時(shí)間：2023-09-22 09:42:58
序論：在您撰寫(xiě)3d打印技術(shù)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：3d打印；應(yīng)用現(xiàn)狀；教學(xué)領(lǐng)域
1 引言
3D打印，又稱為增材制造，是快速成型技術(shù)的一種，被譽(yù)為 “第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”，以其 “制造靈活”和“節(jié)約原材料”的特點(diǎn)在制造業(yè)掀起了一股浪潮。近年來(lái)，隨著3D打印技術(shù)的逐步成熟、精確，打印材料種類(lèi)的增加，打印價(jià)格的降低，3D打印得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，不僅在機(jī)械制造、國(guó)防軍工、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也逐漸進(jìn)入了公眾視野，走進(jìn)學(xué)校、家庭、醫(yī)院等大眾熟悉的場(chǎng)所，在教育、生物醫(yī)療、玩具等行業(yè)也得到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用，作為教育工作者，本文將在介紹3D打印的原理、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討3D打印在教育領(lǐng)域的角色及應(yīng)用模式。
2 3D打印概述
2.1 3D打印原理
3D打?。?D printing，又稱三維打?。抢迷O(shè)計(jì)好的3D模型，通過(guò)3D打印機(jī)逐層增加塑料、粉末狀金屬等材料來(lái)制造三維產(chǎn)品的技術(shù)[1]。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)3D打印獲得物品需要經(jīng)歷建模、分割、打印、后期處理等四個(gè)環(huán)節(jié)[2]，其中3D虛擬模型，可以是利用掃描設(shè)備獲取物品的三維數(shù)據(jù)，并以數(shù)字化方式生成三維模型，或者是利用AutoCAD等工程或設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建的3D模型，有些應(yīng)用程序甚至可以使用普通的數(shù)碼照片來(lái)制作3D模型，比如123D Catch[3]。
2.2 3D打印的優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印不需事先制模，也不必鑄造原型，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，減少了產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用的時(shí)間，降低了企業(yè)因開(kāi)模不當(dāng)可能導(dǎo)致的高成本風(fēng)險(xiǎn)，使得特殊和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型的制作也變得相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品也更能凸顯個(gè)性化。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無(wú)到有制造出來(lái)，大大減少了原材料和能源的消耗，生產(chǎn)上實(shí)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2.3 3D打印的應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來(lái)，3D打印得到了快速發(fā)展，幾乎應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在模具加工和機(jī)械制造領(lǐng)域，使用3D打印相對(duì)快速地進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)與定制，打印復(fù)雜形狀的各種零件，打印具有足夠強(qiáng)度的個(gè)性化幾何造型的物件。在航空航天、國(guó)防軍工領(lǐng)域，3D打印應(yīng)用于外形驗(yàn)證、關(guān)鍵零部件的原型制造、直接產(chǎn)品制造等方面。如空客公司從打印飛機(jī)小部件開(kāi)始，逐步發(fā)展，計(jì)劃在2050年左右打印出整架飛機(jī)。生物醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)工作者利用3D打印技術(shù)打印出患者的心臟模型，缺損下頜骨模型，患者外傷性腦內(nèi)血腫顱腦模型等，用于輔助診斷并制定術(shù)前手術(shù)方案，降低了手術(shù)難度，減少了手術(shù)時(shí)間，為患者帶來(lái)了精準(zhǔn)化的治療。人工椎體和人體氣管軟骨的打印讓人體器官的3D打印成為可能。3D打印的處方藥產(chǎn)品SPRITAM（左乙拉西坦）片劑可用于各種癲癇疾病的治療。建筑工程領(lǐng)域，3D打印建筑不需使用模板，打印的建筑物重量輕，強(qiáng)度大，時(shí)間短，產(chǎn)生的建筑垃圾及建筑粉塵少，且可以循環(huán)使用，綠色環(huán)保。3D打印在首飾、食品、玩具和日常用品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中也有廣泛應(yīng)用，可以很好地彰顯用戶的個(gè)性化特點(diǎn)和需求。3D打印在太陽(yáng)能電池板和特殊材料的制造方面的應(yīng)用也有突破。
3 3D打印在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
3D打印在教學(xué)方面的探索性活動(dòng)也已經(jīng)展開(kāi)，并應(yīng)用在數(shù)學(xué)、航空、電子、設(shè)計(jì)、機(jī)電工程、生物醫(yī)學(xué)、天文等大部分學(xué)科中，取得了良好的教學(xué)效果。基于3D打印的快速生成能力，使得數(shù)字化模型能快速轉(zhuǎn)化為立體實(shí)物，借助立體實(shí)物的生成過(guò)程及使用可以提高教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生合作、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新等能力。
3.1打印三維教具學(xué)具輔助教學(xué)
在課程教學(xué)中，借助于多媒體教學(xué)手段，一些抽象的圖像可以相對(duì)直觀的顯示出來(lái)，但針對(duì)的是群體，形成的是暫時(shí)的視覺(jué)感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把數(shù)字化的圖像轉(zhuǎn)化成實(shí)物的教具和學(xué)具，每個(gè)同學(xué)都有機(jī)會(huì)親手感受，而且還可以親自設(shè)計(jì)、策劃，無(wú)疑對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，知識(shí)的掌握及應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用。比如：數(shù)學(xué)課可以打印出幾何曲面、剖面立體實(shí)物；動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)可以打印出3D人物，動(dòng)物角色模型，且可以根據(jù)實(shí)效及時(shí)修改；語(yǔ)文課可以把要講解的地域打印出來(lái)，如北京的胡同，同學(xué)們可以拿著模型理解胡同的特點(diǎn)，體驗(yàn)胡同文化，講述胡同的來(lái)龍去脈；機(jī)械制造課可以根據(jù)課程內(nèi)容打印相關(guān)的零件、齒輪、連桿等。
3.2 實(shí)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)
職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)較多，鉗工實(shí)習(xí)、數(shù)控機(jī)床實(shí)習(xí)、電子電工實(shí)習(xí)、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)等，都需要借助相應(yīng)的模型，并設(shè)計(jì)出一定的模型。借助于3D打印，同學(xué)們對(duì)需要設(shè)計(jì)的模型有一個(gè)大體的認(rèn)識(shí)，然后經(jīng)過(guò)集體分組的討論、設(shè)計(jì)、修改等過(guò)程，不僅能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生交互學(xué)習(xí)，協(xié)作學(xué)習(xí)，且能提高學(xué)生的設(shè)計(jì)水平、思維能力和實(shí)踐能力。比如在模具設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)中，采用項(xiàng)目式教學(xué)法，應(yīng)用3D打印，學(xué)生分組設(shè)計(jì)、分組打印，學(xué)生在親眼目睹自己的設(shè)計(jì)零件打印成型的過(guò)程及成品后，學(xué)習(xí)興趣大增，多次討論修改的過(guò)程也大大提升學(xué)生的設(shè)計(jì)水平。在CAD課程實(shí)踐環(huán)節(jié)中，使用3D打印機(jī)，可以根據(jù)教學(xué)需要來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)作品3D打印出來(lái)進(jìn)行評(píng)比并組裝，不僅使學(xué)生熟練掌握設(shè)計(jì)軟件建模的基本思路和流程，而且對(duì)如何從設(shè)計(jì)作品到具體的實(shí)物的生成有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，有利于日后學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和發(fā)展。
