3D打印技術運用于眼鏡設計工作室教學的意義研究

李藝

摘要：研究3D打印技術引入眼鏡設計工作室教學的意義。從兩個角度進行分析3D打印技術引入眼鏡設計工作室的意義，包括學生角度、教學角度。學生角度，通過3D打印技術的引入，學生可以獨立完成從設計到生產個性化眼鏡，再到銷售個性化眼鏡的完整創造過程，不僅能提升學生自主學習、自主探究的能力，培養學生創新的發現問題解決問題的能力，還能引導學生創業;教學角度，3D打印技術的引入，將促進教學內容、教學手段改革及校企深入合作，提升教學質量，豐富教學成果，在工作室實現作品一產品一商品一體化。對藝術設計其他工作室引入3D打印技術的意義研究具有拋磚引玉的作用。

關鍵詞：3D打印技術 眼鏡設計 工作室教學 藝術設計 校企合作

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 06-0078-02

引言

3D打印技術被稱為“引領第三次工業革命的制造技術”[1]，在“工業4.0”項目中的三大主題中，它屬于“智能生產”主題的關于3D打印技術在工業生產中的運用的相關內容[2]。

3D打印技術最大的優點是能在較短的短時間內制作出結構復雜、尺寸精細、造型獨特的產品。將3D打印技術引入眼鏡設計中，可以將設計的Rhinoceros眼鏡模型打印成實體，并驗證設計的可行性，并以此為參考依據來反復修改完善眼鏡設計方案，推動校企深入合作;將3D打印技術引入眼鏡設計工作室教學中，學生可以獨立完成從設計、生產甚至銷售個性化眼鏡的整個過程，不僅能提升學生自主學習、自主探究的能力，培養學生創新的發現問題解決問題的能力，還能引導學生創業，豐富教學內容，更新教學手段，提升教學質量，豐富教學成果。

二、現有條件

目前市場上常見的3D打印技術主要有以下五種，每種技術對應用的材料及優劣性分析，如表1所示。

3D打印工作室主要有FDM、SLS和SLA三種打印技術的設備。

1.FDM（熔融沉積工藝，fused deposition modeling），在20世紀80年代由Scott-Crump發明[3]。它是將加工成絲狀的熱熔性材料，如ABS，PC、PLA等可降解材料、蠟、復合材料等，經送絲機送進熱熔噴嘴加熱熔融，并沿零件層片輪廓和填充軌跡擠出，使其沉積在指定的位置后凝固成型，與前一層已經成型的材料黏結，層層堆積，最終完成產品的打印[4]。

FDM打印技術的優點是容易操作且成型快。缺點是，通過“固態擠出一液態堆疊一固態成型”后，受液態堆疊層厚設置的影響，打印的制品表面有很細的堆疊紋路;由于絲材通過噴嘴的高溫熱熔再堆疊的，受環境溫度變化的影響，容易打印斷層制品。因此，該工藝適合在溫度穩定的環境下，打印面積較大較寬的鏡架。

2.SLS激光燒結工藝：SLS（激光燒結工藝，selective laser sintering），最初由美國的Carlckard于1989年提出[5]。它是將模型依據切片軟件生成分層切片數據后，激光打印機根據分層切片數據信息，對粉末特定區域掃描燒結，燒結完一層后，鋪上新的一層粉末，從下而上層層堆積成型，最后除去未燒結的粉末，獲得產品模型[4]。優點是可用于復雜造型的成型，速度快，材料適應面廣;缺點是成型精度不高，如在無壓力熔融融合后的制品表面成型質量差、內部容易形成孔隙和缺陷，力學性能受影響。因此，該工藝適合打印金屬眼鏡架。

3.SLA光固化工藝：SLA（光固化工藝，stereo lithographyapparatus），是最早出現的一種快速成型技術[6]。它是將激光束聚集到光固化材料表面，按照設定好的切片程序順序凝固形成一個層面，隨著升降臺在垂直方向移動單個層片的高度，再重復步驟固化另一個層面。這樣層層疊加構成一個三維實體。

