基于CNC雕刻技術(shù)的工藝品設(shè)計與制作實驗

吳慧蘭， 曾卓騏， 張韻儀

(華東理工大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計與傳媒學(xué)院，上海 200237)

0 引 言

普通的工藝品是由藝術(shù)家或工匠用手工制作的，加工產(chǎn)品的質(zhì)量取決于雕刻人員的技巧，近年來對工藝品的需求量與日俱增，而年輕的工藝品制作人員卻越來越少，某些特殊的制作技巧難以繼承[1-2]。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，計算機數(shù)控雕刻技術(shù)(簡稱CNC雕刻技術(shù))已越來越受到大家的關(guān)注，人們一直希望這些先進的生產(chǎn)技術(shù)能應(yīng)用到雕刻這個傳統(tǒng)而古老的行業(yè)中，CNC雕刻技術(shù)和CNC雕刻機的出現(xiàn)終于把人們多年的夢想變成了現(xiàn)實，它使工藝品的制作實現(xiàn)了自動化，同時還保留了藝術(shù)家的制作技巧[3-4]。

CNC雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細輕巧、靈活自如的操作特點，同時利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動化技術(shù)，并將兩者有機地結(jié)合在一起，成為一種先進的雕刻技術(shù)[5-6]。

奉賢海灣位于上海市奉賢區(qū)的最南端，區(qū)內(nèi)有金匯港海岸港口，依港傍海，集江南水鄉(xiāng)、田園風光、海岸灘涂、自然野趣于一體，是都市居民回歸自然、享受自然、休閑旅游和商務(wù)會務(wù)活動的勝地[7]。眾所周知，旅游是一種消費活動，是一種體驗，旅游者投入大量的時間、精力、費用后得到一種愉悅、體驗和回憶，但游客來此旅游總是感覺遺憾，旅游地缺少具有奉賢海灣特色，可留作紀念的商品[8]。本研究將選取奉賢特有的文化元素進行有機結(jié)合，以及海灣獨特的風土人情為創(chuàng)作背景，研究設(shè)計了“海韻”旅游工藝品系列。在制作方面采用CNC雕刻技術(shù)對工藝品在雕刻參數(shù)的設(shè)置和生成刀具路徑等方面進行了制作實驗。實驗證明，CNC雕刻機加工工藝品具有轉(zhuǎn)速高、加工材料效率高、表面質(zhì)量好、性價比高等優(yōu)點，成為了當代先進的工藝品雕刻技術(shù)，從而拓展了CNC雕刻機在工藝品中的制作功能，使復(fù)雜工藝簡單化[9-10]。

1 “海韻”旅游工藝品的設(shè)計

“海韻”旅游工藝品種類豐富，非常實用，可同時涵蓋人們生活的各個方面。在家里可使用杯墊、冰箱貼，看書時有書簽陪伴，外出時手機上的“海韻”掛件和“海韻”鑰匙圈也讓人想起奉賢的美景。“海韻”旅游工藝品的設(shè)計上提取了奉賢特有的文化元素，將其融入設(shè)計之中，整體上圖案平衡協(xié)調(diào)，寓意豐富。

產(chǎn)品以黑胡桃木為主體，輔以磁性貼片、鎖鏈、掛繩等配件，組成杯墊、冰箱貼、手機掛飾、鑰匙圈、書簽等以奉賢特有的風土人情為主題的系列旅游工藝品。黑胡桃木木材年輪相當明顯，成熟時邊材黃褐心材褐色帶紫在木材表面并時常有不規(guī)則狀深或淡色條紋，色澤美觀，質(zhì)感十足。選用黑胡桃木作為主體材質(zhì)，能更充分地體現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)。“海韻”旅游工藝品系列設(shè)計有菜花戲蜂、風箏競飛、碧波揚帆、日出騰龍四套具有地方特色、現(xiàn)代特色的旅游工藝品。

1.1 菜花戲蜂

以奉賢傳統(tǒng)手工藝品中的剪紙為創(chuàng)作靈感，整體圍繞奉賢的油菜花文化進行設(shè)計。每到春夏交替的時候，油菜花田金黃成片，奉賢的菜花節(jié)就吸引了來自五湖四海的人們前來欣賞，菜花戲蜂主圖樣整體描繪了奉賢田野上豐收的美好場景。在菜花戲蜂的主圖樣之中，正中心是一團盛開的油菜花，圍繞其周圍的是傳統(tǒng)紋樣的蜜蜂，寓意五谷豐登。在最外面一圈環(huán)繞的是象征豐收的麥穗紋樣，有著美好的寓意。杯墊和冰箱貼采用菜花戲蜂主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據(jù)主圖樣進行了一些變化。手機掛件采用了油菜花圖案作為主體，下面的麥穗正好符合掛件下面流蘇的形狀。鑰匙扣采用了中間圓形的油菜花圖案作為主體，和圓形的鑰匙圈相得益彰。書簽則在左上角和右下角采用了蜜蜂的造型，中間的句子“敬奉賢人，見賢思齊”點明了奉賢區(qū)區(qū)名的由來。菜花戲蜂系列工藝品設(shè)計如圖1所示。

