陳 杰

（魯北技師學(xué)院，濱州 256600）

1 增材制造技術(shù)簡介

增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)的去除原材料機(jī)械加工技術(shù)不同，是一種融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）、材料加工與成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將專用的耗材通過擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化及噴射等方式逐層累加，制造出實(shí)體模型的制造技術(shù)[1]。它是一種“自下而上、從無到有”的制造方法，使得過去受傳統(tǒng)制造方式約束而無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡埽铱蓾M足個(gè)性化生產(chǎn)需求，近年來在航空工程、機(jī)械工程、建筑工程以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。按照成型工藝分為光固化成型、激光區(qū)燒結(jié)成型以及熔融沉積成型等。它的生產(chǎn)制造過程一般分為建立三維模型、分層切片、打印和后期處理4個(gè)階段[2]。

2 傳統(tǒng)農(nóng)具研究現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)農(nóng)具簡介

中國古代的農(nóng)耕文明燦爛輝煌，世代傳承的農(nóng)業(yè)技術(shù)不僅長期領(lǐng)先于世界，而且先進(jìn)農(nóng)業(yè)文化的廣泛傳播深刻影響了周邊國家。傳統(tǒng)農(nóng)具是農(nóng)耕文明的核心元素，是中國農(nóng)業(yè)文明發(fā)生、發(fā)展、進(jìn)步的重要見證。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)具替代了傳統(tǒng)農(nóng)具。當(dāng)下，國家科技興農(nóng)的方針政策使得農(nóng)機(jī)具快速實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、高效化、自動(dòng)化和智能化。調(diào)查顯示，只有像鋤頭、犁等簡單的傳統(tǒng)耕作農(nóng)具至今還有小面積耕作的部分農(nóng)戶使用，而一些工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的傳統(tǒng)加工農(nóng)具逐漸被淘汰。

以漁樵耕讀為代表的農(nóng)耕文明是千百年來漢民族生產(chǎn)生活的實(shí)踐總結(jié)，是華夏兒女以不同形式延續(xù)下來的精華濃縮并傳承至今的一種文化形態(tài)，所體現(xiàn)的精髓是傳統(tǒng)文化核心價(jià)值觀的重要精神資源。隨著歷史的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)農(nóng)具很多已被現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械替代。但是，每一種農(nóng)具在其設(shè)計(jì)發(fā)明及發(fā)展過程中都浸透著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的心血，凝聚著勞動(dòng)人民的智慧。

我國的傳統(tǒng)農(nóng)具具有適用性強(qiáng)、通用性廣、就地取材、結(jié)構(gòu)靈巧等特點(diǎn)，是我國勞動(dòng)人民智慧的結(jié)晶。傳統(tǒng)農(nóng)具集中反映了人的生存意志和能力，準(zhǔn)確傳達(dá)出勞動(dòng)人民的文化心態(tài)和審美追求，具有鮮明的時(shí)代性、地域性和民族特征，是最本原的活態(tài)文化。它的發(fā)展從制作材料、使用功能、動(dòng)力和機(jī)構(gòu)等方面經(jīng)歷了一個(gè)由簡單到復(fù)雜不斷豐富的過程。

我國古代農(nóng)具從舊石器到新石器，從石器到鐵（銅）器，從簡單工具到復(fù)雜的機(jī)械工具，每一次質(zhì)的轉(zhuǎn)變和飛躍，都有力推動(dòng)了社會(huì)變革和社會(huì)發(fā)展。農(nóng)具的發(fā)明和生產(chǎn)引發(fā)了一系列技術(shù)工藝和科學(xué)部門的產(chǎn)生和發(fā)展，因此被譽(yù)為當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的“測(cè)量儀”及生產(chǎn)關(guān)系的“儀器”[3]。傳統(tǒng)農(nóng)具代表著一個(gè)時(shí)代或一個(gè)地域的農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平，是農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)的重要組成部分。研究和保護(hù)傳統(tǒng)農(nóng)具是農(nóng)史研究和的農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)保護(hù)的重要內(nèi)容。

