楊樂(lè)

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 045000）

3D打印技術(shù)影響下設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重新定位

楊樂(lè)

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 045000）

當(dāng)今社會(huì)正在邁向一次全新的工業(yè)革命，諸多新技術(shù)的運(yùn)用將對(duì)現(xiàn)有世界經(jīng)濟(jì)格局大幅改變。以3D打印技術(shù)為代表的新型制造技術(shù)，已開始呈現(xiàn)出其改變傳統(tǒng)制造業(yè)模式的可行性。3D打印技術(shù)憑借其前衛(wèi)的技術(shù)理念，不僅改變了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思維，而且還將產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶向了新領(lǐng)地。本文通過(guò)對(duì)3D打印技術(shù)的概念、發(fā)展歷程、分類及優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行分析，在新環(huán)境下闡述其對(duì)設(shè)計(jì)師主導(dǎo)下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)所帶來(lái)的實(shí)質(zhì)性影響。

3D打印技術(shù)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；影響

0 引言

近些年來(lái)，隨著3D打印技術(shù)日益發(fā)展以及在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其已然成為時(shí)下的熱門話題。3D打印技術(shù)在在數(shù)字化產(chǎn)品模型制造領(lǐng)域的應(yīng)用，有效推動(dòng)了此領(lǐng)域的發(fā)展與完善。[1]3D打印技術(shù)實(shí)際上乃是一種可實(shí)現(xiàn)快速成型的技術(shù)類型，其運(yùn)行基礎(chǔ)乃是數(shù)字模型文件，利用黏合材料，如塑料或粉末狀金屬等，運(yùn)用逐層打印的方式，對(duì)物體實(shí)施精確化構(gòu)造。[2]3D打印技術(shù)的發(fā)展為制造業(yè)帶來(lái)了歷史性變革，尤其是產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有效推動(dòng)了思維變革及理念更新。

1 3D打印技術(shù)概念及發(fā)展歷程分析

3D打印技術(shù)并非并非短期出現(xiàn)的突發(fā)性技術(shù)，而是在上個(gè)世紀(jì)80年代便已經(jīng)出現(xiàn)且在今年才得以成型的發(fā)展性制造技術(shù)。現(xiàn)在3D打印技術(shù)已被劃歸至快速成型技術(shù)，乃是對(duì)于增材制造所有技術(shù)類型的一種統(tǒng)稱。針對(duì)此種增材制造技術(shù)，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)下了如下定義：以3D模型數(shù)據(jù)作為其運(yùn)行實(shí)施基礎(chǔ)，運(yùn)用與減式制造技術(shù)相反的方式，即逐層疊加，完成物品的生產(chǎn)，通常情況下，利用電腦軟件，對(duì)其實(shí)施綜合性控制，材料逐層疊加，將計(jì)算機(jī)當(dāng)中的三維模型，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體化的實(shí)物，此技術(shù)乃是將諸多制造模式，向個(gè)性化制造模式有效轉(zhuǎn)變的新時(shí)代的引領(lǐng)性技術(shù)。因3D打印技術(shù)乃是一系列成型思路相同但成型工藝卻不同的制造技術(shù)，因此，很難將最初的3D打印技術(shù)在哪里出現(xiàn)進(jìn)行斷定。已知日本名古屋市工業(yè)研究所乃是最早實(shí)現(xiàn)且已公開的實(shí)體模型印制地點(diǎn)，而1983年，由美國(guó)發(fā)明家 Charles Hull開發(fā)出的商業(yè)3D打印機(jī)，乃是第一臺(tái)享有專利權(quán)且被公認(rèn)的3D打印機(jī)，1986年，他以此成功注冊(cè)了3DSystem公司，現(xiàn)今已經(jīng)成為3D打印設(shè)備的領(lǐng)跑者。對(duì)于早期的3D打印技術(shù)而言，其在主要被應(yīng)用于刑事偵查及考古當(dāng)中的面貌復(fù)原上，另外還有在，產(chǎn)品概念研發(fā)階段所實(shí)施的手板模型等?，F(xiàn)今已經(jīng)在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，諸如食品、藝術(shù)品、生物醫(yī)療及工業(yè)產(chǎn)品等。3D打印關(guān)鍵技術(shù)較多掌握在諸如美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家手中，而我國(guó)著手3D打印技術(shù)的研究，則在上個(gè)世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)一些高校陸續(xù)實(shí)施了3D打印技術(shù)的研究。其中北京殷華激光快速成型公司最早落實(shí)研究工作，其通過(guò)與清華大學(xué)展開廣泛性合作，成功在諸如FDM工藝、分層實(shí)體制造等領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2007年，西安交通大學(xué)通過(guò)不懈努力，成功研制出三維打印機(jī)噴頭，且與陜西恒通有限公司開展深領(lǐng)域的合作，成功研制出光固化成型系統(tǒng)，此系統(tǒng)精度達(dá)0.2mm。2013年，我國(guó)首個(gè)3D打印工業(yè)園，在武漢正式成立；2015年，中國(guó)科技大學(xué)依據(jù)現(xiàn)階段應(yīng)用需要，成功研制了8噴頭組合噴射裝置，此設(shè)備有望被廣泛應(yīng)用在光電器件領(lǐng)域等領(lǐng)域。

