3d打印技术精选(十四篇)

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

原本以为打印只可能印在纸张等平面上的，又何来3D打印之说呢?其实，3D打印机跟传统打印机―样，是一种连接电脑并把电脑中信息输出的设备(其工作方式与喷墨打印机也有些许相似)；最大的不同是，3D打印机输出的是真实的物体模型。因此，人们形象地将其称为“3D打印”。

3D打印对于普通商务用户来说用处不大，但在工业设计或3D模型设计等特殊领域都能够发挥极大的作用。我们知道，一款产品从设计到投产之前会多次修改，而阶段性的设计成果通常会被制成模型来确定效果。这时，再好的设计图纸也不如一个真实的成品模型更有说服力。可惜的是，传统的模型制作方法成本高昂、耗时耗力且精度不高，因此快速成型技术成为设计行业的迫切需要。3D打印则是其中极具发展潜力的快速成型技术之一。现在，让我们从3D打印的发展说起，逐渐了解这一方兴未艾的新技术，并设想它会给我们带来什么样的变化吧。

“快速成型”的迅猛发展催生“3D打印”

虽然在多数人看来3D打印还是一个新生事物，其实在二十年前3D打印设想已开始酝酿。

设计领域许多人都知道3D CAD(3D计算机辅助设计)。从70年代诞生到现在，3D CAD经历了几十年的发展，已经成为广大设计人员的有力工具之一和很多设计领域的重要标准。而快速成型(RapidPrototyping，简称RP)技术几乎与3D CAD的发展同步。换言之，前者其实就是后者发展的写照，因为人们从使用3D CAD的那天起就希望方便地将设计“转化”为实物。

快速成型技术是一种由CAD数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效地缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。

RP在多年的发展中形成了多种流派，如SL(Stereo Lithography，立体光造型)、SLS(Selected Laser Sintering，选择性激光烧结)、3DP(Three Dimensional Printing，三维打印)及FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉积制造)等。前两种是基于激光或其它光源的成型技术，设备造价和制作模型成本都比较高昂，因此只在一些特殊领域有所应用；而3DP~FDM则是基于原料喷射成型的技术，不需要昂贵的激光器，成本低了不少，因此成为RP行业中“最亲民”的技术，近几年大有普及之势(由于都有近似喷墨打印机的工作方式，因此人们将它们称为“3D打印机”)。下面我们就与3D打印机来一个近距离接触。

好用不贵的3D打印

之前，3D打印离我们还很遥远，主要是受到以下三个因素影响：

成本太高，这是阻碍3D打印普及的最主要因素

太慢的3D打印速度

较低的打印精度

现在，这样的局面即将被打破――基于快速成型技术的3D打印有了长足进步，早先只有某些行业用户用得起的3D打印机越来越多地出现在各种民用领域中。那么，3D打印机到底是如何实现的呢?

3D打印机是这样工作的

传统的加工手法与雕塑相似，通常是一整块材料按照设计去除无用的部分，剩下的才是精华。而3D打印机采用分层加工、叠加成形方式来“造型”，会将设计品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，再通过逐层叠加获得3D实体。从这点来看，它与喷墨打印机工作方法十分类似，3DP是一层层地印，而喷墨打印机是一条直线一条直线地喷，通过若干直线的叠加形成图像，因此“3D打印机”的称呼也就显得十分贴切了口当然原理相仿的3DP与FDM在实现细节上还是存在较大差别，最终导致了产品的性质和用途各不相同。

3DP

提到3DP，几乎就是美国z Corporation司的代称。早在1994年，几个来自MIT(麻省理工学院)的科研和技术专家就发明了3DP技术并申请了专利。1997年，为了将3DP技术推向市场，Z Corporation公司正式成立。从那时起，Z Corporation就一直占据着3D打印机市场的半壁江山。

3DP工艺的原理是先由储存桶送出一定量的原材料粉末，再用滚筒将粉末在加工平台上推成薄薄一层，接着打印头会喷出一种特殊胶水(黏着剂)，依照电脑模型切片后获得的二维切片形状黏着粉末并使其迅速固化。每喷完一层，加工平台就会自动下降―点，按照刚才的顺序做几次循环直到完成。这时只要扫除松散的外层粉末便可得到想要的实体模型。

这种技术的特点是成型速度快，制作成本低。它目前可以达到每小时25mm垂直高度的成型速度，每层厚度为0.089～0.203mm，最高分辨率600dpi。层厚度越薄分辨率越高，实体模型的精细度当然就越高。而且，它能够使用多种原材料(陶瓷颗粒都可以使用)可成型出具有软质PVC特性的模型。如果使用彩色原料，它甚至可以加工出24位彩色模型来。Z Corporadon的3D打印机也是目前唯一能够打印彩色零件的快速成型设备。但3DP工艺制作出来的模型强度不高，主要用于外观概念模型。

FDM

成立于1990年的美国Stratasys公司率先推出了基于FDM技术的快速成型机，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印机。由于’FDM技术有其得天独厚的优势。适合汽车、家电、电动工具、机械加工、精密铸造及工艺品制作等领域使用，因此Stratasys的FDM快速成型机目前在全球RP市场已占有近半的比例。那么，FDM的优势何在呢?看完下文你就会对它有一个简单的认识。基于FDM的3D打印机是这样工作的

CAD生成的模型数据先导入3D打印机的控制软件，再经其处理自动生成支撑材料和加热喷头运动路径。这时，加热喷头会在计算机的控制下根据产品零件的截面轮廓信息作平面运动，而热塑性丝状材料由供丝机构送至加热喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态后挤压出来涂覆在相应工作平台上。待到快速冷却后平台上就会形成一层约0.1mm厚的薄片轮廓。这仅仅是完成了一层截面成型，接着工作台会下降一定高度再进行下一层的熔覆，通过周而复始地多层堆迭来形成三维实体。

这样工作是不是看起来很慢?好在Stratasys公司的FDM打印机可以采用两个喷头同时造型，所以制作速度得到了大大提高。而且FDM工艺完成的模型“很干净”――不会有产生毒气和化学污染的危险，使它可以安全地运用于办公环境。

FDM可以采用ABS(由丙烯腈、丁二 烯和苯乙烯三种化学单体合成)或PC(聚碳酸酯)等材料进行制作。目前，FDM工艺在汽车、机械制造等行业中应用最为广泛，其主要原因在于FDM是唯一运用工程材料快速成型的模型工艺。

主流3D打印机

在目前的3 D打印机行业中，ZCorporation和Stratasys两家公司的产品占有绝大多数市场份额。

Z corporation的产品主要有ZPrinter310 Plus、ZPrinter 450和SpectrumZ510三种。除第一款为黑白打印机以外，其它两款都具有彩色打印功能。而且Z Corporation的3D打印机能使用多种原材料，无需支撑结构，但需要做浸洗等后期处理。

Dimension系列3D打印机是美国STRTASY公司的产品，分别是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite为该系列最新机型，精度最高，可以实现0.127mm层厚)。其中BST采用了剥离式技术，即手动剥离成型后的支撑材料；而SST和Elite为水溶式技术，即模型上的支撑材料可用专门的溶液溶解掉，非常适合成型复杂模型。五款机型除了成型精度、成型尺寸圾支撑材料去除方式不同，其它性能基本相同。

3D打印在中国

我国XCRP技术也同样有十分强烈的需求。自90年代初国内就有多所高校开始自主知识产权的RP技术研发。清华大学主要研究RP方面的现代成型学理论、SSM分层实体制造、FDM工艺，并开展了基于SL工艺金属模具的研究；华中科技大学研究LOM(分层实体制造)工艺，推出了HRP系列成型机和成型材料，西安交通大学开发出LPS和CPS系列的光固化成型系统及相应树脂，CPS系统采用紫外灯为光源，成型精度0.2mm。

但是相比RP技术领先的美国、日本等国家，国内还没有一款达到国际水平的3D打印机推向市场，只有部分有实力的企业和科研院到专业的RP或3D打印服务商那里租用3D打印机或者订制模型。国内RP技术在研究队伍、资金投入和普及范围等多方面还有很长的路要走。比较而言，港台地区RP技术应用更为广泛。港台地区相比内地RP技术起步较早――很多高校、企业都有自己的3D打印设备。只不过，港台地区RP技术的重点是应用与推广而并非自主研发。

3D打印的将来：另一场制造业革命?

