3D打印技术正在一层层\"织\"出漆器制作所需要的\"模型\".上官云 ...
俞磊
摘 要： 在传统脱胎漆艺模型创作过程中，受空间复杂度制约，底胚造型限制了脱胎漆艺家的创作空间。文章提出一种利用3D打印技术解决高空间复杂度底胚创作的方法。首先，使用3DSMAX软件制作出任意空间复杂度的底胚模型；然后，利用3D打印机打印出设计的底胚模型；最后，对底胚模型进行传统漆艺制作，制作完毕的底胚模型可应用可溶性聚乳酸材料脱模。实验结果表明，该方法能有效处理高空间复杂度的底胚模型制作，突破了传统手工创作的局限。
关键词： 3D打印； 脱胎漆器； 聚乳酸材料； 3DSMAX软件
中图分类号：TP399 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）12-16-03
Research on the application of 3D printing technology in producing
complex bodiless lacquerware
Yu Lei1，2，3
（1. Department of Physics and Electronic Information Engineering， Minjiang University， Fuzhou， Fujian 350108， China； 2. Fine Arts and Design College， Minjiang University； 3. Fujian Provincial Key Laboratory of Information Processing and Intelligent Control （Minjiang University））
Abstract： In the process of creating traditional bodiless lacquerware model， due to the constraints of space complexity， the complex spatial shape of model limits the creative room of lacquer artist. In this paper， a 3D printing technology based method is presented to solve the problems in creating bodiless lacquerware model with high space complexity. Firstly， the 3DSMAX software is utilized to design the lacquerware model with arbitrary space complexity. Then， the lacquerware model is print out by 3D printer. Finally， the lacquerware model is processed by traditional lacquer craft. The processed lacquerware model can be demoulded with soluble poly lactic acid （PLA） material. The experimental results show that the proposed method can effectively produce the lacquerware model with high space complexity， and break through the limitations of traditional hand creation.
Key words： 3D printing； bodiless lacquerware； poly lactic acid material； 3DSMAX
0 引言
随着3D打印技术的快速发展，一种由3D打印辅助生成的传统脱胎漆艺创作技术应运而生。此技术是通过3D打印出一个传统工艺无法制作的任意造型的三维底胚，提供给漆艺创作者，让其能够在底胚上进行艺术创作，创作结束以后使用水、酒精等溶剂，在无损漆器的情况下，把底胚溶解取出，最终成型。这是传统工艺在新技术的帮助下实现的重大突破。本文对常用的几种3D打印的技术和材料进行简单介绍，并分析其在传统脱胎漆艺的应用方式。
1 研究背景
1.1 脱胎漆艺的现状
福州脱胎漆器是具有独特民族风格和浓郁地方特色的中国传统艺术珍品，也是中国传统工艺的三宝之一，享誉国内外。2006年，福州脱胎漆器髹饰技艺入选国家非物质文化遗产。
现有技术中，脱胎漆器用夹纻法制作，具体方法是以泥土或石膏为漆器的底模，用麻布，瓦灰与大漆调制反复在底模上层层裱褙，然后阴干，再脱去里面底模中的泥（石膏），最后用多道工序完成脫胎漆器的制作。
传统脱胎漆艺多以盘、瓶、碗的造型为主，这是由于传统的脱胎做法底胚造型有限，盘、瓶、碗造型易于制作，其他复杂的底胚造型用夹纻法不方便制作，另外一个很重要的因素是，太过复杂的造型在后面的工序中无法在不破坏漆器成品的情况下有效脱出，以上种种原因，导致脱胎漆器无法突破传统造型的禁锢，走向新的篇章。
1.2 3D打印技术的前沿
3D打印属于快速成型技术（3DP），其原理是使用三维软件中制作的3D数字模型，利用3D打印设备逐层堆积各种不同种类的材料来制造三维产品。3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。
