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摘要：我國的工業(yè)事業(yè)正朝著自動化和智能化的新時展，而3d打印技術(shù)就在此發(fā)展背景下應(yīng)運(yùn)而生。目前，因?yàn)?D打印技術(shù)的操作簡單、加工層面廣等優(yōu)點(diǎn)，常常會被用于軍事、航空航天、建筑等多個領(lǐng)域中，特別是在產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，3D打印起著至關(guān)重要的作用，文章即以此為核心，探討3D打印對工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的影響。

關(guān)鍵詞：3D打??；工業(yè)設(shè)計(jì)；發(fā)展；影響

1概述

當(dāng)今社會正處于一場新的工業(yè)革命中，在信息化技術(shù)和智能化技術(shù)發(fā)展日益成熟的背景下，一系列新型技術(shù)將會被應(yīng)用在工業(yè)中，這對于世界各國的經(jīng)濟(jì)、文化和發(fā)展帶來了新的契機(jī)，而3D打印就是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)。由于3D打印應(yīng)用成本低、使用過程方便等優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)工作中，為工業(yè)產(chǎn)品的外形和結(jié)構(gòu)提供更加自由的設(shè)計(jì)手段，也促進(jìn)了工業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，本文即針對此進(jìn)行探討。

23D打印技術(shù)常見類別

3D打印技術(shù)常見的類別有SLS選擇性激光燒結(jié)、DMLS直接金屬激光燒結(jié)、FDM熔融沉積、SLA光固化、EEM電子束熔化成型、SHS選擇性熱燒結(jié)、PP粉末層噴膠3D打印。不同的打印技術(shù)適用于不同材料類型的打印。簡單來說，3D打印技術(shù)可以分為熔融沉積、激光燒結(jié)、光固化和粉末層噴膠四種。所謂熔融沉積型就是最早的3D打印形式，其結(jié)構(gòu)一般比較簡單，使用起來較為便捷，并且各組件的能量消耗較低，所以成本較低。目前該類型的打印技術(shù)已經(jīng)開源，人們甚至可以自行組裝。該技術(shù)一般用于ABS等材料的制備。激光燒結(jié)型則是通過激光束和電子束來照射材料粉末，使得其逐層熔融后冷凝，達(dá)到燒結(jié)效果。這種技術(shù)的成型效果好，在特殊材料的成型中有著非常大的優(yōu)勢。比如說我國的殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的部分材料用的就是這一技術(shù)。光固化型結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，通過光敏樹脂和紫外線發(fā)生器產(chǎn)生的光束來進(jìn)行反應(yīng)，從而觸發(fā)聚合反應(yīng)固化成型。最后則是粉末層噴膠型，這是一種通過噴頭在粉末層上涂布膠水實(shí)現(xiàn)固化的成型技術(shù)，其較為環(huán)保，且色彩方面比較優(yōu)秀，具有商業(yè)化的趨勢[1]。

33D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1多材質(zhì)同時打印。多材質(zhì)同時成型是目前我國制造業(yè)中的一道坎，因?yàn)檫@道工藝所帶來的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其成本，所以即使經(jīng)過多材質(zhì)成型后能夠得到性能較為優(yōu)秀的產(chǎn)品，但是在工業(yè)上也很少去應(yīng)用。多年來，許許多多的工業(yè)人才想要去促進(jìn)該工藝的應(yīng)用效率，但是效果也不盡如人意。而3D打印技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。通過FDM型3D打印機(jī)的多噴頭來達(dá)到對不同塑料的同時成型，不僅在流程上十分便捷，其后期處理工作也大大簡化，所得到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也較好[2]。

3.2低成本金屬打印。金屬的3D打印技術(shù)是目前3D打印技術(shù)的一個發(fā)展瓶頸，其關(guān)鍵點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的民用化以及小型化，而該技術(shù)一旦突破將會對工業(yè)帶來巨大的影響，這意味著3D打印技術(shù)不再是傳統(tǒng)制造業(yè)的擴(kuò)展和延伸，而是成為一種新的制造方式來進(jìn)行發(fā)展。具體來說，金屬的3D打印技術(shù)主要核心在于對合金成分的配比設(shè)計(jì)以及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得在成型后的元件上不同的部位能夠有不同的性能。

3.3生物組織結(jié)構(gòu)打印。目前在醫(yī)療領(lǐng)域中，許多研究項(xiàng)目都指向再生醫(yī)療，實(shí)際上再生醫(yī)療也是未來醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。因?yàn)槿梭w器官具有非常致密和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的技術(shù)無法制造出更完善的人工器官，只能完成牙齒、髖關(guān)節(jié)等骨科替換產(chǎn)品的制造，且其價格較高，一般人難以負(fù)擔(dān)。對于一些血管和神經(jīng)較為豐富的器官則無能為力。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為再生醫(yī)療提供了新的發(fā)展思路，其不僅能夠做好生物相容材料的加工，還能夠完成一些具有特定復(fù)雜生物組織的加工。

