项

因激光加工是能量密集的高温加工，所以防火工作尤为重要，工作人员必须实时监控机器的运行状况，严禁离开工作岗位；在设备运行时，不要打开机盖，不能用湿手操作开关，以防触电；冷却水必须保持水流畅通，当水管有硬折或脱落时应及时修复，以免造成设备损坏；加工后及时关闭“激光关”键，以免误操作发出激光，中伤人物；在操作过程中，不要将头部或者身体探进机器设备中，更不要用眼睛直视光路；如果机器发生故障，立即按动紧急停止，切断开关[8]。