3D打印技術(shù)在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)的發(fā)展為高職工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)提供了新的技術(shù)手段，也為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)提出了知識(shí)更新迭代的要求。本文通過(guò)對(duì)3D打印技術(shù)在高職燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)、在教學(xué)中應(yīng)用的途徑探討，旨在推動(dòng)3D打印在高職工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用路徑，使新技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中發(fā)揮更大的作用和價(jià)值，也使專業(yè)教學(xué)體系不斷升級(jí)完善。

概述

隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)圖形應(yīng)用技術(shù)的不斷提升以及特殊材料的研發(fā)優(yōu)化，3D打印技術(shù)已經(jīng)從幻想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，甚至應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)方面，在燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域亦是如此，燈具設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面兼具著藝術(shù)設(shè)計(jì)的基因，設(shè)計(jì)不僅僅要考慮到實(shí)用性能的不斷優(yōu)化，審美需求也是設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要方面。當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)是創(chuàng)意的競(jìng)爭(zhēng)，將3D打印技術(shù)應(yīng)用在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)中一方面是對(duì)教育教學(xué)模式的創(chuàng)新，另一方面也從前端人才培養(yǎng)的角度，減少了創(chuàng)意變?yōu)楫a(chǎn)品的周期，提升了創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)幾率以及設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化率。本文將從3D打印技術(shù)應(yīng)用的燈具教學(xué)與傳統(tǒng)燈具教學(xué)的教育形式、效果對(duì)比出發(fā)研究3D打印技術(shù)在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用及其意義，以期為燈具設(shè)計(jì)教學(xué)總結(jié)出更多的教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

傳統(tǒng)燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的困境

我國(guó)的燈具有著數(shù)千年的歷史，底蘊(yùn)十分豐厚，為當(dāng)前的燈具設(shè)計(jì)提供了豐富的靈感，當(dāng)前我國(guó)的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)大多類屬于工業(yè)設(shè)計(jì)，二教學(xué)模式也通常是從無(wú)到有的漸進(jìn)式教學(xué)模式，首先教師教授基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生通過(guò)構(gòu)思繪制圖紙，后設(shè)計(jì)模型最終制作成品，這樣的過(guò)程如非到最后制作成品的一步，其他人很難直觀理解設(shè)計(jì)的理念，且這種教學(xué)模式的周期過(guò)長(zhǎng)，學(xué)生需要許多次的經(jīng)驗(yàn)積累才能夠具有燈具設(shè)計(jì)的能力，傳統(tǒng)燈具設(shè)計(jì)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前更新?lián)Q代快速的市場(chǎng)情況。

當(dāng)前，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展燈具設(shè)計(jì)的工藝越來(lái)越復(fù)雜，單純依靠傳統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到工業(yè)工藝的需求，傳統(tǒng)模式下的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)模式中不能夠?yàn)閷W(xué)生提供模擬創(chuàng)意效果并進(jìn)行修改的途徑，一方面來(lái)傳統(tǒng)模式鍛煉了學(xué)生的空間思維能力和想象力，但另一方面也提升了燈具設(shè)計(jì)師的入門門檻。3D打印技術(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以模擬材質(zhì)效果及環(huán)境應(yīng)用，著在傳統(tǒng)燈具教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，影響學(xué)生對(duì)于燈具實(shí)際應(yīng)用的理解。

3D打印技術(shù)原理特點(diǎn)及在燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)是通過(guò)三維造型軟件的設(shè)計(jì)或直接掃描對(duì)某一物體在電腦中形成三維形象后，與3D打印機(jī)連接并制作出來(lái)模型或工業(yè)零件的技術(shù)。3D打印技術(shù)可以在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)物體模型的形態(tài)進(jìn)行修改，有較強(qiáng)交互性。3D打印技術(shù)從狹義上來(lái)說(shuō)主要是指增材制造技術(shù)，從成型工藝上來(lái)看，3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)成型方法限制，通過(guò)快速自動(dòng)成型系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型相結(jié)合，無(wú)需任何附加的工藝模具制造和機(jī)械加工就能制造出各種形狀復(fù)雜的原型，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期大大縮短，生產(chǎn)成本大幅下降。

