一、引言
　　時代的發(fā)展要求包裝設計在滿足特定功能的前提下標新立異，不斷創(chuàng)新，而成本效益是衡量一種創(chuàng)新是否具有生命力的標準之一，是開發(fā)一切產品的基本要求，因為沒有成本效益就沒有產品在商業(yè)上的成功。包裝產品當然也不例外。我們知道，在設計行為中，產品成型初始階段的概念設計是產品設計極為重要的階段，它所消耗的時間和費用約占60%～70%。因此，如何提高該階段的設計質量，將直接影響產品設計周期和成本效益。
　　傳統(tǒng)的CAD手段不但要求設計者具有專家的知識，并且要通曉產品設計細節(jié)，產品設計一開始就試圖進入詳細產品設計階段。這種詳細產品設計的方式往往在整個設計方案出臺前要經多次修改，花費很長時間，且用戶也只能在產品徹底成型后才能了解產品的各方面性能。這樣顯然不利于產品設計周期長和成本高。再者當前CAD環(huán)境中人機界面大多采用圖形用戶界面、二維鼠標和鍵盤的形式，不把人的參與真正考慮進去，這就從某個角度上抑制了人的積極性和創(chuàng)造性，影響創(chuàng)新。因此人們需要不斷地尋求更佳手段去完善現(xiàn)有的設計與加工過程，確保產品創(chuàng)新設計的活力。
　　二、快速成型技術的原理及特點
　　快速成型技術RP（Rapid Prototyping）是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種高新技術，它基于逐層材料添加的原理，由CAD數據直接驅動生成實體模型或零件。RP技術本質在于被加工對象的幾何拓補關系，通過CAD模型加以描述和確定，高散處理得到驅動工具和材料的數控指令，利用RP技術的設備完成成型制造。該技術具有鮮明特點是：可快速生產模型或制件，周期短，成本低；對制件的復雜性幾乎無任何限制；制作過程中不用模具、夾具、刀具，不需任何機械加工。下面就目前比較成熟可用于工業(yè)領域的RP技術原理做一介紹。
　　1.立體平版印刷SL（Stero-lithography）或光固化成型立體平版印刷技術原理即由軟件對CAD創(chuàng)建的三維數據進行平面分層，得到每一層的截面形狀，用一定波長的紫外線激光束按每個切層的二維截面形狀對液態(tài)光固化樹脂進行掃描，從而形成一層特定形狀的固化層。由于存在一定的固化深度，每層固化后粘在以前的固化層上（最初的一層粘在升降平臺上表面），然后升降臺下沉一個分層厚度（0.01～0.02mm），再進行新一層成形。這樣激光束照射一層，固化一層，粘結一層，下沉一層，最終堆砌起來的固化物即為根據CAD數據所設計的三維模型實體。其成型材料為光固化樹脂。若用熱固化樹脂代替，用激光束掃描液面，在激光點的熱作用下產生熱聚合固化，也可得到據CAD所設計的三維模型實體。兩種樹脂固化前為液體，均有流動、可塑、易涂布的特點，但光固化樹脂能在常溫下操作、保存時穩(wěn)定、固化時間短且搭接性能好，因此光固化技術必將迅速發(fā)展。產品作為實用樣品使用時，由于現(xiàn)有樹脂的機械性能所限，不能用于制造承受負荷大、有交變應力以及磨擦力大的產品。為提高材料的機械性能，目前采取使用硅酮橡膠材料及高性能的聚氨脂系材料的方法。
　　成型精度是RP技術在工業(yè)應用上的關鍵問題之一。在SL過程中，樹脂固化收縮特性、固化深度、涂層質量、激光掃描線寬、掃描誤差及CAD模型網絡化等因素均影響成型精度。
　　2.分層物體制造LOM（Lominated Object Manufacturing）分層物體制造技術是采用激光束和薄層材料（紙片、塑料薄膜或復合材料等）生成任意形狀三維物體的方法。即工作開始時，上料卷筒把原料平鋪在工作臺的基面上，熱壓滾筒將料壓平并粘在底層上，二維數控激光切割頭的激光束，按計算機數據系統(tǒng)給出的信息指令，切出工件的截面形狀，并把周圍多余材料切碎。然后工作臺下降一個層厚的高度，上料卷筒再鋪新層。如此反復逐層粘切，直到工件制造出來為止。
　　3.熔融淀積成型FDM（Fused Deposition Modeling）熔融淀積成型是采用電加熱和熱塑材料在計算機控制下快速成型的方法，其系統(tǒng)由數控噴頭、可升降工作臺和供料裝置組成，以半流體狀或線狀熔融的熱塑材料為成型原料（如：ABS塑料、鑄造蠟、橡膠等）。即工作開始，工作臺處于高位，原料通過噴頭加熱熔融后，按計算機的控制指令連續(xù)擠噴在選定的區(qū)域（即工件的截面）上，隨之冷卻固化成型。工作臺下降一個層厚的高度，再擠噴第二層，如此反復直到工件全部成型。
