【摘 要】生物靈感設(shè)計 （BID）是以仿生學(xué)機(jī)制為靈感研究設(shè)計，并支持發(fā)展創(chuàng)意設(shè)計系統(tǒng)的新型領(lǐng)域。以BID為思維中心，將生物智慧作為靈感運(yùn)用在家具設(shè)計領(lǐng)域，借助3D打印的工業(yè)制造手段，以全新的設(shè)計視角效仿生物揭示生命體的美感與結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造獨(dú)特的家具設(shè)計創(chuàng)新架構(gòu)，實現(xiàn)與技術(shù)高度融合的設(shè)計策略。

【關(guān)鍵詞】3D打印;家具設(shè)計;BID;仿生學(xué)

喬布斯曾說“21世紀(jì)最大的創(chuàng)新將會是生物與技術(shù)的交叉點(diǎn)，一個新的時代即將開始”。目前，在物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)以及服務(wù)網(wǎng)的快速發(fā)展的社會背景下，中國工業(yè)發(fā)展的階段處于換擋減速期，工信部正著手編制“十三五”和“十四五”相關(guān)規(guī)劃，規(guī)劃的關(guān)鍵詞為“向工業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型”“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”。工業(yè)4.0戰(zhàn)略起源于德國，主要內(nèi)容包括大規(guī)模生產(chǎn)高度個性化產(chǎn)品、顧客對價值創(chuàng)造與制造過程廣泛互動參與等。依托政府持續(xù)性的關(guān)注與扶持，3D打印作為工業(yè)革命3.0的代表正在新業(yè)態(tài)與新技術(shù)的融合下向更為廣闊的4.0邁進(jìn)，將改變制造業(yè)的原有傳統(tǒng)格局，也會對人類的思維方式、消費(fèi)方式、生產(chǎn)方式產(chǎn)生革命性變化，未來亦會成為家具設(shè)計行業(yè)的趨勢與潮流，對生活產(chǎn)生巨大變革與深遠(yuǎn)影響。

一、BID與3D打印概述

生物靈感設(shè)計（Biologically inspired design），以下簡稱BID，是以仿生學(xué)機(jī)制為靈感研究設(shè)計，并支持發(fā)展創(chuàng)意設(shè)計系統(tǒng)的新型領(lǐng)域。生物靈感的設(shè)計是進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新的一種很有前途的模式，在國外被普遍視作可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的一部分。BID被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計，從建筑復(fù)雜思維的非線性生成法則到結(jié)合數(shù)字化設(shè)計的生命生長規(guī)律的遺傳算法建筑，都體現(xiàn)了對生物形態(tài)、生命機(jī)能、生長特性等深層次的模仿，發(fā)掘生物世界特性為設(shè)計創(chuàng)作提供了無窮無盡的思想啟迪。

3D 打印技術(shù)（Three-Dimensional Printing Technology）是快速成型技術(shù)的一種，是增材制造的主要實現(xiàn)形式，制造過程不需要原坯和模具，直接依托計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過一系列的橫截面切片進(jìn)行材料疊加以生成任何形狀的物體。最為主流的三種技術(shù)類型為用熱塑性塑料熔融沉積快速成型技術(shù)的熔融堆積（FDM）技術(shù)，使用激光在材質(zhì)盆中硬化液態(tài)樹脂的光固化（SLA）技術(shù)，以及利用激光對粉末狀金屬、塑料、陶瓷材料進(jìn)行高溫熔融并層層堆積的激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)。激光燒結(jié)3D打印技術(shù)可以打印金屬等特殊材料，極大地開拓了設(shè)計塑造空間。作為全新概念的工業(yè)制造手段與傳統(tǒng)的機(jī)械加工與模具加工方式相比，3D打印技術(shù)具備材料損耗小、簡化制造程序、實現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計、縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本及風(fēng)險、提升創(chuàng)新效率、降低生產(chǎn)成本、提升產(chǎn)品豐富度等優(yōu)勢，這些都成為推動設(shè)計創(chuàng)新的重要因素，為設(shè)計的可行性提供技術(shù)保障。

