时间：2023-09-20 18:19:22
导语：在3d打印技术与运用的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.243
1 前言
3D打印是以三维设计模型为基础，经过软件分层离散与数控成形体系，运用激光束以及热熔喷嘴等其它形式将陶瓷粉末、金属粉末及塑料等其它较为独特的材料实施逐层的累积黏结，最后通过叠加成形，以加工出实体的产品。
2 3D打印技术概述
当前，3D打印的核心技术大都把控在美国、欧洲以及日本其它发达国家的手中。在1990年之后，我们国家的多所高校逐渐对3D打印技术进行研究。经过比较可知，我们国家3D打印技术的研发依然有着较多的路要走，差距较大。目前，3D打印技术大都应用于工业制造领域，急需在速度、精度、尺寸以及软件研发等层面不断创新。
3 3D打印技术对于服装设计影响
3.1 3D打印技术对服装材料的影响
传统形式的服装材料涵盖了麻、棉、毛以及丝等等，经过纺织成纱线，纱线再经过针织又或是梭织而产生面料。在制造中间环节实施色彩的印染等。经过不一样粗细、不一样结构和材料纱线的互相融合，达到服装面料的改变。然而3D打印服装的出现，因为打印材料非常有限，当前并不具备能够打印纺织面料的设施。当前所使用的3D打印材料大部分都是PLA与ABS塑料。运用环装结构来组成，具备较强的后现代主义风格，其所体现出更加多的便是设计人员自身的设计理念，而非是日常生活所穿着的服装。在已经具有的3D打印服装里面，其所使用的材料大部分均是塑料。设计人员把塑料设计为片状又或是环状的架构，互相融合。若想加工出舒适合体的服装，材料是最为重要的。
3.2 3D打印技术对服装加工工艺的影响
在3D打印服装成功设计以后，或许是一个较为完善的三维裁片，又会是无数个完全不一样的三维裁片，其主要是按照服装的类别而明确，往往能够将领片、袖片以及口袋等独立进行打印，同样还能够将一些具有特殊效果的裁片运用3D打印技术，然而其它的裁片依然采取传统形式的二维样板又或是在3D打印的基础之上实施立体裁剪来达到。从加工环节来看，在服装设计明确以后，需把三维文件转变成合适的3D打印技术文件，此种类的文件能够直接性的融入至所有的打印机之中，部门打印机同样会接受SLC、PLY等类型的文件导入。在文件完全导入以后打印机便会自行进行分层处理同时打印出相应的裁片又或是成衣。按照打印机尺寸的不一样，整体设计、多个部件所苟恒的产品需实施一次性打印又或是分批进行打印，将所打印出的部件再实施缝合才可以获得最后的成品。
3.3 3D打印技术对服装个性化定制的影响
3D打印技术所具备的最大特征便是可以不断的扩展设计人员的设计理念。采取3D打印技术，服装设计人员不会再为传统形式的裁剪没有办法达到自身的设计而烦恼，其只需在计算机软件中绘制出本身的设计理念图案，接着将所有后期的制作交由3D打印机完成便可。此种全新的制造工艺与传统形式对比而言，其所具有的优势便是能够达到私人化的服装定制，设计人员能够经过扫描设施对顾客的身材实施三维求反，以此获得量身定制的相应模型，通过经过3D打印机制造出极具个性的服装。设计人员再也无需像之前那样对顾客实施重复性的量体与较多次数的试衣便可以一次做完所有相关的工作，节约了大量的时间与费用。
3.4 3D打印技术对服装颜色的影响
色彩是服装设计最为主要的元素，其对服装的风格与潮流有着非常大的影响。与此同时，色彩同样还是3D打印技术最为主要的要素。怎样在3D打印环节精准的融入颜色，始终都是专家学者所探讨的话题。为了能够节省费用以及材料的限制，3D打印服装大都是单一颜色的。
第一，水文转印法。此技术被被大量的运用至各类材料里面，主要有头盔染色、玩具公仔染色以及模型染色等等。然而此技术却存在一定的约束。因为薄膜在下沉的具体环节会逐渐的延伸，水转印法的精准程度相对较低。
第二，经过粉末的相互融合又或是铺设挤压塑料。此种形式对于颜色的调控较为简单，运用较多数量的喷头整个不一样颜色的原材料，又或是用不一样材料的取代来达到颜色的相应改变。此种形式没有办法达到服装领域对于色彩日益增长的展示需求。
第三，像素喷墨法。此方式参考了2D打印。将喷墨一滴一滴的滴在物体表面，此墨滴便会即刻被紫外线所固化，变成固体。其可以使得人们能够对颜色有较为准确的调控。然而这样的形式需要有庞大的数据计算，墨滴的体积非常之小，一立方厘米的固体里面大致涵盖了1800万左右的墨滴。
4 3D打印技术在服装设计领域的发展趋势
3D打印技术具备一定的先导性，引起了科技界与时尚界的高度关注。我们国家的3D打印服装发展速度较为缓慢，在意大利，已有设计人员专门为客户提供3D服装设计的下载服务，其便代表着只要人们拥有一个3D打印机，便能够定制又或是设计出自身所独有的服装。当服装加工企业与设计部T掌握了3D技术之后便能够逐渐的调整同时精准的审核服装的构想，同时能够在此环节降低成本费用，在一定程度上减少了服饰设计所需要的时间，使得企业能够以稳定的步伐持续性的开发出全新的产品。正是出于这样的缘由，从服装设计的品牌商、设计商以及加工商等均能够借此来增强自身的综合竞争力。
5 结语
伴随3D打印技术的逐渐进步以及纺织材料的日益创新，再加之人体测量以及CAD等其它相关技术，服装设计领域将会提供完全自动化的订制服务。在未来，顾客所买到的并不再是现实的服装成品，其所购买到的将会是应用于3D打印的款式图又或是打印所需要的材料，如此顾客经过购买同时下载相应的款式图便能够自行打印出自身所需要的商品。
参考文献：
