淺談3D打印對工業(yè)設(shè)計的影響

王楊

（大連工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與信息工程學(xué)院）

3D打印技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域逐漸使用，如工業(yè)制造和生活領(lǐng)域，它將為人類的消費模式和商品制造方式帶來巨大的變化。基于最新的技術(shù)信息，3D打印技術(shù)的類型和現(xiàn)狀在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)有了很大的應(yīng)用。更重要的是，工業(yè)設(shè)計已經(jīng)根據(jù)其原理預(yù)測和規(guī)范了3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢。

3D打印技術(shù)影響

1 概述

3D打印技術(shù)也被稱為快速成型技術(shù)，材料制造技術(shù)，增量制造技術(shù)等，它可以根據(jù)計算機數(shù)據(jù)和各種粘合材料自動打印一件一件的物品。事實上，3D打印不是一種新技術(shù)。在20世紀(jì)80年代，它誕生了。然而，因為技術(shù)不成熟，成本巨大的，打印速度低，它未能在年輕時普及。如今改進了的3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘性材料，通過逐層打印的方法來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印具有高科技含量，是一種全面的應(yīng)用技術(shù)。已被廣泛應(yīng)用于航空航天，交通，保健，教育，醫(yī)療，地理等許多方面。由武漢光電國家實驗室（籌）完成的“型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備（俗稱激光3D打印技術(shù)）”為目前世界上效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。該裝備解決了航空航天復(fù)雜精密金屬零件在材料結(jié)構(gòu)功能一體化及減重等關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)了復(fù)雜金屬零件的高精度成形、提高成形效率、縮短裝備研制周期等問題。中科院福建物構(gòu)所3D打印工程技術(shù)研發(fā)中心林文雄課題組在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開發(fā)出了一款超級快速的連續(xù)打印的數(shù)字投影（DLP）3D打印機。該3D打印機的速度達到了創(chuàng)記錄的600 mm/h，可以在短短6分鐘內(nèi)，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60 mm的三維物體，而同樣物體采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝（SLA）來打印則需要約10個小時，速度提高了足足有100倍！除此之外，還有許多的成就，由此可見，近年來3D打印技術(shù)獲得了快速發(fā)展。

2 3D打印在工業(yè)設(shè)計中的影響

2.1 提高設(shè)計制造精度

相較于傳統(tǒng)手工制造的模型樣機表面質(zhì)量不高，產(chǎn)品外觀逼真程度較差，可裝配性不強等弊端，3D 打印能夠代替“工匠”的勞動，使得模型變得更合理、更精密、更符合實際的需要。

2.2 復(fù)雜模型的直接制造

利用3D 打印機制作出來的模具幾乎不受零件的形狀和結(jié)構(gòu)的任何約束，尤其在加工復(fù)雜曲面時更顯其優(yōu)越的性能，設(shè)計師只要在電腦上完成產(chǎn)品設(shè)計（CAD），并編寫好加工流程，計算機與數(shù)控設(shè)備將一道自動完成造型過程。而且隨著3D 打印技術(shù)的發(fā)展，可用于制造的原型材料日漸豐富，性能也日趨完善，一些非金屬快速原型已有較好的機械強度和熱穩(wěn)定性，可以直接用作模具或是生產(chǎn)成品。

2.3 加快產(chǎn)品開發(fā)周期，提高效率

上市時間是消費者關(guān)注的一個重要因素，也是影響資本企業(yè)利潤的重要方面。產(chǎn)品的設(shè)計周期越長，上市的就會更晚，從而企業(yè)獲得的利潤也會更低。所以，一般認(rèn)為公司應(yīng)加快產(chǎn)品上市時間。縮短從設(shè)計圖形到3D模型的轉(zhuǎn)換時間是縮短產(chǎn)品開發(fā)過程中的產(chǎn)品開發(fā)周期的唯一方法。使用相同量的材料制造產(chǎn)品，當(dāng)前3D打印機的生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)方式的3倍，并且隨著3D打印技術(shù)的引入和發(fā)展可以快速使產(chǎn)品原型迭代，優(yōu)化設(shè)計過程，縮短設(shè)計開發(fā)時間，提高企業(yè)效率和利潤。