二、BID思維下的3D打印家具設(shè)計塑造

在可持續(xù)、數(shù)字化等意識形態(tài)的影響下，對于設(shè)計決策者在設(shè)計過程中要更多地從公眾利益及人類學(xué)角度出發(fā)，探尋設(shè)計倫理與設(shè)計哲學(xué)，而大自然的生物策略將是一個最質(zhì)樸、最合理的可借鑒啟示，探索生物體的構(gòu)造技能以及優(yōu)化適應(yīng)等自然界的運(yùn)行機(jī)制，從大自然生物中提取可持續(xù)、高效、有序、永續(xù)的設(shè)計原則。后工業(yè)社會的哲學(xué)思想從傳統(tǒng)、線性向多元、非線性的價值觀變遷，審美體驗也隨之向動態(tài)與多方位拓展。德國仿生設(shè)計鼻祖克拉尼曾說過“仿生設(shè)計，是一個揭示自然界生命體的內(nèi)部規(guī)律，一項翻譯自然的事業(yè)” ，他要求自己的每一個設(shè)計作品都要最大限度地結(jié)合自然，每次設(shè)計前都會研究分析與自身設(shè)計要求相符合的自然形態(tài)，在實驗室測試并完成模型，這樣的思維方式下成就了克拉尼堅信自然界法則的設(shè)計理念與Bio-form的代表性生態(tài)設(shè)計風(fēng)格語言。基于BID思維，以生物靈感設(shè)計作為獨(dú)特的設(shè)計模式，鏡像重構(gòu)生命構(gòu)建復(fù)雜形式，家具設(shè)計亦可以揭示生命體不同尋常的美感與結(jié)構(gòu)，開啟未知的形式美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。3D打印技術(shù)使以往不可能創(chuàng)造的設(shè)計方案變?yōu)榭赡?，極大地拓展了形式自由度，體現(xiàn)時代進(jìn)步的同時使設(shè)計更加經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、機(jī)智。伴隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，3D打印為BID設(shè)計思維的進(jìn)一步發(fā)展提供強(qiáng)力的技術(shù)支撐與保障，成為推動BID的生命力。

（一）形式肌理的生物擬態(tài)化

BID視角下研究自然現(xiàn)象，借助3D打印技術(shù)探求生命中最精簡、輕巧、多功能的形式，實現(xiàn)極小曲面與數(shù)理形態(tài)的表現(xiàn)，形成新的設(shè)計原則與完全新穎的方式，完成有序的多層面的復(fù)雜自組織體系的建構(gòu)，體現(xiàn)與技術(shù)完美結(jié)合的極致的生命力與視覺張力。設(shè)計師Bitonti設(shè)計的3D打印家具（如圖1），通過軟件算法與3D打印技術(shù)，將自然形式與肌理融合在設(shè)計作品中，體現(xiàn)錯綜復(fù)雜的生物形態(tài)與3D打印技術(shù)制作鏤空肌理的高度表現(xiàn)力，從個體到群體進(jìn)行形式簇化建構(gòu)，浮動的點(diǎn)按照云重建進(jìn)行計算，視覺層面上彰顯技術(shù)美感。

伴隨著對生物體的探索與3D打印技術(shù)的成熟，除宏觀形態(tài)能被肉眼可見外，具有優(yōu)美形態(tài)的微觀世界的組織形態(tài)、流線特征、生理機(jī)能也將逐漸對BID產(chǎn)生直接或間接的借鑒意義。尊重思考生物界的智慧，探索全新面貌的生物世界，通過設(shè)計創(chuàng)作體現(xiàn)生物高度細(xì)致與復(fù)雜的形式和肌理，從而獲得作品的視覺生命性，此種設(shè)計思路亦是體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)設(shè)計思路的主流價值觀念。微觀視野中的生命現(xiàn)象呈現(xiàn)出非同一般的審美視覺語言，往往包涵豐富、秩序、優(yōu)雅、韻律等語義要素，將視覺符號進(jìn)行提取并提煉優(yōu)化，借助有機(jī)的造型語匯使其再生，產(chǎn)品的生命力感與生命體驗價值隨之應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)計師Lilian van Daal設(shè)計的家具《Biomimicry》（如圖2），設(shè)計靈感來源于植物細(xì)胞的內(nèi)部形態(tài)，細(xì)胞作為構(gòu)成生物的基本單元，其組織形式精密且高度有序，細(xì)胞形態(tài)下的整體形態(tài)體現(xiàn)著生物學(xué)角度的靜態(tài)平衡邏輯。

