3D打印技术影响下设计师与产品设计的重新定位

杨乐

（山西工程技术学院，山西 045000）

3D打印技术影响下设计师与产品设计的重新定位

杨乐

（山西工程技术学院，山西 045000）

当今社会正在迈向一次全新的工业革命，诸多新技术的运用将对现有世界经济格局大幅改变。以3D打印技术为代表的新型制造技术，已开始呈现出其改变传统制造业模式的可行性。3D打印技术凭借其前卫的技术理念，不仅改变了设计师的设计思维，而且还将产品设计带向了新领地。本文通过对3D打印技术的概念、发展历程、分类及优劣势进行分析，在新环境下阐述其对设计师主导下的产品设计所带来的实质性影响。

3D打印技术；产品设计；影响

0 引言

近些年来，随着3D打印技术日益发展以及在产品设计中的应用，其已然成为时下的热门话题。3D打印技术在在数字化产品模型制造领域的应用，有效推动了此领域的发展与完善。[1]3D打印技术实际上乃是一种可实现快速成型的技术类型，其运行基础乃是数字模型文件，利用黏合材料，如塑料或粉末状金属等，运用逐层打印的方式，对物体实施精确化构造。[2]3D打印技术的发展为制造业带来了历史性变革，尤其是产品设计领域，有效推动了思维变革及理念更新。

1 3D打印技术概念及发展历程分析

3D打印技术并非并非短期出现的突发性技术，而是在上个世纪80年代便已经出现且在今年才得以成型的发展性制造技术。现在3D打印技术已被划归至快速成型技术，乃是对于增材制造所有技术类型的一种统称。针对此种增材制造技术，美国材料与试验协会下了如下定义：以3D模型数据作为其运行实施基础，运用与减式制造技术相反的方式，即逐层叠加，完成物品的生产，通常情况下，利用电脑软件，对其实施综合性控制，材料逐层叠加，将计算机当中的三维模型，转变为三维立体化的实物，此技术乃是将诸多制造模式，向个性化制造模式有效转变的新时代的引领性技术。因3D打印技术乃是一系列成型思路相同但成型工艺却不同的制造技术，因此，很难将最初的3D打印技术在哪里出现进行断定。已知日本名古屋市工业研究所乃是最早实现且已公开的实体模型印制地点，而1983年，由美国发明家 Charles Hull开发出的商业3D打印机，乃是第一台享有专利权且被公认的3D打印机，1986年，他以此成功注册了3DSystem公司，现今已经成为3D打印设备的领跑者。对于早期的3D打印技术而言，其在主要被应用于刑事侦查及考古当中的面貌复原上，另外还有在，产品概念研发阶段所实施的手板模型等。现今已经在诸多领域被广泛应用，诸如食品、艺术品、生物医疗及工业产品等。3D打印关键技术较多掌握在诸如美国、日本等发达国家手中，而我国着手3D打印技术的研究，则在上个世纪90年代，国内一些高校陆续实施了3D打印技术的研究。其中北京殷华激光快速成型公司最早落实研究工作，其通过与清华大学展开广泛性合作，成功在诸如FDM工艺、分层实体制造等领域取得了实质性进展。2007年，西安交通大学通过不懈努力，成功研制出三维打印机喷头，且与陕西恒通有限公司开展深领域的合作，成功研制出光固化成型系统，此系统精度达0.2mm。2013年，我国首个3D打印工业园，在武汉正式成立；2015年，中国科技大学依据现阶段应用需要，成功研制了8喷头组合喷射装置，此设备有望被广泛应用在光电器件领域等领域。

