3D打印在創(chuàng)意設(shè)計中的應(yīng)用

許力　鄒勤

摘要：隨著3D打印技術(shù)的快速發(fā)展和不斷成熟，3D打印已廣泛應(yīng)用于創(chuàng)意設(shè)計領(lǐng)域。本文以筆者的3D打印設(shè)計作品為例，以3D打印技術(shù)給創(chuàng)意設(shè)計帶來的變化為切入點，分析3D打印術(shù)語境下設(shè)計生產(chǎn)方式、設(shè)計思維、表現(xiàn)形式等方面的特點，探討3D打印技術(shù)在創(chuàng)意設(shè)計產(chǎn)業(yè)中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印 吉祥物 創(chuàng)意設(shè)計

中圖分類號：TB472

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2016）-03-0114-02

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)使產(chǎn)品的生產(chǎn)方式發(fā)生了變革。3D打印規(guī)模小、生產(chǎn)環(huán)節(jié)少、快速成型，以及個性化生產(chǎn)的特點符合設(shè)計行業(yè)的需求，得到了設(shè)計師們的青睞。設(shè)計師不再局限于傳統(tǒng)制模的生產(chǎn)方式，嘗試采用3D打印技術(shù)進行創(chuàng)意設(shè)計產(chǎn)品的生產(chǎn)制作。隨著3D打印技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用，設(shè)計師的設(shè)計思維也隨之發(fā)生了變化，設(shè)計表現(xiàn)形式也呈現(xiàn)出了新的特點。

本文以筆者設(shè)計吉祥物“乒乒”為例，從生產(chǎn)方式、設(shè)計思維、表現(xiàn)形式等角度，探討3D打印技術(shù)在創(chuàng)意設(shè)計中的具體應(yīng)用。

一吉祥物“乒乒”的設(shè)計構(gòu)思

吉祥物“乒乒”是筆者參加2015年在蘇州舉辦的第53屆世界乒乓球錦標(biāo)賽吉祥物征集比賽的作品，該作品榮獲了此次大賽的二等獎。在設(shè)計構(gòu)思過程中，筆者分別從造型、色彩和名字三個方面進行切入。筆者首先分析了舉辦地蘇州的地域特點：蘇州具有江南水鄉(xiāng)的地域特色，有“東方水都”之稱。因此，為了體現(xiàn)出世乒賽舉辦地蘇州的水鄉(xiāng)特色，筆者以水滴作為設(shè)計元素，通過擬人化的表現(xiàn)手法，塑造出一個活潑、可愛、親切的水娃卡通形象。該吉祥物的整體造型由水滴流動演變而成（圖1），頭飾設(shè)計成水花濺開的效果，使整體造型更生動活潑。吉祥物的顏色選用藍綠色，使吉祥物煥發(fā)出青春與活力。為了體現(xiàn)出乒乓球運動健兒頑強拼搏、勇于挑戰(zhàn)的體育精神，筆者給吉祥物取名為“ping ping乒乒”，也是“拼拼”的諧音。（圖2）

二生產(chǎn)方式

在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段，設(shè)計師需要將設(shè)計構(gòu)思通過模型真實地表現(xiàn)出來，以便發(fā)現(xiàn)問題并及時加以改進，同時，在模型制作過程中還要通過嘗試不同材料和加工工藝從而找到產(chǎn)品生產(chǎn)的最佳解決方案。傳統(tǒng)的模型制作需要制作模具，不同的材料使用的模具也不盡相同，生產(chǎn)過程既耗時又耗力，也帶來了高昂的設(shè)計成本。因此，在吉祥物“乒乒”的設(shè)計過程中，筆者采用了激光雕刻，激光切割和3D打印三種即時生產(chǎn)的方式制作吉祥物“乒乒”的模型。激光雕刻是以亞克力材料的兩個面為基礎(chǔ)，在底面反向雕刻出二維圖形，產(chǎn)生一定的凹度；而另一面則是平滑的，透過透明的材料可以觀看到吉祥物的正面造型，通過這種方法筆者可以將吉祥物“乒乒”的二維圖形效果完整地再現(xiàn)出來（圖3）。激光切割是將亞克力材料切割挖空，得到一個有一定厚度的吉祥物，這種方式雖然給二維圖形增加7--定的厚度，使其有一定的空間感，但空間感層次不夠豐富，較為呆板，并不能完全真實呈現(xiàn)吉祥物“乒乒”的三維空間效果（圖4）。為了真實地表現(xiàn)出三維立體的“乒乒”，筆者采用了3D打印技術(shù)進行模型的制作。3D打印技術(shù)可以將二維圖形在不同角度的造型準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來，完全再現(xiàn)三維效果，使吉祥物更加立體真實。采用增式制造原理的3D打印，在設(shè)計生產(chǎn)過程中不需要制作模具，可以隨時打印出樣品并進行設(shè)計細節(jié)調(diào)整，相對于傳統(tǒng)的減式制造原理，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，提高了效率，從而使設(shè)計生產(chǎn)更具靈活性，擁有更大的自由度。

