3D-Printing在現代美術教育的應用

科技和硬件資訊介紹

過去幾篇討論「科技賦能現代美術教育」的文稿，已概略討論過目前校內、校外美術教育在課程、教學、發展規劃存在的問題，以及提出面對未來基礎教育發展如何優化的途徑與路徑。特別是在「科技應用」長期滯後的情況，如何反思，讓美術教育在人類即將進入人工智能世代時，可以進一步發揮促進情意和創意的優勢（這也是阿里巴巴的馬雲，在呼籲重視推動藝術教育的站台活動時，反復強調的重點），重新確立美術教育作為核心學科的地位。

在主題討論流程，也有介紹古今中外藝術創作應用傳統和現代科技的發展，以及校內、校外教育機構各種科普創作試驗個案。但想及業內同工或者希望再具體一點了解不同科技和硬體的最新資訊，在發展現代美術教育創新設計的可能性。所以接續下來，會從幾種比較普及的創新科技在課堂教學的應用，探討如何借用和轉移到美術教育的學科拓展上，今次首先談談3D-Printing。

3D打印硬件與流程

3D-Printing即三維立體打印。核心技術是利用特殊物料，由平面的二維圖像（Shape）概念去建立，通過加厚、加固方法，利用特定機器打印成三維立體物像（Form）。這種維度的認知和轉移，都是美術教育的基本學習內容和創作表現形象，在學習本質上有很大的相融性。當然，探究過程中會相應學習創新的科技硬體和技術應用，也可以豐富學生的創意想像和美術表現形式。

目前3D打印的技術和機器主要有：一、粉機（以石膏粉分層列印）；二、立體平版印刷（用雷射光束或紫外線光點的照射下快速固化樹脂；三、熔融沉積列印（把各截面逐層黏貼起來）。三者都發展出比較成熟的技術，器材和物料也算普及化，單色3D-打印由二、三千元的家用機起步，學校便可以開始試驗和發展。

而彩色3D打印可以為製作布景、電影道具、節日佈置和微縮模型等節省大量上色時間。目前彩色3D打印有4個發展路線：第一種沿用已久，先做出實體模型，再經過4原色噴嘴以360度迴旋方式在模型表面上色。以模型為例，不管用3D-打印也好，用數控機床雕刻也罷，一樣可用該列印技術上色，其優勝之處，是操作快，成本低，支援專色（Spot Color）；第二種則透過4原色CMYK（Process Color）列印材料，按照檔案表面彩色分布，自動調節CMYK材料的比例，直接列印原色材料而成；第三種方式是邊印邊上色，以噴墨技術噴上4原色墨，原材料本身是純白色，噴墨使其染上不同CMYK比例的分量後，就變成3D彩色打印；最後一種技術是直接用列印墨本身作為材料，3D彩色打印出模型。當6個顏色列印墨離開噴嘴後，再給予特定光線照射，然後馬上固化，最後逐層列印彩色模型，在色彩管理方面較穩定直接，不易受其他因素影響而改變色相。

總體而言，3D打印流程可以分為四個步驟：建模、分層、切割列印和成型。第一階段，建模：掃描所要列印的物體，得到其三維資料。建模的軟體主要有Autodesk 123D Design、MAYA、Sketchup、UG、ZBRUSH、MESHLAB、CURA等。第二階段，分層：印表機對先前得到的三維資料進行描述和分析，然後分層。第三階段，切割列印：是根據之前獲取的橫截面資訊進行切割列印。第四階段，成型：以不同方式將各層的截面粘合起來，最終得到實物。現時3D繪圖軟件已發展得相當成熟，能製作不同產品或零件的3D圖像，過程不算困難；較複雜的是如何收集立體影像的數據，尤其是特定的物件如人體、古蹟等。要取得物件或環境的立體影像數據，須使用不同的立體掃描器，甚至是用多台配合操作。