3.3 就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)
近年來(lái)，大學(xué)畢業(yè)生人數(shù)急劇增加，就業(yè)壓力增大，國(guó)家大力提倡大學(xué)生創(chuàng)業(yè)，整個(gè)社會(huì)也興起了一股自主創(chuàng)業(yè)的熱潮。對(duì)于職業(yè)學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，有一定的專業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的動(dòng)手操作能力，有創(chuàng)業(yè)的熱情與激情。借助于3D打印設(shè)備，創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)老師可以指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)辦創(chuàng)意設(shè)計(jì)3D打印工作室，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出相關(guān)產(chǎn)品并打印出來(lái)進(jìn)行銷(xiāo)售，同時(shí)也可為社會(huì)客戶提供DIY服務(wù)，收取一定的培訓(xùn)費(fèi)和制作費(fèi)，也可以在校企合作的基礎(chǔ)上為合作企業(yè)提供設(shè)計(jì)和3D打印服務(wù)。通過(guò)3D打印的上述創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的鞏固、對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的了解，并培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力。
3.4 圖書(shū)館應(yīng)用
圖書(shū)館引入3D打印服務(wù)是圖書(shū)館從文獻(xiàn)服務(wù)走向創(chuàng)新服務(wù)的途徑。國(guó)外很多圖書(shū)館都開(kāi)展3D打印服務(wù)，國(guó)內(nèi)的綜合圖書(shū)館，如上海圖書(shū)館、蘇州圖書(shū)館也開(kāi)展3D打印服務(wù)，高校中的上海交通大學(xué)圖書(shū)館也開(kāi)展3D打印服務(wù)，并且通過(guò)舉辦3D打印設(shè)計(jì)大賽積極推廣此項(xiàng)服務(wù)，通過(guò)比賽普及3D打印知識(shí)，讓同學(xué)們了解3D打印前沿科技，啟發(fā)學(xué)生們用創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、智慧解決問(wèn)題。學(xué)校圖書(shū)館可以配備一兩臺(tái)3D打印機(jī)，并在保證健康和安全的基礎(chǔ)上，充分考慮費(fèi)用、提交步驟、等待和篩選時(shí)間等、制定詳細(xì)的3D打印制度或政策，并鼓勵(lì)學(xué)生打印原創(chuàng)作品，以發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)特長(zhǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。
4 結(jié)束語(yǔ)
3D打印正從工業(yè)領(lǐng)域，走向各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。不久的將來(lái)，也會(huì)像電腦、手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)一樣進(jìn)入我們的社會(huì)和每個(gè)家庭。教育工作者應(yīng)積極利用這項(xiàng)新技術(shù)，促進(jìn)教學(xué)模式和教學(xué)活動(dòng)的創(chuàng)新，更好地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新水平。
參考文獻(xiàn)
原本以為打印只可能印在紙張等平面上的，又何來(lái)3D打印之說(shuō)呢?其實(shí)，3D打印機(jī)跟傳統(tǒng)打印機(jī)―樣，是一種連接電腦并把電腦中信息輸出的設(shè)備(其工作方式與噴墨打印機(jī)也有些許相似)；最大的不同是，3D打印機(jī)輸出的是真實(shí)的物體模型。因此，人們形象地將其稱為“3D打印”。
3D打印對(duì)于普通商務(wù)用戶來(lái)說(shuō)用處不大，但在工業(yè)設(shè)計(jì)或3D模型設(shè)計(jì)等特殊領(lǐng)域都能夠發(fā)揮極大的作用。我們知道，一款產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)之前會(huì)多次修改，而階段性的設(shè)計(jì)成果通常會(huì)被制成模型來(lái)確定效果。這時(shí)，再好的設(shè)計(jì)圖紙也不如一個(gè)真實(shí)的成品模型更有說(shuō)服力。可惜的是，傳統(tǒng)的模型制作方法成本高昂、耗時(shí)耗力且精度不高，因此快速成型技術(shù)成為設(shè)計(jì)行業(yè)的迫切需要。3D打印則是其中極具發(fā)展?jié)摿Φ目焖俪尚图夹g(shù)之一。現(xiàn)在，讓我們從3D打印的發(fā)展說(shuō)起，逐漸了解這一方興未艾的新技術(shù)，并設(shè)想它會(huì)給我們帶來(lái)什么樣的變化吧。
“快速成型”的迅猛發(fā)展催生“3D打印”
雖然在多數(shù)人看來(lái)3D打印還是一個(gè)新生事物，其實(shí)在二十年前3D打印設(shè)想已開(kāi)始醞釀。
設(shè)計(jì)領(lǐng)域許多人都知道3D CAD(3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))。從70年代誕生到現(xiàn)在，3D CAD經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為廣大設(shè)計(jì)人員的有力工具之一和很多設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)。而快速成型(RapidPrototyping，簡(jiǎn)稱RP)技術(shù)幾乎與3D CAD的發(fā)展同步。換言之，前者其實(shí)就是后者發(fā)展的寫(xiě)照，因?yàn)槿藗儚氖褂?D CAD的那天起就希望方便地將設(shè)計(jì)“轉(zhuǎn)化”為實(shí)物。
快速成型技術(shù)是一種由CAD數(shù)據(jù)通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。這一成型過(guò)程不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀。它可以自動(dòng)、快速、直接和精確地將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并縮減生產(chǎn)成本。
RP在多年的發(fā)展中形成了多種流派，如SL(Stereo Lithography，立體光造型)、SLS(Selected Laser Sintering，選擇性激光燒結(jié))、3DP(Three Dimensional Printing，三維打印)及FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉積制造)等。前兩種是基于激光或其它光源的成型技術(shù)，設(shè)備造價(jià)和制作模型成本都比較高昂，因此只在一些特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用；而3DP~FDM則是基于原料噴射成型的技術(shù)，不需要昂貴的激光器，成本低了不少，因此成為RP行業(yè)中“最親民”的技術(shù)，近幾年大有普及之勢(shì)(由于都有近似噴墨打印機(jī)的工作方式，因此人們將它們稱為“3D打印機(jī)”)。下面我們就與3D打印機(jī)來(lái)一個(gè)近距離接觸。
好用不貴的3D打印
之前，3D打印離我們還很遙遠(yuǎn)，主要是受到以下三個(gè)因素影響：
成本太高，這是阻礙3D打印普及的最主要因素
太慢的3D打印速度
較低的打印精度
現(xiàn)在，這樣的局面即將被打破――基于快速成型技術(shù)的3D打印有了長(zhǎng)足進(jìn)步，早先只有某些行業(yè)用戶用得起的3D打印機(jī)越來(lái)越多地出現(xiàn)在各種民用領(lǐng)域中。那么，3D打印機(jī)到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢?
