基于增材制造技术的传统农具展馆的建立

陈 杰

（鲁北技师学院，滨州 256600）

1 增材制造技术简介

增材制造技术与传统的去除原材料机械加工技术不同，是一种融合了计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，将专用的耗材通过挤压、烧结、熔融、光固化及喷射等方式逐层累加，制造出实体模型的制造技术[1]。它是一种“自下而上、从无到有”的制造方法，使得过去受传统制造方式约束而无法实现的复杂结构构件制造变为可能，且可满足个性化生产需求，近年来在航空工程、机械工程、建筑工程以及医疗卫生等领域得到了广泛应用。按照成型工艺分为光固化成型、激光区烧结成型以及熔融沉积成型等。它的生产制造过程一般分为建立三维模型、分层切片、打印和后期处理4个阶段[2]。

2 传统农具研究现状

2.1 传统农具简介

中国古代的农耕文明灿烂辉煌，世代传承的农业技术不仅长期领先于世界，而且先进农业文化的广泛传播深刻影响了周边国家。传统农具是农耕文明的核心元素，是中国农业文明发生、发展、进步的重要见证。随着科技的进步，现代化农机具替代了传统农具。当下，国家科技兴农的方针政策使得农机具快速实现了机械化、高效化、自动化和智能化。调查显示，只有像锄头、犁等简单的传统耕作农具至今还有小面积耕作的部分农户使用，而一些工作效率低、劳动强度大的传统加工农具逐渐被淘汰。

以渔樵耕读为代表的农耕文明是千百年来汉民族生产生活的实践总结，是华夏儿女以不同形式延续下来的精华浓缩并传承至今的一种文化形态，所体现的精髓是传统文化核心价值观的重要精神资源。随着历史的发展和科技的进步，传统农具很多已被现代农业机械替代。但是，每一种农具在其设计发明及发展过程中都浸透着农业生产者的心血，凝聚着劳动人民的智慧。

我国的传统农具具有适用性强、通用性广、就地取材、结构灵巧等特点，是我国劳动人民智慧的结晶。传统农具集中反映了人的生存意志和能力，准确传达出劳动人民的文化心态和审美追求，具有鲜明的时代性、地域性和民族特征，是最本原的活态文化。它的发展从制作材料、使用功能、动力和机构等方面经历了一个由简单到复杂不断丰富的过程。

我国古代农具从旧石器到新石器，从石器到铁（铜）器，从简单工具到复杂的机械工具，每一次质的转变和飞跃，都有力推动了社会变革和社会发展。农具的发明和生产引发了一系列技术工艺和科学部门的产生和发展，因此被誉为当时农业发展水平的“测量仪”及生产关系的“仪器”[3]。传统农具代表着一个时代或一个地域的农业科技发展水平，是农业文化遗产的重要组成部分。研究和保护传统农具是农史研究和的农业文化遗产保护的重要内容。

早在1961年就有学者指出，传统农具是我国人民经营农业的丰富经验和高度智慧的集中体现，农具中蕴含着许多对农业机械化具有理论意义和实践意义的内容，传统农具是创造适应我国国情的农业机械的宝贵基础。我国的传统农具实物有的被收藏于全国各地的博物馆，有的散落于民间。由于许多农具藏品的材料为不易保存的竹、木等，而环境污染和人为破坏也给实物藏品的安全带来了严重威胁，因此对传统农具的研究和保护变得尤为重要。

2.2 滨州传统农具现状

山东省滨州市地处黄河三角洲腹地，有着得天独厚的自然条件，是华夏文明的发源地之一，有着独具特色的传统农业机具。当地气候春季干旱多风，土壤水分易蒸发，自古以来人们一直想办法从耕作上寻找解决的方法。从秦汉至南北朝时期，黄河中下游地区逐步形成了一套以耕—耙—耱（耢）为主的抗旱保墒技术。这是我国土壤耕作史上最杰出的创造之一，对应于三项作业的农具分别是犁、耙、耱[4]。这是一项技术，也是一代文明。这些农具随着农村城镇化的推进，在原先的自然村中基本消失，现存的部分传统农机具也基本不再使用，但它们是农具进步史上的重大发明创造，也是传统农耕文化的载体。

