工业设计中三维数字化应用过程浅析

三维数字化应用-工业设计的新征程

摘要

近年来，以3D打印为主的新技术的快速发展，三维数字化概念逐渐被人们接受，并拓展到各个行业。工业设计近几年在国内也是越来越受到企业社会的重视，工业设计涉及的多个行业刚好与三维数字化应用相辅相成，互相促进，共同为各行业的升级改造提供强有力的技术支持和设备支撑。在此背景下，文章重点描述三维数字化多行业应用前提下对工业设计过程产生的影响。

什么是工业设计？

工业设计简称ID，指以工学、美学、经济学为基础对工业产品进行设计，将艺术形式、实用性、工艺设计、人类工程学融为一体，关注产品和用户之间的情感交流和用户体验。虽然广义的工业设计包含了很多方面，但是我们经常提到的工业设计主要还是包括外观与结构等的设计过程。

什么是三维数字化？

三维数字化是新近出来的概括性词汇，大体包含了三维建模、三维扫描、3D 打印等，注重三维模型的建立和应用。其主要就是在近几年3D打印技术热潮中应运而生，所以大家比较忽略机床加工、模具生产等三维数据传统的应用技术，我们也是暂且以3D打印为主进行研究。

工业设计与三维数字化有什么关联？

工业设计从制定设计任务书、构思方案、绘制草图、三维建模到制作样品再到工业化生产，这一系列的工作，主要包括设计产品的性能、结构、规格、形式、材质、内在和外观质量、寿命、可靠性等方面。工业设计最主要的目的就是要制作出合适的产品，期间需要三维模型的建立与应用，所以工业设计本身也就包含了三维数字化应用的内容，反之，三维数字化技术的应用又可以促进工业设计更高效高质的开展。

工业设计与我们的生活息息相关，它在我们的生活中无处不在，小到一个矿泉水瓶，大到航空航母都需要工业设计。下面详细了解下工业设计的流程。

1.明确设计内容:

当我们跟客户确定设计合作后，需要了解设计的内容及工业设计所应实现的目标。根据客户的要求或提供的原始产品或产品功能模型，分析产品功能、结构的变化，以此来确定产品的限制条件及重点。

2.设计调研:

设计调研是设计师设计开展中的必备步骤，此过程使工业设计师了解产品销售情况，同类产品竞争者状况，产品使用人群及产品使用者的反馈意见。

3.与客户商定产品粗略结构排布后绘制草图:

在对产品的概念进行定位后，与客户确定产品的粗略结构排布，分析技术可行性，了解客户对产品的基本构思，而后开始进行草图构思。草图构思将决定产品设计70%的成本和产品设计效果，所以该阶段是整个工业设计最为重要的阶段。通过思考形成创意，再基于设计人员的构思，通过草图勾画方式绘制出各种形态的设计信息，确定三、四个方向后再进行深入设计。

4.完成产品平面效果图:

通过平面软件将草图中模糊的设计结果确定化，精确化。这个过程可根据个人习惯通过CAD.AI.CDR等平面绘制软件来完成。通过这个环节即可生成精确的

产品外观平面设计图。可以清晰地向客户展示产品的尺寸和大致的体量感，是设计草图后的更加直观和完善的表达。不过这一步经常会被略过，直接由草图呈现效果。

5.三维建模:

三维建模则需通过三维软件来完成。三维建模即用3D的语言来描述产品形态和结构的过程，它的最大的优点是设计的直观性和真实性，在三维的空间内多角度的观察调整产品的形态，可省去原来的部分的样机试制过程，可以更为精确直观的构思出产品的造型、结构，从而更具体表达产品构思，提高产品设计质量。也便于直观的与客户进行沟通交流。

6.产品设计配色及多角度效果图:

产品色彩设计是用来解决客户对产品色彩系列的要求。通过参照潘通色卡用计算机调配出色彩的初步方案，来满足同一产品的不同的色彩需求，扩充客户产品线。而后渲染多角度效果图，给人更为直观的方式从多个视觉角度去感受产品的空间体量。全面的评估产品设计，减少设计的不确定性。

7.产品结构设计:

在客户确定选择外观后开始进入产品的内部结构设计，包括产品的安装结构以及装配关系，评估产品结构的合理性，而后按设计尺寸，精确地完成产品的各个零件的电子文件和零件之间的装配关系。

8.产品结构爆炸图:

通过各个部件的装配和爆炸，分析零件之间的装配关系是否合理，是否存在干涉显现，分析各个部件的载荷强度。做完整套流程后，对结构设计中的问题进行修改和调整，确定最终的结构文件。

9.模型样机制作:

确定完的设计三维图纸通过CNC(数控加工中心)或3D打印以及后处理工艺，完成产品样机的制作。

10.样机调试:

将全部电路和各个零件装入样机模型，检验结构设计的合理性，观看外观设计的美观度，体验设计产品的使用感受，对出现的问题进行最后的调整，降低模具开发的风险。

以上步骤做完之后基本上就可以形成一个比较完善的产品开发设计的方案了。在这10个步骤中，我们来具体分析工业设计与三维数字化的关联。前面部分属于工业设计中设计前期的准备工作，中间部分属于三维模型的建立部分，后面属于三维模型的应用，整个环节与三维数字化既有相同又有差异，虽然传统的工业设计本身就需要三维建模了，但是三维数字化中三维扫描及3D打印对工业设计还是起到了很大的促进作用，特别是3D打印，三维建模完的数据可通过3D 打印快速形成实物模型，确保精准高效完成模型制作，实现三维设计的外观评审、结构验证、功能测试，还有三维扫描可以对一些复杂曲面的产品进行扫描获取三维数据，大大节省了复杂曲面建模所带来的时间损耗。三维数字化概念及技术的引入，丰富并完善了工业设计的流程，为很多行业高效开发产品提供有力保障。总结，三维数字化对于工业设计的影响主要体现在：工艺革新、流程优化、成本降低、品质提升这四大方面。

比如福建万象三维3D打印，曾为一些汽配厂企业提供工业设计服务，比如汽车油管设计，采用3D打印透明材质把建模好的油管数据制作出来，透明的油管样品可以更好地实现油路测试，并且后期运用工业激光三维扫描仪对成品进行

扫描，再与原始数据进行数模比对，分析生产误差。这些应用可以很好地弥补工业设计过程中时效性、准确性不足的问题。目前中国3d打印市场发展潜力还是很大，主流发展在北京、上海、深圳、杭州这一块，福建的技术仍然远远不够，还需要继续加大发展。