3D打印技術背景下產(chǎn)品設計新模式

張建強

摘 要：隨著科學技術的不斷進步和發(fā)展，3D打印技術的出現(xiàn)和應用給工業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變化，大大提升了產(chǎn)品設計質(zhì)量和效率。本文從3D打印技術的重要性出發(fā)，分析3D打印技術環(huán)境下的產(chǎn)品設計新模式的優(yōu)勢，探討新模式的具體應用，以期推動3D打印技術產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

關鍵詞：3D打印技術；產(chǎn)品設計；新模式

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）24-011-01

近幾年來，3D打印技術的應用越來越廣泛，并且在工業(yè)產(chǎn)品設計，尤其是數(shù)字化產(chǎn)品模型制造行業(yè)應用方面的作用日益凸顯[1]。該技術是一種快速成型技術，基于數(shù)字模型文件，應用粉末狀金屬或者塑質(zhì)材料等，通過逐層打印形成的立體構造物。隨著科技技術和計算機智能技術的發(fā)展，3D打印技術在未來必將得到更廣泛的發(fā)展空間。

一、3D打印技術的重要性

1、促進生產(chǎn)形式的轉變

目前，生產(chǎn)組織形式以“集中生產(chǎn)”為主，該形式帶來大量的碳排放。3D打印技術促使該模式發(fā)生根本性的改變，實現(xiàn)“分散生產(chǎn)”的生產(chǎn)組織形式，以減少碳排放[2]。該技術下的生產(chǎn)組織方式能有效提升生產(chǎn)企業(yè)的核心競爭力，實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化生產(chǎn)。

2、促進商業(yè)形式的轉變

3D打印技術的應用促進了“個人生產(chǎn)”商業(yè)形式的發(fā)展。3D打印技術催生了個人生產(chǎn)的C2B形式的發(fā)展，主要以3D打印產(chǎn)品和服務交易為主要內(nèi)容。隨著市場經(jīng)濟的深化，該種商業(yè)形式更具優(yōu)勢，成為商業(yè)發(fā)展的一個主要方向。

3、促進經(jīng)濟形式的轉變

3D打印技術以用戶體驗為導向，促進了經(jīng)濟形式的轉變。3D打印技術更重視個性化定制，規(guī)?；?jīng)濟影響力較小，主要集中于消費能力較強的用戶，將規(guī)模經(jīng)濟轉變?yōu)轶w驗式經(jīng)濟，也就是3D打印技術有助于提高個性化產(chǎn)品和服務，強化市場應變能力。

二、3D打印技術產(chǎn)品設計新模式的優(yōu)勢

1、拓展了設計人員的想象空間

3D打印主要是借助計算機通過3D軟件建立模型，并應用STL文件格式傳輸?shù)?D打印機，且識別片層截面，完成文件的輸出。該模式下的設計師可專注產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)意和功能的創(chuàng)新，也就是設計為生產(chǎn)。能夠讓設計師對形態(tài)進行豐富的想象和創(chuàng)新，而傳統(tǒng)產(chǎn)品設計模式是很難達到的[3]。

2、大幅縮短了產(chǎn)品設計成型的周期

3D打印技術可幫助生產(chǎn)企業(yè)應對不同要求的消費者，設計師則可通過網(wǎng)絡平臺來進行創(chuàng)意和設計，重視利基產(chǎn)品的設計、開發(fā)及生產(chǎn)。3D打印適合小規(guī)模制造，特別是高端、個性的定制產(chǎn)品，比如：元部件的生產(chǎn)。雖然，3D打印生產(chǎn)的材料仍以熟料為主，但金屬材料也逐步被應用起來，大大縮短了設計成型的周期。

3、節(jié)省了產(chǎn)品設計和研發(fā)的成本

目前，市場需求的更新變化速度較快，如果新產(chǎn)品在生產(chǎn)后未得到有效的銷售，則會帶來較大的經(jīng)濟損失。而使用3D打印技術，可預先將產(chǎn)品生產(chǎn)，如新產(chǎn)品符合技術標準和市場的需求，則可進行模具的開發(fā)，再實行批量式生產(chǎn)。同時，3D打印技術和傳統(tǒng)模具生產(chǎn)可達到相互補充的效用。該種模式實現(xiàn)了共同設計到銷售到按需生產(chǎn)的流程，有效降低了生產(chǎn)企業(yè)的成本。

三、3D打印技術背景下產(chǎn)品設計新模式的應用

1、產(chǎn)品設計中的應用

3D打印技術的設計模式為工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)提供了新的方法。3D打印技術的應用可更為直接、準確、有效的將設計創(chuàng)意轉變成功能較多的實際物品，有效減少設計時間和費用，提升了生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力。

2、建筑業(yè)的應用

對于現(xiàn)代化建筑設計而言，應用3D打印技術，可設計出建筑的初期模型，準確、形象、直觀的展示出建筑的效果和相關的測量，以及3D打印技術帶來的真實感。在建筑行業(yè)，設計師和建筑工程師通過應用3D打印技術來設計和制作建筑產(chǎn)品的外形，應用3D技術可降低設計費用、保護環(huán)境、提升真實感，同時節(jié)省了設計時間。大程度滿足了設計師的創(chuàng)意要求和建筑企業(yè)的生產(chǎn)要求。

3、機械制造業(yè)的應用

由于3D打印技術的產(chǎn)品設計優(yōu)勢，使其在機械制造業(yè)種具有廣泛的應用。一般應用在小批量、單個金屬元部件的設計和制作上。對于一些特殊復雜的元部件，因單件生產(chǎn)或為小批量生產(chǎn)，通常采用3D打印技術來完成模型，大幅降低了生產(chǎn)成本，縮短了周期，也符合機械設計高穩(wěn)定度和準確度的要求。

4、模具制造業(yè)的應用

3D打印技術和傳統(tǒng)模具生產(chǎn)技術的結合，可有效縮短模具開發(fā)和制作的時間，提高生產(chǎn)效率，是強化制作關鍵環(huán)節(jié)和模型設計的主要方法。3D打印技術在模具制造業(yè)中的應用主要有間接制造和直接制造兩種類型。

5、醫(yī)學和航空方面的應用

在醫(yī)學方面，以醫(yī)學資料作為基礎，應用3D打印技術將人體的各種器官模型制作出來，為外科手術提供了極大的價值，比如可打印出骨骼、牙齒等，有助于豐富臨床治療方法，為人們的健康服務；在航空方面，一些航空實驗模型可通過3D打印技術來完成，提高實驗的質(zhì)量和效率。

在現(xiàn)代化設計行業(yè)中，要積極轉變觀念，強化創(chuàng)新意識根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展的要求運用先進技術建立科學完善的設計模式。近年來，隨著3D打印技術的不斷發(fā)展和應用，有力推進了產(chǎn)品設計模式的創(chuàng)新和改革，實現(xiàn)了設計師和用戶共同參與、共同設計及工作生產(chǎn)的新模式，在各個領域具有廣泛的應用，以實現(xiàn)3D打印技術效益的最大化。

參考文獻：

[1] 張 楠.李 飛.3D打印技術的發(fā)展與應用對未來產(chǎn)品設計的影響[J].機械設計.2013，30（7）：97-99

[2] 李 丹.田 航.3D打印技術在產(chǎn)品設計領域應用的優(yōu)勢[J].藝術教育.2014，9（7）：279

[3] 劉勇利.淺談3D打印技術在產(chǎn)品設計中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品.2013，25（12）：1endprint