基于3D打印技術(shù)的包裝容器設(shè)計研究護花春泥

肖婕

[摘要]近年來，3D打印技術(shù)的逐漸完善，使得3D打印技術(shù)在產(chǎn)品包裝設(shè)計等行業(yè)也得到了應(yīng)用，在包裝行業(yè)中，3D打印技術(shù)更多用于設(shè)計流程中的容器造型構(gòu)建階段。

[關(guān)鍵詞]3D打印設(shè)計 包裝容器 個性化定制

由于制造方式的改變，3D打印技術(shù)可以制造出傳統(tǒng)成型方式難以制造的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，同時在改變產(chǎn)品的過程中不增加額外的成本，相比較而言，3D打印設(shè)備的成本也遠低于傳統(tǒng)的制作設(shè)備。隨著社會的進步和科技的發(fā)展，3D打印在產(chǎn)品設(shè)計、建筑設(shè)計、電影、動漫等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

一、3D打印技術(shù)的發(fā)展

3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)（Rapid Prototype，簡稱RP）的一種，它通過設(shè)計圖紙，使用打印機內(nèi)的各種原材料，采用分層加工，疊加成型方式來“造型”，進而構(gòu)造出客觀的實物。3D打印技術(shù)為包裝設(shè)計創(chuàng)新和設(shè)計理念實現(xiàn)提供了很大的發(fā)展空間。

（一）3D打印技術(shù)原理

3D打印技術(shù)基于原料噴射成型原理的技術(shù)，與噴墨打印機的工作原理相類似。目前主要有2種工藝原理。第一種工藝其原理是先有儲存打印材料，由儲存桶送出一定量的原材料粉末，并用滾筒在加工平臺上將粉末推成薄薄的一層；接著通過打印頭噴出粘合劑，并依照電腦模型橫截面獲得的二維切片形狀使粉末快速固化，完成一層加工平臺自動下降一點，重復(fù)循環(huán)直到完成；最后只需掃除未固化的外層粉末就可得到想要的試題模型。這種技術(shù)的特點是成型速度快，制作成本低，打印時每層厚度越薄則分辨率越高，實體模型就越精細。

第二種工藝是基于熔融沉積制造技術(shù)。原理是把CAD生成的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機的控制軟件，自動生成支撐材料和加熱噴頭運動路徑，完成后加熱噴頭會在計算機的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息做平面運動。加熱噴頭將熱塑性絲狀材料加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓在相應(yīng)工作平臺上，每次冷卻后平臺會形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓，然后工作臺會下降一定高度進行下一層的融覆，通過多層堆疊來形成三維實體。這種成型工藝不會產(chǎn)生有毒氣體和化學(xué)污染，在汽車、機械制造等行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

（二）3D打印技術(shù)的實用價值

在包裝工業(yè)中，3D打印技術(shù)廣泛用于設(shè)計流程中的原型構(gòu)建階段，3D打印技術(shù)為小規(guī)模的產(chǎn)品定制和概念化發(fā)展創(chuàng)新提供了巨大潛力。3D打印技術(shù)的操作簡便，人員一學(xué)就會，這就為3D打印技術(shù)在行業(yè)的深入滲透提供巨大空間。與此同時，3D打印技術(shù)為包裝設(shè)計提供了概念驗證的可能性，一旦包裝設(shè)計有了設(shè)計手稿和設(shè)計切片，3D打印技術(shù)就能把設(shè)計圖紙上的二維設(shè)計轉(zhuǎn)化為實實在在的三維客觀實物，這大大縮短了設(shè)計實現(xiàn)的時間跨度。

二、3D打印技術(shù)在包裝容器設(shè)計上的創(chuàng)新

（一）個性化定制

包裝產(chǎn)品定制能夠滿足消費者的個性化需求?，F(xiàn)代人希望在購買的過程中能夠獲得更多個性化的體驗，享受獨一無二的服務(wù)，如定制性容器包裝設(shè)計對一些有特殊要求的顧客而言顯得尤為重要。容器包裝設(shè)計除了要符合顧客的基本需求外，還要具有獨特的設(shè)計風(fēng)格，不論是造型還是材質(zhì)的選擇。

以禮品包裝為例，現(xiàn)今市場上禮品包裝絕大多數(shù)都是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、自動化程度高、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，但是缺點也相當(dāng)明顯，大批量生產(chǎn)以犧牲產(chǎn)品的多樣性為代價，生產(chǎn)線的初始投人大，建設(shè)周期長，無法適應(yīng)變化愈來愈快的市場需求和激烈的競爭。3D打印技術(shù)由于自身逐層打印的特點可以打印一些復(fù)雜的造型，它為情感化、個性化的禮品包裝定制設(shè)計提供了平臺。

3D打印技術(shù)能夠解決其中的一些問題，可根據(jù)顧客的需要通過計算機輔助軟件Auto CAD進行三維模具的繪制一個概念或者包裝的CAD文件。一旦這個包裝可以進行打印時，tRtt師會提供一個彩色縮略圖，這樣可以讓產(chǎn)品在打印之前有一個可視化的圖像，如需修改，便可直接在計算機軟件中對設(shè)計方案進行修改，在取得設(shè)計師和客戶雙方滿意的效果后，即可通過3D打印機制作。3D打印可以使包裝原型實現(xiàn)快速生成和調(diào)整，為公司大大節(jié)約了時間和資金投入。Auto CAD屬于設(shè)計類專業(yè)學(xué)生的必修軟件，即便是非專業(yè)人士也可學(xué)習(xí)該軟件，因此該方面的技術(shù)人員充裕。由于3D打印技術(shù)不斷提高，可使用材料種類呈多元化發(fā)展，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，如出現(xiàn)食品級打印機。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，不僅滿足人們對個性化產(chǎn)品的需求，量身定制，而且還大大提高生產(chǎn)效率，降低了成本。因此3D打印技術(shù)適合制造個性化需求較高，生產(chǎn)周期短的包裝容器。

