3D打印中现代家具设计应用

摘要：概述3D打印技术运用在现代家具的成型原理，分析了国内外3D打印家具在结构、材料、生产过程、销售模式以及文化传承的典型案例，从各个方面得出其优势和特点，吸取可参考之处并对其进行较全面的总结。而现阶段的局限是3D打印技术尚未成熟，客观地指出3D打印家具现阶段材料、工艺、设备、相关操作人员等制约性问题。最后论述观点，现阶段3D打印技术尚有许多工艺上的不足，但3D打印技术随着不同领域的发酵将不断的完善自身的缺陷，因此3D打印现代家具在未来将是一个热度极高的行业。

关键词：现代家具；3D打印技术；原理；优势；局限

目前社会3D打印家具已有文献对其优缺、材料、结构等不同的分类进行了探讨，本文基于3D打印现代家具的各方面进行信息整合和补充。本文列举具有代表性的3D打印运用在家具上的实例和查阅大量的文献资料，再结合自身的实践调研，从家具的结构、材料、市场状况与3D打印相关工艺技术进行探讨，同时本文对3D打印现代家具的优缺较全面的分析，给现代家具领域的相关工作者提供意见以及对未来家具的行业提供有效的帮助。

13D打印的概述

3D打印技术最早诞生于20世纪80年代，现代科技不断的提高，3D打印技术在大型建筑、医学领域、集成电路、航天领域等许多行业得到广泛的运用，近几年，随着3D打印技术的发展、传统的家具制造工艺也突破不了，也逐渐被运用到家具设计当中。3D打印是增材制造技术的俗称。顾名思义，以三维软件数据为基础，由不同散状材料进行叠加后成为实体的过程，此工艺的原理称为增材制造[1]。工作原理是利用三维软件进行辅助将准备打印的家具进行三维图形分层，从三维数据转换到二维数据，通过“逐层叠加”实现最终的三维家具。以下为3D打印技术制造家具的过程。①确定家具的形态，是否为一体成型，若否，则需分开家具各部件进行打印，用3D虚拟软件建出家具或其组装部件的文件。②在三维软件数据建立后，将家具或家具零部件导入精细的工业级3D打印机。③打印家具实体后（若将家具拆分零部件打印的需通过组装完成最终的实体），最后给家具进行后序工艺处理后完成家具生产。

23D打印技术在家具上运用的实例

2.13D打印家具的结构

匈牙利的Ollegellert设计师来自匈牙利，设计了一款用连接件（图1）组合一起的家具，此家具是采用8毫米的板块进行拼接，模块化的连接件是采用3D打印技术制作与设计的，颠覆了对传统家具的认知，此连接件可以依据用户的需求进行个性化拼接形成多形式的家具实体，因家具的组合不需要任何的固定连接，比如螺丝以及胶水粘黏，所以可以进行原材料的还原以及重新组装。板材作为家具的原材料，可以直接用于拼接，不需要具体生产复杂的家具实体。是连接件的出现让现代家具有了个全新的视角，将现代家具推向一个新的浪潮[2]。探索家具的结构连接件除了OlleGellert的家具创作，还有此类型的作品，如刘志杰的《角椅》、李宣吉的《万物生长》以及鹿特丹的Minale-Maeda设计工作室的一系列作品《Keystones》等（图4）。家具出现更多样的连接形式，简化家具材料的工艺且降低了制造难度，减少人工成本和材料的浪费，家具的材料或部件可再利用，3D打印连接件的出现引导新的设计方向。

