工業(yè)設(shè)計上3D打印技術(shù)的作用與運用的論文
引言：3D打印技術(shù)是快速成形技術(shù)的一種，可以實現(xiàn)大規(guī)模的個性化生產(chǎn)，可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)改變了金屬、塑料等原料傳統(tǒng)的加工、裝配模式，實現(xiàn)了隨時、隨地、按需進(jìn)行生產(chǎn)，是促進(jìn)制造業(yè)全面升級、實現(xiàn)工業(yè)4刀、促進(jìn)工業(yè)設(shè)計發(fā)展的重要因素。本文以3D打印技術(shù)為背景，重點分析了3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計上的應(yīng)用及其對工業(yè)設(shè)計的影響，為我國工業(yè)設(shè)計提供借鑒和參考。
一、30打印技術(shù)
（一）3D打印技術(shù)原理。3D打印技術(shù)最早稱為快速成形技術(shù)或快速原型制造技術(shù)，是在當(dāng)代cAD/cAM技術(shù)、機械工程、分層制造技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)。它是以計算機三維數(shù)字模型為藍(lán)本，用軟件將其分解成若干層平面切片，然后由數(shù)控成型系統(tǒng)利用激光束、熱熔噴嘴等方式將可粘合材料進(jìn)行逐層堆積茹結(jié)，最終疊加成型，制造出產(chǎn)品。
（二）3D打印技術(shù)的常見細(xì)分類別及可使用材料。常見的3D打印技術(shù)根據(jù)成型技術(shù)的不同可以分為下表幾個類別：
（三）3D打印的優(yōu)勢。3D打印技術(shù)是大批量生產(chǎn)形式向小批量、個性化生產(chǎn)形式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)，其突出優(yōu)勢在于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、外觀復(fù)雜的物品而不增加成本、多樣化不增加成本，在于無須組裝、零時間交付、設(shè)計空間無限、零技能制造、不占空間、便攜制、減少廢棄副產(chǎn)品、材料無限組合及精確的實體復(fù)制。
二、3D打印在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用
（一）概念模型、功能原型的制作。在工業(yè)設(shè)計的流程中，需要反復(fù)制作不同作用和類型的零件、模型，傳統(tǒng)的方法有著制作周期長、勞動強度高、精度差、成本高等諸多缺點，而使用3D打印技術(shù)可以快速、輕松、精準(zhǔn)的得到所需的零件、模型。
（二）工業(yè)設(shè)計過程中所需工具的制作。工業(yè)設(shè)計是一個充滿創(chuàng)造力活動，不同的產(chǎn)品、不同的設(shè)計師在設(shè)計過程中需要用到各種各樣的器材和工具來輔助，這些工具大多數(shù)都是設(shè)計師根據(jù)需要自行制作。這時，可以通過3D打印機完成，而不是耗費大量的時間、精力通過各種加工方式去制作。3D打印設(shè)備在工具制作上不僅可以縮短時間，降低成本，還可以構(gòu)造出結(jié)構(gòu)更加精密、質(zhì)量更加輕盈、更加符合人體工程學(xué)的產(chǎn)品，大幅度提高設(shè)計的效率。
（三）小批量產(chǎn)品生產(chǎn)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其打印成本和打印時間進(jìn)一步下降，可以打印的材料、方式不斷豐富，使其在小批量產(chǎn)品生產(chǎn)上與傳統(tǒng)加工制造工藝相比，有著生產(chǎn)流程短、時間少、成本低等巨大優(yōu)勢，而且不受時間、空間、機床、模具的限制，只要有需要便可以隨時暫停生產(chǎn)，對設(shè)計進(jìn)行修改，解除了傳統(tǒng)制造業(yè)的技術(shù)、成本、工期等限制，這樣，設(shè)計的產(chǎn)品不但快速而且靈活的得以生產(chǎn)。
三、3D打印對工業(yè)設(shè)計的影響
（一）解放束縛，改變設(shè)計理念。傳統(tǒng)的設(shè)計造型受產(chǎn)品的生產(chǎn)、組裝等工藝制約，使得設(shè)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)展和成熟，結(jié)構(gòu)、外觀再復(fù)雜的產(chǎn)品都能通過3D打印機打印出來，且渾然一體。如此，設(shè)計師可以將精力集中在產(chǎn)品形態(tài)、外觀創(chuàng)意和功能創(chuàng)新、改進(jìn)上，使產(chǎn)品的造型設(shè)計多元化、結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化、使用人性化趨勢逐漸顯現(xiàn)，在其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)、環(huán)境、人機等屬性因素中，人機屬性和美學(xué)屬性因素所占的比例得到提高。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計是建立在傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式之上的，這就要求設(shè)計是根據(jù)一個模型來進(jìn)行的，即使是所謂的.