3D打印技術(shù)在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

倪姍 曹偉智

1 3D 打印技術(shù)概述

3D 打印（3D printing，又稱增材制造、積層制造）是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)[1]。該技術(shù)最早在20 世紀(jì)80 年代中期由美國提出?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到諸多領(lǐng)域當(dāng)中，為許多行業(yè)技術(shù)生產(chǎn)提供便利。3D 打印技術(shù)在材料研究方面，國內(nèi)外的研究機構(gòu)已經(jīng)通過小麥、水稻、玉米、秸稈、廢木屑、雞毛和海產(chǎn)品等廢料加工制作成3D 打印原材料，價格低廉[2]。以宏觀角度看，有利于改善人們生活環(huán)境等社會問題，符合可持續(xù)發(fā)展的需求。3D 打印技術(shù)具有很多優(yōu)勢，包括一體化、輕量化、多樣化、私人化等特征。

1） 一體化。一體化的加工有效減少了產(chǎn)品組件的數(shù)量，通過3D 打印機將原材料以堆疊塑造的方式一步到位的產(chǎn)出，在產(chǎn)品性能上更穩(wěn)定、抗壓程度也更高。

2） 輕量化。產(chǎn)品通過材料選擇、鏤空處理等方式可以有效減輕自重，為使用者提供輕便舒適的體驗。

3） 多樣化。與傳統(tǒng)加工方式相比，多樣化是3D 打印技術(shù)的突出優(yōu)勢，對產(chǎn)品造型設(shè)計的實現(xiàn)具有推動作用。

4） 私人化。私人化的特征使設(shè)計者可以根據(jù)人體工學(xué)實際測量，打印出適合于每個人的產(chǎn)品。

除了優(yōu)勢以外，3D 打印技術(shù)也同樣存在不足。大概分為三個方面：首先，3D 打印的造價較高，除了機器和材料成本，產(chǎn)品的復(fù)雜程度與成本有著直接關(guān)聯(lián)，一旦產(chǎn)品損壞，一體化的特征使產(chǎn)品很難修復(fù);其次，3D 打印對材料的精細(xì)程度要求較高，材料主要以液體或粉末的狀態(tài)輸入來保證打印順暢，目前塑膠、金屬、樹脂、尼龍等材料使用比較常見;最后，3D 打印技術(shù)雖然節(jié)省了傳統(tǒng)的人力加工，但是對電腦操控的技術(shù)人員和設(shè)計師需求卻在增加，在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形態(tài)設(shè)計方面需要更多的人力支持。

2 仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品概述

文化創(chuàng)意產(chǎn)品，顧名思義是指依靠創(chuàng)意人的智慧、技能和天賦，借助于現(xiàn)代科技手段對文化資源、文化用品進(jìn)行創(chuàng)造與提升，通過知識產(chǎn)權(quán)的開發(fā)和運用，產(chǎn)出的高附加值產(chǎn)品[3]。仿生學(xué)的任務(wù)則是研究生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生的原理，并把它模式化，然后應(yīng)用這些原理去設(shè)計和制造新的技術(shù)設(shè)備。仿生可以模仿生物形態(tài)、動態(tài)、結(jié)構(gòu)及色彩。生物界蘊含著豐富的色彩和獨特的視覺效果，其獨特的色彩扮演著重要的功能作用。對生物色彩現(xiàn)象及機能原理進(jìn)行總結(jié)提煉，實現(xiàn)色彩傳遞信息的最大化，并運用類比思維方法凸顯設(shè)計感性的傳遞[4]。那么，仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品是將仿生生物的特征、象征符號和傳統(tǒng)寓意等結(jié)合到文化創(chuàng)意產(chǎn)品中，產(chǎn)生獨特的文化價值產(chǎn)品。

