基于TRIZ理论的3D浮雕打印

王世磊，翁幸，李莹



基于TRIZ理论的3D浮雕打印

王世磊1，翁幸1，李莹2

（1.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001；2.兰州交通大学，甘肃 兰州 730070）

基于哈尔滨印梦科技有限公司3D浮雕打印实践，应用TRIZ理论创新方法，将浮雕系列产品从较为昂贵、费时的传统制作工艺转移至廉价且迅速的3D打印生产工艺。依据TRIZ理论中多种方法，较为详细地分析了该技术所处的阶段、资源情况、技术矛盾等。最终通过方案的整理与评价，确定采用更精密设备、更细致软件组合方案开展浮雕打印产业化实施。

TRIZ理论；3D浮雕打印；技术矛盾分析；最终理想解

1 引言

随着3D技术的快速发展，其以独特的优势已经融入到社会各个领域中。传统的浮雕制作工艺如注塑、车床加工等具有耗时久、成本高、内容单一的缺点，而3D打印技术很好弥补了这些劣势。因此我们团队以此为契机，结合3D打印技术进行浮雕产品的研发设计与制造。

2 问题描述

目前3D打印应用服务行业遇到最大的问题是成本高，由于全彩3D打印所用的打印设备与耗材基本依靠进口，成本过高导致3D人像打印在市场上难以大规模推广。另外一个障碍就是技术问题，现在全彩打印的材料几乎都是石膏，精度方面虽然可以接受，但仍然需要提高，而且石膏人像易碎。对于人像的还原，凭借浮雕独特的优势，3D打印技术刚好可以实现这个功能。

3 系统分析

TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决矛盾，未克服矛盾的设计不是创新设计，设计中不断地发现并解决矛盾，是推动产品向理想化方向进化的动力。

3.1 生命曲线分析

虽然近些年3D打印技术发展得如火如荼，已经比较成熟，但是3D浮雕打印市场刚刚兴起，缺少部分资源，同时也存在一系列“瓶颈问题”，相对于处在衰退期的包括浮雕灯罩在内的传统浮雕产品，其性能有时暂不如旧产品，所以3D浮雕市场目前处于婴儿期。生命曲线如图1所示。

3.2 资源分析

从现有资源来看，3D浮雕的原材料已经有了极大的突破，打印成本已经降低至每克0.2元。但从整个大范围的3D产业的层面来说，3D浮雕相对来说略显稚嫩，可以利用的技术资源很少。从资源灵活性角度来看，3D打印的原材料已日益丰富化，产业也稳步扩张。而从战略适应性来说，现有的原材料还是过于脆性，不易满足消费者多样化的需求。

3.3 九屏图法

九屏幕图如图2所示。系统的子系统是3D打印设备和打印耗材，在过去三维产品的制作使用单一化的模具，种类单一、价格昂贵；当前的系统是3D打印技术，相对于过去的“开模注塑”等传统工艺，其优势极其明显，制作成本低、制作耗时短等；系统的未来是3D打印产业的普及，不再是往常的小众市场，以其独特的优势将有可能推动整个制造业的快速发展，这也将标志着新的工业革命的开始。

图1 生命曲线图

图2 九屏幕图

4 运用TRIZ工具解决问题

4.1 40个发明原理

4.1.1 复制的原则

用简单的、低廉的复制品代替复杂的、昂贵的、易碎的或不易获得的物体。

4.1.2 预先作用原理

预先对物体施加适当的改变；预先安置物体，使其在最方便的位置开始发挥作用而不浪费运送时间。

4.2 最终理想解

最终理想解（IFR）是TRIZ的核心概念之一，是指解决问题中设想最后可能的完美结果，具体分析如表1所示。

5 方案整理与评价

针对以上系统分析，我们通过整理了共计32种方案（由于篇幅限制暂不一一呈现）。再进行可行性分析并评价，确定最终方案为：采用加大宣传力度的方法来扩张市场，通过争取更大的订单数量来提升销量；同时采用技术革新的方式来获取利润，引入更高精度的打印设备，掌握更高水平的建模软件，采用更为实用更为廉价的原材料。通过技术上的优势来提升销量。

6 结论

目前3D浮雕系列产品正处于婴儿期，正需要更高的普及度。但是只有通过技术革新，实现产品的平民化，才能真正留住客户，迎来3D浮雕打印产业的春天。3D浮雕系列产品将高智能化、自动化的三维扫描技术跟3D打印技术相结合，让我们能够实现无拘无束设计、随心所欲制造。

表1 最终理想解分析表

问题分析结果 设计最终目标为大众提供便利的3D打印服务，提高3D打印技术应用的普及度与实用性，使3D打印走进人们的生活中 理想化最终结果3D浮雕系列产品普及到全国各个地区，3D打印业务占据哈尔滨较大市场 达到理想解的障碍是什么大众的了解不够多，打印成本还不够平民化，公司本身设备的打印精度局限性 出现这种障碍的结果是什么导致公司的前期利润低下以及业务扩展困难 不出现这种障碍的条件是什么找到更廉价的打印材料，改进打印技术，加大宣传力度 创造这些条件所用的资源是什么同行间的交流帮助，技术的革新，以及通过微信、淘宝等各网络平台的扩大宣传

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2095－6835（2019）07－0032－02

TP334.8；TP391.73

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.032

王世磊（1997—），男，研究方向为核工程与核技术。翁幸（1996—），女，研究方向为经济学。李莹（1997—），女，研究方向为土木工程。

〔编辑：严丽琴〕