3D打印技术在工业设计中的应用研究

魏冬松

摘要：工业是国民经济持续增长的重要组成部分，在工业改革不断深化背景下，越来越多先进技术和工艺应用其中，对于新时期的工业设计提出了更高的要求。3D打印技术作为一种前沿技术，在工业设计中的应用可以改善以往工业设计模式的局限性，解放传统设计思维的束缚和影响，可以有效缩短设计成本和周期，为后续的工业生产打下坚实的基础和保障。本文就工业设计中3D打印技术的应用进行分析，把握技术要点，以求推动工业健康持续发展。

关键词：工业设计；3D打印技术；CAD技术；计算机数控技术；分层制造技术

中国分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）03-0121-02

工业设计是工业生产的基础环节，设计合理与否将直接影响到后续的生产活动有序开展。3D打印技术作为一种快速成型技术，在工业设计应用中可以满足设计需要，改善以往生产技术中的局限性，提升生产效率和生产质量。通过3D打印技术，可以实现对塑料和金属材料加工，提升和加工效率和加工质量，在满足企业生产需要的同时，带来更大的经济效益。对于生产企业而言，在当前激烈的市场竞争背景下，可以占据更大的竞争优势。加强对其研究，有助于推动工业改革深化，为后续的相关工作开展提供参考。

1 3D打印技术概述

1）原理：3D打印技术是快速成型技术中较为典型的一种技术，主要是迎合机械工程、计算机数控技术、分层制作技术和CAD技术快速发展背景下衍生而来的制造技术。3D打印技术以计算机三位数字模型为基础，使用配套软件将其分为多个层次，借助热熔喷嘴和激光束逐层堆积黏结，可以有效提升产品生产质量，满足市场上对产品的个性化需求。

2） 3D打印技术类别：就当前市场的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：（1） SLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料包括金属粉末、热塑性塑料和陶瓷粉磨等；（2） FDM熔融沉积成型技术，使用的材料包括蜡、共晶系统金属和热塑性塑料；（3） EBM电子束熔化成型成型技术，使用的材料主要是钛合金；（4） DMLS直接金属激光烧结成型技术，使用的材料几乎包括所有的合金材料；（5） SHS选择性热烧结成型技术，使用的材料主要是热塑性塑料；（6）PP粉末层喷胶3D打印成型技术，使用的材料主要是石膏。

3） 3D打印技术优势：在工业设计中应用3D打印技术，可以实现大批量的生产，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，可以有效减少废弃品的排放，实现对生态环境的保护。

2 3D打印技术对于工业设计的问题

传统工业设计中，企业主要是结合设计要求，制定工作计划，完成工作任务；深入市场调研，收集市场信息，了解市场发展需求和发展趋势，为后续的工业设计提供可靠依据；确定设计理念和设计方向；根据设计需要分析草图，构思设计草图，绘制草图；建立三维模型，提升渲染效果；制定合理的产品结构设计规划和工艺文件，设计工程图纸；制作手办模型，并对模型进行综合评估和分析；结合实际需要不断改进，动态修改图纸。

3D打印技术在工业设计中，相较于传统技术而言优势较为突出，但是其中仍然存在一定的局限性有待進一步完善。3D打印技术中材料、设备、设计人员和软件相互影响，可以打破传统设计理念的显示和束缚，激发设计人员的创新能力。但是，3D打印技术由于模型输出格式和设计软件还不够完善，在一定程度上影响着3D打印技术作用的发挥。3D打印技术可以充分满足设计需求，在产品上得到充分验证，但是如何在更多产品生产中应用，是当前一个需要解决的问题。3D打印技术自身存在着先天性的缺陷和不足，受到打印机和打印技术限制，可能无法大批量生产，所以3D打印技术尚无法全面代替传统的制作技术。

3 工业设计中3D打印技术的应用

1）制作概念模型：在工业设计中，为了可以充分发挥3D打印技术优势，首先需要结合实际需要制作概念模型和功能原型。以往的工业设计中，需要反复制作不同类型的模型和零件，具有工作周期长、精度差和成本高的缺点。而3D打印技术的应用，可以实现零件和模型的高精度制作，有效提升工业设计效率和设计质量。

2）工具的制作：工业设计是一个复杂的过程，不同产品在设计过程中需要借助不同的工具和设备辅助作业活动开展，而工业设计中使用的工具绝大多数需要设计师自行制作。为了满足这一需求，可以通过3D打印技术实现，缩短设计周期，降低人工劳动强度，实现工具的高精度制作。3D打印技术工具制作可以有效缩短时间和成本，提升设计效率和设计质量，设计出更符合社会需要的产品。

