摘 要：3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，是传统制造技术与新材料的完美结合，其应用领域已深入到社会生活的方方面面。本文先就3D打印技术有关的概念、原理及优劣势做一简单介绍，然后讨论了其在艺术设计领域内的应用。
关键词：3D打印；产品设计；环境设计；建筑设计
3D打印技术作为快速成型领域的一种新兴技术，目前正成为一种迅猛发展的潮流，2012年4月，英国著名杂志《经济学人》报道称“3D打印技术是引领未来制造业趋势的众多突破之一，将成为第三次工业革命到来的标志”。 3D 打印技术将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，必将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。3D打印技术已经在机械制造、模具制作、医学方面、航天技术方面等方面都取得了较为普遍的运用，在艺术设计领域，3D打印技术也有着广阔的应用前景。
一 3D打印技术简介
1. 3D打印技术的概念
3D 打印的学术名称是增材制造，因其制造产品的过程是将材料逐层添加结合逐渐成型而得名。3D 打印技术出现在上世纪九十年代中期，即快速成型技 术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
2. 3D打印技术的工作原理
3D 打印技术实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。3D打印技术每一个薄型层面的打印都可分为两个步骤，首先在需要成型的特定区域喷洒一层特殊的胶水，这种液态胶水液滴很小，并且不容易扩散，易于控制。接下来，均勾地喷涂一层薄薄的粉末状原料，当粉末遇到胶水会迅速融合并粘结固化，与此同时，粉末在没有喷涂胶水的区域仍保持原先的松散状态。以此类推，这样一层胶水一层粉末的交替喷涂之后，实体固态模型将会按照原先电脑中设定好的造型被“打印”成型。整个过程完成后，只需将多余松散的粉末扫除，整个产品的造型便会自动呈现出来，而多余的材料还可以继续循环利用。
3. 3D打印技术的优劣势
3D打印的优势主要体现在以下几个方面：一是可以缩短产品生产周期，降低产品生产成本，3D打印技术可优化传统制造加工业生产过程中很多繁复的工序，直接进行复杂结构的制造，从而尽早地发现产品造型及结构设计中存在的问题，减少了因设计的频繁更改而造成随后其他工序的翻工和累加损失，显著提高新产品研发的效率和投入生产线的成功率；二是可以实现产品的个性化定制，传统机械设备受功能的限制，制造出的产品种类十分有限，3D 打印技术的文件设计通过与计算机、互联网相结合，根据每个人的自身情况，尽情的设计自己想要的东西，而不受成本、时间、材料等限制，作为典型的数字制造技术，3D 打印技术真正做到了制造业随时、随地、按需进行定制化生产，真正实现大批量的“私人订制”；三是生产过程更加环保，与传统制造技术相比，3D 打印技术使用计算机设计数字化文件使得产品设计方便随时修改更经济环保，使用增材制造技术减少了材料的浪费，按需定制降低了大规模制造的多余产品堆满仓库对环境造成的负担，另外，分布式的 3D 打印技术可以使制造企业就近进行本地化生产减少了运输过程中的碳排放。
3D打印作为一种新兴的技术，自然也存在需要改进的地方，主要体现在两方面：一是材料科学技术的限制，打印原材料的研发是制约打印技术发展的关键性因素，目前的打印材料都是没有固定溶点的非晶体或非晶态固体物质，多为塑料、石膏、树脂等，制造复杂性、强度、精度要求仍相对较高，且数量也十分有限，为了使技术更广泛的应用与推广，则必须研发更多具有稳定性质的新材料；二是产品精度的问题，目前工业打印机己可以实现毫米的高精度打印，但桌面级的打印机的理论打印精度仍不足毫米，由于打印采用的是逐层堆积成型的方法，故产品的精度直接取决于每一个截面层的厚度以及层与层之间的粘连性程度，与传统模具整体饶铸的工艺相比，产品在性能和精度上仍存在差距。
二 3D打印技术在艺术设计领域的应用
1. 产品设计
在产品设计领域应用3D打印技术可以为设计人员建立一种崭新的产品开发模式。传统的产品设计过程需要对产品进行绘图和制作模型，整个设计流程相对复杂，应用了3D 打印技术之后，不但缩短了绘图和模型制作时间，同时也提高了模型制作的准确率，只要向 3D打印机内输入程序代码，就可以直接获得想要的配件模型或产品模型，3D 打印技术的应用，有效优化了产品设计流程，提高了产品设计的整体效果。于2013年诞生的Urbee是世界首辆“打印汽车”，整个车身使用打印技术一体成型，具有其他片状金属材料所不具有的可塑性和灵活性，整车的零件打印只需耗时2500小时，工人需要做的只是把所有打好的零部件组装在一起，生产周期远远快于传统汽车制造周期。
2. 环境设计
随着科技的发展，环境艺术设计师们充分利用3D打印技术不断地探索创新，其中，3D 打印材料的多样性、环保、可循环利用等特点都给环境艺术设计提供了很大的技术支持，通过3D 打印制作出来的模型不仅是设计过程和项目施工过程中所用的工具，也可作最终的设计作品展示。 2014年3月，前所未见的3D 打印花园的展览品——miniature在伦敦市中心的Strand Gallery展出，来自的英国、澳大利亚以及韩国的设计师在这里展示他们的创造，整个园林都是用3D打印的，他们想要通过3D打印的这个媒介寻找试验和探索创新的设计。3D打印还可以突破了传统手工制作模型的形式，能让一些用手工没办法完成的曲面设计模型变成现实，如人物造型、灯具、景观小品、雕塑等等。
3. 建筑设计
在建筑行业，设计师以及工程师逐渐应用 3D打印机来制作建造的外形，运用 3D 打印技术能够降低费用、保护环境，同时还可以节约时间。2014年，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用，作为当地动迁工程的办公用房。这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时，3D印材料是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。3D打印是一种颠覆传统的建筑模式，它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能，不仅解放人力，还能大大降低建造成本。3D打印在建筑领域的最大亮点就是把建筑垃圾再利用，同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。
三 结语
通过以上对3D打印技术在艺术设计领域应用的介绍，我们已经体会到3D打印技术以其创新性的制造方法已经应用在了社会生活的很多方面，相信随着新型材料的研发以及打印精度的提高，3D打印技术必将在新一轮的工业革命浪潮中占据领头羊的位置。
参考文献
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