3D打印制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)影響分析

宋祥波 田 煒

1.成都東軟學(xué)院 四川成都 611844

2.成都紡織高等專科學(xué)校 四川成都 611731

3D打印技術(shù)在產(chǎn)生之初便受到極大追捧，隨著打印技術(shù)、材料、工藝的不斷發(fā)展，商業(yè)化應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念及實(shí)踐中的應(yīng)用。文章基于此，探討3D打印制造模式下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展及設(shè)計(jì)師角色的轉(zhuǎn)變，同時(shí)基于市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，分析3D打印設(shè)計(jì)導(dǎo)向型商業(yè)模式未來(lái)發(fā)展的可能性。

1 3D打印制造模式下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)展演變和設(shè)計(jì)的權(quán)重變化

在3D打印制造模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不需要將批量化生產(chǎn)作為重點(diǎn)考慮因素，在一定程度上擺脫了設(shè)計(jì)條件的束縛，拓展了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和外延。在傳統(tǒng)批量化生產(chǎn)的制造模式下，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力與設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和售后等各個(gè)因素有關(guān)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著連接作用，以用戶需求為目標(biāo)，將先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品化、批量化生產(chǎn)。設(shè)計(jì)貫穿于生產(chǎn)、銷售與售后等整個(gè)環(huán)節(jié)中，但是也囿于這些因素的限制，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的價(jià)值無(wú)法直接體現(xiàn)出來(lái)。于3D打印制造模式而言，制造體系發(fā)生了分散，產(chǎn)品的制造和營(yíng)銷更加靈活，同時(shí)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍廣闊，技術(shù)門檻較低，部分重要核心技術(shù)部件甚至已經(jīng)透明。在此背景下，設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品制造中最具創(chuàng)造性的要素，將是產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力最主要的影響因素。

1.2 設(shè)計(jì)流程的演變和設(shè)計(jì)方法、工具的發(fā)展

首先，受3D打印制造模式中分散制造的影響，產(chǎn)品的目標(biāo)消費(fèi)市場(chǎng)將更加細(xì)化，批量化生產(chǎn)規(guī)模縮小，甚至推出對(duì)個(gè)性化的定制服務(wù)。設(shè)計(jì)師在概念設(shè)計(jì)階段即可利用3D打印設(shè)備制造出模型，將其用于性能測(cè)試或直接交付消費(fèi)者體驗(yàn)試用。以目的為導(dǎo)向的高效設(shè)計(jì)流程可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件般的快速迭代更新，從而在短期內(nèi)得到最優(yōu)產(chǎn)品，大幅提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研發(fā)速率[1]。同時(shí)，伴隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和3D打印技術(shù)的日臻完善，一些技術(shù)含量較低但個(gè)性化特征明顯的產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)有望通過(guò)使用者自己操作實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也會(huì)因此融入產(chǎn)品制造和銷售環(huán)節(jié)之中。

在以往的設(shè)計(jì)思維里，產(chǎn)品設(shè)計(jì)既要滿足批量生產(chǎn)所提出來(lái)的一系列要求，也要滿足美學(xué)、創(chuàng)新、實(shí)用性等設(shè)計(jì)要求，并逐步形成了適應(yīng)批量化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)理念與風(fēng)格。但在3D打印技術(shù)條件下，繼續(xù)沿用過(guò)去的設(shè)計(jì)思維將束縛產(chǎn)品設(shè)計(jì)的生命力和創(chuàng)新力，如同在工業(yè)革命伊始，工廠一味地模仿手工藝產(chǎn)品風(fēng)格而生產(chǎn)出來(lái)的粗劣的產(chǎn)品。在3D打印制造模式下，設(shè)計(jì)師需要擺脫以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、工具對(duì)設(shè)計(jì)思維的束縛，站在新的起點(diǎn)上，以更加開放、自由的態(tài)度進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2 3D打印生態(tài)中的設(shè)計(jì)師角色演變

