花絲工藝機(jī)械化批量生產(chǎn)方式試驗(yàn)探討

楊井蘭 袁軍平 唐一葦

摘要：花絲工藝是中國傳統(tǒng)金銀細(xì)工的代表性工藝之一，被列入第二批國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄，但該工藝存在生產(chǎn)效率低、技藝傳承難、工藝質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，限制了其批量化生產(chǎn)應(yīng)用。試驗(yàn)分別采用傳統(tǒng)手工制作、翻模鑄造、3D打印等方式制作銀花絲首飾，借助體視顯微鏡、掃描電鏡等手段觀察其工藝質(zhì)量，并對(duì)比分析了藝術(shù)效果、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。結(jié)果表明：對(duì)比傳統(tǒng)手工制作方式，采用手工制作或3D打印原版后翻模鑄造機(jī)械化批量生產(chǎn)方式可明顯提高花絲首飾的生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，且在花絲紋樣排列均勻性與材料適用范圍等方面更有優(yōu)勢(shì)，但在花絲紋樣的精細(xì)度和神態(tài)靈性等方面存在一定的差距。該研究對(duì)提高花絲首飾生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，更好保護(hù)和傳承花絲工藝提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：花絲工藝;機(jī)械化;批量生產(chǎn);花絲紋樣;翻模鑄造;3D打印

中圖分類號(hào)：TG146.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）07-0005-06doi：10.11792/hj20210702

引 言

花絲工藝是中國傳統(tǒng)金銀細(xì)工的代表性工藝之一，它是將金、銀、銅拉成絲，運(yùn)用堆壘、編織等技法制成各種首飾、器物等裝飾品[1]?；ńz作品造型別致、玲瓏剔透，具有明顯的中國特色和民族風(fēng)格，但因工藝過于繁復(fù)，一度瀕臨失傳，2008年花絲鑲嵌制作技藝被列入第二批國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。此后，社會(huì)各界對(duì)花絲工藝的關(guān)注不斷增加，花絲鑲嵌產(chǎn)品也越來越被廣大消費(fèi)者青睞。

傳統(tǒng)花絲工藝幾乎為全手工作業(yè)，生產(chǎn)效率非常低，對(duì)手工技藝要求很高，制作難度大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高昂，這使得它難以滿足現(xiàn)代首飾企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理要求，也難以滿足普通消費(fèi)者的需求。近年來，有研究人員圍繞花絲鑲嵌工藝的傳承創(chuàng)新開展研究，但大都從設(shè)計(jì)、紋樣、造型等方面進(jìn)行[2-6]，而有關(guān)花絲工藝技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)方式等的研究報(bào)道甚少，且基本沒有給出詳細(xì)的參考依據(jù)。鑒于此，本文對(duì)花絲工藝機(jī)械化批量生產(chǎn)方式進(jìn)行了試驗(yàn)探討，以便提高花絲首飾生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，更好地保護(hù)和傳承該工藝。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣制作

以Ag999（純銀材料）、Ag925等為原材料，采用4種方式制作花絲首飾。

1）膠模翻模鑄造。采用傳統(tǒng)花絲工藝制作Ag999銀花絲首飾首版，然后用硅橡膠翻制注蠟?zāi)Ｐ?，在真空加壓注蠟下制作蠟?zāi)?，再?jīng)石膏型失蠟鑄造實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。工藝流程為手工制版—壓膠?！_膠?！弈z模—批量生產(chǎn)蠟?zāi)！繚茶T金屬—拋光。

2）合金模翻模鑄造。采用傳統(tǒng)花絲工藝制作Ag999銀花絲首飾首版，然后用低溫合金翻制注蠟?zāi)Ｐ?，在高壓射蠟機(jī)下制作蠟?zāi)＃俳?jīng)石膏型失蠟鑄造實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。工藝流程為手工制版—制作模具—澆鑄低溫合金?！拚辖鹉！可a(chǎn)蠟?zāi)！繚茶T金屬—拋光。

3）3D打印蠟版鑄造。采用可鑄造光敏樹脂或紫蠟為3D打印材料，將首飾模型打印出來，再通過石膏型失蠟鑄造法鑄造成型。工藝流程為設(shè)計(jì)圖稿—3D建?！看蛴渲?蠟版—鑄造成型—打磨—拋光。

