快速成型技术在仿生家具设计中的应用研究_钟光明

设计论坛/Forum of Design  

快速成型技术在仿生家具设计中的应用研究 Research on the Application of Rapid Proto-typing Technology in Bionic Furniture Design ■钟光明 侯 珂 朱嘉琪 Zhong Guangming¹ & Hou Ke² & Zhu Jiaqi³    

（1.2.3.广东海洋大学，广东湛江 524000）  

摘 要：传统的家具制造需要考虑许多复杂的结构，如卯榫结构等。为了节省劳动力和成本，我们需要简化制作 过程，于是我们把研究目光投向了快速成型技术中。运用3D打印成型技术，能很大程度地减缩制作家具的时间， 只需要几个简单的步骤，较复杂仿生家具的形状和结构也可以被制造出来。节省了从创意到生产的时间，具有快 速高效，不受时间地点限制，设计思维不受限制，以及环保节省资源材料的特点。3D快速成型技术给仿生家具个 性化与多样化的设计提供了可能性和发展空间。    

关键司：X打印技术传统复杂；仿生家具    

DOI： 10.1677l/j.cn4 3-124 7/ts.2019.02.017  

中图分类号：TS664.01 文献标识码：A 文章编号：1006-8260（2019）02-0084-02  

Abstract： Traditional furniture manufacturing needs to consider many complex structures, such as tenon structure. In order to free up the workforce and save costs, we need to simplify the production process, so we cast our eyes over the rapid prototyping technology. By using 3D printing and proto-typing technology, the time for making furniture can be greatly reduced. It takes only a few simple steps. The shape and structure of more complex bionic furniture can also be manufactured. So it saves time from creating to production, fast and efficient, which is not limited by time and place, also has no limit on design thinking. What's more, it is environmentally friendly and resources-saving. As a result, 3D rapid prototyping technology provides possibilities and development space for the personalized and diversified design of Bionic furniture.  

Key words： 3D printing; Tradition; complex; Bionic furniture

传统的家具产品开发一般经历这几步， 即：规划-概念设计-系统设计-细节设计-测 试与验证-量产。而3Dm卩成型技术则只需要 经过计算机三维建模，再把建模文件传输到 与3D打E卩机连接的电脑进而读取相关模型信 息，通过各种快速成型技术把产品制造出来。 因此在传统工艺中难以快速制造出来的仿生 家具如今在3D打EHI技术中也得以实现而且随 着这一技术的不断成熟与革新，日后仿生家 具的制造会越来越依赖于这项技术。    

胶，通过热压的方式进行层层最终形成所需 要的实体产品。一般称为立体光固化又称立体 £印刷国的SLA,是在给定一个特定强度的激光 后，集中照射在某种光敏树脂(光敏树脂：一 种能在特定波长的紫外光照射下发生光聚合 反应而固化的材料)^［6］材料的表面上使之从一 维到二维，二维到三维、有一层层的打印，直 至完成产品的打印。    

2 3D^丁印扌支术在仿生家具设计中的应用    

3D打EHI技术已经在改变着人们的生活方 式，包括在设计领域中，设计产物的构建模型 方式和生产方式也在改变。笔者认为快速成 型技术在仿生家具领域中的应用主要有如下 三个方面。    

2.1 改变传统的生产方式，解放束缚 大自然是奇妙精巧的设计师，拥有着天    

然的智慧，在家具设计的领域中，仿生家具设 计近些年来逐渐成为热门。仿生设计是以自 然界万事万物的形，音色，结构，功能等为研 究对象，在设计过程中有选择性地应用这些 特征原理进行的设计^［7］ 。仿生学的成果随处可 见，仿生设计成为设计师常用的设计手法。在 家具的仿生设计中，比较常见的是仿生形态 设计、仿生功能结构设计、以及仿生肌理、色 彩设计^［8］。在家具形态设计方面，仿生设计往 往会改变传统的家具形态，展现出各式各样 的风格形态。如图1所示的手指椅外观圆润平 滑，线条流畅的家具产品。传统的家具设计受 产品生产成型，打印模型等技术条件限制，设 计师们即使有好的灵感也无法制作出满意的 产品。现如今，随着快速成型技术的发展与成 熟，无论是多么复杂的结构，或是需要一体成 型的家具产品都能够被打印成初步模型，方 便进行下一步的功能测试，生产使用等等。如 此一来，设计师的思维模式不再受生产条件 的限制，从而进行下一步的功能结构创新，或 者外观美观创新上，设计出的家具产品趣味性 也增加了。快速成型技术使仿生家具设计从想 法构思到生产测试的时间大大缩短，提高了 设计师的效率。    

