舒慶偉

（河北省承德市雙灤區(qū)職業(yè)技術(shù)教育中心，河北 承德 067101）

引言

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)包括對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、裝飾等方面的改變，而由于運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品又包含了人文和藝術(shù)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)師將自己的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法有機(jī)融合，再借助輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)，有效提高工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，從而推動(dòng)產(chǎn)品在市場(chǎng)的流通?，F(xiàn)階段3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)和醫(yī)療行業(yè)。

1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)概念解析

1.1 概念分析

在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的設(shè)計(jì)靈感，采取不同的方法，將靈感設(shè)計(jì)成具體的實(shí)物，然后再經(jīng)過(guò)多次修改和完善，最終制作出滿足設(shè)計(jì)者想法的作品。也因此，一件作品的完成需要耗費(fèi)設(shè)計(jì)者較長(zhǎng)的時(shí)間。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)理念提出之后，在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，無(wú)論是設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)過(guò)程，還是設(shè)計(jì)效率都能得到有效提升[1]。常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)方法有多媒體技術(shù)、CAD技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、模糊技術(shù)、敏捷制造以及人機(jī)工程等，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)作品特點(diǎn)，合理選擇相應(yīng)技術(shù)。

1.2 設(shè)計(jì)流程

工業(yè)產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)流程包含多個(gè)環(huán)節(jié)，首先要做市場(chǎng)調(diào)研以及設(shè)計(jì)需求定位，然后制定草圖和效果圖，最后根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行批量生產(chǎn)。例如產(chǎn)品效果圖設(shè)計(jì)通常會(huì)選擇Photoshop等軟件進(jìn)行二維效果圖的設(shè)計(jì)，然后再通過(guò)3DMax等軟件完成三維設(shè)計(jì)，并進(jìn)行效果圖的渲染。在數(shù)據(jù)模型制作階段，通常會(huì)選擇CATIA等工程類軟件進(jìn)行完善。當(dāng)效果圖滿足生產(chǎn)需求時(shí)，就可以大批量生產(chǎn)。

1.3 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)效果圖與傳統(tǒng)的手繪效果圖相比，無(wú)論是著色還是空間感覺(jué)，都會(huì)更加直觀和有效，設(shè)計(jì)結(jié)果也更能凸顯設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念。因此計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件、硬件也在不斷更新。現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了智能化、集中化和現(xiàn)代化。設(shè)計(jì)人員只需要熟練操作各種計(jì)算機(jī)設(shè)備和系統(tǒng)，就能夠在短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)作出多種軟件模型，這樣，就能節(jié)約出更多的時(shí)間，用于研發(fā)和創(chuàng)作新的產(chǎn)品。

2 3D打印技術(shù)與工業(yè)設(shè)計(jì)概念解析

2.1 技術(shù)原理

3D打印技術(shù)是在CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、分層制造技術(shù)以及精密伺服驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的基礎(chǔ)之上最先進(jìn)的制造技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)做出的三維數(shù)據(jù)模型，被稱為藍(lán)本，再借助不同的軟件將藍(lán)本分解成不同的平面切面，通過(guò)數(shù)據(jù)控制成型系統(tǒng)，利用熱熔噴嘴或者激光束，將相應(yīng)的材料進(jìn)行連接，最終形成產(chǎn)品。

2.2 應(yīng)用流程

2.2.1 制作數(shù)據(jù)模型

在工業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員拿到設(shè)計(jì)圖紙之后，要反復(fù)確認(rèn)產(chǎn)品的制作要求，指定制作的零件和模型，并確定所有零件的相應(yīng)功能。3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)有更多優(yōu)勢(shì)，例如較高的精準(zhǔn)度，較高的強(qiáng)度，成本耗費(fèi)較低等，確定好所有材料和系統(tǒng)之后，專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)系統(tǒng)的指示，快速制作出相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。

