產品造型設計層面的3D技術探究

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摘要：由于3d打印技術具備十分強大的功能特點與優勢，目前已經被廣泛應用到了人類社會的各個領域之中，在對傳統制造行業造成巨大沖擊的同時，也帶動起了一大批新興行業。本文分析了目前3D打印技術在產品設計、機械制造、及個性化產品制造等方面的應用情況，闡述了3D打印對產品造型與結構設計的影響，并最終指出了這一技術所具備的優勢。

關鍵詞：3D打印；產品設計；應用途徑；技術優勢

隨著當今科技水平的不斷提升，3D打印技術也取得了巨大的發展與進步，并且已經被廣泛應用到了人類社會生活中的多個領域。尤其是在產品設計領域有著十分巨大的市場前景。作為一種新型的工業技術手段，3D打印技術極大推動了制造業的蓬勃發展，同時這一技術也是當今工業革命的一項主流發展趨勢。隨著相關技術手段的逐漸成熟，3D打印也將得到更加廣泛的市場應用，對人們的日常生活將會帶來翻天覆地的重大影響。本文將重點針對3D打印技術在產品設計領域應用情況展開探究。

一、3D打印技術的應用途徑

與以往所采用的制造工藝相比，3D打印技術具有極其強大的技術優勢，可十分便捷地做到傳統生產技術所難以達到的組織結構與外觀制造，并且整個實現過程簡便易行，完全不會新增額外的成本費用，且可實現一次成型無需進行組裝處理，相關的生產人員也不用具備豐富的制造專業能力與經驗。而且隨著這一項技術手段的不斷完善，其設計應用將會得到越來越廣泛的普及。

（一）產品造型設計

由于3D打印技術從產品設計到生產一整個過程中具備極高的契合度，因此這一項技術在產品設計方面應用極其廣泛。在開展產品設計工作時，相關的設計人員大都會在紙面上完成設計工作，而后再進一步開展產品模型制造工作，然而受制于以往常規生產材料的性能制約，單就模型制作的過程就需耗費大量的時間，且精度水平還無法保證。而通過應用3D打印技術則可使這一問題迎刃而解，相關的設計人員僅需利用3D模擬軟件進行模型搭建，而后便可直接打印生產，設計過程的耗時將會大大縮短，精度水平也能夠得到有效保障。從設計到生產的一次成型，能夠大幅度降低額外的人力及物力成本支出，且不會導致材料的浪費，能夠最大程度地保障對生產材料的充分利用。并且在生產階段中，應用3D打印技術能夠實現更加準確且高效的產品生產，同時在縮短產品研發周期與費用方面優勢顯著，對于企業而言，這也是迅速搶占市場份額的核心關鍵。

（二）機械制造設計

3D打印技術最為突出的一項技術性優勢即一體化成型制造，省去了產品部件的組裝拼接環節，這一項重大突破也將促使3D打印技術得到更加廣泛的應用。應用3D打印技術所生產出的產品往往分割部件相對較少，大多都具有較高的一體化程度，而且即便是分成了多個部件，其彼此之間的關聯水平依然很高。由于3D打印技術實現了整體化程度更高的機械產品制造，突破了傳統工藝所面臨著的諸多限制，導致產品在設計制作過程中必須重新考慮原有的產品銜接與各零部件尺寸、形狀等問題。考慮到機械制造與工業領域內的規模化生產較為接近，因此針對需求總量較小且精度水平較高的需求，便需用到3D打印技術，如針對單一類型的金屬零部件與產品配件生產。針對部分相對較為復雜、總體數量上無過多需求，但有較高精度需求的機械產品，可利用3D打印技術的優勢來生產。

（三）個性化產品制造

3D打印技術以其特有的優勢性能也衍生出了一些新的產業發展方向，例如在個性化產品生產領域，由于3D打印技術能夠實現對十分復雜結構的精準制造，因此也為更富創意的設計理念實現提供了新的可能性，可直接擺脫傳統生產制造技術的限制。相關的設計人員可利用計算機設備上的模擬軟件來進行各種個性化產品的結構設計，大大降低了產品設計的門檻，只要擁有一臺電腦并安裝相應的設計軟件，人人都可成為設計師，所設計出的產品模型只需通過與3D打印設備連接便可生產出來，這也是目前3D打印技術發展的主要方向。

