3D打印技术与计算机辅助工业设计教学教材.docx

精品文档3D打印技术与计算机辅助工业设计摘要：随着计算机技术与3D打印技术的发展，3D打印开始遍布制造车间、教学以及家庭，为工业设计行业的发展也带了更广阔的发展空间，其中计算机辅助工业设计已经成为很多高校及企业设计师的工作方式，利用3D打印技术更加便捷、高效地进行设计工作。本文主要从计算机辅助工业设计方面介绍3D打印的应用、影响以及发展前景。【关键词】工业设计 3D打印技术 计算机辅助工业设计引言工业设计是伴随制造业发展、人们生活质量需求提高而衍生的一种前端研发设计工作，工业设计发展初期阶段以大批量生产产品的结构、外观以及装饰等方面的设计，现阶段工业设计已发展为一种创新性的活动，并且对于产品研发具有一定的决策、定位作用。中国的工业设计概念是在上世纪八九十年代引进，在九十年代末随着中国计算机技术的发展，并且在工业设计领域也得到应用，也就是现在的计算机辅助工业设计。2010年后，3D打印技术趋于完善，被广泛的应用于工业设计领域，取 得了前所未有的成绩。3D 打印技术的应用有效缩短了产品设计的时间，提高了产品生产的效率。通过计算机辅助工业设计和 3D 打印技术的结合，设计师提高了产品测试、审核的速度，产品推向市场更快。计算机辅助设计和 3D 打印技术的产生与应 用有利于促进设计产业的可持续发展，有助于工业设计人才的培养，本文对计算机辅助工业设计的概念进行了阐述，指出了 3D 打印技术与工业设计之间的关系，最后分析了 3D 打印技术在工业设计中的应用。1 计算机辅助工业设计 计算机辅助工业设计，英文简称为“CAID”，主要针对工业设计领域而言，计算机辅助工业设计利用计算机技术辅助工业设计，与工业设计有机融合为一个整体，建立一个完善的系统。 与传统的工业设计比较而言，计算机辅助工业设计有着独特 的优势，无论是在设计方法、设计流程、质量和效率上都有 着重大的变化。计算机辅助工业设计涉及到很多方面的技术 成果，例如 CAD 技术、人工智能、多媒体、敏捷制造、模糊 技术、人机工程等信息技术。 产品工业设计流程是一项综合又复杂的流程，内容包括 设计需求、市场调研、定位、草图、效果图、数据模型、实 物模型等方面。在这些流程中计算机技术的应用占有很大的 比例，其中可视化的成分较多。例如在制作效果图时，一定 会用到 PS 软件即 Photoshop 软件，还有 Coreldraw 等图片 处理软件，有助于完善效果图，实现精准设计。数据模型的 制作一般要使用工程类软件如 Solid Works 等，建立数据模 型后为后面的实物模型制作打好基础。工业设计的整个流程 是十分复杂的，项目众多，计算机辅助技术的应用可以提高 设计的工作效率，效果更为直观和形象。目前，随着计算机 技术的发展，软硬件逐渐升级，计算机显示出更突出的智能 化与互动性。计算机软硬件的高效性会给设计师带来极大的 解放，很多想法可以通过先进的计算机软件完成，而且可以 无限复制，帮助设计师节约精力和时间，对设计师来说是一 种解放。 计算机辅助设计要逐渐拓展设计层面，例如在设计的调 研阶段，要有效利用计算机技术进行信息采集与整理，运用 信息技术分析数据和整合数据，并帮助设计师准确定位。在 工业设计过程可以运用计算机辅助技术进行人机工程学分 析，用人体数据库对设计进行检验，帮助设计师改进设计。2 3D打印与计算机辅助工业设计3D打印是目前市面的通俗叫法，之所以被大家称为打印技术，正式在于3D打印技术分成加工的过程和喷墨打印机很相似。美国的3D Systems 公司在1987年制作了世界上第一台3D打印机，直到几年来，3D打印技术成为人们关注的热点。3D打印技术其实是以数字模型文件为基础，利用各种材料作为粘合材料，然后逐层打印出立体的实物。D 打 印技术主要利用数字打印技术来实现。一般用于制造模具、 工业设计等领域。现在主要用于直接打印物体，目前已经有 很多通过3D技术打印的零件投入使用。3D打印技术在鞋类、 工业设计、建筑施工、汽车、航空医疗、教育等行业都有所 应用。3D 打印技术在工业设计领域应用十分广泛，传统的 工业设计都是经过手工制作模型，最后升级为数字模型，用 于测试设计的科学性。