2.2.2 制作設(shè)計(jì)工具

在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，通常不同的設(shè)計(jì)師會(huì)選用不同的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在制作設(shè)計(jì)工具時(shí)就可以利用3D打印技術(shù)。設(shè)計(jì)人員會(huì)按照自己的實(shí)際需求，制作各類設(shè)計(jì)工具，減少了工具選擇、采購(gòu)等的時(shí)間，更有效避免工具不符合要求的問(wèn)題，讓設(shè)計(jì)師有更多的精力做出更多優(yōu)秀的作品[2]。除此之外，使用3D打印技術(shù)制作出的設(shè)計(jì)工具比市面上采購(gòu)的工具質(zhì)量更輕巧，設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度更高，可以完全滿足設(shè)計(jì)師的使用需求。

2.2.3 生產(chǎn)小批量產(chǎn)品

雖然3D打印機(jī)的使用優(yōu)勢(shì)眾多，但是不能投入到大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)中，這是由于大批量生產(chǎn)往往需要較多的打印材料。在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中，3D打印技術(shù)可以靈活選擇各種打印方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的手工制造來(lái)講，生產(chǎn)所需要的成本和時(shí)間也會(huì)有效降低。另外，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中，借助3D打印技術(shù)可以完全忽略時(shí)間、空間、機(jī)床和模具等的因素影響，生產(chǎn)人員也可以按照用戶的需求，隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃或更改生產(chǎn)要求。

3 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)的結(jié)合

根據(jù)以上內(nèi)容可得出，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)之間有著相互促進(jìn)，相輔相成的關(guān)系。在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首先，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)可以為3D打印技術(shù)提供必要的數(shù)據(jù)模型，而3D打印技術(shù)又可以將該模型變?yōu)樵O(shè)計(jì)人員所需要的實(shí)物，將二者互相結(jié)合，有利于將設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)意變?yōu)楦鼉?yōu)秀的工業(yè)產(chǎn)品提供可能。當(dāng)該產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求之后，再投入到工廠中大批量生產(chǎn)，就可以快速占領(lǐng)市場(chǎng)，持續(xù)擁有該產(chǎn)品在市場(chǎng)上的份額。隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，現(xiàn)階段，應(yīng)用3D打印技術(shù)探索解決醫(yī)學(xué)難題、改善居住環(huán)境，且已初見(jiàn)成效。

4 相關(guān)案例分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，著名設(shè)計(jì)師郝建峰曾利用McNeel公司開(kāi)發(fā)的R hinoceros軟件和多邊形建模插件T-spline設(shè)計(jì)制作了桃桃和花花兩個(gè)吉祥物的模型[3]。首先利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制作桃桃和花花的二維效果圖，如圖1所示。這兩個(gè)吉祥物分別是以桃子和桃花為原型進(jìn)行設(shè)計(jì)。再借助T-spline的自由多邊形建模功能，設(shè)計(jì)出吉祥物的身體部位，再通過(guò)多邊形轉(zhuǎn)NURBS曲面的命令，轉(zhuǎn)成Rhinoceros軟件中可用來(lái)編輯的NURBS曲面，修飾模型的一些細(xì)節(jié)部分，完成整個(gè)數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建，如圖2所示。然后再用STL格式將數(shù)據(jù)模型進(jìn)行導(dǎo)出，與3D打印機(jī)相連接。在連接過(guò)程中，為了便于數(shù)據(jù)傳輸，可以選擇國(guó)內(nèi)研發(fā)的專業(yè)3D打印機(jī)，借助相應(yīng)的配套軟件實(shí)現(xiàn)打印功能。設(shè)計(jì)人員將打印尺寸等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，操作鼠標(biāo)之后，打印機(jī)就會(huì)執(zhí)行命令，再通過(guò)逐層打印形式，逐漸將吉祥物打印成功。設(shè)計(jì)人員再通過(guò)簡(jiǎn)單的清理和修整，就會(huì)得到最終的吉祥物模型，如圖3所示。在整個(gè)創(chuàng)作過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員制作好各類模型，將設(shè)備進(jìn)行連接之后就可以打印出產(chǎn)品，前后持續(xù)時(shí)間只有七天左右，并且成品質(zhì)量較高。

5 結(jié)語(yǔ)

將計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)技術(shù)互相融合，是工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的主要條件。隨著工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)設(shè)備的不斷完善，相信在未來(lái)，二者互相結(jié)合能夠?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)提供新的發(fā)展方向，同時(shí)也能改善人們的生活，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，推進(jìn)整個(gè)人類文明的進(jìn)步。