3D打印中現(xiàn)代家具設(shè)計應(yīng)用
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摘要：概述3d打印技術(shù)運(yùn)用在現(xiàn)代家具的成型原理，分析了國內(nèi)外3D打印家具在結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)過程、銷售模式以及文化傳承的典型案例，從各個方面得出其優(yōu)勢和特點，吸取可參考之處并對其進(jìn)行較全面的總結(jié)。而現(xiàn)階段的局限是3D打印技術(shù)尚未成熟，客觀地指出3D打印家具現(xiàn)階段材料、工藝、設(shè)備、相關(guān)操作人員等制約性問題。最后論述觀點，現(xiàn)階段3D打印技術(shù)尚有許多工藝上的不足，但3D打印技術(shù)隨著不同領(lǐng)域的發(fā)酵將不斷的完善自身的缺陷，因此3D打印現(xiàn)代家具在未來將是一個熱度極高的行業(yè)。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代家具；3D打印技術(shù)；原理；優(yōu)勢；局限
目前社會3D打印家具已有文獻(xiàn)對其優(yōu)缺、材料、結(jié)構(gòu)等不同的分類進(jìn)行了探討，本文基于3D打印現(xiàn)代家具的各方面進(jìn)行信息整合和補(bǔ)充。本文列舉具有代表性的3D打印運(yùn)用在家具上的實例和查閱大量的文獻(xiàn)資料，再結(jié)合自身的實踐調(diào)研，從家具的結(jié)構(gòu)、材料、市場狀況與3D打印相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行探討，同時本文對3D打印現(xiàn)代家具的優(yōu)缺較全面的分析，給現(xiàn)代家具領(lǐng)域的相關(guān)工作者提供意見以及對未來家具的行業(yè)提供有效的幫助。
13D打印的概述
3D打印技術(shù)最早誕生于20世紀(jì)80年代，現(xiàn)代科技不斷的提高，3D打印技術(shù)在大型建筑、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、集成電路、航天領(lǐng)域等許多行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，近幾年，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展、傳統(tǒng)的家具制造工藝也突破不了，也逐漸被運(yùn)用到家具設(shè)計當(dāng)中。3D打印是增材制造技術(shù)的俗稱。顧名思義，以三維軟件數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，由不同散狀材料進(jìn)行疊加后成為實體的過程，此工藝的原理稱為增材制造[1]。工作原理是利用三維軟件進(jìn)行輔助將準(zhǔn)備打印的家具進(jìn)行三維圖形分層，從三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到二維數(shù)據(jù)，通過“逐層疊加”實現(xiàn)最終的三維家具。以下為3D打印技術(shù)制造家具的過程。①確定家具的形態(tài)，是否為一體成型，若否，則需分開家具各部件進(jìn)行打印，用3D虛擬軟件建出家具或其組裝部件的文件。②在三維軟件數(shù)據(jù)建立后，將家具或家具零部件導(dǎo)入精細(xì)的工業(yè)級3D打印機(jī)。③打印家具實體后（若將家具拆分零部件打印的需通過組裝完成最終的實體），最后給家具進(jìn)行后序工藝處理后完成家具生產(chǎn)。
23D打印技術(shù)在家具上運(yùn)用的實例
2.13D打印家具的結(jié)構(gòu)
匈牙利的Ollegellert設(shè)計師來自匈牙利，設(shè)計了一款用連接件（圖1）組合一起的家具，此家具是采用8毫米的板塊進(jìn)行拼接，模塊化的連接件是采用3D打印技術(shù)制作與設(shè)計的，顛覆了對傳統(tǒng)家具的認(rèn)知，此連接件可以依據(jù)用戶的需求進(jìn)行個性化拼接形成多形式的家具實體，因家具的組合不需要任何的固定連接，比如螺絲以及膠水粘黏，所以可以進(jìn)行原材料的還原以及重新組裝。板材作為家具的原材料，可以直接用于拼接，不需要具體生產(chǎn)復(fù)雜的家具實體。是連接件的出現(xiàn)讓現(xiàn)代家具有了個全新的視角，將現(xiàn)代家具推向一個新的浪潮[2]。探索家具的結(jié)構(gòu)連接件除了OlleGellert的家具創(chuàng)作，還有此類型的作品，如劉志杰的《角椅》、李宣吉的《萬物生長》以及鹿特丹的Minale-Maeda設(shè)計工作室的一系列作品《Keystones》等（圖4）。家具出現(xiàn)更多樣的連接形式，簡化家具材料的工藝且降低了制造難度，減少人工成本和材料的浪費(fèi)，家具的材料或部件可再利用，3D打印連接件的出現(xiàn)引導(dǎo)新的設(shè)計方向。
