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激光雕刻技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用

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激光雕刻技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用

【內(nèi)容摘要】科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,與藝術(shù)創(chuàng)作的結(jié)合越來越緊密,先進(jìn)的高科技制造技術(shù)為藝術(shù)作品的實(shí)現(xiàn)助力,已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。文章通過高校多個(gè)藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)作對(duì)激光雕刻技術(shù)的需求,歸納出激光雕刻技術(shù)的“三階段”標(biāo)準(zhǔn)操作及流程,并通過實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)不同雕刻材料的加工特性以及激光雕刻設(shè)備的參數(shù)設(shè)置,以此提高激光雕刻技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的運(yùn)用效率。

【關(guān)鍵詞】激光雕刻藝術(shù)創(chuàng)作應(yīng)用研究

科藝融合是當(dāng)今跨學(xué)科協(xié)作的重要內(nèi)容,隨著文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)和深度發(fā)展、融合,各種高新科技數(shù)字化的加工手段層出不窮,從數(shù)控加工中心到高功率無間斷激光切割,再到增材制造的3D打印,以往從電腦上的海量創(chuàng)意模型變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)中有材質(zhì)、有觸感的實(shí)體模型的輸出路徑也在不斷拓寬并延伸。與此同時(shí),焦慮和質(zhì)疑也開始不斷涌現(xiàn),如何讓理論和實(shí)踐相對(duì)接、讓傳統(tǒng)和現(xiàn)代相融合、讓手工工藝與數(shù)字化加工手段相匹配、讓技術(shù)為藝術(shù)創(chuàng)作助力,是科藝融合實(shí)驗(yàn)課程改革的重中之重。作為科藝融合主要陣地的藝術(shù)類高校,中國(guó)美術(shù)學(xué)院通過實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的空間規(guī)劃、高科技設(shè)備的論證選型配置、實(shí)驗(yàn)師資團(tuán)隊(duì)的選拔培養(yǎng)、跨專業(yè)共享制度的確立等一系列工作,盡力為師生的藝術(shù)創(chuàng)作提供強(qiáng)而有力的科技后盾。其中,激光雕刻實(shí)驗(yàn)室作為數(shù)字化模型輸出實(shí)驗(yàn)室群的重要組成部分[1],與師生藝術(shù)創(chuàng)作的融合日趨緊密,設(shè)備使用率較高,在使用的過程中積累了一定量的數(shù)據(jù)和高效使用設(shè)備的方式和方法。

