工業設計中的3D打印技術初探

鄧朝廣

（成都職業技術學院，四川 成都 610000）

3D 打印技術于21 世紀開始進入人們的眼球，并迅速發展，以其低廉的成本與極高的效率深受現實生活中人們的喜愛。3D打印機技術漸趨流行成為當前消費者的熱門選擇。3D 打印技術給我們帶來更為便利的生活方式，讓人們對未來的生活充滿希望，同時3D 打印技術在工業設計中也存在諸多問題，我們需要去了解、去發展、去改進、解決其中存在的問題。

1 3D 打印技術的概念

3D 打印技術又名增材制造，是一種通過數字三維模型構建，運用各種特殊材料，通過3D 打印機按照設計的數字三維模型打印實物的技術。3D 打印技術常在工業設計、模型制造、零件開發等諸多領域被廣泛應用，是當今社會發展最具前景的技術之一，3D 打印技術當前的發展也存在很多難題，其中也存在機遇與挑戰，也是諸多設計與制造企業的最佳技術選擇。

2 3D 打印技術的發展歷程

3D 打印技術出現于20 世紀90 年代中期，美國科學家Charles Hull 開發了世界第一臺3D 印刷機，3D 印刷技術面世，在此基礎上，1995 年，美國ZCorp 公司從麻省理工學院獲取專利授權并開發出了世界第一臺3D 打印機，至此3D 打印機開始登上歷史的舞臺。十年之后，第一臺色彩清晰的3D 打印機也由該公司研發問世，自此3D 打印技術開始逐漸火熱，越來越多的人了解到3D 打印技術，同時3D 打印也得到了快速發展。例如，3D 打印制造的汽車Urbee 汽車、巧克力、比基尼、飛機等。2018年美國3D 打印槍支合法化。2012 年3D 打印技術人造肝臟細胞現世，2019 年人造器官進一步發展，以色列特拉維夫大學研究人員以病人自身的組織為原材料，3D 打印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬首例。可以被稱為醫學史上重大進步。3D 打印技術在現代社會起著越來越重要的作用，也越來越深入人們生活，使人們的生活更加方便與快捷。

3 3D 打印技術在工業設計中的應用

3.1 3D 打印技術用于模具、零件制造

一般的模具和零件，工業上要求其要精細。而對于過去傳統的制造技術，生產周期長、精度與成本不能兼容等一系列問題突出。導致產品精度低，質量有偏差，生產效率低下。而應用3D打印技術完全可以解決這些問題。3D 打印技術速度快、精度高、成本低、節省勞動力，并且可提高產品的質量及生產效率，在工業生產發展中被重視，逐步取代傳統技術及設備。

3.2 3D 打印技術用于批量生產

傳統工業生產勞動力占主導，時間成本、勞動力成本、材料成本占比較高，同時生產力低下、工作效率低、員工積極性不高、存在諸多矛盾與問題。相比于傳統工業，3D 打印技術具有生產速度便捷、時間周期短等優點，通過批量生產，利用自身優勢解除傳統工業對時間、工期限制、降低時間成本、從而增加工業收入、提高工業生產效率、解決工業生產效率等問題。同時減少勞動力投入、減少勞動成本占比、降低總成本，使工業發展更加便捷。

3.3 3D 打印技術用于產品制造

在三維設計技術快速發展的背景下，工業設計中往往需要通過三維設計軟件進行設計產品，而3D 打印技術的出現使得3D 打印機成為了檢驗設計的重要工具，不同設計師可以設計各種不同的產品，并通過3D 打印機定制自己與眾不同的設計靈感產品，方便了設計師們的創作，縮短了創造到成品之間冗雜的過程，使設計師更快地發現自己創作的優點與缺點，使工業生產中的新產品可以適時改進。設計師們可以設計更精密、成本更低的產品，而且加上三維設計軟件的廣泛應用，3D 打印機的運用、操作更加簡單，為新產品的創作與成形節省更多的時間，使設計師安心創作、大膽創作、方便創作。除此之外，高精度的產品方便了設計師們為精細的創作與創作欲望，減少因精度不夠而導致的產品問題，從而降低設計師設計的失誤率，增加設計師們設計的信心。

