時間：2023-09-22 09:42:58
序論：在您撰寫3d打印技術(shù)時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：3d打印；應(yīng)用現(xiàn)狀；教學(xué)領(lǐng)域
1 引言
3D打印，又稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，被譽為 “第三次工業(yè)革命的重要標志”，以其 “制造靈活”和“節(jié)約原材料”的特點在制造業(yè)掀起了一股浪潮。近年來，隨著3D打印技術(shù)的逐步成熟、精確，打印材料種類的增加，打印價格的降低，3D打印得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，不僅在機械制造、國防軍工、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也逐漸進入了公眾視野，走進學(xué)校、家庭、醫(yī)院等大眾熟悉的場所，在教育、生物醫(yī)療、玩具等行業(yè)也得到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用，作為教育工作者，本文將在介紹3D打印的原理、優(yōu)勢、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點探討3D打印在教育領(lǐng)域的角色及應(yīng)用模式。
2 3D打印概述
2.1 3D打印原理
3D打印（3D printing，又稱三維打印），是利用設(shè)計好的3D模型，通過3D打印機逐層增加塑料、粉末狀金屬等材料來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)[1]。一般來說，通過3D打印獲得物品需要經(jīng)歷建模、分割、打印、后期處理等四個環(huán)節(jié)[2]，其中3D虛擬模型，可以是利用掃描設(shè)備獲取物品的三維數(shù)據(jù)，并以數(shù)字化方式生成三維模型，或者是利用AutoCAD等工程或設(shè)計軟件創(chuàng)建的3D模型，有些應(yīng)用程序甚至可以使用普通的數(shù)碼照片來制作3D模型，比如123D Catch[3]。
2.2 3D打印的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印不需事先制模，也不必鑄造原型，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，減少了產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用的時間，降低了企業(yè)因開模不當可能導(dǎo)致的高成本風(fēng)險，使得特殊和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型的制作也變得相對簡單，產(chǎn)品也更能凸顯個性化。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無到有制造出來，大大減少了原材料和能源的消耗，生產(chǎn)上實行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2.3 3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來，3D打印得到了快速發(fā)展，幾乎應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在模具加工和機械制造領(lǐng)域，使用3D打印相對快速地進行模具的設(shè)計與定制，打印復(fù)雜形狀的各種零件，打印具有足夠強度的個性化幾何造型的物件。在航空航天、國防軍工領(lǐng)域，3D打印應(yīng)用于外形驗證、關(guān)鍵零部件的原型制造、直接產(chǎn)品制造等方面。如空客公司從打印飛機小部件開始，逐步發(fā)展，計劃在2050年左右打印出整架飛機。生物醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)工作者利用3D打印技術(shù)打印出患者的心臟模型，缺損下頜骨模型，患者外傷性腦內(nèi)血腫顱腦模型等，用于輔助診斷并制定術(shù)前手術(shù)方案，降低了手術(shù)難度，減少了手術(shù)時間，為患者帶來了精準化的治療。人工椎體和人體氣管軟骨的打印讓人體器官的3D打印成為可能。3D打印的處方藥產(chǎn)品SPRITAM（左乙拉西坦）片劑可用于各種癲癇疾病的治療。建筑工程領(lǐng)域，3D打印建筑不需使用模板，打印的建筑物重量輕，強度大，時間短，產(chǎn)生的建筑垃圾及建筑粉塵少，且可以循環(huán)使用，綠色環(huán)保。3D打印在首飾、食品、玩具和日常用品的設(shè)計和生產(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用，可以很好地彰顯用戶的個性化特點和需求。3D打印在太陽能電池板和特殊材料的制造方面的應(yīng)用也有突破。
3 3D打印在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
3D打印在教學(xué)方面的探索性活動也已經(jīng)展開，并應(yīng)用在數(shù)學(xué)、航空、電子、設(shè)計、機電工程、生物醫(yī)學(xué)、天文等大部分學(xué)科中，取得了良好的教學(xué)效果?；?D打印的快速生成能力，使得數(shù)字化模型能快速轉(zhuǎn)化為立體實物，借助立體實物的生成過程及使用可以提高教學(xué)效果，增強學(xué)生合作、設(shè)計、創(chuàng)新等能力。
3.1打印三維教具學(xué)具輔助教學(xué)
在課程教學(xué)中，借助于多媒體教學(xué)手段，一些抽象的圖像可以相對直觀的顯示出來，但針對的是群體，形成的是暫時的視覺感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把數(shù)字化的圖像轉(zhuǎn)化成實物的教具和學(xué)具，每個同學(xué)都有機會親手感受，而且還可以親自設(shè)計、策劃，無疑對知識點的理解，知識的掌握及應(yīng)用有很大的促進作用。比如：數(shù)學(xué)課可以打印出幾何曲面、剖面立體實物；動畫設(shè)計可以打印出3D人物，動物角色模型，且可以根據(jù)實效及時修改；語文課可以把要講解的地域打印出來，如北京的胡同，同學(xué)們可以拿著模型理解胡同的特點，體驗胡同文化，講述胡同的來龍去脈；機械制造課可以根據(jù)課程內(nèi)容打印相關(guān)的零件、齒輪、連桿等。
3.2 實習(xí)實踐過程中輔助創(chuàng)新設(shè)計
職業(yè)學(xué)校實習(xí)實踐教學(xué)活動較多，鉗工實習(xí)、數(shù)控機床實習(xí)、電子電工實習(xí)、動畫設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計等，都需要借助相應(yīng)的模型，并設(shè)計出一定的模型。借助于3D打印，同學(xué)們對需要設(shè)計的模型有一個大體的認識，然后經(jīng)過集體分組的討論、設(shè)計、修改等過程，不僅能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生交互學(xué)習(xí)，協(xié)作學(xué)習(xí)，且能提高學(xué)生的設(shè)計水平、思維能力和實踐能力。比如在模具設(shè)計實習(xí)中，采用項目式教學(xué)法，應(yīng)用3D打印，學(xué)生分組設(shè)計、分組打印，學(xué)生在親眼目睹自己的設(shè)計零件打印成型的過程及成品后，學(xué)習(xí)興趣大增，多次討論修改的過程也大大提升學(xué)生的設(shè)計水平。在CAD課程實踐環(huán)節(jié)中，使用3D打印機，可以根據(jù)教學(xué)需要來設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生的設(shè)計作品3D打印出來進行評比并組裝，不僅使學(xué)生熟練掌握設(shè)計軟件建模的基本思路和流程，而且對如何從設(shè)計作品到具體的實物的生成有一個明確的認識，有利于日后學(xué)生進一步的學(xué)習(xí)和發(fā)展。
