◆ 曾華盛 陳孝樣（南京曉莊學院）

引言

隨著社會現(xiàn)代化進程的加速，智能制造已經滲透到了產業(yè)設計的方方面面，智能化的本質是運用科學技術來提高生產力，智能制造必然成為未來制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢，在各個制造領域占據(jù)主要的位置。3D打印技術作為一項新興的智能化技術在多個領域中迅猛發(fā)展，它具有制造過程便捷、靈活性高、可控程度高和工具需求少等優(yōu)點，現(xiàn)如今3D打印技術已經成為現(xiàn)代設計中重要的技術支持之一。中式家具作為中國傳統(tǒng)歷史文化的重要組成部分，其主要的材料為木材，其生產工藝和技術要求都非常高，從而在一定程度上阻礙了中式家具的創(chuàng)新和發(fā)展，而3D打印技術恰好能在一定程度上解決這些問題，將3D打印技術與傳統(tǒng)中式家具設計相結合，將帶來中式家具的設計創(chuàng)新風潮。

1.中國智造的意義

1.1由來

智能制造是指將高端的信息、計算、通信技術和現(xiàn)代傳感技術相合，以實現(xiàn)制造流程和設備的自動化控制，協(xié)調設備之間的聯(lián)調，改變制造概念，在自動化及數(shù)字化基礎上，以更高效的制造方式實現(xiàn)產品的低成本、高質量和快速制造的目標，旨在利用計算機、微機相結合的技術及先進的管理知識，實現(xiàn)精確的自動制造。以智能制造的由來和意義可分為三個部分。首先，智能制造的由來。它可以追溯到20世紀50年代初，當時的自動控制技術，尤其是由康明斯和湯姆遜發(fā)明的控制器應用于制造業(yè)，從而使得許多比較復雜的工作可以機械化完成，節(jié)省了大量的成本和時間。隨著自動化水平的提高、計算機技術的發(fā)展，特別是智能制造技術的誕生，使得制造業(yè)更加自動化、智能化和精細化。其次，智能制造的意義。它是一種改變制造模式的新技術，可以實現(xiàn)智能制造和綠色制造，從而提高生產效率，降低成本，改善產品質量，簡化生產流程，優(yōu)化生產環(huán)境，提高制造者的效率，減少能量消耗，大大推動現(xiàn)代制造發(fā)展。最后，智能制造的發(fā)展趨勢。它能夠為企業(yè)創(chuàng)造更好的技術平臺，提供更多的智能系統(tǒng)、設備、軟件和技術，將信息化和網絡化技術進一步應用到現(xiàn)代制造中，實現(xiàn)工廠的智能化、自動化、集成化等需求，實現(xiàn)制造的控制、規(guī)劃、管理，降低制造成本，提高生產效率，推動智能制造的發(fā)展。

1.2意義

以智能制造為題，現(xiàn)在是把人工智能技術應用于制造行業(yè)的最佳時機。近幾年，隨著智能制造技術的迅速發(fā)展，人們對它的重視也在不斷加深，更多的行業(yè)開始將這一技術用于實踐之中。在此背景下，如何正確理解以及研究智能制造的內涵，發(fā)揮它的巨大潛力，具有十分重要的意義。智能制造，可以為企業(yè)的制造提供更加可靠的技術支撐，解決制造者在生產過程中遇到的種種問題。當前智能制造還處于起步階段，還有很多發(fā)展空間。在今后工業(yè)革命四次的大潮中，智能制造如能繼續(xù)得到支持與發(fā)展，實現(xiàn)從傳統(tǒng)制造到智能制造的跨越，必將為世界經濟提供更大的貢獻。

2.智能制造中的3D打印技術

2.1由來

3D打印技術又稱“增材制造”，是一種新興的數(shù)字化制造技術，它可以將計算機設計模型或數(shù)據(jù)快速和精確地轉換為實體物件。三維打印技術的歷史可以追溯到上個世紀90年代，當時它被用于制造復雜精密部件，并作為一種新興技術吸引了眾多制造企業(yè)的注意。3D打印技術有著獨特的優(yōu)勢，它不受型號和尺寸的限制，可以快速準確制造出復雜的幾何形狀，制造多種材質的物體，并且能夠大幅縮短生產周期，降低生產成本，使得現(xiàn)代制造行業(yè)的高精尖儀器及機器零部件得以方便、快捷和精確地制造出來。

2.2意義

當今環(huán)境的發(fā)展和創(chuàng)新的設計理念的興起下，3D打印技術也不斷拓展到新的領域，如食品加工、家具設計等。在這種背景下，3D打印家具設計不僅縮短了生產周期，并且作為一種高效的制造式，可以有效減少材料浪費和勞動力成本。3D打印家具設計技術潛在的廣度和深度，充分利用數(shù)字技術，推進了個性化定制技術的發(fā)展。充分利用3D打印復雜形狀，實現(xiàn)家具設計的靈活性和個性化，加快設計—制造的緊密結合，給售賣市場帶來更多的競爭性，同時也為消費者帶來更多的滿意度。

