3d打印技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇3d打印技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：3d打印；应用现状；教学领域

1 引言

3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为 “第三次工业革命的重要标志”，以其 “制造灵活”和“节约原材料”的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。

2 3D打印概述

2.1 3D打印原理

3D打印（3D printing，又称三维打印），是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术[1]。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节[2]，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch[3]。

2.2 3D打印的优势

与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。

2.3 3D打印的应用现状

近年来，3D打印得到了快速发展，几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域，使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制，打印复杂形状的各种零件，打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域，3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始，逐步发展，计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域，医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型，缺损下颌骨模型，患者外伤性脑内血肿颅脑模型等，用于辅助诊断并制定术前手术方案，降低了手术难度，减少了手术时间，为患者带来了精准化的治疗。人工椎体和人体气管软骨的打印让人体器官的3D打印成为可能。3D打印的处方药产品SPRITAM（左乙拉西坦）片剂可用于各种癫痫疾病的治疗。建筑工程领域，3D打印建筑不需使用模板，打印的建筑物重量轻，强度大，时间短，产生的建筑垃圾及建筑粉尘少，且可以循环使用，绿色环保。3D打印在首饰、食品、玩具和日常用品的设计和生产中也有广泛应用，可以很好地彰显用户的个性化特点和需求。3D打印在太阳能电池板和特殊材料的制造方面的应用也有突破。

3 3D打印在教学领域的应用

3D打印在教学方面的探索性活动也已经展开，并应用在数学、航空、电子、设计、机电工程、生物医学、天文等大部分学科中，取得了良好的教学效果。基于3D打印的快速生成能力，使得数字化模型能快速转化为立体实物，借助立体实物的生成过程及使用可以提高教学效果，增强学生合作、设计、创新等能力。

3.1打印三维教具学具辅助教学

在课程教学中，借助于多媒体教学手段，一些抽象的图像可以相对直观的显示出来，但针对的是群体，形成的是暂时的视觉感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把数字化的图像转化成实物的教具和学具，每个同学都有机会亲手感受，而且还可以亲自设计、策划，无疑对知识点的理解，知识的掌握及应用有很大的促进作用。比如：数学课可以打印出几何曲面、剖面立体实物；动画设计可以打印出3D人物，动物角色模型，且可以根据实效及时修改；语文课可以把要讲解的地域打印出来，如北京的胡同，同学们可以拿着模型理解胡同的特点，体验胡同文化，讲述胡同的来龙去脉；机械制造课可以根据课程内容打印相关的零件、齿轮、连杆等。

3.2 实习实践过程中辅助创新设计

职业学校实习实践教学活动较多，钳工实习、数控机床实习、电子电工实习、动画设计、物联网设计等，都需要借助相应的模型，并设计出一定的模型。借助于3D打印，同学们对需要设计的模型有一个大体的认识，然后经过集体分组的讨论、设计、修改等过程，不仅能增加学生的学习兴趣，促进学生交互学习，协作学习，且能提高学生的设计水平、思维能力和实践能力。比如在模具设计实习中，采用项目式教学法，应用3D打印，学生分组设计、分组打印，学生在亲眼目睹自己的设计零件打印成型的过程及成品后，学习兴趣大增，多次讨论修改的过程也大大提升学生的设计水平。在CAD课程实践环节中，使用3D打印机，可以根据教学需要来设计教学内容，对学生的设计作品3D打印出来进行评比并组装，不仅使学生熟练掌握设计软件建模的基本思路和流程，而且对如何从设计作品到具体的实物的生成有一个明确的认识，有利于日后学生进一步的学习和发展。

3.3 就业创业指导

近年来，大学毕业生人数急剧增加，就业压力增大，国家大力提倡大学生创业，整个社会也兴起了一股自主创业的热潮。对于职业学校的学生来说，有一定的专业知识，有较强的动手操作能力，有创业的热情与激情。借助于3D打印设备，创业指导老师可以指导学生创办创意设计3D打印工作室，利用所学的专业知识，设计出相关产品并打印出来进行销售，同时也可为社会客户提供DIY服务，收取一定的培训费和制作费，也可以在校企合作的基础上为合作企业提供设计和3D打印服务。通过3D打印的上述创业实践活动，加深学生对专业知识的巩固、对设计过程的了解，并培养创新创业意识和能力。

3.4 图书馆应用

图书馆引入3D打印服务是图书馆从文献服务走向创新服务的途径。国外很多图书馆都开展3D打印服务，国内的综合图书馆，如上海图书馆、苏州图书馆也开展3D打印服务，高校中的上海交通大学图书馆也开展3D打印服务，并且通过举办3D打印设计大赛积极推广此项服务，通过比赛普及3D打印知识，让同学们了解3D打印前沿科技，启发学生们用创新思维发现问题、智慧解决问题。学校图书馆可以配备一两台3D打印机，并在保证健康和安全的基础上，充分考虑费用、提交步骤、等待和筛选时间等、制定详细的3D打印制度或政策，并鼓励学生打印原创作品，以发挥学生的专业特长，激发学生的创造力和想象力。

4 结束语

3D打印正从工业领域，走向各个应用领域。不久的将来，也会像电脑、手机、互联网一样进入我们的社会和每个家庭。教育工作者应积极利用这项新技术，促进教学模式和教学活动的创新，更好地提高教学质量和教学效果，提高学生的实践能力和创新水平。

参考文献

篇2

【关键词】3D打印技术 原理 发展

近来，3D打印技术在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势。

一、3D打印技术简介

3D打印技术是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造。作为一种综合性应用技术，3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

目前，3D打印技术主要应用于产品原型、模具制造，以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。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，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。

二、3D打印技术所依托的关键技术

3D打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，即用于3D打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。

三、我国3D打印技术发展现状

近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。自20世纪90年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发、3D打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已用部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。

在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工等领域，3D打印技术被越来越多应用到产品研发和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用3D打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领域，我国有很多高校购买了3D打印设备，开展多个学科的教育和研究工作。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的3D打印设备拥有国。

四、3D打印技术发展前景

近年来，3D打印技术持续发展，成本的大幅降低使其已经从研发的小众空间向主流市场进军，发展势头不可阻挡，已经成为社会广泛关注、民用市场迅速崛起的新领域。3D打印制作的模型、礼品、纪念品乃至工艺品的应用，极大吸引了社会关注和投入，发展加速，市场开始呈现量与质的双飞跃。据预测，2020年3D打印成品将占产品生产总量的50%。

随着3D打印技术的不断突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别是图形艺术领域的潜力，三维的概念模型能更好地传达制作者的想法或解决方案，一张图可以胜过几百甚至上千个文字的描述。专业人士坚信个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型即时摆在眼前，能够快速改进产品，增长幅度将超过想象，将会改变社会各种应用的未来。

3D打印技术将淘汰传统生产线，缩短制作周期，大大减少生产废料，所需原材料用量将减少到原来的几分之一。3D打印不仅节约成本，提高制作精度，也将弥补传统制造的不足，并将在民用市场迅速崛起，从而开启制造业的新纪元，为印刷工业带来新的机遇。

五、结语

随着3D打印技术的日趋成熟和3D打印材料的扩充，我们相信3D打印将会带给我们更多的惊喜和冲击，3D产品将会在我们的生活中触手可及。

参考文献：

[1]刘欣灵.3D打印机及其工作原理[J].网络与信息，2012，（2）.

[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012，（9）.

[3]古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展[J].数码印刷，2011.

篇3

其实，3D打印本来就不是什么新鲜的技术，也不是今天才出现一只不过因为出现初期的实现成本过于高昂。而随着原材料和打印成本的下降，3D打印技术终于可以走进我们的生活，现在，不仅在国外，国内也有不少公司可以提供这一服务了。

原理并不复杂

不少工业设计师认为，3D打印技术使得生产单件商品的成本变得与批量生产一样便宜，这大大削弱了规模经济效益，它可能像原来第一次工业革命那样对世界产生深远的影响。

3D打印的原理并不复杂：首先在电脑屏幕上生成产品模型，根据需要调整大小和颜色，然后相关软件会自动将产品模式按照一定的厚度进行虚拟的“切片”，并将相尖数据传输到3D打印机，打印机就把这些根薄的“切片”用塑料、松脂或金属粉末像打印彩绘图那样打印出来，然后通过可自由转动的喷嘴喷出堆接材料、强力胶水或照焦光束将其粘合成一个整体。

使用3D打印技术，小型物品可以由类似于桌面打印机的机器生产，大型物品如自行车骨架、汽车面板和飞机零件可能需要大型机器设备和更大的空间，而且无需机械加工或任何模具，直接从计算机图形数据中生成。目前的3D打印机分层打印精度在0.1毫米左右。

与常规的制造工业相比，如果不考虑因规模带来的成本下降，3D打印技术的优势还是很明显：它不需要生产线和大型设备一只要一台3D打印机，就可以在办公室制造出自己所需要的中小型产品，用户要做的只是找到一个合适的模型：同时一3D打印技术所产生的废料比起常规制造技术来说少得多：它还可以制造出常规方法有时候无法生产的奇形怪状的部件。当3D打印技术的设备价格能够下降到一个普通人都能接受的水平，生产单件商品的成本与将变得与批量生产一样低，而且还大大缩减了生产周期。在3D打印技术的发展过程中，麻省理工学院的一项发明扮演了重要的角色。1 994年，几名来自麻省理工学院的科研和技术专家发明了一种名为三维打印(Three Dimensional Printing，简称“3DP”)的技术并申请了专利。1997年，为了将三维打印技术推向市场，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印机当成办公用品的3D打印机生产厂商，这也是目前惟一一家可以支持彩色3D打印的公司。

我们能打印什么

随着成本的降低，3D打印技术正从传统的用于航天、医药和汽车行业的原型制造转而为民用服务。目前，对于1000件左右塑料物品的制造来说，3D打印技术已经非常有竞争力，而且因为每件物品都是单独制造出来而非模具，因此不需要任何额外成本就可以做到每件物品各具特色。另外一对于一些产品制造方面的设计师和创业者，则可以先少量生产自己开发的新产品，看看市场反响再进行改进。

不过，国外的设计师们玩得似乎更疯狂。

时装设计师玛丽，黄与3D模型专家詹娜，费瑟也看上了3D打印技术，他们利用Rhjno 3DCAD设计软件创造出3D打印泳衣的模型，然后通过机器“打印”出复杂的几何图形。费瑟表示，他们还运用一种称为“选择性激光烧结(SLS)”的技术，用非常纤细的绳子连结起无数圆形薄片，进而织出泳衣的“布料”，通过改变圆形薄片的大小、分布，以及连结方式，确保泳衣的受力模型保持合理。这件泳衣以尼龙作为主要制造材料，最重要的是，因为采用了3D打印技术。无需经过传统服装制造业的打版再生产，两位设计师也表示，这款泳衣将完全采取定制化生产，首先扫描消费者的体型并进行3D建模，再为其量身“打印”出一套合身的泳衣。

欧洲最大的手肮公司欧洲宇航防务集团(EADS)则致力于研究利用3D打印制造出更轻便的飞机。EADS工程师安迪，霍金斯表示，目前宇航飞机上有不少零件是用昂贵的钛金属通过机器冲压制成，如果改用钛粉打印，不仅重量更轻，而且保持了一样的坚固程度。

意大利土木工程师恩里科，迪尼(Enricodini)则玩得更加出位，他倒腾出了一台可以用沙子直接打印立体建筑的3D打印机。为了测试这台大型打印机，恩里科，迪尼为诺曼，福斯特公司在阿布扎比建造的“马斯达尔城(Masdar City)”打印了一部分建筑的骨架外墙，结果证明打印出来的外墙骨架完全可以用于正常的建设，有了这台机器，未来的建筑骨架可能不再需要搭建脚手架，也不需要工人。目前，恩里科，迪尼正与诺曼，福斯特建筑设计公司以及阿尔塔太空公司合作，研究设计一种可以使用月球尘埃打印的3D打印机，可以在月球上快速建造人类基地。和之前只能打印小型塑料部件的3D打印机相比，恩里科，迪尼所设计的打印机可以打印出厚达50毫米的分层，然后再一层一层叠加起来，通过以镁为主要原料的粘合胶将其粘合，这些粘合胶跟沙子结合，印刷机再对其施压后变成岩石。

