黏土打印技術(shù)的發(fā)展與思考

王思卿

摘要：黏土打印是一種基于3D打印技術(shù)的陶瓷材料成型技術(shù)。其興起于2011年前后，如今已逐步成熟和產(chǎn)業(yè)化。文章對(duì)黏土打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理分析，對(duì)黏土打印的陶瓷作品深入研究，分析其在當(dāng)下的審美特征;并總結(jié)了黏土打印技術(shù)對(duì)陶瓷藝術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用。最后著眼于傳統(tǒng)工藝與新技術(shù)之間關(guān)系進(jìn)行思考，討論分析了新技術(shù)對(duì)陶瓷藝術(shù)可能帶來的影響，以期助力新時(shí)期陶瓷藝術(shù)的再發(fā)展。

關(guān)鍵詞：3D打印;陶瓷;工藝

中圖分類號(hào)：TS936 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）08-0155-03

1關(guān)于黏土打印技術(shù)

3D打印技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，是一種通過構(gòu)建連續(xù)的材料層來創(chuàng)建三維對(duì)象的技術(shù)。近幾年，迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。而黏土打印即使用黏土材料進(jìn)行3D打印，該技術(shù)有多種不同的稱呼，如液態(tài)沉積成型（LDM）、膏體沉積成型（PDM）等，其原理類似于FDM打印，區(qū)別在于打印使用的是稀釋過的黏土，送料則是通過活塞式的漿料擠出機(jī)推送半固半液態(tài)的材料，材料在壓力下沿指定路徑流動(dòng)。簡單來說，其打印過程類似于擠牙膏。

這種擠出機(jī)最初稱之為通用漿料擠出機(jī)（universal paste extruder）。2011年7月，英國?？速愄卮髮W(xué)的網(wǎng)站上出現(xiàn)了一條關(guān)于3D打印巧克力的新聞。3D打印技術(shù)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)在工業(yè)中用于生產(chǎn)塑料和金屬產(chǎn)品，但這是其首次使用生活中常見的食材漿料進(jìn)行打印。工程師Richard Home隨后研制出自己的漿料擠出機(jī)，成功打印出黏土坯體，并將機(jī)器配置與切片參數(shù)等公布在自己網(wǎng)頁。在那時(shí)3D打印廠商RepRap、MakerBot和Fab Home等都具備了不同種類和規(guī)格的漿料擠出機(jī)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，硬件與工藝逐步升級(jí)，黏土打印技術(shù)快速走向成熟并市場化。料倉容量的大幅提升，打印機(jī)體積的擴(kuò)張，使得一次可以使用更多耗材，打印更大體積的作品，層厚和噴嘴直徑的不斷縮減則可實(shí)現(xiàn)更高的精度。荷蘭公司VormVrii 3D，其打印機(jī)LUTUM v4最大建構(gòu)尺寸為51cm×43cm×46cm。并裝載雙黏土擠出系統(tǒng)，可以在一次打印任務(wù)中打印不同類型的黏土。Emerging Objects和3D Potter共同推出機(jī)械臂陶瓷漿料擠出機(jī)Potterbot XLS—1，最大甚至能夠建造3m×3m的物體?？紤]到空間和便攜性問題，它以360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)打印的獨(dú)特能力允許打印比打印機(jī)本身更大的對(duì)象，展現(xiàn)出打印建筑尺度對(duì)象的潛力，如圖1所示。打印機(jī)可以攜帶4000ml容器的黏土，或者連接到可容納2501b黏土的大型擠出機(jī)。Deltabots公司的3D PotterBot v4.5甚至配有5，500ml擠出機(jī)。對(duì)于精確打印，LUTUM v4擠出機(jī)噴嘴尺寸從0.6mm—7mm不等。慕尼黑StoneFlower公司推出的黏土打印機(jī)XY平面精度為12pm，Z方向的精度可達(dá)0.6μm。究其打印機(jī)制則大都相通，打印固件一般支持由Cura，Slic3r和其他流行的3D打印軟件生成的G代碼。

