3D打印技術(shù)運用于眼鏡設(shè)計工作室教學(xué)的意義研究

李藝

摘要：研究3D打印技術(shù)引入眼鏡設(shè)計工作室教學(xué)的意義。從兩個角度進行分析3D打印技術(shù)引入眼鏡設(shè)計工作室的意義，包括學(xué)生角度、教學(xué)角度。學(xué)生角度，通過3D打印技術(shù)的引入，學(xué)生可以獨立完成從設(shè)計到生產(chǎn)個性化眼鏡，再到銷售個性化眼鏡的完整創(chuàng)造過程，不僅能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，還能引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)業(yè);教學(xué)角度，3D打印技術(shù)的引入，將促進教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段改革及校企深入合作，提升教學(xué)質(zhì)量，豐富教學(xué)成果，在工作室實現(xiàn)作品一產(chǎn)品一商品一體化。對藝術(shù)設(shè)計其他工作室引入3D打印技術(shù)的意義研究具有拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 眼鏡設(shè)計 工作室教學(xué) 藝術(shù)設(shè)計 校企合作

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 06-0078-02

引言

3D打印技術(shù)被稱為“引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的制造技術(shù)”[1]，在“工業(yè)4.0”項目中的三大主題中，它屬于“智能生產(chǎn)”主題的關(guān)于3D打印技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的運用的相關(guān)內(nèi)容[2]。

3D打印技術(shù)最大的優(yōu)點是能在較短的短時間內(nèi)制作出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精細、造型獨特的產(chǎn)品。將3D打印技術(shù)引入眼鏡設(shè)計中，可以將設(shè)計的Rhinoceros眼鏡模型打印成實體，并驗證設(shè)計的可行性，并以此為參考依據(jù)來反復(fù)修改完善眼鏡設(shè)計方案，推動校企深入合作;將3D打印技術(shù)引入眼鏡設(shè)計工作室教學(xué)中，學(xué)生可以獨立完成從設(shè)計、生產(chǎn)甚至銷售個性化眼鏡的整個過程，不僅能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，還能引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)業(yè)，豐富教學(xué)內(nèi)容，更新教學(xué)手段，提升教學(xué)質(zhì)量，豐富教學(xué)成果。

二、現(xiàn)有條件

目前市場上常見的3D打印技術(shù)主要有以下五種，每種技術(shù)對應(yīng)用的材料及優(yōu)劣性分析，如表1所示。

3D打印工作室主要有FDM、SLS和SLA三種打印技術(shù)的設(shè)備。

1.FDM（熔融沉積工藝，fused deposition modeling），在20世紀80年代由Scott-Crump發(fā)明[3]。它是將加工成絲狀的熱熔性材料，如ABS，PC、PLA等可降解材料、蠟、復(fù)合材料等，經(jīng)送絲機送進熱熔噴嘴加熱熔融，并沿零件層片輪廓和填充軌跡擠出，使其沉積在指定的位置后凝固成型，與前一層已經(jīng)成型的材料黏結(jié)，層層堆積，最終完成產(chǎn)品的打印[4]。

FDM打印技術(shù)的優(yōu)點是容易操作且成型快。缺點是，通過“固態(tài)擠出一液態(tài)堆疊一固態(tài)成型”后，受液態(tài)堆疊層厚設(shè)置的影響，打印的制品表面有很細的堆疊紋路;由于絲材通過噴嘴的高溫?zé)崛墼俣询B的，受環(huán)境溫度變化的影響，容易打印斷層制品。因此，該工藝適合在溫度穩(wěn)定的環(huán)境下，打印面積較大較寬的鏡架。

2.SLS激光燒結(jié)工藝：SLS（激光燒結(jié)工藝，selective laser sintering），最初由美國的Carlckard于1989年提出[5]。它是將模型依據(jù)切片軟件生成分層切片數(shù)據(jù)后，激光打印機根據(jù)分層切片數(shù)據(jù)信息，對粉末特定區(qū)域掃描燒結(jié)，燒結(jié)完一層后，鋪上新的一層粉末，從下而上層層堆積成型，最后除去未燒結(jié)的粉末，獲得產(chǎn)品模型[4]。優(yōu)點是可用于復(fù)雜造型的成型，速度快，材料適應(yīng)面廣;缺點是成型精度不高，如在無壓力熔融融合后的制品表面成型質(zhì)量差、內(nèi)部容易形成孔隙和缺陷，力學(xué)性能受影響。因此，該工藝適合打印金屬眼鏡架。

3.SLA光固化工藝：SLA（光固化工藝，stereo lithographyapparatus），是最早出現(xiàn)的一種快速成型技術(shù)[6]。它是將激光束聚集到光固化材料表面，按照設(shè)定好的切片程序順序凝固形成一個層面，隨著升降臺在垂直方向移動單個層片的高度，再重復(fù)步驟固化另一個層面。這樣層層疊加構(gòu)成一個三維實體。

