3D打印制造技術對產品設計行業影響分析

宋祥波 田 煒

1.成都東軟學院 四川成都 611844

2.成都紡織高等專科學校 四川成都 611731

3D打印技術在產生之初便受到極大追捧，隨著打印技術、材料、工藝的不斷發展，商業化應用越來越廣泛，特別是在產品設計理念及實踐中的應用。文章基于此，探討3D打印制造模式下的產品設計發展及設計師角色的轉變，同時基于市場發展現狀，分析3D打印設計導向型商業模式未來發展的可能性。

1 3D打印制造模式下的產品設計

1.1 設計范疇的擴展演變和設計的權重變化

在3D打印制造模式下，產品設計不需要將批量化生產作為重點考慮因素，在一定程度上擺脫了設計條件的束縛，拓展了產品設計的內涵和外延。在傳統批量化生產的制造模式下，產品的競爭力與設計、研發、生產、銷售和售后等各個因素有關，產品設計在這個過程中發揮著連接作用，以用戶需求為目標，將先進技術產品化、批量化生產。設計貫穿于生產、銷售與售后等整個環節中，但是也囿于這些因素的限制，產品設計的價值無法直接體現出來。于3D打印制造模式而言，制造體系發生了分散，產品的制造和營銷更加靈活，同時，3D打印技術的應用范圍廣闊，技術門檻較低，部分重要核心技術部件甚至已經透明。在此背景下，設計作為產品制造中最具創造性的要素，將是產品的核心競爭力最主要的影響因素。

1.2 設計流程的演變和設計方法、工具的發展

首先，受3D打印制造模式中分散制造的影響，產品的目標消費市場將更加細化，批量化生產規模縮小，甚至推出對個性化的定制服務。設計師在概念設計階段即可利用3D打印設備制造出模型，將其用于性能測試或直接交付消費者體驗試用。以目的為導向的高效設計流程可以實現計算機軟件般的快速迭代更新，從而在短期內得到最優產品，大幅提高產品設計的研發速率[1]。同時，伴隨著設計技術和3D打印技術的日臻完善，一些技術含量較低但個性化特征明顯的產品，其設計有望通過使用者自己操作實現，設計環節也會因此融入產品制造和銷售環節之中。

在以往的設計思維里，產品設計既要滿足批量生產所提出來的一系列要求，也要滿足美學、創新、實用性等設計要求，并逐步形成了適應批量化生產的設計理念與風格。但在3D打印技術條件下，繼續沿用過去的設計思維將束縛產品設計的生命力和創新力，如同在工業革命伊始，工廠一味地模仿手工藝產品風格而生產出來的粗劣的產品。在3D打印制造模式下，設計師需要擺脫以往設計經驗、工具對設計思維的束縛，站在新的起點上，以更加開放、自由的態度進行產品設計。

2 3D打印生態中的設計師角色演變

2.1 3D打印制造業內的職業融合和設計師的角色分化

正如上文所述，批量化集中式的產品制造模式在向個性化分散式制造模式轉變過程中會出現設計流程的革新，即批量化集中式制造模式下分工嚴密的生產體系又重回扁平化，使職業與職能發生融合，使設計師角色如同工業革命前的手工業者。但是這種轉變僅發生在特定行業內，具有方向性。在3D打印技術發展的同時，產品生產流程中制造環節的重要性將被弱化，如小批量產品的3D打印，一體化的制造流程不再需要進行重復性裝配工作與后期加工工作，流水生產線以及生產線工人不再是產品制造的必要組成。從產品成型而言，3D打印的產品沒有對模具、夾具等輔助成型的要求，使3D打印機替代了結構設計師很大一部分職能；從產品本身的結構和工程設計上來說，產品的生產流程與以往相比發生了翻天覆地的變化，過去批量化集中生產積累的經驗在3D打印制造模式下已經沒有過多價值，從一定程度上說，這些經驗甚至會對產品設計創新產生阻礙作用。產品的概念設計、結構設計、生產上市的整個過程，對于一些生產量較小的產品，其工程管理與結構設計因素大大弱化，隨著配套技術和設施的完善，工程制造方面的人力投入將大大減少，從產品設計到產品上市難度降低。

