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        工業(yè)設計中的3D打印技術(shù)初探

        2020-01-06 20:58:51鄧朝廣
        科學技術(shù)創(chuàng)新 2020年21期
        關(guān)鍵詞:打印機設計師工業(yè)

        鄧朝廣

        (成都職業(yè)技術(shù)學院,四川 成都 610000)

        3D 打印技術(shù)于21 世紀開始進入人們的眼球,并迅速發(fā)展,以其低廉的成本與極高的效率深受現(xiàn)實生活中人們的喜愛。3D打印機技術(shù)漸趨流行成為當前消費者的熱門選擇。3D 打印技術(shù)給我們帶來更為便利的生活方式,讓人們對未來的生活充滿希望,同時3D 打印技術(shù)在工業(yè)設計中也存在諸多問題,我們需要去了解、去發(fā)展、去改進、解決其中存在的問題。

        1 3D 打印技術(shù)的概念

        3D 打印技術(shù)又名增材制造,是一種通過數(shù)字三維模型構(gòu)建,運用各種特殊材料,通過3D 打印機按照設計的數(shù)字三維模型打印實物的技術(shù)。3D 打印技術(shù)常在工業(yè)設計、模型制造、零件開發(fā)等諸多領域被廣泛應用,是當今社會發(fā)展最具前景的技術(shù)之一,3D 打印技術(shù)當前的發(fā)展也存在很多難題,其中也存在機遇與挑戰(zhàn),也是諸多設計與制造企業(yè)的最佳技術(shù)選擇。

        2 3D 打印技術(shù)的發(fā)展歷程

        3D 打印技術(shù)出現(xiàn)于20 世紀90 年代中期,美國科學家Charles Hull 開發(fā)了世界第一臺3D 印刷機,3D 印刷技術(shù)面世,在此基礎上,1995 年,美國ZCorp 公司從麻省理工學院獲取專利授權(quán)并開發(fā)出了世界第一臺3D 打印機,至此3D 打印機開始登上歷史的舞臺。十年之后,第一臺色彩清晰的3D 打印機也由該公司研發(fā)問世,自此3D 打印技術(shù)開始逐漸火熱,越來越多的人了解到3D 打印技術(shù),同時3D 打印也得到了快速發(fā)展。例如,3D 打印制造的汽車Urbee 汽車、巧克力、比基尼、飛機等。2018年美國3D 打印槍支合法化。2012 年3D 打印技術(shù)人造肝臟細胞現(xiàn)世,2019 年人造器官進一步發(fā)展,以色列特拉維夫大學研究人員以病人自身的組織為原材料,3D 打印出全球首顆擁有細胞、血管、心室和心房的“完整”心臟,這在全球尚屬首例??梢员环Q為醫(yī)學史上重大進步。3D 打印技術(shù)在現(xiàn)代社會起著越來越重要的作用,也越來越深入人們生活,使人們的生活更加方便與快捷。

        3 3D 打印技術(shù)在工業(yè)設計中的應用

        3.1 3D 打印技術(shù)用于模具、零件制造

        一般的模具和零件,工業(yè)上要求其要精細。而對于過去傳統(tǒng)的制造技術(shù),生產(chǎn)周期長、精度與成本不能兼容等一系列問題突出。導致產(chǎn)品精度低,質(zhì)量有偏差,生產(chǎn)效率低下。而應用3D打印技術(shù)完全可以解決這些問題。3D 打印技術(shù)速度快、精度高、成本低、節(jié)省勞動力,并且可提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率,在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中被重視,逐步取代傳統(tǒng)技術(shù)及設備。

        3.2 3D 打印技術(shù)用于批量生產(chǎn)

        傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)勞動力占主導,時間成本、勞動力成本、材料成本占比較高,同時生產(chǎn)力低下、工作效率低、員工積極性不高、存在諸多矛盾與問題。相比于傳統(tǒng)工業(yè),3D 打印技術(shù)具有生產(chǎn)速度便捷、時間周期短等優(yōu)點,通過批量生產(chǎn),利用自身優(yōu)勢解除傳統(tǒng)工業(yè)對時間、工期限制、降低時間成本、從而增加工業(yè)收入、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、解決工業(yè)生產(chǎn)效率等問題。同時減少勞動力投入、減少勞動成本占比、降低總成本,使工業(yè)發(fā)展更加便捷。

        3.3 3D 打印技術(shù)用于產(chǎn)品制造

        在三維設計技術(shù)快速發(fā)展的背景下,工業(yè)設計中往往需要通過三維設計軟件進行設計產(chǎn)品,而3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)使得3D 打印機成為了檢驗設計的重要工具,不同設計師可以設計各種不同的產(chǎn)品,并通過3D 打印機定制自己與眾不同的設計靈感產(chǎn)品,方便了設計師們的創(chuàng)作,縮短了創(chuàng)造到成品之間冗雜的過程,使設計師更快地發(fā)現(xiàn)自己創(chuàng)作的優(yōu)點與缺點,使工業(yè)生產(chǎn)中的新產(chǎn)品可以適時改進。設計師們可以設計更精密、成本更低的產(chǎn)品,而且加上三維設計軟件的廣泛應用,3D 打印機的運用、操作更加簡單,為新產(chǎn)品的創(chuàng)作與成形節(jié)省更多的時間,使設計師安心創(chuàng)作、大膽創(chuàng)作、方便創(chuàng)作。除此之外,高精度的產(chǎn)品方便了設計師們?yōu)榫毜膭?chuàng)作與創(chuàng)作欲望,減少因精度不夠而導致的產(chǎn)品問題,從而降低設計師設計的失誤率,增加設計師們設計的信心。

