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3D打印技术在室内设计中的应用分析与展望

范文

杨茜婷　周峰越

摘要：为了分析3D技术如何在室内设计中应用，提出这项技术的节能环保的优势，并指出未来的发展方向和研究意义。通过介绍3D技术，结合实际成功的应用案例，对该技术在室内设计中的应用进行分析。研究表明3D打印技术确实具有绿色环保高效节能的优势，未来与人工智能结合对室内设计行业有很大的应用价值。3D打印技术是一项环境友好型的新型科技，不仅可以帮助设计师解决室内外产品特殊曲面角度问题，更可以节约人力物力财力，创造出新颖多元化的产品，未来与人工智能结合后可以更加方便，智能地为设计师服务，为更多人提供舒适、自由和人性化的环境空间。

关键词：3D打印技术室内设计人工智能

中图分类号：TB47 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）08-0140-02

前言

当前人类所面对的最为重要的技术社会变革，就是人工智能的发展，也可以认为是互联网诞生以来第二次技术社会形态在全球的萌芽，从2017年智能社交机器人Sophia被授予沙特公民開始，Alpha Go战胜人类围棋比赛已经成为过去。人工智能（AI）赋予了机器一定的视听感知和思考能力，不仅会促进生产力的发展，而且也会对经济与社会的运行方式产生积极作用。在未来几年内，人工智能和机器人给世界带来的影响将远远超过个人计算和互联网在过去30年间已经对世界造成的改变。本文主要探讨未来3D打印技术与人工智能结合以后，对室内设计领域的影响，以及对未来即将发生在室内设计行业的改变进行大胆的假设和猜想。

一、3D打印技术的概述

（一）定义

3D打印技术（3 Dimensional Printing），是一种以三维数字模型文件为前提基础，运用多种粉末状、线状或液态的金属、塑料等具有高可塑性、可黏性材料，通过逐层叠加打印的方式，最终将计算机上的虚拟三维模型实现实体制造的技术。

（二）3D基本打印类型及对应原材料

1.熔融沉积型（FDM）：FDM（Fused Deposition Modeling），这项3D打印技术于1988年被美国学者Scott Crump研制成功。即利用高温将材料融化成液态，通过可在X-Y方向上移动的喷嘴喷出，最后在立体空间上排列形成立体实物。FDM使用的原材料主要有聚丙烯、ABS铸造石蜡等。

2.喷墨沉积型（3DP）：也被称为黏合喷射、喷墨粉末打印，工作方式和传统的二维喷墨打印最为接近。和选择性激光烧结型（SLS）工艺相似，3DP技术也是通过将粉末黏结成整体来制作零部件，但是它不是通过激光熔融的方式黏结，而是通过喷头喷出的黏结剂来完成黏结工作。

3.分层实体制造（LOM）：这是一种薄片材料叠加工艺，又称为层叠法成形，一般以纸片、复合材料或金属薄板为原料，由激光切割系统按照计算机内的数字化数据，将涂有热熔胶的材料用激光切割出内外轮廓。

二、3D打印技术在室内设计的应用分析

（一）3D打印技术在室内设计中应用的优势

近几年来，3D打印类产品越来越多地出现在大众视野中，这些产品跳出了原有材料及规整几何形态的束缚，给予消费者强烈的视觉冲击感，改变了我们千篇一律的生活居住空间。不仅如此，3D打印技术还具备着传统制造业没有的优势：

1.高效率与低成本：3D打印技术能大幅度提高了生产效率并且降低生产成本，传统制造业成本的高低和所加工的商品造型及结构息息相关，受到直接影响，3D打印技术能够通过一层层堆积成型，采用“增材成型”的方式，节约了材料，减少了资金的投入。

2.高品质与低耗时：3D打印技术还能做到省时省力的同时保证高质量的产品输出，2016年5月，迪拜推出了全球首座3D打印办公室，这幢建筑是以一种特别的水泥混合物为原材料，使用一台6×36×12米的3D打印机建造，占地面积250平方米，耗时仅用了17天建成，削减了50%至70%的建造时间，节省了50%至80%的人力成本。

3.高精度与多元化：除此之外，3D打印技术在近几年在制造精度上飞速提升，制造精度已从早期的毫米级逐步提升至20mm以下，已能够满足大部分工业级产品制造的精度要求，尤其是在航空航天、核电等精密仪器制作行业。随着3D打印逐步多元化，“所印即所需”在未来将会变成现实，无需了解复杂制造工艺和产品加工技能，只需要一台3D打印机就能实现定制化设计。

（二）3D打印在室内设计中不同打印范围

1.建筑物打印：3D建筑打印是利用工业机器人通过逐层累积最终形成一个自由形式的建筑结构成品的新兴技术。其构成和传统打印机基本一样，都是由控制系统、机械系统、打印喷头、建筑打印材料组成的。根据电脑上设计的完整三围模型数据，通过运行程序将材料分层打印输出并叠加，最终将计算机上的三维模型变成建筑实物。以往的3D打印技术只能进行打印，无法自动识别难点，进行纠错分析，但是现在最新的科技已经将3D建筑打印技术和人工智能相结合，使机器能像人类一样“自主”打印并“发现错误”和“纠正错误”，AI Build公司就是这方面的创新者。