　　4.選擇性激光燒結SLS（Selective Laser Sintering）選擇性激光燒結技術與SL技術相似，也用激光束掃描各層材料，但用粉末（塑料粉、金屬粉、陶瓷粉）代替液體聚合物。粉末被預熱到稍低于其熔點的溫度，然后采用激光掃描加熱粉末至其燒結溫度，從而把它和基體材料連結一起，未被激光掃描的粉末仍留在原處。燒結好一層后將工作臺下降一層高度，再燒結長二層，直到制造出整個制件。由于未燒結的粉末圍繞未燒結好的零件，對它有一支撐作用，所以制作中不需復雜的支撐系統(tǒng)。
　　選擇性激光燒結系統(tǒng)中，激光器種類、激光掃描形式、計算機切片薄層厚度、激光掃描器的計算機控制以及粉末材料的選擇均影響工件的成型精度和性能。大多數粉末在燒結時會發(fā)生收縮，結果是引起內部殘余應力并發(fā)生應變變形，影響精度。粉末顆粒的粗細也會影響制件的表面質量。陶瓷粉經激光燒結成型后，為提高其機械性能和耐熱性能，必須進行后置處理，即燒結好的陶瓷坯體放入溫控爐，在較高的溫度下進行燒制。
　　三、RP技術用于創(chuàng)新包裝設計與加工
　　包裝設計包括結構設計、造型設計與裝潢設計。其中結構設計主要解決科學性和技術性的問題，體現(xiàn)了容裝性、保護性和方便性；造型設計是運用美學法則（點、線、面、體等各種形態(tài)要素的規(guī)律）對包裝的立體外觀所進行的藝術設計，主要解決藝術性和心理性的問題，體現(xiàn)顯示性與陳列性。二者相輔相成但又相對獨立。包裝結構設計是包裝造型設計的基礎，不同的結構設計對包裝的外觀有直接的影響，每一創(chuàng)新結構設計同時也要求有一創(chuàng)新的造型與之配合。同一結構設計可以配合不同的外觀設計，但不能以外觀設計為基礎來改變結構設計。造型的表現(xiàn)手法靈活多樣，可促進結構設計適度調整。尤其對于包裝制品中的異形化妝品瓶、異形調味品瓶可以是除普通圓形瓶以外的各種形狀的多面體、橢圓柱體、多種旋轉體的組合以及其它藝術造型。這類容器外觀各異，更新?lián)Q代迅速，在設計時更要非常注重結構與造型的創(chuàng)新。同時應考慮到其結構復雜、受力不佳、瓶壁厚、模具設計制造特殊、生產效率低、不適合于自動化生產，生產及運輸成本均比較高等問題。傳統(tǒng)包裝CAD三維模型并不能給這類設計與加工以充分的空間及便利，而RP技術以其鮮明的特點在此方面有顯著優(yōu)勢，現(xiàn)就將RP技術用于創(chuàng)新包裝設計與制造的模式做如下探討。
　　1.創(chuàng)新包裝設計
　　在新產品開發(fā)階段，設計者借助于圖紙或計算機模擬的手段對包裝產品的結構、造型進行表達和展示是不夠直觀的，不利于做出正確的判斷與修改，有礙于及時獲得市場反饋信息。若采用RP技術與設備，其制模機不需大量的安裝費用和高深的制造工藝知識，在設計室內就可迅速廉價地提供三維實體模型、制作樣品，供設計者直觀測量、接受用戶的直接評價，同時可迅速做出結構造型上的反復修改，成本不高。即使設計符合預期結構、造型和功能要求，又大大縮短了新產品設計周期和市場評估周期，因而能使產品更易快速投產，提前占領市場。據統(tǒng)計，快速成型制品有43%用于確認設計。
　　2.包裝制品加工
　　由于RP技術不受容器結構復雜程度的限制，加工速度快，可直接實現(xiàn)塑料、陶瓷包裝容器的單件生產。也可用于制造模具，供塑料、陶瓷容器成型使用。模具制造分為間接制模與直接制模兩種方法。間接制模即先用RP技術制造產品母模，然后據母模生產塑料或金屬件的模具。如：可據母模復制硅橡膠模生產金屬件、塑料件或注射模，或據母模復制硬環(huán)氧樹脂靠模，制造注射模。也可用母模代替木模制造砂模，生產注射模或金屬件。或用RP模進行熔模鑄造等。直接制模中主要采用選擇性激光燒結（SLS）直接制作金屬模具。將金屬粉末用易消失性聚合物包覆，通過選擇性激光燒結得到金屬粘結實體，再將樹脂在一定溫度下分解消失，然后使成型的金屬粉末在高溫下燒結而得到金屬的燒結件。這種燒結往往是低密度的多孔狀結構，可以滲入第二相熔點較低的金屬后直接形成金屬模具。用這種方法制作的鋼銅合金注射模，壽命可達5萬件以上。
　　四、結束語
　　包裝設計是一種動態(tài)的設計活動，其生命力在于不斷創(chuàng)新。特別是在商品競爭激烈的形勢下，包裝設計的時間性問題尤為突出。RP技術正因其鮮明的特點及優(yōu)勢能滿足迅速變化的市場需要，成為實現(xiàn)創(chuàng)新設計的有效手段，其前景相當廣闊。當然由于RP技術尚處于發(fā)展階段，產品的成型精度和機械性能均有待于進一步提高。目前世界上美國應用RP技術及設備最多，其次是歐共體、日本。我國1996年統(tǒng)計已進口各類成型機12臺，1997年在中國國際機床展覽會上，國產的AFS-300型SL成型機及F-260型FDM成型機展出。這標志我國RP技術與設備已進入實用化階段并將形成產業(yè)。因此，研究探討將快速成型技術用于創(chuàng)新包裝設計與制造是很有現(xiàn)實意義的。