3D打印技術(shù)對工業(yè)設(shè)計發(fā)展的影響分析

沈莉莉

摘 要： 3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計模式的制約，極大的提高了設(shè)計工作的效率，壓縮了新產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)周期，并實現(xiàn)了可靠的成本控制目標。本文就3D打印技術(shù)展開研究，介紹了其基本運行原理及結(jié)合傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計模式的流程與特點，通過探討其優(yōu)越性，分析該技術(shù)為工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展帶來的影響和契機，論述了促使3D打印技術(shù)不斷完善的相關(guān)建議，具有一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞： 3D打印；工業(yè)設(shè)計；制造流程

1.3D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)起源于上世紀末，是集機械工程技術(shù)、智能控制技術(shù)、計算機技術(shù)、激光打印技術(shù)和新型材料技術(shù)等多門學(xué)科研究成果為一體的制造技術(shù)，起初名稱是快速原型制造技術(shù)，后更名為“三維打印技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”。從制造過程來分析，其整個流程包括三個主要的環(huán)節(jié)，分別為計算機3D建模、軟件分層和設(shè)備打印。設(shè)計者需要借助計算機輔助軟件，建立符合使用要求的3D數(shù)字化模型，隨后通過分層軟件將該模型劃分成為可供3D打印的多層平面切片，最后則由數(shù)控成型系統(tǒng)將事先選定的可粘合材料精確的通過熱熔噴嘴噴涂在合適的區(qū)域內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)逐層堆積疊加，就可最終完成產(chǎn)品的制造任務(wù)。如圖1所示。

2.3D打印技術(shù)優(yōu)勢分析

3D打印技術(shù)一經(jīng)推出，就給傳統(tǒng)的制造方式帶來了顛覆性的影響，其突出的優(yōu)勢使得該技術(shù)在短時間內(nèi)就受到了各國的廣泛關(guān)注，并在該領(lǐng)域內(nèi)進行了大量的應(yīng)用研究。3D打印技術(shù)具備三個關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)勢，具體分析如下：

（1）通過3D打印技術(shù)使得原來無法生產(chǎn)的產(chǎn)品可以進行制造，擴大了生產(chǎn)范圍；

（2）顯著提高了復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造精確度，降低了多種產(chǎn)品的制造門檻，同時也實現(xiàn)了可靠地成本控制；

（3）可實現(xiàn)以往傳統(tǒng)制造工藝所無法達到的快速生產(chǎn)目標，只要建立好3D模型，就可方便的實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，省時省力。

總之，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，很大程度上消除了以往傳統(tǒng)制造技術(shù)在工藝、設(shè)備、操作水平等因素的制約，極大地提高了生產(chǎn)的效率和精確性，不需要重復(fù)的生產(chǎn)模具，也不需要機械加工，將原本繁瑣的生產(chǎn)流程進行了極大的簡化，一項新產(chǎn)品從研發(fā)、設(shè)計到生產(chǎn)的整個周期也被大大壓縮了，這種全方位效率的提升對于工業(yè)設(shè)計的發(fā)展而言起到了顯而易見的促進作用。

3.傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)分析

工業(yè)設(shè)計（Industrial Design）與多個學(xué)個交叉，如人機工程學(xué)、美學(xué)等學(xué)科，其涉及專業(yè)又被稱為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計學(xué)，主要涵蓋產(chǎn)品設(shè)計、傳播設(shè)計和環(huán)境設(shè)計等研究方向，設(shè)計對象涉及機械電子、包裝造型、平面設(shè)計、廣告動畫、家居裝潢、環(huán)境美化、服裝飾品和用戶操作界面等相關(guān)種類。工業(yè)設(shè)計的核心理念就是將設(shè)計技術(shù)和設(shè)計技巧與藝術(shù)有機融合，通過不斷的創(chuàng)新來為設(shè)計對象附加新的價值，傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計模式，可以分為以下八個主要環(huán)節(jié)。

（1）設(shè)計準備環(huán)節(jié)：設(shè)計師在該環(huán)節(jié)主要完成與企業(yè)用戶的溝通，接受設(shè)計任務(wù)，制定基本的工作進度；

（2）市場調(diào)研環(huán)節(jié)：通過對市場上同類產(chǎn)品進行調(diào)研，對需求進行分析；

（3）設(shè)計定位環(huán)節(jié)：根據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果，為本次設(shè)計的產(chǎn)品進行準確的市場定位，并確定合適的設(shè)計路線；

（4）創(chuàng)意草圖環(huán)節(jié)：設(shè)計師根據(jù)構(gòu)思與創(chuàng)意，完成繪制草圖的工作；

（5）產(chǎn)品效果圖設(shè)計環(huán)節(jié)：通過運用計算機輔助工具的幫助，達到完成產(chǎn)品的三維建模和效果渲染的目的；

（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)：對產(chǎn)品的詳細結(jié)構(gòu)進行合理的規(guī)劃，并完成產(chǎn)品的工藝文件和工程圖紙設(shè)計工作；