2016年10月，AI Build公司创建了一个长“眼睛”的人工智能3D打印机器人，如图1所示。这个机器人打印出一个长宽各5米，高4.5米的建筑结构，建筑名称叫作Daedalus亭，其体积大到足以容纳几个咖啡桌，造型优美而充满科幻感，如图2所示。而且这个机器可以自己监测打印过程，并自行进行错误纠正。AI Build的创始人认为，“一方面，我们拥有全自动化的生产管道，另一方面，我们却要完全依赖人类劳动力。”坎姆认为如果打印技术变得更高效，这个问题可以解决，“我们想要根除障碍，利用计算机设计某些产品，然后通过3D打印的方式制造它们。”

AI Build公司通过三个方面的创新，改变了传统3D打印昂贵耗时的缺点，增加了打印的精度和范围。首先，研发团队将3D打印头绑在KUKA机器人的机械臂上，同时利用编程控制机械臂，从而完成一些复杂部分的打印。其次，团队采用了他们采用了网格状的叠层式设计，这样便能在耗材较少情况下，保证支撑结构的稳固，从而降低打印成本和时间。最后，cam和他的团队在机器人身上加装了摄像头，并使用NVIDIA GPU计算平台来运行视觉学习算法和计算机深度，来分析3D打印对象的结构。Cam表示：“我们的目标是，在现实环境和数字环境中打造一个有效的反馈回路。”从成功的案例不难看出，3D打印技术可以完成建筑外部及内部梁柱等支撑结构的打印，这为设计师天马行空的想象力提供了良好的输出平台，并降低了建筑成本。

2.室内家具打印：建筑事务所DUS是建筑3D打印的专家，目前，DUS设计的定制家具将3D打印与新旧材料相结合，配合传统工艺，从而带来拥有全新功能和触觉体验的家具。“景观”桌这个设计将3D打印的结构与环氧树脂结合，形成了从半透明桌面偶然浮现的立体波纹景观，用来展示小册子、杂志或小物品可以放在雕刻出的立体图案上，如图3所示。Werteloberfell是2007年成立于德国的设计工作室，世界各地的博物馆都有他们的作品收藏。Gernot和Jan善于用3D设计结合有机造型，给予产品美好的逻辑语言，实现完美工艺和人机工学。数学方法计算的分形模式被Fractal.MGX用来模拟家具设计，通过让相似地方不断复制，实现有机生长。茶桌是由树干状的桌腿来支撑，桌腿向上延伸形成树枝状的支架撑起桌面。整个设计高度复杂又条理清晰，是过去的制造技术难以做到的。另外，3D打印技术对于传统家具修复还原、对于设计师在此基础上进行现代家具的创新和文化的传承有重大的实践指导意义。

3.室内装饰品打印：3D打印技术可以帮助设计师解决家居装饰产品特殊曲面角度问题，例如利用PLA塑料制作的花瓶，这是一种利用可再生的植物资源所提取出的淀粉原料制成的新型生物降解材料，加工方便，应用广泛，而且拥有良好的光泽性和透明度及良好的抗拉强度及延展度，如图4所示。还有陶瓷材料可以利用3D打印技术，应用在炊具、餐具（杯、碗、盘子、蛋杯和杯垫）和烛台、瓷砖、艺术品等家具装饰材料中，3D打印的陶瓷制品不透水、耐热、可回收、无毒但是强度不高，如图5。

三、3D打印技术未来发展前景

从整体建筑方面来看，随着技术和市场的成熟，3D打印可能会变成现在建筑技术的状态，如预制一承包商可根据需要从专业分包商那里获得，或者重点可能落在专门的设备上，承包商可以从设备供应商租用或租赁。未来，3D打印技术将会结合人工智能，使得打印机不仅能够“昕瞳”人的指令，还能自动“感受”人的需求，识别打印过程中的错误并纠正。就像AI Build的创始人和CEO Daghan Cam提出的最终愿景是解决现阶段3D打印技术小规模生产和大规模工程建设间存在脱节现象，把人工智能引入建造环境来彻底改变建筑业。从局部室内空间来看，未来设计师可以利用机器人恨据图纸方案和设计意图自主建造房屋复杂的结构，家具、地板、墙面以及陈设品的室内装饰产品设计，创造出更加新颖独特的定制化陈设产品，做到设计过程省时、省力和省材，高效率、高精度和高环保，让每个人都能拥有高品质的生活家居。

而且现在还有了“云分享”平台，是依托互联网各个终端的用户为一个数据库云，在将来设计师们可以用一种共同的方式将自己的设计资源上传到“云分享”，利用各种设计视频、音频、图片、文字与他人互动，真正实现设计的全球化。而且作為数据库云一端的用户不用担心网络安全问题，他所提供的分享资源通过某一协议具有保护的作用。值得注意的是，云端分享需要考虑保障消费者权益责任和设计师的设计产权不受到侵犯等问题。

总结

现阶段，绿色建筑与室内设计中材料的环保性被设计师和消费者广泛的关注，3D打印技术的发展能够从原材料开始就做到绿色环保，这是在传统的家居制造业中不能实现的。3D打印技术以其环保高效，省时省力的工作特点，一定能够在未来引起一场室内设计的创新革命。设计师应合理利用原材料，结合3D打印原理，创造出更多元化的室外建筑构件和室内家具装饰作品，实现室内设计绿色环保、可持续的发展。

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