论文部分内容阅读
摘 要：3D打印技术的日益成熟，改变了传统产品设计的设计方式和生产流程，为制造业与产品设计的商业化发展提供了无限的可能，也使产品结构和设计手法不再受到工艺本身的局限，给予设计师更多自由的空间。催生了与新技术手段相匹配的全新理念，对未来产品设计的发展方向也产生了巨大的影响。
关键词：产品设计；3D打印；工艺；设计方式
一、3D打印技术现状
3D打印技术是以3D模型为数据支撑，利用材质的增减将材料转化为实体的电脑模型转化技术。3D打印与传统制造业相比最大的不同之处，就是其个性化的设计方式给用户带来了良性的用户体验。3D打印符合现代市场的个性化、精密化的产品要求。20年的发展时间让3D打印有了巨大的进步，精准度与制造速度都得到了极大地提升。目前的设计精确度能达到0.01mm，单位厚度上分辨率能达到600dpi。而作为基础打印的材料其领域也逐渐扩展到不同的方面：生物细胞作为材料可以打印器官、骨骼；建筑的直接打印；机械类零件的打印；甚至以纳米技术为支撑，未来的3D打印可以打印纳米机器人。3D公司Stratasys已经能够支持近200种材料的3D打印，而随着人工智能和纳米技术的发展，3D打印也将在信息技术、材料技术、生物技术、航天技术等领域发挥巨大的作用。
二、产品设计理念的发展与3D打印的关联
产品设计的设计理念往往受到技术的掣肘颇多，工业革命之前，产品设计的发展都處于手工作坊阶段，近千年的时间里产品设计的理念几乎没有变更。而工业革命之后大批量的工业化生产代替了人工制造，而在此期间设计也从个性化的定制转变成了工业制造。消费者在进行消费的过程中，逐渐发现个性化的产品被大量的工业产品所替代，虽然大大的降低了人工的成本，但也造成了程式化的产品大量充斥着市场。个性化的产品成为了小众艺术或者传统手工艺被保护起来，或是成为了奢侈品被少数富人消费。例如手工西服的制造，在工业革命之后大量的手工作坊被替代，工业生产的制式西服出现在市场之上。人们被迫购买一些西服，为了适应标准化的服装尺寸和样式甚至出现了上衣和西裤并非同一标号的情况。所谓千人千面，每个人的身体都有着细微的差别，没有一模一样的两个人。个性化的需求又一次被人们所怀念，3D打印技术的出现在工业化生产与个性化需求之间寻找到了一个平衡点。3D打印完全可以按照消费者的身材、习惯和审美设计出与之相匹配的产品。3D打印将实现私人定制与快速生产的技术要求，甚至消费者可以根据自身喜好进行设计，设计将成为每一个消费者可参与的过程而非是设计师的特权。未来的设计理念也将转变为个性化设计，设计的核心要点不再是流行时尚或者符合大众的需求，而将转化成对于审美、修养、理念、喜好等要素的集合体。
三、产品生产方式发展与3D打印的关联
材料转化制造技术是个性化与工业化相融合的技术支撑，是将工业化的、低廉的人工成本、快速的制造速度以及复杂的制造流程与全新的设计材料、个性化的用户需求和低碳环保的设计理念相结合，形成3D打印产品未来的生产方式。全新的生产技术为产品的制造形式与结构带来革命性的改变。
（一）产品的外观方面的发展
产品设计师除了对于人体工程学和易用性等方面的关注外，科技的发展使得许多人类的梦想变为了现实，而随着科技水平的进步也使得人文关怀逐渐融入到设计当中。3D打印技术的运用，产品生产方式逐渐打破了原有的思维束缚，产品概念的实现不再受到其外观的复杂程度的限制。产品突破了局部零件加工，再到整体组装的模式，浑然一体的造型不再是梦想。产品功能性和美观性也得到了前所未有的技术支持，“存乎一心”的个性化需求成为了设计的重点。从而使产品呈现了多元化的发展方向，依据个性化的需求而被设计成各种形式，具有不同的外观表现。人对于某项要素的需求成为表现的重点，展示性的美观需求、实用性的技术需求、发展性的环境需求以及应用性的经济需求统统可以被当作要求被重点突出，设计师可以根据需求自行控制每项设计要素所占的比例。外观的发展不再受技术约束，模型浇筑被替代，打破了设计与生产之间的瓶颈。
