3D列印：數字時代的設計新思路

《中國美術報》第104期 藝術設計

荷蘭古城阿姆斯特丹在歐洲被譽為「北方威尼斯」，以其美麗的運河水道而聞名於世。如果你在2018年末去阿姆斯特丹的運河邊漫步，將會驚喜地發現，盤亘於運河之上的，不再是一座歷經滄桑的老橋，而是世界上第一座通過3D列印技術製作的鋼結構橋樑。這座3D列印大橋由喬瑞斯·拉瑞曼(Joris laarman)設計，在荷蘭MX3D公司與軟體開發商歐特克(Autodesk)的配合下共同完成。

3D 列印大橋

世界上第一座3D列印大橋

古老的運河之上，大橋彎曲翻騰的橋樑線條使人聯想起巴洛克藝術中常見的摺疊與曲線，而金屬材質與銀黑配色則又充滿了現代感。據了解，這座結合了未來設計感和古典藝術元素的3D列印大橋，有著12米的跨度。由於橋體跨度較大，會給運河兩邊側壁帶來太多的壓力，在歷經波折，經過了18個月的試驗修改，乃至推翻重來、重新設計之後，現在MX3D公司正在用他們先進的3D印表機器人進行製作。按計劃，這座橋樑將於2018年底在阿姆斯特丹的運河上進行安裝。

3D 印表機器人正在列印大橋

整座橋採用了MX3D公司的最新機器人疊加列印技術。通過不斷研發新的操作軟體和技術，實現對多種可焊接金屬合金的無限量列印。在實際施工中，它的基本技術由以下幾個部分構成：標準機器人、標準焊接器、MX3D的專利軟體、每小時工作容積可達1到3公斤的金屬焊管等。其中尺寸與幾何造型可按需製作。屆時，設計師只需將設計好的建築專用3D印表機器人運送到阿姆斯特丹的運河邊緣，然後啟動機器，3D印表機器人將從橋的一側開工，並向另一側逐步推進，幾個月後一座鋼鐵大橋就會出現在水面上。

整個技術的核心在於專利軟體的創新，它包含了這樣幾大優勢：1.造型自由。施工時能兼容各種標準型號的機器人和焊接器。特別之處在於，其操作的是至少六軸的機器人，相較傳統的三軸機器人，可勝任更為複雜的造型。2.盒外操作。多軸操作（即盒外操作）的自由度高，可以通過移動機器人，讓列印的高度超過機器人的臂長， 因此尺寸可以不限大小。3.節省耗材。造型自由後，就能對設計的重量和強度進行更深度的優化，從而節省一部分材料。4.造價減低。疊加列印單元（WAAM）的價格是SLM列印單元的五分之一。對普通材料的加工費大約是SLM的十分之一。5.速度更快。CAD列印時間在一般案例中，少於1小時，再加上每小時大於2公斤的輸出量，大大提高了工程速度。

為了服務於自行車和行人，這座橋還將作為一個「生活實驗室」，由研究人員對其性能進行監控和分析。感測器的綜合網路將安裝在橋上，以測量諸如位移、張力和振動等結構數據，以及溫度和空氣質量等環境因素。所有這些數據都將被輸入到一個不斷更新的橋樑的3D模型中，這可以讓設計者根據其性能，不斷改進他們的設計，以進行進一步的迭代。

這座由MX3D團隊安裝的3D列印橋將成為世界工程史上的第一。它以數據為中心，並使用了多學科協作的方法來捕捉橋樑的數據，標誌著一個新的橋樑設計方式的建立，同時它的建築和管理方式也較之以往發生了巨大變化，為下一代橋樑和其他主要公共基礎設施提供了有價值的參考。