现在我们已经发现，要想3D打印全面普及，成本、打印精度、速度和原材料的多样性等等都是现在的3D打印机必须不断完善的项目。

第一，成本方面，在不久的将来3D打印机的价格会有大幅下降。一些较小规模的3D打印机制造商已经开始推出―万美元以下的3D打印机，例如Desktop Factory的4995美元打印机。还有一些爱好者从2006年开始也在研制“开源”的3D打印机。他们的目的是希望大家都来参与改良3D打印机，并最终促成低价3D打印机的诞生和普及。第二，开发更为多样的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及其他方法难以制作的复合材料等。当然还有金属材料，直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的又一个热点。第三，提高3D打印的速度和效率。开拓并行、多材料制造的工艺方法，以便能够直接面向产品制造。改善3D打印系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面质量、力学和物理性能。除此之外，还有许多新的成型方法与工艺会在未来应用于3D打印机中。

在未来，3D打印机有可能走进千家万户。有了它，你可以做许多现在看起来匪夷所思的事情，因为从某种角度来说，许多你想到的东西都能直接打印得到。

3D打印机将使工业设计人员可以随时制作设计品的高度仿真模型，交给生产部门或用户，然后根据反馈意见进行进一步修改。家居装饰公司可以根据设计图纸呈现数个逼真、缩小的新家模型供你挑选。整形医师采用特殊材料订制整形所用的不同形状的人造骨骼。这一切用3D打印机只需要很短时间就能完成。

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。

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关键词：3D打印；新材料；数字化；发展趋势

在信息传播迅速的当今社会，经常会有代表新鲜事物的词语出现在公众视野。随着3D打印这个词的频频出现，越来越多的人们也开始了解3D打印。

3D打印是增材制造的俗称，其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。与传统上对原材料进行切削的减材料制造法正相反，3D打印的过程好比用砖头砌墙，逐层增加材料，最终形成物件。早在1982年，美国一家紫外线设备生产企业，尝试把光学技术应用于快速成型领域。这种技术将一种液态光敏树脂倒入容器中，在容器里放置一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05毫米的升降平台会下降一层，激光器开始照射第二层，这个过程不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻技术就是最早的3D打印。

3D打印不需要模具，可以直接进行样品原型制造，因而大大缩短了从图纸到实物的时间。3D打印的“耗材”范围非常广泛，例如人造橡胶、塑料、金属，甚至生物材料，其应用范围已经渗入生物医疗、航空、汽车、工业设计等多个行业，且仍在不断拓宽。甚至就连美国海军都购买了90台机器用于航空领域的研发。很多国家的高新实验室里也正在实践一些更具雄心的想法：澳大利亚的研究人员加快了制造金属零件的速度，试制出打印汽车金属零部件的设备；意大利的―个研究团队正开发用于特种建筑的3D打印机，计划使用月球尘埃为材料，在月球上快速建造人类基地等。

随着3D打印技术的不断成熟，3D打印机已不再是设计师和科学家的专属机器，3D打印机在一些欧美发达国家的应用已经相当普遍。它已经从实验室和工厂逐渐走进学校和家庭。3D打印的衣服和鞋子已经多次出现在全球各大时装展，3D打印的饼干和蛋糕已经成为一些家庭餐桌上最受欢迎的小点心，3D打印的咖啡桌和个性家具颇受年轻人的喜爱，而在自行车和汽车等交通工具的设计中也越来越多地体现出3D打印元素。从小朋友的牙刷和定制玩具，到父母的立体婚纱照，再到爷爷奶奶的助听器和义齿，3D打印让家庭中的每个成员都感到惊喜并从中受益。3D打印技术逐渐从打印物体外形过渡到打印物体内部构成，最终发展到可以打印物体的高级功能和行为的阶段，因此我们相信：在不远的将来，每个人都可以在家中打印可通话的手机、爬来爬去的迷你机器人、以及其他新奇好玩的电子产品。

而对于我们，对基础加工制造业非常重要的国家，3D打印技术以及3D打印机的普及相对缓慢。2008年金融危机之后，那些缺乏基础加工工业的国家深刻认识到制造业对于国民经济的重要性，继而转向对基础制造业的重视和技术改革。虽然第三次工业革命还未真正到来，但3D打印、人工智能、新材料、新一代信息技术等一系列关键技术的成熟和产业化，都透露出对新一轮工业革命的呼之欲出。随着越来越多新技术的成熟，传统的制造手段和生产模式将被取代；人力成本低廉的优势必然丧失；传统制造业的国际分工格局，正逐渐被新技术带来的分散化生产以及消费者多元化的需求打破。如果未来在以新技术为代表的数字化制造业上失去话语权，中国制造业将遭遇残酷的打击。令人欣慰的是，在中国北京、西安、成都和武汉等城市，政府已经陆续开始着手对3D打印相关产业进行布局和规划，从设备研发、软件设计、材料制备和技术服务等众多环节全面鼓励发展3D打印产业。希望中国能够把握此次制造业转型改革机遇，成为世界3D打印产业强国。

参考文献：

[1] 王瑞玲.3D打印机设计的初步分析[J].电子制作，2013（19）.

[2] 杜瑾，杨志萍.国外图书馆IC空间建设研究新进展[J].图书馆学研究，2013（02）

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机遇与挑战

3D打印技术提供了大量机遇，不仅仅体现在制造领域，还包括零售、医疗健康和其他领域。3D打印最本质的经济问题是，打印产品的成本高于传统制造，但工具的成本为零。对于大规模批量生产来说，传统制造的成本更低。但是，高昂的工具成本，使得传统制造的成本对于小批量生产来说更高。利用3D打印技术生产产品的时间要短于制造工具，但单件产品的生产时间长于传统制造。

用途领域甚广

快速制造原型产品是3D打印技术的第一大用途。传统上，生产一件原型产品通常耗时1、2个月。利用3D打印技术，设计人员数小时就可以拿到原型产品。3D打印技术的用途远不止生产原型产品。

夹具和卡具可能是最热门的增长领域。在大多数工厂，技术工人通常负责制作工具，例如夹具和卡具。夹具和卡具的生产对技能要求很高，经常需要大量试验，还难免会出错。夹具的任何错误都会“被复制”在最终产品中。利用3D打印技术制造夹具和卡具通常速度更快、更方便。

