3D打印核心优势：可打印一切形状

智慧棒

对许多行业来说，3D技术如同“基因突变”改变了它们原来的发展轨迹。随着工业进程的改变，对工业设计而言，它也到了另一个临界点。往前一步，就会发现，3D给它们插上了想象的翅膀，套用一句流行语，那就是“没有做不到，只有想不到。”
设计名牌手机外壳
王凌飞是上海市工业技术学校模具教研组教员，对于3D技术并不陌生，他们学校从2010年开始引进3D打印机，最初的目的是希望学生包括老师能够了解并掌握市场上最新的技术。目前学校有三台专业级的3D打印机：以色列Objet公司的Eden 250一台，美国Dimension公司的 sst1200es两台，并且开设了与3D打印相关的课程：逆向工程与三维打印——前者根据实物进行数据采集，后者将数据实体化。王凌飞就是传授相关知识的老师之一。
2012年10月，他们学校接到一个任务，给某知名手机品牌的新产品设计外壳。他们决定使用3D打印，王凌飞介绍，在这次手机外壳的设计中，他们没有用3D扫描的逆向工程，而是将设计人员的设计直接付诸打印，然后经组装试用后决定是否大批量投产。
他参与了打印设计方案的过程：从打印最初设计方案，到找到装配中的一些小问题，并对设计作简单优化，再到再次打印，然后反复修改直至最终方案成型，最终打完的样品也如期送到这个手机品牌的美国总公司。“3D打印前先利用CAD软件完成造型设计，再利用打印机自带的CAM软件完成数据处理。”
通过这次的任务，他对3D打印技术有了更加深刻的认识，他觉得，和传统的方法相比，3D打印可以完成任何形状产品的制造。“3D打印说到底最吸引人也是它核心竞争力的地方——什么形状都能打出来。”
在打印手机外壳的过程中，设计方案打印出来也需要2个小时，“三维打印由于其成型周期短，产品几何形状毫无限制，所以比较广泛地应用在手板行业(手板就是产品设计前的打样)。”
对于打印的成本，他说主要是材料成本，目前材料的价格是4500元2公斤，不过这并不是关键，“传统方式成本不一定算得这么清楚，可能高也可能低，但更关键的问题是手机外壳这东西用传统方法不好做。”
直接打印样品试用
王凌飞介绍说，传统设计方法是从无到有的过程，称为正向；现在有了光学扫描之类的设备，可以根据已经有的实物采集到数据，这就是逆向。逆向工程加上3D打印，就可以配合作为一整个流程，比如先用逆向工程扫描人脸，再通过3D打印机打印出来，“三维照相馆就是以上两者的典型应用。”
他还以鼠标的制作工艺为例，讲述了3D技术在打样这一重要环节的优势：当用泥土制作的鼠标外形确定后，通过扫描的方式采集到数据，然后用3D打印的方式打印出几个先用着，如果用下来合适，直接开模具，大批量生产开始。
目前，尽管学校拥有三台3D打印机，但是相对于众多学生来说，机器的数量还是偏少，他也只能尽量保证每个学生先了解这项技术，然后通过小组形式去实际操作3D打印。他认为，如果将来有一天3D技术走入学校，对学生的创造力也会有一定的推动作用。
设计和制造同时进行
CSITF2013增材制造技术全球高峰论坛上，北京工业设计促进中心主任陈冬亮也阐述了3D打印技术对工业设计带来的影响，“3D打印技术越发成熟地为研发设计特别是工业设计提供了强有力的技术支撑和引领作用。”
他认为，3D打印技术给设计带来的第一优势就是设计和制作的协同合作。工匠的模型样机制作和设计师的外观设计以及工程结构设计的设计方法，决定了每个模块都是独立的，这意味着，设计、制造、材料、维护、采购等不同的环节以及人员前后的衔接等工作，在模型制作、外观设计、结构设计上不得不协同合作，返工和拖延时间的事件时有发生，“只有运用3D技术才能将这个过程融为一体，共享一个数据平台，实时反馈各方面的意见，实现了设计与制造的无缝连接。”
1997年，联想推出第一款家用电脑，他们在设计好之后，样机由木工纯手工制作出来，而且中控台上还有许多旋钮，“当时所有的模型都必须手工制作”；1999年，国庆的彩车也是由他们设计，设计好之后，制造模型还是用传统技艺上的手工来完成，最后再做成真实的彩车模型。
陈冬亮指出，在这些工序中，工匠们水平的高低决定了样机的制作精度，但是不管工匠们的水平多么高超，都无法保证它和概念设计的一致性，制作精度、复杂程度等方面也无法满足设计的需求，因此要制作一个逼真的模型都不是轻而易举的事情。“在当时如果有3D打印，完成这方面的制作会是一件很简单的事情。”
他指出，除此之外，3D打印也提高了设计的精度。在传统的样机制作中，无法实现复杂内部的结构制作，“3D打印就在这里发挥了积极的替代作用，它使得模型的制作更加合理、精密，模型的样机可以测绘检测，保证了设计、样机以及产品的一致性增强。”
开发流程：4个月变几天
陈冬亮指出，3D打印还缩短了设计的研发周期。传统的设计开发周期长，产品的风险成本比较高，而且相互的关联度差。1996年，他们设计了一台牙科治疗机，其中，外观设计由设计师来手绘，加工制作由木匠通过手工制作的手板进行，而人体工程的检测则完全是靠真人坐在上面体验，整个过程花费了4个月，占了整个开发周期的40%。“如果用3D技术，在几天或者可以几周内，就可以将概念转化为样板模型，而且修改细节，也只需要在电脑上完成，极大地缩短了制作周期和生产成本。”
他指出，3D打印技术还能实现复杂模型的直接制造。3D打印能将比较复杂的设计制作出来，不受约束，“尤其加工负责曲面时更显得优越性，设计师只要在电脑上完成，并编好流程，就可以完成设计。”再加上如今非金属材料有了较好的机械性和稳定性，设计可以直接完成模具或者生产成品。
进口模具和文物也能修复
陈冬亮还介绍道，3D打印技术在逆向设计上也得到了充分应用，逆向工程通过采用3D扫描和3D打印的结合，能实现产品的快速制造。他拿出了两张牛的照片，一张是真实的牛，一张是牛的模型。这个牛的模型制作于2001年，当时先请中央美院的老师根据照片雕塑出牛的模型，然再用玻璃钢复制出来。“如果在今天，可以通过3D扫描，直接打印出来。而且在精度上、直观效果上都会有提高。”
在汽车设计中，很多汽车的设计都是艺术上的设计，曲面、线条是艺术家的线条，设计师设计出最好的作品，并制作出模型，再通过3D扫描做成计算机的模型。这样就可以快速地付诸实物，还可以对已有的模型进行创新，这样也对进口模具的修复以及对文物的修复也能起到好的作用。
陈冬亮说，3D打印技术的最大作用是在概念的创新设计上有启迪作用。他指出，设计和制作原来是紧密地结合在一起的，后来随着工业的发展，人们把制作交给了机器，设计才成为一个独立的行业。批量化和标准化是工业时代的重要特征，工业设计就是针对批量化、标准化来提供的设计。
因此，如今信息化时代的多元性、个性化、小批量、多品种特征，给工业设计提供了新的机遇和挑战，有了3D打印技术，设计师就可以打印出喜欢的、体现自己创意的产品，打印出超乎想象的创意产品。