早在1961年就有學(xué)者指出，傳統(tǒng)農(nóng)具是我國人民經(jīng)營農(nóng)業(yè)的豐富經(jīng)驗(yàn)和高度智慧的集中體現(xiàn)，農(nóng)具中蘊(yùn)含著許多對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化具有理論意義和實(shí)踐意義的內(nèi)容，傳統(tǒng)農(nóng)具是創(chuàng)造適應(yīng)我國國情的農(nóng)業(yè)機(jī)械的寶貴基礎(chǔ)。我國的傳統(tǒng)農(nóng)具實(shí)物有的被收藏于全國各地的博物館，有的散落于民間。由于許多農(nóng)具藏品的材料為不易保存的竹、木等，而環(huán)境污染和人為破壞也給實(shí)物藏品的安全帶來了嚴(yán)重威脅，因此對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)具的研究和保護(hù)變得尤為重要。

2.2 濱州傳統(tǒng)農(nóng)具現(xiàn)狀

山東省濱州市地處黃河三角洲腹地，有著得天獨(dú)厚的自然條件，是華夏文明的發(fā)源地之一，有著獨(dú)具特色的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)具。當(dāng)?shù)貧夂虼杭靖珊刀囡L(fēng)，土壤水分易蒸發(fā)，自古以來人們一直想辦法從耕作上尋找解決的方法。從秦漢至南北朝時(shí)期，黃河中下游地區(qū)逐步形成了一套以耕—耙—耱（耢）為主的抗旱保墑技術(shù)。這是我國土壤耕作史上最杰出的創(chuàng)造之一，對(duì)應(yīng)于三項(xiàng)作業(yè)的農(nóng)具分別是犁、耙、耱[4]。這是一項(xiàng)技術(shù)，也是一代文明。這些農(nóng)具隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，在原先的自然村中基本消失，現(xiàn)存的部分傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)具也基本不再使用，但它們是農(nóng)具進(jìn)步史上的重大發(fā)明創(chuàng)造，也是傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的載體。

目前，濱州市文化館和魏氏旅莊園內(nèi)收藏有300多件傳統(tǒng)農(nóng)具，種類比較齊全，為傳統(tǒng)農(nóng)具展館建立提供了藏品信息源。本文通過查閱市志、市情資料等，發(fā)現(xiàn)目前并沒有專門對(duì)濱州地區(qū)的傳統(tǒng)農(nóng)具進(jìn)行研究論述。通過查閱中國傳統(tǒng)農(nóng)具文獻(xiàn)資料，可了解到傳統(tǒng)農(nóng)具的發(fā)展變革和作用甚至制作材料。通過文獻(xiàn)中的圖片資料只能了解其基本形狀，因圖中無尺寸標(biāo)注，故無法查閱到傳統(tǒng)農(nóng)具的具體尺寸。

調(diào)查研究過程中發(fā)現(xiàn)，濱州市文化館及魏氏莊園中的藏品及展品的論述以及保護(hù)這一文化遺產(chǎn)意義的論述，有圖片和美術(shù)作品甚至作為工藝品的微縮模型，但圖片和模型只能呈現(xiàn)其形狀和構(gòu)造，未標(biāo)注尺寸。因此，本文在原有的方式方法上，先對(duì)現(xiàn)存實(shí)物進(jìn)行拍攝、測(cè)量，后繪制二維工程圖，再運(yùn)用Inventor軟件繪制三維圖形，導(dǎo)出STL文件，在3D桌面打印軟件中進(jìn)行切片處理，最后運(yùn)用增材制造技術(shù)打印制作傳統(tǒng)農(nóng)具三維實(shí)體模型。這一操作將傳統(tǒng)農(nóng)具和現(xiàn)代化科技相結(jié)合，既可在一定程度上保護(hù)農(nóng)耕文明的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，又可為后續(xù)研究者提供借鑒。

3 傳統(tǒng)農(nóng)具展館的建立

傳統(tǒng)農(nóng)具多數(shù)是勞動(dòng)農(nóng)民在耕作過程中就地取材制造的，與現(xiàn)代化農(nóng)具相比并無統(tǒng)一的尺寸。稍大型的農(nóng)具如鐒、耠子、耬等除了幾個(gè)重要的尺寸基本一致外，有些尺寸甚至形狀也不盡相同，所以選擇了有代表性的繪制圖樣。一些小型手持農(nóng)具用圖片展示形狀，其大小用文字說明。通過文字查閱可以了解到農(nóng)具的功能、承襲沿用的歷史等。

3.1 傳統(tǒng)農(nóng)具展館的總體設(shè)計(jì)

