3D打印技術在人機工程學中的應用

彭亞奇　（武漢理工大學　430000）

3D打印技術在人機工程學中的應用

彭亞奇（武漢理工大學430000）

摘要：現代設計在經歷了多次技術上的革新之后，終于在20世紀末期引來了一個新的技術顛覆——3D打印技術，這是一種基于數字模型和人工智能技術的新型制作工藝。這一工藝的出現，為現代制作業開辟了新的道路，也為人機工程學的發展指引了新的方向。本文旨在通過研究人機工程學在3D打印領域的應用，探討如何更好的在設計中協調好人-機之間的關系。

關鍵詞：人機工程學；3D打印技術；個性化設計

一、人機工程學的起源和發展

最早將人機工程應用到設計中的設計師是提格，他是美國最早的職業工業設計師也是也是一位很成功的平面設計師。而奠定了人機工程學基礎的是設計師亨利?德雷夫斯。在現代設計的初期，人們往往為了追求商業的價值，進而忽視了設計的最終目的是人。德雷夫斯原本是和貝爾電話公司共同合作設計電話機，他漸漸的發現，幾乎所有的設計都是沒有充分考慮到人的感受的，例如最早的電話機是分離式的，人在打電話時還需要一手拿著麥克風，一手拿著聽筒，這無疑給使用者帶來了很多不便之處。真正的人機工程學是在設計的過程中，充分考慮人的生理、心理需求，設計出最適合人的產品。早期的設計雖然從主要注重產品的功能，慢慢過渡到在設計中注入一定人文主義的元素，使得產品并不是冷冰冰的，然而這個人機工程是有區別的。人機工程學是多門學科相結合的混合型學科，包括生理學、心理學、材料學、力學等學科共同協作下形成的。

在設計早起較具備人機工程學意義的產品就是德雷夫斯設計的合體型電話機。在整個現代設計史中，家具設計是人機工程學應用較多的領域，這是因為家具的方方面面都和人的生活相關，人們往往都熱衷于設計家具。人機工程學在家具設計中提供了理論依據，不僅是人們對于功能的追求，還反映了大眾的審美情趣。例如著名設計是沙里寧（EeroSaarinen）設計的胎椅和郁金香椅，將人機工程學在功能和形式的有機結合中表現得淋漓盡致。其實人機工程學的運用典范在我國明代家具中就有所表現。明代家具的設計不單單是設計師——也就是工匠所決定的，在國立鼎盛的明代，各家思想流派呈現出別樣的生命力，文人已經從詩歌中走出來，將理想主義轉化為現實中的造物精神。于是明代家具的設計中就摻雜著文人的情懷——流暢、雄勁的線條，搭配寥寥幾根骨架，一個簡約又合乎人體長寬比的家具便呈現在世人的眼前。

二、3D打印在人機工程學中的運用

3D打印技術的出現可謂是為人機工程學的發展提供了新的機遇。3D打印技術能夠使人機工程更精準化。一般來說具有人機工程學特點的產品是符合一般大眾的、能被社會上大部分人所接受的。在3D打印技術的支持下，設計師能通過收集電腦掃描的人體結構，研究標準化的人體數據，更加精確的分析人體構造，設計出符合人體結構的產品，并通過3D打印技術直接打印，一般情況下都會根據初步打印出來的產品進行修改調整，進一步精確化產品的參數。3D打印技術有助于個性化人機工程。傳統的人機工程學往往都是大眾化的標準，在這個追求個性化和多元化的時代，人機工程應該具備一些個性化的元素，這是因為人與人之間總是存在差異的。如何將人機工程個性化？一般的企業是通過批量化生產來占據市場，但是現如今大部分的市場趨于飽和，這就需要個性化的產品給推動市場發展。制造商可以通過接受個人的訂單，將用戶的身體通過計算機掃描建立數字模型，再通過3D打印技術打印出來。例如，蘋果公司的產品是人機工程學的典范，Iphone所配置的耳機也和其他一般耳機在外形上有很大的差異，其特有的外形是根據人耳的結構所設計的，但是我們不能忽視的一個問題是，每個人的耳廓及外耳道大小都是有差異的，標準化的人機工程設計，并不一定能夠滿足所有人的需求。

現代設計中越來越注重倫理設計，為弱勢群體設計，包括殘疾人、老年人、以及婦女兒童。3D打印的出現為身體有缺陷的群體量身定制符合其個人的人機工程學產品，即所謂的定制產品，來減少其使用負擔。一般來說，定制的產品往往需要更高的成本，例如，大部分人的鞋碼是在一個范圍之內的，但是相對于身高較高的人來說，必須花費相對一般尺寸產品的兩倍以上的價格來定制適合其身體因素的鞋。不過對于3D打印來說，定制的成本并不會過高，這是因為3D打印的產品其成本較低，相比于一般的定制產品來說要便宜很多，也能夠被大眾所接受。

人機工程學所關注的不僅僅是人本身，還包括與人相關的環境。雖然根據一項調查顯示，3D打印技術會消耗較多的電能，但是從長遠的角度來說，3D打印技術的廣泛普及將極大程度的減少對環境的污染。當然這需要技術的進一步發展和革新。現代制造業往往會造成大量的資源浪費，在傳統的制造模式中這一過程會消耗大量的原材料，但是3D打印技術的介入，改變了這一現象——所有用來測試產品的初步模型都會被重新再利用，用剩下的邊角料也可以回收利用，3D打印技術促使人機工程在應用的過程中真正做到環保化。

三、關于人機工程學和3D打印在未來的展望

3D打印作為一個發展不過30年的新興制作工藝，之所以能在今天得到人們的重視，是有一定原因的。不可否認的是3D打印技術在能耗、普及度方面仍然存在一些問題，但是隨著科技的發展，這些問題勢必得到改善。3D打印技術在人機工程的應用將變得更為顯著，例如為兒童設計的產品往往因為兒童的生長速度過快而使得產品本生的使用周期縮短，造成資源的浪費，如果利用3D打印技術通過重復回收利用來改變打印的產品的尺寸，適應兒童的生理需求，即便是年齡變大也可以繼續使用。除此之外還可以利用3D打印技術根據用戶的需求來改變產品的基礎外觀，包括色彩和肌理，因為產品的外觀也是人機工程學的重要研究范疇，影響著人們使用的心理。

不管是3D打印技術還是人機工程學，都為人類的設計進步提供了技術或者理論上的支持，隨著這些科學技術的發展，未來的設計勢必更為多元化。

參考文獻：

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作者簡介：

彭亞奇，武漢理工大學2015級研究生在讀，研究方向：產品設計方向。