3D打印技術在產品設計中的應用

【摘要】：3D打印技術是應用于產品設計當中的新型技術。3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。與傳統技術性比，3D打印技術還擁有如下優勢：通過摒棄生產線而降低了成本；大幅度減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統生產技術無法制造出的外形。

【關鍵詞】：3D打印；產品設計；材料

一、什么是3D打印技術

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

二、3D打印技術的應用

3D打印技術其優點在于：一是最直接的好處就是節省材料，不用剔除邊角料，提高材料利用率，通過摒棄生產線而降低了成本；二是能做到很高的精度和復雜程度，除了可以表現出外形曲線上的設計；三是不再需要傳統的刀具、夾具和機床或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件；四是它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設計轉化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產品研發周期；五是3D打印能在數小時內成形，它讓設計人員和開發人員實現了從平面圖到實體的飛躍；六是它能打印出組裝好的產品，因此它大大降低了組裝成本，它甚至可以挑戰大規模生產方式。但3D打印技術存在優點的同時也具備有著其一定的缺陷任何一個產品都應該具有功能性，而如今由于受材料等因素限制，通過3D打印制造出來的產品在實用性上要打一個問號。一是強度問題：房子、車子固然能“打印”出來，但是否能抵擋得住風雨，是否能在路上順利跑起來？二是精度問題：由于分層制造存在“臺階效應”，每個層次雖然很薄，但在一定微觀尺度下，仍會形成具有一定厚度。的一級級“臺階”，如果需要制造的對象表面是圓弧形，那么就會造成精度上的偏差；三是材料的局限性：目前供3D打印機使用的材料非常有限，無外乎石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料等。能夠應用于3D打印的材料還非常單一，以塑料為主，并且打印機對單一材料也非常挑剔。 目前，3D打印技術已在工業造型、機械制造、航空航天、軍事、建筑、影視、家電、輕工、醫學、考古、文化藝術、雕刻、首飾等領域都得到了廣泛應用。

三、3D技術在產品設計領域的發展

從長遠看，這項技術應用范圍之廣將超乎想象，最終將給人們的生產和生活方式帶來顛覆式的改變， 甚至引發第三次工業革命。由于受制于材料、成本、打印速度、制造精度等多方面因素，這項技術并不能完全取代傳統的減材制造法并實現大規模工業化生產，未來相當長的一段時間內兩種生產方式將并存、互補。3D打印領域，中國在科研方面已經頗具實力，某些技術已經領先全球， 但是在商業化應用和產業化方滯后，我國已經和美國站在同一條起跑線上， 如果國家加以政策扶持，中國有望成為最大的3D打印業國家。材料、人才、商業化應用是3D打印技術發展和普及的關鍵。3D打印領域商機無限，但現在介于存在一定投資風險，關鍵是找到實現盈利的應用領域和商業模式，較早介入者將占有一定的市場先機。目前3D打印技術的主要應用方向工業企業新產品設計、試制及快速打印成形；個性化產品設計及快速打印制造；各種創意產品、玩具、禮物、文物、動漫游戲角色及人物模型等克隆復制3D照相館；醫療行業人體器官、醫療器械打印；建筑模型制作；教育、科研、軍事等行業的應用。例如一些小產品制作等傳統的模具制造領域，往往模具生產時間長，成本高。將3D打印技術與傳統的模具制造技術相結合，可以大大縮短模具制造的開發周期，提高生產率，是解決模具設計與制造薄弱環節的有效途徑。3D打印技術在模具制造方面的應用可分為直接制模和間接制模兩種，直接制模是指采用3D打印技術直接堆積制造出模具，間接制模是先制出快速成型零件，再由零件復制得到所需要的模具。3D打印的快速發展也將為我們的設計領域來極大地便利。

作者簡介：徐暢（1995.04—）；女，籍貫：吉林省遼源市，學歷：本科，畢業于大連工業大學藝術與信息工程學院。