3D打印技术下现代首饰生产现状及前景分析

Under the influence of modern technology and the continuous innovation of materials, production and artistic expressions, jewelry design has gradually transformed into various forms of conceptual design styles.People’s understanding of jewelry has gradually changed from focusing only on the value of materials.For the attention to the artistic value of the jewelry itself.At present,3D printing technology is becoming more and more popular in China and ia favored by many fields.

首饰设计在现代科技的影响下，在材料、生产、艺术表现形式的不断创新下，逐渐转变为各种形式的概念式设计风格，人们对于首饰的认识也逐渐由原本的只注重材料价值，转变为对首饰艺术价值的关注。当前，国内3D打印技术越来越流行，受到众多领域的青睐。本文简要分析了3D打印技术，探究了3D打印技术在现代首饰设计中的应用优势和局限。

一、绪论

失蜡铸造法是传统首饰行业的成型加工方式，这种制造方式依赖于原坯手工起版，通过雕刻蜡模以达到理想中的造型，再结合其他耐温材料进行翻模，从而获取金属版形态再进一步细化加工。其优点是雕刻出的首饰，如龙、凤凰等都栩栩如生,极其生动，缺点是费时费力，成形速度慢。科学技术的进步与发展为我们带来了3D打印技术，于是我们开始思考，作为一种新的表现手段，怎样将3D打印技术运用于现代首饰的设计、生产中来？3D打印技术如何更好地解决雕蜡技术所不能解决的问题。经过深入探究后发现，比起传统制作工艺，其“多”“快”“好”“省”的优势使3D打印技术为首饰的制作以及艺术设计带来了根本性的变革，它可以彻底打破现有的手工制作工艺路线，跨越虚拟世界与实体世界的技术鸿沟，使富有创意的设计师能够自由发挥他们的才能和灵感，为现代首饰设计注入新的创造活力。

二、3D打印技术简述

（一）3D打印技术概念

3D打印，也称增材制造（additive manufacturing）,即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料、树脂等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

（二）3D打印技术原理

3D打印技术的原理与断层扫描的反过程相似。断层扫描将一个物体“切割”成无数个重叠的碎片，不断堆积物理层，在新的一层增加材料，最终得到三维实体，该技术就是3D打印。

图3 3D打印技术生成一些由相同单元件相互排列在一起的繁复作品

3D打印在首饰生产中的成型，首先需要运用三维软件，按照设计图纸及数据的要求将二维的设计图在电脑软件中转成三维模型；之后输出符合3D打印机支持的STL文件或者3DP文件并进入打印阶段。简单来说需要模型建立——分层处理——逐层打印这三个阶段，在生产中根据实际情况，需要对设计文件进行优化处理，包括考虑支撑结构，分层处理等，在准备工作完成后，即可通过不同3D打印机打印出实物造型。所以一件3D打印成型的作品，需要良好的审美设计能力、娴熟的软件操作技巧、再配合打印材料及打印机等多方面协作完成。

（三）3D打印技术下金属首饰的成型方式

根据不同的打印材料和原理，3D打印在金属首饰成型中主要包括辅助成型与直接成型两种方式。

（一）辅助成型

辅助成型是指在首饰CAD模型建成后通过3D打印技术(DLP/SLA等技术)打印出熔模板，再通过倒模和金属注入，生产首饰，它解决了传统减材加工的不可控及耗材率高的缺点，是当下首饰加工行业的主流选择。

（二）直接成型

国内首饰业界的直接成型通常依靠SLS技术，一步打印出金属材质及其形态，对其进行镶嵌、抛光等简单步骤即完成首饰的制作。直接成型提升了首饰生产的转化效率，使得创作更加自由化。缺点在于传统金银材料虽可直接打印成型，但精度较低且打印成本太高，在精细化的首饰加工中运用并不广泛。

三、首饰3D建模软件的类型及特点

如果利用3D打印技术制作首饰，光有“打印机”是不行的。还需要3D CAD/CAM系统联合作业。CAD原意为 Computer Aided Design电脑辅助设计，即软件部分；而CAM则为Computer Aided Manufacturing电脑辅助制作生产，即为硬件设备，也就是我们上面提到的3D打印机。目前常用于首饰设计建模的软件主要以JewelCAD和Rhinoceros为主。这两款软件无论是操作方式还是建模效果都有所区别，在当下的运用场景也不尽相同。

（1）JewelCAD是目前国内使用最多的一款首饰一体化软件，其界面简洁直观，操作简单易学，拥有丰富的资料库，包含几百个配件和镶口，资源库扩展性强，可以由绘图员自己添加所需要的素材资源库(图1)；JewelCAD还可以接受切片式或SLC及STL文件格式，广泛应用于CNC机器和各种快速成型机，拥有灵活的绘图工具，能够灵活地创建和修改复杂的设计；此外它还有一个最大最实用的优势是它能计算所绘制模型的实际贵金属的重量，能在出实物前预估成本，方便设计师控制成本预算。

图1 JewelCAD素材资源库

（2）Rhinoceros(简称Rhino)，它是一款功能强大的工业设计软件，除了可用作首饰建模，在机械设计、建筑设计等方面也有着广泛的使用。软件主要优势在于精确度高、可后期修改编辑、渲染效果逼真，操作过程非常人性化让人爱不释手。它提供的曲面工具当曲面建成后，还可通过调整控制点位置对曲面形态再编辑，这大大方便了使用者的后期修改。在产品渲染方面，Rhino效果逼真（图2），光影关系较生动，极大地满足了绘图员的前期预览，更能辅助绘图员进行修改决策。Rhino在国内首饰行业的运用主要集中在独立首饰工作室及一些艺术首饰的设计生产中。

