3D打印技術在燈具設計教學中的應用

3D打印技術的發展為高職工業設計專業教學提供了新的技術手段，也為產品設計人才的知識結構提出了知識更新迭代的要求。本文通過對3D打印技術在高職燈具設計教學中應用的優勢、在教學中應用的途徑探討，旨在推動3D打印在高職工業設計專業教學中的應用路徑，使新技術在專業教學中發揮更大的作用和價值，也使專業教學體系不斷升級完善。

概述

隨著我國計算機圖形應用技術的不斷提升以及特殊材料的研發優化，3D打印技術已經從幻想變為了現實，甚至應用到社會生活的各個方面，在燈具設計領域亦是如此，燈具設計是工業設計的一個重要方面兼具著藝術設計的基因，設計不僅僅要考慮到實用性能的不斷優化，審美需求也是設計中需要考慮的一個重要方面。當前的競爭是創意的競爭，將3D打印技術應用在燈具設計教學當中一方面是對教育教學模式的創新，另一方面也從前端人才培養的角度，減少了創意變為產品的周期，提升了創意的實現幾率以及設計的轉化率。本文將從3D打印技術應用的燈具教學與傳統燈具教學的教育形式、效果對比出發研究3D打印技術在燈具設計教學中的應用及其意義，以期為燈具設計教學總結出更多的教育教學經驗。

傳統燈具設計教學中的困境

我國的燈具有著數千年的歷史，底蘊十分豐厚，為當前的燈具設計提供了豐富的靈感，當前我國的燈具設計教學大多類屬于工業設計，二教學模式也通常是從無到有的漸進式教學模式，首先教師教授基礎知識，學生通過構思繪制圖紙，后設計模型最終制作成品，這樣的過程如非到最后制作成品的一步，其他人很難直觀理解設計的理念，且這種教學模式的周期過長，學生需要許多次的經驗積累才能夠具有燈具設計的能力，傳統燈具設計已經不適應當前更新換代快速的市場情況。

當前，隨著工業技術的發展燈具設計的工藝越來越復雜，單純依靠傳統形式的設計遠遠無法達到工業工藝的需求，傳統模式下的燈具設計教學模式中不能夠為學生提供模擬創意效果并進行修改的途徑，一方面來傳統模式鍛煉了學生的空間思維能力和想象力，但另一方面也提升了燈具設計師的入門門檻。3D打印技術在設計過程中就可以模擬材質效果及環境應用，著在傳統燈具教學設計過程中是無法實現的，影響學生對于燈具實際應用的理解。

3D打印技術原理特點及在燈具設計教學中的優勢

3D打印技術是通過三維造型軟件的設計或直接掃描對某一物體在電腦中形成三維形象后，與3D打印機連接并制作出來模型或工業零件的技術。3D打印技術可以在軟件設計過程中對物體模型的形態進行修改，有較強交互性。3D打印技術從狹義上來說主要是指增材制造技術，從成型工藝上來看，3D打印技術突破了傳統成型方法限制，通過快速自動成型系統與計算機數據模型相結合，無需任何附加的工藝模具制造和機械加工就能制造出各種形狀復雜的原型，使得產品的設計生產周期大大縮短，生產成本大幅下降。

3D打印技術的工作原理是對電腦中的三維模型進行分析、切割，獲得數碼塑形所需要的每一層的具體數據，后在根據所得數據逐層打印噴涂所得零件，由于數據為逐層獲得，普通民用3D打印機所打印出來的零件都會有不均勻的截面橫紋，需要人工或機械進行打磨，并將零部件拼接、粘連組裝。因此3D打印技術是對工業生產的一大革命，一方面3D打印縮短了制造流程，3D打印技術最大的特點就是對傳統生產線的顛覆，傳統生產線上對零件的生產往往會因為產品的塑形而產生大量原材料的浪費，而3D打印技術因其預先進行了模型設計，在打印過程中也不會產生過多的材料浪費，大大地節約了生產成本。另一方面也是理念的顛覆，將產品的生產與生產線的存在剝離開來，產品從創意到成型只需數個步驟。例如一個創意弧形燈罩的制作只需在電腦中設計出弧形燈罩的的三維模型后，連接3D打印機后安裝所需材料粉末及粘合劑，等待噴涂成型即可，無需繁瑣的生產線工序。另一方面也減少了重復勞動的人工成本，是推動制造業快速發展的一大先驅技術力量。

目前工業設計的教學領域已經普遍引入了三維軟件來輔助教學，燈具設計教學亦是如此，由于燈具這一產品類別在形態上較小，因此引入3D打印技術進入教學不存在技術上的難度。當前3D打印所能夠使用的材料質地為金屬材料和塑料材料、樹脂材料、陶瓷材料、復合材料等等，已能夠滿足教學的基本實踐需求。特別是PA材料和PC材料是燈具教學設計中3D打印最為常用的材料，原因在于PA材料有較強的穩定性和彈性，對于創意燈具設計來說有著較強的優勢，而PC材料則有較強的硬度和物理穩定性。