市面還有一種用熔接材料間接建構立體的打印筆（3D Printing Pen），就是用一支發熱的類似筆桿，放入特定直徑Filament（PLA樹脂），以劃線原理與3D列印機擠出印材類似。不過改為徒手控制去逐條線、逐層畫，直到出現3D形狀製品。筆咀噴出的PLA樹脂膠物料可用作繪畫3D卡通公仔、3D模型等，使用時不需要複雜的繪圖軟件，適合孩子及學生使用。立體繪筆亦可用於玻璃、紙張等物料上創作，適合製作小飾物。當然徒手在空中控制速度和穩定性，並非易事，效果肯定遠遠不及3D打印機。

3D打印的美術新表現

目前3D打印科技的應用已很廣泛，例如有地方案例在24小時可用水泥材料打印10幢別墅、有團隊花了44個小時印了輛汽車。在醫療上可做人工關節、人造骨骼或假牙，甚至給你打個耳朵。有研究還可應用3D打印科技在復修文物和犯罪證據；當然，3D印刷的甜品、打印出披薩來都不是新鮮事。

九十年代3D打印科技比較成熟及應用是在工業層面，如珠寶、鞋（兩家知名品牌運動鞋去年已有打印產品推出）和建築設計，當時流行3D CAD（3D Computer-aided Design）。近年潮玩3D打印首辦或創作3D納米雕塑，例如英國雕塑家赫維茨（Jonty Hurwitz）多年前利用感光物料及3D打印技術，列印名家作品，包括義大利雕塑家卡諾瓦（Antonio Canova）1793年的《丘比特和普賽克》等雕塑，再運用「多光子光刻」（multiphoton lithography）技術修飾，花10個月時間塑造出一系列七款、相當於一根人髮乃至不到頭髮一半粗的精緻納米雕塑。

3D列印可說是遊走在科技、創客、工藝和美術等不同範疇。有內地團體認為：雕塑、建築、設計、好萊塢電影……當藝術家遇到3D打印，會變得很有趣！2016年底曾在上海舉辦一次「Inside 3D打印高峰論壇」。今年初也有一個特別展覽，位於六本木Hills森美術館，內容是有關「3D列印未來與藝術發展」，當中有不少環境設計，居住設計，城市設計，充滿幻想及創意。

香港3D打印的美術創作應用也有一些例子：2013年在香港和內地的黃色巨鴨熱潮，引入巨鴨展覽的海港城，同年6月為延續「巨鴨熱」，改玩縮細版，引入3D立體打印技術，在商場一間大型玩具連鎖店設置十部3D打印機，教導學生複製迷你版「點心籠鴨仔」，觀眾可以將自己個名字「啤」上去，實行鴨仔「個人化」。在2016農曆新年，東港城邀請港台兩地的80、90後年輕藝術家，包括本地青年藝術家Angryangry、台灣3D立體打印藝術團體Fabraft，還有一眾曾以3D打印作品參賽獲獎的學生，透過創作3D立體打印藝術品築起「3D列印藝術萬花園」，讓一家大小置身花海迎新春。

在創意產業，彩色3D列印也強烈衝擊傳統工藝。兩年前便有一位香港中佬迎合個性化潮流，以3D打印首飾發圍。創業者在代工廠製作產品樣辦時，一般用上3D打印機；深感這是一款最佳輸出設備，可用來打造產量少、設計精緻的個性化產品。因此決定與友人合作，前者負責設計及接訂單；自己則在背後提供3D列印技術支援。體驗到「個性化訂製」既是出路，亦是挑戰。亦有商家投資「3D打印陶瓷」，一種方式是銜接舊有陶瓷生產的流程方式。前階段以陶泥材料直接以3D打印創作再用窯燒，過程可隨意加上顏色繪畫或手工修飾。3D打印正可以為陶瓷提供靈活性及從前沒法製作的隨機設計，輕而易舉令創作更多元化及實用性更高，為顧客訂製紀念品將十分普及。另一種方法是使用納米技術研製微細的陶瓷粉，直接列印成品，過程中同步加熱熔合，或需要經過窯去燒結，因此比傳統製作品質更精細，或直接生產陶瓷電子零件及一些工業零件等。

