3D打印中現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)應(yīng)用

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摘要：概述3d打印技術(shù)運(yùn)用在現(xiàn)代家具的成型原理，分析了國(guó)內(nèi)外3D打印家具在結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)過程、銷售模式以及文化傳承的典型案例，從各個(gè)方面得出其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，吸取可參考之處并對(duì)其進(jìn)行較全面的總結(jié)。而現(xiàn)階段的局限是3D打印技術(shù)尚未成熟，客觀地指出3D打印家具現(xiàn)階段材料、工藝、設(shè)備、相關(guān)操作人員等制約性問題。最后論述觀點(diǎn)，現(xiàn)階段3D打印技術(shù)尚有許多工藝上的不足，但3D打印技術(shù)隨著不同領(lǐng)域的發(fā)酵將不斷的完善自身的缺陷，因此3D打印現(xiàn)代家具在未來將是一個(gè)熱度極高的行業(yè)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代家具；3D打印技術(shù)；原理；優(yōu)勢(shì)；局限

目前社會(huì)3D打印家具已有文獻(xiàn)對(duì)其優(yōu)缺、材料、結(jié)構(gòu)等不同的分類進(jìn)行了探討，本文基于3D打印現(xiàn)代家具的各方面進(jìn)行信息整合和補(bǔ)充。本文列舉具有代表性的3D打印運(yùn)用在家具上的實(shí)例和查閱大量的文獻(xiàn)資料，再結(jié)合自身的實(shí)踐調(diào)研，從家具的結(jié)構(gòu)、材料、市場(chǎng)狀況與3D打印相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行探討，同時(shí)本文對(duì)3D打印現(xiàn)代家具的優(yōu)缺較全面的分析，給現(xiàn)代家具領(lǐng)域的相關(guān)工作者提供意見以及對(duì)未來家具的行業(yè)提供有效的幫助。

13D打印的概述

3D打印技術(shù)最早誕生于20世紀(jì)80年代，現(xiàn)代科技不斷的提高，3D打印技術(shù)在大型建筑、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、集成電路、航天領(lǐng)域等許多行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，近幾年，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展、傳統(tǒng)的家具制造工藝也突破不了，也逐漸被運(yùn)用到家具設(shè)計(jì)當(dāng)中。3D打印是增材制造技術(shù)的俗稱。顧名思義，以三維軟件數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，由不同散狀材料進(jìn)行疊加后成為實(shí)體的過程，此工藝的原理稱為增材制造[1]。工作原理是利用三維軟件進(jìn)行輔助將準(zhǔn)備打印的家具進(jìn)行三維圖形分層，從三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到二維數(shù)據(jù)，通過“逐層疊加”實(shí)現(xiàn)最終的三維家具。以下為3D打印技術(shù)制造家具的過程。①確定家具的形態(tài)，是否為一體成型，若否，則需分開家具各部件進(jìn)行打印，用3D虛擬軟件建出家具或其組裝部件的文件。②在三維軟件數(shù)據(jù)建立后，將家具或家具零部件導(dǎo)入精細(xì)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)。③打印家具實(shí)體后（若將家具拆分零部件打印的需通過組裝完成最終的實(shí)體），最后給家具進(jìn)行后序工藝處理后完成家具生產(chǎn)。

23D打印技術(shù)在家具上運(yùn)用的實(shí)例

2.13D打印家具的結(jié)構(gòu)

匈牙利的Ollegellert設(shè)計(jì)師來自匈牙利，設(shè)計(jì)了一款用連接件（圖1）組合一起的家具，此家具是采用8毫米的板塊進(jìn)行拼接，模塊化的連接件是采用3D打印技術(shù)制作與設(shè)計(jì)的，顛覆了對(duì)傳統(tǒng)家具的認(rèn)知，此連接件可以依據(jù)用戶的需求進(jìn)行個(gè)性化拼接形成多形式的家具實(shí)體，因家具的組合不需要任何的固定連接，比如螺絲以及膠水粘黏，所以可以進(jìn)行原材料的還原以及重新組裝。板材作為家具的原材料，可以直接用于拼接，不需要具體生產(chǎn)復(fù)雜的家具實(shí)體。是連接件的出現(xiàn)讓現(xiàn)代家具有了個(gè)全新的視角，將現(xiàn)代家具推向一個(gè)新的浪潮[2]。探索家具的結(jié)構(gòu)連接件除了OlleGellert的家具創(chuàng)作，還有此類型的作品，如劉志杰的《角椅》、李宣吉的《萬物生長(zhǎng)》以及鹿特丹的Minale-Maeda設(shè)計(jì)工作室的一系列作品《Keystones》等（圖4）。家具出現(xiàn)更多樣的連接形式，簡(jiǎn)化家具材料的工藝且降低了制造難度，減少人工成本和材料的浪費(fèi)，家具的材料或部件可再利用，3D打印連接件的出現(xiàn)引導(dǎo)新的設(shè)計(jì)方向。

2.23D打印家具的生產(chǎn)

