3D打印技術(shù)應(yīng)用對工業(yè)設(shè)計(jì)新模式探索的啟示

張楠楠　許莉鈞　李學(xué)強(qiáng)

摘 要：通過對工業(yè)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)模式的研究和探討，在新舊生產(chǎn)方式的對比的基礎(chǔ)上，研究3D打印新技術(shù)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、細(xì)節(jié)及應(yīng)用模式所帶來的影響。探索嘗試建立起一個(gè)以應(yīng)用3D打印為技術(shù)前提的，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互設(shè)計(jì)、快速制造和社會化個(gè)性定制的，通過現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)電商服務(wù)平臺為合作形式的一種全新的工業(yè)設(shè)計(jì)模式，以及這種創(chuàng)新模式在高校中的初步應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)模式；3D打印技術(shù)；工業(yè)設(shè)計(jì)；模式變革

21世紀(jì)是由中國制造轉(zhuǎn)型為中國創(chuàng)造的一個(gè)時(shí)期。在這個(gè)轉(zhuǎn)型的過程中，工業(yè)設(shè)計(jì)將起到一個(gè)關(guān)鍵性的作用。3D打印技術(shù)的應(yīng)用給工業(yè)設(shè)計(jì)注入了新的生，3D打印技術(shù)教育的跟進(jìn)勢在必行了。它在工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中已起到了關(guān)鍵性的作用，已成為培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)人才上的必修技術(shù)，對未來工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)模式起到很重要的影響。

1 3D打印技術(shù)的研究和應(yīng)用

3D打印技術(shù)提供了一種極具成本優(yōu)勢的方式，能在設(shè)計(jì)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的迭代應(yīng)用。在關(guān)鍵的開發(fā)初始階段，快速獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)的及時(shí)反饋信息，對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)近乎及時(shí)的修改，不僅利于降低成本，而且能夠加快產(chǎn)品上市時(shí)間。通過研究3D打印技術(shù)在高校工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并結(jié)合對材料的開發(fā)和輔助研究，對于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中采用3D打印技術(shù)的生產(chǎn)企業(yè)來說，增加了明顯的競爭優(yōu)勢。隨著3D打印設(shè)備價(jià)格的下降，其使用需求市場將進(jìn)一步擴(kuò)大，尤其是在企業(yè)和學(xué)校方面。3D打印設(shè)備耐用、成本低廉、打印快捷準(zhǔn)確等好處能幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

1.1 3D打印技術(shù)原理

3D 打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D 打印機(jī)相對于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3D 打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)3D 物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、疊加成形，即通過逐層增加材料來生成3D 實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。之所以稱之為“打印機(jī)”，是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。

1.2 3D打印技術(shù)工藝特點(diǎn)

快速原型指的是利用計(jì)算機(jī)生成的STL數(shù)據(jù)建立三維模型的一類技術(shù)群。細(xì)絲狀原材料以及可熔的支撐材料從位于材料艙室的自動(dòng)加載器向上傳送到擠壓頭。在擠壓頭部，材料加熱到半液態(tài)，經(jīng)過兩個(gè)擠壓噴頭嘴的擠壓，擠出半流動(dòng)的材料，在成形基底上沉積成非常精確的薄層。打印頭在坐標(biāo)軸X、Y 方向移動(dòng)，沉積基底沿著Z軸下降，成形好的原型及其支撐材料從下向上層層沉積。當(dāng)三維實(shí)體原型制作完成后，去除支撐材料，原型開始使用，如果需要，進(jìn)行精加工。相比于其他的快速原型技術(shù)，3D打印技術(shù)速度更快，價(jià)格更便宜，而且需要在設(shè)計(jì)階段的早期建造概念模型或者工作原型時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)是非常有用的。將設(shè)計(jì)圖紙送到專門的服務(wù)部門制造模型可能會花費(fèi)上百美元或者更多，而采用3D 打印設(shè)備可以在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)僅僅花費(fèi)很少的費(fèi)用就可制造出相應(yīng)的模型。3D 打印設(shè)備的體積較小，使其可作為一個(gè)辦公室設(shè)備。而大型的快速原型系統(tǒng)通常需要集中安置并需要專門的人員來操作。

