基于CNC雕刻技術的工藝品設計與制作實驗

吳慧蘭， 曾卓騏， 張韻儀

(華東理工大學 藝術設計與傳媒學院，上海 200237)

0 引 言

普通的工藝品是由藝術家或工匠用手工制作的，加工產品的質量取決于雕刻人員的技巧，近年來對工藝品的需求量與日俱增，而年輕的工藝品制作人員卻越來越少，某些特殊的制作技巧難以繼承[1-2]。隨著制造技術的發展，計算機數控雕刻技術(簡稱CNC雕刻技術)已越來越受到大家的關注，人們一直希望這些先進的生產技術能應用到雕刻這個傳統而古老的行業中，CNC雕刻技術和CNC雕刻機的出現終于把人們多年的夢想變成了現實，它使工藝品的制作實現了自動化，同時還保留了藝術家的制作技巧[3-4]。

CNC雕刻技術是傳統雕刻技術和數控技術結合的產物。它秉承了傳統雕刻精細輕巧、靈活自如的操作特點，同時利用了傳統數控加工中的自動化技術，并將兩者有機地結合在一起，成為一種先進的雕刻技術[5-6]。

奉賢海灣位于上海市奉賢區的最南端，區內有金匯港海岸港口，依港傍海，集江南水鄉、田園風光、海岸灘涂、自然野趣于一體，是都市居民回歸自然、享受自然、休閑旅游和商務會務活動的勝地[7]。眾所周知，旅游是一種消費活動，是一種體驗，旅游者投入大量的時間、精力、費用后得到一種愉悅、體驗和回憶，但游客來此旅游總是感覺遺憾，旅游地缺少具有奉賢海灣特色，可留作紀念的商品[8]。本研究將選取奉賢特有的文化元素進行有機結合，以及海灣獨特的風土人情為創作背景，研究設計了“海韻”旅游工藝品系列。在制作方面采用CNC雕刻技術對工藝品在雕刻參數的設置和生成刀具路徑等方面進行了制作實驗。實驗證明，CNC雕刻機加工工藝品具有轉速高、加工材料效率高、表面質量好、性價比高等優點，成為了當代先進的工藝品雕刻技術，從而拓展了CNC雕刻機在工藝品中的制作功能，使復雜工藝簡單化[9-10]。

1 “海韻”旅游工藝品的設計

“海韻”旅游工藝品種類豐富，非常實用，可同時涵蓋人們生活的各個方面。在家里可使用杯墊、冰箱貼，看書時有書簽陪伴，外出時手機上的“海韻”掛件和“海韻”鑰匙圈也讓人想起奉賢的美景。“海韻”旅游工藝品的設計上提取了奉賢特有的文化元素，將其融入設計之中，整體上圖案平衡協調，寓意豐富。

產品以黑胡桃木為主體，輔以磁性貼片、鎖鏈、掛繩等配件，組成杯墊、冰箱貼、手機掛飾、鑰匙圈、書簽等以奉賢特有的風土人情為主題的系列旅游工藝品。黑胡桃木木材年輪相當明顯，成熟時邊材黃褐心材褐色帶紫在木材表面并時常有不規則狀深或淡色條紋，色澤美觀，質感十足。選用黑胡桃木作為主體材質，能更充分地體現產品的品質。“海韻”旅游工藝品系列設計有菜花戲蜂、風箏競飛、碧波揚帆、日出騰龍四套具有地方特色、現代特色的旅游工藝品。

1.1 菜花戲蜂

以奉賢傳統手工藝品中的剪紙為創作靈感，整體圍繞奉賢的油菜花文化進行設計。每到春夏交替的時候，油菜花田金黃成片，奉賢的菜花節就吸引了來自五湖四海的人們前來欣賞，菜花戲蜂主圖樣整體描繪了奉賢田野上豐收的美好場景。在菜花戲蜂的主圖樣之中，正中心是一團盛開的油菜花，圍繞其周圍的是傳統紋樣的蜜蜂，寓意五谷豐登。在最外面一圈環繞的是象征豐收的麥穗紋樣，有著美好的寓意。杯墊和冰箱貼采用菜花戲蜂主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據主圖樣進行了一些變化。手機掛件采用了油菜花圖案作為主體，下面的麥穗正好符合掛件下面流蘇的形狀。鑰匙扣采用了中間圓形的油菜花圖案作為主體，和圓形的鑰匙圈相得益彰。書簽則在左上角和右下角采用了蜜蜂的造型，中間的句子“敬奉賢人，見賢思齊”點明了奉賢區區名的由來。菜花戲蜂系列工藝品設計如圖1所示。