4）3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝。采用Ag925金屬粉末在Mysint100型激光選區(qū)燒結(jié)成型機(jī)上直接成型。工藝流程為設(shè)計(jì)圖稿—3D建模—金屬粉末3D打印成型—執(zhí)?！獟伖狻婂儭?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

從上述4種生產(chǎn)方式和手工制作首版中抽取試樣，采用體視顯微鏡、掃描電鏡觀察試樣制作工藝質(zhì)量，采用顯微硬度計(jì)檢測(cè)材料硬度，分別從產(chǎn)品精細(xì)度、變形傾向、缺陷數(shù)量及類別、返工次數(shù)、紋樣效果、制作時(shí)間、對(duì)生產(chǎn)人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求、生產(chǎn)成本等方面，對(duì)不同生產(chǎn)方式進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 外觀形貌對(duì)比

1）手工制作與膠模翻模鑄造花絲首飾。手工制作的銀花絲首飾原版及翻模鑄造銀花絲首飾見圖1。其中，手工制作限于手工拔絲、掐絲等作業(yè)的可行性，采用了延展性極佳的Ag999。翻模鑄造更加關(guān)注金屬材料的鑄造性能，因而材料選擇范圍較大，純金、純銀可以鑄造，金、銀合金也可以鑄造。采用合金鑄造時(shí)，材料的強(qiáng)度、硬度增加，產(chǎn)品的抗變形能力要明顯優(yōu)于手工制作的純金、純銀花絲。翻模鑄造時(shí)，由于膠模和低溫合金模都有一定的收縮率，使得產(chǎn)品的尺寸比原版小，且絲的直徑也會(huì)變細(xì)。為達(dá)到所需的產(chǎn)品尺寸，在制作原版時(shí)要將這兩部分的收縮都考慮進(jìn)去。

從宏觀外形看，手工制作花絲首飾與膠模翻模鑄造花絲首飾沒有很明顯的差別，通常只有經(jīng)驗(yàn)豐富的花絲師才能進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，二者之間的差別主要體現(xiàn)在花絲紋理的清晰度和花絲表面的光滑度。掃描電鏡下觀察到的花絲首飾紋理效果見圖2。相對(duì)手工制作而言，膠模翻模鑄造的花絲表面不平整順滑，存在凹凸不平現(xiàn)象，無光澤，肉眼觀察呈噴砂效果，絲與絲之間的界限不流暢，紋路深度較淺，弱化了花絲的紋路，減弱了藝術(shù)美感。

2）手工制作與合金模翻模鑄造花絲首飾。手工制作Ag999鍍金花絲臉譜與合金模翻模鑄造花絲茶包見圖3。與手工制作產(chǎn)品相比，合金模翻模鑄造的花絲表面不光滑，呈噴砂效果，即使拋光也難以達(dá)到手工拉絲表面的光滑度;花絲紋路沒有手工制作的清晰，特別是螺旋紋花絲，絲與絲之間澆鑄的紋路有粘連，不清晰，高低落差不夠。

合金模采用低溫錫合金材料，其優(yōu)勢(shì)在于收縮率比膠模低，尺寸準(zhǔn)確度高，且可有效避免因加工錯(cuò)位磨損而出現(xiàn)的磨痕，確保鑄件的平滑性。合金模翻模鑄造工序相對(duì)簡單，有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。在顯微鏡下觀察的手工制作花絲與合金模翻模鑄造花絲效果見圖4和圖5。對(duì)比相同花絲紋路的樣品，手工制作花絲的紋路較清晰，絲與絲之間有明顯的界限，而合金模翻模鑄造花絲的紋路不清晰，絲與絲之間沒有明顯界限，較為平整，缺少花絲的紋樣特征。與膠模翻模鑄造產(chǎn)品相比，合金模翻模鑄造花絲紋理的清晰度也要差一些。究其原因，合金模屬于剛性模，在取蠟?zāi)r(shí)不能像膠模一樣可以靈活變形，如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有阻礙取模的地方，將會(huì)破壞花絲的紋理，并使蠟?zāi)．a(chǎn)生一定的磨損。

