3D打印技術在工業設計上的研究

王熠林 李姣靜

作者簡介：王熠林（1995—），男，本科，助理講師，研究方向為3D打印、數控技術。

摘 ?要：在社會不斷發展中科學技術在不斷發展與更新，3D打印技術是工業領域中的新型技術，運用3D打印技術能夠簡化創工業設計中煩瑣復雜的工作流程，降低企業的成本投入，提升企業工作效率，為工業設計工作提供了極大的便利與效益。在3D打印技術中運用3D軟件設計模型與數字技術進行結合，在原料打印機的支持下制作產品，3D打印技術常常應用于制作模具及工業設計環節，并在不斷研發中融入新產品開發與制作中。該文專門針對3D打印技術在工業設計上的應用進行研究，以供各界同仁進行參考。

關鍵詞：3D打印技術 ?工業設計 ?研究 ?工藝技術

中圖分類號： TB47 ?????????文獻標識碼：A ??????????文章編號：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the continuous development of society， science and technology are constantly developing and updating. 3D printing technology is a new technology in the industrial field. The use of 3D printing technology can simplify the cumbersome and complex workflow in creative industrial design， reduce the cost investment of enterprises， improve the work efficiency of enterprises， and provide great convenience and benefits for industrial design. In 3D printing technology， 3D software design model is combined with digital technology to make products with the support of raw material printer. 3D printing technology is often used in mold making and industrial design， and integrated into new product development and production in continuous R & D. This paper focuses on the application of 3D printing technology in industrial design for reference.

Key Words： 3D printing technology; Industrial design; Research; Process technology

在科學技術水平不斷發展與更新中，推動了3D打印技術的應用與發展，3D打印技術是一種快速成型的工業技術，具有生產成本低、高效率等多種優勢，為此深受各個行業與領域的關注，并在發展中被廣泛應用于各個行業領域中。在3D打印技術日益發展中，我國對其研究與應用也在逐步提升，并在教育、醫療、建筑、工業等領域都有涉獵，促進了3D打印技術的蓬勃發展。同時也提升了對3D打印技術的要求，令3D打印技術面臨創新的挑戰。

1 3D打印技術的特點

1.1 3D打印技術創新了工業制作方向

在工業生產中產品的設計與制作的實現主要依靠工藝技術，3D打印技術的應用改變了傳統工業設計與制作理念與方式，在工業設計中應用3D技術實現模型呈現，規避生產中可能遇到的一系列問題，只要具備三維軟件建模能力，就能夠將任何難以呈現的模型設計通過3D打印技術輕松呈現，在科學技術的更新發展中3D打印技術的印刷精度已經能夠精確到0.01 mm、分別率也達到了600 dpi，并且印刷的速度也有了大幅度提升[1]。

1.2 3D打印技術，可以提升企業生產效率

在工業生產中運用3D打印技術進行產品設計與生產，可以規避及其加工與模具生產中存在的一系列問題。可以運用三維軟件模型設計，生產與企業要求相符的產品，促進設計工作與生產環節一體化發展，在整個環節中節約了新品研發的時間，提高了生產效率，在3D打印技術下成型的產品與傳統模具生產的產品相比密度更加均勻、形態更加標準，可以有效提升企業的生產效益[2]。

1.3 3D打印技術具有不可預知的可能性

在科學技術不斷發展中，3D打印技術越發成熟并應用于多個行業與領域，人們通過電子商店就能夠購買到3D打印設備，操作過程也十分簡潔、方便。3D打印技術屬于新型技術其發展有待深切研究，有可能在未來的發展中就會實現人們能夠運用3D打印技術打印自己需要的產品。

1.4 3D打印材料具有多樣性

在3D打印技術的不斷發展中，其涉獵的領域十分廣闊，當前的3D打印技術能夠實現上百種原料的打印，包含了航天、建筑、醫療、玩具、珠寶等多個領域。這體現了3D打印材料的多樣化特點[3]。

2 3D打印技術在工業中的應用

3D打印技術是科學發展下的產物，其研發與應用改變了工業設計生產的方式與模式。3D打印技術已被廣泛應用到了產品設計、模具制作、珠寶設計、電子設計等工業設計環節中。3D打印技術在工業設計中的具體應用體現在以下層面。

