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上海包装总第 324 期2023 年第 4 期 智能包装智能包装313D 打印技术及其在产品设计中的应用研究任彦肖郑州理工职业学院，河南 郑州 451150摘要：3D 打印技术是一种新型化且快速成长的技术，给未来的产品设计带来了革命性的改变。基于 3D 打印技术，探讨 3D 打印技术在消费、航空航天、医疗领域的产品设计中的具体应用，对实现复杂结构化的设计制造具有一定参考价值。关键词：3D 打印技术；产品设计理念；直观化；建模；切片；消费赛道；文创产品分类号：TP391.73；TS958.023D 打印改变了原来传统的机械制造手段，为设计者实现设计概念提供了十分便捷的途径。除了在专业领域的应用外，在日常工作、生活、学习中 3D 打印技术也被广泛地使用。3D 打印技术对产品设计理念、直观化的客户沟通模式、设计行业（产业模式）所带来的影响是巨大的1。1 3D 打印技术概述3D 打印技术又称三维立体打印技术，是一种快速成型技术，使用的设备是三维立体打印机。它利用普通打印机的原理，将打印机与计算机连接起来，以数字模型为基础，把一些有黏合性的粉末或塑料等材料装入机身，通过计算机控制，把材料逐层打印出具有长、宽、高 3 个维度物品的过程。3D 打印过程可分为 3 个部分，即建模、切片和打印。3D 打印技术在名称里面有“打印机”是因为在技术原理方面参照了普通打印机的原理。2 3D 打印技术个性化的设计理念在日常生活中，产品设计定位的依据之一是大批量生产，导致消费者的差异性需求不能得到满足。为了降低生产成本，大部分商家会使用大批量的生产方式，将产品使用者设定为一个统一的规格，没有顾及人们的个性化需求。例如，一个水杯在设计时通常的设计规则如下：让使用对象挑选各种已经定好的型号，但是通过 3D 打印技术就能有针对性地根据各种数据来设计生产符合消费者个性化需求的产品。3D 打印技术能“量身定做”不同特点的各种实物产品，实现产品服务以人为本的个性化生产理念。相信计算机软件和3D 打印技术的共同发展会改变人们设计与制造物体的具体方式2。3 3D 打印技术直观化的客户沟通模式产品设计一般分为概念模型设计、成品设计、改进设计等环节。在传统的概念设计阶段，设计师一般只能利用平面图纸上的各种数据加上自己的想象来分析设计方案。手工概念草图模型在一定程度上能弥补平面媒介直观性的不足，但在实际应用中是否能达到预期，都是我们的假设。在这种情况下客户与设计师之间关于产品概念的交流只能建立在没有任何意外的情况下。3D 打印技术通过将精准的概念模型引入到设计中，将讨论的时间极大地缩短，设计师与客户就能直观地看到产品的概念性模型，比较它们之间的材质性能、整体结构、外形功能等各种差异，从而决定产品概念是否要继续设计下去。3D 打印技术制作出来的概念模型能够明确地反映出产品概念存在的各种问题，从而进行修改设计，直到产品概念达到完善为止。产品设计研发所使用的周期决定着产品投入市场的快慢，快就能抢占先机。根据一些产品调查数据，17%的被调查产品，他们的原型研制所需要的时间相当长，成了尽快上市的巨大阻碍。4 3D 打印技术的过程3D 打印的过程分为 3 个部分，即建模、切片和打印。第一步建模。建模是通过某种方式制作一个终端需要打印物体的 3D 数字模型,像编辑文章时需用收稿日期：2023-03-02作者简介：任彦肖，女，本科，讲师，研究方向为装饰艺术设计。009.DOI:10.19446/ki.1005-9423.2023.04.