一、藝術(shù)創(chuàng)作對(duì)激光雕刻技術(shù)的需求

激光加工作為一種重要的多材質(zhì)加工技術(shù),最初應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。激光雕刻技術(shù)屬于激光加工的一種,是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或內(nèi)部,使材料氣化或發(fā)生其他物理變化,通過控制激光能量、光斑大小、運(yùn)動(dòng)軌跡和速度等參量使材料呈現(xiàn)出要求的圖形圖案[2]。由于其高效、便捷的操作和優(yōu)良的加工質(zhì)感,近些年來,在藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域也開始得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用[3]。中國(guó)美術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理部已經(jīng)建成完備的數(shù)字化模型加工實(shí)驗(yàn)室群,開設(shè)的激光雕刻實(shí)驗(yàn)課程近幾年來累計(jì)接待7個(gè)學(xué)院——繪畫藝術(shù)學(xué)院、雕塑與公共藝術(shù)學(xué)院、跨媒體藝術(shù)學(xué)院、設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院、手工藝術(shù)學(xué)院、影視與動(dòng)畫藝術(shù)學(xué)院、建筑藝術(shù)學(xué)院;17個(gè)專業(yè)系別的師生,包括版畫系、公共空間藝術(shù)系、纖維藝術(shù)系、實(shí)驗(yàn)藝術(shù)系、平面設(shè)計(jì)系、染織與服裝設(shè)計(jì)系、工業(yè)設(shè)計(jì)系、影視系等。學(xué)生層次從本科、碩士研究生到博士研究生。在具體的激光實(shí)驗(yàn)過程中,不同學(xué)院、不同專業(yè)對(duì)激光雕刻的需求既有共性,也有差異,主要與創(chuàng)作的具體模型密切相關(guān)。經(jīng)過多年的教學(xué)及實(shí)踐,筆者將其分為以下幾類。第一類是傳統(tǒng)技藝的現(xiàn)代表達(dá),主要面向版畫系和漆藝藝術(shù)設(shè)計(jì)系的師生。傳統(tǒng)的木刻版畫的制版用手工雕刻而成,現(xiàn)在借助激光雕刻技術(shù),可以在電腦中完成創(chuàng)作的圖形,用激光掃描技術(shù)對(duì)木板進(jìn)行灼燒,精準(zhǔn)控制保留和雕刻的區(qū)域和深度,最終形成可供拓印的凹凸表面;傳統(tǒng)的漆藝鑲嵌需要制作的小而精細(xì)的嵌片也是用工具手工制作而成,現(xiàn)在借助激光快速切割能力,能高效、精確地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜圖形的實(shí)物化。第二類是影視動(dòng)漫的場(chǎng)景設(shè)置,主要面向影視系和動(dòng)畫系的師生。在各種場(chǎng)景的實(shí)物完成過程中,借助激光技術(shù)可以完成一定規(guī)格和尺寸的道具和模型的制作。第三類是公共藝術(shù)的成品展示,主要面向公共空間藝術(shù)系和實(shí)驗(yàn)藝術(shù)系的師生。相比其他專業(yè)的創(chuàng)作,公共藝術(shù)的展示模型尺寸較大,需要對(duì)模型進(jìn)行一定分解,借助激光技術(shù)對(duì)材料表面的灼傷可以形成特殊的表面肌理,對(duì)尺寸的精確加工輸出也能保證大型模型的組裝精度。第四類是電腦模型的立體呈現(xiàn),主要面向平面設(shè)計(jì)系、染織與服裝設(shè)計(jì)系、工業(yè)設(shè)計(jì)系、綜合設(shè)計(jì)系、設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)系、建筑藝術(shù)系等專業(yè)師生,這也是激光技術(shù)需求最大的群體。其創(chuàng)作的流程如下:將電腦軟件里創(chuàng)作的矢量模型,經(jīng)過尺寸縮放、整體分解、矢量化輸出等步驟后,借助激光技術(shù)將模型的零件進(jìn)行快速加工,最后組裝成立體成品。不同系別對(duì)于創(chuàng)作各有側(cè)重:平面設(shè)計(jì)、染織與服裝設(shè)計(jì)等專業(yè)側(cè)重于平面創(chuàng)作的立體表達(dá),利用激光技術(shù)完成可翻轉(zhuǎn)、可扭曲、可折疊、可拉伸、可連接的結(jié)構(gòu)創(chuàng)作;工業(yè)設(shè)計(jì)、綜合設(shè)計(jì)等專業(yè)側(cè)重于產(chǎn)品或者場(chǎng)景模型的打樣和迭代優(yōu)化;建筑藝術(shù)、城市設(shè)計(jì)等專業(yè)側(cè)重于空間模型的穿插結(jié)構(gòu)、連接方式和整體呈現(xiàn);環(huán)境藝術(shù)、景觀藝術(shù)等專業(yè)則側(cè)重于景觀場(chǎng)景的搭建和營(yíng)造。所有專業(yè)對(duì)激光技術(shù)需求的共性就是方便、高效、快捷、精確地完成各種材料的切割或者掃描任務(wù)。為了提高激光雕刻實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)質(zhì)量,讓師生更加熟練地運(yùn)用激光技術(shù),我們采用了多種教學(xué)方法和手段,如激光技術(shù)教學(xué)講義的編寫、從電腦文件到激光成品的制作過程視頻錄制、各種加工材料和成品的展示等,以此打開學(xué)生利用激光技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作的視野。