2.2 创新设计理念及个性化定制    

传统的家具设计是建立在传统工业生产 方式上的，需要流水线批量化生产出成千上万 相同尺寸的家居产品，而对于个体的差异并 不重视。这就意味着设计师必须选择一个适 合大众的且符合人机工程学数据的尺寸，而使 用者个体的心理状态，使用状态，生理条件， 环境等差异性在家具设计中难以体现。然而 快速成型技术则可以随着使用者的个人尺寸， 设计出符合使用者个人习惯爱好的家具产品。 快速成型技术改变了设计师们的设计理念，

基金项目：2018年度广东省哲学社会科学“十三五”规划学科共建项目(GD18XYS07);广东省教育厅项目(2016WQNCX055) 作者■简介:钟光明(1982-),男，讲师,研究方向：家具设计，快速成型技一术研究和人•机工程学,E-mail：zhongguangming@126 .ccm 引文格式:钟光明，侯珂，朱嘉琪.快速成型技术在仿生家具设计中的应用研究［J］.家具与室内装饰,2019,(02):84-85.    

ZHONG Guangming , HOU Ke , ZHU Jiaqi . Research on the Application of Rapid Proto-typing Technology in Bionic Furniture Design［J］. Furniture & Interior Design , 2019,(02):84-85.  

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■图1 手指椅    

■图2 Batoidea椅    

■图3《Rise》    

■图4《Bow》

使家具设计的个性化、定制化成为可能，更加 符合人机工程学理念。随着快速成型技术的 发展与成熟，设计师们就可以根据使用者的 心理，生理，环境，喜好等等因素去设计出最 合适其个人的家具产品。快速成型技术使仿 生家具设计的个性化定制形成可能，使得家具 市场的产品更加多样多彩，同时促进了设计效 率。快速成型技术的使用可以帮助设计师们 放下传统生产方式的束缚，促进其设计理念 的大胆创新。    

2.3 3D甘丁印技术概念模型的应用及批匕量生产 作为一项新的成型技术，快速成型技术 融合了计算机3D建模，自动控制技术以及新 材料技术的应用。而无论是哪种快速成型工 艺，产品生产制造的概念模型都可以很快被 制造出来。众所周知，在家具设计的过程中， 需要许多各式各样的零件，结构模型。在过去 的时代初步测试模型需要手工制作，制作周 期长且成本高，精确性低。再加上仿生家具还 具有造型独特，线条流畅等特点，对于模型手 工制造更是不易。然而如今使用3D打E卩成型 技术则可以快速完成模型的制造。通过3D打 印，可以在家具设计的提出概念阶段，在电脑 中建模，然后再打印出来，建立素材库，这是 一种非常节约时间地制作方式^［9］。例如图2所 示^张由快速成型技术制造的椅子Batcridea, 由比利时设计师Peter Donders设计使用铝 金属为材质，3D打E卩技术制造，外型轻巧牢 固、打印精确度高、成本也较为低廉,颠覆了 传统的模型制造方式。    

3D打Eri技术必然因为相対■于传统工艺及 传统制造的优点诞生、发展并盛行于当今的 世界^［10］。然而,由于快速成型技术自身工艺还 并不是十分成熟,在打E卩真实比例的家具产品 时打EE的质量和细节部分并不能够满足用 户的使用需求。若是打E卩大型家具产品，则需 要耗费大量的树脂材料，打EE材料是比较昂 贵的，这就使得快速成型在生产家具产品时 的成本非常高。快速成型技术在仿生家具的 生产方面就有了局限性，以目前的技术来看， 在制造仿生家具产品模型时利用快速成型技 术可以减少成本，快速投入下一步的设计；而 如果将快速成型技术运用到仿生家具产品的 批量生产中，就会有成本提高，效率降低，精 度降低等等局限性。但是随着科技发展、社 会进步和技术的进一步突破，快速成型技术 将会一步步突破这些局限，并变得越来越成 熟。       

的个性思想觉醒，使得根据产品使用者需求 而走的家具越来越多。笔者认为可以充分利 用3□打印成型技术在仿生家具设计中的彳境 抓住机遇，迎接挑战。    

3.1 创新思维，破旧迎新    

传统的设计师不仅仅受制于自己的思 想，还无奈受制于制造产业现有的技术能否 制造出让人放心的产品。随着快速成型技术 的出现，家具设计不再受制于制造业，只需要 —台3D打EE机就可以制造出模型，甚至直接 生产成品。对于一些渴望在仿生家具设计上 进行创新的设计师们来说，3D打EE技术无疑 是福音的到来。—些独立设计师们可以抓住 这个机会，直接和使用者沟通想法，从而创造 出独—无二的仿生家具产品。这样设计师的角 色可以转换为生产者和供应商，破除了旧时的 中间隔着生产厂家的传统方式。可以说因为快 速成型技术在仿生家具设计中的应用，在将来 的设计领域中会出现更多有想法有创意的仿 生家具设计作品。生物系统中有着千变万化的 自然形态特征，是不断激发家具造型创新思 维的源泉^［11］。例如图3、图4所示为西班牙品牌 NagAml携手设计师ZAhA Hadid推出的两款由快 速成型技术打印制造的椅子,它们以海洋生态 系统珊瑚群及大自然的结构为灵感，创造出充 满创意性的椅子分别名为罔se和Bow。    