恩里科，迪尼十分推崇建筑大师高迪的作品，他希望能用3D打印机完成高迪的未完成作品――位于西班牙巴塞罗那的“神圣家族大教堂”，而按照他的3D打印机的设计，实现高迪，设计出的那些通过传统建筑技术很难实现的弯曲建筑并不困难。

3D打印普及还需时日

目前，3D打印技术要用于民用，最大的障碍可能依然是价格，虽然相比前几年来说价格和成本已经下降不少，但是对于普通用户来说，价格依然还不到可以接受的范围――目前最便宜的3D打印机价格也在1万美元以上，如果要打印更大的部件，打印机的价格将会成倍飙升。英国巴斯大学有一项正在开发中的新设计，能用大约700美元制造一个3D打印机，未来或许能解决打印机的价格问题。

除了设备昂贵之外，3D打印机使用的打印材料多是化学聚合物，包括尼龙、金属、树脂以及各种塑料，同时在粘合过程中还使用大量的化学粘合剂，其剂量远远超过传统制造的产品。这些化学物质如果与我们朝夕相处的，后期使用成本尚在其次，材料是否安全、长时间接触是否对身体健康有所损伤将是重点需要考虑的问题。

篇4

60岁的陈先生9个月前下楼时不慎摔了一跤，顿时整个左髋部连着整条腿都动弹不得，特别疼痛，陈先生被送到家附近的医院，检查显示陈先生髋部已经是左髋臼粉碎性骨折。

陈先生说，当时这条腿整个走不起来路，而且短了将近两三厘米，几家大医院都去过，医生都认为手术难度比较大。陈先生也在医生建议下尝试进行了牵引等一些保守治疗，可是效果不明显。后来，在朋友的介绍下，陈先生来到医院骨科进行治疗，医生运用最新治疗技术和设备，为陈先生设计了治疗方案，利用3D打印了陈先生的多孔人工髋臼假体，顺利地进行了手术，术后3天疼痛明显减轻，然后基本就不疼了，腿也能自己弯曲，解决了行走问题。

将患者需手术部位的影像数据传入电脑进行处理，并连接到专门3D打印机。经过几个小时到几十个小时以后，用一种可再生可降解的材料，将它1：1地以仿真模型的形式打印出来。3D打印目前最大的特点在于手术极具个性化，各人的骨头生长、关节面等情况都不相同，可以根据患者的具体病情，打造最适合患者的人造部位。目前，3D打印的定制化假体使用的是钛合金材料。钛合金材料的理化性质较为理想，比如它的弹性模量是金属中最接近骨的材料之一，它的生物相容性也很高，在临床上已经广泛应用于骨科的内固定钢板、人工关节、脊柱内固定，口腔科的种植牙根，颌面外科的颌面修复体等。可以说每一件3D打印的假体都是精美的艺术品。

既然3D技术能打印骨骼，那是否意味着骨肿瘤或者骨折的患者，都可以采用该技术来做替代骨骼？

从理论上讲是可以的，但一般情况下，这种技术应用在复杂部位的骨头上很难，比如骨头形态结构不规则等，像简单的肱骨、股骨等，用传统技术做成的假体就可以使用；其次，要看患者的身体情况。

术前演练确保手术精准

3D打印技术除了打印假体帮助患者手术修复病变之处，在骨科临床中3D打印技术还能为医生提前进行手术演练。就和士兵上战场都要进行演习一样，如果做手术之前可以提前演练的话，在真正进行手术时就可以缩短手术时间，手术的效果也会更好，对于患者来说真的是一个很大的福音。

朱先生是一位恶性肿瘤患者。术前，由于恶性肿瘤生长的位置特殊，周围牵扯的血管很多，仅凭X线片难以估测手术风险，医院为他进行了肿瘤的3D打印。将肿瘤实体模型打印出来后，医生提前演练，确定如何动刀，确保手术时更加精准。最后，这个难度很高的手术取得了成功。

骨科医生通过模型，可以在术前了解这个病变的骨头有多长、情况怎样，应该在哪个部位安装钢板、钢钉，安装几颗钉等具体细节。然后，就可以运用这个模型进行模拟手术，制订出科学、详细的手术计划。3D打印出来的模型，并不是植入到人体里，而是运用这仿真模型做好术前的诊治方案。

篇5

增材制造技术。3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。

常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

2019年1月14日，美国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。

（来源：文章屋网 ）

篇6

[关键词]3D打印技术；3D打印材料；发展趋势与现状

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0101-01

前言：3D打印，又称作增材制造，是快速成型技术的一种。3D打印技术将信息技术与工业制造相结合，以柔性化的生产方式来满足不断增强的个性化需求，实现了制造技术的革命性突破，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其方便快捷、能够提高材料利用率等优势不断显现，与传统制造的结合也更加紧密，不断推动传统制造业的转型升级。材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。目前，我国的3D打印技术在某些领域处于世界领先水平，但在产业化应用方面与国外的差距较大，除了产学研用相脱节等问题，上游原材料制约也是阻碍3D打印产业化发展的重要原因。文章综述了3D打印材料的发展现状，重点介绍了用于3D打印的几类主要材料，并指出了当前3D打印材料发展所面临的问题及其发展趋势。

1.3D技术的概述和3D打印材料的介绍

1.1 3D技术的概述

3D打印技术最早起源于19纪末的美国，于20世纪80年代得到实现与发展。随着智能制造的进一步发展成熟，3D打印技术在打印材料、精度、速度等方面都有了较大幅度的提高，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用于制造领域。与传统的去除材料加工技术不同，3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，又称为快速成型技术或增材制造技术。3D打印技术可以在很大程度上提高制作效率和精密程度，可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑；以玻璃为材料可打印玻璃制品；以金属为材料可打印机械零件等。目前，3D打印技术主要应用于产品模型、模具制造、文化创意、航空航天、生物医疗、艺术创作以及个性化定制等领域，为创新开拓了广阔的空间。

1.2 3D打印材料的介绍

3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常，根据打印设备的类型及操作条件的不同，所使用的粉末状3D打印材料的粒径为1-100μm不等，而为了使粉末保持良好的流动性，一般要求粉末要具有高球形度。工程塑料工程塑料指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料。

2.3D打印技术的发展现状及其发展趋势

2.1 3D打印技术的发展现状

相形之下，我国3D打印材料发展起步晚、底子薄，需要加大投入和研发力度，以适应国内市场发展的需要，提高其国际竞争力。追本溯源，我国自20世纪90年代开始3D打印技术的自主研发，清华大学、华中科技大学、西安交通大学、北京航空航天大学等在3D打印设备制造技术和材料技术等方面进行了积极的探索和大胆的尝试，取得了一定的成绩，部分技术甚至处于世界领先水平，

2.2 3D打印技术存在的问题

目前，我国具备生产3D打印材料能力的企业较少，大部分3D打印材料依赖进口，特别是金属粉末材料严重受制于他国。这是因为3D打印对金属材料的要求较高，而我国制造满足这些要求的金属材料技术还不过关。此外，与美国、德国等3D打印材料技术比较成熟的国家相比，我国3D打印材料质量不稳定、品种较为单一，部分研发的实验材料也依赖进口。除此之外，材料成本高昂。3D打印材料制造成本高是目前存在的普遍问题。由于3D打印材料种类有限、材料专用性较强、下游应用市场还没有完全培育起来，所以现阶段3D打印材料无法实现规模化生产，生产成本居高不下。

2.3 解决3D打印技术问题的相应措施

3D打印技术的核心在于材料。如果突破材料对3D打印技术的限制，那么3D打印产业成功实现快速发展将前景可期。目前，我国3D打印材料产业虽然处于刚刚起步的阶段，材料研发和应用水平与美欧等发达国家相比还有差距，但是，加大对3D打印用材料的投入和研发，走独立自主的发展之路，对我国抢占新一轮制造业发展制高点意义重大。加强我国3D打印材料的供给保障。多样化的材料来源和稳定的材料供给是3D打印产业发展的根本。加大材料的深度研发和产学研合作。3D打印产品的质量和特性取决于材料，不仅材料本身种类、成分、特性对3D打印产品的特性有影响，材料的制造工艺也对3D打印产品的强度、模量、弹性等功能特性起到决定性作用。推动3D打印产业上下游领域全方位的合作。3D打印材料的产业化应用必须与3D打印设备、下游3D打印产品同步进行，即加强上下游各个环节的研发生产合作，带动3D打印材料的产业化应用，方能取得突破性的进展。建立完善3D打印材料支持政策和标准。对于处于产业化发展初期的3D打印材料产业，加强政府支持和规范行业标准是必要的。加大政府对3D打印配套的材料企业的政策和资金扶持，对研发生产3D打印材料的企业给予税收减免或财政补贴，鼓励企业积极进行材料研发，最终形成3D打印产业领域标准全面覆盖的局面。

3.结语

近年来，3D打印技术得到了快速的发展，其实际应用领域逐渐增多。但3D打印材料的供给形势却并不乐观，成为制约3D打印产业发展的瓶颈。目前，我国3D打印原材料缺乏相关标准，国内有能力生产3D打印材料的企业很少，特别是金属材料主要依赖进口，价格高。这就造成了3D打印产品成本较高，影响了其产业化的进程。因此，当前的迫切任务之一是建立3D打印材料的相关标准，加大对3D打印材料研发和产业化的技术和资金支持，提高国内3D打印用材料的质量，从而促进我国3D打印产业的发展。可以预计，3D打印技术的进步一定会促进我国制造业的跨越发展，使我国从制造业大国成为制造业强国。

参考文献

[1] 李丽，王成国，李同生，等.聚碳酸酯及聚碳酸酯合金导热绝缘高分子材料的研究[J].材料热处理学报，2007，28（4）：51-54.

[2] 李晓燕，，余灯广.三维打印成形粉末配方的优化设计[J].机械科学与技术，2006，25（11）：1343-1346.

[3] 黄秋实，李良琦，高彬彬.国外金属零部件增材制造技术发展概述[J].国防制造技术，2012（5）：26-29.

篇7

如果评选近一段时间最受关注的科技热词的话， 3D打印无疑就是其中之一。这个被英国《经济学人》杂志称为“将带来第三次工业革命”的数字化制造技术，既可以打印出飞机零件、赛车、手枪，又可以打印巧克力、食品和人体器官等。这一切似乎都在表明，3D打印改变传统制造业和我们的生活只是时间问题了。然而，事实果真如此吗？

就像蚕吐丝结茧

对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻──吐丝结茧。

3D打印机，顾名思义，用它打印出来的物品并非平面的纸张，而是一个立体固态物体。首先将一项设计物品通过3DCAD（3D计算机辅助设计）软件转化为3D数据，然后再根据这些数据进行逐层分切打印。在打印过程中，层层打印出来的切片会不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。简单说来，3D打印就相当于做“加法”。

对于3D打印机的工作原理，有一个形象的比喻——吐丝结茧。蚕吐出很细的丝，一层一层把自己包裹起来，就形成了一个“立体”的茧。虽然目前材料和工艺不一样，但3D打印的基本原理都是根据要打印的物体形状，通过一层层地堆积而成。比如塑料材质，就是将塑料加热后，形成塑料丝，然后将塑料丝一层一层地堆起来，就形成了三维物品；还有一种是用激光照射光敏树脂或者金属粉末，形成固体后堆积起来变成三维物品。

清华大学教授、中国3D打印技术产业联盟首席顾问颜永年指出，传统的工业制造方法多是减材制造，即在整块材料的基础上去除多余部分，将剩下的部分制成产品。而作为“增材制造”的3D打印技术，则是按照设计图，精确制出每一层平面后再进行累加，所以在生产过程几乎不会产生任何废弃物。

“增材制造”，是与传统制造业的“减材制造”对应的，这种技术依据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式，制成实物模型。“这就像盖房子，一层层往上垒砖砌墙，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂甚至是金属、陶瓷等不同的材料。” 颜永年说。

