3D打印技术在中国传统家具模型开发中的应用研究

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　　摘 要：3D打印技术是当前一种十分流行且技术先进的快速成型技术，其迅猛发展已经涉猎各个行业领域。本文探讨了3D打印技术在中国传统家具领域中的应用现状与优势，阐述了中国传统家具模型开发的必然性，通过以圈椅为例的3D打印技术的应用实践分析提出3D打印技术成为家具产业的必然趋势。
　　关键词：3D打印技术;中国传统家具模型;研究开发;技术应用;圈椅
　　中国传统家具拥有古典美且蕴含中华文明深邃价值，是为中国人所指的骄傲的文化遗产。其工艺精湛、美感独特，其中以明清家具最为盛名，是中国古典家具的巅峰之作。如今，为了满足许多收藏家、古文化爱好者以及高校教学的需求，中国传统古典家具模型的开发与文化传承产业已成为热门，对该领域的全新探索是现代技术与古代传统文化的融合与智慧结晶。
　　1 3D打印技术概述
　　1.1 3D打印技术内涵
　　3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，利用粉末状金属、塑料等可粘合材料来实施逐层打印方式最终构造生成物体。如今该技术被广泛的运用于一些产品的直接生产制造中，例如工业零部件、建筑工程、建筑装饰工程、家具设计、教育等行业领域。
　　1.2 3D打印技术的应用现状及优势
　　根据我国前瞻产业研究院《2018～2023年全球3D产业市场前瞻与投资战略規划分析报告》相关数据显示，3D打印技术的发展目前严重依赖于技术进步与突破。就目前来看全球3D打印技术体系中最受欢迎的技术应该为FDM技术，它占到整个平台总收入的63.9%，而像SLA+DLP技术则以18.1%占据平台总收入的第二位。以本文的主题为例，3D打印技术在中国家具行业的规模发展以及现有科学技术发展成果还是有目共睹的，它为我国家具市场带来了本质性变化，特别是满足了大量消费者的个性化及多样化需求。
　　从3D打印目前所表现出的技术内容来看，它的技术优势很多，因为它融合了传统建模技术、自动控制技术以及诸多新材料前沿技术等，科技应用价值极高。而目前3D打印技术是最为推崇成型工艺的应用，例如立体固化成型技术、三维印刷成型技术、激光烧结成型技术、融化沉积成型技术等。这些成型工艺技术从产品制造到生产成型所用的周期非常之短，且可实现大批量生产，其生产方式个性化、定制化能力也很强，恰好适合生产制作中国传统家具模型，技术应用方式相当灵活。[1]
　　2 中国传统家具模型开发的必然性
　　2.1 中国传统家具模型的基本内涵
　　家具模型属于家具文化传播中的一种创新途径，简单理解它就是一种代表中国传统家具文化的工艺品和教学用具，如果从宏观角度来看它还可被理解为我国传统家具文化传播的重要载体。在2005年法国设计师Patrick Jouin就与Materialise公司合作并设计制造了“Solid系列家具模型”。其中利用到了立体光刻技术专门制造Solid C2座椅与OneShot折叠椅，受到业界的一致好评。
　　2.2 家具模型开发的市场优势
　　中国传统家具模型开发在教育领域以及经济市场中都颇受关注。除高校专业教学运用以外众多大众木工爱好者专门借助各种专业网站发布、学习和分享有关中国传统家具模型的技术资料，深度研究3D打印技术中的诸多细节。对中国传统家具模型尺寸按照实物大小进行等比缩小，采用珍贵实木材料进行加工制作，最终将制作出的精美中国传统家具模型推送到电商平台中，满足市场消费者需求，发挥经济价值。
　　3 3D打印技术在家具模型中的开发应用
　　3.1 国外3D打印技术开发应用分析
　　国外3D打印技术开发应用较早且较为成熟，其细分工艺非常到位，且未来主流发展方向以金属打印为核心。现在国外利用3D打印技术制作家具产品与模型主要面向家具定制化服务领域和高校专业研究领域。