1.2 風箏競飛

奉賢自1992年起，每年都要舉辦風箏節，以風箏會友，切磋風箏放飛技藝。風箏成為奉賢開展文化交流活動和旅游活動的載體[11-12]。在中國的傳統風箏里反映著人們對美好生活向往，有著很多喜慶、寓意吉祥的圖案，風箏不僅僅是靜止的藝術現象，同時又是具有生活意義和生存意義的過程。在風箏競飛的主圖樣之中，正中心是六個放飛的風箏，展現除奉賢放飛風箏的場景。因風箏最初是模仿天上飛的鳥所發明，又名為“紙鳶”，設計了燕子銜花的圖樣在風箏的周圍，也寓意著對鄉土的熱愛。在最外面一圈環繞的紋樣是云紋。云紋樣線條彎曲，充滿動感，在此表達出了淳樸的奉賢人們對于美好生活、對于自由的向往之情。杯墊和冰箱貼采用風箏競飛主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據主圖樣進行一些變化。手機掛件采用主圖樣中心的風箏作為圓形的主體，下面的流蘇則采用了云彩的形狀。鑰匙扣采用風箏作為中間的圖案。書簽在角落采用了主圖樣中間的燕子紋樣，配有奉賢的口號“敬奉賢人，見賢思齊”。風箏競飛系列工藝品設計如圖2所示。

圖1 菜花戲蜂系列工藝品設計

圖2 風箏競飛系列工藝品設計

1.3 碧波揚帆

奉賢的海鮮、沙灘、美景都被游客所稱贊。碧波揚帆主圖樣著手與展現奉賢的水上優勢，展示奉賢的勃勃生機。碧波揚帆主圖樣的中間是一艘揚帆起航的船，點明奉賢的海上特色，周圍環繞魚的圖案。雙魚躍出波光粼粼的水面，象征著進取、富足，表現出奉賢人民的進取之心。在最外面環繞的是水波的紋樣，進一步渲染氛圍，襯托出碧波蕩漾的海景。杯墊和冰箱貼采用碧波揚帆主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據主圖樣進行一些變化。手機掛件采用主圖樣中心的帆船作為圓形的主體，下面的掛飾則采用了水波的形狀。鑰匙扣采用帆船作為中間的圖案。書簽在角落分別采用了主圖樣中的魚作為元素，中間配有奉賢的口號。碧波揚帆系列工藝品設計如圖3所示。

1.4 日出騰龍

龍騰閣位于奉賢的海灘邊，是奉賢海灣旅游區的標志性建筑物之一。龍騰閣依海雄踞、憑高沐風，登高望遠，目窮千里、一覽無余，令人流連忘返。主圖樣的中心是龍騰閣日出時的景象，日出時一輪紅日映照著高達的龍騰閣，氣勢磅礴。在其周圍圍繞的是窗格的圖形，與龍騰閣的建筑風格相一致。最外圈環繞的紋樣是龍鱗紋，烘托整體宏大的氣氛。杯墊和冰箱貼采用日出騰龍主圖樣，手機掛架、鑰匙圈、書簽的紋樣則根據主圖樣進行一些變化來設計。手機掛件采用主圖樣中心的日出龍騰閣景象作為主體，下面的掛飾則采用了龍鱗的形狀。鑰匙扣選用圓形的日出龍騰閣景象作為圓形圖案主體。書簽則采用建筑窗格的圖案進行裝飾，中間配有奉賢的口號“敬奉賢人，見賢思齊”。日出騰龍系列工藝品設計如圖4所示。

