面向三維設計公司的低成本3D打印

張剛　郭龍　唐娜

摘 要：為滿足設計公司復雜的立體設計和工業(yè)化定制，3D打印技術可快速將計算機中的三維模型轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實中的物品。3D打印技術的快速建模采用了增材制造，選擇高強度的混合材料，節(jié)省物料亦可減少建模時間，從而為設計公司提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，直接提升了市場競爭力。

關鍵詞：3D打??；低成本；三維設計；制造業(yè)

中圖分類號：TP317 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）08-00-02

0 引 言

3D打印技術是近年來的新興產(chǎn)業(yè)，可應用于航空、生物醫(yī)學、建筑工程、教育以及制造業(yè)等領域，正在推動著傳統(tǒng)產(chǎn)品設計模式的變革。隨著科學技術的進步以及生活物質(zhì)水平的提高，私人訂制已成為普遍現(xiàn)象，各式各樣的設計公司應運而生，三維設計公司也越來越追求個性化。在未來幾年或幾十年中，人類將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動的創(chuàng)造者和啟動者，產(chǎn)品結(jié)構與造型的設計不再受傳統(tǒng)制造工藝的束縛，拓展了設計師的思維空間，讓設計師依靠3D打印技術將自己的創(chuàng)意變成實物，節(jié)約了產(chǎn)品設計研發(fā)的成本。各企業(yè)利用3D打印技術在商業(yè)中的應用可大大提高商業(yè)效益，節(jié)約人力和物力。

1 3D打印技術概述

3D打印技術是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體形狀的技術，國外稱為增材制造。

3D打印技術的發(fā)展從未停止，歷經(jīng)三十余年，技術越來越成熟。3D打印技術發(fā)展歷史如表1所示。作為一種綜合性應用技術，3D打印運用了仿真建模技術、信息轉(zhuǎn)換技術、物理原理、材料科學以及機電控制技術等諸多技術，科技含量高，所用設備即為3D打印機。3D打印機如圖1所示。3D打印機的精確度非常高，它可以打印出設計模型中的大量細節(jié)，尤其是使用傳統(tǒng)鑄造方法很難達到的高精度零器件。3D打印物品過程大致分為構建模型、切片、打印、后期處理四個主要階段，具體流程如圖2所示。

2 面向各行業(yè)的3D打印技術

2.1 面向航天與國防

針對航空航天產(chǎn)品，工程師們已經(jīng)用3D打印機成功“打印”出了航空發(fā)動機的重要零部件。這一技術將使該零件成本縮減50%、制造周期縮短40%。

2.2 面向建筑設計

在建筑行業(yè)中，工程師和設計師們已經(jīng)開始使用3D打印機打印建筑模型，這種方法快速、環(huán)保、成本低，并且制作精美，符合設計者的要求，同時又能節(jié)省大量材料。

2.3 面向制造業(yè)

3D打印技術正在顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)，因為3D打印無論是在成本、速度和精確度上都優(yōu)于傳統(tǒng)制造。目前3D打印技術在汽車制造上已有了初步成效，在追求效率的同時降低了成本。

2.4 面向科學研究與文物保護

對化石進行3D掃描，利用3D打印技術做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時可以進行比例縮減，更適合科學研究。且博物館常常會使用很多復雜的替代品來保護原始作品免受環(huán)境或意外事件的傷害，同時復制品也能肩負起文化傳播的重任。

2.5 面向醫(yī)療行業(yè)

在醫(yī)學研究方面，3D生物打印技術已被運用于制造醫(yī)療輔具、人工植入支架、組織器官、人體骨骼、人體血管等，從此讓身體有缺陷的人群回歸正常生活。3D生物打印是目前3D打印技術研究最前沿的領域。

2.6 面向配件、飾品

這是3D打印最廣闊的一個市場。隨著科學的進步以及生活物質(zhì)水平的提高，人們越來越追求個性化與親手設計、親手制造。無論是時尚手鏈，還是刻有半身浮雕的手機外殼，抑或是和愛人擁有的世界上獨一無二的婚戒，都有可能通過3D打印機打印出來，使產(chǎn)品更具獨特性和創(chuàng)意性。

3 企業(yè)面臨的問題及解決方法

3.1 面臨的問題

3.1.1 市場競爭激烈

隨著社會的發(fā)展，人們越來越追求個性化的產(chǎn)品，大量設計公司如雨后春筍般破土而出，設計行業(yè)這塊大蛋糕被爭相而食，企業(yè)之間的競爭日漸激烈。

3.1.2 產(chǎn)品外觀不精致

由于傳統(tǒng)制造業(yè)的局限性，企業(yè)產(chǎn)品的外觀始終不夠精致，無法提供產(chǎn)品某些細節(jié)上的升華。

3.1.3 產(chǎn)品不具有獨特性

中國制造業(yè)雖然發(fā)展狀況良好，但絕大多數(shù)產(chǎn)品是仿照國外的設計，沒有獨特的風格。

3.1.4 不能滿足客戶需求

由于語言習慣方面的差異，設計公司往往不能完全理解客戶的需求，導致生產(chǎn)制造出來的產(chǎn)品不能使客戶滿意。

3.1.5 精密產(chǎn)品成本居高不下

由于產(chǎn)品精密程度要求高，傳統(tǒng)制造的成本居高不下，因此造成了客戶買不起，商家不愿造的局面，不利于市場經(jīng)濟的發(fā)展。

3.2 解決方法

上述問題的出現(xiàn)使3D打印技術慢慢登上了三維設計的舞臺。使用3D打印技術后，產(chǎn)品不用剔除邊角料，摒棄了生產(chǎn)線，使材料無限組合，既節(jié)省了材料也大大降低了模型設計的成本，在競爭中就占據(jù)了優(yōu)勢。并且3D打印技術的突出優(yōu)勢在于復雜結(jié)構的產(chǎn)品設計，可直接從計算機三維圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而提高了產(chǎn)品的制造效率，外觀也將更加漂亮。同時，3D打印技術可以個性化設計零件、個性化定制模型，根據(jù)消費者的喜好進行產(chǎn)品設計與制造，這使產(chǎn)品比較新穎且個性鮮明，非常貼合消費者喜好，有利于更好的打開市場，促進設計業(yè)和制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。

4 結(jié) 語

將3D打印技術自動、直接、訊速、精確的優(yōu)勢引入到商業(yè)技術中，使之成為一個新的行業(yè)優(yōu)勢。3D打印技術讓商業(yè)成本更低廉，讓外觀更精致，讓產(chǎn)品更具個性化，最終使產(chǎn)品效益得到提高。在不久的將來，我們將不再需要大規(guī)模的生產(chǎn)線，不再需要寸步不離的守候在機床旁，不再需要大量的人力物力，不再產(chǎn)生大量的工業(yè)廢物。3D打印技術將從根本上改變傳統(tǒng)制造業(yè)的模式，將設計領域提高到一個新高度，3D打印技術的數(shù)據(jù)驅(qū)動與開放式3D設計解放了設計師的思維，讓設計師從傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工工藝牢籠中沖脫出來，使他們設計的產(chǎn)品具有“靈魂”。

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