图2 Rhino产品渲染图

四、3D打印技术的发展

3D打印技术是19世纪末由美国最先发明。最早是将地貌成型技术应用到照相、塑像技术中，这样创新应用的结果再与3D建模技术相结合就形成了今天的3D打印技术。新技术使传统制造工艺对复杂造型的塑造由不可能变成了可能，但是由于当时材料和计算机技术等方面的限制，早期并未得到很广泛的应用及发展。材料学的迅猛发展改变了3D打印技术的进程，实现了多个复杂产品或物体的打印，同时也使3D打印技术焕发了新的生机与活力，为现代首饰艺术创造了有利的可实现性条件。

五、3D打印技术在现代首饰设计中的应用优势与局限

现代首饰的设计首先要在无限的空间里构思，继而对要设计的首饰形成有限的心理空间，最后方能给实有三维空间的首饰形体设计出正确、合理和寓意深远的实用空间。

（一）3D打印技术的应用优势

1.数字控制精确

传统的首饰起版一般都是由师傅手工制作完成，基本都会使用手工雕蜡的方式进行，雕蜡的尺寸几乎是依靠师傅的手工测量以及通过多年的熟练程度和经验所决定。而利用三维软件绘制完首饰模型后，通过选择需要用的材质，软件可以计算出制作实物所需要的克重，还可以在软件中直接输入数据并通过CAM设备进行1:1的输出，极大地提高了首饰成品的精准度和精细度。

2.便于修改

通过观察三维模型、渲染效果图，设计师或者消费者可以很直观预见首饰的效果，若是对尺寸以及某设计部分不满意的话，绘图员可以随时在软件上进行调整和修改。这一特点可以为设计师提供“所见即所得”的最终作品的虚拟展示，帮助设计师在绘图过程中更快捷地进行完善。

3.重复元素的应用

如果把传统的首饰和3D打印首饰放在一起做比较，一般会给人留下这样的感觉，即传统的首饰更偏重传承和借鉴古代的艺术元素、整体艺术感更强，对工匠师傅技艺的依赖感更多；而3D打印技术就可以生成一些由相同单元件相互排列在一起的繁复作品(图3)，通过重复元素的运用，创造出一种特殊的节奏，增强视觉上的冲击力。这种节奏感打破了物体原来的韵律，从而获得一种意想不到的效果，而且可以一次成型，将物体的细节都表现得淋漓尽致，提高了现代首饰的美感。另一方面是对于一些具有镂空、凹面、联锁或许多规则细节图案的复杂形状（图4）(图5)，可以更加直观方便地绘制出复杂、生动、流畅的造型。通过3D打印技术就能在较短时间之内制造出细节繁复的精美设计，而使用手工起版耗费的时间及精力是数字建模的数倍，并且无法做到单元的完全一致。

图4 3D打印技术生成的镂空、凹面图案作品

图5 3D打印技术生成的联锁图案作品

4.个性化定制

人们开始不满足于单一的批量化的首饰设计，特立独行，独一无二，成为了消费者的主要追求。现代首饰设计即根据当今消费者的心理需求，为他们定制独属于自己的首饰。传统首饰作品设计主要采用金属材料，而现代首饰设计则追求材料的多元化利用，不再局限于贵重金属材料，任何材质都可以设计、制作成新颖的首饰作品，使其内涵更加丰富，同时也体现了设计师对艺术美感的纯粹追求。设计师专注于创作的理念、意义和艺术造型的充分表达，而佩戴者关注于所佩戴的首饰能否显示自我的个性、精神以及兴趣和品位。同时，设计师也关心佩戴者和自己的沟通、佩戴者和社会的沟通。澳大利亚设计师Cinnamon Lee的这个系列(图6），通过精细3D打印和铸造技术，将浮雕图案制作在指环内部，使首饰与人之间发生了微妙的互动。人与物之间不断提供灵感，佩戴者不论是功能性或者情绪的调动都能得到很好的满足，这大大增加了首饰本身的趣味。

图6 澳大利亚设计师Cinnamon Lee的设计作品

（二）3D打印技术的局限

在3D打印技术已经如此成熟发展的今天，其在珠宝首饰中的应用仍然存在一些局限，最主要的就是打印材料的限制，金属材料制作成本高，还无法应用于3D打印技术。而对于国内市场而言，消费者普遍接受的还是金、银材料为主的首饰。对于树脂等非金属材质，国内市场需求有限，因此，3D打印技术在首饰应用中还只是起着辅助作用。

其次，据我的了解，目前从事3D打印技术的人员，一般都没有经过专门的艺术设计训练，而是作为一个单纯的绘图员来与设计师进行配合的。而设计师只是负责画图，又不会软件操作，这样，设计和操作不能有机地结合起来，也是首饰设计三维数字化难以发展的一个原因。3D打印技术再高级，也是作为首饰表现的辅助来出现的，核心还是设计师的设计思维，但对于设计师来说3D打印技术作为对设计思想很有利的一种表达方式，也不容忽视，这两者相辅相成，缺一不可。两种技能兼具或许可以说是我们现代设计师应该达到的。

六、结束语

随着3D打印技术的普及推广，越来越多的珠宝首饰客户更倾向于产品的时效性、个性化定制服务，3D打印技术能够帮助当今首饰设计业由传统制造转变为现代制造。不过从更深层次上来说，这项新的技术可能改变的不止仅有在技术层面。从长远的角度来看，首饰行业所欠缺的只是更好的商业操作模式，让该技术更好地和传统的手工艺结合，通过智能生产、自主控制和互联网、人、机器和信息能够互相连接，融为一体，才是未来珠宝行业发展的方向。