淺談工業設計中的3D打印技術

王致力

摘要：21世紀以來，人類社會科學技術發展水平空前，帶來人類社會生產生活方方面面的改革與提升，3D打印技術就是其中一種非常重要的技術。相比于傳統的技術，3D打印技術具有成本低廉、效率高、簡單實用等諸多優點。本文中，筆者以當前我國工業生產領域中的3D打印技術的應用現狀為研究對象，就其應用特點、未來發展趨勢等展開研究。

關鍵詞：3D打印技術；工業設計；機遇與挑戰

3D打?。?DP）即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，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造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。

1 3D打印技術概述

1.1 原理

3D打印技術最初被稱為快速成型技術或快速原型制造技術，它基于現代CAD/CAM技術、機械工程、分層制造技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術和新材料技術，開發出先進的制造技術。它基于計算機三維數字模型，通過軟件分解為多層平面切片。然后由CNC成型系統使用激光束、熱熔噴嘴等逐層層疊和粘合可粘合材料，最后疊加并制作產品。

1.2 3D打印技術類別

就當前市場的3D打印技術來看，不同類別所使用的材料存在一定差異。包括以下幾方面：（1）SLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料包括金屬粉末、熱塑性塑料和陶瓷粉磨等；（2）FDM熔融沉積成型技術，使用的材料包括蠟、共晶系統金屬和熱塑性塑料；（3）EBM電子束熔化成型成型技術，使用的材料主要是鈦合金；（4）DMLS直接金屬激光燒結成型技術，使用的材料幾乎包括所有的合金材料；（5）SHS選擇性熱燒結成型技術，使用的材料主要是熱塑性塑料；（6）PP粉末層噴膠3D打印成型技術，使用的材料主要是石膏。

1.3 3D打印技術優勢

將3D打印技術應用于工業設計中，可實現大批量生產。在滿足復雜產品生產需求基礎上，可以不額外增加成本，設計空間廣闊、零時間交付和不占用空間，不需要組裝，實際操作較為簡單，可以有效減少廢物的排放，實現對生態環境的保護。

2 3D打印在工業設計中的應用

2.1概念模型、功能原型的制作

在工業設計過程中，有必要反復生產不同功能和類型的零件和模型。傳統方法具有長的周期、工作量大、可控性不高、成本高昂等很多缺點，但是使用3D打印技術可以快速且精準的地制取想要的零件和模型。

2.2 工業設計中工具的制作

工業設計是一項非常有意思創造性活動，不同的設計師會使用各不相同的工具和設備來完成他們想要的產品。大多數這些工具都是由設計師根據他們的需求制作的。此時，它可以通過3D打印機完成，而不是花費大量時間和精力在各種處理方法上。3D打印設備不僅可以縮短時間和成本，而且可以構造出結構更精確、重量更輕、更符合人體工程學的產品，大大提高了設計效率。

2.3 小批量產品生產

隨著3D打印技術的發展，其打印成本和打印時間進一步縮短，可印刷的材料和方法不斷豐富，與傳統的加工和制造工藝相比，生產工藝時間短。在小批量產品的生產上，它具有成本低等優點，不受時間、空間、機床和模具的限制，必要時可隨時暫停生產、修改設計、消除傳統制造技術、成本、施工周期等限制，不僅產品生產迅速，而且靈活。

3 3D打印技術對于工業設計的影響

（1）摒棄傳統設計理念的束縛傳統工業設計中，由于受到生產和加工工藝影響，設計師自身的創造力和想象力無法得到充分發揮。而3D打印技術的不斷發展和創新，即便結構復雜的產品仍然可以通過3D打印技術實現，優勢較為突出。在這樣的背景下，設計師可以將更多的精力投入到產品功能創新和外觀創新方面，促使產品結構設計和造型一體化，將更多人性化理念融入其中，協調美學、機械學、人機和技術等因素之間的關系，提升設計合理性。傳統工業設計主要是為了滿足大規模生產需求，這就需要建立相應模型進行設計，即便推行個性化設計，也僅僅是模型生成范圍縮小。諸如，鼠標設計就是按照這一設計思路，結合使用者手掌大小和使用習慣，適應現有產品規格，而3D打印技術則可以結合使用者手掌形狀和使用習慣針對性設計，設計出符合使用者需求的產品。3D打印技術的出現，促使產品個性化設計成為了可能，以人為本理念得到了充分的體現。

（2）3D打印技術對工業設計人才缺乏的影響3D打印技術可以有這么好的發展環境，當然，與人才的扶持是分不開的。在3D打印時代的背景下，工業設計的各個方面都需要越來越多的專業技術人員。3D打印技術對目前工業產品設計和制造模式起了轉變作用，這與具有較強技術和管理技能的高素質應用人才密不可分。因此，作為培養人才的第一要地，高校應為社會培養更多高素質、高技能的復合型人才。推動校企聯合培訓模式，學校提供人才，企業提供設備和資金，使學生可以更好的適應社會，掌握更強、更專業的技術。

（3）3D打印技術對工業設計流程和創新意識的影響3D打印技術的不斷發展與社會制造的進步，自主設計師和自主品牌也將逐漸崛起。在工業設計中，穩定安全高效的設計是工業設計進一步開發取得成功的重要保障。3D模型的設計便是其中眾多設計中最為關鍵的設計之一，傳統采用的手工制作的模型，不論是質量、質感、觸感都是不能和3D打印所比擬。而且傳統的工業設計模式在一定程度上都是受到“減配”，但是在日漸成熟的3D打印技術的影響下，自主設計師和逐漸興起的自主品牌都開始擺脫了對傳統工業設計的依賴。那些創新意識高、思維靈敏、敢于挑戰的設計師和品牌設計便逐漸崛起。

4 結語

綜上所述，工業設計是一項復雜的過程，傳統工藝需要耗費大量的時間和精力，成本較高，而3D打印技術的應用，可以打破時間和空間的限制，根據生產需要高效加工生產，提升和加工效率和加工質量，降低生產成本，為企業帶來更大的經濟效益，對于企業長遠生存和發展具有重要的促進作用。

參考文獻：

[1] 劉勇利.3D打印對工業設計的促進作用分析[J].科技創新與應用，2014（29）.

[2] 余森林，毛一鳴.工業4.0時代3D打印技術對工業設計的系統性影響[J].設計，2016（19）.

[3] 郭日陽.3D打印技術及產業前景[J].自動化儀表.2015（03）.

（作者單位：沈陽蓋恩科技有限公司）