時間：2023-09-20 18:23:40
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打印技術與運用，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。
中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0240-01
3D打印技術在桌面應用中的推廣，應結合模具教學的應用教學和理論授課，進行詳細信息的介紹，有利于將桌面3D打印技術的相關應用原理及實踐經驗，進行合理轉化，從而更有利于被接受和認識，客觀上推動桌面3D打印技術的推廣和應用。
一、3D打印技術的概念
（一）、3D打印技術的概念
3D打印技術，主要是指針對3D技術的優勢，結合打印技術的需要，綜合應用在打印設計中，其中主要運用3D技術的數字和信息優勢，實現對金屬等粘合材料的逐層打印處理。以此構成新物體的過程，被稱為3D打印技術，同時也稱為“疊加式制造”。針對3D打印技術，有利于運用計算機實現對打印信息的處理，從而推動對打印信息的自動化計算，有利于減少打印過程中返工、質量等問題。因此3D打印技術，運用對打印信息的三維處理，推動制造業的發展。
（二）、3D打印技術的分類
3D打印技術，主要包括SLA和FDM兩種。中SLA打印技術在模型制造中應用較為廣泛，同時是國際相關教學的重點，相關優勢包括光固化成型法運用較為先進，實用性較強，加工速度快，生產周期較短。但是SLA打印技術的缺點明顯，例如生產成本較高，維修成本較高，機器設備涉及的電子信息較為先進，不利于打印人員的掌握。FDM打印技術，主要針對金屬、塑料和石蠟等低熔點材料進行，由于成本低的影響，是市場上較為流行的打印技術。其應用優勢同時包括：操作簡單、快捷，設備簡單，應用方便。但是它的缺點同樣明顯，例如精準度低，針對密度較低的材料進行打印過程。
二、桌面3D打印技術的應用原理
桌面3D打印技術的應用原理，即計算機三維設計的流程，其中通過計算機stl、obj、thing等格式，實現對3D打印信息的處理；其次通過USB接口，實現3D打印機器設備和計算機的鏈接，同時運用MakerWare軟件，實現對3D打印信息向三維信息的自動化轉換；最后通過PLA加熱端，以實現對打印材料和打印信息的自動融合，其中打印機器設備將打印信息通過噴嘴將相關信息打印到打印材料中，通過對打印結構的反復處理，打印出需要的產品。相關工作原理流程，如下圖：
通過上圖可知：桌面3D打印技術，通過對計算機的操作，對打印信息的處理，較為先進，有利于實現打印過程中人力消耗。因此桌面3D打印技術在制造業中的應用，有利于推動制造業的發展。
三、桌面3D打印技術在模具教學中的應用
（一）、桌面3D打印技術在模具課堂教學中的應用
桌面3D打印技術在模具課堂教學中的應用，主要是指多媒體技術在課堂教學中的應用，有利于實現對相關教學背景的生動展示，有利于提供給學生視覺和感官上的享受，從而推動教學內容在學生心中的生動勾畫。因此桌面3D打印技術，是新時期科學技術發展和教學需要結合的產物，有利于推動教學的發展，進而提高教學質量。針對桌面3D打印技術在模具課堂教學中的應用，相關的設計軟件包括powerpoint和flash等，主要通過對教學材料進行數字和圖畫等信息的展示，結合教學工作者的教學講解，提高學生的認知能力。
（二）、桌面3D打印技術在模具教學課堂設計中的應用
桌面3D打印技術在模具教學課堂設計中的應用，主要是指針對模具教學的需要，應提前進行課堂設計，運用Pro、UG等設計軟件，以實現對模具設計的科學處理。時針對模具教學的課堂設計，應尊重學生的主體地位和主觀能動性，教學工作者主要其引導和幫助解答疑難問題的作用，以此提高學生對模具設計的了解，客觀上提高學生的動手能力，促進模具設計的教學需要。針對桌面3D打印技術在模具教學課堂設計中的應用，有利于提高學生對相關模型的了解，有利于提高對模型的了解，通過對不足之處的及時更新，提高學生的設計水平。
四、桌面3D打印技術在模具教學中應用的重要性
桌面3D打印技術在模具教學中的應用，應集合3D造型sheji8、打印處理、打印效果和應用反映等進行全面分析，以次科學判斷桌面3D打印技術的應用效果，從而有利于教學工作者發現教學不足和改進方向，制定合理的教學計劃和教學任務，全面提高學生的動手能力和理解能力，促進學生設計水平的提高。首先學生通過對3D打印技術的分析，有利于提高學生對模具的認識，其中對相關組成部分的全面認識，進行直觀認識，有利于實現模具結構的優化設計。其次有利于實現3D打印輔助材料的合理應用，結合學生分組討論的形式，實現對桌面3D打印技術的全面認識，提高學生的學習興趣和活躍教學氛圍，推動教學任務的展開。同時有利于提高學生對計算機等設備的了解、應用，結合學生對新生事物好奇的特點，提高教學質量，客觀上引導學生的科技素養。
五、桌面3D打印技術在模具教學中應用的注意事項
（一）、合理運用打印材料
針對桌面3D打印技術，應合理運用打印材料，以確保打印設備的穩定運行。針對桌面3D打印技術主要運用塑料的打印材料，應結合模具教學需要，科學設計模具設計材料，從而符合打印設備運行的需要，有利于推動模具教學的需要。教學工作者應注意對模具材料的設計，以避免因為材料問題造成打印設備發生故障，不利于教學任務的穩定展開。
（二）、科學設計模具尺寸
對桌面3D打印技術在模具教學中的應用，應科學設計模具尺寸，以符合打印設備設計的需要，進而推動打印設備的穩定運行，打印需要的模具，推動模具教學的需要。同時應加強對模具精度的控制，以符合打印設備允許誤差范圍，有利于滿足模具教學需要。
結束語
桌面3D打印技術的發展，應加強對其工作原理的分析，結合相關應用需要，制定合理的應用措施，以確保桌面3D打印技術的穩定運用。針對桌面3D打印技術在模具教學中的應用，應結合課堂教學和課堂設計進行全面分析，合理運用桌面3D打印技術，以提高模具教學質量，客觀上促進桌面3D打印技術的推廣和發展。
參考文獻：
創客教育是一種堅持以學生為主體的教學理念，其旨在通過教師的引導，構建出輕松自由，富有活力的課堂教學氛圍，隨著新課程改革日益推進，教師的教育教學方式逐漸向突出學生主體地位而靠攏，而3D創客教育作為一種自主性較強、主體地位突出的教學模式，其走進小學信息技術課堂的趨勢已不可避免，因此，如何運用恰當的方法將創客教育理念與教學課堂相融合，便是當下小學信息技術教師所要思考的問題。
1轉變教學理念，將3D創客教學理念融入到課堂中去
3D創客教育是一種以3D打印技術為載體，具有創新性、體驗性、互動學習性等特點的新型教育模式。由于這種教學模式還未產生系統的教育教學方針，這就要求，教師需要結合實際教學情況，通過恰當的教學方法，打破傳統的信息技術教學模式，將這一新型的教學理念融入到日常教學中。要實現這一理念的轉換：
1.1“做足功課”是實現這一轉變的前提
3D創客教育是一種較為新穎的教育教學模式，教師想要將3D創客教育與課堂教學相融合，首先就需要對3D創客教育有足夠了解，對此，教師需要通過各種渠道收集整理有關3D創客教育的信息做到“知己知彼”，同時結合自身豐富的日常教學經驗，運用合理的方法，將3D創客教育與小學信息技術課堂教學有機融合。
1.2合適的設備是實現這一轉變的必要條件
3D創客教育的關鍵在于3D打印技術，而3D打印技術的關鍵則是一套合適的設備。要想實現3D創客教育與信息技術課堂的完美融合，首先就需要一套便于小學生理解操作的3D打印設備。3Done是一款易于小學生學習使用的3D建模軟件，教師在信息技術的教學課堂中，可以結合實踐情況，考慮到小學生的實際特點，選擇這款簡單易懂，便于上手的3D打印設備教授學生們信息技術課程的相關知識。
2依據課本內容，制定完整的教學計劃
2.1將小學信息技術課程教學目的與3D打印技術有機結合
培養小學生對信息技術的興趣和意識，讓小學生了解信息技術相關知識、掌握其基本技能，是小學信息技術課程教學的主要目的。因此，教師在實現3D創客教育與信息技術教學融合的目標是，就要將其教學目的利用3D打印技術來實現，教師可以利用3D打印直觀性強、多樣化、空間性強的特點，通過反復的操作實踐，加深學生們對于信息技術的理解，發散他們的思維，培養他們的空間想象能力，并在3D打印的具體操作中，教導他們掌握基本的信息技術技能，從而實現信息技術課堂的教學目的。
2.2將課本內容與3D打印技術有機結合
一種教學理念從產生到實際運用，首先要做的便是制定詳細教學方針，將課本內容與教學理念完美融合。因此，想要實現3D創客教育與信息技術課堂相融合，就需要教師將3D打印技術與課本內容有機結合。例如：在《參與網上學習》“名片DIY”的任務時，教師就可以利用3D打印技術進行教學，首先讓同學們發散思維構思自己的名片，接著設計并制作出自己的專屬名片，最后讓他們通過3D打印技術將自己的名片打印出來。當拿到自己的專屬名片時孩子們臉上喜悅無比。通過這樣的教學方法，可以調動起他們的興趣，極大的激發他們自主學習的積極性。
3采取有效策略，高效運用3D打印技術
3.1展現3D打印的魅力，培養學生的興趣
興趣是最好的老師，教師教學的關鍵就是要培養學生對于某一學科的興趣，只有這樣，學生才能產生對這一學科自主學習的動力。信息技術學科是一門較為有趣的科目，教師在教學過程中，要充分利用信息技術多元化，智能化，數字化等的特點，激發學生對于這門學科的興趣，而隨著3D打印技術在小學信息技術課堂中的應用，小學信息技術課堂變得更加多姿多彩，對此，教師所要做的就是向學生們展現出3D打印的魅力。
比如，教師在講授《設計制作標志》一節時，可以充分利用3Done的快速空間建模功能，將學生們所設計制作的標志打印出來，讓他們更加直觀的感受到科技的魅力，從而點燃他們學習信息技術的熱情。同時，教師可以適時的向他們普及一些信息技術的相關應用，教導他們掌握一些信息技術的基本技能，以此來開闊他們的眼界，激發他們學習的興趣，將日后從事信息技術研發的種子植根于他們的腦海中。
3.2靈活運用3D打印技術，讓課堂“活”起來
在小學信息技術的教學課堂中，靈活運用3D打印技術，讓課堂“活”起來，是實現3D創客教育與信息技術教學相融合的關鍵。將3D打印技術引進到小學生信息技術課堂，就要充分利用3D打印技術將圖紙變為現實的能力，因此，教師在信息技術教學過程中，可以充分利用3D打印技術這一特點，將原本只能呈現在電腦桌面上的圖像實物化，以此來活躍課堂氣氛，讓課堂“活”起來。
比如說，教師在講述《認識機器人》一課中，可以先利用3D打印技術打印出來一個機器人模型，以此為引將學生帶入到課本內容中去，隨后再開展相應的教學。通過這種教學方式，將3D打印技術與信息技術課堂有機融合，可以營造出一種積極的課堂氛圍，提高教學效率，達到較好的教學效果。