小批量生产很常见，制作原型只是其中一个特例。市场空间有限的产品，可能能带来利润，但不值得生产、购买昂贵的工具。3D打印技术很适合小批量生产，它还适合用在需求不确定的情况下。企业可以利用3D打印技术生产少量产品，从而无需投入巨额资金购买昂贵的工具。生命周期结束的零部件也适用于3D打印技术。大量20年前购买的汽车还在使用，用户需要备件。通过为这些过时的产品提供服务，厂商可以提高自己的品牌形象，增加现在的销售。

大规模定制是终极版的小批量生产：一件产品只为一名客户制造。Normal利用3D打印技术为客户定制耳机，每副耳机都根据客户的需求量身打造。佛罗里达州立大学制作了塑料“大脑”，供医学专业学生实习。当前的技术能融合不同密度的材料，给学生提供最真实的手感。未来，供实习用的大脑将通过对病人进行3D扫描获得，其中将包含模拟的肿瘤。

非标零部件也是一种潜在用途。中小批量的生产任务通常使用标准件，利用3D打印技术，设计师可以对产品进行更好的优化，而无需考虑标准件。

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2012年，英国教育部选取 21所小学作为试点学校，让他们尝试在科学、技术、工程、数学和设计的课堂中教授和使用3D 打印技术。一旦试点成功，3D打印技术项目将推广至更多学校。目前，在我国教育领域，特别是基础教育阶段，3D 打印技术的应用还是一个崭新的领域。3D打印为学校开展STEAM教育提供了让创意灵活物化的技术支持，于是我们把3D打印技术引入学科教学中。不仅为学科教学增添了活力，更主要的是，学生在利用3D打印技术进行创作的过程中，激发了想象力，培养了创新能力，提高了动手实践能力。

3D打印技术进入课堂的实践意义

我国科学技术与国际先进水平尚有差距的一个主要原因是“创新不够”。而STEAM教育旨在培养具有科学素养、技术素养、艺术素养、工程学素养、数学素养的综合型人才。3D打印技术的出现为学校推行STEAM教育注入了一针强心剂。3D打印技术作为开展STEAM教育的辅助工具，渗透到学科教学中，使枯燥乏味的课堂更生动有趣，大大提高了学生的活动参与度；使学习内容也不再单一、刻板，呈现出了更多的姿态。

经过一年多的实践研究，笔者发现3D打印技术在教学活动中具备以下优势。

1. 有利于提高可视化教具的使用效果

在原来的教学环境中，教师大多使用语言或者图片来描述教学内容。当遇到复杂的事物时，学生的思维空间就会受到很大的影响。3D 打印技术可以在理论和现实之间架起桥梁，将教具进行3D打印并在课堂上展示。学生通过观察、触摸获得“观察的经验”，对教学内容有了更加直观的认识。通过这种方式教学效果显然要比原来更好。例如，苏教版小学五年级《黄山奇松》一课的教学，如果学生只通过图片或视频来了解黄山奇松的奇，学生感受并不深刻。我们用3D 打印机打印出各种奇松的模型，学生就可以很直观地观察、欣赏奇松。

2. 有利于呈现新颖的教学内容

STEAM 教育常常涉及语文、数学、美术、科学等多学科内容的整合，而 3D 打印为这些知识的整合提供了机会。STEAM 教育有别于传统教育体系中学科界限分明的做法，着重于培养具备综合能力的工程师精神。3D打印技术的应用使得很多以往难以实现的“动手做”类型的课程设计成为可能，激发了学生投身于技术和工程领域的热情。

3. 有利于营造更愉快的学习体验

我们利用3D 打印技术，最主要的是能够帮助学生将虚拟快速变成可触摸的实物模型。独特的实物模型给学生提供了切身感受，使他们从另一个角度对事物增进了解，帮助他们愉快地记忆，避免遗忘。此外，还能激发学生的灵感，给予他们更多的想象空间。学生通过自身的经验对模型进行二次设计，这将使他们更愿意投入到自己设计、自己生产作品的过程中，从中获取对学习的满足感。

4. 有利于培养学生解决问题的能力

解决问题是培养学生应用能力的重要途径，而3D打印技术用一种非常有意义的设计理念去支持问题的发现、分析与解决。设计3D作品时，首先要根据内心所想的物体进行系统规划，然后对各个部位进行分析，提出解决方案，再通过尝试绘制草图逐步去实现。在这一过程中，学生经历了提出问题、分析对象、尝试设计、反复修改、最终解决问题的过程。学生在创造的过程中始终处于提出问题、分析问题和解决问题的动态过程中。例如，我校六（5）班学生在整理笔盒时，发现测量工具有很多，于是就想制作一把多功能的尺。他将这个想法告诉数学老师后，老师觉得这个想法不错，就着手让大家分组设计自己的多功能尺。学生们经历了多次的讨论、分析、设计，最后成功地将多功能尺打印出来了。教师在其中扮演咨询者、辅导者和学习动机激发者的角色。 这些开放式的交互活动不仅有趣，培养了学生解决问题的能力，而且还培养了学生的合作精神和协作能力。

3D打印课程的教学实践

由我校教师主编的教材《一起玩3D打印》正式进入六年级的信息技术课堂。3D打印技术教学，让学生有了更多的思考、创造空间。通过不断地教学研讨，教师们也逐步摸索出了3D打印技术的教学方法，对各个学龄段学生的学情、学习能力有了了解，对哪些内容可以让学生自己探究、哪些内容需要教师搭建学习的支架、如何设计学习活动、如何在玩中渗透三维设计的思想，教师们做到了心中有数。学生通过一系列活动项目的创作，在不断尝试的过程中获取经验、掌握方法、提升能力。

下面就以“花盆很实用”为例分享教学实施的过程。

“路径跟随”是草图大师Sketchup 中绘制一些不规则的形状时用到的工具命令，比如绘制弯曲的圆柱体等。通过“花盆很实用”一课的学习，学生了解了“路径跟随”在三维设计中的作用。

1. 教学目标

（1）学会运用Sketchup设计软件构建出自己想象中的花盆的三维模型。

（2）了解花盆的结构，思考自己将会如何设计。

（3）培养学生细心观察身边事物的习惯，体验设计、创造的乐趣。

2. 教学过程

（1）导入。教师引导学生留心观察身边花盆的形状，提出自己想设计怎样的花盆。

（2）教师演示“路径跟随”工具的使用方法。

（3）讨论设计草图。学生相互讨论，并在纸上绘制草图。

（4）三维建模，创意设计。在教师的指导下，学生运用Sketchup设计软件设计花盆。

（5）展示交流，创意表达。作品展示交流，要求学生介绍自己的作品，同桌之间、同学之间也可以相互欣赏，评价。

（6）打印实物。选出比较好的作品进行打印，让学生体验3D打印的过程，了解3D打印机的操作方式。

3D打印课程进入课堂的思考

毋庸置疑，3D打印技术对学校的教学发展起到了积的促进作用。3D打印激发了学生的想象力，将学生的创意变为现实，这是一种重要的学习体验。3D打印激发了学生DIY的兴趣，使学习更加生动。3D打印为学习活动开辟了新的空间，学生可以从设计、制作、展示参与等多维度融入学习过程中。同时，在整个实践学习活动过程中，都需要学习者的实践操作，从设计到打印，都需要他们参与完成，有效地激发了学生实践的积极性，提高了学生的学习热情，增强了学生的动手能力、参与能力、设计能力和思维能力。这是推动创新精神和创造能力发展的重要环节，对创新型人才的培养具有积极意义。当然，不管多么先进的技术，进入课堂必须坚持以学生发展为中心，重视学生的主体地位。

