產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)層面的3D技術(shù)探究

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摘要：由于3d打印技術(shù)具備十分強(qiáng)大的功能特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域之中，在對(duì)傳統(tǒng)制造行業(yè)造成巨大沖擊的同時(shí)，也帶動(dòng)起了一大批新興行業(yè)。本文分析了目前3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、及個(gè)性化產(chǎn)品制造等方面的應(yīng)用情況，闡述了3D打印對(duì)產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，并最終指出了這一技術(shù)所具備的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：3D打印；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；應(yīng)用途徑；技術(shù)優(yōu)勢(shì)

隨著當(dāng)今科技水平的不斷提升，3D打印技術(shù)也取得了巨大的發(fā)展與進(jìn)步，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了人類社會(huì)生活中的多個(gè)領(lǐng)域。尤其是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著十分巨大的市場(chǎng)前景。作為一種新型的工業(yè)技術(shù)手段，3D打印技術(shù)極大推動(dòng)了制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，同時(shí)這一技術(shù)也是當(dāng)今工業(yè)革命的一項(xiàng)主流發(fā)展趨勢(shì)。隨著相關(guān)技術(shù)手段的逐漸成熟，3D打印也將得到更加廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)人們的日常生活將會(huì)帶來(lái)翻天覆地的重大影響。本文將重點(diǎn)針對(duì)3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用情況展開(kāi)探究。

一、3D打印技術(shù)的應(yīng)用途徑

與以往所采用的制造工藝相比，3D打印技術(shù)具有極其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可十分便捷地做到傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)所難以達(dá)到的組織結(jié)構(gòu)與外觀制造，并且整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)便易行，完全不會(huì)新增額外的成本費(fèi)用，且可實(shí)現(xiàn)一次成型無(wú)需進(jìn)行組裝處理，相關(guān)的生產(chǎn)人員也不用具備豐富的制造專業(yè)能力與經(jīng)驗(yàn)。而且隨著這一項(xiàng)技術(shù)手段的不斷完善，其設(shè)計(jì)應(yīng)用將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的普及。

（一）產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

由于3D打印技術(shù)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)一整個(gè)過(guò)程中具備極高的契合度，因此這一項(xiàng)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面應(yīng)用極其廣泛。在開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作時(shí)，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員大都會(huì)在紙面上完成設(shè)計(jì)工作，而后再進(jìn)一步開(kāi)展產(chǎn)品模型制造工作，然而受制于以往常規(guī)生產(chǎn)材料的性能制約，單就模型制作的過(guò)程就需耗費(fèi)大量的時(shí)間，且精度水平還無(wú)法保證。而通過(guò)應(yīng)用3D打印技術(shù)則可使這一問(wèn)題迎刃而解，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員僅需利用3D模擬軟件進(jìn)行模型搭建，而后便可直接打印生產(chǎn)，設(shè)計(jì)過(guò)程的耗時(shí)將會(huì)大大縮短，精度水平也能夠得到有效保障。從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的一次成型，能夠大幅度降低額外的人力及物力成本支出，且不會(huì)導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，能夠最大程度地保障對(duì)生產(chǎn)材料的充分利用。并且在生產(chǎn)階段中，應(yīng)用3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確且高效的產(chǎn)品生產(chǎn)，同時(shí)在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期與費(fèi)用方面優(yōu)勢(shì)顯著，對(duì)于企業(yè)而言，這也是迅速搶占市場(chǎng)份額的核心關(guān)鍵。

（二）機(jī)械制造設(shè)計(jì)

3D打印技術(shù)最為突出的一項(xiàng)技術(shù)性優(yōu)勢(shì)即一體化成型制造，省去了產(chǎn)品部件的組裝拼接環(huán)節(jié)，這一項(xiàng)重大突破也將促使3D打印技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用3D打印技術(shù)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品往往分割部件相對(duì)較少，大多都具有較高的一體化程度，而且即便是分成了多個(gè)部件，其彼此之間的關(guān)聯(lián)水平依然很高。由于3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了整體化程度更高的機(jī)械產(chǎn)品制造，突破了傳統(tǒng)工藝所面臨著的諸多限制，導(dǎo)致產(chǎn)品在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中必須重新考慮原有的產(chǎn)品銜接與各零部件尺寸、形狀等問(wèn)題。考慮到機(jī)械制造與工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)?；a(chǎn)較為接近，因此針對(duì)需求總量較小且精度水平較高的需求，便需用到3D打印技術(shù)，如針對(duì)單一類型的金屬零部件與產(chǎn)品配件生產(chǎn)。針對(duì)部分相對(duì)較為復(fù)雜、總體數(shù)量上無(wú)過(guò)多需求，但有較高精度需求的機(jī)械產(chǎn)品，可利用3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)生產(chǎn)。

（三）個(gè)性化產(chǎn)品制造

3D打印技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)性能也衍生出了一些新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，例如在個(gè)性化產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，由于3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)十分復(fù)雜結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)制造，因此也為更富創(chuàng)意的設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)提供了新的可能性，可直接擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)制造技術(shù)的限制。相關(guān)的設(shè)計(jì)人員可利用計(jì)算機(jī)設(shè)備上的模擬軟件來(lái)進(jìn)行各種個(gè)性化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的門檻，只要擁有一臺(tái)電腦并安裝相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件，人人都可成為設(shè)計(jì)師，所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品模型只需通過(guò)與3D打印設(shè)備連接便可生產(chǎn)出來(lái)，這也是目前3D打印技術(shù)發(fā)展的主要方向。

