3D打印技術的發(fā)展與應用對未來產(chǎn)品設計的影響

美國材料與試驗協(xié)會將增材制造技術定義為：基于3D模型數(shù)據(jù),，采用與減式制造技術相反的逐層疊加的方式生產(chǎn)物品的過程,，通常通過電腦控制將材料逐層疊加,，最終將計算機上的三維模型變?yōu)榱Ⅲw實物,，是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā)展的引領技術  ,。相對于傳統(tǒng)大型的增材制造設備,，3D打印概 念著重體現(xiàn)了其設備的小型化,、智能化及個人化特征。經(jīng)過近20年的探索,， 3D打印技術已經(jīng)有了長足進步,，在打印材料、精度,、速度等方面都有較大幅度的提高,。

13D打印技術對產(chǎn)品設計理念的影響
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計是建立在工業(yè)革命以來所形成的 大批量生產(chǎn)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(chǎn),，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?nèi)f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(chǎn)品。3D打印技術使產(chǎn)品的個性化設計與生產(chǎn)成為可能,。消費者可根據(jù)自身條件,、喜好甚至不同的產(chǎn)品使用情景自行進行設計與生產(chǎn)。利用3D打印技術可以實現(xiàn)產(chǎn)品的量身定做,，人們從產(chǎn)品千人一式轉(zhuǎn)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,。

23D打印技術對產(chǎn)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(jié)構(gòu)的制造  。由于采用增式制造技術,，相對于 以往的減式生產(chǎn)方式,，能夠在產(chǎn)品造型、結(jié)構(gòu)等方面做出革命性的創(chuàng)新,。

2．1 產(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)方式已不再成為設計師想象力的束縛,。外觀再復雜的產(chǎn)品都能通過3D打印機打印出來，且渾然一體  ,。設計師能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品形態(tài)創(chuàng) 意和功能創(chuàng)新,，即所謂“設計即生產(chǎn)”,。產(chǎn)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(chǎn)品造型藝術化表現(xiàn)方式將逐漸流行，屆時消費者對于產(chǎn)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,。

圖1分形桌子

2．2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
3D打印使復雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為可能，同時產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)設計的一體化趨勢逐漸顯現(xiàn),。由于目前生產(chǎn)工藝的限制,，一般產(chǎn)品大多由若干部件組裝起來共同構(gòu)成產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)。這種組裝結(jié)構(gòu)增加了產(chǎn)品的質(zhì)量,、體積,、復雜度和故障幾率，同時在生產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)一體化,，變得更加簡單，甚至某些特殊鉸接結(jié)構(gòu)可借助輔助性材料一次成型而無需組裝,，不僅提高了生產(chǎn)效率,，也提高了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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,。

圖2 OneShot坐具

3 3D打印技術對產(chǎn)品設計流程的影響

3．1 良好的設計交流媒介
目前產(chǎn)品設計流程的平行化越來越受到重視,，通 過改進產(chǎn)品設計開發(fā)流程等手段，并行考慮產(chǎn)品生命周期各階段因素,，強調(diào)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(chǎn)品設計開發(fā)時間 ,。在產(chǎn)品并行 設計條件下,，產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品設計開發(fā)取得成功的重要保證,。在產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)品概念的有效交流,。3D打印的應用能夠?qū)⒕珳实母拍钅Ｐ鸵�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(chǎn)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(jié)構(gòu)、外形和功能的差別與優(yōu)劣,，從而決定哪些產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品概念完善為止。

3．2 快速產(chǎn)品原型
產(chǎn)品設計開發(fā)周期的縮短意味著產(chǎn)品會盡快投入市場而占得先機,。在一項相關調(diào)查中,， 17%的被調(diào)查產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品開發(fā)風險。采用3D打印技術可大大縮短產(chǎn)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(nèi)部的3D打印設備制作原型甚至小批量生產(chǎn)，避免了由于原型制作生產(chǎn)的外包而帶來的知識產(chǎn)權(quán)泄露的風險,。

4 3D打印技術對設計產(chǎn)業(yè)的影響
4．1 獨立設計師與品牌的崛起
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計模式受到固有減式生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)模式的限制，設計師要把自己的想法變成實際產(chǎn)品必須與制造商合作,， 在付出不菲的生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)模式生產(chǎn)小批量產(chǎn)品導致最終商品的價格較高,，從而影響到產(chǎn)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(chǎn)，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(chǎn)環(huán)節(jié)的壟斷， 目前產(chǎn)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(jié)果,。這種狀況割裂了消費者的需求與產(chǎn)品設計間的關系。隨著3D打印的興起,，生產(chǎn)制造格局由以往的集中化,、大批量的專業(yè)化制造轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒒�、小批量的社會化制��,。每個消費者都可能變成設計師和生產(chǎn)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(chǎn)過程施加更多影響,， 從而演變成“生產(chǎn)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(gòu)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(chǎn)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(chǎn)品進行3D打印生產(chǎn)，參加產(chǎn)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(chǎn)品設計流程的壟斷,，為產(chǎn)品創(chuàng)新注入了新的活力，從而使消費者的需求與產(chǎn)品設計更加緊密地結(jié)合在一起,。

5結(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)劃分,，消費者獲得了自己設計,、生產(chǎn)產(chǎn)品的權(quán)力。

編輯：南極熊
作者：張楠,，李飛 （河北科技大學藝術學院）