王永虎，楊廣紅

3D打印技術(shù)對(duì)視覺造型設(shè)計(jì)的影響

王永虎，楊廣紅

3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，為視覺造型設(shè)計(jì)帶來了無限的可能與廣闊的發(fā)展前景。通過研究3D打印技術(shù)在視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域地應(yīng)用，探討了3D打印對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造、設(shè)計(jì)材料、傳統(tǒng)動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)重塑等方面帶來的深刻影響，以及3D打印技術(shù)優(yōu)越性分析。有助于我們更好地掌握技術(shù)，運(yùn)用藝術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)地高度統(tǒng)一與完美結(jié)合，以便為視覺造型設(shè)計(jì)的過程與藝術(shù)產(chǎn)品地開發(fā)提供新的思路。

3D打??；視覺造型設(shè)計(jì)；應(yīng)用影響

隨著時(shí)代地發(fā)展，日新月異的數(shù)字技術(shù)不斷改變著這個(gè)世界，也改變著我們的生活方式和生產(chǎn)方式。在全球新一輪數(shù)字化制造浪潮中，人們?cè)絹碓阶非缶?、?dú)特、有內(nèi)涵的個(gè)性化藝術(shù)產(chǎn)品。2014年5月，上海開幕的國(guó)際進(jìn)出口交易會(huì)上，展現(xiàn)了神奇的3D打印技術(shù)，只要在電腦前面設(shè)置好數(shù)據(jù)，搭載在機(jī)器中，就可以打印出任何東西。3D打印技術(shù)加上材料地科學(xué)突破，可以對(duì)目前的工藝制造產(chǎn)生顛覆性地革命。

3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，作為重大制造業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)革命，已被廣泛應(yīng)用于一次成型的復(fù)雜組件制造中。在視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，也利用這一先進(jìn)技術(shù)，打印出了令人眼花繚亂的藝術(shù)設(shè)計(jì)作品，成為了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的新型藝術(shù)的表達(dá)載體，展現(xiàn)了數(shù)字化制造技術(shù)與新材料地完美結(jié)合。當(dāng)下如何利用新技術(shù)更好地為藝術(shù)設(shè)計(jì)服務(wù)，已成為我們當(dāng)前研究的新課題。

一、3D打印的概念

3D打印技術(shù)是“增材制造”的一種形式，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，采用分層加工、疊加成形的方式，來構(gòu)造成三維物體的技術(shù)。通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來生成3D實(shí)體。3D打印不同于對(duì)物品的制造由整體進(jìn)行切割的傳統(tǒng)制造業(yè)，而是從計(jì)算機(jī)所建立的模型開始逐步地增材積層制造，不僅節(jié)約大量的材料，使得復(fù)雜產(chǎn)品能夠容易實(shí)現(xiàn)，而且提高了生產(chǎn)率，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

3D打印技術(shù)實(shí)質(zhì)是“激光快速成型技術(shù)”，也被稱為“增材技術(shù)”。3D打印技術(shù)的魅力在于它的便捷性，一臺(tái)3D打印機(jī)加上材料和設(shè)計(jì)圖，就能夠?qū)崿F(xiàn)物品輸出。如今，3D打印技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

二、3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，3D打印技術(shù)研發(fā)成為了世界性科技角逐，美國(guó)和歐洲在3D打印技術(shù)地研發(fā)和推廣方面處于領(lǐng)先地位。美國(guó)政府在俄亥俄州的揚(yáng)斯敦投巨資建設(shè)制造業(yè)創(chuàng)新研究所，主攻3D打印技術(shù)。首支3D打印槍在美國(guó)奧斯汀試射成功，3D打印出可演奏美妙音樂的小提琴，引發(fā)了人們無限的遐想。Voxel Studio設(shè)計(jì)室利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)作的蠶繭LED燈具，更是具有難以想象的奇幻外型。歐洲也十分重視對(duì)3D打印技術(shù)地研發(fā)及應(yīng)用，計(jì)劃將使用機(jī)庫(kù)般大小的3D打印機(jī)制造飛機(jī)零件。日本、荷蘭著力推動(dòng)3D打印技術(shù)地推廣應(yīng)用。中國(guó)3D打印設(shè)計(jì)服務(wù)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，已有幾家企業(yè)利用3D打印制造技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備和提供服務(wù)。