1. 对教师的要求

在课堂中应用3D 打印技术对教师和学生的信息素养要求较高，较强的动手能力和基本的工程素养是用好它的重要保证。这就需要教师既有使用设备的基本技能，更要有较高的创新意识和学习活动设计能力。因而，教师要从技术和教学设计等层面进行深层次的学习和提高。此外，教师的角色也需要转变，教师是学生学习的合作者、参与者和促进者。其教学重点除了传授知识经验，更要激励和鼓舞学生，让学生保有个性地愉快成长，享受学习。

2. 打破学科壁垒，整合学科资源

我们一直尝试沟通学科之间联系，进行各学科之间的整合。3D打印技术的出现打破了学科之间的壁垒，如何更好地进行资源整合？我们可以和不同学科的教师一起备课，比如数学、科学、信息技术，打破教学活动中以本学科知识为主的现状，结合各个学科相关的知识，通过3D打印技术进行有效的整合。

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如今网络变得非常开放，已成为获取信息的主要途径，电视机、广播和纸媒等传统媒体在其面前都黯然失色。任何只要被人们接触到的信息立刻会被高度传扬出去。

“解放者”是首支利用3D打印技术被广泛制作的手枪。该型号手枪仅需使用商业3D打印机便可制造完成。制造说明由网络卫士/无政府主义者制作，步骤非常详细，甚至涵盖了加入一片金属的步骤，以避免触犯美国的《不可探测武器法》（Undetectable Firearms Act of 1988）。无数个测试已经证实，在装配得当的情况下该武器可以发射至少一颗点38口径的子弹。

无须置疑3D打印机的能力，未来只要能用CAD软件画出的东西都可以用3D打印机制作。这种技术的潜力不可估计，同样破坏性的潜力几乎遍布了每个行业。从医学领域到制造业，在增强消费者制造能力的同时也必将颠覆许多正常的自然规律。

然而，去除获得致命武器过程中的阻力有可能会使这些功能性的手枪落在一些容易冲动的人手中。有多少次你已经达到了愤怒的状态？那种愤怒是你觉得什么对你而言都没有任何意义，你感觉几乎要开始杀戮了。当杀人的想法占据着内心，而你无法将自己的怒火平息在可控范围内时，你可能不应该拥有枪支。

在美国有许多关于严格控制枪支立法的讨论，现在集中在禁止有犯罪记录和精神疾病的人拥有枪支。但是应该如何对待那些平时很理性，但可能被愤怒逼得有杀人倾向的人呢？难道禁止获得即兴购买枪支的规定不是一个避免冲动想法伤害到其他人甚至引发恶性犯罪的有效途径吗？如果按一个按钮、组装几个零部件就能够将致命的激动情绪转化为实实在在的犯罪行为而引发更多的犯罪情绪呢？美国国务院似乎计划将制作“解放者”的链接从网络上移除。

在南非，3D打印已经被用于为小孩制作用于替换的手部。甚至美国国家航空航天局（NASA）也已经承认了它的潜力，并且计划制造一个零重力3D打印机，这部机器计划在明年的某个时间带入国际空间站。

伊恩·马尔科姆博士表示，这种技术尚处于萌芽阶段。信息自由的倡导者和枪支倡导者都主张保卫“解放者”设计图在网上的流通，这就像是一场有关互联网自由的战争，他们主张所有的信息不应该被审查，每个人都能够轻易获得。但是我们现在所讨论的不是关闭非法提供下载资料的网站服务器，而是在谈论生命和死亡。枪支只为一个理由存在—射击。

有些人指出可以用3D打印机的高价格来限制业余枪支贩卖者的数量，但是如果有利可图的话，多么高昂的价格也不再是障碍。高额的原材料成本和设备成本并没有阻止工厂的存在。仅仅是因为要拥有自由的权利就去支持制造致命的武器吗？我不确定，但就个人而言，我希望能够完善3D打印技术，将其应用于制造可替换的心脏瓣膜或是为发展中国家生产水净化设备，而不是用于杀人。

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3D打印技术是一种以数字模型为基础,运用粉末、金属、塑料等可粘合材料,通过逐层增加材料、快速成型的方式来构造物体的技术。它颠覆传统制造模式,实现了制造从等材、减材到增材的重大转变。区别于平面二维打印,实现了三个维度的堆砌作业程序,它的作业过程很像是一台浇灌机从操作台的底部,将打印材料一层层的喷涂起来，根据编辑好的程序，在X,Y,Z轴上将模型展现出来，这个过程的原理就像打印机喷墨一样，所以俗称3D打印技术。

（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）

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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 ）

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[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11

The Analysis of 3D Printing Technology in the Situation of Library Application

Ding Zhengqi， Zhao Xinpei

Abstract This paper discusses the application status of 3D printing technology in the library， analyzes its using limitations， such as 3D printing technology’s end use， cost， personnel， the protection of intellectual property rights， risk control， environmental protection， product quality， etc. It finally points out that whether 3D printing can innovate the traditional library service mode or not， long-term practice exploration is needed. And we can't jump to conclusions at present.

Keywords 3D printing technology. 3D modeling. Library. Limitations.

0 前言

如果你足够关注科技新闻的话，你会发现近两年来有许多关于3D打印产品的新闻出现在各种媒体，比如美国人打印出一把手枪、英国人自制3D子弹、中国人3D打印实用建筑等等，使得3D打印逐渐被普通大众所了解。甚至连美国总统奥巴马都在2013年的国情咨文中，直接提到了3D打印技术对美国制造业未来的重要性，进一步扩大了“3D打印”的影响，甚至被赋予了推动“第三次工业革命”的巨大意义[1]。3D打印技术在过去的几十年里，由于成本高，主要是大型科研机构和大型企业在开展3D打印的研究和应用业务，如今随着低成本3D打印机的市售，3D打印应用的范围越来越广，在图书馆中也得到了初步应用，但目前3D 打印技术还没有引起国内图书情报界的广泛关注，关于3D 打印技术在图书馆应用方面的研究文献也非常鲜见。

1 3D打印技术简介

3D打印诞生于上世纪80年代，在最近几年有了质的飞跃，打印各种产品的新闻层出不穷，逐渐被大众所熟悉。它是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状可粘合的各种材料，通过逐层打印的方式来构造物体。3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同材质的“打印材料”，通过电脑程序控制，把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的三维设计图纸变成了实物产品[2]。