1984年世界上第一臺3D打印設(shè)備運用了SLA工藝，目前3D打印設(shè)備中屬SLA工藝最成熟，運用最廣泛，打印的制品光滑細膩，而且精度比FDM工藝高，速度更快，但是使用材料只能是光敏樹脂，打印制品強度不高，還容易因二次固化不充分導(dǎo)致變形，變色，變脆等，因此該工藝適合用于打印較纖細款的眼鏡模型，因保存時間短，該技術(shù)打印的眼鏡模型可以用于跟企業(yè)交流商討大批量生產(chǎn)的可行性方案。

二、將3D打印技術(shù)引入眼鏡設(shè)計工作室教學(xué)中的具體意義主要有兩方面：

（一）對學(xué)生的意義

1可以提高學(xué)生的實踐能力、動手能力，完成的創(chuàng)新實驗：眼鏡的生產(chǎn)主要集中在深圳橫崗，一副眼鏡架的生產(chǎn)成型要歷經(jīng)上百道工序，目前沒有眼鏡工廠能夠獨立完成眼鏡配件的全部生產(chǎn)[6]。以往的工作室教學(xué)，學(xué)生在電腦上完成圖稿設(shè)計后，—方面選擇可以制作樣板的眼鏡設(shè)計方案，利用工作室現(xiàn)有的設(shè)備做成眼鏡樣品。眼鏡設(shè)計工作室雖然具備金屬鏡架和膠架兩條生產(chǎn)線設(shè)備，但是設(shè)備無法向企業(yè)一樣不斷更新齊全，也很難請到同時精通兩條生產(chǎn)線設(shè)備的企業(yè)兼職教師，另外，學(xué)生在工作室教學(xué)中學(xué)習(xí)各種設(shè)備的使用，很難精通，所以受設(shè)備及學(xué)生制作熟練度的限制致使很多優(yōu)秀的創(chuàng)意流失;另一方面，由企業(yè)生產(chǎn)被選中的眼鏡設(shè)計方案。由于生產(chǎn)過程在企業(yè)完成，這時學(xué)生是無法參與生產(chǎn)過程的，更別說親自實驗、測試和探究設(shè)計成果，導(dǎo)致學(xué)習(xí)研究效果打折扣。3D打印技術(shù)的引入，使學(xué)生有機會獨立或協(xié)同完成從設(shè)計到建模再到生產(chǎn)創(chuàng)意眼鏡的完整創(chuàng)造過程。

2.可以培養(yǎng)及引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新能力及自主創(chuàng)業(yè)能力：3D打印技術(shù)縮短了創(chuàng)意與成品之間的距離，可以低成本、高效率地完成復(fù)雜而精細的造型，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)提供了一定的保障。

3D打印技術(shù)可以打印形狀復(fù)雜的造型，且制作成本比傳統(tǒng)低廉，這是與傳統(tǒng)制作最大的區(qū)別之一。以往受的生產(chǎn)工藝的影響，學(xué)生很多創(chuàng)意都不能實現(xiàn)，還會被冠上“天馬行空”的頭銜，而3D打印這種新的生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，曾經(jīng)的“天馬行空”明顯不夠用，學(xué)生的造型能力，創(chuàng)意能力還有待開發(fā)，如圖1所示。只要學(xué)生能展開創(chuàng)意思維，把創(chuàng)意轉(zhuǎn)化成三維數(shù)據(jù)模型，均可運用3D打印技術(shù)打印出來。

3.教師帶領(lǐng)學(xué)生獲取專利、發(fā)表作品、參加比賽等，以此豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計方面—直是藝術(shù)設(shè)計專業(yè)學(xué)生的短板，3D打印可以打印結(jié)構(gòu)一體化的制品，如圖2所示。傳統(tǒng)的眼鏡往往是多家工廠生產(chǎn)的零部件，由工人（甚至跨洲）組裝。3D打印技術(shù)引入眼鏡工作室教學(xué)后，可以同時打印一付眼鏡及上面的配套鉸鏈，不需要組裝。3D打印技術(shù)的引進，無疑可以激發(fā)學(xué)生對結(jié)構(gòu)研究及學(xué)習(xí)的熱忱，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計不僅是外觀創(chuàng)新，還可以結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新的眼鏡，以參加比賽、申請專利，或者發(fā)表作品等方式，以此來豐富學(xué)生學(xué)習(xí)的成果。