2.23D打印家具的生产

2004年，一款合作设计的一体成型家具C2椅用了激光烧结（sls）技术，该设计是由比利时马瑞斯公司与设计师特里克乔安共同打造完成的，目前收藏在荷兰的阿姆斯特丹博物馆[3]。家具设计Fractal•MGX是模拟用数学方法计算的分形模式，不断复制相似，有机生长。茶桌的结构是是由仿生的树干进行受力，而树干的分支则将整个桌面托起支撑。整个设计高度复杂又条理清晰，整体造型没有进行拼接和，是过去的传统制造工艺难以做到的。成立至今历史悠久TheVictoriaalbert(VA)是被世界共同认证的艺术博物馆，世界各地的优秀展品被共收录了3000多件，都是为推动艺术与设计的良性发展，为此他们将举办一次3D打印的展览，在脱引而出的Fractal•MGX家具被永久收录在此博物馆。目前传统的工艺都为大批量制造生产，都为耗材的工序，而运用3D打印技术能够简化模具制作等工序，从而提高家具制作的效率，同时具有一体成型和免组装的好处。3D打印技术运用在家具上是最优的曲面形态生成工具之一。

2.33D打印家具的材料

Bitonti设计师利用编程算法生成了ABS塑料家具，其造型独特是采用独自研发的算法，由计算机进行自动换算，节省了手工建模工序，大大提高了设计效率，每个打印出来的家具都是独一无二的设计[4]。LilianvanDaal是英国皇家艺术学院的设计师，她利用3D打印技术设计了一款名叫Biomimicry软椅（图5）。这款椅子通过对植物细胞的不同状态进行调研和前期的分析，传统的工艺手法无法达到此结构，因此以3D打印技术（3Dprinting）去仿造此植物的结构。而最后完成此款家具的制作，Biomimicry家具整体的设计的都为同一种材料，内部的结构密度不一，使得空气能够进入内部。这种手法是通过仿生设计（通过自然或生物提取灵感进行仿照设计）实现（图6～8）。3D打印家具能够减轻自身的重量，同时节省材料和降低运输过程的费用，且其仿生结构使舒适度更佳。其结构是传统工艺无法做出的复杂造型，传统家具结构被推向新时展的高度。

2.43D打印家具的生产模式与造型

PhilippeStarck是一个非常著名的设计师，拥有将生活用品变成有趣味的艺术品称号。在米兰的家具展上他将表示要在圣保罗开家为客户个性化定制家具的公司，可以拥有原创的3d打印家具，也可以与别人分享此家具。该企业的名字为TOP（AllCreatorsTOGether），同时成立了一个参与式的创新品牌，是一个客户和设计师共同完成的平台。TOG在设计与制造的过程中运用参与式的手法和客户共同定制定了个性化家具。TOP的网络平台可以定制每个消费者的需求，以3d数据传送到消费者手中，可以自行下载3d打印数据模型，在家以3D打印机进行打印，像这样个性新颖的家具品牌自然受到很大的欢迎。3D虚拟模型能够通过计算机进行传输，实现异地制造实体。“异地分散化制造”的新生产模式[5]。3D打印家具的出现正好解决每个消费者个性化选择的需求，从批量制造到批量定制，大量差异化产品可以生产，弥补家具市场上产品同质化严重的弊端[6]。其能够极大提高设计到实物的转化速度，并且通过虚拟模型能够想象到实体的成型效果。3D打印技术可以从技术和材料两方面，使家具的回收利用环节变得轻松，3D打印具有可替换性、可循环使用的优势[3]。

2.53d打印家具的传承

“富厚堂”为曾国藩的故居，因常年开放导致传统的家具都受到不同程度的损坏情况，而3D打印技术能够修复家具的缺失部分[4]。主要的方法采用红外线对家具的数据进行记录，将其编入三维软件，最后通过3D打印技术还原出实体，最后进行拼接、抛光和喷漆后续工序部分。同样，宜家在法国和比利时的实体店中进行3D打印技术修补家具的试点。消费者能够把旧式的家具带到实体店进行回收或转售，同时能够获得相对的费用。对于并不想丢弃原来的家具可以进行3D打印修复其损坏或丢失的部分。3D打印技术对于传统家具修复还原、对于设计师在此基础上进行现代家具的创新和文化的传承有重大的实践指导意义[6]。