2 3D打印技術(shù)分類

現(xiàn)今較為常用的3D打印技術(shù)，依據(jù)不同的成型技術(shù)，其可劃分如何類別：

2.1 熔融沉積型

熔融沉積類技術(shù)乃是具有最高普及率的3D打印技術(shù)。此技術(shù)在環(huán)境條件方面不苛刻，并且無(wú)復(fù)雜性及高能耗的組件，其構(gòu)成僅由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件、步進(jìn)電機(jī)、控制芯片及噴頭等。尤其是在硬件成本方面，乃是各種類型3D打印技術(shù)當(dāng)中最低的。[3]此外，英國(guó)巴斯大學(xué)機(jī)械學(xué)院Bowyer等人所設(shè)計(jì)且成功應(yīng)用的reprap3D打印機(jī)，其中無(wú)論是硬件還是軟件，均為開源的，不存在專利限制，此乃FDM類技術(shù)之所以能夠普及額關(guān)鍵原因。FDM 類技術(shù)具有極為低廉的材料價(jià)格，其中被廣泛應(yīng)用的聚乳酸樹脂及ABS工程塑料，毒性小，且性能優(yōu)于，聚乳酸樹脂更是一種無(wú)毒且能夠降解的環(huán)保型材料，但正因?yàn)槠湓O(shè)備成本低廉及成型方式，使得FDM類技術(shù)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及成型度方面無(wú)法達(dá)到較高水平，這也對(duì)其發(fā)展及應(yīng)用造成較大顯著。

2.2 激光燒結(jié)型

激光燒結(jié)的基本原理為利用電子束或激光束，對(duì)材料粉末進(jìn)行照射，促使材料逐層熔融，而后再冷凝，使之結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到固化成型的目的。由于具有較高的成型精度，且因乃是高溫成型，又使得其在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上很高，因此，在復(fù)雜的特種零件成型及特殊材料成型中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)很大。比如我國(guó)的殲20及美國(guó)的F22、F35等戰(zhàn)斗機(jī)，均采用此技術(shù)對(duì)大型鈦合金承力構(gòu)件進(jìn)行制造。此技術(shù)具有較大耗能，另外，對(duì)于工作環(huán)境及成型材料具有較高的要求，還具有較高的設(shè)備成本，民用并不適合，被廣泛應(yīng)用于研發(fā)機(jī)構(gòu)及大型制造企業(yè)中。

