3D打印技術在環境設計專業中的應用研究

榮明芹

摘 要 文章通過對3D打印技術的介紹，從環境設計專業的實際出發，分析了將3D打印技術應用在環境設計專業中的重要性，進一步探討環境設計專業建設3D打印技術教學平臺的意義。

關鍵詞 3D打印;環境設計;創新

前言

近年來，3D打印慢慢地走進我們的生活，它正在悄然的改變我們的生產、生活方式，從小學到中學再到大學，也陸續開始設置一些學習3D打印知識的課程。我國2014年在上海舉辦的國際3D打印制造展覽會上，相關領域專家深入地闡述制造業由“制造”到“智造”的蛻變，這項技術推動了第三次工業革命進程。目前，3D打印技術已經廣泛地應用于軍事、建筑、醫療、教育等各行各業中。有多個國家和地區將3D打印技術應用到高校的教育科研當中，尤其是一些藝術類院校，他們積極建設3D打印實驗室，設置相關課程，以達到培養學生的3D打印技術能力的目的。3D打印技術能力的培養可以加強學生的科學素養和創新能力，有助于為社會儲備人才。

13D打印技術概述

3D打印技術是一種數字化增材制造技術，是全球制造業迅速發展的一項新技術，有人將它稱為改變制造方式，降低制造成本，具有革命意義的工業制造技術。3D打印技術的工作原理是：先通過掃描儀對要打印的實物進行掃描，或者用計算機制作出想要打印的三維模型;再將建好的模型劃分成切片，用粉末狀的金屬或塑料等材料通過3D打印機逐層的將模型打印成型。最終將模型變成實體。3D打印機在打印的過程中省略了原胚和模具，它能通過讀取計算機中的數據，利用疊加材料的方法打印出任何形狀的物體，大大簡化了產品制造過程中繁復的程序，縮短了產品制造的時間，同時可以提高產品的生產效率，降低產品的制造成本。3D打印技術體現了傳統制造技術與新材料的完美結合，帶給我們的是制造業生產模式的變革和我們人類生活方式的改變[1]。

3D打印的類型及對應原材料主要包括以下三種：第一種是熔融沉積型。這種類型是利用高溫將材料融化成液態，通過噴嘴噴出，最后在立體空間上排列形成立體實物。熔融沉積型使用的原材料主要有聚丙烯、ABS鑄造石蠟等。第二種是噴墨沉積型，也被稱為黏合噴射、噴墨粉末打印。噴墨沉積型的打印方式類似于二維噴墨打印方式，它是通過把粉末黏結成整體的方法來制作零件，這種黏結的方式是通過噴頭噴出的黏結劑來完成的。第三種是分層實體制造，又稱為層疊成形法。這種制造方式一般以紙片、復合材料或金屬薄板為原料，結合疊加工藝，通過激光切割系統讀取計算機的數據，將材料切割成型。

23D打印技術與綠色制造

綠色制造，又稱為環境意識制造。綠色制造是一種綜合考慮環境影響和資源效益的現代化的制造模式，它要求產品的整個生命周期內要符合環境保護的要求，最大化的減少對生態環境的破壞，節約資源和能源，提高資源利用率，減少能源消耗。我國的制造業帶來的環境問題十分嚴重，綠色制造是我國制造業健康可持續發展的必然選擇。3D打印技術由于其特殊的制造方式，決定了它綠色制造的特點，無論從產品的設計、制造、運輸，還是到報廢處理，整個產品的生命周期實現了對資源的最大化利用，把對環境的負面影響降到最低[2]。

3D打印是一種綠色制造，其綠色制造的特點主要表現在以下幾個方面：第一，3D打印技術由于其工作原理，實現了材料的較低損耗，避免了傳統制造業因切削、成型等工序而需要的成本。3D打印技術中的原材料的回收利用率非常高，可達到百分之九十左右，實現對資源的高效利用，減少對資源的消耗，具有節能、環保的特點。第二，任何復雜的模型，利用3D打印技術都可以簡便地制造出來，大大減少了時間成本和技能成本。第三，3D打印技術可以將回收的原材料經過處理后直接轉換為打印的原材料，這是將傳統回收作業的復雜耗時的過程轉變為3D打印的過程，既節省了時間上的成本又提高了資源的利用率。2015年在蘇州，建筑師利用3D打印技術制造了一套別墅，其打印材料是建筑廢料加水泥、纖維、有機黏合劑等，不僅降低了建筑制造的成本，還實現了節省材料、節約能源、減少環境污染的目的。3D打印技術實現了產品生產過程中效率高、個性化、污染小、低能耗的要求，是名副其實的綠色制造，它將開創制造技術的新世界，引領我們進入制造行業的環保新時代。

33D打印技術在環境設計行業的應用現狀

隨著3D打印技術在各行各業的廣泛應用，環境設計師們也在充分利用該技術進行設計的探索和創新。設計師們通過3D打印的模型可以更加直觀地看到自己的設計作品，方便作品的創意和修改，也可以更加快捷地將作品提供給客戶觀看，同時，客戶也可以參與到作品的設計中，及時調整設計方案，這樣大大節省了雙方的時間和精力。3D打印材料的環保性、多樣性、可重復使用的特點不僅給環境設計師提供了很大的技術支持，而且一定程度上節省了社會資源，為社會的可持續發展提供幫助[3]。

