摘要：随着科技的快速发展，仅凭经验直觉来进行的陶瓷设计越来越无法跟上当今产品的更迭速度和满足高度个性化的陶瓷需求。新技术带来了新的陶瓷设计与生产方式的变革，这种变革直接提高了陶瓷设计与生产的效率。虽然陶瓷设计已经加入了计算机辅助设计，但今天如何融入Free Form触觉式设计系统、逆向工程、3D打印等高新技术需要更深入的研究。
关键词：陶瓷设计 逆向工程 3D打印 快速成型
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2018）06-0122-02
引言
设计是一种有目的、有意识的造物活动，起源可以追溯到人类首次使用工具。设计作为协调人与自然、人与人、人与物和谐相处的一种方式应用在各类产品设计当中。其中，陶瓷设计一直沿用传统的制作流程，练泥、拉坯、印坯、利坯、晒坯、刻花、施釉、烧窑、模种制作、模具制作、模具干燥、倒浆等。这些工艺耗费了大量的时间、人力、精力，一款全新的陶瓷产品需要经过十几天甚至一个月的时间来制作，越来越无法适应当今陶瓷更新换代的速度。然而通过与科技结合，使用全新的设计方法，可以将这个过程缩短几十倍，创造一款全新的陶瓷产品甚至十几分钟就可以完成，大大缩短了产品开发周期，减少了开发成本。传统陶瓷设计在当今社会承受着科技的巨大冲击。
設计一词从日语转译而来，口语最初译“设计”为“图案”。“图”指意图，“案”既方案。因此，陶瓷设计是根据人的需求来进行的陶瓷创造的过程与方式。
传统陶瓷设计存在巨大缺陷。以达到批量生产制作模具的陶瓷设计为例，需要以下步骤：（一）在纸上构思，设计草图，绘制三视图，标注尺寸，在完全无误的情况下进入下个程序。（二）制作模种，通过对石膏的分割、打磨，大致达到设计草图效果，无法精确复制。（三）制作模具，通过模种制作模具，并将模具放在阳光下进行晾晒，模具完全晾干需要数天，如遇阴天下雨，时间会顺延。（四）将泥浆倒入模具内，倒出泥坯，通过晾晒等泥坯干燥，需要数天时间。（五）对泥坯进行修坯，将边角开模线打磨修整。（六）对修好的泥坯上釉烧制。通过对上述陶瓷设计传统方法的概述，设计制作一件新款的陶瓷产品在一切顺利的条件下，需要至少15天左右的时间。如果遇到阴雨天气，那么时间会更长。这种设计周期在当今日新月异的市场潮流中，无法满足快速设计制作产品的需求。一个月的设计周期往往错失了很多市场机遇。改变陶瓷设计的周期，满足市场快速更迭的产品与小批量个性化定制的陶瓷产品需要融入现代科技。
一、FreeForm触觉式设计系统在陶瓷设计中的应用。
随着陶瓷设计的快速发展，目前已有了很多计算机辅助设计融入其中，但限制于传统工艺，只有计算机CAD模型对陶瓷设计生产的周期没有明显改变。FreeForm触觉式设计系统已经成为最前沿的陶瓷设计系统，（如图1）直接颠覆了传统意义上的陶瓷设计与建模方式。
（一）FreeForm触觉式设计系统应用到陶瓷设计的软件和硬件条件。
FreeForm触觉式设计系统是目前世界第一套能够让设计师在电脑上利用触觉就能完成3D模型设计与建构的计算机辅助设计系统。由美国麻省理工学院研发，具有一套虚拟力反馈交互技术，通过电子雕刻笔PHANTOM对电脑模型进行修改制作，得到虚拟的力反馈，模拟现实中的雕刻行为与动作，获得真实的体验。FreeForm触觉雕刻，可实现任意形态的模型制作，使设计师更加直观、清晰的对作品进行修改，尤其是对纹样图案雕刻复杂多阶曲面的制作效率有显著提高。FreeForm有别于传统的计算机建模技术，将人机交互方式由计算机视觉交互转变为视觉、触觉交互，更加符合现实世界的交互方式，使设计师制作时更加直观地感受模型形态与曲面变化。
（二）FreeForm触觉式设计系统在陶瓷设计中的优势与应用。
以陶瓷设计中的浮雕为例：传统的设计工艺只能在现实生活中的泥坯上进行绘画，通过刻刀对勾画出的图案进行雕刻、打磨。传统方式有致命缺陷，在制作过程中产生的错误很难进行修改，力度的变化容易将坯体破坏，从而导致设计作品功亏一篑。FreeForm可以完美地规避这一问题，相对于传统的雕刻模式，引入了FreeForm触觉式设计系统可以修复错误和提高效率。首先，在计算机中生成坯体模型，通过计算机处理，将要雕刻的平面图案环绕在坯体表面，通过明暗变化，将现实中的雕刻复制在计算机当中。其次，在制作过程中，出现错误和力度失衡，只需简单地返回操作，即可修复错误步骤。最后，通过需要雕刻的平面图案，将其转化为灰度图，覆盖模型表面，可直接在计算机生成雕刻效果，通过FreeForm的细微修整，可以大大减少设计时间，提高设计效率。计算机雕刻的模型与快速成型技术结合，可将计算机中的模型在现实中快速生成。FreeForm在陶瓷设计中有着得天独厚的优势。
二、逆向工程在陶瓷设计中的应用。
逆向工程（Reverse Engineering）也称为反向工程，是80年代初才开始发展的一项新技术，最简单的一种定义为：从实物到计算机CAD模型。
传统的产品设计模式为通过计算机CAD模型，生成实物产品，这种开发模式被称为“正向工程”。而陶瓷设计生产过程中，很多复杂的产品无法通过正向工程完成设计，因此，逆向工程成为陶瓷设计产品研发的重要方式。
（一）逆向工程扫描模型原理。
逆向工程通过对现有产品进行三维扫描，在计算机中生成CAD数据模型，通过计算机建模软件或FreeForm触觉式设计系统对CAD模型进行修改完善，二次设计创新，改变现有产品的不足，结合快速成型技术，将二次设计的模型快速生成实物模型，制作打样后满足市场需求。以非接触式扫描仪为例，由线发射器和发光二级管产生线激光投射到需要采集的模型表面，激光产生红色射线，并在物体表面进行反射，通过一次反射，CCD图像传感器接收光数据信号，随着物体表面形态的变化，反射角度随之发生变化。在收集完整的光信号的数据集合后，从而形成一个完整的三维数据点计算机CAD模型。