计算机辅助工业设计与3D打印技术初探
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作者:任文蕾
摘 要：随着科学技术的不断发展，我国涌现出了许多新型专业工具，计算机辅助工业设计就是其中的一种。这一工具产生至今，被各大高校以及各行各业广泛使用，促进工业生产向更精细化的方向发展。伴随着计算机辅助工艺的不断创新和发展，3D打印技术出现，给工业设计领域的各个行业带来了新的机遇。它突破了以往工业设计中误差高、资源浪费的局限性，结合计算机辅助工业设计应用到工业生产中。但我国的3D打印技术起步较晚，在实践过程中还存在一系列的问题，需要引起人们的重视，不断推进技术改进，使其适应行业的发展需求。本文主要对计算机辅助工业设计与3D打印技术进行分析，促进它们之间更好地结合。
关键词：3D打印技术;计算机辅助工业设计;概念;结合
我国工业设计从产生至今已经有100多年的历史，从单个产品设计到后来对产品的整个周期进行设计，这一发展过程见证了各种各样设计技术的出现。我国在改革开放以后，工业生产才有了进一步的发展，各种技术才相对成熟起来，并应用计算机技术，参与设计、生产、制造等各个环节。计算机技术的应用使我国的工业设计越来越蓬勃，3D打印技术也随之产生并在2010年趋于成熟，逐渐运用到工业设计中，取得了较好的成就，极大地缩短了设计周期。从此我国对3D打印技术和工业设计领域的结合进行研究，旨在制定更为高效的设计方法，促进工业设计不断发展。
1 计算机辅助工业设计概念
计算机辅助工业设计又叫CAID，它是在CAD的基础上发展而来，主要针对的是创造性的工业设计，旨在提高方案的可靠性和科学性。CAID系统主要与互联网、硬件、软件、存储、通信等技术相结合，融合计算机与工业设计的特点，在传统的工业设计的基础上进行改造，在设计方法、质量、效率上都有了很大的提高。[1]计算机辅助工业设计也是一门学科，被各大专科学校以及高等院校列入专业教学，成为一门专业基础学科。在学科安排中，需要学生掌握基本的CAD技术、多媒体技术、模糊技术、人工智能技术、虚拟现实技术等。[2]
CAID系统的主要内容有数字化装配、数字化建模、数字化制造等。其中数字化建模是指设计者在设计之前先安排一些图形模块便于后续建模，在建模过程中，设计者可以改变图形的尺寸，任意一个图形尺寸的改变都会影响其他图形甚至产生新的图形，这样能够充分发挥设计者的创造力;数字化信息交换是指利用信息化网络平台，实现资源共享;信息化装配是指设计者在建模后利用该系统进行预装配，从而可以直观地看到自己的建模效果，反馈相关指标信息，有利于及时发现问题并修改;数字化制造是指该系统能够自动识别模型，安排加工数据、特征、轨迹等，并且能够很好地预测、分析一些制造工差。[3]
利用计算机辅助工业设计，需要对设计产品进行可视化设计。例如草图、效果图、模型图等，在进行效果图设计时一般会运用一些构图软件，如平面类的Photoshop、Coreldraw，三维类的3Dmax、Rhinoceros等。只有在构建好效果图之后，才能够对设计进行进一步的模型规划，如数据模型的构建需要使用CATIA、Pro/Engineer等軟件，相比传统的手绘过程有很大优势，既节省了时间，又能使设计出来的模型更为直观、精准。[4]我国当前在计算机辅助工业设计软件的开发上有了很大进步，尤其是在计算机技术高速发展之后，这些软件更是向智能化的方向不断发展。设计师的设计理念和构想能够利用这些软件较好地呈现出来。此外，这些软件的学习使用也较为简单，设计师不用花很长时间去学习软件操作技术，能够节省大量精力投入到工业产品的设计中。
2 3D打印技术概念
3D打印技术早在20世纪90年代就已经出现，在当时它主要利用普通打印机的原理，在打印机中加入粉末、塑料等材料，辅以计算机技术，利用逐层打印方法将材料层层叠加起来，最终实现3D打印。这一技术出现后，很多国家纷纷对其进行开发研制，将其应用到航天、建筑、医学、生物、教育等领域中，利用3D打印制造模型或者零部件并取得了一些成就。