3D打印（3D printing），即快速成型技術的一種。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。過去常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，現正逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車、航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。
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、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、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。與傳統制造業通過模具、車銑等機械加工方式對原材料進行定型、切削以最終生產成品不同，3D打印將三維實體變為若干個二維平面，通過對材料處理并逐層疊加進行生產，大大降低了制造的復雜度。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、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數據中便可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。以一個手電筒為例，3D打印機能通過電腦將手電筒進行立體掃描，創建三維設計圖，之后對這個立體原型進行“切片”，分成一層一層的，打印機將原材料按照設計圖一層一層地“噴”上去，直到最終造出一個手電筒來，只不過3D打印機噴出的不是墨粉，而是融化的樹脂、金屬或者陶瓷等材料。
3D打印起源于19世紀末美國研究的“快速成型”——照相雕塑和地貌成形技術，并在20世紀80年代得以發展和推廣。中國物聯網校企聯盟把它稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。三維打印通常是采用數字技術材料打印機來實現。3D打印的原理是：把數據和原料放進3D打印機中，機器會按照程序把產品一層層造出來。打印出的產品，可以即時使用。
3D打印具有如下優點：
（1）3D打印成為工業化力量。3D打印技術最突出的優點是無需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，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本，成為工業化的重要力量。（2）3D打印開始治病救人。因為3D打印產品可以根據確切體型匹配定制，通過3D打印制造的醫療植入物將提高你身邊一些人的生活質量。這種技術已被應用于制造更好的鈦質骨植入物、義肢以及矯正設備。（3）定制化成為常態。通過3D打印技術，創新公司根據用戶對產品確切的具體信息進行定制，通過3D打印制造并直接將產品送到用戶的家門口。（4）產品創新速度加快。由于運用3D打印的快速原型制造技術能夠縮短把產品概念轉化為成熟產品設計的時間，設計人員將能夠專注于產品的功能，使他們能夠在設計的早期階段就打印出原型產品、進行修改以及重新打印等等，從而加速創新，其結果將是更好的產品以及更快的設計速度。（5）3D打印開始廣泛應用于電影工業。由于3D打印是一種快速成型技術，對于制作復雜電影道具具有成本低、時間快的優勢，高仿真的電影道具已經使用了3D打印技術來制作面具模型、汽車模型和其他功能性道具。
美國和歐洲在3D打印技術的研發及推廣應用方面處于領先地位。美國是全球3D打印技術和應用的領導者，歐洲十分重視對3D打印技術的研發應用。除歐美外，其他國家也在不斷加強3D打印技術的研發及應用。澳大利亞在2013年制定了金屬3D打印技術路線；南非正在扶持基于激光的大型3D打印機器的開發；日本著力推動3D打印技術的推廣應用；中國3D打印設計服務市場快速增長，已有幾家企業利用3D打印制造技術生產設備和提供服務。據美國消費者電子協會最新的年度報告顯示，隨著汽車、航空航天、工業和醫療保健等領域市場需求的增加，3D打印服務的社會需求量將逐年增長，有望從2011年的17億美元增長至2017年的50億美元。
隨著3D打印材料的多樣化發展以及打印技術的革新，3D打印不僅在傳統的制造行業體現出非凡的發展潛力，同時其魅力更延伸至食品制造、服裝奢侈品、影視傳媒以及教育等多個與人們生活息息相關的領域。
3D打印技術日漸普及，應用于醫學、建筑和軍事等范疇，甚至開始家用化。但該技術在逐漸被廣泛應用的同時，危害也日趨暴露出來。據香港《東方日報》報道，美國研究顯示，家用3D打印機在室內運作時，會釋放大量有毒超微細粒子（UFP），有害程度相當于吸食香煙，影響人體健康。除健康問題，3D打印也引發公眾安全隱憂。一名加拿大男子上傳短片展示他以3D打印手槍為藍本，打印出一支塑膠步槍，并成功發射子彈，但發射后槍管裂開。
關鍵詞：計算機輔助工業設計（CAID）；3D打印技術；工業設計
工業設計經過一百多年的發展已經從最開始的對批量生產的工業產品的材料、結構、構造、形態、色彩、表面加工、裝飾等的單個產品的設計發展到一種創造性活動，目的是為物品、過程、服務以及整個生命周期中構成的系統的設計，這種設計將會對人類的生產生活方式產生更大更廣的影響。國內的工業設計從八十年代開始，受工藝美術的影響較深，無論從設計方法還是表現技法等方面。到了九十年代，隨著中國改革開放的推進，國內的生產制造技術和工業產品的生產都到了一個蓬勃發展的階段，而且出現了以計算機技術為支柱的信息技術的發展，計算機輔助設計已經被運用到設計、生產、制造等環節。這時也出現了最早的3D打印技術，直到二零一零年后3D打印技術趨于完善，被運用到很多領域，尤其是工業設計，設計師用3D打印技術打印設計的產品，縮短了產品設計的周期，省去了模型制造、審核的環節。通過計算機輔助工業設計和3D打印技術的結合，設計師可以很直觀地對設計的產品進行測試、審核、檢驗，縮短了產品的開發周期，提高了產品投入市場的速度。
1計算機輔助工業設計
計算機輔助工業設計，簡稱CAID（ComputerAidedIndustri-alDesign）,來源于計算機輔助設計（CAD-ComputerAidedDe-sign）,是專門針對工業設計領域的創造性活動而言的。CAID，即在計算機技術和工業設計相結合形成的系統支持下形成的，與傳統的工業設計相比，CAID在設計方法、設計過程、設計質量和設計效率等各方面都發生了質的變化，它涉及了CAD技術、人工智能技術、多媒體技術、虛擬現實技術、敏捷制造、優化技術、模糊技術、人機工程等許多信息技術領域，是一門綜合的交叉性學科。一個產品的設計流程大體包括:設計需求、市場調研、設計定位、草圖、效果圖、數據模型、實物模型、量產等階段。這其中可視化部分占了很大比重，也是在這一階段計算機輔助工業設計運用比較多。比如效果圖階段，會應用一些平面類的軟件（Pho-toshop、Illustrator、Coreldraw）進行計算機輔助設計，做二維效果圖，用三維軟件（Rhinoceros、3DMax、Maya等）來做計算機模型，渲染三維效果圖。數據模型階段用一些工程類軟件（Pro/Engi-neer、SolidWorks、CATIA等）做工程模型，直接為后面的生產制造做準備。整個產品從創造設計到表現，運用計算輔助設計會比以前的手繪效果圖和手工制作模型節省很多時間，也更直觀、高效。用計算機輔助設計做設計表現的技術和軟件已經相當成熟，尤其是伴隨著計算機硬件的升級換代和計算機輔助設計軟件的智能化、集中化，未來計算機會完美呈現設計者的設計構想，不用去花費太多的精力和時間去學習各種軟件建模、渲染技術。這樣是技術對設計師的一種解放，讓設計師可以把更多的精力集中到設計創造階段。除了計算機輔助設計在設計表現方面的運用，我們應該更大化地拓寬計算機輔助設計的層面，比如在設計的前期調研階段，可以運用計算機技術來進行信息的采集和分析，運用大數據來分析，幫助設計師進行設計定位，這樣的設計定位會更加準確可靠。還有設計過程中對產品的人機工程學分析，只要有了數據模型，我們可以通過計算機輔助設計技術，用人體數據庫對設計進行檢驗，提出更合理的人因工程分析數據，幫助設計師改進設計。這些都是計算機輔助設計技術應該發揮作用的方面。
23D打印技術與工業設計
3D打印技術出現在20世紀90年代中期，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。3D打印技術在工業設計領域應用的相對較多。傳統的工業設計進行到最后階段會做一個手鈑模型，用來測試和檢驗設計的可行性和合理性。做手鈑模型一般要用一周時間，價格從幾千元到上萬元人民幣，而且做出來的模型精度還不高。如果要涉及到開模，做一套模具將會花費更多的時間和更高的價格。如果運用3D打印技術，只需要一臺3D打印機和相應的打印材料，就可以用幾個小時的時間打印出精度高，復雜的模型。這樣會大大縮短產品的開發周期和開發成本。隨著3D打印技術變得越來越成熟，3D打印機越來越普及價格也越來越低，好多企業和設計公司都會配備一臺3D打印機，甚至有一些3D打印公司專門針對家庭客戶，當作是一個家電產品和玩具在銷售。設計師發明了3D打印，3D打印技術助力了工業設計，可以說3D打印技術的出現會對制造業和工業設計產生根本性的影響，從目前的情況來看，3D打印技術已經在改變著這些方面，比如用3D打印技術打印的房子，改善了一些特殊環境下人類的居住條件；用3D打印技術打印的人體器官，將會改變一直靠捐獻才能得到合適的人體器官的局面，讓更多有需要的人得到幫助，延長了人類的壽命；用3D打印技術打印的衣服、飾品、鞋子等，這些打印產品的出現將會改變人類的生活方式。
3計算機輔助工業設計與33D打印技術的結合
計算機輔助工業設計與3D打印技術是相輔相成的，計算機輔助工業設計為3D打印技術提供數據模型，3D打印技術讓計算機輔助工業設計從虛擬變成了現實。工業設計把計算機輔助設計和3D打印技術很好地結合了起來，這種結合將會改變工業設計的整個流程和方法，反過來，工業設計將使這兩項技術走向更遠，得到更廣的運用。
4總結
通過對計算機輔助工業設計和3D打印技術在工業設計中應用的簡單介紹和分析，我們可以基本了解和掌握一些情況，計算機輔助工業設計和3D打印技術應用在了工業設計的哪些環節當中，并起到了什么樣的作用，甚至我們可以去思考和聯想，未來的CAID和3D打印技術將會以什么樣的作用來影響工業設計。筆者通過介紹實際參加的設計案例更直觀地呈現了兩項技術在設計過程中的作用。筆者也相信，工業設計的領域將會更加廣闊，以人為本的設計理念將會涉及到各個行業，各個領域的先進技術和經驗也會為工業設計拿來所用，以便促進工業設計的開發流程和方法。只要我們擁有一種不斷創新的精神，相信未來中國的工業設計將會有更好的發展。
作者:郝建峰 單位:山西農業大學信息學院
參考文獻:
[1]何人可.工業設計史[M].北京:高等教育出版社,2010.