（7）手板模型制作環(huán)節(jié)：手板模型制作及評審；

（8）反饋調(diào)整與修正環(huán)節(jié)：模具跟進以及根據(jù)用戶意見進行調(diào)整與修正。

從上面的工作流程可以看出，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)較多，設(shè)計周期較長，尤其是其中的第（7）和（8）環(huán)節(jié)，更是耗費了大量的時間和資源，往往一個產(chǎn)品的研發(fā)周期需要長達數(shù)月，設(shè)計成本高居不下，已經(jīng)成為了工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸所在。

4.3D打印技術(shù)給傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計發(fā)展帶來的契機

如上節(jié)所述，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計的難點在于制作高精度的模型或模具，往往需要經(jīng)過反復(fù)的修正與調(diào)整，才能夠為批量化生產(chǎn)奠定可靠的基礎(chǔ)，而利用3D打印技術(shù)則可以很好的解決這一問題，使得模型模具的制作精度大幅提升，同時也極大的壓縮了制作周期，將原本需要數(shù)月時間完成的工作壓縮至數(shù)小時內(nèi)。同時，利用3D打印技術(shù)制作出的實物原型與設(shè)計圖形更為接近，相似度遠遠高度其他，因此將3D打印技術(shù)作為物理及力學(xué)各相關(guān)功能試驗的對象是十分可靠的，同時也可用于直觀的向用戶展示設(shè)計成果。以下從四個方面分析3D打印技術(shù)帶來的積極效應(yīng)。

（1）提升工業(yè)設(shè)計師的思維創(chuàng)新能力

脫離了傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計中的工藝、設(shè)備、技術(shù)、操作水平等因素的制約，工業(yè)設(shè)計師們可充分發(fā)揮他們的創(chuàng)新精神，可以將構(gòu)思的曲線、造型、空間布局等通過3D打印技術(shù)展現(xiàn)出來，較傳統(tǒng)方式相比更為形象與便捷。另一方面，這種便捷的設(shè)計模式也很好的降低了工業(yè)設(shè)計工作的門檻，使得大量才華橫溢的創(chuàng)客可以輕松的構(gòu)建簡單且高效的工作室，極大的提高了工業(yè)設(shè)計成果的多樣性。

（2）設(shè)計與應(yīng)用的高效對接，設(shè)計師與用戶之間的便捷溝通

眾所周知，設(shè)計稿與實際產(chǎn)品之間不可避免存在一定差異，在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計模式下，只能通過直觀性較差的3D模型圖或手板模型來觀察與評估，這顯然會造成一定的誤差，從而增加了設(shè)計工作返工修改的概率。而在采用了3D打印技術(shù)后，就可通過打印設(shè)備將存于計算機中的3D模型圖打印制成實際樣品，清晰且高度吻合的反映出設(shè)計作品的外觀及結(jié)構(gòu)，從而明顯提高直觀判斷的準確性，使得客戶能夠更好的對設(shè)計作品進行評估，并以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)設(shè)計方與客戶之間的可靠溝通，讓設(shè)計者能夠準確把握用戶對設(shè)計作品的各種要求，便于設(shè)計者對產(chǎn)品進行推敲與修改，一定程度上提高了設(shè)計者的工作效率。

（3）拓展了全新的客戶群體

目前，工業(yè)設(shè)計的客戶群體對于個性化設(shè)計的需求水平日益提高，大多數(shù)客戶群希望能夠得到貼身的定制設(shè)計服務(wù)，在3D打印技術(shù)得到普及后，個性化定制必將成為常態(tài)。工業(yè)設(shè)計的用戶群體將不再局限于以往傳統(tǒng)模式下的生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)銷商，而是將服務(wù)范圍擴展至個人，即為普通消費者設(shè)計出專屬個人的、獨特的物品。這種服務(wù)范圍的拓展，為工業(yè)設(shè)計開辟了一塊全新的市場，極大的促進了該領(lǐng)域的發(fā)展。

（4）打破技術(shù)壟斷，創(chuàng)新了工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式