（二）對教學(xué)的意義

1.實現(xiàn)“作品一產(chǎn)品一商品”一體化，全方面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì);3D打印設(shè)備能直接打印完整的模型，相比很多傳統(tǒng)工藝設(shè)備占地面積小，再經(jīng)過打磨、著色等，使學(xué)生作品的外觀和結(jié)構(gòu)均能完美呈現(xiàn)，能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)裝配、外形驗證、功能測試等[7]，最終將打印出來的產(chǎn)品變成商品銷售出去，從而間接促使學(xué)生了解市場動態(tài)和消費心理學(xué)相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)一定的市場意識和營銷意識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.3D打印技術(shù)的融入能有效地推動教學(xué)內(nèi)容改革;讓學(xué)生了解現(xiàn)有材料工藝的前提下，再引入3D打印技術(shù)，并不是要取代原有的產(chǎn)品生產(chǎn)方式，而是將創(chuàng)新度高的，以目前企業(yè)的裝備水平無法生產(chǎn)的方案，用3D打印出來，在教學(xué)內(nèi)容上就意味著要新增3D打印技術(shù)運用及3D打印設(shè)備維修等新知識，甚至是銷售、創(chuàng)業(yè)的相關(guān)知識，有效地推動了教學(xué)內(nèi)容改革。

把3D打印技術(shù)引入眼鏡工作室教學(xué)中，將在教學(xué)方式及教學(xué)內(nèi)容等方面進行改革，圖3為舊的教學(xué)流程，而圖4則為引入3D打印技術(shù)后的教學(xué)流程。

3.3D打印技術(shù)的融入能有效地推動教學(xué)手段改革;通過3D打印技術(shù)，教師可以打印出各種教具，讓學(xué)生可以真正“觸”碰到，真實體驗并理解課程內(nèi)容。結(jié)構(gòu)連接往往是活動的裝置，以往的教學(xué)上，常常是教師用語言描述，或者是通過靜態(tài)或動態(tài)的圖片、視頻等展示給學(xué)生看，需要學(xué)生基于自身經(jīng)驗去理解。有了實物模型后，學(xué)生可以真正從實物中觸摸到，從與結(jié)構(gòu)互動中感受到，使原來復(fù)雜抽象的教學(xué)內(nèi)容變得具體、生動、形象。

4.3D打印技術(shù)的融入能促進校企合作深入發(fā)展。3D打印技術(shù)可以將創(chuàng)意設(shè)計打印成模型提交給企業(yè)評審，區(qū)別于一貫以來的設(shè)計圖紙?zhí)峤辉u審，模型的展現(xiàn)能比設(shè)計圖紙更方便學(xué)生把握整體，反復(fù)修改完整設(shè)計。經(jīng)過反復(fù)推敲修改過的設(shè)計，能極大提高企業(yè)審核通過率。打印出來的3D模型，也方便企業(yè)評審及商討實現(xiàn)批量生產(chǎn)的可行性，大大減低失敗概率，促進校企合作的深入發(fā)展。

例如：圖5為李鳳朗設(shè)計的餐具L+鑄鐵系列，他根據(jù)古代青銅器設(shè)計的餐具，顛覆了傳統(tǒng)理念，最終被工業(yè)設(shè)計博物館收藏。這些器皿在設(shè)計過程中就運用了3D打印技術(shù)，通過這些3D打印的塑料模型，李鳳朗在它們的基礎(chǔ)上進行了尺寸和細節(jié)的反復(fù)推敲與調(diào)整[8]，如圖6。

在電腦上設(shè)計的模型尺寸總是虛擬的，有限的屏幕下展示著無限大的模型，一毫米的模型可以放大充滿整個屏幕，在屏幕顯示上與一米的甚至一幢大樓的體量模型毫無差別，這就使得設(shè)計師很難實實在在感受尺寸的變化，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)對此問題有了補償，極大地幫助了設(shè)計師修改完善模型。

總結(jié)

3D打印技術(shù)可以打印出任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型，甚至可以一體化成型，縮短了創(chuàng)意與成品的距離，學(xué)生可以獨立完成從設(shè)計、生產(chǎn)到銷售個性化產(chǎn)品整個，豐富了教學(xué)內(nèi)容的同時更新了教學(xué)手段，教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)3D打印技術(shù)，設(shè)計外觀創(chuàng)新及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的產(chǎn)品，創(chuàng)新實驗、作品發(fā)表、專利獲取、自主創(chuàng)業(yè)等，從而有效地推動了工作室出成果。

將3D打印技術(shù)運用到眼鏡設(shè)計工作室教學(xué)中，是將學(xué)生的創(chuàng)新意識培養(yǎng)和創(chuàng)新思維養(yǎng)成融入到教學(xué)全過程，是培養(yǎng)高端技術(shù)技能人才的有效途徑之一，同時也為其他藝術(shù)設(shè)計工作室教學(xué)引入3D打印技術(shù)起了拋磚引玉的作用。.

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