【關鍵詞】產品設計 3D打印 應用 優勢
近年來，3D打印技術已經成為一種潮流和熱門話題，并在產品設計，特別是數字化產品模型制造領域的應用等方面發揮著越來越重要的作用。其是一種快速成形技術（rapid prototyping），以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，并通過逐層打印的方式來構造物體。3D打印機是一種可以“打印”出真實的3D物體的設備，比如打印機器人、玩具車、各種模型，甚至是食物等。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金和橡膠類。
一、現狀
（一）3D打印技術發展狀況
3D打印關鍵技術主要掌握在美國、日本及歐洲一些國家（表1）。美國《2013沃勒斯報告》顯示，2012年全球3D打印市場（包括產品和服務）約為22億美元（約135億元人民幣），比2011年增長28.6%，預計至2017年，全國3D打印市場將達到60億美元的規模。就全球3D打印機的安裝量而言，美國比例最高約為38%，日本為9.7%，德國為9.4%，中國則為8.7%。
（二）3D打印國內研究現狀
自上世紀90年代以來，國內高校相繼開展了3D打印技術的自主研發。其中，清華大學與北京殷華激光快速成型與模具技術有限公司合作，在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面建立了一定的科研優勢。西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并與陜西恒通智能機器有限公司合作開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度高達0.2mm。武漢東湖高新區建立了“中國首個3D打印工業園”；中國科技大學自行研制8噴頭組合噴射裝置，該設備有望在微制造、光電器件領域得到推廣應用。
二、在產品設計領域應用的優勢
（一）3D打印拓展了設計人員的想象空間
在后工業時代，每個人都是設計師，傳統的設計師不再依靠自己的力量獨立設計，而是扮演設計組織者的角色，組織有效的設計平臺。3D打印是由計算機通過三維軟件進行模型建造，并以STL的文件格式傳輸至3D打印機，3D打印機識別到片層截面，并完成文件輸出。截面是由多個三角形面來模擬所設計的物品的表面形態，三角形面越小，物體打印的越精細。此外，VRML、WRL也是經常被使用的輸入文件格式。
設計師能夠專注于產品形態創意和功能創新，即所謂“設計即生產”。設計師對產品形態的創作將更加揮灑自如，這是傳統產品設計、手板模型制作等流程難以企及的。
（二）3D打印縮短了產品設計到成型的周期
當前，消費者對新奇產品的需要和渴望遠遠大于過去，3D打印等數碼技術可以幫助廠家應對消費者瞬息萬變的口味，設計師可以通過互聯網這個開源平臺進行設計，注重利基產品的開發和生產，進入產品和經營的長尾時代。3D打印更適合一些小規模制造，尤其是高端定制產品，比如零部件制造。雖然當前打印制造材料仍然以塑料為主，但金屬材料肯定會在未來被運用到3D打印中來。可以預見，該技術將會在未來得到越來越廣泛的應用。
（三）3D打印節省產品設計研發的成本
市場需要產品以最快的速度更新換代，但新產品生產出來后，若沒有銷路，則得不償失。開發一副模具要幾十萬，甚至幾百萬，而利用3D打印技術，可以把產品先開發出來，如果該產品符合技術要求和市場需求，再進行模具開發，并進行進一步批量生產。此外，3D打印技術和傳統模具制造技術可以實現相互補充，而未來的制造領域中，3D打印機可完成30%的產品，而70%由模具制完成。
在產品設計方面，3D打印產品不需要昂貴的模具實現生產注塑，其所需的原材料和能源僅為傳統方式的1/10，還降低了企業因開模不當造成的不必要損失和風險；3D打印可以制造曲面更復雜、造型更豐富的產品，可以為客戶定制個性化產品，實現“即想即得”；3D打印產品也可以遠程傳輸文件并異地打印，減少運輸費用。3D打印的出現意義在于我們能夠制造自己的產品供其他人進行消費，人們的設計創造才能被盡情釋放，能夠滿足高層次的需要。
結語
長期來看，3D打印有著較廣泛的發展前景。3D打印技術的發展將推動產品設計模式發生變革，加快信息時代以大規模協同分享替代工業時代以資本專用性為特征的生產方式。
3D打印機不再只是傳統的專業的產品設計師制造產品手板模型的工具，而是大眾都可以使用的桌面制造工具，追求個性的產品設計將在3D打印技術的應用下變成現實。產品的造型、結構將變得更有細節，產品設計的流程也將變為并行的過程，產品設計依托于互聯網平臺將更加開放，訂單式將是設計制造企業發展的未來方向。此外，需要強調的是，寄希望于通過3D打印技術徹底改變傳統工業生產方式是不現實的。
參考文獻：
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[關鍵詞]3D打印；玩具類產品；物流配送；雙向交流
[DOI]1013939/jcnkizgsc201716135
中國是玩具制造大國，全球有4/5的玩具產自中國。在國內，玩具企業超過20000家，其中玩具制造企業占將近1/2。隨著對玩具質量的要求越來越高，玩具的成本也在逐步上升，使得玩具制造行業的利潤越來越低。然而，將3D打印技術應用到玩具制造行業，將會給該行業帶來新的契機。本文以3D打印技術為基礎，通過調查研究結合當今物流發展技術水平，根據全球玩具類產品的發展趨勢構建配送策略模型，降低物流費用的同時增加3D打印技術在玩具類產品物流分支上的競爭力。并且將時間成本考慮進去，結合3D打印的特殊性，以玩具類產品為出發點，建設物流支撐技術平臺。通過對數據的研究，分析3D打印技術在未來物流平臺的發展上是否可以取代現如今的物流方式，或者是為現如今的物流方式提供一個更好的發展思路。
1基于3D打印技術的玩具類產品的基本特征
11以現代信息技術與物流技術為基礎
發展現代化的信息技術，將企業與消費者在互聯網上完成對接，利用3D打印技術，就可以快速生產出商品，不僅僅節約了資源，加快了生產速度，并且也能夠提高企業生產高質量產品的水平。
111將客戶作為生產中心
在3D打印技術下，完全可以根據客戶的不同去定制符合他們需要的玩具。生產企業完成了產品設計，可以與客戶進行對話，讓客戶參與到產品的制作中。
112物流功能細分
用3D打印技術來取代傳統的玩具類產品生產和物流過程，同樣這種思想也可以運用到物流行業，可以把物流的功能分解成為無數個模塊，然后為客戶的不同需要進行重組拆分合并，結合3D打印技術的生產方式，實現物流過程中的消耗最低化，各個模塊同時可以協調工作。
113敏捷供應鏈
因為玩具制造企業受制于社會的大環境，在現有資源和規則的基礎下，企業之間如果能夠有效地聯合起來，建立起互幫互助關系，并且能夠將資源合理地配置優化，為客戶提供低價和優質的產品和服務。
114個性化定制
為客戶提供定制化的服務只有3D打印技術可以完整地實現，如果將定制化生產規模化，同時靈活變通，在大規模需求的條件下進行有機組合，企業集中生產，在少數消費者上完成單個客戶定制生產。
23D打印技術運用于玩具類產品的生產工藝
針對3D打印技術運用于玩具類產品建立一套完整的生產工藝，工藝的運作涵蓋了企業利用3D打印如何完成訂單交付、生產、反饋等一系列程序，保證企業正常作業，并且能夠根據客戶反饋實時修改。構建電子商務平臺支撐起企業電商平臺實現在線完成下單、支付、生產、配送、運輸等一系列業務，并且由反饋系統實現實時反饋，采取3D打印技術將實時反饋的數據納入打印生產范圍中，實現企業對于產品的掌控，并且保證交易的順利，實現物流的全信息化和產品的有效監控。
在基于客戶定制的電子商務平臺中，需要將客戶的需求分析放在首位，在平臺中展示多種多樣的產品，客戶根據自身需要選擇需要的產品，再與平臺進行聯系，可將產品進行個性化修改，滿足客戶定制原則。同時平臺根據每次顧客的不同訂單所產生的不同需要將產品的修改次數做出統計，將產品進一步進行細致分類，同時為產品打造最理想的物流服務和產品服務。只有將產品的分類模塊化，電子平臺能夠與客戶進行雙向互動，保證客戶反饋情況。當訂單確認下達，訂單移交至3D打印設備系統進行打印，打印完成后再交于客戶進行細致的反饋修改，如果客戶滿意，則訂單完成。如果客戶仍不滿意，需要平臺與客戶進行下一步的細致的訂購規劃，并且將模型重返打印系統進行重返打印，直至符合客戶需求，訂單完成。
3基于3D打印技術玩具類產品的物流支撐技術分析
31個性化定制
隨著3D打印的發展和逐u的成熟完善，3D打印的制造點將可分布在任何地點，無論客戶在哪里下單，信息網絡都可以根據距離最優化鎖定最佳制造點。每個實體店都擁有一臺3D打印機，生產模式進入到一個全新的階段，根據強大的數據庫得出每臺3D打印機的工作與待機時間，再根據客戶具置及其物流運輸路線，將整體的配送模式提升到新的高度，達到真正的零庫存。
32整個供應鏈快速反應
在初期減少貨物的返貨率與退貨率。3D打印技術下的生產模式與傳統的生產模式有根本性的不同，3D打印技術是將顧客的需求作為前提進行生產，根據顧客的不同需求會存在不同的生產調整，根據顧客訂單生產的產品會大大降低退貨率與返貨率，減少了因為產品不合要求所導致的對流運輸以及過量運輸。
因為3D打印技術下生產的特殊性，在發生退貨行為后對于廢棄產品的回收也存在新型的回收方式，除了回庫也可以選擇重新加工，并且在重新加工的過程中不會因為再加工的二次成型而提高加工成本。
33創造高效能回收機制
通過建立一個閉環回路最大限度讓資源進入再生系統。基于3D打印技術的回收機制將打破傳統的回收機制，首先3D打印的特殊性在于它的原材料的形狀是沒有特殊需求，基本處于粉末化的特性。對于回收企業來說降低了一部分回收成本。打造出廢品回收站以企業的形式運營是完全市場性的，以利益最大化為目標，其分布也具有強烈的利益導向性。
34物流配送模式
