2017年12月28日，由西安设计联合会、丝绸之路创新设计产业联盟、碑林环大学创新产业带管委会主办，西安设计联合会、西安原位信息科技有限公司承办的《西安设计大讲堂》第二十二期在西安创新设计中心成功举办。Xuberance三维设计CEO、中国3D打印文化博物馆执行馆长王蕾博士以“3D打印设计的创新应用”为题，为听众分享了3D打印设计创新应用及理念。3D打印领域企业代表、设计师、高校师生一百二十余人参加了本次讲座。
《3D打印设计的创新应用》
今天我的主题是3D打印设计的创新应用，是希望介绍一下关于三维打印和三维设计能够对我们的生活带来哪些变革。中国3D打印文化博物馆于今年7月19号正式成立，博物馆初创期得到了业界关注，还有很多领导的关怀，和同时小伙伴们的共同努力和付出，才有了今天的中国3D打印文化博物馆的诞生。
中国3D打印文化博物馆，位于上海市宝山区蕰川路6号智慧湾科创园区内，是中国以及全球范围内首家以增材制造和3D打印为主题的博物馆。2017年7月19日，由工业和信息化部工业文化发展中心正式授牌“中国3D打印文化博物馆”，博物馆兼具文化历史教育、文化体验、文化衍生品消费等多重功能，将策划与主办以“3D打印”、“三维技术”、“三维设计”、“新材料”、“VR&AR”、“智能制造”等关键词为核心的文化活动。
中国3D打印文化博物馆，已经成为国内外聚焦增材制造行业的窗口，具有高度的品牌示范和向国际输出的效应。我们希望能够做到“中国设计、全球打印”目标贯彻到底，树立大家对民族工业的自信心和自豪感，由中国设计师设计，负责创新设计、高附加值和产品前端，在中国生成设计数据，之后发送到我们在国内外的打印服务商完成打印，因为实际操作层面的确已经这样实操完成了。在一个“大设计”背景的时代，内容为王，内容生成的能力决定了企业的存活，创新能力也很大程度上决定了产业发展的速度，所以创新和设计是提高国际竞争力的重要组成部分，而增材制造能够为这样的目标实现提供可能性。
在随着增材制造领域的快速增长，3D打印产业内也急速精细化细分，除了材料、硬件、软件，还有综合打印服务商、数据服务商、媒体服务，产品品牌等。这些三维服务以及他们所服务的对象共同组成了三维的“内容”部分，打个比方，就像电视机和电视节目的关系一样，电视机需要有“有目的”的播放节目，而这些节目需要大量专业的人员进行制作，再之后会分化出类似于CCTV有不同的频道针对不同的人群播出不同的节目。
在这些领域中“人才”却是是重要的“内容生成”的生产力。而人才短缺制约了行业的发展，反映在三维领域里面就表现为三维内容数据生成的容量太小，内容单一、目标不明确，满足不了客户的数据需求，所以数据扩容的问题亟待解决。
01 三维设计方法论和三维文化
借鉴之前在建筑领域实践的经验，我们在设计的时候会大量使用3D打印技术作为设计工具，比如在推导设计时候时3D打印的模型是十分便捷的，提高设计往返的效率；而随着当下3D打印技术和材料的成熟，直接打印出成品的完成度也足以支撑交付客户的标准。因此直接打印出产品“最终成品”才是作为制造业之职能的目标，而不能满足于模具的“过程半成品”。由此就对于三维产品设计提出了新的问题，就是当下的目标客群需要怎样的三维产品，如何做好细分市场和目标族群的研究，这就需要在社会学层面、和设计方法论层面进行多维度的探讨，而不再仅仅是基于3D打印技术的表层应用。在博物馆中我们也承担一些三维设计的教学的工作，比如与伦敦建筑学院（AA）以及南加州建筑学院（SCIARC）举办国际数字设计教学和研讨会等。在教学活动中，我们会尽量的去拓展学生的思维可塑性，要求学生们跳出程式化的设计模式和形态构造、或者对现在既有的实现手段有难度的设计，我们会鼓励学生进行创作，对于设计思维是一种延展，不局限于当下的制造手法，跳跃到一个三维的设计思维。其实这是一种思辨的过程，即从二维-三维的转化性思维，到塑造三维直接思维的能力。
我们在过去几年的3D打印设计的创新应用和实践中总结了一些有针对性的“设计导则”供大家参考和探讨：
