摘要：本課題分析了全國(guó)3D打印行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，介紹3D打印技術(shù)數(shù)字化、快速化、個(gè)性化、精細(xì)化等優(yōu)點(diǎn)，具體分析DLP技術(shù)的成型原理以及優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步介紹基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)的工作流程，最后通過(guò)浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)生產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)典型案例來(lái)具體講解DLP技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化制造;DLP技術(shù);產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)

　　13D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命——新經(jīng)濟(jì)模式如何改變世界》一書中，提出了第三次產(chǎn)業(yè)革命的模式，即：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可再生能源、數(shù)字化制造、新材料相融合。3D打印技術(shù)從20世紀(jì)80年代后期誕生以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，中國(guó)于2011年后加快推進(jìn)了該技術(shù)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，截至2018年，中國(guó)打印機(jī)銷售額將增長(zhǎng)四倍，至37800臺(tái)，收入增長(zhǎng)超過(guò)三倍，至1.09億美元，未來(lái)，中國(guó)在3D打印市場(chǎng)很有可能超越德美，處于領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　趨勢(shì)一：傳統(tǒng)制造業(yè)與3D打印“增”“減”制造長(zhǎng)期共存?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)經(jīng)歷了上千年的積累和發(fā)展，技術(shù)、工藝以及材料等均已非常成熟，然而3D打印產(chǎn)品研發(fā)周期短、用料省、用時(shí)更快，在產(chǎn)品研發(fā)初期和小批量及個(gè)性化定制方便優(yōu)勢(shì)太明顯，加上現(xiàn)在的設(shè)計(jì)趨勢(shì)明顯多樣化、個(gè)性化，迫使許多企業(yè)不斷對(duì)生產(chǎn)方式進(jìn)行調(diào)整：從最初標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、大批量的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊�、小批量、柔性化生產(chǎn)，不斷地細(xì)分市場(chǎng)。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造，但作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的有益補(bǔ)充，3D打印將極大地推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　趨勢(shì)二：成型尺寸向兩邊延伸，大小產(chǎn)品顛覆想象隨著3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，產(chǎn)品成型尺寸正走向兩個(gè)極端。小到珠寶飾品，大到家具建筑、汽車、航空均已廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的強(qiáng)度硬度、體積重量不斷地刷新了人們對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)，未來(lái)，3D打印的成型尺寸只有想不到，沒有做不到。

　　趨勢(shì)三：打印材料質(zhì)量趨升價(jià)趨降，混搭更精彩打印材料的研發(fā)飛速發(fā)展，粉末狀、絲狀、液體狀的打印材料均有很大空間的發(fā)展，材料種類、形態(tài)將得到進(jìn)一步拓展，價(jià)格下降可期，精度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。例如金屬粉末不僅有不銹鋼、鋁合金、鈦合金還有金銀等貴金屬材料等。另外，人們對(duì)打印效果的期望也越來(lái)越高，早已不滿足于單一功能、單一材質(zhì)、單一色彩等：金屬、塑料、陶瓷、橡膠等多種材料通過(guò)打印技術(shù)的自由切換得到混合使用，色彩也可五彩繽紛。

　　趨勢(shì)四：打印聯(lián)手醫(yī)療行業(yè)，手術(shù)可排練、治療更精準(zhǔn)針對(duì)3D打印技術(shù)個(gè)性化定制的特性與醫(yī)療行業(yè)的對(duì)癥下藥契合性堪稱科技與技術(shù)的結(jié)合。一方面醫(yī)生利用3D打印技術(shù)在手術(shù)前演練，可以更直觀地了解病例結(jié)構(gòu)，增加手術(shù)成功率;另一方面，3D生物打印，用人造血管、心臟、神經(jīng)、皮膚等來(lái)修復(fù)、替代和重建病損組織和器官。

　　趨勢(shì)五：發(fā)揮高校科研主力軍，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同長(zhǎng)效合作3D打印技術(shù)發(fā)端于高校，國(guó)內(nèi)除了清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校科研骨干力量外，杭州先臨三維、深圳光韻達(dá)光電科技、北京殷華、浙江迅實(shí)等實(shí)力公司積極地與高校合作，隨著我國(guó)科技體制機(jī)制改革的不斷推進(jìn)，走產(chǎn)學(xué)研協(xié)同之路，形成長(zhǎng)效合作機(jī)制，成為我國(guó)推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)實(shí)選擇。