智能包装 智能包装 2023 年第 4 期总第 324 期上海包装32Word 软件一样。用专门的软件(见图 1）设计，最终得到一个 STL 格式的文件，这个文件记录了 3D 模型的三维空间数据，3D 打印的后续操作全部是基于 STL文件进行的。第二步切片。切片是 3D 打印技术第二阶段，操作原理是将 STL 文件转换成 3D 打印机能够理解的文件格式。实际打印时 3D 打印机是将打印目标一层一层打印出来的,打完一层后移动一个“层高”继续打印下一层，以此类推，直到物品打印成功。其实切片就是告诉 3D 打印机目标模型总共要打印多少层、每一层应该如何打印、何时打印成功物品的过程3。第三步打印。打印阶段是相对容易的,准备一台 3D 打印机和打印耗材，通过 SD 卡、网线、数据线等打印机支持的方式，将这个代码数据传输到打印机上，操作打印机开始工作即是完成打印阶段（见图 2）。图 1 建模软件图 2 操作打印机5 3D 打印技术在产品设计中的应用解放束缚，改变设计理念。传统的设计形式受到生产和组建技术的限制，限制了设计师的创造力和想象力。随着 3D 打印技术的发展和成熟，结构复杂的产品可以通过 3D 打印机打印出来，故设计师可以专注于产品形式的改进、外观的创新、功能的创新，从而使产品设计多样化、结构设计一体化、使用人性化。3D打印技术还可以减少设计过程和成本，在设计过程中各类模型是设计沟通的重要手段之一，可以很直观地展现出来。3D 打印取代了手工制作的模型，可以缩短概念模型和产品原型的生产时间、缩短产品开发周期、减少手工制作的时间和成本。由此可见，3D 打印技术在产品运用领域的前景是非常可观的，接下来我们从5 个方面进行阐述。5.1 在消费赛道领域产品设计中的应用随着人们生活水平的不断提升，很多消费品都通过个性化的定制来满足需求。如入耳式的耳机在设计上如何做到更贴合耳朵；眼睛的镜架，如何做到更贴近鼻梁、用起来更舒适，更符合人体需求，其实这些都可以通过 3D 打印技术来完成。根据客户的实际需求、身体的具体特征如耳洞的宽度、耳蜗微妙细小的变化，鼻梁的高度、宽度等，完成私人订制。其实 3D 打印技术的很多应用并不为大家认知，目前市面上能看到的应用是“盼打”这款自助式的巧克力 3D 打印机器。它是一个占地 1m2的无人售货柜，里面装着巧克力的制作材料，消费者可直接用手机扫码选择不同的造型，只需要等待 3min 就能用巧克力打印出来想要的产品。该机器在后台设计上有万种模型可以选择，不仅好看、好玩，还好吃，消费者在体验之中完成了购买消费。如在电影院看完电影，就能打印一个热门的电影角色；在景区可以打印一个标志性建筑物；在博物馆可以打印一个文物模型；在海洋馆可以打印一个小动物；或是小朋友把自己的名字写在手机里，就能拥有一个有着自己名字的巧克力。在商场、游乐场等人流量多的地方，若有一位小朋友拿着一个巧克力边玩边吃，定会引来更多的人群消费。其实像商场、景区、博物馆这些人流量大的地方是不缺营业设备的，而缺的恰恰就是文创设计产品和 IP 设计产品，这么一个即具有文创属性，又具有聚集效应的前沿科技落地商用机器，相信很快就像娃娃机一样随处可见。这款 3D 打印产品结合不同场景、不同内容，高效地解决线下文创设计行业、IP 衍生品设计行业的所见即所得，给消费者带来前所上海包装总第 324 期2023 年第 4 期 智能包装智能包装33未有的科技感与体验感。“盼打”巧克力 3D 打印机器选择了文创产品设计与食品结合的赛道，以巧克力打印解决了 3D 打印从工业向消费及商业落地的难题，全方位、多角度实现了 3D 打印技术在消费领域产品设计中的应用。