颜永年介绍，3D打印技术主要包括4种类型：微滴喷射（FDM）、激光固化（SL）、激光烧结（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴喷射主要适用于生物制造；激光烧结因为能够打印飞机等高端产品上的关键金属零件为国防做出贡献，而在1999年被美国评为“最具创造力的技术”，它和激光熔化的主要优势在于快速成型较高强度的金属模具。“后来又衍生的很多技术都是在这四大类技术基础上发展起来的，基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。”

这不是一个新概念

虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。

虽然时下3D打印被人们炒得不亦乐乎，但它却并非什么新概念。3D打印诞生于上世纪80年代，被称为“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”，迄今已有20多年的历史。早在1986年，美国科学家Charles Hull就发明出世界上第一台3D打印机。20世纪90年代初，美国麻省理工学院（MIT）获3D印刷技术专利，很快MIT和3D系统公司就各自开发了三维打印系统，随后ZCorp、Objet Geometries和Stratasys 也把以叠层制造技术为基础的3D打印产品推向了市场。如今，MIT和3D系统在3D打印领域依然保持着领导者地位。

过去20多年间，3D打印技术已广泛应用于多个行业领域，如汽车、航空、电子、医疗设备、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、艺术和时尚等。

英国埃克塞特大学研究人员制作了一款以巧克力为原料的3D打印机，可以用来打造属于自己独一无二的个性巧克力；中国杭州的雕塑家李庆华利用3D打印技术，复原了在时光侵蚀中变得破败不堪的山西天龙山石窟造像群；荷兰设计师艾瑞斯·凡·赫庞将3D打印技术与手工制作完美结合，使用锦纶打造出了传统制造方式难以实现的复杂艺术品；而在医疗方面，除了3D打印的机械手臂，还有患者在荷兰接受了世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术。

让“纸上画饼”成真的3D打印鲜肉技术也并非异想天开：虽然研究人员早就掌握了实验室培育人造肉的技术，但只是在营养成分上接近肉，真实外观和口感还相差甚远。有了3D打印技术的帮助，用微小的人造血管构造一块肉的立体框架，再在血管之间填充脂肪、蛋白质，形成肌纤维和肌肉组织。电脑提前设计好打印程序后，由技术人员按照真正肉类所含的营养元素往里添加原料，采用水基溶胶凝胶法，再配合特殊的糖分子结构，做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉。

由美国Organovo公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动脉，开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。

在未来的航天事业中，由于携带备用零件会增加飞船的体积和质量以及受到宇宙中失重环境的影响，一旦飞船上面的某个零部件坏了，想要换新是十分困难的，如果利用装在飞船中的3D打印机按需打印零部件，问题便可迎刃而解。发明了以沙石为原料打印建筑物的设计师恩里科·迪尼甚至宣称，希望有一天，可以使用月球尘埃，在月球上轻松地建筑起一个基地。

据Wohlers Associates统计，2011年，美国市场共售出超过23000套3D打印设备。而2007全年，这一数字仅为66套，4年增长了近350倍。3D打印设备的市场前景十分乐观。据介绍，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，预计到2019年，该行业的收入将达69亿美元。

可以说，3D打印机几乎已经被运用到各个行业中，将原本难以实现的设想一一转化成现实。无怪乎3DSystems公司负责全球市场营销的副总裁凯西·刘易斯曾在采访中自信满满地说：“有了3D打印，一切不再复杂。3D打印机几乎可以创造任何东西。”

我们准备好了吗？

虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。

有专家表示，3D打印概念之所以在2012年引人瞩目，除了其技术不断成熟和应用范围不断扩大的原因之外，美国政府对3D打印高度重视所产生的示范效应也不可忽视。2012年3月，为重振美国经济和美国制造，美国总统奥巴马提出建设全美制造业创新网络，并将3D打印确定为方向之一，引发世界其他国家纷纷效仿。中国也成立了3D打印技术产业联盟，以促进相关技术和产业的发展。

“中国在3D打印技术研究方面，并不落后。”工信部部长苗圩此前接受媒体采访时就曾表示，北京航空航天大学在国际上率先研发的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术，就是在3D打印领域的重大突破。

从上世纪90年代起，我国开始研发3D打印技术，目前包括西安交通大学、华中科技大学、清华大学和北京航空航天大学等高校在这一技术领域已取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研发出光固化、金属熔敷、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结和生物制造等类型的3D打印装备及材料。

清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航天航空大学、西北工业大学及北京隆源自动成型系统有限公司等高校和企业，率先在3D打印设备制造、3D打印材料、3D设计与成型软件开发和3D打印工业应用研究等方面，开展了积极探索。目前，我国部分3D打印技术已处于国际领先水平。

此外，近年来，部分优势科研单位加快开展3D打印制造技术的研究。其中北京航空航天大学王华明教授、西北工业大学黄卫东教授已实现了大型飞机结构件激光沉积直接制造；华南理工大学杨永强教授开发了激光选区熔化金属粉末工艺及设备；清华大学林峰教授开发了电子束选区熔化金属粉末工艺及设备和激光微熔覆沉积制造技术等；华中科技大学史玉升教授科研团队研发世界最大激光快速制造装备（3D打印机），采用基于粉末床的激光快速制造技术，入选2011年中国十大科技进展；同济大学开发了3D打印成形系统。此外，清华大学利用快速成形技术的基本原理，针对再生医学和组织工程的需求，开发了低温沉积成形技术和细胞三维受控组装技术，形成了生物制造的核心技术。

虽然3D打印技术在中国尚未普及，但产业链正在形成，发展异常迅速，近两年增长尤其快，年增速均在50%以上。一些家用电器、通讯技术、航天、航空和汽车等领域企业对3D打印机的需求较多，应用于制造高端零部件产品，此外，医疗行业、食品行业、建筑行业和文化创意产业等对3D打印的需求也日益增强。

2012年，被称为“3D打印机元年”，是3D打印机市场从萌芽期进入成长期的转折点。资料显示，在美国，3D打印技术已经初步产业化。2012年，美国和以色列两大3D打印公司宣布合并，联姻后公司市值达30亿美元。美国一家3D打印服务企业已拥有15万个会员及超过6000个用户，已为顾客打印过上百万件产品。

在我国，2012年也是3D打印机公司日益增多的一年。北京上拓科技有限公司已经批量化生产3D打印机，一些3D打印机公司已将自己的产品放到淘宝商城上出售。

3D打印电子商务叁迪网（）于2012年成功上线运行，以汽车设计、3C产品、装备制造、动漫设计和个性化需求等为主要用户，提供在线3D打印服务，这是国内首家在线3D打印电子商务服务平台。

2012年11月，为加大行业整合力度，促进产业链协同创新，加强各环节合作，推动北京数字化制造领域全产业链协同发展与快速成长，“北京数字化制造产业技术创新联盟”正式组建。

2012年底，工信部宣布，将加强顶层设计和统筹规划，推动3D打印产业化，并组织制定发展路线图和中长期发展战略，完善3D打印技术规范与标准制定。

冷静看待3D打印热潮

相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。

尽管3D打印在技术上存在着无限的想象力和应用空间，但是其未来之路真的会一帆风顺吗？一些潜在的问题使得这种情况看起来并没有那么乐观。

之前，所有人对干细胞技术在医学上的前景和潜力也都怀有同样甚至更强的期待，然而，由于这项技术在伦理道德方面存在着过大的争议，不仅引起了外界的强烈争议，同时，在研究者内部也掀起了质疑，科学技术和伦理之间的争端、分歧从来没有这样严重过。

最终，美国法院禁止政府资助任何和干细胞研究相关的科研项目，欧盟全面禁止干细胞技术申请专利，在我国，对干细胞的应用也同样做出了严格的规定。

这恐怕也是能打出婴儿模型以及肾脏的3D打印技术必须同样面对的困境，如何才能保证3D打印技术既能在医学上造福大众，同时又避免在伦理上引起大众的质疑，这不仅仅是一个简单的技术问题，同时涉及到人类社会、宗教、法律等诸多方面，对这样一项尚处于成长期的技术而言，来自外部的压力往往有可能是阻止其进步成长的罪魁祸首。

如果说3D打印伦理方面还只是引起人们对未来的隐忧的话，那么它在社会安全方面已经切实引起人们的担心。

就在不久前，美国有男子利用3D打印技术自造了一支自动步枪，在进行200发子弹以上的试射后，本来这件事从某种意义上凸显了3D打印技术的强大实力，在其他任何时间节点上出现都不会有太多的人注意。但是，不幸的是，就在这条消息前一周左右，却发生了造成12人死亡的TDKR影院枪击事件，3D打印技术也不可避免地被推倒风口浪尖。

随着3D技术的进步和改进，引发的相关安全风险还会越来越大。最后摆在人们面前的难题将是，如何保证3D打印技术不被犯罪分子和利用来为非作歹？又如何建立一套行之有效的监管机制来防止其这项技术被滥用？

但是，相比伦理道德方面的挣扎和社会安全隐忧，3D打印技术在将来所面临的最大障碍或许来自各个利益方的博弈和制衡。

上世纪90年代中期，通用公司推出了电动汽车EV1，如果电动汽车技术能够成熟并发展起来的话，能源枯竭难题、环境污染和能耗浪费等问题都将得到改善。然而，到了2000年，通用公司不仅宣布停止生产EV1，同时对其进行集中召回，最终在沙漠地区进行了彻底销毁。

根本的原因就在于围绕EV1所产生的利益纠纷，如果电动汽车技术一旦成熟，石油公司将成为最大的牺牲品。于是，这些资源寡头设局伙同政府当局对这项技术进行了打压，最终迫使EV1退出市场。

现在，大家对3D打印技术的前景希望越大，它所侵犯的那些寡头的利益也就越大。如果它能制造牛肉，那么畜牧业将受到影响，如果它能制造工业零件，将不同程度地波及到制造业相关部门，3D打印对零售业、人们的生活方式以及现有的商业模式都有可能是史无前例的冲击和影响。

那么，如今的这些寡头和既得利益者会轻易容忍它吗？3D打印会不会落得一个和EV1相似的结局呢？在利益面前，没有人知道资本和市场会做出怎样的选择——究竟是以技术和未来为重？还是斤斤计较于现下和局部的利益。

并非无所不能

现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。

“3D打印技术在我国的应用领域十分广泛，目前主要集中在高端应用、中端工业应用和民用领域。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛，有着多年的从业经历、被业界公认为3D打印行业专家。他说，中端工业应用领域，例如企业新产品研发，在其开发设计阶段，3D打印可以在没有模具的情况下，直接进行样品原型制造，这就大大降低了设计与制造的复杂度，缩短了新品研制周期，降低了开发成本和风险。

不过，目前的3D打印并不适合批量生产。“它的优势在于传统制造业生产不出来，或者即使能生产但成本较高、研发周期较长的产品。”亚洲制造业协会首席执行官、3D打印技术产业联盟副理事长罗军说。

罗军介绍，现实生活中有许多用量不大、非常规设计的产品需要制造，比如高端应用中的航空和航天领域，符合流体力学规律的部件往往都不符合零件的生产条件，传统的工艺制造难度很大，同时许多产品内部复杂的设计构造在实际操作中根本就无法开模。“再如，传统飞机制造成本高，切削加工要去除95%以上的材料，3D打印技术则利用金属粉末只打印必须的部分，不浪费一点儿金属，节省了原材料。”

在专家们看来，媒体的报道令人兴奋，但现实中的3D打印，并非无所不能。

全国政协委员、江苏省社会科学院院长刘志彪曾在2013年两会上提出《新兴成长产业要避免衰退做法，加快发展以3D打印机为代表的战略性新兴产业的新对策》。他指出，当前全球3D打印产业尚处于发展的初级阶段，对其过分追捧是不明智的。为了实现产业化，亟待解决的关键问题主要有以下3个方面。

首先是产业市场需求的培育。市场需求是产业发展的原动力。目前，全球3D打印产业的市场规模只有区区几十亿美元，占全球制造业的比重仅为0.02%。因此，如何培育和迅速扩大市场对3D打印产业的需求是当前需要解决的首要关键问题。