企業只需要優化計算離客戶最近的3D打印服務商，向其發送客戶的打印訂單資料，由該服務商制作再配送到顧客的手中，減少了級級分層的費用，降低成本。新型的物流配送模式去除了企業運輸商品到配送中心的環節，而是直接傳輸電子信息文件給靠近買家的3D打印服務商，由3D打印服務商進行打印并配送給顧客。以運輸配送成本最小化為目標，通過引入3D打印服務商優化模式，去除了傳統物流運輸配送模式下產品由生產地運輸至配送中心的環節，從而降低了總體物流運輸配送成本，并且減少了商品運輸途中的價值損耗，更加貼近實際。
物流的支撐技術最重要的構成環節是運輸配送環節，但對傳統制造業，運輸配送環節成為3D打印技術的成本降低環節，同時在制造成本上，3D打印技術的制造業具有的可逆性相對與傳統制造業的不可逆，成本同樣是相對較低。
4與傳統生產消費方式的對比分析
對于傳統玩具類產品的生產消費方式，基于3D打印技術下的生產方式有全新的變革和突破，并且在生產模式、配送模式上也有進一步的提高。整體供銷產業鏈因為3D打印技術的加入，構建了一個完整的生產體系和生產方式，這種模式具有廣泛意義上的普遍性。針對于傳統玩具類產品的生產消費方式和基于3D打印技術下的生產消費方式，從四個方面做出對比分析。
在支付方式上，傳統生產遵循的支付方式為線下付款，小批量采用現金，大批量采用匯款的方式，與構建電子商務平臺的3D打印技術下的生產模式采用的在線支付模式對比，支付方式較為煩瑣。隨著經濟全球化發展和網絡的逐步滲透，未來全球支付模式都會從傳統的線下支付模式走向線上的支付模式。
在倉儲體系上，傳統生產方式是根據生產周期進行合理備貨，生產周期緩慢，所以傳統的生產方式容易導致倉庫積壓，貨物滯留等問題，或者出現倉庫貨物供不應求而加急生產。3D打印技術的特殊性完全可以做到零庫存，因為生產周期相對快速，并且各個生產節點是相互聯系，在電子商務平臺上根據貨物的訂單可以合理地分配生產節點，不會出現貨物停滯待銷的情況。
在配送方面，傳統生產方式因為生產廠商是大規模生產，所以配送方式采用的是級級分送的模式，這種配送方式出錯率高，運送周期長，并且資源耗費高。在3D打印技術下的生產模式下，生產的節點根據訂單調整到接近配送點的位置，使配送的時間周期大大縮短，提高客戶體驗。
因為傳統生產模式的特殊性是針對大模式生產方式，產品追溯方式是存在的，但是追溯反饋模式無法實現。在電子商務平臺下全程監管模式提供貫穿平臺操作的一站式服務，所有環節都是實時數據，通過系統可以實現完整產品追溯反饋，對消費者退貨的貨物進行問題追溯。
5結論
文章從玩具類產品的角度剖析了3D打印技術對未來物流發展的影響，并且根據玩具類產品的特殊性，研究了不同玩具類產品的3D打印生產過程，與傳統生產做了對比。3D打印技術一方面充分考慮到了顧客的感受，另一方面也可以集合現有的資源和企業的實際生產情況，以物流企業收益模式為基礎，再根據消費者的需求制造一套完整的合理的生產方案，優化生產與配送，并且將計算機技術融入到物流供應鏈中。通過玩具類產品的生產，將其與大規模生產做出對比，不同的生產有不同的營銷模式。基于3D打印技術，將“產品模塊化”融入其中應用于物流業發展，根據客戶實際價值體驗，互相組合實現生產。
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關鍵詞：產品設計 3D打印技術 增材制造技術
中圖分類號：TB47
文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069（2015）10-0082-02
工業和信息化部、國家發改委、財政部印發《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》，提出到2016年，初步建立較為完善的增材制造（又稱“3D打印”）產業體系。來自全球領先的移動互聯網第三方數據挖掘和整合營銷機構iiMedia Research（艾媒咨詢）近日了《2015中國3D打印市場研究報告》3D打印技術席卷各行業領域，主要包括產品設計、醫療、教育、航天、考古、建筑和軍事等領域，3D打印技術將從實驗室逐步走向市場應用，而隨著技術的成熟，3D打印將會應用在更多領域，改變著人們的生產生活方式。
1 3D打印技術的研發與應用
1.1 3D打印技術
3D打印技術又稱之為增材制造技術，是快速成型技術（RapidPrototyping Manufacturing）的一種，是以經過智能處理后的3D數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合性材料，通過逐層增加材料的方式來構造任意復雜物體的技術。3D打印是通過一層層堆積的方式，運用“加法”的加工工藝來構建形體，而傳統的切、削、車、銑、磨等是運用“減法”的加工工藝。3D打印的出現打破了傳統制作模型依賴模型工依據圖紙制作每個零部件，然后組裝驗證的復雜、漫長過程，3D打印技術解決了傳統加工工藝“伸不進、夠不著”以及不能加工任意復雜的中空形體的難題。
1.2 3D打印技術的工作原理
3D打印是以三維數字模型為基礎，通過材料層層疊加的方式形成三維實體模型。3D打印機在三維數字模型文件指令的引導下，打印噴頭根據模型每層的橫截面的路徑軌跡，噴出固體粉末或熔融的液態材料形成一個X、Y軸的二維薄層面，第一層固化后，噴頭再次返回，在第一層的基礎上疊加出第二層，如此往復，最終通過N層的薄層累積形成三維實體模型。
3D打印技術的學名為“增材制造技術”，又稱“產品快速成型技術”是對3D打印機的工作原理做出的直白解釋。“增材”是指3D打印通過原材料沉積或黏合為材料層以構建成三維實體的打印方法，“制造”是指3D打印機通過某些殼測量、可重復、系統性的過程制造材料層。
1.3 3D打印的成型工藝
目前3D打印技術成型工藝中以SLA、SLS、FDM和3DP等發展得較為成熟。不同的工藝技術在所使用的材料和成型方式E有所不同，因此也都有各自的優缺點以及應該領域的不同。
世界上第一臺3D打印機采用的就是SLA技術。
SLA全稱為光固化立體成型（Stereo Iithography Appearance）。SLA的工作原理（見圖1）：在容器里裝有透明、有黏性的液態光敏樹脂等材料，采用紫外激光束照射，按照數字模型轉換的路徑層面，使之快速固化、逐層成型。
SLS全稱為選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering），該工藝屬于粉末、絲狀材料高能束燒結或熔化成型。SLS工作原理（見圖2）：利用粉末材料在激光照射下燒結成型。首先鋪粉輥筒在工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料并刮平，然后模型文件的切片軌跡控制高強度的激光器，進行有選擇地在該層截面上掃描，使固體粉末溫度升至熔點，然后燒結形成黏結；其次，粉末完成一個層面的后，工作臺下降一個層厚，鋪粉系統在鋪上新粉，激光束在進行掃描燒結，如此往復，層層疊加，直到形成3D物體。
FDM全稱為：熔融沉積成形（Fused Deposition Modeling），該工藝屬于絲材基礎熱熔成型。FDM工作原理（見圖3）：將絲狀材料的熱塑性材料通過導管送入噴頭，在噴頭內加熱熔化，通過噴頭下方的微細噴嘴擠壓噴出，隨后噴頭沿著一系列的水平、垂直軌道構建一個層面的橫截面和輪廓，第一層打印完成后，打印的噴頭沿z軸會略微抬起，繼續熔絲沉積下一個層面，直到打印出整個實體模型。
2 3D打印技術革新產品設計方法
近年來，3D打印技術由于其增材制造工藝的優勢，越來越多地被用在產品設計研發的流程中。傳統的產品設計建立在大規模生產方式上，然后又受限于規模經濟的基本經濟規律之中，所以導致設計師的許多創新理念束縛在制造技術、產品質量、消費價格以及企業的利潤等問題上。
產品的大規模生產雖然具有生產效率高、生產成本低、自動化程度高的特點，卻是以犧牲產品的多樣性為代價，實質上已經不能再適應變化越來越快的市場需求和激烈的競爭。第一，大規模生產為了適應規模經濟的規律，增加企業的利潤，必須降低批量生產產品的價格，導致企業生產的產品必須出售大量相同的產品才可以從中獲益，這意味著消費者個性化需求的特點在產品設計過程中難以實現；第二，大規模生產要依靠工廠和生產線，這就存在產品制造企業必須購買大規模的加工機器和配套場地，同時還必須雇用技術人員和工程師，從而可以保證產品設計能夠成功地轉為實際的產品；第三，進行批量生產的產品在制造的過程中會受到產品造型、結構、材料和機器設備等的制約。相比較傳統的產品生產制造，手工制造不需要投資建廠，也不需要雇用熟練的設計師、技術人員和工程師，但是如果一個新的設計理念在制作成產品后被證實存在致命缺陷，那么這個產品基本上被認定為是失敗品，手工制造者得承受材料上和時間上的浪費等，而且手工制造的缺點是不具備規模化生產。
隨著經濟的快速發展，大眾對多元化、個性化和多形態產品需求已經成為現代消費的發展趨勢，增材制造技術引領著批量制造模式向個性化制造模式的發展。相比較傳統減材的生產方式，3D打印的增材制造工藝能夠拓展設計人員的創新思維，使得設計師在產品初期的創造思維不受制約。設計師可以盡情地拓展想象空間，把在虛擬世界中創造“作品”帶到現實生活中進行修改、完善和再創新，將設計圖紙快速成型使之具象化。產品的多樣化和個性化特征更加明顯，可以使得消費者不再是被動地接受產品，而是根據消費者本身的個性以及實際需求對眾多個性化產品進行挑選。
其次，通過3D打印出來的產品可以很好地作為設計交流媒介。產品虛擬概念模型通過3D打印機輸出實物模型，便于設計團隊中的每位成員以及客戶直觀體驗，從而深入完善設計理念的表達，實現整個產品研發過程中的每個環節達到無縫對接的協同工作狀態。
再者，3D打印在產品的研發過程中，可以縮短產品成型的周期以及降低研發的成本。設計中出現的缺陷，能夠在早期階段被析出并加以解決，最大限度地減少設計反復，縮短產品設計開發時間。縮短產品的研發周期，也就提高了產品市場轉化的效率，增強了市場競爭力。同時，3D打印能夠快速進行新產品進行測試，以便于適應不斷變化的市場需求，從而可以幫助新產品降低推向市場的風險和成本。
