時間：2023-05-30 09:15:14
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇3d打印技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
（一）3D打印的定義
3D打印技術，學術上又稱“添加制造”（additve manufacturing）技術，也稱為增材制造或增量制造。3D打印技術是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將塑料、金屬粉末、陶瓷粉末、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成型，制造出實體產品的制造方法[1]。這種數字化制造模式不需要復雜的工藝，不需要龐大的機床，也不需要眾多的人力，直接由數字化文件生成任何形狀的零件，使生產制造得以向更廣的生產人群范圍延伸。
（二）3D打印的過程
對于大多數人來說，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面內容的普通打印機，事實上傳統的噴墨打印機和某些工藝類型的3D打印在技術上確實比較接近。3D打印使用特制的設備將材料一層層地噴涂或熔結到三維空間中，最后形成所需的實體，所用設備即3D打印機。一般來說，通過3D打印獲得實體需要經歷建模、分層、打印和后期處理四個主要階段。
1.三維建模
三維模型通常有兩種途徑獲取，一是通過3D掃描儀獲取對象的三維數據，并且以數字化方式生成三維模型；二是使用三維建模軟件從零開始建立三維數字化模型。
2.分層切割
由于描述方式的差異，3D打印機并不能直接操作3D模型。當3D模型輸入電腦中后，需要通過打印機配備的專業軟件進一步處理，即將模型切分為一層層薄片，每個薄片的厚度由噴涂材料的屬性和打印機的精度決定。
3.打印噴涂
由打印機將打印耗材逐層噴涂或熔結到三維空間中，根據工作原理的不同，有多種實現方法。常見的有光固化方法（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結法（SLS）等。
4.后期處理
模型打印完成后一般都會有毛刺或粗糙的截面。這時需要對模型進行后期加工，如固化處理、剝離、修整、上色等，才能最終完成所需要的模型的制造。
（三）3D打印的特點
數字制造：借助CAD等軟件將產品結構數字化，驅動機器設備加工制造成器件；數字化文件還可借助網絡進行傳遞，實現異地分散化制造的生產模式。
降維制造：把三維結構的物體先分解成二維層狀結構，逐層累加形成三維物品。因此，原理上3D打印技術可以制造出任何復雜的結構，而且制造過程更柔性化。
堆積制造：采用分層制造的堆積方式對實現非勻致材料、功能梯度的器件更具優勢。
直接制造：任何高性能難成型的部件均可通過打印方式一次性直接制造出來，不需要通過組裝拼接等過程實現。
快速制造：3D打印制造工藝流程短、全自動、可實現現場制造，因此，制造更快速、更高效。
綠色制造：3D打印技術是增材制造技術，與傳統減材制造相比具有較高的材料利用率，同時可以采用復雜的結構減少材料使用量，降低能源消耗，從而實現制造的綠色可持續發展。
二、3D打印常見成型工藝
現在常見的3D打印工藝有SLS、SLA、FDM。
（一）SLS（Selective Laser Sintering，選擇性激光燒結）
選擇性激光燒結是采用激光有選擇地分層燒結固體粉末，并使燒結成型的固化層一層層疊加生成所需形狀的零件。工藝原理（見圖1）。該工藝通常采用金屬、石蠟、陶瓷粉末等作為成型材料。成型件強度高、無須設計支撐結構，但是成型后的工件表面比較粗糙，后期處理工藝比較復雜。
（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，它采用的成型材料是液態光敏樹脂，當特定波長與強度的激光照射到液態材料表面時，光敏樹脂則會凝固為固體。激光由點到線再由線到面的依次掃描就形成一層面的成型作業，然后工作臺升降一個層片的高度，在成型下一個層面，通過這種方式制造三維實體（見圖2）
光固化成型法技術成熟度高、成型速度較快、表面精度較高，但是系統造價昂貴，成型件強度較低，所以還無法大范圍使用。
（三）FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉積制造）
熔融沉積制造是采用低熔點的絲狀材料作為成型材料，通過熱噴嘴把熔融的材料涂覆在工作臺上，噴頭作X-Y平面運動，工作臺做Z向運動，然后逐層疊加成型（見圖3）。這種成型工藝雖然需要設計輔助支撐結構，但是因為不需要復雜的能量束，使用維護簡單，成本低，同時耗材種類相對豐富，所以該工藝使用較廣泛，目前FDM系統在全球已安裝快速成型系統中的份額大約為30%。
當然還有其他3D打印成型工藝，例如，分層實體制造（Laminated Object Manufactuing，LOM）、電子束選區熔化（Electron Beam Melting，EBM）、激光選區熔化（Selective Laser Melting，SLM）。每種技術都有各自的優缺點，應根據使用場景、材料、成本等因素選擇合適的成型工藝。
三、3D打印的應用及其意義
最近，“三維（3D）打印”一詞持續升溫，不斷涌向各大IT門戶網站，歐美國家更有專家認為這項技術代表著制造業發展的新趨勢。美國《時代》周刊已將3D打印產業列為“美國十大增長最快的工業”，英國《經濟學人》雜志則認為，3D打印產業將與其他數字化生產模式一起推動實現新的工業革命。從實際應用上來說，用3D打印技術進行機械制造已經成為激動人心的現實。實際上，16名比利時工程師近日就利用3D打印機制造了一輛全尺寸賽車，并完成測試。
新型技術 幻象成真
美國科幻作家羅伯特·希克利曾經描寫過關于“萬能制造機”的場景。這是一臺奇特的大機器，機身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸。”接到指令，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現了一顆閃光發亮已經制好的螺帽。
也許羅伯特沒有想到如今一臺3D打印機已經將他書中的幻境變為現實，那么什么是3D打印機呢？我們日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機的工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、一個玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。
前景廣闊 問題猶存
在3D打印技術可以打印器官、汽車、飛機的今天，它還在創造無限的可能。著名的《經濟學人》雜志最近描述了3D打印技術的前景是一種新型的生產方式，能夠促成新的工業革命。3D打印技術將來會促進傳統的設計和制造模式，只是如今還沒有大范圍地推廣和應用。隨著3D打印技術的成熟和社會的發展，制造業的跨越式發展指日可待。
