3D打印技术对视觉造型设计的影响

2015-02-21王永虎杨广红

重庆科技学院学报（社会科学版） 2015年2期

王永虎，杨广红

3D打印技术对视觉造型设计的影响

王永虎，杨广红

3D打印是实现数字化制造的关键技术，为视觉造型设计带来了无限的可能与广阔的发展前景。通过研究3D打印技术在视觉造型设计领域地应用，探讨了3D打印对传统设计制造、设计材料、传统动画产业重塑等方面带来的深刻影响，以及3D打印技术优越性分析。有助于我们更好地掌握技术，运用艺术，实现技术与艺术地高度统一与完美结合，以便为视觉造型设计的过程与艺术产品地开发提供新的思路。

3D打印；视觉造型设计；应用影响

随着时代地发展，日新月异的数字技术不断改变着这个世界，也改变着我们的生活方式和生产方式。在全球新一轮数字化制造浪潮中，人们越来越追求精致、独特、有内涵的个性化艺术产品。2014年5月，上海开幕的国际进出口交易会上，展现了神奇的3D打印技术，只要在电脑前面设置好数据，搭载在机器中，就可以打印出任何东西。3D打印技术加上材料地科学突破，可以对目前的工艺制造产生颠覆性地革命。

3D打印是实现数字化制造的关键技术，作为重大制造业领域的技术革命，已被广泛应用于一次成型的复杂组件制造中。在视觉造型设计领域，也利用这一先进技术，打印出了令人眼花缭乱的艺术设计作品，成为了形状结构复杂、材料特殊的新型艺术的表达载体，展现了数字化制造技术与新材料地完美结合。当下如何利用新技术更好地为艺术设计服务，已成为我们当前研究的新课题。

一、3D打印的概念

3D打印技术是“增材制造”的一种形式，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用分层加工、叠加成形的方式，来构造成三维物体的技术。通常是采用数字技术材料打印机来生成3D实体。3D打印不同于对物品的制造由整体进行切割的传统制造业，而是从计算机所建立的模型开始逐步地增材积层制造，不仅节约大量的材料，使得复杂产品能够容易实现，而且提高了生产率，大大缩短了产品的研发周期。

3D打印技术实质是“激光快速成型技术”，也被称为“增材技术”。3D打印技术的魅力在于它的便捷性，一台3D打印机加上材料和设计图，就能够实现物品输出。如今，3D打印技术已在多个领域得到应用。

二、3D打印技术发展现状

目前，3D打印技术研发成为了世界性科技角逐，美国和欧洲在3D打印技术地研发和推广方面处于领先地位。美国政府在俄亥俄州的扬斯敦投巨资建设制造业创新研究所，主攻3D打印技术。首支3D打印枪在美国奥斯汀试射成功，3D打印出可演奏美妙音乐的小提琴，引发了人们无限的遐想。Voxel Studio设计室利用3D打印技术设计创作的蚕茧LED灯具，更是具有难以想象的奇幻外型。欧洲也十分重视对3D打印技术地研发及应用，计划将使用机库般大小的3D打印机制造飞机零件。日本、荷兰着力推动3D打印技术地推广应用。中国3D打印设计服务市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务。

2013年2月全球第一本全面讲述3D打印的作品《3D打印：从想象到现实》问世，揭开了3D打印神秘面纱，一场产品制造地革命、设计地革命、材料地革命、生物地革命、知识产权地革命即将由3D打印引爆，3D打印技术的远大前景即将展开：跨越虚拟世界与实体世界的鸿沟，规模经济的铁律从此被打破，3D打印将把人工智能从计算机拓展到现实世界。

当前，3D打印技术逐渐成熟，显示了新兴技术的巨大潜力。在我国，3D打印技术地掌握和应用还处于初级阶段，虽然核心领域部分技术已经达到了世界先进水平，但在材料和软件开发、装备等方面，我们还有一定的差距。我国对激光直接金属加工技术有较快发展，基本上能够满足特种制造的力学性能要求，有望在航天、航空装备制造领域率先应用，为我国航天、航空领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