2013年2月全球第一本全面講述3D打印的作品《3D打印：從想象到現(xiàn)實(shí)》問世，揭開了3D打印神秘面紗，一場(chǎng)產(chǎn)品制造地革命、設(shè)計(jì)地革命、材料地革命、生物地革命、知識(shí)產(chǎn)權(quán)地革命即將由3D打印引爆，3D打印技術(shù)的遠(yuǎn)大前景即將展開：跨越虛擬世界與實(shí)體世界的鴻溝，規(guī)模經(jīng)濟(jì)的鐵律從此被打破，3D打印將把人工智能從計(jì)算機(jī)拓展到現(xiàn)實(shí)世界。

當(dāng)前，3D打印技術(shù)逐漸成熟，顯示了新興技術(shù)的巨大潛力。在我國(guó)，3D打印技術(shù)地掌握和應(yīng)用還處于初級(jí)階段，雖然核心領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但在材料和軟件開發(fā)、裝備等方面，我們還有一定的差距。我國(guó)對(duì)激光直接金屬加工技術(shù)有較快發(fā)展，基本上能夠滿足特種制造的力學(xué)性能要求，有望在航天、航空裝備制造領(lǐng)域率先應(yīng)用，為我國(guó)航天、航空領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

在應(yīng)用方面，處于快速拓展進(jìn)程中，我國(guó)目前主要是對(duì)3D打印設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作，實(shí)體公司依托高校成果，這些公司的產(chǎn)業(yè)化達(dá)到了一定的規(guī)模。廣州、深圳等地設(shè)立了3D打印服務(wù)中心，為推動(dòng)我國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化進(jìn)程，加快與國(guó)際間對(duì)話交流，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，中央美術(shù)學(xué)院畢業(yè)學(xué)生利用3D打印技術(shù)，打印出了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者所追求的藝術(shù)表現(xiàn)效果。3D打印技術(shù)為藝術(shù)設(shè)計(jì)帶來了無限可能，發(fā)展前景廣闊。

三、3D打印技術(shù)對(duì)視覺造型設(shè)計(jì)的影響

藝術(shù)設(shè)計(jì)需要技術(shù)地支持，又在技術(shù)的基礎(chǔ)上表現(xiàn)著思維與情感。而技術(shù)則是功能與理性的良好表述，不斷更新又為藝術(shù)設(shè)計(jì)的表現(xiàn)形式提供了多樣性。3D打印技術(shù)地生產(chǎn)過程非常迅速，不需要過多的成本，就幾乎可以完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師所追求的視覺藝術(shù)造型設(shè)計(jì)作品。因此，對(duì)視覺造型設(shè)計(jì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)理念與3D打印技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用分析，是為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的高度統(tǒng)一與完美融合，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行比較分析。

（一）對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的影響

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方法是“去除型”制造，而3D打印技術(shù)的原理區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造，突出表現(xiàn)了“增材制造”的主要實(shí)現(xiàn)形式。傳統(tǒng)數(shù)控制造以原材料為基礎(chǔ)，使用磨削、熔融、腐蝕、切割等方法去除不需要的部分，然后以焊接、拼裝等方法，最終完成設(shè)計(jì)產(chǎn)品。而“增材制造”與傳統(tǒng)的“去除型”材料加工技術(shù)不同，不需要原胚和模具，由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將實(shí)體物件轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)虛擬圖形，原材料通過計(jì)算機(jī)三維制圖、激光跟蹤、數(shù)據(jù)傳輸、材料熔化等技術(shù)，使特定記憶材料或金屬粉末熔化，并按照電子模型圖的指示分層加工、疊加成形，最終生成3D實(shí)體。提高了對(duì)材料地利用，大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)品地制造程序。