首先，3D打印技術可以加工傳統方法難以制造的零件。過去傳統的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料熔化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說，加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。其次，實現了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數據泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業，如軍工、核電領域。再次，由于制造準備和數據轉換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產的周期和成本降低，特別適合新產品的開發和單件小批量零件的出產。
這些速度快、高易用性等優勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經在建筑設計、醫療輔助、工業模型、復雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業中，3D打印技術“打印”的產品是自然無縫連接的，結構之間的穩固性和連接強度要遠遠高于傳統方法。
成就顯赫 仍待發展
美國的3D打印技術起步較早，目前這項技術在美國已經實現了產業化，目前全球的兩家3D打印機制造巨頭，分別是Stratasys和3D Systems，均已在美國納斯達克上市。近日，美國國家增材制造創新學會開始投入了7000萬美元，希望能把3D打印技術推廣到過去未曾涉足的新領域中。其他國家也加緊了研究3D打印技術的步伐，并取得了巨大的成果。
美國在科研方面仍居于領先地位，但我國的西安交大、清華大學等也有著頂尖的實力，只是在商業化層面不如美國公司做得那么強。
作為一種新興制造方式，3D打印與以往車銑刨磨等加工方式的不同之處在于，制造時將耗材以計算機建模生成的形狀，融化或固化，使其在打印平臺上堆砌層疊、增加高度，最終形成設計者需要的零件或構件。這種方法大大節省了材料，不會產生大量的加工廢屑。
3D打印通常通過具有數字技術的材料打印機來實現（圖2）。3D打印設備既包括能打印真飛機零件、人造骨骼等的高端金屬打印機（圖3），也包括能打印蛋糕、巧克力等的食品打印機（圖4）。現在市面上售價千元的3D打印機，做出的零件精度也不錯。3D打印技術的出現，正悄然改變著人們的生活方式。
隨著3D打印技術的普及，航模活動也被惠及。下面筆者分享一些心得體會，講講自己如何將3D打印技術用于模型飛機制作。
現今市面上銷售的3D打印機型號眾多，常見的有3種結構，分別是XYZ結構、并聯臂結構和coreXY結構（圖5-圖7）。從成型方式來看，常見的有FDM（熔融沉積，圖8）、SLA（光固化）、SLS（粉末燒結）等制造工藝。消費級3D打印機受耗材成本、使用需求等方面的限制，大多采用FDM技術。
筆者使用的是一臺并聯臂結構的3D打印機。在制作航模零件時，通常的流程是：先用三維繪圖軟件，如SolidWorks、CATIA、UG、ProE等，設計并建模生成零件外形（圖9）；然后將文件保存成3D打印機能識別的格式，如stl、obj等；再把文件導入3D打印機操作界面，如Cura軟件，設置好打印參數，開始打印。
消費級3D打印機一般依靠加熱擠出頭融化耗材，再將材料堆疊成型。這類打印機通常用到兩種耗材每千克價格不足百元，一種是PLA（聚乳酸），另一種是ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物）。PLA的特點是打印時對環境要求不高，只要控制好融化溫度，就可以獲得形狀較為理想的打印件。PLA的硬度高、異味小、可降解、翹邊率相對較低，可打印半透明制品。ABS材料用于3D打印時，會隨著溫度變化出現明顯的收縮或膨脹。為防止ABS材料發生翹邊，在使用這種材料進行3D打印時，通常需要熱床輔助。
如果發現采用3D打印技術得到的零件出現了翹邊問題，常用的處理方法有：
（1）確定最佳打印噴嘴溫度和熱床溫度；
（2）在底板上貼美紋紙，提高材料吸附力，或用耐高溫膠水粘接底層和底板；
（3）重新調平打印機工作面，盡量讓底板平整；
（4）調低噴嘴高度，使第一層所有部位能壓實并緊緊貼附在底板上（第一層與底板間的間隙應小于1張A4紙的厚度，可用A4紙檢驗）。
在3D打印過程中，零件的打印時間會因打印參數的不同自動調整，如打印速度、支撐結構、壁厚、底厚等。零件的強度則與某些打印參數相關，如耗材擠出量、打印溫度等。此外，一些裝飾性的零件常用樹脂光固化成型技術進行3D打印。但由于樹脂件的強度較低，因此該方法不適用于承力件的制造（圖10）。
筆者曾利用3D打印技術，做過一些有趣的航模小零件，包括穿越機電機保護座、GoPro相機保護框、電動船槳、玩偶頭像等（圖11-圖14）。這些打印出的小零件，不僅強度足夠，還滿足精度要求。模友們不妨大膽嘗試，用3D打印技術根據自己的需要設計個性化的模型零件。
下面以電機座為例，介紹3D打印航模零件的流程（圖15-圖24）。整個流程主要分為兩個部分，一是數字建模階段，二是打印階段。
[關鍵詞]3D打印，航空航天，生物醫藥，建筑
中圖分類號：F204 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0271-01
0引言
3D打印技術又稱增材制造技術（Additive Manufacturing，AM），是指依據計算機三維模型數據，采用與減式制造技術相反的逐層疊加方式，利用金屬、塑料或其它材料逐層打印來制作物體的過程，也被稱作疊加成型技術或快速原型技術。3D打印技術自1984年問世以來便廣受關注，經過30多年的發展，如今已成為推動世界先進制造業發展的源動力之一，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。掌握和應用最新最前沿的科學技術，推動生產力的發展，將是未來國家間競爭的重要體現和地位分水嶺。目前，發達國家正在飛速發展3D打印技術，美國、日本和德國占據了3D打印市場的主導，尤其是美國占據了全球近40%的比重。我國的3D打印技術起步較晚，然而，近年來其在國內的應用市場日趨升溫，據前瞻產業研究院統計，2012年中國3D打印市場規模約為10億元人民幣，到2013年達到了20億，預計到2016年將達到100億，從而超越美國成為全球最大的3D打印市場。
3D打印技術引發了制造業新一輪的技術變革，已在航空航天、醫療、建筑等等多個領域取得了迅猛的發展，為尖端技術研究提供了關鍵的技術支撐。
1 航空航天領域
航空航天尖端領域是3D打印技術的重要應用領域之一。美國麻省理工Technology Review中指出，高性能金屬材料3D打印技術的突破是3D打印領域的重要里程碑，它將成為航空結構輕量化、高效低成本化的革命性途徑。美國增材制造路線圖將航空航天列為推動3D打印發展的第一工業目標行業，美國國家增材制造創新聯盟2014年資助的15個項目中60%與航空航天直接相關；歐盟Horizon 2020 計劃給增材制造帶來發展新機遇；英國政府2014年資助考文垂大學6000萬英鎊，建設開發航空部件的國家增材制造中心；德國建立了直接制造研究中心，主要研究和推動增材制造技術在航空航天領域中結構輕量化方面的應用；法國增材制造協會致力于增材制造技術標準的研究；瑞士的洛桑理工學院以及加拿大國家研究委員會均成立了增材制造研究中心；西班牙也啟動了一項發展增材制造的專項，研究內容包括增材制造共性技術、材料、技術交流及商業模式等四方面內容；我國在《國家增材制造發展推進計劃》（2015～2016 年）中提出到2016 年在航空航天等直接制造領域達到國際先進水平的發展目標。
