陶瓷3D 打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用

宋長明*

（浙江理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，浙江杭州，310018）

陶瓷3D 打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用

宋長明*

（浙江理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院，浙江杭州，310018）

回顧人類歷史發(fā)展，人類社會由農(nóng)業(yè)社會轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)社會再過渡到信息化社會的過程中，每一次社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，總會伴隨著技術(shù)的革新。特別是進入信息化社會后，計算機輔助技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等越來越多的新技術(shù)應(yīng)運而生；“3D打印技術(shù)”這一名詞近幾年出現(xiàn)的頻率越來越高，在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著愈來愈多的作用。

本文首先介紹陶瓷3D打印技術(shù)的相關(guān)概念及其主要分類；然后從材料、成型、裝飾三個方面闡述了陶瓷3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用，并總結(jié)陶瓷3D打印技術(shù)在陶瓷制作中的優(yōu)勢。

陶瓷3D打??；現(xiàn)代陶瓷制作; 成型

引言

陶瓷作為中國文化的代名詞，其歷史可謂是源遠流長，距今約10000年的新石器時代就已開始陶瓷制作。然而陶瓷制作工藝非常繁雜，明代宋應(yīng)星在《天工開物》中曾寫道：“制瓷共計一坯之力，過手七十二，方可成器。其中細微節(jié)目，尚不能盡也。”傳統(tǒng)陶瓷制作工藝一般要經(jīng)過原料煉制、坯體成型、坯體裝飾、燒制成型等多項工序，一件陶瓷制品的問世往往需要耗費一個月甚至更多的時間。隨著3D打印技術(shù)的興起，將陶瓷材料與3D打印技術(shù)結(jié)合的陶瓷3D打印技術(shù)為傳統(tǒng)陶瓷制作注入了一股新的活力，這不僅是對傳統(tǒng)陶瓷制作工藝的傳承和發(fā)展；同時，它的出現(xiàn)也使得陶瓷在藝術(shù)家、設(shè)計師的操作下可以創(chuàng)造出更多有趣、實用的產(chǎn)品。

1 陶瓷3D打印技術(shù)概述

1.1 陶瓷3D打印技術(shù)的概念

陶瓷3D打印技術(shù)，其原理與3D打印技術(shù)相同，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，以陶瓷粉末或陶瓷漿料為原料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與傳統(tǒng)陶瓷制作工藝相比，通過陶瓷3D打印技術(shù)進行陶瓷制作，可以簡化陶瓷制作工藝，降低制作成本，同時減少制作工藝對設(shè)計的束縛，創(chuàng)造出自由度更高、造型復(fù)雜的陶瓷制品。

1.2 陶瓷3D打印技術(shù)的分類

目前陶瓷3D打印技術(shù)按工藝主要分為：逐層粘結(jié)法和直接成型法。逐層粘結(jié)法是指首先將陶瓷粉末鋪平，接著噴頭按照指定的路徑向陶瓷粉末噴射粘合劑，噴完一層后再鋪設(shè)一層粉末，如此重復(fù)直到完全成型后除去模型上多余的陶瓷粉末即可得到三維物體。直接成型法是將陶瓷粉末與粘合劑制備成陶瓷漿料，通過噴頭把泥漿擠出來，由于泥漿具有一定的粘合性，擠出后隨即會和前一層泥漿粘合在一起。然后重復(fù)以上的步驟直到完全成型。該工藝在原理上類似于傳統(tǒng)泥條盤筑工藝，只不過因為電腦的控制，作品更加精細有秩序。

