激光雕刻技術在藝術創(chuàng)作中的應用
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【內容摘要】科學技術不斷發(fā)展，與藝術創(chuàng)作的結合越來越緊密，先進的高科技制造技術為藝術作品的實現(xiàn)助力，已經成為一種趨勢。文章通過高校多個藝術設計專業(yè)創(chuàng)作對激光雕刻技術的需求，歸納出激光雕刻技術的“三階段”標準操作及流程，并通過實驗分析總結不同雕刻材料的加工特性以及激光雕刻設備的參數(shù)設置，以此提高激光雕刻技術在藝術創(chuàng)作中的運用效率。
【關鍵詞】激光雕刻藝術創(chuàng)作應用研究
科藝融合是當今跨學科協(xié)作的重要內容，隨著文化創(chuàng)意產業(yè)的不斷推進和深度發(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)實中有材質、有觸感的實體模型的輸出路徑也在不斷拓寬并延伸。與此同時，焦慮和質疑也開始不斷涌現(xiàn)，如何讓理論和實踐相對接、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、讓技術為藝術創(chuàng)作助力，是科藝融合實驗課程改革的重中之重。作為科藝融合主要陣地的藝術類高校，中國美術學院通過實驗場地的空間規(guī)劃、高科技設備的論證選型配置、實驗師資團隊的選拔培養(yǎng)、跨專業(yè)共享制度的確立等一系列工作，盡力為師生的藝術創(chuàng)作提供強而有力的科技后盾。其中，激光雕刻實驗室作為數(shù)字化模型輸出實驗室群的重要組成部分[1]，與師生藝術創(chuàng)作的融合日趨緊密，設備使用率較高，在使用的過程中積累了一定量的數(shù)據和高效使用設備的方式和方法。
一、藝術創(chuàng)作對激光雕刻技術的需求
激光加工作為一種重要的多材質加工技術，最初應用于工業(yè)生產領域。激光雕刻技術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、運動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)良的加工質感，近些年來，在藝術創(chuàng)作領域也開始得到廣泛認可和應用[3]。中國美術學院實驗教學管理部已經建成完備的數(shù)字化模型加工實驗室群，開設的激光雕刻實驗課程近幾年來累計接待7個學院——繪畫藝術學院、雕塑與公共藝術學院、跨媒體藝術學院、設計藝術學院、手工藝術學院、影視與動畫藝術學院、建筑藝術學院；17個專業(yè)系別的師生，包括版畫系、公共空間藝術系、纖維藝術系、實驗藝術系、平面設計系、染織與服裝設計系、工業(yè)設計系、影視系等。學生層次從本科、碩士研究生到博士研究生。在具體的激光實驗過程中，不同學院、不同專業(yè)對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。經過多年的教學及實踐，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，主要面向版畫系和漆藝藝術設計系的師生。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，可以在電腦中完成創(chuàng)作的圖形，用激光掃描技術對木板進行灼燒，精準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、精確地實現(xiàn)各種復雜圖形的實物化。第二類是影視動漫的場景設置，主要面向影視系和動畫系的師生。在各種場景的實物完成過程中，借助激光技術可以完成一定規(guī)格和尺寸的道具和模型的制作。第三類是公共藝術的成品展示，主要面向公共空間藝術系和實驗藝術系的師生。相比其他專業(yè)的創(chuàng)作，公共藝術的展示模型尺寸較大，需要對模型進行一定分解，借助激光技術對材料表面的灼傷可以形成特殊的表面肌理，對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)，主要面向平面設計系、染織與服裝設計系、工業(yè)設計系、綜合設計系、設計藝術學系、建筑藝術系等專業(yè)師生，這也是激光技術需求最大的群體。其創(chuàng)作的流程如下：將電腦軟件里創(chuàng)作的矢量模型，經過尺寸縮放、整體分解、矢量化輸出等步驟后，借助激光技術將模型的零件進行快速加工，最后組裝成立體成品。不同系別對于創(chuàng)作各有側重：平面設計、染織與服裝設計等專業(yè)側重于平面創(chuàng)作的立體表達，利用激光技術完成可翻轉、可扭曲、可折疊、可拉伸、可連接的結構創(chuàng)作；工業(yè)設計、綜合設計等專業(yè)側重于產品或者場景模型的打樣和迭代優(yōu)化；建筑藝術、城市設計等專業(yè)側重于空間模型的穿插結構、連接方式和整體呈現(xiàn)；環(huán)境藝術、景觀藝術等專業(yè)則側重于景觀場景的搭建和營造。所有專業(yè)對激光技術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。為了提高激光雕刻實驗室的服務質量，讓師生更加熟練地運用激光技術，我們采用了多種教學方法和手段，如激光技術教學講義的編寫、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，以此打開學生利用激光技術進行藝術創(chuàng)作的視野。
二、激光雕刻技術的流程及參數(shù)設置
（一）激光雕刻技術的流程
