前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的3D打印技術在產品設計中運用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：我國新型技術不斷升級，給各領域發展帶來契機。3d打印技術的更新為產品設計及生產帶來了極大推動力，在進行產品設計及生產過程中，運用3D打印技術可以有效降低成本、縮短設計周期，而在實際設計中運用時，還需積極提升3D打印技術應用效果。本文分析了產品設計工作中應用3D打印技術的意義，而后就其具體應用進行探討。

關鍵詞：3D打印技術；產品設計；技術運用

產品的生產與優化設計需要采用新型技術，3D打印技術是增量制造的通俗名稱，增量制造顧名思義就是通過對材料的不斷累積疊加進行的產品生產模式。它在產品設計中的運用，可以有效提升設計效果，當前的3D打印技術相對多樣，設計人員要根據需求進行技術方案選擇。

一、3D打印技術在產品設計當中應用的意義

（一）降低制造和生產以及管理等方面的成本

3D打印技術的另一個名稱或者是從技術角度上命名叫作增材制造，這種打印或者制造方式利用材料累積的辦法，大大降低了材料的使用和浪費，不僅節省了材料，而且省去了傳統制造過程中需要進行的各種車床操作，還能夠制造出傳統機床無法實現的結構造型。3D打印的另外一個特點是制造速度快，以往制造原件需要先生產原材料，再進行車、削來實現設計需要的結構外形，而3D技術可以不需要模具和輔助工具，只需要在計算機中輸入設計圖紙，便能夠一次成行完成設計造型，省略諸多的生產流程，大大縮短了產品的生產周期，特別是對于結構復雜，外形特殊的產品，3D打印具備顛覆性的產品生產優勢。另外，3D打印還具備高度的自動化，基本不需要人工值守，便能自動完成產品生產。相比較傳統生產模式，各個環節中需要各種各樣的機器設備，并且需要人為的控制產品的各個設計參數，3D打印完全摒棄了這些環節，大大地節省了人工成本。

（二）打破傳統設計的思維局限性

3D打印技術的一體化成形原理類似于將材料按照設計圖紙進行堆疊，因此，可以通過這種方法制造出結構極其復雜的產品。簡約描述生產流程為：設計師首先通過三維設計軟件設計出產品模型，設計過程中應當保證產品模型的完整性，然后導出STL格式，3D打印機按照該格式內容進行打印。3D打印機在改進的過程中，逐漸演變成由三角形的細小單位進行產品部件的堆疊，因為面積較小，所以最終的產品結構更加精細。3D打印機巧妙地利用小單位物體堆疊的方式，按照圖紙形成最終的產品，3D打印因此有了無限的可能性，幾乎把傳統制造的限制統統打破了，3D打印好像是畫師的畫筆，只需要設計師進行天馬行空的想象和創作，3D打印幾乎沒有什么事情是做不到的，這對于傳統制造業來講，幾乎是顛覆性的，對于特別復雜的結構，交給3D打印幾乎是必然的趨勢。

（三）縮短了產品的成型周期

隨著世界進入了消費主義的時代，地球上的人類從未像現在這樣熱衷于消費，這種時代使得產品的形態和數量得到了爆發式的增長。顯而易見，傳統的產品設計生產已經不能適應這種快速增長的消費模式，從產品設計到產品生產的過程耗時長。而3D打印的時代，將會終結過去的這種從設計到生產的漫長環節，未來的企業在利用3D打印技術之后，能夠快速的研發，設計，生產，產品上市的周期將大大縮短，最先應用3D打印技術的企業將獲得行業中的領先地位。

（四）節省了產品的研發成本

傳統的生產制造小到玩具的一個零件，大到汽車飛機的模型，在設計生產的過程中都嚴重依賴模具，模具的生產成本非常的高昂，也因此，企業設計一套模具就希望能夠延長模具的使用周期，以此來控制成本。這種生產制造方式變相地增加了企業的研發成本。并且這種方式會產生較大的風險，一旦產品無法被市場證明，那么模具設計生產的費用便成了風險。3D打印沒有這種負擔，因為設計過程只需要設計師的圖紙便能夠直接生產產品，企業可以通過少量的成品投放市場進行驗證，如果被市場證明是成功的產品，便可以擴大規模批量生產。這種模式大大地降低了企業的研發風險。3D打印在和模具生產之間產生良好的印證作用，讓企業的生產經營模式更加靈活。

二、3D打印技術概述

（一）熔融沉積工藝（FDM）熔融沉積工藝是擠壓型3D打印技術，其原理是通過將某些材料，如塑料，樹脂，尼龍等進行加熱，噴嘴噴出融化的材料并按照圖紙進行移動堆疊，當材料冷卻之后形成了設計圖紙的產品構造。這種工藝的特點是成本低廉，劣勢是產品精細程度不足，較為粗糙。（二）液態光敏樹脂選擇性固化工藝（SLA）液態光敏是當前中高端產品生產應用較多的一種3D打印技術，也是光聚合型打印技術的一個分支，該工藝的原理是通過激光融合光聚合物，比如環氧樹脂等材料形成設計圖紙中的產品形態。SLA業態光敏樹脂的生產工藝的主要特點是對于尺寸誤差精度高，能夠加工結構特別復雜或者體積比較小的產品，甚至還能夠加工超小的微粒。

（三）粉末材料選擇性燒結工藝（SLS）

粉末材料燒結工藝和上面提高的SLA的工藝較為相似，名稱是SLS(Selectivelasersintering),在3D打印的范疇中屬于顆粒型的3D打印模式，不同于其他的材料，SLS主要使用塑料和金屬粉末以及陶瓷粉末進行打印，該打印方式的特點是速度快，精度高，對于不同產品的材質適應性廣泛，在工業中的應用范圍非常大。