　　目前，市场上所涉及的3D打印技术种类繁多。像SLA、DLP等光聚合成型技术，其成型过程的自动化程度相当之高，且能够制作质量极佳的造型，但成型件多为树脂类，在强度、刚度与耐热性方面表现有限，不利于长期保存，通过该技术可用作一些临时使用的简易家具模型。而三维喷绘打印技术则是利用微喷射原理，按照一定路径逐层打印堆积成型。该技术虽然类似于平面打印，但它的形成截面轮廓更加立体化，在经过合格处理后可获得质量较高的成形制件。
　　美国最为著名的Donghia，Inc.公司专门利用3D打印技术制作Donghia先生生前所遗留下的优秀作品，为专门顾客提供高端的定制与质感体验。产品包括沙发、餐桌、椅子等微型复制模型，风格简单却并不廉价。这些模型常用由黑白两色的PLA材料制作而成，每一件作品在3D打印完成后再通过手工拼接与细节处理，每一件作品均要花费5-7个小时制作完成，力求营造奢华之感，可见他们的用心之处。
　　3.2 国内3D打印技术开发应用分析
　　国内3D打印技术开发应用在中国传统家具与模型制作领域也逐渐普及，家具产品开发的传统模式包括“概念开发、图纸设计、人工产品打样、人工产品生产”等主要阶段。其制作时间与成本较高，而当今国内主流的家具设计公司在产品设计与开发中早已融入了3D打印技术，其优化后的制作流程包括“概念开发、3D配套软件信息建模、3D打印产品、着色处理、产品细加工”等主要阶段。设计师通过3D配套软件绘制三维信息模型并很快的将作品打印出实物模型，这种流程对于家具产品的优化设计具有飞跃式的提高，不仅打破了传统模式下家具作品设计完成后只能通过方案图纸表现的窘境，
　　同时让设计师在第一时间更为直观的观察与分析自己的家具作品，加快方案与制作时间的同时节省成本与开支。而后续的上色、喷漆、产品细加工等过程都因此变得更为轻松与实效，[2]最大程度上实现产品与方案的一致性。
　　4 3D打印技术的应用实践
　　圈椅是中国传统家具的代表之一，针对它的家具模型建模与制作应该遵循以下开发制作流程“比例尺度确定→计算机辅助设计→生成G-code文件→3D打印实物→模型后期处理”。其中圈椅的比例尺度的确定尤为重要，设计师需结合圈椅相对稳定的尺寸、比例与造型对其整体和局部进行细致方案设计与3D建模，尤其要注意圈椅的副手与椅腿的倾斜角度，从而保证它稳定的承受力。考虑到像圈椅这样的中国传统家具无法测绘，因此，在制作前期可运用目前3D打印中先进的三维扫描设备对其实物进行立体扫描，采集家具表面的三维点云数据，再通过逆向扫描技术生成数字模型，结合云数据拟合曲面，最终获得家具实体数字模型，完成其从家具实体到家具数字模型的成功转化。
　　在进行生成G-mode文件中，打印控制并生成最终家具数字模型。由于圈椅本身结构复杂且悬空位置颇多，支撑结构难以有效把握，所以可以采用PLA聚乳酸打印耗材，通过它的可再生、可降解热塑性材料特性在打印机风扇的配合下快速固化生成模型，如此便能相对容易的生成成品的家具模型。[3]
　　5 总结
　　3D打印技术在传统家具模型中的开发应用颇为广泛，如本文所述，它的技术应用便捷快速且技术过程严谨，将来必然成为家具生产领域的重要核心技术，最大化发挥其现代科学技术的功能作用。
　　参考文献：
　　[1]王琛，郁舒兰，刘玮.3D打印技术在古典家具模型开发中的应用[J].中国科技信息，2015（18）：73.
　　[2]范伟，邹芸鹂.3D打印技术在传统民间家具形态中的数字化保护[J].家具与室内装饰，2015（9）：52-53.
　　[3]付航，李鹏，陶毓博.3D打印技术在圈椅模型开发中的应用[J].木材工业，2017（2）：53-56.
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