导读：在全球化浪潮席卷的近几十年间，各大品牌为吸引海量用户，普遍采用标准化设计产品，力求满足尽可能多人的需求。然而，在众多用户心中，定制产品，尤其是自己亲手设计的产品，往往蕴含着更高的情感价值。那么，如何将定制化的独特魅力与批量生产的高效规模完美融合呢？

实际上，“计算设计”与“3D打印”的强强联合，为实现个性化产品的大规模制造提供了可行路径。早在2016年，阿里云设计中心便在国内率先提出了“计算设计”这一创新概念。

泡泡鞋：计算设计产品的生动范例

瞧这双别具一格的泡泡鞋（以气泡为创意灵感），它生动展现了计算设计产品的独特魅力。

大多数孩子都对吹泡泡和穿有趣的鞋子充满热情。想象一下，让客户能够在线设计和订购一双独一无二、定制合脚的泡泡图案鞋，这该是多么具有吸引力的事情！那么，这双神奇的泡泡鞋究竟是如何制作的呢？

• 脚部扫描定尺寸：首先，借助简单的智能手机应用程序扫描孩子的脚部，精准确定鞋子的正确尺寸，为定制化奠定基础。
• 吹气设计创独特：接着，孩子用一根吸管对着麦克风吹气，在鞋子的表面创造出独特的气泡设计。当吹气的声音被记录下来时，气泡会随之长大并四处移动，充满趣味性与互动性。
• 3D打印成实物：最后，一旦孩子对设计感到满意，鞋子设计模型就会被迅速发送到大规模3D打印工厂进行制作，将创意变为现实。

深入解析：计算设计的奥秘

计算机生成的形状与自然界中的形状常常有着惊人的相似之处。计算设计作为一种计算机辅助设计（CAD）方法，运用算法和参数的巧妙组合，自动计算产品的结构。它并非人工智能（AI），软件本身不会做出选择或学习，但计算设计能够充分利用人工智能技术和工具，如生成算法、进化优化和机器学习等，为设计过程注入强大动力，创造更高效的产品、创新的解决方案以及个性化的定制体验。

在计算设计中，通过为预定义参数添加数值来生成模型。与传统静态设计不同，这种计算设计具有动态性，能够通过输入新数据不断更新变化。每一个新数据都如同投入平静湖面的石子，会在参数之间激起层层涟漪，影响所有其他数据。

以3D打印矫形支架公司ActiveArmor为例，该公司借助计算设计和软件公司Twikit的平台，输入患者的相关数据，包括解剖尺寸、损伤类型和医生规定的运动限制等，就能生成完全定制的矫形支架设计，为患者提供个性化的医疗解决方案。

计算设计是一个涵盖多个设计过程的统称，包括参数化设计、算法设计、生成设计和拓扑优化。虽然这些方法常常相互融合，但大致可分为三个主要类别：

• 参数化设计：将参数巧妙链接在一起，形成组或节点。当一个值发生改变时，其他相关值会自动随之改变。如此一来，便可以在预定义的边界内快速计算设计，例如确保满足制造所需的尺寸要求。
• 算法设计：先施加约束条件，然后运用复杂的软件算法生成设计。想象一下，在改变建筑物的形状时，算法会自动更改建筑物立面上的面板设计和布局，展现出强大的灵活性和适应性。
• 生成式设计：首先定义边界，如自行车车轮的外缘，再确定内部边界。接着，设计人员明确负载要求和预期的材料类型。生成软件会在这两个领域之间搭建桥梁，提供一系列可能的设计结果，并根据最坚固的形状和使用最少量的材料进行筛选优化。

拓扑优化与生成设计同属一个类别，但各有特点。这两种方法都可以通过不同方式进行控制，而实际结构则由软件算法决定。用于计算设计实现的技术能够产生极其复杂的形式，常常模仿自然界中发现的试错过程，为产品设计带来无限可能。