2.1工業設計所需工具的制作

制造工業設計中包含了多種學科內容，是一項極富創造力的設計工作，在工業設計中設計師會事先了解生產中存在的問題，進而設計能夠解決生產問題的產品，根據工業生產需求進行自主研發與設計，用于輔助工業生產工作。這些工具的設計與制作就是依靠3D打印技術開完成，運用三維設計軟件對模型進行數據分析并打印制作，節約了產品設計與生產的時間。在此過程中，企業不需要花費額外的資金對產品進行購買與安裝，節約了企業的生產成本，通過3D打印技術完成的產品的設計與生產，優化了工業生產流程，令所設計的產品更加符合要求，優化了產品的設計與生產[4]。

2.2 個性化模具和功能原型的制作

在傳統工業生產與設計中，涉及多種零部件及生產模具，同時具有多種缺點，主要包括：工作時間相對較長、工作效率難以提升、生產成本過高、無法保證產品精準性，但是運用3D打印技術能夠解決以上全部問題，并且生產效率極高。

2.3 工業設計產品的批量生產

在3D打印技術快速發展中，技術在不斷更新，其中的成本隨著發展在不斷遞減，同時打印所花費的時間也在縮短，并且實現了多種原材料的打印，關于打印的方法也趨于多元化，與之前生產設計的產品相比較，生產效率、生產時間及生產成本都有了極大的提升。在3D打印技術的不斷發展中，技術不會受到時間、地點等限制，在運用3D打印技術進行生成時一旦出現問題能夠及時停止生產，在此環境中設計人員只需對模型進行修改便能繼續進行生產，運用3D打印技術設計的產品，能夠快速進入到生產環節，提升了生產效率節約了設計與修改的時間，同時降低了錯誤設計生產所帶來的風險，促進了工業批量設計產品的工作效率。

3 3D打印技術所帶來的機遇

在科學技術及網絡時代的快速發展中，我國未來的發展趨勢將會是智能化、大數據、人工智能及云技術等，是高科技發展的時代，同時也是提升了對工業設計的要求，令工業設計面臨極大的創新挑戰。科學發展是社會發展的原動力，科學技術的創新能夠推動我國的創新發展，其中3D打印技術就是科學發展下的新型技術，3D打印技術的研發與應用，為工業設計與生產提供了全新的發展方向。

3.1 設計靈感更加活躍

在傳統工業設計與生成中，由于工藝及技術的制約，導致大部分的工業設計師的靈感僅停留在思想層面，所以影響了工業設計現代化大發展。3D打印技術的研發與應用激發了工業設計時的創作靈感。在3D打印技術的應用中依靠電解沉積材料形成實體，改變了傳統生產模式，在工業生產中不再運用鑄造。切割、彎曲等傳統工藝技術。只要設計人員具備計算機應用方法，能夠熟練掌握三維建模軟件就能夠實現工業設計與生產。在3D打印技術中設計人員需要具備運用計算機將自身想法與理念呈現的能力，運用3D打印技術將腦海中設計的模型打印呈現，不需要設計人員了解工業生產中的數百種工藝技術與要求。3D打印技術與傳統技術有所不同，屬于額外的設計制造方式，設計師能夠在三維模型設計中進行大膽常識與實驗，不需要進行實際生產，同時在設計中能夠隨時對模型進行查看與驗證，讓設計師的設計靈感更加活躍[5]。例如：有位法國的工業設計師曾運用3D打印技術，設計及制作了固定桌子與椅子。如果單純依靠傳統工藝技術很明顯是無法實現設計與制作的。另外，該設計師還運用3D打印技術設計了一次性折疊椅，一次性折疊椅的所有折疊部分全部由3D打印技術所完成，沒有添加任何的零部件。

3.2 個性制定更容易

在傳統工業的設計與生產中主要關注產品的實用性要迎合大眾的多樣化需求，因此在設計中產品的風格有限，沒有重視到用戶的個性化需求。在社會不斷發展中人們的生活水平有了大幅度的提升，人們對產品有了更高的要求，產品市場也趨于多元化發展，雖然工業企業也在結合群眾的需求不斷調整生產模式，但是由于上產模式是以批量生產為基準，所以無法滿足用戶的個性化需求。而3D打印技術的應用與研發，實現了工業設計生產的個性化與智能化，促進了工業制造個性化發展，極大地滿足了當前社會發展對工業技術的需求，用戶能夠通過3D打印技術運用簡潔的方式及低廉的成本購置到適合自身的產品，推動了工業設計與生產的個性化發展。