批量生產(chǎn)似乎和3D打印難以聯(lián)系起來，而對(duì)于打印機(jī)制的優(yōu)化則使該技術(shù)可以從容應(yīng)對(duì)批量生產(chǎn)：圖2為比利時(shí)設(shè)計(jì)工作室Unfold曾使用他們的3D黏土打印機(jī)批量生產(chǎn)400個(gè)相同的杯子。杯子的設(shè)計(jì)略帶褶皺和尖角，都不允許以最大速度進(jìn)行打印，高速打印時(shí)噴嘴在這些部位的方向偏移可能使打印物體振動(dòng)，而黏土打印的漿料本身就比較脆弱。若使用標(biāo)準(zhǔn)速度則導(dǎo)致打印時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)定的時(shí)間。Unfold通過可變打印速度進(jìn)行生產(chǎn)，優(yōu)化表面質(zhì)量，同時(shí)保持最小的振動(dòng)，并在打印杯子的開始和結(jié)束時(shí)動(dòng)態(tài)加速和減速，把打印時(shí)間降到可接受的水平。

隨著黏土打印產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，耗材的供應(yīng)鏈也在逐步形成。Imerys Ceramics公司針對(duì)3D黏土打印，其產(chǎn)品EZ Print3D以其“即插即用”的特點(diǎn)作為墨盒提供給用戶。其低燒制溫度1220℃也與大多數(shù)窯溫度限制兼容。此外，韓國公司HANIL等也提供可混合的黏土耗材。

2黏土打印技術(shù)發(fā)展中的限制因素

2.1技術(shù)本身的缺陷

黏土打印技術(shù)經(jīng)過幾年的發(fā)展與演進(jìn)，以其顯著自身優(yōu)勢迅速占有一定市場，然而其發(fā)展仍面對(duì)不少現(xiàn)實(shí)的問題。相對(duì)陶瓷粉末熔融、燒結(jié)類打印方式來講，黏土打印速度較快，且黏土打印機(jī)的生產(chǎn)成本、維護(hù)成本也低于陶瓷粉末打印機(jī)。缺點(diǎn)也是顯而易見的：打印精度相對(duì)粉末打印較低;打印件一般直接暴露在空氣中，坯體在打印中和打印完成后的很長一段時(shí)間內(nèi)都極為脆弱。此外，這種技術(shù)對(duì)于打印件造型有一定要求。理論上黏土打印技術(shù)可以像FDM打印一樣在封閉的空腔內(nèi)部添加支撐結(jié)構(gòu)，而外部卻一般不予添加，原因在于黏土材料在干固后去除支撐會(huì)明顯破壞其表面肌理，影響美觀;另外，生成在物件上的支撐會(huì)加大坯體局部的重量，容易導(dǎo)致坯體變形甚至坍塌。由此，黏土打印的物件造型如果是打印筒狀造型一般不用添加支撐，打印圓雕類封閉物件則可在內(nèi)部添加支撐，但支撐一般不宜過密。改善黏土的配方，增加材料韌性及強(qiáng)度會(huì)對(duì)此問題有所改善，但并不能從根本上處理材料本身的特點(diǎn)于打印機(jī)制上呈現(xiàn)出的缺陷。國外黏土打印廠商WASP、Vormvrii、Deltabots、TYTAN 3D以及國內(nèi)山東淄博、福建廈門都有企業(yè)在開發(fā)這種打印機(jī)。迄今為止，這些公司所展示出來的打印件成品都是避免形成外部支撐的結(jié)構(gòu)，可見黏土打印外部支撐的技術(shù)難題仍有待解決。這也是當(dāng)下黏土打印所呈現(xiàn)出的一大問題——許多廠商稱其為陶瓷3D打印技術(shù)，但它似乎并不能同大多數(shù)人印象中“3D打印”的特征相匹配。黏土打印工作方式是通過材料的疊加形成坯體，這并不違背增材制造技術(shù)的基本特征，只是黏土打印件的造型和成品率極大程度上受限于材料特性。廈門斯瑪特企業(yè)楊德安曾說：“3D打印這種數(shù)字化技術(shù)其實(shí)為陶藝帶來了一種新的藝術(shù)語言的可能性，需要強(qiáng)調(diào)的其實(shí)并非3D打印本身”。從黏土打印技術(shù)發(fā)展的源頭來講，通用漿料打印起初是為了打印廣泛意義上的糊狀物，并未能預(yù)見黏土打印所面臨的種種問題。此外，同F(xiàn)DM打印相似，這種機(jī)器打印出的物件縱向強(qiáng)度偏低，即使高溫?zé)Y(jié)，Z軸方向上韌性依然較差，相對(duì)更容易發(fā)生斷裂。

