淺談3D打印對工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生設(shè)計能力的影響

黃葉鋒??

摘 要：3D打印是制造技術(shù)的創(chuàng)新，它的出現(xiàn)和發(fā)展對工業(yè)設(shè)計產(chǎn)生巨大的影響。本文對3D打印的重要性，工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計中存在的一些問題，3D打印在學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計時的影響情況以及學(xué)生應(yīng)如何利用3D打印來提高自身設(shè)計能力水平這幾個方面進(jìn)行討論和分析。說明3D打印對工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計產(chǎn)生重要的影響，極大提高學(xué)生的設(shè)計能力。

關(guān)鍵詞：3D打印；工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生；設(shè)計能力影響

一、 3D打印的重要性

3D打印是一種創(chuàng)造性的打印方式，也被稱為增材制造、快速成型、快速制造等。它是一種以三維CAD設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將特定材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）一層層疊加起來成為實體結(jié)構(gòu)的制造方法。這種通過三維設(shè)計軟件和3D打印技術(shù)結(jié)合在一起，改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)方式，使傳統(tǒng)受工藝限制的產(chǎn)品都可以被打印出來，對產(chǎn)品生產(chǎn)模式與人類設(shè)計生活等方式尤其是對工業(yè)設(shè)計產(chǎn)生了重要的影響。

二、 工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計情況調(diào)查和分析

工業(yè)設(shè)計專業(yè)是我國一個新興的、綜合性的應(yīng)用型專業(yè)，該專業(yè)涉及許多領(lǐng)域，是一門交叉學(xué)科，實踐性強。該專業(yè)的學(xué)生需要具備健全的知識結(jié)構(gòu)和儲備、良好設(shè)計能力與創(chuàng)新創(chuàng)造能力以及良好的人文素養(yǎng)。

目前，國內(nèi)的工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生主要以老師教授設(shè)計課程為主，以設(shè)計工作室為平臺，學(xué)生參與設(shè)計競賽或為企業(yè)實做等途徑和手段來學(xué)習(xí)并提高自己的設(shè)計能力。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前工業(yè)設(shè)計學(xué)生普遍的學(xué)習(xí)方式還是以老師灌輸理論知識為主，不能得到充足的實踐鍛煉機(jī)會。即使經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí)，也只能掌握工業(yè)設(shè)計的理論知識和基礎(chǔ)設(shè)計技能，畢業(yè)后的設(shè)計能力難以勝任相應(yīng)的設(shè)計崗位。

例如：學(xué)生在設(shè)計過程中，在手繪方案或者計算機(jī)建模后，往往需要做出實物模型來驗證分析設(shè)計產(chǎn)品的可行性。但是，由于材料、工具等諸多條件的限制，學(xué)生無法將實物模型與圖紙上或計算機(jī)上的模型完美匹配，一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)無法完整呈現(xiàn)，只能將設(shè)計簡單化，這樣最終的效果無論是學(xué)生還是老師，都不會很滿意，學(xué)生更會因此而逐漸放松設(shè)計的要求，甚至失去興趣。這樣不利于學(xué)生創(chuàng)新性、積極性以及設(shè)計能力的提升，而3D打印則會很好地解決這個問題。

三、 3D打印技術(shù)的引入提高設(shè)計能力

工業(yè)設(shè)計的核心是創(chuàng)新，3D打印的精髓是個性創(chuàng)造，這兩者結(jié)合在一起相得益彰。學(xué)生作為最富創(chuàng)意的群體，利用好3D打印技術(shù)，提高自我的設(shè)計能力，將思維得到更好地發(fā)散與拓展，設(shè)計出真正有用的產(chǎn)品。