　　2DLP技術(shù)的成型原理及優(yōu)勢(shì)

　　2.1DLP技術(shù)的成型原理

　　目前主流的幾種3D打印技術(shù)包括熔融沉積快速成型技術(shù)(FDM)、光固化成型技術(shù)(SLA)、數(shù)字光處理技術(shù)(DLP)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)、三維打印成型技術(shù)(3DP)、薄材疊層制造成型(LOM)和選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)。

　　DLP是數(shù)字光處理(DigitalLightProcessing)的縮寫，主要是通過(guò)投影儀來(lái)逐層固化光敏聚合物液體，從而創(chuàng)建出3D打印對(duì)象。DLP打印設(shè)備由投影儀、樹脂液槽、打印平臺(tái)和樹脂組成。容納樹脂的液槽儲(chǔ)存可被特定波長(zhǎng)的紫外光照射后固化的樹脂，液槽下面的成像系統(tǒng)通過(guò)投影儀通過(guò)能量計(jì)圖形控制，每次固化一定厚度及形狀的樹脂，然后液槽上方的提拉機(jī)構(gòu)將每一次界面曝光的固態(tài)樹脂提拉，就這樣一層一層曝光并提升來(lái)生成三維實(shí)體。

　　2.2DLP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　DLP打印技術(shù)通過(guò)單個(gè)像素進(jìn)行成像，打印分辨率比較高，像素尺寸達(dá)到30微米的級(jí)別，與其他3D打印方法相比，打印成品的質(zhì)量較高，精度高，更為光滑。DLP打印速度也有所加快，特別是對(duì)于體積較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的打印任務(wù)而言更是如此。因?yàn)榧す獯蛴�機(jī)必須對(duì)所有打印對(duì)象進(jìn)行描繪，但這種新型打印機(jī)則可以一次性成型。基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)免去了逐層構(gòu)建的復(fù)雜操作，而是可以實(shí)現(xiàn)一次性成形，因而節(jié)省了很多時(shí)間，在打印較大實(shí)物時(shí)也不例外。

　　換句話說(shuō)，具備一次性成形的能力意味著，實(shí)物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)總體構(gòu)建時(shí)間并沒有絲毫的影響。DLP打印技術(shù)的高精度、高表面質(zhì)量特性以及對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性、加工效率、加工成本的需求，使DLP打印技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用率很高，被廣泛地應(yīng)用在珠寶行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)以及教育行業(yè)。

　　3DLP打印技術(shù)在產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　自2014年底起，浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)投入300萬(wàn)專項(xiàng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)建設(shè)3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室，將創(chuàng)新教學(xué)引入課堂，采用項(xiàng)目化教學(xué)、理實(shí)一體化教學(xué)模式，訓(xùn)練學(xué)生將3D打印知識(shí)與專業(yè)技能融合運(yùn)用，掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，訓(xùn)練學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維、創(chuàng)造性方法以及創(chuàng)新、創(chuàng)意能力。

　　3.1掌握DLP打印工作流程，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)興趣

　　真實(shí)的3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，學(xué)生可以快速掌握基于DLP技術(shù)的3D打印機(jī)的工作流程：首先，通過(guò)CAD或RHINO設(shè)計(jì)出三維模型，存成STL.格式，利用離散程序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行切片處理，設(shè)計(jì)照射形狀，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將精確控制光源和升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng);其次，激光器根據(jù)切片形狀，發(fā)出相應(yīng)形狀的光斑，該層樹脂固化后，就完成了該片層的加工;然后，升降臺(tái)下降一定距離，固化層上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，在進(jìn)行第二層照射，第二固化層牢固地粘結(jié)在前一固化層上，這樣一層層疊加而成三維工件原型;最后，將原型從樹脂中取出后，進(jìn)行最終固化，再經(jīng)打光、電鍍、噴漆或著色處理即得到要求的產(chǎn)品。

