3D打印在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的發(fā)展應(yīng)用

楊濤

摘 要：本文從產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的視角分析了3D打印技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，通過(guò)分析3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，得出了3D打印在產(chǎn)品設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，即提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)周期與制作成本。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了3D打印在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)，提出了各流程中的關(guān)鍵問(wèn)題和解決辦法。

關(guān)鍵詞：3D打印；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；發(fā)展應(yīng)用

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)企業(yè)引入3D打印技術(shù)的原因

1.1 產(chǎn)品開發(fā)的需要

目前，企業(yè)引入3D打印機(jī)主要還是將其運(yùn)用于手板制作。但不少企業(yè)已逐漸把3D打印融入整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中。例如，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)師為了及早了解自己的設(shè)計(jì)概念在現(xiàn)實(shí)中是否可行，他們會(huì)一邊設(shè)計(jì)、一邊打印產(chǎn)品部件，如果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，他們就立刻修改設(shè)計(jì)，而不是等到整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)了才能修改。[1]如圖1所示，高校實(shí)驗(yàn)室使用天威3D打印機(jī)制作智能機(jī)器人，整個(gè)機(jī)器人80%的零件都采用3D打印，由于不需要找手板公司開模，節(jié)省了不少時(shí)間和資金，而且可以隨時(shí)修改設(shè)計(jì)參數(shù)。

現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)不只是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的事了。企業(yè)為了讓產(chǎn)品能更好地配合市場(chǎng)需求，它們會(huì)要求市場(chǎng)及銷售人員提供意見，與設(shè)計(jì)師及工程師共同研發(fā)新產(chǎn)品。3D打印就成為這些部門溝通的橋梁，他們會(huì)把設(shè)計(jì)打印出來(lái)，拿在手上一起討論，讓一般不認(rèn)識(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的市場(chǎng)和銷售人員也可以加入產(chǎn)品開發(fā)的行列。

1.2 生產(chǎn)過(guò)程的需要

企業(yè)一般使用3D打印協(xié)助制作模具。傳統(tǒng)模具制作相當(dāng)費(fèi)時(shí)，成本動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)元。3D打印可讓企業(yè)先制作模具的模型，檢查過(guò)后才制作正式的模具，避免制模出錯(cuò)而導(dǎo)致浪費(fèi)。3D打印亦可幫助企業(yè)直接制作吸塑模，更有不少企業(yè)已經(jīng)使用3D打印機(jī)制作最終產(chǎn)品及提供增值服務(wù)。企業(yè)即使要維持現(xiàn)有的減材生產(chǎn)方式，在3D打印機(jī)的協(xié)助下，每個(gè)工序都能減省成本，亦可減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上的錯(cuò)誤，避免重做所帶來(lái)的額外成本。

1.3 市場(chǎng)及銷售推廣的需要

為了在蕓蕓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出，產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在市場(chǎng)和銷售推廣時(shí)，必需好好包裝自己的產(chǎn)品，以吸引客戶目光。3D打印正好為企業(yè)在產(chǎn)品推廣的獨(dú)特性、速度和成本上取得平衡。產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司利用3D打印技術(shù)，先向客戶提供3D模型，讓客戶具體地了解過(guò)后才正式確認(rèn)定單。由于能接觸實(shí)物，客戶對(duì)該企業(yè)及產(chǎn)品的信心比只能提供示意圖的企業(yè)來(lái)得要高。3D打印可減少產(chǎn)品問(wèn)題，保證客戶得到優(yōu)秀的產(chǎn)品，不但減少售后服務(wù)的壓力，更增加客戶對(duì)該企業(yè)的信心，從而繼續(xù)使用企業(yè)的產(chǎn)品。[2]3D打印人像在眼鏡、服裝等領(lǐng)域有諸多跨界合作的案例，不少企業(yè)在與天威耗材合作的過(guò)程中，都提出使用3D打印機(jī)來(lái)制作用來(lái)襯托產(chǎn)品的工具或裝飾品的創(chuàng)意。如圖2所示，下圖的眼鏡生產(chǎn)商就運(yùn)用了3D打印機(jī)制作1：1頭像，以襯托其眼鏡產(chǎn)品。跟放在展架上相比，以3D頭像襯托的眼鏡展示不但更能吸引客戶眼球，亦令客戶直接看到眼鏡設(shè)計(jì)與人面的配合度，推動(dòng)他們購(gòu)買。