2 陶瓷3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用

2.1 材料方面

傳統(tǒng)陶瓷原料包括粘土、石英、長石及其他礦物原料等天然礦物原料，其中粘土作為主要原料，是陶瓷成型的基礎(chǔ)，它賦予泥坯可塑性和注漿穩(wěn)定性，使坯體具有干坯強度和最大堆積密度。由于不同產(chǎn)地的粘土礦物成分存在差別，故各個地區(qū)的陶瓷原料的配方和制備工藝也均不相同。但是如果采用陶瓷3D打印，其原料的性能和制備工藝將會大大改善。傳統(tǒng)陶瓷原料粉碎、淘洗、球磨、練泥、陳腐等多項工藝，而陶瓷3D打印材料采用的是陶瓷粉末，則省去了這些繁瑣工藝，大大簡化原料制備流程，其原料的選擇范圍更廣。目前常用的陶瓷粉末包括氧化鋁(Al2O3)、硅酸鋁（Al2SiO5）、氧化鋯(ZrO2)、羥基磷灰石(HAP)等。其次，陶瓷3D打印的材料主要是向陶瓷粉末中添加粘合劑，通過添加粘合劑使原料在流動性、可塑性方面的性能更加優(yōu)良，而這些粘合劑在陶瓷燒制過程中被分解揮發(fā)，對陶瓷制品沒有明顯影響。

同時，通過向其原料中添加其他成分，可以產(chǎn)生不同的效果。荷蘭陶瓷3D打印公司Vormvrij推出新型陶瓷3D打印機，這種打印機配有不同的擠出孔，可以同時打印兩種材料（如圖1）。在打印過程中，可以隨時更換擠出孔，而另一個擠出孔則不受影響。景德鎮(zhèn)的陶瓷3D打印體驗中心創(chuàng)作了一系列彩色陶瓷作品（如圖2），這種獨特效果主要是在原料中加入色粉調(diào)制，使打印出的產(chǎn)品本身就具有相應(yīng)顏色的藝術(shù)效果，相比于傳統(tǒng)的施釉上色更加方便簡單。

圖1 Vormvrij新型陶瓷3D打印機

圖2 陶瓷原料中加入色粉

2.2 成型方面

傳統(tǒng)陶瓷成型工藝主要包括捏塑成型、泥條盤筑、拉坯成型、注漿成型等，采用這些工藝制作的陶瓷制品往往只具備簡單的三維形狀，一些復(fù)雜的造型要么很難完成，要么則需要花費很長時間，對于時間和成本都是極大的消耗。陶瓷3D打印技術(shù)則不受這些條件的限制，其成型更加的自由化，可以制作復(fù)雜造型和鏤空結(jié)構(gòu)（如圖3）。過去學(xué)習(xí)陶瓷制作技藝需要幾個月甚至幾年的時間，而現(xiàn)在我們通過相關(guān)的建模app可以制作自己專屬的陶瓷作品，并且在app里面可以更改模型數(shù)據(jù)參數(shù)、形態(tài)樣式等，從而讓每個人完成令自己滿意的作品。

圖3 實物拍攝

美國佛羅里達的Deltabots公司推出的新版本的陶瓷3D打印機（如圖4），通過使用笛卡爾系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，除了 X/Y軸可以移動，而且Z軸也可以上下移動，能夠打印更加自由的造型結(jié)構(gòu)。來至北京的一家3D打印公司，將竹編工藝運用到陶瓷3D打印中，研發(fā)出陶瓷編織工藝使陶瓷線條可以按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計的軌跡移動，實現(xiàn)了傳統(tǒng)工藝無法達到的成型效果（如圖5）。

圖4 Deltabots新版本陶瓷3D打印機

圖5 編織效果陶瓷筆筒

2.3 裝飾方面

采用直接成型式的陶瓷3D打印工藝，其擠出的泥漿一層層不斷堆積，因而其自身具有一定的線條紋理；同時，通過控制擠出孔的大小，可以擠出不同粗細的泥漿，從而達到不同的紋理效果和視覺感受。此外，在沒有支撐的情況下，泥漿受重力的影響會發(fā)生形變，而通過這種形變也可實現(xiàn)不同的藝術(shù)效果（如圖6）。

