3d打印技术与运用精选(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打印技术与运用，期待它们能激发您的灵感。

篇1

【关键词】3d打印;高中地理;地理教具;地理模型;三维数据

3D打印即快速成型技术的一种，是一种基于数字模型文件，运用可黏合的塑料或粉末状金属等材料，通过3D成型设备，以材料叠加的方式生成的实物模型。也就是说，3D打印机是能够打印出真实物体的一种设备。因而，3D打印技术在地理教学中将发挥非常重要的作用。

一、打印3D地形图

3D打印应用于地理教学的关键之处，在于对地理模型三维数据的设计。要打印出精准的地理模型，先要建设完善的地理模型数据库。目前，获得三维地理数据的主要途径有三种，一是对实物进行三维扫描;二是运用MAX等三维软件设计地理模型;三是直接从卫星提供的3D影像数据库中导出三维DEM（数字高程模型图），或运用GIS软件导入3D打印机兼容的文件，直接打印模型，如果是大范围的地理结构图，可采取分段分块的方式，将地理模型逐块打印，再拼接到一起。

二、制作地理教具

目前，地理教学常用的工具和仪器由专门的教学设备制作工厂制作发行。传统地理教学模型制作过程中，多采用手工制作、模型加工或铸模方法，其生产速度均很缓慢，成本较高昂，多媒体课件中展示的教学内容也无法使学生直接接触和观察三维实体。3D打印地形图仅需几小时即可输出高质量的地理模型，如平原、城区和山地等，成本低廉。教师可通过有形的三维格式展示教科书中提取的二维信息，并可设计个性化的教学模型以适应教学内容的变化。

3D打印无须经过机械加工或模具生产过程，就可从计算机图形数据中生成任意形状的物体，因此可广泛使用于地理教学模具的制作。教师可根据课程需要，自己设计、打印教具。如制作增强型的立体教具、学具，制作等高线判读模型、褶皱与断层模型、火山模型、喀斯特地貌模型、海底地形模型等。

可视化教具对提高地理教学效率有显著促进作用。传统教学场景下，教师多使用语言、图片和视频描述教学内容，较少配备或无法定制形象直观的立体教具，多数教师也都缺乏制作或设计教具的工具和能力。3D打印技术可提供更多的创造空间，教师可自行制作某些教具并在课堂上展示，学生也可观察、触摸和组装这些教具，这种方式显然要比传统的教学效果更好。另外，将3D打印技术应用于教学时，只要共享所设计的文件，这些模型就可以在教师甚至是学生之间分享，充分发挥其作用。

如在学习高中地理（人教版・必修1）第四章“地表形态的塑造”这一内容时，由于学生的生活经验有限，其对许多地形地貌都不了解，简单依靠图片无法形成完整的认知。这时教师就可以利用3D打印技术，快速打印出上课所需地形地貌的微缩模型，如冰川、角峰、冰斗等。

又如，在学习背斜和向斜相关知识时，许多学生对于背斜岩层“中间老，两翼新”、向斜岩层“中间新，两翼老”理解不透彻。教师可利用3D打印机打印出背斜、向斜地形的纵剖面模型，并在剖面上刻出相间的槽痕，规定不同颜色代表不同地质年代的岩层，让学生根据岩层新老给剖面上的槽痕上色。由于3D打印机可快速成型，模型材料成本低，教师可打印出较多模型分发给学生。

再如，山地地形类型多样，包括山谷、山脊、山麓、冲积扇等。这几种地貌分布在山地的不同地段，各自特点和形成原因也不尽相同，学生容易混淆。采用3D打印技术打印出山地地形的模型，可帮助学生更近距离地直观认识这几种地貌。

由于安全、时间等因素的限制，有些课外实践活动学生无法实地进行，这时教师就可运用3D打印技术将原定实践目的地打印出来，让学生更直观地感受并参与到活动中。三维立体实物相对于二维图片或视频而言，更具吸引力，也更能激发学生探索的兴趣。

教师还可以带领学生开展“3D打印三维校园地图”“设计家园别墅”等活动，能大大激发学生设计的兴趣;3D打印将学生的构思转变为真实的立体彩色模型，把抽象的概念和设计带入现实生活中，使学习活动更为生动，能有效激发学生实践的积极性，提高学习热情。这个过程需要学生的实践操作，从设计到打印都由学生自主参与完成，有利于促进其操作能力、观察能力和制作能力的发展，进而全面提高动手能力和参与能力。在实践学习活动过程中，学生的动手能力、设计能力和创新能力等得到全面发展和提高，这是推动学生创新精神和创造能力发展的重要环节，对培养创新型人才具有积极意义。

三、为教师教学效果及学生学习效果提供实时互评的依据

例如，在学生学习“中国黄土高原水土流失的治理”一课后，教师可让学生设计水土流失的治理方案，并运用3D打印技术将设计成果打印出来，进行交流，教师评价后提出改进建议。通过这种方式检测教师教学效果和学生学习效果，并改进教学方式。又如，通过让学生联系课堂知识，设计并动手打印“黄土高原特征”三维模型，可将抽象的知识变成有趣的动手实践，帮助学生更好地掌握复杂抽象的知识。

目前，3D打印在我国地理教学中少有应用，原因主要涉及设备造价较高，成型件多为树脂类，刚度、强度、耐热性有限;数字模型预处理软件与驱动软件运算量大，软件系统操作复杂，入门困难等诸多限制性条件，但笔者相信，随着3D打印技术的不断发展，必将给高中地理教学带来全新的面貌。

【参考文献】

[1]刘步青.3D打印技术的内在风险与政策法律规范[J].科学经济社会，2013（02）

[2]杨阳.P3D数字模型课堂互动的创新教学模式[J].中国教育信息化，2013（04）

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关键词：3D打印；动画模块；骨骼；产品开发；销售

3D打印技术是基于材料堆积法的一种新型技术，此项技术已迅速传遍全球，将成为全新的产业革命。3D打印技术发展迅猛，方便，快捷，此技术在很多制作中有着十分重要的作用。然而定格动画的制作流程是十分复杂的，它的动作和形态需要动画师逐帧摆动，并对其逐帧拍摄，再将图片进行抠像等后期处理，最后将拍摄的图片连起来，就形成了定格动画。所以使用3D打印技术在一定程度上可以简化定格动画的制作流程。

一、3D打印的概念

3D打印（3D printing）技术又称三维打印技术，是一种以电脑数字数据模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材质的材料，通过逐层打印的方式来构建出物体的技术。它无需机器进行加工，也不需要任何形式的模具，就能直接从电脑图形数据中生成任何你想要的形状的物体，从而大大缩短产品的研发制作周期，提高了商品生产率并且有效的降低生产成本。台灯、生物器官、首饰奢侈品、根据篮球运动员的脚型定制的篮球鞋、汽车零件、运动器械以及为个人量身定制的电脑、吉他等都可以用该技术制造出来。

3D打印技术的一个很大的魅力就在于它根本不需要专门去开设一间很大规模的工厂，在工厂中进行操作，仅仅需要一个很小的，可以随便放在桌子上面的打印机就可以实现你想要任何形状的物体。而机器零件、轿车底盘和车身、现代战争武器甚至飞机、坦克零件等更大的物品，便需要更大的3D打印机来打印，且需要更大的放置空间。现如今，这项技术已经可以在很多领域得到了广泛的应用，人们用它来制造衣服鞋子、玩具、现代战争武器、艺术作品、仿生人体器官、装饰品、电器、汽车零件等众多物品。所以，我相信我们完全可以在动画模块成型的开发与销售中巧妙的使用3D打印技术。

二、3D打印定格动画偶角色骨骼的实验性与可行性

在现有的定格动画骨骼制作模块中，几乎都是创作者用铝丝、塑钢泥等材料徒手制作出来，过程复杂，费时费力。即使在淘宝等购物平台购买买到的偶动画骨骼，但是模块比例造型固定、单一，不能很好的为创作者提供帮助。因此，运用3D打印技术来打印动画模型的骨骼就显得尤为必要。我们可以根据客户提供的资料，为其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精准度完全符合客户需要的骨骼模块。3D打印制作定格动画偶动画的技术，操作简单、方便快捷、经济实惠、具有先进的技术潜力。3D打印偶动画骨骼技术不仅是改变了制作定格动画的方式，同时优化了制作的工艺，从骨骼的制作成型上产生了巨大变化。使得3D打印技术推动定格动画朝着高科技英语的方向发展。

3D打印偶动画骨骼，制作步骤具体如下：

（一）运用3D扫描和3D打印技术制作骨骼的基础三维模型

在偶动画骨骼模型制作阶段，应根据定格动画中对偶的设计不同，进行不同的设计与制作。首先，可以借助三维软件如：3Dmax或Maya，来制作偶角色的局部关节。

其次，根据剧本对偶角色的动作设计，来确定偶骨骼球形关节的位置与形态。

再次，根据定位，在三维软件中完成对偶角色骨骼进行最终的关节制作。

（二）运用3D打印机对设计的偶动画骨骼进行生成

通过，三维软件完成对偶角色骨骼关节的制作，然后经过模型的细节处理。将模型的三维文件，通过另存为的方式，存储为3D打印机所需要的文件格式，进行3D打印生成。

（三）配合打磨工具，进行关节骨骼的光滑处理

3D打印生成的骨骼，由于打印过程中的凹凸痕迹，不能正常使用，因此需要光滑处理。

光滑处理的方式，一般是借助打磨工具、砂纸、锉刀等工具。光滑处理的过程，是一个复杂的过程，根据骨骼的结构不同，运用不同的工具进行细节处理。

（四）进行手工组装，完成偶骨骼的最终成型

光滑处理后的角色骨骼，就可以进行组装成型。组装的过程，要注意球形关节的结构原理，不能生硬组装，以免对3D打印骨骼造成损伤。

3D打印偶动画骨骼技术经过四个重要的制作环节，完成了从三维虚拟到3D打印的完整过程。运用3D打印技术来打印动画模型，我们可以根据客户提供的资料，为其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精准度完全符合客户需要的骨骼模块。