3D打印技術(shù)的引入可以從以下幾個方面大大提高學(xué)生的設(shè)計能力。

1. 提升三維建模能力

學(xué)生可以利用三維掃描技術(shù)測出實物模型表面的點云數(shù)據(jù)，再經(jīng)過曲面重構(gòu)造型軟件等獲得實物模型的3D數(shù)字模型，這是3D打印的逆向工程。通過這個步驟，學(xué)生可以將自己所想改進(jìn)的原型產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地測量，將原型產(chǎn)品中部分零件進(jìn)行利用，直接對產(chǎn)品不足之處進(jìn)行創(chuàng)新再設(shè)計，最終將得到一個比直接建模更加成熟嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪Ｐ?。在模型中，學(xué)生會更加注重細(xì)節(jié)，因為許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和設(shè)計點都會在打印中體現(xiàn)出來，這就促使學(xué)生在建模的時候會更加嚴(yán)謹(jǐn)。

嚴(yán)謹(jǐn)和成熟的建模要求學(xué)生至少精通一門甚至多門三維軟件，包括參數(shù)化的軟件PROE、SOLIDWORKS以及UG等，非參數(shù)化的三維軟件，例如犀牛。不同的軟件優(yōu)越性也不一樣。參數(shù)化軟件的優(yōu)越性在于易于編輯和修改以及對應(yīng)生產(chǎn)制造良好的兼容性，而非參數(shù)化軟件對于構(gòu)建復(fù)雜曲面、快速表現(xiàn)外觀設(shè)計想法十分實用。因此，學(xué)生的三維建模能力會得到很大的提升。

2. 提高實踐操作能力

引入3D打印技術(shù)，學(xué)生必然要學(xué)會操作3D打印設(shè)備，學(xué)生在專業(yè)課程中親身實踐，完成從設(shè)計到生產(chǎn)的整個流程，并且利用3D打印技術(shù)打印，從而對處于設(shè)計階段的產(chǎn)品做出快速評價、修改及功能試驗。通過反復(fù)修改的過程能夠鍛煉學(xué)生在設(shè)計實踐中的科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃刭|(zhì)，學(xué)生的實踐能力大大提高，同時也增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力。

3. 提高產(chǎn)品性能意識

3D打印出來的實物一部分是可以當(dāng)做產(chǎn)品直接使用，這就要求學(xué)生對于產(chǎn)品的性能方面有足夠的了解，并且對于打印的材料也要有清楚的認(rèn)識。3D打印可以將圖紙或計算機(jī)上的虛擬設(shè)計成為現(xiàn)實實物，更加直觀，最終檢驗設(shè)計是否合理。只有測試產(chǎn)品性能，學(xué)生不止會考慮產(chǎn)品的功能形態(tài)，更會注重本身的性能。了解掌握3D打印技術(shù)的工業(yè)設(shè)計學(xué)生會更加嚴(yán)謹(jǐn)，思考會更加全面，設(shè)計的產(chǎn)品也會更加成熟。

4. 開拓思維想象空間，提高創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的設(shè)計一般是在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕等辦法，去除多余部分，再以拼裝、焊接等方式組合成最終產(chǎn)品，加工工藝必須適應(yīng)批量生產(chǎn)的要求以及各種設(shè)計要求與標(biāo)準(zhǔn)。但是利用3D打印，學(xué)生可以突破傳統(tǒng)的這些局限，3D打印技術(shù)無需原胚和模具，可以直接根據(jù)計算機(jī)模型數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體。3D打印可以制造受傳統(tǒng)工藝限制的產(chǎn)品，學(xué)生可以自由發(fā)揮，天馬行空地想象，最終為產(chǎn)品的設(shè)計提供了無限的創(chuàng)意。3D打印過程中，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到充足地發(fā)揮，不僅為設(shè)計注入持久的設(shè)計靈感和創(chuàng)新動力，還能有助于提升設(shè)計能力。

5. 提高設(shè)計成就感

3D打印技術(shù)是這個時代最先進(jìn)的制造技術(shù)，可以快速地將設(shè)計的物體打印出來，大大提升工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生設(shè)計興趣。通過反復(fù)修改設(shè)計，最終將自己的設(shè)計變?yōu)閷嵨铮瑢W(xué)生會獲得設(shè)計的成就感與自豪感。

6. 提升學(xué)生綜合素質(zhì)