2.1 3D打印制造業(yè)內(nèi)的職業(yè)融合和設(shè)計(jì)師的角色分化

正如上文所述，批量化集中式的產(chǎn)品制造模式在向個(gè)性化分散式制造模式轉(zhuǎn)變過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)流程的革新，即批量化集中式制造模式下分工嚴(yán)密的生產(chǎn)體系又重回扁平化，使職業(yè)與職能發(fā)生融合，使設(shè)計(jì)師角色如同工業(yè)革命前的手工業(yè)者。但是這種轉(zhuǎn)變僅發(fā)生在特定行業(yè)內(nèi)，具有方向性。在3D打印技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品生產(chǎn)流程中制造環(huán)節(jié)的重要性將被弱化，如小批量產(chǎn)品的3D打印，一體化的制造流程不再需要進(jìn)行重復(fù)性裝配工作與后期加工工作，流水生產(chǎn)線以及生產(chǎn)線工人不再是產(chǎn)品制造的必要組成。從產(chǎn)品成型而言，3D打印的產(chǎn)品沒有對(duì)模具、夾具等輔助成型的要求，使3D打印機(jī)替代了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師很大一部分職能；從產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)和工程設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的生產(chǎn)流程與以往相比發(fā)生了翻天覆地的變化，過(guò)去批量化集中生產(chǎn)積累的經(jīng)驗(yàn)在3D打印制造模式下已經(jīng)沒有過(guò)多價(jià)值，從一定程度上說(shuō)，這些經(jīng)驗(yàn)甚至?xí)?duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)生阻礙作用。產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)上市的整個(gè)過(guò)程，對(duì)于一些生產(chǎn)量較小的產(chǎn)品，其工程管理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素大大弱化，隨著配套技術(shù)和設(shè)施的完善，工程制造方面的人力投入將大大減少，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品上市難度降低。

3D打印制造模式下工作者職責(zé)將會(huì)以產(chǎn)品設(shè)計(jì)師為中心發(fā)生融合，因?yàn)樵诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中只有思維活動(dòng)和創(chuàng)意設(shè)計(jì)不能被技術(shù)所替代。換言之，未來(lái)產(chǎn)品生產(chǎn)者的主要工作是用創(chuàng)造性的思維滿足客戶需求，解決實(shí)際問(wèn)題，形成完整的產(chǎn)品功能體系，并將其按照一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述，以通過(guò)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案的最優(yōu)化。

在3D打印制造情境中，設(shè)計(jì)師角色會(huì)根據(jù)其職責(zé)輕重發(fā)生兩極分化。對(duì)于技術(shù)含量不高或核心技術(shù)開放的一般簡(jiǎn)易產(chǎn)品而言，設(shè)計(jì)師的專業(yè)性將漸漸淡化，原先屬于設(shè)計(jì)師的職責(zé)將慢慢分配到消費(fèi)者身上，發(fā)展到一定高度后就會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)的泛社會(huì)化，每個(gè)人都可以利用功能強(qiáng)大的智能設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)為自己量身定做。這種模式改變了過(guò)去專業(yè)設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期壟斷局面，讓消費(fèi)者能夠?qū)a(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用于自身需求，為產(chǎn)品創(chuàng)新注入了生機(jī)與活力[2]。但是，產(chǎn)品設(shè)計(jì)眾包模式并不會(huì)使專業(yè)的設(shè)計(jì)師消失，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師將轉(zhuǎn)身為消費(fèi)者自我設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和基礎(chǔ)框架，讓消費(fèi)者在搭建好的設(shè)計(jì)平臺(tái)上用特定的設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)師職業(yè)將不再“單打獨(dú)斗”，而是負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)平臺(tái)的組織和良好社區(qū)的構(gòu)建。對(duì)于高技術(shù)含量的產(chǎn)品而言，3D打印技術(shù)環(huán)境將會(huì)催生出專業(yè)性更強(qiáng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與個(gè)人，這些專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和個(gè)人通過(guò)3D打印技術(shù)會(huì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效果，而設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品的作用將漸漸加強(qiáng)，高于手工業(yè)時(shí)期和集中生產(chǎn)時(shí)期，成為產(chǎn)品制造過(guò)程中的決定性力量。

2.2 新制造模式下的設(shè)計(jì)師職能要求

在3D打印制造模式下，設(shè)計(jì)師工作內(nèi)容的變動(dòng)和角色的轉(zhuǎn)變使產(chǎn)品設(shè)計(jì)師職業(yè)素養(yǎng)也會(huì)隨之轉(zhuǎn)變。職業(yè)角色的融合與職責(zé)的分化使設(shè)計(jì)師不僅要完成以往的設(shè)計(jì)任務(wù)，還要承擔(dān)部分工程、制造的工作職責(zé)，融入產(chǎn)品制造的全過(guò)程之中，為產(chǎn)品制造負(fù)責(zé)，掌握著決定生產(chǎn)的權(quán)力。要想達(dá)到權(quán)力與能力的匹配，就要求3D打印設(shè)計(jì)師具備以下幾方面素質(zhì)：

