时间：2023-10-02 09:07:35
导语：在3d打印技术的撰写旅程中，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。
2012年，英国教育部选取 21所小学作为试点学校，让他们尝试在科学、技术、工程、数学和设计的课堂中教授和使用3d 打印技术。一旦试点成功，3D打印技术项目将推广至更多学校。目前，在我国教育领域，特别是基础教育阶段，3D 打印技术的应用还是一个崭新的领域。3D打印为学校开展STEAM教育提供了让创意灵活物化的技术支持，于是我们把3D打印技术引入学科教学中。不仅为学科教学增添了活力，更主要的是，学生在利用3D打印技术进行创作的过程中，激发了想象力，培养了创新能力，提高了动手实践能力。
3D打印技术进入课堂的实践意义
我国科学技术与国际先进水平尚有差距的一个主要原因是“创新不够”。而STEAM教育旨在培养具有科学素养、技术素养、艺术素养、工程学素养、数学素养的综合型人才。3D打印技术的出现为学校推行STEAM教育注入了一针强心剂。3D打印技术作为开展STEAM教育的辅助工具，渗透到学科教学中，使枯燥乏味的课堂更生动有趣，大大提高了学生的活动参与度；使学习内容也不再单一、刻板，呈现出了更多的姿态。
经过一年多的实践研究，笔者发现3D打印技术在教学活动中具备以下优势。
1. 有利于提高可视化教具的使用效果
在原来的教学环境中，教师大多使用语言或者图片来描述教学内容。当遇到复杂的事物时，学生的思维空间就会受到很大的影响。3D 打印技术可以在理论和现实之间架起桥梁，将教具进行3D打印并在课堂上展示。学生通过观察、触摸获得“观察的经验”，对教学内容有了更加直观的认识。通过这种方式教学效果显然要比原来更好。例如，苏教版小学五年级《黄山奇松》一课的教学，如果学生只通过图片或视频来了解黄山奇松的奇，学生感受并不深刻。我们用3D 打印机打印出各种奇松的模型，学生就可以很直观地观察、欣赏奇松。
2. 有利于呈现新颖的教学内容
STEAM 教育常常涉及语文、数学、美术、科学等多学科内容的整合，而 3D 打印为这些知识的整合提供了机会。STEAM 教育有别于传统教育体系中学科界限分明的做法，着重于培养具备综合能力的工程师精神。3D打印技术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。
3. 有利于营造更愉快的学习体验
我们利用3D 打印技术，最主要的是能够帮助学生将虚拟快速变成可触摸的实物模型。独特的实物模型给学生提供了切身感受，使他们从另一个角度对事物增进了解，帮助他们愉快地记忆，避免遗忘。此外，还能激发学生的灵感，给予他们更多的想象空间。学生通过自身的经验对模型进行二次设计，这将使他们更愿意投入到自己设计、自己生产作品的过程中，从中获取对学习的满足感。
4. 有利于培养学生解决问题的能力
解决问题是培养学生应用能力的重要途径，而3D打印技术用一种非常有意义的设计理念去支持问题的发现、分析与解决。设计3D作品时，首先要根据内心所想的物体进行系统规划，然后对各个部位进行分析，提出解决方案，再通过尝试绘制草图逐步去实现。在这一过程中，学生经历了提出问题、分析对象、尝试设计、反复修改、最终解决问题的过程。学生在创造的过程中始终处于提出问题、分析问题和解决问题的动态过程中。例如，我校六（5）班学生在整理笔盒时，发现测量工具有很多，于是就想制作一把多功能的尺。他将这个想法告诉数学老师后，老师觉得这个想法不错，就着手让大家分组设计自己的多功能尺。学生们经历了多次的讨论、分析、设计，最后成功地将多功能尺打印出来了。教师在其中扮演咨询者、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，培养了学生解决问题的能力，而且还培养了学生的合作精神和协作能力。
3D打印课程的教学实践
由我校教师主编的教材《一起玩3D打印》正式进入六年级的信息技术课堂。3D打印技术教学，让学生有了更多的思考、创造空间。通过不断地教学研讨，教师们也逐步摸索出了3D打印技术的教学方法，对各个学龄段学生的学情、学习能力有了了解，对哪些内容可以让学生自己探究、哪些内容需要教师搭建学习的支架、如何设计学习活动、如何在玩中渗透三维设计的思想，教师们做到了心中有数。学生通过一系列活动项目的创作，在不断尝试的过程中获取经验、掌握方法、提升能力。
下面就以“花盆很实用”为例分享教学实施的过程。
“路径跟随”是草图大师Sketchup 中绘制一些不规则的形状时用到的工具命令，比如绘制弯曲的圆柱体等。通过“花盆很实用”一课的学习，学生了解了“路径跟随”在三维设计中的作用。
1. 教学目标
（1）学会运用Sketchup设计软件构建出自己想象中的花盆的三维模型。
（2）了解花盆的结构，思考自己将会如何设计。
（3）培养学生细心观察身边事物的习惯，体验设计、创造的乐趣。
2. 教学过程
（1）导入。教师引导学生留心观察身边花盆的形状，提出自己想设计怎样的花盆。
（2）教师演示“路径跟随”工具的使用方法。
（3）讨论设计草图。学生相互讨论，并在纸上绘制草图。
（4）三维建模，创意设计。在教师的指导下，学生运用Sketchup设计软件设计花盆。
