3D 打印与《首饰工艺制作》课程教学的结合与探讨

曹超婵

3D 打印与《首饰工艺制作》课程教学的结合与探讨

曹超婵

随着 3D 打印技术的愈发成熟，新的理念将逐渐改变传统的生产和生活方式。目前，不少高校也逐步引进 3D 打印设备及其新的生产理念服务于教学，提升教与学的与时俱进，缩小与社会人才需求的差距，对教学来说是一个机遇也是一个挑战。

3D 打印技术 首饰工艺制作 实验教学

一、3D 打印的概述

1.3D 打印技术的原理

3D 打印技术，又称“三维打印技术”，即快速成型技术的一种，是指通过可以“打印”出真实物体的 3D 打印机，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成 3D 实体。包括“快速原型制造技术”和“金属构件直接制造技术”两大类。目前我们所了解的 3D 打印成果和案例大多属于“快速原型制造技术”范畴。

2.3D 打印技术的现状

随着 3D 打印技术的不断成熟，3D 打印被广泛地运用于多个领域。在工业制造领域，应用于理念设计、产品制作和验证评审；在建筑工程领域，应用于建筑工程和施工模拟；在生物医疗领域，应用于人造骨骼、皮肤、血管甚至是器官的制作；在消费品领域，应用于衣帽、鞋类、玩具、首饰的设计和制造。

在高校教学上，我国3D打印研发机构主要集中在清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、西安交通大学、西北工业大学、浙江工业大学等著名高校，除了应用于学术研究外，也面向产业需求提供共享服务，部分研究成果已处于世界先进水平。

在设计应用上，2013年的巴黎时装周，设计师 Iris van Herpen 上演了一场 3D 打印时装秀，让冰冷的打印机代替充满艺术灵感之美的钉珠刺绣；纽约著名策展人莫里．摩斯（Murray Moss）策划了一个关于“3D 打印”物品的特别展，在维多利亚和阿尔伯特博物馆展出。

3.3D 打印技术在首饰行业的应用

（1）3D 快速成型技术

快速成型技术是在计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、激光技术和新材料的基础上发展起来的一种新的制造技术。它是一种具有广泛应用前景的、正在不断完善的高新技术，在发达国家的首饰制造业，快速成型已成为原型制造的重要生产方式。

首饰快速成型制作原版与传统手工起版相比，在多方面有突出的优势：在时间上，传统手工起版需要培养熟练工 3-4年时间，而快速制版需要半年左右；在款式上，快速制版在完成首版前可运用电脑制作多种材质的效果图；在数量上，快速制版可一次同时成型多个模型；在材质上，快速制版可运用蜡、树脂、金属等。

（2）首饰行业主要采用的快速成型方法

目前，在首饰制造业界已经实现商业用途的快速成型设备主要有三类：一是融积成型；二是激光固化成型；三是 CNC 雕刻成型。

喷蜡式 FDM 法融积成型：该方法采取喷射凝固式，使喷头喷出的液态蜡层堆积成型，典型的设备有美国 Solidscape Inc.生产的喷蜡式立体成型系统。

SLA 光敏树脂选择性固化成型：该方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，其特点是精度高、表面质量好、原材料利用率高，能成型形状复杂、精细的首饰原型，缺点是设备价格昂贵，而且必须采用专用树脂，成型材料价格一般较昂贵。

CNC 数控雕刻机：小型的 CNC 数控雕刻机也逐渐应用于首饰行业的快速成型，也是小型企业自制模具时考虑的首选。该设备既可用树脂、塑料、蜡型材加工，也可直接加工金属材料；擅长加工各种异型构造面，可加工非常复杂的立体轮廓和纹理。

二、3D 打印技术在《首饰工艺制作》课程教学中的应用

1.《首饰工艺制作》课程分析

课程中文名称：首饰工艺制作

课程类别与性质：专业必修课

总学时：64学时（其中讲课与示范 12学时，实践 42学时，讨论4学时，资料收集6学时）

学 分：4

《首饰工艺制作》课程内容

先修课程：《金属锻造》、《首饰设计构思》

面向对象：服装与服饰设计专业，大学三年级第 5学期

本课程是服装与服饰设计专业(服饰品设计)方向学生的专业模块必修课，是首饰设计系列基础课程的延伸。本课程要求教师以讲解理论要领和结合实际操作等方式进行授课，学生通过学习在了解专业理论的基础上应用首饰制作的工艺、结合首饰设计的构思方法，完成首饰的制作，达到课程训练的目标。

