淺談工業(yè)設(shè)計(jì)中的3D打印技術(shù)

徐全信 山東科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院

21世紀(jì)作為信息化飛速發(fā)展的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，而3D打印技術(shù)則是重要成果之一。由于低成本和高效率的巨大優(yōu)勢(shì)，3D打印近年來已成為各行業(yè)中非常流行的技術(shù)之一。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，打印技術(shù)的成本越來越低，打印時(shí)間也越來越短，逐漸成為公司以及其他消費(fèi)者的首選。本文將從3D技術(shù)展開，談3D打印技術(shù)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的影響。

1 3D打印技術(shù)概述

1.1 流程：3D打印技術(shù)首先要做的就是進(jìn)行三維建模，它基于現(xiàn)在的CAD/CAM建模技術(shù)的成熟，將模型在虛擬空間中制造出來，從零開始進(jìn)行數(shù)字化建模。第二，進(jìn)行分層切割，由于建造類型的差異，在數(shù)字化建模后不能直接操作3D模型，需要將3D模型輸入到電腦當(dāng)中進(jìn)行進(jìn)一步處理，將模型進(jìn)行分層，分成一層層的薄片，薄片的厚度打印機(jī)的精度以及噴涂的材料有關(guān)的。第三，打印噴涂，打印機(jī)將材料逐漸噴涂或溶解到三維空間當(dāng)中。第四，后期處理，模型在制作完成后會(huì)有毛刺或者粗糙的截面，必須對(duì)模型進(jìn)行后期加工，比如固化處理、修整、上色等。最終才算完成模型。

1.2 3 D打印技術(shù)類別：就目前的3D打印技術(shù)來看，不同類別所使用的材料存在一定差異。包括以下幾方面：第一是SLS直接金屬激光燒結(jié)成型技術(shù)，使用的材料有熱塑性塑料、陶瓷粉末等。第二是FDM熔融沉積成型技術(shù)，使用的材料有共晶系統(tǒng)金屬、蠟等。第三是EBM電子束融化成型技術(shù)，使用的材料主要是鈦合金。第四是EMLS直接金屬激光燒結(jié)成型技術(shù)，使用的材料也幾乎都是鈦合金。第五是SHS選擇性熱燒結(jié)成型技術(shù)，使用的材料大多是是熱塑性塑料。第六是PP粉末層噴膠3D打印成型技術(shù)，使用的材料大多是石膏。

1.3 3 D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)：3D打印技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。在滿足復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上，可以不額外增加成本，設(shè)計(jì)空間廣闊、零時(shí)間交付和不占用空間，不需要組裝，實(shí)際操作較為簡單，可以有效減少廢物的排放，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

2 3D打印技術(shù)發(fā)展分析

2.1 3 D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

盡管3D打印技術(shù)對(duì)于當(dāng)前有很大的作用，但是現(xiàn)在受制約的因素較多，問題分析如下：第一，3D打印技術(shù)對(duì)材料的要求比較高，3D打印技術(shù)一方面能夠快速打印出產(chǎn)品應(yīng)有的效果，提高的產(chǎn)品投入市場的效率，減少了產(chǎn)品生產(chǎn)制作所需的時(shí)間及其成本，另一方面3D打印技術(shù)對(duì)于技術(shù)等也有著很高的要求，材料不僅需要被打印，更加需要打印出來的東西滿足產(chǎn)品的要求，例如技術(shù)要求，韌度要求等。因此在如今，3D打印技術(shù)可供選擇的材料比較少，這在一定程度上限制了如今3D打印技術(shù)的發(fā)展。以如今的技術(shù)來看，3D打印技術(shù)主要的材料大多是工程塑料、ABS塑料等，但是用3D打印的材料很多都是為3D打印技術(shù)而研發(fā)的材料，而真正這些材料在工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用卻非常少。第二，3D打印技術(shù)打印精度比較低，對(duì)于一些精度要求高的塑料很難做到，這也于現(xiàn)今工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展技術(shù)不夠完善所導(dǎo)致的，這些都反映出當(dāng)前3D打印技術(shù)不夠成熟。第三，3D打印技術(shù)缺少一定的技術(shù)和生產(chǎn)鏈上的的規(guī)范，3D打印技術(shù)應(yīng)該是有一套產(chǎn)業(yè)鏈的，但是現(xiàn)階段3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，不足以支撐3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和提高，技術(shù)也缺乏一定的規(guī)范性。第四，我國3D打印技術(shù)材料不足，打印技術(shù)的不完善，但是對(duì)材料的要求較高，國內(nèi)僅有很少的企業(yè)能生產(chǎn)出3D打印技術(shù)所需要的材料，因此難以為國內(nèi)的工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展提供動(dòng)力。

