3D打印技術在創意家具設計中的應用

朱珠 孫靜 覃卓凱

摘要：隨著技術的發展，3D打印技術逐步滲透進各行各業。在家具制造業中，通過3D打印技術，不僅可以制造出更多具有創意外形的家具，更是大大縮短了制作周期，提高了制作效率。本文簡要介紹了3D打印技術的原理，探究了3D打印技術在國內外的發展歷程，分析了傳統家具制造工藝的缺點和利用3D打印技術制造家具的優勢。并通過具體的操作流程，講解了通過3D打印技術制造ET單椅模型的全過程。

關鍵詞：3D打印：家具設計與3D打印：3D打印的運用

中國分類號：J525.3 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）07-0135-02

3D打印機的橫空出世，打破了傳統的束縛，使得以往造型復雜、耗時驚人的家具可以很快地生產出來，解放了生產力的同時增加了產量。將3D打印技術融入到家具設計中去，是家具市場的又一重大的突破，不僅可以很快地將設計的產品打印出來，并且可以直接面向市場，大大提高了設計轉化為產品的效率。

1 3D打印技術簡介

簡單來說3D打印機所使用石膏、尼龍、金屬、陶瓷等可以被溶解成粉末狀的材料，打印出的物體是立體的。整體來說，3D打印機可以打印出真實產品的一種機器。3D打印的工作流程主要分兩步：首先通過建模軟件設計并建出理想的立體的產品模型，并將產品模型導入3D打印機。建模軟件和打印機之間銜接的標準文件的格式為STL，這種類型的文件在模擬物體表面的時候，選擇的是三角面來進行模擬，其選擇的三角面積越小，則代表物體表面的分辨率越高，當然最后打印成型的物體三角面就會越多，然后再往3D打印機里添加液化的或者是粉化、絲化的原材料，啟動機器即可打印出建模軟件里的模型[1-4]。

2 家具設計與3D打印技術

2.1 傳統家具制造

目前家具的生產一直都是設計好圖紙，然后按照“原木一開料一烘干一下料一拼版一下料一畫線一開榫、打眼、開槽一組裝一油漆一包裝一出廠”這個模式進行生產的。在生產過程中，由于家具機械以及人工的誤差調整，家具的生產需要頻繁的修正，因而導致家具的生產周期過長，耗費人力物力，制作成本高。

2.2 3D打印技術與家具設計

隨著科技的不斷進步，在進行家具生產的時候若使用3D打印技術即可以忽略掉前面的傳統步驟，直接從圖紙到成品，一步到位。并且3D打印技術打印出的家具從外觀來看，打印出的家具逐層堆積形成了十分明顯的紋路，表面層的質量看起來也是非常勻稱的，并且每層都十分的流暢和一致|5]。如果充分的利用打印的紋路，就不會使得那些紋路影響到家具的美觀程度，并且還可以使得打印出的家具獨一無二。與此同時，3D打印的家具可以讓室內設計具有很強的生動性，使得家具變得更加具有立體感，給我們帶來視覺上的沖擊力。

3 3D打印技術在ET單椅制作中的運用

3.1 制作準備

基本材料：3D打印專用石膏粉末，3D打印專用彩色膠水，Color bond

3D打印機：Project 660 Pro，毛刷。

3.2 具體制作步驟

1）建模軟件選擇。這里使用的是3Ds max20099。

2）單位配置。點擊菜單欄的自定義——單位設置，在公制里面選擇毫米，點擊確定。

3）座面建模。（1）選擇右邊的建模菜單窗口，選擇標準基本體下面的球體，球體的參數為半徑250mm，分段數100，半球0.6。此時由于座面是向下的，需要在Z軸方向翻轉，點擊鏡像翻轉。（2）復制一個上訴中的模型，并使用縮放工具進行縮小。（3）選擇位于下方的半圓，進行布爾運算。點擊右邊的建模工具下拉菜單，切換至復合對象，選擇布爾，切割掉上方的半圓。（4）制作兩邊鏤空。選擇標準基本體一圓柱，圓柱參數為半徑100，高度300，邊數100。并在圓柱上添加一個FFD3*3*3的命令，并調整FFD節點。使用旋轉命令，使得變形后的圓柱為傾斜插入半圓。調整好位置之后，鏡像出另一個，并調整好位置。繼續對之前的座面進行布爾運算切割掉這兩個變形后的圓柱，效果。

4）腿部制作。（1）選擇建模菜單中的擴展基本體，選擇切角長方體。建出一個長35、寬35、高350、圓角3的切角長方體。并添加一個FFD2*2*2的命令，把腿部下端縮小并傾斜一點即可。（2）使用鏡像命令對腿部進行對稱復制，并對后腿進行適當傾斜增加其穩定性。

5）賦予材質。3D打印機只能識別標準材質，所以請勿使用V-ray材質進行賦予。由于本模型只有白色座面與黃色椅腿，所以只需要賦予白色與黃色材質即可。

6）導出模型。因為3D打印機中有自帶的一款文件識別軟件3D Editor Pro，這款軟件可以識別多種類型的模型文件，但wrl格式是最容易操作的辦法之一，所以此處選擇導出wrl格式用于后面打印。在完成模型的建立后，將模型保存并導出，在文件名一欄需要選擇VRML97的格式。