从“为制造而设计”到“为设计而制造” /“from Design for Manufacturing ”to “Manufacturing for Design”
之前的设计受到“制造实现”的制约很多，设计师在设计的时候需要设计符合当下制造工艺；而增材制造虽说尚不成熟，但已经在很大程度上给设计师以形态的可及性，减少制约提高设计的的自由度。
从“同一形态开模复制”（Copies, Traditional manufacturing ）到“异质形态单次生产”(Iteration: Multiples Manufacturing )
传统工艺中采用大量的模具复制，一方面能够降低制造的成本，但也因此造成市面上大量同质化的产品；3D打印技术可以满足多种异质形态的产品在同一个批次生产出来，一方面降低时间成本、节约了模具费用和时间，降低相同产品的数量，保证差异化产品的数量减低。从而达到批量定制的目的。
从“批量生产”到“批量定制”（from Mass Manufacturing to Mass Customization）
批量生产是现在传统制造业的主流，应很难满足人民日益增长的消费需求。而之前的“定制”服务更多是将成百上千个产品批量生产前期的“设计、模具费用”全部摊销到一个、或者数个产品之上，从而导致了“定制”价格的骤升。而3D打印的成型工艺能够提高产品的差异化并未不产生模具费用的摊销，所以可以低成本地完成“批量定制”化的产品。用另一个角度来说就是提高SKU但是减单一SKU的库存。对于消费品市场来说就是“差异化产品的闭环生产”。而闭环生产，指的是没有三维数据就不能够完成打印，可以有效地控制打印数量，保证差异化产品的数量少，从而体现产品的稀缺性。
从“简单形态”到“复杂形态”(from Simplicity to Complexity )
产品形态越简单越容易被开模制造，越复杂约难被复刻，也越能够体现3D打印产品的优势，在外观和结构上的优势。同时能够减少差异化产品的数量。
换言之这个跟产品被山寨也有一定个关系，提高产品技术壁垒，以也是降低被山寨复刻的有效途径，因为会造成山寨的成本提高，高成本复刻在商业上基本不可行。
以这样的三维设计和三维制造生产工艺生产出来的产品，以及相关的消费行为逐渐组成一种新型的消费模式，从而形成以三维技术为载体的“新物质文化”。仅从三维文化研究的角度来说也具备重要形成物质文化的组成要素：具备新审美方式消费群体共同诉求的精神要素；具备数字化语言与编码和特种表达方式；具备新材料新技术生产出来的新物质产品；以及形成了新型生产组织流程等等。我们一直在针对三维文化做一些研讨，跟各个领域的专家做一些研讨，涉及法学、社会学、人类学、设计学。我们希望探讨三维文化，包括三维文化包含的内容，现在我们研讨的步骤大概是新材料、新设计、新消费。新材料加新设计等于新的产品，那么新的产品加上智能制造的这种方式，其实是变成一种新的生产方式，整个制造工艺和之前有非常大的区别，新的产品和新的品牌促成一种新型消费，如何解构新型的消费是我们一直在探讨的。
02 三维文化和中国3D打印文化博物馆
中国3D打印文化博物馆的，从实体空间、标识系统、藏品的收集以及衍生品，从去年开始到今年7月份历经9个多月的建设。建筑的前身是一个老旧厂房的改造，通过三维设计为老旧建筑赋予了新生命。我们用六边形作为导视系统的基本元素，因为建筑前身是第三毛纺厂的旧址，而现在新材料的分子结构也是六边形，所以正是用这样的形态映射制造业的前世今生的变革。
作为当代工业文化的重要组成部分，中国3D打印博物馆，将成为中国3D打印科技与三维文化综合性的体现，三维文化作为当代工业、制造业的新兴力量，在不知不觉中已经渗透在我们生活中的方方面面，逐渐形成了一种对三维技术的聚焦、三维文化、三维产品的消费文化和物质文明。所以，在这个历史大趋势的背景下，中国3D打印文化博物馆也应运而生，作为3D打印技术的集中体现和三维工业文化的中枢，中国3D打印文化博物馆的职能主要体现在以下6个方面，也是博物馆的社会职责所在：