从历史角度看，由于传统制造技术的限制，这些复杂而独特的设计往往难以或无法生产。然而，随着增材制造（3D打印）技术的不断进步，现在可以大规模生产具有高质量表面光洁度的复杂结构，为消费品领域，如消费电子产品、时尚、家居用品和家具等，开辟了广阔的计算产品设计空间和全新机遇。

计算设计的广泛应用领域

如今，计算设计技术在制造和众多消费品领域得到了广泛应用，这些产品充分受益于参数化建模、生成设计、模拟和其他计算工具的强大功能。

• 机器人、汽车和航空航天领域：计算设计可用于减少零件数量、提高强度重量比、增强导热性等。较轻的部件能够减少能耗，降低使用成本，为这些高科技领域的发展提供有力支持。例如，Ocado的杂货拣货机器人中超过一半的部件都采用3D打印进行了拓扑优化，整体更轻，能够消耗更少的能源并降低总体成本。
• 体育用品领域：头盔等设备通过计算工具进行设计，能够根据运动特点优化冲击吸收性能，并根据运动员的头部形状和尺寸进行定制，从而提高运动表现，保护运动员的安全。
• 医疗应用领域：计算设计在医疗方面也有诸多用例，内部可作为骨替代物，外部可用于假肢和骨折治疗等，为患者带来更精准、个性化的医疗解决方案。比如，目前有一个项目使用精密工程算法来生产自行车部件，摒弃传统的固体金属部件，采用轻质网格结构减轻重量。根据特定区域所需的应力要求，使用软件增加或减少晶格结构的厚度，既保证了功能需求，又实现了视觉设计的创新。

计算设计与增材制造的完美契合

自20世纪80年代引入CAD以来，增材制造给设计领域带来了翻天覆地的变化，为设计师提供了重新思考设计方法的绝佳机会。在设计过程中，设计师不再受到生产和材料的诸多限制，能够更加自由地发挥创意。

产品设计的计算实现与3D打印相辅相成，这是快速有效地设计独特产品并进行大规模生产的唯一有效途径。3D打印机可以直接从数字文件中一次打印数十或数百个独特的零件，无需模具或工具，这是其他制造技术难以企及的优势。

计算设计技术能够生成非常复杂的零件，而注射成型、铸造和数控铣削等传统制造方法在制造复杂的内部通道方面能力极为有限。在大多数情况下，大型物品必须分成几个较小的实体进行传统制造，然后再进行组装，或者修改设计以适应机械加工等技术。而3D打印则突破了这些限制，为复杂结构的设计和制造提供了可能。例如，GO是一款定制的3D打印轮椅，能够满足各种残疾人和生活方式的需求，展现了计算设计与增材制造结合的强大魅力。

展望未来：计算设计的无限可能

在消费产品中应用计算设计充满了无限惊喜和可能性。通过充分利用数据，用户有机会大规模设计单独定制的产品。借助互联网的强大力量，可以从多个来源实时收集数据，用户的个性需求、习惯和偏好等都能被精准捕获并应用于产品设计。在产品的整个生命周期中，还可以提取显示产品使用情况的数据，然后不断更新和迭代，为下一次产品设计提供更丰富的信息。

身体扫描测量将继续在可穿戴设备设计中发挥重要作用，特别是随着扫描技术的不断进步。来自环境的数据也可用于指导设计，例如，某一特定位置的天气、噪音和交通数据可用于帮助设计可持续住宅。在3D打印房屋时，可以合理放置气流管道以实现夏季自然空调，配置墙壁厚度以抑制噪音，优化屋顶形状以适应太阳能电池板和雨水收集等。未来，或许产品能够实现自动设计，以适应用户不断变化的生活方式和习惯。想象一下，每天早上可以根据天气、将要行走的地形、活动水平、在日记中计划的事情以及情绪状态打印出合适的鞋子，这将是一种多么奇妙的体验。

可以说，计算设计为产品设计过程带来了巨大的变革。除了显著的功能优势之外，它还将为消费者带来全新且有趣的个性化产品形式。这是一个摆脱简约、通用设计，迈向个性化产品的绝佳机遇，让我们共同期待计算设计在未来的精彩表现。