在眾多研究計劃支持下，航空航天用3D打印金屬構件取得了重要進展。美國AeroMet公司于2000年9 月完成了激光快速成形鈦合金機翼結構件，并于2001年為波音公司制造了次承力鈦合金結構件；2013年，美國普惠-洛克達因公司采用SLM技術制造了J-2X火箭發動機的排氣孔蓋，另外，美國軍方已經利用3D 技術成功試制出導彈彈出式點火器模型，并取得良好效果。我國從2000 年開始鈦合金等高性能大型關鍵金屬構件激光增材制造技術研究，一直受到政府主要科技管理部門的高度重視，北京航空航天大學王華明教授團隊的研究結果表明，激光打印的鈦合金零件的抗疲勞性能比鍛件高32%～53%，疲勞裂紋擴展速率降低一個數量級，該團隊制造的某戰機鈦合金主承力構件加強框投影面積達5.02m2，通過了裝機評審，使我國成為目前世界上唯一掌握飛機鈦合金大型主承力結構件激光快速成形技術并實現裝機應用的國家，該成果獲得了2012年度“國家技術發明獎一等獎”。
2 生物醫學領域
隨著生物制造概念的提出和發展，3D打印技術在醫學領域的應用也越來越廣泛，主要涉及以下五個方面。
第一個應用方面是快速構建醫學模型以利于術前模擬，提高手術成功率，美國兒童醫院曾利用3D打印技術打印出了患者的心臟模型。
第二個應用方面是利用3D打印的優勢來調節材料的密度，通過改變孔隙率和微孔大小，制造適應細胞生長的活性骨骼。Jiankang等人利用3D打印技術，制造出了鈦合金半膝關節和多孔生物陶瓷人工骨骼，組裝后得到了臨床表現良好的復合半膝關節假體；國內的清華大學、西安交大和上海交通大學的研究團隊在這方面取得了最具代表性的成果，成果制造出了具有生物活性的人工骨骼。
第三個應用方面是制造生物器官。美國南卡羅來納醫藥大學采用3D打印技術成功打印出了三維腎臟血管；Mannoor等人[13]打印出的仿生耳能實現聽覺；清華大學成功制造出了具有自然特性和生物活性的組織器官；西安交通大學采用天然基質生物材料成功研發了打印立體肝組織的仿生設計和制造技術。
第四個應用方面是個性化控制細胞分布，精確打印牙齒生物支架。美國Stratasys公司和德國Envisiontec公司的都生產出了專門用于牙科應用的3D 打印機；華中科技大學自主研發、制造出了可摘除的鈦合金義齒支架；北京大學口腔醫學院成功研制出了人牙髓細胞共混物，并成功進行了打印實驗。
第五個方面是3D精準掃描建立3D數據模型實現整形美容。美國康奈爾大學的研究人員利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植；美國北卡羅來納州維克森林大學再生醫學研究所成功研發出能打印出皮膚的系統，并進行了實驗驗證；英國口腔外科醫生Andrew Dawood利用3D打印技術成功恢復了腫瘤患者的說話和吞咽能力以及面部特征；我國上海大學附屬人民醫院利用 3DP工藝，打印頭顱三維模型及缺損的下頜骨模型，成功為23位患者進行了修復下頜角截骨整形術。
3 建筑領域
3D打印技術在建筑領域的應用目前主要包括兩方面：一是在建筑設計階段制作建筑模型；二是在工程施工階段利用3D打印技術建造實際建筑結構。
在建筑設計階段，設計師可以使用3D打印機將計算機中的設計三維模型直接打印為建筑模型，這種方法具有快速、環保、低成本等優點，可以用于制作精美的建筑模型。目前3D SYSTEM公司能以石膏粉為原料打印彩色建筑模型。
在工程施工階段，3D打印技術用于快速打印建筑結構目前正處于研發階段，取得了一定的研究成果。當前應用的3D打印技術主要有D型工藝（D-Shape）、輪廓工藝（Contour Crafting）和混凝土打印（Concrete Printing）。D型工藝由意大利發明家恩里克?迪尼發明，通過打印機底部的噴嘴，噴射出鎂質黏合物，在黏合物上噴撒砂子可逐漸鑄成石質固體，通過一層層黏合物和砂子的結合，最終形成石質建筑物；建造完畢后建筑體的質地類似于大理石，比混凝土的強度更高，并且不需要內置鐵管進行加固。“輪廓工藝”是由美國南加州大學工業與系統工程教授比洛克?霍什內維斯提出的，輪廓工藝的材料（混凝土）由噴嘴根據設計圖在指定地點中擠出后，由噴嘴兩側的刮刀進行外型修整，凝固后可形成建筑結構外墻。混凝土打印由英國拉夫堡大學建筑工程學院提出，使用噴嘴擠壓出混凝土通過層疊法建造構件。
4 結論
許多高尖精技術領域的需求推動了3D打印技術的研發和應用，3D打印技術的進一步發展也促進了這些領域里先進制造業的發展。進一步發展3D打印技術，解決現存的技術難題，實現打印產品規模化生產是3D打印技術推動先進制造技術發展的根本所在。
參考文獻
[1] F2792-12a. Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies[S]. ASTM ，
2012.
這是發生在中國首家3D打印體驗館的一幕。房間里的燈罩、鞋、玩具、人像等人們所能看到的一切擺件，都非工業流水線或手工制作而成，而全部出自一部機器――3D打印機。
或許這個奇怪的機器你見所未見，也從未了解過3D打印技術的概念，但你可能會記得一些電影中的場景：
在《星際迷航》中，主人公對一臺機器發出“水”的口令，一杯水就出現了；《云圖》中，豐富的食物被機器“打印”出來；《第五元素》中，由一臺機器“打印”出女主角的骨骼、肌肉、皮膚。
這，就是3D打印。
3D打印是上世紀的技術
在3D打印體驗館的展柜中，擺著大小不一的人像，發絲清晰可辨、膚色有明暗差別、衣服頗有質感，這可不是哪個手藝精湛的師傅捏出的泥人兒，而是3D打印機“造出”的。
3D打印體驗館的負責人邵漠宇介紹說，用3D打印機打印人像先得拍照，顧客要站在白色布景前，攝影師通過三維掃描儀將真人進行360度掃描，得到全身數據后建立3D打印文件，打印機將按照數據，分毫不差地將人像“還原”。由于耗時長、材料貴，因此，3D打印人像價格不菲。盡管如此，每個月仍有三四十位顧客來體驗這種新的打印技術。
前來尋找商機的孟德超聽完邵漠宇的講解后，笑說：“要是早有這技術，也不用受拍結婚照的罪了，直接把我們夫妻倆打印出來，豈不更好？”
其實3D打印技術并非新興產物，它被稱為“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。早在1986年，美國科學家胡爾就發明出世界上第一臺3D打印機。
3D打印技術源自100多年前美國研究的照相雕塑和地貌成型技術，上世紀80年代已有雛形，其學名為“快速成型”。而作為實現這一技術的載體，3D打印機的原理其實很簡單。打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，只要輸入數據，它就能把“打印材料”一層層疊加起來，打印出的產品可以即時使用。最初，它被廣泛應用在工業設計領域。
邵漠宇說：“盡管3D打印技術早已產生，但在國內認知度的提升卻是近一年的事。”如今，每周三成了他為顧客講解的固定日子，總有大批顧客提前預約探訪。
3D打印技術在全球的推廣正以驚人速度在增長。在《環球科學》雜志2013年一月刊中評選出2012年最值得銘記、對人類社會產生影響最為深遠的十大新聞，“3D打印”位列第九，理由是“3D打印將在制造業和科研領域引發一場革命”。
可以打印個寵物給我嗎
我們對3D打印技術的了解，可能遠不如對3D電影了解得多，但事實上，它可能會離你越來越近。
