数字成型技术在德化陶瓷产业中的运用

陈名昭

(泉州工艺美术职业学院,福建 泉州 362500)

德化陶瓷产业可以追溯到宋元时期,已有千年的历史。据考古发现,德化陶瓷早在宋元时期就远输海外,奠定了德化陶瓷产业链的基础。到明代,以“阶级窑”为代表的窑炉技术革新和“个体制坯、合股办窑”的分工方式孕育了德化陶瓷工艺的顶峰——德化观音瓷塑,也奠定了德化陶瓷在中国陶瓷史,甚至是世界陶瓷史上独特的地位。清代德化窑生产陶瓷的品种有了鲜明的改变,从生产佛教人物形象的瓷塑转向日用瓷器。到了清末民初,民族资产阶级的社会地位逐渐提高,中国民族工业得到进一步的发展,在这阶段,德化改良场开始试制石膏模型,由陶车改为石膏模型注浆法,并建倒焰实验室改进光面品种及手工业彩绘。时至今日,德化每家每户的生活都与陶瓷生产密切相关,它已融入德化人的血液中,成为生活甚至是生命的一部分。

传统的陶瓷制作高度依赖工匠的个人技艺,德化工匠在成长过程中耳濡目染,在父辈口手相传中继承了高超的技艺,为德化陶瓷的发展提供了大量的能工巧匠。但传统陶瓷产业工匠培养周期长、当下年轻人不愿意进入传统制造业等原因使得这种传统学徒模式日渐式微,也为德化陶瓷产业的发展留下了隐患,当下的德化陶瓷产业呈现出工匠年龄结构偏大、工艺水平良莠不齐等问题。

21世纪的今天,文化产业内部结构迎来重大变化,数字技术和互联网相关的文化领域出现爆发式的增长,驱使了数字文化时代的来临,我国文化产业开始向“数字创意产业”转型发展。我国高度重视3D打印技术,将其列入《中国制造2025》、《“十三五”先进制造业发展规划》,工信部、科技部也有很多专项资金扶持。数字成型技术作为新兴制造技术,对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响,是制造业有代表性的颠覆性技术。全球3D打印正火热发展,中国数字成型技术起步较晚,近年来也得到快速发展。数字成型技术的许多优势是传统制造业无法替代的,它与传统制造业的关系是相互补充、相互优化的。

在陶瓷成型领域中运用数字成型技术目前尚在起步阶段,在今天的瓷都德化,3D打印和3D精雕早已悄然走进传统陶瓷工业。德化县现有能够承接3D打印业务的注册公司51个,主要从事陶瓷雕塑模型和日用陶瓷产品母型打样的工作,德化陶瓷产业中现有精雕业务的注册公司9个,主要借助精雕技术雕刻陶瓷表面浮雕与产品造型等数字成型手段,可见数字成型技术在德化陶瓷产业中的运用已经初具规模,具有极大的市场前景。

在数字技术爆炸的年代,数字成型技术结合陶瓷制造不仅仅是德化陶瓷产业发展与更新的必然途径,小地方大产业,也是地方经济发展的重要条件。

德化陶瓷产业中数字成型技术的运用主要有两大类:3D打印技术与3D精雕技术,3D打印技术多用于成型,3D精雕技术多用于装饰。

2.1 3D打印技术

目前运用于陶瓷产业中的3D打印技术主要有光固化成型(简称SLA)、熔融沉积成型(简称FDM)和选择性激光烧结(简称SLS)。其中熔融沉积成型技术表面堆积纹较大,多以陶泥3D打印的形式运用于陶瓷特色装饰产品等领域,不适合日用陶瓷与瓷塑的批量生产;
选择性激光烧结技术成本较高,多用于特种陶瓷与精密配件;
在德化陶瓷产业中运用最多的是光固化成型技术。

光固化成型制作工艺成熟,使用的耗材为光敏树脂,成本相对较低,打印精度高,制作的模型表面光洁,能够达到传统制瓷工艺所不能达到的工整、对称的效果,在德化陶瓷产业中主要运用于陶瓷产品设计论证和模种制作。3D打印可以将软件中设计的模型打印成光敏树脂模型,进而直观地论证陶瓷产品的合理性。规整的器型(如日用陶瓷器皿)可直接翻制石膏模具,不规整的器型(如雕塑、工艺品)可切割分模后翻制石膏模具,随后的注浆、接坯、搽水、烧成等步骤与传统制瓷工艺相同。

