从设计角度谈3D打印对各行业的重造

贾雪澜

摘 要：3D打印是一种将3D模型构建为真实物体的快速成型技术，其以制造成本低廉、生产周期短、个性化量产等优势被广泛应用于各个领域，发挥着积极的作用。从设计的角度，具体论述了3D打印为各个行业带来的影响和变化，详细分析和解读了3D打印为各行业带来的机遇和挑战，并提出了自己的观点。

关键词：3D打印；设计；个性化；量产

中图分类号：TP751 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.003

近两年，3D打印以迅猛的发展态势在全球范围内引起了巨大的轰动，铺天盖地的资讯和报道使3D打印快速地被公众熟知。网络中出现的高频词汇——“3D打印人类心脏”“3D打印人造骨骼”“3D打印枪械”等，使3D打印披上了一层神话般的外衣。事实上，早在25年前，3D打印技术就已经存在了，并且成功应用在设计和工业等领域。随着科学技术的发展和3D打印机价格的逐步降低，3D打印已经逐渐走入了普通人的生活中。因为3D打印技术的不断革新和成熟，其应用范围也在日益扩大，使得未来充满了无限的可能性。无疑，3D打印将会带来一场足以影响人们日常生活、改变物品制造方式、重造行业规则的重大变革。

1 概述

3D打印（3D Printing）是以3D数字模型为原型，运用易黏合的粉末状固体颗粒或具有高热塑性的塑料等耗材，以逐层堆叠、累积的方式将3D模型构造为实体模型的快速成型技术。

运用3D打印技术打印3D实物的主要流程为：①通过计算机软件设计3D数字模型，生成.STL格式或其他格式的3D模型文件后，利用计算机缩放和修补该模型，使其调整为适合打印机型号的大小和分辨率。②使用专业的分层软件（比如SLICER、SFACT等）将其分层，将生成的GCODE文件传输至3D打印机，等待几小时后就可以看到和模型几乎一模一样的实物。常见的3D打印工艺技术有熔丝制造（Fused filament fabrication，FFF）、熔融沉积成型（Fused deposition modeling，FDM）和粉末层喷头3D打印（Powder bed and inkjet head 3d printing，PP）等。目前，比较普及的3D打印材料有金属粉末、热塑性粉末、陶瓷粉末、ABS树脂、热塑性聚酯和铸造蜡等。

随着3D打印技术的不断创新，能够运用于3D打印中的材料也越来越多。3D打印已经不仅仅局限于打印模型，而是被更广泛地运用于生活中的各个领域，可以说，3D打印是将虚拟与现实连接起来的桥梁。从前，那些只能存在于设计师手稿里却无法实现的独特设计、让生产机器和手工艺人无从下手的绝妙构思、以数据的形式封存已久的科学创想，在3D打印技术的帮助下，都能实现。目前，3D打印已经被广泛应用在珠宝设计、服装设计、工业设计、航空航天和医疗工程等诸多领域。在不远的将来，3D打印也将以其成熟的技术在更多领域发挥优势，创造更大的社会价值、经济价值和艺术价值。

2 3D打印的优势

3D打印采用的是“增材制造”技术，具有比机器批量生产使用的“减材制造”更为突出的优势，具体表现为：①制造成本低廉。1台3D打印机可以根据不同人的不同需求，按需打印出形态各异的产品。它无需提前备货或大规模铺货，更不会出现滞销现象，在节约成本的同时，还可以减轻资金运转的压力。②环保节能。3D打印是完全按照3D模型进行的，在打印过程中，产生的废料可以继续使用（比如粉末层喷头3D打印技术），或本身不会产生多余的废料（比如熔丝制造技术）。③零时间交付。3D打印因为具有按需打印、就近生产的特点，所以，顾客可以在提交订单并被商家成功受理后，到最近的3D打印站就可以打印出所需的产品，无需等待漫长的加工和运输过程。