三、3D打印技術在產品設計中的運用思路

（一）3D打印技術在樣品模型中的運用

1.樣品模型的快速成型一個企業研發一款產品的主要流程為，首先按照設計構想進行市場調查，得到市場調查的反饋之后，對產品設計進行完善，制作出反映產品特點的效果圖。然后根據效果圖進行手板設計制造，以此來驗證產品的可行性并進行優化。然而，手板制作有兩個缺點，就是制作周期長，另外具備較大的誤差，精度不足。3D打印技術相比較傳統的產品設計生產流程而言，最大的優勢就是能夠在最短時間里得到立體模型，設計師能夠通過立體模型對產品的結構進行各種角度快速驗證，并以此來進行產品的完善和優化。而傳統手板需要耗費較長的時間，大大提高了產品研發效率。3D立體模型相比較傳統手板的精度也得到了大大的提高，特別適用于對精度要求較高的產品。2.過濾性與驗證性的創新過程在產品設計領域，任何一款產品都是在經過反復的測試和修改中，才逐漸決定最終版本的。而在傳統產品的研發設計調整流程中主要依賴手板的模型制作，然而手板模型的制造修改往往要投入大量的人力物力以及時間。3D打印改寫了這種漫長的產品生產流程，特別是在當今產品飛速更新換代的時代，3D打印能夠在短時間內，迅速靈活的調整產品設計思路，這是企業抓住瞬息萬變市場的法寶。一個產品從概念到實際產品，到消費者使用反饋進行調整，甚至到最后的產品回收，往往不是一個正向的非常穩定的狀態。很多情況下，會靜止在某個環節，需要通過進行逆向的驗證來調整產品方向。以往要做到這一點并不容易，然而，3D打印技術的出現，很好地解決了驗證性在產品流通環節中的可能性。通常在產品開發的過程中主要通常有兩個階段，一個階段是產品的視覺外觀部分，主要反映在產品的外觀造型，色彩，材質，觸感等等，第二個階段是產品的內部結構問題，即讓通過零件等連接部件讓產品能夠正常運轉。雖然傳統的產品設計也能夠通過計算機展示產品的相關技術參數，但是，仍然無法與3D打印直接拿出成品進行測試得來的試驗結果有效，而且3D打印出來的成品能夠看到外觀造型，以及各個組件之間實際的關聯度是否符合設計要求。3.釋放想象的空間在一件產品的設計研發過程中，設計師的主要工作是實現產品需求的制作方案，包含效果圖以及模型的制作，在沒有3D打印時代，依靠手板模型來實現以上工作，而傳統手板智能在手工或者半自動化模式下制作，耗時費力。當3D時代開啟，依據設計圖能夠快速的生成產品模型，至此，設計師能夠把全部的精力放在對產品的精心打磨的過程中。當前的3D打印機能夠識別多種格式的圖紙，而應用最多的是stl格式，該格式所以靠的模型是由三角形單位組成的，三角形的棉結最小，因此堆疊形成的精度比較高。這使得對精密度要求較高的零件產品，也能夠通過3D打印進進行生產。特別是在比較特殊的角度，例如曲面和紋理的實現過程中，手工耗時費力，效果一般，但是具備高精度打印的3D打印技術，則能夠很好地實現設計師的想法，讓設計師將想象力結合現實需求，實現高端產品的設計。

（二）3D打印技術在產品批量生產中的運用

3D打印的原理是通過將材料進行堆疊形成圖紙的構造，因此，也稱之為增量制造。這種制造方法省去了傳統制造工藝中的切，削，車等去除多余材料的制造方法。這種增加的方式很好地解決了生產材料浪費的弊端。傳統的生產制造過程需要通過對不同材質的產品部件，進行各種工藝實現連接和或者功能，而3D打印技術直接去掉了模具的開發制造部分，依據三維模型設計圖紙進行增量打印，節省了大量的材料。

（三）3D打印技術在零部件維護中的運用

傳統的產品經過前期設計制造過程后，實現批量生產之后，要依據消費者使用情況，準備很多的產品零部件，但因為市場的千變萬化，導致模具生產出來了，產品周期卻結束了。而3D打印的靈活性恰好解決了這個問題，只要保留產品及零配件的圖紙，就能快速生產任何需要的零部件，這不但節省了制造成本，而且解決了庫存問題。

四、結束語

3D打印技術的出現，很好地解決了產品研發制造等多方面的弊端，顛覆性的改變了生產制造行業的產品生產流程，在設計階段，3D打印結束了傳統手板模具制造中的高投入，耗時長，且不靈活的設計方式，解放了設計師對手板的依賴，能夠把全部精力投入到產品設計過程中，在產品的后期階段，消除了庫存和模具的依賴，大大節省了企業成本。

參考文獻

[1]賴詩卿.3D打印技術在產品設計中的運用研究[J].工業設計,2020(10):31-32.

[2]張瓏薈.基于3D打印技術在文創產品設計中的應用研究[D].武漢:湖北工業大學,2018.

[3]陰璇.基于3D打印技術的機械零件創新自由設計[D].太原:太原科技大學,2016.

[4]楊艷石.3D打印技術驅動產品設計新模式[J].設計,2015(19):82-83.

[5]肖瀟.3D打印技術在個性化創意設計中的應用[J].設計藝術研究,2015,5(01):70-73.

作者:劉向遠方 單位:武漢工程大學郵電與信息工程學院