目前，滨州市文化馆和魏氏旅庄园内收藏有300多件传统农具，种类比较齐全，为传统农具展馆建立提供了藏品信息源。本文通过查阅市志、市情资料等，发现目前并没有专门对滨州地区的传统农具进行研究论述。通过查阅中国传统农具文献资料，可了解到传统农具的发展变革和作用甚至制作材料。通过文献中的图片资料只能了解其基本形状，因图中无尺寸标注，故无法查阅到传统农具的具体尺寸。

调查研究过程中发现，滨州市文化馆及魏氏庄园中的藏品及展品的论述以及保护这一文化遗产意义的论述，有图片和美术作品甚至作为工艺品的微缩模型，但图片和模型只能呈现其形状和构造，未标注尺寸。因此，本文在原有的方式方法上，先对现存实物进行拍摄、测量，后绘制二维工程图，再运用Inventor软件绘制三维图形，导出STL文件，在3D桌面打印软件中进行切片处理，最后运用增材制造技术打印制作传统农具三维实体模型。这一操作将传统农具和现代化科技相结合，既可在一定程度上保护农耕文明的非物质文化遗产，又可为后续研究者提供借鉴。

3 传统农具展馆的建立

传统农具多数是劳动农民在耕作过程中就地取材制造的，与现代化农具相比并无统一的尺寸。稍大型的农具如铹、耠子、耧等除了几个重要的尺寸基本一致外，有些尺寸甚至形状也不尽相同，所以选择了有代表性的绘制图样。一些小型手持农具用图片展示形状，其大小用文字说明。通过文字查阅可以了解到农具的功能、承袭沿用的历史等。

3.1 传统农具展馆的总体设计

3.1.1 传统农具展馆展品范围确定

古代我国农具范围广泛，按用途可分为耕作农具、运输农具、灌溉农具、加工农具、桑蚕及纺织工具、畜牧及渔猎器械、劳动保护工具等，还有部分储存和用于副业的加工工具。本文根据滨州文化馆与魏氏庄园内传统农具展品，传统农具展馆内展品主要为耕作农具和加工农具。

3.1.2 展馆类型确定和功能定位

按照相关文献对展馆的分类及定义，建立的展馆为专题性数字化与实体化并行展馆。它的主要功能：一是实现传统农具的永久收藏，以防从历史中消失，是展馆首要的功能；二是数字化展示，通过建立数字化模型，可向用户提供数字化展示并进行查阅相关信息，包括图形、尺寸及使用和用途信息；三是实体模型展示，通过运用增材制造技术制作传统农具模型，在展馆内展出，使用户可直接观看模型，并且后期可补充市文化馆和魏氏庄园内现存没有的其他传统农具；四是科研和教育作用，展馆内现存农具，经过数字化和实体化模型的建立，可为后续的学术研究提供一定的借鉴。通过建立传统农具展馆，不仅可供用户查询，也可为青少年儿童学习传统农具和了解璀璨的农耕文明提供助益。

3.1.3 传统农具展馆的组成

（1）数字化展区。可通过用户系统界面进行检索和信息浏览，向用户提供藏品的信息，包括农具名称、收藏信息、尺寸、材质和用途等，并向他们展示三维模型，提供语言讲解，同时可进一步向热爱农具的研究人员提供藏品的详细信息，包括藏品的征集信息、使用历史、鉴定信息和二维工程图等。

