计算机工业设计与3D打印技术探索

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计算机工业设计与3D打印技术探索

摘要:设计领域中,越来越多地使用计算机进行辅助设计,其发挥的作用越来越大。在计算机辅助设计的带动下,产生了3D打印技术,并且3D打印技术越来越成熟。本文着重介绍了计算机辅助工业设计3d打印技术,以期待对两者的更好融合应用有所裨益。

关键词:计算机辅助;工业设计;3D打印技术

一百多年前,工业产品设计时,大都从色彩、结构等单个方面进行单一的设计。一百多年后,工业产品的设计已经演变为一种创造性的活动,将工业产品的外延属性进一步扩展,从整个产品的使用属性、过程和服务等各个方面进行设计,产品的种类得到极大的丰富,人们的生活方式受到较大的影响。20世纪80年代,我国开始有了工业设计的雏形,其设计方法、表现技法等方面都受到工艺美术的影响。之后的十年,随着经济的进一步发展,我国的制造业发展速度较快。在设计领域,得益于计算机技术的迅速发展,已经被广泛的运用。3D技术的发展较晚,但是发展速度是比价快的。随着3D技术的逐步完善,工业设计领域已经开始利用3D技术打印产品。3D技术的出现,具有较大的优势,产品的设计周期被极大的缩减,制造程序极大的简化。设计过程中,设计师借助计算机辅助工业设计和3D打印技术,对于产品的审核、检验等可以较为直观的呈现在眼前,开发周期大大缩短,可以将产品快递的投入市场,最大程度地提高企业的利润率。

1计算机辅助工业设计概述

计算机辅助设计,英文名称为CAD-ComputerAidedDe-sign。计算机辅助工业设计,英文全称ComputerAidedIndustri-alDesign,简称CAID。计算机辅助工业设计是以计算机辅助设计为基础开发而来的。工业设计领域中的产品设计是计算机辅助工业设计的主要研究对象。得益于计算机技术的迅速发展,工业设计领域焕发了新的生命力。计算机辅助工业设计的设计方法、效率等方面都有了质的提升,这是传统的工业设计所无法比拟的。目前,计算机辅助工业设计应经在很多的领域实现了应用。计算机辅助工业设计是各种信息技术的集大成者,可谓是多种综合性学科交叉的产物[1]。某个工业产品的完整设计流程是较为复杂的,具体来说包括市场调研、设计、草图和效果图、各种模型的制作、批量生产等几个方面。在整个完整的设计流程中,可视化的程序占了较大的比例。于是,计算机辅助工业设计的作用便有了用武之地。举例来说,可利用Photoshop、Illustrator、Coreldraw等辅助软件做二维效果图,可利用Rhinoceros、3DMax、Maya等三维软件制作模型,之后再进行渲染,可利用Pro/Engi-neer、SolidWorks、CATIA等工程软件计算模型数据,后期的生产制造环节可直接利用这些数据。与传统的使用手绘效果图和手工制作模型相比,利用CAID,一方面能够节约时间,另一方面具有直观、高效的特点。随着计算机技术的进一步发展,计算机辅助设计软件的功能日益强化,设计过程中,利用智能化、集中化的设计软件,有助于设计者利用较少的时间和精力来完成自己的设计梦想。在这种情况下,借助于技术的进步,设计师可以有更多的时间用于设计创造[2]。当前,设计阶段,已经熟练的适应计算机进行辅助。笔者认为,应该将计算机辅助设计应用的阶段进行拓展,举例来说,早期的调研阶段,可借助计算机技术做好信息的分析、采集。设计师在设计定位的过程中,可利用大数据技术,这种情况下,定位会更加的准确可靠。此外,在设计过程中,结合人体工程学,采集相关的数据模型。之后,与人体数据库对比,寻找差距,最终优化出更加合适的数据,以此改进设计。从多方位多角度利用计算机辅助设计,达到提高工业产品优化设计的目标。客观来说,在现代工业发展体系中,CAID技术的应用并没有形成完整的体系。在未来的工业设计中,应该持续深化CAID技术的应用。随着科学技术的进一步发展,CAID的技术水平及应用水平必将得到持续深化。目前,在人工智能领域,其技术逐步成熟。我们有理由相信,人工智能技术与CAID技术两者将得到持续融合,人工智能数据库系统将得到建立,在产品的设计、研发和生产过程中提供持续的应用服务。利用CAID和人工智能的联合应用,设计师可持续获得各方面的应用信息,帮助设计师做出更好的选择,以设计更好的工业产品,以为现代化建设服务。

