3D打印技术对文化艺术的影响

李小东 熊壮 兰希 俞朝晖

随着时代的发展，3D打印技术已经逐渐成熟，广泛应用于工业制造、产品设计、文化艺术、生物医学、文物保护及教育教学等诸多领域。在全球经济的快速发展的今天，人们的生活水平不断提高，物质生活普遍得到满足，对文化艺术的精神需求越来越大，而3D打印技术作为一种新的技术手段，在文化艺术领域中的应用越来越广泛，对文化艺术的诸多方面都产生着影响。无论是诸如雕塑作品、陶瓷艺术等制作工艺的变革，诸如在建筑景观设计、高保真油画复制技术，文物保护复制等方面，都能发现3D打印技术的身影，它的作用越来越不容被忽视， 3D打印技术将是文化艺术领域发展的新趋势。

3D打印技术简介

3D打印技术可以分为FDM熔融层积成型技术和SLA立体平版印刷技术。不同于平面打印是将墨水喷在平面的纸张或者载体上，3D打印技术采取逐层叠加的方式把原材料进行组合加工，是基于三维模型数据驱动的制造方式。3D打印生产的具体流程为：首先使用计算机的相关建模软件设计出要打印的立体模型，再由成型设备，经过丝化、粉末化以及液化等工艺将材料堆叠打印出所需的产品。

雕塑艺术

传统的雕塑设计的制作过程复杂、耗时、费力，对于大型或结构复杂的雕塑设计，需要经过概念化设计、平面化设计、泥稿制作、后期调校、施工制作等诸多环节。借助3D打印技术，可以节约人力物力，设计师可以独立的完成雕塑设计过程中的诸多环节，例如，借助电脑和高精度的SLA 3D打印机，设计师可以通过SLA 3D打印机将计算机中生成的虚拟的模型打印成体积不同的实体模型，满足不同需求。

现代陶瓷艺术

随着数字化、信息化的生产制造技术的兴起，陶瓷艺术开始与现代科技相融合。从国际当代陶瓷艺术领域的发展特点和动态分析，3D打印技术将是当代陶瓷艺术设计未来发张的一种趋势和可能。在传统的陶瓷艺术当中，技艺和技术在很大程度上左右作品的优劣。通过3D打印技术与艺术的融合，可以使得艺术家和设计师们在创作上突破工艺技巧的限制而获得更大的创作自由。2014年台湾的大型国际陶艺专业性展览“台湾国际陶艺双年展”提出了“3D打印和电脑数控陶艺”这一论题，成为现代陶艺界发展的一大分支。3D打印技术以其高效的成型效率、精准的塑形技术和简便的操作等优点，通过陶瓷材料可以很自然的被使用到陶瓷艺术设计创作当中。3D打印技术应用于现代陶瓷艺术中，需要先在电脑中建立完整的模型数据，然后由数据控制进行作品制作，即先设计完整的陶瓷艺术作品的三维立体效果图，然后通过数据驱动3D打印机将打印材料逐层打印成实体作品。

目前可用于陶瓷艺术设计的3D打印技术有3类：一是通过立体光固化技术；二是液态沉积型3D打印技术；三是选择性激光烧结技术。立体光固化技术常将具有无毒无味、产品光滑度高、初性好等特性光敏树脂作为聚合物材料，景德镇陶瓷大学率先引入SLA立体光固化3D打印机，它具有打印材料成本低，打印成品细节较为精细、制作周期短、操作方便等特点；液态沉积型3D打印陶瓷泥浆技术可以通过作品需求调配不同黏稠度的泥浆，意大利3D打印机生产商WASP公司推出了一款专口用于陶瓷材料的挤出机LDM（Liquid Deposit Modeling）， 该3D打印机制作原理较为简单，打印材料成本低，并且可以根据需要改变泥浆颜色等属性，打印出不同需求的作品；选择性激光烧结技术的应用材料是陶瓷粉末与树脂的混合材料。工作时将陶瓷材料粉末铺洒在工作区域并刮平，用高强度的激光器在刚铺的材料层上扫描出模型截面，材料粉末中的树脂材料在高强度的激光照射下被烧结在一起，同时起到粘合固定陶瓷粉末材料的作用，得到作品的截面，并与下面己成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。西英格兰大学开发出一种改进型3D打印陶瓷技术。这种技术适用于具有复杂装饰的陶瓷餐具或陶瓷艺术作品的制作，他们的设计人员就利用它成功打印出色泽温润的有凸起型装饰图案的陶瓷餐具。其特点在于根据CAD数据直接进行打印、上釉，并可以承受1200℃的高温烧制。

建筑景观设计

在建筑景观设计方面，3D打印技术也早有渗透，在设计方案修改、针对客户的个性化设计及市场运营的多变环境中，设计师可以利用3D打印技术快速打印出模型，面对实体比例模型进行进一步的设计、推敲，甚至可以借此分析设计的物理结构方面的属性。设计师通过3ds max软件制作完整的建筑物、道路、公共设施、植物花卉等元素的三维模型，通过3D打印技术打印出模型，这些模型可以帮助设计师对设计作品作出理性、完善的判断，同样可以借此与非专业的客户进行更进一步的沟通交流。