其次是产业核心技术的革新。当前，3D打印远非成熟技术，在打印技术、控制软件、材料开发等核心领域的技术研发还存在明显不足。如在打印技术方面，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能作为功能性部件，只能做原型使用。在材料开发技术方面，目前3D打印耗材非常有限，仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10多种材料，显然无法满足生产对材料多样性的需求。

再次是产业低成本和高效率生产的突破。与标准化、规模化的流水线生产方式相比，当前3D打印技术的优势在“成形”而非“制造”。因生产的利润源于低时间成本，而当前3D打印一个单件就需好几个小时，故目前3D打印技术的生产效率比传统制造业更低。

“现在如果有人说，3D打印可以在一台打印机上一次性打印出一架能用的飞机，我敢说他是在乱说。”罗军对一些媒体并不准确的报道表示担忧，他认为这无助于公众正确认识3D打印。

“一架飞机由成千上万不同材质的零部件组成，不可能在一台打印机上实现。其实严格来讲，3D打印制造的只是飞机的外壳和部分金属零部件，而飞机中的精密仪器和复杂的集成电路，目前还是不能通过3D技术打印出来的。”罗军解释说。

“3D打印为我们描绘了非常美丽的前景，但其发展同样面临着多重制约。”罗军说，3D打印的核心技术有两个，一个是激光喷嘴，另一个就是打印材料，前者关系产品的精度和硬度，后者关系产品的实用性。在他看来，目前材料是3D打印发展亟待突破的瓶颈。因为任何一件产品都有其功能性，“我们不只是要打印一双像鞋子的‘鞋子’，而是能穿的鞋子。否则3D打印是没有意义的。”

颜永年坦言，效率、成本、性能等方面的不足也制约着3D打印的发展。例如，打印一个大的零件通常要好几天，一个很小的螺母也要十几分钟，而传统制造方法可能只要一秒钟。

选材受限影响前进步伐

材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。

“连机器带物料差不多两万元钱，用了整整4个小时才打印出一个小小的手环。”一位购买了3D打印机的用户徐天舒在微博上抱怨。

在他看来，3D打印机目前只能小规模打印一些复杂的物件，除了对个人用户来说成本太高，有限的材料选择也是很大的问题。“打印来打印去，不管是打印玩偶还是模型，都是固定的一种材料，时间长了新鲜感也就没了。”

除了个人用户对打印体验丰富性的要求，对工业级用户而言，材料的稀缺也让3D打印机是暂时只能用于小规模试制的“奢侈品”。一家已采用3D打印的医疗器械公司负责人向记者透露，工业级3D打印机使用的材质几乎不能通过淘宝等电商平台买到，很多只能匹配生产厂家提供的耗材，大多是国外进口，价格非常昂贵。

材料的限制“绑”住了用户的使用热情，也“绑”住了3D打印设备厂商阔步向前的步伐。

10多年前，冯涛任教于清华大学高分子材料研究所。他曾尝试一边做3D打印设备，一边研发3D打印材料。然而，巨额的投资需求和短期内极小的市场回报，使他和团队不得不暂缓了工程塑料等材料的研制。

而今，情况依然没有好转。

虽然国际上先进的3D打印企业已能实现工程塑料、尼龙、树脂、石膏粉等10多种3D打印材料的打印，但是在国内，3D打印材料严重受限的“缺钙”现象丝毫没有好转——自主研发的3D打印机大多只能打印金属、ABS这区区两种材料，并且每一台机器只能打印一种材料，无法实现打印材料的自由切换。

“即便美国最先进的厂家有10多种打印材料，要想让3D打印进入大众消费领域，他们这个数量也远远不够。”冯涛说。

王华明，北京航空航天大学材料学院教授，凭借飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术获得2012年度国家技术发明一等奖。他说，之所以材料如此稀缺，是因为3D打印所用的材料是一套与传统材料学不同，需结合精密仪器、3D打印工艺和材料本身的相对独立的研发系统。在可应用的材料方面，所有的3D打印设备厂家都是白手起家。对于绝大多数企业来说，3D打印市场培育尚处初期，投资研发新材料的动力严重不足。

3D打印能打印人耳、肝脏等人体器官的消息频见报端，王华明则认为，“真正能打印出人体器官，那一定是生物组织工程的突破，而绝非3D打印机的功劳。”

标准太低、太粗糙

现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。

假如材料问题解决了，成本也降下来了，能够帮人们随时随地实现个性打印，3D打印机是不是就能畅通无阻地“飞入寻常百姓家”呢？

答案依然是否定的，事情远非这么简单。

“打印精度是否达到厂家宣称的标准、喷头是不是容易堵，这些产品特性都没有官方的评价机制，只能上网查查、凭网友和同行的口碑推荐了。”一位想要购买一台桌面3D打印机的首饰设计师表达了她的困惑。

她的担心绝非个例。记者调查发现，市场上专业3D打印设备公司的桌面3D打印机售价1万～3万元不等。然而，在一些硬件社区，只需花6000元就能买到一台DIY的3D打印机。

相差1到5倍的价格，质量上的差别，买家却很难从权威机构的质量认证标准上获得辨别。

事实上，中国机械工程学会特种加工分会此前已牵头制定了3D打印技术相关的安全标准、产品标准，但是对于这一标准，冯涛认为，“现有标准定得太低、太粗糙，几乎任何一家3D打印企业都能轻易达标。对维护行业健康竞争发展，对消费者权益也更为重要的具体的产品检测方法、检测标准，这些都没有明确的规定。”

冯涛认为，当3D打印机像手机、电视这种成熟的产品或电子仪器一样，由第三方机构都可对其产品达标情况进行检验时，3D打印机才有可能真正地“飞入寻常百姓家”。

掀起第三次工业革命？

与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。

英国《经济学人》杂志曾指出，在3D打印技术得到广泛应用的情况下，制造业也许不再运用工厂这种将人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的生产方式，而是转变为一种以3D打印机为基础、更加灵活、所需投入更少的生产方式。《经济学人》将这种趋势称之为“社会化制造”，并认为这种新型的生产方式，有望促成第三次工业革命。

然而，对于3D打印技术是否会就此带来“第三次工业革命”的问题，柏林工业大学3D实验室主任哈特穆特·施万特教授却给出了否定的答案。他说：“尽管3D打印技术对于科学和经济已有一个重要的作用，并且赢得一个非常有活力的发展，设备和软件被不断研发更新，有了越来越多的应用领域。但我认为现在这个阶段就说3D打印将带来‘第三次工业革命’是夸张的，目前还没有人可以做这样的断言。”

施万特解释说：“目前为止，3D打印技术仍然是一个非常昂贵的技术。设备购置、材料成本以及技术维护都还非常昂贵。在3D打印机市场上虽然可以有多种不同的技术，但是每种技术只有一个制造商，他们仍然试图维持较高的价格，因此一般的中小型企业在经济上难以支撑这样的应用。还有一个更大的问题，3D打印任务不可能点击一个按钮就自动产生。大部分的工作在于密集的数据准备。这需要大量的时间并要求大部分员工有长期的经验和专门技能，这样的人现在数量还非常少，这也不是一个中小企业所负担得起的。”

在刘志彪看来，与其过于乐观地说3D打印技术将引领“第三次工业革命”，还不如说有助于推动产业升级更为实际。3D打印技术虽然会重整发达国家制造业竞争力，但是短期内难以颠覆整个传统制造业模式。

“首先，3D打印只是新的精密技术与信息化技术的融合，相比于机器大生产不是替代关系而是平行关系；其次，3D打印原材料种类有限，决定了绝大多数产品打印不出来；第三，个性化打印成本极高，而只有规模化才能降低成本。” 刘志彪指出，3D打印的“革命性”或许只有在漫长的发展过程中才能慢慢显露，但短期内难以成为“革命性”的现实。

对制造业产生冲击？

3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。

3D打印的兴起，会对中国制造业造成哪些冲击？刘志彪表示，在个性化需求逐渐占据主导地位的消费时代，3D打印产业化显然会对中国这样的制造业大国产生巨大的影响。一是由于其超强的设计能力，可能带动我国制造业的转型升级；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值产业成为高附加值的精益制造业；三是给新材料提供发展机遇；四是使研发和设计等“非实体性活动”成为产业链高端，从而推动制造业价值链的攀升和制造服务化。

王华明说，3D打印是一匹千里马，确有用武之地。但是，至少从目前来看，3D打印和传统制造都有各自的优势，两者不可互相取代，在今后很长一段时间内，3D打印与传统制造工艺将不可分割地共存。

很多从事3D打印研究的专家与王华明的观点一致， 3D打印机不会彻底取代车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，传统的标准化生产方式仍然会是主流。3D打印不会把中国制造“逼上梁山”，反而会成为传统生产方式的“好哥们”。

市场培育的过程虽然漫长，却极少有人否认3D打印机的发展前景。“20年前机器人刚刚兴起时，发展也极其缓慢，但随着这一两年富士康等制造企业大规模启用工业机器人，工业机器人的发展拐点已经到来。同样是制造业变革的一部分，3D打印机肯定会与机器人一样，也会迎来这一天。”冯涛说。

“生物制造是今后3D打印的一个最新发展方向，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成型和制造，”颜永年透露，这个产业在美国已经兴起，并达到了40亿美元的规模，“20年后，我相信3D打印人体全功能内脏器官完全有可能实现。”

对3D打印的前景，罗军也十分看好。他说，未来3D打印将呈现与传统制造业并驾齐驱、互相补充的发展态势。3D打印技术的发展离不开传统制造业的支撑，“而3D打印技术将为传统制造业的转型升级提供技术支持”。

篇8

关键词：3D打印 快速成型 工作原理 发展展望

中图分类号：TP391.73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（c）-0001-03

3D打印（Three Dimensional Printing，3DP），是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种成形技术。目前，3D打印被普遍关注，随着大部分组织和个人对其的大力推进， 3D打印技术在科学研究、航空航天、医疗等许多重要领域得到了应用，并对上述行业发展产生了极其显著的影响（见图1）。[1]因此对3D打印的调研工作非常具有价值和时效性。

1 3D打印技术的分类及原理

1.1 3D打印技g的分类

3D打印技术从20世纪90年展到现在，已发展出多个分支，为了更直观清楚并全面地表现3D打印技术的类别，故列出表1供读者查阅。

1.2 FDM技术的原理

鉴于调研的时间和条件限制，该文在此只介绍熔融沉积型技术（FDM）的原理，此技术是该文在创新项目中主要依托的技术，也是近年来世界上使用最多，得到应用最为普遍的3D打印技术，在3D打印中具有代表性。对FDM技术的开发开始于20世纪90年代，同时期电脑电子控制模块也发展迅猛，对信息技术的依托使得3D打印的产品在制造精度和速度上得到了显著提升，再加上塑料材料的便宜易得，使得FDM技术力压群雄，在所有3D打印技术中发展最为迅速。该技术通俗地说类似于“搭积木”，其使用的硬件包括：送丝机构、热熔喷头、动作控制机构、成型室、工作平台。FDM工作原理是将丝状的塑料材料，通过送丝机构挤进已提前加热的喷嘴中，材料在喷嘴中融化，从而具有流动性以供打印。动作控制装置根据数字建模将喷头送至指定位置，喷头将熔融的塑料材料挤出凝固，此时动作控制系统根据先前设定好的路径在二维平面上运动，当一层制作完成后，运动控制系统上升一层，继续按上述构造平面，最后层层堆积形成了最终的产品。其系统组成和工作原理如图2所示[5]。

2 3D打印技术的应用

当前3D打印技术应用很是普遍，限于调研的时间限制，该文仅以FDM技术和EBSM技术为例介绍3D打印技术当前的应用。FDM技术以塑料、树脂为原料，是目前为止所使用的3D打印技术中最为普及的。EBSM技术是目前主流的以金属为原料的3D打印技术。以这两种技术为例能够充分体现目前3D打印技术所获得的应用。（如图3）