3.中國智造背景下3D打印模型結構在木制家具設計中的意義

作為一種新興的制造技術，3D打印技術可以賦予產品多樣性、設計感和未來感，而這正好迎合當下年輕人追逐個性化潮流的需求。同時，3D打印技術在家具產品的設計生產中也受到了一些因素的制約。3D打印作為一種新興的制造技術，其技術的多樣性、設計感和未來感正好迎合年輕人追逐個性化潮流的需求，在智能制造背景下通過3D打印技術可以為木制家具創(chuàng)造更多的便利、更多樣的連接形式。3D 打印獨特的制造方式，可以將各種復雜的造型和連接件直接打印出來，特別適合進行一些個性化或者不適合傳統(tǒng)工業(yè)產出方式的造型打印，而數(shù)字化的產品模型也有助于設計者進行修改和傳達，提升了產品迭代的效率?，F(xiàn)代木制家具制造工藝中的復雜環(huán)節(jié)主要是對木料部件形狀的加工和對部件連接位置的加工，而3D打印的增材制造優(yōu)勢正在于能夠有效處理形態(tài)與結構的復雜性，二者的結合，有效地降低了整體制造的難度，減少了木材的浪費。傳統(tǒng)制造過程中每一次的裁切都會帶來木料的損失，簡化加工工序后，只需把木料加工為基本的形態(tài)，加入3D打印的復雜結構，并通過粘連或榫卯結構連接件即可實現(xiàn)材質之間的結合，碰撞出不一樣的造型設計靈感，這不僅減少了浪費的環(huán)節(jié)，還能從總體上提高木料的有效利用率，簡化裝配方式，方便運輸，從而提升制造業(yè)的效率與靈活度，為人們的生活提供趣味性和多樣性的選擇。

4.中國智造背景下《智畫映木》家具設計概述

4.1特色概述

研究圍繞實踐設計《智畫映木》進行了結構創(chuàng)新的嘗試，家具造型上以明式家具的素形素工為主要基調，選取了屏風、扶手椅、邊幾作為設計對象，結合鏤空設計的3D打印結構進行外觀設計，鏤空造型靈感來源于中式花窗，重視追求造型藝術性和功能實用性的統(tǒng)一。

4.2技術路線

運用3D打印技術對傳統(tǒng)木制家具的關鍵部件進行改良，使得在保留傳統(tǒng)木制家具特點的前提下，簡化制造工藝，減少制造時間，減低制造難度，節(jié)省制造材料，使得其在對于傳統(tǒng)技術制造的木制中式家具更具有現(xiàn)代化的特點。3D打印的材料特性在于增材制造，其工藝可以實現(xiàn)較為復雜的結構，且由于支撐結構的特殊性，鏤空結構可以產生材料之間的張力，一般不需要額外添加支撐，這不僅大幅提升了打印的效率，減少耗材的使用，還能夠有效的避免支撐被剪除時留下痕跡，可以真正實現(xiàn)一次成型、即打即用的效果，具有比較好的材耗比。因此，在設計中，我們采用了多種鏤空造型來測試，以求最大的成品硬度、韌度，結構的最大穩(wěn)定和較好的外觀效果（圖1）。

圖1 3D打印結構鏤空結構模型

4.3 家具設計特色

《智畫映木》采用了從中國傳統(tǒng)畫中山的造型引申出來的設計概念，通過將家具設計與3D打印技術相結合實現(xiàn)了復雜的形態(tài)和結構，使家具作品在形式上更具創(chuàng)新性和獨特性。3D打印技術實現(xiàn)一些傳統(tǒng)工藝難以實現(xiàn)的形態(tài)和結構，例如曲線、扭曲、空間結構等，從而創(chuàng)造出具有未來感和藝術感的家具作品（圖2）。3D打印技術可以實現(xiàn)家具的輕量化設計，通過優(yōu)化結構和材料使用，減少家具的重量和材料消耗，從而降低資源浪費和環(huán)境污染。此外，3D打印技術還可以實現(xiàn)復雜內部結構和空腔設計，從而在保持強度和穩(wěn)定性的同時減少材料使用。將《智畫映木》家具設計與3D打印技術相結合，可以呈現(xiàn)出形態(tài)創(chuàng)新、個性化定制、輕量化優(yōu)化、功能融合和可持續(xù)環(huán)保等特色，為家具設計帶來了更多的可能性。

圖2 《智畫映木》家具設計效果圖

4.4 3D打印技術實踐

我們通過設計實踐和成品的反復檢測，得出以下結論：3D打印材料不論是選擇PLA還是樹脂，都能夠很好地表現(xiàn)出鏤空結構設計，具有無支撐、強度高于實心結構的顯著特點，在打印效率上，同樣造型、大小的鏤空結構和實心結構相比具有明顯更優(yōu)的材耗比。以下為性能提升對比，見表1。

表1 模型材料造型數(shù)據(jù)可視表

結語

3D 打印技術的出現(xiàn)給家具制造帶來了非常大的便利，作為一種新興的先進技術，它的出現(xiàn)不但可以減輕眾多領域家具設計與制造過程的繁瑣和復雜，更能增添流程化與規(guī)范化的設計因素，讓很多家具產品的設計與制造過程變得更加方便和系統(tǒng)，在家具設計和研究工作過程中變革了設計思路，釋放了設計師的想象力和創(chuàng)造力。同時，3D 打印技術擺脫了對傳統(tǒng)家具產業(yè)加工制造的依賴性，實現(xiàn)了對未來家具產品設計數(shù)字化與定制化的技術前瞻。將3D打印技術運用在傳統(tǒng)的木制中式家具之中，將傳統(tǒng)文化和現(xiàn)代科技相融合，不僅為傳統(tǒng)文化提供新的生命力，同時也為智能制造技術提供新的發(fā)展方向。