三、3D打印定格动画偶角色骨骼的宣传与销售

3D打印偶动画骨骼技术，生产组装出偶动画角色骨骼后，接下来就要进行市场宣传和推广。在宣传推广方面，应该对不同的阶段采取不同方式。

首先，让大众了解什么是3D打印技术，做相关介绍3D打印动画模块成型的宣传海报，并且不同阶段逐步深入，主体鲜明。结合功能，给其他的动画模型制作人员宣传用3D打印技术打印动画模型的流程与优势。

其次，结合活动，展示实物。打印出动画骨骼模型到动画公司宣传，并向潜在客户耐心解释、讲解3D打印技术与优势，先后对比，把传统制作动画骨骼模型的时间、流程、精度、准确度与运用3D打印技术打印出的模型进行对比。

再次，结合宣传媒体，优先宣传网络媒体，包括手机新浪网、腾讯网、中国3D打印网、太平洋3D打印网、世界3D打印技术产业联盟官方网站、纳金网等各大门户网站和其他与宣传有关的网站。

在产品的销售方面，我们已经查阅淘宝、易趣、京东等各大网络购物平台，均没有使用3D打印技术制作出的动画模块。所以，我们可以先从最为人们熟知的淘宝入手，并加大宣传力度，在网络广告，打开市场，提升大众对3D打印技术的认知度，并对3D打印动画模型有一定认识，以达到最初预期的宣传效果。

四、结语

3D打印技术被称为第三次工业革命，如今的3D打印技术已经在往越来越成熟上发展，人们将3D打印技术运用到动画模型模块成型制作中去的呼声也越来越高，不久的将来一定会成为主流制造方式，替代现有的传统的制作方式。3D打印技术方便快捷，精准精确，省时省力又省物，可以打印的材料也越来越多，将3D打印技术运用到动画模块成型中去是动画模型制作中的一种伟大的创新。

【参考文献】

[1]王雪莹.3D打印技术及其产业发展的前景预见[J].创新科技，2012（12）：14-15.

[2]《通灵男孩诺曼》中定格动画、彩色三维打印及后期特效的结合[J].现代电影技术，2012（11）.

[3]李昀芸，吴帮萍.3D扫描及3D打印技术在定格动画中的新应用[J].2014（12）.

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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.

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【关键词】3D打印 中学 创新教育

引言

3D打印技术是科学技术不断进步与创新的产物，它是一种新型的科学技术，广泛运用于我国的各领域当中。随着3D打印技术的发展，3D技术逐渐引起了教育领域研究学者的注意，一些国家和组织开始致力于3D打印技术教育应用的研究。作为时展的主流，将3D打印技术运用于中学教育当中，不仅可以实现教学理念、手段和领域的创新，还能够为学生的成长和学习提供技术支持。

1、3D打印技术教育创新的局限性

1.1缺乏顶层设计

缺乏顶层设计与系统规划，是目前制约我国3D打印技术发展的因素之一。3D技术教育应用的发展离不开新的理念、思想、方法和途径，必须依赖于STEM教育创新，并且将科学、工程、艺术等学科有效结合。不仅如此，3D打印技术的发展要求教师积极挖掘教育资源，灵活运用工程情境解决生活实际问题。

1.2缺乏技术支持

3D技术的推广与使用为产业升级和自主创新提供了源源不绝的动力，它象征着信息化时代的到来。虽然我国目前投入了大量的时间与精力在3D打印技术、显示技术的研究上，但是对于3D技术的可视化表达、相应的支持工具、展示工具以及播放平台方面的研究尚未完善。只有给予3D打印技术必要的技术支持，才能保证3D打印技术的教育创新应用能够发挥自身的优势与职能[1]。

1.3缺乏教育资源

由于3D资源的开发周期长，因此对于制作公司的专业知识和实践经验方面要求严苛，需要消耗大量的人力、物力和财力。国外在3D资源开发方面远远领先于我国，因此国外部分数字内容生产商所开发的3D资源已经普遍应用于校园当中，但是目前而言我国对于3D资源十分匮乏，这是由于我国部分开发人员对于资源设计和开发流程不了解、不熟悉而造成的。

2、3D打印技术的教育创新应用

2.1营造真实的问题情境

众所周知，对于知识的学习离不开活动情境的创造，教学活动无法脱离情境创造而单独存在。随着教育体制改革的不断深入，我国已经逐步实现由传统教育向素质教育的过渡和转变。素质教育强调教学活动紧密联系生活实际，在学习过程中要将理论知识与生活实际、生活情境有机结合起来。由于工科学习自身的特殊性，学生只能借助电脑完成图稿设计，并且通过科学技术进行模拟演示而无法应用于现实的实验和探究当中[2]。然而，3D打印机的推广和使用恰到好处地解决了这一问题，它能够将模型通过3D打印技术打印出来，帮助学生构建真实的问题情境，以完成模型的制造、实验和探究。经研究调查显示，将3D打印技术应用于教育创新当中，不仅可以激发学生的学习积极性，还能够有效降低科学研究的时间和成本。

2.2辅助教学

作为教学的辅助工具，3D打印技术服务于中学创新教育当中，尤其是在培养学生视空间能力方面优势突出。视空间是人类智能结构的核心部分，尤其是在学习物理、设计、艺术等抽象知识时，视空间能力发挥着至关重要的作用，视觉空间能力的高低，在一定程度上影响了学生的成绩。作为教学的辅助工具，3D打印技术能够有效培养、提高学生的视空间能力。3D打印技术自身得天独厚的优势使得其可以打破图形的束缚，打印出任意复杂结构的教学模型，改变了传统教育课堂上缺乏立体模具的局面。有了3D打印技术的干预和介入，枯燥、抽象的理论知识可以以生动、具体的形象展现在学生的面前，有助于学生的理解和记忆，是提高学生学习能力的关键。

2.3评价教学效果

除了上述的几点之外，3D打印机在中学创新教育的应用前景上还包括教学评价方面。对于设计相关的师生而言，3D打印技术的出现无疑给设计专业的学生带来了史无前例的惊喜[3]。深受传统教学观念的制约，过去教师只能借助计算机观看学生的模型制作和图形设计，而无法体会和操控实际制作出来的模型，这在一定程度上影响了教学效果评价公正性与公平性。然而，3D打印机具有操作简单、环境无限制的优势，能够直接将模型进行打印，并且通过后期的打磨、上色等，帮助学生的模型兼具外观性和实用性。教师通过实际观察、操作学生制作的模型，可以对学生进行全方位综合性的评价，并且及时指正学生在设计之中的不足与缺陷。

3、结束语

随着科学技术的进步与发展，3D打印技术与中学创新教育的有机结合将中学创新教育向智能化、便捷化的方向推进，并且通过3D打印技术的运用以体现和提升中学创新教育的价值。

【参考文献】

[1]王娟，吴永和，段晔等. 3D技术教育应用创新透视[J]. 现代远程教育研究，2015，01：62-71.

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3D打印技术就是这些新兴技术中的一项。《经济学人》杂志认为3D打印技术将成为第三次工业革命的关键性技术，将改变大规模生产的方式。3D打印技术即快速成型技术的一种，它是以一种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，通常通过逐层打印的方式来构造物体的技术。快速成型技术是20世纪80年展起来的一种制造新技术。3D打印机能够实现从计算机的软件设计虚拟三维模型到打印出实物的功能，具有打印精度高、易用性、个性化等特点。3D打印机所采用的材料基本是一些可以发生固化反应的材料。如今，可以用作3D打印材料的原材料更加多样化，包括陶瓷、金属、树脂、塑料、高纤维等，甚至包括人体细胞培养液。3D打印机的种类丰富，根据目前的应用可分为两大类：一类是粉剂3D打印机，另一类是喷塑3D打印机。

粉剂3D打印机是通过使用粉剂材料和添加剂来创建对象的连续层，并以叠加工艺的方式，一层一层地构建实体。每一层的打印过程均分为两步：先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身不大，且不易扩散；然后喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水后会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，打印成型。打印结束后只需扫除松散的粉末即可得到模型，而剩余粉末还可以循环利用。

喷塑3D打印机的工作原理采取逐层累积的方式。这种方式类似于制作奶油蛋糕的方式，逐步累加上来。但是，3D打印机需要预先知道如何进行累加，累加成什么样子。首先，需要在计算机上设计三维模型。而后，将三维模型的数据传送到3D打印机，打印机将液态材料传送至打印头，利用打印头在一个托盘上喷出超薄的液体层，并经过紫外线照射进而凝固。

3D打印运用于教育教学中有多种方式。随着近几年3D打印技术的成熟，以及教育工作者的参与，国内已经有非常多的学校将3D打印技术纳入到自己的课程体系中，或是出现在不同课程中作为工具使用。有的学校采取独立开设3D打印设计的校本课程，供感兴趣的学生选修学习。课程重点基本是掌握桌面级3D打印技术，并在生活中发现问题，用3D打印技术改造事物。也有的学校将课程重点放在了3D打印技术与各个学科的紧密结合上，开发出了不同的3D打印专题领域，包括艺术类、工程类、科学类等。还有的学校甚至将3D打印课程设置为全年级必修课，给全体学生更多接触3D打印技术、运用3D打印技术的机会。

无论以何种方式开展课程，3D打印课程对于学生来说重点培养的是他们在四方面的能力：空间思维能力、工程改造能力、科学探究能力和艺术表达能力。这四方面的能力并非3D打印课程必须涵盖的，而是需要在课程深入实施过程中根据学生不同个性与需求去不断激发的。

