3d打印技术十篇

3d打印技术篇1

【关键词】3D打印技术 原理 发展

近来，3D打印技术在发达国家兴起，前不久在网上流传的3D打印手枪，引来许多网友围观。3D打印现在已不再只是概念产物，全球已有不少公司推出了个人3D打印机，它已在平常生活中开始普及。3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势。

一、3D打印技术简介

3D打印技术是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造。作为一种综合性应用技术，3D打印技术综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

目前，3D打印技术主要应用于产品原型、模具制造，以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。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，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。

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。

三、我国3D打印技术发展现状

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，已用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。

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

四、3D打印技术发展前景

近年来，3D打印技术持续发展，成本的大幅降低使其已经从研发的小众空间向主流市场进军，发展势头不可阻挡，已经成为社会广泛关注、民用市场迅速崛起的新领域。3D打印制作的模型、礼品、纪念品乃至工艺品的应用，极大吸引了社会关注和投入，发展加速，市场开始呈现量与质的双飞跃。据预测，2020年3D打印成品将占产品生产总量的50%。

随着3D打印技术的不断突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别是图形艺术领域的潜力，三维的概念模型能更好地传达制作者的想法或解决方案，一张图可以胜过几百甚至上千个文字的描述。专业人士坚信个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型即时摆在眼前，能够快速改进产品，增长幅度将超过想象，将会改变社会各种应用的未来。

3D打印技术将淘汰传统生产线，缩短制作周期，大大减少生产废料，所需原材料用量将减少到原来的几分之一。3D打印不仅节约成本，提高制作精度，也将弥补传统制造的不足，并将在民用市场迅速崛起，从而开启制造业的新纪元，为印刷工业带来新的机遇。

五、结语

随着3D打印技术的日趋成熟和3D打印材料的扩充，我们相信3D打印将会带给我们更多的惊喜和冲击，3D产品将会在我们的生活中触手可及。

参考文献：

[1]刘欣灵.3D打印机及其工作原理[J].网络与信息，2012，（2）.

[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012，（9）.

[3]古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展[J].数码印刷，2011.

3d打印技术篇2

【关键词】虚拟网络技术；3D打印包装；技术发展

1基于虚拟网络技术的3D打印包装技术概述

传统的网络技术是基于IP来进行的，长时间发展环境下，对于网络技术的发展有了全新的理念，虚拟网络技术逐渐进入到人们的视野中。虚拟网络与宽带网络不通，能够在现场构建出全面的结构体系，并不单纯是基于IP基础上来进行信息传递共享的，这样在信息传递效率上会有明显的提升，并且在进行网络技术开发利用时也拥有了更广阔的前景，在此基础上所进行的3D打印包装技术实现得到了全面突破，可以在短时间内达到理想化的技术应用效果，应用于精密行业的设计制造中，能够将打印制造的原料全部投入到使用中，这样就不会影响到使用功能的实现，并且所打印的产品也从平面逐渐向立体化过度，在各行业的设计中最常使用到这种技术。在打印前产品是虚拟的，需要通过计算机软件来进行构建，这一点与虚拟网络更加符合，基于网络虚拟技术基础上所进行的3D打印包装，设计理念所受到的约束更小，对于常见的技术性问题，在设计期间会通过理念完善来解决，最终所应用的技术也能快速实现功能。

2基于网络虚拟技术中3D打印包装技术的实用化能力

将网络虚拟技术与3D网络技术相互结合，最终所形成的技术方法中，能够将网络虚拟的先进性充分引入其中。该项技术是以传统的打印技术为原型来进行的，在此基础上可能会遇到不同程度的打印问题，但通过技术性方法也都能够得到更好的解决。原有的3D打印技术中，仅限于塑料材料，并且打印的速度、成本也都不够理想化，经过一段时间的应用与发展，技术得到了更好的改进，在打印原料种类上有明显的增多，除模型之外，还可以打印出所需要的精细零件，将其应用在设备的制造中。对金属材料也能够进行塑性，将所要打印的模具模型以程序代码形式输入到计算机中，打印时连接虚拟网络来进行，这样打印可以完全按照输入的参数代码来进行，在规格上不会出现误差，与传统的塑料材料相比较，应用金属材料后，打印的效果有明显提升，金属的塑性效果更加理想，不容易受到外界环境因素影响而发生形变，在此基础上所进行的打印设计，涉及到精密的零件应用这种打印技术也能保障结构完整性不受到破坏。甚至可以将粉末材料经过融化快速塑性，这一点是传统打印技术所不能比较的。3D打印技术在医疗方面的应用，通过这种打印技术，能够将细小的芯片植入到人体皮肤内，并对人体的骨骼、皮肤进行小面积重造，基于网络虚拟技术基础上所进行的3D打印包装技术应用，在个别精细领域中正处于研究阶段，在医疗方面也有尝试的经验，对于常见的技术性问题，在网络虚拟化技术中，可以将设计理念转化为具体的模型，这样所进行的优化处理才更具有针对性。3D打印需要做到根据实际需求来进行现场调节，优化所打印的产品，确保产品在安装使用时强度以及规格能够与原有的环境保持一致，更好的融合。最后是在军事领域上的应用，武器从设计到制造会经历很长一段时间，但现阶段军事行业的发展对产品更新换代时间要求也在逐渐提升，应用3D打印包装技术，与传统制造方法相比较能够节省三分之二的时间，并且制造的形式是从整体化来进行的，不需要复杂的拼装过程，可以直接将武器制造出来，在网络虚拟技术中进行设计，可以对武器的使用情况进行模拟，设计人员观察模拟过程并对结构进行更深入的优化，这种优势是传统技术中所不能达到的。

3基于网络虚拟技术的3D打印包装技术发展前景

虽然在多个领域中都已经应用到了3D打印技术，但技术优化过程中，所体现出的矛盾性问题仍然需要进一步解决。通过上文论述可以了解到，3D打印包装技术主要应用在高端领域中，并且使用的成本也相对比较大，在民用领域中很少涉及到，这也成为技术未来发展中主要突破的内容。未来的发展优化中，必然会以提升使用效率、降低使用成本为发展理念，使3D打印包装技术能够真正的融合到人们日常生活中，增强技术应用的服务性。个性化医疗定制或人体器官复制将不再是普通老百姓难以享受到的“特权”，医疗效率更高，许多现在难以攻克的难题，未来将不再困扰患者。

参考文献

[1]孙文德,匡慧珍,杨志诚，王力武.杭州3D打印技术产业发展现状及发展路径建议[J].现代城市,2015(03).

3d打印技术篇3

收稿日期：2013-07-19

作者简介：刘禹（1979—），男，中国科学院自动化研究所副研究员，博士，研究方向为知识管理。通信方式：yuliu@mailiaaccn。

李志江（1948—），男，中国社会科学院语言研究所副编审，研究方向为辞书学、词汇学。通信方式：。

近年来，3D电影、3D游戏、3D打印等高新技术深刻地改变着人们的生活方式和工作方式。3D技术的概念特指基于计算机及互联网的三维数字化技术。经过数十年的发展，3D技术在成熟度、易用度、经济性等方面都已经取得了巨大的突破，成为促进我国文化创意产业升级和自主创新的推动力。

3D打印机最早出现在20世纪90年代中期，是以计算机三维数字化设计模型为蓝本，经软件分层和数控成型等步骤，将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等材料逐层堆积黏结而制造出实体产品的数字化制造设备，属于“增材制造”的技术范畴。3D打印这种分散式生产的模式，可以直接利用3D模型数据打印生成服装、建筑模型、汽车零件，甚至是巧克力，让人们在自己家中或企业里以更廉价、更快捷的方式生产一件或一批产品。这将改变传统垂直化工业生产的模式，应用前景广阔。

前面提到的“3D技术”和“3D打印机”都属于字母词。其中3是阿拉伯数字，D是英文缩略，“技术”和“打印机”分别是汉语。二者都属于混合型字母词。

字母词的汉化通常是字母词的最终归宿，如BP机汉化为寻呼机，Email汉化为电子邮件等，但公众接受汉化词的过程长短不一。我们应密切关注字母词的出现和普及，及早为字母词确立相应的中文规范。最好在社会普及之前就完成这项工作，以免日后再硬性地“纠正”公众的约定俗成。因此，现在讨论3D技术和3D打印机的中文定名正逢其时。

3D是英文three dimensions的缩略语。three对应的汉语是“三”，dimensions对应的汉语是“维度”。所以three dimensions可直译为“三维”，即物体的长、宽、高三个维度；也可翻译为“立体”，即有长、有宽、有高的，就是立体的。

从标准翻译来说，3D的中文应规范为“三维”，3D技术应规范为“三维技术”。同理，“3D电影、3D模型、3D游戏、3D打印、3D液晶显示器”都应分别规范为“三维电影、三维模型、三维游戏、三维打印、三维液晶显示器”。

3d打印技术篇4

Abstract： Printing technology is an important way of information transmission. It made an important contribution for human civilization and progress by the plane graphic information. Based on traditional two-dimensional graphic printing technology， 3D （three dimensional） printing technology is superposed by the 2D printing and producted in three-dimensional space. This article mainly expounds the application of 3D printing technology in all fields， explores the bottleneck of the development of 3D printing technology and its development trend in the future.

