工業(yè)設(shè)計中的3D打印技術(shù)初探

鄧朝廣

（成都職業(yè)技術(shù)學院，四川 成都 610000）

3D 打印技術(shù)于21 世紀開始進入人們的眼球，并迅速發(fā)展，以其低廉的成本與極高的效率深受現(xiàn)實生活中人們的喜愛。3D打印機技術(shù)漸趨流行成為當前消費者的熱門選擇。3D 打印技術(shù)給我們帶來更為便利的生活方式，讓人們對未來的生活充滿希望，同時3D 打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中也存在諸多問題，我們需要去了解、去發(fā)展、去改進、解決其中存在的問題。

1 3D 打印技術(shù)的概念

3D 打印技術(shù)又名增材制造，是一種通過數(shù)字三維模型構(gòu)建，運用各種特殊材料，通過3D 打印機按照設(shè)計的數(shù)字三維模型打印實物的技術(shù)。3D 打印技術(shù)常在工業(yè)設(shè)計、模型制造、零件開發(fā)等諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，是當今社會發(fā)展最具前景的技術(shù)之一，3D 打印技術(shù)當前的發(fā)展也存在很多難題，其中也存在機遇與挑戰(zhàn)，也是諸多設(shè)計與制造企業(yè)的最佳技術(shù)選擇。

2 3D 打印技術(shù)的發(fā)展歷程

3D 打印技術(shù)出現(xiàn)于20 世紀90 年代中期，美國科學家Charles Hull 開發(fā)了世界第一臺3D 印刷機，3D 印刷技術(shù)面世，在此基礎(chǔ)上，1995 年，美國ZCorp 公司從麻省理工學院獲取專利授權(quán)并開發(fā)出了世界第一臺3D 打印機，至此3D 打印機開始登上歷史的舞臺。十年之后，第一臺色彩清晰的3D 打印機也由該公司研發(fā)問世，自此3D 打印技術(shù)開始逐漸火熱，越來越多的人了解到3D 打印技術(shù)，同時3D 打印也得到了快速發(fā)展。例如，3D 打印制造的汽車Urbee 汽車、巧克力、比基尼、飛機等。2018年美國3D 打印槍支合法化。2012 年3D 打印技術(shù)人造肝臟細胞現(xiàn)世，2019 年人造器官進一步發(fā)展，以色列特拉維夫大學研究人員以病人自身的組織為原材料，3D 打印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬首例?？梢员环Q為醫(yī)學史上重大進步。3D 打印技術(shù)在現(xiàn)代社會起著越來越重要的作用，也越來越深入人們生活，使人們的生活更加方便與快捷。

3 3D 打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 3D 打印技術(shù)用于模具、零件制造

一般的模具和零件，工業(yè)上要求其要精細。而對于過去傳統(tǒng)的制造技術(shù)，生產(chǎn)周期長、精度與成本不能兼容等一系列問題突出。導致產(chǎn)品精度低，質(zhì)量有偏差，生產(chǎn)效率低下。而應(yīng)用3D打印技術(shù)完全可以解決這些問題。3D 打印技術(shù)速度快、精度高、成本低、節(jié)省勞動力，并且可提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中被重視，逐步取代傳統(tǒng)技術(shù)及設(shè)備。

3.2 3D 打印技術(shù)用于批量生產(chǎn)

傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)勞動力占主導，時間成本、勞動力成本、材料成本占比較高，同時生產(chǎn)力低下、工作效率低、員工積極性不高、存在諸多矛盾與問題。相比于傳統(tǒng)工業(yè)，3D 打印技術(shù)具有生產(chǎn)速度便捷、時間周期短等優(yōu)點，通過批量生產(chǎn)，利用自身優(yōu)勢解除傳統(tǒng)工業(yè)對時間、工期限制、降低時間成本、從而增加工業(yè)收入、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、解決工業(yè)生產(chǎn)效率等問題。同時減少勞動力投入、減少勞動成本占比、降低總成本，使工業(yè)發(fā)展更加便捷。

3.3 3D 打印技術(shù)用于產(chǎn)品制造

在三維設(shè)計技術(shù)快速發(fā)展的背景下，工業(yè)設(shè)計中往往需要通過三維設(shè)計軟件進行設(shè)計產(chǎn)品，而3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)使得3D 打印機成為了檢驗設(shè)計的重要工具，不同設(shè)計師可以設(shè)計各種不同的產(chǎn)品，并通過3D 打印機定制自己與眾不同的設(shè)計靈感產(chǎn)品，方便了設(shè)計師們的創(chuàng)作，縮短了創(chuàng)造到成品之間冗雜的過程，使設(shè)計師更快地發(fā)現(xiàn)自己創(chuàng)作的優(yōu)點與缺點，使工業(yè)生產(chǎn)中的新產(chǎn)品可以適時改進。設(shè)計師們可以設(shè)計更精密、成本更低的產(chǎn)品，而且加上三維設(shè)計軟件的廣泛應(yīng)用，3D 打印機的運用、操作更加簡單，為新產(chǎn)品的創(chuàng)作與成形節(jié)省更多的時間，使設(shè)計師安心創(chuàng)作、大膽創(chuàng)作、方便創(chuàng)作。除此之外，高精度的產(chǎn)品方便了設(shè)計師們?yōu)榫毜膭?chuàng)作與創(chuàng)作欲望，減少因精度不夠而導致的產(chǎn)品問題，從而降低設(shè)計師設(shè)計的失誤率，增加設(shè)計師們設(shè)計的信心。

