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        工業(yè)設計3D打印服務網(wǎng)絡平臺的建設研究

        2015-04-29 00:00:00左承鵬許莉鈞于尚超
        設計 2015年7期

        摘要:

        通過研究3D打印新技術對產(chǎn)品設計理念、細節(jié)及應用模式所帶來的影響,探索嘗試建立起一個以應用3D打印為技術應用下的全新的工業(yè)設計服務模式,以及這種創(chuàng)新模式在工業(yè)設計服務平臺建設上的應用和推廣。

        關鍵詞:

        3D打印技術 工業(yè)設計 網(wǎng)絡平臺

        中圖分類號:TB47

        文獻標識碼:A

        文章編號:1003-0069(201 5)04-0084-02

        1 3D打印技術的研究

        受國內(nèi)外熱捧的3D打印技術,普遍被認為是可以“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起,推動實現(xiàn)以智能化為特征的第三次工業(yè)革命”。3D打印,又稱為增量制造( Additive Manufacturing),就是通過打印機打出而非加工出各類日常與工業(yè)產(chǎn)品。這項技術已經(jīng)存在了30年,因為它們不夠高效、不容易利用,它們不夠快,成本太貴。直到今天它成為了現(xiàn)實,一步步克服障礙走向成功。主要是材料技術的革命和打印技術的提升,使得3D打印話題又熱起來。尤其在工業(yè)設計生產(chǎn)上,由最初的制造業(yè)的模具開模前的快速原型技術,到現(xiàn)在的產(chǎn)品快速成型技術實現(xiàn),現(xiàn)在人們可以很方便地使用這些機器。研究3D打印技術在工業(yè)設計上的應用,可以最終改變制造業(yè)和我們的生活,我們的商業(yè)、我們后代子孫的生活。

        1) 3D打印技術原理

        3D打印是添加劑制造技術的一種形式,在添加劑制造技術中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機相對于其他的添加劑制造技術而言,具有速度快,價格便宜,高易用性等優(yōu)點。3D打印機就是可以“打印”出真實3D物體的一種設備,功能上與激光成型技術一樣,采用分層加工、迭加成形,即通過逐層增加材料來生成3D實體,與傳統(tǒng)的去除材料加工技術完全不同。之所以稱之為“打印機”,是參照了其技術原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。

        2) 3D打印技術工藝特點

        快速原型指的是利用計算機生成的STL數(shù)據(jù)建立三維模型的一類技術群。細絲狀原材料以及可熔的支撐材料從位于材料艙室的自動加載器向上傳送到擠壓頭。在擠壓頭部,材料加熱到半液態(tài),經(jīng)過兩個擠壓噴頭嘴的擠壓,擠出半流動的材料,在成形基底上沉積成非常精確的薄層。打印頭在坐標軸X、Y方向移動,沉積基底沿著Z軸下降,成形好的原型及其支撐材料從下向上層層沉積。當三維實體原型制作完成后,去除支撐材料,原型開始使用,如果需要,進行精加工。相比于其他的快速原型技術,3D打印技術速度更快,價格更便宜,而且需要在設計階段的早期建造概念模型或者工作原型時,此項技術是非常有用的。將設計圖紙送到專門的服務部門制造模型可能會花費上百美元或者更多,而采用3D打印設備可以在幾個小時之內(nèi)僅僅花費很少的費用就可制造出相應的模型。3D打印設備的體積較小,使其可作為一個辦公室設備。而大型的快速原型系統(tǒng)通常需要集中安置并需要專門的人員來操作。

        3) 3D打印技術的競爭優(yōu)勢

        一個產(chǎn)品處于設計階段的時間越長,它推向市場所需的周期時間相應也越長,對于一個公司來說,這意味著利潤會降低。3D打印技術是縮短設計過程的最優(yōu)選擇。此外,3D打印技術消除了由于外購產(chǎn)品原型可能會導致的運送延遲、行政減速。這樣制造商在管理生產(chǎn)時具有更大的靈活性。3D打印設備成本相對較低,使其成為企業(yè)的最佳選擇。而且3D打印設備的年度維護成本也相對較低。

