3D技术在陶瓷设计中的应用

程久发

(江西陶瓷工艺美术职业技术学院，江西 景德镇 333001)

目前，3D技术在很多行业得到了广泛的应用，3D技术包括3D打印和3D雕刻这两大技术类别。其中3D打印是加法运算堆砌成型工艺，3D雕刻是减法运算雕蚀成型工艺。

随着工业现代化的不断发展，目前传统的加工工艺已无法满足现代工业部件的加工需求，有许多异形结构很难利用传统加工(包括五轴加工中心)方式加工或根本不能加工。3D打印机应运而生，3D打印机看似复杂，却很简单，3D打印就是断层激光扫描烧结的逆过程，断层扫描就是把某个三位模型“切”成无数叠加的片；3D打印就是一片一片的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。其优势就是在于传统的加工方法是利用去除材料进行加工，而3D打印则是增加材料进行加工。与传统加工方式相比，3D打印机生产有材料利用率高、加工成型速度快、时间短、成型产品密度更均匀等优势，其中不再受制于产品结构是其最大的优势，只要设计师能想出的结构，3D打印机都能帮他实现。

3D设计软件主要有3DMAX、犀牛、FreehanD等专业设计软件，主要是用来建模，为3D打印机和3D雕刻机建立数据模型。

3D打印主要分为桌面级和工业级两种。桌面级是3D打印技术的初级阶段和入门阶段。工业级的3D打印机主要分为快速原型制造和直接产品制造两种。传统的工业产品开发，往往是先开模具，然后再做手板，运用3D打印技术，无需开模，可以缩短制造时间，降低费用，更好地控制成本。一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可利用3D打印技术，短时间内制造出来，从而极大地促进了产品的创新设计，有效解决工业设计能力薄弱的问题。3D打印需要依托多个学科领域的尖端技术，至少包括以下方面：①信息技术。先进的设计软件及数字化工具可以辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并且根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向。②精密机械。3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。③材料科学。用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。3D打印机的应用领域及其广泛，从寻常百姓家的锅碗瓢盆，到关系到国家安全的国防事业，几乎各种领域都可以有它的身影。它的应用对象可以是任何行业，只需提供3D数据模型或原型，3D打印机均可以加工。其中这些行业中对3D打印机需求较大的包括政府、航空航天、医疗设备、高科技研发、教育业以及制造业。

3D打印机打印陶瓷

date:2017-10-10. Revised date: 2017-10-12.

传统的3D打印工艺是对陶瓷粉末进行加热，这样会造成许多微观缺陷，让陶器满是裂缝或者变得极其易碎。为了解决这一问题，实验室研究人员专门开发了一种名为“先驱体陶瓷聚合物”的材料，它在加热后可以转换为陶瓷。最近技术人员就利用该材料打印出了一个陶器，并在窑中烧制成功。

德国在研制一款直接打印陶瓷粉末的陶瓷3D打印机，据说这种打印出来的陶瓷产品可以直接高温烧制，变形率极小。这种技术可以接受高端个性化产品定制，时效快。

我国湖南醴陵也有一家生产打印陶瓷泥坯的3D打印机的厂家。他们采用盘泥条的方式，打出的泥坯造型很丰富，但是泥条较为粗糙，且速度慢不适合批量生产，现在主要用于高校陶艺教育。

彩色陶瓷3D打印机

目前，3D打印技术在陶瓷行业的实际应用，主要在陶瓷模具设计和新产品开发。它的优势是数据准确、效率高、产品更新快。是企业创新发展的必备的新技术设备。这种技术和设备可以实现个性产品定制，尤其是高端的个性化产品定制。虽然目前主要打印材料还是塑料、金属和光固化树脂等特定材料，瓷泥和生物材料也已经出现，但是作为模具设计和生产，不管使用什么材料，最终都可以转换成陶瓷生产用的石膏模具。未来3D打印的材料种类会越来越丰富，打印机的速度和能效比也会越来越高。

3D打印陶瓷现在已经实现市场化规模化，景德镇盛景陶瓷有限公司是一家3D打印陶瓷产业化的初具规模的陶瓷有限公司，其在景德镇的文化产业中心陶溪川陶瓷3D打印体验中心，重新定位陶瓷概念的范畴，3D打印陶瓷能在景德镇落户生根，并且和景德镇的传统陶瓷高度融合，是非常难能可贵的，因为3D打印陶瓷的成型工艺和景德镇陶瓷传统陶瓷的成型工艺截然不同，虽然二者的成型工艺截然不同，但是并不冲突，也不矛盾，3D打印的陶瓷属于一个新的陶瓷种类，这一新出现的陶瓷种类，年轻时尚、极具个性，在当今文化多元的时代，它迎合了众多消费者，相比较于其他陶瓷种类，3D打印陶瓷是最具个性、最有活力、最具挑战性的一个陶瓷种类，是将来陶瓷发展的一个方向。

3D打印陶瓷目前不仅仅是单独一个陶瓷种类的概念，它还对陶瓷的模具生产和设计产生影响，目前3D打印陶瓷虽然时尚个性化，有文化创意，但是它的缺点也很明显，现在3D打印陶瓷的时效非常低，量化也不够。从设计的角度考虑，它更适合作为陶瓷模具设计，或者是作为陶瓷样品设计，为那些不需要量化也不需要时效的设计服务。3D陶瓷打印的关键技术还是在于设计，机器永远是为人类服务的，所以3D打印陶瓷发展的好与坏，和设计团队的组建和发展有关，要有一大批愿意为陶瓷设计付出的人才，加入这个大团体，为陶瓷3D打印添砖加瓦，推动这些事业健康良性的发展。

陶瓷3D雕刻机是较为成熟的生产设备，这种设备和3D打印机的技术完全不同，它是做减法运算的设备，只需要有3D模型数据。

陶瓷模具雕刻设备也很成熟，市面上主流的有3轴和4轴的雕刻机，甚至5轴的雕刻机也已经出来了。下面是石膏模具雕刻机和雕刻产品图片。

陶瓷设计的关键是设计思维和设计软件应用。设计思维又是设计的核心。软件应用是实现设计思维的技术手段，3D设备是实现设计思维的特质基础。对三者之间的关系的理解，可以在相关企业的战略决策中起到关键作用。