3.3 就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)
近年來，大學(xué)畢業(yè)生人數(shù)急劇增加，就業(yè)壓力增大，國家大力提倡大學(xué)生創(chuàng)業(yè)，整個社會也興起了一股自主創(chuàng)業(yè)的熱潮。對于職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來說，有一定的專業(yè)知識，有較強的動手操作能力，有創(chuàng)業(yè)的熱情與激情。借助于3D打印設(shè)備，創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)老師可以指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)辦創(chuàng)意設(shè)計3D打印工作室，利用所學(xué)的專業(yè)知識，設(shè)計出相關(guān)產(chǎn)品并打印出來進行銷售，同時也可為社會客戶提供DIY服務(wù)，收取一定的培訓(xùn)費和制作費，也可以在校企合作的基礎(chǔ)上為合作企業(yè)提供設(shè)計和3D打印服務(wù)。通過3D打印的上述創(chuàng)業(yè)實踐活動，加深學(xué)生對專業(yè)知識的鞏固、對設(shè)計過程的了解，并培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力。
3.4 圖書館應(yīng)用
圖書館引入3D打印服務(wù)是圖書館從文獻服務(wù)走向創(chuàng)新服務(wù)的途徑。國外很多圖書館都開展3D打印服務(wù)，國內(nèi)的綜合圖書館，如上海圖書館、蘇州圖書館也開展3D打印服務(wù)，高校中的上海交通大學(xué)圖書館也開展3D打印服務(wù)，并且通過舉辦3D打印設(shè)計大賽積極推廣此項服務(wù)，通過比賽普及3D打印知識，讓同學(xué)們了解3D打印前沿科技，啟發(fā)學(xué)生們用創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問題、智慧解決問題。學(xué)校圖書館可以配備一兩臺3D打印機，并在保證健康和安全的基礎(chǔ)上，充分考慮費用、提交步驟、等待和篩選時間等、制定詳細的3D打印制度或政策，并鼓勵學(xué)生打印原創(chuàng)作品，以發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)特長，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。
4 結(jié)束語
3D打印正從工業(yè)領(lǐng)域，走向各個應(yīng)用領(lǐng)域。不久的將來，也會像電腦、手機、互聯(lián)網(wǎng)一樣進入我們的社會和每個家庭。教育工作者應(yīng)積極利用這項新技術(shù)，促進教學(xué)模式和教學(xué)活動的創(chuàng)新，更好地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新水平。
參考文獻
原本以為打印只可能印在紙張等平面上的，又何來3D打印之說呢?其實，3D打印機跟傳統(tǒng)打印機―樣，是一種連接電腦并把電腦中信息輸出的設(shè)備(其工作方式與噴墨打印機也有些許相似)；最大的不同是，3D打印機輸出的是真實的物體模型。因此，人們形象地將其稱為“3D打印”。
3D打印對于普通商務(wù)用戶來說用處不大，但在工業(yè)設(shè)計或3D模型設(shè)計等特殊領(lǐng)域都能夠發(fā)揮極大的作用。我們知道，一款產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)之前會多次修改，而階段性的設(shè)計成果通常會被制成模型來確定效果。這時，再好的設(shè)計圖紙也不如一個真實的成品模型更有說服力?？上У氖?，傳統(tǒng)的模型制作方法成本高昂、耗時耗力且精度不高，因此快速成型技術(shù)成為設(shè)計行業(yè)的迫切需要。3D打印則是其中極具發(fā)展?jié)摿Φ目焖俪尚图夹g(shù)之一?，F(xiàn)在，讓我們從3D打印的發(fā)展說起，逐漸了解這一方興未艾的新技術(shù)，并設(shè)想它會給我們帶來什么樣的變化吧。
“快速成型”的迅猛發(fā)展催生“3D打印”
雖然在多數(shù)人看來3D打印還是一個新生事物，其實在二十年前3D打印設(shè)想已開始醞釀。
設(shè)計領(lǐng)域許多人都知道3D CAD(3D計算機輔助設(shè)計)。從70年代誕生到現(xiàn)在，3D CAD經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為廣大設(shè)計人員的有力工具之一和很多設(shè)計領(lǐng)域的重要標準。而快速成型(RapidPrototyping，簡稱RP)技術(shù)幾乎與3D CAD的發(fā)展同步。換言之，前者其實就是后者發(fā)展的寫照，因為人們從使用3D CAD的那天起就希望方便地將設(shè)計“轉(zhuǎn)化”為實物。
快速成型技術(shù)是一種由CAD數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。這一成型過程不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設(shè)計轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并縮減生產(chǎn)成本。
RP在多年的發(fā)展中形成了多種流派，如SL(Stereo Lithography，立體光造型)、SLS(Selected Laser Sintering，選擇性激光燒結(jié))、3DP(Three Dimensional Printing，三維打印)及FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉積制造)等。前兩種是基于激光或其它光源的成型技術(shù)，設(shè)備造價和制作模型成本都比較高昂，因此只在一些特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用；而3DP~FDM則是基于原料噴射成型的技術(shù)，不需要昂貴的激光器，成本低了不少，因此成為RP行業(yè)中“最親民”的技術(shù)，近幾年大有普及之勢(由于都有近似噴墨打印機的工作方式，因此人們將它們稱為“3D打印機”)。下面我們就與3D打印機來一個近距離接觸。
好用不貴的3D打印
之前，3D打印離我們還很遙遠，主要是受到以下三個因素影響：
成本太高，這是阻礙3D打印普及的最主要因素
太慢的3D打印速度
較低的打印精度
現(xiàn)在，這樣的局面即將被打破――基于快速成型技術(shù)的3D打印有了長足進步，早先只有某些行業(yè)用戶用得起的3D打印機越來越多地出現(xiàn)在各種民用領(lǐng)域中。那么，3D打印機到底是如何實現(xiàn)的呢?
