3D打印在创意设计中的应用
许力 邹勤
摘要：随着3D打印技术的快速发展和不断成熟，3D打印已广泛应用于创意设计领域。本文以笔者的3D打印设计作品为例，以3D打印技术给创意设计带来的变化为切入点，分析3D打印术语境下设计生产方式、设计思维、表现形式等方面的特点，探讨3D打印技术在创意设计产业中的实际应用。
关键词：3D打印 吉祥物 创意设计
中图分类号：TB472
文献标识码：A
文章编号：1003-0069（2016）-03-0114-02
3D打印技术的出现使产品的生产方式发生了变革。3D打印规模小、生产环节少、快速成型，以及个性化生产的特点符合设计行业的需求，得到了设计师们的青睐。设计师不再局限于传统制模的生产方式，尝试采用3D打印技术进行创意设计产品的生产制作。随着3D打印技术在设计中的应用，设计师的设计思维也随之发生了变化，设计表现形式也呈现出了新的特点。
本文以笔者设计吉祥物“乒乒”为例，从生产方式、设计思维、表现形式等角度，探讨3D打印技术在创意设计中的具体应用。
一吉祥物“乒乒”的设计构思
吉祥物“乒乒”是笔者参加2015年在苏州举办的第53届世界乒乓球锦标赛吉祥物征集比赛的作品，该作品荣获了此次大赛的二等奖。在设计构思过程中，笔者分别从造型、色彩和名字三个方面进行切入。笔者首先分析了举办地苏州的地域特点：苏州具有江南水乡的地域特色，有“东方水都”之称。因此，为了体现出世乒赛举办地苏州的水乡特色，笔者以水滴作为设计元素，通过拟人化的表现手法，塑造出一个活泼、可爱、亲切的水娃卡通形象。该吉祥物的整体造型由水滴流动演变而成（图1），头饰设计成水花溅开的效果，使整体造型更生动活泼。吉祥物的颜色选用蓝绿色，使吉祥物焕发出青春与活力。为了体现出乒乓球运动健儿顽强拼搏、勇于挑战的体育精神，笔者给吉祥物取名为“ping ping乒乒”，也是“拼拼”的谐音。（图2）
二生产方式
在产品开发设计阶段，设计师需要将设计构思通过模型真实地表现出来，以便发现问题并及时加以改进，同时，在模型制作过程中还要通过尝试不同材料和加工工艺从而找到产品生产的最佳解决方案。传统的模型制作需要制作模具，不同的材料使用的模具也不尽相同，生产过程既耗时又耗力，也带来了高昂的设计成本。因此，在吉祥物“乒乒”的设计过程中，笔者采用了激光雕刻，激光切割和3D打印三种即时生产的方式制作吉祥物“乒乒”的模型。激光雕刻是以亚克力材料的两个面为基础，在底面反向雕刻出二维图形，产生一定的凹度；而另一面则是平滑的，透过透明的材料可以观看到吉祥物的正面造型，通过这种方法笔者可以将吉祥物“乒乒”的二维图形效果完整地再现出来（图3）。激光切割是将亚克力材料切割挖空，得到一个有一定厚度的吉祥物，这种方式虽然给二维图形增加7--定的厚度，使其有一定的空间感，但空间感层次不够丰富，较为呆板，并不能完全真实呈现吉祥物“乒乒”的三维空间效果（图4）。为了真实地表现出三维立体的“乒乒”，笔者采用了3D打印技术进行模型的制作。3D打印技术可以将二维图形在不同角度的造型准确地呈现出来，完全再现三维效果，使吉祥物更加立体真实。采用增式制造原理的3D打印，在设计生产过程中不需要制作模具，可以随时打印出样品并进行设计细节调整，相对于传统的减式制造原理，减少了生产环节，缩短了生产周期，降低了成本，提高了效率，从而使设计生产更具灵活性，拥有更大的自由度。
三设计思维
一般来说，设计师在设计构思阶段都需要考虑产品的制作方式及材料等因素。因此，3D打印这一新生产方式的出现对设计师的设计思维产生了一定的影响。在53届世乒赛吉祥物征集大赛中，组委会要求吉祥物的造型要易于制成模型、纪念品等立体化展示，并考虑在各种载体和环境中运用。为了易于制作，笔者在初步构思阶段把吉祥物“乒乒”的外形设计得简洁概括，即便是细节较为复杂的头发部分也尽量设计得简单，将头发分布在一个平面上，没有角度的变化。在进一步设计时，笔者尝试采用3D打印技术进行生产制作，这样在设计构思过程中就不再需要考虑模具制作工艺和难度的问题，于是在其额前增加了垂下的两列额发，使得吉祥物头发的细节更加丰富生动，更有空间感。可见，设计师的设计构思会因产品生产方式的不同而发生变化。3D打印技术可以生产出传统制造方式难以制造的形态和结构，设计师通过这一技术就可将具有复杂图案和造型的设计模型快速转化为实物。这让设计师可以摆脱传统生产加工工艺的束缚，将精力专注于设计，充分发挥想象力和创造力，大胆自由地进行创作，构思出样式丰富的造型。