2.1 FDM技术的应用

FDM技术作为研发时间最长、应用最为普遍、最为成熟的3D打印技术之一，在多个领域均得到很好的使用。在工业上，FDM技术使数字模型快速转变为实体模型的设想变成了现实，相对于以零件切割、焊接技术为主的传统加工方法。FDM技术实现了对拥有复杂曲面、加工难度大的小型零件的快速精确制造，并且不需提前制造模具等辅助工具，使得生产成本显著下降。在医学上，利用FDM技术，能够打印出一些组织与器官模型，为医生进一步了解患者病情、制定医疗方案提供便利。甚至可以直接打印出人的骨骼和器官，拯救无数人的生命；在食品加工行业，3D打印巨头3D Systems公司与好时合作，正在全力研发可用于制造食品的3D打印机，将适合3D打印的巧克力等食材融化后，制造出个性化的食品。

2.2 EBSM技术的应用

电子束选区熔化技术（EBSM）采用高能电子束作为加工热源，扫描成形可以通过操纵磁偏转线圈进行，且电子束具有的真空环境，还可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。近年来，世界上主要的大国都在加紧对EBSM技术的研发。目前看来，在医学方面的研究已接近成熟，而在航空航天等领域的研究也在有条不紊地进行着。美国波音机器人工厂及NASA Marshall 空间飞行器中心的研究方向，是飞行器及火箭发动机结构制造以及月球或空间站环境下的金属直接成形制造。（如图4）

3 3D打印技术的发展现状

3D打印技术从20世纪90年代开始研发至今，已经历了几十年的发展与创新，目前技术较先前已有了飞跃式的发展，技术近乎成熟，最新的科研成果表明，现在的3D打印技术已能够在10 μm厚度的平面上打印超过600 dpi的物体，并可实现24位色彩的彩色打印。

就当前而言，在快速成型设备行业中，有代表性的设计制造商有美国的3D Systems、Stratasys以及英国的wiiboox、Reprap等。

3D Systems公司作为目前国际上最大的3D打印开发公司，在快速成型设备领域有着主导地位。目前，3D systems公司已制造出可实现600万彩表现的全彩3D打印机。

4 3D打印技术当前所遇到的拦阻

虽然经历了几十年的创新探索并且如今在各个领域得到普遍的应用，但3D打印技术仍然有许多缺陷有待解决，如支撑材料消耗量巨大、系统精度低、制造过程冗长以及支持的打印材料的局限性等。

缺陷一：支撑材料消耗量大，目前的3D打印不可避免地要使用支撑材料，不然模型是无法成型的，但当需要制作一个结构复杂、表面不平整的物体时，3D打印机往往需要使用大量的支撑材料，使得制作成本大大提高，并且降低了制作效率。对此，该文建议可引入五轴加工技术，使得打印机可以不局限在一个平面里进行打印，并综合运用车铣技术，使得支撑材料的使用量降低并在一定程度上加快3D打印的速度。

缺陷二：打印材料限制性较大。当前3D打印可使用的材料存在许多限制。而能够用于打印的材料也有一定的缺陷，如FDM技术所用的塑料、树脂等材料易受潮，这将使材料在打印时无法完全熔融，并造成热熔喷头的堵塞，对物体的最终成型产生十分不利的影响。塑料在熔融到凝固的过程中，由于其拥有收缩性的特性，可能会导致在打印中物体的变形，导致加工精度下降，材料浪费，该文在此提出的改进办法主要是选用收缩率低的材料、采用恒温舱等。

5 3D打印技术的展望――无支撑化3D打印技术的实现

3D打印技术发展至今，一直绕不开的一个话题便是支撑材料，支撑材料使得3D打印物体的种类和样式得到了巨大的扩展，但同时也带来了使用成本的提升，如果可以实现无支撑化的3D打印，实现打印的零耗损，3D打印的材料和时间成本将大大降低。该文在此介绍两种可能实现无支撑的3D打印技术。

5.1 悬浮3D打印技术

这是一项波音公司提出并主导的项目，该技术主要的目的是利用磁悬浮技术使得被打印物体可以悬浮于空中，若这项技术实现，那么在3D打印^程中物体将可以一直保持自己的结构而不变形。并且喷头可以从任意角度对物体进行打印。当前这项技术还处于理论层面，并没有得到实际应用，但是这项技术一旦成功，必将使3D打印乃至整个快速成型行业得到质的飞跃。

5.2 HSS技术

高速激光烧结技术（High Speed Sintering，HSS）是目前谢菲尔德大学增材制造研究中心（The Centre for Advanced Additive Manufacturing （AdAM） at The University of Sheffield）重点研究的项目，并且已取得了一定的进展。把熔融的粉末状金属在低温烧结成打印物体，从而摆脱3D打印对支撑材料的依赖。HSS技术的实现主要基于低共熔合金，这种合金由于熔点的差别，会在一个较低的温度便急速冷却凝固，在这个速度下，无论是拥有多么复杂曲面的几何物体，都可以在没有支撑结构的情况下成形，从而实现无支撑打印。

6 大学生创新创业训练项目――3D打印平台的制作与改进

6.1 研究目的

3D打印是根据数字模型，运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料，通过逐层构造的方法来生成实体物品的一种技术。目前，3D打印技术在各个领域都有着普遍的运用，该小组希望通过细致并深入的调研，全面了解3D打印技术，并制造出有实用性的3D打印机。

6.2 项目简介

该小组通过查阅国内外多种期刊文献，并通过实际使用3D打印机，观察其打印过程，对3D打印技术的原理、现状及今后的发展趋势都有了一定的了解并产生了自己对此技术的见解。并基于前期深入的调查研究和Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。

6.3 预期效果

基于前期深入的调查研究，该小组将会基于Reprap公司的开源3D打印机Prusa I3，自行制造出可用的、稳定的3D打印平台。制作材料主要包括金属、亚克力板、电路板及用3D打印技术制作出的零件，硬件构建完成后，经过一系列的软件调试和精度调控后，做成可以制作合乎要求的3D打印成品的3D打印平台。（如图5）

6.4 项目特色与创新体现

（1）3D打印技术作为一种简单快捷的快速成型技术，目前已在多个领域得到了普遍应用，具有很强的实用性和深入研究价值。

（2）该组将自行制造出完全可用，精度合乎要求的3D打印平台。

（3）3D打印机的部分硬件由3D打印技术制造完成，充分体现3D打印技术的创新性和相较传统制造业的优势制成的打印平台将可以制造出各种模型及零件，节约时间及经济成本。

7 结语

3D打印技术现在还在发展的上升阶段，虽然我们看到了现在还有很多技术难关，比如彩色打印和悬浮打印很难实现，这都是目前急需改进和发展的东西。不过也有许多地方是目前就可以进行改进和发展的，可以像我们刚才提到的那样从材料上进行改进，或对加工水平进行改进，比如用五轴加工进行改进，把五轴加工结合起来或者是通过对算法和控制系统的改进，达到提高加工精度的目的。相信在不久的将来，3D打印技术能有更好的发展，能做到想打印什么就打印什么，当然，这就需要我们大家共同的努力了。

参考文献

[1] 李轩，莫红，李双双，等.3D 打印技术过程控制问题研究进展[J].自动化学报，2016，42（7）：983-1003.

[2] How a new manufacturing technology will change the world[J].The Economist，2012（9）.

[3] 郭日阳.3D 打印技术及产业前景[J].自动化仪表，2015（3）：5-8.

篇9

简单地说，3D打印机是这样工作的：先用计算机建立所需打印物体的三维模型，然后把模型分成多层结构，用机器将原料（目前而言通常是金属或塑料）熔化，再运用喷墨打印机的工作原理，使熔化材料从喷嘴喷出，从而打印出多层结构的第一层，然后是第二层、第三层……逐层叠加，当所有层都打印完时，所需要的物体就出现了。该技术被应用在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程以及许多其他领域。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。进入新世纪以来，这类机器的销售有了快速增长，其价格则出现大幅下降。3D打印制造物品所需要的，只是一台3D打印机、原材料和控制打印机的软件。用软件画出模型，把原料加入打印机，点下“打印”选项，过一会儿就可以拿到新鲜出炉的物品了，这就是这种打印方式的惊人之处。

流水线改变了生产制造的方式，从而使世界进入了现代化时代。同样，3D打印也可能使人类生活进入一种新状态。工程师和设计师们使用3D打印机已经有数十年了，但大多数情况下，只是为了能在产品大规模生产之前快速而廉价地得到其原型，从而摆脱价格昂贵且效率低下的模具制造的束缚。随着能够处理的材料越来越多，3D打印机开始更多地被用来生产成品。研究3D打印的人们喜欢用“加法”或“减法”对传统工业制造进行分类。在工业界，使用3D打印机生产被称为“加法”制造，这种方式与使用切割、钻孔和金属蚀刻这些需要用车床等工具对材料进行加工的“减法”制造完全相反。加法制造过程中所需的原材料很少，而且3D打印机由软件驱动，无需费时费力地重新调整机器，就可以很容易制造出不同部件。3D打印这种所需材料更少、生产流程更简单的特点是传统制造方法无法比拟的。

将3D打印设备称为“打印机”，是参照其技术原理的结果，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。随着这项技术不断进步，现在已经能够生产出与原型的外观、感觉和功能极为接近的3D模型。对于生产者来说，3D打印技术可大幅降低成本，提高原材料和能源的使用效率，减少对环境的影响，它还使消费者能根据自身需求量身定制产品。3D 打印机既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，把电子模型变为实物，其优点是大大节省工业样品制作时间，而且可以“打印”造型复杂的产品。许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

3D打印的优势

3D打印技术能够改变制造业，因为它降低了产品的成本和生产风险。3D打印不需要庞大的机器、巨大的厂房，企业因此就不需要一直扩大生产规模，以赚取巨大的固定资产投资。不仅如此，3D打印还能够大幅减少原材料消耗并减少对装配人工的需求，因此是一种耗能低、污染低甚至无污染的生产方式。

当今世界，大量同质化的产品有时会不受消费者欢迎，尤其当很多东西都可以通过3D打印量身定制之后，传统的制造方式将被逐步淘汰。能够定制化、小批量生产而几乎不增加成本，是3D打印的一个巨大优势。在消费者追求个性化的当代社会，此种方式能够很好地迎合消费者需求。

对发达国家来说，它们这种用规模化、机械化的加工方式取代需要人工精密加工的生产步骤，可以减少对人工的依赖，减少运输费用，单位人员的产出会更高，从而减少对发展中国家制造业的依赖，

将来人们会看到，消费者能在家中像下载音乐一样下载产品模型，然后打印出来；或者在当地的3D打印中心，根据自身的喜好设计出各种产品。这样的情景可能很遥远，但技术发展的速度经常是不可想象的，一场新的工业革命可能即将来临。

可能很多人以为，3D打印就是在电脑上设计一个模型，不管内面和结构多复杂，只要摁下“打印”按钮，3D打印机就能打印出一个成品。这个想法其实不正确，因为真正设计一个模型，特别是一个复杂的模型，需要大量工程、结构方面的知识，需要精细的技巧，并需要根据具体情况进行调整。以塑料熔融打印为例，如果一个复杂部件的内部没有设计合理的支撑，打印出的成品很可能会变形。媒体喜欢将3D打印机描述成产品打印完毕就能直接使用的神器，可事实上，产品制作完成后还需有一些不可避免的后续工艺：或打磨，或烧结，或组装，或切割，这些过程通常需要大量的手工工作。

都说3D打印能给人们巨大的生产自由度，能生产前所未有的东西，可直到目前，几乎还没有这种市场“杀手”级别的产品出现。用3D打印机小规模做些饰品、艺术品是可以的，做逆向工程也是可以的，但要谈到大规模工业生产，3D打印还不能取代传统的生产方式。如果3D打印能生产出其他工艺无法生产的产品，而这种产品在某些性能方面有极大提高，或是能够极大改善消费者的生活品质，或许能促进3D打印机实现更快普及，但目前这方面还不尽如人意。

发展瓶颈

目前，3D打印技术面临的发展瓶颈主要有以下几个：

首先是价格因素。大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右，国内的一些仿制品价格虽然可以低至6000元，但据商透露，国产低价3D打印机的生产质量很难有保障。另外，桌面级3D打印机仅能打印塑料产品，因此使用范围非常有限。而且对于家庭用户来说，3D打印机的使用技术要求仍然很高。因为使用者必须懂得3D建模，然后将模型数据转换成3D打印机能够读取的格式才能进行打印。

