王子豪

摘 要：3D打印技術的日益成熟，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設計的設計方式和生產(chǎn)流程，為制造業(yè)與產(chǎn)品設計的商業(yè)化發(fā)展提供了無限的可能，也使產(chǎn)品結構和設計手法不再受到工藝本身的局限，給予設計師更多自由的空間。催生了與新技術手段相匹配的全新理念，對未來產(chǎn)品設計的發(fā)展方向也產(chǎn)生了巨大的影響。

關鍵詞：產(chǎn)品設計；3D打??；工藝；設計方式

一、3D打印技術現(xiàn)狀

3D打印技術是以3D模型為數(shù)據(jù)支撐，利用材質的增減將材料轉化為實體的電腦模型轉化技術。3D打印與傳統(tǒng)制造業(yè)相比最大的不同之處，就是其個性化的設計方式給用戶帶來了良性的用戶體驗。3D打印符合現(xiàn)代市場的個性化、精密化的產(chǎn)品要求。20年的發(fā)展時間讓3D打印有了巨大的進步，精準度與制造速度都得到了極大地提升。目前的設計精確度能達到0.01mm，單位厚度上分辨率能達到600dpi。而作為基礎打印的材料其領域也逐漸擴展到不同的方面：生物細胞作為材料可以打印器官、骨骼；建筑的直接打??；機械類零件的打印；甚至以納米技術為支撐，未來的3D打印可以打印納米機器人。3D公司Stratasys已經(jīng)能夠支持近200種材料的3D打印，而隨著人工智能和納米技術的發(fā)展，3D打印也將在信息技術、材料技術、生物技術、航天技術等領域發(fā)揮巨大的作用。

二、產(chǎn)品設計理念的發(fā)展與3D打印的關聯(lián)

產(chǎn)品設計的設計理念往往受到技術的掣肘頗多，工業(yè)革命之前，產(chǎn)品設計的發(fā)展都處于手工作坊階段，近千年的時間里產(chǎn)品設計的理念幾乎沒有變更。而工業(yè)革命之后大批量的工業(yè)化生產(chǎn)代替了人工制造，而在此期間設計也從個性化的定制轉變成了工業(yè)制造。消費者在進行消費的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)個性化的產(chǎn)品被大量的工業(yè)產(chǎn)品所替代，雖然大大的降低了人工的成本，但也造成了程式化的產(chǎn)品大量充斥著市場。個性化的產(chǎn)品成為了小眾藝術或者傳統(tǒng)手工藝被保護起來，或是成為了奢侈品被少數(shù)富人消費。例如手工西服的制造，在工業(yè)革命之后大量的手工作坊被替代，工業(yè)生產(chǎn)的制式西服出現(xiàn)在市場之上。人們被迫購買一些西服，為了適應標準化的服裝尺寸和樣式甚至出現(xiàn)了上衣和西褲并非同一標號的情況。所謂千人千面，每個人的身體都有著細微的差別，沒有一模一樣的兩個人。個性化的需求又一次被人們所懷念，3D打印技術的出現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)與個性化需求之間尋找到了一個平衡點。3D打印完全可以按照消費者的身材、習慣和審美設計出與之相匹配的產(chǎn)品。3D打印將實現(xiàn)私人定制與快速生產(chǎn)的技術要求，甚至消費者可以根據(jù)自身喜好進行設計，設計將成為每一個消費者可參與的過程而非是設計師的特權。未來的設計理念也將轉變?yōu)閭€性化設計，設計的核心要點不再是流行時尚或者符合大眾的需求，而將轉化成對于審美、修養(yǎng)、理念、喜好等要素的集合體。

三、產(chǎn)品生產(chǎn)方式發(fā)展與3D打印的關聯(lián)

材料轉化制造技術是個性化與工業(yè)化相融合的技術支撐，是將工業(yè)化的、低廉的人工成本、快速的制造速度以及復雜的制造流程與全新的設計材料、個性化的用戶需求和低碳環(huán)保的設計理念相結合，形成3D打印產(chǎn)品未來的生產(chǎn)方式。全新的生產(chǎn)技術為產(chǎn)品的制造形式與結構帶來革命性的改變。