個性化設(shè)計也只是將模型的生成范圍縮小了。這意味著使用者的心理、生理及使用時間、環(huán)境等差異性在設(shè)計過程中難以體現(xiàn)。如鼠標(biāo)設(shè)計就是這種典型的設(shè)計方式：傳統(tǒng)設(shè)計模式是讓使用者手掌的大小、使用的習(xí)慣、個性需求等去適應(yīng)有限的規(guī)格、型號，而3D打印技術(shù)則可根據(jù)使用者的手形、習(xí)慣、個性需求等設(shè)計、生產(chǎn)出與其完全匹配的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)使產(chǎn)品的個性化設(shè)計與生產(chǎn)成為可能，利用3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)產(chǎn)品的量身定做，真正實現(xiàn)以人為本。
（二）3D打印技術(shù)對工業(yè)設(shè)計流程及成本的影響。在設(shè)計過程中，順暢而高效的設(shè)計交流是工業(yè)設(shè)計開發(fā)取得成功的重要保證。其中各種類型的模型是交流的重要手段之一，手工制作的模型在精度、質(zhì)感、觸感等方面與概念的設(shè)計預(yù)期都存在較大偏差，而3D打印能克服這些缺點，使設(shè)計團(tuán)隊中的每個成員及用戶都能夠直觀地看到和觸摸這些概念模型，比較它們之間的結(jié)構(gòu)、外形和功能的差別與優(yōu)劣。另外，工業(yè)設(shè)計過程中的模型如果用手工制作的話將耗費相當(dāng)長的時間，是縮短產(chǎn)品上市時間的最大障礙，采用3D打印可大大縮短概念模型和產(chǎn)品原型的制作時間，從以往的幾天乃至幾個星期縮短到幾小時。
近年來，隨著產(chǎn)品復(fù)雜化和個性化的發(fā)展趨勢，設(shè)計過程中模型加工和制造的成本非常高，復(fù)雜模型甚至要求制作專用模具和加工工藝以保證模型的精度和真實效果，而3D打印技術(shù)可實現(xiàn)模型隨時、隨地制作，大幅度降低設(shè)計成本。
（三）3D打印技術(shù)對設(shè)計產(chǎn)業(yè)的影響。傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計模式受到固有減式生產(chǎn)方式所制約，由專業(yè)設(shè)計師主導(dǎo)。但隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟，獨立設(shè)計師對于傳統(tǒng)加工業(yè)的依賴性將越來越小。對于那些具有較強的創(chuàng)新意識，具備一定的設(shè)計、研發(fā)能力的消費者很可能變成設(shè)計師和生產(chǎn)商。隨著3D打印技術(shù)所帶來的社會化制造，獨立設(shè)計師和品牌也將崛起。
四、3D打印在工業(yè)設(shè)計中所面臨的問題
3D打印由設(shè)計師、設(shè)計軟件、設(shè)備、材料等共同作用，相互影響。在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，3D打印技術(shù)解放了設(shè)計束縛，激發(fā)了設(shè)計師的創(chuàng)作靈感，但用于3D打印技術(shù)的設(shè)計軟件、模型輸出格式等方面依然需要進(jìn)一步發(fā)展與完善。目前,3D打印技術(shù)可以與設(shè)計完美地結(jié)合在一起己經(jīng)在諸多產(chǎn)品上得以證實，并獲得了廣泛的認(rèn)可，但是如何讓其在更多的產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮應(yīng)有的作用，仍是一個需要不斷探討的問題。同時，3D打印技術(shù)其本身又存在先天性不足，例如：打印尺寸受技術(shù)和打印機的限制、產(chǎn)品打印時間過長及大批量生產(chǎn)時無成本優(yōu)勢等，這些原因使3D打印仍不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造工藝。
結(jié)論：3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域己經(jīng)獲得了重大的發(fā)展和應(yīng)用。在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，3D打印技術(shù)不僅可以滿足當(dāng)下人們對個性化、訂制化產(chǎn)品的要求，還可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、外觀復(fù)雜產(chǎn)品的制造，提高設(shè)計制造精度，大大縮短設(shè)計周期，降低設(shè)計成本，激發(fā)了設(shè)計師的創(chuàng)作靈感，為產(chǎn)品設(shè)計帶來新的生命力，同時催生了大量獨立設(shè)計師及設(shè)計品牌，有良好的發(fā)展前景。同時，3D打印技術(shù)也存在一些技術(shù)和推廣上的缺點與不足，但隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展、成熟及設(shè)計人員的不懈努力，一定會在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域得到越發(fā)廣泛的應(yīng)用。
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