“在上班路上，每天经过一家打印公司，之前在这家打印公司的窗户上偶尔能看到招聘平面设计人员，但是近日再经过这家店面的时候，发现变成了招聘3D设计人员。”张师傅这样告诉记者。是的，这就是变化，从平面到立体，3D正引领着一场产业革命的到来。当然3D打印对于现在的企业而言，要么是天使，要么是魔鬼，但无论3D打印是“天使”，还是“魔鬼”，它至少已经在股市上抒写了一曲“神话”。在美国，两家高科技公司——3DSystems和Stratesys股价在2012年的美国股市甚是抢眼。其中，在纳斯达克上市的Stratesys涨幅达157.8%，在纽约证交所上市的3DSystems股价则增加了近2.5倍。在国内，近期关于3D打印应用的消息仍然层出不穷，包括通过3D打印打出类生物组织、机器人零部件等，同时有消息称中国新一代战机有望全球首个使用3D打印技术。
据Wind统计，截至目前，3D打印概念指数1376.39点，而2012年12月初时不足1000点，远远跑赢沪综指。今年年初至今，3D打印指数累计涨幅24.72%，高居所有概念板块涨幅榜首位。龙头中航重机，昆明机床，海源机械，在今年短短一个月内已经实现了股价3%以上的逆市上涨。
3D打印的新纪元
所谓3D打印技术，是一种以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，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。同时，3D打印机则出现在上世纪90年代中期，即一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。事实上，在过去的一年时间里，3D打印业界进入了高度活跃期，不仅仅在它的发源地美国以及一些欧洲发达国家，在中国，3D打印技术已经蔓延至我们日常生活的每个角落，从小朋友的“喜羊羊”牙刷和定制玩具到父母的立体婚纱照，再到爷爷奶奶的助听器，3D打印技术让每个人都感到了精细并从中受益。另外，3D打印还可广泛应用于辅助军事技术研发。报道称，在军事领域，3D打印技术给装备保障带来的变化无疑是革命性的。在未来信息化战场上，技术保障人员可随时利用携带的3D打印机，直接把所需的部件一个一个地打印出来，装配起来就可以让武器装备重新投入战场。另外，3D打印还可广泛应用于辅助军事技术研发。有专家预测，未来不仅小型枪支、简单物资可实现打印，军舰、飞机、坦克等大型、复杂的武器装备，甚至食物、军事基地等都可用3D打印机直接或间接“制造”出来。目前，美国军方已使用3D打印技术辅助制造某型导弹弹出式点火器模型，并取得了良好的效果。
对此有市场人士表示，长期来看，3D打印设备在医疗、文化艺术品等多个行业都会迎来更广泛的应用，其未来确实有可能引发一次“工业革命”，影响力在某种程度上甚至可以超过“物联网”概念，3D打印概念股市效应或将复制当年的“互联网概念炒作浪潮”。
核心技术企业值得关注
事实上，作为一项较新的技术，3D打印的发展前景充满了不确定风险。但也有分析人士认为，3D打印产业链从最初的原材料处理、设备制造直到最后的打印应用与服务，即使只有一小部分消费品通过3D打印的方式来制造，这也将是一个万亿规模的巨大市场。那么，哪些公司有望在3D打印机的发展过程中受益？
有市场人士认为，与3D打印机关联性大的公司都有望受益，其中包括上游行业的企业，如激光制造公司、塑料公司等；也包括3D打印技术能为其创新提供良好条件的下游行业的公司，如服装公司、汽车公司、船舶公司等；此外，还包括3D打印机制造公司，若3D打印技术在市场推广，3D打印机制造公司将获得巨额利润。
首先，随着3D打印技术的进步，可循环材料和多材料打印成为可能；其次，扫描技术和3D技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化元件。
2桌面3D打印技术发展现状
2.1桌面级与工业级3D打印的区别
2.1.1成形技术不同
目前桌面3D打印大多采用的是FDM（熔融沉积造型）技术，即FDM加热头把热熔性材料加热到半流体性质的临界状态并挤出，在计算机控制下沿确定的二维几何轨迹运动，凝固成轮廓形状的薄层。当一层完成后，通过垂直升降系统进行下一层，这样层层堆积粘结，自下而上就形成了一个三维实体。而工业级3D打印技术根据材料的不同采用的技术更加多变，除了FDM技术，主要还有SLA（光固化立体造型）；SLS（选择性烧结）和3DP（三维打印）等技术。
2.1.2打印精度不同
一般而言，桌面3D打印采用的FDM技术最高精度为0.1mm，而工业3D打印所采用的SLA技术精度可达0.025mm，做到了微米级别。可以说，3D打印机的价格与其打印精度是成正比的。桌面3D打印机便携化的尺寸和大众化的价格在一定程度上限制了其打印精度，使桌面3D打印产品精度无法与工业级相媲美。然而，随着技术的进步，桌面3D打印机也在成熟起来：全彩的、多功能的、专业的桌面级3D打印机不断地出现。比如，颇受欢迎的桌面打印机Form1采用了逐层堆叠和光固化成型组合的技术而大大提升其打印产品的质量，但其材料光敏树脂较为昂贵。
2.1.3运用材料不同
虽然目前已经有很多打印耗材出现在人们的视野中：塑料、金属、尼龙等等，甚至食品或者医学上的人体器官都通过3D打印的方式发挥自身的价值，但真正能够普遍运用在桌面3D打印中使用的材料仅限于塑料，最常见的是ABS和PLA，这也在一定程度上限制了桌面3D打印产品的应用领域。工业级的3D打印用材更广，除了塑料，尼龙、金属、陶瓷、树脂等等的材料都在尝试或者已经成熟地被使用到制造中。
