3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)上的研究

王熠林 李姣靜

作者簡(jiǎn)介：王熠林（1995—），男，本科，助理講師，研究方向?yàn)?D打印、數(shù)控技術(shù)。

摘 ?要：在社會(huì)不斷發(fā)展中科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展與更新，3D打印技術(shù)是工業(yè)領(lǐng)域中的新型技術(shù)，運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠簡(jiǎn)化創(chuàng)工業(yè)設(shè)計(jì)中煩瑣復(fù)雜的工作流程，降低企業(yè)的成本投入，提升企業(yè)工作效率，為工業(yè)設(shè)計(jì)工作提供了極大的便利與效益。在3D打印技術(shù)中運(yùn)用3D軟件設(shè)計(jì)模型與數(shù)字技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，在原料打印機(jī)的支持下制作產(chǎn)品，3D打印技術(shù)常常應(yīng)用于制作模具及工業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并在不斷研發(fā)中融入新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與制作中。該文專門針對(duì)3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用進(jìn)行研究，以供各界同仁進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) ?工業(yè)設(shè)計(jì) ?研究 ?工藝技術(shù)

中圖分類號(hào)： TB47 ?????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??????????文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： With the continuous development of society， science and technology are constantly developing and updating. 3D printing technology is a new technology in the industrial field. The use of 3D printing technology can simplify the cumbersome and complex workflow in creative industrial design， reduce the cost investment of enterprises， improve the work efficiency of enterprises， and provide great convenience and benefits for industrial design. In 3D printing technology， 3D software design model is combined with digital technology to make products with the support of raw material printer. 3D printing technology is often used in mold making and industrial design， and integrated into new product development and production in continuous R & D. This paper focuses on the application of 3D printing technology in industrial design for reference.

Key Words： 3D printing technology; Industrial design; Research; Process technology

在科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展與更新中，推動(dòng)了3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，3D打印技術(shù)是一種快速成型的工業(yè)技術(shù)，具有生產(chǎn)成本低、高效率等多種優(yōu)勢(shì)，為此深受各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域的關(guān)注，并在發(fā)展中被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中。在3D打印技術(shù)日益發(fā)展中，我國(guó)對(duì)其研究與應(yīng)用也在逐步提升，并在教育、醫(yī)療、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域都有涉獵，促進(jìn)了3D打印技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同時(shí)也提升了對(duì)3D打印技術(shù)的要求，令3D打印技術(shù)面臨創(chuàng)新的挑戰(zhàn)。

1 3D打印技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 3D打印技術(shù)創(chuàng)新了工業(yè)制作方向

在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作的實(shí)現(xiàn)主要依靠工藝技術(shù)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)與制作理念與方式，在工業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型呈現(xiàn)，規(guī)避生產(chǎn)中可能遇到的一系列問(wèn)題，只要具備三維軟件建模能力，就能夠?qū)⑷魏坞y以呈現(xiàn)的模型設(shè)計(jì)通過(guò)3D打印技術(shù)輕松呈現(xiàn)，在科學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展中3D打印技術(shù)的印刷精度已經(jīng)能夠精確到0.01 mm、分別率也達(dá)到了600 dpi，并且印刷的速度也有了大幅度提升[1]。

1.2 3D打印技術(shù)，可以提升企業(yè)生產(chǎn)效率

在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，可以規(guī)避及其加工與模具生產(chǎn)中存在的一系列問(wèn)題?？梢赃\(yùn)用三維軟件模型設(shè)計(jì)，生產(chǎn)與企業(yè)要求相符的產(chǎn)品，促進(jìn)設(shè)計(jì)工作與生產(chǎn)環(huán)節(jié)一體化發(fā)展，在整個(gè)環(huán)節(jié)中節(jié)約了新品研發(fā)的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，在3D打印技術(shù)下成型的產(chǎn)品與傳統(tǒng)模具生產(chǎn)的產(chǎn)品相比密度更加均勻、形態(tài)更加標(biāo)準(zhǔn)，可以有效提升企業(yè)的生產(chǎn)效益[2]。