23D打印技术与工业设计概述

3D打印技术,最早始于上世纪90年代。3D打印技术,利用数字技术材料打印机,根据设定的数字模型文件,输出可粘合材料最终实现构造物体的技术。3D打印技术应该在各个行业有了广泛的使用,诸如磨具制造、工业设计等领域。据不完全统计,在工业设计、汽车、建筑、教育等等都有3D打印技术的应用[3]。在工业设计方面,3D打印技术应用较为广泛。传统的工业设计阶段,手钣模型需要进行手工制作。制作这个模型的目的是对设计的合理性和可行性进一步校验。但是,手工制作,需要耗费较长的时间,制作成本来说相对较高。运用3D打印技术,相对来说就较为简单。利用3D打印机和相应的材料,短时间内就可以制作完成。这样出来的成品,不仅精度高,而且可以制作较为复杂的模型。在这种情况下,产品的研发周期被大大缩短,开发成本也得以降低。随着技术的进一步发展,相关配套产生的增多,3D打印机的成本下降明显。许多企业和设计公司,已经配备了3D打印机。许多的网站都在销售“mini”型的家庭打印机,为普通市民了解3D打印机创造了条件。3D打印技术最早是由设计者提出的。有了3D打印机,产品的工业设计有了助飞的翅膀。可以这样说,有了3D打印机,制造业和工业设计发生了翻天覆地的变化。3D打印技术已经对人们生活的方方面面产生影响。举例来说,人们可以利用3D打印技术来打造一些具有特殊功能的适合人类居住的房子。利用3D打印技术进行人体器官的打印,将对医学界产生深远的影响。利用3D打印机可打印鞋子、衣服等等,所有这样,将会对于人类的生产、生活方式产生不可估量的深远影响。

3CAID与3D打印技术的结合应用

CAID和3D打印技术两者的关系如何,笔者认为,两者是相辅相成的关系。前者为后者提供了数据模型,后者让前者的虚拟产品变为现实中的产品,可谓是前进了一大步。工业产品设计时,充分将CAID和3D打印技术融合。极大的优化了工业产品的设计流程和方法。我们有充分的理由相信,只要将两者的技术充分的结合好,这两种技术方法的作用将会不可估量。根据文献报道,郝建峰利用McNeel公司开发的Rhinoceros软件和多边形建模插件T-spline设计制作了桃桃和花花模型。利用T-spline的自由多边模型的构建功能,制作完成了这两个吉祥物的身体。之后,利用NURBS的多边形曲面命令,借助Rhinoceros软件,对NURBS曲面进行编辑修饰,对一些细节目标进行完善,最终创建了整个数据模型。将数据模型以STL格式导出,之后将数据与3D打印机连接,进行模型打印。对3D打印机进行一系列的相关设置之后,逐层进行打印。打印完成之后,采用人工的方式进行清理和修整。最终大约花费了一周的时间实现了数据模型制作和3D打印。从实际的效果来看,是比较成功的[4]。

4结语

工业产品的设计已经演变为一种创造性的活动,将工业产品的外延属性进一步扩展,从整个产品的使用属性、过程和服务等各个方面进行设计,产品的种类得到极大的丰富,人们的生活方式受到较大的影响[5]。20世纪80年代,我国开始有了工业设计的雏形,其设计方法、表现技法等方面都受到工艺美术的影响。之后的十年,随着经济的进一步发展,我国的制造业发展速度较快。在设计领域,得益于计算机技术的迅速发展,已经被广泛运用[6,7]。3D技术的发展较晚,但是发展速度是比价快的。随着3D技术的逐步完善,工业设计领域已经开始利用3D技术打印产品。3D技术的出现,具有较大的优势,产品的设计周期被极大的缩减,制造程序极大的简化。设计过程中,设计师借助计算机辅助工业设计和3D打印技术,对于产品的审核、检验等可以较为直观的呈现在眼前,开发周期大大缩短,可以将产品快递的投入市场,最大程度地提高企业的利润率。本文着重介绍了计算机辅助工业设计和3D打印技术,以期待对两者更好融合应用有所裨益。

作者:周楠 单位:杭州职业技术学院友嘉智能制造学院