2.2桌面3D技术的材料特点
PLA（环保塑料）和ABS（工程塑料）是目前最为常见的两种桌面3D打印耗材。针对几个要素，笔者对它们进行了对比：
2.2.1综合性能
PLA是一种环保再生材料，生物可降解，表面光泽，色彩鲜艳，气味好闻。ABS呈亚光、无毒、具有刺鼻的气味，但具很好的冲击强度、化学稳定性、抗腐蚀性；电性能良好、耐热耐磨、机械加工性能好。
3适合桌面3D打印产品设计新思维
3.1“+”思维
“+”思维是指针对桌面3D打印的特点对设计的产品造型与结构进行优化，合理设计打印过程，提升产品的质量。设计与打印时有以下几点建议：
3.1.1做加法设计
3D打印是一种累加的成形技术，它要求设计师去用“+”的思维去创新、做设计。3D打印更适合一些累加、镂空、扭曲、生长等复杂造型的产品。
3.1.2优化产品结构
尽可能避免大块实体、平面的造型；同时由于桌面3D打印精度的限制，细节与薄壁结构处理时要合理，以免打印失败。
3.1.3合理选择分层方向
分层方向即打印时产品生长的方向，如果分层方向选择不当，会影响模型的表面质量、强度、成形时间、支撑材料使用量以及剥离支撑的难易程度。选择时遵循以下原则：
（1）表面质量：水平面好于垂直面，垂直面好于斜面，重要的表面要选为上表面；
（2）精度：水平方向好于垂直方向，如圆孔轴线垂直工作台可以提高圆的精度；
（3）强度：水平方向好于垂直方向，如强度高的方向设置为水平方向；
（4）支撑：支撑面积越小越好，支撑高度越低越好，但需避免投影面积小，高度高的支撑面出现。
3.2“-”思维
“-”思维是指减少打印过程中的影响因素，提升打印效率。
（1）减少台阶效应：尽可能地使零件具有较少的斜面；以减少零件的台阶效应。
（2）减少打印支撑：使零件具有较少的悬臂结构；在设计时尽量确定好产品的打印方向，优化结构，减少或者避免支撑。
（3）减少打印时间：减少支撑和优化结构都可以减少打印时间。同时还要合理设计产品的尺寸。因为3D打印满足所谓的“三次方增加规律”。如果我们需要2倍大的东西，我们就需要花8倍的时间和材料来打印。
4结语
关键词：3D打印技术；发展前景应用；前景应对政策
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672―3198（2014）10―0193―01
3D打印技术作为快速成型领域的一种新型技术，目前正迅猛发展。国内外专家一致认为，3D打印技术未来的发展将使大规模的个性化生产和复杂精密的零件批量生产成为可能，这将会带来全球制造业的“第四次工业革命”。越来越多的新闻和媒体认为，3D打印产业将会是具有强大的竞争能力的新型产业。
13D打印技术的简要介绍
3D打印是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。其生产过程主要是通过电脑软件的3D建模或者是扫描出零件的3D图片，设计出立体的加工样式，然后通过3D打印设备，用树脂、金属粉、塑料粉、尼龙粉等固体材料逐层“打印”出产品。
3D打印技术是“增材”制造的主要实现形式。不同于传统的“去除型”制造。3D打印技术运用的是“加法”而不是减法，通过对产品的逐层扫描，然后分成无数个厚度极小的截面，一层一层的堆叠起来，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过这样的叠加材料的方法，能制造出内部结构相当复杂的产品。运用这种生产方式，能够大大的简化产品的制造过程，极大程度的缩短产品的制造周期，并能有效的提高生产效率降低生产成本。
23D打印技术的行业应用
（1）航空航天：航空航天是3D打印技术应用最为广泛的一个行业，众所周知，航天航空所需的产品往往具有形状复杂、批量小、零件规格差异大、可靠性要求高等特点，产品的生产是一个复杂而且精密的过程，通常需要反复的设计、测试和改进。如果用传统制造业来完成的话，不仅耗资巨大，而且周期长。这些恰巧都是3D打印技术的特点，精密、成本低、生产周期短。因此，3D打印技术在航空航天领域将会有相当巨大的应用前景。
（2）生物医疗：人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等。
（3）建筑设计：在建筑业里，工程师和设计师能够使用3D打印设备制造建筑模型，这样快速、成本低、环保，同时制作精美，能够完全的符合设计者的要求，同时也能节省大量的材料。
（4）配件、饰品：这是离我们最近的一个行业，你可以让顾客设计自己想要的产品的样式、颜色、细节并“打印”出来，耗时少成本低，在这个崇尚个性的时代，DIY更能满足顾客们的要求。
3D打印技术还能应用在科学研究，产品原型，文物保护，食品产业，服装设计等等领域。几乎任何你能看到的东西都能用3D打印技术打印出来。如果任何现实手法难以实现的另类造型都可以被3D打印机“制造”出来，你的想象力是否被再次挑战？
3对3D打印技术的思考及对策
古语有云：“知己知彼，百战不殆”诚然，3D打印技术已成世界技术革新之潮流，不可逆转，3D打印产业发展是推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变的重大机遇之一。如果我们不能占据在以3D打印制造技术的制高点，我国与发达国家的差距将进一步的拉大，特别是如今现有的传统制造产业和生产模式将很快被3D打印技术产业取代。因此，我提出以下几点建议：