3D打印機是這樣工作的
傳統(tǒng)的加工手法與雕塑相似，通常是一整塊材料按照設(shè)計去除無用的部分，剩下的才是精華。而3D打印機采用分層加工、疊加成形方式來“造型”，會將設(shè)計品分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄層，再通過逐層疊加獲得3D實體。從這點來看，它與噴墨打印機工作方法十分類似，3DP是一層層地印，而噴墨打印機是一條直線一條直線地噴，通過若干直線的疊加形成圖像，因此“3D打印機”的稱呼也就顯得十分貼切了口當然原理相仿的3DP與FDM在實現(xiàn)細節(jié)上還是存在較大差別，最終導(dǎo)致了產(chǎn)品的性質(zhì)和用途各不相同。
3DP
提到3DP，幾乎就是美國z Corporation司的代稱。早在1994年，幾個來自MIT(麻省理工學(xué)院)的科研和技術(shù)專家就發(fā)明了3DP技術(shù)并申請了專利。1997年，為了將3DP技術(shù)推向市場，Z Corporation公司正式成立。從那時起，Z Corporation就一直占據(jù)著3D打印機市場的半壁江山。
3DP工藝的原理是先由儲存桶送出一定量的原材料粉末，再用滾筒將粉末在加工平臺上推成薄薄一層，接著打印頭會噴出一種特殊膠水(黏著劑)，依照電腦模型切片后獲得的二維切片形狀黏著粉末并使其迅速固化。每噴完一層，加工平臺就會自動下降―點，按照剛才的順序做幾次循環(huán)直到完成。這時只要掃除松散的外層粉末便可得到想要的實體模型。
這種技術(shù)的特點是成型速度快，制作成本低。它目前可以達到每小時25mm垂直高度的成型速度，每層厚度為0.089～0.203mm，最高分辨率600dpi。層厚度越薄分辨率越高，實體模型的精細度當然就越高。而且，它能夠使用多種原材料(陶瓷顆粒都可以使用)可成型出具有軟質(zhì)PVC特性的模型。如果使用彩色原料，它甚至可以加工出24位彩色模型來。Z Corporadon的3D打印機也是目前唯一能夠打印彩色零件的快速成型設(shè)備。但3DP工藝制作出來的模型強度不高，主要用于外觀概念模型。
FDM
成立于1990年的美國Stratasys公司率先推出了基于FDM技術(shù)的快速成型機，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印機。由于’FDM技術(shù)有其得天獨厚的優(yōu)勢。適合汽車、家電、電動工具、機械加工、精密鑄造及工藝品制作等領(lǐng)域使用，因此Stratasys的FDM快速成型機目前在全球RP市場已占有近半的比例。那么，F(xiàn)DM的優(yōu)勢何在呢?看完下文你就會對它有一個簡單的認識。基于FDM的3D打印機是這樣工作的
CAD生成的模型數(shù)據(jù)先導(dǎo)入3D打印機的控制軟件，再經(jīng)其處理自動生成支撐材料和加熱噴頭運動路徑。這時，加熱噴頭會在計算機的控制下根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息作平面運動，而熱塑性絲狀材料由供絲機構(gòu)送至加熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出來涂覆在相應(yīng)工作平臺上。待到快速冷卻后平臺上就會形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓。這僅僅是完成了一層截面成型，接著工作臺會下降一定高度再進行下一層的熔覆，通過周而復(fù)始地多層堆迭來形成三維實體。
這樣工作是不是看起來很慢?好在Stratasys公司的FDM打印機可以采用兩個噴頭同時造型，所以制作速度得到了大大提高。而且FDM工藝完成的模型“很干凈”――不會有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險，使它可以安全地運用于辦公環(huán)境。
FDM可以采用ABS(由丙烯腈、丁二 烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成)或PC(聚碳酸酯)等材料進行制作。目前，F(xiàn)DM工藝在汽車、機械制造等行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，其主要原因在于FDM是唯一運用工程材料快速成型的模型工藝。
主流3D打印機
在目前的3 D打印機行業(yè)中，ZCorporation和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占有絕大多數(shù)市場份額。
Z corporation的產(chǎn)品主要有ZPrinter310 Plus、ZPrinter 450和SpectrumZ510三種。除第一款為黑白打印機以外，其它兩款都具有彩色打印功能。而且Z Corporation的3D打印機能使用多種原材料，無需支撐結(jié)構(gòu)，但需要做浸洗等后期處理。
Dimension系列3D打印機是美國STRTASY公司的產(chǎn)品，分別是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite為該系列最新機型，精度最高，可以實現(xiàn)0.127mm層厚)。其中BST采用了剝離式技術(shù)，即手動剝離成型后的支撐材料；而SST和Elite為水溶式技術(shù)，即模型上的支撐材料可用專門的溶液溶解掉，非常適合成型復(fù)雜模型。五款機型除了成型精度、成型尺寸圾支撐材料去除方式不同，其它性能基本相同。
3D打印在中國
我國XCRP技術(shù)也同樣有十分強烈的需求。自90年代初國內(nèi)就有多所高校開始自主知識產(chǎn)權(quán)的RP技術(shù)研發(fā)。清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)代成型學(xué)理論、SSM分層實體制造、FDM工藝，并開展了基于SL工藝金屬模具的研究；華中科技大學(xué)研究LOM(分層實體制造)工藝，推出了HRP系列成型機和成型材料，西安交通大學(xué)開發(fā)出LPS和CPS系列的光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂，CPS系統(tǒng)采用紫外燈為光源，成型精度0.2mm。
但是相比RP技術(shù)領(lǐng)先的美國、日本等國家，國內(nèi)還沒有一款達到國際水平的3D打印機推向市場，只有部分有實力的企業(yè)和科研院到專業(yè)的RP或3D打印服務(wù)商那里租用3D打印機或者訂制模型。國內(nèi)RP技術(shù)在研究隊伍、資金投入和普及范圍等多方面還有很長的路要走。比較而言，港臺地區(qū)RP技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。港臺地區(qū)相比內(nèi)地RP技術(shù)起步較早――很多高校、企業(yè)都有自己的3D打印設(shè)備。只不過，港臺地區(qū)RP技術(shù)的重點是應(yīng)用與推廣而并非自主研發(fā)。
3D打印的將來：另一場制造業(yè)革命?