圖3 碧波揚帆系列工藝品設計

圖4 日出騰龍系列工藝品設計

2 “海韻”旅游工藝品的制作實驗

2.1 實驗條件和方案

(1) 實驗設備：嘉雕80G型雕刻機。

(2) 軟件：圖形設計軟件是Illustrator，雕刻軟件是JDPaint5.18。

(3) 試件尺寸：100 mm×100 mm，雕刻深度：1 mm，刀具型號：錐刀。

(4) 材料：黑胡桃木片、砂紙、雙面膠、剪刀、白膠、軟性磁鐵、鑰匙圈、手機掛繩等。

2.2 實驗步驟

(1) 分析設計圖紙，確定加工工藝。根據加工的具體要求，分析所要加工的工藝品中哪些部分要進行雕刻加工，屬于陰雕還是陽雕。然后在設計軟件Illustrator中將設計好的工藝品圖形導出成eps文件，再打開JDPaint精雕軟件，在文件菜單下輸入工藝品二維圖形，如圖5所示。

(2) 雕刻參數的設置和生成刀具路徑。CNC雕刻是依靠計算機控制機床的執行部件工作來完成的，靠數值化的加工指令來控制，靠正確的工藝來保證，也就是在制作工藝品過程中要正確選刀、確定切削用量和走刀方式等。刀具路徑是雕刻機加工過程中刀具中心的運行軌跡線，也是雕刻加工的程序和雕刻機工作的指令，刀具路徑的計算是由雕刻軟件是JDPaint完成的[13]。

圖5 導入eps格式的圖片

生成雕刻路徑的關鍵步驟是設置雕刻參數。雕刻參數主要用于設定毛坯形狀、選擇雕刻刀具(錐度刀、平底刀、球頭刀)、走刀形式(分層行切、分層環切、投影加深)、進給量(路徑重疊率、間距)、雕刻余量(表面預留、側邊預留)和操作參數(主軸轉速、切割速度、落刀延遲等)走刀速度等工藝參數。特別要注意工藝品表面質量好壞與路徑重疊率有直接關系，路徑重疊率越大、路徑間距越小，雕刻時間越長，表面質量越光滑。為保證質量，路徑重疊率一般不能小于50%[14-15]，生成刀具路徑如圖6所示。

圖6 生成刀具路徑

(3) 雕刻。刀具路徑設置好后，則刀具路徑輸出，將輸出的文件倒入到雕刻機上，用雙面膠將木板粘貼在雕刻機的平臺上，加載雕刻加工程序、裝卸刀具、設定切削參數；開動機器，選擇刀具的轉速和走刀速度，開始雕刻。雕刻加工如圖7所示，木材加工好的工藝品如圖8所示。

圖7 木材雕刻加工

注意，加工不同材料，走刀速度選擇的也不同，本實驗中使用了黑胡桃木、雙色板這兩種材料。相對來說，雙色板材質軟，雕刻的時候不需要太高的轉速，雕刻的路徑清晰。而黑桃木由于其材料致密，需要用較高的轉速來進行雕刻，在進行實驗的時候走刀走了兩次才可以把路徑雕刻得比較干凈。另外，雕刻產生的木屑在木頭表面比塑料更難被刷子刷掉，然而木頭致密的材料也讓它在雕刻的時候對于圖案的表現性更加理想。

圖8 木材加工好的工藝品

(4) 工藝品裝飾。這一步主要是對加工好的工藝品做一些簡單的處理。先用毛刷掛掉表面過多的木屑，用砂紙打磨一下切割邊緣。然后根據需要給工件增加一些附件，將它們做成完整的手機掛飾、冰箱貼、鑰匙圈。

3 結 語

CNC雕刻機是一種自動化程度高、應用領域廣泛的數控加工設備。具有加工尺寸精度高、快速高效、雕刻精細、表面光潔度好、無限復制和能使加工復雜的工藝簡單化的特點。這個特點在手工制作的過程中是非常難實現的[16]。

在融入奉賢特有文化元素創意設計的同時，我們采用了CNC雕刻技術進行“海韻”旅游工藝品的系列制作，充分保留黑胡桃木材質的本色。散發出來的是淡淡的自然的木香，原木紋和淡香氣之間，蘊含一種純粹的自然之美，保留了海灣的風味。

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