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          計算機輔助工業設計與 3D 打印技術初探

          學術期刊發表網 位置:理工論文 時間:2021-01-22 09:18 (12)

          摘要:摘 要: 設計領域中,越來越多地使用計算機進行輔助設計,其發揮的作用越來越大。在計算機輔助設計的帶動下,產生了 3D 打印技術,并且 3D 打印技術越來越成熟。本文著重介紹了計

            摘 要: 設計領域中,越來越多地使用計算機進行輔助設計,其發揮的作用越來越大。在計算機輔助設計的帶動下,產生了 3D 打印技術,并且 3D 打印技術越來越成熟。本文著重介紹了計算機輔助工業設計和 3D 打印技術,以期待對兩者的更好 融合應用有所裨益。

            關鍵詞: 計算機輔助; 工業設計; 3D 打印技術

          計算機輔助工業設計與 3D 打印技術初探

            摘 要: 設計領域中,越來越多地使用計算機進行輔助設計,其發揮的作用越來越大。在計算機輔助設計的帶動下,產生了 3D 打印技術,并且 3D 打印技術越來越成熟。本文著重介紹了計算機輔助工業設計和 3D 打印技術,以期待對兩者的更好 融合應用有所裨益。

            關鍵詞: 計算機輔助; 工業設計; 3D 打印技術

            一百多年前,工業產品設計時,大都從色彩、結構等單個方面進行單一的設計。一百多年后,工業產品的設計已經演 變為一種創造性的活動,將工業產品的外延屬性進一步擴 展,從整個產品的使用屬性、過程和服務等各個方面進行設計,產品的種類得到極大的豐富,人們的生活方式受到較大 的影響。20 世紀 80 年代,我國開始有了工業設計的雛形,其 設計方法、表現技法等方面都受到工藝美術的影響。之后的 十年,隨著經濟的進一步發展,我國的制造業發展速度較快。在設計領域,得益于計算機技術的迅速發展,已經被廣泛的 運用。3D 技術的發展較晚,但是發展速度是比價快的。隨 著 3D 技術的逐步完善,工業設計領域已經開始利用 3D 技術 打印產品。3D 技術的出現,具有較大的優勢,產品的設計周 期被極大的縮減,制造程序極大的簡化。設計過程中,設計 師借助計算機輔助工業設計和 3D 打印技術,對于產品的審 核、檢驗等可以較為直觀的呈現在眼前,開發周期大大縮短, 可以將產 品 快 遞 的 投 入 市場,最大程度地提高企業的利 潤率。

            1 計算機輔助工業設計概述

            計算機輔助設計,英文名稱為 CAD-Computer Aided Design。計算機輔助工業設計,英 文 全 稱 Computer Aided Industri-al Design,簡稱 CAID。計算機輔助工業設計是以計算機輔助設計為基礎開發而來的。工業設計領域中的產品 設計是計算機輔助工業設計的主要研究對象。得益于計算 機技術的迅速發展,工業設計領域煥發了新的生命力。計算 機輔助工業設計的設計方法、效率等方面都有了質的提升,這是傳統的工業設計所無法比擬的。目前,計算機輔助工業 設計應經在很多的領域實現了應用。計算機輔助工業設計 是各種信息技術的集大成者,可謂是多種綜合性學科交叉的產物[1]。

            某個工業產品的完整設計流程是較為復雜的,具體來說 包括市場調研、設計、草圖和效果圖、各種模型的制作、批量 生產等幾個方面。在整個完整的設計流程中,可視化的程序占了較大的比例。于是,計算機輔助工業設計的作用便有了 用武之地。舉例來說,可利用 Photoshop、Illustrator、Coreldraw 等輔助軟件做二維效果圖,可利用Rhinoceros、3DMax、Maya 等三維軟件制作模型,之后再進行渲染,可利用 Pro /Engineer、SolidWorks、CATIA 等工程軟件計算模型數據,后期的生 產制造環節可直接利用這些數據。與傳統的使用手繪效果圖和手工制作模型相比,利用 CAID,一方面能夠節約時間, 另一方面具有直觀、高效的特點。隨著計算機技術的進一步發展,計算機輔助設計軟件的功能日益強化,設計過程中,利 用智能化、集中化的設計軟件,有助于設計者利用較少的時 間和精力來完成自己的設計夢想。在這種情況下,借助于技術的進步,設計師可以有更多的時間用于設計創造[2]。

            當前,設計階段,已經熟練的適應計算機進行輔助。筆者認為,應該將計算機輔助設計應用的階段進行拓展,舉例 來說,早期的調研階段,可借助計算機技術做好信息的分析、 采集。設計師在設計定位的過程中,可利用大數據技術,這種情況下,定位會更加的準確可靠。此外,在設計過程中,結 合人體工程學,采集相關的數據模型。之后,與人體數據庫 對比,尋找差距,最終優化出更加合適的數據,以此改進設計。從多方位多角度利用計算機輔助設計,達到提高工業產 品優化設計的目標。 客觀來說,在現代工業發展體系中,CAID 技術的應用并沒有形成完整的體系。在未來的工業設計中,應該持續深化 CAID 技術的應用。隨著科學技術的進一步發展,CAID 的技 術水平及應用水平必將得到持續深化。目前,在人工智能領 域,其技術逐步成熟。我們有理由相信,人工智能技 術 與 CAID 技術兩者將得到持續融合,人工智能數據庫系統將得 到建立,在產品的設計、研發和生產過程中提供持續的應用 服務。利用 CAID 和人工智能的聯合應用,設計師可持續獲 得各方面的應用信息,幫助設計師做出更好的選擇,以設計 更好的工業產品,以為現代化建設服務。