2.2相關(guān)供應(yīng)鏈不夠完善

黏土打印技術(shù)發(fā)展至今行業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器電機(jī)、配電箱、擠出系統(tǒng)參數(shù)都因生產(chǎn)廠商而異。因此，市場上也沒有一個(gè)統(tǒng)一的使用耗材標(biāo)準(zhǔn)。黏土漿料的配置需要控制到適當(dāng)水準(zhǔn)，太稀則打印件強(qiáng)度低、易變形，太稠則在打印中難以擠出。打印機(jī)廠商和第三方供應(yīng)商提供的耗材往往價(jià)格高昂，如果自己生產(chǎn)需借助練泥機(jī)等抽真空設(shè)備，工序較為繁瑣。

2.3專業(yè)門檻高

在機(jī)器的使用中使用者需要對(duì)軟件硬件深度掌握，對(duì)陶瓷工藝有一定地理解與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)材料的特性能熟練把控。根據(jù)陶瓷工藝與黏土打印的工作方式設(shè)計(jì)合理造型，設(shè)定適當(dāng)參數(shù);打印過程中需要使用者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀察實(shí)際打印狀況并及時(shí)調(diào)整參數(shù)：噴嘴擠出量若偏低則導(dǎo)致打印件壁薄，坯體強(qiáng)度低;偏高則會(huì)加劇坯體壁厚，影響后期燒制中的成品率。

綜上所述，當(dāng)下的黏土打印產(chǎn)業(yè)仍有不少發(fā)展空缺，但隨著黏土打印產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)，打印機(jī)制與工藝手段的升級(jí)，綜合型專業(yè)人才的大力培養(yǎng)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，其發(fā)展前景仍令人拭目以待。

3黏土打印技術(shù)與陶瓷藝術(shù)

3.1新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工藝的促進(jìn)作用

傳統(tǒng)陶藝強(qiáng)調(diào)手工性，材料語言的表現(xiàn)，人文情感的敘述;而模具生產(chǎn)則具有標(biāo)準(zhǔn)化、精確化、可大量生產(chǎn)等特征，如圖3所示。模具生產(chǎn)的產(chǎn)品以其低廉的價(jià)格在市場大量流通，但產(chǎn)品同質(zhì)化、粗劣的工藝也被現(xiàn)代人所詬病。黏土打印技術(shù)融合了人與機(jī)器對(duì)作品創(chuàng)作的共同參與，從其生產(chǎn)方式上來講，黏土打印仍屬于機(jī)器生產(chǎn)的方式，其本質(zhì)是一種新型陶藝創(chuàng)作手段。豐富的表面效果和新異的造型設(shè)計(jì)突顯其極強(qiáng)的創(chuàng)造性。3D打印技術(shù)的一大優(yōu)勢在于其不需考慮形體的復(fù)雜程度。因此，黏土打印技術(shù)給陶瓷藝術(shù)的造型設(shè)計(jì)開拓了極大空間，為陶藝創(chuàng)作提供了強(qiáng)大地技術(shù)支持。將陶藝的創(chuàng)作中引入3D打印技術(shù)，從某種意義上來說降低了陶藝創(chuàng)作的門檻，使得一些不具備陶藝創(chuàng)作經(jīng)驗(yàn)的非專業(yè)人士也可以通過自己設(shè)計(jì)或者下載的模型進(jìn)行打印，創(chuàng)作屬于自己的陶藝作品，使陶藝創(chuàng)作融入更多交叉學(xué)科的元素。傳統(tǒng)工藝經(jīng)過科技的包裝將能更好地融入當(dāng)下審美與生活方式。

3.2科技與陶瓷藝術(shù)的相互促進(jìn)

