3D打印技术在仿生类文化创意产品设计中的应用

倪姗 曹伟智

1 3D 打印技术概述

3D 打印（3D printing，又称增材制造、积层制造）是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。该技术最早在20 世纪80 年代中期由美国提出。现在已经应用到诸多领域当中，为许多行业技术生产提供便利。3D 打印技术在材料研究方面，国内外的研究机构已经通过小麦、水稻、玉米、秸秆、废木屑、鸡毛和海产品等废料加工制作成3D 打印原材料，价格低廉[2]。以宏观角度看，有利于改善人们生活环境等社会问题，符合可持续发展的需求。3D 打印技术具有很多优势，包括一体化、轻量化、多样化、私人化等特征。

1） 一体化。一体化的加工有效减少了产品组件的数量，通过3D 打印机将原材料以堆叠塑造的方式一步到位的产出，在产品性能上更稳定、抗压程度也更高。

2） 轻量化。产品通过材料选择、镂空处理等方式可以有效减轻自重，为使用者提供轻便舒适的体验。

3） 多样化。与传统加工方式相比，多样化是3D 打印技术的突出优势，对产品造型设计的实现具有推动作用。

4） 私人化。私人化的特征使设计者可以根据人体工学实际测量，打印出适合于每个人的产品。

除了优势以外，3D 打印技术也同样存在不足。大概分为三个方面：首先，3D 打印的造价较高，除了机器和材料成本，产品的复杂程度与成本有着直接关联，一旦产品损坏，一体化的特征使产品很难修复;其次，3D 打印对材料的精细程度要求较高，材料主要以液体或粉末的状态输入来保证打印顺畅，目前塑胶、金属、树脂、尼龙等材料使用比较常见;最后，3D 打印技术虽然节省了传统的人力加工，但是对电脑操控的技术人员和设计师需求却在增加，在产品的结构和形态设计方面需要更多的人力支持。

2 仿生类文化创意产品概述

文化创意产品，顾名思义是指依靠创意人的智慧、技能和天赋，借助于现代科技手段对文化资源、文化用品进行创造与提升，通过知识产权的开发和运用，产出的高附加值产品[3]。仿生学的任务则是研究生物系统的优异能力及产生的原理，并把它模式化，然后应用这些原理去设计和制造新的技术设备。仿生可以模仿生物形态、动态、结构及色彩。生物界蕴含着丰富的色彩和独特的视觉效果，其独特的色彩扮演着重要的功能作用。对生物色彩现象及机能原理进行总结提炼，实现色彩传递信息的最大化，并运用类比思维方法凸显设计感性的传递[4]。那么，仿生类文化创意产品是将仿生生物的特征、象征符号和传统寓意等结合到文化创意产品中，产生独特的文化价值产品。

3 3D 打印技术在仿生类文化创意产品设计中的应用意义

目前，3D 打印技术早已不是新兴技术，但是，在仿生类文化创意产品设计方面应用的案例确为少数。文化创意产品在市场上仍然存在形式单一、同质化严重、功能性差、质量低等问题。仿生类文化创意产品更是因为技术限制得不到充分的发挥，只能停留在简单的形态复制上。然而3D 打印技术一体成型的特点，有效的减少了产品零部件的数量，也能够做出更精细的效果[3]。另外，传统模型加工的局限性和商业利益化，导致文化创意产品出现内容匮乏、扁平化、体积感弱等现象。3D 打印技术的出现在解决了技术难题的同时也为设计师的灵感提供了帮助。特别在造型方面，仿生类文化创意的设计灵感除了直接模仿生物形态，还可以模仿它们的细部纹理和内在机能，使产品内容更加丰满，在仿生类文化创意产品设计上为设计师开辟了新路径。

当3D 打印技术在仿生类文化创意产品设计中应用时，无疑为文化创意产品设计赋予了更多可能性。一方面，在技术处理方面与文化创意产品小批量、定制化的要求十分契合，消费者甚至可以自己扫描博物馆、艺术馆、艺术展会中的展品以3D 打印的形式带回家;另一方面，设计师可以大胆构思，借助3D 打印技术深入探索自然界生物的存在形式和生命机能的特点，全面表达生命体的美感和生态结构带给人以美好体验。此外，3D 打印技术除了在形态上有着丰富的表现形式外，PLA 材料色彩也非常丰富，将色彩混合可以形成数百种颜色，甚至调整色彩透明度，通过色彩搭配满足文化创意产品的表现需求，使文化创意产品在3D 打印的色彩技术上发挥更大的价值。