最后，3D打印還可以推進體驗經濟的發展，體驗經濟可以讓消費者獲得新的技能，還可以讓消費者在設計和制作過程中獲得滿足感。3D打印可以打破傳統沉悶的用戶體驗，消費者可以恨據自己的需求，進行數字化三維建模或者獲取開放的數字模型文件，使用3D打印機實現個性化產品需求。這種體驗式產品開發模式，將打破設計師和消費者間的鴻溝，實現全民參與的“民主設計”新時代。所以將3D打印技術運用于產品設計中，可以改變原有的規模經濟模式所帶來的束縛，轉變為設計眾包的設計模式。
3 3D打印技術在產品設計中的應用展望
傳統大規模機器生產具有高效優勢，能夠降低生產成本，但由于規模經濟的制約，產品的多樣性和定制性受到制約。相比較，手工制造雖然能輕松生產出個性化的產品，但滿足不了規模化、批量化的需求。3D打印技術突破了以往制造中受眾多因素限制，如：在產品的造型形態上、功能上、機器設備上以及材料上等方面，它可以將精準的數字技術、工廠的可重復性和工匠的設計自由結合在一起。
雖然3D打印已經快速滲透到人們的生活中，改變著人們的生活方式，但也帶來了很多新的問題和挑戰。第一，三維數字化模型是3D打印機輸出的前提，三維設計軟件是構建三維數字模型的方法之一。目前，眾多的三維設計軟件對大眾而言，有一定的入門難度，往往依賴于專業的設計師，因此，三維軟件的簡易化、普及化是快速培養3D打印行業人才的重要因素之一。第二、優化3D打印硬件技術，降低3D打印成本。3D打印技術早在20世紀80年代就出現，中國物聯網校企聯盟將其稱作“19世紀的思想，20世紀的技術，21世紀的市場”。雖然3D打印在近幾年里得到了迅速發展，在不同行業發揮著重要的作用，但由于3D打印設備和使用成本上還處于比較昂貴的狀態，所以發展和提高3D打印的技術，研發“平民化”3D打印設備，是普及3D打印技術的重要因素之一。第三，目前3D打印多數使用PLA、ABS、光敏樹脂、尼龍等材料，而生物類材料和復合型類的材料都還在停留在實驗室階段。因此，要拓展3D打印的應用領域，要不斷研發出新材料，形成多元化的3D打印材料。第四，3D打印的產品質量以及打印物品的版權糾紛等問題亟待解決。目前MakerBot公司的Thingiverse和Google的3D模型庫都提供3D模型的下載，用戶只要登錄網址選擇適合的模型文件進行下載，然后交給3D打印機進行打印，便可以實現虛擬模型到實物模型的轉變，如果下載打印模型的為制造商，那就可以利用3D打印機進行小批量生產和銷售，或者使用打印出來的實物模型進行開模后并批量生產，就會出現所銷售產品的版權等問題。
綜觀上述，3D打印時代的到來，既要看到3D打印技術的優點也要看到它的不足，在理性分析3D打印的優缺點的基礎上，讓3D打印技術更好地為產品設計研發服務。隨著3D打印技術的發展，目前的3D打印技術的不足將會有所完善，三維打印技術打印出來的對象也將從外部的形狀發展到內部結構，最后發展為可以打印對象的高級功能和行為等方面，不再停留在打印對象外在造型的復制，而是進一步滿足其在外觀、功能、情感等使用上的結合。未來3D打印技術也將通過網絡平臺實現客戶與廠商的對接。如云平臺，3D打印云平臺的工作流程迎合時下點擊消費速度與私人定制潮流，使消費者根據自己的審美需求通過3D打印云平臺，實現定制化、個性化服務，輕松地讓自己的想法變為現實。創客者或者企業只需要有一臺3D打印機，通過網絡數據庫平臺進行具體項目需求對接，完成線上客戶需求和線下客戶資源的進一步交流以及后期的制造需求，全球的需求供應鏈將被以零庫存的小制造商或個人所取代。企業也可以通過網絡平臺來尋求小的供應鏈來達到縮短研發成本以及迅速檢測所研發產品是否合理等問題。
關鍵詞：3D掃描;3D打印;定格動畫;新變革
中圖分類號：TP316 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）12-00-02
0 引 言
3D掃描、3D打印 技術作為一種新興技術，席卷全球，將成為全新的產業革命。隨著3D掃描、3D 打印技術的成熟發展，其應用也滲透到工作、生活的各個領域，尤其融入動畫藝術的重要分支之一――定格動畫中，完善了定格動畫，把現代科技和手工藝完美結合，產生了積極的創新性變革作用。
1 3D掃描、3D打印技術及其工作原理
1.1 3D掃描技術及其工作原理
3D掃描技術則是利用三維掃描儀，用來偵測并分析物體及環境的形狀、構造與外觀數據。采集的數據信息用于三維模型重塑計算，從而構建虛擬的數字模型（如圖1）。而傳統的掃描是掃描平面的對象，如照片、文本頁面、照相底片等。
圖1 3D掃描產品外觀圖
3D掃描技術的工作原理：通過激光器和鏡頭掃描對象，記錄掃描對象切面的距離數據并組合成一個三維模型，并在終端設備中顯示。
1.2 3D打印技術及其工作原理
3D打印技術也稱“快速成形技術”， 是以數字模型為基礎，通過軟件分層離散和數控成型系統，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將打印耗材，如金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成立體型，最終將數字三維模型打印成實物產品。
圖2 3D打印產品外觀圖
3D打印技術的工作原理：根據需求選好打印材料，并將數字三維模型數據輸入到3D打印機中，設備會按照模型數據以層層疊加的方式將模型打印成實物。3D打印機和2D打印機的區別在于多了一個維度，實現噴頭與介質之間的移動。
2 3D掃描、3D打印技術與定格動畫的結合
3D掃描技術是3D打印技術的一個衍生。因為一些無法構建的復雜物體模型，會導致3D打印受阻，也會占用大量的時間、耗費大量的精力。它通過將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字模型，通過軟件編輯就能將復雜的模型簡單構造出來。
定格動畫（stop-motion Animation）與手繪動畫、電腦動畫共同構成了現代動畫的三大門類。定格動畫是通過逐格地拍攝動畫師用模型定位的實體對象，一一副畫面拍好后，再由動畫師將對象稍作移動，拍下一個鏡頭，每次只拍攝一幀，使之連續放映，從而產生仿佛活了一般的鏡頭。手工技術往往要經過復雜的手工工序，通過不斷的再加工，花費大量的時間才能制作完成。所以傳統定格動畫的周期相對較長，工序復雜，在空間的轉換上顯得力不從心。然而當3D掃描、3D打印技術與定格動畫完美結合，就能彌補其劣勢，突出其優勢。在科技快速發展的今天，運用3D掃描、3D打印技術的精確性和方便性，借助功能強大的各類設備和軟件，即可達到理想的效果。首先用3D掃描技術全方位掃描現實物體，獲得物體或景物的三維模型、材質，同時捕捉物體的真實動態，再利用計算機軟件加以變化、組合，改造現實世界中的物體，最后打印出符合情景的動畫模型和場景。目前相對流行的三維軟件設計的圖形都可以導入打印設備進行打印，使得原本繁雜的手工工序得到了簡化，如圖3、圖4所示。
圖3 傳統定格動畫工作流程
圖4 偶形布景設計制作環節融入全新的3D采集
及3D打印技術
定格動畫與3D掃描與3D打印技術的完美結合，使傳統定格動畫得到了升華和完善，既彌補了定格動畫制作的復雜性，也最大限度地保持了其樸實的逼真性。
3 3D掃描、3D打印技術結合定格動畫帶來的新變革
在現代科技的高速發展下，3D掃描、3D打印技術結合定格動畫，必將帶來的新變革。
3.1 節約成本，縮繁為減
就傳統定格而言，角色、場景制作越精良，工序就越復雜，相應的制作成也就本越高。而加入3D打印技術制作，并配合傳統手工藝技術的定格動畫，反而簡化普通人制作產品的流程，縮減了成本。因為依靠3D掃描、3D打印技術的支撐，加上計算機軟件的生成，就可以省去損耗素材的成本，創建出本需要很多工序、人力、財力、物力，形狀各異、復雜的定格動畫的角色、場景。
3.2 提高效率，優化創作
在定格動畫的整體創作中，無一不體現創建符合情節需要的模型的重要性。傳統定格動畫中角色如果在一個或幾個場景中出現就需要反復翻制人偶、場景等素材，期間要經過復雜的手工工序，不斷的再加工，花費大量的的時間才能制作完成。同樣的運用3D掃描技術和3D打印技術的定格動畫將數字精度擴展到實體世界，通過3D掃描儀獲得的計算機能直接處理的數字模型，在三維軟件中復制、編輯對象，進行的細節調整和實驗，創建精確的副本或優化原件。所以如果能將3D掃描技術和3D打印技術配合使用， 就能輕松完成許多小型復雜物體的制作工作，也不必等待好由工廠生產原型產品的時間，極大節約了時間與精力，提高了工作效率，能夠更好更輕易地構建精細而細膩的動畫角色、動畫場景。
3.3 完善材質，提高真實感
在定格動畫電影制作中，人物造型、道具、角色動作甚至是故事情節設計，都離不開對材料材質的選擇，而傳統定格動畫材質通過攝影機拍攝卻無法完美呈現，尤其在立體感表現方面欠佳，而運用3D掃描技術對模型材質進行掃描后，經過數字修正，再使用多種 “印材料”對角色和場景不同區域進行3D實物打印，既保留了材料材質的原始屬性，修正后又使得材質細節更加精準、完真。實物成型后，再采用逐幀拍攝，將諸多靜態畫面制作成動態影像，給觀影者營造極佳的影像體驗效果，更能有效表達創作者的創意與智慧。
3.4 連接手工藝和科技，豐富效果
眾所周知，傳統定格動畫的制偶、制景是以實物搭建，如泡沫、塑料、沙子、鹽、鋁鐵、玻璃、線團、泥、陶、紙、木、竹、塑料，蠟、硅膠、布料等，全片各角色、場景及道具不僅要精細選材，且要精細制作，傳統手工制作藝術形式貫穿于整個定格動畫的創作中。手工技術源于生活，融合了民間群眾智慧，具有原始樸素的特質。80屆奧斯卡金像獎最佳動畫短片獎的定格動畫《彼特與狼》，為了呈現影片細膩逼真的效果，就采用了相當純熟的手工技術，如用白色的駝羊毛來表現老人蓬松的發須，用半透明的矽和顏料混合制成人物的皮膚，更為了達到濕潤而有神韻的眼睛而在眼球上涂抹甘油并刻畫細致的脈絡紋理。動畫師們整合了這些天然的材料使整部影片在真實與藝術中找到和諧統一。