在应用方面，处于快速拓展进程中，我国目前主要是对3D打印设备进行产业化运作，实体公司依托高校成果，这些公司的产业化达到了一定的规模。广州、深圳等地设立了3D打印服务中心，为推动我国3D打印技术产业化、市场化进程，加快与国际间对话交流，取得了良好的经济效益。在视觉造型设计领域，中央美术学院毕业学生利用3D打印技术，打印出了自己的毕业设计作品，实现了设计者所追求的艺术表现效果。3D打印技术为艺术设计带来了无限可能，发展前景广阔。

三、3D打印技术对视觉造型设计的影响

艺术设计需要技术地支持，又在技术的基础上表现着思维与情感。而技术则是功能与理性的良好表述，不断更新又为艺术设计的表现形式提供了多样性。3D打印技术地生产过程非常迅速，不需要过多的成本，就几乎可以完全实现设计师所追求的视觉艺术造型设计作品。因此，对视觉造型设计的参数化设计理念与3D打印技术相结合的应用分析，是为了实现技术与艺术的高度统一与完美融合，主要从以下几个方面进行比较分析。

（一）对传统设计制造的影响

传统的设计制造方法是“去除型”制造，而3D打印技术的原理区别于传统的“去除型”制造，突出表现了“增材制造”的主要实现形式。传统数控制造以原材料为基础，使用磨削、熔融、腐蚀、切割等方法去除不需要的部分，然后以焊接、拼装等方法，最终完成设计产品。而“增材制造”与传统的“去除型”材料加工技术不同，不需要原胚和模具，由计算机辅助设计软件将实体物件转化为计算机虚拟图形，原材料通过计算机三维制图、激光跟踪、数据传输、材料熔化等技术，使特定记忆材料或金属粉末熔化，并按照电子模型图的指示分层加工、叠加成形，最终生成3D实体。提高了对材料地利用，大大简化了产品地制造程序。

3D打印破除了传统设计中的障碍，以及手工设计制作地各种约束，可以提高视觉造型设计能力，激发个性化需求。例如，用传统的方法，在固体金属结构中造一个圆弧通道非常困难，而这对于使用3D打印机的设计师来说则轻而易举。通过3D打印的效用，很多复杂的结构被打造出来，在最大规模成型制造时，利用3D打印提供的复杂结构件，能够提升工艺产品的价值并降低成本。

3D打印技术在视觉造型设计领域中地应用，打破了传统的设计艺术创作手段和表现方法，应用虚拟现实技术和虚拟仿真系统、3D建模参数化设计与3D打印技术相结合的理念，尝试在造型设计领域应用3D打印技术，这种技术的迅速推广对视觉造型设计带来革命性地影响，同时也为视觉造型艺术地设计过程开发提供了新的思路。

3D打印技术是个性化地最好体现，也是视觉造型地表达载体。用户可以通过共享方式获得艺术产品造型的原型设计，利用3D打印机打造个性化物品，抛开工厂设计制造的雷同形式，具有个性化、小型化、节约化等特征。3D打印技术又称数字化制造技术，将改变艺术设计的未来，可以生产复杂、特殊、个性化的工艺设计作品，大大提高我国视觉造型设计领域艺术产品地开发水平，实现关键性能地赶超，还可以形成新的技术途径，从而有效的面向未来的设计艺术。这为设计者在技术层面提供了很大帮助，突破了传统的创作手段和表现方法，需要我们用全新的设计思维与理念去适应新技术地发展。

（二）对设计材料的影响

3D打印称为“添加制造”技术，是一种与传统的材料去除加工方法相反的、基于三维数字模型的技术，通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺。在3D打印领域，材料是技术的核心之一，根据需求不同，可以使用很多种材料。如陶瓷、钢化玻璃、石膏、无机粉料、ABS塑料、PLA（聚乳酸）、尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸酯等。用于3D打印的材料比较特殊，必须是能够溶解、丝化或者粉末化，在完成打印后能够重新结合，并具有标准的物理化学性质。目前打印出来的材料以树脂和ABS热塑料为主，有些是使用熔化或软化材料的方法，例如激光烧结和熔融沉积成型；而有些则使用液体材料，通过不同比例的材料混合，产生很多种软硬不同的新材料，例如立体光刻；在分层实体制造的情况下，则是通过裁剪方式并通过粘合剂链接。这些都是在传统设计方式中在材料应用中无法实现的。