关键词：3D打印技术；印刷技术；发展前景

Key words： 3D printing technology；printing technology；development prospect

中图分类号：TS805 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0166-02

0 引言

近年来，我们经常会看到有关于3D打印技术的新闻，“3D打印房屋”、“3D打印金属手枪”、“3D打印自行车”、“3D打印仿生耳”等等，3D打印自问世以来就得到了广泛的关注，其应用更是跨越各个领域。2014年11月末，《时代》周刊将3D打印技术列为2014年25项年度最佳发明之一。全球工业分析公司（Global Industry Analysis Inc）的研究报告预测2018年全球3D打印市场将达到29.9亿美元。但3D打印技术也面临着如制造速度与精度、设备和材料成本、产品性能、操作的安全性等多方面的瓶颈和挑战。提升3D打印的效率和精度，开发更为多样的3D打印材料是未来的研究热点。本文主要对3D打印技术的应用和发展趋势进行了研究和探讨。

1 何为3D打印

3D打印（Three Dimensional Printing）始于上世纪90年代，是快速成型技术的一种。美国3D System公司在1986年就制造了第一款3D打印设备。在传统二维平面印刷打印技术的基础上，通过逐层二维打印的迭加，利用喷头的三维运动实现曲面打印，逐层增加材料来生成三维实体，其原理图如图1所示。其分层加工的过程与传统喷墨打印十分相似，树脂、尼龙、塑料、金属、陶瓷、混凝土等材料经过特殊处理都可以用做3D打印的“墨水”。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。

2 3D打印技术的应用

目前3D打印技术支持多种材料，可以广泛应用在工业设计、建筑、家具、航天、医疗和教育等各个领域，其主要具有以下应用特点：

2.1 模具加工与机械制造 如今，3D打印技术已经广泛应用于机械模具的设计与加工，如图2A所示。相对于传统制造技术来说，3D打印技术不需要任何模具或任何机械加工，既省工又省料，如美国F-22猛禽战斗机在制造过程中会大量使用钛合金构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%，几乎不产生废料，大大节省了原材料的浪费，降低了生产成本。此外，也可利用3D打印技术实现个性生产，满足人们的少量和复杂形状的个性化需求。如个性化艺术家具的定制和专属个性空间的打造（如图2B）。

在建筑行业，2014年8月，在上海青浦张江高新园区，盈创建筑科技有限公司用3D打印技术24小时打印了10栋房屋（如图2C、2D）并交付使用，相关建筑指标均达到国家建筑质量标准，开启了3D打印建筑的新篇章，将来更有望使用3D打印技术建造整栋别墅。

在航天方面，美国NASA以及国外的一些航天公司已经就3D打印技术在航天上的应用展开了尝试，2014年第一台3D打印机在国际空间站上安装成功，并打印出扳手等机械部件，这台打印机由Made in Space公司设计制作，该公司是世界首家研究零重力下3D打印技术的公司。而且3D打印为按需施材，减少了材料的浪费，从而降低了生产成本。

2.2 生物医疗 3D打印技术与医学的结合堪称医学史上的创造性举动。在生物医学领域，已开始被应用于手术分析策划、假体植入物的制造、细胞或组织打印等方面。

早在2011年，德国科学家利用3D打印技术成功研制出了一种人工血管（如图3A），该项目有望被用于人体试验和药物试验。2014年，University College London的研究人员利用生物“墨水”打印出人造耳朵（如图3B），可用于外科整形。目前这种3D打印耳朵已有成功移植的案例。2015年7月，湖南省脑科医院利用3D打印颅骨为脑积水患儿缩脑，完成全球首例“全脑缩小塑形”手术。

2.3 考古文物复制 3D打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。在应用3D打印技术进行文物修复时，需要使用3D扫描仪扫描破损文物，完成数据采集，并处理数据，建立相应的模型之后进行打印。在电影《十二生肖》中，先是对兽首进行三维扫描，再使用3D打印技术打印了兽首的复制模型，精度和相似度令人赞叹，且不需后期加工打磨，相信在不久的将来，随着3D打印技术的不断发展改进，3D打印技术复制文物的精度定会上升到这个高度，将不再需要后期处理。

2.4 教育行业 3D打印技术也为教育的发展开启了新的方向，许多教育机构和组织正探索如何将3D技术应用到教育、教学中。以高职教育为例，在高职院校中印刷技术专业、数码印刷专业、印刷图文信息处理以及计算机等相关专业都可以考虑引入3D打印技术。

相关专业引入3D打印技术后，可以将人才培养的目标范围进行延伸和扩大。培养不仅能从事传统印刷设备和数码印刷设备的操作，还能使用3D打印机；不仅能完成传统印刷和数码印刷的印前制作，还能从事3D打印需要的三维建模设计；不仅能从事传统印刷和数码印刷的印刷工艺与生产管理、印刷营销与业务管理，还能从事3D打印设备的控制和生产管理、营销和业务管理的人才。学生就业面更宽广，职业技能更新，更贴合社会发展需要，也必定会推动3D打印设备的发展。另外，3D打印技术可以作为扶持大学生创新创业的一个项目，支持大学生们早日实现创业的梦想，让刚刚走出校园的甚至还在校内的大学生们勇敢地站在科技发展的前沿，直观地感受打印技术带来的影响与进步。

3 3D打印技术未来发展前景分析

与传统技术相比，3D打印技术拥有诸多优势。美国总统奥巴马在2014年国情咨文的演讲中强调了3D打印技术的重要性，赋予其制造业复兴的重任，提出将推动3D打印产业的发展。在欧美发达国家，3D打印机的研究技术已走向成熟并产业化发展。近年来，随着2015年《中国制造2025》规划的实施与颁布，我国对这项技术的重视和产业链规划将进一步加强。

从中长期看来3D打印产业具有较为广阔的发展前景，但要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着多方面的瓶颈和挑战：一是设备和耗材方面，现有3D打印机造价普遍较为昂贵，打印耗材的价格每公斤几百到数万元不等，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物、石膏等材料，成型品的物理特性较差，金属材料直接成型技术有待发展。三是工艺方面，目前3D打印的精度及效率还远不适应大规模生产的需求。四是知识产权方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，如何针对3D打印技术进行知识产权保护面临新的挑战。五是公共安全方面，如3D打印手枪，若可从网络上下载手枪的三维图纸，再拥有一台3D打印机就可以打印并组装手枪，这一潜在问题需要国家从法律层面进行规范和监督。

4 结束语

3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一，越来越受到工业界和投资界的关注。伟大发明所能带来的影响，在当时那个年代都是难以预测的，1450年的印刷术如此，1969年的互联网也是如此，3D打印技术更是如此。未来3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化等主要趋势。随着信息技术、控制技术、材料技术的进一步发展，制约3D打印技术发展的瓶颈将一一得到解决。3D打印技术也将被推向更高的应用层面。

参考文献：

[1]宋延林.从平面印刷到三维制造[J].中国印刷，2013，5：57-62.

[2]张晓青.3D打印技术应用于文物修复的可行性研究[D].北京印刷学院硕士学位论文，2014：4.

[3]袁慧羚，文雅珊，曾希.3D打印技术的应用现状与发展[J].南方农机，2015，7：38-40.

[4]余冬梅，方奥，张建斌.3D打印：技术和应用[J].金属世界，2013，6：6-11.

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[6]鲁丽彬.3D打印技术对高职印刷专业培养的影响研究[J].信息与电脑，2013，10：19-20.

3d打印技术篇5

1资料与方法

1.1一般资料

2014年1月至2016年1月髋臼骨折病例70例，经医院医学伦理学委员会批准，受试对象或其亲属知情同意并签署同意书，按随机数字表分为A组(3D打印辅助手术组)35例和B组(传统手术组)35例。其中A组男25例，女10例，平均年龄(45.2±5.3 )岁；致伤原因:车祸挤压伤20例，高处坠落伤9例，压砸伤6例；合并休克、内脏损伤5例，伴其他部位骨折4例，坐骨神经损伤2例；按照AO分型进行分类，A型10例，B型14例，C型11例；受伤距手术时间平均((6.8±1.2)天。B组男24例，女11例，平均年龄(46.1± 14.8 )岁；致伤原因:车祸挤压伤21例，高处坠落伤10例，压砸伤4例；合并休克、内脏损伤6例，伴其他部位骨折5例，坐骨神经损伤1例；按照AO分型进行分类，A型11例，B型15例，C型9例；受伤距手术时间平均(7.0±1. 1)天。两组病例在性别、年龄、受伤原因及骨折分型、手术时机方面的差异无统计学意义(P>0.05) ,具有可比性。

1.2手术方法

所有病例术前均进行X线检查，并用荷兰飞利浦公司生产的64排螺旋CT进行薄层扫描骨盆及股骨上段，扫描螺距0.5  mm，扫描电流100mAs，扫描电压100 kV o

