【摘要】本文主要阐述了3D打印技术的概念与应用领域，重点分析了3D打印技术在教育业中的应用现状，通过对3D打印技术在家具设计教学中的优势与过程的分析提出建设意见与优化方案。

【关键词】3D打印技术；研发家具设计专业；教学教具

1.3D打印技术简介

3D打印的基础是用电脑设计的模型文件，所采用的材料是可以融化的塑料等粘合材料。它通过电机带动相应的机械部件，包括底板和喷头等，进而利用逐层打印的方式来实现模型成型的一项技术。3D打印机所用的材料主要是陶瓷、金属、塑料等多种不同的可融性材料，打印机在与电脑连接后，通过电脑的操控能够把原材料一层层叠加起来，从而把设计的模型变成实物。可以说，3D打印机是能够打印出实物的一种器械设备，例如打印建筑、家具、医疗、工业领域所需的各种模型，甚至有些3D打印机可以打印食物。由于参照了普通打印机的原理，3D打印技术分层打印时的过程和喷墨打印十分相像，因此把这项打印技术称为3D立体打印技术[1]。

2.3D打印技术的应用领域

随着科学技术的更新与发展，如今的3D打印技术较多的被应用于产品设计与模具制造等领域，在之后该技术更多的被用于产品制造等，就目前为止市场中大多数产业均开发了3D打印这项技术，例如，在土木工程、工业设计、建筑、家具、珠宝、鞋类、汽车、医疗、航空航天、教育、军事以及其他领域都有所应用。荷兰首都阿姆斯特丹的一个建筑师团队已经开始对全球首栋3D打印房屋进行制作，这个房屋是以可再生的生物基材料为建筑用料的。这栋由13间房屋组成的建筑名为“运河住宅”。目前已经成功建成。2014年8月，在上海张江高新青浦园区内交付使用了10幢作为当地动迁工程的办公用房的3D打印建筑。这些建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊材料打印而成的，这些建筑是按照电脑设计的图纸方案，经过一台大型3D打印机逐层打印而成的，这10幢建筑的建筑用时仅为24小时。由此可见3D打印技术将给未来的建筑、室内与家具行业带来重大变革,同时对人们的消费模式产生重要的影响。使3D打印技术能够更好地服务于人类，真正做到私人订制。

3.3D打印技术在教育行业中的应用现状

目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家，规模都较小。一类是十年前就开始技术研发和应用，如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自身的核心技术。另一类是2010年左右成立的，如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。而华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构是重要的3D技术培育基地。但在欧美3D打印技术已经广泛应用。在国外，美国教育机构通过与3D打印生产商Dremel进行合作，让增材制造在教育市场上更加触手可及。而欧洲国家应用该技术实施教育，主要是通过专业型授业传导的方式，他们通过3D打印技术为学生提供更好的学习体验，并增强其在欧洲产业的生产力[2]。

4.3D打印技术在家具设计教学中的应用

4.1应用优势

目前，3D打印技术如若应用到家具设计专业教学中，教师通过先进的3D打印技术实现家具设计的模拟化与模块化优势。教师可以设计并打印一些传统家具的卯榫结构的教学模型用于教学展示，从而可以降低购买模型的费用，也使教学更加便捷，为学生学习提供较好的实物参考；教师还可以利用3D打印技术在家具造型设计课程中来实现一些造型独特的家具设计作品的实物性，从而根据设计任务激发出学生的创意与创新思维，让家具设计更加创意更加直观。至于3D打印技术在家具设计专业教学中的应用方面也很大的探索空间。在学校中一些类似于模型大赛中的设计作品也可通过3D打印技术来实现其实体化。从而可以大大降低活动举办方的成本，从而可以降低高校大学生活动经费支出[3]。

4.2应用实践

应用过程：第一，选取家具的家居生活为主题；第二，学生通过3D打印技术还原家居家具的场面；第三，教师为学生所提出的创意设计进行分析，并点出需要改善的要点。教学模式：教学模式需以教学实践为主，通过3D打印技术的实践实现教学模式的完善。如在教学实践过程中打印一些家具设计中比较抽象的图形，将模型展示在学生面前，让学生更好的理解，增加教学过程学生的兴趣。