技術融合 設計跨界

在這座令人矚目的大橋背後，是設計師靈感與技藝的碰撞。現年39歲的喬瑞斯·拉瑞曼成長於普通的荷蘭鄉間家庭，父母雖沒有受過高等教育，但按照喬瑞斯本人的說法：「他們的創造力體現於日常點滴。」2003年，從小愛畫圖做手工的喬瑞斯從知名的Eindhoven設計學院畢業，以一件洛可可風格的暖氣片作為畢業設計脫穎而出，獲得了國際設計界的關注，可謂早年成名。

喬瑞斯·拉瑞曼

2004年，他與同為設計師的妻子Anita Star在阿姆斯特丹創立了Joris Laarman實驗室，他是率先在藝術、科學和技術相結合方面進行實驗性嘗試的設計師之一，特別是在使用金屬和創新性的大尺寸設備進行先進位造和3D列印創新方面尤有建樹。除此之外，他還堪稱是一位出色的工匠、科學家和工程師，經常在藝術作品中使用演算法、開放源碼設計等。而且，他常與各類技師、科學家、工程師進行合作，致力於技術融合型的設計開發。一系列跨行合作使其作品在致敬傳統藝術元素的同時，亦廣泛運用了建模、仿生軟體和3D列印技術等，十幾年來，受到了世界諸多現代藝術博物館的青睞。

讓3D列印走進生活

喬瑞斯將設計與科技相融合的創作特色是有跡可循的，從其早期作品看，他的作品「骨椅」（bone chair）的橫空出世，奠定了其對3D列印技術的運用。他使用汽車建模軟體，利用3D印表機制模，設計出了世界上第一把以仿生骨骼為藍本的「骨椅」。早期的仿生設計受限於技術，多流於表面，而今，喬瑞斯藉助數字軟體得以全面探求生物內部構造，讓仿生設計由外至內更加精準。

喬瑞斯·拉瑞曼 數字體桌子

此後，喬瑞斯的作品便多在數字技術和機器人科技助力的背景下展開。2011年他以立體拼裝積木為設計靈感，使用機器人現場製作出了三款一模一樣的裝置藝術——「數字體桌子」。巴洛克風格外觀的桌子，是由數以萬計的小金屬顆粒堆積而成的，彷彿在探索物質的原子構成。今天，數字技術已廣泛運用於圖像處理，但在實體創作中，還處於剛起步的狀態。喬瑞斯的這件作品與其說是某項展示，不如說是一種實驗和預言。隨著設計軟體的快速發展和機器人科技的日趨完善，工業加工將成為真正意義上的精準加工。同時，也讓我們更具體地了解到，什麼是「不受地理限制的、實用的、多功能的、低成本的機器人生產模式」。

「骨系列」雖具實用性，但畢竟和大眾生活有距離，而「數字體」桌子則因為其裝置藝術的根本屬性而尚不適用於日常生活，那喬瑞斯自2014年開始設計的「拼圖椅」系列，就顯得十分親民。僅從視覺上入手，設計思路已一目了然 —— 使用3D軟體進行圖案設計，由3D印表機進行木材加工，最終將木塊組成椅子。

喬瑞斯·拉瑞曼 拼圖椅

喬瑞斯曾在訪談中表示：「3D列印仍然處在初始期，但未來不可預計。這些拼圖椅只是提供了某種可能的開端和借鑒。讓人們有理由相信，這項技術最終會走入家庭。」這一系列3D拼圖椅的軟體程序都能免費下載，只要家中有一台3D印表機，就能在家中生產。

之後，喬瑞斯初次使用疊加3D列印技術，創作了一款名為「龍椅」的公共休息長椅。並以此為開端，喬瑞斯成立了獨立的3D列印公司——MX3D，並在兩年後，將前文介紹的3D列印人行橋的設計方案提上了日程。

在今天這個數字時代，技術革新可謂日新月異，科技為設計帶來了新的發展機會，設計也是驅動科技創新和創業的一股力量，它們互相促進，共同發展，為這個時代源源不斷地注入創意力量。未來的設計師在這一大背景下，更需要提高自身綜合素質，也更應尋求跨行業的團隊合作。

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