基于3D打印技术的马蹄莲仿生隔热茶杯概念设计.pdf
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1、1产品设计理念茶叶起源于中国,据考古学家的研究,茶叶文化已有 4 700 多年的历史,具有深厚的历史底蕴和人文内涵。茶具即饮茶器具,其作为承载体成为茶道精神的表现形式,茶道精神的内涵在于回归本性、回归自然1。本次设计结合茶道精神蕴含的深刻内涵,将茶杯在形态和结构上进行仿生创新设计,选取具有独特形态和结构美感的植物马蹄莲花作为仿生对象,设计形成最终茶杯成品。为保持产品形态和结构上的制作完整性,最终决定结合 3D 打印技术特点进行一体化成型设计。1.13D 打印技术的运用3D 打印技术是以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合的材料,通过逐层打印的方式来塑造物体成型的技术2。3D 打印技
2、术作为数字化时代下创新的增材制造技术,鉴于其特殊的工作原理,即通过将 3D 数字模型离散为二维片层,将原料分层叠加固化,从而将输入计算机的图形数据转化为三维实体产品。故而,通过 3D 打印技术生产产品可以使得产品一体化成型,产品生产周期短,结构设计性强,可以适用于生产结构复杂、产品性能强的产品。近些年,3D 打印技术被广泛应用于各种产品和材料生产的行业中。随着 3D 打印技术的不断发展和完善,也为 3D 打印技术在产品生产方面的应用提供了可实现路径。本款茶杯在产品的形态结构设计上,采取了抽象仿生的设计方法。鉴于茶杯的一体化结构和复杂的形态设计,难以通过传统生产方式塑造符合生产的模具,且制作茶杯
3、的制作周期长,生产成本高的原因,本款茶杯的设计结合了3D 打印技术的原理,在茶杯的回旋结构和整体形态设计上体现了 3D 打印的性能和优势。利用 3D打印技术进行本款茶杯的制作和生产,能够将该产品设计的艺术形式和形态美感完整体现在其原有功能性的基础之上,将产品形态设计的美感融入现代审美观念。1.2抽象仿生设计的应用仿生设计学,亦可称之为设计仿生学(DesignBionics),它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科,主要涉及生物学、机械学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、形态学等相关学科3。仿生设计学的发展以及仿生设计在产品形态设计中的应用,能够拓宽产品设计师的想象空间,极
4、大丰富产品的形态数量,更加符合现代消费者的心理需求,有效增加产品的附加值,仿生设计将成为未来产品形态设计的流行趋势。在运用仿生设计进行产品形态和结构设计过程中,通常运用具象仿生和抽象仿生两种仿生方式4。中国作为茶的故乡,中国的茶文化至今已经有几千年的沉淀和发展。茶杯作为茶具的组成部分之一,亦为茶文化的一种体现,在茶杯的形态和结构设计上可以运用仿生设计学原理,通过仿生设计将茶文化与自然因素有机融合,形成特色创意茶具,这也是本款茶杯设计的初衷和理念之一。基于上述理念,本款茶杯在结构和形态设计上运用仿生设计学原理,通过抽象仿生的方式,从马收稿日期:2022原12原02曰修回日期:2022原12原27
5、作者简介:谭纳川(2002),男,辽宁沈阳人,在读本科,主要从事产品设计研究,E-mail:。基于 3D 打印技术的马蹄莲仿生隔热茶杯概念设计谭纳川摘要:本文以产品创新设计为出发点,进行创意茶杯的概念设计。选取茶杯作为设计主体,以马蹄莲花作为仿生实体,基于 3D 打印技术特点,运用仿生设计进行形态和内部结构设计,兼具镂空的外部结构设计,形成最终的茶杯设计产品,有效丰富茶杯产品形态,满足现代消费者对茶杯产品的多样化需求。通过本款茶杯的具体实践设计过程,展现对仿生设计、3D 打印技术以及镂空技术的应用方式,以期能够为同类产品的产品设计提供设计灵感。关键词:3D 打印技术;茶杯;仿生设计;马蹄莲中图
