基于增材制造技術的傳統農具展館的建立

陳 杰

（魯北技師學院，濱州 256600）

1 增材制造技術簡介

增材制造技術與傳統的去除原材料機械加工技術不同，是一種融合了計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）、材料加工與成型技術，以數字模型文件為基礎，將專用的耗材通過擠壓、燒結、熔融、光固化及噴射等方式逐層累加，制造出實體模型的制造技術[1]。它是一種“自下而上、從無到有”的制造方法，使得過去受傳統制造方式約束而無法實現的復雜結構構件制造變為可能，且可滿足個性化生產需求，近年來在航空工程、機械工程、建筑工程以及醫療衛生等領域得到了廣泛應用。按照成型工藝分為光固化成型、激光區燒結成型以及熔融沉積成型等。它的生產制造過程一般分為建立三維模型、分層切片、打印和后期處理4個階段[2]。

2 傳統農具研究現狀

2.1 傳統農具簡介

中國古代的農耕文明燦爛輝煌，世代傳承的農業技術不僅長期領先于世界，而且先進農業文化的廣泛傳播深刻影響了周邊國家。傳統農具是農耕文明的核心元素，是中國農業文明發生、發展、進步的重要見證。隨著科技的進步，現代化農機具替代了傳統農具。當下，國家科技興農的方針政策使得農機具快速實現了機械化、高效化、自動化和智能化。調查顯示，只有像鋤頭、犁等簡單的傳統耕作農具至今還有小面積耕作的部分農戶使用，而一些工作效率低、勞動強度大的傳統加工農具逐漸被淘汰。

以漁樵耕讀為代表的農耕文明是千百年來漢民族生產生活的實踐總結，是華夏兒女以不同形式延續下來的精華濃縮并傳承至今的一種文化形態，所體現的精髓是傳統文化核心價值觀的重要精神資源。隨著歷史的發展和科技的進步，傳統農具很多已被現代農業機械替代。但是，每一種農具在其設計發明及發展過程中都浸透著農業生產者的心血，凝聚著勞動人民的智慧。

我國的傳統農具具有適用性強、通用性廣、就地取材、結構靈巧等特點，是我國勞動人民智慧的結晶。傳統農具集中反映了人的生存意志和能力，準確傳達出勞動人民的文化心態和審美追求，具有鮮明的時代性、地域性和民族特征，是最本原的活態文化。它的發展從制作材料、使用功能、動力和機構等方面經歷了一個由簡單到復雜不斷豐富的過程。

我國古代農具從舊石器到新石器，從石器到鐵（銅）器，從簡單工具到復雜的機械工具，每一次質的轉變和飛躍，都有力推動了社會變革和社會發展。農具的發明和生產引發了一系列技術工藝和科學部門的產生和發展，因此被譽為當時農業發展水平的“測量儀”及生產關系的“儀器”[3]。傳統農具代表著一個時代或一個地域的農業科技發展水平，是農業文化遺產的重要組成部分。研究和保護傳統農具是農史研究和的農業文化遺產保護的重要內容。

早在1961年就有學者指出，傳統農具是我國人民經營農業的豐富經驗和高度智慧的集中體現，農具中蘊含著許多對農業機械化具有理論意義和實踐意義的內容，傳統農具是創造適應我國國情的農業機械的寶貴基礎。我國的傳統農具實物有的被收藏于全國各地的博物館，有的散落于民間。由于許多農具藏品的材料為不易保存的竹、木等，而環境污染和人為破壞也給實物藏品的安全帶來了嚴重威脅，因此對傳統農具的研究和保護變得尤為重要。

2.2 濱州傳統農具現狀

山東省濱州市地處黃河三角洲腹地，有著得天獨厚的自然條件，是華夏文明的發源地之一，有著獨具特色的傳統農業機具。當地氣候春季干旱多風，土壤水分易蒸發，自古以來人們一直想辦法從耕作上尋找解決的方法。從秦漢至南北朝時期，黃河中下游地區逐步形成了一套以耕—耙—耱（耢）為主的抗旱保墑技術。這是我國土壤耕作史上最杰出的創造之一，對應于三項作業的農具分別是犁、耙、耱[4]。這是一項技術，也是一代文明。這些農具隨著農村城鎮化的推進，在原先的自然村中基本消失，現存的部分傳統農機具也基本不再使用，但它們是農具進步史上的重大發明創造，也是傳統農耕文化的載體。