三設(shè)計思維

一般來說，設(shè)計師在設(shè)計構(gòu)思階段都需要考慮產(chǎn)品的制作方式及材料等因素。因此，3D打印這一新生產(chǎn)方式的出現(xiàn)對設(shè)計師的設(shè)計思維產(chǎn)生了一定的影響。在53屆世乒賽吉祥物征集大賽中，組委會要求吉祥物的造型要易于制成模型、紀(jì)念品等立體化展示，并考慮在各種載體和環(huán)境中運用。為了易于制作，筆者在初步構(gòu)思階段把吉祥物“乒乒”的外形設(shè)計得簡潔概括，即便是細節(jié)較為復(fù)雜的頭發(fā)部分也盡量設(shè)計得簡單，將頭發(fā)分布在一個平面上，沒有角度的變化。在進一步設(shè)計時，筆者嘗試采用3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)制作，這樣在設(shè)計構(gòu)思過程中就不再需要考慮模具制作工藝和難度的問題，于是在其額前增加了垂下的兩列額發(fā)，使得吉祥物頭發(fā)的細節(jié)更加豐富生動，更有空間感?？梢?，設(shè)計師的設(shè)計構(gòu)思會因產(chǎn)品生產(chǎn)方式的不同而發(fā)生變化。3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)制造方式難以制造的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，設(shè)計師通過這一技術(shù)就可將具有復(fù)雜圖案和造型的設(shè)計模型快速轉(zhuǎn)化為實物。這讓設(shè)計師可以擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)加工工藝的束縛，將精力專注于設(shè)計，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，大膽自由地進行創(chuàng)作，構(gòu)思出樣式豐富的造型。

四表現(xiàn)形式

打印技術(shù)選用的不同，3D打印制品在材料、肌理、色彩和強度等方面也會呈現(xiàn)不同的形式特點。因此，設(shè)計師在設(shè)計創(chuàng)意產(chǎn)品時，需要充分了解各種3D打印技術(shù)的特點并根據(jù)需求選擇相應(yīng)的打印機型。目前市場上主流的3D打印技術(shù)有FDM、SLA、3DP、SLS等。

（1）在3D打印技術(shù)中，F(xiàn)DM技術(shù)制造簡單，制造、維護和材料成本低廉，設(shè)計容易，因此也是家用桌面3D打印機使用最多的技術(shù)。FDM，全稱Fused Deposition Modeling，即熔融沉積快速成型技術(shù)，它是將絲狀熱熔性材料（材料以ABS和PLA為材料為主）加熱融化，通過噴頭將熔融的材料涂覆在工作臺上，材料冷卻后開始固化，通過層層堆積形成最終成品。FDM技術(shù)打印精度不高，打印出來的產(chǎn)品邊緣因分層沉積而產(chǎn)生條紋效果，外型較為粗糙。因此，雖然這一技術(shù)成本低，但為了追求更精細的造型，筆者沒有采用FDM技術(shù)打印吉祥物“乒乒”。

