3D打印在工业设计中的应用研究

3D打印在工业设计中的应用研究

王海鹏

定州春凯建筑工程有限公司，河北省定州市，邮编073000

摘要：3D打印技术目前在工业设计领域，被不少业内人士视为第三次工业革命的关键技术。近年来，3D打印发展速度之快已超出了各个行业的预期。3D打印技术不但能为重型、电子等行业提供大量的设计与生产服务，同时也开始逐步向着民用工业发展。本文从3D打印技术支持、设备等几个方面进行了总结，并就目前存在的问题展开探讨，以期为3D打印技术的未来发展提供有力支撑。

关键词：3D打印技术；工业设计；应用；影响

0引言

随着公众对工业产品设计的重视程度不断提高，工业产品设计中3D打印设计的应用已经成为工业发展中不可或缺的一部分，实现工业产品设计中3D打印技术的创新应用，需要了解到工业产品设计3D打印设计的内涵，只有对工业产品设计3D打印设计深入理解才能改进技术形式，提高技术水平。3D打印工程工业产品生产技术需要技术人员不断提高专业水平，并且结合过去的经验以及未来的工业产品设计3D打印设计发展趋势制定完善的3D打印设计方案，并且对工业产品结构以及工业产品生产工艺等进行合理选择，从而顺利开展工业产品设计3D打印工程工业产品生产，提高工程的质量。进行3D打印技术在工业设计创新战略中的应用探索，希望我国的工业生产工程获得更加广阔的发展空间和更加理想的发展前景。

13D打印技术的优势3D打印技术为改善生产工艺提供了新的途径。相对于传统的车、铣、磨等材料的脱除工艺，3D打印生产属于“自下而上”的材料累积。3D打印与喷墨打印机相似，但使用的油墨有塑胶、树脂、金属及其他材料。实现3D打印生产的方法是将已存在的对象进行电脑模型化，或将已存在的对象进行扫描，并将它分成若干个部分，然后用打印品进行分层打印，并进行三维立体堆叠[1]。目前在实际的工业设计进程中，具备以下几点优势：

1.1开阔设计思维

在工业设计中，传统工艺及技术限制了设计师的创造力和想象力，影响了工业设计现代化发展。3D打印技术的应用，改变了传统生产模式，使工业生产不再局限于应用铸造、切割、弯曲等传统工艺技术，可以有效激发设计师在工业设计时的创作灵感，使设计师的设计思维变得更开阔。设计师可以在三维模型设计中进行大胆尝试与实验，不需要进行实际生产，同时在设计中能够随时通过3D打印对模型进行查看与验证。

1.2实现个性化制定

传统工业的设计与生产主要关注产品的实用性，要迎合大众的多样化需求，因此，设计中的产品风格有限，且不重视用户的个性化需求。随着社会的不断发展，人们的生活水平有了大幅度提升，对产品有了更高的要求，产品市场也趋于多元化发展。虽然工业企业也在结合群众的需求不断调整生产模式，但是由于生产模式是以批量生产为基准，无法满足用户的个性化需求。而3D打印技术的应用，实现了工业设计生产的个性化与智能化，促进了工业制造个性化发展，极大地满足了当前社会发展对工业技术的需求，用户能够通过3D打印技术运用简洁的方式及低廉的成本购置到适合自身的产品，推动了工业设计与生产的个性化发展。

1.3缩短产品开发周期

在工业生产中，用户十分关注新产品的更新速度，新产品的更新速度也是企业获取利润的有效途径。而运用3D打印技术进行产品设计与生产能够有效提升设计与生产的时间，大大缩短了产品开发的周期[2]。

1.4可持续发展

3D打印技术可以减少原材料的浪费。传统的制造方式常常会因工艺限制而产生原材料的浪费。而3D打印技术可以按需制造，减少原材料的浪费，这对于现代社会来说是一种可持续发展的重要技术手段。