（5）展示交流，创意表达。作品展示交流，要求学生介绍自己的作品，同桌之间、同学之间也可以相互欣赏，评价。
（6）打印实物。选出比较好的作品进行打印，让学生体验3D打印的过程，了解3D打印机的操作方式。
3D打印课程进入课堂的思考
毋庸置疑，3D打印技术对学校的教学发展起到了积的促进作用。3D打印激发了学生的想象力，将学生的创意变为现实，这是一种重要的学习体验。3D打印激发了学生DIY的兴趣，使学习更加生动。3D打印为学习活动开辟了新的空间，学生可以从设计、制作、展示参与等多维度融入学习过程中。同时，在整个实践学习活动过程中，都需要学习者的实践操作，从设计到打印，都需要他们参与完成，有效地激发了学生实践的积极性，提高了学生的学习热情，增强了学生的动手能力、参与能力、设计能力和思维能力。这是推动创新精神和创造能力发展的重要环节，对创新型人才的培养具有积极意义。当然，不管多么先进的技术，进入课堂必须坚持以学生发展为中心，重视学生的主体地位。
1. 对教师的要求
在课堂中应用3D 打印技术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重要保证。这就需要教师既有使用设备的基本技能，更要有较高的创新意识和学习活动设计能力。因而，教师要从技术和教学设计等层面进行深层次的学习和提高。此外，教师的角色也需要转变，教师是学生学习的合作者、参与者和促进者。其教学重点除了传授知识经验，更要激励和鼓舞学生，让学生保有个性地愉快成长，享受学习。
2. 打破学科壁垒，整合学科资源
我们一直尝试沟通学科之间联系，进行各学科之间的整合。3D打印技术的出现打破了学科之间的壁垒，如何更好地进行资源整合？我们可以和不同学科的教师一起备课，比如数学、科学、信息技术，打破教学活动中以本学科知识为主的现状，结合各个学科相关的知识，通过3D打印技术进行有效的整合。
【关键词】CAID；3D打印；计算机辅助设计；工业设计
引言
工业设计是在伴随着工业的发展而发展起来的一个行业，迄今为止工业设计已经有了一百多年的发展历史。在工业发展的过程当中，人们对工业产品的需求不断提高，从而促使生产厂家必须要提高产品的外观、构造以及形态，从而促进了工业设计的诞生。工业设计最初的内容就是对单个产品的开发设计，现如今工业设计已经逐渐成为了整体性的服务与产品生命周期当中的系统设计，其内容被不断的丰富与完善，这种设计方式的转变也对人们的日常生活产生了较大的影响。我国的工业设计起步相对较晚，在上个世纪80年代，我国的工业设计才逐渐开始走进人们的生活当中，同时当时的工业设计水平相对较低，工业设计受到艺术设计的影响也相对较大，设计的内容主要是产品的外观方面[1]。随着改革开放的不断深入，我国的经济持续高速发展，到上个世纪90年代左右，经济的发展推动了我国制造业的发展，在这样的背景下，我国的工业产品制造技术不断趋于完善，同时工业产品的生产在社会当中也火热开展起来，同时在这个时期以计算机为代表的信息技术开始走向成熟，因此利用计算机进行工业设计就开始在工业设计领域当中出现，从而出现了计算机辅助工业设计，即CAID，在CAID技术开始在工业设计领域当中广泛运用的同时，3D打印技术也出现了，但是3D打印技术在很长的一段时间内都处于停滞不前的状态当中，直到2010年左右，3D打印技术才取得了突破性的进展，3D打印技术才被运用在实际生产当中，尤其是在工业设计领域当中具有非常广泛的运用，许多设计师通过3D打印技术进行产品的设计，有效的缩短了产品研发的周期，省去了设计过程当中的模型制造与审核的环节，极大的推动了工业设计的发展[2]。
一、CAID简介
计算机辅助工业设计是从计算C辅助设计发展而来的一个新的概念，随着计算机技术的不断发展，许多配套的设计软件也逐渐成熟起来，如CAD与有限元软件等开始出现，从而允许计算机被使用在设计领域当中。而CAID就是计算机辅助设计的英文缩写。从CAID的本质上进行分析，CAID技术是在工业设计与计算机技术的支撑下系统形成的一种全新的技术，是与传统的工业设计存在着极大的差别的设计方法，与传统的工业设计方法相比，CAID在设计方法、 设计过程、 设计质量和设计效率方面都发生了颠覆性的改变，从而为工业设计的发展提供了重要的动力。CAID技术是一种包含了多种不同属性的计算机技术，如虚拟显示技术、模糊技术、人工智能技术、多媒体等，同时不同的技术之间也存在着一定的交叉，由此可见CAID技术是一种综合性的技术[3]。
在工业产品的开发过程当中，往往需要经过多个环节才能使得最终的产品得以实现，首先需要对市场进行必要的调查，了解用户对产品的实际需求，并设定产品的市场定位，再绘制草图与效果图，之后还需要制造出数据模型与实物模型，最终才能进行产品的批量生产。在这个过程当中产品的可视化过程是非常关键的一个部分，只有做好这部分工作才能在产品量产之前对其中所存在的不足支出与错误进行改进，从而促进了产品的完善，在进行可视化工作的过程当中，往往需要CAID技术的支撑，例如在进行产品效果图绘制的过程当中，我们可以利用PS、Coreldraw等计算机辅助设计软件进行二维效果图的绘制，利用3DMax等软件进行三维模型的设计。而在数据模型阶段，CAID也具有非常广泛的运用，例如可以使用一些工程类的软件进行工程模型的制作，如SolidWorks与CATIA。从而为后期的产品生产做出充分的准备。在进行产品设计的整个过程当中使用CAID技术进行设计相比于传统的使用手工效果图与模型制作的方式极大的提高了涉及的效率，同时也使得设计的精确性得以有效的提升。当前阶段在工业设计领域当中使用CAID技术进行工业设计的相关软件已经非常的丰富，尤其是在计算机硬件不断升级的基础上各种软件的性能也得到了极大的提升，并不断的朝着智能化与集中化的方向发展。因此，在未来计算机会完美呈现设计者的设计构想， 不用去花费太多的精力和时间去学习各种软件建模、 渲染技术。这样是技术对设计师的一种解放， 让设计师可以把更多的精力集中到设计创造阶段[4]。