空间思维能力。学生在初步接触三维软件建模过程中，需要不断尝试、试错、验证并寻找空间规律。空间立体思维是建立在真实三维的场景中的，但是在创建过程中还需要综合考虑平面透视原理。学生需要巧妙地运用各种切割、推拉、延展、分段、旋转、跟踪轨迹等工具的，创建不同的三维模型。学生对点线面有了更进一步的认识之后，对空间中点线面的关系才会有更多可操作性的体会。

工程改造能力。3D打印技术可以打印出各种各样的物件，但是大部分物件需要符合最基本的工程力学原理、工程结构原理等。通过对不同难度的物件创造，学生们能在动手实践与模型设计修复中不断提升自己的工程改造能力。

科学探究能力。学生们可以将科学原理运用于具体的科学探究活动中，借助3D打印技术能够更加深入地实现不同场景的验证过程。学生们通过设计模型投入实验场景，根据实验场景反馈数据改进设计方案，再到具体的实验场景。3D打印技术让过去很多只能停留于纸面的公式验算，变成了可以“看得见，摸得着”的具体验证。基于设计的科学探究有了进一步的发展。

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关键词：3D打印；市场应用；发展前景

一.3D打印技术

3D打印的技术原理是一个断层逆叠加的过程，是由打印喷头进行无数次叠加成片，继而进行物理的单纯叠加，逐层增加材料最终成为三维物体模型。3 D打印技术作为一种具有归纳概括性的技术，3 D打印技术将数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学多方面的前沿科学技术知识全部杂糅融合在一起。3D打印可以运用多种材质的材料，其中有树脂、尼龙、石膏、塑料、SLS（原料可以是塑料粉末、陶瓷粉末、金属粉末等）等相对来说可塑性较强的材料。目前3D打印尚且成本昂贵，其主要为航空、医学、工业行业所使用。

二.为什么3D打印倍受欢迎

1.成型快速，便捷

我们可以按照自己的需求方便快捷的设计自己喜欢的衣服，只需要在3D 模型中进行建模设计，然后在家打印，立刻就可以穿着出门；生活的各个方面都可以用3D来代替，设计喜欢盆景，一盏茶的时间就能完成，直接使用；食物方面，打印出你个性的小甜品，美观色香俱全；想要一辆赛车模型，更是触手可得，等待不一会便展现在眼前。

2.设计空间无限

凭借创作者自己的思想生产，其属于个人的生产成果，突破了以往人类思想中的传统制造技术和工匠制造技术，在制造形状的能力上没有被工具条件所限制，原始机床只能成批的生产所规定好的物件，3 D打印机能够打破局限，只要可以开拓巨大的设计空间，进行脑力设计，3 D打印机就能即刻工作进行建模打印。

3.净成形，无污染

与以往传统的制造金属的技术相比较来说，3D打印机初期制造金属的时候就对产品的技术要求比较高，所以对副产品的打印控制的极少。传统的加工金属浪费量巨大，有多达九成的金属原材料浪费，不能再次制造利用，随着研究性学术的提升打印材料的发展与方式的创新，3D打印变得更加环保、净、简的加工方法。

4.优质打印机

2014年10月16日，iBox Printers公司自主研发并推出了一款更便捷、简单、独特的名为iBox Nano 的3D树脂打印机。它是全球体积最小、工作时最安静、价格最实惠、携带方便的，以电池为电源的3D树脂打印机。此款3D打印机的使用是DLP以（数字光处理）为基础的的3D打印技术。它差不多只有婴儿脑袋那么大。

位于波士顿的一家叫做 WobbleWorks的公司开发了一款新型3 D打印笔，相当于画家把自己的作品建模，把平面的作品立体起来，我们就不需要电脑和任何建模软件制作模型，你就可以随时随地把你想象的或者需要的东西画成3 D模型，就类似于3 D涂鸦，在家、办公室随时随地无时无刻就可以进行打印。

5.精准的实体复制

扫描技术和3D打印技术这两个技术将合营提高实体世界和数字全国之间所转换的辨别率，我们可以进行扫描、编纂和复制实体工具，创建更确切的副本或优化原件。若是想要去生产一个产品，用三维打印技术和扫描技术，他的团队生产出来的零件将会加倍精致轻盈。

三.3D打印市场应用

现如今，我们将3 D打印技术所进行成熟应用的就是3 D照相馆项目了，扫描人体直接在电脑里构成三S结构，通过3 D打印机进行打印，其过程看起来简单、方便快捷的3 D应用，但是其投资成本较高，技术要求严格，本技术目前主要运用于发达国家例如美国等，所以与国内相比，美国3 D技术资源的研究运用远远远超过中国。

现如今3D打印技术的初阶应用已经十分成熟，可以获得世界的认证；而且，互联网与3D打印技术跨界进行合作也将会产生更多的创新创业的机遇。瞻望未来，3D打印技术将让制造业供应链链条更加缩短，致使设计、打印、物流等更好的进行整合。

四.3D市场憧憬

我们由此可知，3D打印技术发展空间很大，将会对社会生活及我们的生产方式带来一场可以称之为翻天覆地的变革。3D打印技术的应用范围正在一步步扩大，并且社会形势可能会延长持续直至未来。效益最大的领域中包括医疗、耐用品、电气和电子产品、航空和设计。伴随着材料进步以及成本的降低，相信3D打印时代很快将要来临。

3D打印技术可以用来创造、顶替资源更好的多重元件，生产出更多顶尖并且独特的产品。在制造的范畴中，未来我们很可能看到原型制造急速稳定发展、最终代替某些机床加工生产的时代来临和具体措施都做细致的筹划。

欧洲发达国家对3 D打印技术的研发和投资量巨大，远远超越市场的需求，原因是3D将会带动第三工业的发展；美国总统奥巴马2012年对3D打印技术的研发拨款多达3000万美元，在俄亥俄州建立了一所3 D打印业的研究中心，并计划将会投入5亿用于3 D打印技术的研究；德国联邦教研部（ BMBF）早在20年前就有了研发3 D打印技术的规划，2011年5月推出的“德国光子学研究”中也涉及到了3 D打印技术，柏林工业大学3 D打印实验室也在3 D打印中取得了十分优异的成绩。

我国政府在政策上积极的鼓励，加强对3 D打印技术学术的研究发展投资，其中包括有北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校在3 D打印技术领域中取得了一定成绩，哈尔滨工业大学3 D打印实验室自主进行研发创业并且成功的加入市场发展的行列。我国和世界技术发展有着相差十年的发展差距，我国3 D打印技术还处于发展的阶段，其市场的发展前景十分光明，由此可见3D打印市场的前景无可限量，3D打印将引领时代的脚步走向科技的方向。

六.结语

3D打印技术在国际制造业中有所认可，有专业人士、学士所认为，3D打印技术将会在制造业中改变制造业的经济面貌以及发展现状；3D打印技术将来会更加普及的与生活相融合，不仅限于工业医学等方面的问题，还可以用于在文商农教育等方面。

参考文献：

[1]陈雪.国外3D打印技术产业化发展能先进经验与启示

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在目前常见的3D打印技术中，以金属或塑胶等为材料的技术，大多只能以原色或单色来呈现，或需要其他制程来上色；最能展现色彩特质的就属粉末式3D打印，就是以石膏粉为材料，并在印制或堆叠粉体的过程中，将不同颜色的墨水喷印在粉末上，使成品能够展现多样化的色彩。

当色彩愈逼真、写实，就代表色彩品质愈好，更能让人有栩栩如生的感觉，甚至产生购买或收藏的意愿，成为突显商品价值的重要元素。

2016年解密科技宝藏所展出由印研中心研发的“粉末式3D打印彩色提升技术”，针对粉末式的3D打印进行色彩表现及品质提升的技术，并从输入及输出二端来加以改善。其中在色彩的输出及开发上，延伸运用传统印刷中的色彩管理技术，先是分析粉末式3D打印设备原有的色彩打印范围和能力，制作3D打印用的色彩导表，藉以调整并判断实际打印时的色彩品质；同时利用视觉上较为鲜艳的萤光色，与原来设备所使用的彩色墨水调配，让可打印的色彩变得更多、扩大色域，也就更能因应不同物件打印的色彩需求。

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关键词：3D打印 结构设计 模型打印

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0096-02

3D打印（3-Dimensional Printing）学名是增材制造（Material additive manufacturing），是指将打印材料一次性熔聚成型的快速制造技术，是一种与传统去除加工方法相反、基于“三维数字模型”使用塑料或粉末状金属等可粘合材料，运用逐层制造方式将材料结合起来的加工技术，是由大批量、模范化制造模式向个性化制造模式发展的引领技术[1]。3D打印过程分为结构设计、切片处理和完成打印。3D打印的设计过程是：先通过计算机建模，再利用数据处理软件将建成的三维模型划分成逐层的截面，就是切片，进而指导打印机来进行逐层打印[3]。

该文基于3D打印技术，进行了不同类型的几何造型设计，并通过3D打印机实现了实物制作。

1 所用软件及3D打印设备

利用UG软件进行三维建模，建模时在“草图”上绘制草图，之后运用“拉伸”或“旋转”来构造模型。模型建好后运用“文件”里面的“导出”，选择“STL”格式，之后就可以进行数据处理。所使用的3D打印机用来处理打印数据的软件是Click和ReplicatorG，而为了运行ReplicatorG，还需安装Java和Python。

此次打印使用的是普及型3D打印机3D-YUNDL-24，属于挤压成型。此次打印使用的材料是聚乳酸也称为聚丙交酯（Polylactide），属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，主要以玉米、木薯等为原料，是理想的绿色高分子材料。