2.3 光固化型

此技術(shù)乃是將上述兩種技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，將光敏樹脂當(dāng)作其成型材料，利用紫外光發(fā)生器光束，對(duì)液態(tài)樹脂原料進(jìn)行照射，對(duì)照射點(diǎn)相應(yīng)聚合反應(yīng)予以觸發(fā)，最終使其固化成型，當(dāng)打印好第一層后，步進(jìn)機(jī)構(gòu)，抬升已完成的部分，對(duì)下一層亟需打印，至此便可逐層成型。光固化成型在精度方面要好于FDM類技術(shù)，乃是整個(gè)民用3D打印技術(shù)當(dāng)中具有最高精度的，但具有較高的設(shè)備成本，材料較大毒性，在使用范圍方面不及FDM。

3 3D打印在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)與不足

首先，能夠有效擴(kuò)展設(shè)計(jì)人員在思想空間方面的限制。伴隨后工業(yè)時(shí)代的到來(lái)，可以說(shuō)任何人都是社會(huì)的設(shè)計(jì)師，針對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)講，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)不像以往獨(dú)立完成各種設(shè)計(jì)工作，而是在設(shè)計(jì)當(dāng)中扮演著積極的引導(dǎo)者與組織者。3D打印以計(jì)算機(jī)為其主要實(shí)施方式，運(yùn)用計(jì)算機(jī)當(dāng)中的三維軟件，實(shí)施模型的建造工作，然后將其轉(zhuǎn)化成STL文件，向3D打印機(jī)輸送，打印機(jī)則依據(jù)片層截面，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確、細(xì)致識(shí)別，最后輸出文件。[4]至此，設(shè)計(jì)師能夠騰出更多的實(shí)現(xiàn)，從事于產(chǎn)品功能領(lǐng)域的創(chuàng)新，以及在形態(tài)創(chuàng)意方面的更新，將“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”宗旨淋漓盡致的發(fā)揮出來(lái)。另外，設(shè)計(jì)師產(chǎn)品形態(tài)實(shí)施創(chuàng)作是，更能自如發(fā)揮，此乃傳統(tǒng)形式的手板模型制作所不能達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)的。其次，對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)至成型周期而言，能夠明顯縮短。設(shè)計(jì)師利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)施各種具有創(chuàng)意性的設(shè)計(jì)工作。對(duì)于3D打印技術(shù)而言，其對(duì)于定制高端產(chǎn)品更為適合，例如工業(yè)領(lǐng)域的零部件制造等。盡管當(dāng)前3D打印較多采用的仍然是塑料材料，但在不久的將來(lái)，金屬材料將成為也將應(yīng)用其中。最后，能夠?qū)a(chǎn)品設(shè)計(jì)及研發(fā)成本有效降低。伴隨市場(chǎng)中產(chǎn)品的更新?lián)Q代在速度上的持續(xù)加快，許多新產(chǎn)品存在著難銷售的尷尬境地，開發(fā)一副模通常需要花費(fèi)幾百萬(wàn)，甚至更多的金錢和人力才能實(shí)現(xiàn)，但針對(duì)3D打印技術(shù)來(lái)講，其可將此狀況有效解決，即可先進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)，如果所開發(fā)的產(chǎn)品符合于市場(chǎng)的實(shí)際需求，便可進(jìn)行模具的開發(fā)工作，最后，才開始批量生產(chǎn)工作?？蛇_(dá)到節(jié)省研發(fā)成本的目的。