1984年世界上第一臺3D打印設備運用了SLA工藝，目前3D打印設備中屬SLA工藝最成熟，運用最廣泛，打印的制品光滑細膩，而且精度比FDM工藝高，速度更快，但是使用材料只能是光敏樹脂，打印制品強度不高，還容易因二次固化不充分導致變形，變色，變脆等，因此該工藝適合用于打印較纖細款的眼鏡模型，因保存時間短，該技術打印的眼鏡模型可以用于跟企業交流商討大批量生產的可行性方案。

二、將3D打印技術引入眼鏡設計工作室教學中的具體意義主要有兩方面：

（一）對學生的意義

1可以提高學生的實踐能力、動手能力，完成的創新實驗：眼鏡的生產主要集中在深圳橫崗，一副眼鏡架的生產成型要歷經上百道工序，目前沒有眼鏡工廠能夠獨立完成眼鏡配件的全部生產[6]。以往的工作室教學，學生在電腦上完成圖稿設計后，—方面選擇可以制作樣板的眼鏡設計方案，利用工作室現有的設備做成眼鏡樣品。眼鏡設計工作室雖然具備金屬鏡架和膠架兩條生產線設備，但是設備無法向企業一樣不斷更新齊全，也很難請到同時精通兩條生產線設備的企業兼職教師，另外，學生在工作室教學中學習各種設備的使用，很難精通，所以受設備及學生制作熟練度的限制致使很多優秀的創意流失;另一方面，由企業生產被選中的眼鏡設計方案。由于生產過程在企業完成，這時學生是無法參與生產過程的，更別說親自實驗、測試和探究設計成果，導致學習研究效果打折扣。3D打印技術的引入，使學生有機會獨立或協同完成從設計到建模再到生產創意眼鏡的完整創造過程。

2.可以培養及引導學生創新能力及自主創業能力：3D打印技術縮短了創意與成品之間的距離，可以低成本、高效率地完成復雜而精細的造型，培養了學生的創新能力，引導學生自主創業提供了一定的保障。

3D打印技術可以打印形狀復雜的造型，且制作成本比傳統低廉，這是與傳統制作最大的區別之一。以往受的生產工藝的影響，學生很多創意都不能實現，還會被冠上“天馬行空”的頭銜，而3D打印這種新的生產技術的出現，曾經的“天馬行空”明顯不夠用，學生的造型能力，創意能力還有待開發，如圖1所示。只要學生能展開創意思維，把創意轉化成三維數據模型，均可運用3D打印技術打印出來。

3.教師帶領學生獲取專利、發表作品、參加比賽等，以此豐富學生的學習成果。產品結構設計方面—直是藝術設計專業學生的短板，3D打印可以打印結構一體化的制品，如圖2所示。傳統的眼鏡往往是多家工廠生產的零部件，由工人（甚至跨洲）組裝。3D打印技術引入眼鏡工作室教學后，可以同時打印一付眼鏡及上面的配套鉸鏈，不需要組裝。3D打印技術的引進，無疑可以激發學生對結構研究及學習的熱忱，教師可以帶領學生設計不僅是外觀創新，還可以結構上創新的眼鏡，以參加比賽、申請專利，或者發表作品等方式，以此來豐富學生學習的成果。

（二）對教學的意義

1.實現“作品一產品一商品”一體化，全方面培養學生的綜合素質;3D打印設備能直接打印完整的模型，相比很多傳統工藝設備占地面積小，再經過打磨、著色等，使學生作品的外觀和結構均能完美呈現，能應用于結構裝配、外形驗證、功能測試等[7]，最終將打印出來的產品變成商品銷售出去，從而間接促使學生了解市場動態和消費心理學相關內容，培養一定的市場意識和營銷意識，培養學生的綜合素質。