4.3应用成效

基于家具设计为核心的生产项目是世界各国争相研究的方向，3D打印技术的发展仍处于国际领先地位。我国3D打印技术研究虽然起步略晚，但由于国内对于3D打印技术需求急剧增加，近年来此类研究也成为国内3D打印技术下家具领域的热点，具有自身独特优势。随着近年电子信息化社会的飞跃发展，城市建设越来越趋向于智能化。比如：产品转型升级，技术手段达不到国外先进水平。最大的问题在于人员素质的参差不齐，大多以理论为主，脱离实践。而决定3D打印技术效率的最大一个因素，就是3D打印机的更换。采用3D打印技术同时配合其他的先进的制造方法，可以使预备状态以及执行任务的速度得到显著的提升，同时还能够降低家具设计成本，而且还避免的采购世界各地的零件的时间成本。

4.4建设意见

4.4.1智能、高速、高精度化新兴代的3D打印技术着重于生产速度，要求包括电主轴、直线电机和LM直线滚动部分的新型功能设备的关键数轴速度不低于15.000r/min。家具的研究最重要的是计算机技术应用和软件技术开发，当前的计算机系统和应用软件的复杂关系，家具的分析和硬件组成已经通过了技术的提高得到化简，其智能化强度也大大提高。大大解放了劳动力。对于家具来讲，基于超高精度的家具（定位精度在0.005mm以内）设计要依赖于轴承、丝杠原件的选择，当前的超高精度家具设计精密度以到微米级别。4.4.2设计、制造的绿色化国家倡导的无污染发展使得绿色设计已经成为家具设计标准的重要环节。基于先进理论研究方法的绿色设计理念，全方位的考察了产品的从3D打印设计到使用回收的全部生产过程中的环境资源开发问题。第一点是，在生产过程中，保证产品质量和生产速度的基础上还应确保产品的生产过程对于周边环境的影响，以图将生产过程中的最小化产品的质量问题，增加资源利用效率。最重要的是为了实现设计的绿色设计，必须考虑绿色环保、可拆卸、可循环使用、节约生产能源和使用能源、模块间具有较完整的独立性等几个部分内容。现在家具的生产问题相比较传统的效率型设计具有合理的分配现代制造模式。通过绿色生产工艺生产的绿色产品能够满足现代社会对家具的要求。4.4.3复合化与系统化家具设计的基本目的是解放劳动力，所追求的是高生产效率和高精度。因此，复合化，是对家具设计时的基本要求。由于国内外需求量的逐年提高，产品逐渐向着缩短研发周期，加快生产速度，提高家具质量的方向迈进。由此可见基于复合3D打印方式的家具研究是未来研发的有效趋势，也是加快生产质量和效率的一个必要手段。其广泛使用已经彻底改变了生产模式，产业结构和机械制造的管理。家具的使用在现代制造业和集成技术等相关方向都有着广泛的使用前景。当前CAD制图技术、CAM技术，FMS技术和CIMS技术研究多依赖于家具处理，特别是国际贸易产品中家具的研究已经成为主要的技术生产力。结论3D打印技术是一种趋势。本文通过整理3D打印技术简介、3D打印技术的应用领域、3D打印技术在教育行业中的应用现状等进行应用。通过对3D打印技术在应用方面的深入研究，寻找其在效率提升方面的建设意见。并通过对高校各学科特点的分析总结，提出可在家具设计专业教学中3D打印技术应用方面的可行性方案。

参考文献：

[1]王雪莹.3D打印技术及其产业发展的前景预见[J].创新科技,2012(12).

[2]吴智慧,朱剑刚.家具企业实现大规模定制的技术体系第一讲大规模定制的基本内涵[J].家具,2011(01).

[3]刘厚才,莫健华,刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用[J].机械科学与技术,2008(09).

作者：郭乘伸