            2 3D 打印技術與工業設計概述

            3D 打印技術,最早始于上世紀 90 年代。3D 打印技術, 利用數字技術材料打印機,根據設定的數字模型文件,輸出可粘合材料最終實現構造物體的技術。3D 打印技術應該在 各個行業有了廣泛的使用,諸如磨具制造、工業設計等領域。據不完全統計,在工業設計、汽車、建筑、教育等等都有 3D 打 印技術的應用[3]。

            在工業設計方面,3D 打印技術應用較為廣泛。傳統的 工業設計階段,手鈑模型需要進行手工制作。制作這個模型的目的是對設計的合理性和可行性進一步校驗。但是,手工 制作,需要耗費較長的時間,制作成本來說相對較高。運用 3D 打印技術,相對來說就較為簡單。利用 3D 打印機和相應 的材料,短時間內就可以制作完成。這樣出來的成品,不僅 精度高,而且可以制作較為復雜的模型。在這種情況下,產品的研發周期被大大縮短,開發成本也得以降低。 隨著技術的進一步發展,相關配套產生的增多,3D 打印 機的成本下降明顯。許多企業和設計公司,已經配備了 3D 打印機。許多的網站都在銷售“mini”型的家庭打印機,為普 通市民了解 3D 打印機創造了條件。

            3D 打印技術最早是由設計者提出的。有了 3D 打印機, 產品的工業設計有了助飛的翅膀??梢赃@樣說,有了 3D 打印機,制造業和工業設計發生了翻天覆地的變化。3D 打印 技術已經對人們生活的方方面面產生影響。舉例來說,人們 可以利用 3D 打印技術來打造一些具有特殊功能的適合人類 居住的房子。利用 3D 打印技術進行人體器官的打印,將對醫學界產生深遠的影響。利用 3D 打印機可打印鞋子、衣服 等等,所有這樣,將會對于人類的生產、生活方式產生不可估量的深遠影響。

            3 CAID 與 3D 打印技術的結合應用

            CAID 和 3D 打印技術兩者的關系如何,筆者認為,兩者 是相輔相成的關系。前者為后者提供了數據模型,后者讓前者的虛擬產品變為現實中的產品,可謂是前進了一大步。工 業產品設計時,充分將 CAID 和 3D 打印技術融合。極大的優 化了工業產品的設計流程和方法。我們有充分的理由相信, 只要將兩者的技術充分的結合好,這兩種技術方法的作用將會不可估量。

            根據文 獻 報 道,郝 建 峰 利 用 McNeel 公 司 開 發 的 Rhinoceros 軟件和多邊形建模插件 T-spline 設計制作了桃桃 和花花模型。利用 T-spline 的自由多邊模型的構建功能,制 作完成了這兩個吉祥物的身體。之后,利用 NURBS 的多邊 形曲面命令,借助 Rhinoceros 軟件,對 NURBS 曲面進行編輯 修飾,對一些細節目標進行完善,最終創建了整個數據模型。將數據模型以 STL 格式導出,之后將數據與 3D 打印機連接,進行模型打印。對 3D 打印機進行一系列的相關設置之后, 逐層進行打印。打印完成之后,采用人工的方式進行清理和修整。最終大約花費了一周的時間實現了數據模型制作和 3D 打印。從實際的效果來看,是比較成功的[4]。

            4 結語

            工業產品的設計已經演變為一種創造性的活動,將工業產品的外延屬性進一步擴展,從整個產品的使用屬性、過程 和服務等各個方面進行設計,產品的種類得到極大的豐富, 人們的生活方式受到較大的影響[5]。20 世紀 80 年代,我國開始有了工業設計的雛形,其設計方法、表現技法等方面都 受到工藝美術的影響。之后的十年,隨著經濟的進一步發 展,我國的制造業發展速度較快。在設計領域,得益于計算機技術的迅速發展,已經被廣泛運用[6,7]。3D 技術的發展較 晚,但是發展速度是比價快的。隨著 3D 技術的逐步完善,工業設計領域已經開始利用 3D 技術打印產品。3D 技術的出 現,具有較大的優勢,產品的設計周期被極大的縮減,制造程序極大的簡化。設計過程中,設計師借助計算機輔助工業設 計和 3D 打印技術,對于產品的審核、檢驗等可以較為直觀的呈現在眼前,開發周期大大縮短,可以將產品快遞的投入市 場,最大程度地提高企業的利潤率。本文著重介紹了計算機 輔助工業設計和 3D 打印技術,以期待對兩者更好融合應用 有所裨益。

            參考文獻: [

            1]何 人 可. 工 業 設 計 史[M].北 京: 高 等 教 育 出 版 社,2010.

            [2]潘云鶴,孫守遷,包恩偉.計算要機輔助工業設計發 展狀況與趨勢[J].計算機輔助設計與圖形學學報,1999,31 ( 3) .

            [3][美]利普森,[美]庫曼著,賽迪研究院專家編譯.3D 打印: 從想象到現實[M].北京: 中信出版社,2013.

            [4]郝建峰.計算機輔助工業設計與 3D 打印技術初探 [J].輕工科技,2016,( 8) : 71-72.

            [5]段偉.計算機輔助工業設計與 3D 打印技術初探[J]. 才智,2019: 229.

            [6]程遠.基于計算機輔助工業設計的交通工具的曲線 設計[J].陜西科技大學學報( 自然科學版) ,2015,28 ( 6) : 141-143,148.

            [7]黨倩.基于 ASP 技術的計算機輔助工業設計系統的設計與研究[J].自動化與儀器儀表,2014( 7) : 118-120.

            作者:周 楠

            推薦閱讀:3D打印包裝技術如何研究


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