3D打印技術在仿生類文化創意產品設計中的應用

倪姍 曹偉智

1 3D 打印技術概述

3D 打?。?D printing，又稱增材制造、積層制造）是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術[1]。該技術最早在20 世紀80 年代中期由美國提出?，F在已經應用到諸多領域當中，為許多行業技術生產提供便利。3D 打印技術在材料研究方面，國內外的研究機構已經通過小麥、水稻、玉米、秸稈、廢木屑、雞毛和海產品等廢料加工制作成3D 打印原材料，價格低廉[2]。以宏觀角度看，有利于改善人們生活環境等社會問題，符合可持續發展的需求。3D 打印技術具有很多優勢，包括一體化、輕量化、多樣化、私人化等特征。

1） 一體化。一體化的加工有效減少了產品組件的數量，通過3D 打印機將原材料以堆疊塑造的方式一步到位的產出，在產品性能上更穩定、抗壓程度也更高。

2） 輕量化。產品通過材料選擇、鏤空處理等方式可以有效減輕自重，為使用者提供輕便舒適的體驗。

3） 多樣化。與傳統加工方式相比，多樣化是3D 打印技術的突出優勢，對產品造型設計的實現具有推動作用。

4） 私人化。私人化的特征使設計者可以根據人體工學實際測量，打印出適合于每個人的產品。

除了優勢以外，3D 打印技術也同樣存在不足。大概分為三個方面：首先，3D 打印的造價較高，除了機器和材料成本，產品的復雜程度與成本有著直接關聯，一旦產品損壞，一體化的特征使產品很難修復;其次，3D 打印對材料的精細程度要求較高，材料主要以液體或粉末的狀態輸入來保證打印順暢，目前塑膠、金屬、樹脂、尼龍等材料使用比較常見;最后，3D 打印技術雖然節省了傳統的人力加工，但是對電腦操控的技術人員和設計師需求卻在增加，在產品的結構和形態設計方面需要更多的人力支持。

2 仿生類文化創意產品概述

文化創意產品，顧名思義是指依靠創意人的智慧、技能和天賦，借助于現代科技手段對文化資源、文化用品進行創造與提升，通過知識產權的開發和運用，產出的高附加值產品[3]。仿生學的任務則是研究生物系統的優異能力及產生的原理，并把它模式化，然后應用這些原理去設計和制造新的技術設備。仿生可以模仿生物形態、動態、結構及色彩。生物界蘊含著豐富的色彩和獨特的視覺效果，其獨特的色彩扮演著重要的功能作用。對生物色彩現象及機能原理進行總結提煉，實現色彩傳遞信息的最大化，并運用類比思維方法凸顯設計感性的傳遞[4]。那么，仿生類文化創意產品是將仿生生物的特征、象征符號和傳統寓意等結合到文化創意產品中，產生獨特的文化價值產品。

3 3D 打印技術在仿生類文化創意產品設計中的應用意義

目前，3D 打印技術早已不是新興技術，但是，在仿生類文化創意產品設計方面應用的案例確為少數。文化創意產品在市場上仍然存在形式單一、同質化嚴重、功能性差、質量低等問題。仿生類文化創意產品更是因為技術限制得不到充分的發揮，只能停留在簡單的形態復制上。然而3D 打印技術一體成型的特點，有效的減少了產品零部件的數量，也能夠做出更精細的效果[3]。另外，傳統模型加工的局限性和商業利益化，導致文化創意產品出現內容匱乏、扁平化、體積感弱等現象。3D 打印技術的出現在解決了技術難題的同時也為設計師的靈感提供了幫助。特別在造型方面，仿生類文化創意的設計靈感除了直接模仿生物形態，還可以模仿它們的細部紋理和內在機能，使產品內容更加豐滿，在仿生類文化創意產品設計上為設計師開辟了新路徑。

當3D 打印技術在仿生類文化創意產品設計中應用時，無疑為文化創意產品設計賦予了更多可能性。一方面，在技術處理方面與文化創意產品小批量、定制化的要求十分契合，消費者甚至可以自己掃描博物館、藝術館、藝術展會中的展品以3D 打印的形式帶回家;另一方面，設計師可以大膽構思，借助3D 打印技術深入探索自然界生物的存在形式和生命機能的特點，全面表達生命體的美感和生態結構帶給人以美好體驗。此外，3D 打印技術除了在形態上有著豐富的表現形式外，PLA 材料色彩也非常豐富，將色彩混合可以形成數百種顏色，甚至調整色彩透明度，通過色彩搭配滿足文化創意產品的表現需求，使文化創意產品在3D 打印的色彩技術上發揮更大的價值。