手工模型制作周期较长，造价较高， 因此，工业设计的成本较高，而且做出来的模型的精准度不 够。 3D 打印技术的应用可以轻松解决这些问题，我们需要 一台 3D 打印机和相应打印需要的材料，用几小时的时间就可以打印出参数准确的模型，而且模型结构复杂，数据数量 多。利用 3D 技术有助于缩短设计周期，能够降低设计和制 作成本。随着 3D 打印技术的逐渐成熟和发展，3D 打印机的 价格也逐渐降低，部分企业都购置了设计和生产所需要的机 器，甚至一些 3D 打印公司专门针对个人客户开发了家庭式 的 3D 打印机。3D 打印技术的发明和应用是计算机技术发展 的产物，是信息化时代发展的必然结果，3D 有效助力了工业 设计，提高了工业设计的效率和产品的质量。目前，3D 打印 技术用于改善居民生活和学习环境，提高医疗水平，一些轻 工业也也在采用 3D 打印技术。 2.1 3D 打印技术与计算机辅助工业设计是相辅相成 计算机辅助技术与 3D 打印技术相辅相成，计算机辅助工业设计为3D打印技术提供精确地制造数据资料，而3D打印技术则用计算机辅助工业设计从效果图直接变成实物，计算机辅助技术与 3D 打印技术同属于信息技术的范畴， 计算机辅助工业设计可以为 3D 打印技术提供原版的数据模 型，而 3D 打印技术将计算机辅助工业设计的设计和理想变 为现实。工业设计者们要将计算机辅助技术与 3D 打印技术 有机结合起来，建立完善的技术设计理念，改变设计的流畅 和方法，进而改革技术的运用策略，提高工业设计的水准。 2.2 3D打印技术在计算辅助工业设计中的优势 在工业设计中的计算机辅助工业设计阶段使用3D打印不仅有助于设计师逆向设计，而且可以摆脱原有计算机辅助制造的限制条件，尽情发挥创意。21设计和制作协同工作技术 ，使得创意 、设计、工程分析、制造和服务融为一体 ，共享同一个数据平台，实时反馈各方的意见 ，实现设计与制造无缝对接 、协同工作 。 22提高设计制造精度 相较于传统手工制造的模型样机表面质量不高，产品外观逼真 程度较差 ，可装配性不强等弊端 ，3D打印能够代替“工匠”的劳动， 使得模型变得更合理 、更精密 、更符合实际的需要。23缩短研发设计周期 3D打印技术可以提供制造样件，简化消化图纸的时间，在几天或几周内将概念设计转化成模型样件，修改细节时只需要在电脑上完成，从而对处于设计阶段 的产品做出快速评价 、修改及功能试验 ， 极大的缩短试制周期和生产成本。 2.4复杂模型的直接制造 利用 3D打印机制作出来的模具几乎不受零件的形状和结构的 任何约束 ，尤其在加工复杂曲面时更显其优越的性能 ，设计师只要在电脑上完成产 品设计 (CAD)，并编写好加工流程 ，计算 机与数控 设备将一道 自动完成造型过程 。而且 随着 3D打印技术的发展 ，可用 于制造的原 型材料 日渐丰富 ，性能也日趋完善 ，一些非金属快 速原 型已有较好的机械强度和热稳定性 ，可以直接用作模具或是生产成品。25逆向设计的充分运用逆向工程技术采用3D扫描和3D打印技术相结合的方式 ， 实现了产品的快速制造 。它将已有实物(油泥 )模型通过三维扫描技 术测得模型表面 的点云数据 ，经过曲面重构造型软件获得实物模型 的 3D数字模型，用于后续 的计算机辅助分析与制造。 二、大学生DIY手工艺制品消费分析一是即可以快速的复制实物 ，也能够放 大 、缩小及修改实物模型，并且可以对已有模具进行创新设计。二是可以方便地对 3D打印 技术本身制得的原型产 品进行快速 、准确的测量 ，用以验证 由三维 CAD设 计而制得的零件与原设计的吻合程度 ，改进产品设计 中的不 足 ，使产品更加完善 。1、现代文化对大学生饰品消费的影响三是对于进 口模具 ，模具的 3D数字模型可能 无法获取 ，或 因使用年限较长 ，模具在使用过程 中由于损坏 、修改等 原 因，需要进行型面 的烧焊再由钳工修补 ，然 而修补后 的模具质量 往往并不理想 ，这 时可借助逆 向工程对磨损区域的识别与恢复功 能，重构模具的 3D数字模型 ，以提高制模 、修模的效率和质量 。同时，许多受损文物 ，利用逆 向工程能够有效的将残缺部分还原。（3）个性体现手工艺制品是我国一种传统文化的象征，它品种多样，方式新颖，制作简单，深受广大学生朋友的喜欢。当今大学生的消费行为表现在追求新颖，追求时尚。