（三）3D打印技术对传统动画产业的重塑影响

3D打印技术是形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体，为传统动画产业的重塑提供了强大地技术支持。据悉，莱卡工作室早在2008年就开始使用3D打印技术，在电影《鬼妈妈》中，尝试性地应用3D打印技术制作完成了20万个生动表情。科幻类影片《阿凡达》应用3D打印技术塑造了大量的道具和角色。2012年8月在美国上映的定格动画片《通灵男孩诺曼》，在拍摄过程中使用了4台3D打印机来完成角色表情制作。传统定格动画以黏土为原料，通过手工制作人物，而《通灵男孩诺曼》则与传统定格不同，采用了3D打印技术，电影制作人创建了8 800个面部表情的素材库，生成了大概150万个不同的角色面部表情。从人物脸部的下眼睑到下巴等具体部位，都是一个一个打印出来的。英国斯塔福德郡大学黏土动画木偶制作课程主任米森格表示：“所有造型都需要在电脑中建模，然后再打印出来，这是一种非常节约时间地制作方式。”莱卡公司创意总监麦克林也表示：“3D打印技术是联系电脑和定格动画的桥梁”。

随着数字化设计地发展，在动画产业塑造领域越来越多地应用3D打印技术，这种新技术带来的变化将改变传统的定格动画产业。因此，3D打印技术为动画产业地重塑提供了强大的技术支持。

（四）优越性

3D打印技术的魅力在于它不需要生产模具与机械加工，制造复杂艺术产品程序简化，无需过多的生产成本就可以完全实现传统生产技术无法制造出的外形，让人们更有效地设计出个性化艺术产品。从而极大地缩短了产品的研制周期，提高了生产率。传统的大规模生产建立在工艺产品的组装基础上，消耗大量的时间和人力。与传统技术相比，3D打印技术还拥有如下优越性：在具有良好设计概念和设计过程的情况下，可以使复杂产品一体化成型、减少产品组装环节、简化生产制造过程，比传统方法迅速、高效且经济。传统制造业的注塑、整体切割可以更大量地生产工艺产品，但针对个性化产品地小批量生产，消耗的成本较高。而3D打印生产相对小批量的工艺产品时，可以更快、更灵活、成本更低。通过扫描技术及3D打印等技术，摒弃生产线而降低了成本，可以创建精确的产品副本，提高复制对象的分辨率，应用3D技术精确打印出来，大幅降低了材料浪费，减少对环境地影响。

3D打印技术还有其他优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与其功能无关的剩余物，3D打印技术则不是这样。在3D打印技术中，原材料只生产所需要的产品，生产出的工艺品更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的工艺品相比，打印出来的产品重量要轻60%，并且同样坚固。

综上所述，3D打印技术符合虚拟现实技术和虚拟仿真系统的应用程序，这种新技术的优越性，有利于实现文化创意、概念设计、环保和效益的统一。促进3D打印技术在视觉造型设计领域地应用，有助于实现技术与艺术地高度统一，这种新型技术地应用与推广，势必影响传统的造型艺术手段与方法，但在一定程度上适应社会发展地需要，并为解决人类生活需求提供了一种新地尝试。我国作为全球制造业的大国，积极发展3D打印产业，能充分体现新兴技术的优势，利用先进技术改进生产方式、提高生产效率，还可以激发潜在的消费需求。

四、结语

随着数字化时代的进程，3D打印从技术到产能仍然有一段路要走。3D打印作为一种先进的快速成形技术，对视觉造型设计地应用与发展无疑是一项颠覆性的新型技术，突破了传统的艺术创作手段和表现方法。未来的3D打印技术不仅会从根本上改变传统地设计制造，而且对设计材料地应用也会产生深远影响，甚至将会重塑传统的定格动画产业。设计师会在视觉造型设计中应用3D打印技术，把自己的创意变成真实的视觉艺术产品，从而催生大量的个性化设计，打破以往设计组织僵硬的结构划分，满足广大用户的后现代消费意识。因此，我们在强调艺术的同时也必须注重新技术地发展与应用，只有做到艺术与技术高度统一，才能够创造丰富的物质世界，满足人类的精神需求。

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（编辑：张齐）