四表现形式
打印技术选用的不同，3D打印制品在材料、肌理、色彩和强度等方面也会呈现不同的形式特点。因此，设计师在设计创意产品时，需要充分了解各种3D打印技术的特点并根据需求选择相应的打印机型。目前市场上主流的3D打印技术有FDM、SLA、3DP、SLS等。
（1）在3D打印技术中，FDM技术制造简单，制造、维护和材料成本低廉，设计容易，因此也是家用桌面3D打印机使用最多的技术。FDM，全称Fused Deposition Modeling，即熔融沉积快速成型技术，它是将丝状热熔性材料（材料以ABS和PLA为材料为主）加热融化，通过喷头将熔融的材料涂覆在工作台上，材料冷却后开始固化，通过层层堆积形成最终成品。FDM技术打印精度不高，打印出来的产品边缘因分层沉积而产生条纹效果，外型较为粗糙。因此，虽然这一技术成本低，但为了追求更精细的造型，笔者没有采用FDM技术打印吉祥物“乒乒”。
（2）SLA是Stereo lithography Appearance的缩写，即立体光固化成型技术。打印材料使用液态光敏树脂，当这种液态树脂接触到紫外线的时候就会变成固体，层层叠加形成三维实体。SLA是目前3D打印技术中精度最高的技术。由于光敏树脂成型前是液态，无颗粒感，因此用此材料打印出来的实体表面效果是最光滑的，制作出来的样件呈半透明状，外形美观。设计师如果想设计具有透明感视觉效果的产品，可以考虑选择SLA技术进行打印。但SLA技术的设备成本、维护成本和材料成本都远远高于FDM。
（3）SLS，Selecting LaserSintering，选择性激光烧结技术，是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，由计算机控制层层堆结成型。与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛，包括金属粉、尼龙、TPU等，因此其表现形式也更为丰富。例如具有柔软弹性的TPU材料，在薄的时候会非常柔软，在厚的时候则变得很硬。设计师在设计穿戴产品时，可以选择TPU材料制作出柔软的产品造型；在设计现代艺术品和装饰品时，则可以选择金属粉材料制作出坚硬牢固的产品造型。SLS使用的一些材料需要后期处理，后期处理难度较大，再加上SLS设备成本高，目前应用范围主要集中在高端制造领域。
（4）3DP，Thtee Dimensional Printing and Gluing，三维粉末粘接技术。笔者设计的吉祥物“乒乒”就是采用3DP技术打印出来的。其工作原理为先铺一层粉末，然后使用喷嘴将粘合剂喷在需要成型的区域，让材料粉末粘接，形成截面，然后不断重复铺粉、喷涂、粘接的过程，层层叠加，最终得到打印出来的实体吉祥物“乒乒”（图5）。这种技术打印的成品表面会呈现粉末状的质感，虽然在精细度和光滑度上都不如SLA，强度也不高，但也能很好地表现细节，精确打印出吉祥物的脸部特征；在强度方面，可以通过一系列的后续处理工序，提高其成品强度；此外，其设备和材料费较低，因此，对于这个吉祥物“乒乒”来说，3DP技术是一种较好的选择。笔者选用的zcorporation zprinter 310Plus打印机是单色打印机，在打印完成后再通过后期加工给吉祥物“乒乒”上色。实际上3DP技术是能够直接输出彩色打印产品，色彩方面非常丰富。设计师如果设计的产品是具有丰富色彩的视觉效果的，可以选择3DP打印。
3D打印是新生的生产方式，其技术和材料正在不断地更新发展。设计师在设计过程中需要考虑3D打印生产制作的特点，从而更好地进行创意设计。
五结语
采用3D打印模型，既能完全真实地表现吉祥物“乒乒”的三维效果，又设计开发成本得到了有效控制。没有了大规模生产带来的开发成本制约，以及复杂造型的制作工艺限制，笔者在创作过程中更加自由。随着3D打印技术的普及，每个人都可以在家里独立完成设计、生产等环节。3D打印技术改变了传统的生产模式，使得生产由大组织分散为小组织，由群体分散为个体。设计师不受生产方式的限制，可以大胆创意，思维更自由。此外，3D打印新技术、新材料的不断开发，也丰富了设计的表现形式，拓展了设计作品的空间表现力。3D打印技术的不断发展，设计与不同领域间的跨界合作，促进了跨界文化的交流与融合，设计文化也更加丰富和多元。