3D打印破除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的障礙，以及手工設(shè)計(jì)制作地各種約束，可以提高視覺造型設(shè)計(jì)能力，激發(fā)個(gè)性化需求。例如，用傳統(tǒng)的方法，在固體金屬結(jié)構(gòu)中造一個(gè)圓弧通道非常困難，而這對(duì)于使用3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)師來說則輕而易舉。通過3D打印的效用，很多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)被打造出來，在最大規(guī)模成型制造時(shí)，利用3D打印提供的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，能夠提升工藝產(chǎn)品的價(jià)值并降低成本。

3D打印技術(shù)在視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域中地應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)藝術(shù)創(chuàng)作手段和表現(xiàn)方法，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬仿真系統(tǒng)、3D建模參數(shù)化設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)相結(jié)合的理念，嘗試在造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用3D打印技術(shù)，這種技術(shù)的迅速推廣對(duì)視覺造型設(shè)計(jì)帶來革命性地影響，同時(shí)也為視覺造型藝術(shù)地設(shè)計(jì)過程開發(fā)提供了新的思路。

3D打印技術(shù)是個(gè)性化地最好體現(xiàn)，也是視覺造型地表達(dá)載體。用戶可以通過共享方式獲得藝術(shù)產(chǎn)品造型的原型設(shè)計(jì)，利用3D打印機(jī)打造個(gè)性化物品，拋開工廠設(shè)計(jì)制造的雷同形式，具有個(gè)性化、小型化、節(jié)約化等特征。3D打印技術(shù)又稱數(shù)字化制造技術(shù)，將改變藝術(shù)設(shè)計(jì)的未來，可以生產(chǎn)復(fù)雜、特殊、個(gè)性化的工藝設(shè)計(jì)作品，大大提高我國(guó)視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域藝術(shù)產(chǎn)品地開發(fā)水平，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能地趕超，還可以形成新的技術(shù)途徑，從而有效的面向未來的設(shè)計(jì)藝術(shù)。這為設(shè)計(jì)者在技術(shù)層面提供了很大幫助，突破了傳統(tǒng)的創(chuàng)作手段和表現(xiàn)方法，需要我們用全新的設(shè)計(jì)思維與理念去適應(yīng)新技術(shù)地發(fā)展。

（二）對(duì)設(shè)計(jì)材料的影響

3D打印稱為“添加制造”技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)的材料去除加工方法相反的、基于三維數(shù)字模型的技術(shù)，通常采用逐層制造方式將材料結(jié)合起來的工藝。在3D打印領(lǐng)域，材料是技術(shù)的核心之一，根據(jù)需求不同，可以使用很多種材料。如陶瓷、鋼化玻璃、石膏、無機(jī)粉料、ABS塑料、PLA（聚乳酸）、尼龍、玻璃填充聚胺、光固化材料、銀、鈦、鋼、蠟、干膜和聚碳酸酯等。用于3D打印的材料比較特殊，必須是能夠溶解、絲化或者粉末化，在完成打印后能夠重新結(jié)合，并具有標(biāo)準(zhǔn)的物理化學(xué)性質(zhì)。目前打印出來的材料以樹脂和ABS熱塑料為主，有些是使用熔化或軟化材料的方法，例如激光燒結(jié)和熔融沉積成型；而有些則使用液體材料，通過不同比例的材料混合，產(chǎn)生很多種軟硬不同的新材料，例如立體光刻；在分層實(shí)體制造的情況下，則是通過裁剪方式并通過粘合劑鏈接。這些都是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中在材料應(yīng)用中無法實(shí)現(xiàn)的。

