3D打印技术在灯具设计教学中的应用

3D打印技术的发展为高职工业设计专业教学提供了新的技术手段，也为产品设计人才的知识结构提出了知识更新迭代的要求。本文通过对3D打印技术在高职灯具设计教学中应用的优势、在教学中应用的途径探讨，旨在推动3D打印在高职工业设计专业教学中的应用路径，使新技术在专业教学中发挥更大的作用和价值，也使专业教学体系不断升级完善。

概述

随着我国计算机图形应用技术的不断提升以及特殊材料的研发优化，3D打印技术已经从幻想变为了现实，甚至应用到社会生活的各个方面，在灯具设计领域亦是如此，灯具设计是工业设计的一个重要方面兼具着艺术设计的基因，设计不仅仅要考虑到实用性能的不断优化，审美需求也是设计中需要考虑的一个重要方面。当前的竞争是创意的竞争，将3D打印技术应用在灯具设计教学当中一方面是对教育教学模式的创新，另一方面也从前端人才培养的角度，减少了创意变为产品的周期，提升了创意的实现几率以及设计的转化率。本文将从3D打印技术应用的灯具教学与传统灯具教学的教育形式、效果对比出发研究3D打印技术在灯具设计教学中的应用及其意义，以期为灯具设计教学总结出更多的教育教学经验。

传统灯具设计教学中的困境

我国的灯具有着数千年的历史，底蕴十分丰厚，为当前的灯具设计提供了丰富的灵感，当前我国的灯具设计教学大多类属于工业设计，二教学模式也通常是从无到有的渐进式教学模式，首先教师教授基础知识，学生通过构思绘制图纸，后设计模型最终制作成品，这样的过程如非到最后制作成品的一步，其他人很难直观理解设计的理念，且这种教学模式的周期过长，学生需要许多次的经验积累才能够具有灯具设计的能力，传统灯具设计已经不适应当前更新换代快速的市场情况。

当前，随着工业技术的发展灯具设计的工艺越来越复杂，单纯依靠传统形式的设计远远无法达到工业工艺的需求，传统模式下的灯具设计教学模式中不能够为学生提供模拟创意效果并进行修改的途径，一方面来传统模式锻炼了学生的空间思维能力和想象力，但另一方面也提升了灯具设计师的入门门槛。3D打印技术在设计过程中就可以模拟材质效果及环境应用，着在传统灯具教学设计过程中是无法实现的，影响学生对于灯具实际应用的理解。

3D打印技术原理特点及在灯具设计教学中的优势

3D打印技术是通过三维造型软件的设计或直接扫描对某一物体在电脑中形成三维形象后，与3D打印机连接并制作出来模型或工业零件的技术。3D打印技术可以在软件设计过程中对物体模型的形态进行修改，有较强交互性。3D打印技术从狭义上来说主要是指增材制造技术，从成型工艺上来看，3D打印技术突破了传统成型方法限制，通过快速自动成型系统与计算机数据模型相结合，无需任何附加的工艺模具制造和机械加工就能制造出各种形状复杂的原型，使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。

3D打印技术的工作原理是对电脑中的三维模型进行分析、切割，获得数码塑形所需要的每一层的具体数据，后在根据所得数据逐层打印喷涂所得零件，由于数据为逐层获得，普通民用3D打印机所打印出来的零件都会有不均匀的截面横纹，需要人工或机械进行打磨，并将零部件拼接、粘连组装。因此3D打印技术是对工业生产的一大革命，一方面3D打印缩短了制造流程，3D打印技术最大的特点就是对传统生产线的颠覆，传统生产线上对零件的生产往往会因为产品的塑形而产生大量原材料的浪费，而3D打印技术因其预先进行了模型设计，在打印过程中也不会产生过多的材料浪费，大大地节约了生产成本。另一方面也是理念的颠覆，将产品的生产与生产线的存在剥离开来，产品从创意到成型只需数个步骤。例如一个创意弧形灯罩的制作只需在电脑中设计出弧形灯罩的的三维模型后，连接3D打印机后安装所需材料粉末及粘合剂，等待喷涂成型即可，无需繁琐的生产线工序。另一方面也减少了重复劳动的人工成本，是推动制造业快速发展的一大先驱技术力量。

目前工业设计的教学领域已经普遍引入了三维软件来辅助教学，灯具设计教学亦是如此，由于灯具这一产品类别在形态上较小，因此引入3D打印技术进入教学不存在技术上的难度。当前3D打印所能够使用的材料质地为金属材料和塑料材料、树脂材料、陶瓷材料、复合材料等等，已能够满足教学的基本实践需求。特别是PA材料和PC材料是灯具教学设计中3D打印最为常用的材料，原因在于PA材料有较强的稳定性和弹性，对于创意灯具设计来说有着较强的优势，而PC材料则有较强的硬度和物理稳定性。