2004年，一款合作設(shè)計(jì)的一體成型家具C2椅用了激光燒結(jié)（sls）技術(shù)，該設(shè)計(jì)是由比利時(shí)馬瑞斯公司與設(shè)計(jì)師特里克喬安共同打造完成的，目前收藏在荷蘭的阿姆斯特丹博物館[3]。家具設(shè)計(jì)Fractal•MGX是模擬用數(shù)學(xué)方法計(jì)算的分形模式，不斷復(fù)制相似，有機(jī)生長(zhǎng)。茶桌的結(jié)構(gòu)是是由仿生的樹干進(jìn)行受力，而樹干的分支則將整個(gè)桌面托起支撐。整個(gè)設(shè)計(jì)高度復(fù)雜又條理清晰，整體造型沒有進(jìn)行拼接和，是過去的傳統(tǒng)制造工藝難以做到的。成立至今歷史悠久TheVictoriaalbert(VA)是被世界共同認(rèn)證的藝術(shù)博物館，世界各地的優(yōu)秀展品被共收錄了3000多件，都是為推動(dòng)藝術(shù)與設(shè)計(jì)的良性發(fā)展，為此他們將舉辦一次3D打印的展覽，在脫引而出的Fractal•MGX家具被永久收錄在此博物館。目前傳統(tǒng)的工藝都為大批量制造生產(chǎn)，都為耗材的工序，而運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠簡(jiǎn)化模具制作等工序，從而提高家具制作的效率，同時(shí)具有一體成型和免組裝的好處。3D打印技術(shù)運(yùn)用在家具上是最優(yōu)的曲面形態(tài)生成工具之一。

2.33D打印家具的材料

Bitonti設(shè)計(jì)師利用編程算法生成了ABS塑料家具，其造型獨(dú)特是采用獨(dú)自研發(fā)的算法，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)換算，節(jié)省了手工建模工序，大大提高了設(shè)計(jì)效率，每個(gè)打印出來的家具都是獨(dú)一無二的設(shè)計(jì)[4]。LilianvanDaal是英國(guó)皇家藝術(shù)學(xué)院的設(shè)計(jì)師，她利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一款名叫Biomimicry軟椅（圖5）。這款椅子通過對(duì)植物細(xì)胞的不同狀態(tài)進(jìn)行調(diào)研和前期的分析，傳統(tǒng)的工藝手法無法達(dá)到此結(jié)構(gòu)，因此以3D打印技術(shù)（3Dprinting）去仿造此植物的結(jié)構(gòu)。而最后完成此款家具的制作，Biomimicry家具整體的設(shè)計(jì)的都為同一種材料，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)密度不一，使得空氣能夠進(jìn)入內(nèi)部。這種手法是通過仿生設(shè)計(jì)（通過自然或生物提取靈感進(jìn)行仿照設(shè)計(jì)）實(shí)現(xiàn)（圖6～8）。3D打印家具能夠減輕自身的重量，同時(shí)節(jié)省材料和降低運(yùn)輸過程的費(fèi)用，且其仿生結(jié)構(gòu)使舒適度更佳。其結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)工藝無法做出的復(fù)雜造型，傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)被推向新時(shí)展的高度。

2.43D打印家具的生產(chǎn)模式與造型

PhilippeStarck是一個(gè)非常著名的設(shè)計(jì)師，擁有將生活用品變成有趣味的藝術(shù)品稱號(hào)。在米蘭的家具展上他將表示要在圣保羅開家為客戶個(gè)性化定制家具的公司，可以擁有原創(chuàng)的3d打印家具，也可以與別人分享此家具。該企業(yè)的名字為TOP（AllCreatorsTOGether），同時(shí)成立了一個(gè)參與式的創(chuàng)新品牌，是一個(gè)客戶和設(shè)計(jì)師共同完成的平臺(tái)。TOG在設(shè)計(jì)與制造的過程中運(yùn)用參與式的手法和客戶共同定制定了個(gè)性化家具。TOP的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以定制每個(gè)消費(fèi)者的需求，以3d數(shù)據(jù)傳送到消費(fèi)者手中，可以自行下載3d打印數(shù)據(jù)模型，在家以3D打印機(jī)進(jìn)行打印，像這樣個(gè)性新穎的家具品牌自然受到很大的歡迎。3D虛擬模型能夠通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)異地制造實(shí)體。“異地分散化制造”的新生產(chǎn)模式[5]。3D打印家具的出現(xiàn)正好解決每個(gè)消費(fèi)者個(gè)性化選擇的需求，從批量制造到批量定制，大量差異化產(chǎn)品可以生產(chǎn)，彌補(bǔ)家具市場(chǎng)上產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重的弊端[6]。其能夠極大提高設(shè)計(jì)到實(shí)物的轉(zhuǎn)化速度，并且通過虛擬模型能夠想象到實(shí)體的成型效果。3D打印技術(shù)可以從技術(shù)和材料兩方面，使家具的回收利用環(huán)節(jié)變得輕松，3D打印具有可替換性、可循環(huán)使用的優(yōu)勢(shì)[3]。

