3D打印时代工业设计的方法研究综述

余兆堃

（武汉理工大学艺术与设计学院，湖北 武汉 430070）

3D打印时代工业设计的方法研究综述

余兆堃

（武汉理工大学艺术与设计学院，湖北 武汉 430070）

近些年来，3D打印在工业设计领域的应用与研究成为了人们关注的焦点。本文介绍了3D打印在工业设计领域的应用研究现状，讨论了3D打印在工业设计领域存在的问题，最后对3D打印在未来工业设计领域的应用进行了展望。

3D打印；工业设计；3D-printing

一、相关概念

3D打印技术属于快速成型技术，3D打印是用特殊材料替换掉普通打印的颜料，并且在承印材料上印刷不止一次，一次印刷一层积累起来，承印物上的“墨水”的厚度就会逐渐增加，最后形成一个三维的实体。3D打印的每一层的图案信息都是可以变化的，所以通过这样的过程就能实现复杂而且精密的三维实体模型。目前该技术可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑;以玻璃为材料可打印玻璃制品;以金属为材料可打印机械零件等。

二、3D打印在国内外的发展研究现状概述

（一）3D打印国外发展情况

经过十多年的探索和发展，3D打印技术有了长足的进步，目前已经能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi的精细分辨率。目前，在全球3D打印机行业，美国3DSystems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域。

（二）3D打印国内发展情况

自20世纪90年代以来，国内多所高校开始3D打印技术的研究。清华大学和华中科技大学在FDM工艺等方面都有一定的优势；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置。在科研方面基本做到了世界先进水平，但总体而言，国内3D打印技术应用水平与国外相比还有较大差距。

三、工业设计领域中3D打印应用研究内容

（一）3D打印技术的引入能够加快产品设计周期

从市场的角度来看，一个项目停留在设计周期的时间越长，意味着企业的潜在利润会越来越少。而在工业设计中，产品原型制作消耗的时间，是影响产品上市的最大障碍。3D打印的出现，可以快速生产单个原型产品，并且模型精度相比手工模型更高。

（二）3D打印能够带来更高效的设计

有了3D打印技术，经过讨论和修改的原型机又可以以很快的速度生产并进行下一个阶段的评估，及时把设计信息反馈给设计团队使其更快完成概念模型向实际生产模型间的转变。

（三）3D打印给未来工业设计带来影响

随着3D打印技术的发展与应用，产品的生产方式再也不是设计师想象力的束缚，即使外观复杂的产品都能通过3D打印机打印出来，且浑然一体。设计师能够更加专注于产品形态创意和功能创新，即所谓“设计即生产”，产品的设计将不再跟随制造工艺的限制而被迫改变。

四、3D打印与高校工业设计教育

（一）3D打印技术队工业设计专业教学作用

3D打印目前在高校中还没有得到普及，少部分高校开设了试验性的课程，但是在3D打印对工业设计未来的影响趋势下，学习这一项技术无疑对今后学生的发展起到促进作用。

（二）将强学生多学科知识，增加就业机会

工业设计是一门艺术与工科高度交叉自然科学与社会科学融合的交叉学科，3D打印是一项集计算机技术、机械技术、控制技术、材料科学、工程光学为一体的技术。工业设计的学生掌握3D打印技术，不仅可以更好地将创意转换为产品，还可以跨学科与多种学科知识接触，让学生紧跟时代潮流，学习先进的技术，使学生的综合竞争力大队加强，增加学生的就业机会。

（三）拓展想象空间，提升学生设计能力，增强学生设计严谨性

3D打印技术的特点，使它能够加工传统制造方法难以加工、甚至无法加工的结构体，打破了设计的局限性，缩短了学生的创意与产品之间的距离。通过观察测试实物，可以及时发现设计中的矛盾和错误，避免在产品后续生产过程中发生问题，提高了学生设计的严谨性，能使学生的设计更快成熟。

五、目前3D打印在工业设计中应用存在的问题

（一）使用成本高

现阶段3D打印设备的价格依然不菲，所使用的耗材成本也不低，如何降低使用和维护的成本，让更多设计者能够方便的使用这项新技术是需要时间来解决的一个重要问题。

（二）道德与知识产权

道德是底线。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织，如果有人打印出生物器官，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。3D打印技术也会涉及到知识产权的问题，因为现实中的很多东西都能轻易被复制和传播。及时制定3D打印的法律法规用来保护相关知识产权，也是我们面临的重大问题之一。

六、总结

3D打印在工业设计领域中的运用，不仅加快了产品设计的周期，使设计活动更加的高效，还降低了制造原型模型的成本，提升了设计阶段的竞争优势，可以说是继数控机床技术之后，制造业的又一次重大革命。面对3D打印给我们带来便利，作为设计专业的学生，要从改变自己的设计观念、增强自己的设计能力、以及更新我们的专业知识架构方面努力适应新科技的发展。这样才能在3D打印时代真正到来时站稳脚跟。

J524

A

1005-5312（2014）11-0080-01