目前，濱州市文化館和魏氏旅莊園內收藏有300多件傳統農具，種類比較齊全，為傳統農具展館建立提供了藏品信息源。本文通過查閱市志、市情資料等，發現目前并沒有專門對濱州地區的傳統農具進行研究論述。通過查閱中國傳統農具文獻資料，可了解到傳統農具的發展變革和作用甚至制作材料。通過文獻中的圖片資料只能了解其基本形狀，因圖中無尺寸標注，故無法查閱到傳統農具的具體尺寸。

調查研究過程中發現，濱州市文化館及魏氏莊園中的藏品及展品的論述以及保護這一文化遺產意義的論述，有圖片和美術作品甚至作為工藝品的微縮模型，但圖片和模型只能呈現其形狀和構造，未標注尺寸。因此，本文在原有的方式方法上，先對現存實物進行拍攝、測量，后繪制二維工程圖，再運用Inventor軟件繪制三維圖形，導出STL文件，在3D桌面打印軟件中進行切片處理，最后運用增材制造技術打印制作傳統農具三維實體模型。這一操作將傳統農具和現代化科技相結合，既可在一定程度上保護農耕文明的非物質文化遺產，又可為后續研究者提供借鑒。

3 傳統農具展館的建立

傳統農具多數是勞動農民在耕作過程中就地取材制造的，與現代化農具相比并無統一的尺寸。稍大型的農具如鐒、耠子、耬等除了幾個重要的尺寸基本一致外，有些尺寸甚至形狀也不盡相同，所以選擇了有代表性的繪制圖樣。一些小型手持農具用圖片展示形狀，其大小用文字說明。通過文字查閱可以了解到農具的功能、承襲沿用的歷史等。

3.1 傳統農具展館的總體設計

3.1.1 傳統農具展館展品范圍確定

古代我國農具范圍廣泛，按用途可分為耕作農具、運輸農具、灌溉農具、加工農具、桑蠶及紡織工具、畜牧及漁獵器械、勞動保護工具等，還有部分儲存和用于副業的加工工具。本文根據濱州文化館與魏氏莊園內傳統農具展品，傳統農具展館內展品主要為耕作農具和加工農具。

3.1.2 展館類型確定和功能定位

按照相關文獻對展館的分類及定義，建立的展館為專題性數字化與實體化并行展館。它的主要功能：一是實現傳統農具的永久收藏，以防從歷史中消失，是展館首要的功能；二是數字化展示，通過建立數字化模型，可向用戶提供數字化展示并進行查閱相關信息，包括圖形、尺寸及使用和用途信息；三是實體模型展示，通過運用增材制造技術制作傳統農具模型，在展館內展出，使用戶可直接觀看模型，并且后期可補充市文化館和魏氏莊園內現存沒有的其他傳統農具；四是科研和教育作用，展館內現存農具，經過數字化和實體化模型的建立，可為后續的學術研究提供一定的借鑒。通過建立傳統農具展館，不僅可供用戶查詢，也可為青少年兒童學習傳統農具和了解璀璨的農耕文明提供助益。

3.1.3 傳統農具展館的組成

（1）數字化展區。可通過用戶系統界面進行檢索和信息瀏覽，向用戶提供藏品的信息，包括農具名稱、收藏信息、尺寸、材質和用途等，并向他們展示三維模型，提供語言講解，同時可進一步向熱愛農具的研究人員提供藏品的詳細信息，包括藏品的征集信息、使用歷史、鑒定信息和二維工程圖等。

