淺談3D打印對工業設計專業學生設計能力的影響

黃葉鋒??

摘 要：3D打印是制造技術的創新，它的出現和發展對工業設計產生巨大的影響。本文對3D打印的重要性，工業設計專業學生學習設計中存在的一些問題，3D打印在學生學習設計時的影響情況以及學生應如何利用3D打印來提高自身設計能力水平這幾個方面進行討論和分析。說明3D打印對工業設計專業學生學習設計產生重要的影響，極大提高學生的設計能力。

關鍵詞：3D打印；工業設計專業學生；設計能力影響

一、 3D打印的重要性

3D打印是一種創造性的打印方式，也被稱為增材制造、快速成型、快速制造等。它是一種以三維CAD設計數據為基礎，將特定材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）一層層疊加起來成為實體結構的制造方法。這種通過三維設計軟件和3D打印技術結合在一起，改變傳統制造業的生產方式，使傳統受工藝限制的產品都可以被打印出來，對產品生產模式與人類設計生活等方式尤其是對工業設計產生了重要的影響。

二、 工業設計專業學生學習設計情況調查和分析

工業設計專業是我國一個新興的、綜合性的應用型專業，該專業涉及許多領域，是一門交叉學科，實踐性強。該專業的學生需要具備健全的知識結構和儲備、良好設計能力與創新創造能力以及良好的人文素養。

目前，國內的工業設計專業學生主要以老師教授設計課程為主，以設計工作室為平臺，學生參與設計競賽或為企業實做等途徑和手段來學習并提高自己的設計能力。

經過調查發現，目前工業設計學生普遍的學習方式還是以老師灌輸理論知識為主，不能得到充足的實踐鍛煉機會。即使經過幾年的學習，也只能掌握工業設計的理論知識和基礎設計技能，畢業后的設計能力難以勝任相應的設計崗位。

例如：學生在設計過程中，在手繪方案或者計算機建模后，往往需要做出實物模型來驗證分析設計產品的可行性。但是，由于材料、工具等諸多條件的限制，學生無法將實物模型與圖紙上或計算機上的模型完美匹配，一些復雜結構無法完整呈現，只能將設計簡單化，這樣最終的效果無論是學生還是老師，都不會很滿意，學生更會因此而逐漸放松設計的要求，甚至失去興趣。這樣不利于學生創新性、積極性以及設計能力的提升，而3D打印則會很好地解決這個問題。

三、 3D打印技術的引入提高設計能力

工業設計的核心是創新，3D打印的精髓是個性創造，這兩者結合在一起相得益彰。學生作為最富創意的群體，利用好3D打印技術，提高自我的設計能力，將思維得到更好地發散與拓展，設計出真正有用的產品。

3D打印技術的引入可以從以下幾個方面大大提高學生的設計能力。

1. 提升三維建模能力

學生可以利用三維掃描技術測出實物模型表面的點云數據，再經過曲面重構造型軟件等獲得實物模型的3D數字模型，這是3D打印的逆向工程。通過這個步驟，學生可以將自己所想改進的原型產品進行快速、準確地測量，將原型產品中部分零件進行利用，直接對產品不足之處進行創新再設計，最終將得到一個比直接建模更加成熟嚴謹的模型。在模型中，學生會更加注重細節，因為許多復雜的結構和設計點都會在打印中體現出來，這就促使學生在建模的時候會更加嚴謹。

嚴謹和成熟的建模要求學生至少精通一門甚至多門三維軟件，包括參數化的軟件PROE、SOLIDWORKS以及UG等，非參數化的三維軟件，例如犀牛。不同的軟件優越性也不一樣。參數化軟件的優越性在于易于編輯和修改以及對應生產制造良好的兼容性，而非參數化軟件對于構建復雜曲面、快速表現外觀設計想法十分實用。因此，學生的三維建模能力會得到很大的提升。

2. 提高實踐操作能力

引入3D打印技術，學生必然要學會操作3D打印設備，學生在專業課程中親身實踐，完成從設計到生產的整個流程，并且利用3D打印技術打印，從而對處于設計階段的產品做出快速評價、修改及功能試驗。通過反復修改的過程能夠鍛煉學生在設計實踐中的科學與嚴謹的素質，學生的實踐能力大大提高，同時也增強了學生的就業競爭力。