1.3 3D打印技術(shù)的競爭優(yōu)勢

一個(gè)產(chǎn)品處于設(shè)計(jì)階段的時(shí)間越長，它推向市場所需的周期時(shí)間相應(yīng)也越長，對于一個(gè)公司來說，這意味著利潤會降低。3D 打印技術(shù)是縮短設(shè)計(jì)過程的最優(yōu)選擇。此外，3D 打印技術(shù)消除了由于外購產(chǎn)品原型可能會導(dǎo)致的運(yùn)送延遲、行政減速。這樣制造商在管理生產(chǎn)時(shí)具有更大的靈活性。3D 打印設(shè)備成本相對較低，使其成為企業(yè)的最佳選擇。而且3D 打印設(shè)備的年度維護(hù)成本也相對較低。

1.4 3D打印技術(shù)的應(yīng)用和使用設(shè)計(jì)過程的獲利

設(shè)計(jì)人員和工程師使用3D打印設(shè)備進(jìn)行概念開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。他們幫助使用者或者潛在的客戶通過實(shí)際模型來了解、感受一個(gè)真實(shí)的零件，而不是依賴他們想象生成的一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形。更快地進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代。采用3D 打印設(shè)備，設(shè)計(jì)小組能夠與其他可以提供反饋的人員一起盡早審核產(chǎn)品概念。這種與工程、市場、質(zhì)量保證等部門的實(shí)時(shí)協(xié)作能夠盡早獲得設(shè)計(jì)質(zhì)量意見，使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程及其隨后的測試中進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。及早變更可節(jié)省成本。在設(shè)計(jì)過程中，越靠后進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，成本將越高。通過與其他部門進(jìn)行頻繁地交互和協(xié)作，及早解決設(shè)計(jì)缺陷，將降低這些變更成本。

2 工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)新模式的探索分析框架

理論準(zhǔn)備上從網(wǎng)絡(luò)時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)的新特點(diǎn)和新要求出發(fā)，分析比較了傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)模式與現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)模式的區(qū)別和不足，分別研究了基于軟件設(shè)計(jì)中的交互設(shè)計(jì)模式，基于CAID技術(shù)研究下的并行工程和逆向工程設(shè)計(jì)模式以及基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究下的設(shè)計(jì)眾包模式和它們的目標(biāo)，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定了理論研究基礎(chǔ)。又通過對它們設(shè)計(jì)流程的具體分析得到了啟發(fā)，進(jìn)而探求到了一種能實(shí)現(xiàn)人性化、個(gè)性化的人機(jī)交互應(yīng)用、快速生產(chǎn)制造和社會化個(gè)性定制生產(chǎn)為目標(biāo)的3D打印技術(shù)及其在各自環(huán)節(jié)中的流程設(shè)計(jì)。在此分析框架內(nèi)，可以看出，重點(diǎn)部分的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在于3D打印技術(shù)的應(yīng)用和結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)平臺為合作形式的一種全新的工業(yè)設(shè)計(jì)模式，以及在高校工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3 結(jié)語

通過研究3D打印技術(shù)及在工業(yè)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用問題，并結(jié)合新時(shí)代電商服務(wù)功能和理念進(jìn)而研究出未來工業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用模式，有較好的學(xué)科發(fā)展前景和創(chuàng)新思想。并且通過多種平臺和渠道的合作，應(yīng)用從高校開始試點(diǎn)和推廣，有利于推動(dòng)高校工業(yè)設(shè)計(jì)教育的發(fā)展步伐，具有良好的應(yīng)用前景。期許展望3D打印技術(shù)將給未來的工業(yè)設(shè)計(jì)帶來的更加多元化的發(fā)展趨勢和空間，從而將工業(yè)設(shè)計(jì)更加大眾化、普適化到與人們生活、生產(chǎn)息息相關(guān)的各個(gè)方面中去。

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作者簡介：張楠楠（1983—），女，江蘇徐州人，景觀設(shè)計(jì)專業(yè)碩士，講師，從事環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、珠寶首飾設(shè)計(jì)專業(yè)講授及設(shè)計(jì)工作，發(fā)表論文5余篇。