我国作为全球制造业大国，把3D打印技术作为传统制造业升级转型的重头戏，国家把3D打印产业放在产业领军者的地位。所以我国应该加快国家3D打印产业的顶层设计和统筹规划。加快研究和出台国家3D打印产业的发展规划，并在我国工业转型升级、发展智能制造业的相关规划中对涉及3D打印产业给予政策衔接。
其次，政府应该制定符合我国国情的3D打印中长期发展战略，让从事3D打印产业的民营企业有充分的自主发展空间；发挥财税杠杆力度，针对已有3D打印重点企业在降低制造成本、提高制造效率低和制造精度等方面给予研发补贴和税费优惠。加快3D打印技术的推广应用，加强与发达国家的技术合作，加强产学研的沟通和交流，尽快将商用3D打印机推向市场。
再次，将3D打印技术作为国防科技和重工业以及占有重要经济地位的产业的重要支撑发展技术之一。国家应重点选择在航空航天、汽车模具等领域进行3D打印技术的推广应用，加快推进产业化；将3D打印技术定位为生产业、工业设计、先进制造及制造业信息化工程的关键技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。
最后，对于材料为王的3D打印产业来说，中国抢占该领域的经济科技最高点首选就是要从打印材料实现突破，而国家支持部分3D打印研发机构和重点企业全球招聘材料科学领域领军人才和团队是关键所在。
4总结
综上所述，我们应当充分认识3D打印技术引起社会形态变迁的可能性和巨大潜力。近几年3D打印技术发展势头迅猛，国外对该技术在各个行业的应用研究的投资力度也空前增大，我国应该高瞻远瞩，及时把握好时代的节奏，积极有效的应对好3D打印技术，使之为实现中国梦和中华民族的伟大复兴而服务。
参考文献
[1]王莹雪.3D打印技术与产业的发展[J].中国高新技术企业，2012，（08）.
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
制造业
在3D打印发展之初，其应用仅局限在原型制作或工艺品打印。随着3D打印技术的日趋成熟，在汽车、航空、医疗、教育、电子消费品等领域有了更为广泛的应用。其中3D打印在航空和汽车领域的发展已经比较成熟，而生物医疗则成为了最近3D打印研究的热门领域。
汽车行业
汽车制造商可以算作是增材制造技术的最早使用者之一，过去几十年汽车制造商多将3D打印技术应用于小批量原型制造。最近几年，各大汽车制造商开始加大3D打印技术使用步伐，向更高价值的应用转变，3D打印在汽车行业的应用正在从用于最终检查和设计验证的相对简单的概念模型，演进到用于测试车辆、发动机和平台的功能性部件。目前，汽车行业是3D打印的原型零部件的主要生产者，每年汽车行业将生产超过10万件原型零部件和添加制造的模具。
航空航天
3D打印技术特别是金属直接快速成形工艺成为航空航天领域的应用热点，其优势体现在生产周期短、生产成本低、减重（轻量化）等方面。
由于航空航天设备所需要的零部件往往都是一些需要单件定制的小部件，如果运用传统工艺制作势必会存在制作周期过长、成本过高的问题。3D打印工艺制造速度快，成型后的近形件仅需少量后续机加工，可以显著缩短零部件的生产周期，满足对航空航天产品的快速响应要求。3D打印加工过程的材料利用率很高，成形过程无需专用模具、工具和夹具，可以节省制造航空航天装备零部件所需的昂贵原材料，显著降低制造成本。
金属零件直接成形时的快速凝固特征可提高零件的机械性能和耐腐蚀性，与传统制造工艺相比，成形零件可在不损失塑性的情况下使强度得到较大提高。如由激光快速成型技术打造的一次成型钛合金的承力能力比普通锻造、焊接强上近30%。
同时，3D打印拥有良好的设计灵活性和加工柔性。3D打印工艺能够实现单一零件中材料成分的实时连续变化，使零件的不同部位具有不同成分和性能，是制造异质材料（如功能梯度材料、复合材料等）的最佳工艺。航空航天装备的零部件由于工作环境的特殊性通常对材料的性能和成分有着严格甚至苛刻的要求，大量试用各种高性能的难加工材料，而3D打印技术可以方便地采用高熔点、高硬度的高温合金、钛合金等难加工材料。
医疗行业
目前医疗行业3D打印技术的应用主要有以下几方面：一是无需留在体内的医疗器械，包括医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、助听器、手术导板等;二是个性化永久植入物，使用钛合金、钴铬钼合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料3D打印骨骼、软骨、关节、牙齿等产品，通过手术植入人体;三是3D生物打印，即使用含细胞和生长因子的“生物墨水”，结合其他材料层层打印出产品，经体外和体内培育，形成有生理功能的组织结构。
体外医学模型
3D打印模拟器官可以用来检测药物效果，一方面有利于缩短临床药物研发周期，另一方面可以避免潜在的人体试验损害，极大地节省新药的研发费用。构建3D 模型在手术设计、操作演练等方面具有广阔的应用前景和极高的应用价值。器官或组织的3D 医疗模型，能够将器官或组织内部构造的细节逼真地显示出来，使得医学知识变得更加直观明了。这种技术已在整复外科、口腔科、眼科等领域中的颅骨修复、下颌骨修复正形等方面发挥了积极作用。
