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智能3D打印機技術的發展與應用分析

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智能3D打印機技術的發展與應用分析

發布日期:2017-03-16 作者: 點擊:

  智能3D打印機技術的發展給未來的製造業帶來了革命性變革,接下來將基於對新舊生產方式的對比,分析了3D打印技術對產品設計理念、細節、流程及產業模式所帶來的影響:產品結構與造型的設計不再受到傳統製造工藝束縛;獨立設計師可依靠3D打印技術將自己的創意變成真實的產品,從而催生了大量獨立設計師及設計品牌;設計的社會化趨勢將會打破以往設計組織的僵硬的結構劃分,消費者獲得了自己設計、生產產品的權力。

  目前智能3D打印機技術可使用的材料種類非常豐富,以生物細胞為材料可打印出器官、骨骼;以沙子為材料可打印建築;以玻璃為材料可打印玻璃製品;以金屬為材料可打印機械零件等。打印的材料從主流的高分子材料到金屬、石料均可。截至2012年底,著名的3D打印成型公司Stratasys的產品已經可以支持123種不同材料進行3D打印。打印速度方麵,垂直可達到25.4mm/h以上。隨著智能製造的進一步發展成熟,新的信息技術、控製技術、材料技術等不斷被廣泛應用於製造領域,3D打印技術也將被推向更高的層麵。

  1、3D打印技術對產品設計理念的影響

  傳統的產品設計是建立在工業革命以來所形成的大批量生產方式之上的,這意味著消費者的差異性在設計過程中難以體現。為了追求大規模生產,消費者被假定為一模一樣的人,個性需求被忽視了。如鞋的尺碼是這一設計方式的典型體現:以往的設計模式是讓消費者千變萬化的腳型與運動習慣去適應有限的尺碼與型號,而3D打印技術則可根據消費者個人腳型、運動習慣設計出與其完全匹配的產品。3D打印技術使產品的個性化設計與生產成為可能。消費者可根據自身條件、喜好甚至不同的產品使用情景自行進行設計與生產。利用3D打印技術可以實現產品的量身定做,人們從產品千人一式轉向十人一式、一人一式,以至於一人十式,真正實現以人為本。

智能3D打印機

  2、3D打印技術對產品細節設計的影響

  增材製造是大批量製造模式向個性化製造模式發展的引領技術,其突出優勢在於實現低成本、高效率、複雜結構的製造。由於采用增式製造技術,相對於以往的減式生產方式,能夠在產品造型、結構等方麵做出革命性的創新。

  2.1產品造型

  工業設計師新的設計造型觀必將隨著時代、科技和人文藝術的發展而更新。隨著3D打印技術的發展與應用,產品的生產方式已不再成為設計師想象力的束縛。外觀再複雜的產品都能通過3D打印機打印出來,且渾然一體。設計師能夠專注於產品形態創意和功能創新,即所謂“設計即生產”。產品造型設計將呈現多元化趨勢,在其技術屬性、經濟屬性、美學屬性、環境屬性、人機屬性等要素中,美學屬性要素所占的比例得到提升,產品造型藝術化表現方式將逐漸流行,屆時消費者對於產品造型的審美觀也將隨之發生改變。如圖1所示,由比利時公司MGX設計的分形桌子,其造型靈感來自於自然界中的分形生長模式,如不采用3D打印技術,用傳統製造方式難以加工。

  2.2產品結構

  3D打印使複雜的產品結構成為可能,同時產品結構設計的一體化趨勢逐漸顯現。由於目前生產工藝的限製,一般產品大多由若幹部件組裝起來共同構成產品的主體結構。這種組裝結構增加了產品的質量、體積、複雜度和故障幾率,同時在生產和裝配過程中浪費了大量的材料及能源。3D打印技術的“加式”方法使產品結構一體化,變得更加簡單,甚至某些特殊鉸接結構可借助輔助性材料一次成型而無需組裝,不僅提高了生產效率,也提高了產品的結構強度和可靠性。如圖2所示,比利時公司MGX設計的另一款OneShot坐具沒有使用一個螺絲釘,中間的鉸鏈利用3D打印一體成型,繞著中軸散開的支架能夠順暢地開合。


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