基于3D打印技術的包裝容器設計研究護花春泥

肖婕

[摘要]近年來，3D打印技術的逐漸完善，使得3D打印技術在產品包裝設計等行業(yè)也得到了應用，在包裝行業(yè)中，3D打印技術更多用于設計流程中的容器造型構建階段。

[關鍵詞]3D打印設計 包裝容器 個性化定制

由于制造方式的改變，3D打印技術可以制造出傳統(tǒng)成型方式難以制造的形態(tài)和結構，同時在改變產品的過程中不增加額外的成本，相比較而言，3D打印設備的成本也遠低于傳統(tǒng)的制作設備。隨著社會的進步和科技的發(fā)展，3D打印在產品設計、建筑設計、電影、動漫等眾多領域得到廣泛應用。

一、3D打印技術的發(fā)展

3D打印技術是快速成型技術（Rapid Prototype，簡稱RP）的一種，它通過設計圖紙，使用打印機內的各種原材料，采用分層加工，疊加成型方式來“造型”，進而構造出客觀的實物。3D打印技術為包裝設計創(chuàng)新和設計理念實現提供了很大的發(fā)展空間。

（一）3D打印技術原理

3D打印技術基于原料噴射成型原理的技術，與噴墨打印機的工作原理相類似。目前主要有2種工藝原理。第一種工藝其原理是先有儲存打印材料，由儲存桶送出一定量的原材料粉末，并用滾筒在加工平臺上將粉末推成薄薄的一層；接著通過打印頭噴出粘合劑，并依照電腦模型橫截面獲得的二維切片形狀使粉末快速固化，完成一層加工平臺自動下降一點，重復循環(huán)直到完成；最后只需掃除未固化的外層粉末就可得到想要的試題模型。這種技術的特點是成型速度快，制作成本低，打印時每層厚度越薄則分辨率越高，實體模型就越精細。

第二種工藝是基于熔融沉積制造技術。原理是把CAD生成的模型數據導入3D打印機的控制軟件，自動生成支撐材料和加熱噴頭運動路徑，完成后加熱噴頭會在計算機的控制下，根據產品零件的截面輪廓信息做平面運動。加熱噴頭將熱塑性絲狀材料加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓在相應工作平臺上，每次冷卻后平臺會形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓，然后工作臺會下降一定高度進行下一層的融覆，通過多層堆疊來形成三維實體。這種成型工藝不會產生有毒氣體和化學污染，在汽車、機械制造等行業(yè)中應用最為廣泛。

（二）3D打印技術的實用價值

在包裝工業(yè)中，3D打印技術廣泛用于設計流程中的原型構建階段，3D打印技術為小規(guī)模的產品定制和概念化發(fā)展創(chuàng)新提供了巨大潛力。3D打印技術的操作簡便，人員一學就會，這就為3D打印技術在行業(yè)的深入滲透提供巨大空間。與此同時，3D打印技術為包裝設計提供了概念驗證的可能性，一旦包裝設計有了設計手稿和設計切片，3D打印技術就能把設計圖紙上的二維設計轉化為實實在在的三維客觀實物，這大大縮短了設計實現的時間跨度。

二、3D打印技術在包裝容器設計上的創(chuàng)新

（一）個性化定制

包裝產品定制能夠滿足消費者的個性化需求。現代人希望在購買的過程中能夠獲得更多個性化的體驗，享受獨一無二的服務，如定制性容器包裝設計對一些有特殊要求的顧客而言顯得尤為重要。容器包裝設計除了要符合顧客的基本需求外，還要具有獨特的設計風格，不論是造型還是材質的選擇。

以禮品包裝為例，現今市場上禮品包裝絕大多數都是批量生產的產品結構穩(wěn)定、自動化程度高、生產效率高、生產成本低，但是缺點也相當明顯，大批量生產以犧牲產品的多樣性為代價，生產線的初始投人大，建設周期長，無法適應變化愈來愈快的市場需求和激烈的競爭。3D打印技術由于自身逐層打印的特點可以打印一些復雜的造型，它為情感化、個性化的禮品包裝定制設計提供了平臺。

3D打印技術能夠解決其中的一些問題，可根據顧客的需要通過計算機輔助軟件Auto CAD進行三維模具的繪制一個概念或者包裝的CAD文件。一旦這個包裝可以進行打印時，tRtt師會提供一個彩色縮略圖，這樣可以讓產品在打印之前有一個可視化的圖像，如需修改，便可直接在計算機軟件中對設計方案進行修改，在取得設計師和客戶雙方滿意的效果后，即可通過3D打印機制作。3D打印可以使包裝原型實現快速生成和調整，為公司大大節(jié)約了時間和資金投入。Auto CAD屬于設計類專業(yè)學生的必修軟件，即便是非專業(yè)人士也可學習該軟件，因此該方面的技術人員充裕。由于3D打印技術不斷提高，可使用材料種類呈多元化發(fā)展，3D打印技術的應用范圍越來越廣泛，如出現食品級打印機。3D打印技術的出現，不僅滿足人們對個性化產品的需求，量身定制，而且還大大提高生產效率，降低了成本。因此3D打印技術適合制造個性化需求較高，生產周期短的包裝容器。

