数字化设计引领未来家具制造——刘博、钟璐的探索与实践

刘博：1

x1x1将构建新的形态语言

作品：Chair # 1\2\3

在未来制造的数字化领域，1x1x1将如何构建新的形态语言？针对这一论题，刘博探索了“单元算法”在空间结构中的单位变量的可能性——1x1x1的形态构成如何从建筑功能的使用延展到家具设计。

于是，通过探索基本单元的形态可能性 - 变化规律 - 构成形式 - 空间关系 - 量变的可能性 - 发展空间，刘博得出结论：在家具产品设计中，思维方式更多的是解决生活中的问题。而在单元算法研究中，更倾向于形体感的几何关系，探索新形态。最终呈现出产品的几何美感，但最终还是服务于人。

探索基本单元形态可能性

在一个1×1×1为单元的正方体内部进行形态探索，设定研究的多面体的每个顶点必须与1×1×1的正方体的每条边的端点、二分点、四分点处相重合的规则，这些点叫做节点。然后依据这些节点进行连线，再用相同平面上的线形成面，组合成体。依据这个规则探索出无穷无尽的新形态的可能性。

探索单元形态变化规律

在这些无穷无尽的形态单元中，由于规则的联系，它们会分成很多个族群，每个族群内的形态是有联系性的，它们的联系性表现为它们的一个节点是是固定的，来对其它的节点进行有规律的移动，这样能够在一个面固定的情况下让其他的面产生变化。就像汉字中的偏旁部首，固定它们的偏来变换它们的旁。

单元组合的形式探索 

以一个族群内的所有形体单元产生的上述联系为依据，让其中一个形体单元与这个族群内其他形体单元在空间上进行叠加组合。用一个形体单元的其中一个面与同族群的另一个形体单元的与之相同的面进行完全贴合，这样就产生了两个形体的组合方式。

单元组合在空间尺度中的探索 

按照这个方法对一个族群中的所有单元进行叠加组合，研究它们在空间上的分布，进行探索。在这里我选择了八面体的其中几个进行组合探索，先研究横向和纵向分布，再去研究它们在平面上的分布，然后再转化为在三维上的空间分布，探究它们的组合形式带来的的可能性。而它们的组合形式带来的可能性是无穷无尽的，同时也是未知的，这就是探索它们的意义。

单元组合在体量关系中的探索

在基本单元组合形式的探索下，对其进行体量关系的探索，让单元在空间内进行连接、生长，连接方式是相同的面进行贴合连接，通过这一规律，探索出意想不到的结果，然后进行选择。

单元组合在形式关系上的推进 

在探索出的新形态的可能性中，每个人对每种形态都有不同的感觉，它们是带有情绪化的。它们的状态像是未成型的家具，或者像等待雕琢的艺术品。赋予它们家居产品的功能，它们或许可以为人的日常服务，或许只是纯粹的观赏品。如果是为人进行服务，它们的形态会围绕着人的构造进行再变化。比如一把椅子，它的椅背会围绕一个人的脊椎在计算机上录入的信息进行调节，根据人的身体尺度进行拉伸、扩展，使其更符合一个人的特征。

选用激光雕刻，将计算机3D模型在现实中用泡沫材料实现出来。适当调整坐面的弧度，让其更贴合于人。

用水泥材料制作模具，将泡沫模型刷环氧树脂后浸入水泥中，等其晾干之后脱模。

配比材料，加入不饱和聚酯树脂30%，过氧化甲乙酮等，根据温度调节，最终得到强度最高的效果。之后把溶液加入模具中，高温固化，经过4小时基本凝固，得出半成品后，手工打磨，使外形更加的精致。

修补和打磨完成之后，上清漆，让表面光滑。

得到“由几何形状建构的型态美学”的结论之后，刘博在选材和制作方式上更类似于艺术创作，而非传统的设计制造。通过激光雕刻，用泡沫材质将3D模型做精确实现，而后选用具有工业时代属性的水泥作为创作材料进行产品实现——将传统的制造方式通过数字设计更精准有效地实现产品的个性化及定制化需求，同时有效地通过计算机语言呈现设计创作的另一种关系美学。这一点，对于未来制造的数字语言创作，不可谓无意义。