在科技快速發展的今天，通過先進的科學技術突破傳統工藝瓶頸的制約。用3D掃描技術全方位掃描實物，獲得景物三維模型及材質，同時捕捉景物的動態參數，再通過調節參數加以變化、組合，將虛擬景像隨心所欲融入創意思想，最后打印出符合情景的動畫模型和場景，而實現快捷、精準，更加豐富的表現效果，實現定格動畫的多元化發展，如在定格動畫中增強傳統手工藝元素，如借鑒民間藝術中的皮影、剪紙、木偶等，將豐富定格動畫的藝術表現效果。
4 結 語
定格動畫擁有經久不衰的藝術魅力，它不僅繼承了傳統技藝，還在不斷完善自身的同時也不斷汲取各種先進技術的長處。所以我們應該充分發揮定格動畫的優勢，革新動畫語言，支持動畫業的全新發展。在動畫技術日新月異，科學技術飛速發展的今天，與3D掃描、3D打印技術結合的定格動畫揭開了動畫新篇章.
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原本以為打印只可能印在紙張等平面上的，又何來3D打印之說呢?其實，3D打印機跟傳統打印機―樣，是一種連接電腦并把電腦中信息輸出的設備(其工作方式與噴墨打印機也有些許相似)；最大的不同是，3D打印機輸出的是真實的物體模型。因此，人們形象地將其稱為“3D打印”。
3D打印對于普通商務用戶來說用處不大，但在工業設計或3D模型設計等特殊領域都能夠發揮極大的作用。我們知道，一款產品從設計到投產之前會多次修改，而階段性的設計成果通常會被制成模型來確定效果。這時，再好的設計圖紙也不如一個真實的成品模型更有說服力。可惜的是，傳統的模型制作方法成本高昂、耗時耗力且精度不高，因此快速成型技術成為設計行業的迫切需要。3D打印則是其中極具發展潛力的快速成型技術之一。現在，讓我們從3D打印的發展說起，逐漸了解這一方興未艾的新技術，并設想它會給我們帶來什么樣的變化吧。
“快速成型”的迅猛發展催生“3D打印”
雖然在多數人看來3D打印還是一個新生事物，其實在二十年前3D打印設想已開始醞釀。
設計領域許多人都知道3D CAD(3D計算機輔助設計)。從70年代誕生到現在，3D CAD經歷了幾十年的發展，已經成為廣大設計人員的有力工具之一和很多設計領域的重要標準。而快速成型(RapidPrototyping，簡稱RP)技術幾乎與3D CAD的發展同步。換言之，前者其實就是后者發展的寫照，因為人們從使用3D CAD的那天起就希望方便地將設計“轉化”為實物。
快速成型技術是一種由CAD數據通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術。這一成型過程不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機中的設計轉化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短產品研發周期、提高產品質量并縮減生產成本。
RP在多年的發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)、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，設備造價和制作模型成本都比較高昂，因此只在一些特殊領域有所應用；而3DP~FDM則是基于原料噴射成型的技術，不需要昂貴的激光器，成本低了不少，因此成為RP行業中“最親民”的技術，近幾年大有普及之勢(由于都有近似噴墨打印機的工作方式，因此人們將它們稱為“3D打印機”)。下面我們就與3D打印機來一個近距離接觸。
好用不貴的3D打印
之前，3D打印離我們還很遙遠，主要是受到以下三個因素影響：
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
現在，這樣的局面即將被打破――基于快速成型技術的3D打印有了長足進步，早先只有某些行業用戶用得起的3D打印機越來越多地出現在各種民用領域中。那么，3D打印機到底是如何實現的呢?
3D打印機是這樣工作的
傳統的加工手法與雕塑相似，通常是一整塊材料按照設計去除無用的部分，剩下的才是精華。而3D打印機采用分層加工、疊加成形方式來“造型”，會將設計品分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄層，再通過逐層疊加獲得3D實體。從這點來看，它與噴墨打印機工作方法十分類似，3DP是一層層地印，而噴墨打印機是一條直線一條直線地噴，通過若干直線的疊加形成圖像，因此“3D打印機”的稱呼也就顯得十分貼切了口當然原理相仿的3DP與FDM在實現細節上還是存在較大差別，最終導致了產品的性質和用途各不相同。
3DP
提到3DP，幾乎就是美國z Corporation司的代稱。早在1994年，幾個來自MIT(麻省理工學院)的科研和技術專家就發明了3DP技術并申請了專利。1997年，為了將3DP技術推向市場，Z Corporation公司正式成立。從那時起，Z Corporation就一直占據著3D打印機市場的半壁江山。
3DP工藝的原理是先由儲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上推成薄薄一層，接著打印頭會噴出一種特殊膠水(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，加工平臺就會自動下降―點，按照剛才的順序做幾次循環直到完成。這時只要掃除松散的外層粉末便可得到想要的實體模型。
這種技術的特點是成型速度快，制作成本低。它目前可以達到每小時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，實體模型的精細度當然就越高。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。Z Corporadon的3D打印機也是目前唯一能夠打印彩色零件的快速成型設備。但3DP工藝制作出來的模型強度不高，主要用于外觀概念模型。
FDM
成立于1990年的美國Stratasys公司率先推出了基于FDM技術的快速成型機，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印機。由于’FDM技術有其得天獨厚的優勢。適合汽車、家電、電動工具、機械加工、精密鑄造及工藝品制作等領域使用，因此Stratasys的FDM快速成型機目前在全球RP市場已占有近半的比例。那么，FDM的優勢何在呢?看完下文你就會對它有一個簡單的認識。基于FDM的3D打印機是這樣工作的
CAD生成的模型數據先導入3D打印機的控制軟件，再經其處理自動生成支撐材料和加熱噴頭運動路徑。這時，加熱噴頭會在計算機的控制下根據產品零件的截面輪廓信息作平面運動，而熱塑性絲狀材料由供絲機構送至加熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態后擠壓出來涂覆在相應工作平臺上。待到快速冷卻后平臺上就會形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓。這僅僅是完成了一層截面成型，接著工作臺會下降一定高度再進行下一層的熔覆，通過周而復始地多層堆迭來形成三維實體。
這樣工作是不是看起來很慢?好在Stratasys公司的FDM打印機可以采用兩個噴頭同時造型，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”――不會有產生毒氣和化學污染的危險，使它可以安全地運用于辦公環境。
FDM可以采用ABS(由丙烯腈、丁二 烯和苯乙烯三種化學單體合成)或PC(聚碳酸酯)等材料進行制作。目前，FDM工藝在汽車、機械制造等行業中應用最為廣泛，其主要原因在于FDM是唯一運用工程材料快速成型的模型工藝。
主流3D打印機
在目前的3 D打印機行業中，ZCorporation和Stratasys兩家公司的產品占有絕大多數市場份額。
Z corporation的產品主要有ZPrinter310 Plus、ZPrinter 450和SpectrumZ510三種。除第一款為黑白打印機以外，其它兩款都具有彩色打印功能。而且Z Corporation的3D打印機能使用多種原材料，無需支撐結構，但需要做浸洗等后期處理。
Dimension系列3D打印機是美國STRTASY公司的產品，分別是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite為該系列最新機型，精度最高，可以實現0.127mm層厚)。其中BST采用了剝離式技術，即手動剝離成型后的支撐材料；而SST和Elite為水溶式技術，即模型上的支撐材料可用專門的溶液溶解掉，非常適合成型復雜模型。五款機型除了成型精度、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
我國XCRP技術也同樣有十分強烈的需求。自90年代初國內就有多所高校開始自主知識產權的RP技術研發。清華大學主要研究RP方面的現代成型學理論、SSM分層實體制造、FDM工藝，并開展了基于SL工藝金屬模具的研究；華中科技大學研究LOM(分層實體制造)工藝，推出了HRP系列成型機和成型材料，西安交通大學開發出LPS和CPS系列的光固化成型系統及相應樹脂，CPS系統采用紫外燈為光源，成型精度0.2mm。
但是相比RP技術領先的美國、日本等國家，國內還沒有一款達到國際水平的3D打印機推向市場，只有部分有實力的企業和科研院到專業的RP或3D打印服務商那里租用3D打印機或者訂制模型。國內RP技術在研究隊伍、資金投入和普及范圍等多方面還有很長的路要走。比較而言，港臺地區RP技術應用更為廣泛。港臺地區相比內地RP技術起步較早――很多高校、企業都有自己的3D打印設備。只不過，港臺地區RP技術的重點是應用與推廣而并非自主研發。
3D打印的將來：另一場制造業革命?
