基于產(chǎn)品造型設(shè)計層面的3D技術(shù)應(yīng)用研究

張瓏薈 黃勁松 （武漢城市職業(yè)學(xué)院 430064）

隨著當(dāng)今科技水平的不斷提升，3D打印技術(shù)也取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了人類社會生活中的多個領(lǐng)域。尤其是在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域有著十分巨大的市場前景。作為一種新型的工業(yè)技術(shù)手段，3D打印技術(shù)極大推動了制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，同時這一技術(shù)也是當(dāng)今工業(yè)革命的一項主流發(fā)展趨勢。隨著相關(guān)技術(shù)手段的逐漸成熟，3D打印也將得到更加廣泛的市場應(yīng)用，對人們的日常生活將會帶來翻天覆地的重大影響。本文將重點針對3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用情況展開探究。

一、3D打印技術(shù)的應(yīng)用途徑

與以往所采用的制造工藝相比，3D打印技術(shù)具有極其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢，可十分便捷地做到傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)所難以達(dá)到的組織結(jié)構(gòu)與外觀制造，并且整個實現(xiàn)過程簡便易行，完全不會新增額外的成本費用，且可實現(xiàn)一次成型無需進(jìn)行組裝處理，相關(guān)的生產(chǎn)人員也不用具備豐富的制造專業(yè)能力與經(jīng)驗。而且隨著這一項技術(shù)手段的不斷完善，其設(shè)計應(yīng)用將會得到越來越廣泛的普及。

（一）產(chǎn)品造型設(shè)計

由于3D打印技術(shù)從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)一整個過程中具備極高的契合度，因此這一項技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計方面應(yīng)用極其廣泛。在開展產(chǎn)品設(shè)計工作時，相關(guān)的設(shè)計人員大都會在紙面上完成設(shè)計工作，而后再進(jìn)一步開展產(chǎn)品模型制造工作，然而受制于以往常規(guī)生產(chǎn)材料的性能制約，單就模型制作的過程就需耗費大量的時間，且精度水平還無法保證。而通過應(yīng)用3D打印技術(shù)則可使這一問題迎刃而解，相關(guān)的設(shè)計人員僅需利用3D模擬軟件進(jìn)行模型搭建，而后便可直接打印生產(chǎn)，設(shè)計過程的耗時將會大大縮短，精度水平也能夠得到有效保障。從設(shè)計到生產(chǎn)的一次成型，能夠大幅度降低額外的人力及物力成本支出，且不會導(dǎo)致材料的浪費，能夠最大程度地保障對生產(chǎn)材料的充分利用。并且在生產(chǎn)階段中，應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確且高效的產(chǎn)品生產(chǎn)，同時在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期與費用方面優(yōu)勢顯著，對于企業(yè)而言，這也是迅速搶占市場份額的核心關(guān)鍵。

（二）機(jī)械制造設(shè)計

3D打印技術(shù)最為突出的一項技術(shù)性優(yōu)勢即一體化成型制造，省去了產(chǎn)品部件的組裝拼接環(huán)節(jié)，這一項重大突破也將促使3D打印技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用3D打印技術(shù)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品往往分割部件相對較少，大多都具有較高的一體化程度，而且即便是分成了多個部件，其彼此之間的關(guān)聯(lián)水平依然很高。由于3D打印技術(shù)實現(xiàn)了整體化程度更高的機(jī)械產(chǎn)品制造，突破了傳統(tǒng)工藝所面臨著的諸多限制，導(dǎo)致產(chǎn)品在設(shè)計制作過程中必須重新考慮原有的產(chǎn)品銜接與各零部件尺寸、形狀等問題?？紤]到機(jī)械制造與工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)?；a(chǎn)較為接近，因此針對需求總量較小且精度水平較高的需求，便需用到3D打印技術(shù)，如針對單一類型的金屬零部件與產(chǎn)品配件生產(chǎn)。針對部分相對較為復(fù)雜、總體數(shù)量上無過多需求，但有較高精度需求的機(jī)械產(chǎn)品，可利用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢來生產(chǎn)。

（三）個性化產(chǎn)品制造

3D打印技術(shù)以其特有的優(yōu)勢性能也衍生出了一些新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，例如在個性化產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，由于3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對十分復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制造，因此也為更富創(chuàng)意的設(shè)計理念實現(xiàn)提供了新的可能性，可直接擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)制造技術(shù)的限制。相關(guān)的設(shè)計人員可利用計算機(jī)設(shè)備上的模擬軟件來進(jìn)行各種個性化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大降低了產(chǎn)品設(shè)計的門檻，只要擁有一臺電腦并安裝相應(yīng)的設(shè)計軟件，人人都可成為設(shè)計師，所設(shè)計出的產(chǎn)品模型只需通過與3D打印設(shè)備連接便可生產(chǎn)出來，這也是目前3D打印技術(shù)發(fā)展的主要方向。