最近，有人在微博上向設計師宋波紋提問：“我最近失去了我的寵物，心里無法承受，3D打印機可以打印個寵物給我嗎？”
宋波紋回答：“理論上是可以的，如果你提供的愛寵照片合適，打印出來的效果非常逼真。”
在宋波紋眼中，3D打印機無所不能。2011年，當周圍的同學、老師還不知3D打印為何物時，她就在網絡上看到3D打印一詞，當時準備做畢業設計的她正苦于機械化生產無法與自己想創作的東西契合。
“不管多復雜多么無法描述的形態，它都可以做。”在宋波紋看來，用那樣一臺昂貴的機器做什么很重要：“現在大家熟悉的是個人定制，或是比較低端的3D打印，停留在制作商品或小玩意上。”但宋波紋卻用它來實現自己的設計理念，她覺得，用3D打印技術做出的作品百看不厭。
隨著3D打印技術的普及，可能不久后你將購置一臺家用3D打印機，把古怪想法通過這臺機器實現。據邵漠宇介紹，事實上，已經有很多人在這樣做了。聽到此，孟德超小聲嘀咕著：“誰會花那么多錢買一臺機器，用昂貴的材料在家做玩具玩兒呢？”
“這是一場新的體驗、新的革命。用它可以做出顛覆性的創作。”宋波紋說。同時她強調：“3D打印技術有它的優勢，但也不能忽略它的缺陷，成本高、時間長、材料有限。它對技術要求非常高。”
盡管仍有缺陷，但3D打印技術將為我們的生活帶來變革，卻是毋庸置疑的。
如今，在汽車工業中，設計師在設計新的零部件時，已經習慣使用3D打印技術來制作快速模型；醫療設備公司也在嘗試用這項技術制造完整的假肢，新的假肢將比傳統方式制造的更便宜，甚至可以機洗。在文物保護領域，3D打印技術也發揮重要作用，哈佛大學閃族博物館的研究人員就用它成功修復了一個曾被打碎的文物瓷獅子；在電影中3D打印技術也十分常見，《007：大破天幕殺機》的爆炸場面中出現過的1960年代的阿斯頓?馬丁DB5車型，就是3D打印機打印出的模型。
盡管3D打印技術的應用已經如此廣泛，但是否如英國《經濟學人》雜志所稱， 3D打印“將與其他數字化生產模式一起推動和實現第三次工業革命”，仍不得而知。
是我們用3D，
還是3D改變你和我
3D打印機將能在一天內造出房子，未來可替代建筑師；3D打印或將改變就醫格局；首款3D打印汽車問世……類似新聞常見諸網絡，不禁有人猜想，3D打印技術將為我們帶來怎樣的未來？
“3D打印機的前景如何？”每接待一批顧客，邵漠宇都會被多次問及這個問題，他只搖搖頭，笑說：“未來我也不知道。”這時有人插話：“前兩天有新聞報道說4D打印都出現了，誰能說得準？”
在3D體驗館參觀的顧客聚在一起討論著如何將3D打印技術應用到商業中，有人想用它做創意產品，有人要做婚慶產品。大家的點子集中在個人定制上，他們關心的是機器是否昂貴、壽命長短、更新換代速度。
對3D打印技術同樣感興趣的牛嘉岳卻有自己的看法：“多數人都直接咨詢3D打印機的商用價值。而我認為，3D打印技術是一種解決制造、制成環節的終端方案。它的終極目標是‘不用再關心誰來加工、誰來制造’的問題。只要機器足夠好、足夠接近實際需求，它可以將你的一切想法付諸實踐。”
在牛嘉岳看來，所有的問題將在于你是否有想法、創意。僅僅將3D打印技術應用于禮品定制、真人塑像等，只是該技術應用領域的冰山一角。“如果我們不做原理性研究、不自主研制機器、不自主開發軟件和應用程序，我們必將在這次生產力革命中落后，仍然成為世界工廠價值鏈中最低層級的那一環節。”
無論人們打算利用這項技術做什么，不可否認的是，它的發展極為迅速。
宋波紋肯定地說：“3D打印技術有很多可能性，過不了幾年，它會滲透到人們生活的各個層面。”
也有不少人擔心，有了3D打印技術，機械化生產和手工制作將會被取代。而宋波紋認為，這種情況不會發生。“它們滿足的是不同的需求，3D打印更適合小批量、定制化。”
關鍵詞：3D打印；教育應用；模式構建
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7503（2014）11-0016-04
3D打印技術是一種以數字形式從三維立體模型快速構造物理對象的新型快速成型技術。該技術在醫療行業、骨骼打印、文物打印、工業設計、汽車零件制造、航天和國防、教育、地理信息系統等領域都有所應用。眾多研究者認為這項技術將引領制造業發展的新趨勢，甚至被譽為2012年10大發明之一。隨著3D打印技術的發展，3D打印技術逐漸與各個領域深度交融，成為各個領域未來發展的有力助推器。那么，3D打印技術與教育領域的深度融合又將給教育界帶來哪些革命性的變化呢？
新媒體聯盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平線報告中首次將3D打印技術列為教育領域未來4-5年內待普及應用的創新型技術。鑒于3D打印技術在教育改革與創新層面的無限潛力，本文將從介紹3D打印原理切入，深入分析3D打印技術在教育中的作用，并構建基于3D打印技術的教學應用模式。
一、3D打印的原理
3D打印是快速成型工業形式的桌面級替代方案。圍繞3D打印機的很多討論源于制造者文化，即由設計者、程序員及其他對科學和工程嘗試使用DIY（自己動手做）方法的人群形成的興趣共同體。其獨特之處在于無需機械加工和模具作為輔助，只需設計者根據用戶的個性化需求，通過3D建模軟件進行模型設計與構建，然后打印機讀取模型數據進行打印輸出即可。3D打印技術與傳統打印技術的區別主要有兩個方面：其一，3D打印首先需要進行數字化三維模型構建，傳統打印技術并不需要構建數字化三維模型；其二，傳統打印使用墨水進行打印，而3D打印利用實實在在的原材料制作實物模型。以制作過程為視角，3D打印需要經歷物理對象的設計與構建、打印輸出、后期處理三個主要階段。具體打印流程如圖1所示。
[計算機輔助設計][三維建模][計算機輔助斷層掃描][三維掃描][數據傳輸][模型分切][剖面信息讀取][打印介質][支撐物][材料匹配][切片粘合][切片打印][固化處理][剝離][修整][上色][表面打磨][物理對象的設計與構建][成品][打印輸出][后期處理]
圖1 3D打印基本流程
（一）物理對象的設計與構建
物理對象的設計與構建階段涉及兩個方面：三維建模和三維掃描。3D打印的關鍵階段是模型設計與構建，這直接決定作品比例是否協調，設計是否殘缺，結構是否合理，亦或是否符合心中期望。三維建模和可視化對物理實體的最終打印效果也有重要影響，可以使用與計算機輔助設計或計算機動畫建模相關的三維建模軟件來設計和構建欲打印的物理實體的三維模型，例如：AutoCAD、3D Max、SketchUp等。也可利用計算機輔助斷層掃描通過對物體空間外形和結構進行掃描以獲取物體空間坐標繼而轉換為數字信號，直接生成三維模型，亦或直接使用或是修改已有的模型作品。
（二）打印輸出
在打印輸出階段經歷的步驟有：數據傳輸、模型分切、剖面信息讀取、材料匹配、切片打印以及切片粘合。首先將三維模型數據傳輸到3D打印機，然后，通過打印機配備的專業軟件將模型薄片化，形成多個剖面。每層切片的厚度則由模型形狀、打印介質和打印機規格決定。其次，選擇與成品匹配的液體狀、粉狀、片狀等的打印介質和易于祛除的支撐物。最后，采集所有切片的剖面數據，構建每一層三維模型切片，逐層將這些切片打印出來，然后，將所有切片堆疊起來，以各種方式粘合成一個完整的物理實體。
（三）后期處理
由于3D打印機規格、打印材質、打印精度的不同，可能出現成品截面粗糙或有毛刺的現象，這時就需要對打印出來的模型進行簡單的后期處理，如：表面打磨、剝離、上色、固化處理等。
二、3D打印技術在教育中的作用