3D打印通过复杂建模可造福外科手术。医生在手术前可以在患者体外再现体内实际模型，可以通过反复利用模型进行实验分析，从而减少在真实手术中的效率和风险。例如，北京阜外医院主要将这一技术应用在心血管介入手术方面，与比利时的3D 打印服务商Materialise 合作，在手术前提前模拟打印出心脏模型进行精准化训练，从而大大提升手术的成功率。这种方法对于先天心脏缺陷的婴儿好处明显，因为婴儿的器官相对弱小，手术就必须有更充分的准备，也必须非常精细。
定制化医疗器械/组织工程
3D打印技术在助听器、假肢制造、康复辅具、骨科手术个性化导板、人工关节、人工外耳和个性化种植牙等方面已得到了广泛应用。运用3D 打印技术设计和制作的助听器可满足个性化需求。利用3D 打印技术制造出的假肢也更加符合人体工学。应用金属打印制作的多孔钛结构，生物学表现特性更加合理，具有轻量化，更加符合人体工程学，从而克服了传统制造工艺的限制。
传统牙齿修复过程相对复杂，难以保证精度，返修率高、制作周期长。将3D打印技术运用到义齿修复中已经成为牙科领域广泛应用的技术，降低了义齿修复成本，缩短了制作周期。此外，3D 打印在骨科的应用可实现低成本假肢打印。
人工器官和组织
3D 打印技术不仅能够打印医疗模型、医疗器械，还可以根据患者需要打印出相应的器官。
3D生物打印使用含细胞和生长因子的“生物墨水”，结合其他医疗材料层层打印出产品，经体外和体内培育，形成有生长能力功能的组织结构。这项技术的推广与使用有望解决全球面临的移植组织或器官不足的难题。
美国圣迭戈Organovo将细胞用作“生物墨汁”，通过3D打印程序制成活性人体组织片，已成功打印出心肌组织、动脉血管等。爱丁堡赫瑞瓦特大学开发了一种基于瓣膜的双喷嘴打印机，配有两个“墨盒”，一个装着浸在细胞培养基中的人体胚胎干细胞，另一个只有培养基。使用这一打印机可打印用于组织再生的首例人体胚胎干细胞以及其他活细胞的打印。所研发的3D 打印机通过控制实现精确打印速度和墨水流量。
药剂
3D打印可制造靶向药物运输超微机器人。在人体内精准运输药物的机器人可以用来提升太近微创手术、靶向用药、远程感应和单细胞操控技术的效果和水平。
通过3D 打印技术实现的微型机器人被设计成“鞭毛”的类似物，这样可以更好地被数字化操控，从而灵活地将药物送达到人体各部。FDA 批准了美国Aprecia制药公司首款采用3D打印技术制备的“左乙拉西坦速溶片”上市。这种药采用Aprecia公司的ZipDose3D打印技术生产，内部呈现多空状，内表面及高，可在短时间内被很少的水融化，用分层打印制备药物制剂取代传统的压片技术，使得含水流体将多层粉状药剂结合在一起。
主要企业
3D 打印的核心专利大多被设备厂商掌握，因此在整个产业链中设备厂商占据主导地位。随着专利陆续到期，设备厂商的地位必然会受到冲击。近年来，3D 打印行业整合加剧，其中以3D Systems 和Stratasys 的整合路径最具代表性。3DSystems 采取上下游并购路径，并购对象包括服务商、软件公司、材料和设备厂商。Stratasys 的整合路径以横向整合为主，如与Objet 的合并和收购MakerBot。通过一系列的整合，设备企业转变为综合方案提供商，加强了对产业链的整体掌控能力。
全球3D 打印两大巨头3D Systems 和Stratasys 生产了全球半数以上的打印机，并在近几年通过兼并收购其他3D 打印企业不断扩大规模。另外，一些企业（如EOS、Envisiontec 等）在各自擅长的领域也有突出表现。除了这些企业，市场上还有许多提供3D 打印服务的中小型企业。
3D Systems
3D Systems公司由3D 打印技术的发明者查尔斯・赫尔成立于1986年，位于美国南卡罗来纳州罗克希尔，以立体光固化成型技术（SLA）起家。在此后的二十几年中依靠基础专利的优势，通过并购形成了覆盖打印材料、打印设备和打印服务领域的全产业模式。
近年来3D Systems已经逐渐摆脱了业绩亏损的状况，进入了盈利增长时期。自2009年以来，公司营业收入均保持20%以上的增速，2014 年，公司营业收入达到6.54 亿美元，净利润达到0.18 亿美元。目前在全球范围内拥有近900 名员工。
在外延并购方面，3D Systems动作频频。在过去的四年中，3D Systems公司已经收购了超过45家公司，总金额达到5.2亿美元。2014年，公司通过收购Cimatron、Simbionix、LayerWise、Laser Reproductins 等公司开始进军仿真、航空航天以及医疗等领域。2015 年3D Systems 收购了无锡易维，加紧了其在中国3D 打印市场的布局。另外，通过收购Bits from Bytes（一家普及型打印设备提供商），3D Systems也成为消费者使用的个人系统的领先供应商，其产品广泛应用于教育等领域。
3D Systems 是全球领先的3D 打印解决方案提供商。3D Systems 提供不同种类的产品。个人产品如Cube、BfB、RapMan 系列，入门级专业打印机V-Flash，专业打印机Projet 和Zprinter，以及基于SLA、SLS、SLM 技术的工业用打印机等。其技术优势包括概念建模、快速原型设计及制造等。3D Systems 提供7 种3D 打印解决方案，包括光固化快速成形和激光烧结、聚合物成型以及用于个人打印机技术FDM等。公司在3D 打印领域拥有超过1100 项专利，材料包括塑料、蜡、尼龙、金属等100 多种材料。