（三）3D打印技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的重塑影響

3D打印技術(shù)是形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的藝術(shù)表達(dá)載體，為傳統(tǒng)動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的重塑提供了強(qiáng)大地技術(shù)支持。據(jù)悉，萊卡工作室早在2008年就開始使用3D打印技術(shù)，在電影《鬼媽媽》中，嘗試性地應(yīng)用3D打印技術(shù)制作完成了20萬個(gè)生動(dòng)表情?？苹妙愑捌栋⒎策_(dá)》應(yīng)用3D打印技術(shù)塑造了大量的道具和角色。2012年8月在美國(guó)上映的定格動(dòng)畫片《通靈男孩諾曼》，在拍攝過程中使用了4臺(tái)3D打印機(jī)來完成角色表情制作。傳統(tǒng)定格動(dòng)畫以黏土為原料，通過手工制作人物，而《通靈男孩諾曼》則與傳統(tǒng)定格不同，采用了3D打印技術(shù)，電影制作人創(chuàng)建了8 800個(gè)面部表情的素材庫(kù)，生成了大概150萬個(gè)不同的角色面部表情。從人物臉部的下眼瞼到下巴等具體部位，都是一個(gè)一個(gè)打印出來的。英國(guó)斯塔福德郡大學(xué)黏土動(dòng)畫木偶制作課程主任米森格表示：“所有造型都需要在電腦中建模，然后再打印出來，這是一種非常節(jié)約時(shí)間地制作方式?！比R卡公司創(chuàng)意總監(jiān)麥克林也表示：“3D打印技術(shù)是聯(lián)系電腦和定格動(dòng)畫的橋梁”。

隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)地發(fā)展，在動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)塑造領(lǐng)域越來越多地應(yīng)用3D打印技術(shù)，這種新技術(shù)帶來的變化將改變傳統(tǒng)的定格動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)。因此，3D打印技術(shù)為動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)地重塑提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

（四）優(yōu)越性

3D打印技術(shù)的魅力在于它不需要生產(chǎn)模具與機(jī)械加工，制造復(fù)雜藝術(shù)產(chǎn)品程序簡(jiǎn)化，無需過多的生產(chǎn)成本就可以完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形，讓人們更有效地設(shè)計(jì)出個(gè)性化藝術(shù)產(chǎn)品。從而極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)率。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在工藝產(chǎn)品的組裝基礎(chǔ)上，消耗大量的時(shí)間和人力。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)越性：在具有良好設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過程的情況下，可以使復(fù)雜產(chǎn)品一體化成型、減少產(chǎn)品組裝環(huán)節(jié)、簡(jiǎn)化生產(chǎn)制造過程，比傳統(tǒng)方法迅速、高效且經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)制造業(yè)的注塑、整體切割可以更大量地生產(chǎn)工藝產(chǎn)品，但針對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品地小批量生產(chǎn)，消耗的成本較高。而3D打印生產(chǎn)相對(duì)小批量的工藝產(chǎn)品時(shí)，可以更快、更靈活、成本更低。通過掃描技術(shù)及3D打印等技術(shù)，摒棄生產(chǎn)線而降低了成本，可以創(chuàng)建精確的產(chǎn)品副本，提高復(fù)制對(duì)象的分辨率，應(yīng)用3D技術(shù)精確打印出來，大幅降低了材料浪費(fèi)，減少對(duì)環(huán)境地影響。

3D打印技術(shù)還有其他優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)金屬和塑料零件為了生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，這就意味著它們會(huì)非常笨重，并且含有與其功能無關(guān)的剩余物，3D打印技術(shù)則不是這樣。在3D打印技術(shù)中，原材料只生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品，生產(chǎn)出的工藝品更加精細(xì)輕盈。當(dāng)材料沒有了生產(chǎn)限制后，就能以最優(yōu)化的方式來實(shí)現(xiàn)其功能，因此，與機(jī)器制造出的工藝品相比，打印出來的產(chǎn)品重量要輕60%，并且同樣堅(jiān)固。