3D打印機(jī)是這樣工作的
傳統(tǒng)的加工手法與雕塑相似，通常是一整塊材料按照設(shè)計(jì)去除無(wú)用的部分，剩下的才是精華。而3D打印機(jī)采用分層加工、疊加成形方式來(lái)“造型”，會(huì)將設(shè)計(jì)品分為若干薄層，每次用原材料生成一個(gè)薄層，再通過(guò)逐層疊加獲得3D實(shí)體。從這點(diǎn)來(lái)看，它與噴墨打印機(jī)工作方法十分類(lèi)似，3DP是一層層地印，而噴墨打印機(jī)是一條直線一條直線地噴，通過(guò)若干直線的疊加形成圖像，因此“3D打印機(jī)”的稱呼也就顯得十分貼切了口當(dāng)然原理相仿的3DP與FDM在實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上還是存在較大差別，最終導(dǎo)致了產(chǎn)品的性質(zhì)和用途各不相同。
3DP
提到3DP，幾乎就是美國(guó)z Corporation司的代稱。早在1994年，幾個(gè)來(lái)自MIT(麻省理工學(xué)院)的科研和技術(shù)專家就發(fā)明了3DP技術(shù)并申請(qǐng)了專利。1997年，為了將3DP技術(shù)推向市場(chǎng)，Z Corporation公司正式成立。從那時(shí)起，Z Corporation就一直占據(jù)著3D打印機(jī)市場(chǎng)的半壁江山。
3DP工藝的原理是先由儲(chǔ)存桶送出一定量的原材料粉末，再用滾筒將粉末在加工平臺(tái)上推成薄薄一層，接著打印頭會(huì)噴出一種特殊膠水(黏著劑)，依照電腦模型切片后獲得的二維切片形狀黏著粉末并使其迅速固化。每噴完一層，加工平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)下降―點(diǎn)，按照剛才的順序做幾次循環(huán)直到完成。這時(shí)只要掃除松散的外層粉末便可得到想要的實(shí)體模型。
這種技術(shù)的特點(diǎn)是成型速度快，制作成本低。它目前可以達(dá)到每小時(shí)25mm垂直高度的成型速度，每層厚度為0.089～0.203mm，最高分辨率600dpi。層厚度越薄分辨率越高，實(shí)體模型的精細(xì)度當(dāng)然就越高。而且，它能夠使用多種原材料(陶瓷顆粒都可以使用)可成型出具有軟質(zhì)PVC特性的模型。如果使用彩色原料，它甚至可以加工出24位彩色模型來(lái)。Z Corporadon的3D打印機(jī)也是目前唯一能夠打印彩色零件的快速成型設(shè)備。但3DP工藝制作出來(lái)的模型強(qiáng)度不高，主要用于外觀概念模型。
FDM
成立于1990年的美國(guó)Stratasys公司率先推出了基于FDM技術(shù)的快速成型機(jī)，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印機(jī)。由于’FDM技術(shù)有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。適合汽車(chē)、家電、電動(dòng)工具、機(jī)械加工、精密鑄造及工藝品制作等領(lǐng)域使用，因此Stratasys的FDM快速成型機(jī)目前在全球RP市場(chǎng)已占有近半的比例。那么，F(xiàn)DM的優(yōu)勢(shì)何在呢?看完下文你就會(huì)對(duì)它有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)?；贔DM的3D打印機(jī)是這樣工作的
CAD生成的模型數(shù)據(jù)先導(dǎo)入3D打印機(jī)的控制軟件，再經(jīng)其處理自動(dòng)生成支撐材料和加熱噴頭運(yùn)動(dòng)路徑。這時(shí)，加熱噴頭會(huì)在計(jì)算機(jī)的控制下根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息作平面運(yùn)動(dòng)，而熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至加熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出來(lái)涂覆在相應(yīng)工作平臺(tái)上。待到快速冷卻后平臺(tái)上就會(huì)形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓。這僅僅是完成了一層截面成型，接著工作臺(tái)會(huì)下降一定高度再進(jìn)行下一層的熔覆，通過(guò)周而復(fù)始地多層堆迭來(lái)形成三維實(shí)體。
這樣工作是不是看起來(lái)很慢?好在Stratasys公司的FDM打印機(jī)可以采用兩個(gè)噴頭同時(shí)造型，所以制作速度得到了大大提高。而且FDM工藝完成的模型“很干凈”――不會(huì)有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險(xiǎn)，使它可以安全地運(yùn)用于辦公環(huán)境。
FDM可以采用ABS(由丙烯腈、丁二 烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成)或PC(聚碳酸酯)等材料進(jìn)行制作。目前，F(xiàn)DM工藝在汽車(chē)、機(jī)械制造等行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，其主要原因在于FDM是唯一運(yùn)用工程材料快速成型的模型工藝。
主流3D打印機(jī)
在目前的3 D打印機(jī)行業(yè)中，ZCorporation和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占有絕大多數(shù)市場(chǎng)份額。
Z corporation的產(chǎn)品主要有ZPrinter310 Plus、ZPrinter 450和SpectrumZ510三種。除第一款為黑白打印機(jī)以外，其它兩款都具有彩色打印功能。而且Z Corporation的3D打印機(jī)能使用多種原材料，無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，但需要做浸洗等后期處理。
Dimension系列3D打印機(jī)是美國(guó)STRTASY公司的產(chǎn)品，分別是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite為該系列最新機(jī)型，精度最高，可以實(shí)現(xiàn)0.127mm層厚)。其中BST采用了剝離式技術(shù)，即手動(dòng)剝離成型后的支撐材料；而SST和Elite為水溶式技術(shù)，即模型上的支撐材料可用專門(mén)的溶液溶解掉，非常適合成型復(fù)雜模型。五款機(jī)型除了成型精度、成型尺寸圾支撐材料去除方式不同，其它性能基本相同。
3D打印在中國(guó)
我國(guó)XCRP技術(shù)也同樣有十分強(qiáng)烈的需求。自90年代初國(guó)內(nèi)就有多所高校開(kāi)始自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RP技術(shù)研發(fā)。清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)代成型學(xué)理論、SSM分層實(shí)體制造、FDM工藝，并開(kāi)展了基于SL工藝金屬模具的研究；華中科技大學(xué)研究LOM(分層實(shí)體制造)工藝，推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料，西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出LPS和CPS系列的光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)樹(shù)脂，CPS系統(tǒng)采用紫外燈為光源，成型精度0.2mm。
但是相比RP技術(shù)領(lǐng)先的美國(guó)、日本等國(guó)家，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一款達(dá)到國(guó)際水平的3D打印機(jī)推向市場(chǎng)，只有部分有實(shí)力的企業(yè)和科研院到專業(yè)的RP或3D打印服務(wù)商那里租用3D打印機(jī)或者訂制模型。國(guó)內(nèi)RP技術(shù)在研究隊(duì)伍、資金投入和普及范圍等多方面還有很長(zhǎng)的路要走。比較而言，港臺(tái)地區(qū)RP技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。港臺(tái)地區(qū)相比內(nèi)地RP技術(shù)起步較早――很多高校、企業(yè)都有自己的3D打印設(shè)備。只不過(guò)，港臺(tái)地區(qū)RP技術(shù)的重點(diǎn)是應(yīng)用與推廣而并非自主研發(fā)。
3D打印的將來(lái)：另一場(chǎng)制造業(yè)革命?