其次是原材料因素。3D 打印不是一项高深的技术，它与普通打印的区别就在于使用材料不同。以色列的3D打印机制造商 Object是掌握打印材料品种最多的公司。目前，它已经可以使用14 种基本材料，还能在此基础上混搭出 107种材料。但与大千世界为人类提供的材料品种相比，这个种类规模还相差甚远。不仅如此，材料的价格也是个问题，便宜的材料每公斤几百元，而最贵的材料每公斤售价可达4万元左右。

第三是社会风险成本因素。如同核反应既能用于发电，但又具有可怕的破坏力一样，3D打印技术在发展初期已让人们看到了一系列隐忧，而未来进一步的发展也令很多人有所担心：什么都能彻底复制，想到什么就能制造出什么，听上去很美的同时，这种不受控制的创造也着实令人恐惧。

3D打印是一层层地制作物品，想把物品制作得更精细，就需要减小每层的厚度；想提高打印速度，就需要增加层厚，而这势必影响产品的精度。在生产同样精度的产品时，与传统工业生产相比，3D打印没有成本优势，尤其是没有时间成本和规模成本优势。

现在3D打印机市场百花齐放，如同处于战国时代，导致机器品质参差不齐。目前3D打印机缺乏统一的制造标准，致使同一个3D模型在不同的打印机上打印时，得到的产品可能大不相同。此外，打印原材料也缺乏标准，3D打印机生产商都想让消费者购买自己提供的打印原料，以便获取稳定的收入。这种做法可以理解，毕竟普通打印机的打印原料也是采用这种模式供给的。但问题在于3D打印机生产商所用的原料一致性太差，从形式到内容千差万别，这让材料生产商很难与之合作，因为研发成本和供货风险都很大，从而难以形成产业链。表面上看，是3D打印机捆绑了3D打印材料，事实上却是材料捆绑了打印机，这非常不利于降低成本和抵抗风险。

应用领域

3D打印技术迅速兴起，成为炙手可热的新型产业，它可以打印的立体产品种类正迅速增加。3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。以色列的Object公司认为，对3D打印机需求量较大的行业包括政府、航天、国防、医疗设备、高科技、教育以及制造行业。

2011年6月，欧洲一位患有慢性骨骼感染病的83岁老人，换上了由3D打印机“打印”出的下颚骨，这是世界上首个使用3D打印技术制作人体骨骼的案例。据国外媒体报道，在不久的将来，外科医生们或许可以在手术现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼来使用，用于替代真实人体骨骼的打印材料也正在紧锣密鼓地研制，在实验室测试中，这种骨骼替代打印材料已经被证明可以支持人体骨骼细胞在其中生长，其有效性也已经在老鼠和兔子身上得到了验证。未来数年内，打印成的、质量更好的骨骼替代品或将帮助外科医师修复病人损伤的骨骼，帮助骨质疏松症患者恢复健康，也可以用于牙医诊所。

为了打印骨骼替代品，来自华盛顿州立大学的机械和材料工程师萨斯米塔·博斯（Susmita Bose）和她的同事们对可从商业销售渠道获得的ProMetal 3D打印机进行了测试。这种3D打印机会在一层粉末基底之上逐层喷洒原材料胶粒并逐层成型，每一层的厚度仅相当于人的头发丝宽度的一半。使用这台打印机制造的骨骼支架的主要材料成分是磷酸钙，其中还额外添加了硅和锌以增强其强度。当它被植入人体内之后，可以暂时起到支撑骨骼的作用，并在此过程中帮助正常的骨骼细胞生长发育，由此修复之前的损伤，这种材料最终可以在人体内自然溶解。科学家们花费了4年时间才找出这种合适的材料配方，使用的技术涉及到化学、材料学、生物学和工艺科学等诸多学科。

美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适用于学术研究的3D化石模型。模型不但保留了原化石所有的外在特征，同时还能按比例缩减，更适合研究使用。在微软的3D模型打印车间中，当产品设计出来之后，用3D打印机制作模型，能让设计制造部门更好地改良产品，从而打造出更出色的产品。

博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时复制品也能让艺术或文物有机会影响更多的人。因为托马斯·杰斐逊雕像的原件要送到弗吉尼亚州展览，史密森尼博物馆就将一个巨大的3D打印替代品放在了雕像原来所在的位置。

在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印建筑模型的思路。这种方法快速、成本低、环保，而且模型制作精美，完全合乎设计者的要求，还能节省大量材料。制造业也需要很多3D打印产品，因为从某些方面来说，3D打印在成本、速度和精确度上都比传统制造好很多。

现在，研究人员已经开始尝试用巧克力做原材料来打印了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用3D食品打印机“打印”出来的。当然，这种打印食品的售价可能会比传统食品贵很多倍。

汽车行业中同样有3D打印机发挥作用的领域。并不是说汽车可以直接用3D打印机打印出来（或许未来这也是有可能的），但汽车制造商在进行安全性测试等工作时，可以将一些非关键部件用3D打印出的产品替代，在获得效率的同时降低成本。

一位名叫恩里科·迪尼（Enrico Dini）的发明家称，他已经与建筑大师诺曼·福斯特（Norman Foster）和阿尔塔空间公司（Alta Space）的科学家进行过讨论，希望能设计出一种可以用月球尘土做原材料的打印机。届时，就可以在月球上用这种打印机快速建造出人类的月球基地。

预计到2050年，3D打印技术将能制造出飞机。据飞机制造商空中客车公司（Airbus）的设计师透露，该公司的3D打印飞机计划预计可在2050年前变成现实。据《福布斯》杂志报导，此计划会使用体积为机库大小的3D打印机制造飞机零件。空中客车公司的员工巴斯蒂安·谢弗（Bastian Schafer）描述了他的构想：这架飞机长80米，曲面机身由透明材质制成，乘坐这种飞机的乘客会感到自己彷佛正在云端翱翔。

行业现状

如果未来3D打印技术能走进我们的生活，将提供无数的商业机会，包括3D打印设备制造、打印材料制造、应用软件和服务等。环顾我们生活中的四周，绝大部分消费品都可以用3D打印技术制造。据相关机构统计，到2015年，3D打印行业的市场容量至少可达到1600亿美元。

3D打印产业分为3D打印设备制造、材料制造和相关的应用软件和服务三个部分。3D打印机是整个产业的基础，随着产业的发展，无论是家用的桌面3D打印机还是制造业使用的3D打印机的需求量都会大大增加。在这个领域，未来会呈现传统巨头与新兴企业并存的局面。在消费市场，各种打印材料的性质完全不同，制作出的产品也可能无奇不有；而在工业市场中，可能每一个项目都要由不同的3D打印机来完成。因此，3D打印设备制造商将面临非常细的市场区分和极高的定制要求。

现在这个行业还未出现明确的领导者，参与者有一直从事3D打印的科技公司，也有惠普这样的传统打印行业巨头。目前3D打印机与传统喷墨打印机可以说是一脉相承，但随着技术的发展，两者可能会体现出越来越多的区别，也可能有越来越多的企业进入这个行业。

在3D打印材料制造领域，将诞生专业的材料提供商。打印材料是3D打印产业的核心部分之一，材料技术的发展水平直接决定着3D打印机的制造能力，决定着打印出的产品能否完全取代传统制造业生产的产品。材料制造商追求的目标是：更好的材料质量，与之匹配的打印技术，像现在的打印机墨盒一般廉价且方便使用。

目前，打印材料制造行业的主要参与者还是各家设备制造商。但与传统打印行业耗材单一、技术含量不高的特点不同的是，3D打印需要使用各种高技术材料。因此，专业的材料提供商未来也必然会成为这个行业中的重要成员。

与3D打印相关的应用软件与服务的需求潜力十足，其市场之大可能超出想象。应用软件用于控制3D打印机，软件使用平台的易用性对3D打印产业有巨大影响。现在的3D建模软件较为复杂，售价昂贵而且普通用户难于使用。如果能让用户快速、方便地建立自己需要的模型，比如在平板电脑、智能手机等平台上开发各种与3D打印有关的应用，让消费者能随时随地打印出自己的灵感，3D打印的需求肯定会迅速提升。在这方面，总部位于荷兰的创新制造公司Shapeways提供了一个很好的模式：消费者将3D模型图甚至是2D图片上传到公司网站，公司就能制造出相应的饰品，然后邮寄到消费者手中。消费者甚至还可以在网上出售自己创造的3D模型。

3D打印在国内外都得到了高度重视，机器本身并不是技术推广的难点，但其是否会成为未来制造业的发展方向，仍需要时间检验。但可以确定的是，在军工、航天、科研等不在意投入产出比的行业中，3D打印已经得到了很多的重视。从3D打印产业链来看，未来有很多方面都具有发展潜力：

在输入端，3D图纸设计最具有发展潜力。无论三维打印发展到何种地步，图纸设计都是无法取代的。此外，三维设计软件、图纸设计服务、扫描软件以及扫描设备制造领域都可能有较大的发展。

在制造端，与打印机相关的行业都有发展潜力。作为行业的核心，3D打印机生产的发展已基本走上正轨。例如，3D System公司研发了应用于不同行业的使用不同材料的打印机，净利润率可达到15%左右。目前来看，3D打印机的瓶颈仍然是多种混合材料打印，如果能够发现更多成本低、易于应用的打印材料，可极大地扩展3D打印的应用。

在服务端，3D打印服务同样具有发展潜力。打印服务目前在美国已有应用，建立的连锁打印服务机构不免让人想起当年的柯达彩印店；日本也推出了根据孕妇B超结果打印胎儿模型的服务。将类似的应用推而广之不难发现，打印服务必然拥有广阔的市场。

中国的3D打印市场

成立于2009年的杭州铭展网络科技公司是3D 打印机的生产者和商。公司是三维立体打印机生产商3D Systems 部分产品的中国区服务商，同时也基于开源3D打印技术制造出了个人3D打印机系列，发展目标是批量生产经济型家用打印机，以方便设计师、工程师、科技人员甚至普通爱好者的使用。此外，铭展还建立了“我爱3D”设计作品分享社区，让更多人参与3D打印作品的创新和分享。

南京宝岩自动化有限公司自主研发了3D打印机，既有可打印手机座、茶杯、梳子等生活用品的家用型版本，也有冰柜大小的大型彩色3D打印机，可用于打印齿轮、螺帽及零部件等模型，市场售价在1万～25万元之间。

实威国际的总部位于台北，这家软硬件及顾问服务解决方案提供商经营3D打印机相关软件，其产品涉及3D设计软件、3D产品文件编写，可以加强客户建立2D、3D图档和动画的能力。在2012年8月举办的台北国际模具暨模具制造设备展上，实威国际展出了Solidworks系列软件，这种3D 产品设计软件可以帮助制造业企业缩短研发时间。

篇10

关键词 3D打印技术；发展前景

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0002-01

1 什么是3D打印技术

1.1 3D打印技术的概念

3D打印机（3D Printers）是近几年来在打印行业出现的一个新兴名词，因为它的特点跟传统打印机有点相似，所以称它为“打印机”。而3D打印技术在专业领域里，它有另一个名称“疾速成形技能”，又称疾速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）技能[1]。

1.2 3D打印技术的原理

3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料[2]。3D打印技术的原理通俗点来理解就是：通过计算机软件，例如3dsmax、CAD等，塑造模型本体，然后把模型分解成无数个横截面，最后利用快速成型机将一个个横截面堆积成一个三维立体的模型，其材料可以是真实、形象的。例如：我们需要打印一个塑料材质的香蕉，那么我们可以先在3dsmax里制作一个香蕉模型，然后再3D打印机里倒进塑料材质，然后通过打印机就可以把一个计算机里显示的模型真实的打印出来。

2 3D打印技术的特点

2.1 3D打印技术的优势

由3D打印技术的原理决定了它的优势：①它不需要去切、削物体，也不需要模具；②加工速度极快，生产周期短；③对于一些结构复杂、体积非常小的物体优势最为明显，传统手工很难完成的模型对它来说非常简单，因为它是一体成型的，并不需要去进行二次加工；④可批量，可联机，还能实现远程操控。