3.1.1 傳統(tǒng)農(nóng)具展館展品范圍確定

古代我國農(nóng)具范圍廣泛，按用途可分為耕作農(nóng)具、運(yùn)輸農(nóng)具、灌溉農(nóng)具、加工農(nóng)具、桑蠶及紡織工具、畜牧及漁獵器械、勞動(dòng)保護(hù)工具等，還有部分儲(chǔ)存和用于副業(yè)的加工工具。本文根據(jù)濱州文化館與魏氏莊園內(nèi)傳統(tǒng)農(nóng)具展品，傳統(tǒng)農(nóng)具展館內(nèi)展品主要為耕作農(nóng)具和加工農(nóng)具。

3.1.2 展館類型確定和功能定位

按照相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)展館的分類及定義，建立的展館為專題性數(shù)字化與實(shí)體化并行展館。它的主要功能：一是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)具的永久收藏，以防從歷史中消失，是展館首要的功能；二是數(shù)字化展示，通過建立數(shù)字化模型，可向用戶提供數(shù)字化展示并進(jìn)行查閱相關(guān)信息，包括圖形、尺寸及使用和用途信息；三是實(shí)體模型展示，通過運(yùn)用增材制造技術(shù)制作傳統(tǒng)農(nóng)具模型，在展館內(nèi)展出，使用戶可直接觀看模型，并且后期可補(bǔ)充市文化館和魏氏莊園內(nèi)現(xiàn)存沒有的其他傳統(tǒng)農(nóng)具；四是科研和教育作用，展館內(nèi)現(xiàn)存農(nóng)具，經(jīng)過數(shù)字化和實(shí)體化模型的建立，可為后續(xù)的學(xué)術(shù)研究提供一定的借鑒。通過建立傳統(tǒng)農(nóng)具展館，不僅可供用戶查詢，也可為青少年兒童學(xué)習(xí)傳統(tǒng)農(nóng)具和了解璀璨的農(nóng)耕文明提供助益。

3.1.3 傳統(tǒng)農(nóng)具展館的組成

（1）數(shù)字化展區(qū)?？赏ㄟ^用戶系統(tǒng)界面進(jìn)行檢索和信息瀏覽，向用戶提供藏品的信息，包括農(nóng)具名稱、收藏信息、尺寸、材質(zhì)和用途等，并向他們展示三維模型，提供語言講解，同時(shí)可進(jìn)一步向熱愛農(nóng)具的研究人員提供藏品的詳細(xì)信息，包括藏品的征集信息、使用歷史、鑒定信息和二維工程圖等。

（2）實(shí)體模型展區(qū)。向用戶提供通過增材制造技術(shù)打印出的3D模型，讓用戶直觀體驗(yàn)真實(shí)的傳統(tǒng)農(nóng)具，并提供語音服務(wù)，用于普及傳統(tǒng)農(nóng)具相關(guān)知識(shí)。

（3）個(gè)性定制區(qū)。用戶可進(jìn)行個(gè)性化定制，包括農(nóng)具藏品、研究資料以及打印數(shù)字化3D傳統(tǒng)農(nóng)具模型，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)具展館的個(gè)性化服務(wù)，更好地弘揚(yáng)農(nóng)耕文化。

3.2 傳統(tǒng)農(nóng)具數(shù)字化展區(qū)的建立

用VB 6.0建立用戶界面系統(tǒng)，將建立的二維數(shù)字模型、三維數(shù)字模型以及解說信息通過程序錄入系統(tǒng)，供用戶檢索、瀏覽使用。

3.3 實(shí)體模型展區(qū)的建立

傳統(tǒng)耕作農(nóng)具有人力農(nóng)具和畜力農(nóng)具[5]。常用的人力農(nóng)具有鐵锨（挖土、鏟土、積肥）、木锨（揚(yáng)場(chǎng)）、榔頭（翻麥、翻草）、頭、鎬頭、鍘刀以及叉等，還有選種用的簸箕、篩子和運(yùn)輸用的背斗、擔(dān)筐以及手推車等。畜力農(nóng)具指的是用牛、馬牽引的農(nóng)具，如耠子、犁、耙、噸咕嚕以及耬等。本文以壓土保墑農(nóng)具碌碡為例，闡述傳統(tǒng)農(nóng)具模型的制作。

