李小東 熊壯 蘭希 俞朝暉

隨著時(shí)代的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、文化藝術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、文物保護(hù)及教育教學(xué)等諸多領(lǐng)域。在全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的今天，人們的生活水平不斷提高，物質(zhì)生活普遍得到滿足，對(duì)文化藝術(shù)的精神需求越來(lái)越大，而3D打印技術(shù)作為一種新的技術(shù)手段，在文化藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)文化藝術(shù)的諸多方面都產(chǎn)生著影響。無(wú)論是諸如雕塑作品、陶瓷藝術(shù)等制作工藝的變革，諸如在建筑景觀設(shè)計(jì)、高保真油畫復(fù)制技術(shù)，文物保護(hù)復(fù)制等方面，都能發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)的身影，它的作用越來(lái)越不容被忽視， 3D打印技術(shù)將是文化藝術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢(shì)。

3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印技術(shù)可以分為FDM熔融層積成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)。不同于平面打印是將墨水噴在平面的紙張或者載體上，3D打印技術(shù)采取逐層疊加的方式把原材料進(jìn)行組合加工，是基于三維模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造方式。3D打印生產(chǎn)的具體流程為：首先使用計(jì)算機(jī)的相關(guān)建模軟件設(shè)計(jì)出要打印的立體模型，再由成型設(shè)備，經(jīng)過絲化、粉末化以及液化等工藝將材料堆疊打印出所需的產(chǎn)品。

雕塑藝術(shù)

傳統(tǒng)的雕塑設(shè)計(jì)的制作過程復(fù)雜、耗時(shí)、費(fèi)力，對(duì)于大型或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雕塑設(shè)計(jì)，需要經(jīng)過概念化設(shè)計(jì)、平面化設(shè)計(jì)、泥稿制作、后期調(diào)校、施工制作等諸多環(huán)節(jié)。借助3D打印技術(shù)，可以節(jié)約人力物力，設(shè)計(jì)師可以獨(dú)立的完成雕塑設(shè)計(jì)過程中的諸多環(huán)節(jié)，例如，借助電腦和高精度的SLA 3D打印機(jī)，設(shè)計(jì)師可以通過SLA 3D打印機(jī)將計(jì)算機(jī)中生成的虛擬的模型打印成體積不同的實(shí)體模型，滿足不同需求。

現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)

隨著數(shù)字化、信息化的生產(chǎn)制造技術(shù)的興起，陶瓷藝術(shù)開始與現(xiàn)代科技相融合。從國(guó)際當(dāng)代陶瓷藝術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)分析，3D打印技術(shù)將是當(dāng)代陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)未來(lái)發(fā)張的一種趨勢(shì)和可能。在傳統(tǒng)的陶瓷藝術(shù)當(dāng)中，技藝和技術(shù)在很大程度上左右作品的優(yōu)劣。通過3D打印技術(shù)與藝術(shù)的融合，可以使得藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師們?cè)趧?chuàng)作上突破工藝技巧的限制而獲得更大的創(chuàng)作自由。2014年臺(tái)灣的大型國(guó)際陶藝專業(yè)性展覽“臺(tái)灣國(guó)際陶藝雙年展”提出了“3D打印和電腦數(shù)控陶藝”這一論題，成為現(xiàn)代陶藝界發(fā)展的一大分支。3D打印技術(shù)以其高效的成型效率、精準(zhǔn)的塑形技術(shù)和簡(jiǎn)便的操作等優(yōu)點(diǎn)，通過陶瓷材料可以很自然的被使用到陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)作當(dāng)中。3D打印技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)中，需要先在電腦中建立完整的模型數(shù)據(jù)，然后由數(shù)據(jù)控制進(jìn)行作品制作，即先設(shè)計(jì)完整的陶瓷藝術(shù)作品的三維立體效果圖，然后通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)將打印材料逐層打印成實(shí)體作品。

目前可用于陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)的3D打印技術(shù)有3類：一是通過立體光固化技術(shù)；二是液態(tài)沉積型3D打印技術(shù)；三是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。立體光固化技術(shù)常將具有無(wú)毒無(wú)味、產(chǎn)品光滑度高、初性好等特性光敏樹脂作為聚合物材料，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)率先引入SLA立體光固化3D打印機(jī)，它具有打印材料成本低，打印成品細(xì)節(jié)較為精細(xì)、制作周期短、操作方便等特點(diǎn)；液態(tài)沉積型3D打印陶瓷泥漿技術(shù)可以通過作品需求調(diào)配不同黏稠度的泥漿，意大利3D打印機(jī)生產(chǎn)商WASP公司推出了一款?？谟糜谔沾刹牧系臄D出機(jī)LDM（Liquid Deposit Modeling）， 該3D打印機(jī)制作原理較為簡(jiǎn)單，打印材料成本低，并且可以根據(jù)需要改變泥漿顏色等屬性，打印出不同需求的作品；選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用材料是陶瓷粉末與樹脂的混合材料。工作時(shí)將陶瓷材料粉末鋪灑在工作區(qū)域并刮平，用高強(qiáng)度的激光器在剛鋪的材料層上掃描出模型截面，材料粉末中的樹脂材料在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，同時(shí)起到粘合固定陶瓷粉末材料的作用，得到作品的截面，并與下面己成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)下層截面。西英格蘭大學(xué)開發(fā)出一種改進(jìn)型3D打印陶瓷技術(shù)。這種技術(shù)適用于具有復(fù)雜裝飾的陶瓷餐具或陶瓷藝術(shù)作品的制作，他們的設(shè)計(jì)人員就利用它成功打印出色澤溫潤(rùn)的有凸起型裝飾圖案的陶瓷餐具。其特點(diǎn)在于根據(jù)CAD數(shù)據(jù)直接進(jìn)行打印、上釉，并可以承受1200℃的高溫?zé)啤?/p>

