激光雕刻技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用
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【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，先進的高科技制造技術(shù)為藝術(shù)作品的實現(xiàn)助力，已經(jīng)成為一種趨勢。文章通過高校多個藝術(shù)設(shè)計專業(yè)創(chuàng)作對激光雕刻技術(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，并通過實驗分析總結(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(zhì)、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(zhì)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(shù)為藝術(shù)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(shù)類高校，中國美術(shù)學(xué)院通過實驗場地的空間規(guī)劃、高科技設(shè)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(shù)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(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(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]。中國美術(shù)學(xué)院實驗教學(xué)管理部已經(jīng)建成完備的數(shù)字化模型加工實驗室群，開設(shè)的激光雕刻實驗課程近幾年來累計接待7個學(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)計藝術(shù)學(xué)院、手工藝術(shù)學(xué)院、影視與動畫藝術(shù)學(xué)院、建筑藝術(shù)學(xué)院；17個專業(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、實驗藝術(shù)系、平面設(shè)計系、染織與服裝設(shè)計系、工業(yè)設(shè)計系、影視系等。學(xué)生層次從本科、碩士研究生到博士研究生。在具體的激光實驗過程中，不同學(xué)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(guān)。經(jīng)過多年的教學(xué)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(dá)，主要面向版畫系和漆藝藝術(shù)設(shè)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(shù)，可以在電腦中完成創(chuàng)作的圖形，用激光掃描技術(shù)對木板進行灼燒，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、精確地實現(xiàn)各種復(fù)雜圖形的實物化。第二類是影視動漫的場景設(shè)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(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)系和實驗藝術(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，需要對模型進行一定分解，借助激光技術(shù)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(shè)計系、染織與服裝設(shè)計系、工業(yè)設(shè)計系、綜合設(shè)計系、設(shè)計藝術(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(cè)重：平面設(shè)計、染織與服裝設(shè)計等專業(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、綜合設(shè)計等專業(yè)側(cè)重于產(chǎn)品或者場景模型的打樣和迭代優(yōu)化；建筑藝術(shù)、城市設(shè)計等專業(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)重于景觀場景的搭建和營造。所有專業(yè)對激光技術(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驗室的服務(wù)質(zhì)量，讓師生更加熟練地運用激光技術(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等軟件進行繪制，導(dǎo)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(shè)備工作臺的加工面積，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(shè)備操作：將材料放置于設(shè)備加工臺面左上角，x軸和y軸方向均要對齊設(shè)備刻度線，材料左上角對準(zhǔn)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(diào)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(rèn)無誤后，在z軸方向上對材料進行對焦調(diào)整。3.控制軟件設(shè)置：打開激光雕刻機的控制軟件，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)的加工圖形拖動至左側(cè)界面的左上角，點擊頁面空白處，設(shè)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(shù)的參數(shù)設(shè)置
對于激光控制軟件中所有的參數(shù)的精確設(shè)置，必須經(jīng)過大量的實物測試，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)整各項參數(shù)的數(shù)值。這一系列實驗要達(dá)到良好的切透加工效果，需要進行如下參數(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(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：常用的材料以有機玻璃為主，材料的厚度選取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，對應(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(yīng)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(dá)到，考慮到設(shè)備的加速度，真實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)律對其他非金屬材料進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。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，對于高厚度、多材質(zhì)、三維異形的創(chuàng)作作品的加工實現(xiàn)，并不是激光技術(shù)的長處所在，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)意的落地打下堅實的基礎(chǔ)。（注：本文為2017年中國美術(shù)學(xué)院重點高校建設(shè)“未來之家”生活方式研究項目成果）
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作者：沈建 吳屹 李松冰 單位：中國美術(shù)學(xué)院