二、3D打印對產品造型與結構設計理念的影響

（一）對產品造型設計的影響

相關的工業產品設計人員在開展造型設計之時，應當充分應用目前已具備的各種新型工藝技術、新材料以及人文思想來打破傳統觀念，不斷做出創新式的產品造型設計。特別是隨著目前3D打印技術的快速發展，生產工藝已經不再會對設計人員的想象力產生限制，從理論上來說，無論多么復雜的結構，通過3D打印技術都可被制造出來，且其精度水平也完全符合設計標準。設計人員可借助對產品形態與功能的發展創新，來賦予產品造型更加特殊的意蘊內涵。與此同時，相應的產品設計工作也將具有更加豐富、多元的發展趨勢，產品造型將會更加側重于藝術審美，這同時也將會對社會公眾審美水平的提升產生巨大的促進作用。

（二）對產品結構設計的影響

3D打印技術最為突出的一項特征即為能夠實現對產品結構的一次成型，且不會有任何的銜接痕跡出現，無論是多么復雜的產品結構，都無需再組裝或開模，并且一次成型。相較于傳統的銜接方式，其產品結構穩定性也將會有大幅度的提升。以人們日常生活中經常會用到的鎖鏈為例，在傳統的生產工藝中，通常是將兩根直條材料彎折成閉合的“0”型，并使之互相嵌套，而后將銜接部位焊接處理。采取這樣一種傳統制造工藝不但操作麻煩，且費時費力，同時焊接部位也容易出現開裂情況。而反觀應用3D打印技術所制造的鎖鏈，可實現一次成型，不僅制造過程簡單高效，而且無需進行組裝，完全沒有焊接部位，整體結構更加穩固、可靠。

三、3D打印的技術優勢

（一）拓寬設計思維

3D打印技術具有一體化成型特征，這也促使一些復雜結構產品的生產變成了現實，而且在實際生產過程中操作起來也十分方便，設計人員僅需利用計算機設備中所安裝的產品設計軟件對產品進行設計便可制作出產品模型，而后導出STL格式文件，利用打印機進行生產即可。通過3D打印技術所生產出的產品是通過打印材料三角形堆積所形成的蜂窩狀結構，其三角面積越小，生產出產品也就會越精密。即便是高度復雜的結構也能夠通過十分簡單的方式來生產，打破了生產條件的局限，設計人員的設計思維也將得到拓寬，這一點是傳統產品制造方式所難以實現的。

（二）縮短產品周期

隨著目前人們消費能力的不斷增強，對于產品的更新需求速度也在不斷加快，要想有效適應急劇加快的市場變化，產品生產模式也應做出相應的調整。在以往的產品生產模式當中，由最初的產品設計直至最終產品被生產出來，這當中存在著諸多的環節流程，且過程十分繁雜。如在確定了設計方案以后還要進行模具的制作，這一步驟不但會耗費過多的時間成本，且還會導致資金費用成本的增多，甚至還要關注產品銜接等局部細節處理問題，這都會導致產品生產周期被延長。而通過應用3D打印技術則能夠直接省去產品的制模環節，且可實現一次成型，產品從設計到推出的一整個周期將會被大大縮短。

（三）降低研發費用

面對當前快速的消費環境，產品生產也要及時更新，但是大批量的產品生產必須要依賴于模具制造，而僅就一套模具的成本就十分高昂。若是在模具研發出來后，產品市場反響不好，很有可能會導致企業面臨巨大虧損。而通過應用3D打印技術進行新產品研發生產，可生產出少量產品測試市場反應，再根據市場反饋結果來決定是否大規模生產，由此便可為企業節約出一大筆的研發費用。

四、結語

總而言之，盡管目前3D打印技術仍然存在著設備尺寸較小與可供打印的材料種類有限等問題。但同時也要認識到3D打印技術在當前的產品設計領域內已經取得了巨大的發展，利用這一種新型技術手段，可促使有關的產品設計人員能夠突破傳統工藝技術與結構限制，打破固有思維僵局，創新研究出更多新型化的應用產品。同時隨著這一項技術手段的日漸完備，在今后的產品設計領域，也必將會得到更加廣泛的應用。

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作者:張瓏薈 黃勁松 單位:武漢城市職業學院