3D打印具有5大子產(chǎn)業(yè)，分別為云設(shè)備商、設(shè)計(jì)師、設(shè)計(jì)軟件供應(yīng)商、材料商及設(shè)備商。基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)層級(jí)而言，3D打印技術(shù)能夠?qū)υO(shè)計(jì)師的創(chuàng)作靈感進(jìn)行激發(fā)，但在諸如更加精確的模型輸出格式及設(shè)計(jì)軟件的完善等方面，卻仍然存有許多需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。當(dāng)前，許多實(shí)際均表明，3D打印技術(shù)能夠和設(shè)計(jì)進(jìn)行完美結(jié)合，但如何采用相應(yīng)舉措使之成為產(chǎn)品，已然成為產(chǎn)業(yè)鏈中十分關(guān)切的問(wèn)題。比如3D打印家具受制于工藝及材料，則不具有傳統(tǒng)制造工藝所具有的相應(yīng)優(yōu)勢(shì)，此外，3D打印在諸如材料的環(huán)保型等指標(biāo)上，仍然需要專家部門進(jìn)行權(quán)威的認(rèn)證及檢測(cè)。盡管當(dāng)前可采用3D打印機(jī)對(duì)比較大的家具事物等進(jìn)行打印，但具有非常高的價(jià)格。然而在復(fù)雜結(jié)構(gòu)家具的生產(chǎn)及家具的連接結(jié)構(gòu)方面，3D打印技術(shù)可結(jié)合于傳統(tǒng)制造工藝，彼此互補(bǔ)，繼而制作出更為美觀及舒適的家具。[5]

4 新環(huán)境下3D打印技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響

4.1 對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的影響

以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，乃是基于諸多生產(chǎn)方式相融合的綜合性形式，這表明，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于消費(fèi)者的差異性，其難以體現(xiàn)。為了達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)的目的，將消費(fèi)者需求劃定為同一類別，這便造成個(gè)性化需求的嚴(yán)重缺失。比如鞋尺碼的設(shè)計(jì)：過(guò)去的設(shè)計(jì)模式，乃是促使眾多消費(fèi)者的腳型，以及運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，去更好的適應(yīng)所生產(chǎn)的鞋子的型號(hào)及尺碼，而采用3D打印技術(shù)之后，則可依據(jù)消費(fèi)者個(gè)性化需求，以及其相應(yīng)運(yùn)動(dòng)習(xí)慣及腳型情況，設(shè)計(jì)出與之相符的鞋子。[6]至此可知，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。運(yùn)用3D打印技術(shù)，可使得量身定做產(chǎn)品，達(dá)到從千人一式轉(zhuǎn)變?yōu)橐蝗艘皇?，促進(jìn)以人為本的實(shí)現(xiàn)。

4.2 對(duì)產(chǎn)品細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的影響

4.2.1 產(chǎn)品造型

對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)師而言，其應(yīng)所具有新時(shí)代下的設(shè)計(jì)造型觀，必然伴隨科技及人文藝術(shù)方面的發(fā)展，而隨之實(shí)時(shí)改變。伴隨3D打印技術(shù)的發(fā)展與完善，在產(chǎn)品生產(chǎn)方式，已經(jīng)發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，不再是對(duì)設(shè)計(jì)師想象力造成束縛的主要因素。無(wú)論產(chǎn)品的外觀有多么的復(fù)雜，采用3D打印技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)。[7]設(shè)計(jì)師可將更多精力集中在功能的創(chuàng)新及產(chǎn)品的創(chuàng)意上來(lái)。也就是做到“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”。針對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)而言，其也將邁向多元化、寬領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，在美學(xué)及技術(shù)屬性等要素中，美學(xué)屬性要素所占比例會(huì)得到持續(xù)性增加，產(chǎn)品造型將更加的藝術(shù)化、人性化，至此，消費(fèi)者在審美觀觀上，將隨著產(chǎn)品造型而發(fā)生轉(zhuǎn)變。

4.2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能夠制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的可能，此外，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在一體化趨向方面，將更為凸顯。因受限于當(dāng)前生產(chǎn)工藝，針對(duì)一般性產(chǎn)品而言，其多數(shù)都是采用許多部件經(jīng)組裝而成。此種組裝結(jié)構(gòu)不僅會(huì)造成產(chǎn)品故障幾率的增加，而且還會(huì)增加其復(fù)雜度、體積及質(zhì)量，此外，在轉(zhuǎn)配及生產(chǎn)過(guò)程中，還會(huì)造成能源及材料的大量浪費(fèi)。而采用3D打印技術(shù)的“加式”方法，可實(shí)現(xiàn)一體化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并且結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單化，更甚者一些比較圖書的鉸接結(jié)構(gòu)，可運(yùn)用輔助性材料便可到達(dá)一次性成型的目的，不僅可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，且在產(chǎn)品可靠性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面也得到大幅提升。[8]