2 3D打印技术在图书馆中的应用情况

2.1 国外应用情况

目前世界上有很多大学图书馆已经引进3D打印技术，如内华达里诺大学图书馆、达尔豪西大学图书馆、迈阿密大学图书馆和阿拉巴马大学图书馆等等。但3D打印技术起源于美国，世界上使用3D打印技术的图书馆也以美国为最多，因此以美国为例比较具有代表性。目前全美共有51所图书馆使用了3D打印机，地域分布上主要集中在美国的东部，尤其是东北部使用3D 打印机的图书馆分布密度最大[3]。这其中3D打印在阿拉巴马大学图书馆的应用是个比较典型的实践案例，阿拉巴马大学图书馆建立了3D打印工作室，并面向全校师生提供3D打印的特色服务。这个3D打印工作室实行开放式的管理模式，制定了标准作业程序（SOP）手册，作为图书馆工作人员和读者的培训指南，并针对用户设置了培训计划，在完成这一系列程序的过程中，图书馆根据用户参与度和软件掌握度加以评估，通过评估的用户才被允许通过网上时间预订系统预约打印时间。据阿拉巴马大学图书馆统计，约25%经过培训的用户都成功地打印了自己的3D物品[4]。另外多伦多公共图书馆使用3D打印技术的经验也值得关注，其3D打印工作室也实行开放式的管理模式，并为读者提供一个30分钟的免费证书课程，向读者介绍使用3D打印机的工作流程、操作规范以及安全守则，读者则必须先完成培训课程并取得资格后才能使用3D打印机。在危险控制方面还特别规定读者不能利用3D打印机打印违禁品，因此在打印前须先把三维文件交给指定馆员核查，通过危险控制核查后才能打印[5]。

2.2 国内应用情况

国内图书馆应用3D 打印机的时间相对晚了一些，2013年5月上海图书馆在国内图书馆界率先引入3D打印机并对读者开放，其后苏州图书馆少儿馆、上海交通大学图书馆、复旦大学图书馆、武汉大学新图书馆和郑州大学西亚斯国际学院新建图书馆也先后引进了3D打印机。目前国内只有这6所图书馆使用3D 打印机，从地域分布上看，多在经济发达地区。根据检索资料显示，6所图书馆的3D 打印机用于学习科研、科普展示和提供打印服务，并在应用中进行探索。上海图书馆3D打印服务面向大众，不收取读者的使用费，但读者需支付材料费并自带三维设计文件。复旦大学图书馆通过三维建模大赛活动来扩大影响，逐步推出3D打印培训和3D打印服务体验来普及3D打印知识。武汉大学图书馆建立了基于原创优先的3D打印预约制度，不足一个月师生预约数就已过百。上海交通大学图书馆开设了3D打印科普讲座，并在网上开展了上海交通大学图书馆3D打印服务需求调查问卷，在此基础上举办了3D打印设计大赛，此外还成立了图书馆3D打印兴趣小组。虽然国内图书馆应用3D打印技术的时间不长，在使用培训、制度管理和风险防范上与美国相比还有所差距，但积极通过各种活动来普及前沿科技知识，吸引读者对3D 打印技术的关注，并在这些过程中积极探索，积累经验。总体来说，由于采购经费、打印成本和技术人员等因素的限制，3D打印机在国内图书馆界应用还比较少见，但3D打印机在国内图书馆中逐渐推广开来，吸引广大读者的兴趣，无疑将有助于加速这一技术在国内的普及和发展。

2.3 整体情况分析

对比中美两国的应用情况，我们可以得到以下几个主要共同点：①由于3D打印机购置和使用成本较高以及专业技能要求，目前使用3D打印的图书馆多在经济发达的地区，在地域分布上差距较大。②3D打印机目前在图书馆使用的主要功能是为了科研、科普以及为读者提供3D打印服务，在深层次应用上没有非常成功的实践案例。③很少有图书馆对外提供三维设计服务，大多数图书馆的读者用户需自行设计三维建模对象。

可见3D打印在图书馆中的应用，在国内外都还处在探索阶段，还没有明确图书馆使用3D打印的最主要功用是什么。目前的功用仅包括提供3D打印服务、科普产品展示和科研教学，虽然延伸了图书馆的服务范围，但并未有更深层次的应用。试想若等到3D打印机广泛普及时，那时图书馆使用3D打印机还能用来做什么，这个问题值得深思。

3 目前3D打印技术在图书馆应用的局限性分析

3D打印在国内外图书馆投入使用已有一段时间，但毕竟还处在起步阶段，一定程度上延伸了图书馆的服务范围，在图书馆主要业务深层次应用上，目前还没有非常成功的案例可以借鉴和研究，但在这一过程中已有一些问题引起了人们的关注和思考，下面列举一些必须克服并值得深入探讨的问题。

3.1 图书馆应用3D 打印技术的最终用途

目前很多图书馆引进3D打印技术的积极性都很高，但不妨冷静下来思考，图书馆引进3D打印技术最终用来做什么？每一个行业引进一项科学技术都有一个最主要的目的，图书馆引进3D打印拓展了图书馆的传统服务范围，是图书馆的服务创新，但能否彻底革新图书馆的传统模式，目前在国内外图书馆界都还存在很大的疑问。从长久来看，如果图书馆3D打印对象一直是三维非书物品的话，那么未来图书馆利用3D打印的功能无异于街边的打印店，因为这些功能，未来在普通的3D打印店都能实现，也就不可能革新图书馆的服务模式。考虑到目前由于材料的限制、高昂的价格、打印的费时，大批量打印三维电子图书听起来似乎还是遥不可及的事情。相反，如果随着材料科学的进步，不久的将来可能会研发出适合图书打印的可回收循环使用的材料，打印成本大幅下降，三维建模技术进一步大众化（易于掌握使用，就像现在某些PS工具），再加上比纸质耐磨损的优点，3D打印出来的图书比纸质图书更有优势，因此打印三维电子图书也极有可能会成为未来图书馆3D打印的主流业务，那时图书馆有可能只是少量采购特定的纸质图书，其余则大量采购出版社建模好的三维电子图书自行打印，这就存在革新图书馆服务模式的可能性。在这里不是探讨数字化时代纸质图书是否消亡的问题，只是提出未来图书馆图书采购使用三维电子图书打印这一可能性，当然如若不久的将来能实现这一可能，必将对纸质图书带来新一轮冲击。

3.2 3D打印的成本问题

目前使用3D打印技术的图书馆对外都是采取免费使用，只收取材料成本费的服务模式，如果加上3D打印机的机械损耗和人工成本的话，使用成本就相当高了。高昂的使用价格也使得很多人对图书馆大规模使用3D打印的前景并不看好，但笔者对此有不同看法。就目前来说，3D打印确实存在原材料少、成本高、打印耗时长等问题，还不能广泛普及。要在图书馆大规模应用3D打印技术，适合打印图书的材料问题就是一大障碍，还需要很长的一段路要走。具体说来，首先3D打印机本身就价格不菲，再加上耗材研发难度大，3D打印耗材的成本很高，其次打印耗时长效率低，再者打印精度低，产品效果不能令人十分满意。但只要能不断降低3D打印机的价格并找到合适的耗材解决方案，3D打印技术在图书馆大规模应用也并不是遥不可期的事情。正如1977年Ken Olsen担任数字设备公司（这是一家当时世界排名第二的计算机供应商，仅次于IBM）总裁，当被问及为什么公司没有大举进入个人电脑市场时，他说：“没有任何原因促使用户在家里摆放一台计算机。”历史证明事实恰恰相反，而数字设备公司现今也已不复存在[6]。