現在我們已經發現，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在的3D打印機必須不斷完善的項目。
第一，成本方面，在不久的將來3D打印機的價格會有大幅下降。一些較小規模的3D打印機制造商已經開始推出―萬美元以下的3D打印機，例如Desktop Factory的4995美元打印機。還有一些愛好者從2006年開始也在研制“開源”的3D打印機。他們的目的是希望大家都來參與改良3D打印機，并最終促成低價3D打印機的誕生和普及。第二，開發更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及其他方法難以制作的復合材料等。當然還有金屬材料，直接金屬成型技術將會成為今后研究與應用的又一個熱點。第三，提高3D打印的速度和效率。開拓并行、多材料制造的工藝方法，以便能夠直接面向產品制造。改善3D打印系統的可靠性、生產率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面質量、力學和物理性能。除此之外，還有許多新的成型方法與工藝會在未來應用于3D打印機中。
在未來，3D打印機有可能走進千家萬戶。有了它，你可以做許多現在看起來匪夷所思的事情，因為從某種角度來說，許多你想到的東西都能直接打印得到。
3D打印機將使工業設計人員可以隨時制作設計品的高度仿真模型，交給生產部門或用戶，然后根據反饋意見進行進一步修改。家居裝飾公司可以根據設計圖紙呈現數個逼真、縮小的新家模型供你挑選。整形醫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打印機只需要很短時間就能完成。
3D打印技術作為第三次工業革命的重要組成部分，廣泛應用于航空航天、軍工、建筑、汽車、醫療、工業設計等行業，給人們的生產生活模式帶來重大變化。本學期學校在以往學校社團活動經驗基礎上，在六年級全面實施開發具有校本特色的3D建模打印課程，讓學生近距離感受最前沿的3D打印科技。在課程設計中注重與學生學習生活實際的結合點的把握，注意以問題的解決為著眼點安排教學內容。
比如：第一課時的教學內容是用布爾運算給“摔壞”的鍋蓋設計一個把手（圖1）；第二課時是根據學生創新金點子構建一個“潔凈水杯”并打印；第三課時則是省編教材“畫房子”的升級版“建房子”，要求學生運用標準基本體及復合對象面板中的有關命令設計并構建一個有太陽、小樹、房子、遠山的三維場景；第四課時要解決的實際問題是如何打印一個鑰匙臨時開啟房門（圖2）。
1 信息技術公開課“3D潔凈水杯的構建及打印”的教學設計
教學目標 學習應用二轉三維命令“擠出”“車削”構建3D造型；會在“面與線條”命令面板中繪制二維圖形；會對角點進行移動、平滑的初步操作，掌握樣條線――輪廓命令形成二維造型；會對車削命令中的部分參數，如車軸、焊接內核、分段數等進行設置；能獨立運用以上命令完成“潔凈水杯”模型的構建；了解3D打印機打印水杯的過程及方法。
教學重難點 輪廓命令的運用，車削命令的部分參數設置等。
教學準備 二維模型，3D打印水杯，水杯原型，3D打印過程錄像等。
教學過程
1）談話引入課題。大家參加過青少年科技創新比賽嗎？手中拿的水杯跟普通水杯有何不同？（講解創新亮點）；如果我有這樣的創意，但是找不到人來幫忙制作，那么我們可以考慮用什么辦法來完成這個創新作品？（板書課題：3D潔凈水杯模型構建）
2）學習車削命令的運用。我們看一下這個杯子的主體有哪兩部分組成？如果你是個陶瓷藝人，你會如何制作（說說步驟）？觀察分析杯子主體特點：截面特點，壓癟后會形成怎樣形狀的物體；繪制杯子投影平面；用二維模型演示側截面特點，板書截面。
3）學習在“面與線條”命令面板中繪制二維圖形。
注意點：A繪制直線時應用SHIFT鍵輔助；B樣條線輪廓命令拉出二維閉合圖形，有問題的同學可觀看教程步驟1～3；C角點調整。
4）學習在修改面板中選擇車削命令進行二維轉三維物體的嘗試。教師演示：注意點有滅燈操作、最小化概念理解、焊接內核、分段等，其中部分讓學生自己充分嘗試后演示。
5）嘗試擠出命令的運用。觀察水杯的柄部分的特點，截面是怎樣的？能不能繼續利用車削命令來完成。截面能不能利用上面所學的輪廓命令來完成，繪制前要切換到哪個命令面板？學生嘗試自己完成杯子手柄部分的二維閉合圖形（圖3）。
6）讓學生利用修改面板中的“擠出”命令嘗試完成手柄三維圖形的構建（包括嘗試調整參數）。
7）考慮學生演示。
2 角點讓水杯變形
教師演示角點的操作包括平滑角點、頂點的新增移動等，讓水杯變起來。完成的學生電子舉手，教師演示后加分。
3 觀看3D打印錄像片段
了解3D打印機工作過程（圖4）。
4 小結
關鍵詞：機械設計；3D打印技術；案例教學模式
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0197-02
3D打印外在不斷發展的過程中，開始慢慢滲透到各行各業中去，逐步從工業向民用發展，在眾多應用領域和行業中，教育教學對于3D打印的應用也進行了嘗試和探索，以《機械設計》課程教學為例，希望在3D打印的基礎上真正實現案例式教學模式的探索，希望由此迎來全新的《機械設計》課程教學格局。
一、《機械設計》課程的特點以及當前教學中存在的問題
1課程特點分析。《機械設計》是機類專業的一門專業基礎課，其特點表現為：設計性（結果不唯一）、實用性（聯系實際）和繁雜性。其繁雜性特點又表現為“五多”，即關系多、門類多、要求多、公式多和圖表多。關系多指涉及諸多先修課程：如機原、公差、制圖、金工、力學等等；門類多指典型零部件多、且類型多，而設計方法各有所不同；要求多指設計同一機器或零件，應同時滿足性能、工藝性、經濟性等多個要求；公式多指設計計算公式；圖表多指設計中需要查圖表地方很多。總之，課程牽涉到的知識點較多，難度較大，理論性和實踐性較強，對于學生的邏輯思維能力、空間想象能力和實踐動手能力要求較高。
2課程教學存在的問題。從當前課程教學的現狀來看，存在問題集中體現在：傳統教學方法依然是主導，重視理論學習，忽視實踐運用；實踐操作環節比重較低，教學灌輸式傾向嚴重；教材與教學嚴重不協調，與學生素質與課時等不匹配、不同步，教學知識點處于彼此孤立的狀態。總之，當前課程教法落后，效果不佳，手段單一，急需進行創新、調整和改善。
二、《機械設計》應用3D打印案例式教學模式的必要性
在《機械設計》課程中應用3D打印案例式教學模式，就是通過3D打印來提高學生學習興趣與動力，豐富教學方法手段，推動案例教學法在課程教學中的應用，由此促進課程教學質量的提升，主旨在培養學生的工程素養，即工程表達能力、工程計算能力和良好工程習慣，并注重學生多向思維和創新能力的訓練。下面對3D打印案例式教學模式基本情況進行簡單介紹：很多機械專業的學生在接觸機械制圖的時候，因為空間想象能力比較差，難以實現平面投影視圖與零件圖像之間的轉化，常依托影射規則來實現三維零件圖形的感知，這種認識過程存在很大的缺陷和不足，投影視圖不能全面形象地展現出零件三維圖形，也就難以保證學生對于機械制圖的深刻理解。此時，無論是依靠實體教學模型，還是依靠零件模型來幫助教學，都會消耗很多的時間去備課以及很多的資源去設計，不僅效率低下，教學效果也不可能很好，畢竟學生沒有切身的參與進去。但是應用3D打印的案例教學模式就可以打破這樣的格局。無論處于何種課程情境中，教師都可以在3D打印技術的幫助下，很容易打印出對應的立體模型，并且依照實際課程案例需求，實現對應的切割和改變，由此可以得到更加具體的三維零件模型，甚至實現設計結果的驗證，在此過程中學生切實的參與進去，在3D打印技術的幫助下，也能夠準確的找到案例教學法的切入點，這對于促進課程教學質量而言，是很有意義的嘗試和探索。
三、《機械設計》應用3D打印案例式教學模式的策略
1.基于3D打印的案例式教學模式的優勢分析。在課程教學過程中運用案例教學模式，是當前該課程教學的普遍共識，認為這樣的教學模式可以給予學生更多的機會去了解設計要點、方法和步驟，可以融合貫穿課程知識點，但是一直以來難以找到比較好的契機去推動案例式教學模式的開展。3D打印技術運用到教育領域之后，展現出其輔助教學的效能，我們意識到《機械設計》應用3D打印案例式教學模式的時機已經到來。該教學模式的優勢集中體現在：其一，促進課程教學模式的改革，改變課程教學格局，使得其展現出參與式、啟發式、探究式和討論式的特點來；其二，促進課內講授時間的縮短與課時匹配，使學生積極主動參與進去，有利于學生自主學習鉆研能力的培養，以更大的興趣參與到課程學習中去；其三，妥善處理理論教學與實踐教學之間的關系，使得課內與課外的比重也朝著理想的方向發展；其四，有利于改變課程評價方式方法，在平時表現和期末考試成績的綜合評比之下，對于學生的成績進行綜合考量，由此形成更好的教學效果。