現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要想3D打印全面普及，成本、打印精度、速度和原材料的多樣性等等都是現(xiàn)在的3D打印機必須不斷完善的項目。
第一，成本方面，在不久的將來3D打印機的價格會有大幅下降。一些較小規(guī)模的3D打印機制造商已經(jīng)開始推出―萬美元以下的3D打印機，例如Desktop Factory的4995美元打印機。還有一些愛好者從2006年開始也在研制“開源”的3D打印機。他們的目的是希望大家都來參與改良3D打印機，并最終促成低價3D打印機的誕生和普及。第二，開發(fā)更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及其他方法難以制作的復(fù)合材料等。當然還有金屬材料，直接金屬成型技術(shù)將會成為今后研究與應(yīng)用的又一個熱點。第三，提高3D打印的速度和效率。開拓并行、多材料制造的工藝方法，以便能夠直接面向產(chǎn)品制造。改善3D打印系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能。除此之外，還有許多新的成型方法與工藝會在未來應(yīng)用于3D打印機中。
在未來，3D打印機有可能走進千家萬戶。有了它，你可以做許多現(xiàn)在看起來匪夷所思的事情，因為從某種角度來說，許多你想到的東西都能直接打印得到。
3D打印機將使工業(yè)設(shè)計人員可以隨時制作設(shè)計品的高度仿真模型，交給生產(chǎn)部門或用戶，然后根據(jù)反饋意見進行進一步修改。家居裝飾公司可以根據(jù)設(shè)計圖紙呈現(xiàn)數(shù)個逼真、縮小的新家模型供你挑選。整形醫(yī)師采用特殊材料訂制整形所用的不同形狀的人造骨骼。這一切用3D打印機只需要很短時間就能完成。
【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù) 原理 發(fā)展
近來，3D打印技術(shù)在發(fā)達國家興起，前不久在網(wǎng)上流傳的3D打印手槍，引來許多網(wǎng)友圍觀。3D打印現(xiàn)在已不再只是概念產(chǎn)物，全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在平常生活中開始普及。3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”，3D打印則是“增材制造技術(shù)”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。
一、3D打印技術(shù)簡介
3D打印技術(shù)是通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印技術(shù)綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的復(fù)雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造，以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。
二、3D打印技術(shù)所依托的關(guān)鍵技術(shù)
3D打印技術(shù)需要依托多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，主要包括以下方面：信息技術(shù)，即要有先進的設(shè)計軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并根據(jù)模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；精密機械，即3D打印技術(shù)以“每層的疊加”為加工方式，產(chǎn)品的生產(chǎn)要求高精度，必須對打印設(shè)備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求；材料科學(xué)，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。
三、我國3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，我國積極探索3D打印技術(shù)的研發(fā)，初步取得成效。自20世紀90年代初以來，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校，在3D打印設(shè)備制造技術(shù)、3D打印材料技術(shù)、3D設(shè)計與成型軟件開發(fā)、3D打印工業(yè)應(yīng)用研究等方面，開展了積極的探索，已用部分技術(shù)處于世界先進水平。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，有望率先應(yīng)用于航天、航空裝備制造；生物細胞3D打印技術(shù)取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。
在家用電器、汽車配件、通信技術(shù)、航天、軍工等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)被越來越多應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)中。在醫(yī)療領(lǐng)域，國內(nèi)高水平的醫(yī)院使用3D打印技術(shù)，為患者提供定制的牙齒和骨骼替代物以及具有仿生性能的體內(nèi)植入物。在教育領(lǐng)域，我國有很多高校購買了3D打印設(shè)備，開展多個學(xué)科的教育和研究工作。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設(shè)備擁有國。
四、3D打印技術(shù)發(fā)展前景
近年來，3D打印技術(shù)持續(xù)發(fā)展，成本的大幅降低使其已經(jīng)從研發(fā)的小眾空間向主流市場進軍，發(fā)展勢頭不可阻擋，已經(jīng)成為社會廣泛關(guān)注、民用市場迅速崛起的新領(lǐng)域。3D打印制作的模型、禮品、紀念品乃至工藝品的應(yīng)用，極大吸引了社會關(guān)注和投入，發(fā)展加速，市場開始呈現(xiàn)量與質(zhì)的雙飛躍。據(jù)預(yù)測，2020年3D打印成品將占產(chǎn)品生產(chǎn)總量的50%。
隨著3D打印技術(shù)的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴展，特別是圖形藝術(shù)領(lǐng)域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過幾百甚至上千個文字的描述。專業(yè)人士堅信個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型即時擺在眼前，能夠快速改進產(chǎn)品，增長幅度將超過想象，將會改變社會各種應(yīng)用的未來。
3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量將減少到原來的幾分之一。3D打印不僅節(jié)約成本，提高制作精度，也將彌補傳統(tǒng)制造的不足，并將在民用市場迅速崛起，從而開啟制造業(yè)的新紀元，為印刷工業(yè)帶來新的機遇。
五、結(jié)語
隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟和3D打印材料的擴充，我們相信3D打印將會帶給我們更多的驚喜和沖擊，3D產(chǎn)品將會在我們的生活中觸手可及。
參考文獻：
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[3]古麗萍.蓄勢待發(fā)的3D打印機及其發(fā)展[J].數(shù)碼印刷，2011.