2 典型的结构设计

就普及型3D打印机3D-YUNDL-24而言，对模型有2个要求。

一是模型尺寸不能太大。受到打印机尺寸和打印速度的限制，模型尺寸不能太大。打印的模型尺寸若是太大，则打印时间就会太久。模型构造时应考虑尺寸大小，同时在数据处理时，在软件ReplicatorG里可以查看打印时间。

二是打印的模型形状不能是中空的。在构造模型时可以出现悬空的部分，但不能出现中空的结构。在3D打印机打印时对于模型悬空的部分可以通过打印支撑来解决，打印时，打印机通过打印支撑可以将悬空的结构打印在支撑上，虽然存在可以将支撑打印在已打印好的模型结构上，但是就普及型3D打印机3D-YUNDL-24的支撑不可以打印在已打印好的结构上，故不能出现中空结构。

绘制模型的初始阶段构造了简单的大部分由直线和平面组成的结构设计，包括匕首、短剑以及鞘。在用UG绘制过程中，主要用到了“拉伸”和“扫略”功能。对于匕首的设计采用的是现代匕首样式（见图1），单刃曲线结构，设有退血槽、剪切孔和倒刺；护手采用一大一小两个刀环的结构，全长114 mm，其中刀柄长42 mm，刀刃长72 mm；刀刃和刀柄部分高度都是14 mm；刀刃部分最宽的部分宽度是3.5 mm。

驮忧面设计选择的是机器猫的设计（见图2），其特点是多曲线，难点是细节上的修饰。对于机器猫的形状和比例选择，先是在网上查找机器猫的手办；经过大量观察机器猫手办，最终确定其形状尺寸和建模方法。其结构为：头部设计为直径30 mm的球；身体为多曲线的形状，其高度是10 mm，长21.8 mm，宽15 mm；之后是脚，同样为多曲线，高度是2.5 mm，长24 mm，宽22.5 mm；其余便是一些细节上的处理，胸前的口袋选半径是5 mm的下半圆，尾巴为直径8 mm的球，鼻子是直径4 mm的球，手取直径7 mm的球；胡须、嘴和眼睛选择画出轮廓之后拉伸求差，使其向下凹下去来表示；瞳孔选择画出轮廓后拉伸求和，使其向外突出0.5 mm；而手臂也是通过旋转来完成的，先在草图上绘制出一平行四边形，以其中一长边为中心线旋转，就可得到手臂结构。

零件的设计中设计了经典的齿轮、轴、轴套和键，并且创造性的将轴和键设计成一个整体加工（见图3）。其中，轴套要求内圆直径是11 mm，外圆直径是15 mm，数量是4个；而轴的直径和长度则是要根据与其配合的齿轮来计算，但设计的理想轴径是10 mm，数量为3根，长度分别为55 mm、45 mm、55 mm。

对于外壁的装配机构，选择将左、右两侧壁设计为有向内凹陷的2 mm槽，其余四壁设计为方向外凸出的1 mm厚薄板与两侧壁配合。各壁厚为5 mm，前、后壁与轴Ⅱ配合的位置向壁内内凹2.5 mm来进行轴向和径向定位；与轴Ⅰ和轴Ⅲ接触的位置则设计为有槽孔的通孔。同时由于减速器的减速效果不明显，故另设计一示意轮两个和拨动示意轮旋转的轴Ⅳ。同时将减速器上壁设计安放示意轮和轴Ⅳ的内凹结构。

3 实物制作

在打印之前需将用UG建好的模型输出为STL格式，之后再用Click和ReplicatorG软件进行数据处理，转换成3D打印机能识别打印的xj3dp格式文件。实际打印前需要将模型转换成3D打印机能够识别的xj3dp格式文件，之后利用3D打印机打印模型。通常情况下，首先打印支撑，之后是外层结构，设置为两层外壁；外壁打印完后则会在壁内打印支撑，最后仍是外壁。模型的填充率是10%，也就是说打印的模型只有10%的填充物。

打印过程中需要时刻在3D打印机前观察打印机工作状况，检验3D打印机是否正常打印、有无堵丝等情况发生。打印时会出现基板不粘丝和打印头堵丝的问题。基板不粘丝原因是工作台基板不平或者是打印材料质量不合格。若打印材料质量不合格则只需换另外的材料就可；倘若是基板不平则需要调平。打印头堵丝原因一是换丝时操作不当；原因二是材料质量不好。打印效果如图4和图5所示。

4 结语

该文介绍了3D打印技术的历史、原理、发展现状、应用领域，对打印机和打印材料类型进行说明，进行简单结构设计、复杂曲面设计和典型零件设计，并使用使用普及型3D打印机3D-YUNDL-24和PLA打印材料，进行实体3D打印，将模型实际打印出来。其目的是通过对3D打印技术的介绍，并结合实际打印过程，向人们证明3D打印技术巨大的潜力，在制造领域将人们的注意力转移到3D打印上，从而促进3D打印技术的发展。

参考文献

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3D print， is one kind of rapid prototyping technology，

it is through the digital model files as the basis， using

a variety of materials， to construct the object layer by

layer printing technique. 3D print is usually use digital

technology to achieve material-printer. Originally only was

used to manufacture the product model， after being used to

direct the manufacture and development of some products.

This technique is widely used in jewelry， gifts， industrial

design， architecture， engineering and construction （AEC），

automotive， aerospace， dental and medical industry，

education， geographic information system， civil engineering，

guns and other fields have been used.

走在繁华的都市喧嚣中，仰望城市日新月异的变化，偶有一余走进那个性十足的珠宝首饰店，欣赏着精致的设计作品；偶有一余迈入路边的3D照相馆，感受下逼真的“你”呈现在你惊讶的表情之下，你会目睹一项新的技术正在崛起――3D打印，它足以带给生活中的你一种出乎预料的震撼，让你倾听科技前进的步伐，感叹人类想象力和创造力的伟大。

其实提到3D打印，作为当今世界的热门话题，想必大多数人都不会陌生，作为一种新的技术，已经初步运用在珠宝首饰，汽车，航空航天，牙科，医疗教育等不同领域。

3D打印技术的起源

3 D打印技术的核心制造思想最早起源于美国。早在1 8 9 2年，J.E.Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成地形图。1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年，Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线，然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。20世纪50年代之后，出现了上百个有关3D打印的专利。80年代后期，3D打印技术有了根本性的发展，出现的专利更多，仅在1986-1998年间注册的美国专利就有24个。1986年Hull发明了光固化成型（SLA，Stereolithography Appearance），1988年Feygin发明了分层实体制造，1989年Deckard发明了粉末激光烧结技术（SLS，Selective LaserSintering），1992年Crump发明了熔融沉积制造技术（FDM，FusedDeposition Modeling），1993年Sachs在麻省理工大学发明了3D打印技术。

随着各类3D打印专利技术的不断发明，其相应的生产设备也被相继研发而出。1988年，美国的3D Systems公司根据Hull的专利，生产出了第一台现代3D打印设备――SLA-250（光固化成型机），开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的十年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺及相应的3D打印设备。

3D打印的原理

将一项设计物品转化为3D数据，然后根据这些数据进行逐层分切打印。说得简单一点，3D打印是断层扫描的逆过程，断层扫描是把某个东西“切”成无数叠加的片，3D打印则是一片一片地打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。只是3D打印机使用的打印材料是特制的粉末而非普通的墨粉或墨汁。这些粉末在打印过程中会被一种特制”胶水”逐层黏合、固化，并不断叠加，最终形成一个完整的立体物品。

3D打印在珠宝首饰领域的应用

3D打印技术的运用无疑给珠宝首饰领域带来了新的机遇和新的发展空间，它改变了原有的设计方式和后期生产加工方式，完善了传统手工艺与现代技艺相结合的生产模式，给珠宝首饰行业注入了一股新的活力。

设计师创意发挥的新天地

设计师传统的设计方式一般需要画一张画稿，由制作师来按照设计师的要求完成作品，作品多少受制作师技艺，制造工艺，概念沟通等因素影响而有所偏差，而3D打印技术通过设计师脑海的3D画面转换成电脑的3D模型，不再受制于传统的制造技术，可以实现更为复杂的设计。例如复杂的树枝缠绕，岩石不规则形态和孔洞，皮肤纹理等概念产生的作品。在越来越追求个性化、定制化的都市时尚产业，3D技术无疑使得设计师更容易满足消费者的个性需求，并且通过这些需求的反馈，直接在电脑中的3D模型进行一些改变，更贴合消费者的意愿。

制作方式“非同凡响”

看到不断敲打金属表面，焊接的画面，知道首饰制作师又开工了，而3D打印的产生使得“制作师们”坐在了电脑面前，通过专业的软件进行珠宝首饰的绘制，省去人工起版的环节，镶嵌首饰的镶口大小可在电脑文件中自由更改，而免掉了以往不同大小镶口需要重新起版的麻烦。还能弥补传统工艺在制作规则，对称，重复纹样等样式上的不足。

技术与艺术的“双重奏”

通过3D打印出来的样板，让产品在制作效率、精度、美观性上有很大的提升，看到精致无比的打印样板，感受到技术给珠宝业带来的惊喜，使设计师的设计理念和艺术性表现得更为完美。

在2 0 1 3 上海首饰新锐设计大赛上， 针对“ 摺” 这一设计主题， 我的一款设计就运用到了3 D 打印技术， 设计作品《Cleopatra’s EYES》――通过三角对称的奇特形式，立体炫丽颜色和内壁精致的古埃及壁画浮雕，形成一种时间和空间维度，暖色系（热情，张扬）与冷色系（隽秀，冷艳）之间的强烈对比，呈现出超凡脱俗的个性魅力。

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关键词：3D打印产业；数字化制造；发展思路

中图分类号：F49 文献标识码：A

文章编号：1007-7685（2013）01-0090-04

近期，英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，引发了世人的关注。作为新生事物，什么是3D打印技术？它与传统产品开发和生产制造有什么区别？发展的意义何在？我国发展现状如何？下一步应如何发展？