1.2.1手术入路

所有病例均采用气管插管全身麻醉，手术由同一手术组、同一主刀医师完成。根据不同的骨折类型采用不同的手术人路:(1)K-L人路用于后壁、后柱骨折及简单横行骨折、横行骨折合并后壁、后柱骨折；（2）骼腹股沟人路用于髋臼前壁、前柱骨折、横行骨折、“T”形骨折及前壁、前柱骨折合并髋关节中心型脱位、耻骨联合分离或同侧骨盆环骨折；(3)K-L及骼腹股沟联合人路用于复杂横行、“T”形骨折、前柱伴后半横行骨折、双柱骨折。骼腹股沟人路、K-L人路及联合人路精准修改及相互配合。

1.2.2  3D打印组

将64排螺旋CT薄层扫描数据以DICOM格式导人到医学3D图像编辑处理Mimics14.0软件中，对髋臼骨折进行三维重建(Calculate 3D from Mask)，根据三维重建图像观察骨折块的相对空间位置确认分型，并虚拟手术复位(见图1)0利用复位骨折模型，以骨折的AO治疗原则为准，选择合适手术人路，在复位骨折模型上画线确定预设钢板位置及每个钉孔位置。利用创建圆柱体功能创建直径为2.5  mm圆柱体进行虚拟钉道模拟，按照实际术中情况调整每颗虚拟螺钉方向及长度，并测量每颗螺钉长度。同时，运用“创建曲线”(CreateSpline)在模型上布置一条红色曲线即最佳钢板植人位置，三维切割( Cut)预设钢板位置骨折模型，切割模块大小等于现实重建钢板的长度和宽度，得到预设钢板位置骨面模型，文件以STL格式导人3D打印软件markware中调整打印方位，3D打印出实物模块(见图2)。根据3D打印模型进行术前重建钢板的折弯，选择合适孔数的钢板，先折弯大的弧度，再折弯小弧度，争取一次到位，避免反复折弯，折弯标准为离骨面平均距离<< 1 mm，亦可在骨盆模型上预弯钢板(见图2)。术中按照所预定的复位方案进行复位并以预弯好的重建钢板进行比对，实现重建钢板与某处骨面的完全服贴，该位置即为手术设计的钢板置人位置(见图3)。

1.2.3传统手术组

术者术前根据患者X线片及CT扫描结果对骨折分型进行判断，根据骨折分型及自己的经验进行术前手术方案设计并进行手术。

1.3术后处理

术后伤口放置引流管，持续引流48-72 h。麻醉药效果过后检查患侧下肢的感觉、运动、血运情况。术后复查X线片及64排三维重建CT。针对不同的骨折类型和复位效果，根据术后X线片或者CT检查判断骨折愈合情况，进行康复锻炼，以获得髋关节更好的功能。出院后对两组病例进行随访。

1.4评价指标

记录并比较两组病例手术时间、术中出血量、术后引流量。评价两组复位效果，根据术后改良Matta影像学评分标准评价[41:优为小于1mm解剖复位；良为小于3 mm满意复位；差为大于3mm不满意复位。按照改良Merle D ' Aubigne andPostel评分标准评估两组髋关节功能[s}，使用疼痛、行走、活动范围来对术后髋关节进行功能评定，总分是三部分得分相加，优秀18分，良好15-17分，可13-14分，差<13分。

1.5统计学方法

采用SPSS 16.0统计学软件对数据进行分析，计数资料比较采用Xz检验，计量资料以(x 1.s)表示，组间比较应用两独立样本t检验，检验水准:a=0.05

2结果

3D打印组手术时间、术中出血量、术后引流量均少于B组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表to所有患者获得随访6-24个月，平均12.6个月，根据术后改良Matta影像学评分标准评价:3D打印组的优良率为94.3%，传统手术组的优良率为74.3%,3D打印组优于传统手术组(P<0.05)；按照改良Merle D 'Aubigne and Postel评分标准评估髋关节功能:3D打印组优良率为88.6%，传统手术组的优良率为65. 7 % ,3D打印组优于传统手术组(P<0.05 )。见表2。

3讨论

髋臼骨折属于高能量暴力损伤。髋臼位置深，解剖形态复杂，毗邻重要血管神经，这些因素常导致髋臼骨折诊断分型、手术治疗较为困难。普通x线片由于髋臼前后柱、股骨头影像重叠，可提供的信息有限，临床上容易出现漏诊及误诊。而螺旋cT的应用，大大提高了髋臼骨折诊断的准确性，通过CT室工作站进行三维重建，提供二维图像供手术医师参考，有助于手术医师了解病情并构建手术计划。但CT室影像学专业医师三维重建出来的模型对骨折块没有复位，术者对骨折线的判断以及重建钢板的植人位置、螺钉的选择，只是凭经验进行判断，没有三维空间的判断，由此制定出来的手术方案质量的高低，完全依赖于医生个体的外科临床经验与技能，无法将手术全貌与成员组交流。

近20多年来，“数字医学”概念的提出及在医疗领域的逐步应用，使外科手术发生了重要变革。通过现代计算机技术，外科医生可以建立解剖的人体结构模型，用于评估治疗效果的模型、术式评估的人路模型、手术练习的现场模型等[7es。在数字化技术的指导下，数字化医学成像系统及计算机系统对患者的影像可以任意变形或再修饰，完成手术前的数字化规划，使得手术更加精准及个体化。3D打印技术在医学领域的应用，进一步解决了术前规划方案精准再现的难题，可实体化地呈现骨折模型，克服了传统影像学方法难以直观了解的缺点，并允许对3D骨折块模型进行模拟手术操作，从而减少术中X线透视次数，节省手术时间，减轻手术创伤，解决了髋臼骨折治疗的临床标准化、精准化、个体化的难题。

3d打印技术篇6

这是发生在中国首家3D打印体验馆的一幕。房间里的灯罩、鞋、玩具、人像等人们所能看到的一切摆件，都非工业流水线或手工制作而成，而全部出自一部机器――3D打印机。

或许这个奇怪的机器你见所未见，也从未了解过3D打印技术的概念，但你可能会记得一些电影中的场景：

在《星际迷航》中，主人公对一台机器发出“水”的口令，一杯水就出现了；《云图》中，丰富的食物被机器“打印”出来；《第五元素》中，由一台机器“打印”出女主角的骨骼、肌肉、皮肤。

这，就是3D打印。

3D打印是上世纪的技术

在3D打印体验馆的展柜中，摆着大小不一的人像，发丝清晰可辨、肤色有明暗差别、衣服颇有质感，这可不是哪个手艺精湛的师傅捏出的泥人儿，而是3D打印机“造出”的。

3D打印体验馆的负责人邵漠宇介绍说，用3D打印机打印人像先得拍照，顾客要站在白色布景前，摄影师通过三维扫描仪将真人进行360度扫描，得到全身数据后建立3D打印文件，打印机将按照数据，分毫不差地将人像“还原”。由于耗时长、材料贵，因此，3D打印人像价格不菲。尽管如此，每个月仍有三四十位顾客来体验这种新的打印技术。

前来寻找商机的孟德超听完邵漠宇的讲解后，笑说：“要是早有这技术，也不用受拍结婚照的罪了，直接把我们夫妻俩打印出来，岂不更好？”

其实3D打印技术并非新兴产物，它被称为“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。早在1986年，美国科学家胡尔就发明出世界上第一台3D打印机。

3D打印技术源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成型技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。而作为实现这一技术的载体，3D打印机的原理其实很简单。打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，只要输入数据，它就能把“打印材料”一层层叠加起来，打印出的产品可以即时使用。最初，它被广泛应用在工业设计领域。

邵漠宇说：“尽管3D打印技术早已产生，但在国内认知度的提升却是近一年的事。”如今，每周三成了他为顾客讲解的固定日子，总有大批顾客提前预约探访。

3D打印技术在全球的推广正以惊人速度在增长。在《环球科学》杂志2013年一月刊中评选出2012年最值得铭记、对人类社会产生影响最为深远的十大新闻，“3D打印”位列第九，理由是“3D打印将在制造业和科研领域引发一场革命”。

可以打印个宠物给我吗

我们对3D打印技术的了解，可能远不如对3D电影了解得多，但事实上，它可能会离你越来越近。

最近，有人在微博上向设计师宋波纹提问：“我最近失去了我的宠物，心里无法承受，3D打印机可以打印个宠物给我吗？”

宋波纹回答：“理论上是可以的，如果你提供的爱宠照片合适，打印出来的效果非常逼真。”

在宋波纹眼中，3D打印机无所不能。2011年，当周围的同学、老师还不知3D打印为何物时，她就在网络上看到3D打印一词，当时准备做毕业设计的她正苦于机械化生产无法与自己想创作的东西契合。

“不管多复杂多么无法描述的形态，它都可以做。”在宋波纹看来，用那样一台昂贵的机器做什么很重要：“现在大家熟悉的是个人定制，或是比较低端的3D打印，停留在制作商品或小玩意上。”但宋波纹却用它来实现自己的设计理念，她觉得，用3D打印技术做出的作品百看不厌。

随着3D打印技术的普及，可能不久后你将购置一台家用3D打印机，把古怪想法通过这台机器实现。据邵漠宇介绍，事实上，已经有很多人在这样做了。听到此，孟德超小声嘀咕着：“谁会花那么多钱买一台机器，用昂贵的材料在家做玩具玩儿呢？”