1.2 風箏競飛

奉賢自1992年起，每年都要舉辦風箏節(jié)，以風箏會友，切磋風箏放飛技藝。風箏成為奉賢開展文化交流活動和旅游活動的載體[11-12]。在中國的傳統(tǒng)風箏里反映著人們對美好生活向往，有著很多喜慶、寓意吉祥的圖案，風箏不僅僅是靜止的藝術(shù)現(xiàn)象，同時又是具有生活意義和生存意義的過程。在風箏競飛的主圖樣之中，正中心是六個放飛的風箏，展現(xiàn)除奉賢放飛風箏的場景。因風箏最初是模仿天上飛的鳥所發(fā)明，又名為“紙鳶”，設(shè)計了燕子銜花的圖樣在風箏的周圍，也寓意著對鄉(xiāng)土的熱愛。在最外面一圈環(huán)繞的紋樣是云紋。云紋樣線條彎曲，充滿動感，在此表達出了淳樸的奉賢人們對于美好生活、對于自由的向往之情。杯墊和冰箱貼采用風箏競飛主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據(jù)主圖樣進行一些變化。手機掛件采用主圖樣中心的風箏作為圓形的主體，下面的流蘇則采用了云彩的形狀。鑰匙扣采用風箏作為中間的圖案。書簽在角落采用了主圖樣中間的燕子紋樣，配有奉賢的口號“敬奉賢人，見賢思齊”。風箏競飛系列工藝品設(shè)計如圖2所示。

圖1 菜花戲蜂系列工藝品設(shè)計

圖2 風箏競飛系列工藝品設(shè)計

1.3 碧波揚帆

奉賢的海鮮、沙灘、美景都被游客所稱贊。碧波揚帆主圖樣著手與展現(xiàn)奉賢的水上優(yōu)勢，展示奉賢的勃勃生機。碧波揚帆主圖樣的中間是一艘揚帆起航的船，點明奉賢的海上特色，周圍環(huán)繞魚的圖案。雙魚躍出波光粼粼的水面，象征著進取、富足，表現(xiàn)出奉賢人民的進取之心。在最外面環(huán)繞的是水波的紋樣，進一步渲染氛圍，襯托出碧波蕩漾的海景。杯墊和冰箱貼采用碧波揚帆主圖樣，手機掛件、鑰匙圈、書簽的紋樣根據(jù)主圖樣進行一些變化。手機掛件采用主圖樣中心的帆船作為圓形的主體，下面的掛飾則采用了水波的形狀。鑰匙扣采用帆船作為中間的圖案。書簽在角落分別采用了主圖樣中的魚作為元素，中間配有奉賢的口號。碧波揚帆系列工藝品設(shè)計如圖3所示。

1.4 日出騰龍

龍騰閣位于奉賢的海灘邊，是奉賢海灣旅游區(qū)的標志性建筑物之一。龍騰閣依海雄踞、憑高沐風，登高望遠，目窮千里、一覽無余，令人流連忘返。主圖樣的中心是龍騰閣日出時的景象，日出時一輪紅日映照著高達的龍騰閣，氣勢磅礴。在其周圍圍繞的是窗格的圖形，與龍騰閣的建筑風格相一致。最外圈環(huán)繞的紋樣是龍鱗紋，烘托整體宏大的氣氛。杯墊和冰箱貼采用日出騰龍主圖樣，手機掛架、鑰匙圈、書簽的紋樣則根據(jù)主圖樣進行一些變化來設(shè)計。手機掛件采用主圖樣中心的日出龍騰閣景象作為主體，下面的掛飾則采用了龍鱗的形狀。鑰匙扣選用圓形的日出龍騰閣景象作為圓形圖案主體。書簽則采用建筑窗格的圖案進行裝飾，中間配有奉賢的口號“敬奉賢人，見賢思齊”。日出騰龍系列工藝品設(shè)計如圖4所示。

