計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)

馬瑞辰

摘 要

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在社會各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為很多高校以及企業(yè)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的工具。3D打印技術(shù)是近兩年發(fā)展最快的一門技術(shù)，它的出現(xiàn)為工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。本文分布介紹了計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)，經(jīng)兩者進(jìn)行有效地結(jié)合，并具體應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)中，從而提高設(shè)計(jì)的效率。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)技術(shù) 工業(yè)設(shè)計(jì) 3D打印技術(shù)

工業(yè)設(shè)計(jì)是伴隨著工業(yè)革命發(fā)展而衍生的一種設(shè)計(jì)，最開始主要是批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、裝飾等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，發(fā)展到現(xiàn)在工業(yè)設(shè)計(jì)變成了一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，設(shè)計(jì)的理念也發(fā)生了變化，工業(yè)設(shè)計(jì)變成了產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)周期的要素設(shè)計(jì)。上個(gè)世紀(jì)八十年代，中國才有工業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)概念，到了九十年代末隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)在工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用，大量的輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。2010年3D打印技術(shù)日漸完善，被廣泛應(yīng)用在社會多個(gè)領(lǐng)域，將其應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)中，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)的周期，提高產(chǎn)品投入市場的速度。

1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)簡稱CAID，CAID是Computer Aided Industrial Design四個(gè)英語單詞的首字母，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是依托現(xiàn)代信息化技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)，主要是為了提高工業(yè)設(shè)計(jì)的效率，適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展需求。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要針對工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域創(chuàng)造性活動(dòng)，它是工業(yè)設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效結(jié)合。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)無論是在設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)效率都發(fā)生了變化，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)涉及了AI、VR、多媒體、模糊技術(shù)、人機(jī)工程等多門信息技術(shù)，是一門綜合性的學(xué)科。一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到研發(fā)，大致要經(jīng)過市場調(diào)研、設(shè)計(jì)定位、設(shè)計(jì)草圖、效果圖、產(chǎn)品模型、實(shí)物模型，生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品的可視化是很重要的，在這個(gè)階段需要計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。比如利用圖形圖像制作軟件Illustrator、Photoshop、Coreldraw等進(jìn)行繪制，制作產(chǎn)品平面效果展示圖，也就是產(chǎn)品的二維效果，產(chǎn)品的三維效果需要3DMax、AE等軟件來設(shè)計(jì)，模型制作以后，在軟件中將其渲染成三維效果圖。產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型則需要工程軟件CATIA、SolidWorks等來完成，數(shù)據(jù)模型制作好以后，產(chǎn)品就可以直接進(jìn)入到生產(chǎn)階段了。從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到表現(xiàn)形式，都需要計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助，這種方式能夠節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作模型的時(shí)間，可以直接向客戶展現(xiàn)產(chǎn)品的效果圖。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的制圖軟件和三維軟件應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)上，然而這對工業(yè)設(shè)計(jì)師提出了更高的要求，設(shè)計(jì)師不僅要掌握手工繪制的基礎(chǔ)技能，還要學(xué)會這些制圖軟件。

2 3D打印技術(shù)

3D打印是目前市場上比較通俗的叫法，它的專業(yè)名應(yīng)該叫做添加制造，之所以被大家成為打印技術(shù)，是因?yàn)?D打印技術(shù)分層加工的過程和噴墨打印很相似。美國的3D Systems公司在1987年制作了世界上第一臺3D打印機(jī)，直到近年來3D打印技術(shù)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。3D打印技術(shù)其實(shí)是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，利用塑料或者粉末狀金屬作為粘合材料，然后逐層打印出立體的實(shí)物。3D打印在工業(yè)設(shè)計(jì)中的主要作用是模型的設(shè)計(jì)，隨著3D打印的發(fā)展，3D技術(shù)逐漸在航天航空、汽車制造、珠寶設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。目前而言，3D打印技術(shù)應(yīng)用最多的領(lǐng)域還是工業(yè)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)最后環(huán)節(jié)，為了測試產(chǎn)品的性能和設(shè)計(jì)的合理性，需要建立一個(gè)手扳模型，建立一個(gè)扳手模型通常需要一個(gè)星期的時(shí)間，價(jià)格從幾千到上萬不等，制作出來的模型精確度還無法達(dá)到產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。而利用3D打印技術(shù)，只需要一臺3D打印機(jī)和模型的相關(guān)材料，就可以快速打印出一個(gè)產(chǎn)品的模型，從而大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的周期，提高設(shè)計(jì)的效率。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印機(jī)的價(jià)格越來越便宜，很多學(xué)校和企業(yè)都可以購置一臺3D打印機(jī)。目前消費(fèi)類的3D打印機(jī)價(jià)格大概在2萬元左右。截止2016年10月30日，全球3D打印機(jī)的出貨量達(dá)到了455772臺，比2015年219186臺整整提升了一倍。3D打印技術(shù)被越來越多的人接受，被廣泛在不同的領(lǐng)域。2016年武漢華夏理工學(xué)院工程院為該院的學(xué)生宿舍購置了3D打印機(jī)，學(xué)生可以在3D打印機(jī)上打印鑰匙扣、筆筒等個(gè)性化產(chǎn)品，還可以自主設(shè)計(jì)和自主打印。

3 3D打印技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)系

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)是相輔相成的，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)為3D打印技術(shù)提供精確的數(shù)據(jù)資料，而3D打印技術(shù)則用計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)從效果圖直接變成了實(shí)物，隨著未來3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)將應(yīng)用在更多的領(lǐng)域。比如3D打印技術(shù)改善人類居住的居住環(huán)境，可以打印房子，利用3D打印打印人體器官，解決目前醫(yī)學(xué)上捐獻(xiàn)器官的難題。3D打印的進(jìn)步將極大地改變我們的生活方式。

4 結(jié)語

隨著人工智能、信息技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，未來設(shè)計(jì)師不需要再去學(xué)習(xí)各種軟件，計(jì)算機(jī)就能夠更好地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意和想法，這樣有利于設(shè)計(jì)師更好地投入到設(shè)計(jì)中。3D打印技術(shù)能夠縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]程遠(yuǎn).基于計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的汽車造型的人性化設(shè)計(jì)[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，31（01）：123-125.

[2]白珍，陳登凱，馮強(qiáng)等.實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革探索——以計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)為例[J].大學(xué)教育，2014（04）：105-107.

[3]王萍.3D打印及其教育應(yīng)用初探[J].中國遠(yuǎn)程教育（綜合版），2013（08）：83-87.

作者單位

河南省鄭州市第四十七中學(xué) 河南省鄭州市 450008