计算机辅助工业设计与3D打印技术研究

摘要：计算机辅助设计已经在各行各业运用得如火如荼，工业设计领域也不例外，计算机辅助工业设计早已作为一线设计师和各高校设计类专业学生的使用工具发挥着积极的作用。3D打印是伴随着计算机辅助设计的发展而产生的，技术也已相当成熟。通过对计算机辅助工业设计和3D打印技术两方面的简单介绍及分析，得出结合这两方面技术可以很好地运用在工业设计的实践当中，提高设计效率、缩短设计周期，完美地呈现设计成品。

关键词：计算机辅助工业设计（CAID）；3D打印技术；工业设计

工业设计经过一百多年的发展已经从最开始的对批量生产的工业产品的材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰等的单个产品的设计发展到一种创造性活动，目的是为物品、过程、服务以及整个生命周期中构成的系统的设计，这种设计将会对人类的生产生活方式产生更大更广的影响。国内的工业设计从八十年代开始，受工艺美术的影响较深，无论从设计方法还是表现技法等方面。到了九十年代，随着中国改革开放的推进，国内的生产制造技术和工业产品的生产都到了一个蓬勃发展的阶段，而且出现了以计算机技术为支柱的信息技术的发展，计算机辅助设计已经被运用到设计、生产、制造等环节。这时也出现了最早的3D打印技术，直到二零一零年后3D打印技术趋于完善，被运用到很多领域，尤其是工业设计，设计师用3D打印技术打印设计的产品，缩短了产品设计的周期，省去了模型制造、审核的环节。通过计算机辅助工业设计和3D打印技术的结合，设计师可以很直观地对设计的产品进行测试、审核、检验，缩短了产品的开发周期，提高了产品投入市场的速度。

1计算机辅助工业设计

计算机辅助工业设计，简称CAID（ComputerAidedIndustri-alDesign）,来源于计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDe-sign）,是专门针对工业设计领域的创造性活动而言的。CAID，即在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下形成的，与传统的工业设计相比，CAID在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。一个产品的设计流程大体包括:设计需求、市场调研、设计定位、草图、效果图、数据模型、实物模型、量产等阶段。这其中可视化部分占了很大比重，也是在这一阶段计算机辅助工业设计运用比较多。比如效果图阶段，会应用一些平面类的软件（Pho-toshop、Illustrator、Coreldraw）进行计算机辅助设计，做二维效果图，用三维软件（Rhinoceros、3DMax、Maya等）来做计算机模型，渲染三维效果图。数据模型阶段用一些工程类软件（Pro/Engi-neer、SolidWorks、CATIA等）做工程模型，直接为后面的生产制造做准备。整个产品从创造设计到表现，运用计算辅助设计会比以前的手绘效果图和手工制作模型节省很多时间，也更直观、高效。用计算机辅助设计做设计表现的技术和软件已经相当成熟，尤其是伴随着计算机硬件的升级换代和计算机辅助设计软件的智能化、集中化，未来计算机会完美呈现设计者的设计构想，不用去花费太多的精力和时间去学习各种软件建模、渲染技术。这样是技术对设计师的一种解放，让设计师可以把更多的精力集中到设计创造阶段。除了计算机辅助设计在设计表现方面的运用，我们应该更大化地拓宽计算机辅助设计的层面，比如在设计的前期调研阶段，可以运用计算机技术来进行信息的采集和分析，运用大数据来分析，帮助设计师进行设计定位，这样的设计定位会更加准确可靠。还有设计过程中对产品的人机工程学分析，只要有了数据模型，我们可以通过计算机辅助设计技术，用人体数据库对设计进行检验，提出更合理的人因工程分析数据，帮助设计师改进设计。这些都是计算机辅助设计技术应该发挥作用的方面。

23D打印技术与工业设计

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，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。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术在工业设计领域应用的相对较多。传统的工业设计进行到最后阶段会做一个手钣模型，用来测试和检验设计的可行性和合理性。做手钣模型一般要用一周时间，价格从几千元到上万元人民币，而且做出来的模型精度还不高。如果要涉及到开模，做一套模具将会花费更多的时间和更高的价格。如果运用3D打印技术，只需要一台3D打印机和相应的打印材料，就可以用几个小时的时间打印出精度高，复杂的模型。这样会大大缩短产品的开发周期和开发成本。随着3D打印技术变得越来越成熟，3D打印机越来越普及价格也越来越低，好多企业和设计公司都会配备一台3D打印机，甚至有一些3D打印公司专门针对家庭客户，当作是一个家电产品和玩具在销售。设计师发明了3D打印，3D打印技术助力了工业设计，可以说3D打印技术的出现会对制造业和工业设计产生根本性的影响，从目前的情况来看，3D打印技术已经在改变着这些方面，比如用3D打印技术打印的房子，改善了一些特殊环境下人类的居住条件；用3D打印技术打印的人体器官，将会改变一直靠捐献才能得到合适的人体器官的局面，让更多有需要的人得到帮助，延长了人类的寿命；用3D打印技术打印的衣服、饰品、鞋子等，这些打印产品的出现将会改变人类的生活方式。

3计算机辅助工业设计与33D打印技术的结合

计算机辅助工业设计与3D打印技术是相辅相成的，计算机辅助工业设计为3D打印技术提供数据模型，3D打印技术让计算机辅助工业设计从虚拟变成了现实。工业设计把计算机辅助设计和3D打印技术很好地结合了起来，这种结合将会改变工业设计的整个流程和方法，反过来，工业设计将使这两项技术走向更远，得到更广的运用。

4总结

通过对计算机辅助工业设计和3D打印技术在工业设计中应用的简单介绍和分析，我们可以基本了解和掌握一些情况，计算机辅助工业设计和3D打印技术应用在了工业设计的哪些环节当中，并起到了什么样的作用，甚至我们可以去思考和联想，未来的CAID和3D打印技术将会以什么样的作用来影响工业设计。笔者通过介绍实际参加的设计案例更直观地呈现了两项技术在设计过程中的作用。笔者也相信，工业设计的领域将会更加广阔，以人为本的设计理念将会涉及到各个行业，各个领域的先进技术和经验也会为工业设计拿来所用，以便促进工业设计的开发流程和方法。只要我们拥有一种不断创新的精神，相信未来中国的工业设计将会有更好的发展。

作者:郝建峰 单位:山西农业大学信息学院

参考文献:

[1]何人可.工业设计史[M].北京:高等教育出版社,2010.

[2]潘云鹤,孙守迁,包恩伟.计算要机辅助工业设计发展状况与趋势[J].计算机辅助设计与图形学学报,1999,31(3).

[3]（美）利普森，（美）库曼著，赛迪研究院专家编译.3D打印:从想象到现实[M].北京:中信出版社,2013.