钟璐：

3D打印x参数化设计的未来设想

作品：

“充气打印  # Ballon”

数字化语言在未来会以怎样的形式进行表达？3D打印与参数化设计，将在那些方面对未来家具的数字化表述产生影响？基于对这两个问题的好奇，钟璐通过对3D打印和参数化设计展开的对比研究，分析及延展，最终得出了在数字化普及的未来，3D打印+计算机生成技术在届时家具制造上的三个重要特性：整体制造、定制化、创新性。

研究结论，钟璐认为：随着数字制造的发展，计算机生成和快速制造技术的结合会使制造率变得更加高效。

为印证这一结论，钟璐从“扭气球”的工作中得到灵感。她将扭气球的工作抽象成3D打印机，经验想象力为数据，节点弯折为参数——从点到线再到三维，快速的制造出立体形态。

基于这一构想，钟璐从三个部分的设想执行，对“扭气球（即充气打印）”概念展开一系列的研究和实践。

一、未来3D快速制造设想

1）3D充气打印的设想：通过研究分析空间打印，找到一种新的设计和制造方法；通过对材料行为的理解，使用空间充气来解决新的形式和构造。

2）目的及意义:充气打印能加快简单形态的生成速率，耗材少，能迅速成型。与打印复杂形态的打印技术相配合，能更好的为时下生活提供更多便利且自主性的选择。

生产步骤设想: 

a.利用气球逻辑建造算法-生成形态 

b.辅助工具计算需要使用的材料 

c.将落点的圆圈在区域内的数据导入充气打印机 

d.注入材料 

e.进行充气 

f.弯折变形 

g.形态固化 

“通过分析橡胶的材料行为，我们可以在很短的时间内得到一个比原体积要大好几十倍的形体，对比传统3D打印层层堆叠的打印速率，充气打印的效率是相当高的，可以预见的是量产化以后的材料成本和时间成本都将非常低。这项技术在家具领域也具有市场潜力，常规家具适用于儿童家具的制造，因为其制造过程省去了棱角，减去打磨过程并且增加了安全性。非常规家具则适用于一下艺术化家具的表达，能够超越现有家具的想象。”

二、计算机生成技术 

(1)通过Grasshopper实现形态逻辑：

把气球的属性带入到算法中，例如最大宽度、长度和膨胀率等数值 —— 通过区域内的自由连接和形变，产生形态，其中必须用到互斥力使之不相重合 —— 圆柱底部的圆圈落点以及长度会生成数据—— 使之与充气打印机相连 —— 打印出相应的产品。 

(2)目的及意义:完成形式的多样化，满足定制化的需求以及找到更多使用的可能性

(3) 电池逻辑图

a.自动生成圆柱可进行高度、 间距、弯曲度、长度的变化 

b.自动成型、弯曲、组合形态 

c.可对椅背、椅面、椅腿进行角度、大小、长度、间距、弯曲程度调节 

三、链接方式研究

方法一: 

a.将气球使用牙膏胶进行连接; 

b.对中间段进行放气处理; 

c.形成覆膜连接; 

d.树脂固化

方法二: 

a.将气球使用尼龙扎带连接; 

b.涂抹树脂 2 - 3 遍; 

c.对任意段进行放气处理;

d.形成覆膜硬壳连接; 

(2)粘接法 

方法一:使用胶水进行连接; 

方法二: 

a.将气球进行扭转锁定空气; 

b.通过树脂固化进行连接; 

3)打结法:

方法一:橡胶绳; 

方法二:尼龙扎带; 

在钟璐的设计里，可实现性、效率和成本投入是其关注的核心要点，情绪价值的提供和满足退居次位。她选用了可塑性强，但不稳定性极高的充气材质作为载体，而将参数化设计作为框架，呈现了数字化语言在未来制造中，普及性存在的可能性，同时，也将数字设计的生成及生产所可能呈现的关系形态进行了探讨。