2.2.1 知識(shí)結(jié)構(gòu)的多元化

新制造環(huán)境對(duì)設(shè)計(jì)師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)儲(chǔ)備提出了更高的要求，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師不僅擔(dān)負(fù)著傳統(tǒng)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)職責(zé)，也承擔(dān)了產(chǎn)品工程師和生產(chǎn)人員的大量工作。要想提高產(chǎn)品研發(fā)水平，需要足夠知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐能力作為支撐。

2.2.2 開放化的創(chuàng)造思維

設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造性思維與知識(shí)結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)備不同，其受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出非線性的發(fā)展過(guò)程，其與個(gè)人經(jīng)歷、知識(shí)水平、情感狀態(tài)和認(rèn)知情況密切相關(guān)。在過(guò)去批量化制造狀態(tài)下，產(chǎn)品的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)需要通過(guò)特定的研究流程表達(dá)出來(lái)，這就形成對(duì)創(chuàng)意的限制，因此工業(yè)設(shè)計(jì)師被形容為“戴著腳鐐在跳舞”。但在3D打印技術(shù)條件下，新的成型方式、自由的形態(tài)結(jié)構(gòu)將使原有的層層束縛不復(fù)存在。產(chǎn)品設(shè)計(jì)中技術(shù)要素、經(jīng)濟(jì)要素、環(huán)境要素、人機(jī)要素以及外觀要素等將得到充分的釋放，要素間的組合也將呈現(xiàn)出多元發(fā)展之勢(shì)[3]。與產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師有了更加充分的發(fā)揮空間，這就要求設(shè)計(jì)師擺脫以往設(shè)計(jì)思路的限制，超越傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軌道，沖出經(jīng)驗(yàn)主義和定式思維對(duì)創(chuàng)造性的約束，用開放式的眼光和思維重新思量設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。

2.2.3 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S

設(shè)計(jì)師既要有一定美學(xué)素養(yǎng)，又要具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S。這看起來(lái)似乎是矛盾的，但實(shí)際上這兩種素質(zhì)要求并不存在沖突，其存在于不同的設(shè)計(jì)層面上，可以認(rèn)為，設(shè)計(jì)活動(dòng)本身就是一個(gè)以邏輯的形式創(chuàng)造美的活動(dòng)。設(shè)計(jì)師應(yīng)著眼于消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的心理、生理等多方面的需求，這是一個(gè)多元化的思維過(guò)程，不僅要從美學(xué)角度上進(jìn)行考慮，也要從感性的角度充分考量。而邏輯屬于一種抽象的藝術(shù)，由計(jì)算機(jī)發(fā)展而出現(xiàn)的分型藝術(shù)就是經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)邏輯模型產(chǎn)生的秩序緊密、細(xì)節(jié)豐富的分型圖像。在未來(lái)，設(shè)計(jì)輔助工具與數(shù)學(xué)邏輯模型的結(jié)合將是大勢(shì)所趨，也會(huì)成為設(shè)計(jì)師造成的重要武器。設(shè)計(jì)師可以像建筑設(shè)計(jì)中用參數(shù)設(shè)計(jì)建筑表皮的方式來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的各種結(jié)構(gòu)，而這個(gè)過(guò)程只通過(guò)一個(gè)公式即可完成，這在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中難以實(shí)現(xiàn)。

3 設(shè)計(jì)導(dǎo)向型商業(yè)模式的可能性探討

3.1 適用于3D打印技術(shù)的產(chǎn)品行業(yè)

3D打印技術(shù)的應(yīng)用給產(chǎn)品制造行業(yè)帶來(lái)了無(wú)限的可能性，并且已經(jīng)開始逐步影響人們對(duì)制造業(yè)的認(rèn)知與部分行業(yè)的商業(yè)模式。但是就現(xiàn)階段狀況來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍還非常有限。盡管如此，如果我們用長(zhǎng)尾理論來(lái)看待3D打印技術(shù)的發(fā)展會(huì)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)在發(fā)展初期并非向傳統(tǒng)制造行業(yè)那樣搶奪市場(chǎng)份額，而是首先滿足細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)的小眾產(chǎn)品差異化的需求，這些小眾需求長(zhǎng)期積累起來(lái)的市場(chǎng)份額非常龐大，積聚起來(lái)的市場(chǎng)效應(yīng)將對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響[4]。對(duì)此，我們要在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中尋找契合3D打印技術(shù)特點(diǎn)的行業(yè)，使其成為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)首先開始制造設(shè)計(jì)模式變革的行業(yè)。