3D打印制造模式下工作者職責將會以產品設計師為中心發生融合，因為在產品設計過程中只有思維活動和創意設計不能被技術所替代。換言之，未來產品生產者的主要工作是用創造性的思維滿足客戶需求，解決實際問題，形成完整的產品功能體系，并將其按照一定標準進行描述，以通過輔助設計系統實現產品方案的最優化。

在3D打印制造情境中，設計師角色會根據其職責輕重發生兩極分化。對于技術含量不高或核心技術開放的一般簡易產品而言，設計師的專業性將漸漸淡化，原先屬于設計師的職責將慢慢分配到消費者身上，發展到一定高度后就會出現設計的泛社會化，每個人都可以利用功能強大的智能設計輔助系統為自己量身定做。這種模式改變了過去專業設計者對產品設計的長期壟斷局面，讓消費者能夠將產品設計應用于自身需求，為產品創新注入了生機與活力[2]。但是，產品設計眾包模式并不會使專業的設計師消失，產品設計師將轉身為消費者自我設計提供標準規則和基礎框架，讓消費者在搭建好的設計平臺上用特定的設計語言進行簡易設計。傳統的設計師職業將不再“單打獨斗”，而是負責設計平臺的組織和良好社區的構建。對于高技術含量的產品而言，3D打印技術環境將會催生出專業性更強的設計團隊與個人，這些專業設計團隊和個人通過3D打印技術會提高產品設計的效果，而設計師對產品的作用將漸漸加強，高于手工業時期和集中生產時期，成為產品制造過程中的決定性力量。

2.2 新制造模式下的設計師職能要求

在3D打印制造模式下，設計師工作內容的變動和角色的轉變使產品設計師職業素養也會隨之轉變。職業角色的融合與職責的分化使設計師不僅要完成以往的設計任務，還要承擔部分工程、制造的工作職責，融入產品制造的全過程之中，為產品制造負責，掌握著決定生產的權力。要想達到權力與能力的匹配，就要求3D打印設計師具備以下幾方面素質：

2.2.1 知識結構的多元化

新制造環境對設計師的知識結構和知識儲備提出了更高的要求，因為設計師不僅擔負著傳統設計師的設計職責，也承擔了產品工程師和生產人員的大量工作。要想提高產品研發水平，需要足夠知識儲備和實踐能力作為支撐。

2.2.2 開放化的創造思維

設計師的創造性思維與知識結構和儲備不同，其受到多種因素的影響，呈現出非線性的發展過程，其與個人經歷、知識水平、情感狀態和認知情況密切相關。在過去批量化制造狀態下，產品的創造性設計需要通過特定的研究流程表達出來，這就形成對創意的限制，因此工業設計師被形容為“戴著腳鐐在跳舞”。但在3D打印技術條件下，新的成型方式、自由的形態結構將使原有的層層束縛不復存在。產品設計中技術要素、經濟要素、環境要素、人機要素以及外觀要素等將得到充分的釋放，要素間的組合也將呈現出多元發展之勢[3]。與產品設計而言，產品設計師有了更加充分的發揮空間，這就要求設計師擺脫以往設計思路的限制，超越傳統設計軌道，沖出經驗主義和定式思維對創造性的約束，用開放式的眼光和思維重新思量設計中的問題。

2.2.3 嚴謹的邏輯思維

設計師既要有一定美學素養，又要具備嚴謹的邏輯思維。這看起來似乎是矛盾的，但實際上這兩種素質要求并不存在沖突，其存在于不同的設計層面上，可以認為，設計活動本身就是一個以邏輯的形式創造美的活動。設計師應著眼于消費者對產品的心理、生理等多方面的需求，這是一個多元化的思維過程，不僅要從美學角度上進行考慮，也要從感性的角度充分考量。而邏輯屬于一種抽象的藝術，由計算機發展而出現的分型藝術就是經過數學邏輯模型產生的秩序緊密、細節豐富的分型圖像。在未來，設計輔助工具與數學邏輯模型的結合將是大勢所趨，也會成為設計師造成的重要武器。設計師可以像建筑設計中用參數設計建筑表皮的方式來設計產品的各種結構，而這個過程只通過一個公式即可完成，這在傳統設計中難以實現。

