3D打印技術在中國傳統家具模型開發中的應用研究

石峰

摘?要：3D打印技術是當前一種十分流行且技術先進的快速成型技術，其迅猛發展已經涉獵各個行業領域。本文探討了3D打印技術在中國傳統家具領域中的應用現狀與優勢，闡述了中國傳統家具模型開發的必然性，通過以圈椅為例的3D打印技術的應用實踐分析提出3D打印技術成為家具產業的必然趨勢。

關鍵詞：3D打印技術;中國傳統家具模型;研究開發;技術應用;圈椅

中國傳統家具擁有古典美且蘊含中華文明深邃價值，是為中國人所指的驕傲的文化遺產。其工藝精湛、美感獨特，其中以明清家具最為盛名，是中國古典家具的巔峰之作。如今，為了滿足許多收藏家、古文化愛好者以及高校教學的需求，中國傳統古典家具模型的開發與文化傳承產業已成為熱門，對該領域的全新探索是現代技術與古代傳統文化的融合與智慧結晶。

1 3D打印技術概述

1.1 3D打印技術內涵

3D打印技術是一種快速成型技術，它以數字模型文件為基礎，利用粉末狀金屬、塑料等可粘合材料來實施逐層打印方式最終構造生成物體。如今該技術被廣泛的運用于一些產品的直接生產制造中，例如工業零部件、建筑工程、建筑裝飾工程、家具設計、教育等行業領域。

1.2 3D打印技術的應用現狀及優勢

根據我國前瞻產業研究院《2018～2023年全球3D產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》相關數據顯示，3D打印技術的發展目前嚴重依賴于技術進步與突破。就目前來看全球3D打印技術體系中最受歡迎的技術應該為FDM技術，它占到整個平臺總收入的63.9%，而像SLA+DLP技術則以18.1%占據平臺總收入的第二位。以本文的主題為例，3D打印技術在中國家具行業的規模發展以及現有科學技術發展成果還是有目共睹的，它為我國家具市場帶來了本質性變化，特別是滿足了大量消費者的個性化及多樣化需求。

從3D打印目前所表現出的技術內容來看，它的技術優勢很多，因為它融合了傳統建模技術、自動控制技術以及諸多新材料前沿技術等，科技應用價值極高。而目前3D打印技術是最為推崇成型工藝的應用，例如立體固化成型技術、三維印刷成型技術、激光燒結成型技術、融化沉積成型技術等。這些成型工藝技術從產品制造到生產成型所用的周期非常之短，且可實現大批量生產，其生產方式個性化、定制化能力也很強，恰好適合生產制作中國傳統家具模型，技術應用方式相當靈活。[1]

2 中國傳統家具模型開發的必然性

2.1 中國傳統家具模型的基本內涵

家具模型屬于家具文化傳播中的一種創新途徑，簡單理解它就是一種代表中國傳統家具文化的工藝品和教學用具，如果從宏觀角度來看它還可被理解為我國傳統家具文化傳播的重要載體。在2005年法國設計師Patrick Jouin就與Materialise公司合作并設計制造了“Solid系列家具模型”。其中利用到了立體光刻技術專門制造Solid C2座椅與OneShot折疊椅，受到業界的一致好評。

2.2 家具模型開發的市場優勢

中國傳統家具模型開發在教育領域以及經濟市場中都頗受關注。除高校專業教學運用以外眾多大眾木工愛好者專門借助各種專業網站發布、學習和分享有關中國傳統家具模型的技術資料，深度研究3D打印技術中的諸多細節。對中國傳統家具模型尺寸按照實物大小進行等比縮小，采用珍貴實木材料進行加工制作，最終將制作出的精美中國傳統家具模型推送到電商平臺中，滿足市場消費者需求，發揮經濟價值。

3 3D打印技術在家具模型中的開發應用

3.1 國外3D打印技術開發應用分析

國外3D打印技術開發應用較早且較為成熟，其細分工藝非常到位，且未來主流發展方向以金屬打印為核心。現在國外利用3D打印技術制作家具產品與模型主要面向家具定制化服務領域和高校專業研究領域。