現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要想3D打印全面普及，成本、打印精度、速度和原材料的多樣性等等都是現(xiàn)在的3D打印機(jī)必須不斷完善的項(xiàng)目。
第一，成本方面，在不久的將來(lái)3D打印機(jī)的價(jià)格會(huì)有大幅下降。一些較小規(guī)模的3D打印機(jī)制造商已經(jīng)開(kāi)始推出―萬(wàn)美元以下的3D打印機(jī)，例如Desktop Factory的4995美元打印機(jī)。還有一些愛(ài)好者從2006年開(kāi)始也在研制“開(kāi)源”的3D打印機(jī)。他們的目的是希望大家都來(lái)參與改良3D打印機(jī)，并最終促成低價(jià)3D打印機(jī)的誕生和普及。第二，開(kāi)發(fā)更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及其他方法難以制作的復(fù)合材料等。當(dāng)然還有金屬材料，直接金屬成型技術(shù)將會(huì)成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)。第三，提高3D打印的速度和效率。開(kāi)拓并行、多材料制造的工藝方法，以便能夠直接面向產(chǎn)品制造。改善3D打印系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能。除此之外，還有許多新的成型方法與工藝會(huì)在未來(lái)應(yīng)用于3D打印機(jī)中。
在未來(lái)，3D打印機(jī)有可能走進(jìn)千家萬(wàn)戶。有了它，你可以做許多現(xiàn)在看起來(lái)匪夷所思的事情，因?yàn)閺哪撤N角度來(lái)說(shuō)，許多你想到的東西都能直接打印得到。
3D打印機(jī)將使工業(yè)設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)制作設(shè)計(jì)品的高度仿真模型，交給生產(chǎn)部門(mén)或用戶，然后根據(jù)反饋意見(jiàn)進(jìn)行進(jìn)一步修改。家居裝飾公司可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙呈現(xiàn)數(shù)個(gè)逼真、縮小的新家模型供你挑選。整形醫(yī)師采用特殊材料訂制整形所用的不同形狀的人造骨骼。這一切用3D打印機(jī)只需要很短時(shí)間就能完成。
【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù) 原理 發(fā)展
近來(lái)，3D打印技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家興起，前不久在網(wǎng)上流傳的3D打印手槍，引來(lái)許多網(wǎng)友圍觀。3D打印現(xiàn)在已不再只是概念產(chǎn)物，全球已有不少公司推出了個(gè)人3D打印機(jī)，它已在平常生活中開(kāi)始普及。3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動(dòng)第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)是“減材制造技術(shù)”，3D打印則是“增材制造技術(shù)”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢(shì)。
一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介
3D打印技術(shù)是通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印技術(shù)綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識(shí)，具有很高的科技含量。3D打印機(jī)是3D打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造，以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開(kāi)拓了廣闊的空間。
二、3D打印技術(shù)所依托的關(guān)鍵技術(shù)
3D打印技術(shù)需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，主要包括以下方面：信息技術(shù)，即要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并根據(jù)模型自動(dòng)分析出打印的工序，自動(dòng)控制打印器材的走向；精密機(jī)械，即3D打印技術(shù)以“每層的疊加”為加工方式，產(chǎn)品的生產(chǎn)要求高精度，必須對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求；材料科學(xué)，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來(lái)，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。
三、我國(guó)3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，我國(guó)積極探索3D打印技術(shù)的研發(fā)，初步取得成效。自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校，在3D打印設(shè)備制造技術(shù)、3D打印材料技術(shù)、3D設(shè)計(jì)與成型軟件開(kāi)發(fā)、3D打印工業(yè)應(yīng)用研究等方面，開(kāi)展了積極的探索，已用部分技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機(jī)械性能要求，有望率先應(yīng)用于航天、航空裝備制造；生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國(guó)生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。
在家用電器、汽車(chē)配件、通信技術(shù)、航天、軍工等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)被越來(lái)越多應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)中。在醫(yī)療領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)高水平的醫(yī)院使用3D打印技術(shù)，為患者提供定制的牙齒和骨骼替代物以及具有仿生性能的體內(nèi)植入物。在教育領(lǐng)域，我國(guó)有很多高校購(gòu)買(mǎi)了3D打印設(shè)備，開(kāi)展多個(gè)學(xué)科的教育和研究工作。目前，中國(guó)已成為美國(guó)、日本、德國(guó)之后的3D打印設(shè)備擁有國(guó)。
四、3D打印技術(shù)發(fā)展前景
近年來(lái)，3D打印技術(shù)持續(xù)發(fā)展，成本的大幅降低使其已經(jīng)從研發(fā)的小眾空間向主流市場(chǎng)進(jìn)軍，發(fā)展勢(shì)頭不可阻擋，已經(jīng)成為社會(huì)廣泛關(guān)注、民用市場(chǎng)迅速崛起的新領(lǐng)域。3D打印制作的模型、禮品、紀(jì)念品乃至工藝品的應(yīng)用，極大吸引了社會(huì)關(guān)注和投入，發(fā)展加速，市場(chǎng)開(kāi)始呈現(xiàn)量與質(zhì)的雙飛躍。據(jù)預(yù)測(cè)，2020年3D打印成品將占產(chǎn)品生產(chǎn)總量的50%。
隨著3D打印技術(shù)的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，特別是圖形藝術(shù)領(lǐng)域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達(dá)制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過(guò)幾百甚至上千個(gè)文字的描述。專業(yè)人士堅(jiān)信個(gè)性化或定制化的3D打印可以將一個(gè)所想象的三維模型即時(shí)擺在眼前，能夠快速改進(jìn)產(chǎn)品，增長(zhǎng)幅度將超過(guò)想象，將會(huì)改變社會(huì)各種應(yīng)用的未來(lái)。
3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量將減少到原來(lái)的幾分之一。3D打印不僅節(jié)約成本，提高制作精度，也將彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造的不足，并將在民用市場(chǎng)迅速崛起，從而開(kāi)啟制造業(yè)的新紀(jì)元，為印刷工業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇。