毫無疑問，這種新型的陶藝創(chuàng)作手段必定會(huì)引領(lǐng)新一波的審美風(fēng)向。黏土打印的陶瓷作品既具備了盤泥條形式美、自然粗獷的特征，又具備機(jī)器生產(chǎn)特有的韻律感與秩序感。它將黏土材料以前所未有的方式，以其半固半液態(tài)塑造出豐富的形體，從根本上講帶來了一種革命性的創(chuàng)作手法，提供了一種全新的創(chuàng)作思維。呈現(xiàn)出別具一格的藝術(shù)表達(dá)方式。3D打印逐層打印的機(jī)制使得打印件注定帶有不同程度的橫紋，這在工業(yè)生產(chǎn)中算是一種缺陷，但這種缺陷如果強(qiáng)調(diào)在黏土打印中反而是一種獨(dú)特的肌理效果，將機(jī)器生產(chǎn)所具有的獨(dú)特的機(jī)械韻律與陶藝創(chuàng)作的材料語言巧妙地結(jié)合在了一起。就機(jī)器生產(chǎn)來說，它具有標(biāo)準(zhǔn)化因素，而在這樣的標(biāo)準(zhǔn)化中又附帶了些許人為因素：通過對(duì)擠出量的調(diào)整可以在一定程度上控制作品表面的肌理效果，如圖4所示。這點(diǎn)頗類似于陶瓷燒制過程中火候的控制會(huì)影響最終效果，打印過程中對(duì)參數(shù)的干預(yù)也會(huì)導(dǎo)致作品最終呈現(xiàn)不同的樣貌。黏土在半固半液態(tài)下易產(chǎn)生變形，如果缺少支撐則會(huì)使黏土漿料自然下墜，熟知這一特性的創(chuàng)作者可以根據(jù)這點(diǎn)和模型本身來讓作品呈現(xiàn)出新穎的結(jié)構(gòu)。使模型一些結(jié)構(gòu)留空，打印的過程中形成獨(dú)特而自然的肌理，將黏土的藝術(shù)特性、機(jī)器生產(chǎn)的特征完美融合在作品上。這一系列特性也使得黏土打印區(qū)別于陶藝創(chuàng)作與模具生產(chǎn)。機(jī)器生產(chǎn)與人為干涉共同造就了黏土打印作品獨(dú)一無二、別具一格的藝術(shù)特征。

3.3黏土打印技術(shù)的局限性

沒有一項(xiàng)技術(shù)可以做到十全十美，黏土打印本身也具有一定局限性。隨著技術(shù)本身的不斷發(fā)展與完善，其諸多短板或許在將來某一天得以解決，但其特殊性只能將其限制于機(jī)器生產(chǎn)的范疇。如，制作一把好用的茶壺需要手藝人長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，好的茶壺能讓使用者在與其接觸的過程中深刻感受到工藝的魅力與內(nèi)涵。而黏土打印的作品表面無法做到注漿翻模及手工修正的平整，壺口等部位的細(xì)節(jié)也注定無法達(dá)到手工修整的水準(zhǔn)。再如，白瓷或青瓷作品，其最高的審美境界在于其似玉的質(zhì)感，黏土打印技術(shù)制作出來的瓷塑或其他作品注定要在坯體表面留下橫向紋理，盡管其在藝術(shù)性和表現(xiàn)語言上獨(dú)樹一幟，但這樣的白瓷或青瓷作品將丟失其天然的、材質(zhì)本身的審美特性。很多細(xì)節(jié)雖然可以通過技術(shù)的改進(jìn)與升級(jí)不斷完善，但黏土打印仍然和手工制作有著本質(zhì)上的區(qū)別。

3.4科技工藝的雙刃劍

科技快速發(fā)展的同時(shí)也可能會(huì)帶來負(fù)面影響。黏土打印技術(shù)可以使用一個(gè)模型打印出成千上萬的黏土坯體，由此一來，陶瓷藝術(shù)作品中的獨(dú)特性、地域性特征將會(huì)被消解，人人皆可成為陶藝家。這也引出了一個(gè)令人深思的問題：傳統(tǒng)工藝是更好地融入了現(xiàn)代生活還是在現(xiàn)代社會(huì)中消失了？3D打印時(shí)代，資源必將逐步數(shù)據(jù)化，設(shè)計(jì)者的作品模型一旦泄露，其原創(chuàng)作品就可以隨時(shí)被打印出來，屆時(shí)必將引發(fā)作品版權(quán)等問題。技術(shù)發(fā)展到一定程度將被大規(guī)模投入使用，不難想象有人會(huì)為利益所驅(qū)使而濫用現(xiàn)代科技，粗制濫造，模仿抄襲成風(fēng)。這樣一來勢必會(huì)打擊原創(chuàng)的動(dòng)力。新技術(shù)造福社會(huì)的同時(shí)也必須正視黏土打印技術(shù)可能帶來的負(fù)面影響。