（2）實體模型展區。向用戶提供通過增材制造技術打印出的3D模型，讓用戶直觀體驗真實的傳統農具，并提供語音服務，用于普及傳統農具相關知識。

（3）個性定制區。用戶可進行個性化定制，包括農具藏品、研究資料以及打印數字化3D傳統農具模型，從而實現傳統農具展館的個性化服務，更好地弘揚農耕文化。

3.2 傳統農具數字化展區的建立

用VB 6.0建立用戶界面系統，將建立的二維數字模型、三維數字模型以及解說信息通過程序錄入系統，供用戶檢索、瀏覽使用。

3.3 實體模型展區的建立

傳統耕作農具有人力農具和畜力農具[5]。常用的人力農具有鐵锨（挖土、鏟土、積肥）、木锨（揚場）、榔頭（翻麥、翻草）、頭、鎬頭、鍘刀以及叉等，還有選種用的簸箕、篩子和運輸用的背斗、擔筐以及手推車等。畜力農具指的是用牛、馬牽引的農具，如耠子、犁、耙、噸咕嚕以及耬等。本文以壓土保墑農具碌碡為例，闡述傳統農具模型的制作。

3.3.1 碌碡簡介

碌碡又稱“碌軸”，石制的圓柱形農具，一端略大，一端略小，用來壓土平地、軋谷物等，在山東、陜西、山西、河南等農村大量使用。在黃河三角洲地區，它主要用來壓土保墑和在打麥場或打谷場上碾軋收割后麥子或谷子脫粒，現在多數使用機器脫粒或直接使用聯合收割機，很少有使用碌碡脫粒的。

碌碡在《齊民要術》中稱為陸軸，唐代才稱碌碡。《王禎農書》中記載道，碌碡長約三尺，大小不等，通常用原木和帶凹槽的圓石輥制成。一般選用花崗巖、石灰巖或片麻巖等石材。石輥兩端中心分別鑿出小圓洞并裝上一個短軸，短軸鑲嵌在長方形外框的圓洞或凹槽內。

木框是基本的碌碡配套工具，木工根據碌碡的通用規格，做好橫梁（2道）、邊梁（2道）、圓木銷子（2個），在邊梁上鑿長方形洞，榫接而成。碌碡分為人拉和畜拉兩種。

3.3.2 測繪生成二維圖形

關于中國傳統農具的文獻資料，多見于博物館藏品或展品的論述以及保護這一文化遺產意義的論述，還有圖片和美術作品，目前還沒有見到關于傳統農具工程圖樣的文獻。因此，本文對于這一傳統文化的保護創新了一種新的模式，既是傳承農耕文化的重要舉措，更是保護本地區珍貴非物質文化遺產的具體實踐。

本文對傳統農具進行了實地調研，采集照片、測量尺寸，并繪制二維工程圖，如圖1所示，將繪制圖形與拍攝圖片一起編制成圖冊，同時加入文字說明信息，錄制音頻講解信息，將信息錄入用戶界面系統。

3.3.3 運用增材制造技術打印傳統農具3D模型

增材制造技術具有成型速度快、節約原材料和時間、能實現個性化定制等特點，因此在越來越多的領域得到了應用。本文基于農具二維工程圖繪制的基礎，進一步用Inventor繪制三維圖形（如圖2所示），生成切片文件，設置適合的比例，最后打印實體模型。之后對模型進行剪除支撐、去毛刺、上色等后期工藝處理（如圖3所示）。模型對濱州市傳統農具進行了有效還原和呈現，在實體展區內展覽。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，具有無毒、色彩鮮艷、易成型、強度高、價格低等特點，但是精度偏低，在后期制作過程會引入陶瓷等高精度 耗材[6]。

3.4 個性定制區

根據客戶需求可定制展區內的農具模型，以供觀賞和研究，進而傳播傳統農具知識和農耕文化。

4 結語

與濱州市文化館合作，通過實地調查，采集現存傳統農器具照片，按照工程測繪的要求進行實物測量，繪出傳統農具工程圖，運用增材制造技術制作實體模型，并查閱相關資料，對傳統農具作出文字說明和語音講解，后運用信息化手段生成供用戶查閱的數字化和實體模型展館。以此為載體既能展現濱州市傳統的農耕文明，為后續研究者提供有效的借鑒，還有助于對青少年進行傳統文化和農耕文明的宣傳教育。