3D打印在家具行业设计与制造的特征和优势

发表于 2017-9-19 19:36:08 显示全部楼层 2 5564

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3D打印技术的发展,使计算机辅助技术对家具制造的推动作用,从虚拟世界发展到现实世界,从家具的设计过程发展到家具的制造过程。

3D打印家具充分运用了计算机辅助技术的运算和生成能力,在材料、结构、形态上也有了更多的扩展性。

1. 3D 打印家具的特征

站在技术创新角度,3D打印技术打印出的家具具有以下明显的特征。

(1)3D打印家具具有免组装、一体成型的特征。目前在家具的大规模生产线系统中,从模具到零件,再从零件到产品有着复杂的工序,需要多个生产线来完成整个制造流程,整个过程中需要一定的加工数量才能满足成本需求。家具零部件和连接件之间通常呈现明显的组装性特征。

而3D打印家具的整个制造过程,是从无到有地制造家具实体。对三维数据模型的完整、连续复制,可以使每单件家具的生产,都可以实现免组装、一体成型。
这种生产工艺,使家具制造从研发到生产的流程大大缩短,同时降低了成本,满足了人们各个层面不同的需求。

另外,对家具连接部位或连接件的一体成型制造,还有增强结构强度的作用。在建立虚拟三维数据模型阶段,通过对家具的连接部位或特殊连接件的结构设计,来减少或省去连接件,使连接部位的结构变得更加简单明了,并且增强连接强度。

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家具特殊部位可简化连接结构

在生产需要活动连接(如旋转开合、抽拉等)的家具时,通过对连接部位阴阳面的设计,也可以实现去连接工件的目的。

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打印活动连接工件示意

(2)3D打印家具具有骨骼化、多孔、夹层、蜂窝结构等框架结构特征。在创建虚拟三维模型阶段,结构设计师可以通过多边形拓扑或建立网格结构等手段,创建带有明显框架结构的模型外观。这些结构可以使打印对象“空心化”,达到大体积、轻重量的目的,使打印出的家具具有骨骼化、多孔、夹层、蜂窝结构等特征。

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3D 打印家具的蜂窝结构造型和弹性触感

这种特征,能够在同等厚度下明显减轻家具的重量,同时节省材料,对打印过程本身和运输过程都有很大的好处。对特殊承重部位的骨骼设计,可以增强家具的结构强度。

另外,由点、线组成的部分材料的家具的表面,也可以获得特殊的弹性性能,使之拥有更舒适的触觉感受。

(3)3D打印家具具有曲线化、柔性化的特征。3D打印技术在制造家具时,根据三维模型数据在立体空间内直接打印家具材料,其打印的过程是由点成线、由线成体一步步塑造实体家具。

对每个点的细节把握,使3D打印家具在造型的弯曲度和灵活性上,远远优于减材或等材技术塑造的家具。

这种在三维空间上点的精确度的提高,使3D打印家具能够拥有更复杂的外观造型,具有曲线化、柔性化的特征。

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3D 打印家具的曲线外观

这种特征对家具有以下好处:使家具更符合人体工程学的要求,尤其是坐卧类家具,能更好地提高舒适度;赋予家具更高的艺术性和联想空间;更易于模仿自然,获得仿生性外观或结构。

2. 3D 打印家具的优势

(1)3D打印家具具有使用同种打印设备制造不同材料的优势。

一般来说,根据家具材料的不同,目前家具制造工艺之间的区别是很大的。但是,3D打印技术打印家具时,某些3D打印设备可以兼具打印多种打印材料。因此,同一件家具或家具零件的虚拟三维数据模型,可以打印出多种材料不同的家具,使得同一款家具能够具有丰富多样的颜色和质感等。

在未来,家具材料上的多样性,会随着更多新材料的发明体现得更加明显。这种优势将会给消费者提供更多的材料选择权,从而更好地满足消费者的特殊定制需求。

(2)3D打印家具具有可替换性、可循环使用的优势。

在自然资源越来越匮乏的时代,家具的环保性和可再生性,是生产者和消费者共同关注的重要指标。

目前,市场上的家具,普遍存在着磨损后难以修复以及旧家具难以回收利用的困境。而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。

其一,3D打印家具可替换性的表现主要在以下两个方面:一是3D打印家具的设计生产者可以选择建立分离式家具零部件的三维模型数据,以便于磨损零部件的替换。二是由于桌面级3D打印机的推广,使用家具的消费者也可以根据家具的三维模型数据或在家具生产者的指导下,打印出家具的某个部件,替换掉已经磨损或者坏掉的家具部件。这种贯穿生产者和消费者的多渠道的修复,使家具的寿命变得更加长久,修复过程也更加高效。

其二,3D打印家具可循环使用主要体现在以下两个方面:由于3D打印材料多为人工复合材料,一是再加工回收利用的难度较小,对废弃家具的重塑比较容易。二是家具材料本身就可能是其他材料回收再利用的产物,因此这种循环利用的利用率,远高于现有的木制家具或木质材料合成家具等天然材料。

3D打印家具的这种优势,可以更好地降低资源消耗,减少对环境的破坏。
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