3.3.1 碌碡簡介

碌碡又稱“碌軸”，石制的圓柱形農(nóng)具，一端略大，一端略小，用來壓土平地、軋谷物等，在山東、陜西、山西、河南等農(nóng)村大量使用。在黃河三角洲地區(qū)，它主要用來壓土保墑和在打麥場(chǎng)或打谷場(chǎng)上碾軋收割后麥子或谷子脫粒，現(xiàn)在多數(shù)使用機(jī)器脫?；蛑苯邮褂寐?lián)合收割機(jī)，很少有使用碌碡脫粒的。

碌碡在《齊民要術(shù)》中稱為陸軸，唐代才稱碌碡。《王禎農(nóng)書》中記載道，碌碡長約三尺，大小不等，通常用原木和帶凹槽的圓石輥制成。一般選用花崗巖、石灰?guī)r或片麻巖等石材。石輥兩端中心分別鑿出小圓洞并裝上一個(gè)短軸，短軸鑲嵌在長方形外框的圓洞或凹槽內(nèi)。

木框是基本的碌碡配套工具，木工根據(jù)碌碡的通用規(guī)格，做好橫梁（2道）、邊梁（2道）、圓木銷子（2個(gè)），在邊梁上鑿長方形洞，榫接而成。碌碡分為人拉和畜拉兩種。

3.3.2 測(cè)繪生成二維圖形

關(guān)于中國傳統(tǒng)農(nóng)具的文獻(xiàn)資料，多見于博物館藏品或展品的論述以及保護(hù)這一文化遺產(chǎn)意義的論述，還有圖片和美術(shù)作品，目前還沒有見到關(guān)于傳統(tǒng)農(nóng)具工程圖樣的文獻(xiàn)。因此，本文對(duì)于這一傳統(tǒng)文化的保護(hù)創(chuàng)新了一種新的模式，既是傳承農(nóng)耕文化的重要舉措，更是保護(hù)本地區(qū)珍貴非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的具體實(shí)踐。

本文對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)具進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，采集照片、測(cè)量尺寸，并繪制二維工程圖，如圖1所示，將繪制圖形與拍攝圖片一起編制成圖冊(cè)，同時(shí)加入文字說明信息，錄制音頻講解信息，將信息錄入用戶界面系統(tǒng)。

3.3.3 運(yùn)用增材制造技術(shù)打印傳統(tǒng)農(nóng)具3D模型

增材制造技術(shù)具有成型速度快、節(jié)約原材料和時(shí)間、能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制等特點(diǎn)，因此在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文基于農(nóng)具二維工程圖繪制的基礎(chǔ)，進(jìn)一步用Inventor繪制三維圖形（如圖2所示），生成切片文件，設(shè)置適合的比例，最后打印實(shí)體模型。之后對(duì)模型進(jìn)行剪除支撐、去毛刺、上色等后期工藝處理（如圖3所示）。模型對(duì)濱州市傳統(tǒng)農(nóng)具進(jìn)行了有效還原和呈現(xiàn)，在實(shí)體展區(qū)內(nèi)展覽。本文使用的增材是PLA（聚乳酸），采用玉米淀粉制作的可降解再生材料，具有無毒、色彩鮮艷、易成型、強(qiáng)度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，但是精度偏低，在后期制作過程會(huì)引入陶瓷等高精度 耗材[6]。

3.4 個(gè)性定制區(qū)

根據(jù)客戶需求可定制展區(qū)內(nèi)的農(nóng)具模型，以供觀賞和研究，進(jìn)而傳播傳統(tǒng)農(nóng)具知識(shí)和農(nóng)耕文化。

4 結(jié)語

與濱州市文化館合作，通過實(shí)地調(diào)查，采集現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)器具照片，按照工程測(cè)繪的要求進(jìn)行實(shí)物測(cè)量，繪出傳統(tǒng)農(nóng)具工程圖，運(yùn)用增材制造技術(shù)制作實(shí)體模型，并查閱相關(guān)資料，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)具作出文字說明和語音講解，后運(yùn)用信息化手段生成供用戶查閱的數(shù)字化和實(shí)體模型展館。以此為載體既能展現(xiàn)濱州市傳統(tǒng)的農(nóng)耕文明，為后續(xù)研究者提供有效的借鑒，還有助于對(duì)青少年進(jìn)行傳統(tǒng)文化和農(nóng)耕文明的宣傳教育。