23D打印技术目前存在的困境及挑战

2.1成本开销大

3D打印技术的先天优势已经给传统的生产企业带来了一定的冲击，与传统的制造工艺相比，它可以减少对劳动力、设备和专业知识等传统因素的依赖。这种新兴技术采用逐层堆叠的方法生产物品，无需预制和连接零部件，大大降低了生产成本和生产周期。但是3D打印技术在实际应用的过程中，需要高昂的制作成本，而且原材料资源（如工程塑料、生物相容性材料、光敏树脂、钛合金、镍基合金、陶瓷材料等）目前在市场上数量占比较少，且不能大规模生产，这是阻碍其发展的重要原因。

2.2技术不成熟

相比北美而言，我国在3D打印技术研发上相对滞后。以发动机用四缸铸铁缸体为例，传统的生产方法需要耗费100万元左右，并且需要长达3～4个月的生产时间，还可能需要数次修改才能达标。而美国通过采用3D打印技术只需要1个月就可以按需生产3～5个合格的气缸体铸件，并将它们投入测试。而中国的车企通过采用开模试制的周期一般为45～80天左右，虽然制作周期相对传统工艺缩短了85％的时间，且成本也得到了一定的缩减，但是在技术上与美国相比还是存在一定的差距，需要对相关工艺流程进行不断地优化。

3进一步优化3D打印技术的发展建议

3.1合理控制

3D打印成本支出针对3D打印技术在工业设计中成本偏高的问题，本文建议部分企业在原厂零件供应紧张时，可以使用3D打印技术来快速生产需要的部件，以缩短维修时间。新零件可以使用与原始零件相同的聚合物材料进行打印，确保其质量与原件相同，同时也能够满足客户需求的个性化定制。以汽车工业设计为例，通过使用3D打印技术，汽车制造商可以完美融合概念设计、技术验证和制造过程，从而消除传统制造空间的限制，实现真正的汽车定制。因此，在借助3D打印技术进行汽车工业设计的过程中，汽车外观可以根据客户需求通过3D打印实现；关于汽车的灯具和配色等设计可以根据客户要求进行定制，通过与完备流水线的定制工厂进行合作的方式，选择性结合3D打印技术进行设计，由此满足消费者对于个性化追求的设计需求[3]。

3.2加强产学研经费投入

目前美国是3D打印技术实践应用中最为领先的国家，同时该技术也被日本及欧洲等国所掌握，并逐步市场化，由此构建了一套较为完整的产业链。而我国在工业领域尚未形成一套完整的技术体系，只是在高校、科研单位取得了一定的理论及应用成效，并且我国也没有对核心技术进行真正的开发和保护，这就造成了一些关键技术的滞后。因此，我国高校及相关科研单位要承担起应有的社会责任，强化工业设计的配套基础设施，打造3D打印技术的产业链生态化，通过合理配置资源，加强技术创新，让3D打印技术逐步从高端商用向着民间工业化生产去转型与升级，最终达到提高3D打印技术国际市场竞争力的目的。

结语

综上所述，工业产品设计3D打印工程师城市发展中非常重要的工程，有利于提升城市的魅力，树立城市形象，改善工业产品的实用性与美观性，推动可持续发展。工业产品设计3D打印工程需要工业产品生产人员对工业产品的特性以及产品结构情况进行了解，并且制定合理的工业产品生产方案，根据实际情况对方案进行调整。提高工业产品生产技术水平，保证质量的前提下控制工业产品生产成本，这样才能有效推动工业产品设计3D打印工程的发展。

参考文献：

[1]常伟.SLA3D打印技术在工业设计创新战略中的应用探索[J].大众文艺，2019（08）：96.

[2]许莉钧.3D打印技术在工业设计创新战略中的应用探索[J].艺术百家，2018，34（02）：223-226，230.

[3]赵婧.3D打印技术在汽车设计中的应用研究与前景展望[D].太原理工大学，2014.