（二）3D技术促进了结构设计方式的转化
产品结构的复杂程度决定产品价值，对于工业革命之后的制造业来说是不变的真理。大量的产品由数以百计的零件组成，在这一过程中，产品的质量、形状、精密度、故障率都会因装配产生误差，导致极高的废品率。产品结构趋于一体化是一个方向，也是导致3D打印出现的主要原因。3D打印不仅减少了大量的装配过程中的浪费，节约了组装成本、材料成本、能源成本，还在这一过程中使得产品的故障率大大降低。3D打印技术的出现，使得类似于“一颗螺丝钉的松动导致整个机械的运转停止”这样的问题就不再会出现。可以说3D打印技术完全改变了结构设计方式，让结构更简单、更可靠。全新的铰接结构让材料一次成型，无组装的设备不仅提高了生存效率，更使得产品强度增加，不会出现由于结构的复杂导致产品价格的增加或是稳定性的下降等问题。
（三）生产规模的转变
由于工业化生产主要依赖于机械，生产不同产品的机械也各不相同，各种零件的生产都需要单独的机械进行制造，这就大大的限制了生产规模和个性化的发展。例如生产螺丝钉的机器就不能生产皮鞋，而3D打印就完全改变了这一模式。针对不同的产品只需改变电脑模型即可，而没有固定的模具限制，这也为小批量、定制化的生产奠定了技术基础。
四、产品研发方式发展与3D打印的关联
众所周知，产品研发方式或者说产品的设计流程是设计者和生产者双方极度重视的一个环节。在产品研发的过程中会受到多方面因素的限制，例如研发周期过长、设计修改次数较多、设计沟通不顺畅、设计表现度较差、设计缺陷发现较晚、设计保密度较差等一系列问题。
现代社会发展速度极快，设计表达也进入了扁平化方式的时代。这就要求设计师或者生产厂家更快地将产品模型或者实物展示给消费者或投资人。现有的方式是设计师或者厂家通过效果图等二维图释进行产品概念沟通，而产品或者实际模型则要远远晚于设计。不仅产品的设计周期较长，还容易出现色差、功能性不足、甚至设计缺陷等问题。 首先，3D打印技术的出现不仅能使产品更快地展现在消费者或者投资商的面前，也能够方便设计师更好更早地发现问题、解决问题。在设计初期将问题扼杀在摇篮当中，避免后期的重复设计过程，缩短了设计研发周期。
其次，3D打印技术能弥补原有二维空间表达的不足之处，让实际的三维模型更完整地表现产品质感、色彩、触感。也让设计理念更好地转化为实践方案，方便各环节和各个部分同时协调运作。例如色彩的选择和材质、比例的制作就不需要有前后顺序的要求，设计速率大大提高。3D打印技术将模型提早引入到设计讨论过程中，更能够明确产品内外结构的缺陷、功能性的优劣，在设计研发过程中起到革命性的作用。
最后，3D打印应用到产品研发的过程当中，会使产品更早地从意向变为现实，这其中的好处不言而喻。让产品更早的上市，占有更多的市場份额；评定技术专利等知识产权保护更为有利；规避设计中研发危险避免被他人盗用设计灵感。3D打印技术在产品研发过程当中起到了至关重要的作用，现代社会中时间就是一切，减少设计研发的时间就是获得了先机。
五、结语
