基于3D打印技术的包装容器设计研究护花春泥

肖婕

[摘要]近年来，3D打印技术的逐渐完善，使得3D打印技术在产品包装设计等行业也得到了应用，在包装行业中，3D打印技术更多用于设计流程中的容器造型构建阶段。

[关键词]3D打印设计 包装容器 个性化定制

由于制造方式的改变，3D打印技术可以制造出传统成型方式难以制造的形态和结构，同时在改变产品的过程中不增加额外的成本，相比较而言，3D打印设备的成本也远低于传统的制作设备。随着社会的进步和科技的发展，3D打印在产品设计、建筑设计、电影、动漫等众多领域得到广泛应用。

一、3D打印技术的发展

3D打印技术是快速成型技术（Rapid Prototype，简称RP）的一种，它通过设计图纸，使用打印机内的各种原材料，采用分层加工，叠加成型方式来“造型”，进而构造出客观的实物。3D打印技术为包装设计创新和设计理念实现提供了很大的发展空间。

（一）3D打印技术原理

3D打印技术基于原料喷射成型原理的技术，与喷墨打印机的工作原理相类似。目前主要有2种工艺原理。第一种工艺其原理是先有储存打印材料，由储存桶送出一定量的原材料粉末，并用滚筒在加工平台上将粉末推成薄薄的一层；接着通过打印头喷出粘合剂，并依照电脑模型横截面获得的二维切片形状使粉末快速固化，完成一层加工平台自动下降一点，重复循环直到完成；最后只需扫除未固化的外层粉末就可得到想要的试题模型。这种技术的特点是成型速度快，制作成本低，打印时每层厚度越薄则分辨率越高，实体模型就越精细。

第二种工艺是基于熔融沉积制造技术。原理是把CAD生成的模型数据导入3D打印机的控制软件，自动生成支撑材料和加热喷头运动路径，完成后加热喷头会在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息做平面运动。加热喷头将热塑性丝状材料加热和熔化成半液态后挤压在相应工作平台上，每次冷却后平台会形成一层约0.1mm厚的薄片轮廓，然后工作台会下降一定高度进行下一层的融覆，通过多层堆叠来形成三维实体。这种成型工艺不会产生有毒气体和化学污染，在汽车、机械制造等行业中应用最为广泛。

（二）3D打印技术的实用价值

在包装工业中，3D打印技术广泛用于设计流程中的原型构建阶段，3D打印技术为小规模的产品定制和概念化发展创新提供了巨大潜力。3D打印技术的操作简便，人员一学就会，这就为3D打印技術在行业的深入渗透提供巨大空间。与此同时，3D打印技术为包装设计提供了概念验证的可能性，一旦包装设计有了设计手稿和设计切片，3D打印技术就能把设计图纸上的二维设计转化为实实在在的三维客观实物，这大大缩短了设计实现的时间跨度。

二、3D打印技术在包装容器设计上的创新

（一）个性化定制

包装产品定制能够满足消费者的个性化需求。现代人希望在购买的过程中能够获得更多个性化的体验，享受独一无二的服务，如定制性容器包装设计对一些有特殊要求的顾客而言显得尤为重要。容器包装设计除了要符合顾客的基本需求外，还要具有独特的设计风格，不论是造型还是材质的选择。

以礼品包装为例，现今市场上礼品包装绝大多数都是批量生产的产品结构稳定、自动化程度高、生产效率高、生产成本低，但是缺点也相当明显，大批量生产以牺牲产品的多样性为代价，生产线的初始投人大，建设周期长，无法适应变化愈来愈快的市场需求和激烈的竞争。3D打印技术由于自身逐层打印的特点可以打印一些复杂的造型，它为情感化、个性化的礼品包装定制设计提供了平台。

3D打印技术能够解决其中的一些问题，可根据顾客的需要通过计算机辅助软件Auto CAD进行三维模具的绘制一个概念或者包装的CAD文件。一旦这个包装可以进行打印时，tRtt师会提供一个彩色缩略图，这样可以让产品在打印之前有一个可视化的图像，如需修改，便可直接在计算机软件中对设计方案进行修改，在取得设计师和客户双方满意的效果后，即可通过3D打印机制作。3D打印可以使包装原型实现快速生成和调整，为公司大大节约了时间和资金投入。Auto CAD属于设计类专业学生的必修软件，即便是非专业人士也可学习该软件，因此该方面的技术人员充裕。由于3D打印技术不断提高，可使用材料种类呈多元化发展，3D打印技术的应用范围越来越广泛，如出现食品级打印机。3D打印技术的出现，不仅满足人们对个性化产品的需求，量身定制，而且还大大提高生产效率，降低了成本。因此3D打印技术适合制造个性化需求较高，生产周期短的包装容器。