3D打印技術對于教育的重要價值之一，在于它能夠創造對事物更真實可靠的探索機會，而這樣的機會對于學生來說可能非常難得。同時，對3D打印技術從設計到生產過程的探索以及實物教學和參與性學習的發展需要，為學習活動的開展提供了新的可能。下文分別從教師和學習者視角分析3D打印技術在教育中的助推器作用。
（一）促進教學效果的效能工具
教師在教學過程中利用3D打印制作的教學用具，可以擴展學習者的感覺和知覺，增強觸覺體驗，彌補常態課堂直接經驗不足的劣勢。同時，教師也將隱性知識和認知結構顯性化，使學習資料由抽象化轉變成為具體化，具體化轉變成為形象化，視覺復雜化轉變成為認知簡單化。由此增強學習者的思路清晰度，提高學習者的邏輯思維能力和理解能力，改善教師教學效果，提高學習者學習效率。
（二）促進學習效果的認知工具
3D打印可以作為小組協作探究環境的一部分，承擔對創意和技術方案進行快速驗證的任務，促進學習者的社會性認知。由于3D打印技術應用領域較廣，建筑、機械、生物、醫學、考古等學科都可以通過3D打印制作相關模型。學習者通過真實的模型可以深化感性認識，獲取強烈、真實的認知體驗，進入深度學習的狀態。例如：針對小學五年級《趙州橋》的學習，3D打印能便捷地打印出趙州橋的微型化模型，學習者可以在課堂上對趙州橋的整體結構和構造特點有一個直觀的觀察和認識。進而加深學習者對趙州橋的社會性認知體驗，最終達到促進學習效果的目的。
（三）培養學習者的創造力
可視化教具可以增加教學內容的趣味性，顯著提高學習者的學習興趣。常態教學環境下，教師一般利用多媒體技術，通過動畫、圖片、視屏、音頻等能夠為學習者創建一種動態的信息技術學習環境。但是，卻極其缺乏形象、直觀、可碰觸的立體教具，致使學習者缺少對事物更真實可靠的探索機會，這在一定程度上抑制了學習者創造潛力的開發。3D打印技術則通過將數字化的設計、虛擬模型快速轉變成實物的獨特優勢打破了這一禁錮。物理實體帶來的強烈的現場感、真實的學習情境、近距離的觀察和觸摸體驗，將為學習者拓展更為廣闊的創造空間，激發學習者的批判性思維，提高學習者創造性解決問題的能力。
（四）提高學習者的學習參與度和實踐能力
3D打印的打印流程包含模型設計和模型打印，這兩個階段皆需要學習者的全程參與。無形中，即使處于學習邊緣的學習者也會自主完成學習角色轉換，由邊緣角色轉變為中心角色，提高學習參與度。同時，通過完成提出創意、設計模型、構建模型以及打印模型這一系列任務，將有效促進學習者設計能力、觀察能力和實踐能力的發展。實踐是提高知識內化和掌握程度的主要途徑，同時，實踐能力也是學習者發展研究能力和創新能力的基石。
（五）營造愉快的學習體驗及激發學習者的學習積極性
3D打印可以使加速學習者設計過程成為可能，學習者在模型設計初期就可以通過教師指導以及原形化發現問題和不足，降低設計出錯的概率和認知出錯次數，減輕學習過程中的挫折感，增強自信，獲得愉快的學習體驗。對于3D打印無論是設計、制作還是分享使用都可能產生一種新的學習體驗，吸引學習者的學習興趣。只要有創意，就可以將構思變為真實的立體模型，使大腦中的抽象概念轉變為現實世界的真實存在。這將使學習者在學習過程中充滿沉浸感和成就感，激發學習者的學習熱情和DIY興趣，使得學習者發展成為主動的知識建構者和探索者。
三、基于3D打印技術的教學應用模式構建
3D打印技術有助于教師制作個性化教學模型，幫助學習者更好地形成沉浸式學習。學習者通過3D打印，開拓批判性思維模式，培養創新精神，提高創造力。3D打印是一種通用的技術，它的應用領域涵蓋大部分學科，尤其適用于醫學、機械設計等需要大量制作模型的專業。因此，構建一種適用于應用3D打印技術的教學模式顯得尤為必要。本文基于3D打印技術的教學實施過程，對3D打印在教學中的應用模式進行了初步構建，如圖2所示。
[前期問題設計與模型制作][個性化需求][個性化需求][教學內容][教學內容][趣味性][趣味性][探索性][探索性][延伸性][交互合作][3D
軟件
建模][滿足
學習
者需
求][解決
真實
問題][指導修正][3D
建模
軟件][3D
模型
資源庫][3D
模型
資源庫][教育
資源中心][打印介質選擇][模型數據傳輸][打印機調試][打印操作][資源搜索][構建模型][設計原則][選擇、修改已有模型][三維模型設計][三維模型構建][三維模型打印][問題發現][問題情境][問題情境創設][課堂
應用
教學
評價][教學評價][問題情境創設][學習者自評][教師評價][模型展示][課堂互動][模型檢驗][學習者互評][課堂應用]
圖2 3D打印教學應用模式
（一）教學實施過程概述
基于3D打印技術的教學實施過程由問題情境創設、三維模型設計、三維模型構建、三維模型打印、開展教學和教學評價六個核心模塊。教學實施過程以此六個模塊依次展開。在創設問題情境環節發現問題之后，學習者在解決問題的任務情境之下進行3D模型設計和模型構建。然后，打印實物三維模型并在課堂互動環節通過展示、探討、應用模型的活動對模型加以驗證和修改，進而解決實際問題。最后，通過評價環節，精細化設計技巧，完善設計思想，提高學習者設計能力和創新能力。
（二）核心模塊分析
1.問題情境創設
對于學習者而言，創設問題情境可以有力激發學習者學習興趣。從學習者的學習經驗、知識結構以及教學內容出發，創設具有趣味性、探索性、延伸性并有助于學習者個性化學習、交互合作的問題情境將有效激發學習者強烈的問題意識和探究動機，有助于引起學習者對發現問題的深入思考、探究欲望和鉆研熱情。同時，置身于問題情境，才有可能挖掘學習者的設計靈感，創作出既有價值又能讓人耳目一新的作品。對于教師而言協助學習者找到一個高質量的問題激發學習者的求知欲，將為后續教學活動的順利進行奠定基礎。
2.三維模型設計
經過創設問題情境階段，學習者在接受問題刺激之后，其思維已被激活，處于活躍狀態。此階段是學習者最為敏感、最易出現創新思維的階段。學習者在設計思想的指導下，遵循滿足學習者個性化需求和解決真實問題的設計原則進行模型設計。教師則針對學習者在設計過程中存在的問題實施個性化的指導，幫助學習者在模型構建初期就降低設計失誤的概率。
3.三維模型構建
在此階段學習者利用Blender、Web 3D、AutoCAD等三維建模軟件依照三維模型設計構建數字化三維模型。學習者也可以通過在3D建模資源庫和教育資源中心等搜尋或修改符合要求的已有模型。
4.三維模型打印
模型打印主要借助3D打印機來實現，學習者只需把數字化三維模型數據傳輸到3D打印機，然后選擇匹配的打印介質，根據打印要求設置打印機參數就可以輕松便捷地完成模型打印工作。
5.課堂應用和教學評價
將打印的三維模型應用到課堂當中，教師通過課程設計科學合理安排模型應用的時間和地點，為學習者創設一種輕松自由的學習環境。通過模型展示和課堂互動環節，學習者進行充分交流和互動以討論模型中存在的問題。最后通過評價模塊，驗證模型的可用性，檢驗得出結論的正確性。教師對模型給出反饋，指導模型的再次修改，學習者進行自我評估和學習者互評，不斷完善模型。
四、結束語
3D打印技術是一種新興的學習技術，教育領域將是未來3D打印技術推廣應用的重要市場。本文通過分析3D打印原理和3D打印技術在教育中的作用構建了基于3D打印技術的教學應用模式，以期為后續實際應用和精細化研究奠定基礎。盡管3D打印技術在教育領域具有廣闊的發展前景，但是目前其在教育機構的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰。例如：3D打印機價格昂貴，可制作原材料稀少，制作成本高等。這也將成為教育研究者未來的重點研究課題和方向。
