3D打印技術的發(fā)展與應用，對未來產品設計的影響

3D打印技術的發(fā)展給未來的制造業(yè)帶來了革命性變革，接下來南極熊將基于對新舊生產方式的對比,，分析了3D打印技術對產品設計理念、 細節(jié)、流程及產業(yè)模式所帶來的影響:產品結構與造型的設計不再受到傳統(tǒng)制造工藝束縛;獨立設計師可依靠3D打印技術將自己的創(chuàng)意變成真實的產品,，從而催生了大量獨立設計師及設計品牌;設計的社會化趨勢將會打破以往設計組織的僵硬的結構劃分，消費者獲得了自己設計,、生產產品的權力,。

目前3D打印技術可使用的材料種類非常豐富，以生物細胞為材料可打印出器官,、骨骼,；以沙子為材料可打印建筑；以玻璃為材料可打印玻璃制品,；以金屬為材料可打印機械零件等  ,。打印的材料從主流的 高分子材料到金屬、石料均可,。截至2012年底,，著名的3D打印成型公司Stratasys的產品已經(jīng)可以支持123種不同材料進行3D打印。打印速度方面,，垂直可達到25．4mm/h以上,。隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術,、控制技術,、材料技術等不斷被廣泛應用于制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面  ,。

1 .3D打印技術對產品設計理念的影響
傳統(tǒng)的產品設計是建立在工業(yè)革命以來所形成的 大批量生產方式之上的,，這意味著消費者的差異性在 設計過程中難以體現(xiàn)。為了追求大規(guī)模生產,，消費者被假定為一模一樣的人,， 個性需求被忽視了 。如鞋 的尺碼是這一設計方式的典型體現(xiàn)：以往的設計模式是讓消費者千變萬化的腳型與運動習慣去適應有限的尺碼與型號,，而3D打印技術則可根據(jù)消費者個人腳型,、運動習慣設計出與其完全匹配的產品,。3D打印技術使產品的個性化設計與生產成為可能。消費者可根據(jù)自身條件,、喜好甚至不同的產品使用情景自行進行設計與生產,。利用3D打印技術可以實現(xiàn)產品的量身定做，人們從產品千人一式轉向十人一式,、一人一式,，以至于一人十式  ，真正實現(xiàn)以人為本,。

2.3D打印技術對產品細節(jié)設計的影響
增材制造是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā) 展的引領技術,，其突出優(yōu)勢在于實現(xiàn)低成本、高效率,、復雜結構的制造  ,。由于采用增式制造技術，相對于 以往的減式生產方式,，能夠在產品造型,、結構等方面做出革命性的創(chuàng)新。


2.1 產品造型
工業(yè)設計師新的設計造型觀必將隨著時代,、科技和人文藝術的發(fā)展而更新  。隨著3D打印技術的發(fā) 展與應用,， 產品的生產方式已不再成為設計師想象力的束縛,。外觀再復雜的產品都能通過3D打印機打印出來，且渾然一體  ,。設計師能夠專注于產品形態(tài)創(chuàng) 意和功能創(chuàng)新,，即所謂“設計即生產”。產品造型設計將呈現(xiàn)多元化趨勢,，在其技術屬性,、經(jīng)濟屬性、美學屬性,、環(huán)境屬性,、人機屬性等要素中 ，美學屬性要素所占的比例得到提升,，產品造型藝術化表現(xiàn)方式將逐漸流行,，屆時消費者對于產品造型的審美觀也將隨之發(fā)生改變。如圖1所示,，由比利時公司MGX設計的分形桌子,，其造型靈感來自于自然界中的分形生長模式，如不采用3D打印技術,，用傳統(tǒng)制造方式難以加工,。

2.2產品結構
3D打印使復雜的產品結構成為可能,，同時產品結 構設計的一體化趨勢逐漸顯現(xiàn)。由于目前生產工藝的限制,，一般產品大多由若干部件組裝起來共同構成產品的主體結構,。這種組裝結構增加了產品的質量、體積,、復雜度和故障幾率,，同時在生產和裝配過程中浪費了大量的材料及能源。3D打印技術的“加式”方法使產品結構一體化,，變得更加簡單,，甚至某些特殊鉸接結構可借助輔助性材料一次成型而無需組裝，不僅提高了生產效率,，也提高了產品的結構強度和可靠性,。如圖2所示，比利時公司MGX設計的另一款OneShot坐具沒有使用一個螺絲釘,，中間的鉸鏈利用3D打印一體成型,，繞著中軸散開的支架能夠順暢地開合。