3D打印技術(shù)的工作原理是對(duì)電腦中的三維模型進(jìn)行分析、切割，獲得數(shù)碼塑形所需要的每一層的具體數(shù)據(jù)，后在根據(jù)所得數(shù)據(jù)逐層打印噴涂所得零件，由于數(shù)據(jù)為逐層獲得，普通民用3D打印機(jī)所打印出來(lái)的零件都會(huì)有不均勻的截面橫紋，需要人工或機(jī)械進(jìn)行打磨，并將零部件拼接、粘連組裝。因此3D打印技術(shù)是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的一大革命，一方面3D打印縮短了制造流程，3D打印技術(shù)最大的特點(diǎn)就是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線的顛覆，傳統(tǒng)生產(chǎn)線上對(duì)零件的生產(chǎn)往往會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品的塑形而產(chǎn)生大量原材料的浪費(fèi)，而3D打印技術(shù)因其預(yù)先進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)，在打印過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的材料浪費(fèi)，大大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。另一方面也是理念的顛覆，將產(chǎn)品的生產(chǎn)與生產(chǎn)線的存在剝離開(kāi)來(lái)，產(chǎn)品從創(chuàng)意到成型只需數(shù)個(gè)步驟。例如一個(gè)創(chuàng)意弧形燈罩的制作只需在電腦中設(shè)計(jì)出弧形燈罩的的三維模型后，連接3D打印機(jī)后安裝所需材料粉末及粘合劑，等待噴涂成型即可，無(wú)需繁瑣的生產(chǎn)線工序。另一方面也減少了重復(fù)勞動(dòng)的人工成本，是推動(dòng)制造業(yè)快速發(fā)展的一大先驅(qū)技術(shù)力量。

目前工業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)普遍引入了三維軟件來(lái)輔助教學(xué)，燈具設(shè)計(jì)教學(xué)亦是如此，由于燈具這一產(chǎn)品類別在形態(tài)上較小，因此引入3D打印技術(shù)進(jìn)入教學(xué)不存在技術(shù)上的難度。當(dāng)前3D打印所能夠使用的材料質(zhì)地為金屬材料和塑料材料、樹(shù)脂材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等等，已能夠滿足教學(xué)的基本實(shí)踐需求。特別是PA材料和PC材料是燈具教學(xué)設(shè)計(jì)中3D打印最為常用的材料，原因在于PA材料有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和彈性，對(duì)于創(chuàng)意燈具設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，而PC材料則有較強(qiáng)的硬度和物理穩(wěn)定性。

燈具設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用3D打印技術(shù)的途徑

隨著人們對(duì)新事物探索進(jìn)程的不斷推進(jìn)，3D打印技術(shù)所應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，從傳統(tǒng)工業(yè)到航天科技，從建筑設(shè)計(jì)到日常飲食，3D打印技術(shù)在不斷完善，而將3D打印技術(shù)引入燈具設(shè)計(jì)教學(xué)，運(yùn)用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)輔助燈具設(shè)計(jì)教學(xué)，是對(duì)3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，也是對(duì)燈具設(shè)計(jì)教育教學(xué)模式的創(chuàng)新。

3D打印技術(shù)作為一種新興的理念、技術(shù)應(yīng)用于課堂后可以提升學(xué)生對(duì)于課堂的興趣，教師可以引導(dǎo)學(xué)生興趣完成課堂教學(xué)內(nèi)容，從課堂的整體氣氛來(lái)看，通過(guò)引入學(xué)生所不熟悉甚至聞所未聞的3D打印技術(shù)，可將學(xué)生的被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索式學(xué)習(xí)。如在課堂中可邀請(qǐng)學(xué)生作為助手完成3D打印操作的實(shí)踐，或可將3D打印實(shí)踐作為一定時(shí)期內(nèi)的分組探索設(shè)計(jì)活動(dòng)，以小組為單位在實(shí)驗(yàn)室完成3D打印操作。

在傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，燈具設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生較少有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)作品也通常僅為圖紙而已，而引入3D打印技術(shù)之后，學(xué)生可以有更多地實(shí)踐機(jī)會(huì)，運(yùn)用3D打印機(jī)來(lái)完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并以實(shí)物的形式驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的現(xiàn)實(shí)可行性，且成本較低。例如學(xué)生在課余時(shí)間用三維圖形軟件所設(shè)計(jì)制作的燈具模型在與指導(dǎo)教師交流修改后，可用3D打印機(jī)制作樣品，并進(jìn)行初步試驗(yàn)、調(diào)試就是實(shí)踐的一組流程，而學(xué)生對(duì)于實(shí)踐結(jié)果的期待也促生了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

3D打印技術(shù)的引入還可以作為教學(xué)工具來(lái)應(yīng)用，燈具的設(shè)計(jì)不僅僅是造型的設(shè)計(jì)，還需要學(xué)生理解到內(nèi)部的構(gòu)造原理，從而通過(guò)創(chuàng)意來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，而傳統(tǒng)的方式往往不夠直觀，通過(guò)3D打印技術(shù)教師可以將所需零件現(xiàn)場(chǎng)講解、設(shè)計(jì)、打印、拼接，讓學(xué)生理解更加直觀，不僅僅從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)上刺激學(xué)生記憶，還可以從觸覺(jué)方面優(yōu)化學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。作為教學(xué)工具，3D打印技術(shù)還可以為學(xué)生演示多方面多層次的靈感優(yōu)化，如掃描某一樹(shù)枝的形態(tài)并做修改后打印，作為燈體的支架，讓學(xué)生領(lǐng)悟到創(chuàng)意的多樣化和自然界的神奇多變。

