3D打印對工業(yè)設計發(fā)展的影響

周磊晶

摘 要：文章重點探討了目前設計創(chuàng)新的一個熱點的問題——3D打印對工業(yè)設計發(fā)展影響問題。工業(yè)設計和設計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為3D打印的應用與推廣提供了廣闊市場，同時3D打印時代的到來，也為工業(yè)設計和設計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強大的科技引擎。所以文章從3D打印在工業(yè)設計中應用和影響、3D打印對設計師和消費者的改變，闡述了3D打印對工業(yè)設計發(fā)展的影響和改變。

關(guān)鍵詞：3D打印；工業(yè)設計；創(chuàng)新研究

1 概述

3D打印是制造技術(shù)的原理創(chuàng)新，隨著技術(shù)的愈發(fā)成熟，在為制造業(yè)帶來新一輪革命的同時，也為研發(fā)、設計特別是工業(yè)設計，提供和發(fā)揮了強有力的技術(shù)支撐和引領(lǐng)作用。因此，文章專門針對3D打印在工業(yè)設計中的應用和對設計師和消費者的影響進行探討，為3D打印對工業(yè)設計發(fā)展趨勢和影響提供參考。

2 3D打印在工業(yè)設計中的應用和影響

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀九十年代中期，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)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(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設計等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(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)設計、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)域都有所應用。這項被稱為“快速成型”的技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)機械加工中“去除材料”的方式，采用“材料堆積”的方法，使加工對象不受復雜程度的限制，使平面生成立體的過程變得簡單易行，這對于追求“形”和結(jié)構(gòu)藝術(shù)的工業(yè)設計來講至關(guān)重要。

2.1 設計和制作協(xié)同工作

技術(shù)，使得創(chuàng)意、設計、工程分析、制造和服務融為一體，共享同一個數(shù)據(jù)平臺，實時反饋各方的意見，實現(xiàn)設計與制造無縫對接、協(xié)同工作。

2.2 提高設計制造精度

相較于傳統(tǒng)手工制造的模型樣機表面質(zhì)量不高，產(chǎn)品外觀逼真程度較差，可裝配性不強等弊端，3D打印能夠代替“工匠”的勞動，使得模型變得更合理、更精密、更符合實際的需要。

2.3 縮短研發(fā)設計周期

3D打印技術(shù)可以提供制造樣件，簡化消化圖紙的時間，在幾天或幾周內(nèi)將概念設計轉(zhuǎn)化成模型樣件，修改細節(jié)時只需要在電腦上完成，從而對處于設計階段的產(chǎn)品做出快速評價、修改及功能試驗，極大的縮短試制周期和生產(chǎn)成本。

2.4 復雜模型的直接制造

利用3D打印機制作出來的模具幾乎不受零件的形狀和結(jié)構(gòu)的任何約束，尤其在加工復雜曲面時更顯其優(yōu)越的性能，設計師只要在電腦上完成產(chǎn)品設計（CAD），并編寫好加工流程，計算機與數(shù)控設備將一道自動完成造型過程。而且隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，可用于制造的原型材料日漸豐富，性能也日趨完善，一些非金屬快速原型已有較好的機械強度和熱穩(wěn)定性，可以直接用作模具或是生產(chǎn)成品。

2.5 逆向設計的充分運用

逆向工程技術(shù)采用了3D掃描和3D打印技術(shù)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了產(chǎn)品的快速制造。它將已有實物（油泥）模型通過三維掃描技術(shù)測得模型表面的點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過曲面重構(gòu)造型軟件獲得實物模型的3D數(shù)字模型，用于后續(xù)的計算機輔助分析與制造。

一是即可以快速的復制實物，也能夠放大、縮小及修改實物模型，并且可以對已有模具進行創(chuàng)新設計。二是可以方便地對3D打印技術(shù)本身制得的原型產(chǎn)品進行快速、準確的測量，用以驗證由三維CAD設計而制得的零件與原設計的吻合程度，改進產(chǎn)品設計中的不足，使產(chǎn)品更加完善。三是對于進口模具，模具的3D數(shù)字模型可能無法獲取，或因使用年限較長，模具在使用過程中由于損壞、修改等原因，需要進行型面的燒焊再由鉗工修補，然而修補后的模具質(zhì)量往往并不理想，這時可借助逆向工程對磨損區(qū)域的識別與恢復功能，重構(gòu)模具的3D數(shù)字模型，以提高制模、修模的效率和質(zhì)量。同時，許多受損文物，利用逆向工程能夠有效的將殘缺部分還原。

3 3D打印對設計師和消費者的影響

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大眾需求的多元化、個性化和小批量、多品種已經(jīng)成為現(xiàn)代消費的發(fā)展趨勢，從高級定制服裝、飾品、家具，到汽車、游艇等等各個領(lǐng)域。3D打印的應用，一方面設計師現(xiàn)在可以盡情的拓展想象空間，把在虛擬世界中創(chuàng)造“作品”帶到現(xiàn)實生活中進行修改、完善和再創(chuàng)新，將設計圖紙快速成型使之具象化。通過3D打印提供的實體模型不僅充分調(diào)動設計師的想象力與創(chuàng)造力，也有助于檢驗消費者對產(chǎn)品的興趣與認可度。從長遠來看，這對設計師審美品位、設計能力的不斷提升大有裨益。

3D打印在各個設計領(lǐng)域的應用顯著提高了效率。在設計中，設計師和建模師或者模型師可以利用三維打印技術(shù)快速地將自己所設計的產(chǎn)品變成實物，可方便快捷地將產(chǎn)品模型提供給客戶和設計團隊，使客戶也可以隨時參與到產(chǎn)品的設計中，方便客戶和設計師的及時溝通從而促進了客戶、市場、企業(yè)之間的交流，及時調(diào)整方案，從而是產(chǎn)品更有效地得到市場的認可，在相同的時間內(nèi)縮短了產(chǎn)品從概念到市場銷售的時間，以達到全面的控制，更加合理地又優(yōu)化了設計資源和市場資源。

此外，3D打印對設計師還產(chǎn)生了諸多影響，如獨立設計師可依靠3D打印技術(shù)將自己的創(chuàng)意變成真實的產(chǎn)品，從而催生了大量獨立設計師及設計品牌；設計的社會化趨勢將會打破以往設計組織的僵硬的結(jié)構(gòu)劃分，消費者獲得了自己設計、生產(chǎn)產(chǎn)品的權(quán)力。

另一方面，隨著3D打印能力的不斷進步，消費者將不再是產(chǎn)品被動的接受者，他們甚至可以成為“設計師”兼“工程師”，在家親自動手生產(chǎn)專屬自己的物品。除此之外，幾乎所有的產(chǎn)品均可打上消費者個性化的印記，生產(chǎn)商只需要提供一個平臺，消費者就能夠依據(jù)個人的喜好對產(chǎn)品進行設計。產(chǎn)品對消費者而言將不再是一成不變、大同小異的舊面孔，每個消費者手中的產(chǎn)品都可以變得獨一無二和與眾不同。

4 結(jié)束語

通過對3D打印在工業(yè)設計中的應用研究，作者對3D打印對工業(yè)設計發(fā)展的影響有了更加明確的認識，歸納起來有以下兩點：（1）3D打印實現(xiàn)設計與制造無縫對接、協(xié)同工作，不但提高了設計制造精度，還大大縮短研發(fā)設計周期和成本。（2）3D打印轉(zhuǎn)變了工業(yè)設計理念，消費者可以根據(jù)個性定制產(chǎn)品，同時催生了大量獨立設計師及設計品牌設計師。

參考文獻

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