工業設計上3D列印技術的作用與運用的論文

　　引言：3D列印技術是快速成形技術的一種，可以實現大規模的個性化生產，可以製造出傳統生產技術無法制造出的產品。3D列印技術改變了金屬、塑膠等原料傳統的加工、裝配模式，實現了隨時、隨地、按需進行生產，是促進製造業全面升級、實現工業4刀、促進工業設計發展的重要因素。本文以3D列印技術為背景，重點分析了3D列印技術在工業設計上的應用及其對工業設計的影響，為我國工業設計提供借鑑和參考。

　　一、30列印技術

　　（一）3D列印技術原理。3D列印技術最早稱為快速成形技術或快速原型製造技術，是在當代cAD/cAM技術、機械工程、分層製造技術、鐳射技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上整合發展起來的一種先進製造技術。它是以計算機三維數字模型為藍本，用軟體將其分解成若干層平面切片，然後由數控成型系統利用鐳射束、熱熔噴嘴等方式將可粘合材料進行逐層堆積茹結，最終疊加成型，製造出產品。

　　（二）3D列印技術的常見細分類別及可使用材料。常見的3D列印技術根據成型技術的不同可以分為下表幾個類別：

　　（三）3D列印的優勢。3D列印技術是大批次生產形式向小批次、個性化生產形式發展的引領技術，其突出優勢在於生產結構、外觀複雜的物品而不增加成本、多樣化不增加成本，在於無須組裝、零時間交付、設計空間無限、零技能製造、不佔空間、便攜制、減少廢棄副產品、材料無限組合及精確的實體複製。

　　二、3D列印在工業設計中的應用

　　（一）概念模型、功能原型的製作。在工業設計的流程中，需要反複製作不同作用和型別的零件、模型，傳統的方法有著製作週期長、勞動強度高、精度差、成本高等諸多缺點，而使用3D列印技術可以快速、輕鬆、精準的得到所需的零件、模型。

　　（二）工業設計過程中所需工具的製作。工業設計是一個充滿創造力活動，不同的產品、不同的設計師在設計過程中需要用到各種各樣的器材和工具來輔助，這些工具大多數都是設計師根據需要自行製作。這時，可以透過3D印表機完成，而不是耗費大量的時間、精力透過各種加工方式去製作。3D列印裝置在工具製作上不僅可以縮短時間，降低成本，還可以構造出結構更加精密、質量更加輕盈、更加符合人體工程學的產品，大幅度提高設計的效率。

　　（三）小批次產品生產。隨著3D列印技術的發展，其列印成本和列印時間進一步下降，可以列印的材料、方式不斷豐富，使其在小批次產品生產上與傳統加工製造工藝相比，有著生產流程短、時間少、成本低等巨大優勢，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，對設計進行修改，解除了傳統制造業的技術、成本、工期等限制，這樣，設計的產品不但快速而且靈活的得以生產。

　　三、3D列印對工業設計的影響

　　（一）解放束縛，改變設計理念。傳統的設計造型受產品的生產、組裝等工藝制約，使得設計師的創造力、想象力受到束縛。而隨著3D列印技術的發展和成熟，結構、外觀再複雜的產品都能透過3D印表機打印出來，且渾然一體。如此，設計師可以將精力集中在產品形態、外觀創意和功能創新、改進上，使產品的造型設計多元化、結構設計一體化、使用人性化趨勢逐漸顯現，在其技術、經濟、美學、環境、人機等屬性因素中，人機屬性和美學屬性因素所佔的比例得到提高。傳統的工業設計是建立在傳統的大批次生產方式之上的，這就要求設計是根據一個模型來進行的，即使是所謂的.個性化設計也只是將模型的生成範圍縮小了。這意味著使用者的心理、生理及使用時間、環境等差異性在設計過程中難以體現。如滑鼠設計就是這種典型的設計方式：傳統設計模式是讓使用者手掌的大小、使用的習慣、個性需求等去適應有限的規格、型號，而3D列印技術則可根據使用者的手形、習慣、個性需求等設計、生產出與其完全匹配的產品。3D列印技術使產品的個性化設計與生產成為可能，利用3D列印技術可以實現產品的量身定做，真正實現以人為本。

　　（二）3D列印技術對工業設計流程及成本的影響。在設計過程中，順暢而高效的設計交流是工業設計開發取得成功的重要保證。其中各種型別的模型是交流的重要手段之一，手工製作的模型在精度、質感、觸感等方面與概念的設計預期都存在較大偏差，而3D列印能克服這些缺點，使設計團隊中的每個成員及使用者都能夠直觀地看到和觸控這些概念模型，比較它們之間的結構、外形和功能的差別與優劣。另外，工業設計過程中的模型如果用手工製作的話將耗費相當長的時間，是縮短產品上市時間的最大障礙，採用3D列印可大大縮短概念模型和產品原型的製作時間，從以往的幾天乃至幾個星期縮短到幾小時。

　　近年來，隨著產品複雜化和個性化的發展趨勢，設計過程中模型加工和製造的成本非常高，複雜模型甚至要求製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列印技術可實現模型隨時、隨地製作，大幅度降低設計成本。

　　（三）3D列印技術對設計產業的影響。傳統的工業設計模式受到固有減式生產方式所制約，由專業設計師主導。但隨著3D列印技術的日趨成熟，獨立設計師對於傳統加工業的依賴性將越來越小。對於那些具有較強的創新意識，具備一定的設計、研發能力的消費者很可能變成設計師和生產商。隨著3D列印技術所帶來的社會化製造，獨立設計師和品牌也將崛起。

　　四、3D列印在工業設計中所面臨的問題

　　3D列印由設計師、設計軟體、裝置、材料等共同作用，相互影響。在工業設計領域，3D列印技術解放了設計束縛，激發了設計師的創作靈感，但用於3D列印技術的設計軟體、模型輸出格式等方面依然需要進一步發展與完善。目前,3D列印技術可以與設計完美地結合在一起己經在諸多產品上得以證實，並獲得了廣泛的認可，但是如何讓其在更多的產品生產中發揮應有的作用，仍是一個需要不斷探討的問題。同時，3D列印技術其本身又存在先天性不足，例如：列印尺寸受技術和印表機的限制、產品列印時間過長及大批次生產時無成本優勢等，這些原因使3D列印仍不能代替傳統制造工藝。

　　結論：3D列印技術在工業設計領域己經獲得了重大的發展和應用。在工業設計領域，3D列印技術不僅可以滿足當下人們對個性化、訂製化產品的要求，還可以實現結構、外觀複雜產品的製造，提高設計製造精度，大大縮短設計週期，降低設計成本，激發了設計師的創作靈感，為產品設計帶來新的生命力，同時催生了大量獨立設計師及設計品牌，有良好的發展前景。同時，3D列印技術也存在一些技術和推廣上的缺點與不足，但隨著3D列印技術的發展、成熟及設計人員的不懈努力，一定會在工業設計領域得到越發廣泛的應用。