一、3D打印概况

（一）3D打印的概念

3D打印技术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。3D打印技术是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。

（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。客观说，目前3D打印技术尚不成熟。作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术。

（三）3D打印技术的应用领域

近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。

具体应用领域包括：工业制造。可应用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品：3D打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的宣传、营销活动中；文化创意和数码娱乐：可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印技术塑造了部分角色和道具，3D打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平；航空航天、国防军工：可对形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构进行直接制造；生物医疗：可应用于人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等的制作；消费品：可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造；建筑工程：可应用于建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟；教育：可应用于模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研；个性化定制：可提供基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。

从市场应用份额看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占37%，在消费品领域占18.2%，应用于航空航天和国防军工占13.7%，在商业机器领域占11.2%，在医疗领域占8.8%，在科研方面占8.6%。

二、我国3D打印产业发展现状及面临的问题

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，已有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。目前，依托高校的研究成果，对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华（依托于清华大学）、陕西恒通智能机器（依托西安交通大学）、湖北滨湖机电（依托华中科技大学）。这些企业都已实现了一定程度的产业化，部分企业生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。

一些中小企业成为国外3D打印设备的商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类3D打印设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了3D打印服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。

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，开展多个学科的教学和研究工作。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的3D打印设备拥有国。

3D打印产业正成为投资热点。不少原来从事数字化技术、材料技术、精密机械技术的企业纷纷考虑投资开发3D打印设备生产和服务。

资料来源：《3D打印技术将掀起“第三次工业革命”？》，载自《科学研究动态监测快报》，中国科学院国家科学图书馆，2012年10月1日。

目前，我国3D打印产业处于起步阶段，存在一系列影响3D打印产业快速发展的问题。

第一，缺乏宏观规划和引导。3D打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉及国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗卫生、文化创意等行业，其发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。但在我国工业转型升级、发展智能制造业的相关规划中，对3D打印产业的总体规划与重视不够。

第二，对技术研发投入不足。我国虽已有几家企业能自主制造3D打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求。而占据3D打印产业主导地位的一些美国公司，每年研发投入占销售收入的10%左右。目前，欧美一些3D打印企业依托其技术优势，正加紧谋划拓展我国市场。我国对3D打印技术的研发投入与美国有较大差距，占销售收入的比重很少。

第三，产业链缺乏统筹发展。3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系和市场平台。在供应商和服务商体系中，包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商。市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。而目前国内的3D打印企业还处于“单打独斗”的初级发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。

第四，缺乏教育培训和社会推广。目前，我国多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个性化生产”等先进制造理念，对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足。企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印技术相关的必修环节，还停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

三、我国发展3D打印产业具有重要的战略意义

当前，全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家为解决近年来制造业竞争力下降的难题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D打印技术是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升制造业的主导权。虽然3D打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，加快3D打印产业的发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。

（一）发展3D打印产业，可提升我国工业领域的产品开发水平，提高工业设计能力

传统的工业产品开发方法往往是先做模具，然后再做出样品，而运用3D打印技术，无需模具，就可以把制造时间降低为以前的1/10到l/5，费用降低到1/3以下。一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可以利用3D打印技术短时间内制造出来，从而极大地促进产品的创新设计，能够有效克服我国工业设计能力薄弱的问题。

（二）发展3D打印产业，可生产出复杂、特殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关

3D打印技术可为基础科学的研究提供重要的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造业，零部件种类多、性能要求高，需要进行反复测试。运用3D打印技术，既在研制速度上具有优势，还可以直接加工出特殊、复杂的形状，简化装备的结构设计，化解技术难题，实现关键性能的赶超。在生命科学的研究和应用中，3D打印以“细胞打印”、“仿生定制”等形式出现，把标准化、自动化的机械加工业生产方式，应用到生物工程、生物制药和临床医学等领域，已取得丰硕成果。以生物组织为原材料的制造业，有望成为高端制造业的重要组成部分。发展3D打印技术，将促进我国在生物能源开发利用、生物和化学药剂试验、人体组织和器官再造等领域取得技术进步。

（三）发展3D打印产业，可形成新的经济增长点，促进就业

随着3D打印技术的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印技术与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。如，自主创业者可通过购置或租赁低成本的3D打印设备（一些3D打印设备已低于1万元），利用电子商务等平台，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业，并增加社会就业。

四、我国3D打印产业发展的政策建议

（一）制定3D打印产业发展规划，促进其优先发展

建议将3D打印技术定位为生产业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印技术，支持3D打印设备的进出口。

（二）加强3D打印产业联盟、行业协会建设，推动产业协同发展

积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

（三）加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平

设立3D打印产业专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。

篇11

3D打印所采用的制造技术和原材料多种多样，从目前的市场应用情况来看，FDM型（熔融层积）3D打印机是市场的主流，这种打印机在2D打印机的基础上加入了Z轴的概念，使用可热熔固态耗材成形完成3D塑形，耗材与整机的售价都较低，但同时也存在耗材热稳定性不足、打印精度不高的缺点。除此之外，SLA型光固化3D打印机通过激光将光敏树脂液体耗材固化，规避了原有的固体耗材热胀冷缩的问题，大幅提升了打印精度，因而成为许多厂商开发的重点之一。而在高端工业级3D打印应用中，近年来SLS金属激光烧结3D打印技术也取得了迅猛的发展。

商业应用仍占主流

以3D打印技术制造产品原型一直都是该技术自发展以来最重要的用途，它能够让使用单位在研发阶段降低或缓和因产品设计、造型和功能等因素所带来的风险，还能支持新的制造流程，缩短产品研发周期。

例如在模具制造业中，Stratasys公司的3D打印解决方案被运用在车载应用供水与供暖系统制造商Whale 公司的加工制造过程中，成功将原型部件注塑模具工具的交付周期缩短了97%左右。 Whale 公司 3D 技术服务部负责人 Jim Sargent 表示，公司现在使用 Objet350 Connex 多材料 3D 打印机，在 24 小时内就能打印出 3D 注塑模具工具，且只需花费制造金属工具成本的一小部分。“过去，我们生产金属工具的交付周期为 4―5周，且生产成本十分高昂；现在，凭借3D 打印机，可以在白天完成工具的设计，夜间进行 3D 打印，次日早晨利用一系列最终产品材料对其进行测试。这一全新的加工方法显著节省了我们的时间和成本。”

利用3D打印技术制造医疗器材是另一个令人振奋的发展方向。以较为成熟的齿科应用为例，3D打印技术运用计算机辅助设计（CAD） 文件数据，为每位患者逐层创建出专用的塑料制品，满足了定制化以及大批量生产这两项要求，并且协助提升了手术的精准度，因此在牙科治疗和美容手术中受到了欢迎。另外，在骨科应用中，3D打印技术同样也能够以优良的单位成本优势实现定制化生产骨科植入物或其它医疗器械的目标。

对于大众消费类市场而言，尽管有关机构表示，由于生产技术和产品价格等因素，3D 打印技术在这一领域中仍需5到10年才能达到成熟期，但一些行业领导企业已经开始积极布局这一市场。在3D Systems公布的2014下半年战略重点中，其中之一就是继续拓展3D打印产品与技术的消费级应用，例如通过与消费领域的领先企业如：好时 （Hershey）、孩之宝（Hasbro）、史泰博（Staples）和美泰（Mattel）等公司联手，进一步推动消费级3D打印市场的容量。

此外，据称，3D Systems于2014年秋天在洛杉矶推出了世界上第一家数字面包店，该面包店有助于促进其开发的糖果ChefJet系列3D打印机的市场推广度。

3D打印机市场格局初显

越来越多的OEM厂家正加入到3D打印机供应商的行列中。Gartner曾预测，2015年全球3D打印机的出货量会成倍增长；而2014年全球市场对3D打印机的支出同比增长 62%，达到6.69亿美元，其中企业支出为5.36亿美元，消费类支出约为1.33亿美元。

尽管市场空间仍然有限，但最近几年3D打印机的销售增长速度有目共睹。

有行业人士指出，一旦市场容量达到100万台的水平，一些资金、技术实力雄厚的大型供应商将在行业中占据更为重要的位置，并主导重新定义该行业的标准和业务模式，而那些小公司则会逐渐退出市场竞争或是被收购。

在顶级3D打印机供应商的名单中，3D Systems和Stratasys公司是两大代表，他们目前的研发重点也是行业的主流趋势之一，那就是如何令3D打印设备的价格能够被更广泛的市场所接受。在过去，主要用于工业应用的3D 打印机的价格至少要在10万美元以上，而如今，3D打印机的目标价位要降至1300美元左右。特别是对于小型公司而言，成功的关键在于能否满足1300 美元范围内的市场需求，以适应大批量生产和销售，或者是否拥有一些专利技术，以求被收购。总之，未来几年里，大多数规模较小的3D打印机公司将遇到严峻的考验。

与此同时，那些领先的3D打印机制造厂商还在不断的发展壮大之中，他们通常采用企业收购行为，进一步刺激业务增长率并引入更先进的技术，以巩固自己在行业中的领导地位。例如，2013年年中，Stratasys收购了桌面型3D打印设备厂商Makerbot；3D Systems并购了金属粉末SLS 3D打印机生产厂商Phenix Systems。2014年4月，Stratasys同意以2.95亿美元收购北美最大的3D打印、模具、注塑建模和快速成型服务提供商Solid Concepts，以及另一家3D打印公司Harvest Technologies。而为了进军医疗行业，2014年3D Systems宣布收购定制化医疗设备和个体化手术治疗公司Medical Modeling、仿真手术设备公司Simbionix等多家企业。