CAID在工业设计当中的应用也不仅仅局限于设计表现方面的运用，我们可以将CAID技术推向工业设计的全过程，例如，在进行工业产品的前期调研过程当中，我们可以利用计算机对相关的调研数据进行充分的分析与论证，从而提高产品市场定位的精确性，在最近几年发展起来的大数据技术就可以充分的使用在该领域当中。还有设计过程中对产品的人机工程学分析， 只要有了数据模型， 我们可以通过计算机辅助设计技术， 用人体数据库对设计进行检验， 提出更合理的人因工程分析数据， 帮助设计师改进设计。这些都是计算机辅助设计技术应该发挥作用的方面[5]。
二、3D打印技术与工业设计
3D打印技术是在上个世纪90年代才出现的一种全新的制造技术，3D打印技术需要以存储在计算机当中的模型数据为基本依据，利用塑料或者粉末状的材料通过逐层打印的方式来将实际的物体制造出来。3D打印技术在问世之后，广受设计人员的欢迎，被广泛的使用在设计模型的制造方面，但是随着3D打印技术的不断发展，3D打印的应用已经不再仅仅局限在设计领域当中，在实际生产当中也具有非常广泛的运用，一些工业零部件已经开始采用3D打印的技术开始生产[6]。
但是总体来说3D打印技术在工业设计领域的应用相对来说还是较多的，在传统的工业设计当中，在O计的最后阶段都需要制作一个模型，用来测试和检验设计的可行性和合理性。一般来说一个模型的制作周期大约为1周左右，模型的成本相对来说也较大，同时通过手工制作的模型在精度方面还存在着较大的问题，如果还需要进行开模的话，模型的价格则会更高，但是如果采用3D打印技术进行模型的制作，只需要通过一台3D打印机与制作材料在几个小时之内就可以将模型制作出来，同时模型的精度还非常高，这就可以使得产品开发的过程被极大的缩短了，同时也可以有效的降低制作成本。当前阶段3D打印机的制造技术已经非常成熟，其成本相对来说也较低，许多企业都会为设计工作配置3D打印机，甚至还有部分企业推出了家用的3D打印机[7]。
3D打印技术的出现对制造业与工业设计带来了革命性的变化，当前阶段3D打印在工业设计与制造方面的应用已经在很大程度上改变了人们的日常生活，例如可以通过3D打印技术进行房子的制造，可以使得一些生活在极端环境下人群的居住环境得以有效的改善，通过3D打印技术还可以进行人体器官的打印，从而避免了大量的器官移植需求得不到满足的现状。
三、CAID与3D打印技术在工业设计方面的结合
CAID技术与3D打印技术本来就是两种相辅相成的技术，3D打印技术必须要以一定的数据模型作为打印的基本依据，而3D打印技术则将虚拟的工业设计转变成了实际的模型，因此，如果实现CAID与3D打印技术在工业设计方面的有效结合，则可以推动工业设计产业的整体发展，同时也会使得这两种技术的实际运用得到一定的推广[8]。
在下文当中，笔者将通过一个自己实际操作的案例分析CAID与3D打印技术在工业设计方面的实际运用。在该案例当中，需要进行一个吉祥物的设计，设计的原稿是由他人进行设计的，因此，在此仅仅讨论数据模型的制作过程与3D打印的实际过程。下图一为通过CAID技术所制作出来的二维效果图，这两个吉祥物分别被明明为花花与桃桃，其人物造型是以花与桃子为原型的，三维模型制作阶段应用了 McNeel公司开发的Rhinoceros 软件和多边形建模插件 T-spline。借助于 T-spline 的自由多边形建模功能， 在数据模型的建构过程当中，首先需要构建花花与桃桃的身体部位，再通过多边形转 NURBS曲面的命令， 转成 Rhinoceros软件中可用来编辑的 NURBS曲面[9]。在完成这些工作之后还需要对人物的身体方面的细节进行充分的修饰，最后才能完善数据模型的构建，数据模型的构成如下图二中所示。在完善数据模型的建构之后，需要将相关的模型数据保存为STL格式，并将相关的数据导出来，在导出数据之后，再将相关的数据信息导入到与3D打印机相连的计算机当中的打印软件。在该案例当中所使用的3D打印机是我国国产的3D打印机，打印机与打印软件如下图三中所示，通过定位、 打印尺寸等的设置后打印机便会执行指令， 开始逐层打印， 直到打印完毕。最后还需要对3D打印所得出的实际模型进行简单的人工处理，最后就可以得到模型。在该案例当中从最开始的数据模型的构建到最后的打印完成耗时一周不到，所得到的模型效果也相对较高[10]。
四、结语
在本文当中，笔者对CAID与3D打印进行了简略的介绍，并以此为基础分析了CAID与3D打印技术在工业设计领域当中的应用，最后通过实例对二者之间的结合进行了分析。我们可以发现，将CAID与3D打印技术结合在一起可以有效的提高工业设计的效率，在提高设计速度的同时，还能提高设计的质量，并有效降低设计成本，应该在实际的使用过程当中大力推广。