3D打印技术对整个产品设计产业，甚至设计领域都带来极大的改变，从设计理念到设计形式都发生了重大的变革。现代的设计制造都是按照“需求——设计——研发——测试——制造——上市——消费”的过程完成的。但由于设计、研发、制造等环节的拖延，前沿科技对于设计实践而言存在着时间差。3D打印技术让设计师不再受制于制造业、加工业。生产不再受到规模的限制，想法与实现的过程变得更加贴近。设计的瑕疵、体验、反馈都会在第一时间里反映到设计师的手中，设计的研发过程成为了一种去除错误的过程，而不是遇到问题就推倒重建的过程，极大缩短了设计研发的周期。
3D打印技术更是个性化设计的福音，个性化的设计最大的问题就在于生产量小和生产能力差这两个方面。3D打印在技术上实现了快速生产，并不会由于产量决定生产与否。设计师在未来的设计方式就是接收私人定制，不再受到库存、渠道等方面的限制。而在后工业时代，消费者成为了主导。消费者对于产品具有更多的决策权力，消费者的角色从现在的被动消费，变为了参与设计的主动消费者。设计师只是扮演沟通、组织的角色，从而打破生产环节的垄断，形成小规模、快速化、个性化、有参与感的生产模式。让产品设计获取全新的灵感，也使得消费者的需求与设计相结合，从而设计出全新的产品。在3D打印技术与产品设计发展的关联性研究过程当中发现，3D 打印技术改变了工业革命以来的现代制造业的游戏规则，更使设计呈现了全新设计活力，打破了设计的思维壁垒。使设计不再受到技术的掣肘，真正成为创造力的承载，个性化的品牌和生产消费者也会应运而生。
参考文献：
[1]李涤尘.增材制造：实现宏微结构一体化制造[J].机械工程学报，2013，（06）.
[2]乔益民.3D打印技术在包装容器成型中的应用[J].包装工程，2012，（22）.
[3]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，（26）.
[4]刘星.工业设计在三维打印时代面临的发展变化[J].包装工程，2011，（12）：104-107.
[5]许廷涛.3D打印技术——产品设计新思维[J].电脑与电信，2012，（09）.
作者单位：
天津商业大学艺术学院
关键词：产品设计；3D打印；工艺；设计方式
一、3D打印技术现状
3D打印技术是以3D模型为数据支撑，利用材质的增减将材料转化为实体的电脑模型转化技术。3D打印与传统制造业相比最大的不同之处，就是其个性化的设计方式给用户带来了良性的用户体验。3D打印符合现代市场的个性化、精密化的产品要求。20年的发展时间让3D打印有了巨大的进步，精准度与制造速度都得到了极大地提升。目前的设计精确度能达到0.01mm，单位厚度上分辨率能达到600dpi。而作为基础打印的材料其领域也逐渐扩展到不同的方面：生物细胞作为材料可以打印器官、骨骼；建筑的直接打印；机械类零件的打印；甚至以纳米技术为支撑，未来的3D打印可以打印纳米机器人。3D公司Stratasys已经能够支持近200种材料的3D打印，而随着人工智能和纳米技术的发展，3D打印也将在信息技术、材料技术、生物技术、航天技术等领域发挥巨大的作用。
二、产品设计理念的发展与3D打印的关联
产品设计的设计理念往往受到技术的掣肘颇多，工业革命之前，产品设计的发展都處于手工作坊阶段，近千年的时间里产品设计的理念几乎没有变更。而工业革命之后大批量的工业化生产代替了人工制造，而在此期间设计也从个性化的定制转变成了工业制造。消费者在进行消费的过程中，逐渐发现个性化的产品被大量的工业产品所替代，虽然大大的降低了人工的成本，但也造成了程式化的产品大量充斥着市场。个性化的产品成为了小众艺术或者传统手工艺被保护起来，或是成为了奢侈品被少数富人消费。例如手工西服的制造，在工业革命之后大量的手工作坊被替代，工业生产的制式西服出现在市场之上。