建筑景觀設(shè)計(jì)

在建筑景觀設(shè)計(jì)方面，3D打印技術(shù)也早有滲透，在設(shè)計(jì)方案修改、針對(duì)客戶的個(gè)性化設(shè)計(jì)及市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的多變環(huán)境中，設(shè)計(jì)師可以利用3D打印技術(shù)快速打印出模型，面對(duì)實(shí)體比例模型進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)、推敲，甚至可以借此分析設(shè)計(jì)的物理結(jié)構(gòu)方面的屬性。設(shè)計(jì)師通過3ds max軟件制作完整的建筑物、道路、公共設(shè)施、植物花卉等元素的三維模型，通過3D打印技術(shù)打印出模型，這些模型可以幫助設(shè)計(jì)師對(duì)設(shè)計(jì)作品作出理性、完善的判斷，同樣可以借此與非專業(yè)的客戶進(jìn)行更進(jìn)一步的溝通交流。

油畫作品高保真復(fù)制

目前油畫高保真復(fù)制主要有手工臨摹和印刷復(fù)制兩種方法。手工臨摹由于是使用油畫顏料作畫，具有真實(shí)的立體觀感，觸感，但作畫時(shí)間長(zhǎng)，成畫質(zhì)量在很大程度上受作畫人員水平的限制。連文華在2007年提出通過藝術(shù)微噴的方式，在油畫布上進(jìn)行噴墨打印油畫，實(shí)現(xiàn)了具有油畫布紋理背景的油畫復(fù)制品制作，具有較為真實(shí)視覺效果；趙志在2010年著重于從色彩管理角度去實(shí)現(xiàn)藝術(shù)書畫的高保真復(fù)制角度研究了書畫藝術(shù)品從掃描、色彩管理到打印的全流程；劉安寧在2002年概括了絲網(wǎng)印刷復(fù)制油畫的方法，通過絲網(wǎng)印刷復(fù)制油畫可以實(shí)現(xiàn)一定的立體效果，復(fù)制品質(zhì)量更高，更接近原稿。在國(guó)外，針對(duì)油畫作品高保真度復(fù)制提出了諸多專利，如《在織物上通過絲網(wǎng)印刷制作仿真油畫的方法》（CN 1155479A）、《一種復(fù)制油畫新工藝》（CN 1236711A）、《一種浮雕油畫及其制作方法》（CN 1436671A）、專利《一種表面具有立體感的油畫制作方法》（CN 103332095A）等。

膠印及數(shù)字印刷技術(shù)雖可以從視覺上實(shí)現(xiàn)油畫高保真復(fù)制，但不能從觸覺上實(shí)現(xiàn)；絲網(wǎng)印刷無(wú)法實(shí)現(xiàn)與原畫一致的顏料凹凸高度復(fù)制；顏料厚度補(bǔ)償法也無(wú)法實(shí)現(xiàn)與原畫一致的筆觸厚度，且過程繁瑣。針對(duì)目前油畫高保真復(fù)制這系列問題，3D打印技術(shù)可以彌補(bǔ)目前在油畫印刷復(fù)制領(lǐng)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)立體復(fù)制的不足?；?D打印的流程與原理，對(duì)油畫原稿表面立體形貌進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，獲取到油畫的彩色三維點(diǎn)云模型，實(shí)現(xiàn)油畫的三維數(shù)字化。并對(duì)三維模型進(jìn)行3D打印預(yù)處理，包括分層切片處理、輪廓線提取以及截面格式的轉(zhuǎn)換，以滿足UV-LED噴墨打印機(jī)打印需求。使用UV-LED打印機(jī)疊加打印每層矢量化數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)油畫的立體復(fù)制。

將3D打印技術(shù)用在油畫復(fù)制領(lǐng)域，開創(chuàng)了一種新的高保真復(fù)制途徑，并且有針對(duì)性的解決了目前油畫高保真復(fù)制難以克服的技術(shù)問題，不僅實(shí)現(xiàn)了從色彩紋理上，而且從顏料厚度上對(duì)油畫作品進(jìn)行數(shù)字化與高保真復(fù)制。通過三維掃描和3D打印技術(shù)，精確的獲取到油畫表面立體起伏特征數(shù)據(jù)，再通過疊加打印的原理，復(fù)制出表面具有高低起伏感的油畫作品。既帶來(lái)了新的商業(yè)機(jī)遇，也促進(jìn)了3D打印技術(shù)的發(fā)展。