1
开展对三维文化领域发展战略和问题研究，与相关领域专家的协助下，对政策、规划、法规和行业标准等方面展开研讨。
2
承担对三维设计、三维文化创意等行业先进群体进行展览展示，对三维文化产业的发展进行数据统计并进行分析和研究，并以研究报告的形式对外公开。
3
承担3D打印技术与三维文化发展史编纂的工作。并在工业和信息化部工业文化发展中心的指导下，对三维文化提供项目策划咨询的相关服务。
4
建设3D打印技术和三维文化相关领域的公共服务平台，开展三维文化相关3D打印产品和项目的测试、评估、等服务工作。
5
开展对3D打印技术和三维文化创新、三维文化品牌建设、质量管理、知识产权保护的研究。
6
开展对3D打印技术和三维文化、文明和精神等方面的宣传推广，推动3D打印技术和三维文化的国际交流与合作；开展三维技术的职业教育和培训服务。
博物馆建筑面积约5000平方米，收藏了近千件3D打印技术在各行业应用成果，馆内共六层，内有常设展厅、主题展厅、3D打印材料图书馆、3D打印研究中心、创意廊、互动展厅、映像展厅、3D空中花园、3D儿童活动中心九大功能区，兼具历史文化教育、文化体验等多重功能。在藏品上，我们收藏的是全球范围内、带有里程碑意义的3D打印的作品，比如世界第一套3D打印服装、第一个医学用3D打印模型等等，也有来自诸位专业领域学者专家的捐赠。
值得一提的是中国3D打印文化博物馆中独具特色的是中国首个“3D打印材料图书馆”的设置。对于文化创意群体来说，在使用初期最大的困惑会来自于对3D打印材料的陌生,，因此3D打印材料图书馆里面展示收藏了大量的现有材料样板，如金属粉末材料、尼龙粉末材料、光敏树脂材料、还有各色各类线材，以及该种材料打印出来的样板结构，可供设计创意群体方便查阅。
所以，中国3D打印文化博物馆是以三维文化的传播和发展为己任。也是人才聚集的平台、国际学术泰斗交流的平台以及实验沃土。希望智能制造的学者们可以展开热烈的、甚至针锋相对的学术研讨。在未来希望博物馆也是塑造三维文化人才培养的中心，肩负着发掘和打造三维文化的明日之星。
03 三维知识产权
接下来是关于中国3D打印文化博物馆的软实力的建设，比如对于三维知识产权的研究和三维消费产品标准化的研究等等。针对三维文化和3D打印产业的研究，我们博物馆第一次提出了对于三维数据的虚拟收藏，目前也是在跟各方技术专家和法务专家在进行论证和研讨。也会涉及到关于三维知识产权的研究和对三维虚拟数据的保护。这个领域目前我们是在跟华东政法大学知识产权学院的学者专家合作。极致盛放Xuberance三维设计公司在2015年9月22号的时候做了中国第一次三维设计知识产权的交易，开辟了法务上的一个先河。
04 案例说明3D打印设计在民用消费品领域的应用
以上是关于比较理论和知识性方面的探讨。下面以消费端的衣食住行为分类方式来介绍一下当下中国3D打印博物馆的收藏，从而展示3D打印设计在各个领域中的创新应用
1、服装配饰领域，Haute Couture：
如现在服装配饰领域大量使用的服装辅料，可以由TPU等软性材料打印的箱包、鞋履、领结等；最近我们完成了一件打破吉尼斯世界纪录的服装产品，是世界上最长的服装，三年前是2.7米长，通过尼龙粉末选择性激光烧结一次性打印成型。而三年之后的今天，长度已达到了8米已经是当下可以达到的数据极限，所以这条八米长的这个婚纱，最近刚刚受到中国丝绸博物馆的收藏。
珠宝大量使用蜡模打印之后再进行失蜡法翻铸的手段，但现在也可以通过钛合金直接打印，如跟西安本土的金属打印企业铂力特合作推出一系列钛合金打印的珠宝设计系列。
2、食文化领域Cusine ：
包括餐具、日常用品、以及巧克力打印等作品。比如现在的陶瓷杯子《饮冰杯》《梦蝶杯》等陶瓷系列可以打印里面的模型之后通过传统翻铸工艺生产出来，形成“数字+手作”的工作模式。能够节省大量的时间，就传统工艺来说，刻胚师傅这样的阳刻胚要刻好多天，但是数字生成+打印便很快可以完成，缩减了工时，但能够增加产品的器型。《品烟篇》的筷子设计师是过做珠宝的方式来做日用餐具。等等（略）