3D Systems产品和服务的一个重要发展是其“创作工具”。3D Systems 率先引入了基于网络和基于软件的工具来简化3D 产品的创造。通过对Vidar 的收购，3D Systems 成为创建三维数字化医学影像的领导者。同样的，通过对My Robot Nation 的收购，公司迅速打入消费产品领域。
3D Systems经营两个按需生产零件服务：ProParts 和Quickparts。在按需打印方面，3D Systems 提供Quickparts 和ProParts 服务。3D Proparts 是一家提供快速成型制造和服务的企业，其服务包括定制支持和项目管理等，于2009 年被3D Systems 收购。QuickParts于2011年2月被3D Systems收购，是一个小批量的生产商。
Stratasys
Stratasys由Scott Crump于1989年在美国明尼苏达州成立，并于1994年在纳斯达克上市。Stratasys专注于熔融沉积成型（FDM）技术的研究及开发，并成功打造出Dimension、uPrint 和Fortus 三个品牌。其中，Dimension凭借高性价比，成为全球最畅销的3D打印机系列之一。与3D Systems 相同，Stratasys的营业收入也在近年来保持快速增长，2014年公司营业收入达到7.5亿美元。
Stratasys 在近4 年来的并购浪潮中同样大动作频出，如以14 亿美元收购以色列3D 打印系统提供商Object 公司;以4 亿美元收购桌面级3D 打印设备生产商MakerBot;1 亿美元收购CAD 设计师社区Grabcad。随着各类企业的并购，Stratasys的3D打印领域全产业链在不断完善。
Stratasys主要经营3D打印设备和打印材料，这两项合计占其收入的85%。公司的3D打印设备包括理念系列、设计系列和生产系列三个级别，同时公司还制造专门用于牙科的3D 打印机。在打印材料领域，现在能够生产超过130种的打印材料，其中包括100种的光聚物和10多种的热塑性塑料打印材料。
ExOne
Exone也是3D打印全产业链企业，成立于2012年，使用麻省理工学院提供的粉末喷墨三维打印（Inkjet3DP）。主要提供两种打印机，分别使用沙子和金属材料，可以完成较大尺寸产品的制作。该公司的3D 印刷机器能够制造压铸模具和特种石英砂、陶瓷的铸造产品。
Exone 公司共有两个系列的产品，分别是S 系列和M 系列。S 系列的产品主要用于工业生产，生产浇铸所用的铸型，代表性的产品有S Max、S Print。M 系列的3D 打印机主要用于直接打印可以使用的零件或是终端产品，代表性产品为M Flex 和M Lab。前三者都是工业用打印机，M Lab 是科研人员专用的打印机，属于专业用途。
Exone 主要的客户集中在航天、汽车、重型设备、能源等行业。该公司还提供耗材和零件、服务、培训和技术支持，通过位于美国、德国、日本的生产服务中心（PSCs）来对其客户进行生产前合作与定制服务。
RepRap
RepRap 是一种三维打印机原型机，它具有一定程度的自我复制能力，能够打印出大部分其自身的（塑料）组件。RepRap 是（replicating rapid prototyper）的缩写。
这种原型机从软件到硬件各种资料都是免费和开源的，都在自由软件协议GNU 通用公共许可证GPL 之下。
至目前为止，RepRap 项目已经了四个版本的3D 立体打印机：2007 年3 月“达尔文”（Darwin），2009 年10 月“孟德尔”（Mendel），2010 年“Prusa Mendel”和“赫胥黎”（Huxley）。开发者采用了著名生物学家们的名字来命名，是因为“RepRap 就是复制和进化”。
由于机器具有自我复制能力，能廉价地传播RepRap 给个人和社区，使他们能够创建或下载来自互联网的复杂的产品，而不需要昂贵的工业设施。
Arcam
瑞典Arcam公司成立于1997年，在斯德哥尔摩证券交易所上市，公司是唯一使用电子光束溶解法（EBM）技术的增量制造公司，2003年3月第一台EBM S12机器上市，随后推出基于EBM技术的改进机型。
Arcam为市场提供EBM 的完整生产链，包括打印机、系统服务和金属粉末销售。Arcam还与美国DiSanto 技术公司合作，致力于骨科植入物（Orthopedic Implants）市场。OI 产业可分为三部分：重构、外伤手术和脊柱手术。
目前，Arcam上市的打印机有Arcam A2X、Arcam Q10、Arcam Q20，Arcam A2X主要应用于航空航天领域，应用材料是钛和铝化钛;Arcam Q10 则是针对于OI 市场，而Arcam Q20 则是在前者基础上，加大制造空间以适应在航空航天上的应用，二者均具备有电子枪、e LayerQamTM 系统。
其他
关键词：云计算；医学教育；3D打印；STL；WebGL；模型管理系统
中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2017）01-0034-02近年来，3D打印技术获得迅速发展，受到科学界的广泛关注，美国科学家将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”之一[1]，一部分科学家甚至宣称3D打印技术将带来“第三次工业革命”[2]。目前3D打印技术在各个领域的应用越来越广泛，在医学领域更是如此， 3D打印技术正应用于打印医学模型、打印人工骨骼、打印生物器官、打印牙齿、打印可控释放药物、整形美容等方面 [3]。与此同时，基于互联网服务的增加、使用和交付模式的拥有强大的计算能力的云计算技术也给3D打印技术的发展注入了新的活力。云计算在网格计算的基础上发展而来，是先进计算机技术和网络技术发展融合的计算模型，具有超强运算能力和海量数据存储能力。建立基于云计算的医学教育3D打印模型管理系统，既可以为医学教育提供教学用3D模型展示和学习的空间，也可以为相关从业人员提供技术交流、STL文件存储和的平台，能够为医学相关专业的教育提供良好的技术支持，也能够满足相关教师和科研人员的部分科研需求。