二、3D打印對(duì)產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的影響

（一）對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的影響

相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展造型設(shè)計(jì)之時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分應(yīng)用目前已具備的各種新型工藝技術(shù)、新材料以及人文思想來(lái)打破傳統(tǒng)觀念，不斷做出創(chuàng)新式的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)。特別是隨著目前3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)工藝已經(jīng)不再會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)人員的想象力產(chǎn)生限制，從理論上來(lái)說(shuō)，無(wú)論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，通過(guò)3D打印技術(shù)都可被制造出來(lái)，且其精度水平也完全符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)人員可借助對(duì)產(chǎn)品形態(tài)與功能的發(fā)展創(chuàng)新，來(lái)賦予產(chǎn)品造型更加特殊的意蘊(yùn)內(nèi)涵。與此同時(shí)，相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作也將具有更加豐富、多元的發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)品造型將會(huì)更加側(cè)重于藝術(shù)審美，這同時(shí)也將會(huì)對(duì)社會(huì)公眾審美水平的提升產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

（二）對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

3D打印技術(shù)最為突出的一項(xiàng)特征即為能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一次成型，且不會(huì)有任何的銜接痕跡出現(xiàn)，無(wú)論是多么復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，都無(wú)需再組裝或開(kāi)模，并且一次成型。相較于傳統(tǒng)的銜接方式，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也將會(huì)有大幅度的提升。以人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)用到的鎖鏈為例，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，通常是將兩根直條材料彎折成閉合的“0”型，并使之互相嵌套，而后將銜接部位焊接處理。采取這樣一種傳統(tǒng)制造工藝不但操作麻煩，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)焊接部位也容易出現(xiàn)開(kāi)裂情況。而反觀應(yīng)用3D打印技術(shù)所制造的鎖鏈，可實(shí)現(xiàn)一次成型，不僅制造過(guò)程簡(jiǎn)單高效，而且無(wú)需進(jìn)行組裝，完全沒(méi)有焊接部位，整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固、可靠。

三、3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）拓寬設(shè)計(jì)思維

3D打印技術(shù)具有一體化成型特征，這也促使一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)變成了現(xiàn)實(shí)，而且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中操作起來(lái)也十分方便，設(shè)計(jì)人員僅需利用計(jì)算機(jī)設(shè)備中所安裝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)便可制作出產(chǎn)品模型，而后導(dǎo)出STL格式文件，利用打印機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)即可。通過(guò)3D打印技術(shù)所生產(chǎn)出的產(chǎn)品是通過(guò)打印材料三角形堆積所形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其三角面積越小，生產(chǎn)出產(chǎn)品也就會(huì)越精密。即便是高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也能夠通過(guò)十分簡(jiǎn)單的方式來(lái)生產(chǎn)，打破了生產(chǎn)條件的局限，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維也將得到拓寬，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)產(chǎn)品制造方式所難以實(shí)現(xiàn)的。

（二）縮短產(chǎn)品周期

隨著目前人們消費(fèi)能力的不斷增強(qiáng)，對(duì)于產(chǎn)品的更新需求速度也在不斷加快，要想有效適應(yīng)急劇加快的市場(chǎng)變化，產(chǎn)品生產(chǎn)模式也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。在以往的產(chǎn)品生產(chǎn)模式當(dāng)中，由最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)直至最終產(chǎn)品被生產(chǎn)出來(lái)，這當(dāng)中存在著諸多的環(huán)節(jié)流程，且過(guò)程十分繁雜。如在確定了設(shè)計(jì)方案以后還要進(jìn)行模具的制作，這一步驟不但會(huì)耗費(fèi)過(guò)多的時(shí)間成本，且還會(huì)導(dǎo)致資金費(fèi)用成本的增多，甚至還要關(guān)注產(chǎn)品銜接等局部細(xì)節(jié)處理問(wèn)題，這都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)周期被延長(zhǎng)。而通過(guò)應(yīng)用3D打印技術(shù)則能夠直接省去產(chǎn)品的制模環(huán)節(jié)，且可實(shí)現(xiàn)一次成型，產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到推出的一整個(gè)周期將會(huì)被大大縮短。

（三）降低研發(fā)費(fèi)用

面對(duì)當(dāng)前快速的消費(fèi)環(huán)境，產(chǎn)品生產(chǎn)也要及時(shí)更新，但是大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)必須要依賴于模具制造，而僅就一套模具的成本就十分高昂。若是在模具研發(fā)出來(lái)后，產(chǎn)品市場(chǎng)反響不好，很有可能會(huì)導(dǎo)致企業(yè)面臨巨大虧損。而通過(guò)應(yīng)用3D打印技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，可生產(chǎn)出少量產(chǎn)品測(cè)試市場(chǎng)反應(yīng)，再根據(jù)市場(chǎng)反饋結(jié)果來(lái)決定是否大規(guī)模生產(chǎn)，由此便可為企業(yè)節(jié)約出一大筆的研發(fā)費(fèi)用。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，盡管目前3D打印技術(shù)仍然存在著設(shè)備尺寸較小與可供打印的材料種類有限等問(wèn)題。但同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到3D打印技術(shù)在當(dāng)前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，利用這一種新型技術(shù)手段，可促使有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠突破傳統(tǒng)工藝技術(shù)與結(jié)構(gòu)限制，打破固有思維僵局，創(chuàng)新研究出更多新型化的應(yīng)用產(chǎn)品。同時(shí)隨著這一項(xiàng)技術(shù)手段的日漸完備，在今后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也必將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

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作者:張瓏薈 黃勁松 單位:武漢城市職業(yè)學(xué)院