4 3D 打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計中的影響

4.1 3D 打印技術(shù)革新了傳統(tǒng)創(chuàng)作方式

3D 打印技術(shù)出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的設(shè)計受產(chǎn)品的生產(chǎn)、組裝等工藝制約，使得設(shè)計師的創(chuàng)造力、想象力受到束縛。而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與成熟，結(jié)構(gòu)與外觀再復雜的產(chǎn)品也能破除生產(chǎn)組裝等限制通過3D 打印機打印出來。如此，設(shè)計師們可以將精力完全集中在產(chǎn)品的外觀創(chuàng)意和功能創(chuàng)新上，使產(chǎn)品的設(shè)計多元化、結(jié)構(gòu)更一體化，使用人性化趨勢逐漸顯現(xiàn)，在其技術(shù)、經(jīng)濟、美學、環(huán)境、人機等屬性因素中，人機屬性和美學屬性因素所占的比例得到提高。傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計全部依靠傳統(tǒng)的大批量的生產(chǎn)制造方式，因此便需要一個準確的模型進行制作。即便是對于過去的個性化設(shè)計也只是在原本模型的范圍內(nèi)加以改變和創(chuàng)新。因此設(shè)計者的靈感被束縛。使用者的體驗與感受得不到照顧。在不同的環(huán)境之中，單一的模型不能完全滿足需要，使得使用者對產(chǎn)品適用性的懷疑，與體驗感差的評價。例如傳統(tǒng)的鼠標設(shè)計方式，使用者只能去習慣適應(yīng)鼠標的大小、滑動的順滑度、點擊鼠標的聲音等這些固有規(guī)格。而3D 打印技術(shù)則是根據(jù)使用者的手掌大小、個人需求等設(shè)計定制出與之相適應(yīng)的產(chǎn)品。3D 打印技術(shù)更加人性化地解決了人們個性化需求與實物體驗之間的矛盾。3D 打印技術(shù)的個性可定制化，讓人們有了真正的優(yōu)質(zhì)體驗。

4.2 3D 打印技術(shù)對產(chǎn)業(yè)的影響

對于傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計，設(shè)計與制造相分離，互不依賴，原因在于過去生產(chǎn)方式古板，需要大量手工配合，從而設(shè)計師不生產(chǎn)，工人不設(shè)計，設(shè)計與生產(chǎn)互相分離互不關(guān)聯(lián)。自3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)，專業(yè)設(shè)計師對于傳統(tǒng)手業(yè)的生產(chǎn)依賴性減少，因為3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)，手工方式生產(chǎn)已遠遠落后，而3D 打印技術(shù)對手工的低要求，恰恰成為了設(shè)計師自主設(shè)計、自主制造完全不需要與其他手工勞動者相綁定。一些具有創(chuàng)新能力的設(shè)計師完全可以獨立自我創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，取代手工的低效率生產(chǎn)，一些具有設(shè)計思維的消費者也可能利用新型3D 打印技實現(xiàn)個性化產(chǎn)品定制需求。

4.3 3D 打印技術(shù)對工業(yè)流程及成本的影響

3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)，使工業(yè)流程得到精簡，原本幾個生產(chǎn)線的工作量現(xiàn)在一臺3D 打印機便可取締，在實際生產(chǎn)中，無論多精密的儀器都會有誤差，所以，對于正常的工業(yè)生產(chǎn)，所用的流程越多，流程越復雜，材料損耗也就會越多。成本也就得不到有效控制。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計中，生產(chǎn)的過程需要繁瑣的程序，有時一個產(chǎn)品需要分成多個部件再進行組裝。在傳統(tǒng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)中，所用的材料得不到有效控制，生產(chǎn)成本也就得不到有效控制。同時生產(chǎn)流程不僅會導致生產(chǎn)周期長、材料損失多，甚至會造成環(huán)境污染。除此之外，還有各生產(chǎn)線維修維護成本等都會使成本總量增加。然而3D 打印技術(shù)完全不用擔心這些問題，3D打印技術(shù)以其便捷的打印方式，強大的打印能力將設(shè)計的產(chǎn)品完美的展現(xiàn)出來，設(shè)計與制造的成本也得到了有效控制。

結(jié)束語

綜上所述，3D 打印技術(shù)相比傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計與制造有著巨大優(yōu)勢，它的出現(xiàn)將擁有改變工業(yè)設(shè)計格局的潛能。3D 打印技術(shù)的應(yīng)用可降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率、改善用戶體驗、為社會各業(yè)帶來更多的經(jīng)濟價值。對社會各業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。盡管3D 打印技術(shù)并不完美，還存在較多的問題，相信在社會各業(yè)積極探究與應(yīng)用下，3D 打印技術(shù)中目前存在的問題會迎刃而解。