（二）結(jié)構(gòu)機(jī)能的擬真聚構(gòu)

生物在遺傳與進(jìn)化過程中結(jié)構(gòu)與骨架單元呈現(xiàn)出優(yōu)異的數(shù)學(xué)秩序，并在演進(jìn)過程中越發(fā)生態(tài)、精巧與機(jī)智，3D打印家具設(shè)計已不局限在自然界形態(tài)上的模仿，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能及運(yùn)行機(jī)制也逐漸成為設(shè)計策略。BID中的仿生學(xué)體現(xiàn)了自然界結(jié)構(gòu)與功能的完美結(jié)合，反映了生物進(jìn)化的規(guī)律與功能組織形式。在BID基礎(chǔ)上可以優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能以提高性能實現(xiàn)最佳的解決方案。設(shè)計創(chuàng)作過程依托自然功能組織的合理建造規(guī)律，對生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行真實模擬，通過理性、邏輯的方式反映復(fù)雜生物形態(tài)的力學(xué)特性，促使設(shè)計以最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式與高效布局進(jìn)行塑造。

從2004年第一把用綢緞進(jìn)行3D打印的椅子《Solid C2》開始（如圖3），家具設(shè)計領(lǐng)域重視充分發(fā)揮材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，摒棄常規(guī)連接方式進(jìn)行了BID思維下的顛覆性設(shè)計重構(gòu)。

Fractal.MGX設(shè)計的分形咖啡桌（如圖4），借鑒樹木的分形生長模式，利用環(huán)氧樹脂材料一次成型，整體造型沒有任何接縫，樹莖由底部向上生長過渡到頂部濃密的細(xì)小枝干，傳統(tǒng)工藝難以制造，通過精確的結(jié)構(gòu)計算創(chuàng)造出可以施加足夠力的高度靈活輕便結(jié)構(gòu)，運(yùn)用3D打印成型，質(zhì)輕節(jié)約材料的同時精準(zhǔn)地發(fā)揮材料效能與結(jié)構(gòu)內(nèi)在力學(xué)穩(wěn)定性特性，整體設(shè)計形態(tài)也充分體現(xiàn)植物的非線性特征，充滿前衛(wèi)雕塑般的炫目視覺沖擊。著名建筑師Zaha Hadid的家具設(shè)計（如圖5），設(shè)計出發(fā)點(diǎn)為借鑒自然生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化，通過最少材料的消耗進(jìn)行結(jié)構(gòu)塑造，充分利用內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)與巧妙的配筋制作質(zhì)輕的高力學(xué)性能椅子，此種結(jié)構(gòu)整體不僅具備良好的張應(yīng)力，而且能承受較強(qiáng)的壓力并有優(yōu)秀的耐沖擊性能，整體造型充滿未來主義設(shè)計的神秘氣質(zhì)?；贐ID思維對生物體的整體或局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，建構(gòu)結(jié)構(gòu)與設(shè)計間的內(nèi)在聯(lián)系，完成復(fù)雜數(shù)學(xué)模型并借助3D打印手段加工完成，此種技術(shù)手段下產(chǎn)生的造型形態(tài)與結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)加工方式中的幾何語言難以完成的，具有良好的延展力與應(yīng)用前景。