1.3 3D打印技術(shù)具有不可預(yù)知的可能性

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，3D打印技術(shù)越發(fā)成熟并應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域，人們通過(guò)電子商店就能夠購(gòu)買到3D打印設(shè)備，操作過(guò)程也十分簡(jiǎn)潔、方便。3D打印技術(shù)屬于新型技術(shù)其發(fā)展有待深切研究，有可能在未來(lái)的發(fā)展中就會(huì)實(shí)現(xiàn)人們能夠運(yùn)用3D打印技術(shù)打印自己需要的產(chǎn)品。

1.4 3D打印材料具有多樣性

在3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展中，其涉獵的領(lǐng)域十分廣闊，當(dāng)前的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)上百種原料的打印，包含了航天、建筑、醫(yī)療、玩具、珠寶等多個(gè)領(lǐng)域。這體現(xiàn)了3D打印材料的多樣化特點(diǎn)[3]。

2 3D打印技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)是科學(xué)發(fā)展下的產(chǎn)物，其研發(fā)與應(yīng)用改變了工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的方式與模式。3D打印技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制作、珠寶設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)等工業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中。3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下層面。

2.1工業(yè)設(shè)計(jì)所需工具的制作

制造工業(yè)設(shè)計(jì)中包含了多種學(xué)科內(nèi)容，是一項(xiàng)極富創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)工作，在工業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師會(huì)事先了解生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而設(shè)計(jì)能夠解決生產(chǎn)問(wèn)題的產(chǎn)品，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)需求進(jìn)行自主研發(fā)與設(shè)計(jì)，用于輔助工業(yè)生產(chǎn)工作。這些工具的設(shè)計(jì)與制作就是依靠3D打印技術(shù)開(kāi)完成，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并打印制作，節(jié)約了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的時(shí)間。在此過(guò)程中，企業(yè)不需要花費(fèi)額外的資金對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行購(gòu)買與安裝，節(jié)約了企業(yè)的生產(chǎn)成本，通過(guò)3D打印技術(shù)完成的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，優(yōu)化了工業(yè)生產(chǎn)流程，令所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加符合要求，優(yōu)化了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)[4]。

2.2 個(gè)性化模具和功能原型的制作

在傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與設(shè)計(jì)中，涉及多種零部件及生產(chǎn)模具，同時(shí)具有多種缺點(diǎn)，主要包括：工作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、工作效率難以提升、生產(chǎn)成本過(guò)高、無(wú)法保證產(chǎn)品精準(zhǔn)性，但是運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠解決以上全部問(wèn)題，并且生產(chǎn)效率極高。

2.3 工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)

在3D打印技術(shù)快速發(fā)展中，技術(shù)在不斷更新，其中的成本隨著發(fā)展在不斷遞減，同時(shí)打印所花費(fèi)的時(shí)間也在縮短，并且實(shí)現(xiàn)了多種原材料的打印，關(guān)于打印的方法也趨于多元化，與之前生產(chǎn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品相比較，生產(chǎn)效率、生產(chǎn)時(shí)間及生產(chǎn)成本都有了極大的提升。在3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展中，技術(shù)不會(huì)受到時(shí)間、地點(diǎn)等限制，在運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行生成時(shí)一旦出現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)停止生產(chǎn)，在此環(huán)境中設(shè)計(jì)人員只需對(duì)模型進(jìn)行修改便能繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，運(yùn)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，能夠快速進(jìn)入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提升了生產(chǎn)效率節(jié)約了設(shè)計(jì)與修改的時(shí)間，同時(shí)降低了錯(cuò)誤設(shè)計(jì)生產(chǎn)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)了工業(yè)批量設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作效率。

3 3D打印技術(shù)所帶來(lái)的機(jī)遇

在科學(xué)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的快速發(fā)展中，我國(guó)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)是智能化、大數(shù)據(jù)、人工智能及云技術(shù)等，是高科技發(fā)展的時(shí)代，同時(shí)也是提升了對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的要求，令工業(yè)設(shè)計(jì)面臨極大的創(chuàng)新挑戰(zhàn)?？茖W(xué)發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力，科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新能夠推動(dòng)我國(guó)的創(chuàng)新發(fā)展，其中3D打印技術(shù)就是科學(xué)發(fā)展下的新型技術(shù)，3D打印技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，為工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供了全新的發(fā)展方向。

