基于3D打印思路的皮革材质美术工艺品创意设计研究

姚岚

（上海工艺美术职业学院手工艺术学院，上海 201800）

皮革是一种被广泛应用于各类型美术工艺品设计与制作领域的材质。以皮革为基础材质进行雕刻、绘画的美术作品极为常见。随着现代艺术设计领域的不断发展，美术、艺术设计领域的创作人员正在不断尝试将新的技术与自身的美术工艺品创意进行融合。在此背景下，3D打印技术逐渐走入创作人员视野。3D打印是一种典型的增材制造技术，与一般的减材制造不同，3D打印可以利用事先设计好的程序在尽可能节约材料的模式下实现产品生产，是一种高度环保的现代加工工艺[1-3]。本文尝试将3D打印与皮革材质美术作品设计进行融合，旨在开拓相关领域创作人员创作思路的同时，实现皮革材质美术作品领域原材料的更高效利用。

1 3D打印工艺简述

1.1 基本理念

3D打印是快速成型增材制造技术中的一种，与一般的通过削减材料实现制造的技术不同，3D打印技术借助数控材料打印机以层层叠加的方式将金属、陶瓷、塑料等材料进行堆砌，最终形成系统程序中的某一构件[4]。3D打印最常见的打印材料包括金属、尼龙、石膏等。2017年，美国某企业实现了一种基于3D打印技术的生物打印皮革，这种材料可以作为传统皮革的替代物，具有环保性强、逼真度高、可加工性强等优势。目前大部分尝试将二者进行融合的企业、个人都聚焦于皮革材质箱包、鞋履等的生产过程中，以3D打印技术开展皮革材质美术作品创作的案例尚且不多。

1.2 基本流程

3D打印的基本流程通常包含了确定模型、成型方向选择、3D打印成型等基本流程，如图1所示。

图1 3D打印基本流程

激光器和喷射头是3D打印成型的两种主要加工工具。其中，激光器包括紫外激光器、光纤激光器以及CO2激光器等；喷射头包括气溶胶喷射头、粉末喷射头、液体喷头等。激光器和喷射头的选择需要根据3D打印物品的设计需求进行区分[5]。在生成三维实物样品以后，可能需要一些简单的切削或打磨等，这些工艺被称为后处理。

2 3D打印对皮革美术工艺品设计的影响

2.1 皮革材质美术工艺品传统设计模式的缺陷

在传统的美术工艺品创作领域中，创意设计是整体工作中的前期部分，也是该工作的重要基础。传统的皮革材质美术作品创作大多沿用一般美术工艺品创作模式，在创意设计环节主张通过制定创作计划、确定创作方向、图纸设计、实物创作的固定流程开展作品设计。这种设计模式存在的缺陷主要包含三方面。首先，传统的美术工艺品设计流程较多，某一环节出现问题会影响整个工艺品产品生产周期，对于皮革这种一旦裁切以后便很难复原的材质而言，这种多流程设计具有很大的弊端；其次，设计工作以计算机、图纸等为主，往往最后阶段彩绘需用实体材质进行加工，设计过程中的产品呈现直观性一般，在最终产品制作过程中发现问题以后必须对设计流程中的各个环节进行修改，严重影响设计效率；最后，减材制造的生产模式不利于皮革产业的绿色可循环发展，在美术工艺品生产环节形成的材料浪费会进一步加剧温室气体排放[6-8]。因此，传统的美术工艺品设计模式可能并不一定完全适合皮革材质。

2.2 3D打印技术带来的影响

2.2.1 对设计效率的影响

3D打印技术的出现突破了传统剪裁制造及产品设计模式中环节多、生产工艺复杂等的限制，设计师利用3D打印技术可以直接在软件端对自己的设计思路进行模型设计。一方面，设计师可以借助模型对皮革材质美术工艺品的设计缺陷、问题等进行纠正；另一方面，也可以不再需要进行大量的打版、裁切、缝制等，可以极大地提升皮革材质美术工艺品设计的效率。

2.2.2 对设计理念的影响

皮革材质美术工艺品加工是一种非常典型的减材制造，设计师在借助皮革这一材质进行美术工艺品设计与加工时通常都会从减材的角度考虑皮革如何裁剪、缝制。而3D打印理念的出现，彻底颠覆了一般皮革材质美术工艺品的设计思路。这种增材制造技术的出现，使皮革的裁切、缝制、修理等工作直接转变为材料的堆砌，设计师在设计某种皮革材质美术工艺品时几乎不需要考虑皮革原材料或其搭配材料的原有造型，也不需要考虑如何对皮革或搭配材料进行裁切，只考虑最终的美术工艺品造型即可。

2.2.3 设计师的权威性受到影响

3D打印技术是一种以3D建模为重要基础的现代制造技术。3D技术与皮革材质美术工艺品设计的融合使需要原本美术、设计功底一般的人可以借助计算机软件进行美术工艺品设计，相关人员可以根据自己的创意思维进行美术工艺品建模，建模后通过3D打印可以自动生成几乎与建模一模一样的作品。从这一点来看，传统美术、工艺品设计人员的权威性将会受到较大挑战，相关领域从业人员必须更为专业地进行皮革材质美术工艺品设计，以适应消费者越来越专业的实际需求。