3）手工制作與3D打印蠟版鑄造花絲首飾。3D打印蠟版（樹脂版）鑄造的花絲首飾見圖6。3D打印蠟版鑄造的花絲首飾，紋樣排列較均勻整齊，制作效率高[7];而手工制作類似的紋樣，掐絲和填絲工藝環(huán)節(jié)耗時(shí)最久，且難以保證達(dá)到電腦建模的排列效果。但是，在3D打印蠟版鑄造中，由于鏤空花絲直徑最小是0.42 mm，建模時(shí)花絲直徑最小只能為0.5 mm;而手工制作的花絲，金屬絲直徑最小可達(dá)0.2 mm。此外，3D打印蠟版鑄造的花絲精細(xì)度較為粗糙，在掃描電鏡下觀察，花絲紋樣的緊密度不夠，有明顯的凹坑（見圖7）。因此，3D打印蠟版鑄造的花絲呈現(xiàn)噴砂效果，一般多用于制作古法黃金產(chǎn)品。

4）3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝。由于采用Ag925，材料硬度、強(qiáng)度提高，產(chǎn)品抗變形性能得以改善。但是，制作的花絲首飾表面粘附了大量金屬粉末，肉眼觀察幾乎難以分辨出花絲紋樣，既沒有花絲的流暢線條，也無金屬光澤（見圖8）。

經(jīng)過磁力拋光后，粘附的金屬粉末大部分被去除，花絲首飾表面有一定金屬光澤，但花絲紋樣仍然較難分辨（見圖9-a））。在掃描電鏡下經(jīng)高倍觀察，可以明顯看到花絲表面的激光熔斑，以及側(cè)壁粘附的金屬粉末（見圖9-b））。

采用3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝制作的花絲首飾，存在3個(gè)較突出的問題：一是支撐設(shè)置與清理。從打印效果分析，該工藝制作的首飾支撐數(shù)量和密度明顯比3D打印蠟版鑄造的多，在處理這些支撐的過程中，由于金屬花絲較細(xì)，很難通過人工和機(jī)器完成對(duì)支撐的清理。二是金屬粉末粘附。金屬粉末打印過程中，激光束掃描的軌跡邊緣，由于熱量傳遞作用，會(huì)發(fā)生金屬粉末的粘附，增加表面粗糙度，尤其是當(dāng)2個(gè)金屬絲之間的縫隙較小時(shí)，打印后粘附的金屬粉末會(huì)直接將金屬絲連在一起，導(dǎo)致花絲紋樣無法分辨。三是執(zhí)模拋光。由于花絲產(chǎn)品本身十分纖細(xì)，一旦其表面粗糙，采用常規(guī)的執(zhí)模拋光不僅工作量大，且很容易破壞其結(jié)構(gòu)和紋樣;采用磁力拋光處理時(shí)，磁針直徑通常比花絲直徑粗，磁針針頭無法進(jìn)入花絲的凹位、縫隙位，達(dá)不到拋光作用。因此，以目前的打印精度，該工藝制作的花絲產(chǎn)品很難進(jìn)行拋光處理，除非打印設(shè)備升級(jí)換代，打印精度提高，否則無法滿足花絲首飾制作工藝要求。

2.2 生產(chǎn)效率與質(zhì)量對(duì)比

不同的花絲生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等方面均存在一定的差別，手工制作與翻模鑄造花絲不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比見表1，手工制作與3D打印成型花絲不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比見表2。