“这是一场新的体验、新的革命。用它可以做出颠覆性的创作。”宋波纹说。同时她强调：“3D打印技术有它的优势，但也不能忽略它的缺陷，成本高、时间长、材料有限。它对技术要求非常高。”

尽管仍有缺陷，但3D打印技术将为我们的生活带来变革，却是毋庸置疑的。

如今，在汽车工业中，设计师在设计新的零部件时，已经习惯使用3D打印技术来制作快速模型；医疗设备公司也在尝试用这项技术制造完整的假肢，新的假肢将比传统方式制造的更便宜，甚至可以机洗。在文物保护领域，3D打印技术也发挥重要作用，哈佛大学闪族博物馆的研究人员就用它成功修复了一个曾被打碎的文物瓷狮子；在电影中3D打印技术也十分常见，《007：大破天幕杀机》的爆炸场面中出现过的1960年代的阿斯顿・马丁DB5车型，就是3D打印机打印出的模型。

尽管3D打印技术的应用已经如此广泛，但是否如英国《经济学人》杂志所称， 3D打印“将与其他数字化生产模式一起推动和实现第三次工业革命”，仍不得而知。

是我们用3D，

还是3D改变你和我

3D打印机将能在一天内造出房子，未来可替代建筑师；3D打印或将改变就医格局；首款3D打印汽车问世……类似新闻常见诸网络，不禁有人猜想，3D打印技术将为我们带来怎样的未来？

“3D打印机的前景如何？”每接待一批顾客，邵漠宇都会被多次问及这个问题，他只摇摇头，笑说：“未来我也不知道。”这时有人插话：“前两天有新闻报道说4D打印都出现了，谁能说得准？”

在3D体验馆参观的顾客聚在一起讨论着如何将3D打印技术应用到商业中，有人想用它做创意产品，有人要做婚庆产品。大家的点子集中在个人定制上，他们关心的是机器是否昂贵、寿命长短、更新换代速度。

对3D打印技术同样感兴趣的牛嘉岳却有自己的看法：“多数人都直接咨询3D打印机的商用价值。而我认为，3D打印技术是一种解决制造、制成环节的终端方案。它的终极目标是‘不用再关心谁来加工、谁来制造’的问题。只要机器足够好、足够接近实际需求，它可以将你的一切想法付诸实践。”

在牛嘉岳看来，所有的问题将在于你是否有想法、创意。仅仅将3D打印技术应用于礼品定制、真人塑像等，只是该技术应用领域的冰山一角。“如果我们不做原理性研究、不自主研制机器、不自主开发软件和应用程序，我们必将在这次生产力革命中落后，仍然成为世界工厂价值链中最低层级的那一环节。”

无论人们打算利用这项技术做什么，不可否认的是，它的发展极为迅速。

宋波纹肯定地说：“3D打印技术有很多可能性，过不了几年，它会渗透到人们生活的各个层面。”

也有不少人担心，有了3D打印技术，机械化生产和手工制作将会被取代。而宋波纹认为，这种情况不会发生。“它们满足的是不同的需求，3D打印更适合小批量、定制化。”

3d打印技术篇7

关键词：英国；3D打印技术；学科教学；创新设计；体验式学习

[中图分类号]G40-057 [文献标识码]A [论文编号]1009-8097（2015）04-0108-07 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2015.04.016

引言

3D打印技术以计算机辅助设计（CAD）软件生成的或通过实体扫描设备扫描实物所获得的数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过“积层造型法”逐层打印材料层创建物体，主要用于原型设计以及组件或产品地制造。3D打印技术实现了“设计即生产”的创想，具有快速生成的特点，不但能够实现从零件设计到整体设计的跨越，而且所“打印”的产品，较之传统方法所生产的产品具有更强的稳固性、更精密的结构，支持更有创意的设计与生成，因此近年来在机械制造、生物医药、建筑设计、艺术创造等多个领域受到越来越多地关注。

虽然3D打印技术在上述多个领域的应用受到关注，但目前针对3D打印技术在基础教育领域深入应用的系统研究相对较少。英国教育部及相关组织机构于2012-2013年实施了为期一年的探究3D打印技术在学科教学创新中的应用，该项目不仅取得了实质性教学应用成果，而且推动了3D打印技术在教育领域中的应用，为更多学校引进3D打印技术，变革教与学的模式起到示范与引领作用。本文结合英国3D打印技术教学应用案例，深入分析3D打印技术在英国中小学教学中应用的目标指向、应用效果及影响因素，探究3D打印技术在教学应用推广时需要注意的问题，希望为学校教育引入3D打印技术提供一定的参考。

一、3D打印技术在英国中小学教学中应用的目标指向

1.指向提升学生的学习主动性、培养学生的创新思维

基于对3D打印技术本身特性的把握，发现该技术可以作为动力激发工具和支持创新设计的技术工具应用到教学活动中，促进学生学习主动性的提高和学生创新思维的培养。

一方面，3D打印技术本身的功能特性以及对学习活动的支持作用决定了其作为技术支持工具对提升学生学习主动性有积极影响。首先，3D打印技术作为一种新型技术，其新颖性更加容易引起学生参与基于该技术的学习活动的好奇心和兴趣，激发他们主动参与学习活动的动机。其次，3D打印技术的独特功能一一快速打印模型或实物，支持并激励学生主动参与打印活动。学生可以利用3D打印机将自己的创新设计或想法以可视化方式呈现给教师和其他学习者，由此获得的成就感，不仅会促使学生更加积极主动地参与学习活动，而且会激励他们主动参与创新设计。第三，3D打印技术支持的学习活动有助于体现学生作为学习活动主体主动参与学习的重要性和价值，进而促进学生主动参与学习活动。基于3D打印技术的学习任务，需要学生主动分析打印任务、参与计划与决策、参与创新设计原型，这种主体意识和被需要的感觉让学生意识到自己在学习过程中的重要性和价值，促使学生更加的主动地参与到打印活动。

另一方面，为保证学生主动参与并有效进行学习活动，英国教育研究者认为在3D打印技术快速打印实物功能的支持下，学生可以将时间和精力集中在创新设计环节，有助于创新思维的培养。创新启于格物致知，创新思维启于透彻地分析打印任务和丰富的实践经验，是进行创新设计、打印出创新性个性化作品的基础和源泉。学生通过主动参与创新设计、全面细致地分析打印任务，充分发挥想象力和创造力，最终打印出个性化的作品。

2.指向探索新的教学方法

英国3D打印技术在学科教学中的应用项目是在“人类可以通过制造和分享过程产生学习”理念指导下开展的学科教学创新探索项目。该理念的核心是“制造”和“分享”，强调在真实情境中通过体验式学习与探究式学习是获得知识并实现学以致用的有效方式。所以，教师借助3D打印技术可以为学生创建“体验式学习中心”，这同时也是一个知识运用空间，学生需要主动参与到真实的实践活动中，并通过亲自动手操作获得直接的学习体验，提高解决问题的知识与技能水平。在3D打印技术支持下的体验式学习中心从学习内容、学习方式上都有所突破。

“体验式学习中心”的学习内容可以是一个专题的探究学习，也可以是单一知识或问题的学习与探究，还可以仅是一个创意的实现，甚至是这三者的交叉融合。在专题探究学习活动中，教师需要给学生提供一个主题及其设计纲要，并期望学生能对该设计做出自己的选择，主动的进行学习和探究。学生在专注于研究主题的同时，会自然地将3D打印机作为学习或探究内容的一部分。针对后两种学习内容，学生可以利用3D打印机将一个想法变成现实，将一个知识或问题以可视的打印作品呈现，有助于个性化和创新思维的发展。例如，沃特福德男子文法学校（Watford Grammar School for Boys）的学生打印出各种代数方程的3D图形。

“体验式学习中心”的学习方式可以是协作学习，也可以是自主学习，前者是实现“共享”理念的有效方式，而后者在实践中已经证实了3D打印技术对学生个性化学习起着重要的支持作用。在2012-2013年英国3D打印技术走进校园项目研究中发现：基于3D打印技术的自主学习能改善学习效果并伴随产生其他更广泛的利益。例如在物理和数学学科教学中，教师非常希望能成功的使用打印机来促进学生思考、推理和理解学科教学知识，并且开展学生为主导的实验。这种自主学习方式更大程度的将学习的主动权交付学生，让学生在3D打印技术支持下进行自主学习，将知识学以致用。这种突破性的新教学方法，不仅有利于学生个性化发展，而且有助于学生创新思维的培养。

3D打印技术通过创造与设计这两种技术使用方式为学生获得并应用知识提供可靠、便捷的技术支持，实践了“设计是重点，生产不是问题”的新思想，在提升学生分析、设计、评估、实践和创造能力、促进学生的分析性思维与创新性思维以及系统思维发展、提高现实中建造高质量的工程提供保障并切实地实现了利用技术辅助工程设计等方面有重要实际意义。而且就如温莎男子学校（The Windsor Boys’School）的DT负责人认为，熟悉3D打印设计流程（计划、设计、制造和评估）的学生能够利用3D打印机来缩短“制造”阶段的时间，使打印机在“打印”产品时更快。这意味着学生可以将更多的时间和精力分配到产品的“设计”上，发展他们的创新思维。此外，目标指向中提到的“体验式学习中心”，更多地发生在“设计与技术”学科教学过程中。