（二）使包裝容器設計更生態(tài)環(huán)保

3D打印技術的發(fā)展，使得容器包裝設計更加生態(tài)環(huán)保，主要體現在節(jié)約資源、保護環(huán)境、循環(huán)利用等方面。商品社會的迅速發(fā)展導致容器包裝材料的浪費，很多包裝都是一次性使用，不會被人們保留使用，還有一些容器包裝回收利用率極低，或者在生產加工過程中產生有害氣體，對環(huán)境造成污染。因此，正確、有效利用資源設計容器包裝就顯得尤為重要。如3D打印常用的材料聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。PLA的應用，體現了經濟生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

同時，3D打印技術大大提高了材料使用率，通過電腦可精確地計算出所打印產品的材料使用量，避免了材料的浪費；3D打印出的產品回收后可通過技術手段使其恢復打印前的原材料狀態(tài)，材料可再次使用，并且，除前期的人為設計制圖外，在整個打印過程中，極少需要人工的參與，大大節(jié)約了人力資源。

除此之外，由于3D打印技術可實現復雜、精美的設計方案，所以容器包裝設計可實現“一物多用”。造型的特殊性不僅可滿足人們對容器包裝的基本要求，更能增強人們的節(jié)能環(huán)保意識，甚至可以讓人們保留容器包裝循環(huán)使用，使容器包裝不再是一次性產品。生態(tài)環(huán)保的容器包裝設計取決于設計的實施手段和材料、技術的運用。

三、3D打印技術應用在包裝容器設計上的優(yōu)勢

（一）3D打印縮短了包裝設計到成型的周期

3D打印由于能夠快速一體成型、精度高、適用于非標準件的成型等特點，而被包裝設計公司所青睞。設計師可以更注重其產品的開發(fā)和生產，利用三維CAD軟件確保設計的高效性和精確性，快速而簡化的模型制作，優(yōu)化包裝容器設計的初稿篩選、內部測評等過程，產品設計周期縮短了50%。

（二）3D打印開拓了設計師的想象空間

由于3D打印技術理論上的技術特性，3D打印機識別到片層界面，并完成文件輸出。截面是由多個三角形面來模擬所設計的物品的表面形態(tài)，三角形面越小，物體打印的越精細。這種特性將設計師的一切創(chuàng)意打印成現實成為一種可能，更多的創(chuàng)意不僅僅局限于圖紙或設計師的腦海中，更是給予了設計師一個更為廣闊或可行的創(chuàng)意呈現平臺，一切皆有可能。

（三）3D打印節(jié)省包裝設計研發(fā)的成本

新產品投放市場之前，開發(fā)一副模具費用極高，幾十萬甚至幾百萬，而產品在市場中都是以最新的速度更新換代，如果新產品生產出來以后，銷售低迷，則得不償失，加重企業(yè)的經濟負擔，但是利用3D打印技術，可以把產品先研發(fā)出來，如果該產品符合生產技術要求和市場需求，再進行模具開發(fā)，并進行進一步批量生產。由此可見，3D打印技術和傳統(tǒng)模具制造技術優(yōu)勢可以實現相互補充，降低了企業(yè)因開模不當造成的不必要損失和風險。3D打印包裝產品也可以遠程傳輸文件并異地打印，減少運輸費用。3D打印的出現其意義除了在研制速度上具有優(yōu)勢外，還可以直接加工出特殊、復雜的形狀，簡化裝備的結構設計，化解技術難題，實現關鍵性能的趕超；可以形成新的經濟增長點，促進就業(yè)隨著3D打印的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產模式。

3D打印技術是一種新興的高科技技術，隨著3D打印的逐步深入，在一定程度上改善包裝產業(yè)結構，使包裝工業(yè)向多元化發(fā)展。并且，節(jié)省了原材料的使用量，便于回收利用，利于環(huán)境友好生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展，有助于推進綠色、創(chuàng)新、共贏的經濟模式發(fā)展。

3D打印技術在包裝材料的研發(fā)、包裝容器的設計以及整個包裝產業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用。隨著3D打印的日益成熟，結合一定創(chuàng)新性的包裝材料及容器，以多功能化、多樣化、多元化的進程發(fā)展，并且包裝更加節(jié)能環(huán)保。3D打印技術給容器包裝設計提供的具有高效、便捷、多樣、材料無線組合、設計空間無限等優(yōu)勢，是其它同類包裝制造技術無法比擬的，3D打印技術在未來的包裝產業(yè)中，必有它的一片天地。

（責任編輯：曉芳）