3 設計導向型商業模式的可能性探討

3.1 適用于3D打印技術的產品行業

3D打印技術的應用給產品制造行業帶來了無限的可能性，并且已經開始逐步影響人們對制造業的認知與部分行業的商業模式。但是就現階段狀況來說，3D打印技術的應用范圍還非常有限。盡管如此，如果我們用長尾理論來看待3D打印技術的發展會發現，該技術在發展初期并非向傳統制造行業那樣搶奪市場份額，而是首先滿足細分領域內的小眾產品差異化的需求，這些小眾需求長期積累起來的市場份額非常龐大，積聚起來的市場效應將對整個行業產生巨大的影響[4]。對此，我們要在現有產業結構中尋找契合3D打印技術特點的行業，使其成為未來一段時間內首先開始制造設計模式變革的行業。

現階段，3D打印技術在醫療器械、日常用品、家居用品、服裝生產等方面展現出了較大的應用價值，特別是與個人飾品、人造器官、假肢等置換產品細分領域高度契合，越來越多從事這些行業的企業和機構開始使用3D打印技術研發并生產相關產品。但是類似于3D打印巧克力的相關產品盡管有部分符合3D打印技術特點，但并不能完全突出3D打印的技術優勢，其產生和發展的主要原因是借3D打印技術的概念開展營銷產生的效果，巧克力生產設計整體上并不特別契合3D打印類別。

3.2 基于互聯網的分散式制造和設計的商品化

3D打印技術結合分散式的制造體系能夠實現個性化基礎上的高產量，達到甚至超過傳統工業批量化聚集生產的規模，而產品規模與聚集化生產脫離，給產品設計提供了更廣闊的發揮空間，有利于產品市場的良性競爭，提高我國整體設計創新水平。這樣的變化會使企業擺脫以往大量的制造裝備與人力耗費，而是如同當前的互聯網企業一般，每個消費者手中都有一臺個人打印終端，企業通過互聯網收到消費者需求信息和訂單，將其轉變為相應的產品設計任務，這些任務匯總到云端，再根據不同的任務特點進行分類，并將其分配給相應的設計師或設計團隊，發揮每個不同設計節點不同的設計能力與特色；任務完成后將相關數據傳輸回企業端，企業根據制造要求的差異將其分散到位于不同區域、不同產量的制造節點中，再通過3D打印機將設計數據打印出來，形成最終的實體產品，并交付給客戶。這樣的制造流程充分體現出了生產制造的個性化特點，而這樣的制造能力和設計方式在傳統制造業中是不可想象的。

隨著3D打印技術應用范圍日益廣泛和打印設備的日益普及，制造能力將逐步下移到消費者手中，分散到整個社會之中，在改變傳統設計職能的同時也會激發大眾的創造熱情和能力，并形成獨立創造的社會文化風氣，逐步為社會所接受。彼時，創客將成為一個大眾概念，一種生活方式的代表[5]。而設計活動也將更加獨立，甚至成為一種直接面對消費者的服務，在網絡中銷售。而設計權益的保護可通過數字認證的方式，對設計師的產品進行追蹤和定位，使設計師徹底脫離于傳統生產行業，通過產品設計直接創造價值。

綜上所述，制造業態的轉變將放大設計對生產的影響能力，使設計師這一職業從研發端轉向制造端。隨著3D打印技術的進一步發展，許多新型商業模式將以設計師為中心。但在轉變初期，傳統制造業仍是產品生產的主要形式，但在一些與3D打印技術契合度高的細分行業中，這種變革已經在悄然發生。