激光雕刻的流程分為三個階段，分別為制作文件準備、激光設備操作和控制軟件設置，使用設備為卓泰克speedy400。1.制作文件準備：繪制矢量圖形的文件，建議用CAD、AI、Coreldraw等軟件進行繪制，導入到打印輸出軟件中后，首先核對尺寸，一般以mm為單位，注意必須小于設備工作臺的加工面積，然后刪除重線、修復斷線，再根據加工的順序修改圖形的顏色（如先切割內含圖形，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、藍色。接下來，選取加工圖形后點擊“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”中點擊“選擇”按鈕，這時圖形將輸入激光雕刻機的控制軟件中并開始工作。2.激光設備操作：將材料放置于設備加工臺面左上角，x軸和y軸方向均要對齊設備刻度線，材料左上角對準零點。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節(jié)x軸和y軸的運動，將激光反射器移動至左上角，檢查激光束光斑是否能照至材料左上角；確認無誤后，在z軸方向上對材料進行對焦調整。3.控制軟件設置：打開激光雕刻機的控制軟件，將控制軟件與激光設備相連接，然后將已經在軟件界面右側的加工圖形拖動至左側界面的左上角，點擊頁面空白處，設置加工速度和功率大小。這三個步驟環(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行。
（二）激光雕刻技術的參數(shù)設置
對于激光控制軟件中所有的參數(shù)的精確設置，必須經過大量的實物測試，不斷調整、優(yōu)化，最終形成可靠的加工數(shù)據。首先，必要保證加工材料材性的穩(wěn)定，如多層實木復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，嚴格根據材料種類和厚度，調整各項參數(shù)的數(shù)值。這一系列實驗要達到良好的切透加工效果，需要進行如下參數(shù)設置。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，分為實木和人造板：常用的實木選取落葉松、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，其中落葉松對應能量參數(shù)設置為30%、40%、40%、55%、70%、70%，速度參數(shù)設置為0.9、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2；黑胡桃對應的能量參數(shù)設置為30%、40%、40%、60%、70%、70%，速度參數(shù)設置為0.8、0.7、0.4、0.4、0.25、0.2；櫸木對應能量參數(shù)設置為30%、40%、43%、62%、70%、70%，速度參數(shù)設置為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，對應的能量參數(shù)設置為30%、32%、35%、38%、45%，速度參數(shù)設置為0.8、0.6、0.5、0.4、0.3；纖維板的厚度選取3mm、5mm，對應能量參數(shù)設置為42%、60%，速度參數(shù)設置為0.3、0.2。2.塑料類：常用的材料以有機玻璃為主，材料的厚度選取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，對應的能量參數(shù)設置為30%、35%、45%、48%、55%、55%，速度參數(shù)設置為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，對應的能量參數(shù)設置為20%、25%、30%，速度參數(shù)設置為2.5、1.4、0.8；毛氈的厚度選取3mm，對應能量參數(shù)設置為20%，速度參數(shù)設置為1.3。參數(shù)設置說明：這些數(shù)據的確定與激光設備的功率和型號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，對應速度是3.55mm/s-3550mm/s，在實際的測試過程中，最高的速度只是在理想狀態(tài)下刻線加工可以達到，考慮到設備的加速度，真實加工的速度受矢量圖形復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；二是不同種類的實木，切割的功率和速度與材料的密度緊密相關，一般情況下，同樣厚度的不同實木，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，可以根據這些數(shù)據的規(guī)律對其他非金屬材料進行嘗試性的切割或者掃描。
結語
激光雕刻技術只是藝術創(chuàng)作中高頻運用的技術之一，和常規(guī)加工相比，其給予藝術創(chuàng)作者高精度、高效率的切割和表面掃描體驗。由于不同材料的本身特性，能被激光賦予不同的燒灼質感，呈現(xiàn)特殊的、專有的激光顏色和肌理，形成獨特的“激光藝術”。但是，正如沒有一種技術是萬能的，激光技術也不例外，對于高厚度、多材質、三維異形的創(chuàng)作作品的加工實現(xiàn)，并不是激光技術的長處所在，還需加入CNC雕刻（數(shù)控加工）技術[4]和增材制造（3D打?。┘夹g，以形成比較完整的數(shù)字化模型制作的設備群，并且合理規(guī)劃，使之互相配合、互相補位，才能使各種藝術創(chuàng)作的模型精度、完成效率、成品質感得到極大提升，為下一步模型的優(yōu)化和創(chuàng)意的落地打下堅實的基礎。（注：本文為2017年中國美術學院重點高校建設“未來之家”生活方式研究項目成果）
參考文獻:
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[2]葉建斌，戴春祥.激光切割技術[M].上海：上?？茖W技術出版社，2012．
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[4]沈建.藝術類高校CNC雕刻實驗課程建設研究[J].美術教育研究，2017（11）.
作者：沈建 吳屹 李松冰 單位：中國美術學院