人们被迫购买一些西服，为了适应标准化的服装尺寸和样式甚至出现了上衣和西裤并非同一标号的情况。所谓千人千面，每个人的身体都有着细微的差别，没有一模一样的两个人。个性化的需求又一次被人们所怀念，3D打印技术的出现在工业化生产与个性化需求之间寻找到了一个平衡点。3D打印完全可以按照消费者的身材、习惯和审美设计出与之相匹配的产品。3D打印将实现私人定制与快速生产的技术要求，甚至消费者可以根据自身喜好进行设计，设计将成为每一个消费者可参与的过程而非是设计师的特权。未来的设计理念也将转变为个性化设计，设计的核心要点不再是流行时尚或者符合大众的需求，而将转化成对于审美、修养、理念、喜好等要素的集合体。
三、产品生产方式发展与3D打印的关联
材料转化制造技术是个性化与工业化相融合的技术支撑，是将工业化的、低廉的人工成本、快速的制造速度以及复杂的制造流程与全新的设计材料、个性化的用户需求和低碳环保的设计理念相结合，形成3D打印产品未来的生产方式。全新的生产技术为产品的制造形式与结构带来革命性的改变。
（一）产品的外观方面的发展
产品设计师除了对于人体工程学和易用性等方面的关注外，科技的发展使得许多人类的梦想变为了现实，而随着科技水平的进步也使得人文关怀逐渐融入到设计当中。3D打印技术的运用，产品生产方式逐渐打破了原有的思维束缚，产品概念的实现不再受到其外观的复杂程度的限制。产品突破了局部零件加工，再到整体组装的模式，浑然一体的造型不再是梦想。产品功能性和美观性也得到了前所未有的技术支持，“存乎一心”的个性化需求成为了设计的重点。从而使产品呈现了多元化的发展方向，依据个性化的需求而被设计成各种形式，具有不同的外观表现。人对于某项要素的需求成为表现的重点，展示性的美观需求、实用性的技术需求、发展性的环境需求以及应用性的经济需求统统可以被当作要求被重点突出，设计师可以根据需求自行控制每项设计要素所占的比例。外观的发展不再受技术约束，模型浇筑被替代，打破了设计与生产之间的瓶颈。
（二）3D技术促进了结构设计方式的转化
产品结构的复杂程度决定产品价值，对于工业革命之后的制造业来说是不变的真理。大量的产品由数以百计的零件组成，在这一过程中，产品的质量、形状、精密度、故障率都会因装配产生误差，导致极高的废品率。产品结构趋于一体化是一个方向，也是导致3D打印出现的主要原因。3D打印不仅减少了大量的装配过程中的浪费，节约了组装成本、材料成本、能源成本，还在这一过程中使得产品的故障率大大降低。3D打印技术的出现，使得类似于“一颗螺丝钉的松动导致整个机械的运转停止”这样的问题就不再会出现。可以说3D打印技术完全改变了结构设计方式，让结构更简单、更可靠。全新的铰接结构让材料一次成型，无组装的设备不仅提高了生存效率，更使得产品强度增加，不会出现由于结构的复杂导致产品价格的增加或是稳定性的下降等问题。
（三）生产规模的转变
由于工业化生产主要依赖于机械，生产不同产品的机械也各不相同，各种零件的生产都需要单独的机械进行制造，这就大大的限制了生产规模和个性化的发展。例如生产螺丝钉的机器就不能生产皮鞋，而3D打印就完全改变了这一模式。针对不同的产品只需改变电脑模型即可，而没有固定的模具限制，这也为小批量、定制化的生产奠定了技术基础。
四、产品研发方式发展与3D打印的关联
众所周知，产品研发方式或者说产品的设计流程是设计者和生产者双方极度重视的一个环节。在产品研发的过程中会受到多方面因素的限制，例如研发周期过长、设计修改次数较多、设计沟通不顺畅、设计表现度较差、设计缺陷发现较晚、设计保密度较差等一系列问题。