2.23D打印家具的生產(chǎn)
2004年，一款合作設(shè)計的一體成型家具C2椅用了激光燒結(jié)（sls）技術(shù)，該設(shè)計是由比利時馬瑞斯公司與設(shè)計師特里克喬安共同打造完成的，目前收藏在荷蘭的阿姆斯特丹博物館[3]。家具設(shè)計Fractal•MGX是模擬用數(shù)學(xué)方法計算的分形模式，不斷復(fù)制相似，有機(jī)生長。茶桌的結(jié)構(gòu)是是由仿生的樹干進(jìn)行受力，而樹干的分支則將整個桌面托起支撐。整個設(shè)計高度復(fù)雜又條理清晰，整體造型沒有進(jìn)行拼接和，是過去的傳統(tǒng)制造工藝難以做到的。成立至今歷史悠久TheVictoriaalbert(VA)是被世界共同認(rèn)證的藝術(shù)博物館，世界各地的優(yōu)秀展品被共收錄了3000多件，都是為推動藝術(shù)與設(shè)計的良性發(fā)展，為此他們將舉辦一次3D打印的展覽，在脫引而出的Fractal•MGX家具被永久收錄在此博物館。目前傳統(tǒng)的工藝都為大批量制造生產(chǎn)，都為耗材的工序，而運(yùn)用3D打印技術(shù)能夠簡化模具制作等工序，從而提高家具制作的效率，同時具有一體成型和免組裝的好處。3D打印技術(shù)運(yùn)用在家具上是最優(yōu)的曲面形態(tài)生成工具之一。
2.33D打印家具的材料
Bitonti設(shè)計師利用編程算法生成了ABS塑料家具，其造型獨特是采用獨自研發(fā)的算法，由計算機(jī)進(jìn)行自動換算，節(jié)省了手工建模工序，大大提高了設(shè)計效率，每個打印出來的家具都是獨一無二的設(shè)計[4]。LilianvanDaal是英國皇家藝術(shù)學(xué)院的設(shè)計師，她利用3D打印技術(shù)設(shè)計了一款名叫Biomimicry軟椅（圖5）。這款椅子通過對植物細(xì)胞的不同狀態(tài)進(jìn)行調(diào)研和前期的分析，傳統(tǒng)的工藝手法無法達(dá)到此結(jié)構(gòu)，因此以3D打印技術(shù)（3Dprinting）去仿造此植物的結(jié)構(gòu)。而最后完成此款家具的制作，Biomimicry家具整體的設(shè)計的都為同一種材料，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)密度不一，使得空氣能夠進(jìn)入內(nèi)部。這種手法是通過仿生設(shè)計（通過自然或生物提取靈感進(jìn)行仿照設(shè)計）實現(xiàn)（圖6～8）。3D打印家具能夠減輕自身的重量，同時節(jié)省材料和降低運(yùn)輸過程的費(fèi)用，且其仿生結(jié)構(gòu)使舒適度更佳。其結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)工藝無法做出的復(fù)雜造型，傳統(tǒng)家具結(jié)構(gòu)被推向新時展的高度。
2.43D打印家具的生產(chǎn)模式與造型
PhilippeStarck是一個非常著名的設(shè)計師，擁有將生活用品變成有趣味的藝術(shù)品稱號。在米蘭的家具展上他將表示要在圣保羅開家為客戶個性化定制家具的公司，可以擁有原創(chuàng)的3d打印家具，也可以與別人分享此家具。該企業(yè)的名字為TOP（AllCreatorsTOGether），同時成立了一個參與式的創(chuàng)新品牌，是一個客戶和設(shè)計師共同完成的平臺。TOG在設(shè)計與制造的過程中運(yùn)用參與式的手法和客戶共同定制定了個性化家具。TOP的網(wǎng)絡(luò)平臺可以定制每個消費(fèi)者的需求，以3d數(shù)據(jù)傳送到消費(fèi)者手中，可以自行下載3d打印數(shù)據(jù)模型，在家以3D打印機(jī)進(jìn)行打印，像這樣個性新穎的家具品牌自然受到很大的歡迎。3D虛擬模型能夠通過計算機(jī)進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)異地制造實體?！爱惖胤稚⒒圃臁钡男律a(chǎn)模式[5]。3D打印家具的出現(xiàn)正好解決每個消費(fèi)者個性化選擇的需求，從批量制造到批量定制，大量差異化產(chǎn)品可以生產(chǎn)，彌補(bǔ)家具市場上產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重的弊端[6]。其能夠極大提高設(shè)計到實物的轉(zhuǎn)化速度，并且通過虛擬模型能夠想象到實體的成型效果。3D打印技術(shù)可以從技術(shù)和材料兩方面，使家具的回收利用環(huán)節(jié)變得輕松，3D打印具有可替換性、可循環(huán)使用的優(yōu)勢[3]。