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3D打印技術和產業是引領制造業未來創新發展的戰略性新興產業，對帶動工業轉型升級和經濟發展方式轉變意義重大。近年來，在陜西省委、省政府的高度重視和大力推動下，陜西3D打印技術創新與產業化實現了“雙豐收”。
一、3D打印技術創新取得新突破
在生物打印領域，西安交通大學開展的3D打印個性化人工假體制造研究與應用獲得標志性進展，科研成果《個性化顱頷面骨替代物設計制造技術及應用》通過國家技術發明二等獎初評。西北工業大學研發的常溫直接成形生物陶瓷術前診斷模型、全骨支架模型等已經在北醫三院、第四軍醫大學臨床應用。
在非金屬打印領域，西安交通大學創新陶瓷材料3D打印成形工藝，實現了大型燃氣輪機空心渦輪葉片等復雜結構陶瓷零件的快速制造；開發了高溫熔絲成形3D打印設備，可以有效打印纖維增強樹脂基復合材料、尼龍、聚醚醚酮等耐高溫材料制品；研發了大尺寸的燒結成形工藝及樣機，可以形成多種非金屬材料粉末燒結設備。
在金屬打印領域，西北工業大學研制出達到世界先進水平的個性化金屬液滴微噴頭、壓電脈沖微噴頭及5軸聯動金屬微滴打印設備，實現了碳納米管漿料微滴的按需打印、直徑小于0.1mm的鋁均勻微滴可控噴射與打印，可快速制備超級微電容器、微電源、碳納米管晶體管以及微小復雜波導件、散熱件、嵌入式智能器件。西安光機所突破了可變焦的3D打印熔覆頭關鍵技術，研制出可用于成形中小型鈦（鋼）合金零件的同軸送粉式金屬3D打印機，可使打印效率提高3―5倍。西北有色金屬研究院成功開發了國內首臺商業化的粉床電子束3D打印設備和新一代等離子旋轉電極霧化制粉設備。
二、3D打印產業化態勢喜人
一是龍頭企業發展迅猛。截至2014年第三季度，西安鉑力特激光成形技術有限公司擁有相關發明專利達到35項，銷售收入已達1.02億元，全年銷售收入預期可達1.5億元、利潤3000多萬元，同比增長552%，成為目前國內規模最大、技術實力最雄厚的金屬增材制造綜合服務商，并一舉奪得第三屆中國創新創業大賽先進制造行業總決賽冠軍。陜西恒通智能機器有限公司進入渭南高新區開展產業化生產，實現了3種機型的研發與上市，實現銷售收入6000多萬元。
二是產業基地建設進展順利。渭南高新區建成了全國第一家占地460畝的3D打印產業培育基地、全國第一個2.3萬平米的3D打印創新創業孵化器、全國第一只總規模2.5億元的3D打印創投基金，吸引了省內外20多家相關企業和項目入駐，3D打印產業化推進格局初步形成。西安高新區規劃占地1000畝的3D打印產業園加快建設，園區主要路網的水、電、氣、道路施工已完成過半，首批700畝產業用地已逐步到位，一期2萬平米的孵化器、4.6萬平米的標準工業中試廠房已具備開工條件，已吸引10多個企業和項目入駐。
三、全力推進3D打印技術和產業創新發展
一是M建了陜西省3D打印產業技術創新聯盟，制定完善了我省3D打印技術產業化推進工作方案，推動我省3D打印創新鏈、產業鏈和服務鏈的構建和發展；二是設立“增材制造（3D打印）產業關鍵技術研發與平臺建設”、溜南市增材制造（3D打印）產業重大科技專項，投入經費1400多萬元，并爭取國家863計劃、重大科技成果轉化等項目資助近3000萬元，組織我省優勢單位聯合攻關。三是協調中信銀行、招商銀行等四家商業銀行向聯盟貸款授信20億元，加大對3D打印產業的金融支持。四是成功爭取科技部其建渭南國家新材料高新技術產業化基地，為加快我省3D打印產業發展提供了支撐和保障。下一步，省科技廳還將通過啟動實施3D打印重大科技成果轉化中試專項、建設3D打印產業化中試基地等措施，進一步加快我省3D打印技術創新和產業化步伐。
關鍵詞 3D打印技術 機械制造 教學改革
中圖分類號：G633.55；G434 文獻標識碼：A
0引言
3D打印技術 是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它無須機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短了產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。
3D打印新技術勢必帶來教學、學習和研究領域的創新。各大高校以及相繼開展了相關課程的教學，如何把3D打印技術與現代工科高校應用型人才培養目標有機融合，是目前高等教學改革研究的前沿課題。本文著眼于3D 打印技術特點， 提出面向機械制造專業的《3D 打印技術》課程教學內容改革舉措，為培養應用型機械制造工程領域人才拓寬教學思路。
1 3D打印技術
3D打印技術為用戶提供了新的設計、創作和制作方法。從3D 打印的制作過程出發，可以分為如下2個階段：
1.1設計階段――3D 建模
在設計階段，三維模型的建立通常可以有2種方式來獲得三維模型。第1種正向造型，可使用Pro/E， SlidWorks及UG等建模軟件按照打印物體的尺寸要求創建三維模型。第2種是采用逆向工程技術，使用3D激光掃描儀對需打印物體的空間外形和結構進行掃描。
1.2 打印階段――分層累積
3D打印也稱為增材制造（Additive Manufacturing），其實質是2D打印的逐層疊加，把三維模型導入分層處理軟件，設定打印參數，將三維模型沿水平方向“切割”成一定數量的2D薄片， 讀取文件中的橫截面信息（圖1所示為某軟件的切片效果圖），對每一層使用高性能復合材料等多種材料逐層打印，最后將各層截面以各種方式粘合起來，最終構建出3維的實體。
2教學改革措施
2.1課堂教學方式改革
傳統的機械專業教學中有很多專業課中需要實體與模型，造價高而且使用上不能靈活更改，課堂教學顯得沉悶，往往是教師一言堂，學生不能互動式的參與模型的制造。利用3D 打印機，學生足不出戶自己打印自己設計的各類減速器、裝配部件，體驗理論設計與現場加工的完美快速結合，一方面可以將課堂學到的理論知識進行實踐運用，提高學生的設計能力和動手能力。同時提升對三維造型軟件的操作能力及應用實踐能力。學生體會到新的教學方式帶來的機械加工的快樂，極大地促進了教學效果的提高。
2.2學習方式的改革
在學習機械制圖課程工程中，對于復雜的組合體以及相貫線等知識點，學生如果只是在課堂上聽教師講解是不夠的，教師的講解也只是理論及二維的展示，如果我們提供給學生自己使用3D打印機的機會，開放實驗室，讓學生自己建模打印，打印好的模型學生可以自己帶著，也可以放在課堂，自習室甚至宿舍，這樣，模型可以被所有學生傳看，也方便了在課堂上就這些困難問題展示積極討論。我們發現，這種靈活的學習方式極大地激發了學生的學習興趣，上課提問的積極性及課堂出勤率均提高了很多。
3 討論
3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它將抽象概念和設計引入到現實世界，對教學內容中的抽象概念進行可視化展現，通過快速靈活的打印，使得學生獲得更多的認知體驗，將傳統教學顯示的模型轉化為可觀察、可觸摸的實體模型，提高思維能力和動手及感知能力，提供學習興趣的同時，拓展創造性思維，從而最終提高了學習效果。
參考文獻
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[2] 李青，王青.3D打印：一種新興的學習技術[J].遠程教育雜志，2013（4）：29-35.