参考文献：
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关键词：3D打印技术；增材制造技术；原理；应用
中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0203-01
3D打印，即3 Dimensional printing，其特点是能通过计算机图形数据直接打印出任何复杂形状的零件，从而降低成本，减小开支，被美国《时代》周刊称为“美国十大增长最快的工业”。2012年，英国著名杂志《经济学人》在报告中指出，3D打印技术的出现对正在经历的第三次工业革命中制造业的发展，将会产生巨大的影响。
1 3D打印技术的原理
3D打印技术（3 Dimensional Printing），也被称为增材制造技术（material additive manufacturing），或者添加制造技术（additive manufacturing）。是快速成型技术的一种。它的定义为：它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可黏合的材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物体，而所谓的3D打印机其实与普通打印机工作原理相同，区别在于打印所使用的原料不同。普通打印机使用的打印材料是纸张和墨水，3D打印机使用的打印材料是粉末状金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在存在的物体。当打印机与电脑连后，通过电脑的控制，把打印材料一层层叠加在一起，将电脑设计的蓝图变成实物。
在以前，想要制作一件模型，需要先O计图纸，寻找材料慢慢制作而成。现代的3D打印技术，和过去传统的模型制作相比，不仅在制作时间上大大缩短，而且在制作的精密度上也远远超过传统制作技术。所以，在现代生活工作中，人们更加依赖于3D打印技术。
2 3D打印技术的应用
2.1 航空、汽车制造领域的应用
由于3D打印技术可以制作出规格小、精密度高、结构复杂、原材料昂贵的零件，因此在航空和汽车制造业中独占鳌头。3D打印技术在航空领域的应用主要体现在直接产品制作、外形检验、精密熔具铸造等方面。现如今，欧美大多数国家在航空制造业中，已经把3D打印技术列为关键技术之一。从开始运用3D打印技术至今，美国波音公司已经利用这一先进技术成功制作300多架飞机的零部件。美国佛吉尼亚大学的一名学生通过3D打印技术成功制造出一架模型飞机并且成功试飞，这架飞机所有的零部件都是通过3D技术打印出来，如果飞机任何部件出现破损，都可以通过3D技术打印出来进行替换。在汽车制造领域，3D打印技术应用在汽车零部件的制造中。全球首辆从表面到零部件全部都由3D打印机制造出来的汽车“Urbee”于今日问世，这一成果的展示无不极好的展示了3D打印技术的强大。
2.2 服饰、首饰设计、体育方面的应用
2011年，法国巴黎时装周上，一位荷兰设计师所设计的3D打印技术制作的时尚服饰展示在人们眼前，震惊了世人，它所制作出来的服饰完美的解决了布料衣服难以诠释的立体感，使得世界服装进入了一个新的时代。首饰设计方面，发达国家也出现了以14K金和纯银为原材料，运用3D打印技术制作出来的名贵首饰，3D打印技术的特殊立体感也是人类手工所达不到的。另外NIKE公司是第一个将3D打印技术运用在鞋子生产中的企业，它所制作出来的鞋子质量更为贴合运动员脚部，用这一技术做出的鞋子质量只有158.7g，相当于3个鸡蛋的重量，这在当时是绝无仅有的。
2.3 生物工程和医学的应用
随着3D打印技术的快速发展，这一技术的应用领域已经拓展到了生物医学方面。2009年，美国ganovo公司首次运用3D打印技术制造出人造血管。2010年，美国和澳大利亚合作，采用3D打印技术，以活体细胞为原材料，打印出人体组织和器官。美国梅约诊所运用3D打印技术为病人制作了一个3D打印的髋关节，使病人可以更好的适应植入物。在未来的发展中，随着3D打印技术的提升，将会制作出质量更好的3D骨骼，帮助外科医生对病人进行骨骼损伤的修复。3D打印技术同样适用于牙科病人，根据不同的人不同的牙齿形状，用3D技术打印出来的人类牙齿帮助牙科医生满足不同病人的需求。
3 结语
随着科学技术的逐步提升，3D打印技术也会发展的越来越好，在人们今后的生活中，会成为一项必不可缺的技术。比如在服务行业中，人们会利用3D打印技术制作出更符合个人需求，个人品味的各种各样的物品来满足不同人的要求，由此会产生出许多新兴的职业，创造出新的经济增长点，对满足个人生活需求，推动国家经济发展，起着至关重要的作用。特别是面对世界各地的客户群体，远程操控和远程制造，销售，对传统销售模式起到决定性的变化。3D打印技术，会是人类发展过程中，极其重要的组成部分之一。
参考文献
[1]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业.2012，（33）22：68-72.
[2]王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷，2012（9）：39-43.