三、影响3D打印技术在英国中小学教学中应用的因素分析

通过对2012-2013年英国开展的3D打印技术进入学科教学项目的分析，总结出成功背后的影响因素有以下几个：

1.教师对3D打印技术的教学应用持积极的态度

正如许多参与项目的老师说，他们只花几个月的时间就能足够熟练地使用打印机和相关软件，并且能在教学中成功而自信地使用。在实践教学中表明，自信的教师在使用3D打印技术时要比那些相对孤立且不能坚持解决委托或获得持续支持的教师更得心应手，因为他们有着对主题探究的热情和敢于实验与创新的胆量。正所谓“心之所向，身之所往”。当教师憧憬并相信3D打印技术具有促进教与学的潜能，便会致力于技术与教学的有效整合，探究创新教学方法，最终获得成功的经验和有效的技术应用策略。

2.教师与教学支持人员的通力协作

英国3D打印技术在中小学学科教学中应用项目，是由教育部、物理学会、全国数学教师理事会（NCETM）、3D打印机厂商、学校等合作进行的。其合作的目的有三个：一是确保教学中所选择的软件是适合跨学校、跨科目的；二是提高各种资源的有效利用率，包括各学校的教9币资源、技术资源；三是促进交流与共享技术应用经验。技术与教学整合需要投入大量的时间、精力和人力。例如参与项目的Highworth女子文法学校有成功的案例，该校的DT老师和物理技术人员密切合作，共同设计一组可以通过金箔模拟阿尔法粒子的散射的设备。所以，教师与教学支持人员，包括专业技术人员、3D打印机厂商、同一学科或不同学科的教师之间的通力协作是推动探索技术促进学科教学的持续动力。

3.必要的软硬件环境建设

（1）软件

项目组织者和支持者为教师和学生提供使用设计软件的专门培训，而且尽可能选择容易上手且免费的设计软件，比如很多学校选择使用的免费Sketchup（草图大师）。基于该类设计软件的数字设计模型是3D打印机打印产品的源文件。该文件在打印输出时，通常是一个.stl文件，然后送入第二层软件并生成打印机指令（G code），该指令唯一指向于一个特定的打印机。.s3g文件格式的G代码通过SD卡输入打印机。打印项目中Makerware和复制因子G计划通常被用于生成G代码。数字设计模型可以从如Thingiverse等免费网站下载，这有助于入门打印机操作的学习。

（2）3D打印机

从英国3D打印技术应用到学科教学的项目经验分享中可以看出，3D打印机的选择关系着能否有效使用打印机并将其优势功能发挥到最大化。需要从以下几点考虑：第一，要考虑3D打印机的使用者和使用目的。若是教师使用3D打印机打印教学模具，优先考虑打印机的速度和质量：若是学生利用该技术制作模型，则还需要考虑其易用性、耗材和成本。第二，要考虑打印机本身的一些因素，比如打印速度、打印机文件传输接口、与学校操作系统和网络的兼容性以及质量和售后支持等。第三，要重视打印机所置放位置和环境，防止拖拉或移动，避免要打印出来的物体出现干燥和翘曲等问题。所以，学校或者教师在选择和使用3D打印机时需要全面且慎重考虑。

4.对应用过程提供系统的支持

（1）来自学校管理层的支持

参与项目的大多数学校里的领导教师都是具备专业计算机辅助设计能力的设计与技术专家，他们通过“低干涉”管理让学科教师更专注于技术使用方法和教学目标实现途径，这不仅为学校师生提供财政支持以及他们创新使用3D打印机的视角，而且在鼓励和支持教师使用新的、不熟悉的技术，组织并建立强大的人才团队以及给学生传授他们的技术知识等方面也起着积极作用。

（2）对应用3D打印技术的教师团队进行专门的培训

学校管理者与相关技术专家在学校引入3D打印技术后需要对校内拟在教育教学中的应用3D打印技术的教师进行专门的、系统的培训。培训初始期间，3D打印技术的使用轻松实现教师、技术工作人员和学生的一些大胆创新性想法，进而激发他们对技术持续探索的热情。而且，跨部门在使用相关软件时证明专门的培训和持续的支持对技术使用与推广起着至关重要的作用，因为没有经验的教师必须花一段时间来提高使用打印机和应用设计软件的能力。

培训课程一般包含为教师提供3D打印机项目基础内容和实践机会，组织讨论会分享使用3D打印机的经验想法等活动。此外，教师需要花费正常教学以外的时间和精力来巩固编程技术和CAD专业技术，以保证熟练使用3D打印机并充分发挥3D打印机的功能。

四、结束语

3d打印技术篇8

本文采用文献研究的方法，针对3D打印在建筑行业的应用找出优点及不足，为3D技术在建筑行业的应用提供发展方向和理论参考。

一、3D打印技术在建筑业的应用

（一）3D打印技术概念

江洪（2013）认为3D打印技术是一种增加制造技术，采用分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术[2]。李小丽（2014）总结道，3D打印是包括CAD建模、测量、材料、数控等学科[3]。

（二）3D打印技术在建筑业应用优点

李福平（2013）认为3D打印建筑技术优势为速度快；不需要使用模板，可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点[4]。杨健江（2015）认为相较于传统建筑模式，3D打印不仅节约资源，利用废弃物进行制造[5]。丁烈云（2015）认为建筑3D打印数字建造技术满足日益增长的非线性、自由曲面等复杂建筑形式的设计建造要求，是全新的设计建造方法论的革新[6]。

本文将建筑3D打印技术的优点整理如下：

1.基于施工层面。根据图纸以及相关数据，就可制造出建筑墙体、楼板等，大大节约了建筑时间；从设计文件里获得各种指令并进行工作，要求操作业者掌握的操作技能水平要求很低，一方面大大降低了人力成本，另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低；避免了施工现场存在的安全隐患，保障作业人员的人身安全，减少事故和伤亡。

2.基于经济层面。所需要的材料多可以就地取材，极大节省建造的运输成本；零部件生产一体化成型，既缩短了制造时间，节约了人力成本，又减少了采购及运输成本；仅需更换设计文件和打印材料就可生产不同的零件。

3.基于材料层面。采用增材制造方法，材料利用率高；3D打印技术可打印出高成本曲线建筑；遵照计算机程序，比人工的更加准确，产品质量有保证；打印过程中依据精确的几何计算，采用坚固耐用的材料，质量有保证；墙体是空心的相比钢筋混凝土实心墙体，3D 打印建筑的墙体要轻许多。

4.基于环保层面。原材料可以来源于建筑垃圾、工业垃圾，达到了节能环保、资源再生和改善环境的目标；采用干法施工可避免施工粉尘和噪声影响，生产制造过程中产生的废气、液等有害物质低，减少材料浪费和排污；打印过程几乎不产生噪声和大振动。

（三） 目前建筑3D打印技术存在的问题

3D打印技术虽发展迅速，但仍存在弊端。

1.精度问题。3D 打印技术由于工艺问题导致两层材料之间不能光滑过度，且只能形成样式简单且单一的条纹。影响建筑外立面的美观性。而在一定微观尺度下，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么这种具有一定厚度的条纹，就会造成精度上的偏差。

2.行业规范问题。3D打印建筑在行业内还没有任何相关的规范条例。使用年限和房屋产权等一系列问题都没有权威部门的认可。

3.材料性能问题。3D打印建筑多数为低矮建筑，相较于传统方式，在强度、刚度和加工性上均有不足。且其打印是水平逐层打印，缺少纵向钢筋。

4.设备问题。受限于工作原理，目前3D打印机打印速度较慢，且设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。

5.伦理安全性问题。伴随着3D打印技术的发展和进步，人体器官的3D打印技术面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险也收到相应的质疑。

二、结论与展望

本文通过对3D打印技术的相关知识及其在建筑业应用的优缺点、发展前景的梳理和归纳，得到如下结论：

首先，缺少关于适应多元材料的打印设备系统和工艺流程系统的研究，缺少交流和互相融合。

3d打印技术篇9

[关键词]3D打印；学习技术；教育创新；教学资源

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2013）04-0029-07

一、引言

3D打印（3D printing，又称三维打印）是一种快速成形技术，它以数字化模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体。由于其在制造工艺方面的创新，被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”。3D打印技术早在20世纪90年代中期就已出现，但由于价格昂贵。技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过20多年的发展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。目前，3D打印技术已经应用到许多学科领域，工程师和工业设计师利用3D打印将设计方案转换为原型并测试：外科医生使用3D打印制作器官模型以协助策划复杂的手术方案：考古学家和博物馆的技师利用3D打印制作珍贵文物的复制品，并在此基础上开展研究，这样的创新应用正不断进入大众的视野。