在工业设计领域应用3D打印技术，缩短了开发周期，减少了开发成本。在传统的工业设计中，我们可以发现在设计图纸上经常会看见一个手钣模型，这一模型主要是用来检测设计是否合理可行，但是这个模型的设计也需要花费大量的时间和金钱。而3D打印技术能够很好地解决这个问题，它只需一台3D打印机与打印材料就能够很快打印出设计好的模型，而且如今3D打印技术的使用越来越广泛， 3D打印机的价格越来越低，这给企业在工业设计方面提供了较大的便利。
3 计算机辅助工业设计与3D打印技术的结合与提升
3.1 结合设计方法
在3D打印技术未出现之前，我国的工业设计都是依靠手工，这需要设计师花费大量的时间和精力且对设计师的专业要求极高。此外，这方面的技术人才较少，企业需要花重金聘请这些设计师，一旦设计过程中出现问题还需要花费大量时间修改，在一定程度上延长了设计的周期，增加了企业的成本。3D打印技术出现以后，给工业设计领域带来了重大的转机，只需要通过程序的输入编写，将命令传达到打印机中，安置好相应的材料，就能实现大规模的生产。例如日本的动漫玩具是3D打印技术和计算机辅助工业设计相结合形成的产物，设计者的任务主要是对动漫人物进行建模，再利用3Dmax、PS等软件，设计数字模型，最后再将这些数据传送到3D打印机，扩大产量，极大地缩短了动漫手办的生产时间，提高了出口产品的输出量，推动国家经济发展。计算机辅助工业设计结合3D打印技术有较好的应用反馈，目前已在很多行业广泛推进使用，提高了国家的工业生产能力，有效地推动了国家发展进步。
3.2 提升空间
理论上，计算机辅助工业设计可以和3D打印技术结合在一起使用，但是在实际操作过程中存在很多问题，有较大的提升空间。第一，3D打印技术针对的是一些特殊领域，其打印所用的材料较为特殊，而计算机辅助工业设计对材料的性能和适用性都有一定的要求。3D打印技术的材料在现阶段还不能满足这些要求，使得计算机辅助工业设计和3D打印技术的协调发展受到限制。对此，应当提高3D打印技术使用材料的性能，不断提高其适用性。第二，相比3D打印技术，计算机辅助工业设计的发展历史较长，在具体的设计过程中，还保留着传统的设计方式，这给3D打印技术的发展带来了阻碍。基于3D打印技术的设计思路较为领先，与传统的有很大不同。但是，行业内的从业者不能及时调整自己的工作思路，无法实现3D技术与计算机辅助工业设计的完整结合。第三，我国3D打印技术的发展时间不长，起步较晚，在行业内还没有建立起较为完善的培养体系。很多从业者缺乏对3D打印技术的了解，理论知识匮乏。企业也没有帮助他们定期组织培训学习活动，使得他们在应用3D打印技术时出现差错，一定程度上制约了行业的发展，不能紧跟时代的步伐。第四，3D打印技术和计算机辅助工业设计的结合需要一定的软件支持，但是我国当前对这方面软件的开发不如发达国家，使得这两者相结合的过程耗时较长，给企业的生产效率带来影响，不能充分发挥3D打印技术的良好优势，降低企业经济效益。
4 结语
3D打印技术与计算机辅助工业设计的结合是时代发展的必然趋势，它能够帮助企业降低在开发生产过程中的成本，提高经济效益，推动国家工业生产技术不断进步和发展。这两者的结合给各行各业带来了更多的挑战，同时也带来了机遇，需要企业引起重视，加强对3D打印技术材料的研制，改变传统的设计思路，在企业中建立完善的培养体系，加强对技术应用软件的开发，不断给两者的结合提供技术、思想、体系支撑，促进两者向更加完备的方向结合，不断推进我国工业设计行业发展。
参考文献：
[1] 孙健，杨青，汪亮亮.解析3D打印技术与计算机辅助工业设计的有机结合[J].通讯世界，2019，26（11）：99-100.
[2] 段伟.计算机辅助工业设计与3D打印技术初探[J].才智，2019（12）：229.
[3] 于秉利.计算机辅助工业设计与3D打印技术初探[J].科普童话，2017（004）：15.
[4] 王娴雅，蔡倩.基于3D打印技术的工业产品设计预验证研究[J].工业设计，2019（1）：157-158.
作者简介：任文蕾（1999—），女，山东潍坊人，山东科技大学艺术与设计学院2017级工业设计专业本科在读，研究方向：工业设计。
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