3.4體素打印。所謂體素，就是與像素相對的一種概念。目前的工業(yè)制造技術(shù)完全可以做到像素級或者納米級的處理器單元的制造，而在3D打印技術(shù)出現(xiàn)后，人們開始逐漸探索在三維尺度上排列打印一些具有獨(dú)立功能和獨(dú)立結(jié)構(gòu)元件的可能性。比如說，立體芯片的形狀可以不再局限于以往的形狀，而是可以制造個更加個性化的結(jié)構(gòu)，甚至在后續(xù)的發(fā)展中完全可以將立體芯片打印在產(chǎn)品的外殼上，從而減少了這些結(jié)構(gòu)占據(jù)的空間，使得產(chǎn)品更加小型化。而在制造流程上也更加簡單，甚至可以達(dá)到一體化制作，其各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的功能只需要設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的各模塊即可。

43D打印技術(shù)對工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的影響

4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容的擴(kuò)展。對于大部分的產(chǎn)品來說，其使用功能與產(chǎn)品的形態(tài)與構(gòu)造息息相關(guān)，而在信息時代下，電子產(chǎn)品的應(yīng)用也離不開這個規(guī)律，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)計(jì)算和通信依然需要依靠產(chǎn)品的電子元件與結(jié)構(gòu)特性，這種細(xì)微的結(jié)構(gòu)以及電子元件的制作就不得不提到工程學(xué)和材料學(xué)。而3D打印技術(shù)對于制造業(yè)就更像是一個橋梁，將設(shè)計(jì)與工程兩種截然不同的概念聯(lián)系在了一起，通過該技術(shù)來將原材料進(jìn)行合理組合，得到新型材料，從而使得具備多元結(jié)構(gòu)的微型電子結(jié)構(gòu)和元件能夠被同時打印出來，這是傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)工作無法做到的。3D打印技術(shù)的發(fā)展使得制造業(yè)從連續(xù)模擬材料轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化打印，從簡單的模型制作過渡到對材料的控制，材料將不再只是簡單的結(jié)構(gòu)作用，更具有一定的功能，這就使得工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。

4.2設(shè)計(jì)權(quán)重的傾斜。制造業(yè)的核心就在于批量生產(chǎn)，而這些批量生產(chǎn)出來的產(chǎn)品核心就在于其技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造等層面，其中設(shè)計(jì)是非常重要的一項(xiàng)工作。在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，工業(yè)設(shè)計(jì)效果大多都比較直觀，但是設(shè)計(jì)本身的價值卻并不明顯。而應(yīng)用了3D打印技術(shù)下的分散制造體系中，批量生產(chǎn)的規(guī)模減小，并進(jìn)一步減小制造環(huán)節(jié)和營銷環(huán)節(jié)帶來的影響，甚至因?yàn)樵摷夹g(shù)簡單易操作使得很多產(chǎn)品的核心制造技術(shù)得到了開源，所以工業(yè)設(shè)計(jì)工作的權(quán)重也逐漸傾斜，創(chuàng)造性工作將占據(jù)主導(dǎo)位置。

4.3設(shè)計(jì)流程的演變。因?yàn)?D打印技術(shù)的優(yōu)秀特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品將會擁有更加細(xì)分的用戶群，甚至很多時候可以達(dá)到個人的個性化選擇需求，所以與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的不同，設(shè)計(jì)工作不再以批量化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為核心，而是以用戶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在概念設(shè)計(jì)時就可以確定其技術(shù)參數(shù)和人機(jī)尺寸，其樣品也可以直接交付用戶來試用，而這一過程大部分都可以通過軟件來進(jìn)行，同樣也根據(jù)軟件產(chǎn)品的快速迭代模式來進(jìn)行優(yōu)化，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。而隨著3D打印技術(shù)的普及，用戶甚至可以自行設(shè)計(jì)一些技術(shù)強(qiáng)度不大的產(chǎn)品，也就是說工業(yè)設(shè)計(jì)工作直接融入銷售與定制過程，這將是整個工業(yè)模式與營銷模式的革新。

4.4設(shè)計(jì)方法和工具的發(fā)展。3D打印技術(shù)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具與傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)中所用到的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具有著很大的差異。一方面，在設(shè)計(jì)思維層面，因?yàn)?D打印所帶來的自由化設(shè)計(jì)和便捷化設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)上必須達(dá)到更高的創(chuàng)新性，要改變傳統(tǒng)制造業(yè)簡單的建模和模仿生產(chǎn)。另一方面，3D打印技術(shù)必須依靠軟件，充分發(fā)揮出3D打印中龐大計(jì)算力和繁雜結(jié)構(gòu)構(gòu)建能力的優(yōu)勢。目前在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具上有三種發(fā)展趨勢，也就是條件式設(shè)計(jì)、生成式設(shè)計(jì)和進(jìn)化式設(shè)計(jì)[4]。

5結(jié)束語

本文對3D打印技術(shù)進(jìn)行闡述，列舉了四類3D打印技術(shù)并闡述了其特點(diǎn)與優(yōu)勢，探究了3D打印技術(shù)在多個領(lǐng)域工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并分析其對工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展影響。可以說，3D打印技術(shù)擁有非常好地發(fā)展優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]余森林，毛一鳴.工業(yè)4.0時代3D打印技術(shù)對工業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性影響[J].設(shè)計(jì)，2016（19）：64-65.

[2]高越.3D打印技術(shù)影響下設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重新定位[D].北京理工大學(xué)，2015.

[3]劉勇利.3D打印對工業(yè)設(shè)計(jì)的促進(jìn)作用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（29）：129.

[4]趙婧.3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究與前景展望[D].太原理工大學(xué)，2014.

作者:徐泳發(fā) 單位:香港大學(xué)工業(yè)工程及管理系