計算機輔助工業(yè)設計與3D打印技術

馬瑞辰

摘 要

隨著計算機技術的發(fā)展，計算機在社會各個領域得到了廣泛的應用。計算機輔助工業(yè)設計已經(jīng)成為很多高校以及企業(yè)設計師設計的工具。3D打印技術是近兩年發(fā)展最快的一門技術，它的出現(xiàn)為工業(yè)設計行業(yè)的發(fā)展帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。本文分布介紹了計算機輔助工業(yè)設計和3D打印技術，經(jīng)兩者進行有效地結合，并具體應用在工業(yè)設計中，從而提高設計的效率。

【關鍵詞】計算機技術 工業(yè)設計 3D打印技術

工業(yè)設計是伴隨著工業(yè)革命發(fā)展而衍生的一種設計，最開始主要是批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的結構、形態(tài)、裝飾等方面進行設計，發(fā)展到現(xiàn)在工業(yè)設計變成了一種創(chuàng)造性的活動，設計的理念也發(fā)生了變化，工業(yè)設計變成了產(chǎn)品的整個生產(chǎn)周期的要素設計。上個世紀八十年代，中國才有工業(yè)設計這個概念，到了九十年代末隨著計算機信息技術的進步，計算機在工業(yè)設計、生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)廣泛應用，大量的輔助工業(yè)設計。2010年3D打印技術日漸完善，被廣泛應用在社會多個領域，將其應用在工業(yè)設計中，縮短了產(chǎn)品設計和研發(fā)的周期，提高產(chǎn)品投入市場的速度。

1 計算機輔助工業(yè)設計

計算機輔助工業(yè)設計簡稱CAID，CAID是Computer Aided Industrial Design四個英語單詞的首字母，計算機輔助工業(yè)設計是依托現(xiàn)代信息化技術，利用計算機輔助工業(yè)設計，主要是為了提高工業(yè)設計的效率，適應現(xiàn)代信息技術發(fā)展需求。計算機輔助設計主要針對工業(yè)設計領域創(chuàng)造性活動，它是工業(yè)設計和計算機技術的有效結合。與傳統(tǒng)的工業(yè)設計相比，計算機輔助工業(yè)設計無論是在設計質(zhì)量、設計方法和設計效率都發(fā)生了變化，計算機輔助工業(yè)設計涉及了AI、VR、多媒體、模糊技術、人機工程等多門信息技術，是一門綜合性的學科。一個產(chǎn)品從設計到研發(fā)，大致要經(jīng)過市場調(diào)研、設計定位、設計草圖、效果圖、產(chǎn)品模型、實物模型，生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。在設計過程中，產(chǎn)品的可視化是很重要的，在這個階段需要計算機輔助工業(yè)設計。比如利用圖形圖像制作軟件Illustrator、Photoshop、Coreldraw等進行繪制，制作產(chǎn)品平面效果展示圖，也就是產(chǎn)品的二維效果，產(chǎn)品的三維效果需要3DMax、AE等軟件來設計，模型制作以后，在軟件中將其渲染成三維效果圖。產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型則需要工程軟件CATIA、SolidWorks等來完成，數(shù)據(jù)模型制作好以后，產(chǎn)品就可以直接進入到生產(chǎn)階段了。從產(chǎn)品的設計到表現(xiàn)形式，都需要計算機軟件進行輔助，這種方式能夠節(jié)省產(chǎn)品設計和制作模型的時間，可以直接向客戶展現(xiàn)產(chǎn)品的效果圖。近年來，隨著計算機技術的進步，越來越多的制圖軟件和三維軟件應用在工業(yè)設計上，然而這對工業(yè)設計師提出了更高的要求，設計師不僅要掌握手工繪制的基礎技能，還要學會這些制圖軟件。

2 3D打印技術

3D打印是目前市場上比較通俗的叫法，它的專業(yè)名應該叫做添加制造，之所以被大家成為打印技術，是因為3D打印技術分層加工的過程和噴墨打印很相似。美國的3D Systems公司在1987年制作了世界上第一臺3D打印機，直到近年來3D打印技術成為人們關注的熱點。3D打印技術其實是以數(shù)字模型文件為基礎，利用塑料或者粉末狀金屬作為粘合材料，然后逐層打印出立體的實物。3D打印在工業(yè)設計中的主要作用是模型的設計，隨著3D打印的發(fā)展，3D技術逐漸在航天航空、汽車制造、珠寶設計、工業(yè)設計、醫(yī)療、教育等領域。目前而言，3D打印技術應用最多的領域還是工業(yè)設計。傳統(tǒng)的工業(yè)設計最后環(huán)節(jié)，為了測試產(chǎn)品的性能和設計的合理性，需要建立一個手扳模型，建立一個扳手模型通常需要一個星期的時間，價格從幾千到上萬不等，制作出來的模型精確度還無法達到產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。而利用3D打印技術，只需要一臺3D打印機和模型的相關材料，就可以快速打印出一個產(chǎn)品的模型，從而大大提高產(chǎn)品設計研發(fā)的周期，提高設計的效率。隨著3D打印技術的發(fā)展，3D打印機的價格越來越便宜，很多學校和企業(yè)都可以購置一臺3D打印機。目前消費類的3D打印機價格大概在2萬元左右。截止2016年10月30日，全球3D打印機的出貨量達到了455772臺，比2015年219186臺整整提升了一倍。3D打印技術被越來越多的人接受，被廣泛在不同的領域。2016年武漢華夏理工學院工程院為該院的學生宿舍購置了3D打印機，學生可以在3D打印機上打印鑰匙扣、筆筒等個性化產(chǎn)品，還可以自主設計和自主打印。

3 3D打印技術和工業(yè)設計的關系

計算機輔助工業(yè)設計和3D打印技術是相輔相成的，計算機輔助工業(yè)設計為3D打印技術提供精確的數(shù)據(jù)資料，而3D打印技術則用計算機輔助工業(yè)設計從效果圖直接變成了實物，隨著未來3D打印技術的發(fā)展，3D打印技術將應用在更多的領域。比如3D打印技術改善人類居住的居住環(huán)境，可以打印房子，利用3D打印打印人體器官，解決目前醫(yī)學上捐獻器官的難題。3D打印的進步將極大地改變我們的生活方式。

4 結語

隨著人工智能、信息技術的進步，計算機智能化、自動化的發(fā)展，未來設計師不需要再去學習各種軟件，計算機就能夠更好地呈現(xiàn)設計師的創(chuàng)意和想法，這樣有利于設計師更好地投入到設計中。3D打印技術能夠縮短產(chǎn)品的設計周期，提高設計的效率。

參考文獻

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作者單位

河南省鄭州市第四十七中學 河南省鄭州市 450008