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，伴隨當(dāng)今3D打印技術(shù)日益成熟，其在今后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中定會(huì)發(fā)出耀眼光芒，設(shè)計(jì)師在此時(shí)代背景趨勢(shì)下，要善于且敢于發(fā)散思維，基于3D打印技術(shù)的先進(jìn)洪流，實(shí)現(xiàn)自身設(shè)計(jì)水平及技能的有效提升，推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的多元化發(fā)展與創(chuàng)新。

[1] 高弋涵. 基于3D打印的個(gè)性化定制平臺(tái)交互設(shè)計(jì)研究[D].西南科技大學(xué)，2015.

Gao Yihan. Research on Interaction Design of Customization Platform Baese on 3D Printing [D]. Southwest University of Science and Technology，2015.

[2] 李秋實(shí). 3D打印控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2016.

Li Qiushi. Design and Implementation of 3D Printing Control Scheme [D]. Hubei University of Technology，2016.

[3] 申璐. 3D打印技術(shù)的跨學(xué)科交融創(chuàng)新機(jī)理研究[D].北京理工大學(xué)，2016.

Shen Lu. Research on Interdisciplinary Blend and Innovation Mechanism of 3D Printing Technology[D]. Beijing Institute of Technology，2016.

[4] 張瑩. 打印出一個(gè)三維世界——談3D打印的發(fā)展和工業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)系[J]. 天津美術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（2）：86-87.

Zhang Ying. Printing out A 3D World -- On Development of 3D Printing and Industrial Design [J]. Journal of Tianjin Academy of Fine Arts，2013 （2）： 86-87.

[5] 郭文波. 3D 數(shù)學(xué)教學(xué)平臺(tái)在立體幾何圖形探究與學(xué)習(xí)中的有效應(yīng)用[J]. 軟件，2014，35（3）：224-226.

Guo Wenbo Effective Application of 3D Mathematics Teaching Platform in Exploration and Study of Solid Geometry Graphics[J]. Software，2014，35 （3）：224-226.

[6] 張雅媛. 3D MIMO 信道建模及性能分析[J]. 軟件，2014，35（9）：115-119.

Zhang Yayuan. 3D MIMO Channel Modeling and Performance Analysis [J]. Software，2014，35 （9）：115-119.

[7] 張闖，郭燕慧. 基于CUPS 的網(wǎng)絡(luò)打印審計(jì)技術(shù)研究[J].軟件，2015，36（12）：140-145.

Zhang Chuang，Guo Yanhui. Research on Network Print Audit Technology Based on CUPS [J]. Software，2015，36 （12）： 140-145.

[8] Xu Ming. Design and implementation of 3D software，[J]. software，Xu Ming. Design and implementation of energy management system 3D software，2014，35 （10）：83-862014，35 （10）：83-86.

Repositioning of Designers and Product Design under Influence of 3D Printing Technology

YANG Le
(Shanxi Institute of Engineering and Technology, Shanxi 045000)

today human society is moving to a brand new industrial revolution, application of various new technologies will bring great changes to current world economy structure. New manufacturing technology, represented by 3D printing technology, has showed feasibility of changing traditional manufacturing mode. With its advanced technology concept, 3D printing technology has not only been changing designer's thinking, but bringing product design to new territories. The artilce analyzes concept, development process, classifcation and advantages and disadvantages of 3D printing technology, and relates its substantive infuence on designer-leading product design under under new environment.

3D printing technology; product design; infuence

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.12.013

:YANG Le. Repositioning of Designers and Product Design under Infuence of 3D Printing Technology[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12) : 69-72.

楊樂(lè)（1986-），女，助教，碩士研究生，主要研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

本文引用格式：楊樂(lè).3D打印技術(shù)影響下設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重新定位[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（12）：69-72.