（2）SLA是Stereo lithography Appearance的縮寫，即立體光固化成型技術(shù)。打印材料使用液態(tài)光敏樹脂，當(dāng)這種液態(tài)樹脂接觸到紫外線的時候就會變成固體，層層疊加形成三維實體。SLA是目前3D打印技術(shù)中精度最高的技術(shù)。由于光敏樹脂成型前是液態(tài)，無顆粒感，因此用此材料打印出來的實體表面效果是最光滑的，制作出來的樣件呈半透明狀，外形美觀。設(shè)計師如果想設(shè)計具有透明感視覺效果的產(chǎn)品，可以考慮選擇SLA技術(shù)進行打印。但SLA技術(shù)的設(shè)備成本、維護成本和材料成本都遠遠高于FDM。endprint

（3）SLS，Selecting LaserSintering，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，是利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計算機控制層層堆結(jié)成型。與其它3D打印機技術(shù)相比，SLS最突出的優(yōu)點在于它所使用的成型材料十分廣泛，包括金屬粉、尼龍、TPU等，因此其表現(xiàn)形式也更為豐富。例如具有柔軟彈性的TPU材料，在薄的時候會非常柔軟，在厚的時候則變得很硬。設(shè)計師在設(shè)計穿戴產(chǎn)品時，可以選擇TPU材料制作出柔軟的產(chǎn)品造型；在設(shè)計現(xiàn)代藝術(shù)品和裝飾品時，則可以選擇金屬粉材料制作出堅硬牢固的產(chǎn)品造型。SLS使用的一些材料需要后期處理，后期處理難度較大，再加上SLS設(shè)備成本高，目前應(yīng)用范圍主要集中在高端制造領(lǐng)域。

（4）3DP，Thtee Dimensional Printing and Gluing，三維粉末粘接技術(shù)。筆者設(shè)計的吉祥物“乒乒”就是采用3DP技術(shù)打印出來的。其工作原理為先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過程，層層疊加，最終得到打印出來的實體吉祥物“乒乒”（圖5）。這種技術(shù)打印的成品表面會呈現(xiàn)粉末狀的質(zhì)感，雖然在精細度和光滑度上都不如SLA，強度也不高，但也能很好地表現(xiàn)細節(jié)，精確打印出吉祥物的臉部特征；在強度方面，可以通過一系列的后續(xù)處理工序，提高其成品強度；此外，其設(shè)備和材料費較低，因此，對于這個吉祥物“乒乒”來說，3DP技術(shù)是一種較好的選擇。筆者選用的zcorporation zprinter 310Plus打印機是單色打印機，在打印完成后再通過后期加工給吉祥物“乒乒”上色。實際上3DP技術(shù)是能夠直接輸出彩色打印產(chǎn)品，色彩方面非常豐富。設(shè)計師如果設(shè)計的產(chǎn)品是具有豐富色彩的視覺效果的，可以選擇3DP打印。

3D打印是新生的生產(chǎn)方式，其技術(shù)和材料正在不斷地更新發(fā)展。設(shè)計師在設(shè)計過程中需要考慮3D打印生產(chǎn)制作的特點，從而更好地進行創(chuàng)意設(shè)計。

五結(jié)語

采用3D打印模型，既能完全真實地表現(xiàn)吉祥物“乒乒”的三維效果，又設(shè)計開發(fā)成本得到了有效控制。沒有了大規(guī)模生產(chǎn)帶來的開發(fā)成本制約，以及復(fù)雜造型的制作工藝限制，筆者在創(chuàng)作過程中更加自由。隨著3D打印技術(shù)的普及，每個人都可以在家里獨立完成設(shè)計、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。3D打印技術(shù)改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，使得生產(chǎn)由大組織分散為小組織，由群體分散為個體。設(shè)計師不受生產(chǎn)方式的限制，可以大膽創(chuàng)意，思維更自由。此外，3D打印新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)，也豐富了設(shè)計的表現(xiàn)形式，拓展了設(shè)計作品的空間表現(xiàn)力。3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計與不同領(lǐng)域間的跨界合作，促進了跨界文化的交流與融合，設(shè)計文化也更加豐富和多元。endprint