2 3D打印技术分类

现今较为常用的3D打印技术，依据不同的成型技术，其可划分如何类别：

2.1 熔融沉积型

熔融沉积类技术乃是具有最高普及率的3D打印技术。此技术在环境条件方面不苛刻，并且无复杂性及高能耗的组件，其构成仅由简单的结构件、步进电机、控制芯片及喷头等。尤其是在硬件成本方面，乃是各种类型3D打印技术当中最低的。[3]此外，英国巴斯大学机械学院Bowyer等人所设计且成功应用的reprap3D打印机，其中无论是硬件还是软件，均为开源的，不存在专利限制，此乃FDM类技术之所以能够普及额关键原因。FDM 类技术具有极为低廉的材料价格，其中被广泛应用的聚乳酸树脂及ABS工程塑料，毒性小，且性能优于，聚乳酸树脂更是一种无毒且能够降解的环保型材料，但正因为其设备成本低廉及成型方式，使得FDM类技术在结构强度及成型度方面无法达到较高水平，这也对其发展及应用造成较大显著。

2.2 激光烧结型

激光烧结的基本原理为利用电子束或激光束，对材料粉末进行照射，促使材料逐层熔融，而后再冷凝，使之结合，进而达到固化成型的目的。由于具有较高的成型精度，且因乃是高温成型，又使得其在结构强度上很高，因此，在复杂的特种零件成型及特殊材料成型中应用优势很大。比如我国的歼20及美国的F22、F35等战斗机，均采用此技术对大型钛合金承力构件进行制造。此技术具有较大耗能，另外，对于工作环境及成型材料具有较高的要求，还具有较高的设备成本，民用并不适合，被广泛应用于研发机构及大型制造企业中。

2.3 光固化型

此技术乃是将上述两种技术所具有的优点相结合，将光敏树脂当作其成型材料，利用紫外光发生器光束，对液态树脂原料进行照射，对照射点相应聚合反应予以触发，最终使其固化成型，当打印好第一层后，步进机构，抬升已完成的部分，对下一层亟需打印，至此便可逐层成型。光固化成型在精度方面要好于FDM类技术，乃是整个民用3D打印技术当中具有最高精度的，但具有较高的设备成本，材料较大毒性，在使用范围方面不及FDM。

3 3D打印在产品设计中的优势与不足

首先，能够有效扩展设计人员在思想空间方面的限制。伴随后工业时代的到来，可以说任何人都是社会的设计师，针对设计师来讲，在产品设计时，已经不像以往独立完成各种设计工作，而是在设计当中扮演着积极的引导者与组织者。3D打印以计算机为其主要实施方式，运用计算机当中的三维软件，实施模型的建造工作，然后将其转化成STL文件，向3D打印机输送，打印机则依据片层截面，对其进行准确、细致识别，最后输出文件。[4]至此，设计师能够腾出更多的实现，从事于产品功能领域的创新，以及在形态创意方面的更新，将“设计即生产”宗旨淋漓尽致的发挥出来。另外，设计师产品形态实施创作是，更能自如发挥，此乃传统形式的手板模型制作所不能达到或实现的。其次，对于实现产品设计至成型周期而言，能够明显缩短。设计师利用互联网平台，实施各种具有创意性的设计工作。对于3D打印技术而言，其对于定制高端产品更为适合，例如工业领域的零部件制造等。尽管当前3D打印较多采用的仍然是塑料材料，但在不久的将来，金属材料将成为也将应用其中。最后，能够将产品设计及研发成本有效降低。伴随市场中产品的更新换代在速度上的持续加快，许多新产品存在着难销售的尴尬境地，开发一副模通常需要花费几百万，甚至更多的金钱和人力才能实现，但针对3D打印技术来讲，其可将此状况有效解决，即可先进行产品的开发，如果所开发的产品符合于市场的实际需求，便可进行模具的开发工作，最后，才开始批量生产工作。可达到节省研发成本的目的。

3D打印具有5大子产业，分别为云设备商、设计师、设计软件供应商、材料商及设备商。基于产品设计层级而言，3D打印技术能够对设计师的创作灵感进行激发，但在诸如更加精确的模型输出格式及设计软件的完善等方面，却仍然存有许多需要解决的现实问题。当前，许多实际均表明，3D打印技术能够和设计进行完美结合，但如何采用相应举措使之成为产品，已然成为产业链中十分关切的问题。比如3D打印家具受制于工艺及材料，则不具有传统制造工艺所具有的相应优势，此外，3D打印在诸如材料的环保型等指标上，仍然需要专家部门进行权威的认证及检测。尽管当前可采用3D打印机对比较大的家具事物等进行打印，但具有非常高的价格。然而在复杂结构家具的生产及家具的连接结构方面，3D打印技术可结合于传统制造工艺，彼此互补，继而制作出更为美观及舒适的家具。[5]

