3D打印技術(shù)在人機(jī)工程學(xué)中的應(yīng)用

彭亞奇　（武漢理工大學(xué)　430000）

3D打印技術(shù)在人機(jī)工程學(xué)中的應(yīng)用

彭亞奇（武漢理工大學(xué)430000）

摘要：現(xiàn)代設(shè)計(jì)在經(jīng)歷了多次技術(shù)上的革新之后，終于在20世紀(jì)末期引來(lái)了一個(gè)新的技術(shù)顛覆——3D打印技術(shù)，這是一種基于數(shù)字模型和人工智能技術(shù)的新型制作工藝。這一工藝的出現(xiàn)，為現(xiàn)代制作業(yè)開(kāi)辟了新的道路，也為人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展指引了新的方向。本文旨在通過(guò)研究人機(jī)工程學(xué)在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用，探討如何更好的在設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)好人-機(jī)之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；3D打印技術(shù)；個(gè)性化設(shè)計(jì)

一、人機(jī)工程學(xué)的起源和發(fā)展

最早將人機(jī)工程應(yīng)用到設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)師是提格，他是美國(guó)最早的職業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)師也是也是一位很成功的平面設(shè)計(jì)師。而奠定了人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)的是設(shè)計(jì)師亨利?德雷夫斯。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)的初期，人們往往為了追求商業(yè)的價(jià)值，進(jìn)而忽視了設(shè)計(jì)的最終目的是人。德雷夫斯原本是和貝爾電話公司共同合作設(shè)計(jì)電話機(jī)，他漸漸的發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的設(shè)計(jì)都是沒(méi)有充分考慮到人的感受的，例如最早的電話機(jī)是分離式的，人在打電話時(shí)還需要一手拿著麥克風(fēng)，一手拿著聽(tīng)筒，這無(wú)疑給使用者帶來(lái)了很多不便之處。真正的人機(jī)工程學(xué)是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分考慮人的生理、心理需求，設(shè)計(jì)出最適合人的產(chǎn)品。早期的設(shè)計(jì)雖然從主要注重產(chǎn)品的功能，慢慢過(guò)渡到在設(shè)計(jì)中注入一定人文主義的元素，使得產(chǎn)品并不是冷冰冰的，然而這個(gè)人機(jī)工程是有區(qū)別的。人機(jī)工程學(xué)是多門學(xué)科相結(jié)合的混合型學(xué)科，包括生理學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、力學(xué)等學(xué)科共同協(xié)作下形成的。

在設(shè)計(jì)早起較具備人機(jī)工程學(xué)意義的產(chǎn)品就是德雷夫斯設(shè)計(jì)的合體型電話機(jī)。在整個(gè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)史中，家具設(shè)計(jì)是人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用較多的領(lǐng)域，這是因?yàn)榧揖叩姆椒矫婷娑己腿说纳钕嚓P(guān)，人們往往都熱衷于設(shè)計(jì)家具。人機(jī)工程學(xué)在家具設(shè)計(jì)中提供了理論依據(jù)，不僅是人們對(duì)于功能的追求，還反映了大眾的審美情趣。例如著名設(shè)計(jì)是沙里寧（EeroSaarinen）設(shè)計(jì)的胎椅和郁金香椅，將人機(jī)工程學(xué)在功能和形式的有機(jī)結(jié)合中表現(xiàn)得淋漓盡致。其實(shí)人機(jī)工程學(xué)的運(yùn)用典范在我國(guó)明代家具中就有所表現(xiàn)。明代家具的設(shè)計(jì)不單單是設(shè)計(jì)師——也就是工匠所決定的，在國(guó)立鼎盛的明代，各家思想流派呈現(xiàn)出別樣的生命力，文人已經(jīng)從詩(shī)歌中走出來(lái)，將理想主義轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)中的造物精神。于是明代家具的設(shè)計(jì)中就摻雜著文人的情懷——流暢、雄勁的線條，搭配寥寥幾根骨架，一個(gè)簡(jiǎn)約又合乎人體長(zhǎng)寬比的家具便呈現(xiàn)在世人的眼前。

