浅谈工业设计中的3D打印技术

王致力

摘要：21世纪以来，人类社会科学技术发展水平空前，带来人类社会生产生活方方面面的改革与提升，3D打印技术就是其中一种非常重要的技术。相比于传统的技术，3D打印技术具有成本低廉、效率高、简单实用等诸多优点。本文中，笔者以当前我国工业生产领域中的3D打印技术的应用现状为研究对象，就其应用特点、未来发展趋势等展开研究。

关键词：3D打印技术；工业设计；机遇与挑战

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。

1 3D打印技术概述

1.1 原理

3D打印技术最初被称为快速成型技术或快速原型制造技术，它基于现代CAD/CAM技术、机械工程、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术和新材料技术，开发出先进的制造技术。它基于计算机三维数字模型，通过软件分解为多层平面切片。然后由CNC成型系统使用激光束、热熔喷嘴等逐层层叠和粘合可粘合材料，最后叠加并制作产品。

1.2 3D打印技术类别

就当前市场的3D打印技术来看，不同类别所使用的材料存在一定差异。包括以下几方面：（1）SLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料包括金属粉末、热塑性塑料和陶瓷粉磨等；（2）FDM熔融沉积成型技术，使用的材料包括蜡、共晶系统金属和热塑性塑料；（3）EBM电子束熔化成型成型技术，使用的材料主要是钛合金；（4）DMLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料几乎包括所有的合金材料；（5）SHS选择性热烧结成型技术，使用的材料主要是热塑性塑料；（6）PP粉末层喷胶3D打印成型技术，使用的材料主要是石膏。

1.3 3D打印技術优势

将3D打印技术应用于工业设计中，可实现大批量生产。在满足复杂产品生产需求基础上，可以不额外增加成本，设计空间广阔、零时间交付和不占用空间，不需要组装，实际操作较为简单，可以有效减少废物的排放，实现对生态环境的保护。

2 3D打印在工业设计中的应用

2.1概念模型、功能原型的制作

在工业设计过程中，有必要反复生产不同功能和类型的零件和模型。传统方法具有长的周期、工作量大、可控性不高、成本高昂等很多缺点，但是使用3D打印技术可以快速且精准的地制取想要的零件和模型。

2.2 工业设计中工具的制作

工业设计是一项非常有意思创造性活动，不同的设计师会使用各不相同的工具和设备来完成他们想要的产品。大多数这些工具都是由设计师根据他们的需求制作的。此时，它可以通过3D打印机完成，而不是花费大量时间和精力在各种处理方法上。3D打印设备不仅可以缩短时间和成本，而且可以构造出结构更精确、重量更轻、更符合人体工程学的产品，大大提高了设计效率。

2.3 小批量产品生产

随着3D打印技术的发展，其打印成本和打印时间进一步缩短，可印刷的材料和方法不断丰富，与传统的加工和制造工艺相比，生产工艺时间短。在小批量产品的生产上，它具有成本低等优点，不受时间、空间、机床和模具的限制，必要时可随时暂停生产、修改设计、消除传统制造技术、成本、施工周期等限制，不仅产品生产迅速，而且灵活。

3 3D打印技术对于工业设计的影响

（1）摒弃传统设计理念的束缚传统工业设计中，由于受到生产和加工工艺影响，设计师自身的创造力和想象力无法得到充分发挥。而3D打印技术的不断发展和创新，即便结构复杂的产品仍然可以通过3D打印技术实现，优势较为突出。在这样的背景下，设计师可以将更多的精力投入到产品功能创新和外观创新方面，促使产品结构设计和造型一体化，将更多人性化理念融入其中，协调美学、机械学、人机和技术等因素之间的关系，提升设计合理性。传统工业设计主要是为了满足大规模生产需求，这就需要建立相应模型进行设计，即便推行个性化设计，也仅仅是模型生成范围缩小。诸如，鼠标设计就是按照这一设计思路，结合使用者手掌大小和使用习惯，适应现有产品规格，而3D打印技术则可以结合使用者手掌形状和使用习惯针对性设计，设计出符合使用者需求的产品。3D打印技术的出现，促使产品个性化设计成为了可能，以人为本理念得到了充分的体现。

（2）3D打印技术对工业设计人才缺乏的影响3D打印技术可以有这么好的发展环境，当然，与人才的扶持是分不开的。在3D打印时代的背景下，工业设计的各个方面都需要越来越多的专业技术人员。3D打印技术对目前工业产品设计和制造模式起了转变作用，这与具有较强技术和管理技能的高素质应用人才密不可分。因此，作为培养人才的第一要地，高校应为社会培养更多高素质、高技能的复合型人才。推动校企联合培训模式，学校提供人才，企业提供设备和资金，使学生可以更好的适应社会，掌握更强、更专业的技术。

（3）3D打印技术对工业设计流程和创新意识的影响3D打印技术的不断发展与社会制造的进步，自主设计师和自主品牌也将逐渐崛起。在工业设计中，稳定安全高效的设计是工业设计进一步开发取得成功的重要保障。3D模型的设计便是其中众多设计中最为关键的设计之一，传统采用的手工制作的模型，不论是质量、质感、触感都是不能和3D打印所比拟。而且传统的工业设计模式在一定程度上都是受到“减配”，但是在日渐成熟的3D打印技术的影响下，自主设计师和逐渐兴起的自主品牌都开始摆脱了对传统工业设计的依赖。那些创新意识高、思维灵敏、敢于挑战的设计师和品牌设计便逐渐崛起。

4 结语

综上所述，工业设计是一项复杂的过程，传统工艺需要耗费大量的时间和精力，成本较高，而3D打印技术的应用，可以打破时间和空间的限制，根据生产需要高效加工生产，提升和加工效率和加工质量，降低生产成本，为企业带来更大的经济效益，对于企业长远生存和发展具有重要的促进作用。

参考文献：

[1] 刘勇利.3D打印对工业设计的促进作用分析[J].科技创新与应用，2014（29）.

[2] 余森林，毛一鸣.工业4.0时代3D打印技术对工业设计的系统性影响[J].设计，2016（19）.

[3] 郭日阳.3D打印技术及产业前景[J].自动化仪表.2015（03）.

（作者单位：沈阳盖恩科技有限公司）