(一)3D打印技术的涵义
3D打印技术是一种三维立体式打印，更加接近于客观事物，是一项新兴的技术，目前在国外已经得到一定程度的发展与应用，取得了一定的成果，被称为具有工业革命意义的创新制造技术。它的工作流程主要分两步:首先通过先进的计算机软件设计出理想的立体式产品模型，然后通过在3D打印机中添加液化﹑粉末化﹑丝化的原材料逐层打印出3D式样的产品。可以看出，3D打印技术的关键有两点:一是立体式模型的设计;二是原材料的制造与添加。
(二)3D打印技术与传统的数控制造的区别
3D打印技术的主要实现方式是“添加型”制造，这一点与传统的“去掉型”数控制造正好相反，这也显示出了其独特的优势或特点。传统的“去掉型”制造方式是以原材料为基础，通过切割﹑消磨和熔腐等方法，去除掉多余部分，得到各种所需要的零部件，再通过焊接和拼装的方式组合成最终产品。可见这样制造产品的程序相当繁杂，产品研制周期长，生产成本高且效率低，而3D打印技术的“添加型”制造通过在3D打印机中添加原材料就可以直接制造出或打印出任何形状的物体，使产品的制造程序大大简化，产品的研制周期间接显著缩短，促进了生产效率的提高和生产成本的大幅度下降，大力提高了产品的市场竞争力，因此可以显著提高经济效益。
二、3D打印技术的调查现状及分析
2013年7月份，我们对3D打印技术的现状进行了实地问卷调查，按照区域划分分为东南沿海，中部地区，西部地区，和东北三省，主要选取的具有代表性的15个一线城市上海，北京，西安，哈尔滨等进行了每个城市的1000份有效问卷的调查，对调查数据进行了系统分析、加工和整理得到如下现状:
(一)定性分析
我们主要对当前我国各个区域对3D打印技术的需求或认可度进行了定性分析，从图1中可以获悉:当前我国国内居民对3D打印技术的需求主要分布在东南沿海和中部地区，而西部地区和东北地区的需求比重明显过低，需求分布结构很不合理，导致这样现状的直接原因是地区经济发展水平不同，人们总体的收入水平和生产生活观念差异很大所致，这也显示出了当前我国区域经济发展很不平衡，贫富差距越来越大，这需要政府的高度重视，同时也为我国政府制定经济政策进行宏观调控提供了一些有效信息。
(二)定量分析
对3D打印技术产品需求影响最大的是产品的价格，其次是学历水平，最后是收入水平。上述信息也为我国工业企业，尤其是加工制造业的领导者或企业家和各级政府的经济政策制定者提供了一定的有用信息，当前应该重点关注的是产品的价格政策，而不是收入政策。
(三)消费者对3D打印技术产品的未来期望
通过我们对调查问卷的系统分析和总结主要得到了的消费者期望：当前我国消费者最关心的是3D打印技术产品的使用价值，当然消费者也最关心产品的价格，这些信息也为我们的科学技术研发者和生产企业提供了一个未来发展的期望或要求。
三﹑3D打印技术的经济优势分析
近十几年来，在计算机功能迅速提高﹑电脑设计软件的不断出新，新物质材料的不断发现与发明，自主创新能力的显著提高和互联网发展的推动下，3D打印技术被发明且发展迅速，在其发展过程中，其经济优势充分显示出来，这已在实践中得到证实，主要包括以下几个方面:
(一)在生产复杂产品或变换产品样式时不增加生产成本
在传统的“去掉型”制造方式下，如果所生产的产品越复杂越精细，会需要更多的生产时间、人力、财力和物力，使得制造难度就越高，导致生产成本越高，在同样的价格下会使企业的利润下降或降低其市场竞争力。然而，在利用3D打印技术方式下，以3D打印机为例，制造一个华丽精细复杂的产品与制造一个简单的方块所消耗的时间、技能或生产成本一样，只不过是一台3D打印机需要设计不同的模型和新的原材料罢了，这种不增加成本的优势将会改变传统的计算生产成本方式和定价模式。
(二)按需零时间交付式生产和产品设计空间无限
3D打印可以按照需求及时生产，有利于降低企业的实物库存，生产厂商可以按照客户的订单使用3D打印机及时制造出使客户的个性化需求得到最大限度的满足的立体式产品，有利于大幅度提高消费者的效用水平，这将改变传统的需要时间的商业模式，零时间交付生产能最大限度的降低长途运输成本，有利于实现人们按需就近生产的目标。此外，传统的制造产品形状上的能力由于受到使用工具的有限功能限制，只能生产出有限形状的产品，而3D打印机则打破了这种局限，开辟了巨大的设计空间，可以说3D打印技术可以制造出任何形状的产品，来满足人类欲望的无限需求，有利于解决供需矛盾。
(三)有利于实现绿色经济目标
在传统的生产方式下，人们是先生产所需的零部件，然后对这些零部件通过机械或人工进行组装来生产物品，而3D打印技术能使生产的物品的各部分一体化成型，无须组装，这就缩短了供应链，节省了劳动力资源和运输费用，供应链越短，环境污染也就越少，有利于实现绿色生产，此外3D打印技术还降低了废弃的副产品排放，据权威部门统计，传统的加工制造业中，约有90%的金属原材料被丢弃在工人车间里，而3D打印技术将金属制造业的浪费大大降低，而且随着3D打印技术水平的提高和打印材料的进步，“净成型”制造将成为未来更环保的加工生产方式，有利于实现人类梦想的绿色经济时代。资料来源:维基百科英文版文献资料。
四、3D打印技术对经济发展的作用
(一)3D打印技术有利于提供有效供给
