3D打印技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性研究

王子豪

摘 要：3D打印技術(shù)的日益成熟，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方式和生產(chǎn)流程，為制造業(yè)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的商業(yè)化發(fā)展提供了無(wú)限的可能，也使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)手法不再受到工藝本身的局限，給予設(shè)計(jì)師更多自由的空間。催生了與新技術(shù)手段相匹配的全新理念，對(duì)未來(lái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展方向也產(chǎn)生了巨大的影響。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì)；3D打??；工藝；設(shè)計(jì)方式

一、3D打印技術(shù)現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)是以3D模型為數(shù)據(jù)支撐，利用材質(zhì)的增減將材料轉(zhuǎn)化為實(shí)體的電腦模型轉(zhuǎn)化技術(shù)。3D打印與傳統(tǒng)制造業(yè)相比最大的不同之處，就是其個(gè)性化的設(shè)計(jì)方式給用戶帶來(lái)了良性的用戶體驗(yàn)。3D打印符合現(xiàn)代市場(chǎng)的個(gè)性化、精密化的產(chǎn)品要求。20年的發(fā)展時(shí)間讓3D打印有了巨大的進(jìn)步，精準(zhǔn)度與制造速度都得到了極大地提升。目前的設(shè)計(jì)精確度能達(dá)到0.01mm，單位厚度上分辨率能達(dá)到600dpi。而作為基礎(chǔ)打印的材料其領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)展到不同的方面：生物細(xì)胞作為材料可以打印器官、骨骼；建筑的直接打印；機(jī)械類零件的打印；甚至以納米技術(shù)為支撐，未來(lái)的3D打印可以打印納米機(jī)器人。3D公司Stratasys已經(jīng)能夠支持近200種材料的3D打印，而隨著人工智能和納米技術(shù)的發(fā)展，3D打印也將在信息技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)、航天技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。

二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的發(fā)展與3D打印的關(guān)聯(lián)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念往往受到技術(shù)的掣肘頗多，工業(yè)革命之前，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展都處于手工作坊階段，近千年的時(shí)間里產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理念幾乎沒(méi)有變更。而工業(yè)革命之后大批量的工業(yè)化生產(chǎn)代替了人工制造，而在此期間設(shè)計(jì)也從個(gè)性化的定制轉(zhuǎn)變成了工業(yè)制造。消費(fèi)者在進(jìn)行消費(fèi)的過(guò)程中，逐漸發(fā)現(xiàn)個(gè)性化的產(chǎn)品被大量的工業(yè)產(chǎn)品所替代，雖然大大的降低了人工的成本，但也造成了程式化的產(chǎn)品大量充斥著市場(chǎng)。個(gè)性化的產(chǎn)品成為了小眾藝術(shù)或者傳統(tǒng)手工藝被保護(hù)起來(lái)，或是成為了奢侈品被少數(shù)富人消費(fèi)。例如手工西服的制造，在工業(yè)革命之后大量的手工作坊被替代，工業(yè)生產(chǎn)的制式西服出現(xiàn)在市場(chǎng)之上。人們被迫購(gòu)買一些西服，為了適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化的服裝尺寸和樣式甚至出現(xiàn)了上衣和西褲并非同一標(biāo)號(hào)的情況。所謂千人千面，每個(gè)人的身體都有著細(xì)微的差別，沒(méi)有一模一樣的兩個(gè)人。個(gè)性化的需求又一次被人們所懷念，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)與個(gè)性化需求之間尋找到了一個(gè)平衡點(diǎn)。3D打印完全可以按照消費(fèi)者的身材、習(xí)慣和審美設(shè)計(jì)出與之相匹配的產(chǎn)品。3D打印將實(shí)現(xiàn)私人定制與快速生產(chǎn)的技術(shù)要求，甚至消費(fèi)者可以根據(jù)自身喜好進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)將成為每一個(gè)消費(fèi)者可參與的過(guò)程而非是設(shè)計(jì)師的特權(quán)。未來(lái)的設(shè)計(jì)理念也將轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)性化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的核心要點(diǎn)不再是流行時(shí)尚或者符合大眾的需求，而將轉(zhuǎn)化成對(duì)于審美、修養(yǎng)、理念、喜好等要素的集合體。

三、產(chǎn)品生產(chǎn)方式發(fā)展與3D打印的關(guān)聯(lián)

材料轉(zhuǎn)化制造技術(shù)是個(gè)性化與工業(yè)化相融合的技術(shù)支撐，是將工業(yè)化的、低廉的人工成本、快速的制造速度以及復(fù)雜的制造流程與全新的設(shè)計(jì)材料、個(gè)性化的用戶需求和低碳環(huán)保的設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，形成3D打印產(chǎn)品未來(lái)的生產(chǎn)方式。全新的生產(chǎn)技術(shù)為產(chǎn)品的制造形式與結(jié)構(gòu)帶來(lái)革命性的改變。

