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    打印出一个三维世界
    作者:张莹    文章来源:《天津美术学院学报》2013年第02期    点击数:1946    更新时间:2016-3-29

       3D打印是近两年来一个热炒的技术产品,在2013年2月光大证券发布的3D打印产业研究报告中,称3D打印技术在全球范围内已经形成了一个规模16.8亿美元的新兴产业,预计到2015年市场规模可达38亿美元。但是这个所谓“新兴”的3D打印机,自从1986年由美国人Charles Hull发明以来,已经存在有二十七年的历史,那时还只是被制造业以及产品相关专业的人员所熟知。3D打印技术的出现,对于工业设计中的新产品开发无疑起了促进作用。比如可以用3D打印的手机手板代替全手工制作的手板,不仅节约了大量的时间,而且还减少了成本。而近几年来,3D打印技术的发展和普及化,以及它与互联网技术结合的前景,受到了国内外很多人的追捧和热炒,一些有远见的业内人士预测3D打印机的发展可以改变现有制造业的传统格局。假设我们现在对于3D打印的乐观预测将会在不远的未来被验证,那届时3D打印会给制造业链条上的工业设计带来什么样的变革?作为工业设计师我们应该如何认识和使用这项技术,以及面对它带给我们的变化?

     

    一、3D打印的现状

    1986年,Charles Hull发明了一种能把电脑上看到的图像迅速转化成实物的技术,就是我们今天的3D打印机的雏形。1988年Hull在他自己成立的3D Systems公司推出了第一台商用打印机,打印适用的材料为丙烯酸树脂,打印机的价格高达80万美元。2013年,虽然大部分工业级打印机价格都还在1000美元之上,但是Portabee公司2012年发布的新品已经把价格降到了500美元。国内,深圳维示泰克公司最便宜的机型现在只要3000元人民币就可以买到,当然,它们生产产品的精度还极其有限。3D打印技术在原理上并不复杂。与传统制造业在材料上做减法不同,它奉行的是加法守则。要打印一个东西,你首先要有一张3D立体图,配套的软件会把这张图上的物体进行一系列数字切片,并将切片信息传送到打印机,打印喷头立刻启动,根据切片信息,一层层极薄地堆叠出立体物件,所以它也被称为“添加式制造”。目前最常见也是最便宜的3D打印机,使用的材料是热塑性塑料条。

              

    这种被称为熔融挤出成型(FDM)的打印方(图1),是通过一个微孔挤压出因为加热而熔化的塑料,然后将塑料层层重叠,建造托盘上将它塑造成型。更高端的3D打印机是通过使用激光在材质盆中硬化液态树脂,这种打印机被称为立体光刻(SLA),或者层层硬化粉末状塑料、金属、陶瓷材质,也就是所谓的激光烧结(SLS)。如同我们的普通打印机一样,未来3D打印机的方向也是朝向专业和家用两级化发展。激光技术精度高成本高,适合专业化工业级别的生产,而熔融挤出更适用于家用。3D打印机对于专业设计师而言无疑是实现复杂形态的便利工具。比利时Materialise公司自1990年起就一直致力于快速成型领域的开发与研究,为了推广3D打印技术,Materialise公司有很多和设计师合作的跨界项目。比如,2004年它与法国设计师Patrick Jouin的合作,让设计界开始对于3D打印技术有了一个明确的认识。

     

     

    Patrick分别利用立体光刻(SLA)和激光烧结(SLS)两种3D打印技术设计并制造了Solid系列中的Solid C2(图2)椅和Solid T1(图3)边桌。这两件产品的复杂形态都是用传统工艺难以加工成型的。而2007年Patrick又利用3D打印设计出名为OneShot的折叠凳子(图4)。这个设计不仅仅局限于复杂的外部形态,而在于探索3D打印对于内部结构的创造性。整个折叠凳子上面没有任何零件装配,全部关节都是通过3D打印而成。不仅如此,2008年3月4日,由Materialise参与生产的Pininfarina Sintesi概念车在78届日内瓦国际车展中展出;Materialise和时装设计师Iris van Herpen一起合作的3D打印时装(图5)更是在2013年初的巴黎时装展上出尽风头。

     

     

    二、3D打印的未来

       快速地生产出有着复杂形态的产品,给设计师们疯狂的想法一个有效便捷的解决方案,表面上看这些似乎是3D打印暂时能给我们带来的改变。但是当我们把它和互联网、云技术、开源共享和大数据这些时髦的词汇联系在一起看时,3D打印提供给我们的技术可能性有了一种全新的含义,瞬间它成为了一个颠覆制造行业的关键性技术。有乐观者大胆地预测,3D打印不是要取代某个制造业,而是要取代所有的制造业。3D打印在生产方式上会给我们带来定制化生产方式的变化。因为互联网和制造业的紧密联合,客户愿意并可以与制造厂家一同完成产品设计。产品生产由模式化大批量转为定制化小批量,导致一些传统的大工业生产线消失,仓储等供应链简化,而世界制造业经济布局也将为此而改变。

     

