3D打印在產品設計中的發展應用

楊濤

摘 要：本文從產品設計流程的視角分析了3D打印技術的發展應用，通過分析3D打印技術的特點，得出了3D打印在產品設計各個環節的應用優勢，即提高設計效率，減少設計周期與制作成本。在此基礎上，詳細分析了3D打印在產品設計中的發展趨勢，提出了各流程中的關鍵問題和解決辦法。

關鍵詞：3D打印；產品設計；發展應用

1 產品設計企業引入3D打印技術的原因

1.1 產品開發的需要

目前，企業引入3D打印機主要還是將其運用于手板制作。但不少企業已逐漸把3D打印融入整個產品開發過程中。例如，在產品設計初期，設計師為了及早了解自己的設計概念在現實中是否可行，他們會一邊設計、一邊打印產品部件，如果發現有問題，他們就立刻修改設計，而不是等到整個產品設計出來了才能修改。[1]如圖1所示，高校實驗室使用天威3D打印機制作智能機器人，整個機器人80%的零件都采用3D打印，由于不需要找手板公司開模，節省了不少時間和資金，而且可以隨時修改設計參數。

現在產品設計已經不只是設計團隊的事了。企業為了讓產品能更好地配合市場需求，它們會要求市場及銷售人員提供意見，與設計師及工程師共同研發新產品。3D打印就成為這些部門溝通的橋梁，他們會把設計打印出來，拿在手上一起討論，讓一般不認識產品設計的市場和銷售人員也可以加入產品開發的行列。

1.2 生產過程的需要

企業一般使用3D打印協助制作模具。傳統模具制作相當費時，成本動輒數萬元。3D打印可讓企業先制作模具的模型，檢查過后才制作正式的模具，避免制模出錯而導致浪費。3D打印亦可幫助企業直接制作吸塑模，更有不少企業已經使用3D打印機制作最終產品及提供增值服務。企業即使要維持現有的減材生產方式，在3D打印機的協助下，每個工序都能減省成本，亦可減少產品設計和生產上的錯誤，避免重做所帶來的額外成本。

1.3 市場及銷售推廣的需要

為了在蕓蕓競爭對手中脫穎而出，產品生產企業在市場和銷售推廣時，必需好好包裝自己的產品，以吸引客戶目光。3D打印正好為企業在產品推廣的獨特性、速度和成本上取得平衡。產品設計公司利用3D打印技術，先向客戶提供3D模型，讓客戶具體地了解過后才正式確認定單。由于能接觸實物，客戶對該企業及產品的信心比只能提供示意圖的企業來得要高。3D打印可減少產品問題，保證客戶得到優秀的產品，不但減少售后服務的壓力，更增加客戶對該企業的信心，從而繼續使用企業的產品。[2]3D打印人像在眼鏡、服裝等領域有諸多跨界合作的案例，不少企業在與天威耗材合作的過程中，都提出使用3D打印機來制作用來襯托產品的工具或裝飾品的創意。如圖2所示，下圖的眼鏡生產商就運用了3D打印機制作1：1頭像，以襯托其眼鏡產品。跟放在展架上相比，以3D頭像襯托的眼鏡展示不但更能吸引客戶眼球，亦令客戶直接看到眼鏡設計與人面的配合度，推動他們購買。

2 3D打印技術在產品設計中的發展趨勢

2.1 更多的材料選擇

目前，最普及的3D打印技術是使用塑膠為打印材料的熔融沉積成型（FDM）技術，但市面上的產品五花八門，不會只用塑膠這一種材料，金屬是最廣為使用的產品材質之一。現在金屬3D打印機的價格仍然很高，其打印品的后處理過程亦較FDM技術繁復，中小企業難以引入。因此，讓金屬3D打印普及化是目前3D打印行業最重視的發展方向。

2.2 更快的打印速度

3D打印另一個發展焦點是打印速度。雖然目前的3D打印技術已令企業節省大量成本及時間，但不少企業希望3D打印能進一步提升打印速度，讓企業更快地制作產品樣板以至最終產品。國內外的3D打印研發團隊也開始在行業內率先著力于攻克3D打印速度提升的難題，未來3D打印獨特的“草稿模式”可以在短短數十分鐘內完成打印，加快生產及銷售流程。

2.3 更高的打印質量

目前，3D打印面臨的一個重要的問題就是打印質量不高。由于目前3D打印使用最廣泛的還是FDM技術，它是采用層層堆積原理制作，因此在其表面會出現絲狀紋理，即使是打印精度為0.01毫米的工業級打印機，也還是會在表面看到絲狀紋理。SLA打印技術采用的是光固化原理，表面質量相對較好，但是其打印成本比較高，可打印的材料較少，因此在市場上應用較少。[2]為了解決上述問題，很多科學家對軟件的算法進行優化，也有人用激光對材料表面進行二次光滑處理，未來3D打印將會超高精度的3D打印模型。

3 結語

通過對3D打印技術特點的分析，可以看到它在產品設計中的應用優勢，它縮短了產品開發的環節，大幅度提高了效率和質量。當然任何事物都有兩面性，在其應用流程中，也看到了3D打印機存在先天的不足，就是表面質量不高，會出現層狀紋理，打印材料范圍太小，打印速度還需要提高。數年前開始的3D打印熱潮不斷為世界帶來驚喜，亦讓企業對3D打印有無限的憧憬。經過這幾年的消化和沉淀，企業已越來越了解3D打印，并著手把這個顛覆傳統生產方式的技術融入自己的業務中，以提升設計、生產及銷售效率，增加競爭力。

參考文獻：

[1] 周興海.基于3D打印技術的陶瓷造型制作的研究[J].文化創意，2015（11）：108-109.

[2] 楊連科.基于3D打印技術的容器設計與制造[J].科技創新與應用，2015（6）：26.

[3] 王超.3D打印技術在傳統陶瓷領域的應用進展[J].中國陶瓷，2015（12）：6-11.

[4] 蘇珂，王熙.3D打印技術的工業產品應用研究[J].河北企業，2015（3）：97-98.

[5] 劉欣靈.3D打印機及其工作原理[J].網絡與信息，2012（2）：30.