3 3D打印在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 在工業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，生產(chǎn)的大多都是不同功能和類型的零件和模型，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法存在周期長、生產(chǎn)成本高、精度差等不足。但是3D打印技術(shù)可以比較快速、準(zhǔn)確、以較低的成本生產(chǎn)制作，生產(chǎn)出所需的零件和型號(hào)。

3.2 工業(yè)設(shè)計(jì)過程中所需產(chǎn)品的制作。工業(yè)設(shè)計(jì)是需要長造型思維，通過這種思維來完成各項(xiàng)產(chǎn)品的，不同的設(shè)計(jì)師以及不同的產(chǎn)品需要在設(shè)計(jì)過程中使用不同的設(shè)備和工具。大部分的工具都是由設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶的選擇不同而制作的，在這個(gè)時(shí)候，所制作出來的產(chǎn)品就可以由3D打印技術(shù)來完成，3D打印技術(shù)不止可以提高生產(chǎn)效率跟降低成本，更加可以構(gòu)造出結(jié)構(gòu)更加精準(zhǔn)、更加符合人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品，大大提高一個(gè)產(chǎn)品從出現(xiàn)所需要的效率。

3.3 小批產(chǎn)品生產(chǎn)。伴隨3D打印技術(shù)的發(fā)展，所在的打印時(shí)間和打印成本也進(jìn)一步減少，打印的技術(shù)和方式進(jìn)一步增加，與傳統(tǒng)的制造業(yè)相比，生產(chǎn)時(shí)間更短在小批生產(chǎn)方面，具有生產(chǎn)時(shí)間成本低、不受時(shí)間空間距離的限制，必要時(shí)可以隨時(shí)停止生產(chǎn)，修改產(chǎn)品，不僅生產(chǎn)效率高，而且非常靈活。

4 3D打印技術(shù)對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)的影響

4.1 摒棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的束縛。傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)受到產(chǎn)品的生產(chǎn)等條件的制約，使得設(shè)計(jì)師在創(chuàng)造力、想象力方面受到束縛。但是在3D打印技術(shù)發(fā)展的今天，結(jié)構(gòu)、外觀在復(fù)雜的產(chǎn)品也可以被快速的生產(chǎn)出來。在這樣的背景下，設(shè)計(jì)師可以將更多的精力投入到產(chǎn)品功能創(chuàng)新和外觀創(chuàng)新方面，促使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造型一體化，將更多人性化理念融入其中，協(xié)調(diào)美學(xué)、機(jī)械學(xué)、人機(jī)和技術(shù)等因素之間的關(guān)系，提升設(shè)計(jì)合理性。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)主要是為了大規(guī)模生產(chǎn)的需要，需要用CAD之類的軟件建立模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使是推行的個(gè)性化設(shè)計(jì)，也僅僅是范圍縮小。諸如，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)就是按照這一設(shè)計(jì)思路，結(jié)合使用者手掌大小和使用習(xí)慣，適應(yīng)現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格，而3D打印技術(shù)則可以結(jié)合使用者手掌形狀和使用習(xí)慣針對(duì)性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合用戶使用的產(chǎn)品。使得個(gè)性化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)，以人為本理念得到了充分的體現(xiàn)。

4.2 3 D打印技術(shù)對(duì)于成本以及工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程也有很大的影響，有效率的設(shè)計(jì)交流是工業(yè)設(shè)計(jì)取得成功的保障，而在其中各種類型的模型則是重要手段。手工制作的模型在精度、質(zhì)感都與預(yù)期的產(chǎn)品有很大的差距，而3D打印技術(shù)則能夠很好的克服這些缺點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)成員都能清楚的發(fā)現(xiàn)這些缺點(diǎn)和產(chǎn)品本身存在的不足。另外，工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的模型如果用傳統(tǒng)的手工制作，耗費(fèi)的時(shí)間會(huì)大大的增加，影響了產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，而3D打印技術(shù)則很好的縮短了制作的周期。

5 結(jié)束語

綜上所述，工業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的過程，傳統(tǒng)工藝需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，成本較高，而3D打印技術(shù)的應(yīng)用，可以打破時(shí)間和空間的限制，根據(jù)生產(chǎn)需要高效加工生產(chǎn)，提升和加工效率和加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于企業(yè)長遠(yuǎn)生存和發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。