3D打印对工业设计发展的影响

徐泳发

摘  要：我国的工业事业正朝着自动化和智能化的新时代发展，而3D打印技术就在此发展背景下应运而生。目前，因为3D打印技术的操作简单、加工层面广等优点，常常会被用于军事、航空航天、建筑等多个领域中，特别是在产品造型与结构的设计工作中，3D打印起着至关重要的作用，文章即以此为核心，探讨3D打印对工业设计发展的影响。

关键词：3D打印;工业设计;发展;影响

中图分类号：TB47          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）32-0073-02

Abstract： China's industrial undertakings are developing towards a new era of automation and intelligence， and 3D printing technology came into being in this development trend. At present， because of the advantages of simple operation and wide processing level， 3D printing technology is often used in many fields such as military， aerospace， architecture， etc. Especially in the design of product modeling and structure， 3D printing plays a vital role. This paper takes this as the core to discuss the influence of 3D printing on the development of industrial design.

Keywords： 3D printing; industrial design; development; influence

1 概述

當今社会正处于一场新的工业革命中，在信息化技术和智能化技术发展日益成熟的背景下，一系列新型技术将会被应用在工业中，这对于世界各国的经济、文化和发展带来了新的契机，而3D打印就是其中一项重要的技术。由于3D打印应用成本低、使用过程方便等优点，其被广泛的应用于工业设计工作中，为工业产品的外形和结构提供更加自由的设计手段，也促进了工业设计的进一步发展，本文即针对此进行探讨。

2 3D打印技术常见类别

3D打印技术常见的类别有SLS选择性激光烧结、DMLS直接金属激光烧结、FDM熔融沉积、SLA光固化、EEM电子束熔化成型、SHS选择性热烧结、PP粉末层喷胶3D打印。不同的打印技术适用于不同材料类型的打印。简单来说，3D打印技术可以分为熔融沉积、激光烧结、光固化和粉末层喷胶四种。所谓熔融沉积型就是最早的3D打印形式，其结构一般比较简单，使用起来较为便捷，并且各组件的能量消耗较低，所以成本较低。目前该类型的打印技术已经开源，人们甚至可以自行组装。该技术一般用于ABS等材料的制备。激光烧结型则是通过激光束和电子束来照射材料粉末，使得其逐层熔融后冷凝，达到烧结效果。这种技术的成型效果好，在特殊材料的成型中有着非常大的优势。比如说我国的歼-20战斗机的部分材料用的就是这一技术。光固化型结合了前两者的优点，通过光敏树脂和紫外线发生器产生的光束来进行反应，从而触发聚合反应固化成型。最后则是粉末层喷胶型，这是一种通过喷头在粉末层上涂布胶水实现固化的成型技术，其较为环保，且色彩方面比较优秀，具有商业化的趋势[1]。

3 3D打印技术的发展趋势

3.1 多材质同时打印

多材质同时成型是目前我国制造业中的一道坎，因为这道工艺所带来的收益远远小于其成本，所以即使经过多材质成型后能够得到性能较为优秀的产品，但是在工业上也很少去应用。多年来，许许多多的工业人才想要去促进该工艺的应用效率，但是效果也不尽如人意。而3D打印技术则可以实现这一点。通过FDM型3D打印机的多喷头来达到对不同塑料的同时成型，不仅在流程上十分便捷，其后期处理工作也大大简化，所得到的产品结构强度也较好[2]。

3.2 低成本金属打印

金属的3D打印技术是目前3D打印技术的一个发展瓶颈，其关键点在于如何实现该技术的民用化以及小型化，而该技术一旦突破将会对工业带来巨大的影响，这意味着3D打印技术不再是传统制造业的扩展和延伸，而是成为一种新的制造方式来进行发展。具体来说，金属的3D打印技术主要核心在于对合金成分的配比设计以及其结构设计，使得在成型后的元件上不同的部位能够有不同的性能。

3.3 生物组织结构打印

目前在医疗领域中，许多研究项目都指向再生医疗，实际上再生医疗也是未来医疗领域发展的一个重要方向。因为人体器官具有非常致密和复杂的结构，传统的技术无法制造出更完善的人工器官，只能完成牙齿、髋关节等骨科替换产品的制造，且其价格较高，一般人难以负担。对于一些血管和神经较为丰富的器官则无能为力。3D打印技术的出现为再生医疗提供了新的发展思路，其不仅能够做好生物相容材料的加工，还能够完成一些具有特定复杂生物组织的加工。