该技术的普及也引起了教育工作者的关注。《地平线报告》是美国新媒体联盟与美国高校教育信息化协会合作的教育领域最有普及潜力的新技术报告。2013年版的《地平线报告》首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单，并对3D打印作了较为详细的介绍，报告的编纂者认为，该技术将会在4-5年内普及。鉴于该项技术在教育方面的创新潜力和广泛应用的前景，本文将从文献分析入手介绍3D打印的原理和来龙去脉、教育应用情况和基本模式。并结合实际案例对其创新之处进行详细分析，总结出3D打印在教学中的角色以及应用模式。

二、3D打印技术的原理和发展现状

（一）3D打印机的原理

对于大多数人来说，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面内容的普通打印机，事实上二维的喷墨打印技术和某些类型的3D打印在技术上确实比较接近。3D打印使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中。最后形成所需的对象。所用设备即3D打印机（如图1所示）。3D打印机的精确度相当高，即便是低档廉价的型号，也可以打印出模型中的大量细节，而且它比起铸造、冲压、蚀刻等传统方法能更快速地创建原型，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型。一般来说，通过3D打印获得一件物品需要经历建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段，具体流程如图2所示。

1.三维建模

通过goSCAN之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的DIY扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成三维模型。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等三维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型。

2.分层切割

由于描述方式的差异，3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到电脑中以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理。即将模型切分成一层层的薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。

3.打印喷涂

由打印机将打印耗材逐层喷涂或熔结到三维空间中，根据工作原理的不同，有多种实现方式。比较流行的做法是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末。如此反复：或是通过高能激光融化合金材料，一层一层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺耗时几分钟到数天不等。

4.后期处理

模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。

目前，3D打印领域在具体实现打印的关键技术方面处于百花齐放的状态，各种技术相互竞争，它们之间的差异主要体现在打印机分层创建部件和应用材料方式上。例如，选择性激光烧结技术（SLS）和混合沉积建模技术（FDM）可以归为一类，它们是利用熔点较低的可塑性材料作为打印的“墨水”，通过热熔的方法来制造物品的：还有一类打印技术是直接用液体材料作为打印耗材，包括立体平板印刷技术（SLA）和分层实体制造技术（LOM）。通过光敏等方法使材料固化。以上的这些技术各自都有优势和不足，其适用领域有所不同，在实际应用中应该综合考虑打印的速度、成本、打印机价格等因素选择合适的解决方案。

（二）3D打印的发展现状

第一台商用的3D打印机出现在1986年，但3D打印技术的真正确立是以美国麻省理工大学的Scans E.M.和CimaM.J.等人于1991年申报的关于三维打印专利为标志的。目前，在3D打印领域比较著名的公司有3D System、Z-Corpo，ration、Object Geometries等。

经历十多年的探索和发展后，3D打印无论在技术、造价，还是应用领域方面都有了长足的进步。在打印技术方面，目前，主流打印机能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi分辨率的打印精度，较先进的产品已经具备每小时1英寸以上的垂直打印速率，并可实现24位色彩的彩色打印。用于打印的材料涵盖从石料、金属到目前占主流地位的高分子材料，甚至是面粉、蛋白粉等食品原料。目前，已经开发出的可打印材料约为14类，可混搭出一百多种耗材。在造价方面，3D打印机的售价正在迅速降低，MakerBot公司新推出的低端打印机Replicator 2的售价已经下降到2199美元，高端的Replicator 2X也仅售2799美元，预计几年后家用型的3D打印机会降价到100美元以内。

3D打印的应用领域正在迅速扩张。在消费电子、航空和汽车制造等行业。3D打印可以以较低的成本和较高的效率生产小批量的定制部件，完成复杂而精细的造型。位于纽约的创意消费品公司Quirky支持设计师在线提交设计方案，通过3D打印制成实物，并通过电商网站销售，每年推出六十多种创新产品。在医疗领域，3D打印被用于制作人体器官的替换材料。2013年初，欧洲的医生和工程师利用3D打印定制出一个人造下颚以替换病人的受损骨骼。成功地使病人得以康复。同时，德国的研究人员正在采用3D打印技术制造具有生物相容性的人造血管。在建筑领域，意大利发明家恩里科·迪尼发明了一台可以用沙子直接打印立体建筑的巨型3D打印机。此外，全球第一家3D打印照相馆也于2013年初在日本开业，用户经过拍照、建模、打印三个阶段，就可以为自己制作一个三维头像。

自上世纪90年代起，我国的科研机构也已经开始研发自主知识产权的3D打印机，清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、西安交通大学等高校都取得了不俗成绩，基本与西方发达国家处于同一水平，研制出了多种类型的3D打印装备和材料旧。其中，北京航空航天大学率先研发出飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术，这是国际上3D打印领域内的重大突破。华中科技大学研发的大型3D打印机，可通过激光将原材料制造成复杂的工业零部件或生活用品。2012年底，工信部宣布加强顶层设计和统筹规划，以推动3D打印产业化，并组织制定发展路线和中长期发展战略，完善3D打印的技术规范与标准。

三、3D打印的教育应用

（一）在各学科教学中的创新应用

3D打印也为教育行业打开了一扇新窗口，一些教育机构和组织正在研究、探索如何将该技术应用到教学和学习中。学生不仅可以享受到这种最新潮技术辅助教学的便利以及各种创新用法。还可以此作为促进他们学习设计技能的推动力。更会对他们的技术素养和未来的职业发展产生深远的影响。以下是目前3D打印的一些典型的教学应用情况：

玛丽·华盛顿大学的教师在2012年的设计入门课程中使用3D打印机作为学习环境。由学生扫描实物或自己设计出物品。打印出原型。并在此基础上试验和改进。在FullSail大学，学生们使用该技术制作3D漫画人物。他们利用三维软件设计人偶并打印出塑料模型。美国弗吉尼亚大学的学生通过3D打印技术制造出一架模型飞机并成功试飞，飞机的所有零部件都是通过3D打印制造的。美国国家科学基金会（NSF）的数字图书馆项目提供了很多3D动物和器官结构模型，包括无脊椎和脊椎生物，很多是已灭绝生物。该项目的参与者正在扫描并打印复制古人类化石。哈佛大学博物馆的研究人员也在利用计算机为收集到的残缺古代器具、化石等建立模型，然后用3D打印出复制品。

根据对美国TeachThoughLcom网站、2013年版《地平线报告》等文献以及其他一些资料和案例的整理和筛选，笔者一共搜集了数十个在不同学科领域内使用3D打印机辅助教学的例子，详见表1。

（二）典型案例分析

正如上文所述，3D打印在教学方面的探索性应用已经展开。作为一种通用的技术，它可以应用到大部分的学科中去，涵盖正式学习、非正式学习和培训等类型的教育，尤其适用于设计、工程相关领域或是需要快速制作模型的领域。下面，我们借助三个案例详细分析3D打印技术在教学过程中的创造性应用。

1.“明尼苏达星站”项目

明尼苏达星站（STARBASE Minnesota）是一个由美国国防部资助的、旨在培养学生的科学、数学和技术兴趣的非营利教育项目。该项目始于1993年，主要教授航天主题的短期课程。提供了丰富的技术环境，鼓励学生自信地发展自己的技能和能力。

项目的主要活动是让学生以工程师的身份参与，为探索火星的模拟任务设计和建造模型火箭。该项目自启动以来，不断在学习活动中引进新的技术和设备，以构造丰富逼真的探究学习环境。为了让学生能够更真实地体验工程师的工作，该项目引入了3D打印机。在掌握关于火箭的基础知识以后，学生会花一个星期左右的时间学习如何在计算机上设计火箭模型，然后通过3D打印制作出火箭模型的组件，以测试不同的火箭设计（见图3）。模型火箭完成后，学生还要试飞并收集相关数据，将火箭的飞行路线在谷歌地图中标注出来。此后，他们会尝试分析结果，并与负责项目指导的工程师讨论设计方案对飞行路径的影响。整个学习活动的流程如图4所示。

3D打印在构建学习火箭设计知识的探究情境方面发挥了很大的作用，具体表现在以下两个方面：

（1）提供了模型快速生成能力。原来的活动设计方案中，由于成本和技术问题，学生仅在电脑上完成设计方案，不制作模型。配备3D打印机以后，学生的设计能够得以实现，并增加了测试和试飞环节，这是原来的课程无法做到的。

（2）营造真实的问题情境。激发学生兴趣。通过火箭模型的飞行测试，学生们会将自己的设计与测试结果建立联系。这将会影响学生们以后的学习和他们对工程设计的兴趣。在未来的教育中。这类情境对认知的影响会越来越明显。

3D打印机在本项目中的应用得到了师生们的一致好评，辅导教师克里斯蒂娜·约翰逊认为，“利用3D打印机，学生们可以真正地测试他们所设计的火箭，即使是枯燥的数学知识的学习，也成为了一个让他们兴奋的过程。明尼苏达星站项目每周最多可以培养115名学生，学生们试飞火箭时的表情无一不让我感到兴奋和骄傲。不论是对于我们还是对于学生们来说，这都是一个真正意义上的成就。3D打印机对于这项计划的成功发挥了重要的作用。”