7）打開3DEdit Pr02.O（x64）界面。

8）點擊File-Open，找到步驟2中保存的wrl文件。

9）打開導出的被保存為wrl格式的模型文件，并在Choosethe Pperation Mode窗口選擇Fix mode（修復模型）選項，模型修復完畢會彈出窗口。點擊鼠標并移動，使3D模型在操作界面內進行各方位的旋轉，檢查導出的模型是否有誤，如果出現錯誤，則需要重新使用3Ds max軟件進行編輯修改，再導出新的wrl格式的模型文件并重復步驟9和步驟10。正確之后的模型。

10）如果上個步驟確認模型無誤，便將模型重新保存為zpr格式。

11）打開3DPint界面。

12）將之前保存的zpr模型文件打開，點擊Next命令跳過彈出的Choose Units for窗口，在Scale選擇視圖大小界面選擇100%，如果有提示模型尺寸太大，則選擇稍小一點的視圖。這里選擇30%。點擊Next進入到顯示界面。注：如果在接下來的過程中想要重新修改視圖大小，則可以點擊鼠標右鍵選擇Scale命令進行修改。

13）模型檢查之后如果沒有什么問題，即可打印。打印之前，首先確認3D打印機處在在線（Online）狀態，如果沒有，則要設置打印機選項使其處在Online狀態;在3DPrint軟件菜單欄上選擇Settings-Printer Settings;在Printer Settings（打印機設定）窗口下選擇Select Printer命令，在Select 3D Printer窗口下選擇Network，并選擇Find命令，使其搜索到連接的打印機，確認無誤則點擊OK;返回到Select 3D Printer繼續點擊IOK即可;最后關閉Printer Settings的界面。注：如果在點擊Find命令后不能搜索到打印機，則需要確認打印機和電腦的連接是否正常。

14）在3D Print軟件界面，選擇Home菜單下的Build命令;在彈出的Printing Options窗口中選擇OK;在繼續彈出的Maintenance窗口中選擇Close提示Did you lube Piston Screws，進行兩次確認;最后進入Printer Status界面，確認是否打印機的材料數量能否滿足此次打印操作，如果有某項材料數量不足，則后面的參數一欄則會進行紅色警告提醒，在添加相關的材料數量后則會顯示正常。添加完畢點擊Print即可。

15）打印完畢后，不能馬上取出模型，應使模型靜置于打印機內10小時以上方可取出。在3D打印機設置中選擇VACUUM命令，對打印物周圍多余的材料進行真空吸粉回收。之后拿起真空管進行吸粉，實現記住打印成品的位置，先把沒有打印的區域的粉末吸除，按照粉量的大小選擇合適的真空管頭，在吸粉操作時應把握輕、準、慢的原則。

16）當打印區域之外的粉基本被吸完之后，使用毛刷對打印區域進行清理，用較低的力度刷去貼近打印品的粉末，再使用小號的真空管頭對打印品周圍進行粉末吸取，重復這兩個操作直到能夠完好取出打印品。

17）取出成品后，再用毛刷對打印品進行細部的清理，剔除掉多余的粉末，然后將打印品放置進打印機清潔倉。

18）使用空管和紙巾對打印倉進行清潔，并選擇BUILDCHAMBER-RAISE PLATFORM將打印倉升高到8.00，關閉倉門。然后選擇CLEAN PARTS命令，在打印機清潔倉中進行吹風操作。

19）在清潔倉中，使用噴漆管對打印品表面的粉末進行清潔。在清潔之前保證打印品的穩定，以免打印品被吹倒。

20）當打印品表面粉末被吹風管清理干凈，便將清潔完的打印品放進Color Bond固化膠水槽中，浸泡30秒左右，使用手套翻轉打印品保證打印品每個部分都被浸泡。最后，將浸泡好的打印品拿出懸于膠水槽上方直至不再滴膠，然后將其放置于硫酸紙上自然風干。

21）最后展現的就是打印好的成品。

4 總結

處于科學技術高速發展的21世紀，3D打印技術的產生和持續的進步，為制造行業提供了一個全新的方向.家具制造業也不例外。本次研究通過使用3D打印技術制造家具模型，清楚地了解了3D打印的具體流程，其高效和便捷也突顯了3D打印技術對創意家具設計起到的巨大的作用。3D打印技術融入到創意家具設計中，使得一些概念型的家具也可以投入市場，打破那些傳統的、陳舊的設計，讓家具市場注入_股新鮮的氣息。

本文系2016年度廣西高等教育本科教學改革工程項目（項目編號：2016JGA115）。

參考文獻

[1]蘇也惠，邢妍.3D打印技術在三維模型設計中的應用研究[J]，藝術科技，2016，29（2）：84-84.

[2]高月，3D打印技術進入服裝設計領域[J]，藝術時尚：理論版，2014 （10）：140-140.

[3]劉碧瑤，邸貴玉.3D打印家具的技術原理與發展趨勢[J]，設計藝術研究，2016（6）：116-121，

[4]徐文鵬.3D：打印中的結構優化i問題研究[D]，中國科學技術大學，2016：1-8.

[5]覃卓凱，闊葉樹材微觀構造立體模型構建與制作[D].廣西大學，2016：80-97.