圖3 碧波揚帆系列工藝品設(shè)計

圖4 日出騰龍系列工藝品設(shè)計

2 “海韻”旅游工藝品的制作實驗

2.1 實驗條件和方案

(1) 實驗設(shè)備：嘉雕80G型雕刻機。

(2) 軟件：圖形設(shè)計軟件是Illustrator，雕刻軟件是JDPaint5.18。

(3) 試件尺寸：100 mm×100 mm，雕刻深度：1 mm，刀具型號：錐刀。

(4) 材料：黑胡桃木片、砂紙、雙面膠、剪刀、白膠、軟性磁鐵、鑰匙圈、手機掛繩等。

2.2 實驗步驟

(1) 分析設(shè)計圖紙，確定加工工藝。根據(jù)加工的具體要求，分析所要加工的工藝品中哪些部分要進行雕刻加工，屬于陰雕還是陽雕。然后在設(shè)計軟件Illustrator中將設(shè)計好的工藝品圖形導(dǎo)出成eps文件，再打開JDPaint精雕軟件，在文件菜單下輸入工藝品二維圖形，如圖5所示。

(2) 雕刻參數(shù)的設(shè)置和生成刀具路徑。CNC雕刻是依靠計算機控制機床的執(zhí)行部件工作來完成的，靠數(shù)值化的加工指令來控制，靠正確的工藝來保證，也就是在制作工藝品過程中要正確選刀、確定切削用量和走刀方式等。刀具路徑是雕刻機加工過程中刀具中心的運行軌跡線，也是雕刻加工的程序和雕刻機工作的指令，刀具路徑的計算是由雕刻軟件是JDPaint完成的[13]。

圖5 導(dǎo)入eps格式的圖片

生成雕刻路徑的關(guān)鍵步驟是設(shè)置雕刻參數(shù)。雕刻參數(shù)主要用于設(shè)定毛坯形狀、選擇雕刻刀具(錐度刀、平底刀、球頭刀)、走刀形式(分層行切、分層環(huán)切、投影加深)、進給量(路徑重疊率、間距)、雕刻余量(表面預(yù)留、側(cè)邊預(yù)留)和操作參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、切割速度、落刀延遲等)走刀速度等工藝參數(shù)。特別要注意工藝品表面質(zhì)量好壞與路徑重疊率有直接關(guān)系，路徑重疊率越大、路徑間距越小，雕刻時間越長，表面質(zhì)量越光滑。為保證質(zhì)量，路徑重疊率一般不能小于50%[14-15]，生成刀具路徑如圖6所示。

圖6 生成刀具路徑

(3) 雕刻。刀具路徑設(shè)置好后，則刀具路徑輸出，將輸出的文件倒入到雕刻機上，用雙面膠將木板粘貼在雕刻機的平臺上，加載雕刻加工程序、裝卸刀具、設(shè)定切削參數(shù)；開動機器，選擇刀具的轉(zhuǎn)速和走刀速度，開始雕刻。雕刻加工如圖7所示，木材加工好的工藝品如圖8所示。

圖7 木材雕刻加工

注意，加工不同材料，走刀速度選擇的也不同，本實驗中使用了黑胡桃木、雙色板這兩種材料。相對來說，雙色板材質(zhì)軟，雕刻的時候不需要太高的轉(zhuǎn)速，雕刻的路徑清晰。而黑桃木由于其材料致密，需要用較高的轉(zhuǎn)速來進行雕刻，在進行實驗的時候走刀走了兩次才可以把路徑雕刻得比較干凈。另外，雕刻產(chǎn)生的木屑在木頭表面比塑料更難被刷子刷掉，然而木頭致密的材料也讓它在雕刻的時候?qū)τ趫D案的表現(xiàn)性更加理想。

圖8 木材加工好的工藝品

(4) 工藝品裝飾。這一步主要是對加工好的工藝品做一些簡單的處理。先用毛刷掛掉表面過多的木屑，用砂紙打磨一下切割邊緣。然后根據(jù)需要給工件增加一些附件，將它們做成完整的手機掛飾、冰箱貼、鑰匙圈。

3 結(jié) 語

CNC雕刻機是一種自動化程度高、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的數(shù)控加工設(shè)備。具有加工尺寸精度高、快速高效、雕刻精細、表面光潔度好、無限復(fù)制和能使加工復(fù)雜的工藝簡單化的特點。這個特點在手工制作的過程中是非常難實現(xiàn)的[16]。

在融入奉賢特有文化元素創(chuàng)意設(shè)計的同時，我們采用了CNC雕刻技術(shù)進行“海韻”旅游工藝品的系列制作，充分保留黑胡桃木材質(zhì)的本色。散發(fā)出來的是淡淡的自然的木香，原木紋和淡香氣之間，蘊含一種純粹的自然之美，保留了海灣的風味。

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