3D打印技術在工業設計中的應用研究

魏冬松

摘要：工業是國民經濟持續增長的重要組成部分，在工業改革不斷深化背景下，越來越多先進技術和工藝應用其中，對于新時期的工業設計提出了更高的要求。3D打印技術作為一種前沿技術，在工業設計中的應用可以改善以往工業設計模式的局限性，解放傳統設計思維的束縛和影響，可以有效縮短設計成本和周期，為后續的工業生產打下堅實的基礎和保障。本文就工業設計中3D打印技術的應用進行分析，把握技術要點，以求推動工業健康持續發展。

關鍵詞：工業設計；3D打印技術；CAD技術；計算機數控技術；分層制造技術

中國分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）03-0121-02

工業設計是工業生產的基礎環節，設計合理與否將直接影響到后續的生產活動有序開展。3D打印技術作為一種快速成型技術，在工業設計應用中可以滿足設計需要，改善以往生產技術中的局限性，提升生產效率和生產質量。通過3D打印技術，可以實現對塑料和金屬材料加工，提升和加工效率和加工質量，在滿足企業生產需要的同時，帶來更大的經濟效益。對于生產企業而言，在當前激烈的市場競爭背景下，可以占據更大的競爭優勢。加強對其研究，有助于推動工業改革深化，為后續的相關工作開展提供參考。

1 3D打印技術概述

1）原理：3D打印技術是快速成型技術中較為典型的一種技術，主要是迎合機械工程、計算機數控技術、分層制作技術和CAD技術快速發展背景下衍生而來的制造技術。3D打印技術以計算機三位數字模型為基礎，使用配套軟件將其分為多個層次，借助熱熔噴嘴和激光束逐層堆積黏結，可以有效提升產品生產質量，滿足市場上對產品的個性化需求。

2） 3D打印技術類別：就當前市場的3D打印技術來看，不同類別所使用的材料存在一定差異。包括以下幾方面：（1） SLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料包括金屬粉末、熱塑性塑料和陶瓷粉磨等；（2） FDM熔融沉積成型技術，使用的材料包括蠟、共晶系統金屬和熱塑性塑料；（3） EBM電子束熔化成型成型技術，使用的材料主要是鈦合金；（4） DMLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料幾乎包括所有的合金材料；（5） SHS選擇性熱燒結成型技術，使用的材料主要是熱塑性塑料；（6）PP粉末層噴膠3D打印成型技術，使用的材料主要是石膏。

3） 3D打印技術優勢：在工業設計中應用3D打印技術，可以實現大批量的生產，在滿足復雜產品生產需求基礎上，可以不額外增加成本，設計空間廣闊、零時間交付和不占用空間，不需要組裝，實際操作較為簡單，可以有效減少廢棄品的排放，實現對生態環境的保護。

2 3D打印技術對于工業設計的問題

傳統工業設計中，企業主要是結合設計要求，制定工作計劃，完成工作任務；深入市場調研，收集市場信息，了解市場發展需求和發展趨勢，為后續的工業設計提供可靠依據；確定設計理念和設計方向；根據設計需要分析草圖，構思設計草圖，繪制草圖；建立三維模型，提升渲染效果；制定合理的產品結構設計規劃和工藝文件，設計工程圖紙；制作手辦模型，并對模型進行綜合評估和分析；結合實際需要不斷改進，動態修改圖紙。

3D打印技術在工業設計中，相較于傳統技術而言優勢較為突出，但是其中仍然存在一定的局限性有待進一步完善。3D打印技術中材料、設備、設計人員和軟件相互影響，可以打破傳統設計理念的顯示和束縛，激發設計人員的創新能力。但是，3D打印技術由于模型輸出格式和設計軟件還不夠完善，在一定程度上影響著3D打印技術作用的發揮。3D打印技術可以充分滿足設計需求，在產品上得到充分驗證，但是如何在更多產品生產中應用，是當前一個需要解決的問題。3D打印技術自身存在著先天性的缺陷和不足，受到打印機和打印技術限制，可能無法大批量生產，所以3D打印技術尚無法全面代替傳統的制作技術。

3 工業設計中3D打印技術的應用

1）制作概念模型：在工業設計中，為了可以充分發揮3D打印技術優勢，首先需要結合實際需要制作概念模型和功能原型。以往的工業設計中，需要反復制作不同類型的模型和零件，具有工作周期長、精度差和成本高的缺點。而3D打印技術的應用，可以實現零件和模型的高精度制作，有效提升工業設計效率和設計質量。

2）工具的制作：工業設計是一個復雜的過程，不同產品在設計過程中需要借助不同的工具和設備輔助作業活動開展，而工業設計中使用的工具絕大多數需要設計師自行制作。為了滿足這一需求，可以通過3D打印技術實現，縮短設計周期，降低人工勞動強度，實現工具的高精度制作。3D打印技術工具制作可以有效縮短時間和成本，提升設計效率和設計質量，設計出更符合社會需要的產品。