現(xiàn)階段，3D打印技術(shù)在醫(yī)療器械、日常用品、家居用品、服裝生產(chǎn)等方面展現(xiàn)出了較大的應(yīng)用價(jià)值，特別是與個(gè)人飾品、人造器官、假肢等置換產(chǎn)品細(xì)分領(lǐng)域高度契合，越來(lái)越多從事這些行業(yè)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)開始使用3D打印技術(shù)研發(fā)并生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品。但是類似于3D打印巧克力的相關(guān)產(chǎn)品盡管有部分符合3D打印技術(shù)特點(diǎn)，但并不能完全突出3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)生和發(fā)展的主要原因是借3D打印技術(shù)的概念開展?fàn)I銷產(chǎn)生的效果，巧克力生產(chǎn)設(shè)計(jì)整體上并不特別契合3D打印類別。

3.2 基于互聯(lián)網(wǎng)的分散式制造和設(shè)計(jì)的商品化

3D打印技術(shù)結(jié)合分散式的制造體系能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化基礎(chǔ)上的高產(chǎn)量，達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)工業(yè)批量化聚集生產(chǎn)的規(guī)模，而產(chǎn)品規(guī)模與聚集化生產(chǎn)脫離，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了更廣闊的發(fā)揮空間，有利于產(chǎn)品市場(chǎng)的良性競(jìng)爭(zhēng)，提高我國(guó)整體設(shè)計(jì)創(chuàng)新水平。這樣的變化會(huì)使企業(yè)擺脫以往大量的制造裝備與人力耗費(fèi)，而是如同當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)一般，每個(gè)消費(fèi)者手中都有一臺(tái)個(gè)人打印終端，企業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)收到消費(fèi)者需求信息和訂單，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，這些任務(wù)匯總到云端，再根據(jù)不同的任務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行分類，并將其分配給相應(yīng)的設(shè)計(jì)師或設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮每個(gè)不同設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)不同的設(shè)計(jì)能力與特色；任務(wù)完成后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸回企業(yè)端，企業(yè)根據(jù)制造要求的差異將其分散到位于不同區(qū)域、不同產(chǎn)量的制造節(jié)點(diǎn)中，再通過(guò)3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)打印出來(lái)，形成最終的實(shí)體產(chǎn)品，并交付給客戶。這樣的制造流程充分體現(xiàn)出了生產(chǎn)制造的個(gè)性化特點(diǎn)，而這樣的制造能力和設(shè)計(jì)方式在傳統(tǒng)制造業(yè)中是不可想象的。

隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍日益廣泛和打印設(shè)備的日益普及，制造能力將逐步下移到消費(fèi)者手中，分散到整個(gè)社會(huì)之中，在改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)職能的同時(shí)也會(huì)激發(fā)大眾的創(chuàng)造熱情和能力，并形成獨(dú)立創(chuàng)造的社會(huì)文化風(fēng)氣，逐步為社會(huì)所接受。彼時(shí)，創(chuàng)客將成為一個(gè)大眾概念，一種生活方式的代表[5]。而設(shè)計(jì)活動(dòng)也將更加獨(dú)立，甚至成為一種直接面對(duì)消費(fèi)者的服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)中銷售。而設(shè)計(jì)權(quán)益的保護(hù)可通過(guò)數(shù)字認(rèn)證的方式，對(duì)設(shè)計(jì)師的產(chǎn)品進(jìn)行追蹤和定位，使設(shè)計(jì)師徹底脫離于傳統(tǒng)生產(chǎn)行業(yè)，通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)直接創(chuàng)造價(jià)值。

綜上所述，制造業(yè)態(tài)的轉(zhuǎn)變將放大設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)的影響能力，使設(shè)計(jì)師這一職業(yè)從研發(fā)端轉(zhuǎn)向制造端。隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，許多新型商業(yè)模式將以設(shè)計(jì)師為中心。但在轉(zhuǎn)變初期，傳統(tǒng)制造業(yè)仍是產(chǎn)品生產(chǎn)的主要形式，但在一些與3D打印技術(shù)契合度高的細(xì)分行業(yè)中，這種變革已經(jīng)在悄然發(fā)生。