4黏土打印技術(shù)前景展望

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)對(duì)于陶瓷藝術(shù)會(huì)產(chǎn)生何種程度地影響。從黏土打印的發(fā)展現(xiàn)狀來看，其技術(shù)本身仍有不少缺陷，甚至難以達(dá)到與手工藝相當(dāng)?shù)乃?。除卻技術(shù)因素，包括陶瓷藝術(shù)在內(nèi)的許多工藝門類追求的或是手工制作的痕跡，或是特殊的材質(zhì)，都具有無可取代的文化內(nèi)涵。而很多特殊的材質(zhì)與肌理的處理都是機(jī)器無法完美實(shí)現(xiàn)的。《考工記》有云：天有時(shí)，地有氣，材有美，工有巧，合此四者然后可以為良。多方面因素共鳴才能促成獨(dú)一無二的工藝品。黏土打印技術(shù)所依賴的是技術(shù)的成熟性與完善性，機(jī)器生產(chǎn)的準(zhǔn)確性等因素，它代表了傳統(tǒng)工藝美術(shù)在現(xiàn)代科技語境下的再發(fā)展?；仡櫣に嚸佬g(shù)史，種種跡象表明：新技術(shù)不會(huì)替代或破壞傳統(tǒng)工藝，反而會(huì)推動(dòng)工藝美術(shù)在新時(shí)期的發(fā)展與演進(jìn)。相信黏土打印技術(shù)也定會(huì)以自身的優(yōu)勢與特性使陶瓷藝術(shù)在新時(shí)期大放異彩。

從工具因素的角度講，工具的發(fā)展水平、規(guī)模和速度始終對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展水平、規(guī)模和速度。生產(chǎn)、利用自動(dòng)化和智能化的工具，研發(fā)新的科研工具提高科研生產(chǎn)力的創(chuàng)新水平是現(xiàn)代和未來工具因素發(fā)展的重要趨勢。如今黏土打印機(jī)創(chuàng)造出新形態(tài)的陶瓷藝術(shù)作品，本身是一種更為先進(jìn)、順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢的創(chuàng)作與生產(chǎn)工具。黏土打印的模型是人為建造的，雖然后續(xù)機(jī)器完全處于預(yù)先的設(shè)定下，但如果把握好模型與材料特性，通過人為地干預(yù)使兩者在創(chuàng)作中產(chǎn)生共鳴，反而讓機(jī)器打印的作品呈現(xiàn)出黏土自然的形態(tài)美，何嘗不是匠心獨(dú)運(yùn)？在打印過程中引入一些隨機(jī)性，將參數(shù)轉(zhuǎn)化為3D打印產(chǎn)物的形狀和表面質(zhì)感，也可以創(chuàng)造出新奇而充滿美感的肌理。只是在打印的過程中人的思想經(jīng)過“工具”的轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)在陶藝作品上。新技術(shù)的產(chǎn)物所蘊(yùn)含的人文情懷由于其被機(jī)器轉(zhuǎn)譯，具有新時(shí)期的藝術(shù)敘事方式甚至有些晦澀而不被人們所理解。而如何面對(duì)機(jī)器的轉(zhuǎn)譯再去準(zhǔn)確表達(dá)、體現(xiàn)人文情感則是當(dāng)下創(chuàng)作者在創(chuàng)作中要思考的問題。

5結(jié)語

工藝美術(shù)的發(fā)展進(jìn)步總是與新技術(shù)的興起有著千絲萬縷的聯(lián)系。黏土打印技術(shù)為陶瓷藝術(shù)今后的發(fā)展開拓了極大的空間。長期的歷史實(shí)踐證明了新技術(shù)總是與傳統(tǒng)手工藝取長補(bǔ)短，相輔相成，利用新技術(shù)創(chuàng)作出符合新時(shí)期審美、價(jià)值觀的作品是當(dāng)下創(chuàng)作與生產(chǎn)的新命題。巧妙借助科技成果創(chuàng)新創(chuàng)作是值得贊賞的，直接借助新技術(shù)生產(chǎn)而不經(jīng)過藝術(shù)的轉(zhuǎn)化、依賴和濫用科技成果則是可悲的。