綜上所述，3D打印技術(shù)符合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用程序，這種新技術(shù)的優(yōu)越性，有利于實(shí)現(xiàn)文化創(chuàng)意、概念設(shè)計(jì)、環(huán)保和效益的統(tǒng)一。促進(jìn)3D打印技術(shù)在視覺造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域地應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)地高度統(tǒng)一，這種新型技術(shù)地應(yīng)用與推廣，勢(shì)必影響傳統(tǒng)的造型藝術(shù)手段與方法，但在一定程度上適應(yīng)社會(huì)發(fā)展地需要，并為解決人類生活需求提供了一種新地嘗試。我國(guó)作為全球制造業(yè)的大國(guó)，積極發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，能充分體現(xiàn)新興技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)方式、提高生產(chǎn)效率，還可以激發(fā)潛在的消費(fèi)需求。

四、結(jié)語

隨著數(shù)字化時(shí)代的進(jìn)程，3D打印從技術(shù)到產(chǎn)能仍然有一段路要走。3D打印作為一種先進(jìn)的快速成形技術(shù)，對(duì)視覺造型設(shè)計(jì)地應(yīng)用與發(fā)展無疑是一項(xiàng)顛覆性的新型技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的藝術(shù)創(chuàng)作手段和表現(xiàn)方法。未來的3D打印技術(shù)不僅會(huì)從根本上改變傳統(tǒng)地設(shè)計(jì)制造，而且對(duì)設(shè)計(jì)材料地應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，甚至將會(huì)重塑傳統(tǒng)的定格動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)。設(shè)計(jì)師會(huì)在視覺造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，把自己的創(chuàng)意變成真實(shí)的視覺藝術(shù)產(chǎn)品，從而催生大量的個(gè)性化設(shè)計(jì)，打破以往設(shè)計(jì)組織僵硬的結(jié)構(gòu)劃分，滿足廣大用戶的后現(xiàn)代消費(fèi)意識(shí)。因此，我們?cè)趶?qiáng)調(diào)藝術(shù)的同時(shí)也必須注重新技術(shù)地發(fā)展與應(yīng)用，只有做到藝術(shù)與技術(shù)高度統(tǒng)一，才能夠創(chuàng)造豐富的物質(zhì)世界，滿足人類的精神需求。

[1]胡迪·利普森，梅爾芭·庫(kù)曼.3D打?。簭南胂蟮浆F(xiàn)實(shí)[M].北京：中信出版社，2013：156-178.

[2]尼葛洛龐帝.數(shù)字化生存[M].海口：海南出版社，1997：30-53.

[3]卡岡·凌繼堯.藝術(shù)形態(tài)學(xué)[M].金亞娜，譯.上海：學(xué)林出版社，2008：26-38.

[4]諾曼.情感化設(shè)計(jì)[M].付秋芳，程進(jìn)三，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2005：78-88.

[5]顧宇清.產(chǎn)品形態(tài)分析[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007：74.

[6]劉悅笛.藝術(shù)終結(jié)之后[M].南京：南京出版社，2006：74.

[7]安曉波.藝術(shù)設(shè)計(jì)造型基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：89-93.

[8]原研哉.設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)[M].濟(jì)南：山東人民出版社，2006：112-134.

[9]王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（26）.

[10]劉紅光，楊倩，劉桂鋒，等.國(guó)內(nèi)外3D打印快速成型技術(shù)的專利情報(bào)分析[J].情報(bào)雜志，2013（6）.

[11]李滌塵．增材制造：實(shí)現(xiàn)宏微結(jié)構(gòu)一體化制造[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013（6）．

（編輯：張齊）

TG659

A

1673-1999（2015）02-0086-03

王永虎（1978-），男，巢湖學(xué)院（安徽巢湖238000）藝術(shù)系教師，研究方向?yàn)橐曈X傳達(dá)；楊廣紅（1980-），女，巢湖學(xué)院藝術(shù)系教師，研究方向?yàn)榘娈嬎囆g(shù)。

2014-11-12