工業(yè)設(shè)計(jì)3D打印服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)研究

摘要：

通過研究3D打印新技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、細(xì)節(jié)及應(yīng)用模式所帶來的影響，探索嘗試建立起一個(gè)以應(yīng)用3D打印為技術(shù)應(yīng)用下的全新的工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)模式，以及這種創(chuàng)新模式在工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)上的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：

3D打印技術(shù) 工業(yè)設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TB47

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（201 5）04-0084-02

1 3D打印技術(shù)的研究

受國(guó)內(nèi)外熱捧的3D打印技術(shù)，普遍被認(rèn)為是可以“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)以智能化為特征的第三次工業(yè)革命”。3D打印，又稱為增量制造（ Additive Manufacturing），就是通過打印機(jī)打出而非加工出各類日常與工業(yè)產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)存在了30年，因?yàn)樗鼈儾粔蚋咝?、不容易利用，它們不夠快，成本太貴。直到今天它成為了現(xiàn)實(shí)，一步步克服障礙走向成功。主要是材料技術(shù)的革命和打印技術(shù)的提升，使得3D打印話題又熱起來。尤其在工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)上，由最初的制造業(yè)的模具開模前的快速原型技術(shù)，到現(xiàn)在的產(chǎn)品快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在人們可以很方便地使用這些機(jī)器。研究3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，可以最終改變制造業(yè)和我們的生活，我們的商業(yè)、我們后代子孫的生活。

1） 3D打印技術(shù)原理

3D打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機(jī)相對(duì)于其他的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。3D打印機(jī)就是可以“打印”出真實(shí)3D物體的一種設(shè)備，功能上與激光成型技術(shù)一樣，采用分層加工、迭加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實(shí)體，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)完全不同。之所以稱之為“打印機(jī)”，是參照了其技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。

2） 3D打印技術(shù)工藝特點(diǎn)

快速原型指的是利用計(jì)算機(jī)生成的STL數(shù)據(jù)建立三維模型的一類技術(shù)群。細(xì)絲狀原材料以及可熔的支撐材料從位于材料艙室的自動(dòng)加載器向上傳送到擠壓頭。在擠壓頭部，材料加熱到半液態(tài)，經(jīng)過兩個(gè)擠壓噴頭嘴的擠壓，擠出半流動(dòng)的材料，在成形基底上沉積成非常精確的薄層。打印頭在坐標(biāo)軸X、Y方向移動(dòng)，沉積基底沿著Z軸下降，成形好的原型及其支撐材料從下向上層層沉積。當(dāng)三維實(shí)體原型制作完成后，去除支撐材料，原型開始使用，如果需要，進(jìn)行精加工。相比于其他的快速原型技術(shù)，3D打印技術(shù)速度更快，價(jià)格更便宜，而且需要在設(shè)計(jì)階段的早期建造概念模型或者工作原型時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)是非常有用的。將設(shè)計(jì)圖紙送到專門的服務(wù)部門制造模型可能會(huì)花費(fèi)上百美元或者更多，而采用3D打印設(shè)備可以在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)僅僅花費(fèi)很少的費(fèi)用就可制造出相應(yīng)的模型。3D打印設(shè)備的體積較小，使其可作為一個(gè)辦公室設(shè)備。而大型的快速原型系統(tǒng)通常需要集中安置并需要專門的人員來操作。

3） 3D打印技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

一個(gè)產(chǎn)品處于設(shè)計(jì)階段的時(shí)間越長(zhǎng)，它推向市場(chǎng)所需的周期時(shí)間相應(yīng)也越長(zhǎng)，對(duì)于一個(gè)公司來說，這意味著利潤(rùn)會(huì)降低。3D打印技術(shù)是縮短設(shè)計(jì)過程的最優(yōu)選擇。此外，3D打印技術(shù)消除了由于外購產(chǎn)品原型可能會(huì)導(dǎo)致的運(yùn)送延遲、行政減速。這樣制造商在管理生產(chǎn)時(shí)具有更大的靈活性。3D打印設(shè)備成本相對(duì)較低，使其成為企業(yè)的最佳選擇。而且3D打印設(shè)備的年度維護(hù)成本也相對(duì)較低。