3 3D 打印技術(shù)在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用意義

目前，3D 打印技術(shù)早已不是新興技術(shù)，但是，在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計方面應(yīng)用的案例確為少數(shù)。文化創(chuàng)意產(chǎn)品在市場上仍然存在形式單一、同質(zhì)化嚴(yán)重、功能性差、質(zhì)量低等問題。仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品更是因為技術(shù)限制得不到充分的發(fā)揮，只能停留在簡單的形態(tài)復(fù)制上。然而3D 打印技術(shù)一體成型的特點，有效的減少了產(chǎn)品零部件的數(shù)量，也能夠做出更精細(xì)的效果[3]。另外，傳統(tǒng)模型加工的局限性和商業(yè)利益化，導(dǎo)致文化創(chuàng)意產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)容匱乏、扁平化、體積感弱等現(xiàn)象。3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)在解決了技術(shù)難題的同時也為設(shè)計師的靈感提供了幫助。特別在造型方面，仿生類文化創(chuàng)意的設(shè)計靈感除了直接模仿生物形態(tài)，還可以模仿它們的細(xì)部紋理和內(nèi)在機能，使產(chǎn)品內(nèi)容更加豐滿，在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計上為設(shè)計師開辟了新路徑。

當(dāng)3D 打印技術(shù)在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用時，無疑為文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計賦予了更多可能性。一方面，在技術(shù)處理方面與文化創(chuàng)意產(chǎn)品小批量、定制化的要求十分契合，消費者甚至可以自己掃描博物館、藝術(shù)館、藝術(shù)展會中的展品以3D 打印的形式帶回家;另一方面，設(shè)計師可以大膽構(gòu)思，借助3D 打印技術(shù)深入探索自然界生物的存在形式和生命機能的特點，全面表達(dá)生命體的美感和生態(tài)結(jié)構(gòu)帶給人以美好體驗。此外，3D 打印技術(shù)除了在形態(tài)上有著豐富的表現(xiàn)形式外，PLA 材料色彩也非常豐富，將色彩混合可以形成數(shù)百種顏色，甚至調(diào)整色彩透明度，通過色彩搭配滿足文化創(chuàng)意產(chǎn)品的表現(xiàn)需求，使文化創(chuàng)意產(chǎn)品在3D 打印的色彩技術(shù)上發(fā)揮更大的價值。

4 3D 打印技術(shù)在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用思路

4.1 3D 打印技術(shù)在產(chǎn)品藝術(shù)表現(xiàn)上的應(yīng)用思路

將確立的文化創(chuàng)意產(chǎn)品的文化概念與仿生相結(jié)合。通過具象仿生、抽象仿生、意象仿生等仿生設(shè)計手法將提取的有秩序的、幾何化的文化元素優(yōu)化處理，利用3D 打印技術(shù)通過熔融沉積成型、選擇性激光燒結(jié)、立體光固化、分層實體制造等工藝形式表現(xiàn)出來。在現(xiàn)代社會中，技術(shù)與人類關(guān)系密切。仿生設(shè)計最初多為模仿生物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)，仿生設(shè)計不再局限于生物的外觀，逐步涉及紋理仿生、功能仿生、甚至是內(nèi)部骨骼、根莖結(jié)構(gòu)、色彩的仿生。使產(chǎn)品如同一個擁有內(nèi)在的生命體，而非軀殼。通過3D 打印技術(shù)的解讀，拉近人與自然之間的距離，為產(chǎn)品設(shè)計實現(xiàn)豐富的藝術(shù)表現(xiàn)形式提供技術(shù)支持。文化創(chuàng)意產(chǎn)品的藝術(shù)表現(xiàn)形式同樣需要在顏色、材料等方面體現(xiàn)出來。在色彩方面，3D 打印技術(shù)提供了許多色彩可能，通過配色達(dá)到預(yù)期的色彩效果。Stratasys 聯(lián)合震旦發(fā)布了關(guān)于Polyjet 全彩3D 打印解決方案，在色域覆蓋上，已經(jīng)從36 色提高到50 萬色，色域空間已經(jīng)達(dá)到美國印刷標(biāo)準(zhǔn)色域（SWOP）的120%，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)屏幕上的顏色到最終打印出模型上顏色的一致性，這代表著彩色3D 打印元年的開啟，為3D打印的技術(shù)領(lǐng)域提供了更全面的色彩配套支持;在材質(zhì)方面，不同材質(zhì)會為使用者展現(xiàn)不一樣的感官效果，使用體驗也會有偏差。目前，在材料使用上可以實現(xiàn)混合使用透明色和彩色以獲得不同級別的透明度，這樣通過3D 打印技術(shù)就可以展現(xiàn)出產(chǎn)品細(xì)微層面的晶透質(zhì)感，材料配合肌理結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，更加突出文化創(chuàng)意產(chǎn)品在光影重疊方面的藝術(shù)表現(xiàn)，打印出更貼切理想化產(chǎn)品的真實效果。3D 打印技術(shù)根據(jù)文化創(chuàng)意產(chǎn)品需要的材質(zhì)輸送對應(yīng)材料，特殊材料的運用使文化創(chuàng)意產(chǎn)品更具地域特色，一體化的加工模式使產(chǎn)品呈現(xiàn)出整體的視覺效果。

