3D打印技术应用对工业设计新模式探索的启示
摘 要：通过对工业设计传统模式的研究和探讨，在新旧生产方式的对比的基础上，研究3D打印新技术对产品设计理念、细节及应用模式所带来的影响。探索尝试建立起一个以应用3D打印为技术前提的，能够实现人机交互设计、快速制造和社会化个性定制的，通过现代互联网电商服务平台为合作形式的一种全新的工业设计模式，以及这种创新模式在高校中的初步应用和推广。
关键词：工业设计模式；3D打印技术；工业设计；模式变革
21世纪是由中国制造转型为中国创造的一个时期。在这个转型的过程中，工业设计将起到一个关键性的作用。3D打印技术的应用给工业设计注入了新的生，3D打印技术教育的跟进势在必行了。它在工业设计系统中已起到了关键性的作用，已成为培养工业设计人才上的必修技术，对未来工业设计教学模式起到很重要的影响。
1 3D打印技术的研究和应用
3D打印技术提供了一种极具成本优势的方式，能在设计生产各环节实现技术的迭代应用。在关键的开发初始阶段，快速获取产品设计的及时反馈信息，对于产品设计近乎及时的修改，不仅利于降低成本，而且能够加快产品上市时间。通过研究3D打印技术在高校工业设计中的应用，并结合对材料的开发和辅助研究，对于在产品设计流程中采用3D打印技术的生产企业来说，增加了明显的竞争优势。随着3D打印设备价格的下降，其使用需求市场将进一步扩大，尤其是在企业和学校方面。3D打印设备耐用、成本低廉、打印快捷准确等好处能帮助企业缩短产品上市周期，增强企业竞争力。
1.1 3D打印技术原理
3D 打印是添加剂制造技术的一种形式，在添加剂制造技术中三维对象是通过连续的物理层创建出来的。3D 打印机相对于其他的添加剂制造技术而言，具有速度快，价格便宜，高易用性等优点。3D 打印机就是可以“打印”出真实3D 物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来生成3D 实体，与传统的去除材料加工技术完全不同。之所以称之为“打印机”，是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
1.2 3D打印技术工艺特点
快速原型指的是利用计算机生成的STL数据建立三维模型的一类技术群。细丝状原材料以及可熔的支撑材料从位于材料舱室的自动加载器向上传送到挤压头。在挤压头部，材料加热到半液态，经过两个挤压喷头嘴的挤压，挤出半流动的材料，在成形基底上沉积成非常精确的薄层。打印头在坐标轴X、Y 方向移动，沉积基底沿着Z轴下降，成形好的原型及其支撑材料从下向上层层沉积。当三维实体原型制作完成后，去除支撑材料，原型开始使用，如果需要，进行精加工。相比于其他的快速原型技术，3D打印技术速度更快，价格更便宜，而且需要在设计阶段的早期建造概念模型或者工作原型时，此项技术是非常有用的。将设计图纸送到专门的服务部门制造模型可能会花费上百美元或者更多，而采用3D 打印设备可以在几个小时之内仅仅花费很少的费用就可制造出相应的模型。3D 打印设备的体积较小，使其可作为一个办公室设备。而大型的快速原型系统通常需要集中安置并需要专门的人员来操作。
1.3 3D打印技术的竞争优势
一个产品处于设计阶段的时间越长，它推向市场所需的周期时间相应也越长，对于一个公司来说，这意味着利润会降低。3D 打印技术是缩短设计过程的最优选择。此外，3D 打印技术消除了由于外购产品原型可能会导致的运送延迟、行政减速。这样制造商在管理生产时具有更大的灵活性。3D 打印设备成本相对较低，使其成为企业的最佳选择。而且3D 打印设备的年度维护成本也相对较低。
1.4 3D打印技术的应用和使用设计过程的获利
设计人员和工程师使用3D打印设备进行概念开发和产品设计。他们帮助使用者或者潜在的客户通过实际模型来了解、感受一个真实的零件，而不是依赖他们想象生成的一个计算机图形。更快地进行设计迭代。采用3D 打印设备，设计小组能够与其他可以提供反馈的人员一起尽早审核产品概念。这种与工程、市场、质量保证等部门的实时协作能够尽早获得设计质量意见，使设计人员在设计过程及其随后的测试中进行相应调整。及早变更可节省成本。在设计过程中，越靠后进行设计变更，成本将越高。通过与其他部门进行频繁地交互和协作，及早解决设计缺陷，将降低这些变更成本。
2 工业设计教学新模式的探索分析框架
理论准备上从网络时代工业设计的新特点和新要求出发，分析比较了传统的工业设计模式与现代工业设计模式的区别和不足，分别研究了基于软件设计中的交互设计模式，基于CAID技术研究下的并行工程和逆向工程设计模式以及基于网络技术研究下的设计众包模式和它们的目标，为创新设计奠定了理论研究基础。又通过对它们设计流程的具体分析得到了启发，进而探求到了一种能实现人性化、个性化的人机交互应用、快速生产制造和社会化个性定制生产为目标的3D打印技术及其在各自环节中的流程设计。在此分析框架内，可以看出，重点部分的创新设计在于3D打印技术的应用和结合现代互联网的电子商务平台为合作形式的一种全新的工业设计模式，以及在高校工业设计中的应用。
3 结语
通过研究3D打印技术及在工业设计上的应用问题，并结合新时代电商服务功能和理念进而研究出未来工业设计的创新应用模式，有较好的学科发展前景和创新思想。并且通过多种平台和渠道的合作，应用从高校开始试点和推广，有利于推动高校工业设计教育的发展步伐，具有良好的应用前景。期许展望3D打印技术将给未来的工业设计带来的更加多元化的发展趋势和空间，从而将工业设计更加大众化、普适化到与人们生活、生产息息相关的各个方面中去。
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作者简介：张楠楠（1983—），女，江苏徐州人，景观设计专业硕士，讲师，从事环境艺术设计、珠宝首饰设计专业讲授及设计工作，发表论文5余篇。