3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對未來產(chǎn)品設(shè)計的影響

美國材料與試驗(yàn)協(xié)會將增材制造技術(shù)定義為：基于3D模型數(shù)據(jù)，采用與減式制造技術(shù)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(jī)上的三維模型變?yōu)榱Ⅲw實(shí)物，是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)  。相對于傳統(tǒng)大型的增材制造設(shè)備，3D打印概 念著重體現(xiàn)了其設(shè)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(shù)已經(jīng)有了長足進(jìn)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(shù)對產(chǎn)品設(shè)計理念的影響
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)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(fèi)者的差異性在 設(shè)計過程中難以體現(xiàn)。為了追求大規(guī)模生產(chǎn)，消費(fèi)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(shè)計方式的典型體現(xiàn)：以往的設(shè)計模式是讓消費(fèi)者千變?nèi)f化的腳型與運(yùn)動習(xí)慣去適應(yīng)有限的尺碼與型號，而3D打印技術(shù)則可根據(jù)消費(fèi)者個人腳型、運(yùn)動習(xí)慣設(shè)計出與其完全匹配的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)使產(chǎn)品的個性化設(shè)計與生產(chǎn)成為可能。消費(fèi)者可根據(jù)自身?xiàng)l件、喜好甚至不同的產(chǎn)品使用情景自行進(jìn)行設(shè)計與生產(chǎn)。利用3D打印技術(shù)可以實(shí)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(shí)現(xiàn)以人為本。

23D打印技術(shù)對產(chǎn)品細(xì)節(jié)設(shè)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(lǐng)技術(shù)，其突出優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)低成本、高效率、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造  。由于采用增式制造技術(shù)，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(shè)計師新的設(shè)計造型觀必將隨著時代、科技和人文藝術(shù)的發(fā)展而更新  。隨著3D打印技術(shù)的發(fā) 展與應(yīng)用， 產(chǎn)品的生產(chǎn)方式已不再成為設(shè)計師想象力的束縛。外觀再復(fù)雜的產(chǎn)品都能通過3D打印機(jī)打印出來，且渾然一體  。設(shè)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(shè)計即生產(chǎn)”。產(chǎn)品造型設(shè)計將呈現(xiàn)多元化趨勢，在其技術(shù)屬性、經(jīng)濟(jì)屬性、美學(xué)屬性、環(huán)境屬性、人機(jī)屬性等要素中 ，美學(xué)屬性要素所占的比例得到提升，產(chǎn)品造型藝術(shù)化表現(xiàn)方式將逐漸流行，屆時消費(fèi)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(shè)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(shù)，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(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為可能，同時產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)設(shè)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(fù)雜度和故障幾率，同時在生產(chǎn)和裝配過程中浪費(fèi)了大量的材料及能源。3D打印技術(shù)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(qiáng)度和可靠性。如圖2所示，比利時公司MGX設(shè)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(shù)對產(chǎn)品設(shè)計流程的影響

3．1 良好的設(shè)計交流媒介
目前產(chǎn)品設(shè)計流程的平行化越來越受到重視，通 過改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)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(qiáng)調(diào)后續(xù)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題要在設(shè)計的早期階段就被析出并加以解決， 最大限度地減少設(shè)計反復(fù)，縮短產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時間 。在產(chǎn)品并行 設(shè)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(yùn)行 。在產(chǎn)品并行設(shè)計過程 中， 設(shè)計團(tuán)隊間的交流與討論是推進(jìn)設(shè)計進(jìn)程的重要手段。順暢而高效的設(shè)計交流是產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)取得成功的重要保證。在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，設(shè)計團(tuán)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(jìn)行方案的設(shè)計討論。手工制作的概念草模在一定程度上能夠彌補(bǔ)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(shè)計預(yù)期都存在較大偏差。上述狀況無形中限制了團(tuán)隊間關(guān)于產(chǎn)品概念的有效交流。3D打印的應(yīng)用能夠?qū)⒕珳?zhǔn)的概念模型引入設(shè)計 討論的時間大大提前。設(shè)計團(tuán)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(jìn)而修改設(shè)計，重復(fù)這個設(shè)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(shè)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(jī)。在一項(xiàng)相關(guān)調(diào)查中， 17%的被調(diào)查產(chǎn)品，其原型制作消耗相當(dāng)長的時間，是縮短上市時間的最大障礙 。原型測試階段，設(shè)計團(tuán)隊利用產(chǎn)品原 型進(jìn)行性能測試和嚴(yán)格的工程評價，及早反饋設(shè)計缺陷， 從而盡可能規(guī)避產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險。采用3D打印技術(shù)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(shè)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(fēng)險。