燈具設計教學中應用3D打印技術的途徑

隨著人們對新事物探索進程的不斷推進，3D打印技術所應用的領域越來越廣，從傳統工業到航天科技，從建筑設計到日常飲食，3D打印技術在不斷完善，而將3D打印技術引入燈具設計教學，運用3D打印技術的優勢來輔助燈具設計教學，是對3D打印技術應用領域的拓展，也是對燈具設計教育教學模式的創新。

3D打印技術作為一種新興的理念、技術應用于課堂后可以提升學生對于課堂的興趣，教師可以引導學生興趣完成課堂教學內容，從課堂的整體氣氛來看，通過引入學生所不熟悉甚至聞所未聞的3D打印技術，可將學生的被動接受式學習變為主動探索式學習。如在課堂中可邀請學生作為助手完成3D打印操作的實踐，或可將3D打印實踐作為一定時期內的分組探索設計活動，以小組為單位在實驗室完成3D打印操作。

在傳統教學實踐當中，燈具設計專業的學生較少有實踐的機會，設計作品也通常僅為圖紙而已，而引入3D打印技術之后，學生可以有更多地實踐機會，運用3D打印機來完成圖紙設計，并以實物的形式驗證設計結果的現實可行性，且成本較低。例如學生在課余時間用三維圖形軟件所設計制作的燈具模型在與指導教師交流修改后，可用3D打印機制作樣品，并進行初步試驗、調試就是實踐的一組流程，而學生對于實踐結果的期待也促生了學生學習的主動性。

3D打印技術的引入還可以作為教學工具來應用，燈具的設計不僅僅是造型的設計，還需要學生理解到內部的構造原理，從而通過創意來進行優化，而傳統的方式往往不夠直觀，通過3D打印技術教師可以將所需零件現場講解、設計、打印、拼接，讓學生理解更加直觀，不僅僅從聽覺、視覺上刺激學生記憶，還可以從觸覺方面優化學生對于知識的理解。作為教學工具，3D打印技術還可以為學生演示多方面多層次的靈感優化，如掃描某一樹枝的形態并做修改后打印，作為燈體的支架，讓學生領悟到創意的多樣化和自然界的神奇多變。

3D打印技術應用于教學設計的意義

目前我國的3D打印技術還處于起步階段，所能夠應用的打印材料種類較少，而3D打印機由于精度的不同和應用環境的不同，設備的大小及價格都存在懸殊的差異。由于空間限制能夠應用在課堂教學中的3D打印機的材料種類則更更少，且性能精度也相對更低，但從長遠來看，3D打印技術應用于教學設計中有著重要的意義。

首先，運用3D打印技術在教學實踐當中可以提升學生的基礎理論素養。燈具設計有較強的綜合性，兼具了工業設計與藝術設計的諸多特性，作為家居飾品的一個重大類別，燈具設計還涉及了家具軟裝的相關理論，因此學生所要掌握的基礎理論十分龐雜，而通過3D打印機的教學實踐則可以很好地關聯所學知識，提升學生的基礎理論素養。例如想要獲得一個3D打印的底座，需要在圖紙上進行設計，弧度、高低差、大小既要符合人體工程學要求，還要符合美學要求，這個過程就是對基礎知識和創意的雜糅，將設計圖變為三維模型也需要學生對軟件的基礎功能進行反復操作，才能雕琢出與圖紙相符的三維模型，同時將圖形變為3D打印的模型，學生需要對自身的模型有充分的了解，在了解的過程中學生通過鞏固知識和查閱資料夯實了自身的基礎理論素養，而設計過程中所出現的問題也能夠進一步鞏固學生的理論知識。

相對于傳統教學，應用了3D打印技術的教學模式可以在教學過程中提升學生的實踐能力。傳統教學當中，學生所能夠接觸到的往往是教師的理論知識和二維平面圖形，對于實際的燈具設計停留在圖紙設計領域，學生對于燈具的外形原理及內部構造都沒有直觀的理解，設計實踐難免紙上談兵，而引入了3D打印技術之后，學生可以不斷通過實踐突破自身的設計，在實踐過程中優化設計細節直至達到標準甚至優化創意。

引入3D打印的燈具設計教學模式也能夠提升學生創意的商業轉化率，提升學生設計與企業需求的銜接程度。學生在進入學校學習后不可避免的最初的設計往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商業化的能力，但通過接觸3D打印技術的實踐之后，學生的理論水平和創意設計能留都將會有很大的提升，所設計出來的產品則有較強的獨立性和創意自主性，具備了與企業接洽的基本能力，學生通過3D打印將自身最優設計展示出來，學生在大學期間所積累的設計經驗對于畢業后進入企業也有著重要的作用。

結語

我國的3D打印技術雖然剛進入起步階段，但各領域所獲得的成果十分喜人，在教育領域，3D打印設備也在逐步應用，在燈具設計領域，3D打印技術可以促進學生掌握基礎知識的同時還能夠提升學生的實踐能力。隨著電子技術和材料技術的發展，相信在不遠的未來能夠有更多類型的3D打印設備和材料能夠進入課堂為教學服務。

（作者單位：武漢交通職業學院）

基金項目：

產品設計教學中傳統工藝的開發與應用--以燈飾設計的項目式教學為例。武漢交通職業學院一般項目，項目編號 ：Y2015006。

劉昊（1976-）男，研究生，講師，研究方向：設計學理論研究，工業設計實踐與理論研究。