2.人物动作模型制作案例

北卡罗莱纳州立大学是一所充满创新和协作氛围的公立大学。在该校的工业设计系。教师关注通过设计与技术解决从交通到医疗各个领域的设计问题，他们教导学生在现实生活中利用可视化软件和快速成形技术。创造性、切实地解决各种设计问题。

助理教授Spellcer Barnes在面向本科和研究生的“数字产品建模高级课程”中，提出了一个具有挑战性的任务，要求学生利用3D建模软件和3D打印机设计人物动作。其目的是向学生展示如何综合利用各项技术的组合完成具有挑战性的设计任务。包括创造性地使用3D打印机高效地完成任务。首先，学生需要从电影、卡通或漫画中选取一个人物角色，或者创建一个原创角色。在建立模型之前，需要对角色作概念设计并绘制参考草图（见图5和图6）。

由于有大量的细节需要建模，这个模型可能会很大。将模型转化成可打印的格式后发送到3D打印机，再打印成模型实物。最后，学生交流、展示自己打印的人物动作模型，进行学生互评和教师评价。3D打印在人物模型的制作过程中发挥了很大的作用，具体表现在以下两个方面：

（1）作为有效的教学和评估辅助手段。3D打印机在本项目中的使用节约了模型制作时间，不具备模型制作技能的学生也能制作出精美的模型。而且，3D打印促进了评估活动的进行。Barnes教授认为，“利用3D打印机创建的模型，我可以很好地了解学生在建模进展中的问题，如学生的设计草案和表达理念是否清晰，或学生所设计人物模型的姿态和平衡性等。”

（2）促进学习者的创新活动。3D打印技术作为一种连接虚拟与真实世界的技术，不仅丰富了学习者的学习环境。而且促进了学习者的创新活动。综合利用3D打印机及其制造技术有助于营造优质的、多样化的创作环境，提供多种创新要素。另外，3D打印机可以实现将学习者的设计想法有效地可视化，更早地发现错误和不足，引导学习者走向创新驱动的设计过程。

3.“从数学到饰品”研究项目

3D打印技术可以将我们构想的虚拟物体转化成可穿戴、可展示的实体。意大利理论物理国际研究中心（ICTP）的Gaya Fior介绍了一个在数学教学中利用3D打印机辅助数学学习的例子。该案例利用网上的免费工具将数学中的等值曲面转化成三维模型，并打印出可用于课堂教学的实物或者很酷的装饰品。

将数学公式制作成三维模型主要有下面几个步骤：首先，需要一个能够在三维空间中对数学曲面建模的可视化软件，该案例中使用了免费的KRDSurf软件，这是一个支持参数方程和等值曲面的绘制工具，自带了五十多个范例。Gava Fior选择了pseudo-Duplin等值曲面为数据源，这个模型不仅看起来比较有趣，还能获得较好的3D打印效果。确定模型对象后，还要调整好模型的分辨率，将生成的三维模型导出为OBJ格式文件。接下来需要对三维模型进行打印前的加工。使用Neffabb Basic软件检测并修复模型中的网格错误，再将其转化成3D打印软件最常用的STL格式。然后使用Ultimaker公司开发的Cura软件。将三维模型大小调整为适合打印的尺寸。由于大部分数学等值曲面都有弧形的底部和内凹的空缺部分，这里需要放置一个支架来保证模型在打印过程中不会坍塌。最后将文件发送到打印服务，并利用不同的材料（如金属或陶瓷）将文件打印出来。

3D打印的使用淡化了学科间的界限，不仅可以将数学模型以立体的、可视化的形式呈现出来，让学习者获得更为直观的感受。3D打印还可以为枯燥的数学知识增添趣味性和实用性，将数字化和时尚相结合。通过技术手段，可以使得数学与艺术并驾齐驱，通过数学模型去构造和实现艺术设计。令人惊奇的是，一些数学曲面的形状和特性本来就特别适合于珠宝。例如，如图7所示，实例不需要添加任何种类的挂环就可以作为吊挂的装饰物。

四、3D打印的用途、模式及创新

（一）在学习环境中扮演的角色

3D打印直到最近两年才在学校中有了初步的应用，但大都还处于前期探索阶段，并未真正投入日常教学。根据其在学习环境和学习活动中所处的地位不同，笔者认为，目前3D打印在教育实践中主要扮演了以下三种角色：

1.作为教学目标和学习内容

此时即要教会学生如何设计、如何建模、如何使用3D打印机。3D打印是集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术，被称为“引领第三次工业革命的制造技术”。我国已经制定了相应的发展策略，旨在促进信息产业和工业的深度融合。制造企业的数字化、信息化改造，需要大量熟悉先进制造技术的操作人员。随着国家大力发展3D打印技术的各项措施和政策的出台，未来人力资源市场会需要大量掌握3D打印技术的各级人才。这必将提供巨大的就业和创业机会。目前，已有一些职业院校开始开发此类专业和课程。2013年秋季。青岛市中等职业教育招生计划中，青岛电子学校新增了“3D打印技术”这个专业。

2.作为教学工具或学习工具，起到“效能工具”的作用

利用3D打印制作教学用具。或是把它作为快速实现工具，是目前3D打印在教学中最主要的用途。国内的一些高校已经为工业设计专业的实验室配备了3D打印机，学生在设计室内就可以把自己的设计转化成为作品，随时调整和改进。例如，有的学生正是得益于此，以3D打印机制作的作品参加了广东省“省长”杯工业设计大赛，并取得了不错的成绩。

3.作为教学环境，起到“认知工具”的作用

针对需要制作模型的课程，3D打印可以作为小组协作探究环境的一部分。承担对创意和技术方案进行快速验证的任务，促进学生创造力的培养和社会性认知。例如，Intel未来教育展示中有这么一个案例：某小学的物理课上讨论力学问题。学习小组设计了各种桥梁模型构造的方案，并将设计打印成实物，检验设计的承压能力。这就是一个将3D打印机作为探究学习环境的典型示例。

（二）在教学中的应用模式

3D打印在知识和技能、理论和现实之间架起了桥梁，丰富了学生的学习体验。总结3D打印在教学中的应用。主要有以下三种模式（见图8），其核心是3D打印的快速生成能力促成了数字化设计的实物化：

1.用于制作增强型的立体教具、学具

可视化教具对提高教学的效率和效果有显著的促进作用。原来的教学场景下，教师多使用语言和图片描述教学内容，形象直观的立体教具较少配备，或是无法定制。3D打印提供了更多的创造空间，教师可以自行制作某些教具，并在课堂上展示。学生也可以观察、触摸和组装这些教具，这种方式显然要比原来的教学效果更好。而且。由于多数教师都缺乏制作教具或设计教具的能力。有了3D打印机以后，只要公布设计文件，这些模型也可以在教师甚至是学生之间分享，充分发挥它的作用。

2.用于辅助学生进行设计创新

工程类或建筑类项目的学生可以使用3D打印完成快速原型。通过电脑直接将设计打印成微缩模型来构造设计方案，而不用花很多时间手工制作。通过这些快速原型，在设计初期就可以发现问题和不足，并且修正设计中的缺陷，教师也能及时给予指导和帮助。设计类专业的学生同样也可以利用3D打印技术快速实现他们的设计方案，并且到生活中进行检验和试用，把课堂上获得的技能和创造性构想应用到现实生活中。

3.用于强化课堂交互活动和协作学习

3D打印技术可为课堂交互活动提供更多的创造空间，使得课堂上的教学互动仅受教师和学生的想象力限制。例如，在物理课上。教师可以使用3D打印机制作齿轮组等机械部件，并提出问题，让学生分组自己设计其它部件并用3D打印机实现设计，完成整个力学实验。这类交互活动中学生处于教学活动的中心。以平等方式与教师互动：教学设计强调学生的主动学习，强调对学习主题的深层理解：教师扮演咨询者、辅导者和学习动机激发者的角色。这些开放式的交互活动不仅有趣，而且能够培养学生的合作精神和协作能力。

（三）对教与学的创新

根据上文对3D打印教育应用的模式和应用的领域分析，我们可以看出。这项新兴的学习技术在教与学方面有诸多的创新之处，主要表现在教学内容、教学模式和学习体验三个方面：

1.3D打印的应用有助于创造新颖的教学内容

国内外的一些应用3D打印的教育实验设计了很多新课程设计，这些课程常常涉及电子、计算机、设计等多学科内容的整合。例如，上文案例1中的明尼苏达星站项目就涉及空气动力学、材料学、设计等方面的知识，而3D打印为这些知识的整合提供了机会。此外，3D打印的应用也有助于推动STEM教育。STEM是包含科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）的综合素养，强调学生的设计能力、批判性思维和问题解决能力。它是知识经济时代的人才培养目标之一。STEM教育有别于传统教育体系中学科界限分明的做法，着重于培养青少年的工程师精神，3D打印的应用使得很多以往难以实现的“动手做”类型的课程设计成为可能，激发了学生投身于技术和工程领域的热情。