3D打印技術正在推動制造業的轉型是無可爭辯事實。日常工作涉及供應鏈流程管理的專家們一定會認同以下觀點：3D打印技術已經改變了行業規則，并且有可能使得任何地方的任何人都具備制造產品和零部件的能力，只要他們擁有所需的計算機輔助設計（CAD）文檔、一臺 3D打印機以及打印耗材（通常是粉末狀塑料、金屬等材料）。
我們已經認識到 3D打印技術改變各行業業務性質的潛在能力，及其對企業和國家未來競爭力的可能影響。中國就是其中一個非常典型的例子。我們都知道，中國為了刺激和支持其 3D打印產業的發展，在南部城市長沙建立了一座產業園，目的就是要大力推動中國制造業和 3D打印技術的發展。該產業園區是中國首個 3D打印技術創新中心，其初步目標被設定為生產 100臺 3D打印機，并計劃至 2016年實現產量300臺。武漢和珠海緊隨其后，相繼宣布成立類似的技術中心的計劃。
亞太區其他國家也陸續開始著力發展這一新興技術。其中，新加坡政府計劃在未來 5年內投資 5億美元，用來提高新加坡國內的制造業水平，重點發展 3D打印技術。日本政府同樣宣布撥款 3，860萬美元的經費，投入各類 3D打印項目。全球數據信息公司 HIS消息稱，其中 80%的經費將用于研發能夠生產工業用金屬終端產品的 3D打印機。
經過數十年的發展，3D打印技術已演變成為一項切實可行且成本合理的技術，為制造業的革新鋪平了道路，而制造業是亞洲很多國家和地區的經濟發展引擎。那么，對我們而言，這一切意味著什么呢？什么才是 3D打印技術真正的價值所在呢？
利用 3D打印技術，實現智能創新
數字化是現代制造業的成功關鍵，而其概念已不再是創建數字圖像那么簡單，相反，企業應當以數字化作為實現創新的根本途徑。企業可以充分利用這些通常具有顛覆性意義的蛻變技術來增強自己的創新能力，以便在當下復雜的產品和流程市場上繼續生存下去。
3D打印技術在某些階段所發揮的作用，如傳統 PLM領域新產品研發流程中早期的創意構思和設計階段，是變化最明顯的地方。很多制造企業在創新流程初期就采用 3D打印技術，用以深入了解客戶需求，為新產品研發構思創見。與傳統制造和成型生產方式相比較，3D打印為高度定制化和為復雜設計減少成本提供了可能，降低了短期零件（short-run parts）和產品的間接生產成本。
對傳統制造企業而言，產品的形狀和模型越復雜，完成一項任務所需的成本越高、時間越長，因為其中涉及大量的模具和復雜的加工作業。但 3D打印技術的不同之處在于，它能消除這些要求，讓用戶可以輕松打印所需物件。雖然 3D打印通常圍繞形狀或模型展開，但企業完全可以利用其實現更智能的創新，通過創建模型，然后再將模型與一個或多個系統相連。這樣一來，甚至在產品和流程實際建造完成之前，工程師和客戶就可以查看其性能狀況。而且通過評估性能數據，他們可以在實際進行“3D打印”之前，進行預測改進性能及任何潛在風險。用戶識別出一項風險之后，可以輕松地進行改進，避免不必要的風險。然后，用戶可以將從這些二次開發模型和仿真中獲得的預測結果與更好的版本進行對比。與簡單地制作模型并將之打印出來相比，以上流程可以確保實現更好的產品質量和可靠性。
任重道遠
3D打印技術雖然好處多多、引人入勝，但有一個制造企業、律師以及政府部門才開始著手應對的棘手問題，即3D打印的知識產權（IP）問題。如果任何地方的任何人都可以利用 3D打印技術隨心所欲地進行生產，那么企業、設計師及發明創作者該如何保護他們的知識產權呢？
版權或專利的目的是保護創造性工作，而對版權保護范圍及必要資質的規定各個國家不盡相同。在一些地區，知識產權的侵權問題已經彰顯，但現在似乎越來越多的突發案例與 3D打印技術有關。此項新技術的操作過程非常簡單，只需輕輕一點，任何人都可以在未經授權的情況下，使用一份計算機文檔或一個實際物體的 3D掃描件打印出一個物件或復制一個受知識產權保護的物品。與以往相比，現在復制操作已變得異常簡單，但侵權問題的鑒別卻異常困難。制造業當前所面臨的問題，與音樂產業在MP3文檔和互聯網下載文檔出現時所遇到的問題相似。
當前我們所面臨的情況是：一方面我們承認權利并非虛設，但另一方面我們在如何實施權利以及如何通過新業務模型打造具有吸引力的、可以避免侵權行為的方法等方面也面臨著嚴峻的挑戰。與此同時，對潛在問題的認識對確保3D打印技術成為組織機構下一個偉大發明而非下一個重大負擔有著極大的作用。
面向未來
一、3D打印技術對于我國制造業的影響
減少人力成本根據相關的研究顯示，一些類似機和火電等行業使用一些重型的機械以及高端的精密機械裝備進行工作，這些精密的儀器和設備等在制造的過程中都會使用到很多的材料，并且還需要經過特別復雜的工序。像是一些類似于切割焊接等的制造過程都需要花費大量的人力來完成工程，這對于工人的技術的要求也非常高，另外這也對于員工的人身安全影響極大，對企業來說是一種重要的資源消耗。但是，3D打印技術能夠實現一些操作過程的無縫連接，實現無縫連接能夠使得大數目的螺絲螺帽在生產過程中的大部分流程成為多余，3D打印技術還能夠使得結構之間的的相對穩定性能和連接的強度得到大幅度的提升。跟傳統的制造技術相比，3D打印的原理能夠使用增加材料的方法來制造出更為復雜的形式的產品，這對于我國的制造業來說大有裨益。因此，3D打印技術能夠對我國的制造業產生非常積極的影響，這其中的一個重要優勢就是減少更多的人力成本。
二、增加創新機制
3D打印技術屬于一種能夠使用電腦來輔助技術來完成的一系列的數字性的切片，并且能夠使用這些切片的相關信息來傳送到打印機上面，之后再進行多層次的加工并且成形，簡而言之就是把一些連續性的薄型的層面進行堆疊，一直到一個固態的物體能夠成型。換而言之，3D打印技術和普通的打印機的相關工作原理非常相似，在和電腦進行連接之后，使用電腦進行控制將需要打印的材料來進行層層疊加，最后的環節是將計算機上面的藍圖變成為需要最后成型的實際物體。3D打印技術作為新興技術的一個重要方面，它很可能能夠從本質上改變很多的產品的生產的組織方式，更加吸引關注的是傳統型的大規模產品生產的相關優勢出現的削弱的情況，甚至是消失。這給中小企業特別是一些個體的企業的發展帶來新的機遇，并且能夠使用集中方式的生產規模來朝向分布式的生產方式前進。傳統的制造業因為資金的問題使得一些創新項目很難順利展開，嚴重阻礙制造業的發展。但是，目前很多中小企業可以使用3D打印技術來創新本企業的生產，為企業的發展創造新的機會。
三、緩解產能過剩
我國的傳統制造業大部分都出現了產能過剩的問題，這些問題大部分都體現在鋼鐵等行業。這些行業的產能過剩問題在世界金融危機爆發之后尤為明顯，并且還大范圍地延伸到了汽車和機械等高科技的行業之中。在很長的一段時間內，我國的產能過剩問題還存在于一些整齊劃一的生產企業上，這些產品生產出來都是一個樣，長時間下來國內的需求很難消化這么多的產品，盡管在價格方面有很大的優勢，但是在質量上并不能具備優勢，出口的競爭優勢喪失，產能過剩的問題又進一步體現出來。在3D打印技術出現之后，相關的產業負責人能夠在打印技術的支持之下消費者根據自身的消費需求來量身定制屬于自身的產品，這對于大多數的消費者來說具有很強的吸引力。這種量身定制的效果不但能夠摸清市場的情況，還能夠減少行業出現的產能過剩的問題，并且能夠實現更加積極的銷售效果，減少一些產品積壓的情況出現。因此，3D打印技術對于我國制造業的影響還體現在緩解產能過剩方面，能夠有效地緩解目前我國大多數制造行業出現的產能過剩的問題。結束語3D打印技術能夠有效地減少一些人力資源的浪費，為我國的大多數制造行業節省物質和人力資金，還能夠縮短一些作業的功效，對于促進我國制造業的科學發展至關重要。目前，我國的制造業還存在著一系列的技術和創新等方面的問題，3D打印技術能夠提供一定的技術支持。筆者主要討論3D打印技術對于制造業的影響，希望能夠為促進我國的制造業的健康發展提供一定的幫助。