2.53d打印家具的傳承
“富厚堂”為曾國藩的故居，因常年開放導(dǎo)致傳統(tǒng)的家具都受到不同程度的損壞情況，而3D打印技術(shù)能夠修復(fù)家具的缺失部分[4]。主要的方法采用紅外線對家具的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，將其編入三維軟件，最后通過3D打印技術(shù)還原出實體，最后進(jìn)行拼接、拋光和噴漆后續(xù)工序部分。同樣，宜家在法國和比利時的實體店中進(jìn)行3D打印技術(shù)修補(bǔ)家具的試點。消費(fèi)者能夠把舊式的家具帶到實體店進(jìn)行回收或轉(zhuǎn)售，同時能夠獲得相對的費(fèi)用。對于并不想丟棄原來的家具可以進(jìn)行3D打印修復(fù)其損壞或丟失的部分。3D打印技術(shù)對于傳統(tǒng)家具修復(fù)還原、對于設(shè)計師在此基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)代家具的創(chuàng)新和文化的傳承有重大的實踐指導(dǎo)意義[6]。
2.63d打印家具的色彩
美國Stratasys公司的3D打印技術(shù)是非常著名的，在原來的二維彩色打印的基礎(chǔ)上不斷的研究和嘗試，創(chuàng)造出了可以打印不同材料和顏色的3D打印機(jī)，以青、品紅、黃三種的顏色為基礎(chǔ)可組成數(shù)百種色彩，不僅如此，在打印的同時可以調(diào)節(jié)產(chǎn)品的透明度，顏色的視覺感受非常的細(xì)膩且不交匯污染，是傳統(tǒng)工藝無法比擬的。3D打印技術(shù)可以使家具的色彩解放了傳統(tǒng)工藝色彩形式的束縛，使得具有吸引力的色彩產(chǎn)生變得愈發(fā)高效和便捷[7]。
33D打印家具擬解決的關(guān)鍵問題
3D打印現(xiàn)代家具已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在以下幾方面問題。①3D打印技術(shù)的材料是局限3D打印家具推廣的主要原因。雖已研發(fā)的材料主要有塑料、樹脂和金屬等。家具的材料以木質(zhì)和金屬為主，而3D打印的材料常用的主要是樹脂材料，目前3D打印技術(shù)并不能完成木質(zhì)和金屬材料的打印[8]。②3D打印機(jī)打印速率非常慢，對于批量化生產(chǎn)大體量的家具和造型復(fù)雜的家具需要幾天的周期，而利用模具進(jìn)行的批量生產(chǎn)效率會相對快很多，比如注塑的成型周期可以短到一分鐘。③由于3D打印自身工藝還不夠完善，在打印家具的精細(xì)程度和質(zhì)量大多不能用于實際使用需求。④家具的打印需工業(yè)級的3D打印機(jī)完成，實際比例的尺寸比例需要耗費(fèi)大量的樹脂材料，而優(yōu)質(zhì)的3D打印機(jī)和材料價格較為昂貴。⑤數(shù)字化的家具數(shù)據(jù)容易被竊取，同時家具的造型也容易被模仿，家具知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)也要不斷的完善。⑥缺乏3D打印家具相關(guān)的操作人才，家具生產(chǎn)已顛覆傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，需要家具營銷、家具建模和3D打印機(jī)的相關(guān)操作人才。⑦3D打印技術(shù)是需要三維的思維考慮整個制造的過程，而不是簡單的三維技術(shù)呈現(xiàn)，這個從設(shè)計到制造最關(guān)鍵的要素之一。除此之外，空間關(guān)系、成型方式和審美方式都是非常重要的因素。⑧3D打印需要大量的研發(fā)費(fèi)用和相關(guān)資金，因此在政策方面需要大量的政府投入或產(chǎn)業(yè)界的資金支撐[9]。
4結(jié)論
3D打印技術(shù)目前尚有許多工藝方面的局限，但3D打印隨著不同領(lǐng)域的發(fā)酵將不斷的完善自身的缺陷，目前3D打印家具的文獻(xiàn)探討和案例研究越來越多，本文也介紹了具有代表性案例，得出較全面的整合信息和補(bǔ)充，現(xiàn)代家具被推向一個全新的角色，將給3D打印運(yùn)用到現(xiàn)代家具給予更多的突破口，但并沒有得到廣泛的推廣，正是因為這兩者自身與結(jié)合上都有不同程度的局限，但時代的變遷是行業(yè)的一個轉(zhuǎn)折點，年輕人是追逐個性化潮流的一個群體，而3D打印技術(shù)的多樣性、設(shè)計感和未來感正好迎合這一需求。更新迭代的生產(chǎn)和營銷模式將會成為新時展的新模式。在未來3D打印家具將是一個熱度極高的行業(yè)。
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作者:黃永良 單位:廣東工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計學(xué)院