3D打印技术在工业设计中的应用

3D打印技术是一项具有工业革命意义的先进制造技术，可以促进工业设计模式的转变，拓展工业设计的内涵，促进工业设计思维的解放，缩短设计周期，节约研发成本，降低企业风险。摘要:阐述了3D打印的技术体系，探讨了3D打印技术在工业设计中的应用，分析了3D打印技术对工业设计的影响。

关键词:3D打印；工业设计；应用；影响

第一，3D打印技术

(1)3D打印技术的原理。3D打印技术最早被称为快速原型技术或快速原型制造技术。它是在当代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的基础上发展起来的先进制造技术。以计算机的三维数字模型为基础，通过软件分解成几层平面切片，然后通过数控成型系统利用激光束和热熔喷嘴将粘接材料逐层叠加粘接，最后叠加成型制造出产品。

(2)3D打印技术的常见子类和可用材料。根据成型技术的不同，常见的3D打印技术可分为以下几类:

(3)3D打印的优势。3D打印技术是大批量生产向小批量、个性化生产发展的主导技术。其突出优势在于不增加成本生产结构和外观复杂的物品，不增加成本多样化，无需组装，零时间交付，设计空间无限，零技能制造，不占用空间，系统便携，减少废弃副产品，材料组合不限，实体复制精确。

二、3D打印在工业设计中的应用

(1)制作概念模型和功能原型。在工业设计过程中，需要反复制作不同功能、不同类型的零件和模型。传统方法存在生产周期长、劳动强度大、精度差、成本高等缺点，而利用3D打印技术可以快速、简便、准确地得到所需的零件和模型。

(二)生产工业设计过程中所需的工具。工业设计是一项创造性的活动。不同的产品和设计师需要各种设备和工具来辅助设计过程。这些工具大多是设计师根据自己的需求制作的。这时候可以通过3D打印机来完成，而不是花费大量的时间和精力通过各种加工方法来制作。3D打印设备不仅可以缩短工具制作的时间、降低成本，还可以构造出结构更精密、重量更轻、更符合人体工程学的产品，大大提高了设计效率。

(3)小批量生产。随着3D打印技术的发展，其打印成本和打印时间进一步降低，可打印的材料和方法不断丰富，使其与传统制造技术相比在生产流程短、时间少、成本低方面具有很大优势，并且不受时间、空间、机床、模具的限制。只要有必要，随时可以停产，可以修改设计，解除了传统制造业的技术、成本、工期限制。

三、3D打印对工业设计的影响

(一)解放束缚，转变设计理念。传统的设计造型受到产品生产和装配的制约，制约了设计师的创造力和想象力。随着3D打印技术的发展和成熟，结构和外观复杂的产品都可以用3D打印机打印出来，而且是无缝的。这样，设计师可以专注于产品形态、外观创意和功能创新与改进，使产品设计多样化、结构设计一体化和使用人性化的趋势逐渐显现，在其技术、经济、美学、环境、人机等属性因素中，提高人机属性和美学属性因素的比重。传统的工业设计是建立在传统的大规模生产模式基础上的，这就要求设计必须建立在一个模型的基础上。即使是所谓的个性化设计，也只是缩小了模型生成的范围。这意味着用户心理、生理、使用时间、环境的差异很难在设计过程中体现出来。比如鼠标设计就是这样一种典型的设计模式:传统的设计模式是让用户的手掌大小、使用习惯和个性需求适应有限的规格和型号，而3D打印技术可以设计生产出与用户的手型、习惯和个性需求完全匹配的产品。3D打印技术使得个性化设计和生产产品成为可能。利用3D打印技术，可以定制产品，真正实现以人为本。

(二)3D打印技术对工业设计流程和成本的影响。在设计过程中，顺畅高效的设计沟通是工业设计开发成功的重要保证。其中，各种类型的模型是重要的传播手段之一。手工制作的模型在精度、纹理、触感等方面与概念设计预期有较大差异，而3D打印可以克服这些缺点，让设计团队中的每个成员和用户都可以直观地看到和触摸这些概念模型，比较它们在结构、形状和功能上的差异。此外，手工制作工业设计过程中的模型需要很长时间，这是缩短产品上市时间的最大障碍。使用3D打印可以大大缩短概念模型和产品原型的制作时间，从过去的几天甚至几周缩短到几个小时。近年来，随着产品复杂化和个性化的发展趋势，设计过程中模型加工制造的成本非常高。复杂的模型甚至需要特殊的模具和加工技术来保证模型的准确性和真实效果，而3D打印技术可以随时随地制作模型，大大降低了设计成本。

(三)3D打印技术对设计行业的影响。传统的工业设计模式受到固有的缩减生产模式的制约，由专业设计师主导。但随着3D打印技术的成熟，独立设计师对传统加工业的依赖会越来越少。对于那些创新意识强，有一定设计研发能力的消费者来说，他们很有可能成为设计师和制造商。随着3D打印技术带来的社会化制造，独立设计师和品牌也将崛起。

四，工业设计中的3D打印问题

3D打印受到设计师、设计软件、设备和材料的影响。在工业设计领域，3D打印技术解放了设计约束，激发了设计师的创作灵感，但3D打印技术使用的设计软件和模型输出格式仍需进一步发展和完善。目前，3D打印技术已经可以与设计完美结合，这一点已经在很多产品中得到了证明，并得到了广泛的认可，但如何让其在更多的产品生产中发挥应有的作用，仍然是一个需要不断探讨的问题。同时，3D打印技术也有其固有的缺点，如:打印尺寸受技术和打印机的限制，产品打印时间过长以及在大规模生产中没有成本优势等。这些原因使得3D打印仍然无法取代传统的制造工艺。结论:3D打印技术在工业设计领域取得了很大的发展和应用。在工业设计领域，3D打印技术不仅可以满足人们对个性化、定制化产品的要求，还可以实现结构和外观复杂产品的制造，提高设计制造精度，大大缩短设计周期，降低设计成本，激发设计师的创作灵感，为产品设计带来新的活力，催生大量的独立设计师和设计品牌，具有良好的发展前景。同时，3D打印技术也存在一些技术和推广上的不足，但随着3D打印技术的发展和成熟，以及设计师的不懈努力，它将越来越广泛地应用于工业设计领域。

参考资料:

[1]林。3D打印技术对制造业产品设计影响的研究[J]。艺术与设计(理论)，2015，08: 103-105。

[2]傅航，李鹏。3D打印技术在产品设计中的应用综述[J].美丽与时代(都市版)，2015，10:85-87。

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