3 基于3D打印思路的皮革材质美术工艺品创意设计

3.1 制作思路

3D打印是一种增材制造技术，本文认为，基于3D打印思路的皮革材质美术工艺品创意设计可以分为两种主要思路。

一种是以皮革为基础材质，利用3D打印思路制作皮革材质美术工艺品中的部分装饰品，而皮革作为基础材质仍然使用一般的裁剪、缝制等工艺[9]。这种思路下皮革的选材余地较大，设计师可以根据实际的产品造型、消费者需求等选择合适的皮革及其他材料进行创意设计。

另外一种是完全以3D打印的方式设计皮革材质美术作品。这种设计思路下皮革材质部分也需要以3D打印的方式进行生产。比如，巴斯夫公司利用3D打印技术，将两种以上水性聚氨酯浆料以一定比例进行混合后经喷射成型作为3D打印皮革的骨架，再填充与氨基酸的氨基结构类似的聚氨酯树脂后即可获得质感与真皮极为接近的3D打印皮革；国内某高校采用类似的思路以水性聚氨酯为骨架，引入纤维素纳米纤维制作了一种可生物降解的3D打印皮革。

本文在调阅相关文献后发现，完全以3D打印的方式进行皮革材质美术工艺品制作的难度过大，目前只能进行一些较为简单的皮革制品设计，制作出的作品无法达到美术工艺品的相关要求。而以皮革为基础材质，利用3D打印技术加工皮革美术工艺品的配饰等则可行性更高[10-12]。

3.2 造型设计

尽管两种不同的制作思路难度不同，但在后续分析中仍将会以两种不同的思路进行皮革材质美术工艺品设计。图2所示为两种不同制作思路下皮革材质美术工艺品造型。

图2 造型设计

3.2.1 全部3D打印成型

图2（a）所示作品全部以3D打印的形式进行制作。本文在相关领域研究基础上，选择巴斯夫公司等的3D打印皮革技术思路，以水性聚氨酯树脂、微纤维素等为基础材质进行配饰物3D打印成型。制作而成的皮革材质美术工艺品不仅充分保留了皮革材质柔软的触感、柔和的观感等，还完全实现了一次性成型。从作品表面来看几乎看不到任何拼接痕迹。这种全部3D打印成型的皮革材质美术工艺品设计思路的优点在于作品的一次性成型效果极为优秀，作品的自然度更高，可以呈现出一种浑然天成的效果，缺点则在于设计师需要具有一定的化学基础，或需要借助其他具有化学基础的工作人员才可以进行产品设计，通常在材料选择和配比方面没有固定参考标准。

3.2.2 部分3D打印成型

图2（b）所示作品只有一部分（即作品表面蜻蜓部分）为3D打印成型制作而成，其他部分仍然选择了天然皮革以减材制造的思路进行加工。作品表面的蜻蜓具有极强的立体效果，且经过激光器进行3D打印时，不需要进行胶水粘接即可将蜻蜓造型与女士手包进行完全融合。

这种部分3D打印成型思路的优点在于不需要考虑皮革部分的3D打印成型，可以降低作品本身的设计和加工难度；缺点则在于只是对皮革材质美术工艺品的装饰物进行3D打印，并不能很好地通过3D打印技术解决皮革美术工艺品传统减材制造中形成的材料浪费问题。

3.3 皮革材质美术工艺品创意设计发展趋势

如前文所述，以皮革为基础材质，以水性聚氨酯树脂、微纤维素等为装饰材质，通过3D打印的思路将两种不同材质进行结合，实现皮革材质美术工艺品的设计思路显然更为简单。在这种设计模式下，设计师不必考虑复杂的3D打印皮革工艺。但这种设计思路显然只是将现在的皮革装饰品加工工艺以3D打印的形式进行取代，并没有充分发挥3D打印技术在皮革材质美术工艺品设计中的作用[13-15]。因此，本文认为在3D打印技术越来越成熟后，基于3D打印思路的皮革材质美术工艺品设计必然会遵循全部3D打印成型的理念，实现皮革材质美术工艺品的完全增材制造，从而降低应用皮革材质时的材料浪费，在充分体现皮革材质美术工艺品设计环保性的同时，实现皮革材质美术工艺品的高度智能化设计。

4 结语

在传统的美术工艺品设计领域中，皮革通常都采用减材制造工艺加工而成，3D打印技术的出现及其与美术工艺品设计产业的融合改变了皮革材质的应用方法。尽管目前来看，以全部3D打印成型工艺制作皮革材质美术工艺品的条件还不成熟，但未来随着3D打印技术的发展和新型皮革生产技术的出现，这种设计与加工的可行性将会越来越高。