一、3D打印模型管理系统云环境构建
相对于传统服务器，云服务器具有更好的稳定性，数据可靠性更高；具备更强的弹性，可自由配置硬件资源；更高的安全性，云服务商会提供全面防护；更低的成本，无需专门运维人员；更佳的易用性，云服务商提供了多种操作系统和应用软件。因此很容易构建适用于医学教育领域3D打印模型管理系统的云环境。
本文以百度云服务器BCC（Baidu Cloud Compute）为例说明3D打印模型管理系统的云环境构建过程。登录百度开放云官网购买百度弹性云服务，这是一种处理能力可弹性伸缩的计算服务器，购买时要根据实际需求指定CPU、内存、公网带宽、镜像类型、操作系统、CDS磁盘、临时数据盘的规格。BCC提供两种计费方式，包年包月方式：可选1-12个月的包月服务或1到3年的包年服务，采用预付费方式；按需计费方式：根据实际使用量，按分钟计时计费并扣费，需提前向账户充值。接下来创建BBC实例，在官网云服务器BCC实例列表界面设置BBC实例名称、ID、区域、配置信息等内容，其中临时数据盘和CDS云磁盘可根据需求x择。确认所有配置并成功付款后，系统将在后台进行云服务器的创建。点击“管理控制台”即可进入“实例列表”界面管理和查看创建好的云服务器实例。
二、医学教育3D打印模型管理系统需求分析
1.功能需求分析
医学教育3D打印模型应提供后台管理功能，管理员通过登录后台对系统进行管理，包括管理模型管理、用户管理、供求区管理和留言管理等；系统同时提供前台功能，所有用户均可通过浏览器访问前台页面，注册用户登录系统后可上传3D打印模型文件或在供求区回复主题；3D化外观展示功能，认证教师、注册学生和科研人员可通过登录系统平台直接观看3D模型全方位细节展示。
2.性能需求分析
因为主要面向非计算机专业的医学教师和医学生提供服务，系统应提供良好的用户易用性和系统安全性。其中易用性体现在用户对系统的熟悉速度和使用感受上，前者由前台设计保障，后者由云服务器的处理性能提供；系统安全性体现在环境安全和数据安全方面，其中百度云服务器BCC提供的云安全BSS（Baidu Security Service）和云监控BCM（Baidu Cloud Monitor）可以提供DDoS防护、云服务器防护、Web漏洞监测等服务保障环境安全，云服务器提供的快照功能和系统的数据库备份功能则可以保障数据安全。
3.技术可行性分析
医学教育3D打印模型管理系统需采用的主要技术有HTML5技术、WebGL技术、Ajax技术等，其中HTML5、Ajax技术已经非常成熟[4]，WebGL技术是功能强大且完全免费的Web3D技术[5]，由OpenGL和JavaScript结合产生，能在很多不同的设备上运行，比如个人电脑、平板电脑和智能手机等，这些技术的运用保证了系统的稳定性和扩展性。
三、医学教育3D打印模型管理系统设计
为了应对不同宽度的显示器和手持终端，系统前端设计采用自适应网页设计模式（Responsive Web Design），这也可以保障后期手机APP开发的方便性；系统后台设置独立的管理员登陆接口，管理员设置多个帐号多种权限，每个管理员设置独立帐号和密码；数据库设计考虑到系统涉及大量数据模型，采用开源的MySQL数据库系统，遵循GNU通用公共许可证下各种专有协议。其中系统前端结构如图1所示，前端分为5个子模块，包括“首页、模型库、供求区、实物展示、注册&登录”。
其中――
首页：提供各种页面下的返回首页功能。
模型库：提供解剖类、组胚类和其他STL模型3D效果展示功能。
供求区：供认证教师、注册学生和科研人员和查看STL模型需求和转让信息，认证教师、注册学生和科研人员还可在需求和转让信息下方回复消息和添加评论。
实物展示：管理员、认证教师、注册学生和科研人员可以在该模块下3D打印好的实物文字、图片、视频等信息。
注册&登陆：提供教师、学生和其他用户注册功能，已注册用户可以在此登陆系统。
医学教育领域3D打印模型管理系统中应用的关键技术WebGL是javascript与openGL ES2.0结合的产物，它提供了底层的绘制和计算函数，通过experimental-webgl来利用底层显卡加速图形绘制，这些绘制信息会被传递给GPU进行处理，从而得到最终的绘制结果。系统中应用WebGL绘制的效果如图2所示。
四、总结与展望
本文研究的基于云计算环境的医学教育领域的3D打印模型管理系统，在系统中应用了WebGL技术，系统的3D打印模型资源库为教师、学生和科研人员提供了全方位观看并控制3D打印模型姿态的功能，能够更好的展示3D打印模型的全部细节，并提供了上传和下载STL模型文件功能，为医学教育教学和相关领域科研提供了一个功能强大的平台，能够有效地促进行业交流与医学教育科研领域中3D打印技术的研究和应用。
参考文献：
[1]黄健，姜山.3D打印技术将掀起“第三次工业革命”[J].新材料产业，2013（1）：62-67.