现代社会发展速度极快，设计表达也进入了扁平化方式的时代。这就要求设计师或者生产厂家更快地将产品模型或者实物展示给消费者或投资人。现有的方式是设计师或者厂家通过效果图等二维图释进行产品概念沟通，而产品或者实际模型则要远远晚于设计。不仅产品的设计周期较长，还容易出现色差、功能性不足、甚至设计缺陷等问题。 首先，3D打印技术的出现不仅能使产品更快地展现在消费者或者投资商的面前，也能够方便设计师更好更早地发现问题、解决问题。在设计初期将问题扼杀在摇篮当中，避免后期的重复设计过程，缩短了设计研发周期。
其次，3D打印技术能弥补原有二维空间表达的不足之处，让实际的三维模型更完整地表现产品质感、色彩、触感。也让设计理念更好地转化为实践方案，方便各环节和各个部分同时协调运作。例如色彩的选择和材质、比例的制作就不需要有前后顺序的要求，设计速率大大提高。3D打印技术将模型提早引入到设计讨论过程中，更能够明确产品内外结构的缺陷、功能性的优劣，在设计研发过程中起到革命性的作用。
最后，3D打印应用到产品研发的过程当中，会使产品更早地从意向变为现实，这其中的好处不言而喻。让产品更早的上市，占有更多的市場份额；评定技术专利等知识产权保护更为有利；规避设计中研发危险避免被他人盗用设计灵感。3D打印技术在产品研发过程当中起到了至关重要的作用，现代社会中时间就是一切，减少设计研发的时间就是获得了先机。
五、结语
3D打印技术对整个产品设计产业，甚至设计领域都带来极大的改变，从设计理念到设计形式都发生了重大的变革。现代的设计制造都是按照“需求——设计——研发——测试——制造——上市——消费”的过程完成的。但由于设计、研发、制造等环节的拖延，前沿科技对于设计实践而言存在着时间差。3D打印技术让设计师不再受制于制造业、加工业。生产不再受到规模的限制，想法与实现的过程变得更加贴近。设计的瑕疵、体验、反馈都会在第一时间里反映到设计师的手中，设计的研发过程成为了一种去除错误的过程，而不是遇到问题就推倒重建的过程，极大缩短了设计研发的周期。
3D打印技术更是个性化设计的福音，个性化的设计最大的问题就在于生产量小和生产能力差这两个方面。3D打印在技术上实现了快速生产，并不会由于产量决定生产与否。设计师在未来的设计方式就是接收私人定制，不再受到库存、渠道等方面的限制。而在后工业时代，消费者成为了主导。消费者对于产品具有更多的决策权力，消费者的角色从现在的被动消费，变为了参与设计的主动消费者。设计师只是扮演沟通、组织的角色，从而打破生产环节的垄断，形成小规模、快速化、个性化、有参与感的生产模式。让产品设计获取全新的灵感，也使得消费者的需求与设计相结合，从而设计出全新的产品。在3D打印技术与产品设计发展的关联性研究过程当中发现，3D 打印技术改变了工业革命以来的现代制造业的游戏规则，更使设计呈现了全新设计活力，打破了设计的思维壁垒。使设计不再受到技术的掣肘，真正成为创造力的承载，个性化的品牌和生产消费者也会应运而生。
参考文献：
[1]李涤尘.增材制造：实现宏微结构一体化制造[J].机械工程学报，2013，（06）.
[2]乔益民.3D打印技术在包装容器成型中的应用[J].包装工程，2012，（22）.
[3]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，（26）.
[4]刘星.工业设计在三维打印时代面临的发展变化[J].包装工程，2011，（12）：104-107.
[5]许廷涛.3D打印技术——产品设计新思维[J].电脑与电信，2012，（09）.
作者单位：
天津商业大学艺术学院