3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)的意義

目前我國(guó)的3D打印技術(shù)還處于起步階段，所能夠應(yīng)用的打印材料種類較少，而3D打印機(jī)由于精度的不同和應(yīng)用環(huán)境的不同，設(shè)備的大小及價(jià)格都存在懸殊的差異。由于空間限制能夠應(yīng)用在課堂教學(xué)中的3D打印機(jī)的材料種類則更更少，且性能精度也相對(duì)更低，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，3D打印技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)中有著重要的意義。

首先，運(yùn)用3D打印技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中可以提升學(xué)生的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)。燈具設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的綜合性，兼具了工業(yè)設(shè)計(jì)與藝術(shù)設(shè)計(jì)的諸多特性，作為家居飾品的一個(gè)重大類別，燈具設(shè)計(jì)還涉及了家具軟裝的相關(guān)理論，因此學(xué)生所要掌握的基礎(chǔ)理論十分龐雜，而通過(guò)3D打印機(jī)的教學(xué)實(shí)踐則可以很好地關(guān)聯(lián)所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)。例如想要獲得一個(gè)3D打印的底座，需要在圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)，弧度、高低差、大小既要符合人體工程學(xué)要求，還要符合美學(xué)要求，這個(gè)過(guò)程就是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)意的雜糅，將設(shè)計(jì)圖變?yōu)槿S模型也需要學(xué)生對(duì)軟件的基礎(chǔ)功能進(jìn)行反復(fù)操作，才能雕琢出與圖紙相符的三維模型，同時(shí)將圖形變?yōu)?D打印的模型，學(xué)生需要對(duì)自身的模型有充分的了解，在了解的過(guò)程中學(xué)生通過(guò)鞏固知識(shí)和查閱資料夯實(shí)了自身的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)，而設(shè)計(jì)過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題也能夠進(jìn)一步鞏固學(xué)生的理論知識(shí)。

相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，應(yīng)用了3D打印技術(shù)的教學(xué)模式可以在教學(xué)過(guò)程中提升學(xué)生的實(shí)踐能力。傳統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生所能夠接觸到的往往是教師的理論知識(shí)和二維平面圖形，對(duì)于實(shí)際的燈具設(shè)計(jì)停留在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)領(lǐng)域，學(xué)生對(duì)于燈具的外形原理及內(nèi)部構(gòu)造都沒(méi)有直觀的理解，設(shè)計(jì)實(shí)踐難免紙上談兵，而引入了3D打印技術(shù)之后，學(xué)生可以不斷通過(guò)實(shí)踐突破自身的設(shè)計(jì)，在實(shí)踐過(guò)程中優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)甚至優(yōu)化創(chuàng)意。

引入3D打印的燈具設(shè)計(jì)教學(xué)模式也能夠提升學(xué)生創(chuàng)意的商業(yè)轉(zhuǎn)化率，提升學(xué)生設(shè)計(jì)與企業(yè)需求的銜接程度。學(xué)生在進(jìn)入學(xué)校學(xué)習(xí)后不可避免的最初的設(shè)計(jì)往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商業(yè)化的能力，但通過(guò)接觸3D打印技術(shù)的實(shí)踐之后，學(xué)生的理論水平和創(chuàng)意設(shè)計(jì)能留都將會(huì)有很大的提升，所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品則有較強(qiáng)的獨(dú)立性和創(chuàng)意自主性，具備了與企業(yè)接洽的基本能力，學(xué)生通過(guò)3D打印將自身最優(yōu)設(shè)計(jì)展示出來(lái)，學(xué)生在大學(xué)期間所積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于畢業(yè)后進(jìn)入企業(yè)也有著重要的作用。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的3D打印技術(shù)雖然剛進(jìn)入起步階段，但各領(lǐng)域所獲得的成果十分喜人，在教育領(lǐng)域，3D打印設(shè)備也在逐步應(yīng)用，在燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)還能夠提升學(xué)生的實(shí)踐能力。隨著電子技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)能夠有更多類型的3D打印設(shè)備和材料能夠進(jìn)入課堂為教學(xué)服務(wù)。

（作者單位：武漢交通職業(yè)學(xué)院）

基金項(xiàng)目：

產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)中傳統(tǒng)工藝的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用--以燈飾設(shè)計(jì)的項(xiàng)目式教學(xué)為例。武漢交通職業(yè)學(xué)院一般項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào) ：Y2015006。

劉昊（1976-）男，研究生，講師，研究方向：設(shè)計(jì)學(xué)理論研究，工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐與理論研究。