圖6 實物拍攝

3 陶瓷3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的優(yōu)勢

3.1 快速成型

傳統(tǒng)陶瓷制作由最初原料制備到最后燒成完成大約需要幾周甚至更長的時間，而采用陶瓷3D打印技術(shù)整個過程則僅需要3-5個小時，這極大地加快了陶瓷制品的設(shè)計與成型進度，減少了設(shè)計周期和制作成本；同時，也為模型的制作提供了便利的可修改性、實驗性和創(chuàng)造性。

3.2 簡化工序

一件陶瓷制品從最初的原料選擇到最后燒成完成需要經(jīng)過原料煉制、坯體成型、坯體裝飾、燒制成型工序，每項工序里面又會有若干繁雜的小工序，單單在泥料的加工過程，就要經(jīng)過破碎、球磨、壓濾、練泥、陳腐等多道工序。而采用陶瓷3d打印技術(shù)來制作陶瓷制品，設(shè)計師只需要將模型導(dǎo)入打印設(shè)備即可打印出想要的模型，大大節(jié)省大量的勞動成本和原料消耗。

3.3 技能要求

傳統(tǒng)陶瓷制作工藝素有“過手七十二方可成器”，而每一項工藝都需要經(jīng)年累月的練習(xí)才能夠掌握，采用陶瓷3D打印技術(shù)則很大程度上解決工藝的限制，大大降低陶瓷制作的門檻,它使得從未學(xué)習(xí)過陶瓷制作的普通大眾也能把自己想象出的造型變成陶瓷作品，并且隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)在甚至可以直接用手機即可完成數(shù)字模型的制作。

3.4 造型自由

在傳統(tǒng)陶瓷制作中，由于受到工藝的限制，只能制作相對簡單的三維形狀，對于一些復(fù)雜形狀或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的制作則束手無策。而陶瓷3D打印技術(shù)采用的是逐層打印的方式，不必擔(dān)心塌陷的問題，因此可以打印出造型復(fù)雜、內(nèi)部中空的陶瓷制品；此外，這種技術(shù)擺脫了陶瓷制作工藝對設(shè)計的限制，設(shè)計師可以將頭腦中的想法變成現(xiàn)實。

4 結(jié)束語

陶瓷3D打印技術(shù)是傳統(tǒng)陶瓷文化與現(xiàn)代工藝的完美結(jié)合，這項技術(shù)提供了現(xiàn)代陶瓷制作的新方法、新工藝及新的藝術(shù)形式，給傳統(tǒng)陶瓷注入新的活力，對陶瓷文化的傳承和發(fā)展具有重要意義。當(dāng)然，我們也要清楚地認識到，目前由于受到打印機性能、原料、成本、結(jié)構(gòu)等的限制，未來陶瓷3D打印還有很長的路要走。

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Application of Ceramic 3D Printing Technology in Modern Ceramics Production

SONG Changming*
(Zhejiang Sci-Tech University,Hang Zhou,310018,China)

Reviewed the development of human history,human society from agricultural society to industrial society and the process of transition to the information society,every change the way of social production,always accompanied by technology innovation. Especially after entering the information society,more and more new technologies such as computer-aided technology,Internet and artificial intelligence emerge. The term "3D printing technology" has become more and more frequent in recent years,playing an increasingly important role in modern life.

This paper first explains related concepts of ceramic 3D printing technology and its main classification;Then material,molding,decoration three aspects ceramics 3D printing technology in the application of modern ceramic production,and summarizes the advantages of 3 d printing technology in ceramic production .

Ceramic 3D printing ；Modern Ceramics Production；Molding

K873

A

1672-9129(2017)06-0192-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.072

宋長明. 陶瓷3D打印技術(shù)在現(xiàn)代陶瓷制作中的應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計,2017,6(6)： 192-193.

Cite：SONG Changming. Application of Ceramic 3D Printing Technology in Modern Ceramics Production[J]. Peak Data Science,2017,6(6)：192-193.

2017-01-22；

2017-03-03。

宋長明（1991—），男，漢族，山東省曲阜市人，學(xué)生，工程碩士，單位：浙江理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院工業(yè)設(shè)計工程專業(yè)，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計研究。

E-mail：1430486198@qq.com