3.3D打印技術對產品設計流程的影響

3.1 良好的設計交流媒介
目前產品設計流程的平行化越來越受到重視,，通 過改進產品設計開發(fā)流程等手段,，并行考慮產品生命周期各階段因素，強調后續(xù)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題要在設計的早期階段就被析出并加以解決,， 最大限度地減少設計反復,，縮短產品設計開發(fā)時間 。在產品并行 設計條件下,，產品開發(fā)過程的各環(huán)節(jié),、各要素在可能的 情況下同時工作， 協(xié)同運行 ,。在產品并行設計過程 中,， 設計團隊間的交流與討論是推進設計進程的重要手段。順暢而高效的設計交流是產品設計開發(fā)取得成功的重要保證,。在產品概念設計階段,，設計團隊往往只能借助較為抽象的2D平面圖紙作為可視化媒介來進行方案的設計討論。手工制作的概念草模在一定程度上能夠彌補平面媒介直觀性的不足,，但在精度,、質感、觸感等方面與概念的設計預期都存在較大偏差,。上述狀況無形中限制了團隊間關于產品概念的有效交流,。3D打印的應用能夠將精準的概念模型引入設計 討論的時間大大提前。設計團隊中的每個成員,，乃至產品用戶都能夠直觀地看到和觸摸這些概念模型,，比較它們之間的結構,、外形和功能的差別與優(yōu)劣，從而決定哪些產品概念值得繼續(xù)下去,。3D打印制作的概念模型能夠明確地反映出產品概念存在的問題,，進而修改設計，重復這個設計迭代過程,，直到產品概念完善為止,。

3.2快速產品原型
產品設計開發(fā)周期的縮短意味著產品會盡快投入市場而占得先機。在一項相關調查中,， 17%的被調查產品,，其原型制作消耗相當長的時間，是縮短上市時間的最大障礙  ,。原型測試階段,，設計團隊利用產品原 型進行性能測試和嚴格的工程評價，及早反饋設計缺陷,， 從而盡可能規(guī)避產品開發(fā)風險,。采用3D打印技術可大大縮短產品原型的制作時間，從以往的幾天甚至幾個星期變?yōu)閹仔�時,。另外使用企業(yè)內部的3D打印設備制作原型甚至小批量生產,，避免了由于原型制作生產的外包而帶來的知識產權泄露的風險。

4 3D打印技術對設計產業(yè)的影響

4.1獨立設計師與品牌的崛起
傳統(tǒng)的產品設計模式受到固有減式生產方式所制 約,， 與制造商利益高度相關的專業(yè)設計師主導著產品設計  ,。隨著3D打印技術的日趨成熟，獨立設計師 對于傳統(tǒng)加工業(yè)的依賴性將越來越小,。由于以往生產模式的限制，設計師要把自己的想法變成實際產品必須與制造商合作,， 在付出不菲的生產費用的同時還必須時刻防止由于信息交流不暢而造成的產品質量瑕疵,，從而浪費了大量原本可用于創(chuàng)作的時間與精力。由于以大批量生產模式生產小批量產品導致最終商品的價格較高,，從而影響到產品與品牌的推廣,。未來的3D打印技術可以讓設計師自行制造設計作品，然后通過傳統(tǒng)渠道或者網(wǎng)絡平臺進行銷售,。設計師完全可以根據(jù)訂單進行生產,，實現(xiàn)零庫存，規(guī)避商業(yè)風險,。

4.2社會化設計的興起
由于企業(yè)對于生產環(huán)節(jié)的壟斷,， 目前產品的設計與開發(fā)基本由企業(yè)主導，具體過程由設計師執(zhí)行,，消費者只能被動接受結果,。這種狀況割裂了消費者的需求與產品設計間的關系,。隨著3D打印的興起，生產制造格局由以往的集中化,、大批量的專業(yè)化制造轉變?yōu)榉稚⒒�,、小批量的社會化制造。每個消費者都可能變成設計師和生產商,， 對于那些具有較強的創(chuàng)新意識,，具備一定的設計、研發(fā)能力的領先用戶更是如此,。正如《第三次浪潮》中所預測,，消費者將對消費品的生產過程施加更多影響， 從而演變成“生產消費者”,。在后工業(yè)時代,，其實每個人都是設計師，也就是說設計是非集約化的,，傳統(tǒng)意義的設計師不再依靠自己的力量獨立完成設計,， 而是開始扮演設計組織者的角色，建立良好的社區(qū),，組織有效的設計平臺  ,。

隨著3D打印技術所帶來的社會化制造，新的社會化設計模式———“設計眾包”也將大行其道,。設計眾包是指一個公司或機構把過去由員工執(zhí)行的設計任務以自由自愿的形式外包給非特定的大眾網(wǎng)絡的做法,。例如成立于2009美國Quirky公司通過網(wǎng)絡媒體接收公眾提交的產品設計思路，并由公司的注冊用戶進行評論和投票表決,，如此每周挑選出一個產品進行3D打印生產,，參加產品設計和修正過程的眾包人員可分享30%的營業(yè)額 。這種新穎的設計眾包模式打 破了以往專業(yè)設計團隊對產品設計流程的壟斷,，為產品創(chuàng)新注入了新的活力,，從而使消費者的需求與產品設計更加緊密地結合在一起。

5結論與展望
未來的3D打印技術不僅從根本上改變了延續(xù)近 百年的現(xiàn)代制造業(yè)模式,，也從深層影響了設計領域的方方面面,。未來的設計師將不會再把自己的想象力固封在產品加工工藝的牢籠中，設計師的想象力與創(chuàng)造力會得到空前的激發(fā),。獨立設計師可依靠3D打印技術將自己的創(chuàng)意變成真實的產品,， 從而催生大量獨立設計師及設計品牌。設計的社會化趨勢將會打破以往設計組織的僵硬的結構劃分,，消費者獲得了自己設計,、生產產品的權力。

文章部分來源：張楠,，李飛 （河北科技大學藝術學院）
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