2.2 3D打印技术的缺陷

当然3D打印技术也存在一些缺陷：①打印机的造价非常昂贵，运行和维修的费用也很高；②对成型物体的材料要求很高；③3D处理的软件数据量很大，再加上软件和实体打印机关联性很强；④软件操作难度大，打印机操作入门很难。

3 3D打印技术的现状及其发展前景

3.1 3D打印技术存在的问题

虽然3D打印技术有着很多优点，可以在很多领域释放人工劳动力；例如：它能够在制造很复杂的物品时而不增加任何成本；它能够让产品多样化的同时不增加制造成本；它可以让产品交付时间大大缩短；它能让设计者的设计空间很广阔；它不需要人工劳动技能来制造；它占用的空间极小并且可以便携制造；它可以让材料之间实现无限组合；它复制的实体非常精确；但是它也存在很多不足，尤其是材料和打印机之间的关联；目前很多3D打印机只能够打印简单构造的物体，材料也只支持比较单一的材质；而能够打印较为复杂的模型的打印机一般都比较昂贵，这当中的制造技术和成本控制还存在一定的问题，因此给3D打印机的普及带来了严重的阻碍与制约。3D打印的作品的质量差强人意，并非所有产品都能有很好的效果，由此可见，3D打印最主要的适用领域以及短板的地方。对于一般要求不高、专业性不是很强的零部件，3D打印时可以满足要求的，设计师能够实用这样的方法把计算机上的图形图像快速转换成物理实物模型，甚至可以1：1逼真建模，能够简单的对设计以及其功能进行验证，大大缩短了产品的开发周期，并且能够很及时的发现问题，相比之下，假如使用传统方式，就必须经过绘制图像、设计工艺效果、建造模具等多个环节和过程，就需要付出比较多的时间以及比较高的制造成本。目前市面上的大多3D打印机打印的物体只能当作一般的模型使用，只有荷兰的FELIX 3D公司研发的Felix 2.0高精度3D打印机打印的物体可以真正直接作为零部件使用。因为3D打印归根结底就是快速成型技术的一种，所以假如是制造钻头等此类高硬度的产品，3D打印明显力不从心，也没办法完美的去完成这一任务，并且这个不是单纯可以靠改进技术就能够解决的。

3.2 3D打印技术的发展前景

3D打印技术是一个新时代的新兴技术，它足以引导第三次工业革命，它的发展前景可以归纳为以下几点。

1）基于技术的革新，其打印速度、打印效率都会得到突飞猛进的发展。

2）各种新型材质的投入使用，比如纳米材质、新型高聚合材质等，可以让打印的更加多的真实物体。

3）打印机的成本和价格受到技术提高的影响将大幅度的降低，个别厂商还推出了1万元以下的民用级别打印机。

4）3D打印技术的应用将更加广泛，不仅仅是早前的航空、机械、医疗等范畴，更加广泛的扩展到家用的厨具、军事上的机械零件等等领域。

3.3 3D打印技术对科学社会发展带来的意义

鉴于3D打印技术的发展前景如此的宏伟壮丽，犹如一股强烈的科技风暴在席卷传统的制作和加工业，主要表现为以下几方面。

1）制造的技术和工艺出现了质的飞跃，老式的制造业是一种去除多余材料的方式，而3D打印技术是一种增加方式，通过层层堆砌，层层叠加的方式去塑造整体外形，并且一体成型，不需要二次加工，跟传统的制造业相比，在材料上浪费上有了很大的进步。

2）3D打印技术利用各种新型材质进行制造，能够制造各种材质的物体，无论造型有多复杂，对于它而言，都能精确的制造出来。

3）模式的改变；传统的工业都是以大批量为准，由于生产成本的控制，一般都会采取一个模具生产好几样成品；制造几个不同的物体就需要几个不同的模具去生产，成本很高，而3D打印技术将这传统的模式打破，完全不受任何约束，可以自由的进行个性化人工定制，而且速度非常快，可以根据设计师设计的模型，经过计算机软件渲染，短短数小时内就可以将其打印出来。

综上所述，3D打印技术是一种新兴的革命性的技术，虽然它有很多的不足，但是它的优势和特点对未来的制造工艺发展可以带来更大的影响力。3D打印技术在未来必定成为新时代的标杆技术之一，我们应该提前去了解并掌握和发展其技术，放眼未来，把握新兴技术的气息，积极有效的让3D打印技术为我国的制造业服务。

参考文献

篇11

关键词：3D打印；工业设计；应用；影响

一、3D打印技术

（一）3D打印技术原理。3D打印技术最早称为快速成形技术或快速原型制造技术，是在当代CAD/CAM技术、机械工程、分层制造技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的一种先进制造技术。它是以计算机三维数字模型为蓝本，用软件将其分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将可粘合材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出产品。

（二）3D打印技术的常见细分类别及可使用材料。常见的3D打印技术根据成型技术的不同可以分为下表几个类别：

（三）3D打印的优势。3D打印技术是大批量生产形式向小批量、个性化生产形式发展的引领技术，其突出优势在于生产结构、外观复杂的物品而不增加成本、多样化不增加成本，在于无须组装、零时间交付、设计空间无限、零技能制造、不占空间、便携制、减少废弃副产品、材料无限组合及精确的实体复制。

二、3D打印在工业设计中的应用

（一）概念模型、功能原型的制作。在工业设计的流程中，需要反复制作不同作用和类型的零件、模型，传统的方法有着制作周期长、劳动强度高、精度差、成本高等诸多缺点，而使用3D打印技术可以快速、轻松、精准的得到所需的零件、模型。

（二）工业设计过程中所需工具的制作。工业设计是一个充满创造力活动，不同的产品、不同的设计师在设计过程中需要用到各种各样的器材和工具来辅助，这些工具大多数都是设计师根据需要自行制作。这时，可以通过3D打印机完成，而不是耗费大量的时间、精力通过各种加工方式去制作。3D打印设备在工具制作上不仅可以缩短时间，降低成本，还可以构造出结构更加精密、质量更加轻盈、更加符合人体工程学的产品，大幅度提高设计的效率。

（三）小批量产品生产。随着3D打印技术的发展，其打印成本和打印时间进一步下降，可以打印的材料、方式不断丰富，使其在小批量产品生产上与传统加工制造工艺相比，有着生产流程短、时间少、成本低等巨大优势，而且不受时间、空间、机床、模具的限制，只要有需要便可以随时暂停生产，对设计进行修改，解除了传统制造业的技术、成本、工期等限制，这样，设计的产品不但快速而且灵活的得以生产。

三、3D打印对工业设计的影响

（一）解放束缚，改变设计理念。传统的设计造型受产品的生产、组装等工艺制约，使得设计师的创造力、想象力受到束缚。而随着3D打印技术的发展和成熟，结构、外观再复杂的产品都能通过3D打印机打印出来，且浑然一体。如此，设计师可以将精力集中在产品形态、外观创意和功能创新、改进上，使产品的造型设计多元化、结构设计一体化、使用人性化趋势逐渐显现，在其技术、经济、美学、环境、人机等属性因素中，人机属性和美学属性因素所占的比例得到提高。传统的工业设计是建立在传统的大批量生产方式之上的，这就要求设计是根据一个模型来进行的，即使是所谓的个性化设计也只是将模型的生成范围缩小了。这意味着使用者的心理、生理及使用时间、环境等差异性在设计过程中难以体现。如鼠标设计就是这种典型的设计方式：传统设计模式是让使用者手掌的大小、使用的习惯、个性需求等去适应有限的规格、型号，而3D打印技术则可根据使用者的手形、习惯、个性需求等设计、生产出与其完全匹配的产品。3D打印技术使产品的个性化设计与生产成为可能，利用3D打印技术可以实现产品的量身定做，真正实现以人为本。

（二）3D打印技术对工业设计流程及成本的影响。在设计过程中，顺畅而高效的设计交流是工业设计开发取得成功的重要保证。其中各种类型的模型是交流的重要手段之一，手工制作的模型在精度、质感、触感等方面与概念的设计预期都存在较大偏差，而3D打印能克服这些缺点，使设计团队中的每个成员及用户都能够直观地看到和触摸这些概念模型，比较它们之间的结构、外形和功能的差别与优劣。另外，工业设计过程中的模型如果用手工制作的话将耗费相当长的时间，是缩短产品上市时间的最大障碍，采用3D打印可大大缩短概念模型和产品原型的制作时间，从以往的几天乃至几个星期缩短到几小时。近年来，随着产品复杂化和个性化的发展趋势，设计过程中模型加工和制造的成本非常高，复杂模型甚至要求制作专用模具和加工工艺以保证模型的精度和真实效果，而3D打印技术可实现模型随时、随地制作，大幅度降低设计成本。

（三）3D打印技术对设计产业的影响。传统的工业设计模式受到固有减式生产方式所制约，由专业设计师主导。但随着3D打印技术的日趋成熟，独立设计师对于传统加工业的依赖性将越来越小。对于那些具有较强的创新意识，具备一定的设计、研发能力的消费者很可能变成设计师和生产商。随着3D打印技术所带来的社会化制造，独立设计师和品牌也将崛起。

四、3D打印在工业设计中所面临的问题

3D打印由设计师、设计软件、设备、材料等共同作用，相互影响。在工业设计领域，3D打印技术解放了设计束缚，激发了设计师的创作灵感，但用于3D打印技术的设计软件、模型输出格式等方面依然需要进一步发展与完善。目前，3D打印技术可以与设计完美地结合在一起已经在诸多产品上得以证实，并获得了广泛的认可，但是如何让其在更多的产品生产中发挥应有的作用，仍是一个需要不断探讨的问题。同时，3D打印技术其本身又存在先天性不足，例如：打印尺寸受技术和打印机的限制、产品打印时间过长及大批量生产时无成本优势等，这些原因使3D打印仍不能代替传统制造工艺。结论：3D打印技术在工业设计领域已经获得了重大的发展和应用。在工业设计领域，3D打印技术不仅可以满足当下人们对个性化、订制化产品的要求，还可以实现结构、外观复杂产品的制造，提高设计制造精度，大大缩短设计周期，降低设计成本，激发了设计师的创作灵感，为产品设计带来新的生命力，同时催生了大量独立设计师及设计品牌，有良好的发展前景。同时，3D打印技术也存在一些技术和推广上的缺点与不足，但随着3D打印技术的发展、成熟及设计人员的不懈努力，一定会在工业设计领域得到越发广泛的应用。

参考文献：

[1]蔺薛菲.3D打印技术对制造业产品设计的影响研究[J].艺术与设计(理论),2015,08:103-105.