4） 3D打印技術(shù)的應(yīng)用和使用設(shè)計(jì)過程的獲利

設(shè)計(jì)人員和工程師使用3D打印設(shè)備進(jìn)行概念開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。他們幫助使用者或者潛在的客戶通過實(shí)際模型來了解、感受一個(gè)真實(shí)的零件，而不是依賴他們想象生成的一個(gè)計(jì)算機(jī)圖形。更快地進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代。采用3D打印設(shè)備，設(shè)計(jì)小組能夠與其他可以提供反饋的人員一起盡早審核產(chǎn)品概念。這種與工程、市場(chǎng)、質(zhì)量保證等部門的實(shí)時(shí)協(xié)作能夠盡早獲得設(shè)計(jì)質(zhì)量意見，使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程及其隨后的測(cè)試中進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。及早變更可節(jié)省成本。在設(shè)計(jì)過程中，越靠后進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，成本將越高。通過與其他部門進(jìn)行頻繁地交互和協(xié)作，及早解決設(shè)計(jì)缺陷，將降低這些變更成本。

2 工業(yè)設(shè)計(jì)3D服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)的介紹

從網(wǎng)絡(luò)時(shí)代工業(yè)設(shè)計(jì)的新特點(diǎn)和新要求出發(fā)，進(jìn)而探求到了一種能實(shí)現(xiàn)人性化、個(gè)性化的人機(jī)交互應(yīng)用、快速生產(chǎn)制造和社會(huì)化個(gè)性定制生產(chǎn)為目標(biāo)的3D打印技術(shù)及其在各自環(huán)節(jié)中的流程設(shè)計(jì)。研究3D打印技術(shù)的應(yīng)用和結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的電子商務(wù)平臺(tái)為合作形式，建設(shè)一種全新的工業(yè)設(shè)計(jì)模式下的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)?！八倨氛　本W(wǎng)就是以提供3D打印服務(wù)、進(jìn)行行業(yè)交流的專業(yè)平臺(tái)。

通過平臺(tái)，行業(yè)用戶可以通過平臺(tái)上傳作品或產(chǎn)品模型，并在線完成支付，產(chǎn)品就能夠進(jìn)行3D打印，并可以準(zhǔn)確送貨到用戶手中。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

不僅如此，平臺(tái)還提供專業(yè)的3D硬件設(shè)備，軟件支持；專業(yè)的解決方案，包括逆向工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)。另外，平臺(tái)還融合了論壇和商城服務(wù)，用戶不僅可以上傳自己的作品進(jìn)行分享討論，更可以將其放在商城中向其他用戶出售并獲得收益，“速品宅印”本身也會(huì)提供大量藝術(shù)家的作品供用戶選擇購買?？傊?，“速品宅印”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，不僅是專業(yè)的3D打印服務(wù)平臺(tái)，更是專業(yè)的行業(yè)交流平臺(tái)。網(wǎng)站主頁如圖1：

3 服務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)模塊建設(shè)和設(shè)計(jì)介紹

系統(tǒng)模塊錯(cuò)綜復(fù)雜，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠脚_(tái)存在很多模塊的相互交互，簡(jiǎn)單需求的背后，有更多完整的模塊作為支撐，下面只是列出了比較大的模塊，每個(gè)模塊都有很多小模塊功能組成，完整的功能，才能造就安全高效的管理中心，才能真正起到維護(hù)平臺(tái)方便，再次開發(fā)拓展可行的目的。必要功能模塊方案設(shè)計(jì)如表1：

在系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)和建設(shè)下研發(fā)出有關(guān)創(chuàng)意市集的數(shù)據(jù)，主要來自于個(gè)人或者藝術(shù)家，個(gè)人用戶、個(gè)人店鋪，在市集中，用戶可以查看大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在看中比較喜歡的產(chǎn)品后，可以直接分享、下載（有下載權(quán)限）、甚至直接下單。如圖2所示：

4 平臺(tái)目前建設(shè)的情況以及它可能面臨的問題

1）平臺(tái)建設(shè)拉動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)更需要新技術(shù)支撐、新設(shè)備投入。三維打印技術(shù)在中國(guó)還處于初級(jí)階段，但是各個(gè)區(qū)域都非常認(rèn)可三維打印技術(shù)可能帶來的改變，這些改變將如何影響現(xiàn)有生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)模式是值得關(guān)注的問題：