[2]邓启文，陈强，郭继周等.3D打印技术对武器装备发展的影响[J].国防科技，2014（8）：63-66.
[3]姜杰，茱莉娅，杨建飞，等.3D打印技术在医学领域的应用与展望[J].机械设计与制造工程，2014（11）：5-9.
这个项目是由澳大利亚蒙纳士大学和Amaero 工程公司合作开发研究的，至今已经两年有余。据悉，这个项目已经引起了包括空客、波音公司在内的世界大型航空巨头的注意，他们相信，未来飞机发展的趋势将会与3D 打印机密切相关。事实上，3D 打印喷气发动机技术也会给正在缓慢衰落的传统汽车制造业带来新的活力，新的制造产业即将诞生，既简化了生产工序，又带来了新的工作岗位，还重新激发了制造业的生机和活力。如果设想成功的话，这无疑是一场新的工业革命。
3D 打印技术出现在20 世纪90 年代，投入到航空领域也是很久之前就已经有过的事情了，早在2011 年8 月，南安普顿大学的工程师们就开发出了世界上第一架3D 打印的飞机。不过，澳大利亚科学家将3D 打印机技术引入到喷气发动机领域，在全世界范围内而言，还属于技术性难题。这项技术的难点在于，3D 打印机复制出来的飞机徒有其形，却不能飞行，而3D 打印喷气发动机技术将切实的考虑投入到日常生活中去。澳大利亚的工程师们已经确认，预计将在未来一年内对打印的引擎部件用行测试，并计划在两到三年之内将其用作商业用途。通过3D 打印，飞机零部件的制造时间可以从三个月降低到只要6 天。不过，澳大利亚出产的这台3D 打印的喷气发动机并不是像它们宣传的那样是世界首例。2014年8 月份，新西兰的工程师格里. 汉密尔顿就通过3D 打印机制造出一款能够正常产生推力的喷气发动机。这名工程师将制作的全部过程都做成了相关视频，在了网络上，引起了网民追捧的热潮。不过，令人遗憾的是，由于喷气发动机的制作涉及很高水平的工业制造，新西兰的工程师无法搜集起打印喷气发动机所需的全部原料，只能以普通的PLA 原料代替，所以他制作的发动机，虽然能够产生一定的动能，却不能真正的运用到现实生活中去。
对澳大利亚科研组来说，这也是目前3D 打印喷气发动机技术的最大难题。众所周知，3D 打印技术是以数字模型文件为基础，运用混合型粘合材料，通过逐层打印的方式来产生实物的。其中，粘合材料以怎样的比例来进行混合，是个最大的难题。科学家们要想制作出真正的能够运用于日常生活中的喷气发动机，必须通过大量的试验来进行论证。
关键词 3D打印 传统打印 3D模具
一、过程原理
每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。
二、3D打印过程
打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。
三、优势
1、制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。
2、产品多样化。不增加成本一台3D打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。
3、无须组装。3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装基础上。3D打印机通过分层制造可以不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。
4、零时间交付。3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。
5、设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。
6、减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。
7、材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多种材料3D打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。
四、应用状况
3D打印的应用领域也在随着技术进步而不断扩展。美国科学家已经研发出了能打印皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维“生物打印机”。人们还使用3D打印来制造雕塑并修复雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三维物体并打印出了实品。
近年来，我国也积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。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等研究方面，开展了积极的探索。其中，激光直接加工金属技术发展较快，基本满足特种零部件的机械性能要求。在传统的战斗机制造流程当中，飞机的3D模型设计好后，需要进行长期的投入来制造水压成型设备，而使用3D打印制造技术后，零件的成型速度、应用速度得以大幅度提高。
参考文献：
[1]许廷涛.3D打印技术――产品设计新思维[J].电脑与电信，2012（9）.
[2]王忠宏，李，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）.
购物车(0)