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Afterwords

“这次课题本身就是学生自发研究的方向，

我的工作更多是引导。

因为主要聚焦于计算机数字化设计领域的家具设计，所以他们呈现的方式还是椅子，是具有功能倾向性的东西。

这次的两个学生，他们的研究方向不同。刘

博的思路方向更注重于算法、形态，研究探讨的是“单元的形态不断变化的可能性“。

“单元算法”的切入点比较侧重于算法本身。

所以他更多是把探讨方向放在了算法的研究上，兼带一些关于制造的实践。

钟璐比较侧重“数字化设计在未来市场发展趋势的分析”。

她抓住了几个点：投入制造的“便利性“、”效率“和”成本把控“。

如何以较低成本（时间&金钱）去实现计算机生成的设计产品，是她一系列研究的核心。她

从“扭气球”获得灵感，选用充气打印的方式，比传统3d打印更快速地实现对数字化产品的生产。

从生产实现角度考虑可能性，和从算法本身寻找可能性，这是两个完全不同的思路方向。

从我个人的授课角度，我希望学生不要去做一些重复的探索，这是我的原则。

所以每一次我都希望学生能够有一个新的研究方向，或者在另一个新的有价值的探索领域去探索。因此，

这一届的两个学生跟上一届的三个学生，他们研究和实践的方向、方式都不太一样。

设计是一个需要具有创造性和创意能力的工作，如何针对不同思路，不同认知方式的学生做不同的引导，是我在教学时候一直在思考的。

数字化设计是一个相对来说门槛还挺高的领域，思维、方法论和技术方式，包括对电脑使用的熟练程度都是决定是否能够有效地运用数字化设计的几个基础。

同时不同的专业领域、不同的细分版块，它也有很多不同的环境因素、相关需求和需要去攻克及突破的难点。所以在引导上如何因材施教，很关键。

另一个方面的问题，来自于学生本身所受教育的思维体系。

目前来说，大部分研究生阶段的学生，他们受手工业设计、传统的家居设计的惯性的思维影响，对于数字化设计，很难真正去了解和突破即有的思维范式。

所以在目前的阶段，我的工作依然是尝试不断地打破他们原有的设计思维理念和工作方式，然后尝试建立一个新的设计方法论。

但是，我认为目前来说这个设计方法论也不一定足够成熟，还是需要不断的探索。

所以整个教学的过程里，我和学生是在共同实践和探索的，这一点非常好。

当然我也希望，并相信，目前的这些实践对将来更加成熟的数字设计教育会是一个有效的实践和积累。”

——— 张周捷

以上图片均来自作者刘博、钟璐本人

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ABOUT

张周捷

独立设计师、数字艺术家。

同济大学设计创意学院副教授。

毕业于英国中央圣马丁艺术与设计学院，为英国建筑师协会访问研究员，自2010年创立张周捷数字实验室以来，一直是数字创作领域的先锋实践者，并于2018年创立了全新的数字家具品牌‘EndlessForm’为人们创造新的数字化生活图景。

他的作品带有鲜明的独立性、实验性和未来性，探索数字形态的演化及制造。张周捷认为，数字语境中的事物可以像自然界万物般生长变化，他所做的即是寻找其中的原理和迹象。他的作品主要关注逻辑的极简性、结果的多样性和不可预见性，这一切都源自他对自然的理解。

其作品在世界范围内广泛展出，并被众多博物馆、画廊及私人收藏，同时也受到了《Wallpaper*》、《纽约时报》《Vogue》等主流媒体的关注与报道，并被美国著名商业杂志Fast评为‘2014中国商业年度最具创意100人’。

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Endless Form® 是一个开创性的家具品牌，以多样性和个性化著称。由张周捷数字实验室创立于2014年，于2018年正式问世，Endless Form® 立足于张周捷及其团队长达8年的数字艺术与设计的经验，在众多概念化产品屡获殊荣之际，正式推出量产化数字家具产品。Endless Form® 聚焦于视野前卫、高端的用户，同时提供小批量的手工定制服务，塑造并推动数字时代的新生活图景。

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