二、3D打印在人機(jī)工程學(xué)中的運(yùn)用

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)可謂是為人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。3D打印技術(shù)能夠使人機(jī)工程更精準(zhǔn)化。一般來(lái)說(shuō)具有人機(jī)工程學(xué)特點(diǎn)的產(chǎn)品是符合一般大眾的、能被社會(huì)上大部分人所接受的。在3D打印技術(shù)的支持下，設(shè)計(jì)師能通過(guò)收集電腦掃描的人體結(jié)構(gòu)，研究標(biāo)準(zhǔn)化的人體數(shù)據(jù)，更加精確的分析人體構(gòu)造，設(shè)計(jì)出符合人體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，并通過(guò)3D打印技術(shù)直接打印，一般情況下都會(huì)根據(jù)初步打印出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行修改調(diào)整，進(jìn)一步精確化產(chǎn)品的參數(shù)。3D打印技術(shù)有助于個(gè)性化人機(jī)工程。傳統(tǒng)的人機(jī)工程學(xué)往往都是大眾化的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)追求個(gè)性化和多元化的時(shí)代，人機(jī)工程應(yīng)該具備一些個(gè)性化的元素，這是因?yàn)槿伺c人之間總是存在差異的。如何將人機(jī)工程個(gè)性化？一般的企業(yè)是通過(guò)批量化生產(chǎn)來(lái)占據(jù)市場(chǎng)，但是現(xiàn)如今大部分的市場(chǎng)趨于飽和，這就需要個(gè)性化的產(chǎn)品給推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。制造商可以通過(guò)接受個(gè)人的訂單，將用戶的身體通過(guò)計(jì)算機(jī)掃描建立數(shù)字模型，再通過(guò)3D打印技術(shù)打印出來(lái)。例如，蘋果公司的產(chǎn)品是人機(jī)工程學(xué)的典范，Iphone所配置的耳機(jī)也和其他一般耳機(jī)在外形上有很大的差異，其特有的外形是根據(jù)人耳的結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的，但是我們不能忽視的一個(gè)問(wèn)題是，每個(gè)人的耳廓及外耳道大小都是有差異的，標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)工程設(shè)計(jì)，并不一定能夠滿足所有人的需求。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)中越來(lái)越注重倫理設(shè)計(jì)，為弱勢(shì)群體設(shè)計(jì)，包括殘疾人、老年人、以及婦女兒童。3D打印的出現(xiàn)為身體有缺陷的群體量身定制符合其個(gè)人的人機(jī)工程學(xué)產(chǎn)品，即所謂的定制產(chǎn)品，來(lái)減少其使用負(fù)擔(dān)。一般來(lái)說(shuō)，定制的產(chǎn)品往往需要更高的成本，例如，大部分人的鞋碼是在一個(gè)范圍之內(nèi)的，但是相對(duì)于身高較高的人來(lái)說(shuō)，必須花費(fèi)相對(duì)一般尺寸產(chǎn)品的兩倍以上的價(jià)格來(lái)定制適合其身體因素的鞋。不過(guò)對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō)，定制的成本并不會(huì)過(guò)高，這是因?yàn)?D打印的產(chǎn)品其成本較低，相比于一般的定制產(chǎn)品來(lái)說(shuō)要便宜很多，也能夠被大眾所接受。

人機(jī)工程學(xué)所關(guān)注的不僅僅是人本身，還包括與人相關(guān)的環(huán)境。雖然根據(jù)一項(xiàng)調(diào)查顯示，3D打印技術(shù)會(huì)消耗較多的電能，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)的廣泛普及將極大程度的減少對(duì)環(huán)境的污染。當(dāng)然這需要技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和革新?，F(xiàn)代制造業(yè)往往會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，在傳統(tǒng)的制造模式中這一過(guò)程會(huì)消耗大量的原材料，但是3D打印技術(shù)的介入，改變了這一現(xiàn)象——所有用來(lái)測(cè)試產(chǎn)品的初步模型都會(huì)被重新再利用，用剩下的邊角料也可以回收利用，3D打印技術(shù)促使人機(jī)工程在應(yīng)用的過(guò)程中真正做到環(huán)?；?/p>

三、關(guān)于人機(jī)工程學(xué)和3D打印在未來(lái)的展望

3D打印作為一個(gè)發(fā)展不過(guò)30年的新興制作工藝，之所以能在今天得到人們的重視，是有一定原因的。不可否認(rèn)的是3D打印技術(shù)在能耗、普及度方面仍然存在一些問(wèn)題，但是隨著科技的發(fā)展，這些問(wèn)題勢(shì)必得到改善。3D打印技術(shù)在人機(jī)工程的應(yīng)用將變得更為顯著，例如為兒童設(shè)計(jì)的產(chǎn)品往往因?yàn)閮和纳L(zhǎng)速度過(guò)快而使得產(chǎn)品本生的使用周期縮短，造成資源的浪費(fèi)，如果利用3D打印技術(shù)通過(guò)重復(fù)回收利用來(lái)改變打印的產(chǎn)品的尺寸，適應(yīng)兒童的生理需求，即便是年齡變大也可以繼續(xù)使用。除此之外還可以利用3D打印技術(shù)根據(jù)用戶的需求來(lái)改變產(chǎn)品的基礎(chǔ)外觀，包括色彩和肌理，因?yàn)楫a(chǎn)品的外觀也是人機(jī)工程學(xué)的重要研究范疇，影響著人們使用的心理。

不管是3D打印技術(shù)還是人機(jī)工程學(xué)，都為人類的設(shè)計(jì)進(jìn)步提供了技術(shù)或者理論上的支持，隨著這些科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的設(shè)計(jì)勢(shì)必更為多元化。

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作者簡(jiǎn)介：

彭亞奇，武漢理工大學(xué)2015級(jí)研究生在讀，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向。