作者：耿銳單位：黑龍江佳木斯大學
在兩院院士大會上提出“科技發展要堅定不移地創新、創新、再創新”的發展戰略，契合全球科技革命浪潮，點燃了科技創新的圣火，掀起了科技創新概念股的中線投資浪潮。
跨界并購重組成為科技創新的孵化器。傳統產業轉型為電子信息、網絡游戲、文化傳媒等創新型產業的跨界重組，無疑是最受投資者青睞的。據筆者統計，今年前六個月的牛股大多出自跨界并購重組模式，2倍漲幅的牛股有世紀華通、山水文化等，翻倍牛股高金食品、科冕木業、萬力達、新世紀、互動娛樂、華智控股、巨龍管業等是典型代表。本周市場跨界并購重組概念全面爆發 ，以天潤控股為代表網絡游戲概念股，以萬力達、新世紀為代表的電子信息概念股，以成飛集成為代表的軍工整合概念股，以高金食品、華智控股、中南重工、山水文化、道博股份為代表的文化傳媒概念股成為市場最強音。
智能機器成為科技創新的先鋒軍。機器人行業利好云集：第一，據國際機器人聯合會預測，2014年中國工業機器人年裝機量將超過日本，達到3.2萬臺，占世界總量的20%，成為全球最大的機器人市場；第二，機器人國內外峰會云集本月，第北京埃森焊接與切割展覽會、廣州國際機器人展覽會、第11屆全球智能控制與自動化大會等事件驅動；第三，歐盟近日宣布到2020年將投入28億歐元研發民用機器人；第四，在兩院會議上總書記表示要把我國機器人行業提高上去，盡可能多占領市場。本周市場，華昌達收購上海德梅柯全部股權加碼工業機器人，連續3連扳飆升，成為智能機器的大龍頭，并帶動三豐智能、南通鍛壓、萬訊自控等智能科技概念股聯袂走強。
國產軟件、基因測序產業成為科技創新的主力軍。國家信息安全概念股在經過短期休整后繼續強勢上漲，以浪潮軟件、新世紀、海蘭信、榕基軟件、湘郵科技為代表的國產軟件概念股風云再起，彰顯科技創新魅力。此外，以新開普、順絡電子為代表的移動支付概念股大漲，以中海科技、盛路通信為代表的智慧交通概念股，以千山藥機、中源協和為代表的基因測序概念股，也成為科技創新新的做多軍團。
綜述，筆者認為科技創新的投資大幕才剛剛拉起，科技創新和產業轉型改革必將成為高成長牛股的搖籃。在淘金科技創新大主線上，建議投資者主要把握以下基本面：一是具有確定性盈利能力和政策大力支持的行業領域，二是具有較好盈利能力且與國際頂尖巨頭具有產業鏈關系的行業，三是具有獨立技術且與國際科技浪潮處于領先優勢龍頭公司。
短線操作上，筆者建議投資者回避漲幅較大軟件、智能機器等熱門股，重點關注3D打印概念股的投資機會，相信這是繼智能機器后新的投資亮點，中線則繼續看好基因測序概念股。
【關鍵詞】3D打印；關鍵技術；產業化
1 3D打印的概述
近年來，3D打印技術受到國內外新聞媒體和社會公眾的熱切關注和追捧，被認為是最近20年來世界制造技術領域的一次重大突破，英國《經濟學人》雜志認為它將與其他數字化生產模式一起推動實現新的工業革命3D打印技術，又稱”三維打印技術”，即快速成型技術的一種，是指通過可以”打印”出真實物體的3D打印機，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體。快速成型技術誕生于20世紀 80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術。目前，3D打印技術已在醫學、電子、機械和軍事等眾多領域進行了應用[2]，其市場份額：建筑類，3%；消費電子產品，20.3%；車輛，19.5%；醫療/口腔醫學，15.1%；飛行器，12.1%，工業/商用機器，10.8%；學術研究，8%；行政/軍事，6%；其他：5.2%.
2 3D打印的關鍵技術
3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面[3]：
1）信息技術，即要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；
2）精密機械，即 3D 打印技術以材料的層層疊加為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度和穩定性有較高的要求；
3）材料科學，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合起來，并具有合格的物理/化學性質。
客觀說，目前 3D 打印技術尚不成熟，存在缺乏宏觀規劃和引導、技術研發投入不足、產業鏈缺乏統籌發展及缺乏教育培訓和社會推廣等問題。它作為一項多學科交叉的高新技術，還需要在各相關領域投入較大的研發力量，才能掌握完整的核心技術"。
3 發展3D打印的建議
針對當前3D產業存在的不足，為發展3D打印產業提出以下建議[3]：
1）制定3D打印產業發展規劃，優先發展3D打印產業。
建議將3D打印技術定位為生產業、文化創意、工業設計、先進制造、電子商務及制造業信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業納入優先發展產業及產品目錄。
2）加強3D打印產業聯盟，行業協會建設，推動產業協同發展。
積極引導工業設計企業、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發企業和機構、3D打印服務應用提供商組建產業聯盟，利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發和行業標準制定。促進3D打印技術發展的市場建設，包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印技術及關聯項目投融資機制等，促進產業可持續發展。
3）加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平。
設立3D打印產業專項基金，重點推進數字化技術、軟件控制、打印裝置、材料技術等關鍵技術的研發。在研發扶持中，要注意建立公平、公正的研發績效評估體系，鼓勵各研發主體探索不同的技術路徑。加強對3D打印產學研合作的支持，特別對實施產業化的企業在市場銷售、推廣上給予政策支持。
4）加強教育培訓，促進3D打印社會化發展。
將3D打印技術納入相關學科建設體系，培養3D打印技術人才。依靠行業協會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術和應用的培訓。在科技館、文化藝術中心、青少年活動中心等公共機構進行3D打印技術的展示、宣傳和推廣。發展3D打印服務機構，推廣3D打印技術應用，為發展3D打印產業積累應用經驗。
【參考文獻】
[1]劉紅光，等.國內外3D 打印快速成型技術的專利情報分析[J].情報雜志， 2013，12（6）：40-46.