篇12

关键词：3D打印技术；服装设计；影响

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.243

1 前言

3D打印是以三维设计模型为基础，经过软件分层离散与数控成形体系，运用激光束以及热熔喷嘴等其它形式将陶瓷粉末、金属粉末及塑料等其它较为独特的材料实施逐层的累积黏结，最后通过叠加成形，以加工出实体的产品。

2 3D打印技术概述

当前，3D打印的核心技术大都把控在美国、欧洲以及日本其它发达国家的手中。在1990年之后，我们国家的多所高校逐渐对3D打印技术进行研究。经过比较可知，我们国家3D打印技术的研发依然有着较多的路要走，差距较大。目前，3D打印技术大都应用于工业制造领域，急需在速度、精度、尺寸以及软件研发等层面不断创新。

3 3D打印技术对于服装设计影响

3.1 3D打印技术对服装材料的影响

传统形式的服装材料涵盖了麻、棉、毛以及丝等等，经过纺织成纱线，纱线再经过针织又或是梭织而产生面料。在制造中间环节实施色彩的印染等。经过不一样粗细、不一样结构和材料纱线的互相融合，达到服装面料的改变。然而3D打印服装的出现，因为打印材料非常有限，当前并不具备能够打印纺织面料的设施。当前所使用的3D打印材料大部分都是PLA与ABS塑料。运用环装结构来组成，具备较强的后现代主义风格，其所体现出更加多的便是设计人员自身的设计理念，而非是日常生活所穿着的服装。在已经具有的3D打印服装里面，其所使用的材料大部分均是塑料。设计人员把塑料设计为片状又或是环状的架构，互相融合。若想加工出舒适合体的服装，材料是最为重要的。

3.2 3D打印技术对服装加工工艺的影响

在3D打印服装成功设计以后，或许是一个较为完善的三维裁片，又会是无数个完全不一样的三维裁片，其主要是按照服装的类别而明确，往往能够将领片、袖片以及口袋等独立进行打印，同样还能够将一些具有特殊效果的裁片运用3D打印技术，然而其它的裁片依然采取传统形式的二维样板又或是在3D打印的基础之上实施立体裁剪来达到。从加工环节来看，在服装设计明确以后，需把三维文件转变成合适的3D打印技术文件，此种类的文件能够直接性的融入至所有的打印机之中，部门打印机同样会接受SLC、PLY等类型的文件导入。在文件完全导入以后打印机便会自行进行分层处理同时打印出相应的裁片又或是成衣。按照打印机尺寸的不一样，整体设计、多个部件所苟恒的产品需实施一次性打印又或是分批进行打印，将所打印出的部件再实施缝合才可以获得最后的成品。

3.3 3D打印技术对服装个性化定制的影响

3D打印技术所具备的最大特征便是可以不断的扩展设计人员的设计理念。采取3D打印技术，服装设计人员不会再为传统形式的裁剪没有办法达到自身的设计而烦恼，其只需在计算机软件中绘制出本身的设计理念图案，接着将所有后期的制作交由3D打印机完成便可。此种全新的制造工艺与传统形式对比而言，其所具有的优势便是能够达到私人化的服装定制，设计人员能够经过扫描设施对顾客的身材实施三维求反，以此获得量身定制的相应模型，通过经过3D打印机制造出极具个性的服装。设计人员再也无需像之前那样对顾客实施重复性的量体与较多次数的试衣便可以一次做完所有相关的工作，节约了大量的时间与费用。

3.4 3D打印技术对服装颜色的影响

色彩是服装设计最为主要的元素，其对服装的风格与潮流有着非常大的影响。与此同时，色彩同样还是3D打印技术最为主要的要素。怎样在3D打印环节精准的融入颜色，始终都是专家学者所探讨的话题。为了能够节省费用以及材料的限制，3D打印服装大都是单一颜色的。

第一，水文转印法。此技术被被大量的运用至各类材料里面，主要有头盔染色、玩具公仔染色以及模型染色等等。然而此技术却存在一定的约束。因为薄膜在下沉的具体环节会逐渐的延伸，水转印法的精准程度相对较低。

第二，经过粉末的相互融合又或是铺设挤压塑料。此种形式对于颜色的调控较为简单，运用较多数量的喷头整个不一样颜色的原材料，又或是用不一样材料的取代来达到颜色的相应改变。此种形式没有办法达到服装领域对于色彩日益增长的展示需求。

第三，像素喷墨法。此方式参考了2D打印。将喷墨一滴一滴的滴在物体表面，此墨滴便会即刻被紫外线所固化，变成固体。其可以使得人们能够对颜色有较为准确的调控。然而这样的形式需要有庞大的数据计算，墨滴的体积非常之小，一立方厘米的固体里面大致涵盖了1800万左右的墨滴。

4 3D打印技术在服装设计领域的发展趋势

3D打印技术具备一定的先导性，引起了科技界与时尚界的高度关注。我们国家的3D打印服装发展速度较为缓慢，在意大利，已有设计人员专门为客户提供3D服装设计的下载服务，其便代表着只要人们拥有一个3D打印机，便能够定制又或是设计出自身所独有的服装。当服装加工企业与设计部T掌握了3D技术之后便能够逐渐的调整同时精准的审核服装的构想，同时能够在此环节降低成本费用，在一定程度上减少了服饰设计所需要的时间，使得企业能够以稳定的步伐持续性的开发出全新的产品。正是出于这样的缘由，从服装设计的品牌商、设计商以及加工商等均能够借此来增强自身的综合竞争力。

5 结语

伴随3D打印技术的逐渐进步以及纺织材料的日益创新，再加之人体测量以及CAD等其它相关技术，服装设计领域将会提供完全自动化的订制服务。在未来，顾客所买到的并不再是现实的服装成品，其所购买到的将会是应用于3D打印的款式图又或是打印所需要的材料，如此顾客经过购买同时下载相应的款式图便能够自行打印出自身所需要的商品。

参考文献：

篇13

关键词 3D打印技术 机械制造 教学改革

中图分类号：G633.55；G434 文献标识码：A

0引言

3D打印技术 是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它无须机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

3D打印新技术势必带来教学、学习和研究领域的创新。各大高校以及相继开展了相关课程的教学，如何把3D打印技术与现代工科高校应用型人才培养目标有机融合，是目前高等教学改革研究的前沿课题。本文着眼于3D 打印技术特点， 提出面向机械制造专业的《3D 打印技术》课程教学内容改革举措，为培养应用型机械制造工程领域人才拓宽教学思路。

1 3D打印技术

3D打印技术为用户提供了新的设计、创作和制作方法。从3D 打印的制作过程出发，可以分为如下2个阶段：

1.1设计阶段――3D 建模

在设计阶段，三维模型的建立通常可以有2种方式来获得三维模型。第1种正向造型，可使用Pro/E， SlidWorks及UG等建模软件按照打印物体的尺寸要求创建三维模型。第2种是采用逆向工程技术，使用3D激光扫描仪对需打印物体的空间外形和结构进行扫描。

1.2 打印阶段――分层累积

3D打印也称为增材制造（Additive Manufacturing），其实质是2D打印的逐层叠加，把三维模型导入分层处理软件，设定打印参数，将三维模型沿水平方向“切割”成一定数量的2D薄片， 读取文件中的横截面信息（图1所示为某软件的切片效果图），对每一层使用高性能复合材料等多种材料逐层打印，最后将各层截面以各种方式粘合起来，最终构建出3维的实体。

2教学改革措施

2.1课堂教学方式改革

传统的机械专业教学中有很多专业课中需要实体与模型，造价高而且使用上不能灵活更改，课堂教学显得沉闷，往往是教师一言堂，学生不能互动式的参与模型的制造。利用3D 打印机，学生足不出户自己打印自己设计的各类减速器、装配部件，体验理论设计与现场加工的完美快速结合，一方面可以将课堂学到的理论知识进行实践运用，提高学生的设计能力和动手能力。同时提升对三维造型软件的操作能力及应用实践能力。学生体会到新的教学方式带来的机械加工的快乐，极大地促进了教学效果的提高。

2.2学习方式的改革

在学习机械制图课程工程中，对于复杂的组合体以及相贯线等知识点，学生如果只是在课堂上听教师讲解是不够的，教师的讲解也只是理论及二维的展示，如果我们提供给学生自己使用3D打印机的机会，开放实验室，让学生自己建模打印，打印好的模型学生可以自己带着，也可以放在课堂，自习室甚至宿舍，这样，模型可以被所有学生传看，也方便了在课堂上就这些困难问题展示积极讨论。我们发现，这种灵活的学习方式极大地激发了学生的学习兴趣，上课提问的积极性及课堂出勤率均提高了很多。

3 讨论

3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它将抽象概念和设计引入到现实世界，对教学内容中的抽象概念进行可视化展现，通过快速灵活的打印，使得学生获得更多的认知体验，将传统教学显示的模型转化为可观察、可触摸的实体模型，提高思维能力和动手及感知能力，提供学习兴趣的同时，拓展创造性思维，从而最终提高了学习效果。

参考文献

[1] 蔡恩泽.3D打印颠覆传统制造业[J].中国中小企业，2012（11）：46-47.

[2] 李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013（4）：29-35.

篇14

【关键词】3D；打印机；3D打印技术

1.前言

近来，三维（3D）打印技术[1]在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。2012年4月，英国《经济学人》刊文认为，3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势。

2.3D打印机的原理及技术

2.1 3D打印机

3D打印机是近年来在民用市场出现的一个新词。在专业领域有另一个名称叫“快速成形技术”[2]。快速成形技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种全新制造技术。它集分层制造技术、机械工程、数控技术、CAD、激光技术、逆向工程技术、材料科学于一体，可以直接、快速、自动、精确地将设计电子模型转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种低成本而高效的实现手段。快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是基本原理一样，那就是“分层制造，逐层叠加”[3]，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台“立体打印机”，因此得名。

2.2 3D打印机的原理

3D打印机根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。

每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程就像一个“积分”的过程。

整个过程是在电脑的控制下，由3D打印系统自动完成的。不同公司3D打印使用的成形材料不同，系统的工作原理也有所区别，但其基本原理都是一样的，那就是“分层制造、逐层叠加”。这种工艺可以形象地叫做“增长法”。

2.3 3D打印技术

2.3.1 SLA技术

光固化成型法（SLA）是用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。SLA是最早实用化的快速成形技术，采用液态光敏树脂原料。其工艺过程是，首先通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动；激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化后，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面；然后升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成三维工件原型。将原型从树脂中取出后，进行最终固化，再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等；还可以在原料中通过加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

2.3.2 SLS技术

选择性激光烧结技术（SLS）是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层，层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作时粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。粉末完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉。控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。最后，将未烧结的粉末回收到粉末缸中，并取出成型件。对于金属粉末激光烧结，在烧结之前，整个工作台被加热至一定温度，可减少成型中的热变形，并利于层与层之间的结合。

与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复杂的支撑系统，所以SLS的应用广泛。

2.3.3 PDM技术

熔积成型（FDM）法，该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。

该技术污染小，材料可以回收，用于中、小型工件的成形。成形材料：固体丝状工程塑料；制件性能相当于工程塑料或蜡模；主要用于塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

2.3.4 LOM技术

分层实体制造法（LOM），又称层叠法成形，它以片材（如纸片、塑料薄膜或复合材料）为原材料，其成形原理如图所示，激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等，此方法除了可以制造模具、模型外，还可以直接制造结构件或功能件。

LOM技术的优点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。成形材料主要是涂敷有热敏胶的纤维纸；制件性能相当于高级木材；主要用途是快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。

3.3D打印技术的市场应用及发展方向

3.1 建筑设计领域

建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试[4]，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。

3.2 磨具制造领域

玩具制作等传统的模具制造领域[5]，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。

3.3 医学领域

在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值，近年来许多医院推出3D打印胎儿服务。

3.4 航空航天领域

在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验（即风洞实验）是设计性能先进的天地往返系统（即航天飞机）所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用3D打印技术，根据CAD模型，由3D打印设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。

3.5 家电和食品领域

3D打印技术在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用，使许多家电企业走在了国内前列。美的、华宝、小天鹅、海尔等都先后采用3D打印技术来开发新产品，收到了很好的效果。

3D打印在食品领域也有成功的应用。做成的鲜肉特别有弹性，而且烹饪后肉质松散有嚼头，丝毫不逊于真正的肉，就连肉里的微细血管都能打印出来。人们吃到“3D肉”的日子不会太远，因为美国泰尔基金会近日已投资成立了“鲜肉3D打印技术公司”，希望能够为大众提供安全放心的猪肉产品。这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的有和真正的肉类相似的口感和纹理，就连肉里的微细血管都能打印出来。

4.总结

3D打印是产业界自主创新的过程，政府主要负责引导方向，要让民营企业有充分的自主发展空间，同时对一些敏感行业或者产品要加强监管。3D打印技术市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰，这便是第三次工业革命的到来的标志[6]。在这种势头下，传统的制造业将逐渐失去竞争力。

参考文献

[1]古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展[J].北京：数码印刷，2011（10）：64-67.

[2]丁军涛.快速成形技术在企业实际生产中的应用[J].陕西：科技探索，2012（8）.

[3]郑利文.Objet Geometries公司推出多种复合材料3D打印机[J].北京：模具工业，2008（2）：73.

[4]梁晨光.3D打印技术纵览“印”出来的真实世界[J].北京：微型计算机，2008（6）：106-109.

[5]乔益民，王家民.3D打印技术在包装容器成型中的应用[J].重庆：包装工程，2012（11）：68-72.