3.3 產品開發周期更短

在工業生產中用戶十分關注新產品的更新速度，新產品的更新速度也是企業獲取利潤的有效途徑，假如新型產品在設計與生產中花費的時間越長，也就代表其利潤點就越低。因此，應在產品設計與生產環節中節約時間，提升新產品的上市速度，以此提升企業的利潤。而運用3D打印技術進行產品設計與生產能夠有效提升設計與生產的時間，應用3D打印技術設計與生產，相對比傳統設計生產的效益高出3倍，還能獨立完成完善產品設計流程。

3.4 產品風險更低

在工業生產中企業常常會儲備大量的庫存，為了滿足用戶的需求，但是計劃永遠趕不上變化。在企業中常會出現庫存過多，導致供大于求，對企業造成經濟損失。而運用3D打印技術進行設計與生產時，只要設計模型保存在電腦中，產品就能通過3D打印技術進行隨時生產，生產數量也可根據需求隨意修改。在3D打印技術的應用中工業企業能夠實現零庫存，企業完全不必提前積攢庫存，在訂單產生時進行隨機生產即可。3D打印技術的應用對新型公司的成立有極大的益處，有效控制了產品生產的成本，降低了企業的風險因素。

4 3D打印技術帶來的挑戰

3D打印技術的應用與發展，為我國工業生產帶來了挑戰，同時也提供了創新發展的機遇，因此工業企業要想在社會轉型中取得一席之地，應抓住機遇迎難而上，不斷吸取經驗，促進工業企業穩步前行。

4.1 工業設計服務模式的挑戰

在3D打印技術不斷應用與發展中，推動了工業設計與生產的改革，在工業生產中批量生產與單量生產的成本近乎一致，預示了大規模生產已經成為了過去式發展形式。我國工業設計與生產的未來發展趨勢將會由密集生產轉變為分散生產。在此環境中，應對工業設計生產服務模式進行創新，滿足當前社會發展需求。我國工業制造企業，應把握先機，對工業設計生產服務模式進行改革，提升自身的市場競爭力，促進工業企業轉型發展。

4.2 知識產權重新界定與保護

在科學化發展中產品一旦能夠通過數字信息進行呈現，就會提升產品被仿制與復制的風險，更多的企業會應用3D打印技術在市場中推行一樣的產品，因此需要對知識產權進行重新定義與保護。另外，如果運用3D打印技術能夠輕易地仿制產品如銀行卡、鑰匙及槍支，將會對社會造成不安影響，因此應提升對知識產權的重視，有關部門應對知識產權進行重新定義，并增設法律條款與規定，提升對知識產權的保護意識。

4.3 專業人才急劇短缺

3D打印技術的發展與應用與專業技術人員的研發與創造有直接關系，在科學技術日益發展中，對人才的需求也在日益提升。在運用3D打印技術過程中，會涉及不同的專業技術，如三維設計、三維建模及產品打印等，因此設計人員應熟練掌握不同的技術，如切割、拋光、燒制及組裝等[6-8]。因此，高校應加強人才培養力度，結合行業發展需求，培養人才具備綜合能力。可以通過開展校企合作的方式進行，提升校方對企業需求的了解，便于高校針對性培養人才。

5 結語

在科學技術不斷發展中，3D打印技術的應用與研發，改變了工業領域的設計與生產方式，同時為工業企業帶來了創新挑戰，在科學時代要想持續發展，工業企業應結合社會發展形勢調整工業設計生產服務模式，對知識產權進行重新定義與保護，同時加強對綜合型人才培養力度，在社會轉型中穩步前行，推動工業企業科學化發展。

參考文獻

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[5]姜佳良，葉燕斐.淺談3D打印筆在產品設計領域的應用[J].科技創新導報，2019，16（23）：76-77.

[6]解雨點.基于3D打印技術的SOHO家具設計應用與研究[D].重慶：四川美術學院，2019.

[7]賴詩卿.3D打印技術在產品設計中的運用研究[J].工業設計，2020（10）：31-32.

[8]鄧朝廣.工業設計中的3D打印技術初探[J].科學技術創新，2020（21）：77-78.

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