考核方式：本课程总成绩由平时成绩（40%） 及期末成绩（60%）组成。

2.3D 打印技术与《首饰工艺制作》课程教学的结合

近年来的教学中，首饰设计通过三个阶段达到学习目的：发现观察阶段、主题设计阶段、形态转化阶段，前沿课程《金属锻造》熟悉基础工艺制作简单的首饰成品，《首饰设计构思》完成发现观察阶段和主题设计阶段，《首饰工艺制作》完成形态转化阶段：传统的教学方式是通过焊接，雕蜡，翻模等基本方法，使学生掌握首饰工艺制作的步骤制作成品，但作品较为单一，在设计思维上空间感较弱，教学成果不够丰富。以下内容主要在本课程第四章节系列首饰制作中实验。

（1）系列首饰制作的材料转化

首饰材料在教学中主要分为传统首饰材质（贵金属金银铜等），现代首饰材质（木材、玻璃等）。3D 打印设备通过不同的型号，运用不同的材料（粉末、树脂、金属等），制作不同效果的首饰作品。在首饰制作中普遍运用树脂材质打印出的效果较佳，即SLA 光敏树脂型打印设备。

（2）系列首饰制作的工艺转化

在本课程上将学生分成 4个小组，每个小组 6位学生，因为设备、材料、成本、师资的限制，只选择其中感兴趣的一组学生进行学习与实验，其他学生按传统的教学模式制作成果。首先，通过对建模软件 Jewel CAD 的学习，掌握首饰设计的技巧完成最终的设计方案；其次，掌握 3D 打印设备的各项程序；最后，学生将自己设计的方案直接打印出来，根据实物进行创意及功能结构的分析检测，发现问题进行修改，形成设计、打印、修改、再打印的过程，直到最后方案确定。与 3D 打印技术相结合的教学通过不同的工艺过程产生了不同的教学效果，学生从传统的锻造工艺直接切换到电脑软件的成品打印，省去了手工工艺的制作过程，对新技术的运用也有了新的了解，对首饰的精细化制作也有了更为直观的空间感受。

（3）系列首饰制作的细节转化

学生运用 3D 打印技术制作首饰成品，选择更为精细化的树脂材料完善设计作品的细节设计，也是首饰作品的后处理与评价反思。

3.3D 打印技术对首饰实验教学的影响

（1）拓展学生思维空间，提升学生创新能力，实现学生设计的多样化

按照3D打印一次成型的原理，打破了传统制造的局限性，只要学生能展开设计思维，把创意转化成三维数据模型，均可通过 3D 打印机制造出立体实物，缩短创意与成品之间的距离，提高学生的创意思维能力，实现传统设计模式之外的多样化表现。

（2）加强学生多学科知识学习，增加学生就业机会

首饰设计是一门艺术与技术高度交叉、自然科学与社会科学有机结合的学科，3D 打印是一项集光学工程、机械设计、计算机技术、材料科学一体的技术，不丰富学生多学科、多门类知识，加强学生对于首饰设计专业的综合掌握，而社会正需要这样的综合型人才。

（3）提升教师的自主学习能力，推动产学研教学发展

教师的不断学习是教学质量的保证，高校也将鼓励与促进教师教学业务水平的提高，使学生接触真实的企业项目，增强学生实际设计能力，推动高校首饰设计实验教学产学研的发展。

4.3D 打印技术对首饰教学的局限及措施

（1）成本昂贵：现有 3D 打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。（2）打印材料局限性：目前 3D 打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型材料的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。（3）精度有待提高：目前 3D 打印的效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在冲突。（4）产业风险大：3D 打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。（5）教学应用不成熟：各类高校对于 3D 打印设备的使用都处于一个摸索阶段，因此在技术交流与成果展示方面还没有形成的教学氛围，不利于高校首饰教学水平的交流与提升。

三、结语

就目前 3D 打印性能而言，不同型号、不同类别的 3D 打印机使用不同的材料，采用不同加工工艺，打印出的产品也大不相同，因此，高校采购的一台 3D 打印设备对于首饰设计专业教学、产学研需求有一定的局限。另外、我国多数企业尚未接受 3D 打印的制造理念，对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足，与学校开展科研项目还存有顾虑，导致学校的 3D 打印机还处在部分学生的课外兴趣研究层面。这既需要 3D 打印研发机构改进3D 打印技术，也需要高校加强 3D 打印产学研机制的完善，更需要政府、企业、学校三位一体共同努力。

[1]王忠宏等．中国 3D打印产业的现状及发展思路［J］.经济纵横，2013(1).

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[3]荣烈润.面向 21世纪的激光快速成形技术[J].机电一体化，2001(4).

[4]刘红俐，花国然，罗新华.国内外快速成型技术的新发展与展望[J].南通工学院学报（自然科学版），2002(3).

作者单位：浙江理工大学