一、3D打印的簡介
（一）3D打印的定義
3D打印技術(shù)，學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”（additve manufacturing）技術(shù)，也稱為增材制造或增量制造。3D打印技術(shù)是以計算機三維設(shè)計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品的制造方法[1]。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝，不需要龐大的機床，也不需要眾多的人力，直接由數(shù)字化文件生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
（二）3D打印的過程
對于大多數(shù)人來說，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面內(nèi)容的普通打印機，事實上傳統(tǒng)的噴墨打印機和某些工藝類型的3D打印在技術(shù)上確實比較接近。3D打印使用特制的設(shè)備將材料一層層地噴涂或熔結(jié)到三維空間中，最后形成所需的實體，所用設(shè)備即3D打印機。一般來說，通過3D打印獲得實體需要經(jīng)歷建模、分層、打印和后期處理四個主要階段。
1.三維建模
三維模型通常有兩種途徑獲取，一是通過3D掃描儀獲取對象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成三維模型；二是使用三維建模軟件從零開始建立三維數(shù)字化模型。
2.分層切割
由于描述方式的差異，3D打印機并不能直接操作3D模型。當3D模型輸入電腦中后，需要通過打印機配備的專業(yè)軟件進一步處理，即將模型切分為一層層薄片，每個薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機的精度決定。
3.打印噴涂
由打印機將打印耗材逐層噴涂或熔結(jié)到三維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種實現(xiàn)方法。常見的有光固化方法（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結(jié)法（SLS）等。
4.后期處理
模型打印完成后一般都會有毛刺或粗糙的截面。這時需要對模型進行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等，才能最終完成所需要的模型的制造。
（三）3D打印的特點
數(shù)字制造：借助CAD等軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，驅(qū)動機器設(shè)備加工制造成器件；數(shù)字化文件還可借助網(wǎng)絡(luò)進行傳遞，實現(xiàn)異地分散化制造的生產(chǎn)模式。
降維制造：把三維結(jié)構(gòu)的物體先分解成二維層狀結(jié)構(gòu)，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術(shù)可以制造出任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且制造過程更柔性化。
堆積制造：采用分層制造的堆積方式對實現(xiàn)非勻致材料、功能梯度的器件更具優(yōu)勢。
直接制造：任何高性能難成型的部件均可通過打印方式一次性直接制造出來，不需要通過組裝拼接等過程實現(xiàn)。
快速制造：3D打印制造工藝流程短、全自動、可實現(xiàn)現(xiàn)場制造，因此，制造更快速、更高效。
綠色制造：3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)減材制造相比具有較高的材料利用率，同時可以采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)減少材料使用量，降低能源消耗，從而實現(xiàn)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展。
二、3D打印常見成型工藝
現(xiàn)在常見的3D打印工藝有SLS、SLA、FDM。
（一）SLS（Selective Laser Sintering，選擇性激光燒結(jié)）
選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層一層層疊加生成所需形狀的零件。工藝原理（見圖1）。該工藝通常采用金屬、石蠟、陶瓷粉末等作為成型材料。成型件強度高、無須設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)，但是成型后的工件表面比較粗糙，后期處理工藝比較復(fù)雜。
（二）SLA（Stereo lithography Appearance 立體光固化成型法）
立體光固化成型法是最早商用的3D打印技術(shù)，它采用的成型材料是液態(tài)光敏樹脂，當特定波長與強度的激光照射到液態(tài)材料表面時，光敏樹脂則會凝固為固體。激光由點到線再由線到面的依次掃描就形成一層面的成型作業(yè)，然后工作臺升降一個層片的高度，在成型下一個層面，通過這種方式制造三維實體（見圖2）
光固化成型法技術(shù)成熟度高、成型速度較快、表面精度較高，但是系統(tǒng)造價昂貴，成型件強度較低，所以還無法大范圍使用。
（三）FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉積制造）
熔融沉積制造是采用低熔點的絲狀材料作為成型材料，通過熱噴嘴把熔融的材料涂覆在工作臺上，噴頭作X-Y平面運動，工作臺做Z向運動，然后逐層疊加成型（見圖3）。這種成型工藝雖然需要設(shè)計輔助支撐結(jié)構(gòu)，但是因為不需要復(fù)雜的能量束，使用維護簡單，成本低，同時耗材種類相對豐富，所以該工藝使用較廣泛，目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成型系統(tǒng)中的份額大約為30%。
當然還有其他3D打印成型工藝，例如，分層實體制造（Laminated Object Manufactuing，LOM）、電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting，EBM）、激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting，SLM）。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)使用場景、材料、成本等因素選擇合適的成型工藝。