3.2 挑战——丁印的精细度与材料选择    

在快速成型技术的概念里，30打£卩机运 用可粘合材料 如粉末状金属或塑料等 结合 数学电子技术原料打EE机，通过逐层打EE的 方式制造产品。但是按照目前的技术水平来 看,快速成型技术打EE可以做到的只限于塑 料、树脂、陶瓷这些较为常见的材料中。在材 料的多样性和可控性方面，三维打E卩所选的 材料的范围十分广泛；但从目前实际的应用 情况看 暂时还主要集中在塑料、树脂、陶瓷 等材料上。而在家具产品中我们选择比较多 的木质，竹质材料，还不能被3D打E卩出来。木 材是制造家具的传统材料 木制家具给人回 归自然的感觉^［12-13］。木竹类材料具有生命力的 纹路也很难被打E卩出来，这样就限制了我们 能够考虑使用的材料。家具作为—种长期使 用的产品 需要同时兼备美观性 实用性 装 饰性 使用寿命长久 以及具有文化底蕴等特 点。其中装饰美观性的特点 随着近些年人们 的审美提高 外观装饰的需求被逐渐放大。然 而现女口今的3D打EE技术，它能够做到的精细 度、美观度显然不能够满足大众的需求。如何 去改善这个缺点 仿生家具制造过程中的材料 选择和打印精细度是设计师们所要面临的一 个挑战。然而在如今的二十—世纪 随着科技 的快速进歩3D打印在仿生家具设计领域中的    

应用将会逐渐广泛 技术也会逐渐成熟。    

4 结语    

在这个科技高速发展的时代 无论是制 造业技术、设计产业、仿生家具设计都取得了 重大的发展和突破。快速成型技术作为领先 者 被广泛应用在诸多产业当中 其中也包括 仿生家具设计 使得仿生家具产品迎来蓬勃的 发展前景。快速成型技术使仿生家具设计的 个性化与多样化成为可能 促进了设计效率 使设计师们放下传统生产方式的束缚 促进 其设计理念的大胆创新。同时3D打印在技术 上仍存在—些不足 但这些不足之处随着科技 的发展会被弥补。设计师利用快速成型技术 将美好的想法转变为现实 从各个方面满足人 们对家具设计的需求 创造更好的世界。    

(责任编辑：肖 佳)    

参考文献：    

［1］ 利普森，库曼,3D丁丁印:从想象到现实［M］. 北京:中信出版社,2013．    

［2］ 刘木森，探究.3D丁丁印技术下设计智造的 可能性一以木制家具设计为例［J］.装饰,2017, (285):142-143.    

［3］ 常伟,杨艳石快速成型技术在家具设计中 的应用研究［J］.包装工程,2017,38(10):171-172.    

［4］ 张传柱.浅析3D丁丁印技术在建筑行业的发 展前景［J］.广东 科技,2016,25(13):9677+95.    

［5］ 范准峰.光固化快速成形涂层技术研究 ［D］.华中科技大学,2006.    

［6］ 唐少林,樊军,王健.基于冰上的光固化快 速成型技术［J］.机床与液压，2010,38(04):1— 2+60.    

［7］ 杨先艺,曹献馥,张欣.论仿生设计之美 ［J］.装饰,2005(11):90-91.    

［8］ 李卓.仿生设计在家具设计中的应用［J］. 美术教育研究,2018(02):70.    

［9］ 杨晓红.3D丁丁印技术在艺术设计领域中的 应用研究［J］.艺术科技,2016,29(11):16+112.    

［10］ 王海峰，吴菁，姜鹏飞.3D丁丁印技术在室内 装饰应用的现状及发展前景［J］.家具与室 内装饰,2016(11):100-101.    

［11］ 胡俊红，陈厚霖.仿生家具的形缘造型 与设计之美［J］.家具与室内装饰,2017,(02): 22-23.    

［12］ 李世葵.论当代中国家具的创新设计思 路［J］.家具与室内装饰，2016(9):12—13.    

［13］ 王红彦,左旭,王道龙,毕于运.中国林木 剩 余物数量估算［J］.中南林业科技大学学 报,2017,37(02):29-38+43.

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