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面向3D打印的复杂产品设计综述(四)

4  产品设计存在的难点与展望

4.1  产品设计存在的难点
1) 在材料设计方面。一方面,虽然异质材料建模提供了多材质设计的可能,但现有的诸多研究仅提出理论模型,缺少相应的多材质三维模型切片技术; 另一方面,受3D 打印材料种类的限制,异质材料模型还无法真正实现多种材料的自由制造。

2) 在形体/结构设计方面。由于3D 打印技术在设计方面突破了传统设计思维的束缚,使得产品设计趋向个性化、艺术化。然而现有的三维建模技术滞后,无法满足大众化设计需求。

3) 在产品功能设计方面。3D 打印技术提供了产品一体化制造的潜力。目前免装配设计还处于研究的初级阶段,很多技术有待完善。比如结构铰接处支撑结构生成及去除问题。怎样结合产品的材料、结构等综合因素实现产品功能最优化设计仍是目前研究的难点问题。需要说明的是,目前复杂产品设计存在的问题很多,本文主要考虑3D 打印技术背景,从材料、结构和功能三个角度展开论述。

4. 2  展望
        随着3D 打印技术的快速发展,无论在理论上还是应用上,复杂产品设计在材料、形状/结构和功能等方面的发展空间还很大。比如形体/结构设计也会交叉材料方面的设计技术; 形体/结构设计也会涉及免装配设计等,未来产品结构设计将兼顾材料、结构和功能进行综合设计。下面根据3D 打印技术的特征,提出一些潜在的发展方向。

1) 材料- 结构并行设计。在3D 打印技术下,复杂产品设计可以采用功能优先设计理念,即根据用户需求,研究异质材料选用、结构配比和力学性能分析方法,实现产品功能最优设计。材料- 结构并行设计是综合材料、结构等多因素的产品设计方法,是目前产品设计发展的主流方向之一。

2) 宏微结构一体化设计。在3D 打印技术下,产品设计可以通过构造新的结构材料,来弥补材料本身的缺陷进而提高产品性能。宏微结构一体化设计是从微结构的角度提高产品性能。

3) 开发简易化、大众化设计工具。随着3D 打印机的普及,产品设计日趋个性化、简易化。目前产品设计工具多为专业建模软件,所需要的技术门槛较高,而新开发的少数非专业建模软件,其功能远远满足不了非专业用户的需求,因此,开发简易化、大众化设计工具是复杂产品设计向前发展的另一重要方向。未来的3D 打印技术不仅从根本上改变了传统制造模式,也深刻地影响了产品设计领域的方方面面。

        未来的设计师将不再把自己的想象力固封在产品加工工艺的牢笼中,设计师的想象力与创造力将会得到空前的激发。非专业设计的社会化趋势将打破以往设计模式,消费者将获得产品设计、生产的权力。

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