3D打印技术的发展与应用 对未来产品设计的影响

     3D打印技术的发展给未来的制造业带来了革命性变革，接下来将基于对新旧生产方式的对比，分析了3D打印技术对产品设计理念、细节、流程及产业模式所带来的影响:产品结构与造型的设计不再受到传统制造工艺束缚;独立设计师可依靠3D打印技术将自己的创意变成真实的产品，从而催生了大量独立设计师及设计品牌;设计的社会化趋势将会打破以往设计组织的僵硬的结构划分，消费者获得了自己设计、生产产品的权力。

    目前3D打印技术可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑；以玻璃为材料可打印玻璃制品；以金属为材料可打印机械零件等。打印的材料从主流的高分子材料到金属、石料均可。截至2012年底，著名的3D打印成型公司Stratasys的产品已经可以支持123种不同材料进行3D打印。打印速度方面，垂直可达到25．4mm/h以上。随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用于制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。

    1.3D打印技术对产品设计理念的影响

    传统的产品设计是建立在工业革命以来所形成的大批量生产方式之上的，这意味着消费者的差异性在设计过程中难以体现。为了追求大规模生产，消费者被假定为一模一样的人，个性需求被忽视了。如鞋的尺码是这一设计方式的典型体现：以往的设计模式是让消费者千变万化的脚型与运动习惯去适应有限的尺码与型号，而3D打印技术则可根据消费者个人脚型、运动习惯设计出与其完全匹配的产品。3D打印技术使产品的个性化设计与生产成为可能。消费者可根据自身条件、喜好甚至不同的产品使用情景自行进行设计与生产。利用3D打印技术可以实现产品的量身定做，人们从产品千人一式转向十人一式、一人一式，以至于一人十式，真正实现以人为本。 

    2.3D打印技术对产品细节设计的影响

    增材制造是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术，其突出优势在于实现低成本、高效率、复杂结构的制造。由于采用增式制造技术，相对于以往的减式生产方式，能够在产品造型、结构等方面做出革命性的创新。

    2.1产品造型

    工业设计师新的设计造型观必将随着时代、科技和人文艺术的发展而更新。随着3D打印技术的发展与应用，产品的生产方式已不再成为设计师想象力的束缚。外观再复杂的产品都能通过3D打印机打印出来，且浑然一体。设计师能够专注于产品形态创意和功能创新，即所谓“设计即生产”。产品造型设计将呈现多元化趋势，在其技术属性、经济属性、美学属性、环境属性、人机属性等要素中，美学属性要素所占的比例得到提升，产品造型艺术化表现方式将逐渐流行，届时消费者对于产品造型的审美观也将随之发生改变。如图1所示，由比利时公司MGX设计的分形桌子，其造型灵感来自于自然界中的分形生长模式，如不采用3D打印技术，用传统制造方式难以加工。

2.2产品结构

    3D打印使复杂的产品结构成为可能，同时产品结构设计的一体化趋势逐渐显现。由于目前生产工艺的限制，一般产品大多由若干部件组装起来共同构成产品的主体结构。这种组装结构增加了产品的质量、体积、复杂度和故障几率，同时在生产和装配过程中浪费了大量的材料及能源。3D打印技术的“加式”方法使产品结构一体化，变得更加简单，甚至某些特殊铰接结构可借助辅助性材料一次成型而无需组装，不仅提高了生产效率，也提高了产品的结构强度和可靠性。如图2所示，比利时公司MGX设计的另一款OneShot坐具没有使用一个螺丝钉，中间的铰链利用3D打印一体成型，绕着中轴散开的支架能够顺畅地开合。