追求个性，表现自我的消费趋向：购买行为有较强的感情色彩，比起男生热衷于的网络游戏，极限运动，手工艺制品更得女生的喜欢。3.3 3D打印对于设计师和消费者计算机辅助工业设计的影响3D打印对设计师和消费者的影响 随着经济的发展 ，大众需求的多元化 、个性化和d,tL量 、多品种 已经成为现代消费的发展趋势 ，从高级定制服装 、饰品 、家具 ，到汽 车 、游艇等等各个领域。3D打印的应用 ，一方面设计师现在 可以尽 情 的拓展想象空间，把在虚拟世界 中创造 “作品”带到现实生活中进 行修改 、完善和再创新 ，将设计图纸快速成型使之具象化。通过 3D 打印提供的实体模型不仅充分调 动设计师的想象力与创造力 ，也有 助于检验消费者对产品的兴趣与认可度 。从长远来看 ，这对设计师 审美品位 、设计能力 的不断提升大有裨益。 （3）个性体现3D打印在各个设计领域 的应用显著提高 了效率。在设计 中，设 计师和建模师或者模 型师可 以利用三维打印技术快速地将 自己所 设计的产品变成实物 ，可方便快捷地将产 品模型提供给客户和设计 团队 ，使客户也可 以随时参与到产品的设计 中，方便客户 和设计 师 的及 时沟通从 而促 进了客户 、市场 、企 业之间的交流 ，及时调整 方 案 ，从而是产 品更有效地得到市场的认可 ，在相同的时 间内缩短 了 产 品从概念到市场销售 的时间，以达到全面的控制 ，更加合理地 又 优化了设计资源和市场资源。 此外 ，3D打印对设计师还产生 了诸多影响 ，如独立设计 师可依 靠 3D打印技术将 自己的创意变成真实 的产品，从而催生 了大量独 立设计师及设计 品牌；设计的社会化趋势将会打破 以往设计 组织 的 僵硬 的结构划分 ，消费者获得 了自己设计 、生产产 品的权力 。目前，上海市创业培训中心已开办大学生创业培训班，共招收上海交通大学、上海商业职业技术学院等应届毕业生人。 另一方面 ，随着 3D打印能力的不断进步 ，消费者将不再是产品 被动 的接受者 ，他们甚至可 以成为“设计师”兼 “工 程师 ”，在家亲 自 动手生产专属 自己的物品。除此之外 ，几乎所有的产品均可打上消 费者个性化的印记 ，生产商只需要提供一个平 台，消费者就能够依 据个人的喜好对产 品进行设计。产 品对消费者而言将不再是一成不 变 、大同小异的旧面孑L，每个消 费者手中的产品都可 以变得独一 无 二 和与 众不 同 。3 3D打印在计算机辅助工业设计发展的未来随着人工智能、物联及信息技术的进步，计算机智能化、自动化的发展，未来设计师或者每个消费者都能通过计算机辅助工业设计手段，利用3D打印即时制作出自己的创意，不需要学习非常专业的计算机软件，并且能够更加生动、直观、便捷地呈现设计师的创意和想法，这不仅有利于设计师更好的投入到设计中，而且3D打印技术能够缩短产品的设计周期，提高设计的效率；与此同时，3D打印技术也会与计算机辅助设计相结合，走入家庭和校园，更好的为儿童创意与学习提供技术支持。4 结束语二、大学生DIY手工艺制品消费分析计算机辅助工业设计和3D打印技术同属于信息化技术的一种，对两种技术进行分析和研究有助于提高工业设计教学的实效性。将计算机技术与 3D 技术有效应用于工业设计教学中，是工业设计现代化的要求，是高职院校培养专业人才的有效途径。笔者通过分析两项技术在设计过程中的作用，指出了创新工业设计技术的必要性，强调先进技术和经验为工业设计所用，有助于促进工业设计的发展。五、创业机会和对策分析通过对 3D打印在工业设计中的应用研究 ，作者对 3D打印对工业设计发展的影响有了更加明确的认识，归纳起来有以下两点 ： (1)3D打印实现设计与制造无缝对接 、协同工作 ，不但提高了设计制造精度 ，还大大缩短研发设计周期和成本 。(2)3D打印转变了工 业设计理念 ，消费者可以根据个性定制产品，同时催生了大量独立设计师及设计品牌设计师。参 考 文献 二、大学生DIY手工艺制品消费分析1 王春玉，傅浩 ，于泓阳玩转 3D打印北京 ：人民邮电出版社 ， 2014二、资料网址：2 陈冬亮做大做强工业设计促进生产性服务业发展2013 3 张楠 ，李飞3D打印技 术的发展与应用对未来产品设计的影响机械设计 ，2013精品文档