國外的環境設計師在對3D打印技術的利用上是值得我們學習和借鑒的。荷蘭設計師Dirk Vander Koo的設計作品“無盡流淌”系列，其材料采用的是廢棄的冰箱的內槽，經過染色，用3D打印機打印出來的桌面和座椅好像無限循環的線條在空中流淌。System設計，利用3D打印制作出一組燈具，該組燈具的造型來源于樹葉的葉脈，當燈打開時，葉脈狀的光影投射在天花和墻面上，讓人仿佛置身于一片大自然的森林當中?！癏abitatimprim6”是設計師利用3D打印技術制造出來的僅15平方米的居住空間。該空間充分對空間的利用率和家具布置的形式進行考慮，設計出不同厚度的墻體，強調空間的靈動性。這種空間或許會成為單身公寓的另一種居住模式。在倫敦市中心的StrandGallery展出的miniature是由來自英國、澳大利亞及韓國的設計師用3D打印的園林景觀，設計師們打破傳統的手工景觀模型，利用3D打印將一些手工無法完成的復雜模型變成現實，其目的正是想要通過3D打印技術進行設計的探索和創新。中國南京博物館與荷蘭DeNieuweKerk博物館合作，運用3D打印技術將北京故宮建筑以1：300的比例打印出來，在荷蘭DeNieuweKerk博物館進行展示。參觀者們可以清晰地觀賞到故宮的每一個建筑，體會到故宮建筑的輝煌和獨特。

4建設環境設計專業的3D打印技術教學平臺

目前，已有越來越多的設計行業和有設計專業的高校開始對該項技術引起重視。多所高校紛紛推進3D打印技術教學平臺，建設專用的3D打印實驗室，把3D打印相關技術融入課程設計當中。3D打印教學平臺包括用戶管理、3D打印教學專區、交流答疑以及模型庫。通過3D打印教學平臺可以將理論教學與實驗教學結合。在傳統的授課模式中，往往是教師是主體地位，學生處于被動學習的狀態，3D打印教學平臺將會改變這一現象。在教學過程中，教師可以將那些枯燥的難理解的理論知識與3D打印模型試驗過程相結合，把抽象的東西轉換為立體的東西，將原理形象化，這樣可以提高學生的學習主動性，培養學生的邏輯思維能力。教師可以將每個課程任務設置成引入問題、理論知識介紹、理論和實踐結合、發揮創意設計四個步驟，引導學生自主探索，進行設計創新實踐[4]。

環境設計專業的核心課程主要包括居室設計、商業空間設計、辦公空間設計、展示設計、景觀與原理設計等，這類專題設計課程多采用項目化教學模式，由教師進行項目任務下達，學生根據老師的要求進行項目的方案設計，在此過程中，學生需要不斷地對設計方案進行修改和優化，學生傳統的學習方式是通過手繪或者電腦的方式繪制效果圖，通過效果圖對設計方案進行評價和修改，整個過程學生都無法直觀地、立體地感受到自己的設計作品。有了3D打印技術，學生就可以把自己的設計方案轉化為作品，可以更加直觀地對作品進行評價。傳統的手工模型也可以較直觀地反映設計作品，但與手工制作模型相比，3D打印可減少在制作過程中因測量切割而產生的誤差及安全問題，避免制作出來的作品粗糙，重要的是還根據教師的修改意見，隨時進行調整和改進，避免浪費時間在無用工作上。有了該項技術幫助，學生們會增強自身的學習積極性與創新意識。

以環境設計專業中的一門對實際動手能力要求較高的家具設計課程為例。學生需要根據要求先用設計軟件將家具設計好，在把設計好的文件轉換為3D打印機通常能讀取的SLC、PLY等類型的文件格式，再對3D打印機根據家具的尺寸要求進行打印平臺參數設置，隨后便可自行打印。

在3D打印家具設計完成后，模型能夠自動設置為幾百個或者更多的三維裁片，根據家具的類別，先對特殊部件進行獨立打印，對具有特殊效果的裁片采用3D打印技術，其他裁片采用以往的二維樣板。3D打印在家具設計中，使學生們可以更加深刻地體會到設計的可行性、經濟性、實用性因素，使設計作品更容易被市場接受。相信隨著3D打印技術的不斷優化，在環境設計專業中會有更多的教師、學生以及設計師選擇用3D打印技術表達創意，實現3D打印技術的實踐應用[5]。

5結束語

3D打印技術的多樣、高效、便捷等優勢為環境設計行業帶來了前所未有的體驗和驚喜，它已然成為環境設計師進行創意設計的輔助工具，可以減輕設計師的一部分勞動力，加快個性化、定制化時代的到來。同樣，3D打印技術教學平臺也為環境設計專業的學生提供一個高效的、快速的學習工具，它不僅激發了學生的學習興趣，而且培養了學生的團隊合作意識，讓學生在未來的職場中能快速進入專業設計師的角色。

參考文獻

[1] 陳登科.針對環境藝術設計中運用的3D打印材料的研究[J].工程技術研究，2017（6）：33-35.

[2] 陳娜芳.關于3D打印技術應用在環境藝術設計中的思考[J].美與時代（城市版），2015（5）：133-134.

[3] 王芳君，夏溢涵，鄧德儒.3D打印技術在室內設計中的應用[J].家具與室內裝飾，2014（8）：14-15.

[4] 楊茜婷，周峰越.3D打印技術在室內設計中的應用分析與展望[J].設計，2019，32（15）：140-141.

[5] 鄒蕓鸝.室內設計形態創新中3D打印技術的應用初探[J].現代裝飾（理論），2015（9）：44.

作者簡介

榮明芹（1978-），女，河南焦作人;畢業院校：南京林業大學，專業：設計藝術學，學歷：碩士，職稱：副教授，現就職單位：廣東培正學院，研究方向：環境設計。