目前，市場上所涉及的3D打印技術種類繁多。像SLA、DLP等光聚合成型技術，其成型過程的自動化程度相當之高，且能夠制作質量極佳的造型，但成型件多為樹脂類，在強度、剛度與耐熱性方面表現有限，不利于長期保存，通過該技術可用作一些臨時使用的簡易家具模型。而三維噴繪打印技術則是利用微噴射原理，按照一定路徑逐層打印堆積成型。該技術雖然類似于平面打印，但它的形成截面輪廓更加立體化，在經過合格處理后可獲得質量較高的成形制件。

美國最為著名的Donghia，Inc.公司專門利用3D打印技術制作Donghia先生生前所遺留下的優秀作品，為專門顧客提供高端的定制與質感體驗。產品包括沙發、餐桌、椅子等微型復制模型，風格簡單卻并不廉價。這些模型常用由黑白兩色的PLA材料制作而成，每一件作品在3D打印完成后再通過手工拼接與細節處理，每一件作品均要花費5-7個小時制作完成，力求營造奢華之感，可見他們的用心之處。

3.2 國內3D打印技術開發應用分析

國內3D打印技術開發應用在中國傳統家具與模型制作領域也逐漸普及，家具產品開發的傳統模式包括“概念開發、圖紙設計、人工產品打樣、人工產品生產”等主要階段。其制作時間與成本較高，而當今國內主流的家具設計公司在產品設計與開發中早已融入了3D打印技術，其優化后的制作流程包括“概念開發、3D配套軟件信息建模、3D打印產品、著色處理、產品細加工”等主要階段。設計師通過3D配套軟件繪制三維信息模型并很快的將作品打印出實物模型，這種流程對于家具產品的優化設計具有飛躍式的提高，不僅打破了傳統模式下家具作品設計完成后只能通過方案圖紙表現的窘境，

同時讓設計師在第一時間更為直觀的觀察與分析自己的家具作品，加快方案與制作時間的同時節省成本與開支。而后續的上色、噴漆、產品細加工等過程都因此變得更為輕松與實效，[2]最大程度上實現產品與方案的一致性。

4 3D打印技術的應用實踐

圈椅是中國傳統家具的代表之一，針對它的家具模型建模與制作應該遵循以下開發制作流程“比例尺度確定→計算機輔助設計→生成G-code文件→3D打印實物→模型后期處理”。其中圈椅的比例尺度的確定尤為重要，設計師需結合圈椅相對穩定的尺寸、比例與造型對其整體和局部進行細致方案設計與3D建模，尤其要注意圈椅的副手與椅腿的傾斜角度，從而保證它穩定的承受力。考慮到像圈椅這樣的中國傳統家具無法測繪，因此，在制作前期可運用目前3D打印中先進的三維掃描設備對其實物進行立體掃描，采集家具表面的三維點云數據，再通過逆向掃描技術生成數字模型，結合云數據擬合曲面，最終獲得家具實體數字模型，完成其從家具實體到家具數字模型的成功轉化。

在進行生成G-mode文件中，打印控制并生成最終家具數字模型。由于圈椅本身結構復雜且懸空位置頗多，支撐結構難以有效把握，所以可以采用PLA聚乳酸打印耗材，通過它的可再生、可降解熱塑性材料特性在打印機風扇的配合下快速固化生成模型，如此便能相對容易的生成成品的家具模型。[3]

5 總結

3D打印技術在傳統家具模型中的開發應用頗為廣泛，如本文所述，它的技術應用便捷快速且技術過程嚴謹，將來必然成為家具生產領域的重要核心技術，最大化發揮其現代科學技術的功能作用。

參考文獻：

[1]王琛，郁舒蘭，劉瑋.3D打印技術在古典家具模型開發中的應用[J].中國科技信息，2015（18）：73.

[2]范偉，鄒蕓鸝.3D打印技術在傳統民間家具形態中的數字化保護[J].家具與室內裝飾，2015（9）：52-53.

[3]付航，李鵬，陶毓博.3D打印技術在圈椅模型開發中的應用[J].木材工業，2017（2）：53-56.