（三）材料的可持續(xù)置換

隨著3D打印處理能力與材料適應(yīng)性不斷提升，材料的可持續(xù)置換將有效彌合3D打印與大規(guī)模生產(chǎn)之間的間隙。洛杉磯的設(shè)計師Alvin Huang利用多材料與多種質(zhì)地的塑料材料混合，有效彌補(bǔ)了單一材料特性局限的缺點(diǎn)，制作了集合多塑料材料屬性優(yōu)勢的《Durotaxis》 椅子。多種材料的任意分布與同時打印技術(shù)已逐漸成熟，木粉材料的產(chǎn)生使得經(jīng)濟(jì)實惠的個性化木質(zhì)家具變?yōu)榭赡埽c此同時，以廢棄的小麥、水稻、玉米等秸稈經(jīng)過粉碎與添加化學(xué)材料的分子與功能改進(jìn)制成的3D打印材料，價格低廉，綠色環(huán)保，改善了秸稈焚燒對環(huán)境的污染，同時節(jié)約了能源，這些新材料新技術(shù)極大地開拓了設(shè)計者的設(shè)計塑造空間。美國加州大學(xué)伯克利分校等研究機(jī)構(gòu)，正在探索利用廢木屑、雞毛以及海產(chǎn)品加工廢料制作3D打印材料。材料不僅作為產(chǎn)品審美的重要組成部分，更是能源消耗的重要組成部分，在家具設(shè)計的形態(tài)創(chuàng)新表現(xiàn)材料的創(chuàng)造性拓展過程中，廢舊及廢棄材料的資源化再利用更有助于體現(xiàn)家具的生態(tài)與美學(xué)價值，作為傳統(tǒng)常規(guī)材料的替換應(yīng)在設(shè)計創(chuàng)造中給予高度重視。

結(jié) 語

基于BID思維的3D打印家具設(shè)計探索已逐漸走到了家具設(shè)計領(lǐng)域的最前沿，伴隨著3D打印、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的出現(xiàn)與逐步成熟和推廣，家具設(shè)計的模式將發(fā)生重大改變甚至創(chuàng)新顛覆，屆時全新的生產(chǎn)、商業(yè)與經(jīng)濟(jì)形式將引發(fā)空前的消費(fèi)模式與新的視覺層次結(jié)構(gòu)，對于家具設(shè)計師而言，3D打印意味著技術(shù)上的革命性進(jìn)步。以美國的Shapeways、荷蘭FOC和比利時的iMaterialise為典型代表的3D打印服務(wù)商，其3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已成績斐然，與此同時，如Daniel Widring Studio、Nervous System Studio等3D先鋒工作室的涌現(xiàn)，未來將會催生越來越多探索3D打印模式與物化設(shè)計的新形式，更多的設(shè)計師將為大眾提供體驗式與參與式的生產(chǎn)，以滿足個性化與差異化的消費(fèi)。3D 打印技術(shù)的發(fā)展不僅會改變未來資本和工作的分配模式，更使得設(shè)計業(yè)與制造業(yè)的成功不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而是取決于創(chuàng)意。在BID思維的引導(dǎo)下，探索設(shè)計的發(fā)展方向與設(shè)計潮流，探求生命永恒的奧秘、多樣的形態(tài)、復(fù)雜的機(jī)能、神奇的結(jié)構(gòu)，啟發(fā)設(shè)計智慧并將為家具設(shè)計提供寶貴的生命性原則，實現(xiàn)想象力與技術(shù)的高度融合和拓展延伸，以滿足多元化的需求與時代變革，引導(dǎo)家具設(shè)計的新時代潮流。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]胡迪·利普森，梅爾芭·庫曼.3D打印：從想象到現(xiàn)實[M]，北京：中信出版社，2013.

[2]劉玉寒.從形態(tài)仿生設(shè)計談產(chǎn)品創(chuàng)新[J].廣西輕工業(yè)，2010，1： 59-60.

[3]邵宇.3D打印技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品設(shè)計民主化[J].工業(yè)設(shè)計，2013（3）.

[4]周莉，莘月，張龍琳.基于3D打印技術(shù)的服裝設(shè)計探析[J].裝飾，2014.5：90-91.

【李文嘉，上海理工大學(xué)出版印刷與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院】