五、結(jié)語(yǔ)
隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟和3D打印材料的擴(kuò)充，我們相信3D打印將會(huì)帶給我們更多的驚喜和沖擊，3D產(chǎn)品將會(huì)在我們的生活中觸手可及。
參考文獻(xiàn)：
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一、3D打印的簡(jiǎn)介
（一）3D打印的定義
3D打印技術(shù)，學(xué)術(shù)上又稱“添加制造”（additve manufacturing）技術(shù)，也稱為增材制造或增量制造。3D打印技術(shù)是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品的制造方法[1]。這種數(shù)字化制造模式不需要復(fù)雜的工藝，不需要龐大的機(jī)床，也不需要眾多的人力，直接由數(shù)字化文件生成任何形狀的零件，使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。
（二）3D打印的過(guò)程
對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面內(nèi)容的普通打印機(jī)，事實(shí)上傳統(tǒng)的噴墨打印機(jī)和某些工藝類(lèi)型的3D打印在技術(shù)上確實(shí)比較接近。3D打印使用特制的設(shè)備將材料一層層地噴涂或熔結(jié)到三維空間中，最后形成所需的實(shí)體，所用設(shè)備即3D打印機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)3D打印獲得實(shí)體需要經(jīng)歷建模、分層、打印和后期處理四個(gè)主要階段。
1.三維建模
三維模型通常有兩種途徑獲取，一是通過(guò)3D掃描儀獲取對(duì)象的三維數(shù)據(jù)，并且以數(shù)字化方式生成三維模型；二是使用三維建模軟件從零開(kāi)始建立三維數(shù)字化模型。
2.分層切割
由于描述方式的差異，3D打印機(jī)并不能直接操作3D模型。當(dāng)3D模型輸入電腦中后，需要通過(guò)打印機(jī)配備的專業(yè)軟件進(jìn)一步處理，即將模型切分為一層層薄片，每個(gè)薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機(jī)的精度決定。
3.打印噴涂
由打印機(jī)將打印耗材逐層噴涂或熔結(jié)到三維空間中，根據(jù)工作原理的不同，有多種實(shí)現(xiàn)方法。常見(jiàn)的有光固化方法（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結(jié)法（SLS）等。
4.后期處理
模型打印完成后一般都會(huì)有毛刺或粗糙的截面。這時(shí)需要對(duì)模型進(jìn)行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等，才能最終完成所需要的模型的制造。
（三）3D打印的特點(diǎn)
數(shù)字制造：借助CAD等軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)字化，驅(qū)動(dòng)機(jī)器設(shè)備加工制造成器件；數(shù)字化文件還可借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)異地分散化制造的生產(chǎn)模式。
降維制造：把三維結(jié)構(gòu)的物體先分解成二維層狀結(jié)構(gòu)，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術(shù)可以制造出任何復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且制造過(guò)程更柔性化。
堆積制造：采用分層制造的堆積方式對(duì)實(shí)現(xiàn)非勻致材料、功能梯度的器件更具優(yōu)勢(shì)。
直接制造：任何高性能難成型的部件均可通過(guò)打印方式一次性直接制造出來(lái)，不需要通過(guò)組裝拼接等過(guò)程實(shí)現(xiàn)。
快速制造：3D打印制造工藝流程短、全自動(dòng)、可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制造，因此，制造更快速、更高效。
綠色制造：3D打印技術(shù)是增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)減材制造相比具有較高的材料利用率，同時(shí)可以采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)減少材料使用量，降低能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)制造的綠色可持續(xù)發(fā)展。
二、3D打印常見(jiàn)成型工藝
現(xiàn)在常見(jiàn)的3D打印工藝有SLS、SLA、FDM。
（一）SLS（Selective Laser Sintering，選擇性激光燒結(jié)）
選擇性激光燒結(jié)是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層一層層疊加生成所需形狀的零件。工藝原理（見(jiàn)圖1）。該工藝通常采用金屬、石蠟、陶瓷粉末等作為成型材料。成型件強(qiáng)度高、無(wú)須設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，但是成型后的工件表面比較粗糙，后期處理工藝比較復(fù)雜。
（二）SLA（Stereo lithography Appearance 立體光固化成型法）
立體光固化成型法是最早商用的3D打印技術(shù)，它采用的成型材料是液態(tài)光敏樹(shù)脂，當(dāng)特定波長(zhǎng)與強(qiáng)度的激光照射到液態(tài)材料表面時(shí)，光敏樹(shù)脂則會(huì)凝固為固體。激光由點(diǎn)到線再由線到面的依次掃描就形成一層面的成型作業(yè)，然后工作臺(tái)升降一個(gè)層片的高度，在成型下一個(gè)層面，通過(guò)這種方式制造三維實(shí)體（見(jiàn)圖2）
光固化成型法技術(shù)成熟度高、成型速度較快、表面精度較高，但是系統(tǒng)造價(jià)昂貴，成型件強(qiáng)度較低，所以還無(wú)法大范圍使用。
（三）FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉積制造）
熔融沉積制造是采用低熔點(diǎn)的絲狀材料作為成型材料，通過(guò)熱噴嘴把熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，噴頭作X-Y平面運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)做Z向運(yùn)動(dòng)，然后逐層疊加成型（見(jiàn)圖3）。這種成型工藝雖然需要設(shè)計(jì)輔助支撐結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)椴恍枰獜?fù)雜的能量束，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，成本低，同時(shí)耗材種類(lèi)相對(duì)豐富，所以該工藝使用較廣泛，目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成型系統(tǒng)中的份額大約為30%。
當(dāng)然還有其他3D打印成型工藝，例如，分層實(shí)體制造（Laminated Object Manufactuing，LOM）、電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting，EBM）、激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting，SLM）。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)景、材料、成本等因素選擇合適的成型工藝。
三、3D打印的應(yīng)用及其意義
【關(guān)鍵詞】虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；3D打印包裝；技術(shù)發(fā)展
1基于虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的3D打印包裝技術(shù)概述
傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是基于IP來(lái)進(jìn)行的，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展環(huán)境下，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展有了全新的理念，虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸進(jìn)入到人們的視野中。虛擬網(wǎng)絡(luò)與寬帶網(wǎng)絡(luò)不通，能夠在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建出全面的結(jié)構(gòu)體系，并不單純是基于IP基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行信息傳遞共享的，這樣在信息傳遞效率上會(huì)有明顯的提升，并且在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)利用時(shí)也擁有了更廣闊的前景，在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的3D打印包裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)得到了全面突破，可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想化的技術(shù)應(yīng)用效果，應(yīng)用于精密行業(yè)的設(shè)計(jì)制造中，能夠?qū)⒋蛴≈圃斓脑先客度氲绞褂弥校@樣就不會(huì)影響到使用功能的實(shí)現(xiàn)，并且所打印的產(chǎn)品也從平面逐漸向立體化過(guò)度，在各行業(yè)的設(shè)計(jì)中最常使用到這種技術(shù)。在打印前產(chǎn)品是虛擬的，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，這一點(diǎn)與虛擬網(wǎng)絡(luò)更加符合，基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的3D打印包裝，設(shè)計(jì)理念所受到的約束更小，對(duì)于常見(jiàn)的技術(shù)性問(wèn)題，在設(shè)計(jì)期間會(huì)通過(guò)理念完善來(lái)解決，最終所應(yīng)用的技術(shù)也能快速實(shí)現(xiàn)功能。
2基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)中3D打印包裝技術(shù)的實(shí)用化能力
將網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)與3D網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互結(jié)合，最終所形成的技術(shù)方法中，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)虛擬的先進(jìn)性充分引入其中。該項(xiàng)技術(shù)是以傳統(tǒng)的打印技術(shù)為原型來(lái)進(jìn)行的，在此基礎(chǔ)上可能會(huì)遇到不同程度的打印問(wèn)題，但通過(guò)技術(shù)性方法也都能夠得到更好的解決。原有的3D打印技術(shù)中，僅限于塑料材料，并且打印的速度、成本也都不夠理想化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用與發(fā)展，技術(shù)得到了更好的改進(jìn)，在打印原料種類(lèi)上有明顯的增多，除模型之外，還可以打印出所需要的精細(xì)零件，將其應(yīng)用在設(shè)備的制造中。對(duì)金屬材料也能夠進(jìn)行塑性，將所要打印的模具模型以程序代碼形式輸入到計(jì)算機(jī)中，打印時(shí)連接虛擬網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行，這樣打印可以完全按照輸入的參數(shù)代碼來(lái)進(jìn)行，在規(guī)格上不會(huì)出現(xiàn)誤差，與傳統(tǒng)的塑料材料相比較，應(yīng)用金屬材料后，打印的效果有明顯提升，金屬的塑性效果更加理想，不容易受到外界環(huán)境因素影響而發(fā)生形變，在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的打印設(shè)計(jì)，涉及到精密的零件應(yīng)用這種打印技術(shù)也能保障結(jié)構(gòu)完整性不受到破壞。甚至可以將粉末材料經(jīng)過(guò)融化快速塑性，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)打印技術(shù)所不能比較的。3D打印技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用，通過(guò)這種打印技術(shù)，能夠?qū)⒓?xì)小的芯片植入到人體皮膚內(nèi)，并對(duì)人體的骨骼、皮膚進(jìn)行小面積重造，基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的3D打印包裝技術(shù)應(yīng)用，在個(gè)別精細(xì)領(lǐng)域中正處于研究階段，在醫(yī)療方面也有嘗試的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于常見(jiàn)的技術(shù)性問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)中，可以將設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化為具體的模型，這樣所進(jìn)行的優(yōu)化處理才更具有針對(duì)性。3D打印需要做到根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，優(yōu)化所打印的產(chǎn)品，確保產(chǎn)品在安裝使用時(shí)強(qiáng)度以及規(guī)格能夠與原有的環(huán)境保持一致，更好的融合。最后是在軍事領(lǐng)域上的應(yīng)用，武器從設(shè)計(jì)到制造會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間，但現(xiàn)階段軍事行業(yè)的發(fā)展對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)間要求也在逐漸提升，應(yīng)用3D打印包裝技術(shù)，與傳統(tǒng)制造方法相比較能夠節(jié)省三分之二的時(shí)間，并且制造的形式是從整體化來(lái)進(jìn)行的，不需要復(fù)雜的拼裝過(guò)程，可以直接將武器制造出來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)中進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以對(duì)武器的使用情況進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)人員觀察模擬過(guò)程并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深入的優(yōu)化，這種優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)技術(shù)中所不能達(dá)到的。
3基于網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的3D打印包裝技術(shù)發(fā)展前景
雖然在多個(gè)領(lǐng)域中都已經(jīng)應(yīng)用到了3D打印技術(shù)，但技術(shù)優(yōu)化過(guò)程中，所體現(xiàn)出的矛盾性問(wèn)題仍然需要進(jìn)一步解決。通過(guò)上文論述可以了解到，3D打印包裝技術(shù)主要應(yīng)用在高端領(lǐng)域中，并且使用的成本也相對(duì)比較大，在民用領(lǐng)域中很少涉及到，這也成為技術(shù)未來(lái)發(fā)展中主要突破的內(nèi)容。未來(lái)的發(fā)展優(yōu)化中，必然會(huì)以提升使用效率、降低使用成本為發(fā)展理念，使3D打印包裝技術(shù)能夠真正的融合到人們?nèi)粘Ｉ钪?，增?qiáng)技術(shù)應(yīng)用的服務(wù)性。個(gè)性化醫(yī)療定制或人體器官?gòu)?fù)制將不再是普通老百姓難以享受到的“特權(quán)”，醫(yī)療效率更高，許多現(xiàn)在難以攻克的難題，未來(lái)將不再困擾患者。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù) 簡(jiǎn)介 工作原理 優(yōu)勢(shì) 展望
3D打印技術(shù)以前主要用來(lái)制造一些比較小型的東西。時(shí)至今日，一些大型制造商已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備將其用來(lái)制造更大的物件。一些3D打印設(shè)備的制造商認(rèn)為，隨著這種技術(shù)的成熟，將來(lái)一些汽車(chē)零部件的庫(kù)存只需要保留電子文檔，而無(wú)需制造出來(lái)存在倉(cāng)庫(kù)。一旦有需要，直接打印即可。
一、3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介