        在《未来的3D打印理想》(图6)的动画短片里,是这样描绘打印世界的:从前,一个男孩的父母送给他一个在亚洲大批量生产,然后被集装箱运送到欧美的玻璃杯,但是玻璃杯被打碎了。现在,男孩需要一个新的玻璃杯。他只需在网上用google搜索他喜欢的厂家。然后他会在在线软件中选择他喜欢的模块,用来定制杯子的大小、颜色,直接参与设计产品,并上传他自己定制的产品。最后保存文件到移动存储U盘中,到离家最近的打印店直接打印他自己参与设计的玻璃杯。这部分的场景实际上在3D打印发展发达的地区,比如荷兰、美国甚至国内的杭州、北京和西安,都是可以实现的。未来,玻璃杯再次被打碎,曾经的男孩变成了老人,老人的孙子带来了可以随身携带的3D扫描仪,扫描杯子碎片并在电脑上还原了它曾经的形态,并且运用云技术分析出杯子的材料成分,然后对它的材料进行了改善。接着老人从离家最近的材料商店买来盒装的原料,像我们给传统打印机注墨一样将原料盒注入家用3D打印机中,在很快的时间内一个全新不会摔坏的玻璃杯就打印完成了。如果真像短片中所预测,那么未来3D打印会极大地改变我们的生活。而这种改变实际已发生多时,从电脑的发明到互联网的蓬勃繁荣都是这场革命的一部分,正如Chris Anderson在《创客:新工业革命》中这样的一段描述:“制造业本身正处于向数字化转变的过程中:实体物品已经成为屏幕上的种种设计,而这些设计可以文件的形式在线共享。过去几十年间,工厂和工业设计工作室经历了这样的转变;时至今日,这样的转变终于发生在客户的电脑上和地下室里。从零售业到出版业,一旦一个行业转向数字化,就将经历深远的变革。最大的变化不是制造过程本身,而是谁在做。只要可以在电脑上完成,也就意味着人人可以参与,这正是制造业正在经历的改变。”

    三、人人都是设计师

        人人可以参与,意味着设计师与用户之间的关系也将产生一场变革。对于专业设计师来说,3D打印无疑是革命性的进步。我们只要了解计算机控制程序和它的必需的一些打印要求,而无需再去了解成百上千种传统不同的制造工艺和过程。与此同时,对于乐于享受定制服务的客户来说,设计软件的简单易操作化和3D技术让他们更多参与到设计中来。用户不再被动地接受,而是参与到创作中来,提出并完成自己的需求。设计师与用户之间的互动也不再是传统的市场调研和售后评价。这种互动的销售模式在今天已被初步践行,比如Made.com的家具销售模式,先让消费者决定生产哪些设计,然后在中国生产,销往欧洲。虽然消费者不直接参与设计,但是仍然对设计有直接的生产决定权。另一方面,因为设计的产品将会大批量生产,所以我们设计的产品除非特别针对于某类特殊人群不会过于细化。但是如果可以定制化生产,作为设计师除了做出一个基本的设计模块,还需要针对不同的细分的需求设计出各种附属模块,可以提供给不同的受众人群。比如设计工具类产品的特殊设计模块给左撇子,或是盲文指示模块给盲人使用者,家居设计中附加的设计模块给儿童或孕妇。由于制造模式的改变,会让我们不仅可以按需生产,还可以达到按需设计。

    四、值得讨论的问题

        当然,任何新的技术在给我们带来便捷的同时,也会相应带来一些争议。比如,由于3D打印的开源特性,引起了“维基武器”项目,一些用户无需登记,就可以利用打印机和零件组装手枪。虽然在2012年12月的美国胡克小学枪击案后,这些图纸被Makerbot公司设立的网站撤下,但是3D打印的随意创造的特性,在没有法律监管的情况下还是会让用户制造出一些危险的产品。另一个被广为讨论的问题就是它为知识产权带来的麻烦。如果图纸一经下载后就可以方便地打印,制出产品,那设计师如何保护自己的劳动成果?知识产权得不到保障和维护,如何驱动新的创造力和创新的力量?会不会由此引发大量的盗版问题?可能这些问题不只值得讨论,更需要我们随着技术和市场的发展不断地完善我们的法律和监管。由于目前3D打印的耗材有限,现有的市场上的材料多为石膏、塑料、可黏结的粉末颗粒、光敏树脂、沙土等,制造精度、复杂性、强度和质感都达不到高要求,主要应用于模型、玩具等轻工业民用产品领域。制造单件产品成本还是远远高于大批量生产的商品,暂时无法规模化。所以真正要做到取代传统机械大制造还是尚需时日。

    五、结论

    3D打印技术的诞生是我们追求无尽的速度与发展、便捷与解放的结果。在讨论这项技术将带给我们的变革时,我想到曾经看到过的另一个设计案例。荷兰设计师Tomas Gabzdil Libertiny在Eindhoven设计学院做了蜂蜡系列作品。他把蜂蜡制成简单的花瓶形状,然后把上万只蜜蜂和花瓶原型一起放入蜂箱。一周以后,蜜蜂在已有的花瓶原型结构上建构了自己的蜂巢,让花瓶的结构膨胀。

     

    Tomas称这个创作过程为慢速成型(slow prototyping,图7)。对比快速成型的作品,它的制作过程虽然耗费时间,却正因为时间的消耗和自然生长的过程而显得珍贵。自然和制造结合在一起,给了人们更多的感动和思考。工业设计诞生于工业化社会萌发进程中,是对社会大分工、大机器生产机制的协调和修正。不管计算机互联网和3D打印技术的结合会给制造业带来怎样的变革,工业设计的本质是不变的,是解决和协调人与物之间的关系。产品不仅从物理层面,更在精神层面上带给人们享受。不管是使用传统手工工艺,还是3D打印技术,设计的本质在带给人们美好的生活这一基本出发点上是不会改变的。 


     
     
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