3D打印在产品设计中的发展应用

杨涛

摘 要：本文从产品设计流程的视角分析了3D打印技术的发展应用，通过分析3D打印技术的特点，得出了3D打印在产品设计各个环节的应用优势，即提高设计效率，减少设计周期与制作成本。在此基础上，详细分析了3D打印在产品设计中的发展趋势，提出了各流程中的关键问题和解决办法。

关键词：3D打印；产品设计；发展应用

1 产品设计企业引入3D打印技术的原因

1.1 产品开发的需要

目前，企业引入3D打印机主要还是将其运用于手板制作。但不少企业已逐渐把3D打印融入整个产品开发过程中。例如，在产品设计初期，设计师为了及早了解自己的设计概念在现实中是否可行，他们会一边设计、一边打印产品部件，如果发现有问题，他们就立刻修改设计，而不是等到整个产品设计出来了才能修改。[1]如图1所示，高校实验室使用天威3D打印机制作智能机器人，整个机器人80%的零件都采用3D打印，由于不需要找手板公司开模，节省了不少时间和资金，而且可以随时修改设计参数。

现在产品设计已经不只是设计团队的事了。企业为了让产品能更好地配合市场需求，它们会要求市场及销售人员提供意见，与设计师及工程师共同研发新产品。3D打印就成为这些部门沟通的桥梁，他们会把设计打印出来，拿在手上一起讨论，让一般不认识产品设计的市场和销售人员也可以加入产品开发的行列。

1.2 生产过程的需要

企业一般使用3D打印协助制作模具。传统模具制作相当费时，成本动辄数万元。3D打印可让企业先制作模具的模型，检查过后才制作正式的模具，避免制模出错而导致浪费。3D打印亦可帮助企业直接制作吸塑模，更有不少企业已经使用3D打印机制作最终产品及提供增值服务。企业即使要维持现有的减材生产方式，在3D打印机的协助下，每个工序都能减省成本，亦可减少产品设计和生产上的错误，避免重做所带来的额外成本。

1.3 市场及销售推广的需要

为了在芸芸竞争对手中脱颖而出，产品生产企业在市场和销售推广时，必需好好包装自己的产品，以吸引客户目光。3D打印正好为企业在产品推广的独特性、速度和成本上取得平衡。产品设计公司利用3D打印技术，先向客户提供3D模型，让客户具体地了解过后才正式确认定单。由于能接触实物，客户对该企业及产品的信心比只能提供示意图的企业来得要高。3D打印可减少产品问题，保证客户得到优秀的产品，不但减少售后服务的压力，更增加客户对该企业的信心，从而继续使用企业的产品。[2]3D打印人像在眼镜、服装等领域有诸多跨界合作的案例，不少企业在与天威耗材合作的过程中，都提出使用3D打印机来制作用来衬托产品的工具或装饰品的创意。如图2所示，下图的眼镜生产商就运用了3D打印机制作1：1头像，以衬托其眼镜产品。跟放在展架上相比，以3D头像衬托的眼镜展示不但更能吸引客户眼球，亦令客户直接看到眼镜设计与人面的配合度，推动他们购买。

2 3D打印技术在产品设计中的发展趋势

2.1 更多的材料选择

目前，最普及的3D打印技术是使用塑胶为打印材料的熔融沉积成型（FDM）技术，但市面上的产品五花八门，不会只用塑胶这一种材料，金属是最广为使用的产品材质之一。现在金属3D打印机的价格仍然很高，其打印品的后处理过程亦较FDM技术繁复，中小企业难以引入。因此，让金属3D打印普及化是目前3D打印行业最重视的发展方向。

2.2 更快的打印速度

3D打印另一个发展焦点是打印速度。虽然目前的3D打印技术已令企业节省大量成本及时间，但不少企业希望3D打印能进一步提升打印速度，让企业更快地制作产品样板以至最终产品。国内外的3D打印研发团队也开始在行业内率先着力于攻克3D打印速度提升的难题，未来3D打印独特的“草稿模式”可以在短短数十分钟内完成打印，加快生产及销售流程。

2.3 更高的打印质量

目前，3D打印面临的一个重要的问题就是打印质量不高。由于目前3D打印使用最广泛的还是FDM技术，它是采用层层堆积原理制作，因此在其表面会出现丝状纹理，即使是打印精度为0.01毫米的工业级打印机，也还是会在表面看到丝状纹理。SLA打印技术采用的是光固化原理，表面质量相对较好，但是其打印成本比较高，可打印的材料较少，因此在市场上应用较少。[2]为了解决上述问题，很多科学家对软件的算法进行优化，也有人用激光对材料表面进行二次光滑处理，未来3D打印将会超高精度的3D打印模型。

3 结语

通过对3D打印技术特点的分析，可以看到它在产品设计中的应用优势，它缩短了产品开发的环节，大幅度提高了效率和质量。当然任何事物都有两面性，在其应用流程中，也看到了3D打印机存在先天的不足，就是表面质量不高，会出现层状纹理，打印材料范围太小，打印速度还需要提高。数年前开始的3D打印热潮不断为世界带来惊喜，亦让企业对3D打印有无限的憧憬。经过这几年的消化和沉淀，企业已越来越了解3D打印，并着手把这个颠覆传统生产方式的技术融入自己的业务中，以提升设计、生产及销售效率，增加竞争力。

参考文献：

[1] 周兴海.基于3D打印技术的陶瓷造型制作的研究[J].文化创意，2015（11）：108-109.

[2] 杨连科.基于3D打印技术的容器设计与制造[J].科技创新与应用，2015（6）：26.

[3] 王超.3D打印技术在传统陶瓷領域的应用进展[J].中国陶瓷，2015（12）：6-11.

[4] 苏珂，王熙.3D打印技术的工业产品应用研究[J].河北企业，2015（3）：97-98.

[5] 刘欣灵.3D打印机及其工作原理[J].网络与信息，2012（2）：30.