3D打印技术在创意家具设计中的应用

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摘要：随着技术的发展，3D打印技术逐步渗透进各行各业。在家具制造业中，通过3D打印技术，不仅可以制造出更多具有创意外形的家具，更是大大缩短了制作周期，提高了制作效率。本文简要介绍了3D打印技术的原理，探究了3D打印技术在国内外的发展历程，分析了传统家具制造工艺的缺点和利用3D打印技术制造家具的优势。并通过具体的操作流程，讲解了通过3D打印技术制造ET单椅模型的全过程。

关键词：3D打印：家具设计与3D打印：3D打印的运用

中国分类号：J525.3 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）07-0135-02

3D打印机的横空出世，打破了传统的束缚，使得以往造型复杂、耗时惊人的家具可以很快地生产出来，解放了生产力的同时增加了产量。将3D打印技术融入到家具设计中去，是家具市场的又一重大的突破，不仅可以很快地将设计的产品打印出来，并且可以直接面向市场，大大提高了设计转化为产品的效率。

1 3D打印技术简介

简单来说3D打印机所使用石膏、尼龙、金属、陶瓷等可以被溶解成粉末状的材料，打印出的物体是立体的。整体来说，3D打印机可以打印出真实产品的一种机器。3D打印的工作流程主要分两步：首先通过建模软件设计并建出理想的立体的产品模型，并将产品模型导入3D打印机。建模软件和打印机之间衔接的标准文件的格式为STL，这种类型的文件在模拟物体表面的时候，选择的是三角面来进行模拟，其选择的三角面积越小，则代表物体表面的分辨率越高，当然最后打印成型的物体三角面就会越多，然后再往3D打印机里添加液化的或者是粉化、丝化的原材料，启动机器即可打印出建模软件里的模型[1-4]。

2 家具设计与3D打印技术

2.1 传统家具制造

目前家具的生产一直都是设计好图纸，然后按照“原木一开料一烘干一下料一拼版一下料一画线一开榫、打眼、开槽一组装一油漆一包装一出厂”这个模式进行生产的。在生产过程中，由于家具机械以及人工的误差调整，家具的生产需要频繁的修正，因而导致家具的生产周期过长，耗费人力物力，制作成本高。

2.2 3D打印技术与家具设计

随着科技的不断进步，在进行家具生产的时候若使用3D打印技术即可以忽略掉前面的传统步骤，直接从图纸到成品，一步到位。并且3D打印技术打印出的家具从外观来看，打印出的家具逐层堆积形成了十分明显的纹路，表面层的质量看起来也是非常匀称的，并且每层都十分的流畅和一致"5]。如果充分的利用打印的纹路，就不会使得那些纹路影响到家具的美观程度，并且还可以使得打印出的家具独一无二。与此同时，3D打印的家具可以让室内设计具有很强的生动性，使得家具變得更加具有立体感，给我们带来视觉上的冲击力。

3 3D打印技术在ET单椅制作中的运用

3.1 制作准备

基本材料：3D打印专用石膏粉末，3D打印专用彩色胶水，Color bond

3D打印机：Project 660 Pro，毛刷。

3.2 具体制作步骤

1）建模软件选择。这里使用的是3Ds max20099。

2）单位配置。点击菜单栏的自定义——单位设置，在公制里面选择毫米，点击确定。

3）座面建模。（1）选择右边的建模菜单窗口，选择标准基本体下面的球体，球体的参数为半径250mm，分段数100，半球0.6。此时由于座面是向下的，需要在Z轴方向翻转，点击镜像翻转。（2）复制一个上诉中的模型，并使用缩放工具进行缩小。（3）选择位于下方的半圆，进行布尔运算。点击右边的建模工具下拉菜单，切换至复合对象，选择布尔，切割掉上方的半圆。（4）制作两边镂空。选择标准基本体一圆柱，圆柱参数为半径100，高度300，边数100。并在圆柱上添加一个FFD3*3*3的命令，并调整FFD节点。使用旋转命令，使得变形后的圆柱为倾斜插入半圆。调整好位置之后，镜像出另一个，并调整好位置。继续对之前的座面进行布尔运算切割掉这两个变形后的圆柱，效果。

4）腿部制作。（1）选择建模菜单中的扩展基本体，选择切角长方体。建出一个长35、宽35、高350、圆角3的切角长方体。并添加一个FFD2*2*2的命令，把腿部下端缩小并倾斜一点即可。（2）使用镜像命令对腿部进行对称复制，并对后腿进行适当倾斜增加其稳定性。

5）赋予材质。3D打印机只能识别标准材质，所以请勿使用V-ray材质进行赋予。由于本模型只有白色座面与黄色椅腿，所以只需要赋予白色与黄色材质即可。

6）导出模型。因为3D打印机中有自带的一款文件识别软件3D Editor Pro，这款软件可以识别多种类型的模型文件，但wrl格式是最容易操作的办法之一，所以此处选择导出wrl格式用于后面打印。在完成模型的建立后，将模型保存并导出，在文件名一栏需要选择VRML97的格式。