2.53d打印家具的傳承

“富厚堂”為曾國(guó)藩的故居，因常年開放導(dǎo)致傳統(tǒng)的家具都受到不同程度的損壞情況，而3D打印技術(shù)能夠修復(fù)家具的缺失部分[4]。主要的方法采用紅外線對(duì)家具的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，將其編入三維軟件，最后通過3D打印技術(shù)還原出實(shí)體，最后進(jìn)行拼接、拋光和噴漆后續(xù)工序部分。同樣，宜家在法國(guó)和比利時(shí)的實(shí)體店中進(jìn)行3D打印技術(shù)修補(bǔ)家具的試點(diǎn)。消費(fèi)者能夠把舊式的家具帶到實(shí)體店進(jìn)行回收或轉(zhuǎn)售，同時(shí)能夠獲得相對(duì)的費(fèi)用。對(duì)于并不想丟棄原來的家具可以進(jìn)行3D打印修復(fù)其損壞或丟失的部分。3D打印技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)家具修復(fù)還原、對(duì)于設(shè)計(jì)師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)代家具的創(chuàng)新和文化的傳承有重大的實(shí)踐指導(dǎo)意義[6]。

2.63d打印家具的色彩

美國(guó)Stratasys公司的3D打印技術(shù)是非常著名的，在原來的二維彩色打印的基礎(chǔ)上不斷的研究和嘗試，創(chuàng)造出了可以打印不同材料和顏色的3D打印機(jī)，以青、品紅、黃三種的顏色為基礎(chǔ)可組成數(shù)百種色彩，不僅如此，在打印的同時(shí)可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品的透明度，顏色的視覺感受非常的細(xì)膩且不交匯污染，是傳統(tǒng)工藝無法比擬的。3D打印技術(shù)可以使家具的色彩解放了傳統(tǒng)工藝色彩形式的束縛，使得具有吸引力的色彩產(chǎn)生變得愈發(fā)高效和便捷[7]。

33D打印家具擬解決的關(guān)鍵問題

3D打印現(xiàn)代家具已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在以下幾方面問題。①3D打印技術(shù)的材料是局限3D打印家具推廣的主要原因。雖已研發(fā)的材料主要有塑料、樹脂和金屬等。家具的材料以木質(zhì)和金屬為主，而3D打印的材料常用的主要是樹脂材料，目前3D打印技術(shù)并不能完成木質(zhì)和金屬材料的打印[8]。②3D打印機(jī)打印速率非常慢，對(duì)于批量化生產(chǎn)大體量的家具和造型復(fù)雜的家具需要幾天的周期，而利用模具進(jìn)行的批量生產(chǎn)效率會(huì)相對(duì)快很多，比如注塑的成型周期可以短到一分鐘。③由于3D打印自身工藝還不夠完善，在打印家具的精細(xì)程度和質(zhì)量大多不能用于實(shí)際使用需求。④家具的打印需工業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)完成，實(shí)際比例的尺寸比例需要耗費(fèi)大量的樹脂材料，而優(yōu)質(zhì)的3D打印機(jī)和材料價(jià)格較為昂貴。⑤數(shù)字化的家具數(shù)據(jù)容易被竊取，同時(shí)家具的造型也容易被模仿，家具知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)也要不斷的完善。⑥缺乏3D打印家具相關(guān)的操作人才，家具生產(chǎn)已顛覆傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，需要家具營(yíng)銷、家具建模和3D打印機(jī)的相關(guān)操作人才。⑦3D打印技術(shù)是需要三維的思維考慮整個(gè)制造的過程，而不是簡(jiǎn)單的三維技術(shù)呈現(xiàn)，這個(gè)從設(shè)計(jì)到制造最關(guān)鍵的要素之一。除此之外，空間關(guān)系、成型方式和審美方式都是非常重要的因素。⑧3D打印需要大量的研發(fā)費(fèi)用和相關(guān)資金，因此在政策方面需要大量的政府投入或產(chǎn)業(yè)界的資金支撐[9]。

4結(jié)論

3D打印技術(shù)目前尚有許多工藝方面的局限，但3D打印隨著不同領(lǐng)域的發(fā)酵將不斷的完善自身的缺陷，目前3D打印家具的文獻(xiàn)探討和案例研究越來越多，本文也介紹了具有代表性案例，得出較全面的整合信息和補(bǔ)充，現(xiàn)代家具被推向一個(gè)全新的角色，將給3D打印運(yùn)用到現(xiàn)代家具給予更多的突破口，但并沒有得到廣泛的推廣，正是因?yàn)檫@兩者自身與結(jié)合上都有不同程度的局限，但時(shí)代的變遷是行業(yè)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，年輕人是追逐個(gè)性化潮流的一個(gè)群體，而3D打印技術(shù)的多樣性、設(shè)計(jì)感和未來感正好迎合這一需求。更新迭代的生產(chǎn)和營(yíng)銷模式將會(huì)成為新時(shí)展的新模式。在未來3D打印家具將是一個(gè)熱度極高的行業(yè)。

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作者:黃永良 單位:廣東工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院