2基于3D打印的案例式教學的實現路徑選擇。從目前教學經驗來看，《機械設計》應用3D打印案例式教學實現途徑主要有以下幾種：①整體案例式教學。即將課程設計任務納入到課程教學體系，以課程整體教學案例的視角去開展課程設計，使課設內容和知識點得到優化組合。這種教法一般都是以建立3D打印案例模型的方式，使得課程設計更有目標性和針對性。在使用整體案例式教學法的時候，要注重案例的合理選擇，必須要具有代表性，其涵蓋的課程知識點應該與課設題目之間存在特定的聯系，由此可以保證課設任務的合理分解和安排，這才能夠保證整體案例式教學法效果的實現。②任務法教學。教學案例設計要與課設題目關聯，并且在此基礎上將其合理的分組安排，以任務驅動的方式，使得學生能夠學習到對應的知識，進而實現課設題目相關任務的完成，在此基礎上實現學生課外主動學習探究習慣的培養。任務驅動教學的過程中，關注的主要環節在于：以3D打印為基礎，實現不同任務情境的塑造，由此才能夠保證任務法教學效益和效率的實現。在此教法運用的過程中需要注意以下內容：任務情境設置要保證與學生的知識系統相關，與學生的平時生活相關，與學生的興趣點相關，與學生的認知能力相關，這是保證學生切實融入到對應課程教學的重要手段。③實物教學法。就是倡導在3D打印的幫助下，盡可能的塑造更多的零件模型和機械模型，使得原本空洞的講述過程變為眼睛可以看到的實際物品，由此實現教學效益和質量的提升。在實物教學法運用的過程中，教師在課程設計中需要注意以下幾個方面：其一，找到學生工程表達能力培養的難點和重點，以此為切入點，實現對應實物的塑造，保證學生在參與3D打印的過程中能夠更加清楚的去了解實物的構造，以提升實際的理解效益；其二，鼓勵學生以小組的方式去開展模型的改進和設計制作過程中，給予學生更多的機會去接觸去探究，由此實現學生多向思維、創新能力和實踐能力的培養提升，這也是本教學模式的最大優勢之一。④實習法教學。為了實現課程理論知識與實踐知識之間的融合，為了促進不同課程之間的聯動，常會采用的教學策略為：以動手操作方式引導學生去分析問題、討論問題和探究問題。例如制圖課中的減速箱測繪，二維CAD繪圖，三維CAD，機設課軸系零件拆裝實驗，都可以以實習教學方式來貫穿進行，不斷加深學生實際感性認知，并引導激發對原理理論的探究。實習法貫徹的過程中，需要對于實習過程進行引導和監督，對于學生可能遇到的問題，要在他們自己探討的基礎上，給予對應的引導，由此才能夠發揮對應的效益。⑤競賽法教學。引入競爭獎勵機制，在各章節知識（按常用零件）教學過程中，加重對平時表現的評價在總評成績中的占比，將課程設計成績與課程成績聯動，采用競賽法擇優3D打印學生的設計成果模型，激發學生的學習興趣和鉆研精神。3D打印可以為競賽法的執行營造良好的操作環境，學生可以在3D打印的引導下，保證以更加真實的姿態參與到競爭中去，并且以能夠以更加直觀的方式來呈現競賽取得的結果，這對于實際的教學效率提升，教學氛圍營造來講，是很有必要的舉措。
四、結束語
綜上所述，《機械設計》應用3D打印的案例式教學模式，其的確能夠引導課程教學質量朝著更高的方向發展和進步。對于課程專業教師而言，應該樹立教學創新理念，正確認識3D技術在機械設計案例教學過程中的應用價值，找到全新課程教學策略，由此保證《機械設計》的教學格局得到全面改善和調整。除此之外，還需要做好以下幾個方面的工作：其一，學校要積極參與到3D打印技術引入的工作中去，正確認識3D打印對于《機械設計》課程質量提升的積極作用，由此保證建立健全對應的3D打印案例式教學體系，保證具備良好的3D打印技術環境和氛圍；其二，對于課程應用3D打印技術的方式和方法進行探討和研究，鼓勵教師積極在此方面進行探索，在形成成熟的教學案例之后將其推廣，由此發揮3D打印技術在促進專業教學效益提升的作用。
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3D打印是一種應用計算機軟件完成的創新設計。通過基礎設計，對打印功能進行革新。將傳統的打印方式立體化，通過計算機軟件三維立體設計，實現3D打印實物設計。將這種技術應用到工業設計中，完善3D打印設計的標準，利用網絡計算機技術應用，逐步提高工業設計的實際應用效果，改變消費者和設計師的傳統消費和設計理念，提高工業設計思路，為消費者提供更加適合工業發展的產物。
一、3D打印設計應用
3D打印技術于90年代出現，通過快速打印的形式進行立體呈現。3D打印技術主要以軟件數據數字的文件傳遞，通過運用打印材料進行粘黏，通過立體造物模式完成打印過程。3D打印采用軟件數字技術實現，主要的常用于工業設計中，通過對工業設計產品的制造，將各種零件進行組裝，達到更加精準的設計標準。
（一）協同制造設計工作
3D技術通過打印機與軟件系統的融合，實現工業設計創新、服務制造的一體化融合，通過計算機網絡軟件數據平臺，對各類工業設計標準進行設計限定，通過設計制造實現設計與工作的完美融合，確保工作設計的協調標準，確保工作設計的準確性。
（二）提高設計準確度、降低設計周期
通過軟件數據的精準設計，提高設計產品的直觀性。通過裝配設計步驟，為3D打印機設置合理的設計模型數據，提高數據模型復合基本標準，使設計模型更加具有精準度，更加復合設計制造的標準。在設計制造過程中，通過軟件數據設計，可以隨時對設計內容進行更改，降低了設計更改成本，提高了設計標準，提高了設計定稿速度，降低了設計的周期。在修改過程中，對大型的設計可以采用數據計算軟件進行分析，對細節設計可以通過簡單的變更設計數據，實現結構的微調。通過3D打印機設計，完成設計產品的快速修正和調整，極大的縮減設計周期，降低設計生產成本。
（三）復雜模型制造設計
3D打印機的設計不受硬件產品的影響和約束，通過對產品的曲面加工，確定產品的復雜角度，完善設計的優越性能。工業設計師利用CAD軟件制圖，通過計算機完成工業產品的設計制造，將相關數據流程記錄存儲下來，實現軟硬件設備的存儲管理。伴隨著3D打印技術的快速發展，打印的原材料越來越豐富，產品性能越來越完善，一些非金屬的材料更加具有良好的機械穩定性，在模型制造過程中，受到市場的廣泛認可。
（四）反向設計的需求
利用計算機可以對工業設計進行反向思維分析，通過3D打印掃描的結合，實現對產品整體結構數據的快速分析，通過3D掃描將需要分析的物體進行3D掃描，通過數據云存儲，分析這些數據的結構類型，對3D模型進行研究，將計算機輔助軟件應用到數據制造過程中去。這樣就可以很好地提高產品的設計效果，更大的提高食物模型的設計標準準確性，方便人們更好的認識模型創新設計效果。
二、市場發展影響
隨著現代信息化、多元化產業的快速發展，消費已經從基本生活需求逐步轉變為高級定制，從衣服服飾到電子設備、家具、汽車等。3D打印技術已經被應用到各個方面，將設計思路通過計算機在電腦中呈現出來，通過特殊打印材料和電腦數據的設定，按照實體模型進行填充，通過調整細節，實現設計師想要的效果。這種的產品更加適合消費者的基本需求，復合設計師的基本要求，可以有效的提高設計價值。3D打印技術的提高，制造效率的升級，可以讓設計師順利的完成實物打印技術，方便產品的供給，滿足客戶的需求。在設計前，需要和客戶進行設計溝通，確保•設計打印實物復合市場基本需求，方便后續交流研究。市場產品的認可是提高3D打印技術發展的關鍵，良好的市場可以有效地提高市場發展，更好的加強市場資源的利用。設計師依靠3D打印機技術完成真實產品的設計，伴隨之產生大量的設計品牌，各種設計文化趨勢打破原有的設計避雷，為消費者提供適合自身的獨有設計，提高了市場的認同度。3D打印的發展，推進了消費者的消費興趣，通過網絡技術設計師與消費者可以在電腦前進行溝通，消費者可以自己動手完成專屬作品的設計，一早生產平臺，依照個人興趣愛好完成產品的設計，這種按照消費者意愿生產出來的產品是獨一無二的，是具有獨立創新特點的產品，這為設計師提供了更多的設計靈感和設計空間，更好的完成設計與消費的統一。依照消費者的基本需求，逐步提高設計產品的設計質量，擴展市場需求，按照市場運營標準，提高設計打印技術的準確性，實現3D打印技術的快速發展。
三、結語
