3D打印给工业设计提供和发挥了强有力的技术支撑和引领作用

3D 打印是制造技术的原理创新，随着技术的愈发成熟，在为制造业带来新一轮革命的同时，也为研发、设计特别是工业设计，提供和发挥了强有力的技术支撑和引领作用。

一、3D 打印带给工业设计全新的体验

工业设计，它以工业产品造型设计为核心，融合了科技、文化、艺术与经济等多门类学科，服务于企业的原始创新，集成创新和引进吸收再创新的全过程，是工业化、信息化时代一项系统性、集成性、创造性的设计活动。

同时，工业设计更是“形”和结构的艺术，是物质实体性的立体三维设计。在设计展开的不同阶段, 设计师们必须辅以制作各种立体模型（俗称手板，即在开模具和生产之前，根据产品外观图纸或结构图纸做出的功能样板，用来检查外观、结构和人机的合理性），对创意概念设计方案进行不断的检测、调整和修改，为产品定型量产提供充足的依据，模型对于工业设计是至关重要的。传统的模型和样机制作是由“工匠”来完成的，“工匠”们技艺水平的高低，决定了模型样机的制作精度和速度。

3D打印技术出现在上世纪九十年代中期，这项被称为“快速成型”的技术，摆脱了传统机械加工中“去除材料”的方式, 采用“材料堆积”的方法, 使加工对象不受复杂程度的限制,使平面生成立体的过程变得简单易行，这对于追求“形”和结构艺术的工业设计来讲至关重要。具体而言：

（一）设计和制作协同工作

“工匠”们的模型样机制作和设计师的外观设计、工程师的结构设计的工作方式，决定了设计中每个模块都是独立的，这意味着传统的设计、制造、材料、采购、维护等不同环节、组织和人员要前后衔接得当，专业间需要反复的协调和修改。然而专业复杂、环节较多、周期较长的现实常常让不同部门的意见难以统一和协调，返工、拖延工期的现象时有发生。如果应用3D 打印技术，使得创意、设计、工程分析、制造和服务融为一体，共享同一个数据平台，实时反馈各方的意见，实现设计与制造无缝对接、协同工作。

（二）提高设计制造精度

“工匠”们技艺水平的高低，决定了模型样机的制作精度，但是不管“工匠”们技艺水平多么高超，都无法保证模型在概念设计的一致性、制作精度、复杂程度等方面满足需要，内部结构的制作几乎无法实现。因此，对于任何一位手板师傅来说，要制作一个逼真的模型都不是件轻而易举的事情。相较于传统手工制造的模型样机表面质量不高，产品外观逼真程度较差，可装配性不强等弊端，3D打印能够代替“工匠”的劳动，使得模型变得更合理、更精密，更符合实际的需要。因为3D打印的数字化、智能化加工，可以制作出能够经受严格测试、具备优良特性的模型，保证了设计、样机和产品的一致性。

（三）缩短设计研发周期

以往的产品设计开发周期较为漫长，一个产品在投入正式的生产之前都必须经过严格的审查和鉴定，还要涉及到产品成本、投入、生产工艺条件的限制、产品量控制等众多因素。而3D打印技术可以提供制造样件, 简化消化图纸的时间,在几天或几周内将概念设计转化成模型样件，修改细节时只需要在电脑上完成，从而对处于设计阶段的产品做出快速评价、修改及功能试验，极大的缩短试制周期和生产成本。

（四）复杂模型的直接制造

利用3D打印机制作出来的模具几乎不受零件的形状和结构的任何约束，尤其在加工复杂曲面时更显其优越的性能，设计师只要在电脑上完成产品设计（CAD）, 并编写好加工流程,计算机与数控设备将一道自动完成造型过程。

而且随着3D打印技术的发展,可用于制造的原型材料日渐丰富, 性能也日趋完善, 一些非金属快速原型已有较好的机械强度和热稳定性,可以直接用作模具或是生产成品。

（五）逆向设计的充分运用

一是即可以快速的复制实物, 也能够放大、缩小及修改实物模型, 并且可以对已有模具进行创新设计。

二是可以方便地对3D打印技术本身制得的原型产品进行快速、准确的测量, 用以验证由三维CAD设计而制得的零件与原设计的吻合程度, 改进产品设计中的不足,使产品更加完善。

三是对于进口模具，模具的3D数字模型可能无法获取，或因使用年限较长，模具在使用过程中由于损坏、修改等原因, 需要进行型面的烧焊再由钳工修补, 然而修补后的模具质量往往并不理想，这时可借助逆向工程对磨损区域的识别与恢复功能，重构模具的3D数字模型，以提高制模、修模的效率和质量。同时，许多受损文物，利用逆向工程能够有效的将残缺部分还原。

（六）启迪概念创新设计

随着经济的发展，大众需求的多元化、个性化和小批量、多品种已经成为现代消费的发展趋势，从高级定制服装、饰品、家具，到汽车、游艇等等各个领域。

3D打印的应用:

一方面设计师现在可以尽情的拓展想象空间，把在虚拟世界中创造“作品”带到现实生活中进行修改、完善和再创新，将设计图纸快速成型使之具象化。

通过3D打印提供的实体模型不仅充分调动设计师的想象力与创造力, 也有助于检验消费者对产品的兴趣与认可度。

另一方面，随着3D打印能力的不断进步，消费者将不再是产品被动的接受者，他们甚至可以成为“设计师”兼“工程师”，在家亲自动手生产专属自己的物品。除此之外，几乎所有的产品均可打上消费者个性化的印记,生产商只需要提供一个平台，消费者就能够依据个人的喜好对产品进行设计。产品对消费者而言将不再是一成不变、大同小异的旧面孔, 每个消费者手中的产品都可以变得独一无二和与众不同。

二、技术应用存在的问题和前景展望

（一）现存问题

一是3D打印的耗材多为塑料、石膏、尼龙、光敏树脂等，手板样机制作在刚度、强度、韧性等方面，还不能完全满足设计要求。

2.二是3D打印的精度有待进一步提高，特别是与CNC的制作精度相比仍有较大的差距。

3三是3D打印机购置和耗材费用高，国产化率低，很多还需依赖进口，给其进一步推广应用带来难度。