3.3 专业技术人才紧缺的问题

对3D打印整个行业来说，专业技术人才急缺，与传统的办公软件相比，数字建模软件在技术方面对于普通人来说还有较高的门槛，并不是非常易用，不能很快上手，需要专业培训和进行大量实践。当前图书馆应用3D打印机还不能达到自动设计和打印的水平，读者打印也不可能个个都能自行设计建模对象，更多的可能还是需要相关馆员的协助，因此图书馆应用3D打印最重要的工作还是在于三维建模设计，这就需要大量的时间并要求馆员有三维建模专业技能，才能克服三维建模设计的技术难题。考虑到现实因素，这样的专业技能人才在图书馆内现在还是极其稀少的，对专业技能人才的培养成为迫切的任务，这也是当下图书馆是否尽快引进3D打印技术最重要的考量因素之一。

3.4 知识产权保护问题

历史证明很多科学技术的出现都是一把双刃剑，随着3D打印技术的快速发展，其可能引发的知识产权保护的风险也逐渐引起人们广泛的关注，3D打印技术在改变了资本和工作分配模式的同时，也挑战了现有知识产权保护的规则[7]。3D打印使制造业的成功不再取决于生产规模，而是取决于创意，但是模仿者也能快速地推出山寨产品。因为物品用数字文件来描述，就变得很容易复制和传播，所以盗版会变得更加容易，再者对3D创意设计盗版的界定本身也是一个难题，随着开源软件和非商业模式的进一步发展，三维打印技术在知识产权领域引起的纠纷估计会更加纷繁。因此急需制定关于3D打印的法规来保护知识产权，图书馆也应尽力在3D打印技术应用过程中普及相关的法律知识，提高读者对知识版权保护的法律意识。

3.5 效率低批量打印困难

现阶段3D打印主要是迎合个性化的需求，还不适合大规模批量生产制造，3D打印作为生产方式来广泛地取代传统生产模式，短时间内还有很大难度。目前3D技术的应用多局限于高度专门化的需求市场，现阶段大多数3D打印应用只是单件产品，其成本和实用性往往被忽视。具体到图书馆而言，若要在图书馆大批量地打印图书，由于每本书的页数都不在少数，考虑到目前3D打印机打印耗时长效率低下，大批量打印的困难程度可想而知，解决规模化应用这一难题，还需要依靠3D打印机和打印材料的进一步的发展。

3.6 危险控制、环保及产品质量引起关注

3D手枪和3D子弹的打印成功，引发了外界对3D打印安全控制的担忧。全球首支3D打印手枪的制作者科迪?威尔森（Cody Wilson）提供的3D打印手枪图纸在网上被下载超过10万次，以至于美国政府紧急发出禁令，要求科迪?威尔森关闭枪支的设计图纸下载。显然如何控制3D打印技术不被用来制造危险品和色情品，是图书馆应用3D打印技术后不可回避的问题。单就环保健康方面来说，3D打印过程产生的PM2.5颗粒对身体健康的影响，已经引起了人们的普遍担忧。就象目前广泛使用的打印机一样，3D打印机在打印过程中也会逸出有毒粉尘，对读者的身体健康造成威胁（如上海青浦利用3D打印的建筑，原材料玻璃纤维会影响呼吸系统），而这种PM2.5粉尘的逸出是3D 打印过程中无法解决的。此外，3D打印出来的产品精度低，质量也让人担忧，如3D打印的枪支在成功发射子弹之后却枪支破裂，3D打印的照片一摔就碎，可以想象稍微有点地面沉降，住在3D打印的建筑里面恐怕也会心惊胆战。因此图书馆在应用3D打印时，应对读者的身体健康进行保护并建立安全监督措施，对读者的打印文件予以检查和监督，确保3D打印不被用来制造违禁物品，在打印过程中应尽量减少读者在打印现场的时间。

3.7 是否收费及税务问题

现在图书馆的基本服务模式是从版权提供商处采购纸质和数字资源的使用权，然后免费提供给读者使用。未来随着3D打印在图书馆的广泛普及，图书馆服务模式必然会有所改变，扮演的角色也极有可能会转变，图书馆有机会从服务提供者变成图书等商品的实际生产者。在获得版权许可后，根据读者需求，图书馆就可以利用3D打印技术生产出来。而这一过程又牵涉到是否对读者收取相应的费用和税务问题，目前大多数图书馆提供的3D打印服务，都是只收取材料成本费，未收取其他的附加费用。过去税务局和海关对交易征税都是基于商品的价值[8]，但在3D打印广泛普及后，物品经过三维建模，通过3D打印机和耗材就可打印出所需的物品，出售和购买行为有很大可能会脱离国家税务的监管，即使收税，对3D打印产品的价值如何认定，这也迫切要求相关立法部门针对3D打印生产和销售展开相应的立法和监督工作。

篇12

[关键词]3D打印技术；应用；发展前景

中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0139-01

引言

众所周知，第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机的发明和电气化的使用为标志，以其强大的生产力解放为基础，深刻地改变了西方资本主义国家甚至整个世界的面貌，有力地推动了世界现代化的历史进程。显而易见，科学技术是第一生产力，更是当今世界格局下各国综合国力比较的核心指标之一，可以说，最新最前沿的科学技术的掌握和最早应用推广，将是未来国家间竞争的重要体现和地位分水岭。那么，当下最值得关心注目的科学技术是什么呢？毫无争议，3D打印技术将占一重要席位且有愈演愈烈之势。

一、3D打印技术概况

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，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。3D 打印（3Dprinting）是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是：应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D 打印机”），用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。

作为一种综合性应用技术，3D打印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。

二、3D打印技术的应用

3D打印技术可以打印假肢、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用模具，把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。其次实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。

这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。

事实上，3D打印技术要成为主流的生产制造技术还尚需时日。如果是做钻头这种高硬度的产品，3D打印明显力不从心。这个不是改进技术就能够解决的，因为快速成型技术本身存在本质性缺陷和局限性。

三、3D打印技术的发展前景

3D打印业务在国外的发展势头十分迅猛。前瞻产业研究院的《2014-2018年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》显示，2009年全球3D打印市场规模为10.69亿美元，此后三年保持在20%以上的速度增长，至2012年市场规模达到22.04亿美元。2013年全球3D产业的发展更是突飞猛进，增速达到81.49%，市场规模达40亿美元。其中，美国、日本、德国占据了3D打印市场的主导，尤其是美国占据了全球近40%的比重。

国内3D打印技术起步晚。但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温。据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元。但是与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业仍处于起步阶段，国内3D打印应用仍主要停留在科研阶段，并未实现在工业及个人消费领域大规模推广。

对于正处于培育推广阶段的中国3D产业而言，政府的重视与政策扶持显得尤为重要。目前国内已有多省市成立了地方3D打印产业联盟，并在相关政策中提及要重点发展3D产业。教育部也正在制订方案，让3D打印机走进学校。

但是3D打印产业一直以来都缺乏全国性的产业宏观规划和引导，没有一个方向性的指引。此次《国家增材制造发展推进计划（2014-2020年）》的出台与落实，进一步明确了产业的发展方向，并在政策上给予更多的支持，将成为推动3D打印产业发展重要力量，进一步引爆中国的3D打印市场。

按照中国3D打印技术产业联盟的预测，2014年中国的3D打印产值有望达到40亿元到50亿元的规模，至2016年时将扩大到100亿元人民币，达到2012年（10亿元人民币）的10倍，从而使中国超越美国成为全球最大的3D打印市场。

四、 结束语

3D打印技术如今被各国所认可，并不断有业内人士、学者评论“3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。”面对新的生产方式的变革和发达国家再工业化战略，我国应该高度重视3D打印这一新技术可能带来的制造业革命，深入分析全球3D打印技术的市场发展趋势，研究建立3D打印的基础理论和技术体系，加大人才培养、市场培育和应用推广力度，制定符合中国国情的3D打印产业中长期发展战略规划。同时，加快3D打印的试点示范，选择诸如高端汽车零部件、医疗器械等重点行业领域进行推广应用，积极探索和积累3D打印的市场运营和行业管理经验，积极有效地应对3D打印技术并使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。

参考文献

[1] 刘厚才，莫健华，刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用[J].机械科学与技术，2008，（9）.