2.3D打印技術的融入能有效地推動教學內容改革;讓學生了解現有材料工藝的前提下，再引入3D打印技術，并不是要取代原有的產品生產方式，而是將創新度高的，以目前企業的裝備水平無法生產的方案，用3D打印出來，在教學內容上就意味著要新增3D打印技術運用及3D打印設備維修等新知識，甚至是銷售、創業的相關知識，有效地推動了教學內容改革。

把3D打印技術引入眼鏡工作室教學中，將在教學方式及教學內容等方面進行改革，圖3為舊的教學流程，而圖4則為引入3D打印技術后的教學流程。

3.3D打印技術的融入能有效地推動教學手段改革;通過3D打印技術，教師可以打印出各種教具，讓學生可以真正“觸”碰到，真實體驗并理解課程內容。結構連接往往是活動的裝置，以往的教學上，常常是教師用語言描述，或者是通過靜態或動態的圖片、視頻等展示給學生看，需要學生基于自身經驗去理解。有了實物模型后，學生可以真正從實物中觸摸到，從與結構互動中感受到，使原來復雜抽象的教學內容變得具體、生動、形象。

4.3D打印技術的融入能促進校企合作深入發展。3D打印技術可以將創意設計打印成模型提交給企業評審，區別于一貫以來的設計圖紙提交評審，模型的展現能比設計圖紙更方便學生把握整體，反復修改完整設計。經過反復推敲修改過的設計，能極大提高企業審核通過率。打印出來的3D模型，也方便企業評審及商討實現批量生產的可行性，大大減低失敗概率，促進校企合作的深入發展。

例如：圖5為李鳳朗設計的餐具L+鑄鐵系列，他根據古代青銅器設計的餐具，顛覆了傳統理念，最終被工業設計博物館收藏。這些器皿在設計過程中就運用了3D打印技術，通過這些3D打印的塑料模型，李鳳朗在它們的基礎上進行了尺寸和細節的反復推敲與調整[8]，如圖6。

在電腦上設計的模型尺寸總是虛擬的，有限的屏幕下展示著無限大的模型，一毫米的模型可以放大充滿整個屏幕，在屏幕顯示上與一米的甚至一幢大樓的體量模型毫無差別，這就使得設計師很難實實在在感受尺寸的變化，3D打印技術的出現對此問題有了補償，極大地幫助了設計師修改完善模型。

總結

3D打印技術可以打印出任意復雜結構的模型，甚至可以一體化成型，縮短了創意與成品的距離，學生可以獨立完成從設計、生產到銷售個性化產品整個，豐富了教學內容的同時更新了教學手段，教師帶領學生學習3D打印技術，設計外觀創新及結構創新的產品，創新實驗、作品發表、專利獲取、自主創業等，從而有效地推動了工作室出成果。

將3D打印技術運用到眼鏡設計工作室教學中，是將學生的創新意識培養和創新思維養成融入到教學全過程，是培養高端技術技能人才的有效途徑之一，同時也為其他藝術設計工作室教學引入3D打印技術起了拋磚引玉的作用。.

參考文獻

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[5]胡迪利普森，梅爾芭庫曼3D打印—從想象到現實[M]北京：中信出版社，2013

[6]搜狐IT美大學生3D打印模型飛機成功試飛2000美元[EB/OL]

[7]張燕翔，朱赟，董東，等從“經驗之塔”理論看增強現實教學媒體優勢研究[J]現代教育技術，2012，（5）：22-25

[8]手藝門他根據古代青銅器設計的餐具，顛覆了傳統理念，卻被工業設計博物館收藏[Z]中國手藝文創生活平臺，2019 （3）

[9]余森林毛一鳴I業4.D時代3D打印技術對工業設計的系統性影響[J]設計'2016，29 （19）：64-65

[10]張曉琪楊九瑞基于3D打印技術的柔性結構設計[J]設計，2016，29 （21）：116-117