另外，3D打印比工人手工制作更加便宜、精准，并且产量较高，具体表现为：①突破工具的限制。工匠制作受设计图纸、制作工具和个人技能等因素的限制，使得很多结构复杂、造型奇特的设计无法制作完成。3D打印突破了工具的限制，能够制造出形状复杂的物品。使用该技术，不会比制作简单物品难，消耗更多的时间和成本。②突破了工人限制。将3D模型设计图导入计算机后，利用简单的操作就可以打印，无需掌握过多的专业技能即可操作。这样做，不仅降低了对工匠个人手艺的依赖，减少了个人因素对制作的影响，还有效避免了无法传承老手艺人技艺所造成的缺憾。③突破了时间的限制。3D打印零时间交付的特性使其不再受时间的限制，顾客可以在最短时间内得到所需的产品，无需等待较长的制作周期，更不会因为制作工艺的复杂而延长制作时间。

3D打印将机器批量生产的高效率、高产量和低成本的优势，与工人手工制作的多样性和个性化的特点完美结合起来，使设计与制造之间联系更为紧密，运用更为灵活。3D打印技术被冠以“第三次工业革命最具标志性的生产工具”的美誉，可谓名副其实。

3 3D打印对各行业的更新和改造

虽然3D打印具有诸多的优势，但是，其弱势也更为明显。3D打印的缺点是它不能大规模生产，无法提供规模经济。当一产品备受好评而被用户广泛定制时，依靠3D打印技术生产数量较多的相同产品是不具备优势的，在这一点上，机器大规模生产具有一定的优势。然而，这一突出的弱势也造就了3D打印最大的优势——个性化量产。3D打印公司可以凭借与标准产品相同的质量和价格，为用户提供定制化体验，以满足不同人的个性需求，从而体现出制造价值，提升竞争优势。

毋庸置疑，3D打印技术将创造新的商业模式，淘汰旧的商业模式。在这场轰轰烈烈的行业大变革下，一些职业会从此消亡，一些会改革转型，同时，还会催生出众多前所未有的新兴行业。这无疑将是一场给人类未来的生活方式、工业生产模式和商业运营形式带来巨大影响和变革的“科技飓风”。

对大多数企业来说，产品更新是一个缓慢且慎重的过程，推出一款新产品要充分考虑前期制作和后期运作成本，并要承担推向市场后不被大众接受或需要反复修改的风险。对于一些处于起步阶段或规模较小的企业，设计新的产品更需要“不成功便成仁”的勇气。3D打印技术的出现，为企业设计和研发新产品带来了希望，创新不再是让企业望而却步的“夺命丸”。当设计部研发出新的产品后，可以利用3D打印技术打印出实物，并在最短的时间内修改和调整实物中有缺陷的部位，避免因为一个小小的改动而造成大量产品被浪费的情况发生。另外，企业可以运用3D打印技术先生产小批量的产品投放到市场，再根据市场反应来决定是否大批量生产，从而有效降低新产品带来的财务风险。

对设计师来说，3D打印技术也使他们的才能得以最大限度地发挥。在3D打印技术还未问世前，设计师受现有资源和技术的制约，很多绝妙的创意和构思都无法实现。而现在，只要能想到的，无论结构多么复杂、形态多么扭曲，3D打印都能实现。荷兰设计师Iris van Herpen设计的3D打印服饰就将复杂结构下的空间和立体发挥到了极致。她以非传统制衣材料进行创作，比如塑料、金属、树脂玻璃等，利用3D打印技术制造出复杂的纹路和褶皱，进而呈现出极具未来感的设计意图。比如，冰岛前卫女歌手Bjork在她的专辑《生物恋》中所穿的金色裙子，就是Iris van Herpen利用3D打印技术设计制作的，裙子由皮革制成，并装饰了经过激光切割、浸胶涂漆处理后的金色箔片，使其在灯光的变化中可以反射、振动，甚至发出声响，达到绝佳的舞台效果，如图1、图2所示。

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3D打印还使一批与之相关的产业应用而生，比如，随处可见的3D打印店、3D照相馆等，可以根据用户不同的需求而制作的3D打印巧克力、蛋糕，以网络销售为主的私人定制产品专卖店，分享和出售个人3D设计模型的论坛等。