[2] 刘欣灵，《3D打印机及其工作原理》，《网络与信息》，2012年8月版.

[3] 潘巍，《3D打印机：进入主流指日可待》，《微电脑世界》，2012年12月版.

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1建筑设计领域

以前建筑样品的制作方法，现在没有办法使高水平设计内容的需要得到满足。现在许许多多的设计主体的大型场馆以及设施都运用了3D打印的技术，设计建筑初期的模型，准确形象的展示建筑效果以及有关的测量，3D打印技术的设计所不能相比的真实感以及散发出的优点是所有设计人员都认可的。在建造的行业，设计师们以及工程师逐渐的都在应用3D打印机来制作建造的外形，运用3D技术能够降低费用、保护环境、逼真的效果，同时还可以节约时间。对于设计人员的需要相当的符合，能够降低建筑所应用的材料以及设计所需的时间。

2机械制造领域

因为3D打印技术本身的设计优势，使得3D技术在机械制作行业内，能够得到全面的运用，大部分的都用在制作小需求量、单间金属器件的制作。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用3D打印技术直接进行成型，成本低，周期短。3D打印以“每层的叠加”为加工方式。高水准的商品的产生，一定对打印器械的稳定程度、准确性有有超高的需求。

3模具制造领域

例如玩具制作等传统的模具制造领域，往往模具生产时间长，成本高。把以前的模具制作水平以及3D打印水平有机的联系在一起，能够大大的减少模具制作的开发时间，生产率已能够有效的提升，是改善制作薄弱问题以及模型的设计的有效合理的方法。3D打印水平在模具制作领域的运用能够分成间接制模以及直接制模两个类型，直接制作模型主要指运用3D打印水平直接堆积制作出模型，间接制造模型是先做出成型较高的器件，再复制器件就能够生产出要用的模型。

4医学领域

在医学方面的运用几十年以来，人们对3D打印的水平在医学方面的运用有着较多的探究。把医学视频资料当作基本，把人体感官模具用3D打印技术来制作形成，它有着极大的价值对于医生的外科手术的进行。从2010年美国成功打印活体器官开始，似乎直接打印人体也并不是不可能，它更类似于克隆技术，他打印出来的活体器官不会与患者排斥。他还可以打印骨骼、牙齿等。我们能够预想在以后的3D打印机的发展经历中，一个展新的人体引进意义将会引进到医疗方面上，让更多的患者看到希望。

5航天技术领域

在航空航天方面上，风洞实验是航天飞机不可缺少的主要条件。这个实验中所需的模型有着很高的精度要求、还有着非常复杂的外形，运用3D打印的科技，参照CAD模具，用3D打印机直接打印输出，可以保障模具的形状以及质量。

二、3D打印技术设计的未来

未来的3D打印我们可以做什么？可能我们居住的屋子不在需要人类的建设，直接用3D打印机进行打印输出，我们再也不会被食物的缺少而舒服着，想喝什么自己打印就可以了；生活用的日常用品不用出门购买，想要什么随手打印，我们就可以得到了，3D打印技术能够给我们提供许多的方便。

1制定数字化制造规划，促进3D产业优先发展

建议把3D打印技术的设计定位在产品设计、建筑设计、机械制造、模具制作、医学方面、航天技术方面及创新设计的研究。在金融税务制度上，生产、投资、开发、运用3D打印技术被企业的发展所提倡，企业倡导运用3D技术。

2构建行业协会、产业的有机结合，3D产业技术的逐渐运用

主动的指引3D打印技术的供应商、相关材料、工业产品的设计以及3D打印机探究的主体以及部门、3D打印技术通过供应商构建产业联合。拓展3D打印技术水平应用的市场平台的构建，其中包含3D打印数据保密、保护产权体系，产业也能够稳定发展。

3加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平

专门基金的建立，主要是拓展软件调控、材料技术水平、数字化的技术水平、打印设备等主要技术水平的研究。在探究过程中，要重视公正、公平的探究成绩评估系统的构建，倡导各研究机构的不一样的探究水平以及方法。提升支持3D打印技术的后备力量，尤其是对履行商品化的公司在社会宣传、市场销售上提供相应的国家政策制度。

三、结语

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关键词：3D打印；教育应用；模式构建

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）34-8315-02

3D打印技术发展了短短数年，在国内外已经取得了长足的发展，不过在3D打印教学当中却和其发展势头不匹配。该文在研究3D打印技术原理的基础上，详细的了解了3D打印技术对于教育的意义，同时构建了基于3D打印技术的教学应用模式，争取为更深层次了解3D打印技术在教学中的应用给出具有较高价值的参考。到目前为止，3D打印技术已经被认为是即将到来的第三次工业革命的推动性技术之一，已经得到了全球多家研究机构和知名公司的认可。该文详细介绍了 3D打印技术的诸多优势，例如数字制造、降维制造、堆积制造、直接制造和快速制造等优点，随后具体提出了光固化成形、材料喷射、粘结剂喷射、熔融沉积制造、选择性激光烧结、片层压和定向能量沉积这七类 3D打印工艺。对这七类3D打印技术的世界商业化情形以及应用的领域进行了详细的介绍，随后根据目前的3D打印技术的现状对其的发展的明天做了详细的展望。最后得出的结论：3D打印技术是一项革命性的新技术，可能会引发第三次工业革命，其必将深刻的改变传统行业，我们有理由相信，短期内必将促进行业更好的走高科技发展之路。

1 3D打印技术与3D打印机

3D打印技术和我们熟知的3D印刷虽然看着只差一个字，给人的感觉好像差不多，但实质上却差之千里。3D印刷仅仅是将一章图片划分为角度相异的红、蓝两张图片，随之把上述的两张图片根据特定的视差距离套印在一起，然后采取带有滤光效果的眼镜来看出3D的视觉效果，也可以把图片按照一定的方式处理之后，不经过加工印刷在与传统认识不同的光栅板的上面，采取这样的方式就可以有3D视觉效果的一种特殊的印刷手段。相比而言，3D打印技术则是指选择三维喷墨打印的技术，利用分层加工和叠加成形互相融合的思路，每一层都进行打印来强化材料来得到3D的实体，它的工作原理能够分成两个大类：

1.1 基于三维打印技术的3D打印机

采用先进的三维打印技术的3D打印机首先会从储备原料的地方向外部提供一小部分的原材料粉末，这部分原材料在加工的时候被加工成非常薄的一层，随后打印头会在需要加工的目标的部分推送一种不常见的黏合药品。在这个时候，上述的原材料粉末遇到黏合剂会发生急速聚集并牢固地站在一起，相比之下未能遇到黏合剂的粉末就会跟之前的粉末状态一致。上述的加工工序在每一层循环，每一层的加工完毕后，加工平台就会自动下降一点，加工的时间和精度以及形状是由切片完全确定的，直到打印出真实的物体。在整个工序都完成之后仅仅需要清除残留的外层粉末就可以轻易得到之前想要得到的立体的物体。