4 3D 打印技術在仿生類文化創意產品設計中的應用思路

4.1 3D 打印技術在產品藝術表現上的應用思路

將確立的文化創意產品的文化概念與仿生相結合。通過具象仿生、抽象仿生、意象仿生等仿生設計手法將提取的有秩序的、幾何化的文化元素優化處理，利用3D 打印技術通過熔融沉積成型、選擇性激光燒結、立體光固化、分層實體制造等工藝形式表現出來。在現代社會中，技術與人類關系密切。仿生設計最初多為模仿生物的形態與結構，但隨著技術的發展，3D 打印技術的出現，仿生設計不再局限于生物的外觀，逐步涉及紋理仿生、功能仿生、甚至是內部骨骼、根莖結構、色彩的仿生。使產品如同一個擁有內在的生命體，而非軀殼。通過3D 打印技術的解讀，拉近人與自然之間的距離，為產品設計實現豐富的藝術表現形式提供技術支持。文化創意產品的藝術表現形式同樣需要在顏色、材料等方面體現出來。在色彩方面，3D 打印技術提供了許多色彩可能，通過配色達到預期的色彩效果。Stratasys 聯合震旦發布了關于Polyjet 全彩3D 打印解決方案，在色域覆蓋上，已經從36 色提高到50 萬色，色域空間已經達到美國印刷標準色域（SWOP）的120%，已經能夠實現屏幕上的顏色到最終打印出模型上顏色的一致性，這代表著彩色3D 打印元年的開啟，為3D打印的技術領域提供了更全面的色彩配套支持;在材質方面，不同材質會為使用者展現不一樣的感官效果，使用體驗也會有偏差。目前，在材料使用上可以實現混合使用透明色和彩色以獲得不同級別的透明度，這樣通過3D 打印技術就可以展現出產品細微層面的晶透質感，材料配合肌理結構的表現形式，更加突出文化創意產品在光影重疊方面的藝術表現，打印出更貼切理想化產品的真實效果。3D 打印技術根據文化創意產品需要的材質輸送對應材料，特殊材料的運用使文化創意產品更具地域特色，一體化的加工模式使產品呈現出整體的視覺效果。

設計師借助3D 打印技術，應用在設計過程中可以產生不同尋常的創新思路和想法，將自然界中的生物特征充分提取與文化內涵重新構建，形成一個同時具有生命形態、紀念意義、審美價值和使用功能的仿生類文化創意產品，如圖1 所示。技術支持有助于文化創意設計師主觀能動性的提升，創新意識也隨之增強。仿生類文化創意產品將脫離傳統的表現形式，把美學發揮到極致。

4.2 3D 打印技術在產品功能結構上的應用思路

將3D 打印技術應用在仿生類文化創意產品的設計當中，是實現藝術表現和功能結構深層次的結合。通過技術表達完整展現了產品想要突出的細膩效果和感性色彩，參數化建模使產品造型更有韻律感的同時又充滿理性邏輯，感性和理性的和諧統一讓仿生類文化創意產品的設計與使用者的預期模型距離越來越近。

在功能結構方面，仿生形態的產品設計在3D 打印技術應用過程中，通過提取動植物的自然生態結構進行拆解并重構，重新應用于產品當中的這種結構往往更具穩定性和力學特性，也更符合人機工程學。3D 打印技術通過鏤空等技術處理，能夠保持產品輕盈體量感的同時，實現多層次的組織構建，這種技術處理在傳統技術模式下實現是比較復雜的。正如3D 打印的蜂巢結構，以硅膠為打印原材料，由于蜂巢的任性和承受能力非常強，這種打印出的結構也擁有相同的特性。因此，這種結構已經被運用在車輪等其他產品部件當中。利用3D 打印技術，將生物結構和性能，以仿生形式精密的滲入到文化創意產品的設計領域中，方便用戶在產品的使用體驗上更加舒適，增加文化創意產品的使用頻率，擺脫市場上僵化的設計局面，達到可持續的效果。

5 結論

3D 打印技術為文化創意產品，在設計領域上提供了更大的發展空間和應用價值。技術的進步引發了人們對于藝術審美和文化價值的重新思考，之前單一的形式，不再是大眾唯一的選擇。3D 打印技術在日后會更加普遍的應用在日常生活中，打印程度會更加精細，成本會逐步降低，材料選擇也會更加彈性。宏觀來說，3D 打印技術與藝術審美會朝著更加融合的趨勢前進。文化創意產品擺脫了傳統技術局限和市場瓶頸，朝著更加多樣的方向探索，設計師也更加積極主動。通過3D 打印技術的應用，來表達仿生語義下的形態、結構、色彩等諸多因素，為文化創意產品注入新的靈魂。