3D 打印技术在陶瓷产品设计中的应用

廖 栋 郑宇帆

闽南理工学院

一、陶瓷3D 打印技术

陶瓷3D 打印技术是于20 世纪90 年代初由国外先发展起来，随后渐渐引入国内的一项新技术，但其基本思路与之前大家所熟知的3D 打印技术基本相同，均是通过三维软件将需要打印的陶瓷模型先建立出来，然后将复杂的三维立体模型利用创想三维切片软件进行切片分割处理，将其转换成可以打印的模型，最后再将转换好的三维模型对接陶瓷3D 打印机，输入打印指令，便可进行立体实物陶瓷模型的打印。整个过程通过陶瓷粉末以及其他黏合剂通过专门的陶瓷3D 打印机层层堆叠加工而成，将其一次性制作出来，不需要太多手工制作工序，大大节省了制作成本，节约了制作时间，并且能够高精度还原之前所设计的陶瓷外观尺寸，避免了因为材料、工艺等因素对陶瓷立体成型的限制，将整个陶瓷产品制作过程进行了极大的简化，提高了生产效率。

二、3D 打印技术在陶瓷产品设计中的优势

（一）节约生产时间及成本

传统陶瓷产品制作过程非常烦琐，就拿景德镇传统手工制瓷来说，一个陶瓷产品的制作往往需要经历七十二道工序，制作周期非常长，而且需要耗费大量的人力物力，中间有任何环节出了问题都会影响整个项目的进度。同时在景德镇现有陶瓷市场上，复杂的陶瓷制品必须通过生产模种模具来进行制作，需要经过多次翻模才能制作成功。据笔者在景德镇实地考察得知，目前市场上的陶瓷模种模具一般是开模师傅来进行制作，设计师将设计好的图纸交给制作模种模具的师傅，再由师傅进行手工制作，而在制作的过程中师傅需要对模种模具进行反复修改探索，这样不仅耗时费力，而且成本高，产品开发周期变长，难以满足消费者的需求。而陶瓷3D打印成型技术和传统的陶瓷成型技术不同的是，陶瓷3D打印成型技术无须模具就可以高效快速地制作出形状非常复杂的陶瓷制品，大大节约了陶瓷产品的制作成本和时间。

（二）高度还原设计的外观尺寸

传统手工制作的陶瓷由于制作方式的原因很难与设计稿完全一致，多少都会存在一定的误差，特别是一些需要通过模具制作的陶瓷，由于模具是模具师傅纯手工制作的，其外观肉眼看上去可能没很大的差别，但是烧制出来的陶瓷往往与设计者真实的设计意图还存在一定的差距。同时手工制作的陶瓷在一些细节的处理上达不到精确的数值，会造成最终的陶瓷实物与设计稿之间存在一定的偏差。而利用陶瓷3D 打印技术则可以解决这些问题，运用陶瓷3D 打印技术，设计师如果对之前的设计还需要进一步修改，则不需要像传统手工制瓷那样，重新制作模种模具，而是可以直接通过修改三维模型即可进行陶瓷3D 打印，打印出来的陶瓷制品高度还原之前设计好的外观和尺寸，非常方便快捷。

（三）满足小批量定制化服务需求

随着社会的发展，定制化产品在市场上越来越受欢迎，满足了消费者独一无二的消费需求，同时笔者走访景德镇陶瓷市场发现，每年的毕业季都有很多毕业学生有定制陶瓷产品作为毕业设计的诉求，而学生的陶瓷毕业设计一般都需要开模进行制作，因此每到毕业季，做模种模具的师傅只能量力而行，接满了订单便不再接收新的订单，这就导致有相当一部分学生为自己的陶瓷产品设计而犯愁，而很多陶瓷企业因为定制成本太高，需要耗费巨大的时间和精力，一般都避免进行小批量定制化制作。不仅如此，当陶瓷企业需要开发新的陶瓷产品时，一般都会进行打样小批量试产，而小批量生产如果采用纯手工制作的话，需要耗费大量的人力、物力、财力，生产周期也会加长，会使得企业的产品赶不上市场需求的变化。而使用陶瓷3D 打印技术则可以完美解决个性化定制服务需求，只需提供精确的3D 源文件便可以通过对接陶瓷3D 打印机将陶瓷产品打印出来，满足了客户小批量定制化服务需求。

三、3D 打印技术在陶瓷产品设计中的应用

3D 打印技术在陶瓷产品设计中的应用主要分为三个步骤：

首先，将图纸上设计好的陶瓷产品进行三维建模（图1），一般经常用到的建模软件是Rhino，也叫犀牛建模，当然也有很多其他建模软件也可实现三维建模这一目的。这一过程是将图纸上的二维图形转换成三维模型，在整个陶瓷3D 打印过程中至关重要。通过犀牛软件我们能够直观地看到陶瓷产品的造型以及尺寸大小，并且不会因为模型的难度而增加陶瓷产品的制作成本。同时可以根据实际需求随时修改陶瓷产品的外观造型，从而降低了陶瓷产品制作的成本。

其次，将建立好的陶瓷模型文件导出转换成step 文件，然后再将导出的step 文件对接陶瓷3D打印机。目前市面上进行陶瓷3D 打印成型一般采用的是喷嘴挤压成型技术，这一技术与塑料3D 打印的熔融沉积成型技术类似，该技术采用陶瓷粉末以及其他混合物作为原材料，然后再将其挤压喷出，挤出后的陶瓷高分子复合材料因为温差而凝固，最终打印出所需要的陶瓷产品（图2）。

最后，等最终打印好的泥坯晾干之后对其进行打磨处理，因为在进行陶瓷3D 打印的过程中，可能会出现拉丝残余物遗留在坯体表面等情况，同时由于陶瓷特殊的工艺限制，大部分日用瓷在烧制之前需要上釉才会让陶瓷表面光滑，而上釉之前则需要将陶瓷泥坯打磨处理干净，不能有其他灰尘粘在表面，否则在陶瓷产品烧制的过程中就有可能出现缩釉、开裂等情况，因此需要对其进行打磨处理。

整个过程方便快捷，无须进行繁杂的模种模具制作，省去了大量的时间和成本，缩短了产品制造周期，同时也为企业新产品迅速占领市场提供了有力的技术支撑。

图1 CAD 三维建模陶瓷花瓶

图2 3D 打印陶瓷制品

四、结语

随着全球进入信息化时代，以计算机技术为代表的高新科技也渗透进我们生活的方方面面，并且让我们的生活更加方便快捷，陶瓷3D 打印技术就是其中的一个典型代表。相较于传统的陶瓷产品制作，陶瓷3D 打印技术具有诸多优势，为整个陶瓷产业带了全新的发展前景。因此，如何借助陶瓷3D 打印这一新技术为陶瓷产品设计服务，解决陶瓷产品设计过程中遇到的困难，需要我们不断对其进行探索发掘。