3.1 設(shè)計(jì)靈感更加活躍

在傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)與生成中，由于工藝及技術(shù)的制約，導(dǎo)致大部分的工業(yè)設(shè)計(jì)師的靈感僅停留在思想層面，所以影響了工業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)代化大發(fā)展。3D打印技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用激發(fā)了工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的創(chuàng)作靈感。在3D打印技術(shù)的應(yīng)用中依靠電解沉積材料形成實(shí)體，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，在工業(yè)生產(chǎn)中不再運(yùn)用鑄造。切割、彎曲等傳統(tǒng)工藝技術(shù)。只要設(shè)計(jì)人員具備計(jì)算機(jī)應(yīng)用方法，能夠熟練掌握三維建模軟件就能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。在3D打印技術(shù)中設(shè)計(jì)人員需要具備運(yùn)用計(jì)算機(jī)將自身想法與理念呈現(xiàn)的能力，運(yùn)用3D打印技術(shù)將腦海中設(shè)計(jì)的模型打印呈現(xiàn)，不需要設(shè)計(jì)人員了解工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)百種工藝技術(shù)與要求。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)有所不同，屬于額外的設(shè)計(jì)制造方式，設(shè)計(jì)師能夠在三維模型設(shè)計(jì)中進(jìn)行大膽常識(shí)與實(shí)驗(yàn)，不需要進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，同時(shí)在設(shè)計(jì)中能夠隨時(shí)對(duì)模型進(jìn)行查看與驗(yàn)證，讓設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)靈感更加活躍[5]。例如：有位法國(guó)的工業(yè)設(shè)計(jì)師曾運(yùn)用3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)及制作了固定桌子與椅子。如果單純依靠傳統(tǒng)工藝技術(shù)很明顯是無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制作的。另外，該設(shè)計(jì)師還運(yùn)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一次性折疊椅，一次性折疊椅的所有折疊部分全部由3D打印技術(shù)所完成，沒(méi)有添加任何的零部件。

3.2 個(gè)性制定更容易

在傳統(tǒng)工業(yè)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中主要關(guān)注產(chǎn)品的實(shí)用性要迎合大眾的多樣化需求，因此在設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的風(fēng)格有限，沒(méi)有重視到用戶的個(gè)性化需求。在社會(huì)不斷發(fā)展中人們的生活水平有了大幅度的提升，人們對(duì)產(chǎn)品有了更高的要求，產(chǎn)品市場(chǎng)也趨于多元化發(fā)展，雖然工業(yè)企業(yè)也在結(jié)合群眾的需求不斷調(diào)整生產(chǎn)模式，但是由于上產(chǎn)模式是以批量生產(chǎn)為基準(zhǔn)，所以無(wú)法滿足用戶的個(gè)性化需求。而3D打印技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的個(gè)性化與智能化，促進(jìn)了工業(yè)制造個(gè)性化發(fā)展，極大地滿足了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展對(duì)工業(yè)技術(shù)的需求，用戶能夠通過(guò)3D打印技術(shù)運(yùn)用簡(jiǎn)潔的方式及低廉的成本購(gòu)置到適合自身的產(chǎn)品，推動(dòng)了工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的個(gè)性化發(fā)展。

3.3 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期更短

在工業(yè)生產(chǎn)中用戶十分關(guān)注新產(chǎn)品的更新速度，新產(chǎn)品的更新速度也是企業(yè)獲取利潤(rùn)的有效途徑，假如新型產(chǎn)品在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，也就代表其利潤(rùn)點(diǎn)就越低。因此，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)中節(jié)約時(shí)間，提升新產(chǎn)品的上市速度，以此提升企業(yè)的利潤(rùn)。而運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)能夠有效提升設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的時(shí)間，應(yīng)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，相對(duì)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的效益高出3倍，還能獨(dú)立完成完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程。