二、激光雕刻技術(shù)的流程及參數(shù)設(shè)置

(一)激光雕刻技術(shù)的流程

激光雕刻的流程分為三個(gè)階段,分別為制作文件準(zhǔn)備、激光設(shè)備操作和控制軟件設(shè)置,使用設(shè)備為卓泰克speedy400。1.制作文件準(zhǔn)備:繪制矢量圖形的文件,建議用CAD、AI、Coreldraw等軟件進(jìn)行繪制,導(dǎo)入到打印輸出軟件中后,首先核對(duì)尺寸,一般以mm為單位,注意必須小于設(shè)備工作臺(tái)的加工面積,然后刪除重線、修復(fù)斷線,再根據(jù)加工的順序修改圖形的顏色(如先切割內(nèi)含圖形,再切割外部圖形;先圖形掃描、再輪廓切割),一般顏色的固定順序是:黑色、紅色、藍(lán)色。接下來,選取加工圖形后點(diǎn)擊“選擇打印”按鈕,彈出打印的界面,在此界面中,先在屬性欄中修改打印圖形的尺寸,然后在“打印范圍”中點(diǎn)擊“選擇”按鈕,這時(shí)圖形將輸入激光雕刻機(jī)的控制軟件中并開始工作。2.激光設(shè)備操作:將材料放置于設(shè)備加工臺(tái)面左上角,x軸和y軸方向均要對(duì)齊設(shè)備刻度線,材料左上角對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)。材料要注意保持平整,如果高低不平,需要在邊緣用膠帶粘貼等方式將材料展平。然后通過控制面板調(diào)節(jié)x軸和y軸的運(yùn)動(dòng),將激光反射器移動(dòng)至左上角,檢查激光束光斑是否能照至材料左上角;確認(rèn)無誤后,在z軸方向上對(duì)材料進(jìn)行對(duì)焦調(diào)整。3.控制軟件設(shè)置:打開激光雕刻機(jī)的控制軟件,將控制軟件與激光設(shè)備相連接,然后將已經(jīng)在軟件界面右側(cè)的加工圖形拖動(dòng)至左側(cè)界面的左上角,點(diǎn)擊頁面空白處,設(shè)置加工速度和功率大小。這三個(gè)步驟環(huán)環(huán)相扣,不能有一步缺失,才能保證激光雕刻工作的順利進(jìn)行。

