面向三維設計公司的低成本3D打印

張剛　郭龍　唐娜

摘 要：為滿足設計公司復雜的立體設計和工業化定制，3D打印技術可快速將計算機中的三維模型轉換成現實中的物品。3D打印技術的快速建模采用了增材制造，選擇高強度的混合材料，節省物料亦可減少建模時間，從而為設計公司提高產品質量，降低生產成本，直接提升了市場競爭力。

關鍵詞：3D打印；低成本；三維設計；制造業

中圖分類號：TP317 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

3D打印技術是近年來的新興產業，可應用于航空、生物醫學、建筑工程、教育以及制造業等領域，正在推動著傳統產品設計模式的變革。隨著科學技術的進步以及生活物質水平的提高，私人訂制已成為普遍現象，各式各樣的設計公司應運而生，三維設計公司也越來越追求個性化。在未來幾年或幾十年中，人類將逐步轉變為數據驅動的創造者和啟動者，產品結構與造型的設計不再受傳統制造工藝的束縛，拓展了設計師的思維空間，讓設計師依靠3D打印技術將自己的創意變成實物，節約了產品設計研發的成本。各企業利用3D打印技術在商業中的應用可大大提高商業效益，節約人力和物力。

1 3D打印技術概述

3D打印技術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形狀的技術，國外稱為增材制造。

3D打印技術的發展從未停止，歷經三十余年，技術越來越成熟。3D打印技術發展歷史如表1所示。作為一種綜合性應用技術，3D打印運用了仿真建模技術、信息轉換技術、物理原理、材料科學以及機電控制技術等諸多技術，科技含量高，所用設備即為3D打印機。3D打印機如圖1所示。3D打印機的精確度非常高，它可以打印出設計模型中的大量細節，尤其是使用傳統鑄造方法很難達到的高精度零器件。3D打印物品過程大致分為構建模型、切片、打印、后期處理四個主要階段，具體流程如圖2所示。

2 面向各行業的3D打印技術

2.1 面向航天與國防

針對航空航天產品，工程師們已經用3D打印機成功“打印”出了航空發動機的重要零部件。這一技術將使該零件成本縮減50%、制造周期縮短40%。

2.2 面向建筑設計

在建筑行業中，工程師和設計師們已經開始使用3D打印機打印建筑模型，這種方法快速、環保、成本低，并且制作精美，符合設計者的要求，同時又能節省大量材料。

2.3 面向制造業

3D打印技術正在顛覆傳統制造業，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都優于傳統制造。目前3D打印技術在汽車制造上已有了初步成效，在追求效率的同時降低了成本。

2.4 面向科學研究與文物保護

對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時可以進行比例縮減，更適合科學研究。且博物館常常會使用很多復雜的替代品來保護原始作品免受環境或意外事件的傷害，同時復制品也能肩負起文化傳播的重任。

2.5 面向醫療行業

在醫學研究方面，3D生物打印技術已被運用于制造醫療輔具、人工植入支架、組織器官、人體骨骼、人體血管等，從此讓身體有缺陷的人群回歸正常生活。3D生物打印是目前3D打印技術研究最前沿的領域。

2.6 面向配件、飾品

這是3D打印最廣闊的一個市場。隨著科學的進步以及生活物質水平的提高，人們越來越追求個性化與親手設計、親手制造。無論是時尚手鏈，還是刻有半身浮雕的手機外殼，抑或是和愛人擁有的世界上獨一無二的婚戒，都有可能通過3D打印機打印出來，使產品更具獨特性和創意性。

3 企業面臨的問題及解決方法

3.1 面臨的問題

3.1.1 市場競爭激烈

隨著社會的發展，人們越來越追求個性化的產品，大量設計公司如雨后春筍般破土而出，設計行業這塊大蛋糕被爭相而食，企業之間的競爭日漸激烈。

3.1.2 產品外觀不精致

由于傳統制造業的局限性，企業產品的外觀始終不夠精致，無法提供產品某些細節上的升華。

3.1.3 產品不具有獨特性

中國制造業雖然發展狀況良好，但絕大多數產品是仿照國外的設計，沒有獨特的風格。

3.1.4 不能滿足客戶需求

由于語言習慣方面的差異，設計公司往往不能完全理解客戶的需求，導致生產制造出來的產品不能使客戶滿意。

3.1.5 精密產品成本居高不下

由于產品精密程度要求高，傳統制造的成本居高不下，因此造成了客戶買不起，商家不愿造的局面，不利于市場經濟的發展。

3.2 解決方法

上述問題的出現使3D打印技術慢慢登上了三維設計的舞臺。使用3D打印技術后，產品不用剔除邊角料，摒棄了生產線，使材料無限組合，既節省了材料也大大降低了模型設計的成本，在競爭中就占據了優勢。并且3D打印技術的突出優勢在于復雜結構的產品設計，可直接從計算機三維圖形數據中生成任何形狀的零件，從而提高了產品的制造效率，外觀也將更加漂亮。同時，3D打印技術可以個性化設計零件、個性化定制模型，根據消費者的喜好進行產品設計與制造，這使產品比較新穎且個性鮮明，非常貼合消費者喜好，有利于更好的打開市場，促進設計業和制造業的蓬勃發展。

4 結 語

將3D打印技術自動、直接、訊速、精確的優勢引入到商業技術中，使之成為一個新的行業優勢。3D打印技術讓商業成本更低廉，讓外觀更精致，讓產品更具個性化，最終使產品效益得到提高。在不久的將來，我們將不再需要大規模的生產線，不再需要寸步不離的守候在機床旁，不再需要大量的人力物力，不再產生大量的工業廢物。3D打印技術將從根本上改變傳統制造業的模式，將設計領域提高到一個新高度，3D打印技術的數據驅動與開放式3D設計解放了設計師的思維，讓設計師從傳統的產品加工工藝牢籠中沖脫出來，使他們設計的產品具有“靈魂”。

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