3、 家具家居领域 CASA
我们的3D打印灯具系列《观云篇》系列在2015年获得了米兰家具展卫星沙龙一等奖，这是设奖56年来华人设计师获得最高奖，并且评委的评语“开辟了中国美学的新思路”，这对于中国3D树立数字设计的审美方式都有指导意义，一年以后我们带着我们与广美家具系的学生的毕业设计3D打印家具设计亮相米兰，这是中国第一个3D打印家具系列代表了中国设计的后起之秀的实力。此外我们在建筑领域也尝试了3D打印的实践。如目前最大尺度的3D打印建筑外立面。
4、 行者文化—衍生品领域（Cruiser）
我们博物馆除了自家的3D打印衍生品的研发，目前我们也在跟上海音乐厅、故宫、吴昌硕纪念、文艺复兴展等艺术文化机构在共同打造文化衍生品，简称为“三维文创”。这个板块的发展空间非常的大，但是也是基于上面我们提到的几个设计导则为指导来进行。
05 案例说明3D打印在定制化产品领域
01
高级定制领域的应用：全球首场3D打印婚礼
其实大家认识极致盛放或者是了解3D打印定制产品都是从我们做的全球首场3D打印婚礼这个项目。这是第一次我们开启“数字高级定制”的篇章，而今年我们也成为国际认可的“中国高级定制委员会”的官方成员，“数字高级定制”将在未来大有可为。
02
影视道具领域应用
今年和明年即将上映的大片中都会有大量由我们设计的3D打印影视道具。在这个领域的应用，对于三维设计和技术提出了新高度的要求，难度极大并且不可复制，而且还要跟剧情相符，与摄影师剧组、影像团队高度配合、是一个跨学科、跨行业综合成都很高的领域。
03
线下实体空间
除了作品本身，我们在上海经营者三个线下的实体空间“3D打印咖啡”。其实这是一个非常直观的体验式的“应用场景”，扮演者消费产业里面3D打印应用“样板间”的角色。咖啡厅所有的装饰、内装都是3D打印完成的。比如在永嘉路这个咖啡厅里面一共有五块天花板垂吊设计，是全球天际线的设计，每一个摩天楼都是3D打印完成。蛋糕、模具是3D打印完成，还有3D打印的衍生花，每一份设计都是因地制宜制订的。
04
教学实验室&研发
一开始我们就强调数字教学是我们特别重要的部分，要承载的数字扩容的功能，所以我们的课程包括3D打印还有AR、VR，还有机器手臂的应用。
最后我们以最近的作品视频结束这个讲座，我们博物馆的目标是让我们一起“Create Your Culture, Print your Passion”创造属于你的文化，打印属于你的激情。非常感谢诸位的到场和耐心聆听。
提问1：王老师特别感谢你的讲座，假如可以用参数化建模，可以极大提高建模的效率。在您看来，参数化怎么样结合或者应用，能应用在3D打印建模的环节中，能起到什么作用？
王蕾：非常感谢你的问题，这个问题是我们一直探讨的一个热点，就是参数化和雕塑化的使用，这两种模型生成方式都是属于数字设计。而极致盛放的设计更偏重数字雕塑主义，主要以Maya或Zbrush等软件手工调整出来的曲线所塑造的三维数据。同时为了规避法务上潜在的隐患，我们内部是不允许使用开源数据模型的，同时开源的脚本也是不允许使用的。至于参数化软件，大多是通过电脑运算的到模型、以及优选法得到的结果，技术路线是不同的，但这两者可以相结合，但也许在法务上面可能会略有区别，这个部分我们也是在探讨过程中。
提问2：3D打印的国际市场，和国内市场目前的现状如何？中国处于一个什么水平？
王蕾：在很多文献中已经描述过很多国内外3D打印的硬件软件市场了，再次不赘述，仅仅就产品消费领域来说，我个人是非常看到前景但同时也看到很多问题，因此才会在消费领域做些力所能及的工作。但是在发展中当然也会有很多曲折、有很多困难需要产业上下游携手克服。同时，现在国内碰见发生的困难，全球也发生，几乎是在同步的，甚至我们在某一些领域的数据应用国际领先的。对于民用消费品市场来讲，3D打印产品现在只是一个非常早期的阶段，但是可以看到未来蕴含的市场和机会是非常多的，而且这个机会并没有国界之分。