美国总统奥巴马在他的演讲中曾说过：“3D打印将为几乎所有物品的制造方式带来革命性的变化。”正如奥巴马的预测，在不远的将来，会像现在熟练使用打印机一样，轻松地将脑海里闪现的灵感打印为实物，也可以像在Photoshop（制图软件）里编辑图像一样，为将要打印出的实物加入特殊的符号和花纹，甚至在急需某个不易购买的物件时，走到街道上，在随处可见的3D打印便利店里就能买到……而这一切不是毫无根据的想象，它成为现实只是时间问题。

现如今，3D打印在一些欧美发达国家已经相当普及，许多国家为了在新工业革命中占据领先地位，给予了3D打印技术研发巨额的支持，并相继出台了相关政策和投资发展方案。所以说，3D打印已经在重视创新的发达国家初步形成了商用模式，不少家庭和个人已率先体验到了3D打印带来的便捷和智能。供家庭使用的3D打印机可以打印小型的塑料或石膏制品；用于工业领域的3D打印机可以制造大到汽车，小到零件的高精度产品；用于食品制造业的3D打印机，可以制造出健康、美味和精致的食品；用于医疗产业的3D打印机，可以用特殊的材料打印出能与人体共存的骨骼和器官等。

也许很多人并不知道，目前，市场上80%的助听器都是由3D打印机制作完成的。用3D打印机打印出的牙冠、假肢、隐形眼镜和助听器等，也已经进入了普通人的身体，让人们从中受益。由美国Bespoke公司设计并定制的假肢，使那些失去部分肢体的截肢者有了更加舒适的感觉，并获得了属于他们的尊严。Bespoke公司扫描每一位客户相应身体部位的数据，比如，

左臂患有残疾就扫描健全的右臂数据，使用获得的数据在计算机中建模，经过整理后，为假肢3D模型设计文件。这样设计出的假肢可以保持身体的对称性，使其活动更加协调。3D打印的假肢较与传统的假肢相比，更注重客户的感受，不单单重视实用性或美观性，比如，大多假手是通过钳形的钩子来抓取物品的，这完全忽略了失去手臂的截肢者的心理感受，其难堪和自卑感仅靠修复残缺肢体的功能性是不能弥补的。另外，还有些假手虽然具备了“手”的形态，但是，却没有“手”的功能，这类设计并不能为他们的生活带来更多的便捷。而Bespoke公司采用了高度定制化技术，甚至还支持客户选择自己假肢的设计风格——镀层材料、罩面漆、花纹图案、镂空或浮雕等，这些都可以由客户自主选择，如图3所示。无疑，3D打印的假肢可以充分适应使用者的身体，不仅能够为他们带来生活上的便捷，更重要的是，还会让他们更加时尚、更加自信。

4 3D打印的未来

当3D打印造福于人类时，由此引发的社会问题也是十分尖锐的。当3D打印更为普及时，人们只要拥有设计图纸和原材料就能打印出枪械、武器甚至是毒品。当自己设计的3D模型被打印为实物，运用于生活中而非仅作为摆在桌子上的模型时，如果设计稍有偏差，造成的危害和影响便是无法估量的。3D打印在未来还会遇到什么样的难题？在3D打印技术快速发展的过程下，何时会出台相应的法律来管控，而这些法律条例又是否会对3D打印的发展带来阻碍或是进一步推动其发展呢？我们不得而知。

尽管3D打印的未来充满了各种不确定因素，但是，透过它也看到看全新的社会发展情况，而该技术也在各个领域中发挥着积极的作用。随着科学技术的不断发展，再加上计算机软件技术的革新、打印材料的日渐丰富，3D打印技术也将向更加智能化、便捷化、通用化的方向发展。

参考文献

[1]胡迪·利普森，梅尔芭·库曼.3D打印，从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013.

[2]王春玉，傅浩，于泓阳.玩转3D打印[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[3]程小咚.颠覆：市场的重造[M].北京：中国传媒大学出版社，2008.

[4]杰里米·里夫金.第三次工业革命[M].北京：中信出版社，2012.

〔编辑：白洁〕