4 3D打印技術(shù)對設(shè)計產(chǎn)業(yè)的影響
4．1 獨(dú)立設(shè)計師與品牌的崛起
傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)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(guān)的專業(yè)設(shè)計師主導(dǎo)著產(chǎn)品設(shè)計  。隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟，獨(dú)立設(shè)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(shè)計師要把自己的想法變成實(shí)際產(chǎn)品必須與制造商合作， 在付出不菲的生產(chǎn)費(fèi)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(fèi)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(dǎo)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(shù)可以讓設(shè)計師自行制造設(shè)計作品，然后通過傳統(tǒng)渠道或者網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行銷售。設(shè)計師完全可以根據(jù)訂單進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零庫存，規(guī)避商業(yè)風(fēng)險。


4．2 社會化設(shè)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(shè)計與開發(fā)基本由企業(yè)主導(dǎo)，具體過程由設(shè)計師執(zhí)行，消費(fèi)者只能被動接受結(jié)果。這種狀況割裂了消費(fèi)者的需求與產(chǎn)品設(shè)計間的關(guān)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�、小批量的社會化制造。每個消費(fèi)者都可能變成設(shè)計師和生產(chǎn)商， 對于那些具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識，具備一定的設(shè)計、研發(fā)能力的領(lǐng)先用戶更是如此。正如《第三次浪潮》中所預(yù)測，消費(fèi)者將對消費(fèi)品的生產(chǎn)過程施加更多影響， 從而演變成“生產(chǎn)消費(fèi)者”。在后工業(yè)時代，其實(shí)每個人都是設(shè)計師，也就是說設(shè)計是非集約化的，傳統(tǒng)意義的設(shè)計師不再依靠自己的力量獨(dú)立完成設(shè)計， 而是開始扮演設(shè)計組織者的角色，建立良好的社區(qū)，組織有效的設(shè)計平臺 。 隨著3D打印技術(shù)所帶來的社會化制造，新的社會化設(shè)計模式———“設(shè)計眾包”也將大行其道。設(shè)計眾包是指一個公司或機(jī)構(gòu)把過去由員工執(zhí)行的設(shè)計任務(wù)以自由自愿的形式外包給非特定的大眾網(wǎng)絡(luò)的做法。例如成立于2009美國Quirky公司通過網(wǎng)絡(luò)媒體接收公眾提交的產(chǎn)品設(shè)計思路，并由公司的注冊用戶進(jìn)行評論和投票表決，如此每周挑選出一個產(chǎn)品進(jìn)行3D打印生產(chǎn)，參加產(chǎn)品設(shè)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(shè)計眾包模式打 破了以往專業(yè)設(shè)計團(tuán)隊對產(chǎn)品設(shè)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(fèi)者的需求與產(chǎn)品設(shè)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(shù)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(shè)計領(lǐng)域的方方面面。未來的設(shè)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(shè)計師的想象力與創(chuàng)造力會得到空前的激發(fā)。獨(dú)立設(shè)計師可依靠3D打印技術(shù)將自己的創(chuàng)意變成真實(shí)的產(chǎn)品， 從而催生大量獨(dú)立設(shè)計師及設(shè)計品牌。設(shè)計的社會化趨勢將會打破以往設(shè)計組織的僵硬的結(jié)構(gòu)劃分，消費(fèi)者獲得了自己設(shè)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(xué)藝術(shù)學(xué)院）