目前，3D打印技术已在模具生产、产品原型制作、珠宝加工以及创意工艺产品等领域有所建树。3D打印技术在这些领域的某些精细加工步骤大大降低难度，可以极大的提升制作的效率。此外，3D打印技术也为在生物工程与医疗产品、工业设计、牙科等领域拓展了新的发展道路。
1.3 3D打印材料
3D打印的物质基础是打印材料，材料决定着3D打印应用的范围及领域。3D打印材料目前主要有PLA材料、工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。本文采用PLA材料，PLA即聚乳酸，是由玉米和木薯等植物经过多道工序提炼出淀粉，经微生物发酵成乳酸，再聚合成聚乳酸。与传统塑料相比，PLA更为安全、低碳、绿色。PLA的单体乳酸是一种广泛使用的食品添加剂，经过体内糖酵解最后变成葡萄糖，在生产使用过程中，不会添加和产生任何的有毒有害物质。PLA材料生产出来的的废品可以通过掩埋处理，经过半年至一年左右，降解为水和二氧化碳。PLA的原材料为可再生资源，废弃物又环保无害，这种生态材料具有极大的发展前景。
目前，最新型的可溶性PLA材料，可以由水、酒精等溶剂溶解，一般只需要几个小时，见效极快，是本文采用的3D打印材料。
2 3D打印在脱胎漆器制作过程的应用研究
本文以3D打印在手镯漆器模型制作为例，来呈现3D打印在脱胎漆器制作过程中所具有的优势。其设计制作由3D建模、3D打印、漆器制作和脱模这4个部分组成。3D建模部分主要是利用3DSMAX软件按照手镯漆器尺寸要求进行建模，3D打印部分主要是从3DSMAX软件中导出构建好的手镯漆器模型输入到3D打印机中进行打印，漆器制作部分主要是基于上述两个步骤生成的3D手镯底模模型利用传统工艺进行制作，脱模部分主要是利用溶剂把3D打印出来的底模溶解，成为传统意义上的脱胎漆器。
2.1 3D建模
底模模具是按照设计要求制作的三维造型（如：传统脱胎漆中的瓶、碗、茶具等，亦或是现代年轻人更愿意接受的动漫人物形象、玫瑰花等）。即不同的脱胎漆器具有不同的外部形状，制作人员可以根据个人喜好，私人定制多种不同的脱胎漆器的底模。一般采用3DSMAX等三维制作软件进行制作，用多边形建模或者样条线建模，无需添加任何材质纹理。由于电脑文件的可复制性，完全达到批量生产的效果。
本文搭建的模型是手镯造型，该造型需设计手镯内外径的尺寸，镯面的宽度等。三维模型的尺寸直接影响后面3D打印样品的成型。在保证手镯曲面造型完整的情况下，尽量用最少的三角面来制作，这样在后面转化成.STL格式的时候不容易出现破面。本文使用3DSMAX 2014构建手镯模型。
首先，使用样条线命令构建手镯的横截面。由于手镯的横截面是一个类似弯弓的形状，所以可以先创建一个长30mm，宽10mm的矩形。右键点击矩形转化为样条线，保持一个长边30mm不变。选择另外两个角点，点击右键选择bezer角点命令使其成为手镯的镯面，仔细调整两个角点的位置和曲线，其在后面直接关系到手镯成品美观。经反复调整确认无误，手镯的横截面制作完成。接下来制作手镯的内径。先创建一个直径为80mm的圆形样条线，在修改面板下面选择放样命令，点击拾取横截面命令，左键选择刚才制作的手镯横截面，3DSMAX软件自动生成一个三维的手镯模型，其参数为本文之前设置的参数。
2.2 3D打印机打印底胚模型
本文采用的3D打印机是弘瑞z500，其成型原理为熔融堆积（FDM），平台的尺寸为360*350*560mm，喷嘴直径为0.4mm，打印速度为10-150mm/s，精度为0.01mm。其具有高端快速成型机的精度和灵活性，而体积又与桌面3D打印机一样小巧，使其成为在有限的空间和预算下进行原型制作的理想选择。
三维软件设计出的手镯造型，转换为.STL格式，这是一种目前市面上流行3D打印机的识别格式文件。用可溶性PLA进行打印制作。本文中使用水溶性的PLA。用酒精等其他溶剂可溶性PLA制作亦可，并不影响最后制作结果。经过6个小时后，手镯模型打印完成，如图1所示。对3D打印出来的模型进行表面的修整处理，以增加底漆的附着性。
2.3 传统工艺制作脱胎漆器
对打印出来的手镯模具进行裱布处理。用涂满大漆的麻布均匀的包裹在手镯表面。然后将生漆调制的粗灰均匀刮附在麻布上，等阴干24小时以后，再进行打磨、刮裂等工序，平整麻布表面。把中灰刮附涂抹，以填补粗灰的空隙，重复以上步骤。等中灰工序结束后，最后再上细灰，再次重复。这样反复上漆、刮灰以后漆器雏形已经完成。然后用不同型号的砂纸反复打磨手镯表面，使其平滑，最终制成漆器底胎。
2.4 脱底模处理
为已制作好的漆器底胎脱去底模。可从预留的进出水口（模具不显眼处，如底盘、接缝等）倒入溶剂。本文采用水溶性PLA材料制作，故倒入清水即可。其他用酒精等溶性PLA材料制作的底模，倒入相应的溶剂进行溶解，并不影响最后成品。根据当时的气温（30摄氏度），本作品浸泡时间为8个小时，绝大部分底模模具已经分解，有未分解完全的部分也已经软化变形，可轻易随溶剂倒出，达到脱去底模模具的目的。再经过最后的髹饰技艺，最终制作完成。如图2所示。
3 结束语
本文研究探索了3D打印技术在传统的脱胎漆器底模造型上的应用。实验结果表明，该方法能够有效应对高空间复杂度的底胚模型制作，突破了传统手工创作的局限。实验不仅大大降低了底模制作和取出的难度，还增加了脱胎造型的种类。新型技术与传统技艺的融合带来了多种可能性，为国家非物质文化遗产的传承保护注入新的活力。此技术目前还处于初步实践阶段，人物和动物表情等超级复杂的图形效果表现还不尽如人意，但随着3D打印技术的不断进步，相信传统的脱胎漆器会有更美好的明天。
图2 最终效果
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