4 3D 打印技术在仿生类文化创意产品设计中的应用思路

4.1 3D 打印技术在产品艺术表现上的应用思路

将确立的文化创意产品的文化概念与仿生相结合。通过具象仿生、抽象仿生、意象仿生等仿生设计手法将提取的有秩序的、几何化的文化元素优化处理，利用3D 打印技术通过熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化、分层实体制造等工艺形式表现出来。在现代社会中，技术与人类关系密切。仿生设计最初多为模仿生物的形态与结构，但随着技术的发展，3D 打印技术的出现，仿生设计不再局限于生物的外观，逐步涉及纹理仿生、功能仿生、甚至是内部骨骼、根茎结构、色彩的仿生。使产品如同一个拥有内在的生命体，而非躯壳。通过3D 打印技术的解读，拉近人与自然之间的距离，为产品设计实现丰富的艺术表现形式提供技术支持。文化创意产品的艺术表现形式同样需要在颜色、材料等方面体现出来。在色彩方面，3D 打印技术提供了许多色彩可能，通过配色达到预期的色彩效果。Stratasys 联合震旦发布了关于Polyjet 全彩3D 打印解決方案，在色域覆盖上，已经从36 色提高到50 万色，色域空间已经达到美国印刷标准色域（SWOP）的120%，已经能够实现屏幕上的颜色到最终打印出模型上颜色的一致性，这代表着彩色3D 打印元年的开启，为3D打印的技术领域提供了更全面的色彩配套支持;在材质方面，不同材质会为使用者展现不一样的感官效果，使用体验也会有偏差。目前，在材料使用上可以实现混合使用透明色和彩色以获得不同级别的透明度，这样通过3D 打印技术就可以展现出产品细微层面的晶透质感，材料配合肌理结构的表现形式，更加突出文化创意产品在光影重叠方面的艺术表现，打印出更贴切理想化产品的真实效果。3D 打印技术根据文化创意产品需要的材质输送对应材料，特殊材料的运用使文化创意产品更具地域特色，一体化的加工模式使产品呈现出整体的视觉效果。

设计师借助3D 打印技术，应用在设计过程中可以产生不同寻常的创新思路和想法，将自然界中的生物特征充分提取与文化内涵重新构建，形成一个同时具有生命形态、纪念意义、审美价值和使用功能的仿生类文化创意产品，如图1 所示。技术支持有助于文化创意设计师主观能动性的提升，创新意识也随之增强。仿生类文化创意产品将脱离传统的表现形式，把美学发挥到极致。

4.2 3D 打印技术在产品功能结构上的应用思路

将3D 打印技术应用在仿生类文化创意产品的设计当中，是实现艺术表现和功能结构深层次的结合。通过技术表达完整展现了产品想要突出的细腻效果和感性色彩，参数化建模使产品造型更有韵律感的同时又充满理性逻辑，感性和理性的和谐统一让仿生类文化创意产品的设计与使用者的预期模型距离越来越近。

在功能结构方面，仿生形态的产品设计在3D 打印技术应用过程中，通过提取动植物的自然生态结构进行拆解并重构，重新应用于产品当中的这种结构往往更具稳定性和力学特性，也更符合人机工程学。3D 打印技术通过镂空等技术处理，能够保持产品轻盈体量感的同时，实现多层次的组织构建，这种技术处理在传统技术模式下实现是比较复杂的。正如3D 打印的蜂巢结构，以硅胶为打印原材料，由于蜂巢的任性和承受能力非常强，这种打印出的结构也拥有相同的特性。因此，这种结构已经被运用在车轮等其他产品部件当中。利用3D 打印技术，将生物结构和性能，以仿生形式精密的渗入到文化创意产品的设计领域中，方便用户在产品的使用体验上更加舒适，增加文化创意产品的使用频率，摆脱市场上僵化的设计局面，达到可持续的效果。

5 结论

3D 打印技术为文化创意产品，在设计领域上提供了更大的发展空间和应用价值。技术的进步引发了人们对于艺术审美和文化价值的重新思考，之前单一的形式，不再是大众唯一的选择。3D 打印技术在日后会更加普遍的应用在日常生活中，打印程度会更加精细，成本会逐步降低，材料选择也会更加弹性。宏观来说，3D 打印技术与艺术审美会朝着更加融合的趋势前进。文化创意产品摆脱了传统技术局限和市场瓶颈，朝着更加多样的方向探索，设计师也更加积极主动。通过3D 打印技术的应用，来表达仿生语义下的形态、结构、色彩等诸多因素，为文化创意产品注入新的灵魂。