6、分类号:TB472;TP273;TP391.73文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2023.08.087(鲁迅美术学院,辽宁沈阳110004)文章编号:1674-9146渊圆园23冤08原087原04科 技 创 新 与 生 产 力SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITY第 44卷第 8 期2023年 8 月Vol.44No.8Aug.2023科技创新与生产力 2023年第 44卷第 8 期蹄莲的自然形态出发,反复推敲,概括马蹄莲的直观形态,直至其抽象形态,利用马蹄莲的抽象形态进行具体的茶杯形态设计,在茶杯整体形态上反映出马蹄莲的独特
7、本质特征。1.3镂空结构设计运用商品的基本属性是价值和使用价值。使用价值是指商品能够满足人们某种需要的属性,是商品的自然属性。茶杯,作为茶具的组成之一,其基本功能和使用价值是用于茶水的承载和品茗,主要使用于品茶过程中。鉴于茶叶因其性质的不同,对其冲泡需运用70 益以上的水温进行冲泡,且冲泡过程中因茶杯表面温度较高,容易发生烫伤的危险,因而冲泡茶叶和承载茶水的器皿材质需具有耐热功能和隔热散热功能。在本次茶杯设计过程中,结合茶杯的功能和用途,其材质的耐热性和整体的隔热性、散热性设计成为本款茶杯设计过程中所考虑的重要因素。本款茶杯采用陶瓷内胆+塑料外壳,内部空间大,茶杯内壁和外壁之间采用空气隔热设计
8、,茶杯外部采用螺旋镂空设计。这样的设计可以有效地增加茶水散热速率,杯身隔热效果显著,很好地解决了茶杯在使用过程中,因茶杯内茶水温度过高而发生烫伤的风险。2产品设计实践2.13D 打印技术在本款茶杯设计中的应用思路随着 3D 打印技术的发展和推广,其技术被广泛使用在各类产品设计中。例如汽车机械设计、珠宝设计、家具设计、文创产品设计以及掐丝工艺修复等设计领域中,3D 打印技术的应用已十分普遍,但在茶具设计领域,3D 打印技术的应用案例却是十分少见。当前茶杯产品市场中,茶杯产品存在茶杯设计形式单一、缺乏创新性、同质化现象严重的问题,将 3D 打印技术应用到茶杯产品设计领域,能够有效增加茶杯茶具产品设
9、计的多样性,主要有 2 个方面优势:一方面,3D 打印技术能够突破生产技术上的壁垒,完成传统模具难以完成的复杂化结构的生产;另一方面,3D 打印技术能够实现一体化成型生产,有效保证产品设计形态和造型的完整性,实现产品设计的创新性。本款茶杯利用抽象仿生设计的设计手法,提取马蹄莲浆果短卵圆形的抽象形态要素和内部寄存花柱的秩序结构元素,将其应用到茶杯具体的设计过程中,呈现在最终的茶杯产品设计上。茶杯在形态和结构的设计是通过对马蹄莲的形态要素和秩序元素的优化处理,采用一体化结构设计的。图 1 为茶杯一体化形态结构,图 2 为茶杯内部茶漏结构。在茶杯产品的色彩选择上,利用 3D 打印技术的分层堆积、熔融
10、沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化等特殊生产制造技术表现出来5,在本款茶杯产品的色彩选择上,3D 打印技术能够通过配色处理进行个性化渲染生产。图 3 为茶杯整体建模渲染图。在本款茶杯产品材料选择上,3D 打印技术作为增材技术,能够为本款茶杯生产提供个性化、专业化生产材料。2.2抽象仿生设计在本款茶杯设计中的应用方式本款茶杯的抽象仿生设计主要采用的是对马蹄莲的形态仿生设计和结构仿生设计。在产品设计过程中,产品的形态仿生设计是指通过对生物体的直接模仿或者对生物体外部形态特征进行简化,提取生物体形态要素,通过艺术处理的设计方法应用到产品形态设计上,并且在最终的产品外观上进行呈现6。结构仿生设计是指
11、根据不同设计需求和目的,透过外部现象,找出生物体内在结构与产品内在结构之间的有机关联,将此结构要素提取,应用到最终的产品设计当中6。在本款茶杯形态设计的过程中,主要是通过草图描绘马蹄莲的抽象三维形态的有机曲线线条,再通过有机曲线的方式展现出马蹄莲的特殊三维形图 1茶杯一体化形态结构图 2茶杯内部茶漏结构图 3茶杯整体建模渲染图 88 谭纳川:基于 3D 打印技术的马蹄莲仿生隔热茶杯概念设计态。图 4 为马蹄莲线性草图。根据设计需要将有机曲线不断调整,逐步实体化茶杯产品的三维形态,整个设计过程遵循抽象仿生设计的三维-二维-三维的设计秩序。根据草图提取出马蹄莲二维特征曲线基本特点是转角度数较小,曲
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