3D打印技術(shù)是指通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識(shí)，具有很高的科技含量。3D打印機(jī)是3D打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D打印技術(shù)體系的重要組成部分。
目前，3D打印技術(shù)主要被應(yīng)用于產(chǎn)品原型、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、珠寶制作等領(lǐng)域，替代這些領(lǐng)域傳統(tǒng)依賴的精細(xì)加工工藝。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程與醫(yī)學(xué)、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開(kāi)拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國(guó)Organovo公司合作，嘗試以活體細(xì)胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。
二、3D打印機(jī)的工作原理
3D打印機(jī)的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，通俗地說(shuō)，首先在電腦上設(shè)計(jì)一個(gè)完整的三維立體模型（也成為計(jì)算機(jī)輔設(shè)計(jì)），然后把膠體或粉末等“打印材料”裝入打印機(jī)，再將打印機(jī)與電腦相連接，就可以通過(guò)電腦控制把“打印材料”和三維立體模型一層層地疊加，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這種通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出三維對(duì)象的3D打印技術(shù)是疊加式制造工序的一種形式，與傳統(tǒng)的疊加式制造工序相比，其具有速度快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
在Windows網(wǎng)絡(luò)或工作站上運(yùn)行的打印設(shè)備軟件可以讀取大部分的3D文件格式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖數(shù)據(jù)。
這種軟件的作用就是將數(shù)據(jù)傳輸至3D打印設(shè)備，從而控制印刷頭的移動(dòng)與材料輸出。在3D打印設(shè)備工作時(shí)，塑性模型材料細(xì)絲與可溶性支撐材料將被加熱至半液體狀態(tài)，然后通過(guò)擠壓頭輸出，精確地沉積成極其細(xì)微的分層。分層的厚度范圍在0.005英寸至0.013英寸（即0.127毫米至0.33毫米），具體數(shù)值取決于打印設(shè)備性能。
印刷頭只沿水平方向或垂直方向移動(dòng)，模型與支撐材料將自低而上地構(gòu)造，壓盤(pán)根據(jù)實(shí)際情況上下移動(dòng)。在構(gòu)造模型時(shí)，有了支撐材料（圖中褐色部分物件）的承托，模型的懸掛部分能夠順利完成材料沉積，此外，支撐材料還有助于構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，如嵌套結(jié)構(gòu)，以及具有移動(dòng)部件的多重組件。打印工作完成后，可以將模型置于水中，支撐材料將會(huì)自行溶解，如果需要，還可以為模型涂上顏料，或者進(jìn)行其它處理。
三、使用3D打印技術(shù)，加快設(shè)計(jì)周期
一項(xiàng)產(chǎn)品停留在設(shè)計(jì)周期的時(shí)間越長(zhǎng)，推向市場(chǎng)的時(shí)間也會(huì)越漫長(zhǎng)，這意味著企業(yè)的潛在利潤(rùn)將會(huì)越來(lái)越少。某項(xiàng)調(diào)查表明，產(chǎn)品的上市時(shí)間是受訪者最關(guān)心的日常問(wèn)題。受訪者同樣表示，在17%的產(chǎn)品中，產(chǎn)品原型制作消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，是縮短上市時(shí)間的最大障礙。
業(yè)界普遍認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)該更加快速地推向市場(chǎng)。隨著縮短上市時(shí)間的重要性越來(lái)越大，在設(shè)計(jì)的概念階段，企業(yè)不得不縮減決策時(shí)間，同時(shí)又必須確保所作決定的準(zhǔn)確性。這些決定會(huì)影響大部分的成本因素，如材料選擇、制造技術(shù)以及設(shè)計(jì)壽命。通過(guò)快速制作產(chǎn)品模型進(jìn)行測(cè)試，加快設(shè)計(jì)迭代速度，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，為企業(yè)最大化潛在利潤(rùn)。
例如為專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)噴漆和紋理設(shè)備的Graco公司，該公司的工程師使用一臺(tái)3D打印設(shè)備去測(cè)試各種噴漆槍和噴管組合，設(shè)計(jì)出最合理的噴流形式和試驗(yàn)出最精確的噴射量，而生產(chǎn)出的新型噴射紋理槍是由3D打印設(shè)備制作的ABS塑料功能原型。3D打印技術(shù)可以幫助減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，Graco公司估計(jì)減少的最大幅度可達(dá)75%。從一個(gè)絕妙的創(chuàng)意，到一項(xiàng)成功的產(chǎn)品，中間充滿著重重困難。GregStevens和James Burley在他們經(jīng)常被引用的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)分析報(bào)告《3000個(gè)原始創(chuàng)意=1次商業(yè)成功》中指出，除了3000個(gè)原始創(chuàng)意，一項(xiàng)成功的創(chuàng)新還需要125個(gè)小規(guī)模計(jì)劃，4項(xiàng)大型開(kāi)發(fā)和 1.7個(gè)產(chǎn)品。在評(píng)估創(chuàng)意是否值得投放開(kāi)發(fā)資源時(shí)，3D打印技術(shù)能夠助企業(yè)一臂之力，縮短傳統(tǒng)評(píng)估所需要用的時(shí)間，提高效率。
四、3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)
隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。
提升3D打印的速度、效率和精度，開(kāi)拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，以實(shí)現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開(kāi)發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個(gè)熱點(diǎn)；3D打印機(jī)的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡(jiǎn)便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠(yuǎn)程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、建筑、車(chē)輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。
3D打印技術(shù)提供了一種極具成本效益的方式去完成多次設(shè)計(jì)迭代，在關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)過(guò)程初始階段，獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)的即時(shí)反饋信息。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)幾乎即時(shí)的修改，不僅有助于降低成本，而且能夠加快產(chǎn)品上市時(shí)間。對(duì)于在設(shè)計(jì)流程中采用3D打印技術(shù)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑增加了明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
隨著價(jià)格的下降，3D打印設(shè)備市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，尤其是在中小型企業(yè)和學(xué)校方面。3D打印設(shè)備耐用，打印快捷、準(zhǔn)確，成本低廉等好處可以幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)：