（2）实体模型展区。向用户提供通过增材制造技术打印出的3D模型，让用户直观体验真实的传统农具，并提供语音服务，用于普及传统农具相关知识。

（3）个性定制区。用户可进行个性化定制，包括农具藏品、研究资料以及打印数字化3D传统农具模型，从而实现传统农具展馆的个性化服务，更好地弘扬农耕文化。

3.2 传统农具数字化展区的建立

用VB 6.0建立用户界面系统，将建立的二维数字模型、三维数字模型以及解说信息通过程序录入系统，供用户检索、浏览使用。

3.3 实体模型展区的建立

传统耕作农具有人力农具和畜力农具[5]。常用的人力农具有铁锨（挖土、铲土、积肥）、木锨（扬场）、榔头（翻麦、翻草）、头、镐头、铡刀以及叉等，还有选种用的簸箕、筛子和运输用的背斗、担筐以及手推车等。畜力农具指的是用牛、马牵引的农具，如耠子、犁、耙、吨咕噜以及耧等。本文以压土保墒农具碌碡为例，阐述传统农具模型的制作。

3.3.1 碌碡简介

碌碡又称“碌轴”，石制的圆柱形农具，一端略大，一端略小，用来压土平地、轧谷物等，在山东、陕西、山西、河南等农村大量使用。在黄河三角洲地区，它主要用来压土保墒和在打麦场或打谷场上碾轧收割后麦子或谷子脱粒，现在多数使用机器脱粒或直接使用联合收割机，很少有使用碌碡脱粒的。

碌碡在《齐民要术》中称为陆轴，唐代才称碌碡。《王祯农书》中记载道，碌碡长约三尺，大小不等，通常用原木和带凹槽的圆石辊制成。一般选用花岗岩、石灰岩或片麻岩等石材。石辊两端中心分别凿出小圆洞并装上一个短轴，短轴镶嵌在长方形外框的圆洞或凹槽内。

木框是基本的碌碡配套工具，木工根据碌碡的通用规格，做好横梁（2道）、边梁（2道）、圆木销子（2个），在边梁上凿长方形洞，榫接而成。碌碡分为人拉和畜拉两种。

3.3.2 测绘生成二维图形

关于中国传统农具的文献资料，多见于博物馆藏品或展品的论述以及保护这一文化遗产意义的论述，还有图片和美术作品，目前还没有见到关于传统农具工程图样的文献。因此，本文对于这一传统文化的保护创新了一种新的模式，既是传承农耕文化的重要举措，更是保护本地区珍贵非物质文化遗产的具体实践。

本文对传统农具进行了实地调研，采集照片、测量尺寸，并绘制二维工程图，如图1所示，将绘制图形与拍摄图片一起编制成图册，同时加入文字说明信息，录制音频讲解信息，将信息录入用户界面系统。

3.3.3 运用增材制造技术打印传统农具3D模型

增材制造技术具有成型速度快、节约原材料和时间、能实现个性化定制等特点，因此在越来越多的领域得到了应用。本文基于农具二维工程图绘制的基础，进一步用Inventor绘制三维图形（如图2所示），生成切片文件，设置适合的比例，最后打印实体模型。之后对模型进行剪除支撑、去毛刺、上色等后期工艺处理（如图3所示）。模型对滨州市传统农具进行了有效还原和呈现，在实体展区内展览。本文使用的增材是PLA（聚乳酸），采用玉米淀粉制作的可降解再生材料，具有无毒、色彩鲜艳、易成型、强度高、价格低等特点，但是精度偏低，在后期制作过程会引入陶瓷等高精度 耗材[6]。

3.4 个性定制区

根据客户需求可定制展区内的农具模型，以供观赏和研究，进而传播传统农具知识和农耕文化。

4 结语

与滨州市文化馆合作，通过实地调查，采集现存传统农器具照片，按照工程测绘的要求进行实物测量，绘出传统农具工程图，运用增材制造技术制作实体模型，并查阅相关资料，对传统农具作出文字说明和语音讲解，后运用信息化手段生成供用户查阅的数字化和实体模型展馆。以此为载体既能展现滨州市传统的农耕文明，为后续研究者提供有效的借鉴，还有助于对青少年进行传统文化和农耕文明的宣传教育。