3D打印技術(shù)集計算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)工程等于一體，學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)需要掌握理論知識，同時具備軟件操作能力和設(shè)計知識以及熟練地操作設(shè)備能力。學(xué)生可以掌握最前沿設(shè)計的技術(shù)支撐，同時培養(yǎng)了觀察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計態(tài)度，提升創(chuàng)新設(shè)計能力，拓寬了設(shè)計思維，鍛煉實踐操作能力，從而整體提升學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。

四、 工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生如何利用好3D打印技術(shù)

工業(yè)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生可以利用3D打印技術(shù)和各種設(shè)計軟件制作模型來表達(dá)自己的設(shè)計想法，這樣可以增加自己動手操作的空間，獲得充分的實踐機(jī)會。

學(xué)生可以在競賽過程和與企業(yè)實做的反饋中驗證自己的設(shè)計是否具有社會價值，可以將理論轉(zhuǎn)變?yōu)閷崙?zhàn)，獲得更多接觸社會真實課題的機(jī)會，在參與過程中不斷提升自己的設(shè)計能力。參加各類工業(yè)設(shè)計競賽，是非常好的自我提升設(shè)計能力的途徑。除了傳統(tǒng)的紅點獎、IF獎等，如今也興起一些以3D打印為主的工業(yè)設(shè)計競賽。例如同濟(jì)大學(xué)主辦的“工業(yè)4.0-國際大學(xué)生3D打印機(jī)設(shè)計邀請賽”；江蘇省經(jīng)信委主辦的“江蘇省大學(xué)生3D打印創(chuàng)意大賽”；中國創(chuàng)e設(shè)計3D打印大獎賽……這些都說明了3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)以及這個行業(yè)的重要性。未來的設(shè)計不僅僅停留在圖紙和電腦上，更會直接體現(xiàn)在實物上，學(xué)生想要充分地展示自己的創(chuàng)意，實物是最好的語言，最完美展現(xiàn)實物，那就是依靠3D打印技術(shù)來實現(xiàn)，在學(xué)習(xí)和掌握3D打印中提升自己的設(shè)計能力。

另外，學(xué)生還可以借助3D打印服務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺，將自己的作品進(jìn)行上傳分享，與其他設(shè)計師進(jìn)行研究討論，實時獲取各方意見，完善設(shè)計方案，提升自己的設(shè)計水平。學(xué)生還可以在平臺上學(xué)習(xí)到更為專業(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、教育培訓(xùn)等，進(jìn)一步提升自己的設(shè)計能力。

五、 總結(jié)

工業(yè)設(shè)計的核心是創(chuàng)新，3D打印的引入使該專業(yè)有更好的發(fā)展前景。學(xué)生可以借此機(jī)會擴(kuò)大知識儲備，開拓思維想象空間，獲得更多創(chuàng)意來源，從而激發(fā)設(shè)計興趣與熱情，進(jìn)一步提高創(chuàng)新設(shè)計能力。同時學(xué)生也將提升自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計態(tài)度，更專業(yè)的建模能力，增強實踐操作技能，提升設(shè)計成就感，加強自身的整體設(shè)計能力和綜合素質(zhì)，從而保持對工業(yè)設(shè)計專業(yè)的熱愛，為進(jìn)入工業(yè)設(shè)計行業(yè)奠定基礎(chǔ)，為國家現(xiàn)代工業(yè)化貢獻(xiàn)自己的力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維，王克峰，張啟超，盧升萍.3D打印技術(shù)概論[M].遼寧人民出版社，2015.11.01.

[2]周磊晶.3D打印對工業(yè)設(shè)計發(fā)展的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015.06.28.

[3]崔延琳，張恒.淺談工科類院校工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)策略[J].才智，2014.09.05.

[4]程旭鋒.工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式的設(shè)想[J].中國林業(yè)教育，2009.06.15.

[5]鄭濤.3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2016.04.13.

[6]劉勇利.3D打印對工業(yè)設(shè)計的促進(jìn)作用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014.10.18.