　　3.2設(shè)計(jì)即生產(chǎn)，快速訓(xùn)練創(chuàng)造思維

　　產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)已經(jīng)與上海、杭州、紹興、寧波、上虞、溫州等地十余家設(shè)計(jì)公司建立了長(zhǎng)久校外實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分發(fā)揮工學(xué)結(jié)合等方面的功能，學(xué)生課程項(xiàng)目很多來(lái)自于校企合作項(xiàng)目，學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，所謂設(shè)計(jì)即生產(chǎn)，直接達(dá)到校園到企業(yè)生產(chǎn)，學(xué)生通過(guò)企業(yè)工程師與校內(nèi)專業(yè)教師的指導(dǎo)，對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)作將更加揮灑自如，比傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、手板模型制作等流程高效。通過(guò)校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備行業(yè)企業(yè)培育人才發(fā)揮了重要作用。

　　3.3形成3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)

　　在產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)方面，DLP技術(shù)比其他打印技術(shù)更快速、更省時(shí)、更有效地表達(dá)設(shè)計(jì)創(chuàng)意。以前產(chǎn)品研發(fā)到成型都需要一副幾十萬(wàn)的模具且產(chǎn)品的市場(chǎng)是不可估計(jì)的，加上產(chǎn)品更新?lián)Q代也快，這些因素?zé)o疑都給企業(yè)帶來(lái)了很大的壓力，通過(guò)3D打印，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)到成型的周期，也節(jié)省了產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的成本。

　　3.4銀質(zhì)首飾案例分析

　　以學(xué)生課堂上的珠寶設(shè)計(jì)為例，經(jīng)過(guò)DLP機(jī)器的打印后，我們開始制作銀版首飾：首先需要對(duì)3D打印戒指支撐修正——焊接支撐——種蠟樹——把蠟樹放入鋼盅，用膠紙粘好——調(diào)樹脂粉抽真空——倒入鋼盅——抽真空——等待樹脂固化——去掉膠紙和整理樹脂膜——種蠟樹——把鋼盅放入650℃烤爐內(nèi)，升溫750℃烘烤5小時(shí)，最后降溫到650℃準(zhǔn)備吸塵，回烤爐650℃烤1小時(shí)即可澆鑄——倒適量銀粒放入熔爐升溫到1020℃即可澆鑄——把鋼盅放入鑄造機(jī)，邊抽真空到底后倒入銀水——倒?jié)M銀水稍后取出放置冷卻——冷卻稍后用鋼盅鉗夾入水中爆冷炸樹脂粉——沖洗完樹脂粉，取出銀件——把銀件放入氫氟酸浸泡五分鐘稍后取出用清水清晰，最后用剪鉗剪下戒指，修水口，執(zhí)模后放入拋光機(jī)拋光，最后一款銀質(zhì)珠寶就成品了。

　　通過(guò)對(duì)加濕器產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)典型案例的分析，詳細(xì)介紹DLP打印機(jī)的具體應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)光固化技術(shù)的熟悉和掌握，形成3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用。經(jīng)過(guò)詳細(xì)介紹DLP打印機(jī)的具體應(yīng)用，讓學(xué)生參與以上18個(gè)步驟的打印后處理，學(xué)生可以完整地參與到一款珠寶的制作過(guò)程，學(xué)生看到自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)在經(jīng)過(guò)DLP打印后處理到最終成品，大大鼓勵(lì)了學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計(jì)興趣，使學(xué)生對(duì)光固化技術(shù)的熟悉和掌握，形成3D打印教育創(chuàng)新應(yīng)用。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　產(chǎn)品藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)能力通過(guò)桌面DLP技術(shù)的3D打印機(jī)得到了充分地發(fā)揮，DLP技術(shù)在打印速度、設(shè)備體形、設(shè)備體重和價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)使其在教學(xué)方面發(fā)揮了更大的作用。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　相關(guān)刊物推薦：《工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新》是工業(yè)和信息化部主管、中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院主辦的國(guó)家級(jí)科技學(xué)術(shù)類期刊。本刊主要面向工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的有關(guān)工業(yè)主管部門、工業(yè)企業(yè)、科研創(chuàng)新的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)、技術(shù)創(chuàng)新成果的宣傳轉(zhuǎn)化園地和戰(zhàn)略政策研究的理論探討陣地。