传统2D打印机厂商同样是一股不可忽视的势力，许多商业化3D技术都是由2D打印机厂商所开发的，其中包括佳能、惠普、京瓷、理光和富士施乐等。毫无疑问，这些2D打印机制造商一直都在等待3D市场的成熟和出货量的起飞，目前他们正利用已有的自身品牌积累，积极作好进军3D打印市场的准备。

中国3D打印产业迎来重要“窗口”期

作为全球重要的制造业大国，3D打印技术在中国同样获得了政策面和产业面的高度重视。未来几年是中国3D打印发展的重要 “窗口”期，到2020年3D打印产业有望实行全面产业化。

在桌面级设备方面，2014年8月，珠海西通电子有限公司了国内首款采用SLA光固化技术的3D打印机，打印精度最高可达0.025mm，打印速度可实现每小时15mm，产品定价约为2万元左右，大幅提升了产品的品质和性价比。

此外，在主流的FDM熔融层积打印机市场上，珠海西通电子、杭州先临三维科技股份有限公司、深圳武腾科技有限公司等都是目前本土重要的供应厂商。

在工业级开发上，西安铂力特激光成形技术有限公司以西北工业大学凝固技术国家重点实验室为技术依托，主要从事高性能致密金属零件的激光立体成形制造，以及金属零件的激光修复再制造。

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【关键词】3D打印；造型；陶瓷

3D打印技术自1986年由美国提出距今已有30年了。它是一项新兴的科技技术，也是一场工业革命，它是一种全新的产品生产模式，这项起源于美国的新技术，伴随着计算机技术以及信息技术和新材料等系列关键技术的发展和突破，在医疗、航空、工业、房屋、汽车、陶瓷领域得到越来越多的重视及应用。

1、3D打印技术对传统陶瓷的影响

（1）造型方面

传统的陶瓷制作工艺复杂，有72道工序之多，粗略划分需要经过采泥、练泥、拉坯、利坯、晒坯、刻花、施釉、烧窑、彩绘等步骤，而拉坯在成型方面起着重要作用，这个步骤直接决定了陶瓷的基本形态。传统的拉坯受拉坯师傅技术与设备的影响，拉出的大多是圆形，稍微复杂精细的造型就只能靠模具加工，即使是模具在造型方面也受到很多限制，比如镂空，就只能靠手工雕刻，不仅工艺要求高，耗费时间长，破损率高，成品率还低。3D打印机的出现，无疑解决了这个问题， 3D陶瓷打印造型技术的出现，能够完成传统陶瓷工艺所无法表现的繁复三维结构。随着3D打印机的不断研究与开发，3D陶瓷打印从材料到技术设备都得到了不断的提高与改进，对陶瓷艺术创作而言，可以让陶瓷艺术家的创作不再受到技术的局限，他们可以利用3D打印机打印出任何他们想要的造型而不用担心成本、时间等因素。

（2）古陶瓷修复方面

博物馆对古陶瓷修复方面一直都是进展缓慢，难度大，耗时耗工也难达到理想的效果，因为烧制陶瓷或修复瓷片的尺寸在烧制前后有差距，以及修补过程中对文物的损伤都将造成损失与遗憾，如今，3D打印技术的出现解决了这个问题，无需接触文物，其"量身定制"即通过采集样本的三维数据信息再打印出实物来实现，现在3D技术已被运用于文物的修复和复制中，成为能够最大限度降低修复与复制过程中对文物二次损坏的良好措施和手段之一。对比粉末打印和液化打印后，粉末打印比液化打印耗材成本低，适合大件器物的复制打印，还可以进行彩色打印。3D打印在文物修复中的应用更多的是在数据上的操作，扫描数据，根据已有数据测算出缺失部分的数据，对缺失部位进行填充，可以运用仿制软件将完整部位的花纹和纹饰形状进行仿制。如果缺失面比较大的时候，可以找到相同部分或者反相部分，直接复制，这样就可以把整个物体的缺失部位测算出来进行修补。3D打印可以做到非接触性进行扫描、修补、复制。它最大限度减少了翻模对文物的损害与磨损，而且它精确性非常高，随着3D打印材料与设备的不断更新，3D打印技术在古陶瓷修复这一方面有很好的发展前景。

2、3D打印技术对现代工业陶瓷制品的影响

随着高科技的不断发展，人们对高科技产品也在不断提出更高的要求。在这样的环境下，耐高温工业陶瓷制品的需求日益旺盛，而传统陶瓷制品精确度不够，但随着3D打印技术在陶瓷材料这一方面取得的突破，预陶瓷树脂这项新技术，能像常规的聚合物材料那样被3D打印成各种复杂的形状，也能对它进行高温加热。经过1700度高温对它进行加热，将预陶瓷树脂加热成一种常规的陶瓷实物。这样打印出来即成型的陶瓷制品能被用到的领域大大增加，它们出现瑕疵的概率更小，而它们能抵抗住的撞击时间更长，这种耐高温陶瓷制品非常符合航空和工业类这种高精密度规格尺寸的严格要求，从而降低它们的制造成本，节约资源。

3、总结

3D陶瓷打印技术带来成倍提升的制造效率，以及手工无法实现的造型工艺，吸引了很多陶瓷行业人士的关注，也有很多高校及企业引进了3D打印机，主要用于工业设计进行模型设计、制作与实践，3D打印模式非常适合现代80后和90后的“喜好”，相比传统陶瓷手工制作，现在80和90后更热衷于他们喜爱的电脑操作，突破传统陶瓷制作技术上的局限性，可以随心所欲的做设计而不用担心变型与破损等因素，对于陶瓷艺术创作而言，它不仅为创作者多提供了一个选择，而且丰富了艺术形态。对于企业而言，它提高了效率，降低了成本与破损率，补充中层市场的同时，不断向更高端的市场发展。所以说，3D打印技术的发展不仅对陶瓷行业来说是一个新的机遇，一个更多的选择，对其它各行各业而言都是一个新的机遇。

参考文献：

[1] 建材发展导向《陶瓷 3d 打印技术的现状及发展趋势》玻陶资讯摘自中国卫生建筑陶瓷网 2015年第20期

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概述

随着我国计算机图形应用技术的不断提升以及特殊材料的研发优化，3D打印技术已经从幻想变为了现实，甚至应用到社会生活的各个方面，在灯具设计领域亦是如此，灯具设计是工业设计的一个重要方面兼具着艺术设计的基因，设计不仅仅要考虑到实用性能的不断优化，审美需求也是设计中需要考虑的一个重要方面。当前的竞争是创意的竞争，将3D打印技术应用在灯具设计教学当中一方面是对教育教学模式的创新，另一方面也从前端人才培养的角度，减少了创意变为产品的周期，提升了创意的实现几率以及设计的转化率。本文将从3D打印技术应用的灯具教学与传统灯具教学的教育形式、效果对比出发研究3D打印技术在灯具设计教学中的应用及其意义，以期为灯具设计教学总结出更多的教育教学经验。

传统灯具设计教学中的困境

我国的灯具有着数千年的历史，底蕴十分丰厚，为当前的灯具设计提供了丰富的灵感，当前我国的灯具设计教学大多类属于工业设计，二教学模式也通常是从无到有的渐进式教学模式，首先教师教授基础知识，学生通过构思绘制图纸，后设计模型最终制作成品，这样的过程如非到最后制作成品的一步，其他人很难直观理解设计的理念，且这种教学模式的周期过长，学生需要许多次的经验积累才能够具有灯具设计的能力，传统灯具设计已经不适应当前更新换代快速的市场情况。

当前，随着工业技术的发展灯具设计的工艺越来越复杂，单纯依靠传统形式的设计远远无法达到工业工艺的需求，传统模式下的灯具设计教学模式中不能够为学生提供模拟创意效果并进行修改的途径，一方面来传统模式锻炼了学生的空间思维能力和想象力，但另一方面也提升了灯具设计师的入门门槛。3D打印技术在设计过程中就可以模拟材质效果及环境应用，着在传统灯具教学设计过程中是无法实现的，影响学生对于灯具实际应用的理解。

3D打印技术原理特点及在灯具设计教学中的优势

3D打印技术是通过三维造型软件的设计或直接扫描对某一物体在电脑中形成三维形象后，与3D打印机连接并制作出来模型或工业零件的技术。3D打印技术可以在软件设计过程中对物体模型的形态进行修改，有较强交互性。3D打印技术从狭义上来说主要是指增材制造技术，从成型工艺上来看，3D打印技术突破了传统成型方法限制，通过快速自动成型系统与计算机数据模型相结合，无需任何附加的工艺模具制造和机械加工就能制造出各种形状复杂的原型，使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。

3D打印技术的工作原理是对电脑中的三维模型进行分析、切割，获得数码塑形所需要的每一层的具体数据，后在根据所得数据逐层打印喷涂所得零件，由于数据为逐层获得，普通民用3D打印机所打印出来的零件都会有不均匀的截面横纹，需要人工或机械进行打磨，并将零部件拼接、粘连组装。因此3D打印技术是对工业生产的一大革命，一方面3D打印缩短了制造流程，3D打印技术最大的特点就是对传统生产线的颠覆，传统生产线上对零件的生产往往会因为产品的塑形而产生大量原材料的浪费，而3D打印技术因其预先进行了模型设计，在打印过程中也不会产生过多的材料浪费，大大地节约了生产成本。另一方面也是理念的颠覆，将产品的生产与生产线的存在剥离开来，产品从创意到成型只需数个步骤。例如一个创意弧形灯罩的制作只需在电脑中设计出弧形灯罩的的三维模型后，连接3D打印机后安装所需材料粉末及粘合剂，等待喷涂成型即可，无需繁琐的生产线工序。另一方面也减少了重复劳动的人工成本，是推动制造业快速发展的一大先驱技术力量。