在珠宝首饰产品设计中的应用，珠宝首饰行业传统做法是设计图稿起版铸模铸成金坯加工成品。利用 3D 打印技术，设计师只需在电脑上画图纸，不仅可以全方位看到成品效果，而且可以测出重量，计算成本。利用 3D 打印技术将珠宝首饰直接打印出来，节省了很多加工环节和成本4。5.2 在影视动漫道具设计中的应用目前，很多影视作品、动漫剧、舞台剧，包括我国传统的戏剧都在使用 3D 打印制作道具等类似产品的设计。相信很多人迷恋武侠片的一个原因是各类兵器，倚天剑、屠龙刀、小李飞刀、龙吟剑等在造型设计上、颜色搭配上都是很吸睛的，这些都可以通过 3D 打印来实现，并且在 3D 打印的帮助下各类影视道具在设计上可以实现个性定制、成本低廉，从而让影视情节更加丰富。动漫行业利用 3D 打印制作炫酷的场景，通过插画师的设计，让整个场景栩栩如生5。5.3 在航空航天领域产品设计中的应用航空航天领域零部件产品在设计时使用的材料大多数是以金属材料为主，目前很多飞机发动机零部件产品在概念设计完成后都是采用 3D 打印技术完成的。打印出来的零部件在工艺设计上加入设计师的巧思，大大增加结构的强度和减少重量，包括有些设计感强的零部件都是需要通过 3D 打印技术来定制完成。目前，已有几台小型的金属打印设备被送入太空，未来在空间站火星上的制造很有可能都是用到这项技术。除了在飞机零部件产品设计中使用，3D 打印技术还用在汽车改装配件设计、超级跑车的零件定制设计中。5.4 在医疗事业产品设计中的应用因为医疗产品在设计上大部分都是定制类的服务，所以在这个领域 3D 打印技术有很强的应用空间。目前在齿科领域产品设计中应用市场是巨大的，隐形矫正使用的牙套设计大多都已经采用 3D 打印技术，如牙冠种植导板。除齿科领域产品设计的使用外，3D 打印技术在骨科精准医疗术前模拟等领域的产品设计上也有极大的应用价值6。另外，在打印各种人体器官模型设计产品上，3D 打印植入的设计产品主要是各种支架设计，支架多为镂空结构，设计精细复杂，设计师要考虑到特别细小的末梢环节，这样才能让细胞沿着支架生长修复受损部位，因此，3D 打印技术在该领域应用也是非常广泛的。5.5 在教育教学模型设计中的应用目前，很多学校都开始引入 3D 打印技术，如打印教学过程中所需要的教学模型等教具，清晰直观的展示效果有助于学生的理解，对培养学生们的创新能力有很大的帮助。6 结语通过 3D 打印，大大简化了设计流程,缩短了设计时间，提高设计效率和灵活性，直接将设计者想象中的产品变为现实，能够实现复杂结构化的设计制造。设计师的理念与标准从传统的小心翼翼、顾客至上、接受技术要求限制转变为大胆创新、追求人性化、超越技术要求的限制，实现跨领域、多方面综合性的应用。该项技术打印的产品运用的领域也越来越广泛越来越深，因此，未来 3D 打印技术必将会在产品设计应用领域掀起一场轰轰烈烈的革新运动。参考文献1 齐田宇.基于多材料3D打印和约束牺牲层的功能梯度材料-结构一体化制造工艺与应用研究D.青岛理工大学,2021.2 肖婕.基于3D打印技术的中空包装容器的设计与研制:以冷冻饮品为例J.上海包装,2020(2):62-67.3 张贤富.3D打印对首饰个性化定制过程的重塑研究J.包装工程,2018,39(12):180-185.4 方晓雯.3D打印技术下现代首饰生产现状及前景分析J.上海工艺美术,2022(4):79-81.5 赵一璟.3D打印技术在影视文化产品设计中的应用J.化纤与纺织技术,2022,51(11):185-187.6 周涵薇,陈涛,杜伟斌,等.3D打印技术在骨科领域的应用进展J.中医正骨,2022,34(12):52-55,59.