3）小規模生產：3D打印技術的創新和發展，可以有效縮短打印成本和時間，通過豐富的打印方式和材料，實現產品的小規模生產。相較于傳統加工工藝而言，生產時間少、成本低優勢較為突出，可以有效打破時間和空間的限制，如果生產需要，可以隨時停止生產，對生產計劃進行二次變更和修改，生產更多高質量的工業產品。

4 3D打印技術對于工業設計的影響

1）摒棄傳統設計理念的束縛：傳統工業設計中，由于受到生產和加工工藝影響，設計師自身的創造力和想象力無法得到充分發揮。而3D打印技術的不斷發展和創新，即便結構復雜的產品仍然可以通過3D打印技術實現，優勢較為突出。在這樣的背景下，設計師可以將更多的精力投入到產品功能創新和外觀創新方面，促使產品結構設計和造型一體化，將更多人性化理念融入其中，協調美學、機械學、人機和技術等因素之間的關系，提升設計合理性。傳統工業設計主要是為了滿足大規模生產需求，這就需要建立相應模型進行設計，即便推行個性化設計，也僅僅是模型生成范圍縮小。諸如，鼠標設計就是按照這一設計思路，結合使用者手掌大小和使用習慣，適應現有產品規格，而3D打印技術則可以結合使用者手掌形狀和使用習慣針對性設計，設計出符合使用者需求的產品。3D打印技術的出現，促使產品個性化設計成為了可能，以人為本理念得到了充分的體現。

2）對工業設計流程和成本的影響：工業設計中應用3D打印技術，可以對傳統的設計流程進一步優化和完善，結合設計需求，為工業設計質量提供堅實保障。手工制作的模型無論是質感，還是精度都與預期設計存在一定的偏差，3D打印技術的出現，可以幫助用戶更為直觀的了解概念模型，綜合評估彼此的結構和功能差異。工業設計中如果使用手工制作方式需要耗費大量的時間和精力，可能受到人為主觀意識影響，工作效率偏低。通過3D打印技術可以有效縮短制作周期，為設計質量提供堅實保障。

尤其是近些年來，產品逐漸個性化發展，模型設計和制作成本較高，需要借助專門的工藝和模具實現，提升模型的效果。在工業設計中應用3D打印技術，可以有效打破時間和空間的限制，降低設計成本，提升設計效率和設計質量。

3） 3D打印技術對設計產業的影響：3D打印技術對于設計產業帶來的影響較為深遠，由于傳統工業設計模式局限性較大，設計理念陳舊，工業設計需要充分發揮設計人員的主觀能動習慣。但是伴隨著3D打印技術的創新和完善，設計師自身的專業能力和職業素養不斷提升，對于傳統加工業的依賴性隨之減小。部分設計人員創新意識較強，而部分消費者的設計能力較高，可能成為設計師。所以，伴隨著3D打印技術的快速發展，社會化制作產業隨之發展。

5 工業設計中3D打印技術應用的創新點

1）思維創新：創新是促進社會持續發展的關鍵所在，為了可以提升工業設計合理性，應該充分發揮3D打印技術優勢，加強思維創新，放飛想象，任何造型、任何曲線都可以是工業設計中的關鍵要素內容，有助于鍛煉設計思維，拓寬設計空間，進入獨特的創意空間。

2）設計隊伍創新：為了可以有效提升工業設計合理性，應該加強工業設計隊伍的創新，可以摒棄傳統思維的束縛和影響，不斷提升和學習自我，將創意轉變為現實，形成獨特的設計風格，對于工業設計領域創新和發展具有重要促進作用。諸如，多把手的陶瓷水杯和寵物貓盔甲，相較于以往的設計更具創新。

3）產品方式創新：借助一臺3D打印機，在工業設計中可以充分發揮3D打印技術優勢，通過層層疊加方式創新三維設計，可以將復雜的模型設計精簡化，將各種創意性的理念融入其中，提升工業設計合理性。在設計到制作過程中，通過3D打印技術可以大大降低成本和工作量，優化設計開發。流程，縮短開發周期，提升設計合理性的同時，為企業帶來更大的效益。

4）溝通方式創新：加強工業設計師和客戶溝通方式其創新，由于傳統評估方式僅僅是對設計師畫出來的3D模型圖進行評估，這種人為評估方式局限性較大，可能出現一定的誤差。借助3D打印技術，可以將創新理念轉變為現實，制作概念模型，這樣設計師和客戶之間的溝通更為便捷，以往工業設計中客戶僅僅是看到效果圖，可能出現產品和效果國不相符合的問題出現。借助3D打印技術進行修改，可以有效改進產品外觀，根據實際情況及時修改和完善，盡可能避免模具中出現返工問題。

5）客戶群創新：面對現代社會的發展需求，對于人性化設計需求不斷提升，通過3D打印技術可以將創新意識轉變為現實，即便是普通消費者惡業礦業擬制作更具個性化的產品，從而滿足社會個性化發展需求。

6 結論

綜上所述，工業設計是一項復雜的過程，傳統工藝需要耗費大量的時間和精力，成本較高，而3D打印技術的應用，可以打破時間和空間的限制，根據生產需要高效加工生產，提升和加工效率和加工質量，降低生產成本，為企業帶來更大的經濟效益，對于企業長遠生存和發展具有重要的促進作用。