增材制造对产品设计的影响初探

增材制造对产品设计的影响初探
摘要：增材制造技术的出现，为设计师设计出具有可持续性的产品提高了可能性。

增材制造技术解除了许多以前存在的对于设计师的想法在产品中实现的限制。

产品能够根据客户的需求定制，而产品本身的可取性、愉悦性和关联性，与此同时产品的寿命也得到了延长。

随着增材制造技术的发展，越来越多的新材料变得可用，多材料技术也取得了长足的进步，而产品设计领域也就有了发生巨变的可能性。

本文探讨了增材制造技术将会对产品的可持续设计产生怎样的影响。

关键词：产品可持续设计；增材制造；设计质量；客户定制
中图分类号：tg66 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）06-0182-01
一、可持续产品设计
过去的十年间，掀起了一股保护地球自然资源和环境的浪潮。

可持续发展正在迅速成为一个课题，设计师和工程师必须参与并拥抱一个更加具有可持续发展的意识世界。

实际上，可持续发展是现在教的许多设计和工程学位的一个组成部分，越来越多的人认识到可持续性对于我们的未来的重要性。

设计从业者，在未来将围绕存在的不可持续的部分，推动社会发生变化。

这种想法并不新鲜，在不同程度上推动了很多年。

可持续产品设计包括三个方面：环境、经济和社会的可持续发展，一个好的产品，将会最大化这三个领域。

可持续发展的设计是一个
相对较新的学科，目前有少数模型在产品设计项目中只用。

作为一个试图解决上述三个方面的可持续发展的设计关系，提出了一些常见的模型，以帮助可持续产品设计管理。

然而，应当注意的是，所有这些模型往往把重点放在环境和经济问题和一些尝试，以解决更广泛的社会和伦理问题，他们没有考虑设计质量的因素，影响了产品的寿命，以及其本身可持续性。

二、设计质量和可持续性的关系
应该指出的是可持续的产品设计上的大部分文献中往往专注于
技术上降低物料，资源和能源使用对环境的影响。

很少涉及“设计质量”作为一个因素在改善产品寿命上的作用。

延长产品的使用寿命，并因此减少了对环境的影响。

设计质量很难界定，因为它通常被认为是主观的。

设计质量对一个产品的寿命有着直接影响。

那么设计师如何提高设计质量以提高产品的寿命？在现阶段看来，至少有两个方面的因素会对设计质量和产品寿命产生消极影响。

第一个因素是，设计与制造之间的妥协。

由于产品制造技术的限制，设计师最初的设计版本会根据产品制造方式的要求作出相应的妥协。

这意味着产品可能会失去原本设计中存在的优点。

另一个方面的因素是，根据现有的制造技术，产品都是为了大量生产设计的，这就造成了产品可供所有人使用，但却并非对每个人都是理想状态。

增材制造这个相对较新的技术，可以为可持续产品设计提供一个具有很大潜力的工具。

三、增材制造
增材制造（additive manufacturing，am）技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。

近二十年来，am技术取得了快速的发展，“快速原型制造（rapid prototyping）”、“三维打印（3d printing）”、“实体自由制造（solid free-form fabrication）”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。

am技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。

而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。

（一）大量定制。

使用增材制造技术，部件可以随时生产，而不用前期投入大量时间生产磨具。

而库存也可以有效地降低，因为零部件可以随时制造，所以不需要储存不同的部件备用。

从产品设计的角度来看，这也意味着，在不影响成本的情况下，产品的每个部件可以使完全不同的。

这就为大量定制开启了一扇大门。

通过互联网技术，提取用户的不同需求，针对每一位客户的不同需求，使用增材制造技术，制造出使用特定部件的特定产品。

个人化的数据包括从特定的尺寸和形状的数据到数字化的外形扫描，甚至包括内脏或骨骼的mri扫描数据。

现在已有一些优秀的
工具来获得这些数据，已经存在的包括如激光扫描仪，人体扫描仪，核磁共振机等。

再有就是个人口味的数据，如颜色，纹理，使用模式，以及更多需要被采集的数据，以进一步帮助提供产品定制。

对于这种新的设计方式，设计师们需要找到新的方法来将采集到的大量的个人化的数据集成应用到设计当中。

在某些方面已经开始取得了进展，特别是在助听器和牙科行业存在专门的软件，其中从患者数据采集部分到生产过程都是自动化的。

现在这些需要被扩展的其他部分，包括消费品行业。

这样的定制化，能对产品的寿命产生相应的影响。

客户会更加珍惜针对自己特定需要所制造的产品，并且能更好的理解产品，以更加正确的方式使用。

（二）设计的自由度。

由于传统制造技术的限制，设计者最初设想的美学与功能性需要向，成本妥协。

对于制造技术限制的妥协，有可能会是设计精髓丧失。

使用增材制造技术，复杂性和几何尺寸不再会影响制造。

设计师所想象的所有东西都能够原原本本的还原出来。

（三）增材制造的注意事项。

增材制造不会消除所有制造技术的限制。

设计师们如果想要合适地使用新的技术，就要理解新技术所带来的设计的新的思考方式。

在增材制造中需要被设计师注意的事项：
封闭空隙：部件由熔融态的粉末材料累积而成，完全封闭的空间会造成不能取出多余的材料。

表面处理：由于是一层一层累积而成，在部件表面会形成细微的分层，所以后期需要进行在加工。

应力：因为打印是以x-y平面建构，在z轴方向，分层累计，所以不同方向的应力属性不同，设计时应考虑设计部件工作过程中的应力状态。

四、总结
增材制造技术为建立可持续的产品设计，同时最大限度地提高产品的经济和社会影响，尽量减少对环境的任何有害影响提供了可能。

它为设计师的想象力提供了最大限度的自由。

增材制造已成为先进制造技术的一个重要发展方向，有着广阔的发展前景，也存在着巨大的挑战。

该技术将向着三个方向发展：一是日常消费品制造方向；二是功能零件制造方向；三是组织与结构一体化制造方向。

未来需解决的关键技术包括：精度控制技术、高效制造技术、复合材料零件制造技术。

增材制造技术的发展将有力提高我国工业产品和日用消费品的创新能力，支撑我国由制造大国向制造强国发展。