2.2 3D精雕技术

精雕技术是利用CNC数控雕刻机雕刻硬质材质的加工手段,不同于3D打印的“增材”,精雕采用的是“减材”,具有精度高、耗材成本低等特点,但对机床操控者有较高的技术要求。精雕技术在德化陶瓷产业中运用广泛,主要用于平面浮雕、圆器浮雕、三维雕刻的石膏模加工中,市场上主流的数控雕刻机有单轴、三轴联动和五轴联动三种,单轴雕刻机专门制作平面浮雕与平面切割;
三轴联动雕刻机可实现x、y、z三轴联动,能够兼具平面浮雕、圆器浮雕和简单的三维雕塑制作等功能,在德化陶瓷产业中运用最广,主要用于日用陶瓷模种制作;
五轴联动雕刻机在三轴雕刻机功能的基础上,能够实现一个圆点位置的全方位加工,便于在弧面上进行雕刻,适合制作雕塑类型的三维雕刻。

3D精雕技术精度能够达到0.001 mm,制作的模种表面光洁,符合陶瓷批量生产的标准,同时所使用的耗材为陶瓷行业常用的石膏材料,成本低且加工工艺成熟,便于在陶瓷行业中推广使用。当前3D精雕技术在德化陶瓷产业中主要有模种精雕与模具精雕两个方向。

模种精雕运用于日用陶瓷和雕塑的各类模种制作,平面类陶瓷产品如平盘、浮雕,日用陶瓷壶嘴、把手等配件,雕塑上的装饰贴片等可使用数控雕刻机的平面精雕模式雕刻石膏模种;
圆器浮雕和简单的三维雕塑可使用三轴联动数控雕刻机的立体旋转雕刻石膏模种。雕刻好的石膏模种需要翻制成石膏模具后投入生产,其余的陶瓷生产步骤与传统制瓷工艺相同。

模具精雕需结合陶瓷生产工艺中翻模工艺,根据陶瓷分模的需要,在电脑软件中制作模具模型,编撰成刀路文件导入数控雕刻机,使用数控雕刻机的平面精雕模式雕刻石膏模具。用同样的方法,可以制作陶瓷生产行业中常用的两开模(左右开模)、三开模(左右下开模)、四开模(左右上下开模)等。雕刻好的模具可直接合模注浆,省去了陶瓷生产工艺中“翻模”的步骤,能够保留更高的还原度。由于该方法不仅要求操作人员精通软件操作,还要熟悉陶瓷生产工艺中分模、翻模等工艺,对操作人员的要求较高,因此仅有少数企业在实际陶瓷生产中使用。

3.1 效果更直观

运用数字技术制作日用陶瓷、雕塑陶瓷能够极大地提升设计与创作的效率,在数字软件中观察角度不受任何限制,可以任意缩放,能够720°全方位观察产品的各个细节。同时可以在渲染软件中模拟陶瓷产品的不同釉色、装饰、灯光和陈列场景,在设计论证阶段就能够为产品提供直观的展示画面,使其更符合预期效果。同时,比起传统陶瓷生产工艺复杂而漫长的打样过程,运用3D打印技术能够快速将电脑制作的模型打印成实物,进而可以直观地论证产品尺度与使用功能的合理性。

3.2 优化陶瓷生产效率

在陶瓷产业中运用数字成型技术,从时间和空间上均有其优势。

(1)节约时间,提高效率

运用数字技术在日用陶瓷产品的设计论证阶段就能够直观地看到产品的展示效果,很大程度上提高了设计效率;
在雕塑类陶瓷产品的创作中,Zbrush等数字雕塑软件可以省去传统雕塑制作中打支架、堆大型、干燥等必要环节,制作过程更加迅速便捷。以头像雕塑为例,原本泥塑需要三到七天的制作环节,运用了数字雕塑技术可以在一天内完成,缩短了创作时间,更便于捕捉创作者稍纵即逝的灵感。就陶瓷生产程序的角度而言,在陶瓷生产中运用数字软件结合3D打印、3D精雕等成型技术是一次巨大的技术变革。运用数字成型技术进行日用陶瓷生产,传统日用陶瓷生产中图纸绘制、手工制作模种等工序能够被软件建模、3D精雕、3D打印取代,并且提升了产品的精确度,从而达到提高产品质量的目的。同样,在雕塑陶瓷生产领域,传统的泥塑能够被软件建模取代,软件建模后可直接进行模具的3D精雕,省去了翻制模具的工序。