2.63d打印家具的色彩

美国Stratasys公司的3D打印技术是非常著名的，在原来的二维彩色打印的基础上不断的研究和尝试，创造出了可以打印不同材料和颜色的3D打印机，以青、品红、黄三种的颜色为基础可组成数百种色彩，不仅如此，在打印的同时可以调节产品的透明度，颜色的视觉感受非常的细腻且不交汇污染，是传统工艺无法比拟的。3D打印技术可以使家具的色彩解放了传统工艺色彩形式的束缚，使得具有吸引力的色彩产生变得愈发高效和便捷[7]。

33D打印家具拟解决的关键问题

3D打印现代家具已经取得了显著的进展，但仍存在以下几方面问题。①3D打印技术的材料是局限3D打印家具推广的主要原因。虽已研发的材料主要有塑料、树脂和金属等。家具的材料以木质和金属为主，而3D打印的材料常用的主要是树脂材料，目前3D打印技术并不能完成木质和金属材料的打印[8]。②3D打印机打印速率非常慢，对于批量化生产大体量的家具和造型复杂的家具需要几天的周期，而利用模具进行的批量生产效率会相对快很多，比如注塑的成型周期可以短到一分钟。③由于3D打印自身工艺还不够完善，在打印家具的精细程度和质量大多不能用于实际使用需求。④家具的打印需工业级的3D打印机完成，实际比例的尺寸比例需要耗费大量的树脂材料，而优质的3D打印机和材料价格较为昂贵。⑤数字化的家具数据容易被窃取，同时家具的造型也容易被模仿，家具知识产权保护也要不断的完善。⑥缺乏3D打印家具相关的操作人才，家具生产已颠覆传统的生产模式，需要家具营销、家具建模和3D打印机的相关操作人才。⑦3D打印技术是需要三维的思维考虑整个制造的过程，而不是简单的三维技术呈现，这个从设计到制造最关键的要素之一。除此之外，空间关系、成型方式和审美方式都是非常重要的因素。⑧3D打印需要大量的研发费用和相关资金，因此在政策方面需要大量的政府投入或产业界的资金支撑[9]。

4结论

3D打印技术目前尚有许多工艺方面的局限，但3D打印随着不同领域的发酵将不断的完善自身的缺陷，目前3D打印家具的文献探讨和案例研究越来越多，本文也介绍了具有代表性案例，得出较全面的整合信息和补充，现代家具被推向一个全新的角色，将给3D打印运用到现代家具给予更多的突破口，但并没有得到广泛的推广，正是因为这两者自身与结合上都有不同程度的局限，但时代的变迁是行业的一个转折点，年轻人是追逐个性化潮流的一个群体，而3D打印技术的多样性、设计感和未来感正好迎合这一需求。更新迭代的生产和营销模式将会成为新时展的新模式。在未来3D打印家具将是一个热度极高的行业。

参考文献：

[1]中国机械工程学会编著.3d打印,打印未来[M].北京:中国科学技术出版社,2013.

[2]刘木森.探究3D打印技术下设计智造的可能性——以木制家具设计为例[J].装饰,2017,(01):142-143.

[3]刘碧瑶,邸贵玉.3D打印家具的技术原理与发展趋势[J].设计艺术研究,2016,6(06):116-121.

[4]刘予申.3D打印技术在家具领域的优势与局限[J].塑料工业,2017,45(01):5-8.

[5]范伟,邹芸鹂.3D打印技术在传统民间家具形态中的数字化保护[J].家具与室内装饰,2015,(09):52-53.

[6]王蕾.3D打印技术与家具设计智能创新[J].家具与室内装饰,2016,(01):60-62.

[7]李文嘉.仿生学拟态化视角下的3D打印产品创新设计研究[J].艺术设计研究,2015,(01):88-91.

[8]李小丽,马剑雄,李萍,等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表,2014,35(01):1-5.学,2017.

[9]王芳君,夏溢涵,邓德儒.3D打印技术在室内设计中的应用[J].家具与室内装饰,2014,(08):14-15.

作者:黄永良 单位:广东工业大学艺术设计学院