7）打开3DEdit Pr02.O（x64）界面。

8）点击File-Open，找到步骤2中保存的wrl文件。

9）打开导出的被保存为wrl格式的模型文件，并在Choosethe Pperation Mode窗口选择Fix mode（修复模型）选项，模型修复完毕会弹出窗口。点击鼠标并移动，使3D模型在操作界面内进行各方位的旋转，检查导出的模型是否有误，如果出现错误，则需要重新使用3Ds max软件进行编辑修改，再导出新的wrl格式的模型文件并重复步骤9和步骤10。正确之后的模型。

10）如果上个步骤确认模型无误，便将模型重新保存为zpr格式。

11）打开3DPint界面。

12）将之前保存的zpr模型文件打开，点击Next命令跳过弹出的Choose Units for窗口，在Scale选择视图大小界面选择100%，如果有提示模型尺寸太大，则选择稍小一点的视图。这里选择30%。点击Next进入到显示界面。注：如果在接下来的过程中想要重新修改视图大小，则可以点击鼠标右键选择Scale命令进行修改。

13）模型检查之后如果没有什么问题，即可打印。打印之前，首先确认3D打印机处在在线（Online）状态，如果没有，则要设置打印机选项使其处在Online状态;在3DPrint软件菜单栏上选择Settings-Printer Settings;在Printer Settings（打印机设定）窗口下选择Select Printer命令，在Select 3D Printer窗口下选择Network，并选择Find命令，使其搜索到连接的打印机，确认无误则点击OK;返回到Select 3D Printer继续点击IOK即可;最后关闭Printer Settings的界面。注：如果在点击Find命令后不能搜索到打印机，则需要确认打印机和电脑的连接是否正常。

14）在3D Print软件界面，选择Home菜单下的Build命令;在弹出的Printing Options窗口中选择OK;在继续弹出的Maintenance窗口中选择Close提示Did you lube Piston Screws，进行两次确认;最后进入Printer Status界面，确认是否打印机的材料数量能否满足此次打印操作，如果有某项材料数量不足，则后面的参数一栏则会进行红色警告提醒，在添加相关的材料数量后则会显示正常。添加完毕点击Print即可。

15）打印完毕后，不能马上取出模型，应使模型静置于打印机内10小时以上方可取出。在3D打印机设置中选择VACUUM命令，对打印物周围多余的材料进行真空吸粉回收。之后拿起真空管进行吸粉，实现记住打印成品的位置，先把没有打印的区域的粉末吸除，按照粉量的大小选择合适的真空管头，在吸粉操作时应把握轻、准、慢的原则。

16）当打印区域之外的粉基本被吸完之后，使用毛刷对打印区域进行清理，用较低的力度刷去贴近打印品的粉末，再使用小号的真空管头对打印品周围进行粉末吸取，重复这两个操作直到能够完好取出打印品。

17）取出成品后，再用毛刷对打印品进行细部的清理，剔除掉多余的粉末，然后将打印品放置进打印机清洁仓。

18）使用空管和纸巾对打印仓进行清洁，并选择BUILDCHAMBER-RAISE PLATFORM将打印仓升高到8.00，关闭仓门。然后选择CLEAN PARTS命令，在打印机清洁仓中进行吹风操作。

19）在清洁仓中，使用喷漆管对打印品表面的粉末进行清洁。在清洁之前保证打印品的稳定，以免打印品被吹倒。

20）当打印品表面粉末被吹风管清理干净，便将清洁完的打印品放進Color Bond固化胶水槽中，浸泡30秒左右，使用手套翻转打印品保证打印品每个部分都被浸泡。最后，将浸泡好的打印品拿出悬于胶水槽上方直至不再滴胶，然后将其放置于硫酸纸上自然风干。

21）最后展现的就是打印好的成品。

4 总结

处于科学技术高速发展的21世纪，3D打印技术的产生和持续的进步，为制造行业提供了一个全新的方向.家具制造业也不例外。本次研究通过使用3D打印技术制造家具模型，清楚地了解了3D打印的具体流程，其高效和便捷也突显了3D打印技术对创意家具设计起到的巨大的作用。3D打印技术融入到创意家具设计中，使得一些概念型的家具也可以投入市场，打破那些传统的、陈旧的设计，让家具市场注入_股新鲜的气息。

本文系2016年度广西高等教育本科教学改革工程项目（项目编号：2016JGA115）。

参考文献

[1]苏也惠，邢妍.3D打印技术在三维模型设计中的应用研究[J]，艺术科技，2016，29（2）：84-84.

[2]高月，3D打印技术进入服装设计领域[J]，艺术时尚：理论版，2014 （10）：140-140.

[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）：116-121，

[4]徐文鹏.3D：打印中的结构优化i问题研究[D]，中国科学技术大学，2016：1-8.

[5]覃卓凯，阔叶树材微观构造立体模型构建与制作[D].广西大学，2016：80-97.

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