3）小规模生产：3D打印技术的创新和发展，可以有效缩短打印成本和时间，通过丰富的打印方式和材料，实现产品的小规模生产。相较于传统加工工艺而言，生产时间少、成本低优势较为突出，可以有效打破时间和空间的限制，如果生产需要，可以随时停止生产，对生产计划进行二次变更和修改，生产更多高质量的工业产品。

4 3D打印技术对于工业设计的影响

1）摒弃传统设计理念的束缚：传统工业设计中，由于受到生产和加工工艺影响，设计师自身的创造力和想象力无法得到充分发挥。而3D打印技术的不断发展和创新，即便结构复杂的产品仍然可以通过3D打印技术实现，优势较为突出。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。传统工业设计主要是为了满足大规模生产需求，这就需要建立相应模型进行设计，即便推行个性化设计，也仅仅是模型生成范围缩小。诸如，鼠标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，设计出符合使用者需求的产品。3D打印技术的出现，促使产品个性化设计成为了可能，以人为本理念得到了充分的体现。

2）对工业设计流程和成本的影响：工业设计中应用3D打印技术，可以对传统的设计流程进一步优化和完善，结合设计需求，为工业设计质量提供坚实保障。手工制作的模型无论是质感，还是精度都与预期设计存在一定的偏差，3D打印技术的出现，可以帮助用户更为直观的了解概念模型，综合评估彼此的结构和功能差异。工业设计中如果使用手工制作方式需要耗费大量的时间和精力，可能受到人为主观意识影响，工作效率偏低。通过3D打印技术可以有效缩短制作周期，为设计质量提供坚实保障。

尤其是近些年来，产品逐渐个性化发展，模型设计和制作成本较高，需要借助专门的工艺和模具实现，提升模型的效果。在工业设计中应用3D打印技术，可以有效打破时间和空间的限制，降低设计成本，提升设计效率和设计质量。

3） 3D打印技术对设计产业的影响：3D打印技术对于设计产业带来的影响较为深远，由于传统工业设计模式局限性较大，设计理念陈旧，工业设计需要充分发挥设计人员的主观能动习惯。但是伴随着3D打印技术的创新和完善，设计师自身的专业能力和职业素养不断提升，对于传统加工业的依赖性随之减小。部分设计人员创新意识较强，而部分消费者的设计能力较高，可能成为设计师。所以，伴随着3D打印技术的快速发展，社会化制作产业随之发展。

5 工业设计中3D打印技术应用的创新点

1）思维创新：创新是促进社会持续发展的关键所在，为了可以提升工业设计合理性，应该充分发挥3D打印技术优势，加强思维创新，放飞想象，任何造型、任何曲线都可以是工业设计中的关键要素内容，有助于锻炼设计思维，拓宽设计空间，进入独特的创意空间。

2）设计队伍创新：为了可以有效提升工业设计合理性，应该加强工业设计队伍的创新，可以摒弃传统思维的束缚和影响，不断提升和学习自我，将创意转变为现实，形成独特的设计风格，对于工业设计领域创新和发展具有重要促进作用。诸如，多把手的陶瓷水杯和宠物猫盔甲，相较于以往的设计更具创新。

3）产品方式创新：借助一台3D打印机，在工业设计中可以充分发挥3D打印技术优势，通过层层叠加方式创新三维设计，可以将复杂的模型设计精简化，将各种创意性的理念融入其中，提升工业设计合理性。在设计到制作过程中，通过3D打印技术可以大大降低成本和工作量，优化设计开发。流程，缩短开发周期，提升设计合理性的同时，为企业带来更大的效益。

4）沟通方式创新：加强工业设计师和客户沟通方式其创新，由于传统评估方式仅仅是对设计师画出来的3D模型图进行评估，这种人为评估方式局限性较大，可能出现一定的误差。借助3D打印技术，可以将创新理念转变为现实，制作概念模型，这样设计师和客户之间的沟通更为便捷，以往工业设计中客户仅仅是看到效果图，可能出现产品和效果国不相符合的问题出现。借助3D打印技术进行修改，可以有效改进产品外观，根据实际情况及时修改和完善，尽可能避免模具中出现返工问题。

5）客户群创新：面对现代社会的发展需求，对于人性化设计需求不断提升，通过3D打印技术可以将创新意识转变为现实，即便是普通消费者恶业矿业拟制作更具个性化的产品，从而满足社会个性化发展需求。

6 结论

綜上所述，工业设计是一项复杂的过程，传统工艺需要耗费大量的时间和精力，成本较高，而3D打印技术的应用，可以打破时间和空间的限制，根据生产需要高效加工生产，提升和加工效率和加工质量，降低生产成本，为企业带来更大的经济效益，对于企业长远生存和发展具有重要的促进作用。