目前，我國的工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展的初期，其特點就是相對缺乏自主創(chuàng)新能力，很多時候不得不引進或借鑒國外的先進經(jīng)驗和優(yōu)秀設(shè)計成果。3D打印技術(shù)不同于傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計模式，它的產(chǎn)品幾乎完全可以體現(xiàn)消費者的個性化特征。此說法具體體現(xiàn)在3D打印技術(shù)的實物模型制作周期、精度以及工藝，從專業(yè)設(shè)計師設(shè)計到大眾參與設(shè)計，都可以說明這一點。它的出現(xiàn)為制造業(yè)帶來新的生命，同時也為工業(yè)設(shè)計提供了強有力的技術(shù)支撐。它可以為設(shè)計者注入全新的創(chuàng)意，同時給工業(yè)設(shè)計帶來全新的體驗，對人才的培養(yǎng)亦或是對設(shè)計工作的開展都起到了不可言喻的影響。

5.充分發(fā)揮3D打印技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新發(fā)展的策略

（1）擴大宣傳，使3D打印技術(shù)的優(yōu)越性被大眾熟知

技術(shù)的發(fā)展源于市場，而影響市場規(guī)模的關(guān)鍵因素就是用戶對該技術(shù)的認知度。因此，讓大眾了解3D打印技術(shù)是十分必要的。通過廣而告之等形式將3D打印技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進行普及，當然，要做好此項工作離不開政府的大力支持。此外，不可忽視3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。要將3D打印技術(shù)不斷推廣，利用宣傳手段，拓展3D打印技術(shù)的應(yīng)用群體，通過將3D打印技術(shù)與其他熱門技術(shù)相結(jié)合，如人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)等，不斷開拓新的發(fā)展空間。

（2）建設(shè)綜合性3D打印服務(wù)平臺

從區(qū)域3D打印開放式創(chuàng)新服務(wù)平臺建設(shè)工作入手，發(fā)揮其展覽、展示、科普、培訓(xùn)、加工服務(wù)和研發(fā)功能。在該平臺內(nèi)，可根據(jù)用戶需求總量來配備先進的3D打印設(shè)備，并且盡可能全面的提供各種類型的打印材料的，使設(shè)計者們可以用相對較低的成本來完成自己的設(shè)計工作。與此同時，以區(qū)域平臺為節(jié)點，以計算機網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，構(gòu)建工業(yè)設(shè)計3D打印服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)軟硬件設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的資源共享，其最終目的是為工業(yè)設(shè)計企業(yè)和廣大創(chuàng)客提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（3）加大專業(yè)人才培養(yǎng)力度，彌補人才缺口

要實現(xiàn)3D打印技術(shù)的可持續(xù)性發(fā)展，需要加強對技術(shù)人才的培養(yǎng)與儲備。人才是關(guān)鍵，技術(shù)型人才是技術(shù)發(fā)展的核心動力，其數(shù)量的多寡、質(zhì)量的高低直接影響到技術(shù)發(fā)展的進程。我國政府推出了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃》，按照該文件的指示精神，區(qū)域的教育主管部門應(yīng)當加強轄區(qū)內(nèi)各級別院校關(guān)于3D打印技術(shù)的普及工程，讓3D打印設(shè)備走進校園、走進課堂；教育主管部門應(yīng)提供相應(yīng)的專項資金支持該技術(shù)的發(fā)展，在校園里配備3D打印設(shè)備并提供相關(guān)的教學(xué)軟件，方便學(xué)生真正的走近3D打印技術(shù)。促使他們?nèi)チ私庠摷夹g(shù)的運行原理，從而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，啟發(fā)創(chuàng)新思維；同時，3D打印技術(shù)還可以走進高校，通過接觸高校平臺對3D打印技術(shù)進行學(xué)術(shù)研究，再與當?shù)仄髽I(yè)進行合作，通過各種合作將理論學(xué)習(xí)與實踐學(xué)習(xí)融為一體，增強師生的相關(guān)能力，從而培養(yǎng)出更多的實用型3D打印技術(shù)和工業(yè)設(shè)計技術(shù)的人才。

6.總結(jié)

在科技引領(lǐng)經(jīng)濟發(fā)展的當今時代，各國政府均不遺余力的發(fā)展科技產(chǎn)業(yè)，通過將大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與前沿技術(shù)相結(jié)合的方式，促使本國產(chǎn)業(yè)的不斷升級，使經(jīng)濟得到進一步增長。中國政府提出“中國制造2025”的發(fā)展戰(zhàn)略，目的就是將原本處于生產(chǎn)鏈底層的“中國制造”轉(zhuǎn)向附加價值更高的“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變，從此不難看出，科技創(chuàng)新在國家發(fā)展進程中的位置越來越重要。3D打印技術(shù)作為新興的科技產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展前景毋庸置疑。3D打印技術(shù)雖然無法完全取代傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)，但它對傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計進行了補充，兩者相輔相成。在新型材料技術(shù)、機器人技術(shù)和人工智能技術(shù)不斷進步的大環(huán)境下，3D打印技術(shù)必將會表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景，在傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)升級過程中發(fā)揮重要的引領(lǐng)作用。

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