(二)激光雕刻技術(shù)的參數(shù)設(shè)置

對(duì)于激光控制軟件中所有的參數(shù)的精確設(shè)置,必須經(jīng)過大量的實(shí)物測(cè)試,不斷調(diào)整、優(yōu)化,最終形成可靠的加工數(shù)據(jù)。首先,必要保證加工材料材性的穩(wěn)定,如多層實(shí)木復(fù)合板材的含水率不能高于12%、所有加工材料的表面和底面都必須平整無翹曲等。其次,嚴(yán)格根據(jù)材料種類和厚度,調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)值。這一系列實(shí)驗(yàn)要達(dá)到良好的切透加工效果,需要進(jìn)行如下參數(shù)設(shè)置。1.木材類:此材料是各專業(yè)師生最廣泛使用的激光創(chuàng)作材料,分為實(shí)木和人造板:常用的實(shí)木選取落葉松、黑胡桃和櫸木三種木材(材料密度依次增加),材料厚度選取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm,其中落葉松對(duì)應(yīng)能量參數(shù)設(shè)置為30%、40%、40%、55%、70%、70%,速度參數(shù)設(shè)置為0.9、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2;黑胡桃對(duì)應(yīng)的能量參數(shù)設(shè)置為30%、40%、40%、60%、70%、70%,速度參數(shù)設(shè)置為0.8、0.7、0.4、0.4、0.25、0.2;櫸木對(duì)應(yīng)能量參數(shù)設(shè)置為30%、40%、43%、62%、70%、70%,速度參數(shù)設(shè)置為0.7、0.6、0.4、0.3、0.25、0.2。常用的人造板包括多層板和纖維板,其中多層板材料的厚度選取2mm、3mm、4mm、5mm、6mm,對(duì)應(yīng)的能量參數(shù)設(shè)置為30%、32%、35%、38%、45%,速度參數(shù)設(shè)置為0.8、0.6、0.5、0.4、0.3;纖維板的厚度選取3mm、5mm,對(duì)應(yīng)能量參數(shù)設(shè)置為42%、60%,速度參數(shù)設(shè)置為0.3、0.2。2.塑料類:常用的材料以有機(jī)玻璃為主,材料的厚度選取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm,對(duì)應(yīng)的能量參數(shù)設(shè)置為30%、35%、45%、48%、55%、55%,速度參數(shù)設(shè)置為0.8、0.5、0.4、0.3、0.3、0.2。3.其他類:常用的材料有卡紙和毛氈,卡紙的厚度選取0.3mm、1mm、2mm,對(duì)應(yīng)的能量參數(shù)設(shè)置為20%、25%、30%,速度參數(shù)設(shè)置為2.5、1.4、0.8;毛氈的厚度選取3mm,對(duì)應(yīng)能量參數(shù)設(shè)置為20%,速度參數(shù)設(shè)置為1.3。參數(shù)設(shè)置說明:這些數(shù)據(jù)的確定與激光設(shè)備的功率和型號(hào)及使用的頻率和年限相匹配,其中,功率的變化范圍是1%-100%;速度的變化范圍是0.1-100,對(duì)應(yīng)速度是3.55mm/s-3550mm/s,在實(shí)際的測(cè)試過程中,最高的速度只是在理想狀態(tài)下刻線加工可以達(dá)到,考慮到設(shè)備的加速度,真實(shí)加工的速度受矢量圖形復(fù)雜程度的影響而比理論速度有所降低。通過這些參數(shù)可以得出以下結(jié)論:一是同種材料,隨著材料厚度的增加,激光切割的功率逐步增加、速度逐漸下降;二是不同種類的實(shí)木,切割的功率和速度與材料的密度緊密相關(guān),一般情況下,同樣厚度的不同實(shí)木,隨著材料密度的增加,激光切割的功率逐步增加、速度逐漸下降。這些參數(shù)為師生的激光創(chuàng)作提供了可參考的數(shù)據(jù),可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)的規(guī)律對(duì)其他非金屬材料進(jìn)行嘗試性的切割或者掃描。

結(jié)語

激光雕刻技術(shù)只是藝術(shù)創(chuàng)作中高頻運(yùn)用的技術(shù)之一,和常規(guī)加工相比,其給予藝術(shù)創(chuàng)作者高精度、高效率的切割和表面掃描體驗(yàn)。由于不同材料的本身特性,能被激光賦予不同的燒灼質(zhì)感,呈現(xiàn)特殊的、專有的激光顏色和肌理,形成獨(dú)特的“激光藝術(shù)”。但是,正如沒有一種技術(shù)是萬能的,激光技術(shù)也不例外,對(duì)于高厚度、多材質(zhì)、三維異形的創(chuàng)作作品的加工實(shí)現(xiàn),并不是激光技術(shù)的長(zhǎng)處所在,還需加入CNC雕刻(數(shù)控加工)技術(shù)[4]和增材制造(3D打?。┘夹g(shù),以形成比較完整的數(shù)字化模型制作的設(shè)備群,并且合理規(guī)劃,使之互相配合、互相補(bǔ)位,才能使各種藝術(shù)創(chuàng)作的模型精度、完成效率、成品質(zhì)感得到極大提升,為下一步模型的優(yōu)化和創(chuàng)意的落地打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(注:本文為2017年中國(guó)美術(shù)學(xué)院重點(diǎn)高校建設(shè)“未來之家”生活方式研究項(xiàng)目成果)

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[4]沈建.藝術(shù)類高校CNC雕刻實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究[J].美術(shù)教育研究,2017(11).

作者:沈建 吳屹 李松冰 單位:中國(guó)美術(shù)學(xué)院