计算机辅助工业设计与3D打印技术初探重点分析

计算机辅助工业设计与3D打印技术初探重点分析

陈光宇

珠海格力电器股份有限公司 广东 珠海519000

摘要：在科学技术高速发展的社会背景下，工业产品设计工作中采用计算机进行辅助设计，能够进一步提升产品的创新性与艺术性，也能够推动我国工业生产向着更为精细化的方向发展。在此基础下，将3D打印技术与计算机辅助工业设计技术相融合，将更为有效地提升设计人员的工作效率，解决以往工业设计中存在的资源浪费严重的问题。然而，我国在3D打印技术方面的研究与应用相较于西方国家来说起步较晚，在实际的应用过程中仍旧存在一定的不足，需要进一步优化。基于此，本文主要针对计算机辅助工业设计与3D打印技术展开分析，以供参考。

关键词：计算机；工业设计；3D打印技术

我国工业产品设计的历史悠久，发展至今，已经成为一项创造性的活动，在这个过程中，工业设计的技术与理念不断发生变化，使得工业产品在种类与功能上得到了极大的丰富，人们的生活方式也受到很大影响。近年来，随着3D打印技术的发展，在工业设计领域已经开始使用这一技术进行产品生产，其所具有的便捷、迅速、准确性高等特点，为工业产品设计的发展奠定了良好的基础。

一、计算机辅助工业设计

计算机辅助工业设计的英文名为CAID，是一种现代化的以计算机辅助设计为基础所开发的，应用于工业设计领域的技术，能够有效提升设计方案的可行性。在计算机技术高速发展的社会背景下，计算机辅助工业设计也得到了迅速的发展商，无论是在方法还是效率方面，都有了明显的提升，因此被广泛地应用于工业生产的各个领域中。

工业产品的设计流程较为复杂，从市场调研到模型制作，需要经历一个漫长的周期，在计算机辅助工业设计的作用下，通过各类制图软件，绘制二维效果图，并通过三维模型制作软件，将设计以电脑模型的形式展现。同传统工业设计所不同的地方在于，该技术能够将模型制作、数据测量等工作完全交由计算机进行，从而有效减少设计时间，使得设计者能够将更多的时间用于作品的设计中。

现阶段，在工业设计的过程中，这一技术的应用已经较为成熟，但是仍未形成一个相对完整且科学的应用体系，因此在未来的发展过程中，应在技术水平不断深化的基础上，加强研究与综合分析评估，并尝试将人工智能技术与该技术进行融合，建立人工智能数据库系统，为后续工业产品的设计与研发提供数据支持。

二、3D打印技术

3D打印技术是指通过对CAD技术、机械工程技术、分层制造技术等技术的综合运用，将计算机设计中的模型通过塑料或金属粉末等材料进行打印，还原电脑设计的一种技术，该技术在工业生产、艺术制造等多个领域都具有广泛的应用。在实际的应用过程中，通过对计算机建模软件模型的三维系数的扫描，能够将整个模型制作转化为分层制作，再利用3D打印机逐层进行打印，便可以在短时间内以更低的成本完成制作。

随着3D打印技术的发展，由于其具有的生产周期短、生产成本低与制造精度高的特点，将其与计算机辅助工业设计相结合，能够在短时间内完成模型的制作，检测设计是否可行、合理。随着科技的发展与进步，3D打印技术逐渐成熟完善，价格降低明显，操作也愈发便捷化，将其应用于工业设计中，能够推动工业设计向着更先进的方向发展。

除了上述功能外，3D打印技术还可以被用于设计工具的制作中。在工业设计行业中，不同设计习惯的设计师所偏好的设计工具会存在不同，而在3D打印技术的帮助下，设计人员就可以依据自己的实际需求，制作各类的设计工具，为设计工作的顺利进行奠定了良好基础，能够在一定程度上减少选择工具和购置工具的时间。同时，由于3D打印材料的缘故，会导致3D打印制作的工具相较于传统方法下制作的设计工具来说要更加轻盈，精准度也要更高，能够充分满足设计师的设计要求。

图1 3D打印机

三、计算机辅助工业设计与3D打印技术的融合

通过上述分析，可以明确的一点是，计算机辅助工业设计与3D打印技术之间，有着相互促进的作用，属于相辅相成的关系，计算机辅助工业设计是3D打印技术应用的数据模型基础，而3D打印技术能够将工业设计制作出来，将虚拟模型转变为现实产品，因此，如何在现有基础上，实现二者的进一步融合，应是未来这两项技术在发展过程中所需要面临的重要问题。

（一）结合设计方法

在传统的工业设计中，设计模型的制作，往往需要设计人员或专门的模型制作人员手动进行，而这一行为将无疑会消耗掉大量的时间与精力，也会对设计师提出极高的专业要求，需要其不仅能够懂得设计方面的知识，也需要懂得模型制作与数据测量。除此之外，通常情况下，工业产品的设计是有较大可能出现设计问题的，如果存在模型制作后，产品中存在问题的情况，便需要耗费大量的时间与精力进行修改，延长了产品的设计周期，也会增加成本支出，而3D打印技术的出现，在一定程度上解决了上述问题。通过对3D打印技术的应用，只需要在计算机软件中制作3D模型，将命令传输给3D打印机，准备好相应的材料，就能够通过3D打印技术自动进行模型的制作，同时，也能够实现大规模的生产。例如，通过3D打印技术生产塑料玩具、动漫手办、工业首饰等（见图2）。在实际生产之前，设计师会将自己脑海中的构想在计算机中利用PS、3DMAX、MAYA等软件进行建模，然后通过专用的材料，进行3D立体打印，如果是结构复杂的模型，可以采用组装打印的方法，后续进行组装与修理即可；而如果是结构简单的模型，通过3D打印技术能够一次性地完成打印。

图2 3D打印工艺首饰模型

（二）提升空间

现阶段，在计算机辅助工业设计技术与3D打印技术综合应用的过程中，仍旧存在一定的不足，还需要进行进一步的优化与完善。首先，由于3D打印技术属于一个相对新颖的技术，其所使用的制作材料较为特殊，因此只能够被应用于制作一些在材料方面没有需求或恰好能够满足需求的工业产品设计中。由此可见，在未来的发展过程中，如何规避材料性能限制的影响，提升3D打印技术的适应性，仍旧是一个重要的研究课题。其次，虽然3D打印技术在20世纪90年代就已经出现，但是实际将其应用于工业设计中的时间却并不算长，且由于我国在这方面的研究较晚，因此在部分行业或地区的工业设计过程中，传统设计理念和方式根深蒂固，不能够很好地融入这一技术，给3D打印技术与工业设计的融合发展造成一定阻碍。最后，3D技术在国内的先进性仍旧需要进一步提升，特别是在软件系统的开发方面，相较先进国家仍旧存在不小的差距，为此，就需要加大研究与开发力度，促进二者实现融合速度的加快，为我国工业设计水平的提升奠定基础。

结束语：

综上，计算机辅助工业设计与3D打印技术的结合是未来工业发展过程中的重要方向，也是时代发展的必然趋势，能够进一步降低工业产品的开发成本，提升经济效益，从而推动国家工业经济发展水平的提升。基于此，相关企业与研究者应加大技术的研发与优化力度，为二者的结合提供充足的技术支持。

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