灯具设计教学中应用3D打印技术的途径

随着人们对新事物探索进程的不断推进，3D打印技术所应用的领域越来越广，从传统工业到航天科技，从建筑设计到日常饮食，3D打印技术在不断完善，而将3D打印技术引入灯具设计教学，运用3D打印技术的优势来辅助灯具设计教学，是对3D打印技术应用领域的拓展，也是对灯具设计教育教学模式的创新。

3D打印技术作为一种新兴的理念、技术应用于课堂后可以提升学生对于课堂的兴趣，教师可以引导学生兴趣完成课堂教学内容，从课堂的整体气氛来看，通过引入学生所不熟悉甚至闻所未闻的3D打印技术，可将学生的被动接受式学习变为主动探索式学习。如在课堂中可邀请学生作为助手完成3D打印操作的实践，或可将3D打印实践作为一定时期内的分组探索设计活动，以小组为单位在实验室完成3D打印操作。

在传统教学实践当中，灯具设计专业的学生较少有实践的机会，设计作品也通常仅为图纸而已，而引入3D打印技术之后，学生可以有更多地实践机会，运用3D打印机来完成图纸设计，并以实物的形式验证设计结果的现实可行性，且成本较低。例如学生在课余时间用三维图形软件所设计制作的灯具模型在与指导教师交流修改后，可用3D打印机制作样品，并进行初步试验、调试就是实践的一组流程，而学生对于实践结果的期待也促生了学生学习的主动性。

3D打印技术的引入还可以作为教学工具来应用，灯具的设计不仅仅是造型的设计，还需要学生理解到内部的构造原理，从而通过创意来进行优化，而传统的方式往往不够直观，通过3D打印技术教师可以将所需零件现场讲解、设计、打印、拼接，让学生理解更加直观，不仅仅从听觉、视觉上刺激学生记忆，还可以从触觉方面优化学生对于知识的理解。作为教学工具，3D打印技术还可以为学生演示多方面多层次的灵感优化，如扫描某一树枝的形态并做修改后打印，作为灯体的支架，让学生领悟到创意的多样化和自然界的神奇多变。

3D打印技术应用于教学设计的意义

目前我国的3D打印技术还处于起步阶段，所能够应用的打印材料种类较少，而3D打印机由于精度的不同和应用环境的不同，设备的大小及价格都存在悬殊的差异。由于空间限制能够应用在课堂教学中的3D打印机的材料种类则更更少，且性能精度也相对更低，但从长远来看，3D打印技术应用于教学设计中有着重要的意义。

首先，运用3D打印技术在教学实践当中可以提升学生的基础理论素养。灯具设计有较强的综合性，兼具了工业设计与艺术设计的诸多特性，作为家居饰品的一个重大类别，灯具设计还涉及了家具软装的相关理论，因此学生所要掌握的基础理论十分庞杂，而通过3D打印机的教学实践则可以很好地关联所学知识，提升学生的基础理论素养。例如想要获得一个3D打印的底座，需要在图纸上进行设计，弧度、高低差、大小既要符合人体工程学要求，还要符合美学要求，这个过程就是对基础知识和创意的杂糅，将设计图变为三维模型也需要学生对软件的基础功能进行反复操作，才能雕琢出与图纸相符的三维模型，同时将图形变为3D打印的模型，学生需要对自身的模型有充分的了解，在了解的过程中学生通过巩固知识和查阅资料夯实了自身的基础理论素养，而设计过程中所出现的问题也能够进一步巩固学生的理论知识。

相对于传统教学，应用了3D打印技术的教学模式可以在教学过程中提升学生的实践能力。传统教学当中，学生所能够接触到的往往是教师的理论知识和二维平面图形，对于实际的灯具设计停留在图纸设计领域，学生对于灯具的外形原理及内部构造都没有直观的理解，设计实践难免纸上谈兵，而引入了3D打印技术之后，学生可以不断通过实践突破自身的设计，在实践过程中优化设计细节直至达到标准甚至优化创意。

引入3D打印的灯具设计教学模式也能够提升学生创意的商业转化率，提升学生设计与企业需求的衔接程度。学生在进入学校学习后不可避免的最初的设计往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商业化的能力，但通过接触3D打印技术的实践之后，学生的理论水平和创意设计能留都将会有很大的提升，所设计出来的产品则有较强的独立性和创意自主性，具备了与企业接洽的基本能力，学生通过3D打印将自身最优设计展示出来，学生在大学期间所积累的设计经验对于毕业后进入企业也有着重要的作用。

结语

我国的3D打印技术虽然刚进入起步阶段，但各领域所获得的成果十分喜人，在教育领域，3D打印设备也在逐步应用，在灯具设计领域，3D打印技术可以促进学生掌握基础知识的同时还能够提升学生的实践能力。随着电子技术和材料技术的发展，相信在不远的未来能够有更多类型的3D打印设备和材料能够进入课堂为教学服务。

（作者单位：武汉交通职业学院）

基金项目：

产品设计教学中传统工艺的开发与应用--以灯饰设计的项目式教学为例。武汉交通职业学院一般项目，项目编号 ：Y2015006。

刘昊（1976-）男，研究生，讲师，研究方向：设计学理论研究，工业设计实践与理论研究。