二、3D打印對產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計理念的影響

（一）對產(chǎn)品造型設(shè)計的影響

相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計人員在開展造型設(shè)計之時，應(yīng)當(dāng)充分應(yīng)用目前已具備的各種新型工藝技術(shù)、新材料以及人文思想來打破傳統(tǒng)觀念，不斷做出創(chuàng)新式的產(chǎn)品造型設(shè)計。特別是隨著目前3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝已經(jīng)不再會對設(shè)計人員的想象力產(chǎn)生限制，從理論上來說，無論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，通過3D打印技術(shù)都可被制造出來，且其精度水平也完全符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計人員可借助對產(chǎn)品形態(tài)與功能的發(fā)展創(chuàng)新，來賦予產(chǎn)品造型更加特殊的意蘊(yùn)內(nèi)涵。與此同時，相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計工作也將具有更加豐富、多元的發(fā)展趨勢，產(chǎn)品造型將會更加側(cè)重于藝術(shù)審美，這同時也將會對社會公眾審美水平的提升產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

（二）對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

3D打印技術(shù)最為突出的一項特征即為能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一次成型，且不會有任何的銜接痕跡出現(xiàn)，無論是多么復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，都無需再組裝或開模，并且一次成型。相較于傳統(tǒng)的銜接方式，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也將會有大幅度的提升。以人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會用到的鎖鏈為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，通常是將兩根直條材料彎折成閉合的“0”型，并使之互相嵌套，而后將銜接部位焊接處理。采取這樣一種傳統(tǒng)制造工藝不但操作麻煩，且費時費力，同時焊接部位也容易出現(xiàn)開裂情況。而反觀應(yīng)用3D打印技術(shù)所制造的鎖鏈，可實現(xiàn)一次成型，不僅制造過程簡單高效，而且無需進(jìn)行組裝，完全沒有焊接部位，整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固、可靠。

三、3D打印的技術(shù)優(yōu)勢

（一）拓寬設(shè)計思維

3D打印技術(shù)具有一體化成型特征，這也促使一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)變成了現(xiàn)實，而且在實際生產(chǎn)過程中操作起來也十分方便，設(shè)計人員僅需利用計算機(jī)設(shè)備中所安裝的產(chǎn)品設(shè)計軟件對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計便可制作出產(chǎn)品模型，而后導(dǎo)出STL格式文件，利用打印機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)即可。通過3D打印技術(shù)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品是通過打印材料三角形堆積所形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其三角面積越小，生產(chǎn)出產(chǎn)品也就會越精密。即便是高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也能夠通過十分簡單的方式來生產(chǎn)，打破了生產(chǎn)條件的局限，設(shè)計人員的設(shè)計思維也將得到拓寬，這一點是傳統(tǒng)產(chǎn)品制造方式所難以實現(xiàn)的。

（二）縮短產(chǎn)品周期

隨著目前人們消費能力的不斷增強(qiáng)，對于產(chǎn)品的更新需求速度也在不斷加快，要想有效適應(yīng)急劇加快的市場變化，產(chǎn)品生產(chǎn)模式也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。在以往的產(chǎn)品生產(chǎn)模式當(dāng)中，由最初的產(chǎn)品設(shè)計直至最終產(chǎn)品被生產(chǎn)出來，這當(dāng)中存在著諸多的環(huán)節(jié)流程，且過程十分繁雜。如在確定了設(shè)計方案以后還要進(jìn)行模具的制作，這一步驟不但會耗費過多的時間成本，且還會導(dǎo)致資金費用成本的增多，甚至還要關(guān)注產(chǎn)品銜接等局部細(xì)節(jié)處理問題，這都會導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期被延長。而通過應(yīng)用3D打印技術(shù)則能夠直接省去產(chǎn)品的制模環(huán)節(jié)，且可實現(xiàn)一次成型，產(chǎn)品從設(shè)計到推出的一整個周期將會被大大縮短。

（三）降低研發(fā)費用

面對當(dāng)前快速的消費環(huán)境，產(chǎn)品生產(chǎn)也要及時更新，但是大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)必須要依賴于模具制造，而僅就一套模具的成本就十分高昂。若是在模具研發(fā)出來后，產(chǎn)品市場反響不好，很有可能會導(dǎo)致企業(yè)面臨巨大虧損。而通過應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，可生產(chǎn)出少量產(chǎn)品測試市場反應(yīng)，再根據(jù)市場反饋結(jié)果來決定是否大規(guī)模生產(chǎn)，由此便可為企業(yè)節(jié)約出一大筆的研發(fā)費用。

四、結(jié)語

總而言之，盡管目前3D打印技術(shù)仍然存在著設(shè)備尺寸較小與可供打印的材料種類有限等問題。但同時也要認(rèn)識到3D打印技術(shù)在當(dāng)前的產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，利用這一種新型技術(shù)手段，可促使有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計人員能夠突破傳統(tǒng)工藝技術(shù)與結(jié)構(gòu)限制，打破固有思維僵局，創(chuàng)新研究出更多新型化的應(yīng)用產(chǎn)品。同時隨著這一項技術(shù)手段的日漸完備，在今后的產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，也必將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

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