教材設計與課程研發

校內、校外不同學齡階段學習3D-Printing應用，當然可以先從因應科技難度和軟硬體操控入手，安排不同的教材。例如低幼年級可以由列印筆的立體工藝創作，或用現成3D模型的上色以及造型組合、拼貼、堆疊等美術創作開始學習。中年級可以加入建模的程式學習、編程改造技術、不同印材的試驗、3D打印機操控等，去分組進行藝術創客教育探究。微軟在四年前舉行的硬體產品發佈會上，推出一款以前在Windows 10 電腦3D Builder軟件的手機App，提供給Windows 10移動設備和Xbox One遊戲機。其中提供了幾個選項方便3D物體建模，讓中高年級在創建和打印3D內容時有更多選擇，轉化成創新工藝、現代雕塑、立體設計、裝置藝術，以及短片創作的多元性教材。高年級可以加強軟件學習，Autodesk 123D Design和Sketchup因使用免費，操作簡單方便，所以傳播廣、應用多。3DSMAX、Zbrush也是不錯的選擇。而建模軟件、3D打印機組成結構和印材開發，都存在很多「變量」，容許有創意的學生因應不同美術創作試驗去自主探索。五、六年前，香港四邑商工總會陳南昌紀念中學曾邀請200多名中小學生，利用電子板及摩打等機械自行組裝3D打印機，打出印有「我愛香港」的鎖匙牌，寓意開啟家門，將愛心傳遍香港，成功創造同時製作200部3D列印機的世界紀錄，及刷新同時運用最多3D打印機進行列印的世界紀錄。

內地學校和社區，因有長期推廣科普創客教育（Maker Education）經驗，所以在3D打印機配置、使用和創意活動都比較普及。不過稍為偏重編程學習、和成品製作，在學習設計上仍須加強學生的協作教育、社會生活問題探索、藝術創意展示的元素。不過度做「創客STEAM」課程，盡量將本土文化和藝術与科技元素结合，發揮3D打印在知識、技能、表現、態度、價值等不同學習範疇的多元目標，設計跨學科的綜合學習或專題探究課程。中華基金中學在四年前教育城的「學與教博覽」，曾經分享推行STEM教育的經驗，介紹學校要求所有學生學3D打印，規劃校本課程，教導製作獨特而有用的工具，所有中一生亦須參與發明物品解決生活難題的學習任務。2017年中，生產力促進局也曾舉辦「魅力維港耀全城」3D打印設計比賽。邀請中學生利用3D打印機，重新設計及製作20個維多利亞港兩岸地標建築模型，共有近1200名中學生參與。活動除創了一個健力士紀錄，也拓展學生對3D打印創作的眼界。

學校想進行「3D-Printing」科技學習課程設計，內地創客教育專家高禮成老師總結的四階段規劃進程可以參考：

第一階段：讓3D打印機「動」起來。按自身條件購置若干款、若干部3D打印機試用。

第二階段：讓3D課堂「動」起來。將不同試用效果進行教材設計、課堂／課外教學實踐。

最三階段：讓3D老師「動」起來。組織教師課程研發小組，進行短期、長期課程設計。

第四階段：讓3D作品「動」起來。舉辦多元校內、校外3D作品展覽或創作活動，驅動學習興趣、觀摩創作成果、推廣創新獎勵。

亞太創藝談之12

本系列文章：

開展學校教育變革與規劃，促進數碼美術教育創新

科技賦能現代美術教育的途徑

科技賦能現代美術教育的路徑

林桂光

藝術教育行政人員，司職教育局學校督學及中小學課程發展30年，熟悉課程及學習活動設計。業餘探討現代纖維藝術及數碼藝術的發展，並對「知識管理」及「移動學習」等課題進行探究。亞太藝術創意教育交流協會會長、廣州市少年宮少兒美術學校顧問、香港電訊盈科附屬信息科技教育部STEM策略顧問、香港美術教育協會創會會長、香港藝術館之友會首任理事。