（一）產(chǎn)品的外觀方面的發(fā)展

產(chǎn)品設(shè)計(jì)師除了對(duì)于人體工程學(xué)和易用性等方面的關(guān)注外，科技的發(fā)展使得許多人類的夢(mèng)想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，而隨著科技水平的進(jìn)步也使得人文關(guān)懷逐漸融入到設(shè)計(jì)當(dāng)中。3D打印技術(shù)的運(yùn)用，產(chǎn)品生產(chǎn)方式逐漸打破了原有的思維束縛，產(chǎn)品概念的實(shí)現(xiàn)不再受到其外觀的復(fù)雜程度的限制。產(chǎn)品突破了局部零件加工，再到整體組裝的模式，渾然一體的造型不再是夢(mèng)想。產(chǎn)品功能性和美觀性也得到了前所未有的技術(shù)支持，“存乎一心”的個(gè)性化需求成為了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。從而使產(chǎn)品呈現(xiàn)了多元化的發(fā)展方向，依據(jù)個(gè)性化的需求而被設(shè)計(jì)成各種形式，具有不同的外觀表現(xiàn)。人對(duì)于某項(xiàng)要素的需求成為表現(xiàn)的重點(diǎn)，展示性的美觀需求、實(shí)用性的技術(shù)需求、發(fā)展性的環(huán)境需求以及應(yīng)用性的經(jīng)濟(jì)需求統(tǒng)統(tǒng)可以被當(dāng)作要求被重點(diǎn)突出，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需求自行控制每項(xiàng)設(shè)計(jì)要素所占的比例。外觀的發(fā)展不再受技術(shù)約束，模型澆筑被替代，打破了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間的瓶頸。

（二）3D技術(shù)促進(jìn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的轉(zhuǎn)化

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度決定產(chǎn)品價(jià)值，對(duì)于工業(yè)革命之后的制造業(yè)來(lái)說(shuō)是不變的真理。大量的產(chǎn)品由數(shù)以百計(jì)的零件組成，在這一過(guò)程中，產(chǎn)品的質(zhì)量、形狀、精密度、故障率都會(huì)因裝配產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致極高的廢品率。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于一體化是一個(gè)方向，也是導(dǎo)致3D打印出現(xiàn)的主要原因。3D打印不僅減少了大量的裝配過(guò)程中的浪費(fèi)，節(jié)約了組裝成本、材料成本、能源成本，還在這一過(guò)程中使得產(chǎn)品的故障率大大降低。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使得類似于“一顆螺絲釘?shù)乃蓜?dòng)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)停止”這樣的問(wèn)題就不再會(huì)出現(xiàn)?？梢哉f(shuō)3D打印技術(shù)完全改變了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，讓結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、更可靠。全新的鉸接結(jié)構(gòu)讓材料一次成型，無(wú)組裝的設(shè)備不僅提高了生存效率，更使得產(chǎn)品強(qiáng)度增加，不會(huì)出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格的增加或是穩(wěn)定性的下降等問(wèn)題。

（三）生產(chǎn)規(guī)模的轉(zhuǎn)變

由于工業(yè)化生產(chǎn)主要依賴于機(jī)械，生產(chǎn)不同產(chǎn)品的機(jī)械也各不相同，各種零件的生產(chǎn)都需要單獨(dú)的機(jī)械進(jìn)行制造，這就大大的限制了生產(chǎn)規(guī)模和個(gè)性化的發(fā)展。例如生產(chǎn)螺絲釘?shù)臋C(jī)器就不能生產(chǎn)皮鞋，而3D打印就完全改變了這一模式。針對(duì)不同的產(chǎn)品只需改變電腦模型即可，而沒(méi)有固定的模具限制，這也為小批量、定制化的生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

四、產(chǎn)品研發(fā)方式發(fā)展與3D打印的關(guān)聯(lián)

眾所周知，產(chǎn)品研發(fā)方式或者說(shuō)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程是設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者雙方極度重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中會(huì)受到多方面因素的限制，例如研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)、設(shè)計(jì)修改次數(shù)較多、設(shè)計(jì)溝通不順暢、設(shè)計(jì)表現(xiàn)度較差、設(shè)計(jì)缺陷發(fā)現(xiàn)較晚、設(shè)計(jì)保密度較差等一系列問(wèn)題。

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展速度極快，設(shè)計(jì)表達(dá)也進(jìn)入了扁平化方式的時(shí)代。這就要求設(shè)計(jì)師或者生產(chǎn)廠家更快地將產(chǎn)品模型或者實(shí)物展示給消費(fèi)者或投資人。現(xiàn)有的方式是設(shè)計(jì)師或者廠家通過(guò)效果圖等二維圖釋進(jìn)行產(chǎn)品概念溝通，而產(chǎn)品或者實(shí)際模型則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于設(shè)計(jì)。不僅產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，還容易出現(xiàn)色差、功能性不足、甚至設(shè)計(jì)缺陷等問(wèn)題。

