3D打印技术在工业设计中的应用现状分析

3D打印技术是一种增材制造技术,不需要任何夹具、模具等传统工具,可以不增加成本的制造任意复杂的产品,是基于离散/堆积原理,通过材料的逐渐累积来实现制造的技术。3D打印技术起源于20世纪80年代,发展至今越来越得到社会各界的认可,世界各国也把3D打印纳入国家智能制造的重点发展规划,3D打印的以上优势作为产品研发的工业设计行业理应对3D打印的需求更为强烈,但现实并非如此。究其原因,主要是对3D打印技术认识不足、应用策略不当和商业模式落后。

一、对3D打印技术的认识有待提高

3D打印的概念在近两年被各大媒体屡屡提及,国家从战略层面也提出了发展规划,国家和工业信息化部、国家发展2015年2月联合发布《国家增材制造(3D打印)产业发展推进计划(2015-2016年)》可见国家对3D打印技术的重视程度,3D打印的概念也为大多数人所认知,但真正了解3D打印技术工艺、成型方式、各成型工艺的工件性质和各成型工艺成本的为数不多,根据实际调研结果分析,绝大多数所理解的3D打印仅仅停留在概念上,最熟悉的成型方式为熔融沉积成形(FDM),大部分中小企业所购置的3D打印机也均为熔融沉积成形的桌面级打印机,对其它类型的成型工艺并不了解。

根据3D打印所用材料的状态及成型方法,3D打印技术可以分为熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling,FDM)、光固化立体成形(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、分层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)、电子束选区熔化(Electron Beam Melting,EBM)、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)、金属激光熔融沉积(Laser Direct Melting Deposition,LDMD)、电子束熔丝沉积成形(Electron Beam Freeform Fabrication EBF)。1以上几种成形方式为常见3D打印技术,技术发展成熟度相对较高,对于不同类型的成形方式,其成型精度、成型材料、成型机械强度,成型成本和成型速度等均有较大差·异,最为大家熟知的熔融沉积成型成型材料为ABS和PLA塑料,成型精度相对较差,机械强度不甚理想,但成型成本较低,易为用户所接受。

二、改善应用策略

对3D打印过于迷信和工艺方式选用不当也是制约3D打印发展的主要原因。虽然3D打印技术在很多方面优于传统加工方式,但3D打印并非万能,也并非全面优于传统加工方法。如在批量加工方面,传统的注塑加工无论在加工效率和加工质量上3D打印都无法与此相提并论,但在个性化、异形化特别传统加工方式无法加工等方面3D打印则优势明显,因此在选用加工方式时则根据需要合理选用加工方式。另外,对3D打印工艺选择不合理也会让使用者望而却步,个人和企业为促进产品开发效率而引进了3D打印,希望在产品开发的过程中能随时得到设计模型,而不需要交与手板厂制作模型,但现实却不尽人意,大部分设计师和企业仍然靠手板厂制作模型,而不是使用3D打印机。究其原因,绝大多少使用的是熔融沉积成型的桌面打印机,其打印质量不高,无法满足产品设计中的装配问题,模型表面也很粗糙,达不到产品设计的要求。事实上,如果把工业设计对模型的需求拆解开来,熔融沉积成型的3D打印机可发挥其重要作用,如人机工程学验证阶段,整体打印出三维模型,对外观质量要求并不高,则可使用此种打印方式,打印速度快价格低廉。而需要功能验证时则使用精度较高的光固化成型,精度可达0.01毫米,完全满足装配的需求。但光固化成型3D打印机一是机器本省价格较高,二是使用频率较低的话材料容易浪费,因此外接的3D打印中心应运而生。

三、创新商业模式

3D打印技术制造产品的方式和过程与传统制造业有很大的不同,个性化设计模式、整体化解决方案,分散化制造方式、小批量生产、订单决定产量、持续化的售后服务等特点,决定了3D打印技术行业的商业运营模式应该与传统制造业有很大不同,不能完全照搬模仿传统制造业的商业运营模式,而必须采取符合3D打印技术制造产品的方式和过程的独特商业运营模式。2

目前成立了不少3D打印服务机构,为企业和学校提供3D打印服务,主要靠网络宣传,实地促销等方式开展业务,并不能展现3D打印的优势,而只是作为手板厂的替代品,发展极为不利。3D打印技术的商业运营模式,应该以客户需求为中心而展开,建立经常交流沟通,实时跟踪反馈、快速建模设计、反复交换意见、及时提供服务的运营模式。同时必须充分运用“互联网+”的平台模式,引入“创客空间”来提高创新的效率,降低创新的成本,推动3D打印技术制造产品方式的迅捷化、柔性化、大众化。3D打印技术是典型的数字化制造技术,特别适合于远程异地设计制造,开展面向应用对象的网络化服务模式,是推动3D打印技术发展的一项重要任务。

四、总结

毋庸置疑,3D打印技术对推进工业设计效率,加快产品开发进程和改善产品开发模式均产生巨大的推动作用,但现实中其优势并没有发挥出来,加强3D打印技术深入宣传,让工业设计师全面了解3D打印各种工艺的特点,合理利用3D打印技术。建立适合3D打印技术的商业服务模式,让工业设计师改善设计模式,发挥设计创意,真正起到促进设计效率的作用,让3D打印技术的优势充分发挥出来。

摘要：3D打印技术发展已日渐成熟,其技术优势也为大家所熟知,但使用频率并不高,本文以3D打印在工业设计中的应用为研究对象,分析3D打印使用频率不高的原因,通过研究工业设计中不同阶段对3D打印技术的需求进行应用策略研究,提出合理应用的方案,以达到促进设计效率的目的。

关键词：3D打印,工业设计,应用策略

参考文献

[1] 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清.3D打印技术研究现状和关键技术[J],材料工程,2016(2):122-128.

[2] 包国光,赵默典.3D打印技术的本质特征及产业对策探析[J],东北大学学报(社会科学版),2016(3):111-117.