文物復(fù)制保護(hù)

3D打印技術(shù)在文物復(fù)制保護(hù)有著兩方面的作用，其一是文物數(shù)字修復(fù)，其二是文物成型打印復(fù)制。通過特殊的儀器如單位掃描儀等通過合適的方法將文物的形態(tài)、紋理、色彩、材質(zhì)等屬性進(jìn)行數(shù)字化，通過數(shù)字化的信息利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行三維立體建模，最后通過諸如ZBRUSH軟件等對(duì)不完整文物進(jìn)行數(shù)字修復(fù)，在計(jì)算機(jī)中將完整的文物形態(tài)展現(xiàn)出來(lái)。這種方法避免了常規(guī)修復(fù)過程中對(duì)文物帶來(lái)的二次傷害，還可以借助工業(yè)級(jí)的SLA高精度3D打印機(jī)將文物復(fù)制品打印出來(lái)，得到外觀屬性與原始文物相一致的實(shí)體模型。

大多數(shù)的文物皆具有不可再生性與較高的歷史價(jià)值，有效的保護(hù)文物一直是文物工作者們工作中的重要一項(xiàng)。隨著3D打印技術(shù)的不斷成熟，為文物保護(hù)修復(fù)工作帶來(lái)新的方法，3D打印技術(shù)開始應(yīng)用到相應(yīng)的文物保護(hù)修復(fù)工作。

哈佛大學(xué)閃族博物館（Semitic Museum） 的考古人員從位于伊拉克的古城約爾干 （Yorghan Tepe） 挖掘出一座廟宇遺跡。其中發(fā)掘出大量的3300年前被毀壞的珍寶，博物館的考古專家約瑟夫·格林 （Joseph Greene）利用三維掃描軟件和3D打印機(jī)，成功恢復(fù)了一只被打碎的陶質(zhì)獅子。他們先對(duì)每一塊碎片進(jìn)行三維掃描，并制作出三維模擬圖；然后將其拼接整合，做出原物的三維模擬圖；又將模擬圖與同他們發(fā)現(xiàn)的陶質(zhì)獅子進(jìn)行比對(duì)，將缺失部分以及支持結(jié)構(gòu)打印出來(lái)；然后按照每一碎片的位置，將碎片進(jìn)行粘接、做舊等處理進(jìn)行修復(fù)重塑。

隨著3D打印技術(shù)在文物保護(hù)修復(fù)工作上的不斷成功，以及3D打印技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)越多的人開始關(guān)注于3D打印在文物保護(hù)修復(fù)工作上的應(yīng)用。美國(guó)華盛頓的史密森尼博物院 （Smithsonian Institution）籌劃了用3D技術(shù)“克隆”古生物化石的計(jì)劃；英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（British Geological Survey）全面開放他們的化石數(shù)據(jù)庫(kù)，將其中收藏的300多萬(wàn)塊化石標(biāo)本全部進(jìn)行3D掃描，生成3D 打印文件；在陜西歷史博物館、四川廣漢三星堆博物館已先后將3D打印技術(shù)運(yùn)用于文物保護(hù)修復(fù)和三維數(shù)字檔案建設(shè)等工作中，相信在不長(zhǎng)的時(shí)期，會(huì)有更多的文博單位和科研機(jī)構(gòu)將3D打印技術(shù)大量用于文物保護(hù)修復(fù)工作，其運(yùn)用前景非常廣闊。

總結(jié)

3D打印技術(shù)給文化藝術(shù)帶來(lái)了新的活力，為雕塑藝術(shù)的創(chuàng)作提供了便利，推動(dòng)了現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)設(shè)計(jì)的發(fā)展，方便了建筑景觀設(shè)計(jì)，為高保真油畫復(fù)制提供了可能，給文物保護(hù)修復(fù)帶來(lái)了新的技術(shù)和方法。但同時(shí)3D打印技術(shù)在文化藝術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也引起了人們對(duì)于藝術(shù)審美和文化價(jià)值取向的思考，3D打印技術(shù)擴(kuò)展了文化藝術(shù)的表現(xiàn)形式和創(chuàng)作手法，但它與傳統(tǒng)的方式有著很大的差異，這種結(jié)合現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的文化藝術(shù)產(chǎn)物的藝術(shù)和價(jià)值評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)并沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。技術(shù)的發(fā)展是人類進(jìn)步的必然趨勢(shì)，文化藝術(shù)與技術(shù)的相融合也是必然的趨勢(shì)，如何有效地將新興技術(shù)融合到文化藝術(shù)當(dāng)中，促進(jìn)文化藝術(shù)的不斷向前發(fā)展是需要我們一起努力的。面對(duì)3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，充分利用其優(yōu)勢(shì)特性，結(jié)合豐富的人類文明，促進(jìn)技術(shù)和文化藝術(shù)的融合協(xié)調(diào)發(fā)展。

基金項(xiàng)目：東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院政校行企合作項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：政201801）

作者單位：東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院深圳市裕同包裝科技股份有限公司