（一）產(chǎn)品的外觀方面的發(fā)展

產(chǎn)品設計師除了對于人體工程學和易用性等方面的關注外，科技的發(fā)展使得許多人類的夢想變?yōu)榱爽F(xiàn)實，而隨著科技水平的進步也使得人文關懷逐漸融入到設計當中。3D打印技術的運用，產(chǎn)品生產(chǎn)方式逐漸打破了原有的思維束縛，產(chǎn)品概念的實現(xiàn)不再受到其外觀的復雜程度的限制。產(chǎn)品突破了局部零件加工，再到整體組裝的模式，渾然一體的造型不再是夢想。產(chǎn)品功能性和美觀性也得到了前所未有的技術支持，“存乎一心”的個性化需求成為了設計的重點。從而使產(chǎn)品呈現(xiàn)了多元化的發(fā)展方向，依據(jù)個性化的需求而被設計成各種形式，具有不同的外觀表現(xiàn)。人對于某項要素的需求成為表現(xiàn)的重點，展示性的美觀需求、實用性的技術需求、發(fā)展性的環(huán)境需求以及應用性的經(jīng)濟需求統(tǒng)統(tǒng)可以被當作要求被重點突出，設計師可以根據(jù)需求自行控制每項設計要素所占的比例。外觀的發(fā)展不再受技術約束，模型澆筑被替代，打破了設計與生產(chǎn)之間的瓶頸。

（二）3D技術促進了結構設計方式的轉化

產(chǎn)品結構的復雜程度決定產(chǎn)品價值，對于工業(yè)革命之后的制造業(yè)來說是不變的真理。大量的產(chǎn)品由數(shù)以百計的零件組成，在這一過程中，產(chǎn)品的質量、形狀、精密度、故障率都會因裝配產(chǎn)生誤差，導致極高的廢品率。產(chǎn)品結構趨于一體化是一個方向，也是導致3D打印出現(xiàn)的主要原因。3D打印不僅減少了大量的裝配過程中的浪費，節(jié)約了組裝成本、材料成本、能源成本，還在這一過程中使得產(chǎn)品的故障率大大降低。3D打印技術的出現(xiàn)，使得類似于“一顆螺絲釘?shù)乃蓜訉е抡麄€機械的運轉停止”這樣的問題就不再會出現(xiàn)?？梢哉f3D打印技術完全改變了結構設計方式，讓結構更簡單、更可靠。全新的鉸接結構讓材料一次成型，無組裝的設備不僅提高了生存效率，更使得產(chǎn)品強度增加，不會出現(xiàn)由于結構的復雜導致產(chǎn)品價格的增加或是穩(wěn)定性的下降等問題。

（三）生產(chǎn)規(guī)模的轉變

由于工業(yè)化生產(chǎn)主要依賴于機械，生產(chǎn)不同產(chǎn)品的機械也各不相同，各種零件的生產(chǎn)都需要單獨的機械進行制造，這就大大的限制了生產(chǎn)規(guī)模和個性化的發(fā)展。例如生產(chǎn)螺絲釘?shù)臋C器就不能生產(chǎn)皮鞋，而3D打印就完全改變了這一模式。針對不同的產(chǎn)品只需改變電腦模型即可，而沒有固定的模具限制，這也為小批量、定制化的生產(chǎn)奠定了技術基礎。

四、產(chǎn)品研發(fā)方式發(fā)展與3D打印的關聯(lián)

眾所周知，產(chǎn)品研發(fā)方式或者說產(chǎn)品的設計流程是設計者和生產(chǎn)者雙方極度重視的一個環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品研發(fā)的過程中會受到多方面因素的限制，例如研發(fā)周期過長、設計修改次數(shù)較多、設計溝通不順暢、設計表現(xiàn)度較差、設計缺陷發(fā)現(xiàn)較晚、設計保密度較差等一系列問題。