設(shè)計師借助3D 打印技術(shù)，應(yīng)用在設(shè)計過程中可以產(chǎn)生不同尋常的創(chuàng)新思路和想法，將自然界中的生物特征充分提取與文化內(nèi)涵重新構(gòu)建，形成一個同時具有生命形態(tài)、紀(jì)念意義、審美價值和使用功能的仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品，如圖1 所示。技術(shù)支持有助于文化創(chuàng)意設(shè)計師主觀能動性的提升，創(chuàng)新意識也隨之增強。仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品將脫離傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式，把美學(xué)發(fā)揮到極致。

4.2 3D 打印技術(shù)在產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用思路

將3D 打印技術(shù)應(yīng)用在仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品的設(shè)計當(dāng)中，是實現(xiàn)藝術(shù)表現(xiàn)和功能結(jié)構(gòu)深層次的結(jié)合。通過技術(shù)表達(dá)完整展現(xiàn)了產(chǎn)品想要突出的細(xì)膩效果和感性色彩，參數(shù)化建模使產(chǎn)品造型更有韻律感的同時又充滿理性邏輯，感性和理性的和諧統(tǒng)一讓仿生類文化創(chuàng)意產(chǎn)品的設(shè)計與使用者的預(yù)期模型距離越來越近。

在功能結(jié)構(gòu)方面，仿生形態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計在3D 打印技術(shù)應(yīng)用過程中，通過提取動植物的自然生態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解并重構(gòu)，重新應(yīng)用于產(chǎn)品當(dāng)中的這種結(jié)構(gòu)往往更具穩(wěn)定性和力學(xué)特性，也更符合人機工程學(xué)。3D 打印技術(shù)通過鏤空等技術(shù)處理，能夠保持產(chǎn)品輕盈體量感的同時，實現(xiàn)多層次的組織構(gòu)建，這種技術(shù)處理在傳統(tǒng)技術(shù)模式下實現(xiàn)是比較復(fù)雜的。正如3D 打印的蜂巢結(jié)構(gòu)，以硅膠為打印原材料，由于蜂巢的任性和承受能力非常強，這種打印出的結(jié)構(gòu)也擁有相同的特性。因此，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)被運用在車輪等其他產(chǎn)品部件當(dāng)中。利用3D 打印技術(shù)，將生物結(jié)構(gòu)和性能，以仿生形式精密的滲入到文化創(chuàng)意產(chǎn)品的設(shè)計領(lǐng)域中，方便用戶在產(chǎn)品的使用體驗上更加舒適，增加文化創(chuàng)意產(chǎn)品的使用頻率，擺脫市場上僵化的設(shè)計局面，達(dá)到可持續(xù)的效果。

5 結(jié)論

3D 打印技術(shù)為文化創(chuàng)意產(chǎn)品，在設(shè)計領(lǐng)域上提供了更大的發(fā)展空間和應(yīng)用價值。技術(shù)的進(jìn)步引發(fā)了人們對于藝術(shù)審美和文化價值的重新思考，之前單一的形式，不再是大眾唯一的選擇。3D 打印技術(shù)在日后會更加普遍的應(yīng)用在日常生活中，打印程度會更加精細(xì)，成本會逐步降低，材料選擇也會更加彈性。宏觀來說，3D 打印技術(shù)與藝術(shù)審美會朝著更加融合的趨勢前進(jìn)。文化創(chuàng)意產(chǎn)品擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)局限和市場瓶頸，朝著更加多樣的方向探索，設(shè)計師也更加積極主動。通過3D 打印技術(shù)的應(yīng)用，來表達(dá)仿生語義下的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩等諸多因素，為文化創(chuàng)意產(chǎn)品注入新的靈魂。