（二）使包装容器设计更生态环保

3D打印技术的发展，使得容器包装设计更加生态环保，主要体现在节约资源、保护环境、循环利用等方面。商品社会的迅速发展导致容器包装材料的浪费，很多包装都是一次性使用，不会被人们保留使用，还有一些容器包装回收利用率极低，或者在生产加工过程中产生有害气体，对环境造成污染。因此，正确、有效利用资源设计容器包装就显得尤为重要。如3D打印常用的材料聚乳酸（PLA）是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。PLA的应用，体现了经济生态环境可持续发展。

同时，3D打印技术大大提高了材料使用率，通过电脑可精确地计算出所打印产品的材料使用量，避免了材料的浪费；3D打印出的产品回收后可通过技术手段使其恢复打印前的原材料状态，材料可再次使用，并且，除前期的人为设计制图外，在整个打印过程中，极少需要人工的参与，大大节约了人力资源。

除此之外，由于3D打印技术可实现复杂、精美的设计方案，所以容器包装设计可实现“一物多用”。造型的特殊性不仅可满足人们对容器包装的基本要求，更能增强人们的节能环保意识，甚至可以让人们保留容器包装循环使用，使容器包装不再是一次性产品。生态环保的容器包装设计取决于设计的实施手段和材料、技术的运用。

三、3D打印技术应用在包装容器设计上的优势

（一）3D打印缩短了包装设计到成型的周期

3D打印由于能够快速一体成型、精度高、适用于非标准件的成型等特点，而被包装设计公司所青睐。设计师可以更注重其产品的开发和生产，利用三维CAD软件确保设计的高效性和精确性，快速而简化的模型制作，优化包装容器设计的初稿筛选、内部测评等过程，产品设计周期缩短了50%。

（二）3D打印开拓了设计师的想象空间

由于3D打印技术理论上的技术特性，3D打印机识别到片层界面，并完成文件输出。截面是由多个三角形面来模拟所设计的物品的表面形態，三角形面越小，物体打印的越精细。这种特性将设计师的一切创意打印成现实成为一种可能，更多的创意不仅仅局限于图纸或设计师的脑海中，更是给予了设计师一个更为广阔或可行的创意呈现平台，一切皆有可能。

（三）3D打印节省包装设计研发的成本

新产品投放市场之前，开发一副模具费用极高，几十万甚至几百万，而产品在市场中都是以最新的速度更新换代，如果新产品生产出来以后，销售低迷，则得不偿失，加重企业的经济负担，但是利用3D打印技术，可以把产品先研发出来，如果该产品符合生产技术要求和市场需求，再进行模具开发，并进行进一步批量生产。由此可见，3D打印技术和传统模具制造技术优势可以实现相互补充，降低了企业因开模不当造成的不必要损失和风险。3D打印包装产品也可以远程传输文件并异地打印，减少运输费用。3D打印的出现其意义除了在研制速度上具有优势外，还可以直接加工出特殊、复杂的形状，简化装备的结构设计，化解技术难题，实现关键性能的赶超；可以形成新的经济增长点，促进就业随着3D打印的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。

3D打印技术是一种新兴的高科技技术，随着3D打印的逐步深入，在一定程度上改善包装产业结构，使包装工业向多元化发展。并且，节省了原材料的使用量，便于回收利用，利于环境友好生态和可持续发展，有助于推进绿色、创新、共赢的经济模式发展。

3D打印技术在包装材料的研发、包装容器的设计以及整个包装产业中发挥着巨大的作用。随着3D打印的日益成熟，结合一定创新性的包装材料及容器，以多功能化、多样化、多元化的进程发展，并且包装更加节能环保。3D打印技术给容器包装设计提供的具有高效、便捷、多样、材料无线组合、设计空间无限等优势，是其它同类包装制造技术无法比拟的，3D打印技术在未来的包装产业中，必有它的一片天地。

（责任编辑：晓芳）