基于TRIZ理論的3D浮雕打印

王世磊，翁幸，李瑩

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基于TRIZ理論的3D浮雕打印

王世磊1，翁幸1，李瑩2

（1.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001；2.蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070）

基于哈爾濱印夢科技有限公司3D浮雕打印實踐，應用TRIZ理論創(chuàng)新方法，將浮雕系列產(chǎn)品從較為昂貴、費時的傳統(tǒng)制作工藝轉(zhuǎn)移至廉價且迅速的3D打印生產(chǎn)工藝。依據(jù)TRIZ理論中多種方法，較為詳細地分析了該技術所處的階段、資源情況、技術矛盾等。最終通過方案的整理與評價，確定采用更精密設備、更細致軟件組合方案開展浮雕打印產(chǎn)業(yè)化實施。

TRIZ理論；3D浮雕打印；技術矛盾分析；最終理想解

1 引言

隨著3D技術的快速發(fā)展，其以獨特的優(yōu)勢已經(jīng)融入到社會各個領域中。傳統(tǒng)的浮雕制作工藝如注塑、車床加工等具有耗時久、成本高、內(nèi)容單一的缺點，而3D打印技術很好彌補了這些劣勢。因此我們團隊以此為契機，結合3D打印技術進行浮雕產(chǎn)品的研發(fā)設計與制造。

2 問題描述

目前3D打印應用服務行業(yè)遇到最大的問題是成本高，由于全彩3D打印所用的打印設備與耗材基本依靠進口，成本過高導致3D人像打印在市場上難以大規(guī)模推廣。另外一個障礙就是技術問題，現(xiàn)在全彩打印的材料幾乎都是石膏，精度方面雖然可以接受，但仍然需要提高，而且石膏人像易碎。對于人像的還原，憑借浮雕獨特的優(yōu)勢，3D打印技術剛好可以實現(xiàn)這個功能。

3 系統(tǒng)分析

TRIZ理論認為，發(fā)明問題的核心是解決矛盾，未克服矛盾的設計不是創(chuàng)新設計，設計中不斷地發(fā)現(xiàn)并解決矛盾，是推動產(chǎn)品向理想化方向進化的動力。

3.1 生命曲線分析

雖然近些年3D打印技術發(fā)展得如火如荼，已經(jīng)比較成熟，但是3D浮雕打印市場剛剛興起，缺少部分資源，同時也存在一系列“瓶頸問題”，相對于處在衰退期的包括浮雕燈罩在內(nèi)的傳統(tǒng)浮雕產(chǎn)品，其性能有時暫不如舊產(chǎn)品，所以3D浮雕市場目前處于嬰兒期。生命曲線如圖1所示。

3.2 資源分析

從現(xiàn)有資源來看，3D浮雕的原材料已經(jīng)有了極大的突破，打印成本已經(jīng)降低至每克0.2元。但從整個大范圍的3D產(chǎn)業(yè)的層面來說，3D浮雕相對來說略顯稚嫩，可以利用的技術資源很少。從資源靈活性角度來看，3D打印的原材料已日益豐富化，產(chǎn)業(yè)也穩(wěn)步擴張。而從戰(zhàn)略適應性來說，現(xiàn)有的原材料還是過于脆性，不易滿足消費者多樣化的需求。

3.3 九屏圖法

九屏幕圖如圖2所示。系統(tǒng)的子系統(tǒng)是3D打印設備和打印耗材，在過去三維產(chǎn)品的制作使用單一化的模具，種類單一、價格昂貴；當前的系統(tǒng)是3D打印技術，相對于過去的“開模注塑”等傳統(tǒng)工藝，其優(yōu)勢極其明顯，制作成本低、制作耗時短等；系統(tǒng)的未來是3D打印產(chǎn)業(yè)的普及，不再是往常的小眾市場，以其獨特的優(yōu)勢將有可能推動整個制造業(yè)的快速發(fā)展，這也將標志著新的工業(yè)革命的開始。

圖1 生命曲線圖

圖2 九屏幕圖

4 運用TRIZ工具解決問題

4.1 40個發(fā)明原理

4.1.1 復制的原則

用簡單的、低廉的復制品代替復雜的、昂貴的、易碎的或不易獲得的物體。

4.1.2 預先作用原理

預先對物體施加適當?shù)母淖?；預先安置物體，使其在最方便的位置開始發(fā)揮作用而不浪費運送時間。

4.2 最終理想解

最終理想解（IFR）是TRIZ的核心概念之一，是指解決問題中設想最后可能的完美結果，具體分析如表1所示。

5 方案整理與評價

針對以上系統(tǒng)分析，我們通過整理了共計32種方案（由于篇幅限制暫不一一呈現(xiàn)）。再進行可行性分析并評價，確定最終方案為：采用加大宣傳力度的方法來擴張市場，通過爭取更大的訂單數(shù)量來提升銷量；同時采用技術革新的方式來獲取利潤，引入更高精度的打印設備，掌握更高水平的建模軟件，采用更為實用更為廉價的原材料。通過技術上的優(yōu)勢來提升銷量。

6 結論

目前3D浮雕系列產(chǎn)品正處于嬰兒期，正需要更高的普及度。但是只有通過技術革新，實現(xiàn)產(chǎn)品的平民化，才能真正留住客戶，迎來3D浮雕打印產(chǎn)業(yè)的春天。3D浮雕系列產(chǎn)品將高智能化、自動化的三維掃描技術跟3D打印技術相結合，讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)無拘無束設計、隨心所欲制造。

表1 最終理想解分析表

問題分析結果 設計最終目標為大眾提供便利的3D打印服務，提高3D打印技術應用的普及度與實用性，使3D打印走進人們的生活中 理想化最終結果3D浮雕系列產(chǎn)品普及到全國各個地區(qū)，3D打印業(yè)務占據(jù)哈爾濱較大市場 達到理想解的障礙是什么大眾的了解不夠多，打印成本還不夠平民化，公司本身設備的打印精度局限性 出現(xiàn)這種障礙的結果是什么導致公司的前期利潤低下以及業(yè)務擴展困難 不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么找到更廉價的打印材料，改進打印技術，加大宣傳力度 創(chuàng)造這些條件所用的資源是什么同行間的交流幫助，技術的革新，以及通過微信、淘寶等各網(wǎng)絡平臺的擴大宣傳

［1］Berman B.3-D printing：The new industrial revolution［J］.Business Horizons，2012，55（2）：160-162.

［2］常偉，楊艷石.快速成型技術在家具設計中的應用研究［J］.包裝工程，2017，38（10）：171-174.

［3］張翼翔，崔佳，唐昕.大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)中TRIZ理論之應用研究［J］.人力資源管理，2017（1）：152.

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2095－6835（2019）07－0032－02

TP334.8；TP391.73

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.032

王世磊（1997—），男，研究方向為核工程與核技術。翁幸（1996—），女，研究方向為經(jīng)濟學。李瑩（1997—），女，研究方向為土木工程。

〔編輯：嚴麗琴〕