2.3D打印应用在教学中，可改善教学方法

在大部分的3D打印课程案例中，3D打印技术的本身并不是课程的重点。这类课程采用项目的形式，其主要目标是将抽象的概念变成有趣问题的解决，进而帮助教师和学生掌握抽象概念。如在《3D打印：从想象到现实》一书中提到的“边做边学”课程设计了一个制作风力发电机的项目，将物理学、电子技术的一些抽象概念和动手制作巧妙地结合起来，让学生自然而然地学会和应用这些基础知识。此外，3D打印可用来制作定制化的教具和学具。案例3中提到的数学曲线模型将抽象的数学方程转化为可观察、可触摸的实体模型，让学生切身体验，为教师讲解该内容提供了一种更直观的方法，有学者称之为“触觉教学”。

3.3D打印应用在学习中，可营造更愉快的学习体验

3D打印的核心应用在于它能够帮助使用者将数字化的设计快速变成实物。上文提到的触觉教育中，独特的实物模型给学生提供了切身感受，并且可以操作模型互动。从另一个角度对事物增进了了解，能够帮助他们愉快地记忆，避免遗忘。还有，对于需要动手设计和制作的课程来说。3D打印可以帮助学生加速设计的过程，学生可以在设计的早期就通过原型化排除错误的设计。例如，以前力学课程实验中学生要想建造一个桥梁的模型，必须花费大量的时间用牙签和胶水制作，而现在交给3D打印机很快就能完成。这样，学生能更快、更安全地发现错误，找到解决方案。而帮助他们避免因为浪费时间在无用工作上，或是项目失败带来的挫败感。

五、述评与总结

3D打印是近年来迅速推广的快速生成技术，它在各个行业中应用得越来越广泛，由此也引起了行业内部的创新实践。本文对3D打印技术的概况、原理和教育应用情况进行了介绍，较为详细地分析了其在教育中的应用模式和经典案例。总的来说，3D打印有利于学习过程和学习活动的开展，其优势之处在于帮助创设丰富的学习情境：有利于学生将知识和实践相结合。此外，它能够解决教育机构的一些健康和安全问题。譬如，随着三维打印的应用，制作出原型或单个产品很容易，而且清洁、绿色，而学生可以较少接触刀锯、车床等容易造成意外人身伤害的机械，保证了一个安全的工作环境。

当前3D打印仅仅是试水教育行业，国内仅有少数高校和沿海发达地区的个别中小学配备了3D打印机，而且大多处于“可有可无”的水平，未达到在教学活动中创新应用的层面。在教育机构中。特别是国内的学校中推广和普及仍面临着很大的挑战。首先，软硬件环境配备代价高昂。无论3D打印机还是专业的三维建模软件价格都较高。同时3D扫描仪、三维模型的素材库等配套环境也有所缺失。而且入门级的3D打印机的工作效率很低，一个不太复杂的小物体都要数个小时才能打印出来。需要同时配备多台3D打印机才能满足一个30人小教学班的一次教学活动需要。其次，用好3D打印机需要对课程重新设计和再造，原有的学科课程很少涉及动手制作和多学科内容的整合。因此，除了打印教具以外，目前，3D打印机大多应用在创新性的课程或是课外学习活动中，难以引起常规课程教学的变革。再次，在课堂中应用3D打印机对教师和学生的信息素养要求较高，较强的动手能力和基本的工程素养是用好它的核心能力之一。这就首先需要对教师进行培训，既要在使用设备的技能上，更要在创新意识和学习活动设计能力上提升教师的水平。

教育行业是未来3D打印推广应用的重要市场，打印机厂商已经意识到其在教育应用中存在的诸多问题。3D打印厂商针对其在教育行业也提供了一系列的整体解决方案，涵盖教学资源、教学案例、技术服务、立体模型库等。2012年底，Stratasys公司了一款专门面向高等教育机构的3D打印机学术包——Olbiet30 Scholar。这款学术包是从硬件到软件再到耗材的完整解决方案，将为教育机构提供完善的快速成型模具和制造体验，帮助非专业人士降低3D打印的使用门槛。此外，Shapeways和iMaterizlize等一些创新技术公司提供了在线3D打印服务。用户可以在线提交模型文件，打印出来以后快递给用户。整个过程就如在线冲洗照片一样简单。还有一些公立的或慈善性质的创新实验室配备了3D打印机，可以对外提供打印服务。在3D模型的来源方面，有一些开源的模型库和转换工具可以免费使用，互联网上有海量的Google Sketch、3D max、AutoCAD格式的模型免费下载。用户可以下载后根据自己的需要修改，然后生成可打印的模型。

3D打印机从一种用于工业生产的制造机器，走进了家庭、企业、学校、厨房、医院，甚至时尚舞台。3D打印机和互联网、微电路、材料和生物技术相结合将引发技术和社会的革新，最终的结果是科学技术和创新呈现爆发式的变革。不久的将来，3D打印技术也会像电脑、打印机和互联网一样进入我们的学校和家庭。教育工作者不能，也不应错过使用这项新技术的机会。虽然3D打印机的普及还面临着很多困难，但随着技术的不断进步，很多我们现在担心的问题都会迎刃而解。让我们在实践中探索这种新兴学习技术，借此推动教学模式和教学活动的创新。

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3d打印技术篇10

关键词：光固化；快速成型；3D打印技术；液态光敏树脂

中图分类号：TB324；TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-00-02

0 引 言

SLA是“Stereo Lithography Apparatus”的缩写，即立体光固化成型法。SLA 3D打印快速成型技术是一种以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着社会的不断进步，光固化快速3D打印技术在人类发展中愈加重要，其重要性可与电脑相媲美。快速3D打印技术不需要在工厂进行操作，意味着无需机械加工或者任何模具，此举不仅提高了生产效率还降低了生产成本，在3D打印的基础上，SLA光固化成型技术对其做出了更进一步的改善，成为现代技术的发展趋势。

1 光固化3D打印技术立体光固化成型技术简介

光固化3D打印技术立体光固化成型法利用激光照射光敏树脂材料，使液态树脂快速凝固成型，具备高精度、高成型质量的特点，可以加工一些结构外形比较复杂或使用传统手段难于成型的一些原型和模具。如今3D打印存在的问题是速度不快，费时且耗材，而SLA光固化成形3D打印技术可以更为直观的了解产品形态。

SLA光固化成形3D打印技术已普遍存在，其优势显而易见，如打印精度较高、复杂零件制作方便、节省产品开发周期、人工费用降低、少量多品种需求优势明显等。虽然受打印设备、打印耗材及技术方面的制约，打印出来的产品在精度和力学性能方面还不能完全替代传统的制造业，但可与传统制造业形成互补。目前国内外厂商正在研发收缩小、固化快、强度高的光敏材料，也正是这些因素，使SLA光固化成形3D打印机在国内的普及越来越快。

研究的目的是探索光固化高精度3D打印技术SLA的原理，深入了解SLA技术，最后熟练使用SLA技术打印我们理想的模型。

2 光固化3D打印技术立体光固化成型技术原理

在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下会快速固化。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，为一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面加工过程，得到一层塑料薄片。然后工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加即可建构三维实体。打印原理如图1所示。

3 光固化3D打印快速成型的应用

在铸造行业，光固化3D打印快速成型可以快速、低成本的制作压蜡模具，制作树脂熔模以替代蜡型。在砂型T造中用树脂模具代替木模，可有效提升复杂、薄壁、曲面等结构铸件的质量和成型效率。在工程设计业，用于测试模型制作。在医学方面，可用于三维人体及器官复制，假体的制作、复杂外科手术的术前规划模拟、牙齿种植导板制作。光固化3D打印快速成型技术为快速铸造、小批量铸造、复杂件铸造等问题提供了有效的解决方法。

4 目前SLA 3D打印装置的问题和解决

4.1 SLA 3D打印装置面临的问题

随着科学技术的发展，基于SLA的3D打印机设备功能越来越强大，但现有的SLA原理的3D打印机（激光快速成型机）外形结构比较大，一般左右两部分呈对称结构，左边为加工成型部分，右边为显示控制及电气控制柜部分，设备整体结构较大，内部空间利用率低，外形占地面积大，很小的机型也需要较大空间摆放，为设备的包装、运输带来困难，成本增加，且由于现有设备的长宽尺寸超出常规的房间门宽尺寸，需要破坏墙体或者改门，造型亦不美观。因此，如何设计一种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，成为我们当前要解决的问题。

4.2 解决方法

针对目前存在的问题，提出一种实用新型基于SLA的多功能光固化3D打印装置。该种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，设备主体成单体结构状，将LCD触摸控制面板独立设置，方便控制和操作，将扫描装置置于树脂槽上，大幅度减小设备主体的外部尺寸，设备占地空间减小，设备制造加工成本大幅度降低，也便于包装和运输，以及便捷维护，而可扫描装置的扫描面积变大，满足了客户对大尺寸工件打印的要求，且设备运行稳定，快速成型和制造系统缩短了产品开发流程，相较于传统工艺流程节省了大量时间和资金。

5 结 语

SLA光固化成形3D打印技术已进入各行各业，在时代的发展中其重要性愈加凸显，可以大胆的想象，在未来，我们将不再需要大规模的生产线，不再需要寸步不离的守候在机床旁，不再需要大量的人力物力，不再产生大量的工业废物。3D打印技术将从根本上改变传统制造业模式，将设计领域提高到一个新的高度。

参考文献

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