近年来，随着科技的进步，人们收入水平的提高，对生活中物品质量的要求也越来越高，导致了现实中出现一种经济问题即一方面企业所生产的产品严重过剩;另一方面却是消费者买不到自己想要买的产品，使产品市场中出现了供求矛盾，表面上是供过于求，实际上是供不应求，造成了稀缺资源的严重浪费。3D打印技术的出现在一定程度上会缓解上述供求矛盾，因为3D打印技术是按照消费者的个性化需求来设计和制造产品的，可以有效提供消费者所偏好的独特商品，有利于实现产品市场供求平衡的理想状态，有利于实现稀缺资源的优化配置和充分利用。
(二)3D打印技术有利于培育新的经济增长点
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。
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目前，3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面：
产品设计领域
在新产品造型设计过程中的应用3D打印技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件)，这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。
建筑设计领域
建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。
机械制造领域
由于3D打印技术自身的特点，使得其在机械制造领域内，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于50件的小批量，一般均可用3D打印技术直接进行成型，成本低，周期短。
模具制造领域
例如玩具制作等传统的模具制造领域，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。
医学领域
在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。
文化艺术领域
在文化艺术领域的应用，3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。
航天技术领域
在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用3D打印技术，根据CAD模型，由3D打印设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。
家电领域
7月12日至18日举办的中国科协夏季科学展，特设了一个3D打印技术展区，向大家展示这项新兴科技。几台3D打印机可以“打印”出真实的3D物体，机器人、玩具、各种模型……想你所想，只管打印出来就行了。科学展上这个最酷的东西吸引了各个年龄段的朋友来享受这场“科技盛宴”。
据展览现场的专家介绍，3D打印的数据采集可通过三维扫描进行。三维光学面扫描可快速获取零件的曲面点云数据，建立三维数模，达到快速设计产品的目的。同时，还可用于生产线产品质量控制和形位尺寸检测，特别是复杂曲面的检测。三维人体扫描仪则可针对人体数据进行扫描，获取的人体点云数据包含人体各个部位准确的三维信息。
3D打印的原型制作，可采用多种技术和设备，主要区别在于打印材料。以热融技术为例，其可将3D模型分层解析，变成控制打印头分层运动的一组命令，打印材料加热融化后从喷头挤出。打印头移动的过程中打印材料固化成为物品结构中的一层，经过持续操作，多层材料固化后可形成一个整体的立体物品。其实，3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料。
激光快速成型机，则采用液态光敏树脂为原料，计算机控制下的紫外激光按加工零件的分层截面信息逐层对树脂进行扫描，使其产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕后，原先固化好的树脂表面将再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化，如此重复直到整个零件原型制造完毕。
按需定制是3D打印的一大特点，由于采用自主设计控制系统，激光内雕机的软硬件操作效率高，雕刻效果精细，稳定性好，维护量低，已广泛应用于个性化水晶内雕礼品、高精度水晶制作批量加工、玻璃装潢设计、玻璃制品防伪等业务领域。
我国对3D打印已有长达20多年的探索和积累，经过多方合作和技术创新，目前3D打印的应用领域已包括航空航天、建筑模型、工程机械、玩具动漫、生物医疗、电子电器、汽车、军工、地理信息及艺术设计等。
另外一位也认为3D打印机的用途之广简直难以想象，而关于3D能不能够改变制造模式，实际上从2007年、2008年就有人在讨论，只不过近两年在升温，3D打印能不能改变这个世界？
一个3D打印机可以打印出一个杯子来，两个抓手，它还可以打印出来四个抓手的；它可以生产出强度、韧度一样的扳手；它可以生产出来齿轮的模型；可以打印出来一些动物的玩具、动物的形象。它和传统生产的区别是传统生产叫做材料去除型，剩下的材料都扔掉，革命性工作在于节省材料，这和旧的生产过程是不一样的。它能够通过加入添加剂的方式，把一个产品通过打印，通过激光凝固或者是烧结，然后形成某种产品。
现在3D打印可打出来汽车、自行车，还能够打印出来有70多个活动关节的移动物。意大利的一个发明家能够打印整个立体建筑物，据说将来可以用在地球上制造房屋用。
3D技术产业潜力巨大。有一家3D技术公司，属添加剂制造业，其2010年3D打印技术收入大概13亿美元，预计到2016年会达到31亿美元，预计到2015年3D系统出货量可达1.5万套。从目前来看，3D打印机的规模偏小，但是大型号的3D打印机已经开始出现了。