三、3D打印的應(yīng)用及其意義
【關(guān)鍵詞】虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；3D打印包裝；技術(shù)發(fā)展
1基于虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的3D打印包裝技術(shù)概述
傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是基于IP來進行的，長時間發(fā)展環(huán)境下，對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展有了全新的理念，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸進入到人們的視野中。虛擬網(wǎng)絡(luò)與寬帶網(wǎng)絡(luò)不通，能夠在現(xiàn)場構(gòu)建出全面的結(jié)構(gòu)體系，并不單純是基于IP基礎(chǔ)上來進行信息傳遞共享的，這樣在信息傳遞效率上會有明顯的提升，并且在進行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)利用時也擁有了更廣闊的前景，在此基礎(chǔ)上所進行的3D打印包裝技術(shù)實現(xiàn)得到了全面突破，可以在短時間內(nèi)達到理想化的技術(shù)應(yīng)用效果，應(yīng)用于精密行業(yè)的設(shè)計制造中，能夠?qū)⒋蛴≈圃斓脑先客度氲绞褂弥校@樣就不會影響到使用功能的實現(xiàn)，并且所打印的產(chǎn)品也從平面逐漸向立體化過度，在各行業(yè)的設(shè)計中最常使用到這種技術(shù)。在打印前產(chǎn)品是虛擬的，需要通過計算機軟件來進行構(gòu)建，這一點與虛擬網(wǎng)絡(luò)更加符合，基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)基礎(chǔ)上所進行的3D打印包裝，設(shè)計理念所受到的約束更小，對于常見的技術(shù)性問題，在設(shè)計期間會通過理念完善來解決，最終所應(yīng)用的技術(shù)也能快速實現(xiàn)功能。
2基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)中3D打印包裝技術(shù)的實用化能力
將網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)與3D網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互結(jié)合，最終所形成的技術(shù)方法中，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)虛擬的先進性充分引入其中。該項技術(shù)是以傳統(tǒng)的打印技術(shù)為原型來進行的，在此基礎(chǔ)上可能會遇到不同程度的打印問題，但通過技術(shù)性方法也都能夠得到更好的解決。原有的3D打印技術(shù)中，僅限于塑料材料，并且打印的速度、成本也都不夠理想化，經(jīng)過一段時間的應(yīng)用與發(fā)展，技術(shù)得到了更好的改進，在打印原料種類上有明顯的增多，除模型之外，還可以打印出所需要的精細零件，將其應(yīng)用在設(shè)備的制造中。對金屬材料也能夠進行塑性，將所要打印的模具模型以程序代碼形式輸入到計算機中，打印時連接虛擬網(wǎng)絡(luò)來進行，這樣打印可以完全按照輸入的參數(shù)代碼來進行，在規(guī)格上不會出現(xiàn)誤差，與傳統(tǒng)的塑料材料相比較，應(yīng)用金屬材料后，打印的效果有明顯提升，金屬的塑性效果更加理想，不容易受到外界環(huán)境因素影響而發(fā)生形變，在此基礎(chǔ)上所進行的打印設(shè)計，涉及到精密的零件應(yīng)用這種打印技術(shù)也能保障結(jié)構(gòu)完整性不受到破壞。甚至可以將粉末材料經(jīng)過融化快速塑性，這一點是傳統(tǒng)打印技術(shù)所不能比較的。3D打印技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用，通過這種打印技術(shù)，能夠?qū)⒓毿〉男酒踩氲饺梭w皮膚內(nèi)，并對人體的骨骼、皮膚進行小面積重造，基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)基礎(chǔ)上所進行的3D打印包裝技術(shù)應(yīng)用，在個別精細領(lǐng)域中正處于研究階段，在醫(yī)療方面也有嘗試的經(jīng)驗，對于常見的技術(shù)性問題，在網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)中，可以將設(shè)計理念轉(zhuǎn)化為具體的模型，這樣所進行的優(yōu)化處理才更具有針對性。3D打印需要做到根據(jù)實際需求來進行現(xiàn)場調(diào)節(jié)，優(yōu)化所打印的產(chǎn)品，確保產(chǎn)品在安裝使用時強度以及規(guī)格能夠與原有的環(huán)境保持一致，更好的融合。最后是在軍事領(lǐng)域上的應(yīng)用，武器從設(shè)計到制造會經(jīng)歷很長一段時間，但現(xiàn)階段軍事行業(yè)的發(fā)展對產(chǎn)品更新?lián)Q代時間要求也在逐漸提升，應(yīng)用3D打印包裝技術(shù)，與傳統(tǒng)制造方法相比較能夠節(jié)省三分之二的時間，并且制造的形式是從整體化來進行的，不需要復(fù)雜的拼裝過程，可以直接將武器制造出來，在網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)中進行設(shè)計，可以對武器的使用情況進行模擬，設(shè)計人員觀察模擬過程并對結(jié)構(gòu)進行更深入的優(yōu)化，這種優(yōu)勢是傳統(tǒng)技術(shù)中所不能達到的。
3基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的3D打印包裝技術(shù)發(fā)展前景