3.4 体素打印

所谓体素，就是与像素相对的一种概念。目前的工业制造技术完全可以做到像素级或者纳米级的处理器单元的制造，而在3D打印技术出现后，人们开始逐渐探索在三维尺度上排列打印一些具有独立功能和独立结构元件的可能性。比如说，立体芯片的形状可以不再局限于以往的形状，而是可以制造个更加个性化的结构，甚至在后续的发展中完全可以将立体芯片打印在产品的外壳上，从而减少了这些结构占据的空间，使得产品更加小型化。而在制造流程上也更加简单，甚至可以达到一体化制作，其各项结构的功能只需要设计在产品的各模块即可。

4 3D打印技术对工业设计发展的影响

4.1 设计内容的扩展

对于大部分的产品来说，其使用功能与产品的形态与构造息息相关，而在信息时代下，电子产品的应用也离不开这个规律，因为其数据计算和通信依然需要依靠产品的电子元件与结构特性，这种细微的结构以及电子元件的制作就不得不提到工程学和材料学。而3D打印技术对于制造业就更像是一个桥梁，将设计与工程两种截然不同的概念联系在了一起，通过该技术来将原材料进行合理组合，得到新型材料，从而使得具备多元结构的微型电子结构和元件能够被同时打印出来，这是传统工业设计工作无法做到的。3D打印技术的发展使得制造业从连续模拟材料转变为数字化打印，从简单的模型制作过渡到对材料的控制，材料将不再只是简单的结构作用，更具有一定的功能，这就使得工业设计的范畴进一步扩大[3]。

4.2 设计权重的倾斜

制造业的核心就在于批量生产，而这些批量生产出来的产品核心就在于其技术、设计、制造等层面，其中设计是非常重要的一项工作。在传统的制造业中，工业设计效果大多都比较直观，但是设计本身的价值却并不明显。而应用了3D打印技术下的分散制造体系中，批量生产的规模减小，并进一步减小制造环节和营销环节带来的影响，甚至因为该技术简单易操作使得很多产品的核心制造技术得到了开源，所以工业设计工作的权重也逐渐倾斜，创造性工作将占据主导位置。

4.3 设计流程的演变

因为3D打印技术的优秀特点，其设计出来的产品将会拥有更加细分的用户群，甚至很多时候可以达到个人的个性化选择需求，所以与传统设计流程的不同，设计工作不再以批量化生产和标准规格为核心，而是以用户数据为基础，在概念设计时就可以确定其技术参数和人机尺寸，其样品也可以直接交付用户来试用，而这一过程大部分都可以通过软件来进行，同样也根据软件产品的快速迭代模式来进行优化，从而保证产品的质量。而随着3D打印技术的普及，用户甚至可以自行设计一些技术强度不大的产品，也就是说工业设计工作直接融入销售与定制过程，这将是整个工业模式与营销模式的革新。

4.4 设计方法和工具的发展

3D打印技术的设计方法和设计工具与传统工业设计中所用到的设计方法和设计工具有着很大的差异。一方面，在设计思维层面，因为3D打印所带来的自由化设计和便捷化设计，所以在设计上必须达到更高的创新性，要改变传统制造业简单的建模和模仿生产。另一方面，3D打印技术必须依靠软件，充分发挥出3D打印中庞大计算力和繁杂结构构建能力的优势。目前在设计方法和设计工具上有三种发展趋势，也就是条件式设计、生成式设计和进化式设计[4]。

5 结束语

本文对3D打印技术进行阐述，列举了四类3D打印技术并阐述了其特点与优势，探究了3D打印技术在多个领域工业设计中的应用，并分析其对工业设计的发展影响。可以说，3D打印技术拥有非常好地发展优势。

参考文献：

[1]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）：64-65.

[2]高越.3D打印技術影响下设计师与产品设计的重新定位[D].北京理工大学，2015.

[3]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）：129.

[4]赵婧.3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望[D].太原理工大学，2014.