        4) 3D打印技術的應用和使用設計過程的獲利

        設計人員和工程師使用3D打印設備進行概念開發(fā)和產(chǎn)品設計。他們幫助使用者或者潛在的客戶通過實際模型來了解、感受一個真實的零件,而不是依賴他們想象生成的一個計算機圖形。更快地進行設計迭代。采用3D打印設備,設計小組能夠與其他可以提供反饋的人員一起盡早審核產(chǎn)品概念。這種與工程、市場、質量保證等部門的實時協(xié)作能夠盡早獲得設計質量意見,使設計人員在設計過程及其隨后的測試中進行相應調整。及早變更可節(jié)省成本。在設計過程中,越靠后進行設計變更,成本將越高。通過與其他部門進行頻繁地交互和協(xié)作,及早解決設計缺陷,將降低這些變更成本。

        2 工業(yè)設計3D服務網(wǎng)絡平臺建設的介紹

        從網(wǎng)絡時代工業(yè)設計的新特點和新要求出發(fā),進而探求到了一種能實現(xiàn)人性化、個性化的人機交互應用、快速生產(chǎn)制造和社會化個性定制生產(chǎn)為目標的3D打印技術及其在各自環(huán)節(jié)中的流程設計。研究3D打印技術的應用和結合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的電子商務平臺為合作形式,建設一種全新的工業(yè)設計模式下的網(wǎng)絡服務平臺。“速品宅印”網(wǎng)就是以提供3D打印服務、進行行業(yè)交流的專業(yè)平臺。

        通過平臺,行業(yè)用戶可以通過平臺上傳作品或產(chǎn)品模型,并在線完成支付,產(chǎn)品就能夠進行3D打印,并可以準確送貨到用戶手中。過去其常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型,現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造,已經(jīng)有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業(yè)設計、建筑、工程和施工(AEC)、汽車,航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

        不僅如此,平臺還提供專業(yè)的3D硬件設備,軟件支持;專業(yè)的解決方案,包括逆向工程、產(chǎn)品設計、教育培訓。另外,平臺還融合了論壇和商城服務,用戶不僅可以上傳自己的作品進行分享討論,更可以將其放在商城中向其他用戶出售并獲得收益,“速品宅印”本身也會提供大量藝術家的作品供用戶選擇購買??傊八倨氛 本W(wǎng)絡平臺,不僅是專業(yè)的3D打印服務平臺,更是專業(yè)的行業(yè)交流平臺。網(wǎng)站主頁如圖1:

        3 服務網(wǎng)站系統(tǒng)模塊建設和設計介紹

        系統(tǒng)模塊錯綜復雜,結構嚴謹?shù)钠脚_存在很多模塊的相互交互,簡單需求的背后,有更多完整的模塊作為支撐,下面只是列出了比較大的模塊,每個模塊都有很多小模塊功能組成,完整的功能,才能造就安全高效的管理中心,才能真正起到維護平臺方便,再次開發(fā)拓展可行的目的。必要功能模塊方案設計如表1:

        在系統(tǒng)模塊設計和建設下研發(fā)出有關創(chuàng)意市集的數(shù)據(jù),主要來自于個人或者藝術家,個人用戶、個人店鋪,在市集中,用戶可以查看大量的產(chǎn)品設計,在看中比較喜歡的產(chǎn)品后,可以直接分享、下載(有下載權限)、甚至直接下單。如圖2所示:

        4 平臺目前建設的情況以及它可能面臨的問題

        1)平臺建設拉動工業(yè)設計產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時更需要新技術支撐、新設備投入。三維打印技術在中國還處于初級階段,但是各個區(qū)域都非常認可三維打印技術可能帶來的改變,這些改變將如何影響現(xiàn)有生產(chǎn)、經(jīng)濟、社會模式是值得關注的問題:

        (1)從市場整個產(chǎn)業(yè)角度來看,由于缺少龍頭企業(yè)的帶動作用,政府暫時缺少針對性的扶植措施,國內(nèi)整體產(chǎn)業(yè)體量還較小;另一方面中國制造業(yè)還處于粗放形式,各個環(huán)節(jié)對三維打印技術帶來的沖擊認識還不足,接受度較低。

        (2)從國際市場發(fā)展情況來看,三維打印至201 3年為止仍停留在“高級玩具”階段,并沒有實現(xiàn)成熟的產(chǎn)業(yè)化。在北京舉辦的201 3年世界三維打印技術產(chǎn)業(yè)大會中指出,三年后,中國三維打印的產(chǎn)值將達100億人民幣,中國將成為全球最大三維打印市場。全球生產(chǎn)和銷售用于工業(yè)制造三維打印設備的專業(yè)公司中,歐洲有16家,中國有7家,美國僅5家。

        2)平臺建設服務在我國工業(yè)設計服務大環(huán)境中可能存在以下問題:

        (1)我國的工業(yè)設計比西方國家發(fā)展晚。工業(yè)設計在我國是一個新興的行業(yè),國家“十一五”、“十二五”規(guī)劃及政府工作報告都列入了要發(fā)展工業(yè)設計;

        (2)如何正確合理地引導我國工業(yè)設計產(chǎn)業(yè)。我國工業(yè)設計產(chǎn)業(yè)在取得長足發(fā)展后,在北京、長三角、珠三角地區(qū)設計產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)欣欣向榮局面的同時,總體水平上還與成熟的發(fā)達地區(qū)有較大的差距;

        (3)科學技術的迅速發(fā)展支撐了現(xiàn)代工業(yè)設計的進步,但同時又提出新的要求?,F(xiàn)代科學技術(尤其是計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、三維打印技術)的迅速發(fā)展不僅給社會文化生活各方面帶來深遠的影響,更重要的是它改變了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的工作方式;

        3)針對上述問題,我們的云服務網(wǎng)絡平臺在建設上著重采取以下應對措施:

        (1)借鑒國外先進國家發(fā)展的經(jīng)驗,找出適合我國發(fā)展的模式,實現(xiàn)我國工業(yè)設計產(chǎn)業(yè)的騰飛;

        (2)利用工業(yè)設計現(xiàn)代設計方法、技術進行產(chǎn)品結構優(yōu)化設計;集合社會工業(yè)設計行業(yè)資源和設計師人才庫建設創(chuàng)意庫、模型庫、人才庫等等的方式,為需求用戶更好的服務;

        (3)重視自主研發(fā)設備的創(chuàng)新應用;

        (4)重視云平臺網(wǎng)絡技術方面的建設:

        1)整合設計公司、企業(yè)、設計師資源,實現(xiàn)資源共享,相互調配;

        2)作為第三方提供平臺交流,業(yè)務合作;

        3)提供工業(yè)設計技術指導和產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)自助打印,在線輸出;

        4)為中小企業(yè)、設計公司尋求優(yōu)秀人才和優(yōu)惠項目。

        5)側重于合作行業(yè)知名度的選擇,如同物流合作、團購合作、POS機合作等。

        5 結論

        通過研究3D打印技術及在工業(yè)設計上的應用問題,并結合新時代電子商務服務的功能和理念進而研究出未來工業(yè)設計的創(chuàng)新應用模式,有較好的學科發(fā)展前景和創(chuàng)新思想。并且通過多種平臺和渠道的合作,應用從高校開始試點和推廣,有利于推動高校工業(yè)設計教育的發(fā)展步伐,具有良好的應用前景。期許展望3D打印技術將給未來的工業(yè)設計帶來更加多元化的發(fā)展趨勢和空間,從而將工業(yè)設計更加大眾化、普適化到與人們生活、生產(chǎn)息息相關的各個方面中去。

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