（二）使包裝容器設(shè)計更生態(tài)環(huán)保

3D打印技術(shù)的發(fā)展，使得容器包裝設(shè)計更加生態(tài)環(huán)保，主要體現(xiàn)在節(jié)約資源、保護環(huán)境、循環(huán)利用等方面。商品社會的迅速發(fā)展導(dǎo)致容器包裝材料的浪費，很多包裝都是一次性使用，不會被人們保留使用，還有一些容器包裝回收利用率極低，或者在生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生有害氣體，對環(huán)境造成污染。因此，正確、有效利用資源設(shè)計容器包裝就顯得尤為重要。如3D打印常用的材料聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。PLA的應(yīng)用，體現(xiàn)了經(jīng)濟生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

同時，3D打印技術(shù)大大提高了材料使用率，通過電腦可精確地計算出所打印產(chǎn)品的材料使用量，避免了材料的浪費；3D打印出的產(chǎn)品回收后可通過技術(shù)手段使其恢復(fù)打印前的原材料狀態(tài)，材料可再次使用，并且，除前期的人為設(shè)計制圖外，在整個打印過程中，極少需要人工的參與，大大節(jié)約了人力資源。

除此之外，由于3D打印技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)雜、精美的設(shè)計方案，所以容器包裝設(shè)計可實現(xiàn)“一物多用”。造型的特殊性不僅可滿足人們對容器包裝的基本要求，更能增強人們的節(jié)能環(huán)保意識，甚至可以讓人們保留容器包裝循環(huán)使用，使容器包裝不再是一次性產(chǎn)品。生態(tài)環(huán)保的容器包裝設(shè)計取決于設(shè)計的實施手段和材料、技術(shù)的運用。

三、3D打印技術(shù)應(yīng)用在包裝容器設(shè)計上的優(yōu)勢

（一）3D打印縮短了包裝設(shè)計到成型的周期

3D打印由于能夠快速一體成型、精度高、適用于非標準件的成型等特點，而被包裝設(shè)計公司所青睞。設(shè)計師可以更注重其產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，利用三維CAD軟件確保設(shè)計的高效性和精確性，快速而簡化的模型制作，優(yōu)化包裝容器設(shè)計的初稿篩選、內(nèi)部測評等過程，產(chǎn)品設(shè)計周期縮短了50%。

（二）3D打印開拓了設(shè)計師的想象空間

由于3D打印技術(shù)理論上的技術(shù)特性，3D打印機識別到片層界面，并完成文件輸出。截面是由多個三角形面來模擬所設(shè)計的物品的表面形態(tài)，三角形面越小，物體打印的越精細。這種特性將設(shè)計師的一切創(chuàng)意打印成現(xiàn)實成為一種可能，更多的創(chuàng)意不僅僅局限于圖紙或設(shè)計師的腦海中，更是給予了設(shè)計師一個更為廣闊或可行的創(chuàng)意呈現(xiàn)平臺，一切皆有可能。

（三）3D打印節(jié)省包裝設(shè)計研發(fā)的成本

新產(chǎn)品投放市場之前，開發(fā)一副模具費用極高，幾十萬甚至幾百萬，而產(chǎn)品在市場中都是以最新的速度更新?lián)Q代，如果新產(chǎn)品生產(chǎn)出來以后，銷售低迷，則得不償失，加重企業(yè)的經(jīng)濟負擔(dān)，但是利用3D打印技術(shù)，可以把產(chǎn)品先研發(fā)出來，如果該產(chǎn)品符合生產(chǎn)技術(shù)要求和市場需求，再進行模具開發(fā)，并進行進一步批量生產(chǎn)。由此可見，3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)模具制造技術(shù)優(yōu)勢可以實現(xiàn)相互補充，降低了企業(yè)因開模不當(dāng)造成的不必要損失和風(fēng)險。3D打印包裝產(chǎn)品也可以遠程傳輸文件并異地打印，減少運輸費用。3D打印的出現(xiàn)其意義除了在研制速度上具有優(yōu)勢外，還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，化解技術(shù)難題，實現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超；可以形成新的經(jīng)濟增長點，促進就業(yè)隨著3D打印的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產(chǎn)模式。

3D打印技術(shù)是一種新興的高科技技術(shù)，隨著3D打印的逐步深入，在一定程度上改善包裝產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使包裝工業(yè)向多元化發(fā)展。并且，節(jié)省了原材料的使用量，便于回收利用，利于環(huán)境友好生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展，有助于推進綠色、創(chuàng)新、共贏的經(jīng)濟模式發(fā)展。

3D打印技術(shù)在包裝材料的研發(fā)、包裝容器的設(shè)計以及整個包裝產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用。隨著3D打印的日益成熟，結(jié)合一定創(chuàng)新性的包裝材料及容器，以多功能化、多樣化、多元化的進程發(fā)展，并且包裝更加節(jié)能環(huán)保。3D打印技術(shù)給容器包裝設(shè)計提供的具有高效、便捷、多樣、材料無線組合、設(shè)計空間無限等優(yōu)勢，是其它同類包裝制造技術(shù)無法比擬的，3D打印技術(shù)在未來的包裝產(chǎn)業(yè)中，必有它的一片天地。

（責(zé)任編輯：曉芳）