淺談工業設計中的3D打印技術

徐全信 山東科技大學藝術與設計學院

21世紀作為信息化飛速發展的時代，科學技術飛速發展，而3D打印技術則是重要成果之一。由于低成本和高效率的巨大優勢，3D打印近年來已成為各行業中非常流行的技術之一。隨著3D打印技術的不斷發展，打印技術的成本越來越低，打印時間也越來越短，逐漸成為公司以及其他消費者的首選。本文將從3D技術展開，談3D打印技術對工業設計的影響。

1 3D打印技術概述

1.1 流程：3D打印技術首先要做的就是進行三維建模，它基于現在的CAD/CAM建模技術的成熟，將模型在虛擬空間中制造出來，從零開始進行數字化建模。第二，進行分層切割，由于建造類型的差異，在數字化建模后不能直接操作3D模型，需要將3D模型輸入到電腦當中進行進一步處理，將模型進行分層，分成一層層的薄片，薄片的厚度打印機的精度以及噴涂的材料有關的。第三，打印噴涂，打印機將材料逐漸噴涂或溶解到三維空間當中。第四，后期處理，模型在制作完成后會有毛刺或者粗糙的截面，必須對模型進行后期加工，比如固化處理、修整、上色等。最終才算完成模型。

1.2 3 D打印技術類別：就目前的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：第一是SLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料有熱塑性塑料、陶瓷粉末等。第二是FDM熔融沉積成型技術，使用的材料有共晶系統金屬、蠟等。第三是EBM電子束融化成型技術，使用的材料主要是鈦合金。第四是EMLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料也幾乎都是鈦合金。第五是SHS選擇性熱燒結成型技術，使用的材料大多是是熱塑性塑料。第六是PP粉末層噴膠3D打印成型技術，使用的材料大多是石膏。

1.3 3 D打印技術優勢：3D打印技術應用在工業設計當中，可實現大批量生產。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，可以有效減少廢物的排放，實現對生態環境的保護。

2 3D打印技術發展分析

2.1 3 D打印技術的發展現狀

盡管3D打印技術對于當前有很大的作用，但是現在受制約的因素較多，問題分析如下：第一，3D打印技術對材料的要求比較高，3D打印技術一方面能夠快速打印出產品應有的效果，提高的產品投入市場的效率，減少了產品生產制作所需的時間及其成本，另一方面3D打印技術對于技術等也有著很高的要求，材料不僅需要被打印，更加需要打印出來的東西滿足產品的要求，例如技術要求，韌度要求等。因此在如今，3D打印技術可供選擇的材料比較少，這在一定程度上限制了如今3D打印技術的發展。以如今的技術來看，3D打印技術主要的材料大多是工程塑料、ABS塑料等，但是用3D打印的材料很多都是為3D打印技術而研發的材料，而真正這些材料在工業設計當中的應用卻非常少。第二，3D打印技術打印精度比較低，對于一些精度要求高的塑料很難做到，這也于現今工業設計發展技術不夠完善所導致的，這些都反映出當前3D打印技術不夠成熟。第三，3D打印技術缺少一定的技術和生產鏈上的的規范，3D打印技術應該是有一套產業鏈的，但是現階段3D打印技術的產業鏈不夠完善，不足以支撐3D打印技術的進一步發展和提高，技術也缺乏一定的規范性。第四，我國3D打印技術材料不足，打印技術的不完善，但是對材料的要求較高，國內僅有很少的企業能生產出3D打印技術所需要的材料，因此難以為國內的工業設計發展提供動力。

3 3D打印在工業設計中的應用

3.1 在工業設計的過程中，生產的大多都是不同功能和類型的零件和模型，而傳統的生產方法存在周期長、生產成本高、精度差等不足。但是3D打印技術可以比較快速、準確、以較低的成本生產制作，生產出所需的零件和型號。

3.2 工業設計過程中所需產品的制作。工業設計是需要長造型思維，通過這種思維來完成各項產品的，不同的設計師以及不同的產品需要在設計過程中使用不同的設備和工具。大部分的工具都是由設計師根據用戶的選擇不同而制作的，在這個時候，所制作出來的產品就可以由3D打印技術來完成，3D打印技術不止可以提高生產效率跟降低成本，更加可以構造出結構更加精準、更加符合人機工程學的產品，大大提高一個產品從出現所需要的效率。

3.3 小批產品生產。伴隨3D打印技術的發展，所在的打印時間和打印成本也進一步減少，打印的技術和方式進一步增加，與傳統的制造業相比，生產時間更短在小批生產方面，具有生產時間成本低、不受時間空間距離的限制，必要時可以隨時停止生產，修改產品，不僅生產效率高，而且非常靈活。

4 3D打印技術對于工業設計的影響

4.1 摒棄傳統設計理念的束縛。傳統工業設計中，產品設計受到產品的生產等條件的制約，使得設計師在創造力、想象力方面受到束縛。但是在3D打印技術發展的今天，結構、外觀在復雜的產品也可以被快速的生產出來。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。傳統的工業設計主要是為了大規模生產的需要，需要用CAD之類的軟件建立模型進行設計，即使是推行的個性化設計，也僅僅是范圍縮小。諸如，鼠標的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，設計出符合用戶使用的產品。使得個性化產品得以實現，以人為本理念得到了充分的體現。

4.2 3 D打印技術對于成本以及工業設計生產流程也有很大的影響，有效率的設計交流是工業設計取得成功的保障，而在其中各種類型的模型則是重要手段。手工制作的模型在精度、質感都與預期的產品有很大的差距，而3D打印技術則能夠很好的克服這些缺點，團隊中的每個成員都能清楚的發現這些缺點和產品本身存在的不足。另外，工業設計當中的模型如果用傳統的手工制作，耗費的時間會大大的增加，影響了產品生產時間，而3D打印技術則很好的縮短了制作的周期。

5 結束語

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。