首先，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)不僅能使產(chǎn)品更快地展現(xiàn)在消費(fèi)者或者投資商的面前，也能夠方便設(shè)計(jì)師更好更早地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。在設(shè)計(jì)初期將問(wèn)題扼殺在搖籃當(dāng)中，避免后期的重復(fù)設(shè)計(jì)過(guò)程，縮短了設(shè)計(jì)研發(fā)周期。

其次，3D打印技術(shù)能彌補(bǔ)原有二維空間表達(dá)的不足之處，讓實(shí)際的三維模型更完整地表現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)感、色彩、觸感。也讓設(shè)計(jì)理念更好地轉(zhuǎn)化為實(shí)踐方案，方便各環(huán)節(jié)和各個(gè)部分同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)作。例如色彩的選擇和材質(zhì)、比例的制作就不需要有前后順序的要求，設(shè)計(jì)速率大大提高。3D打印技術(shù)將模型提早引入到設(shè)計(jì)討論過(guò)程中，更能夠明確產(chǎn)品內(nèi)外結(jié)構(gòu)的缺陷、功能性的優(yōu)劣，在設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中起到革命性的作用。

最后，3D打印應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)使產(chǎn)品更早地從意向變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這其中的好處不言而喻。讓產(chǎn)品更早的上市，占有更多的市場(chǎng)份額；評(píng)定技術(shù)專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)更為有利；規(guī)避設(shè)計(jì)中研發(fā)危險(xiǎn)避免被他人盜用設(shè)計(jì)靈感。3D打印技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程當(dāng)中起到了至關(guān)重要的作用，現(xiàn)代社會(huì)中時(shí)間就是一切，減少設(shè)計(jì)研發(fā)的時(shí)間就是獲得了先機(jī)。

五、結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，甚至設(shè)計(jì)領(lǐng)域都帶來(lái)極大的改變，從設(shè)計(jì)理念到設(shè)計(jì)形式都發(fā)生了重大的變革?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)制造都是按照“需求——設(shè)計(jì)——研發(fā)——測(cè)試——制造——上市——消費(fèi)”的過(guò)程完成的。但由于設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造等環(huán)節(jié)的拖延，前沿科技對(duì)于設(shè)計(jì)實(shí)踐而言存在著時(shí)間差。3D打印技術(shù)讓設(shè)計(jì)師不再受制于制造業(yè)、加工業(yè)。生產(chǎn)不再受到規(guī)模的限制，想法與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程變得更加貼近。設(shè)計(jì)的瑕疵、體驗(yàn)、反饋都會(huì)在第一時(shí)間里反映到設(shè)計(jì)師的手中，設(shè)計(jì)的研發(fā)過(guò)程成為了一種去除錯(cuò)誤的過(guò)程，而不是遇到問(wèn)題就推倒重建的過(guò)程，極大縮短了設(shè)計(jì)研發(fā)的周期。

3D打印技術(shù)更是個(gè)性化設(shè)計(jì)的福音，個(gè)性化的設(shè)計(jì)最大的問(wèn)題就在于生產(chǎn)量小和生產(chǎn)能力差這兩個(gè)方面。3D打印在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了快速生產(chǎn)，并不會(huì)由于產(chǎn)量決定生產(chǎn)與否。設(shè)計(jì)師在未來(lái)的設(shè)計(jì)方式就是接收私人定制，不再受到庫(kù)存、渠道等方面的限制。而在后工業(yè)時(shí)代，消費(fèi)者成為了主導(dǎo)。消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品具有更多的決策權(quán)力，消費(fèi)者的角色從現(xiàn)在的被動(dòng)消費(fèi)，變?yōu)榱藚⑴c設(shè)計(jì)的主動(dòng)消費(fèi)者。設(shè)計(jì)師只是扮演溝通、組織的角色，從而打破生產(chǎn)環(huán)節(jié)的壟斷，形成小規(guī)模、快速化、個(gè)性化、有參與感的生產(chǎn)模式。讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)獲取全新的靈感，也使得消費(fèi)者的需求與設(shè)計(jì)相結(jié)合，從而設(shè)計(jì)出全新的產(chǎn)品。在3D打印技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性研究過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，3D 打印技術(shù)改變了工業(yè)革命以來(lái)的現(xiàn)代制造業(yè)的游戲規(guī)則，更使設(shè)計(jì)呈現(xiàn)了全新設(shè)計(jì)活力，打破了設(shè)計(jì)的思維壁壘。使設(shè)計(jì)不再受到技術(shù)的掣肘，真正成為創(chuàng)造力的承載，個(gè)性化的品牌和生產(chǎn)消費(fèi)者也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。

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作者單位：

天津商業(yè)大學(xué)藝術(shù)學(xué)院