目前工业设计的教学领域已经普遍引入了三维软件来辅助教学，灯具设计教学亦是如此，由于灯具这一产品类别在形态上较小，因此引入3D打印技术进入教学不存在技术上的难度。当前3D打印所能够使用的材料质地为金属材料和塑料材料、树脂材料、陶瓷材料、复合材料等等，已能够满足教学的基本实践需求。特别是PA材料和PC材料是灯具教学设计中3D打印最为常用的材料，原因在于PA材料有较强的稳定性和弹性，对于创意灯具设计来说有着较强的优势，而PC材料则有较强的硬度和物理稳定性。

灯具设计教学中应用3D打印技术的途径

随着人们对新事物探索进程的不断推进，3D打印技术所应用的领域越来越广，从传统工业到航天科技，从建筑设计到日常饮食，3D打印技术在不断完善，而将3D打印技术引入灯具设计教学，运用3D打印技术的优势来辅助灯具设计教学，是对3D打印技术应用领域的拓展，也是对灯具设计教育教学模式的创新。

3D打印技术作为一种新兴的理念、技术应用于课堂后可以提升学生对于课堂的兴趣，教师可以引导学生兴趣完成课堂教学内容，从课堂的整体气氛来看，通过引入学生所不熟悉甚至闻所未闻的3D打印技术，可将学生的被动接受式学习变为主动探索式学习。如在课堂中可邀请学生作为助手完成3D打印操作的实践，或可将3D打印实践作为一定时期内的分组探索设计活动，以小组为单位在实验室完成3D打印操作。

在传统教学实践当中，灯具设计专业的学生较少有实践的机会，设计作品也通常仅为图纸而已，而引入3D打印技术之后，学生可以有更多地实践机会，运用3D打印机来完成图纸设计，并以实物的形式验证设计结果的现实可行性，且成本较低。例如学生在课余时间用三维图形软件所设计制作的灯具模型在与指导教师交流修改后，可用3D打印机制作样品，并进行初步试验、调试就是实践的一组流程，而学生对于实践结果的期待也促生了学生学习的主动性。

3D打印技术的引入还可以作为教学工具来应用，灯具的设计不仅仅是造型的设计，还需要学生理解到内部的构造原理，从而通过创意来进行优化，而传统的方式往往不够直观，通过3D打印技术教师可以将所需零件现场讲解、设计、打印、拼接，让学生理解更加直观，不仅仅从听觉、视觉上刺激学生记忆，还可以从触觉方面优化学生对于知识的理解。作为教学工具，3D打印技术还可以为学生演示多方面多层次的灵感优化，如扫描某一树枝的形态并做修改后打印，作为灯体的支架，让学生领悟到创意的多样化和自然界的神奇多变。

3D打印技术应用于教学设计的意义

目前我国的3D打印技术还处于起步阶段，所能够应用的打印材料种类较少，而3D打印机由于精度的不同和应用环境的不同，设备的大小及价格都存在悬殊的差异。由于空间限制能够应用在课堂教学中的3D打印机的材料种类则更更少，且性能精度也相对更低，但从长远来看，3D打印技术应用于教学设计中有着重要的意义。

首先，运用3D打印技术在教学实践当中可以提升学生的基础理论素养。灯具设计有较强的综合性，兼具了工业设计与艺术设计的诸多特性，作为家居饰品的一个重大类别，灯具设计还涉及了家具软装的相关理论，因此学生所要掌握的基础理论十分庞杂，而通过3D打印机的教学实践则可以很好地关联所学知识，提升学生的基础理论素养。例如想要获得一个3D打印的底座，需要在图纸上进行设计，弧度、高低差、大小既要符合人体工程学要求，还要符合美学要求，这个过程就是对基础知识和创意的杂糅，将设计图变为三维模型也需要学生对软件的基础功能进行反复操作，才能雕琢出与图纸相符的三维模型，同时将图形变为3D打印的模型，学生需要对自身的模型有充分的了解，在了解的过程中学生通过巩固知识和查阅资料夯实了自身的基础理论素养，而设计过程中所出现的问题也能够进一步巩固学生的理论知识。

相对于传统教学，应用了3D打印技术的教学模式可以在教学过程中提升学生的实践能力。传统教学当中，学生所能够接触到的往往是教师的理论知识和二维平面图形，对于实际的灯具设计停留在图纸设计领域，学生对于灯具的外形原理及内部构造都没有直观的理解，设计实践难免纸上谈兵，而引入了3D打印技术之后，学生可以不断通过实践突破自身的设计，在实践过程中优化设计细节直至达到标准甚至优化创意。

引入3D打印的灯具设计教学模式也能够提升学生创意的商业转化率，提升学生设计与企业需求的衔接程度。学生在进入学校学习后不可避免的最初的设计往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商业化的能力，但通过接触3D打印技术的实践之后，学生的理论水平和创意设计能留都将会有很大的提升，所设计出来的产品则有较强的独立性和创意自主性，具备了与企业接洽的基本能力，学生通过3D打印将自身最优设计展示出来，学生在大学期间所积累的设计经验对于毕业后进入企业也有着重要的作用。

结语

我国的3D打印技术虽然刚进入起步阶段，但各领域所获得的成果十分喜人，在教育领域，3D打印设备也在逐步应用，在灯具设计领域，3D打印技术可以促进学生掌握基础知识的同时还能够提升学生的实践能力。随着电子技术和材料技术的发展，相信在不远的未来能够有更多类型的3D打印设备和材料能够进入课堂为教学服务。

（作者单位：武汉交通职业学院）

基金项目：

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或成制造业发展新趋势

3D打印既不需要用纸，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，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

目前3D打印技术不仅运用在制造产品原型上，还被运用到多个领域中，比如《生物制造》杂志就刊登了一则研究报告称：可以用3D打印技术批量制造出干细胞，这一技术将能加速实现打印人造器官的进程。在不久的未来，这种3D打印技术可以用来制造类活组织物质，作为药物测试的样品；再比如，一些3D打印的零部件已经被应用机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在不知不觉的情况下，3D打印将渗透在我们的生活之中。

《日经周报》就曾刊文指出，随着技术的日益成熟，3D打印很有可能终结传统的批量化生产时代。但是也有不同的声音表示反对。那么，对于玩具制造业而言，3D打印技术到底会是助力，还是颠覆呢？

3D打印深刻影响玩具制造

目前，全球制造业正面临着第三次科技变革。自从福特・亨利在一个世纪以前开创了流水线以来，制造商就通过批量化生产来降低生产成本。通过增加资本投资，就可以提升生产数量和降低单价。这种规模经济效益正是当前工业巨头们获取利润的重要方式。玩具制造业也不例外。

但是，时下的消费者对新奇产品的需求和渴望远远大于过去。这就促使制造商们必须缩短产品生产周期，加快新品速度。在这个一切以“快”为标准的生产时代，3D打印等数码技术无疑可以帮助厂家应对消费者瞬息万变的口味。

迪士尼的研究员现在已经着手于各种3D打印技术的研究和应用，包括一种可以在密封的空间里受控发光的“光管”。他们说3D打印机能够创造出高准确率的物体，这些物体原本的制作方法非常复杂，且制作成本昂贵。

无疑，这为迪士尼创造新样式的玩具开辟了道路。

在一向以制造精细为傲的日本，3D打印也早已进入了玩具制造的流程之中。总部设于东京浅草区的万代玩具公司，早在2005年就引进了第一台3D打印机，目前，数量已经增加至5台，每天全速运转为公司制造各类新品模型。

在过去，为了制作出高度精细的金属模型，万代公司必须花费一周乃至数周的时间来制作各个零部件。而现在，万代的一名设计组组长Hokuto Furusawa表示：“有了3D打印机，我们制作同样的模型只需要一到两天。”这就极大地缩短了产品研发周期，提高产品更新的效率。

但此类技术的兴起对日本制造商而言，无疑是一把双刃剑。

过去，日本公司只要掌握了基本的生产技术，如金属铸模，就能在中国和其他亚洲同行中胜出。但是现在，有了高端的3D打印设备，其对手也可以获得日本原有的高精度制造的优势。

3D打印技术的运用同时也令开发新品模型的成本大大降低。对新兴的亚洲市场来说，3D打印技术也降低了生产更新、更复杂的产品的难度。

日后，玩具制造的胜负，更多将取决于产品设计和电子制图技术。这些都是在同等3D打印技术的基础上，制作出更优秀作品的前提。

成就另类玩具DIY新概念？

而在美国，3D打印已经从制造商的设计室走入平常人家。

过去，爸爸妈妈要在假期里，去购物中心为孩子选购乐高积木或者是星球大战巡洋舰。而现在，随着操作简化的3D打印机价格变得更为亲民，它们开始走入寻常人家。

经营着一家销售公司的Nardone相信，这些平民化的3D打印机作为玩家自己制作玩具的工具，甚至其本身就是一款DIY玩具，将有着无限的潜力。他表示：“有些公司将会推出低至199美元（约合1241元人民币）的3D打印机。”

3D Systems（美国最大的3D打印机生产制造上市公司）拥有一个网上设计平台 （http：//），其运作模式和苹果的iTunes及谷歌的安卓应用商店相类似。购买了该公司生产的3D打印机的客户，可以在这个设计平台上下载由独立开发者设计的珠宝、玩具、灯罩等各种3D模型，然后用3D打印机将其变为实物。

另一家名为MakerBot的公司则采取更为开放的做法。这家公司在其Thingiverse线上平台 （）上免费提供开源的设计和软件，而公司自身则专注于销售所需的3D打印机和打印材料。

尽管这家公司的做法令版权持有者不安，但是消费者已经开始利用3D打印技术来制造自己专属的星球大战巡洋舰，或者价格更为低廉的乐高玩具或美泰娃娃。

目前，美国的各大3D打印机生产商自推出相对平价的3D打印机之后，需求量都比过去起码翻了一番，大大超出了厂家的预期。

市场研究机构Wohlers Associates主席Terry Wohlers表示：“如果在将来，有厂家推出价格更为低廉，使用更为安全的童用3D打印机，可以预想到，超过半数的家庭都会拥有一台，作为孩子的玩具。”

