浅谈工业设计中的3D打印技术

时间：2024-05-04

徐全信山东科技大学艺术与设计学院

21世纪作为信息化飞速发展的时代，科学技术飞速发展，而3D打印技术则是重要成果之一。由于低成本和高效率的巨大优势，3D打印近年来已成为各行业中非常流行的技术之一。随着3D打印技术的不断发展，打印技术的成本越来越低，打印时间也越来越短，逐渐成为公司以及其他消费者的首选。本文将从3D技术展开，谈3D打印技术对工业设计的影响。

1 3D打印技术概述

1.1 流程：3D打印技术首先要做的就是进行三维建模，它基于现在的CAD/CAM建模技术的成熟，将模型在虚拟空间中制造出来，从零开始进行数字化建模。第二，进行分层切割，由于建造类型的差异，在数字化建模后不能直接操作3D模型，需要将3D模型输入到电脑当中进行进一步处理，将模型进行分层，分成一层层的薄片，薄片的厚度打印机的精度以及喷涂的材料有关的。第三，打印喷涂，打印机将材料逐渐喷涂或溶解到三维空间当中。第四，后期处理，模型在制作完成后会有毛刺或者粗糙的截面，必须对模型进行后期加工，比如固化处理、修整、上色等。最终才算完成模型。

1.2 3 D打印技术类别：就目前的3D打印技术来看，不同类别所使用的材料存在一定差异。包括以下几方面：第一是SLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料有热塑性塑料、陶瓷粉末等。第二是FDM熔融沉积成型技术，使用的材料有共晶系统金属、蜡等。第三是EBM电子束融化成型技术，使用的材料主要是钛合金。第四是EMLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料也几乎都是钛合金。第五是SHS选择性热烧结成型技术，使用的材料大多是是热塑性塑料。第六是PP粉末层喷胶3D打印成型技术，使用的材料大多是石膏。

1.3 3 D打印技术优势：3D打印技术应用在工业设计当中，可实现大批量生产。在满足复杂产品生产需求基础上，可以不额外增加成本，设计空间广阔、零时间交付和不占用空间，不需要组装，实际操作较为简单，可以有效减少废物的排放，实现对生态环境的保护。

2 3D打印技术发展分析

2.1 3 D打印技术的发展现状

尽管3D打印技术对于当前有很大的作用，但是现在受制约的因素较多，问题分析如下：第一，3D打印技术对材料的要求比较高，3D打印技术一方面能够快速打印出产品应有的效果，提高的产品投入市场的效率，减少了产品生产制作所需的时间及其成本，另一方面3D打印技术对于技术等也有着很高的要求，材料不仅需要被打印，更加需要打印出来的东西满足产品的要求，例如技术要求，韧度要求等。因此在如今，3D打印技术可供选择的材料比较少，这在一定程度上限制了如今3D打印技术的发展。以如今的技术来看，3D打印技术主要的材料大多是工程塑料、ABS塑料等，但是用3D打印的材料很多都是为3D打印技术而研发的材料，而真正这些材料在工业设计当中的应用却非常少。第二，3D打印技术打印精度比较低，对于一些精度要求高的塑料很难做到，这也于现今工业设计发展技术不够完善所导致的，这些都反映出当前3D打印技术不够成熟。第三，3D打印技术缺少一定的技术和生产链上的的规范，3D打印技术应该是有一套产业链的，但是现阶段3D打印技术的产业链不够完善，不足以支撑3D打印技术的进一步发展和提高，技术也缺乏一定的规范性。第四，我国3D打印技术材料不足，打印技术的不完善，但是对材料的要求较高，国内仅有很少的企业能生产出3D打印技术所需要的材料，因此难以为国内的工业设计发展提供动力。

3 3D打印在工业设计中的应用

3.1 在工业设计的过程中，生产的大多都是不同功能和类型的零件和模型，而传统的生产方法存在周期长、生产成本高、精度差等不足。但是3D打印技术可以比较快速、准确、以较低的成本生产制作，生产出所需的零件和型号。

3.2 工业设计过程中所需产品的制作。工业设计是需要长造型思维，通过这种思维来完成各项产品的，不同的设计师以及不同的产品需要在设计过程中使用不同的设备和工具。大部分的工具都是由设计师根据用户的选择不同而制作的，在这个时候，所制作出来的产品就可以由3D打印技术来完成，3D打印技术不止可以提高生产效率跟降低成本，更加可以构造出结构更加精准、更加符合人机工程学的产品，大大提高一个产品从出现所需要的效率。

3.3 小批产品生产。伴随3D打印技术的发展，所在的打印时间和打印成本也进一步减少，打印的技术和方式进一步增加，与传统的制造业相比，生产时间更短在小批生产方面，具有生产时间成本低、不受时间空间距离的限制，必要时可以随时停止生产，修改产品，不仅生产效率高，而且非常灵活。

4 3D打印技术对于工业设计的影响

4.1 摒弃传统设计理念的束缚。传统工业设计中，产品设计受到产品的生产等条件的制约，使得设计师在创造力、想象力方面受到束缚。但是在3D打印技术发展的今天，结构、外观在复杂的产品也可以被快速的生产出来。在这样的背景下，设计师可以将更多的精力投入到产品功能创新和外观创新方面，促使产品结构设计和造型一体化，将更多人性化理念融入其中，协调美学、机械学、人机和技术等因素之间的关系，提升设计合理性。传统的工业设计主要是为了大规模生产的需要，需要用CAD之类的软件建立模型进行设计，即使是推行的个性化设计，也仅仅是范围缩小。诸如，鼠标的设计就是按照这一设计思路，结合使用者手掌大小和使用习惯，适应现有产品规格，而3D打印技术则可以结合使用者手掌形状和使用习惯针对性设计，设计出符合用户使用的产品。使得个性化产品得以实现，以人为本理念得到了充分的体现。

4.2 3 D打印技术对于成本以及工业设计生产流程也有很大的影响，有效率的设计交流是工业设计取得成功的保障，而在其中各种类型的模型则是重要手段。手工制作的模型在精度、质感都与预期的产品有很大的差距，而3D打印技术则能够很好的克服这些缺点，团队中的每个成员都能清楚的发现这些缺点和产品本身存在的不足。另外，工业设计当中的模型如果用传统的手工制作，耗费的时间会大大的增加，影响了产品生产时间，而3D打印技术则很好的缩短了制作的周期。