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其實(shí)，3D打印本來(lái)就不是什么新鮮的技術(shù)，也不是今天才出現(xiàn)一只不過(guò)因?yàn)槌霈F(xiàn)初期的實(shí)現(xiàn)成本過(guò)于高昂。而隨著原材料和打印成本的下降，3D打印技術(shù)終于可以走進(jìn)我們的生活，現(xiàn)在，不僅在國(guó)外，國(guó)內(nèi)也有不少公司可以提供這一服務(wù)了。
原理并不復(fù)雜
不少工業(yè)設(shè)計(jì)師認(rèn)為，3D打印技術(shù)使得生產(chǎn)單件商品的成本變得與批量生產(chǎn)一樣便宜，這大大削弱了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，它可能像原來(lái)第一次工業(yè)革命那樣對(duì)世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
3D打印的原理并不復(fù)雜：首先在電腦屏幕上生成產(chǎn)品模型，根據(jù)需要調(diào)整大小和顏色，然后相關(guān)軟件會(huì)自動(dòng)將產(chǎn)品模式按照一定的厚度進(jìn)行虛擬的“切片”，并將相尖數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機(jī)，打印機(jī)就把這些根薄的“切片”用塑料、松脂或金屬粉末像打印彩繪圖那樣打印出來(lái)，然后通過(guò)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的噴嘴噴出堆接材料、強(qiáng)力膠水或照焦光束將其粘合成一個(gè)整體。
使用3D打印技術(shù)，小型物品可以由類(lèi)似于桌面打印機(jī)的機(jī)器生產(chǎn)，大型物品如自行車(chē)骨架、汽車(chē)面板和飛機(jī)零件可能需要大型機(jī)器設(shè)備和更大的空間，而且無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成。目前的3D打印機(jī)分層打印精度在0.1毫米左右。
與常規(guī)的制造工業(yè)相比，如果不考慮因規(guī)模帶來(lái)的成本下降，3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還是很明顯：它不需要生產(chǎn)線和大型設(shè)備一只要一臺(tái)3D打印機(jī)，就可以在辦公室制造出自己所需要的中小型產(chǎn)品，用戶要做的只是找到一個(gè)合適的模型：同時(shí)一3D打印技術(shù)所產(chǎn)生的廢料比起常規(guī)制造技術(shù)來(lái)說(shuō)少得多：它還可以制造出常規(guī)方法有時(shí)候無(wú)法生產(chǎn)的奇形怪狀的部件。當(dāng)3D打印技術(shù)的設(shè)備價(jià)格能夠下降到一個(gè)普通人都能接受的水平，生產(chǎn)單件商品的成本與將變得與批量生產(chǎn)一樣低，而且還大大縮減了生產(chǎn)周期。在3D打印技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)發(fā)明扮演了重要的角色。1 994年，幾名來(lái)自麻省理工學(xué)院的科研和技術(shù)專家發(fā)明了一種名為三維打印(Three Dimensional Printing，簡(jiǎn)稱“3DP”)的技術(shù)并申請(qǐng)了專利。1997年，為了將三維打印技術(shù)推向市場(chǎng)，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印機(jī)當(dāng)成辦公用品的3D打印機(jī)生產(chǎn)廠商，這也是目前惟一一家可以支持彩色3D打印的公司。
我們能打印什么
隨著成本的降低，3D打印技術(shù)正從傳統(tǒng)的用于航天、醫(yī)藥和汽車(chē)行業(yè)的原型制造轉(zhuǎn)而為民用服務(wù)。目前，對(duì)于1000件左右塑料物品的制造來(lái)說(shuō)，3D打印技術(shù)已經(jīng)非常有競(jìng)爭(zhēng)力，而且因?yàn)槊考锲范际菃为?dú)制造出來(lái)而非模具，因此不需要任何額外成本就可以做到每件物品各具特色。另外一對(duì)于一些產(chǎn)品制造方面的設(shè)計(jì)師和創(chuàng)業(yè)者，則可以先少量生產(chǎn)自己開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，看看市場(chǎng)反響再進(jìn)行改進(jìn)。
不過(guò)，國(guó)外的設(shè)計(jì)師們玩得似乎更瘋狂。
時(shí)裝設(shè)計(jì)師瑪麗，黃與3D模型專家詹娜，費(fèi)瑟也看上了3D打印技術(shù)，他們利用Rhjno 3DCAD設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)造出3D打印泳衣的模型，然后通過(guò)機(jī)器“打印”出復(fù)雜的幾何圖形。費(fèi)瑟表示，他們還運(yùn)用一種稱為“選擇性激光燒結(jié)(SLS)”的技術(shù)，用非常纖細(xì)的繩子連結(jié)起無(wú)數(shù)圓形薄片，進(jìn)而織出泳衣的“布料”，通過(guò)改變圓形薄片的大小、分布，以及連結(jié)方式，確保泳衣的受力模型保持合理。這件泳衣以尼龍作為主要制造材料，最重要的是，因?yàn)椴捎昧?D打印技術(shù)。無(wú)需經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)服裝制造業(yè)的打版再生產(chǎn)，兩位設(shè)計(jì)師也表示，這款泳衣將完全采取定制化生產(chǎn)，首先掃描消費(fèi)者的體型并進(jìn)行3D建模，再為其量身“打印”出一套合身的泳衣。
歐洲最大的手骯公司歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)(EADS)則致力于研究利用3D打印制造出更輕便的飛機(jī)。EADS工程師安迪，霍金斯表示，目前宇航飛機(jī)上有不少零件是用昂貴的鈦金屬通過(guò)機(jī)器沖壓制成，如果改用鈦粉打印，不僅重量更輕，而且保持了一樣的堅(jiān)固程度。
意大利土木工程師恩里科，迪尼(Enricodini)則玩得更加出位，他倒騰出了一臺(tái)可以用沙子直接打印立體建筑的3D打印機(jī)。為了測(cè)試這臺(tái)大型打印機(jī)，恩里科，迪尼為諾曼，福斯特公司在阿布扎比建造的“馬斯達(dá)爾城(Masdar City)”打印了一部分建筑的骨架外墻，結(jié)果證明打印出來(lái)的外墻骨架完全可以用于正常的建設(shè)，有了這臺(tái)機(jī)器，未來(lái)的建筑骨架可能不再需要搭建腳手架，也不需要工人。目前，恩里科，迪尼正與諾曼，福斯特建筑設(shè)計(jì)公司以及阿爾塔太空公司合作，研究設(shè)計(jì)一種可以使用月球塵埃打印的3D打印機(jī)，可以在月球上快速建造人類(lèi)基地。和之前只能打印小型塑料部件的3D打印機(jī)相比，恩里科，迪尼所設(shè)計(jì)的打印機(jī)可以打印出厚達(dá)50毫米的分層，然后再一層一層疊加起來(lái)，通過(guò)以鎂為主要原料的粘合膠將其粘合，這些粘合膠跟沙子結(jié)合，印刷機(jī)再對(duì)其施壓后變成巖石。
恩里科，迪尼十分推崇建筑大師高迪的作品，他希望能用3D打印機(jī)完成高迪的未完成作品――位于西班牙巴塞羅那的“神圣家族大教堂”，而按照他的3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高迪，設(shè)計(jì)出的那些通過(guò)傳統(tǒng)建筑技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)的彎曲建筑并不困難。
3D打印普及還需時(shí)日
目前，3D打印技術(shù)要用于民用，最大的障礙可能依然是價(jià)格，雖然相比前幾年來(lái)說(shuō)價(jià)格和成本已經(jīng)下降不少，但是對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，價(jià)格依然還不到可以接受的范圍――目前最便宜的3D打印機(jī)價(jià)格也在1萬(wàn)美元以上，如果要打印更大的部件，打印機(jī)的價(jià)格將會(huì)成倍飆升。英國(guó)巴斯大學(xué)有一項(xiàng)正在開(kāi)發(fā)中的新設(shè)計(jì)，能用大約700美元制造一個(gè)3D打印機(jī)，未來(lái)或許能解決打印機(jī)的價(jià)格問(wèn)題。
除了設(shè)備昂貴之外，3D打印機(jī)使用的打印材料多是化學(xué)聚合物，包括尼龍、金屬、樹(shù)脂以及各種塑料，同時(shí)在粘合過(guò)程中還使用大量的化學(xué)粘合劑，其劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品。這些化學(xué)物質(zhì)如果與我們朝夕相處的，后期使用成本尚在其次，材料是否安全、長(zhǎng)時(shí)間接觸是否對(duì)身體健康有所損傷將是重點(diǎn)需要考慮的問(wèn)題。