（1）從市場(chǎng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)角度來看，由于缺少龍頭企業(yè)的帶動(dòng)作用，政府暫時(shí)缺少針對(duì)性的扶植措施，國(guó)內(nèi)整體產(chǎn)業(yè)體量還較?。涣硪环矫嬷袊?guó)制造業(yè)還處于粗放形式，各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)三維打印技術(shù)帶來的沖擊認(rèn)識(shí)還不足，接受度較低。

（2）從國(guó)際市場(chǎng)發(fā)展情況來看，三維打印至201 3年為止仍停留在“高級(jí)玩具”階段，并沒有實(shí)現(xiàn)成熟的產(chǎn)業(yè)化。在北京舉辦的201 3年世界三維打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)中指出，三年后，中國(guó)三維打印的產(chǎn)值將達(dá)100億人民幣，中國(guó)將成為全球最大三維打印市場(chǎng)。全球生產(chǎn)和銷售用于工業(yè)制造三維打印設(shè)備的專業(yè)公司中，歐洲有16家，中國(guó)有7家，美國(guó)僅5家。

2）平臺(tái)建設(shè)服務(wù)在我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)大環(huán)境中可能存在以下問題：

（1）我國(guó)的工業(yè)設(shè)計(jì)比西方國(guó)家發(fā)展晚。工業(yè)設(shè)計(jì)在我國(guó)是一個(gè)新興的行業(yè)，國(guó)家“十一五”、“十二五”規(guī)劃及政府工作報(bào)告都列入了要發(fā)展工業(yè)設(shè)計(jì)；

（2）如何正確合理地引導(dǎo)我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在取得長(zhǎng)足發(fā)展后，在北京、長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)欣欣向榮局面的同時(shí)，總體水平上還與成熟的發(fā)達(dá)地區(qū)有較大的差距；

（3）科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展支撐了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)步，但同時(shí)又提出新的要求?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)（尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維打印技術(shù)）的迅速發(fā)展不僅給社會(huì)文化生活各方面帶來深遠(yuǎn)的影響，更重要的是它改變了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的工作方式；

3）針對(duì)上述問題，我們的云服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在建設(shè)上著重采取以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）借鑒國(guó)外先進(jìn)國(guó)家發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，找出適合我國(guó)發(fā)展的模式，實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的騰飛；

（2）利用工業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；集合社會(huì)工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)資源和設(shè)計(jì)師人才庫建設(shè)創(chuàng)意庫、模型庫、人才庫等等的方式，為需求用戶更好的服務(wù)；

（3）重視自主研發(fā)設(shè)備的創(chuàng)新應(yīng)用；

（4）重視云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的建設(shè)：

1）整合設(shè)計(jì)公司、企業(yè)、設(shè)計(jì)師資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，相互調(diào)配；

2）作為第三方提供平臺(tái)交流，業(yè)務(wù)合作；

3）提供工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)指導(dǎo)和產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)自助打印，在線輸出；

4）為中小企業(yè)、設(shè)計(jì)公司尋求優(yōu)秀人才和優(yōu)惠項(xiàng)目。

5）側(cè)重于合作行業(yè)知名度的選擇，如同物流合作、團(tuán)購合作、POS機(jī)合作等。

5 結(jié)論

通過研究3D打印技術(shù)及在工業(yè)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用問題，并結(jié)合新時(shí)代電子商務(wù)服務(wù)的功能和理念進(jìn)而研究出未來工業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用模式，有較好的學(xué)科發(fā)展前景和創(chuàng)新思想。并且通過多種平臺(tái)和渠道的合作，應(yīng)用從高校開始試點(diǎn)和推廣，有利于推動(dòng)高校工業(yè)設(shè)計(jì)教育的發(fā)展步伐，具有良好的應(yīng)用前景。期許展望3D打印技術(shù)將給未來的工業(yè)設(shè)計(jì)帶來更加多元化的發(fā)展趨勢(shì)和空間，從而將工業(yè)設(shè)計(jì)更加大眾化、普適化到與人們生活、生產(chǎn)息息相關(guān)的各個(gè)方面中去。