4 新环境下3D打印技术对产品设计的影响

4.1 对产品设计理念的影响

以往的产品设计，乃是基于诸多生产方式相融合的综合性形式，这表明，在设计过程中，对于消费者的差异性，其难以体现。为了达到规模化生产的目的，将消费者需求划定为同一类别，这便造成个性化需求的严重缺失。比如鞋尺码的设计：过去的设计模式，乃是促使众多消费者的脚型，以及运动习惯，去更好的适应所生产的鞋子的型号及尺码，而采用3D打印技术之后，则可依据消费者个性化需求，以及其相应运动习惯及脚型情况，设计出与之相符的鞋子。[6]至此可知，3D打印技术能够实现个性化设计。运用3D打印技术，可使得量身定做产品，达到从千人一式转变为一人一式，促进以人为本的实现。

4.2 对产品细节设计的影响

4.2.1 产品造型

对于工业设计师而言，其应所具有新时代下的设计造型观，必然伴随科技及人文艺术方面的发展，而随之实时改变。伴随3D打印技术的发展与完善，在产品生产方式，已经发生实质性改变，不再是对设计师想象力造成束缚的主要因素。无论产品的外观有多么的复杂，采用3D打印技术均可实现。[7]设计师可将更多精力集中在功能的创新及产品的创意上来。也就是做到“设计即生产”。针对产品造型设计而言，其也将迈向多元化、宽领域的发展趋势，在美学及技术属性等要素中，美学属性要素所占比例会得到持续性增加，产品造型将更加的艺术化、人性化，至此，消费者在审美观观上，将随着产品造型而发生转变。

4.2.2 产品结构

3D打印技术实现了能够制造复杂结构的产品的可能，此外，在产品结构设计上，在一体化趋向方面，将更为凸显。因受限于当前生产工艺，针对一般性产品而言，其多数都是采用许多部件经组装而成。此种组装结构不仅会造成产品故障几率的增加，而且还会增加其复杂度、体积及质量，此外，在转配及生产过程中，还会造成能源及材料的大量浪费。而采用3D打印技术的“加式”方法，可实现一体化的产品结构，并且结构更为简单化，更甚者一些比较图书的铰接结构，可运用辅助性材料便可到达一次性成型的目的，不仅可实现生产效率的提升，且在产品可靠性及结构强度方面也得到大幅提升。[8]

5 结语

总而言之，伴随当今3D打印技术日益成熟，其在今后的产品设计当中定会发出耀眼光芒，设计师在此时代背景趋势下，要善于且敢于发散思维，基于3D打印技术的先进洪流，实现自身设计水平及技能的有效提升，推动产品设计的多元化发展与创新。

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Shen Lu. Research on Interdisciplinary Blend and Innovation Mechanism of 3D Printing Technology[D]. Beijing Institute of Technology，2016.

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Repositioning of Designers and Product Design under Influence of 3D Printing Technology

YANG Le
(Shanxi Institute of Engineering and Technology, Shanxi 045000)

today human society is moving to a brand new industrial revolution, application of various new technologies will bring great changes to current world economy structure. New manufacturing technology, represented by 3D printing technology, has showed feasibility of changing traditional manufacturing mode. With its advanced technology concept, 3D printing technology has not only been changing designer's thinking, but bringing product design to new territories. The artilce analyzes concept, development process, classifcation and advantages and disadvantages of 3D printing technology, and relates its substantive infuence on designer-leading product design under under new environment.

3D printing technology; product design; infuence

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.12.013

:YANG Le. Repositioning of Designers and Product Design under Infuence of 3D Printing Technology[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(12) : 69-72.

杨乐（1986-），女，助教，硕士研究生，主要研究方向：工业设计。

本文引用格式：杨乐.3D打印技术影响下设计师与产品设计的重新定位[J]. 新型工业化，2016，6（12）：69-72.