CSC公司前沿论坛（CSC's Leading Edge Forum）澳大利亚区域经理维韦克・斯里尼瓦桑（Vivek Srinivasan）和CSC澳大利亚分公司的高级顾问贾德罗・巴森（Jarrod Bassan）最近联合发表了一份题为《3D打印和制造业未来》（3D Printing and the Future of Manufacturing）的报告，称3D打印技术将改变零售的模式，延伸至玩具行业，由此也将引发玩具制造的变革。

报告称，3D打印店将开始出现，它们最初会凭借高品质的3D打印技术为本地市场提供服务。一开始是快速原型制造，但这些打印店会转移到消费市场。零售商开始“运送设计，而不是产品”。由此可以想象，玩具制造商的职能会从制造成品向制造玩具设计转变。也许在将来，消费者只需要上网选定并购买自己喜爱的玩具设计数码模型，然后去本地的3D打印店获取自己定制的产品，就像如今你在本地沃尔玛（Walmart）商场内冲印照片一样。

3D打印仍面临诸多技术挑战

首当其冲的就是价格问题。玩具世界杂志出版商John Baulch告诉BBC记者，“玩具行业经常需要利用科技加强玩具令人惊叹的元素。但是，最关键的一点是，这些技术的使用能否使这些玩具的价格适合产品最终的销售。到目前为止，一部分公司已经开发应用3D打印的方法，但是得到的产品价格还未降到可以大范围普及的程度。最后，只能瞄准成人收藏者市场，而不是儿童市场。”

其次是知识产权归属问题。3D打印可以很容易地复制拥有版权的产品设计，随着制造商和设计者开始应对这种情况，未来将出现关于产品设计知识产权归属的诉讼案例。文件共享网站使音乐的复制和共享变得简单，从而撼动了整个音乐行业。与此类似，3D打印技术轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力将引发新一波知识产权问题。因而有些玩具公司将其视为敌人。

而且，3D打印仍然面临着许多技术上的挑战，美国一项研究曾将其面临的主要问题归纳为以下几个方面：材料的刻画，材料的研制，过程控制问题，过程的建模与分析，机器的验证与标准，机器的模块化构造与组合，设计工具与软件。其中最难解决的是材料问题。目前，不但能够用于3D打印的材料非常有限，主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料，而且很多材料的强度和硬度都无法达到预期。

近日，国内首家3D打印体验店落户北京，而英国互联网公司MakieLab宣布其第一款3D打印玩具Makies已经成功满足欧洲玩具安全标准，成为世界上第一个通过CE认证的3D打印玩具。由此在媒体上引起新一轮对3D打印技术的热议。可以预见，3D打印玩具将引发玩具制造业的深刻变革。

或成制造业发展新趋势

3D打印既不需要用纸，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，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

目前3D打印技术不仅运用在制造产品原型上，还被运用到多个领域中，比如《生物制造》杂志就刊登了一则研究报告称：可以用3D打印技术批量制造出干细胞，这一技术将能加速实现打印人造器官的进程。在不久的未来，这种3D打印技术可以用来制造类活组织物质，作为药物测试的样品；再比如，一些3D打印的零部件已经被应用机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在不知不觉的情况下，3D打印将渗透在我们的生活之中。

《日经周报》就曾刊文指出，随着技术的日益成熟，3D打印很有可能终结传统的批量化生产时代。但是也有不同的声音表示反对。那么，对于玩具制造业而言，3D打印技术到底会是助力，还是颠覆呢？

3D打印深刻影响玩具制造

目前，全球制造业正面临着第三次科技变革。自从福特・亨利在一个世纪以前开创了流水线以来，制造商就通过批量化生产来降低生产成本。通过增加资本投资，就可以提升生产数量和降低单价。这种规模经济效益正是当前工业巨头们获取利润的重要方式。玩具制造业也不例外。

但是，时下的消费者对新奇产品的需求和渴望远远大于过去。这就促使制造商们必须缩短产品生产周期，加快新品速度。在这个一切以“快”为标准的生产时代，3D打印等数码技术无疑可以帮助厂家应对消费者瞬息万变的口味。

迪士尼的研究员现在已经着手于各种3D打印技术的研究和应用，包括一种可以在密封的空间里受控发光的“光管”。他们说3D打印机能够创造出高准确率的物体，这些物体原本的制作方法非常复杂，且制作成本昂贵。

无疑，这为迪士尼创造新样式的玩具开辟了道路。

在一向以制造精细为傲的日本，3D打印也早已进入了玩具制造的流程之中。总部设于东京浅草区的万代玩具公司，早在2005年就引进了第一台3D打印机，目前，数量已经增加至5台，每天全速运转为公司制造各类新品模型。

在过去，为了制作出高度精细的金属模型，万代公司必须花费一周乃至数周的时间来制作各个零部件。而现在，万代的一名设计组组长Hokuto Furusawa表示：“有了3D打印机，我们制作同样的模型只需要一到两天。”这就极大地缩短了产品研发周期，提高产品更新的效率。

但此类技术的兴起对日本制造商而言，无疑是一把双刃剑。

过去，日本公司只要掌握了基本的生产技术，如金属铸模，就能在中国和其他亚洲同行中胜出。但是现在，有了高端的3D打印设备，其对手也可以获得日本原有的高精度制造的优势。

3D打印技术的运用同时也令开发新品模型的成本大大降低。对新兴的亚洲市场来说，3D打印技术也降低了生产更新、更复杂的产品的难度。

日后，玩具制造的胜负，更多将取决于产品设计和电子制图技术。这些都是在同等3D打印技术的基础上，制作出更优秀作品的前提。

成就另类玩具DIY新概念？

而在美国，3D打印已经从制造商的设计室走入平常人家。

过去，爸爸妈妈要在假期里，去购物中心为孩子选购乐高积木或者是星球大战巡洋舰。而现在，随着操作简化的3D打印机价格变得更为亲民，它们开始走入寻常人家。

经营着一家销售公司的Nardone相信，这些平民化的3D打印机作为玩家自己制作玩具的工具，甚至其本身就是一款DIY玩具，将有着无限的潜力。他表示：“有些公司将会推出低至199美元（约合1241元人民币）的3D打印机。”

3D Systems（美国最大的3D打印机生产制造上市公司）拥有一个网上设计平台 （http：//），其运作模式和苹果的iTunes及谷歌的安卓应用商店相类似。购买了该公司生产的3D打印机的客户，可以在这个设计平台上下载由独立开发者设计的珠宝、玩具、灯罩等各种3D模型，然后用3D打印机将其变为实物。

另一家名为MakerBot的公司则采取更为开放的做法。这家公司在其Thingiverse线上平台 （）上免费提供开源的设计和软件，而公司自身则专注于销售所需的3D打印机和打印材料。

尽管这家公司的做法令版权持有者不安，但是消费者已经开始利用3D打印技术来制造自己专属的星球大战巡洋舰，或者价格更为低廉的乐高玩具或美泰娃娃。

目前，美国的各大3D打印机生产商自推出相对平价的3D打印机之后，需求量都比过去起码翻了一番，大大超出了厂家的预期。

市场研究机构Wohlers Associates主席Terry Wohlers表示：“如果在将来，有厂家推出价格更为低廉，使用更为安全的童用3D打印机，可以预想到，超过半数的家庭都会拥有一台，作为孩子的玩具。”

CSC公司前沿论坛（CSC's Leading Edge Forum）澳大利亚区域经理维韦克・斯里尼瓦桑（Vivek Srinivasan）和CSC澳大利亚分公司的高级顾问贾德罗・巴森（Jarrod Bassan）最近联合发表了一份题为《3D打印和制造业未来》（3D Printing and the Future of Manufacturing）的报告，称3D打印技术将改变零售的模式，延伸至玩具行业，由此也将引发玩具制造的变革。

报告称，3D打印店将开始出现，它们最初会凭借高品质的3D打印技术为本地市场提供服务。一开始是快速原型制造，但这些打印店会转移到消费市场。零售商开始“运送设计，而不是产品”。由此可以想象，玩具制造商的职能会从制造成品向制造玩具设计转变。也许在将来，消费者只需要上网选定并购买自己喜爱的玩具设计数码模型，然后去本地的3D打印店获取自己定制的产品，就像如今你在本地沃尔玛（Walmart）商场内冲印照片一样。

3D打印仍面临诸多技术挑战

首当其冲的就是价格问题。玩具世界杂志出版商John Baulch告诉BBC记者，“玩具行业经常需要利用科技加强玩具令人惊叹的元素。但是，最关键的一点是，这些技术的使用能否使这些玩具的价格适合产品最终的销售。到目前为止，一部分公司已经开发应用3D打印的方法，但是得到的产品价格还未降到可以大范围普及的程度。最后，只能瞄准成人收藏者市场，而不是儿童市场。”

其次是知识产权归属问题。3D打印可以很容易地复制拥有版权的产品设计，随着制造商和设计者开始应对这种情况，未来将出现关于产品设计知识产权归属的诉讼案例。文件共享网站使音乐的复制和共享变得简单，从而撼动了整个音乐行业。与此类似，3D打印技术轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力将引发新一波知识产权问题。因而有些玩具公司将其视为敌人。

而且，3D打印仍然面临着许多技术上的挑战，美国一项研究曾将其面临的主要问题归纳为以下几个方面：材料的刻画，材料的研制，过程控制问题，过程的建模与分析，机器的验证与标准，机器的模块化构造与组合，设计工具与软件。其中最难解决的是材料问题。目前，不但能够用于3D打印的材料非常有限，主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料，而且很多材料的强度和硬度都无法达到预期。

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