(2)节省空间,便于管理

在创作与设计中,数字技术对空间的限制较小,这一点在后疫情时代尤为明显。相较泥稿、车削石膏等传统打样阶段需要的空间、场地和耗材的限制,数字技术手段只需要一台电脑就能完成建模,不论创作者身处何处都能够进行远程办公。同时,数字文件也便于存储,模型与模具不再需要一个仓库用于储存,而是转换成计算机中的数据库,便于分类查找。

(3)利于修改与再利用

传统陶瓷生产的模种制作多为泥塑或石膏车削完成,受到流程线性的限制。数字技术则采用的是非线性的制作流程,所有流程可逆,既可以从整体到细节,也可以从细节到整体,可以轻易地实现拉伸、缩放等在传统陶瓷模种制作中不易实现的变动,能够随时自由地修改陶瓷产品的大小、形体和动态。同时,数字技术便于陶瓷产品的再设计或再创作,运用数字技术中整体复制和局部复制等功能,能够对原有的造型进行拆分、复制、组合,从而嫁接、转换成新的产品,结合3D扫描技术将经典雕塑、经典器型运用在文创陶瓷产品的设计中成为可能。

4.1 同质化向差异化转变

当前德化陶瓷产品形态以还原经典器型、传统雕塑为主流,其核心竞争力主要来源于工艺水平与价格优势,基于数字成型技术可复制性的特点,传统陶瓷制造行业的这种仿古模式将受到冲击。3D扫描与数字成型能够比手工更加精确地还原经典器型、传统雕塑,因此重复以往佳作就变得失去了意义;
同时,数字技术所带来的全新语言表达系统也会区别于传统泥塑的语言表达系统,这也将倒逼陶瓷产业的转型与创新,促使陶瓷产品形态从同质化向差异化进行转变。另一方面,数字成型技术的普及也会促使具有差异化的手工产品价值进一步提升,德化陶瓷产业将形成以数字成型技术主导的工业产品为主,以手工制作的差异化产品为辅的新局面。

4.2 技术导向向创新导向转变

基于数字成型技术精确度高的特点,德化陶瓷原本仰仗的技术与工艺上的优势将被更加精确的数字成型技术所取代。数字成型技术提高陶瓷产品的质量,也促使传统陶瓷产业进行产业升级,由技术导向向创新导向进行转变。

4.3 聘请设计师向购买数据库转变

数字成型技术的普及将催生出新的设计营销方式,从企业角度来说,将由企业聘请个体设计师进行设计转变为企业之间共用数据库,数据库可以帮助企业进行数字文件交易与提供相关的设计服务;
从设计师角度,越来越多的创作者使用NFT将过往廉价或免费的数字商品货币化,以此将数字文件与其创作者永久地联系起来,创建一个可以被买卖的数字所有权证书;
从政府角度需要加强版权保护相关政策与法规的落实,形成良性生态。

数字成型技术在德化陶瓷产业中初具规模,运用前景广阔。以3D打印技术与3D精雕技术为主的数字成型技术精度高、可复制性强、操作便捷等特性能够提高陶瓷产品的质量,极大地抵消了因过度依赖工匠的个人技艺导致产品质量良莠不齐的现状,同时数字成型技术能够更直观地呈现效果,有利于优化陶瓷生产效率,便于修改与再利用,最终能够推动德化陶瓷产业由同质化向差异化、技术导向向创新导向的转变,从而改变设计营销业态,实现德化陶瓷产业的创新与产业升级。从德化陶瓷产业中数字成型技术运用的现状看,还存在两个问题:

首先,数字成型技术的操作人才缺口巨大。德化很多陶瓷企业认识到数字成型技术的市场前景,投入资金引进相关设备,却难以招到使用设备的人。究其原因,在于数字成型技术对从业人员要求较高,不仅要掌握相关的陶瓷文化、陶瓷生产知识,还要具备软件操作与技工实操能力。因此,在德化陶瓷产业中发展数字成型技术,加大相关人才培养力度与发展德化陶瓷文化教育同等重要。

其次,数字成型技术尚未对传统陶瓷制造技术形成替代优势,现阶段数字成型技术尚不成熟,存在原材料、设备成本高,加工时间较长等缺点,导致对成品质量要求不高的企业不会优先选择数字成型技术。随着数字成型技术日趋成熟与普及,加工成本与工期也会得以降低,数字成型技术的市场前景广阔。

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