3D打印時代工業(yè)設計的方法研究綜述

余兆堃

（武漢理工大學藝術與設計學院，湖北 武漢 430070）

3D打印時代工業(yè)設計的方法研究綜述

余兆堃

（武漢理工大學藝術與設計學院，湖北 武漢 430070）

近些年來，3D打印在工業(yè)設計領域的應用與研究成為了人們關注的焦點。本文介紹了3D打印在工業(yè)設計領域的應用研究現(xiàn)狀，討論了3D打印在工業(yè)設計領域存在的問題，最后對3D打印在未來工業(yè)設計領域的應用進行了展望。

3D打??；工業(yè)設計；3D-printing

一、相關概念

3D打印技術屬于快速成型技術，3D打印是用特殊材料替換掉普通打印的顏料，并且在承印材料上印刷不止一次，一次印刷一層積累起來，承印物上的“墨水”的厚度就會逐漸增加，最后形成一個三維的實體。3D打印的每一層的圖案信息都是可以變化的，所以通過這樣的過程就能實現(xiàn)復雜而且精密的三維實體模型。目前該技術可使用的材料種類非常豐富，以生物細胞為材料可打印出器官、骨骼；以沙子為材料可打印建筑;以玻璃為材料可打印玻璃制品;以金屬為材料可打印機械零件等。

二、3D打印在國內外的發(fā)展研究現(xiàn)狀概述

（一）3D打印國外發(fā)展情況

經(jīng)過十多年的探索和發(fā)展，3D打印技術有了長足的進步，目前已經(jīng)能夠在0.01mm的單層厚度上實現(xiàn)600dpi的精細分辨率。目前，在全球3D打印機行業(yè)，美國3DSystems和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額。目前在歐美發(fā)達國家，3D打印技術已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領域。

（二）3D打印國內發(fā)展情況

自20世紀90年代以來，國內多所高校開始3D打印技術的研究。清華大學和華中科技大學在FDM工藝等方面都有一定的優(yōu)勢；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置。在科研方面基本做到了世界先進水平，但總體而言，國內3D打印技術應用水平與國外相比還有較大差距。

三、工業(yè)設計領域中3D打印應用研究內容

（一）3D打印技術的引入能夠加快產(chǎn)品設計周期

從市場的角度來看，一個項目停留在設計周期的時間越長，意味著企業(yè)的潛在利潤會越來越少。而在工業(yè)設計中，產(chǎn)品原型制作消耗的時間，是影響產(chǎn)品上市的最大障礙。3D打印的出現(xiàn)，可以快速生產(chǎn)單個原型產(chǎn)品，并且模型精度相比手工模型更高。

（二）3D打印能夠帶來更高效的設計

有了3D打印技術，經(jīng)過討論和修改的原型機又可以以很快的速度生產(chǎn)并進行下一個階段的評估，及時把設計信息反饋給設計團隊使其更快完成概念模型向實際生產(chǎn)模型間的轉變。

（三）3D打印給未來工業(yè)設計帶來影響

隨著3D打印技術的發(fā)展與應用，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式再也不是設計師想象力的束縛，即使外觀復雜的產(chǎn)品都能通過3D打印機打印出來，且渾然一體。設計師能夠更加專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，即所謂“設計即生產(chǎn)”，產(chǎn)品的設計將不再跟隨制造工藝的限制而被迫改變。

四、3D打印與高校工業(yè)設計教育

（一）3D打印技術隊工業(yè)設計專業(yè)教學作用

3D打印目前在高校中還沒有得到普及，少部分高校開設了試驗性的課程，但是在3D打印對工業(yè)設計未來的影響趨勢下，學習這一項技術無疑對今后學生的發(fā)展起到促進作用。

（二）將強學生多學科知識，增加就業(yè)機會

工業(yè)設計是一門藝術與工科高度交叉自然科學與社會科學融合的交叉學科，3D打印是一項集計算機技術、機械技術、控制技術、材料科學、工程光學為一體的技術。工業(yè)設計的學生掌握3D打印技術，不僅可以更好地將創(chuàng)意轉換為產(chǎn)品，還可以跨學科與多種學科知識接觸，讓學生緊跟時代潮流，學習先進的技術，使學生的綜合競爭力大隊加強，增加學生的就業(yè)機會。

（三）拓展想象空間，提升學生設計能力，增強學生設計嚴謹性

3D打印技術的特點，使它能夠加工傳統(tǒng)制造方法難以加工、甚至無法加工的結構體，打破了設計的局限性，縮短了學生的創(chuàng)意與產(chǎn)品之間的距離。通過觀察測試實物，可以及時發(fā)現(xiàn)設計中的矛盾和錯誤，避免在產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)過程中發(fā)生問題，提高了學生設計的嚴謹性，能使學生的設計更快成熟。

五、目前3D打印在工業(yè)設計中應用存在的問題

（一）使用成本高

現(xiàn)階段3D打印設備的價格依然不菲，所使用的耗材成本也不低，如何降低使用和維護的成本，讓更多設計者能夠方便的使用這項新技術是需要時間來解決的一個重要問題。

（二）道德與知識產(chǎn)權

道德是底線。2012年11月，蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織，如果有人打印出生物器官，在不久的將來會遇到極大的道德挑戰(zhàn)。3D打印技術也會涉及到知識產(chǎn)權的問題，因為現(xiàn)實中的很多東西都能輕易被復制和傳播。及時制定3D打印的法律法規(guī)用來保護相關知識產(chǎn)權，也是我們面臨的重大問題之一。

六、總結

3D打印在工業(yè)設計領域中的運用，不僅加快了產(chǎn)品設計的周期，使設計活動更加的高效，還降低了制造原型模型的成本，提升了設計階段的競爭優(yōu)勢，可以說是繼數(shù)控機床技術之后，制造業(yè)的又一次重大革命。面對3D打印給我們帶來便利，作為設計專業(yè)的學生，要從改變自己的設計觀念、增強自己的設計能力、以及更新我們的專業(yè)知識架構方面努力適應新科技的發(fā)展。這樣才能在3D打印時代真正到來時站穩(wěn)腳跟。

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A

1005-5312（2014）11-0080-01