對(duì)比手工制作工藝、翻模鑄造工藝、3D打印蠟版鑄造工藝和3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝等4種不同加工工藝可以得出：①手工制作的花絲，從簡單到復(fù)雜，花絲制作時(shí)間逐漸增加，可從4 h到幾千小時(shí)不等，時(shí)間成本較高，而且對(duì)制作花絲的工藝師要求也較高，一般要有5～10 a花絲制作經(jīng)驗(yàn)，而工藝師的培養(yǎng)成本高，因此手工制作花絲首飾更適合個(gè)性定制，多為孤品，只能為少數(shù)人擁有。②翻模鑄造工藝，無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜與否，都可以明顯縮短制作時(shí)間，達(dá)到批量生產(chǎn)的目的。翻模鑄造方式可以采用硅橡膠?；虻蜏睾辖鹉＃z模翻模鑄造的產(chǎn)品精細(xì)度要優(yōu)于合金模翻模鑄造的產(chǎn)品，且成本較低，但膠模經(jīng)長時(shí)間使用后容易老化，不能繼續(xù)使用，需重新制作;而低溫合金模的使用壽命則不受影響。③3D打印蠟版鑄造工藝的花絲紋樣較均勻。對(duì)于手工制作花絲產(chǎn)品而言，焊接是其核心技藝之一，而采用3D打印原版，則可以不用焊接。隨著3D打印技術(shù)日趨成熟，3D建模軟件資源越來越豐富，設(shè)計(jì)人員不需要花費(fèi)較長時(shí)間專門學(xué)習(xí)技術(shù)，只需要經(jīng)過一段時(shí)間的軟件培訓(xùn)和設(shè)備操作，就可以依據(jù)設(shè)計(jì)圖的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行首飾精準(zhǔn)建模，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高速產(chǎn)出[8]。④采用3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝，無需經(jīng)過鑄造環(huán)節(jié)，可直接批量制作金屬產(chǎn)品。但是，限于設(shè)備精度，花絲首飾的外觀效果達(dá)不到要求，打磨修整工作量大。如果設(shè)備更新?lián)Q代，打印精度提高，在達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量要求的前提下，比較適合個(gè)性定制，因批量生產(chǎn)成本較高。

3 結(jié) 論

1）傳統(tǒng)手工制作花絲首飾制作周期長，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，成型返工率高，難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。采用翻模鑄造或3D打印蠟版鑄造工藝，可大幅提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品穩(wěn)定性，降低對(duì)人員的手工技藝要求。

2）傳統(tǒng)手工制作花絲首飾只能采用純度高、延展性好的材料，產(chǎn)品容易變形。采用翻模鑄造批量生產(chǎn)可擴(kuò)大材料的選擇范圍，提高產(chǎn)品強(qiáng)度，改善抗變形性能，并可在花絲首飾上采用不同的鑲嵌方式，擴(kuò)大了花絲鑲嵌的范圍。

3）與手工制作工藝相比，采用翻模鑄造工藝、3D打印蠟版鑄造工藝和3D打印激光選區(qū)燒結(jié)金屬粉末工藝等方式批量生產(chǎn)的花絲產(chǎn)品在精細(xì)度、紋樣清晰度、造型靈活度、神態(tài)生動(dòng)性等方面存在不同程度的差距，生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品定位進(jìn)行相應(yīng)選擇。未來隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，機(jī)械化批量生產(chǎn)花絲產(chǎn)品的質(zhì)量有望進(jìn)一步提升。

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Experimental discussion about mechanized mass production mode of filigree craft

Yang Jinglan，Yuan Junping，Tang Yiwei

（Jewelry Institute of Guangzhou Panyu Polytechnic）

Abstract：As one of the most representative Chinese traditional filigree crafts for gold and silver，filigree technique has been listed in the second batch of national intangible cultural heritage.However，several problems such as low production efficiency，difficulty in the transmission of skills and unstable product quality have become the main restraining factors for mass production.In this paper，silver filigree jewelry was produced by traditional handmade method，mold casting and 3D printing technology respectively，their crafting qualities were observed with stereoscopic microscope and SEM，and their artistic effects，production efficiencies and production costs were compared and analyzed.The results show that compared with traditional handmade method，the mechanized mass production method of mold casting from handmade or 3D printing model can significantly improve the production efficiency，reduce the production cost，and have more advantages in the arrangement uniformity of filigree patterns and the application range of materials.However，traditional handmade method has some certain advantages in the fineness of filigree patterns and the spirituality of expression.The study can provide theoretical basis and technical support to improve production efficiency，reduce production cost of filigree jewelry，and to better protect and inherit filigree craft.

Keywords：filigree craft;mechanization;mass production;filigree pattern;mold casting;3D printing