油画作品高保真复制

目前油画高保真复制主要有手工临摹和印刷复制两种方法。手工临摹由于是使用油画颜料作画，具有真实的立体观感，触感，但作画时间长，成画质量在很大程度上受作画人员水平的限制。連文华在2007年提出通过艺术微喷的方式，在油画布上进行喷墨打印油画，实现了具有油画布纹理背景的油画复制品制作，具有较为真实视觉效果；赵志在2010年着重于从色彩管理角度去实现艺术书画的高保真复制角度研究了书画艺术品从扫描、色彩管理到打印的全流程；刘安宁在2002年概括了丝网印刷复制油画的方法，通过丝网印刷复制油画可以实现一定的立体效果，复制品质量更高，更接近原稿。在国外，针对油画作品高保真度复制提出了诸多专利，如《在织物上通过丝网印刷制作仿真油画的方法》（CN 1155479A）、《一种复制油画新工艺》（CN 1236711A）、《一种浮雕油画及其制作方法》（CN 1436671A）、专利《一种表面具有立体感的油画制作方法》（CN 103332095A）等。

胶印及数字印刷技术虽可以从视觉上实现油画高保真复制，但不能从触觉上实现；丝网印刷无法实现与原画一致的颜料凹凸高度复制；颜料厚度补偿法也无法实现与原画一致的笔触厚度，且过程繁琐。针对目前油画高保真复制这系列问题，3D打印技术可以弥补目前在油画印刷复制领域无法实现立体复制的不足。基于3D打印的流程与原理，对油画原稿表面立体形貌进行数字摄影测量，获取到油画的彩色三维点云模型，实现油画的三维数字化。并对三维模型进行3D打印预处理，包括分层切片处理、轮廓线提取以及截面格式的转换，以满足UV-LED喷墨打印机打印需求。使用UV-LED打印机叠加打印每层矢量化数据，最终实现油画的立体复制。

将3D打印技术用在油画复制领域，开创了一种新的高保真复制途径，并且有针对性的解决了目前油画高保真复制难以克服的技术问题，不仅实现了从色彩纹理上，而且从颜料厚度上对油画作品进行数字化与高保真复制。通过三维扫描和3D打印技术，精确的获取到油画表面立体起伏特征数据，再通过叠加打印的原理，复制出表面具有高低起伏感的油画作品。既带来了新的商业机遇，也促进了3D打印技术的发展。

文物復制保护

3D打印技术在文物复制保护有着两方面的作用，其一是文物数字修复，其二是文物成型打印复制。通过特殊的仪器如单位扫描仪等通过合适的方法将文物的形态、纹理、色彩、材质等属性进行数字化，通过数字化的信息利用计算机技术对其进行三维立体建模，最后通过诸如ZBRUSH软件等对不完整文物进行数字修复，在计算机中将完整的文物形态展现出来。这种方法避免了常规修复过程中对文物带来的二次伤害，还可以借助工业级的SLA高精度3D打印机将文物复制品打印出来，得到外观属性与原始文物相一致的实体模型。

大多数的文物皆具有不可再生性与较高的历史价值，有效的保护文物一直是文物工作者们工作中的重要一项。随着3D打印技术的不断成熟，为文物保护修复工作带来新的方法，3D打印技术开始应用到相应的文物保护修复工作。

哈佛大学闪族博物馆（Semitic Museum） 的考古人员从位于伊拉克的古城约尔干 （Yorghan Tepe） 挖掘出一座庙宇遗迹。其中发掘出大量的3300年前被毁坏的珍宝，博物馆的考古专家约瑟夫·格林 （Joseph Greene）利用三维扫描软件和3D打印机，成功恢复了一只被打碎的陶质狮子。他们先对每一块碎片进行三维扫描，并制作出三维模拟图；然后将其拼接整合，做出原物的三维模拟图；又将模拟图与同他们发现的陶质狮子进行比对，将缺失部分以及支持结构打印出来；然后按照每一碎片的位置，将碎片进行粘接、做旧等处理进行修复重塑。

随着3D打印技术在文物保护修复工作上的不断成功，以及3D打印技术的不断成熟，越来越多的人开始关注于3D打印在文物保护修复工作上的应用。美国华盛顿的史密森尼博物院 （Smithsonian Institution）筹划了用3D技术“克隆”古生物化石的计划；英国地质调查局（British Geological Survey）全面开放他们的化石数据库，将其中收藏的300多万块化石标本全部进行3D扫描，生成3D 打印文件；在陕西历史博物馆、四川广汉三星堆博物馆已先后将3D打印技术运用于文物保护修复和三维数字档案建设等工作中，相信在不长的时期，会有更多的文博单位和科研机构将3D打印技术大量用于文物保护修复工作，其运用前景非常广阔。

总结

3D打印技术给文化艺术带来了新的活力，为雕塑艺术的创作提供了便利，推动了现代陶瓷艺术设计的发展，方便了建筑景观设计，为高保真油画复制提供了可能，给文物保护修复带来了新的技术和方法。但同时3D打印技术在文化艺术领域中的应用也引起了人们对于艺术审美和文化价值取向的思考，3D打印技术扩展了文化艺术的表现形式和创作手法，但它与传统的方式有着很大的差异，这种结合现代化科学技术的文化艺术产物的艺术和价值评判标准并没有一个统一的认识。技术的发展是人类进步的必然趋势，文化艺术与技术的相融合也是必然的趋势，如何有效地将新兴技术融合到文化艺术当中，促进文化艺术的不断向前发展是需要我们一起努力的。面对3D打印技术的快速发展，充分利用其优势特性，结合丰富的人类文明，促进技术和文化艺术的融合协调发展。

基金项目：东莞职业技术学院政校行企合作项目（项目编号：政201801）

作者单位：东莞职业技术学院深圳市裕同包装科技股份有限公司