雖然在多個領(lǐng)域中都已經(jīng)應(yīng)用到了3D打印技術(shù)，但技術(shù)優(yōu)化過程中，所體現(xiàn)出的矛盾性問題仍然需要進一步解決。通過上文論述可以了解到，3D打印包裝技術(shù)主要應(yīng)用在高端領(lǐng)域中，并且使用的成本也相對比較大，在民用領(lǐng)域中很少涉及到，這也成為技術(shù)未來發(fā)展中主要突破的內(nèi)容。未來的發(fā)展優(yōu)化中，必然會以提升使用效率、降低使用成本為發(fā)展理念，使3D打印包裝技術(shù)能夠真正的融合到人們?nèi)粘Ｉ钪校鰪娂夹g(shù)應(yīng)用的服務(wù)性。個性化醫(yī)療定制或人體器官復(fù)制將不再是普通老百姓難以享受到的“特權(quán)”，醫(yī)療效率更高，許多現(xiàn)在難以攻克的難題，未來將不再困擾患者。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 簡介 工作原理 優(yōu)勢 展望
3D打印技術(shù)以前主要用來制造一些比較小型的東西。時至今日，一些大型制造商已經(jīng)開始準備將其用來制造更大的物件。一些3D打印設(shè)備的制造商認為，隨著這種技術(shù)的成熟，將來一些汽車零部件的庫存只需要保留電子文檔，而無需制造出來存在倉庫。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技術(shù)簡介
3D打印技術(shù)是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術(shù)等為一體的復(fù)雜機電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要被應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。
二、3D打印機的工作原理
3D打印機的工作原理其實很簡單，通俗地說，首先在電腦上設(shè)計一個完整的三維立體模型（也成為計算機輔設(shè)計），然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機，再將打印機與電腦相連接，就可以通過電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計算機上的藍圖變成實物。這種通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價格便宜等優(yōu)點。
在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計算機輔助設(shè)計繪圖數(shù)據(jù)。
這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時，塑性模型材料細絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸（即0.127毫米至0.33毫米），具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤根據(jù)實際情況上下移動。在構(gòu)造模型時，有了支撐材料（圖中褐色部分物件）的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進行其它處理。
三、使用3D打印技術(shù)，加快設(shè)計周期
一項產(chǎn)品停留在設(shè)計周期的時間越長，推向市場的時間也會越漫長，這意味著企業(yè)的潛在利潤將會越來越少。某項調(diào)查表明，產(chǎn)品的上市時間是受訪者最關(guān)心的日常問題。受訪者同樣表示，在17%的產(chǎn)品中，產(chǎn)品原型制作消耗相當長的時間，是縮短上市時間的最大障礙。
業(yè)界普遍認為產(chǎn)品應(yīng)該更加快速地推向市場。隨著縮短上市時間的重要性越來越大，在設(shè)計的概念階段，企業(yè)不得不縮減決策時間，同時又必須確保所作決定的準確性。這些決定會影響大部分的成本因素，如材料選擇、制造技術(shù)以及設(shè)計壽命。通過快速制作產(chǎn)品模型進行測試，加快設(shè)計迭代速度，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)計流程，為企業(yè)最大化潛在利潤。
例如為專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)噴漆和紋理設(shè)備的Graco公司，該公司的工程師使用一臺3D打印設(shè)備去測試各種噴漆槍和噴管組合，設(shè)計出最合理的噴流形式和試驗出最精確的噴射量，而生產(chǎn)出的新型噴射紋理槍是由3D打印設(shè)備制作的ABS塑料功能原型。3D打印技術(shù)可以幫助減少產(chǎn)品開發(fā)時間，Graco公司估計減少的最大幅度可達75%。從一個絕妙的創(chuàng)意，到一項成功的產(chǎn)品，中間充滿著重重困難。GregStevens和James Burley在他們經(jīng)常被引用的新產(chǎn)品開發(fā)分析報告《3000個原始創(chuàng)意=1次商業(yè)成功》中指出，除了3000個原始創(chuàng)意，一項成功的創(chuàng)新還需要125個小規(guī)模計劃，4項大型開發(fā)和 1.7個產(chǎn)品。在評估創(chuàng)意是否值得投放開發(fā)資源時，3D打印技術(shù)能夠助企業(yè)一臂之力，縮短傳統(tǒng)評估所需要用的時間，提高效率。
四、3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢
隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。
提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設(shè)計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。
3D打印技術(shù)提供了一種極具成本效益的方式去完成多次設(shè)計迭代，在關(guān)鍵的開發(fā)過程初始階段，獲取產(chǎn)品設(shè)計的即時反饋信息。對于產(chǎn)品設(shè)計幾乎即時的修改，不僅有助于降低成本，而且能夠加快產(chǎn)品上市時間。對于在設(shè)計流程中采用3D打印技術(shù)的企業(yè)來說，無疑增加了明顯的競爭優(yōu)勢。
隨著價格的下降，3D打印設(shè)備市場將會進一步擴大，尤其是在中小型企業(yè)和學(xué)校方面。3D打印設(shè)備耐用，打印快捷、準確，成本低廉等好處可以幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強企業(yè)競爭力。
參考文獻：
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其實，3D打印本來就不是什么新鮮的技術(shù)，也不是今天才出現(xiàn)一只不過因為出現(xiàn)初期的實現(xiàn)成本過于高昂。而隨著原材料和打印成本的下降，3D打印技術(shù)終于可以走進我們的生活，現(xiàn)在，不僅在國外，國內(nèi)也有不少公司可以提供這一服務(wù)了。