4 3D 打印技術在工業設計中的影響

4.1 3D 打印技術革新了傳統創作方式

3D 打印技術出現之前，傳統的設計受產品的生產、組裝等工藝制約，使得設計師的創造力、想象力受到束縛。而隨著3D打印技術的發展與成熟，結構與外觀再復雜的產品也能破除生產組裝等限制通過3D 打印機打印出來。如此，設計師們可以將精力完全集中在產品的外觀創意和功能創新上，使產品的設計多元化、結構更一體化，使用人性化趨勢逐漸顯現，在其技術、經濟、美學、環境、人機等屬性因素中，人機屬性和美學屬性因素所占的比例得到提高。傳統工業設計全部依靠傳統的大批量的生產制造方式，因此便需要一個準確的模型進行制作。即便是對于過去的個性化設計也只是在原本模型的范圍內加以改變和創新。因此設計者的靈感被束縛。使用者的體驗與感受得不到照顧。在不同的環境之中，單一的模型不能完全滿足需要，使得使用者對產品適用性的懷疑，與體驗感差的評價。例如傳統的鼠標設計方式，使用者只能去習慣適應鼠標的大小、滑動的順滑度、點擊鼠標的聲音等這些固有規格。而3D 打印技術則是根據使用者的手掌大小、個人需求等設計定制出與之相適應的產品。3D 打印技術更加人性化地解決了人們個性化需求與實物體驗之間的矛盾。3D 打印技術的個性可定制化，讓人們有了真正的優質體驗。

4.2 3D 打印技術對產業的影響

對于傳統工業設計，設計與制造相分離，互不依賴，原因在于過去生產方式古板，需要大量手工配合，從而設計師不生產，工人不設計，設計與生產互相分離互不關聯。自3D 打印技術的出現，專業設計師對于傳統手業的生產依賴性減少，因為3D 打印技術的出現，手工方式生產已遠遠落后，而3D 打印技術對手工的低要求，恰恰成為了設計師自主設計、自主制造完全不需要與其他手工勞動者相綁定。一些具有創新能力的設計師完全可以獨立自我創新，改變傳統生產方式，取代手工的低效率生產，一些具有設計思維的消費者也可能利用新型3D 打印技實現個性化產品定制需求。

4.3 3D 打印技術對工業流程及成本的影響

3D 打印技術的出現，使工業流程得到精簡，原本幾個生產線的工作量現在一臺3D 打印機便可取締，在實際生產中，無論多精密的儀器都會有誤差，所以，對于正常的工業生產，所用的流程越多，流程越復雜，材料損耗也就會越多。成本也就得不到有效控制。傳統的工業設計中，生產的過程需要繁瑣的程序，有時一個產品需要分成多個部件再進行組裝。在傳統生產線的生產中，所用的材料得不到有效控制，生產成本也就得不到有效控制。同時生產流程不僅會導致生產周期長、材料損失多，甚至會造成環境污染。除此之外，還有各生產線維修維護成本等都會使成本總量增加。然而3D 打印技術完全不用擔心這些問題，3D打印技術以其便捷的打印方式，強大的打印能力將設計的產品完美的展現出來，設計與制造的成本也得到了有效控制。

結束語

綜上所述，3D 打印技術相比傳統工業設計與制造有著巨大優勢，它的出現將擁有改變工業設計格局的潛能。3D 打印技術的應用可降低成本、提升產品質量，提高工作效率、改善用戶體驗、為社會各業帶來更多的經濟價值。對社會各業的發展有著十分重要的意義。盡管3D 打印技術并不完美，還存在較多的問題，相信在社會各業積極探究與應用下，3D 打印技術中目前存在的問題會迎刃而解。