大概需要十年左右的时间，或者更长一点，3D打印一定会成为主流的生产方式，对我们现在的生产方式带来巨大影响。
第一，对产品生产过程有影响。传统的大规模生产就会生产出样品，然后做产品设计。这个过程需要不断调整，最后确定下来才能够制造、分销，最后销售。3D打印其实就减少了这样一个过程，产品设计直接到产品制造、产品分销，然后是产品最后销售。同时，在这个过程中还有产品销售改进，这也是厂家和顾客的互动过程。
第二，对产品供应链的影响。传统制造成本的原因，会把制造全部拿到低成本的地方，比如中国，这样产品在生产完之后运到本国仓库，再运到经销商和顾客的手里。3D打印方式允许其在国内生产，传统过程的供应链就缩短了。也就是说，成本驱动的产品生产外包会减少，本地生产会增加。因为成本驱动的对外投资会回流，靠近消费者生产。
对于国际贸易的影响，会有以下几个方面：
第一，全球生产链缩短。因为中间环节减少，这种缩短就会增加它在本地化的3D打印规模，进而有可能导致贸易流量的减少，因为它减少了运输环节，即一方面减少了运输成本，另一方面，也会导致国际贸易运输量的下降。
第二，全球产业合作减少。也就是说，外包更多转为内包，未来十几年的趋势是外包难以为继。而且会导致去全球化的现象，贸易国对贸易的依存度可能会下降。
第三，发达国家依靠技术优势，要重新把握贸易和投资商的主动权。未来因为其站在技术高地，可以来选择贸易和投资方式。
第四，对外投资会更多针对当地市场。未来可能到中国来投资，在3D打印技术成熟的时候，来到中国不是为了生产再拿走，或者是分销到其他的市场，而是为了销售到当地的市场。
第五，发展中国家可能再一次陷入被动，一方面可能会成为原料的提供者，另一方面还要面对3D打印规模化生产导致的劳动力需求减少的困境。在这个过程当中，3D打印是不需要人的，劳动力的成本因素在里面变得非常少，所以这样的话可能会产生劳动力过剩，甚至是社会不稳定。
第六，发展中国家产业基础可能会受到破坏。原来产业加工可能是为了向发达国家出口，但是一旦形成这样一个格局，出口的基础就不存在了，出口能力就会下降。
还有可能导致新一轮的世界经济不平衡。其实还有一些其他因素，比如说因为这样3D打印技术的发展，还会产生一些新的产业，由此也可能会产生新的贸易政策。
从3D打印技术对我国贸易的影响看，可能会影响我国的出口和加工贸易，因为它产生替代作用。波士顿咨询集团预计，到2020年，我国10%～30%出口到美国的产品会在美国本地生产，美国的年产值会增加200亿～550亿。甚至也有学者说，中国的崛起可能会因第三次工业革命而终结。具体到产品上：
第一，模具行业。所谓的添加剂制造，或者叫3D打印，它最初产生就是替代模具。所以第一个受影响的就是模具行业的出口。
第二，塑料加工设备，因为未来加工塑料产品的时候可能不需要塑料加工设备，可影响我国十几亿美元的出口。
近日，《IT时代周刊》从相关渠道获悉，一批阻碍3D打印机进入市场的关键专利已经过期，其中包括核心专利技术激光烧结（laser sintering）――一种3D快速成型的技术，可以实现高熔点金属和陶瓷的黏结，具有成本相对较低、产品接近上市成品等优点。“一旦激光烧结3D打印机关键专利到期，相关设备的价格将大幅下跌。”美国3D打印公司Shapeways设计师杜安・斯科特（Duann Scott）预测说。
长期以来，3D打印相关的核心专利大多掌握在3D Systems等少数龙头企业手中，多数企业必须向其支付高昂的专利使用费才能推出产品。而当这些专利到期，企业就能省去这部分支出，最终拉低3D打印机价格。
据了解，在此之前，熔融沉积成型（FDM）3D打印技术专利到期时，市场就曾迎来了开源FDM 3D打印机的爆发。“过去，一台FDM打印机是14000美元，现在是300美元。”杜安・斯科特说。
实际上，激光烧结专利的过期把平面打印巨头惠普也吸引进了3D打印行业。在今年3月的年度股东大会中，惠普CEO 梅格・惠特曼（Meg Whitman）宣布将在6月进军商用3D打印市场。“从企业层面来讲，3D打印市场的规模要更大。”梅格・惠特曼说。
但是，现实远远谈不上乐观。中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军指出，3D打印“小而散”的格局没有改变，规模效应上也没实现真正的突破。“我们仿佛陷入了一个怪圈。3D打印技术什么都能够做，但是，最适合做什么、最佳应用市场却都比较茫然。”在他看来，3D打印始终缺乏一个成熟的商业模式。据业内人士预测，今年国内3D打印机的销量最多只能达到4.4万台。
喜忧参半
被誉为“引领第三次工业革命的新兴产业”的3D打印正在经历着冰火两重天的处境。
今年年初至今，3D打印领军企业Stratasys公司的股价大幅跳水19%，另一家龙头企业3D Systems股价暴跌40%，押宝金属打印的ExOne下跌46%。整个3D打印市场陷入了前所未有的低迷。而在去年，全球大部分3D打印公司的股价涨幅超过一倍。
知名做空机构香橼认为，3D打印公司股价的暴跌是因为“3D打印技术被大肆夸大，使3D打印技术相关公司的股价出现严重泡沫。”美国投资机构分析师韦斯顿・崔格（Weston Twigg）也指出，“如果想取代传统技术，3D打印机需要变得更加快速、成本更加低廉。”