2 3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 更多的材料選擇

目前，最普及的3D打印技術(shù)是使用塑膠為打印材料的熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，但市面上的產(chǎn)品五花八門，不會(huì)只用塑膠這一種材料，金屬是最廣為使用的產(chǎn)品材質(zhì)之一?，F(xiàn)在金屬3D打印機(jī)的價(jià)格仍然很高，其打印品的后處理過(guò)程亦較FDM技術(shù)繁復(fù)，中小企業(yè)難以引入。因此，讓金屬3D打印普及化是目前3D打印行業(yè)最重視的發(fā)展方向。

2.2 更快的打印速度

3D打印另一個(gè)發(fā)展焦點(diǎn)是打印速度。雖然目前的3D打印技術(shù)已令企業(yè)節(jié)省大量成本及時(shí)間，但不少企業(yè)希望3D打印能進(jìn)一步提升打印速度，讓企業(yè)更快地制作產(chǎn)品樣板以至最終產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外的3D打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)也開始在行業(yè)內(nèi)率先著力于攻克3D打印速度提升的難題，未來(lái)3D打印獨(dú)特的“草稿模式”可以在短短數(shù)十分鐘內(nèi)完成打印，加快生產(chǎn)及銷售流程。

2.3 更高的打印質(zhì)量

目前，3D打印面臨的一個(gè)重要的問(wèn)題就是打印質(zhì)量不高。由于目前3D打印使用最廣泛的還是FDM技術(shù)，它是采用層層堆積原理制作，因此在其表面會(huì)出現(xiàn)絲狀紋理，即使是打印精度為0.01毫米的工業(yè)級(jí)打印機(jī)，也還是會(huì)在表面看到絲狀紋理。SLA打印技術(shù)采用的是光固化原理，表面質(zhì)量相對(duì)較好，但是其打印成本比較高，可打印的材料較少，因此在市場(chǎng)上應(yīng)用較少。[2]為了解決上述問(wèn)題，很多科學(xué)家對(duì)軟件的算法進(jìn)行優(yōu)化，也有人用激光對(duì)材料表面進(jìn)行二次光滑處理，未來(lái)3D打印將會(huì)超高精度的3D打印模型。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)3D打印技術(shù)特點(diǎn)的分析，可以看到它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，它縮短了產(chǎn)品開發(fā)的環(huán)節(jié)，大幅度提高了效率和質(zhì)量。當(dāng)然任何事物都有兩面性，在其應(yīng)用流程中，也看到了3D打印機(jī)存在先天的不足，就是表面質(zhì)量不高，會(huì)出現(xiàn)層狀紋理，打印材料范圍太小，打印速度還需要提高。數(shù)年前開始的3D打印熱潮不斷為世界帶來(lái)驚喜，亦讓企業(yè)對(duì)3D打印有無(wú)限的憧憬。經(jīng)過(guò)這幾年的消化和沉淀，企業(yè)已越來(lái)越了解3D打印，并著手把這個(gè)顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的技術(shù)融入自己的業(yè)務(wù)中，以提升設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及銷售效率，增加競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周興海.基于3D打印技術(shù)的陶瓷造型制作的研究[J].文化創(chuàng)意，2015（11）：108-109.

[2] 楊連科.基于3D打印技術(shù)的容器設(shè)計(jì)與制造[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（6）：26.

[3] 王超.3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)陶瓷，2015（12）：6-11.

[4] 蘇珂，王熙.3D打印技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用研究[J].河北企業(yè)，2015（3）：97-98.

[5] 劉欣靈.3D打印機(jī)及其工作原理[J].網(wǎng)絡(luò)與信息，2012（2）：30.