        4 3D 打印技術(shù)在工業(yè)設計中的影響

        4.1 3D 打印技術(shù)革新了傳統(tǒng)創(chuàng)作方式

        3D 打印技術(shù)出現(xiàn)之前,傳統(tǒng)的設計受產(chǎn)品的生產(chǎn)、組裝等工藝制約,使得設計師的創(chuàng)造力、想象力受到束縛。而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與成熟,結(jié)構(gòu)與外觀再復雜的產(chǎn)品也能破除生產(chǎn)組裝等限制通過3D 打印機打印出來。如此,設計師們可以將精力完全集中在產(chǎn)品的外觀創(chuàng)意和功能創(chuàng)新上,使產(chǎn)品的設計多元化、結(jié)構(gòu)更一體化,使用人性化趨勢逐漸顯現(xiàn),在其技術(shù)、經(jīng)濟、美學、環(huán)境、人機等屬性因素中,人機屬性和美學屬性因素所占的比例得到提高。傳統(tǒng)工業(yè)設計全部依靠傳統(tǒng)的大批量的生產(chǎn)制造方式,因此便需要一個準確的模型進行制作。即便是對于過去的個性化設計也只是在原本模型的范圍內(nèi)加以改變和創(chuàng)新。因此設計者的靈感被束縛。使用者的體驗與感受得不到照顧。在不同的環(huán)境之中,單一的模型不能完全滿足需要,使得使用者對產(chǎn)品適用性的懷疑,與體驗感差的評價。例如傳統(tǒng)的鼠標設計方式,使用者只能去習慣適應鼠標的大小、滑動的順滑度、點擊鼠標的聲音等這些固有規(guī)格。而3D 打印技術(shù)則是根據(jù)使用者的手掌大小、個人需求等設計定制出與之相適應的產(chǎn)品。3D 打印技術(shù)更加人性化地解決了人們個性化需求與實物體驗之間的矛盾。3D 打印技術(shù)的個性可定制化,讓人們有了真正的優(yōu)質(zhì)體驗。

        4.2 3D 打印技術(shù)對產(chǎn)業(yè)的影響

        對于傳統(tǒng)工業(yè)設計,設計與制造相分離,互不依賴,原因在于過去生產(chǎn)方式古板,需要大量手工配合,從而設計師不生產(chǎn),工人不設計,設計與生產(chǎn)互相分離互不關(guān)聯(lián)。自3D 打印技術(shù)的出現(xiàn),專業(yè)設計師對于傳統(tǒng)手業(yè)的生產(chǎn)依賴性減少,因為3D 打印技術(shù)的出現(xiàn),手工方式生產(chǎn)已遠遠落后,而3D 打印技術(shù)對手工的低要求,恰恰成為了設計師自主設計、自主制造完全不需要與其他手工勞動者相綁定。一些具有創(chuàng)新能力的設計師完全可以獨立自我創(chuàng)新,改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,取代手工的低效率生產(chǎn),一些具有設計思維的消費者也可能利用新型3D 打印技實現(xiàn)個性化產(chǎn)品定制需求。

        4.3 3D 打印技術(shù)對工業(yè)流程及成本的影響

        3D 打印技術(shù)的出現(xiàn),使工業(yè)流程得到精簡,原本幾個生產(chǎn)線的工作量現(xiàn)在一臺3D 打印機便可取締,在實際生產(chǎn)中,無論多精密的儀器都會有誤差,所以,對于正常的工業(yè)生產(chǎn),所用的流程越多,流程越復雜,材料損耗也就會越多。成本也就得不到有效控制。傳統(tǒng)的工業(yè)設計中,生產(chǎn)的過程需要繁瑣的程序,有時一個產(chǎn)品需要分成多個部件再進行組裝。在傳統(tǒng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)中,所用的材料得不到有效控制,生產(chǎn)成本也就得不到有效控制。同時生產(chǎn)流程不僅會導致生產(chǎn)周期長、材料損失多,甚至會造成環(huán)境污染。除此之外,還有各生產(chǎn)線維修維護成本等都會使成本總量增加。然而3D 打印技術(shù)完全不用擔心這些問題,3D打印技術(shù)以其便捷的打印方式,強大的打印能力將設計的產(chǎn)品完美的展現(xiàn)出來,設計與制造的成本也得到了有效控制。

        結(jié)束語

        綜上所述,3D 打印技術(shù)相比傳統(tǒng)工業(yè)設計與制造有著巨大優(yōu)勢,它的出現(xiàn)將擁有改變工業(yè)設計格局的潛能。3D 打印技術(shù)的應用可降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量,提高工作效率、改善用戶體驗、為社會各業(yè)帶來更多的經(jīng)濟價值。對社會各業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。盡管3D 打印技術(shù)并不完美,還存在較多的問題,相信在社會各業(yè)積極探究與應用下,3D 打印技術(shù)中目前存在的問題會迎刃而解。

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