但是，资本市场的看淡并未浇灭企业的热情。惠普宣布将于今年6月进军商用3D打印市场。惠普首席技术官兼实验室高管马丁・芬克（Martin Fink）称：“惠普正探索3D打印的诸多可能，我们将在这一技术发展过程中扮演重要角色。”而梅格・惠特曼透露，该公司解决了一系列制约3D打印被广泛采用的技术问题。
据惠普预计，到2021年全球3D打印机和相关软件、服务的规模将达到110亿美元，远远超过2012年的22亿美元。另一家英国市场研究公司JuniperResearch也看好3D打印机的潜力，称2018年全球家用3D打印机的销售量将超过100万台。
同期，3D打印行业内的资本运作此起彼伏。ExOne先以约480万美金的现金收购工业级微波企业MWT，再以500万美元收购专业加工车间Machin-A-Mation。4月，Stratasys宣布收购两家3D打印企业。另外，在去年底，3D Systems已将3D打印陶瓷技术供应商Figulo公司收归囊中。
“被收购企业的共同点是都属于3D打印材料供应商。”有行业人士告诉《IT时代周刊》，“这些并购有助于3D打印公司完成垂直整合，并加快应用的推广。”ExOne总裁兼CEO大卫・伯恩斯（David Burns）更将这些收购视为“3D打印价值链的关键环节”。
另据市场研究机构Gartner预测，2012年到2017年，3D打印设备销量和销售额的复合增长率将分别达到95%和82%，2017年的销量将达到100万台，相应的销售额将达到57.32亿美元。此外，在支持创新的美国众筹网站Kickstarter上也出现了越来越的3D打印机产品。美国方面有观点将此视为3D打印市场复苏的一种迹象。
研产脱节
比起国外公司表现出来的一腔热情，国内市场形势则严峻得多。
“国内3D打印市场的格局还没有打开。”罗军向本刊记者直言，“这个行业外面看起来一片火热，业内却比较寂寞。四处都是市场，看得见，却摸不着。”
据了解，3D打印设备主要分为工业级和民用级两种，前者面向航天、航空、汽车等工业设计制造领域，后者则面向教育机构、设计单位和个人爱好者、DIY高手等。而无论工业级还是民用级，核心专利都掌握在国外企业手上。
受制于专利限制，虽然中国3D打印行业在设备、材料、软件等核心领域实现了不同程度的自给，“但这还远远不够。”罗军说，“我国3D打印仍停留在科研阶段，欧美在装备水平上明显高于我国。”
与此同时，国外“3D打印已经由最初的实验室阶段发展到实战阶段。”英国《经济学人》报道指出。据报道，通用电气使用3D技术为下一动机制造喷嘴，空中客车公司也制造了一些飞机部件，美国Organovo公司甚至用3D打印技术培养出人体肝脏组织。
应用的普及推高了国外3D打印公司的收入。目前，美国主要3D打印公司年销售额已经达到4亿到5亿美元，2012年全球3D打印的市场规模约为21亿美元。而根据中国3D打印技术产业联盟数据显示，2012年中国市场规模只有约10亿元，且至今没有销售收入过亿元的3D打印企业。
民用市场上，国内行情同样不容乐观。“国内没有消费能力。”国内民用级3D打印机企业北京太尔时代科技总经理郭戈直言，“我们的设备定价2890美金，对于海外市场来讲，很多家庭可以接受，但国内却不行。”
郭戈的观点从侧面印证了美国独立调查机构Wohlers Associates公司的一项报告。该报告指出，价格低于5000美元的桌面级民用3D打印机市场上，2008年至2011年4年间，平均每年环比增长高达346%。而中国民用3D打印市场规模几乎可以忽略。
理清体系
在罗军看来，国内3D产业迟迟没有打开局面，首要因素是“没有找准市场定位”。他认为，3D打印技术是传统制造技术有益的补充，而不是要全面替代传统制造技术。Stratasys亚太及日本地区总经理乔纳森・加戈隆（Jonathan Jaglom）就指出，“你需要在取得的价值和成本之间进行一个评估。”
比如工业级市场上，如果需要200个零部件，传统生产公司制造模具成本就达到50万美元，如果采用3D打印成本将很大程度降低。不过，如果生产规模很大，“比如说100多万件，使用传统工艺就更为划算。”乔纳森・加戈隆说。
“我们的工业化没有完成，导致我们的产业基础落后，人才落后，科技水平落后。”依据罗军的介绍，美国企业和科研单位每年投入不少于3000万美元，而我国的整体研究投入不超过1000万美元。“没有投入就没有产出，这是基本规律。”
不过，“近日这批专利的到期有望在一定程度改变现在的局面。”上述3D打印行业人士告诉本刊记者。在他看来，3D Systems等打印巨头都处于暴利模式，一旦这些专利失去保护，国内企业就能做出价格低得多的机器。”
相比工业级应用，他更看好国内3D 打印的消费级应用。“工业级应用更加偏向于价值经济，传统制造优势明显，3D 打印难以施展用武之地。消费级应用往往具备体验经济和长尾市场属性的特点，在中国庞大市场的背景下更容易形成规模市场。”
尽管如此，国外3D打印企业仍对中国市场充满信心。比利时Materialise公司认为，“让业界转变思维惯性，更多地以使用3D打印而非‘开模具、批量生产’的传统方式解决问题，对于3D打印在中国的普及至关重要。”Stratasys的信心则体现在行动上。他们告诉本刊记者，公司在中国的首要目标是“培育市场”。为此，它们已经在上海成立分公司――这是3D打印领域第一家在中国成立分公司的国外企业，并在北京成立了办公室。此外，还将全球首款彩色3D打印机的会放在了中国。
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