3.4 產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)更低

在工業(yè)生產(chǎn)中企業(yè)常常會(huì)儲(chǔ)備大量的庫(kù)存，為了滿足用戶的需求，但是計(jì)劃永遠(yuǎn)趕不上變化。在企業(yè)中常會(huì)出現(xiàn)庫(kù)存過(guò)多，導(dǎo)致供大于求，對(duì)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。而運(yùn)用3D打印技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)時(shí)，只要設(shè)計(jì)模型保存在電腦中，產(chǎn)品就能通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行隨時(shí)生產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)量也可根據(jù)需求隨意修改。在3D打印技術(shù)的應(yīng)用中工業(yè)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)零庫(kù)存，企業(yè)完全不必提前積攢庫(kù)存，在訂單產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行隨機(jī)生產(chǎn)即可。3D打印技術(shù)的應(yīng)用對(duì)新型公司的成立有極大的益處，有效控制了產(chǎn)品生產(chǎn)的成本，降低了企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

4 3D打印技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)

3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)也提供了創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇，因此工業(yè)企業(yè)要想在社會(huì)轉(zhuǎn)型中取得一席之地，應(yīng)抓住機(jī)遇迎難而上，不斷吸取經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)工業(yè)企業(yè)穩(wěn)步前行。

4.1 工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)模式的挑戰(zhàn)

在3D打印技術(shù)不斷應(yīng)用與發(fā)展中，推動(dòng)了工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的改革，在工業(yè)生產(chǎn)中批量生產(chǎn)與單量生產(chǎn)的成本近乎一致，預(yù)示了大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)成為了過(guò)去式發(fā)展形式。我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)由密集生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑸a(chǎn)。在此環(huán)境中，應(yīng)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)模式進(jìn)行創(chuàng)新，滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求。我國(guó)工業(yè)制造企業(yè)，應(yīng)把握先機(jī)，對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)模式進(jìn)行改革，提升自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

4.2 知識(shí)產(chǎn)權(quán)重新界定與保護(hù)

在科學(xué)化發(fā)展中產(chǎn)品一旦能夠通過(guò)數(shù)字信息進(jìn)行呈現(xiàn)，就會(huì)提升產(chǎn)品被仿制與復(fù)制的風(fēng)險(xiǎn)，更多的企業(yè)會(huì)應(yīng)用3D打印技術(shù)在市場(chǎng)中推行一樣的產(chǎn)品，因此需要對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行重新定義與保護(hù)。另外，如果運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠輕易地仿制產(chǎn)品如銀行卡、鑰匙及槍支，將會(huì)對(duì)社會(huì)造成不安影響，因此應(yīng)提升對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視，有關(guān)部門應(yīng)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行重新定義，并增設(shè)法律條款與規(guī)定，提升對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)意識(shí)。

4.3 專業(yè)人才急劇短缺

3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用與專業(yè)技術(shù)人員的研發(fā)與創(chuàng)造有直接關(guān)系，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展中，對(duì)人才的需求也在日益提升。在運(yùn)用3D打印技術(shù)過(guò)程中，會(huì)涉及不同的專業(yè)技術(shù)，如三維設(shè)計(jì)、三維建模及產(chǎn)品打印等，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟練掌握不同的技術(shù)，如切割、拋光、燒制及組裝等[6-8]。因此，高校應(yīng)加強(qiáng)人才培養(yǎng)力度，結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)人才具備綜合能力?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)展校企合作的方式進(jìn)行，提升校方對(duì)企業(yè)需求的了解，便于高校針對(duì)性培養(yǎng)人才。

5 結(jié)語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)，改變了工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方式，同時(shí)為工業(yè)企業(yè)帶來(lái)了創(chuàng)新挑戰(zhàn)，在科學(xué)時(shí)代要想持續(xù)發(fā)展，工業(yè)企業(yè)應(yīng)結(jié)合社會(huì)發(fā)展形勢(shì)調(diào)整工業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)服務(wù)模式，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行重新定義與保護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)綜合型人才培養(yǎng)力度，在社會(huì)轉(zhuǎn)型中穩(wěn)步前行，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)科學(xué)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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