2.4 降低新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險

原則上只要你在計算機上設(shè)計模型形狀，真正的對象可以由3D打印機打印，你還可以自由決定你想要打印多少。因此，它可以實現(xiàn)零庫存，公司可以根據(jù)順序生產(chǎn)。這對于新成立的公司或者投資者是一個非常好的消息，因為新產(chǎn)品開發(fā)的成本和風(fēng)險都降低了。

2.5使定制更容易和更便宜

傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計基于大規(guī)模生產(chǎn)，其基本模式是根據(jù)消費者需求的變化來適應(yīng)有限的風(fēng)格和規(guī)模，并且它會忽視用戶的差異。然而隨著時代的發(fā)展，個性消費需求正在增長。雖然有些學(xué)者和企業(yè)都提各種方式如大規(guī)模定制模式來滿足個性化需求，然而，由于其制造模式是基于批量生產(chǎn)，它不能從根本上滿足用戶的個性需求。3D打印體現(xiàn)了個性化和智能的強大特點，其基本原理使其可以進行個性化設(shè)計和制造。用戶可以通過使用3D打印機更容易定制自己的個性化產(chǎn)品，而且其方式也更簡單和便宜。

2.6 3D打印對設(shè)計師的影響

3D打印已經(jīng)在一定程度上改變了商品的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)和人們的生活方式。事實上，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于模具制造，珠寶，消費電子，家具，玩具等其他工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。2014年3月，Google推出了Ara模塊化手機項目，這個項目使用3D打印機打印組件，并預(yù)計在2015年初與可定制的智能手機一起銷售。項目Ara允許用戶配置手機。 它為用戶提供了一個空框架的手機，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇，更換或甚至刪除模塊化硬件，然后用戶只需要插入所選的模塊化硬件，

消費者甚至可以在模塊表面上打印由自己設(shè)計的圖片。這種根據(jù)客戶的個性定制的手機可以延伸手機使用周期和減少電子廢物。對人們的生活是很大的影響，同時對工業(yè)設(shè)計人員也提供了一種新的設(shè)計思路。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大眾需求的多元化，個性化，小品種已經(jīng)成為現(xiàn)代消費的發(fā)展趨勢。在設(shè)計中，3D 打印在各個設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用顯著提高了效率。在設(shè)計中，設(shè)計師和建模師或者模型師可以利用三維打印技術(shù)快速地將自己所設(shè)計的產(chǎn)品變成實物，可方便快捷地將產(chǎn)品模型提供給客戶和設(shè)計團隊，使客戶也可以隨時參與到產(chǎn)品的設(shè)計中，方便客戶和設(shè)計師的及時溝通從而促進了客戶、市場、企業(yè)之間的交流，及時調(diào)整方案，從而是產(chǎn)品更有效地得到市場的認(rèn)可，在相同的時間內(nèi)縮短了產(chǎn)品從概念到市場銷售的時間，以達到全面的控制，更加合理地又優(yōu)化了設(shè)計資源和市場資源。

3 結(jié)束語

將來，3D打印技術(shù)將幾乎影響工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的每一個方面。這對3D打印技術(shù)和工業(yè)設(shè)計師都是非常大的機遇，然而也面對著諸如知識產(chǎn)權(quán)等方面的各種問題的挑戰(zhàn)，工業(yè)設(shè)計師應(yīng)充分把握所帶來的機會，同時避免可能出現(xiàn)的問題。隨著3D打印機的發(fā)展，許多工業(yè)設(shè)計方面的問題也都迎刃而解，設(shè)計師應(yīng)該突破傳統(tǒng)產(chǎn)品制造工藝的籠子，刺激他們的創(chuàng)造力和想象力，并將更好的想法變成現(xiàn)實的商品，以滿足消費者的需要，給人們更美好的生活。

參考文獻：

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