現(xiàn)代社會發(fā)展速度極快，設計表達也進入了扁平化方式的時代。這就要求設計師或者生產(chǎn)廠家更快地將產(chǎn)品模型或者實物展示給消費者或投資人。現(xiàn)有的方式是設計師或者廠家通過效果圖等二維圖釋進行產(chǎn)品概念溝通，而產(chǎn)品或者實際模型則要遠遠晚于設計。不僅產(chǎn)品的設計周期較長，還容易出現(xiàn)色差、功能性不足、甚至設計缺陷等問題。

首先，3D打印技術的出現(xiàn)不僅能使產(chǎn)品更快地展現(xiàn)在消費者或者投資商的面前，也能夠方便設計師更好更早地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。在設計初期將問題扼殺在搖籃當中，避免后期的重復設計過程，縮短了設計研發(fā)周期。

其次，3D打印技術能彌補原有二維空間表達的不足之處，讓實際的三維模型更完整地表現(xiàn)產(chǎn)品質感、色彩、觸感。也讓設計理念更好地轉化為實踐方案，方便各環(huán)節(jié)和各個部分同時協(xié)調運作。例如色彩的選擇和材質、比例的制作就不需要有前后順序的要求，設計速率大大提高。3D打印技術將模型提早引入到設計討論過程中，更能夠明確產(chǎn)品內外結構的缺陷、功能性的優(yōu)劣，在設計研發(fā)過程中起到革命性的作用。

最后，3D打印應用到產(chǎn)品研發(fā)的過程當中，會使產(chǎn)品更早地從意向變?yōu)楝F(xiàn)實，這其中的好處不言而喻。讓產(chǎn)品更早的上市，占有更多的市場份額；評定技術專利等知識產(chǎn)權保護更為有利；規(guī)避設計中研發(fā)危險避免被他人盜用設計靈感。3D打印技術在產(chǎn)品研發(fā)過程當中起到了至關重要的作用，現(xiàn)代社會中時間就是一切，減少設計研發(fā)的時間就是獲得了先機。

五、結語

3D打印技術對整個產(chǎn)品設計產(chǎn)業(yè)，甚至設計領域都帶來極大的改變，從設計理念到設計形式都發(fā)生了重大的變革?，F(xiàn)代的設計制造都是按照“需求——設計——研發(fā)——測試——制造——上市——消費”的過程完成的。但由于設計、研發(fā)、制造等環(huán)節(jié)的拖延，前沿科技對于設計實踐而言存在著時間差。3D打印技術讓設計師不再受制于制造業(yè)、加工業(yè)。生產(chǎn)不再受到規(guī)模的限制，想法與實現(xiàn)的過程變得更加貼近。設計的瑕疵、體驗、反饋都會在第一時間里反映到設計師的手中，設計的研發(fā)過程成為了一種去除錯誤的過程，而不是遇到問題就推倒重建的過程，極大縮短了設計研發(fā)的周期。

3D打印技術更是個性化設計的福音，個性化的設計最大的問題就在于生產(chǎn)量小和生產(chǎn)能力差這兩個方面。3D打印在技術上實現(xiàn)了快速生產(chǎn)，并不會由于產(chǎn)量決定生產(chǎn)與否。設計師在未來的設計方式就是接收私人定制，不再受到庫存、渠道等方面的限制。而在后工業(yè)時代，消費者成為了主導。消費者對于產(chǎn)品具有更多的決策權力，消費者的角色從現(xiàn)在的被動消費，變?yōu)榱藚⑴c設計的主動消費者。設計師只是扮演溝通、組織的角色，從而打破生產(chǎn)環(huán)節(jié)的壟斷，形成小規(guī)模、快速化、個性化、有參與感的生產(chǎn)模式。讓產(chǎn)品設計獲取全新的靈感，也使得消費者的需求與設計相結合，從而設計出全新的產(chǎn)品。在3D打印技術與產(chǎn)品設計發(fā)展的關聯(lián)性研究過程當中發(fā)現(xiàn)，3D 打印技術改變了工業(yè)革命以來的現(xiàn)代制造業(yè)的游戲規(guī)則，更使設計呈現(xiàn)了全新設計活力，打破了設計的思維壁壘。使設計不再受到技術的掣肘，真正成為創(chuàng)造力的承載，個性化的品牌和生產(chǎn)消費者也會應運而生。

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作者單位：

天津商業(yè)大學藝術學院