3. 提高產品性能意識

3D打印出來的實物一部分是可以當做產品直接使用，這就要求學生對于產品的性能方面有足夠的了解，并且對于打印的材料也要有清楚的認識。3D打印可以將圖紙或計算機上的虛擬設計成為現實實物，更加直觀，最終檢驗設計是否合理。只有測試產品性能，學生不止會考慮產品的功能形態，更會注重本身的性能。了解掌握3D打印技術的工業設計學生會更加嚴謹，思考會更加全面，設計的產品也會更加成熟。

4. 開拓思維想象空間，提高創新能力

傳統的設計一般是在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕等辦法，去除多余部分，再以拼裝、焊接等方式組合成最終產品，加工工藝必須適應批量生產的要求以及各種設計要求與標準。但是利用3D打印，學生可以突破傳統的這些局限，3D打印技術無需原胚和模具，可以直接根據計算機模型數據，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體。3D打印可以制造受傳統工藝限制的產品，學生可以自由發揮，天馬行空地想象，最終為產品的設計提供了無限的創意。3D打印過程中，學生的創新思維得到充足地發揮，不僅為設計注入持久的設計靈感和創新動力，還能有助于提升設計能力。

5. 提高設計成就感

3D打印技術是這個時代最先進的制造技術，可以快速地將設計的物體打印出來，大大提升工業設計專業學生設計興趣。通過反復修改設計，最終將自己的設計變為實物，學生會獲得設計的成就感與自豪感。

6. 提升學生綜合素質

3D打印技術集計算機技術、材料科學、控制技術、機械技術、光學工程等于一體，學習3D打印技術需要掌握理論知識，同時具備軟件操作能力和設計知識以及熟練地操作設備能力。學生可以掌握最前沿設計的技術支撐，同時培養了觀察力，嚴謹的設計態度，提升創新設計能力，拓寬了設計思維，鍛煉實踐操作能力，從而整體提升學生的綜合能力和素質。

四、 工業設計專業的學生如何利用好3D打印技術

工業設計專業的學生可以利用3D打印技術和各種設計軟件制作模型來表達自己的設計想法，這樣可以增加自己動手操作的空間，獲得充分的實踐機會。

學生可以在競賽過程和與企業實做的反饋中驗證自己的設計是否具有社會價值，可以將理論轉變為實戰，獲得更多接觸社會真實課題的機會，在參與過程中不斷提升自己的設計能力。參加各類工業設計競賽，是非常好的自我提升設計能力的途徑。除了傳統的紅點獎、IF獎等，如今也興起一些以3D打印為主的工業設計競賽。例如同濟大學主辦的“工業4.0-國際大學生3D打印機設計邀請賽”；江蘇省經信委主辦的“江蘇省大學生3D打印創意大賽”；中國創e設計3D打印大獎賽……這些都說明了3D打印技術在工業設計專業以及這個行業的重要性。未來的設計不僅僅停留在圖紙和電腦上，更會直接體現在實物上，學生想要充分地展示自己的創意，實物是最好的語言，最完美展現實物，那就是依靠3D打印技術來實現，在學習和掌握3D打印中提升自己的設計能力。

另外，學生還可以借助3D打印服務網絡平臺，將自己的作品進行上傳分享，與其他設計師進行研究討論，實時獲取各方意見，完善設計方案，提升自己的設計水平。學生還可以在平臺上學習到更為專業的3D硬件設備，軟件支持，專業的解決方案，包括逆向工程、產品設計、教育培訓等，進一步提升自己的設計能力。

五、 總結

工業設計的核心是創新，3D打印的引入使該專業有更好的發展前景。學生可以借此機會擴大知識儲備，開拓思維想象空間，獲得更多創意來源，從而激發設計興趣與熱情，進一步提高創新設計能力。同時學生也將提升自身嚴謹的設計態度，更專業的建模能力，增強實踐操作技能，提升設計成就感，加強自身的整體設計能力和綜合素質，從而保持對工業設計專業的熱愛，為進入工業設計行業奠定基礎，為國家現代工業化貢獻自己的力量。

參考文獻：

[1]王維，王克峰，張啟超，盧升萍.3D打印技術概論[M].遼寧人民出版社，2015.11.01.

[2]周磊晶.3D打印對工業設計發展的影響[J].科技創新與應用，2015.06.28.

[3]崔延琳，張恒.淺談工科類院校工業設計專業學生的素質培養策略[J].才智，2014.09.05.

[4]程旭鋒.工業設計專業學生實踐能力培養模式的設想[J].中國林業教育，2009.06.15.

[5]鄭濤.3D打印技術在工業設計專業教學中的應用[J].教育教學論壇，2016.04.13.

[6]劉勇利.3D打印對工業設計的促進作用分析[J].科技創新與應用，2014.10.18.