1.2 基于熔融沉积制造技术的3D打印机

基于熔融沉积制造技术的3D打印机的工作原理是先在3D打印机的控制软件中导入由CAD生成的实物数据，经处理生成支撑材料和热喷头的运动路径。下一步就是热喷头会在电脑的精确控制下按照三维物体的截面轮廓的参数在平面上做事先规划好的特殊的运动，同时热塑性丝状材料由供丝机构送至热喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态后挤压出，并喷涂在相应的工作平台上。喷涂热塑性材料快速冷却后在平台上形成一层厚度约0.1 mm的轮廓薄片，形成了一个3D打印截面。将这个作业过程不断循环，承载工作台高度随之不断降低，利用这样的办法来得到需要的物体。

2 3D打印技术的应用需求

和我们熟知的机械加工技术有着很大的差别，3D打印技术的精髓是一层层的类似于打印一张张纸最后叠加而成的三维物体， 每一层的增加原料来得到三维物体的高新技术，又被全球多位专家叫做高速成型技术，也叫做增材制造技术（AM， Additive Manufacturing）。3D打印技术可以在级大地强化制作效率以及设备精密的程度，且在欧美等发达国家已经得到了更好的发展， 3D打印技术已经初步形成了规模，可以打印的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料甚至都可打印出人体的各种形状的器官，或者用钢铁镍钛等金属也可以打印飞机零件等； 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。到现在为止， 3D打印技术已经为国内外诸多的领域做出了突出的贡献，为技术创新提供了良好的平台。

到现在为止3D打印技术已经能够成功地打印很多类型的材料，已经能够逐步地应用到全球各行各业当中，可以说应用3D打印的领域数不胜数。若仅仅考虑到客户得应用目的，需要使用的材料也不尽相同。3D打印机以其优异的特性，在市场上有着不可替代的位置，且该技术开发时间不长，可以有很大的潜力等待全球的科研技术工作者们进行开发。

2.1 工业应用

著名的“空气单车”是位于美丽的布里斯托尔的著名公司选择的3D打印机，利用3D打印技术制造出了全球首辆打印自行车。这辆特殊的自行车使用的材料其硬度和韧性都可以跟普通自行车的材料相媲美，但是它却是一种特殊的尼龙材料，密度要远远小于金属材料。更有趣的是，“空气单车”无论是车轮、链条还是轴承都是一次打印出来的，无需原来先制造零件再将零件组装在一起的总装流程，打印结束后，自行车就能够活动自如。这台自行车的制造工艺就跟日常打印书本一样容易，同时，3D打印机以其优异的自身优势，可以打印出空间不相连的三维立体的物体。

2.2 3D打印技术在教育中的作用

3D打印技术发展到现在，已经取得了令人瞩目的进步，在众多的领域内都取得了辉煌的成绩。对于教育行业，它的价值就在于它可以得到对事物更直观更理性的研究机会，而恰恰是这种机会在以前可以说是一个不可能完成的任务。对于 3D 打印技术可以轻易地打印三维立体的物体这种神奇的特性来说，对其的研究为学习活动的开展提供了新的可能。下面分别从教师和学习者视角分析 3D 打印技术在教育的角色中扮演助推器角色。教师在教学过程中利用 3D 打印制作的教学用具，可以扩展学习者的感觉和知觉增强触觉体验，弥补常态课堂直接经验不足的劣势。同时，教师也将隐性知识和认知结构显性化，使学习资料由抽象化转变成为具体化，具体化转变成为形象化，视觉复杂化转变成为认知简单化。这一就能够强化学生的思路使之更加清晰，强化学生的逻辑思维以及理解能力，从而从根本上实现了教师教学改革，也使得学生的学习效率成倍提升。

2.3 医学应用

对于医学方面，选择3D打印技术将双光子聚合物以及生物功能材料组合生成的成毛细血管，在有着极佳的的弹性以及人体相容性意外，也可以在替换坏死的血管方面有着比较大的应用潜力。3D打印也可以和人造器官相结合，可以在药物研发中减少动物的必要死亡，对生态环境也有着巨大的积极作用。

2.4 日常生活应用

“3D食物打印机”是由美国纽约康奈尔大学开发的专门用于制造食物的设备。这部“3D食物打印机”选择了一种工作模式，这种模式与我们平常打印机的工作原理有异曲同工之妙，将原材料和配料放入容器内（与打印机的墨盒相似）中，一旦选择了所需的食谱，利用其自带的的CAD软件就可以将美食“3D打印”出来。从这个方面来说，这种革命性的烹饪方式代表着他们能够创作之前从来不曾想象的菜，菜品的数量也将爆炸式增长。使用“3D食物打印机”来打印食物，能够最大程度地减少从原材料一直到成品之间的步骤，从而降低了一系列的成本。

3 3D打印技术的发展趋势

随着3D打印技术从无到有从弱到强，其做大做强之后成本的快速下降已经导致了3D打印技术已经真正的走进了市场，蓬勃发展，速度惊人，已经成为全社会共同关心的全新领域。应用3D打印技术打印的模型、医疗骨骼甚至是装饰用品等的应用，都在非常大的范围内上唤起了社会的关注。

在我国首个研发3D打印的学者是华中科技大学快速制造中心主任史玉升预计，在他的眼中，在即将到来的10年内，只需要在电脑上点击打印，先进的3D打印机就能一步步地制造出我们需要的模型。目前部分铸造企业已经着手开发选择性激光烧结3D打印机的事情，希望把复杂铸件的生产周期缩短两个半月，效率提高89%。图1为3D打印出的装饰品。

社会每天都在发展， 3D打印技术多年来持续有新的突破，其制造的速度越来越快、尺寸在也越来越大，质量也越来越好。在过去，一个零件往往需要几百甚至上千个图纸来对其描述，而应用了3D打印技术，一张图就可以精确描述一个零件。因此，3D打印技术，可以从根本上改变制造业的发展和设计人员的思维。

4 结论

3D打印技术是一种新兴的高科技技术， 由其独特的运作模式和巨大的作用，教育领域将是未来 3D 打印技术的下一个的重要市场。该文通过分析3D打印原理和3D打印技术在教育中的作用构建了基于3D 打印技术的教学应用模式，这样可以为后续实际应用和深入的研究打下良好的铺垫。尽管 3D 打印技术在教育领域具有广阔的发展前景，但是目前其在教育机构的推广和普及仍面临着巨大挑战。例如：3D 打印机仍然不是一个经济的选择，可制作原材料稀少，制作成本居高不下等。这也将成为全球学者们未来的重点研究的课题和方向。我们有理由相信，3D打印技术一定会淘汰传统生产线，生产效率高出几十倍，与此同时所需原材料用量只占传统所需的几分之一。

参考文献：

[1] 杰里米・里夫金.第三次工业革命[M].张体伟，孙豫宁，译.北京： 中信出版社，2012.

[2] 刘燕华，王文涛.第三次工业革命与可持续发展[J].中国人口资源与环境，2013，23（4）：3-7.