原理并不復(fù)雜
不少工業(yè)設(shè)計師認為，3D打印技術(shù)使得生產(chǎn)單件商品的成本變得與批量生產(chǎn)一樣便宜，這大大削弱了規(guī)模經(jīng)濟效益，它可能像原來第一次工業(yè)革命那樣對世界產(chǎn)生深遠的影響。
3D打印的原理并不復(fù)雜：首先在電腦屏幕上生成產(chǎn)品模型，根據(jù)需要調(diào)整大小和顏色，然后相關(guān)軟件會自動將產(chǎn)品模式按照一定的厚度進行虛擬的“切片”，并將相尖數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機，打印機就把這些根薄的“切片”用塑料、松脂或金屬粉末像打印彩繪圖那樣打印出來，然后通過可自由轉(zhuǎn)動的噴嘴噴出堆接材料、強力膠水或照焦光束將其粘合成一個整體。
使用3D打印技術(shù)，小型物品可以由類似于桌面打印機的機器生產(chǎn)，大型物品如自行車骨架、汽車面板和飛機零件可能需要大型機器設(shè)備和更大的空間，而且無需機械加工或任何模具，直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成。目前的3D打印機分層打印精度在0.1毫米左右。
與常規(guī)的制造工業(yè)相比，如果不考慮因規(guī)模帶來的成本下降，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢還是很明顯：它不需要生產(chǎn)線和大型設(shè)備一只要一臺3D打印機，就可以在辦公室制造出自己所需要的中小型產(chǎn)品，用戶要做的只是找到一個合適的模型：同時一3D打印技術(shù)所產(chǎn)生的廢料比起常規(guī)制造技術(shù)來說少得多：它還可以制造出常規(guī)方法有時候無法生產(chǎn)的奇形怪狀的部件。當3D打印技術(shù)的設(shè)備價格能夠下降到一個普通人都能接受的水平，生產(chǎn)單件商品的成本與將變得與批量生產(chǎn)一樣低，而且還大大縮減了生產(chǎn)周期。在3D打印技術(shù)的發(fā)展過程中，麻省理工學(xué)院的一項發(fā)明扮演了重要的角色。1 994年，幾名來自麻省理工學(xué)院的科研和技術(shù)專家發(fā)明了一種名為三維打印(Three Dimensional Printing，簡稱“3DP”)的技術(shù)并申請了專利。1997年，為了將三維打印技術(shù)推向市場，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印機當成辦公用品的3D打印機生產(chǎn)廠商，這也是目前惟一一家可以支持彩色3D打印的公司。
我們能打印什么
隨著成本的降低，3D打印技術(shù)正從傳統(tǒng)的用于航天、醫(yī)藥和汽車行業(yè)的原型制造轉(zhuǎn)而為民用服務(wù)。目前，對于1000件左右塑料物品的制造來說，3D打印技術(shù)已經(jīng)非常有競爭力，而且因為每件物品都是單獨制造出來而非模具，因此不需要任何額外成本就可以做到每件物品各具特色。另外一對于一些產(chǎn)品制造方面的設(shè)計師和創(chuàng)業(yè)者，則可以先少量生產(chǎn)自己開發(fā)的新產(chǎn)品，看看市場反響再進行改進。
不過，國外的設(shè)計師們玩得似乎更瘋狂。
時裝設(shè)計師瑪麗，黃與3D模型專家詹娜，費瑟也看上了3D打印技術(shù)，他們利用Rhjno 3DCAD設(shè)計軟件創(chuàng)造出3D打印泳衣的模型，然后通過機器“打印”出復(fù)雜的幾何圖形。費瑟表示，他們還運用一種稱為“選擇性激光燒結(jié)(SLS)”的技術(shù)，用非常纖細的繩子連結(jié)起無數(shù)圓形薄片，進而織出泳衣的“布料”，通過改變圓形薄片的大小、分布，以及連結(jié)方式，確保泳衣的受力模型保持合理。這件泳衣以尼龍作為主要制造材料，最重要的是，因為采用了3D打印技術(shù)。無需經(jīng)過傳統(tǒng)服裝制造業(yè)的打版再生產(chǎn)，兩位設(shè)計師也表示，這款泳衣將完全采取定制化生產(chǎn)，首先掃描消費者的體型并進行3D建模，再為其量身“打印”出一套合身的泳衣。
歐洲最大的手骯公司歐洲宇航防務(wù)集團(EADS)則致力于研究利用3D打印制造出更輕便的飛機。EADS工程師安迪，霍金斯表示，目前宇航飛機上有不少零件是用昂貴的鈦金屬通過機器沖壓制成，如果改用鈦粉打印，不僅重量更輕，而且保持了一樣的堅固程度。
意大利土木工程師恩里科，迪尼(Enricodini)則玩得更加出位，他倒騰出了一臺可以用沙子直接打印立體建筑的3D打印機。為了測試這臺大型打印機，恩里科，迪尼為諾曼，福斯特公司在阿布扎比建造的“馬斯達爾城(Masdar City)”打印了一部分建筑的骨架外墻，結(jié)果證明打印出來的外墻骨架完全可以用于正常的建設(shè)，有了這臺機器，未來的建筑骨架可能不再需要搭建腳手架，也不需要工人。目前，恩里科，迪尼正與諾曼，福斯特建筑設(shè)計公司以及阿爾塔太空公司合作，研究設(shè)計一種可以使用月球塵埃打印的3D打印機，可以在月球上快速建造人類基地。和之前只能打印小型塑料部件的3D打印機相比，恩里科，迪尼所設(shè)計的打印機可以打印出厚達50毫米的分層，然后再一層一層疊加起來，通過以鎂為主要原料的粘合膠將其粘合，這些粘合膠跟沙子結(jié)合，印刷機再對其施壓后變成巖石。
恩里科，迪尼十分推崇建筑大師高迪的作品，他希望能用3D打印機完成高迪的未完成作品――位于西班牙巴塞羅那的“神圣家族大教堂”，而按照他的3D打印機的設(shè)計，實現(xiàn)高迪，設(shè)計出的那些通過傳統(tǒng)建筑技術(shù)很難實現(xiàn)的彎曲建筑并不困難。
3D打印普及還需時日
目前，3D打印技術(shù)要用于民用，最大的障礙可能依然是價格，雖然相比前幾年來說價格和成本已經(jīng)下降不少，但是對于普通用戶來說，價格依然還不到可以接受的范圍――目前最便宜的3D打印機價格也在1萬美元以上，如果要打印更大的部件，打印機的價格將會成倍飆升。英國巴斯大學(xué)有一項正在開發(fā)中的新設(shè)計，能用大約700美元制造一個3D打印機，未來或許能解決打印機的價格問題。
除了設(shè)備昂貴之外，3D打印機使用的打印材料多是化學(xué)聚合物，包括尼龍、金屬、樹脂以及各種塑料，同時在粘合過程中還使用大量的化學(xué)粘合劑，其劑量遠遠超過傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品。這些化學(xué)物質(zhì)如果與我們朝夕相處的，后期使用成本尚在其次，材料是否安全、長時間接觸是否對身體健康有所損傷將是重點需要考慮的問題。
