發布時間：2023-09-20 18:10:38
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的3d打印技術樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
新型技術 幻象成真
美國科幻作家羅伯特·希克利曾經描寫過關于“萬能制造機”的場景。這是一臺奇特的大機器，機身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸。”接到指令，機器發出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現了一顆閃光發亮已經制好的螺帽。
也許羅伯特沒有想到如今一臺3d打印機已經將他書中的幻境變為現實，那么什么是3D打印機呢？我們日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設計的平面物品，而所謂的3D打印機與普通打印機的工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設備，比如打印一個機器人、一個玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。
前景廣闊 問題猶存
在3D打印技術可以打印器官、汽車、飛機的今天，它還在創造無限的可能。著名的《經濟學人》雜志最近描述了3D打印技術的前景是一種新型的生產方式，能夠促成新的工業革命。3D打印技術將來會促進傳統的設計和制造模式，只是如今還沒有大范圍地推廣和應用。隨著3D打印技術的成熟和社會的發展，制造業的跨越式發展指日可待。
首先，3D打印技術可以加工傳統方法難以制造的零件。過去傳統的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料熔化灌進去得到這樣的零件，這樣對復雜的零部件來說，加工起來非常困難。立體打印技術對于復雜零部件而言具有極大的優勢，立體打印技術可以打印非常復雜的東西。其次，實現了首件的凈型成形，這樣后期輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數據泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業，如軍工、核電領域。再次，由于制造準備和數據轉換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產的周期和成本降低，特別適合新產品的開發和單件小批量零件的出產。
這些速度快、高易用性等優勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領域得到了應用。如今3D打印機已經在建筑設計、醫療輔助、工業模型、復雜結構、零配件、動漫模型等領域都已經有了一定程度的應用。尤其在飛機、核電和火電等使用重型機械、高端精密機械的行業中，3D打印技術“打印”的產品是自然無縫連接的，結構之間的穩固性和連接強度要遠遠高于傳統方法。
成就顯赫 仍待發展
機遇與挑戰
3D打印技術提供了大量機遇，不僅僅體現在制造領域，還包括零售、醫療健康和其他領域。3D打印最本質的經濟問題是，打印產品的成本高于傳統制造，但工具的成本為零。對于大規模批量生產來說，傳統制造的成本更低。但是，高昂的工具成本，使得傳統制造的成本對于小批量生產來說更高。利用3D打印技術生產產品的時間要短于制造工具，但單件產品的生產時間長于傳統制造。
用途領域甚廣
快速制造原型產品是3D打印技術的第一大用途。傳統上，生產一件原型產品通常耗時1、2個月。利用3D打印技術，設計人員數小時就可以拿到原型產品。3D打印技術的用途遠不止生產原型產品。
夾具和卡具可能是最熱門的增長領域。在大多數工廠，技術工人通常負責制作工具，例如夾具和卡具。夾具和卡具的生產對技能要求很高，經常需要大量試驗，還難免會出錯。夾具的任何錯誤都會“被復制”在最終產品中。利用3D打印技術制造夾具和卡具通常速度更快、更方便。
小批量生產很常見，制作原型只是其中一個特例。市場空間有限的產品，可能能帶來利潤，但不值得生產、購買昂貴的工具。3D打印技術很適合小批量生產，它還適合用在需求不確定的情況下。企業可以利用3D打印技術生產少量產品，從而無需投入巨額資金購買昂貴的工具。生命周期結束的零部件也適用于3D打印技術。大量20年前購買的汽車還在使用，用戶需要備件。通過為這些過時的產品提供服務，廠商可以提高自己的品牌形象，增加現在的銷售。
大規模定制是終極版的小批量生產：一件產品只為一名客戶制造。Normal利用3D打印技術為客戶定制耳機，每副耳機都根據客戶的需求量身打造。佛羅里達州立大學制作了塑料“大腦”，供醫學專業學生實習。當前的技術能融合不同密度的材料，給學生提供最真實的手感。未來，供實習用的大腦將通過對病人進行3D掃描獲得，其中將包含模擬的腫瘤。
非標零部件也是一種潛在用途。中小批量的生產任務通常使用標準件，利用3D打印技術，設計師可以對產品進行更好的優化，而無需考慮標準件。
關鍵詞 3D打印 傳統打印 3D模具
一、過程原理
每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環利用。
二、3D打印過程
打印耗材由傳統的墨水、紙張轉變為膠水、粉末，當然膠水和粉末都是經過處理的特殊材料，不僅對固化反應速度有要求，對于模型強度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術能夠實現600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制，打印速度勢必不會很快，較先進的產品可以實現每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現彩色打印，色彩深度高達24位。
三、優勢
1、制造復雜物品不增加成本。就傳統制造而言，物體形狀越復雜，制造成本越高。對3D打印機而言，制造形狀復雜的物品成本不增加，制造一個華麗的形狀復雜的物品并不比打印一個簡單的方塊消耗更多的時間、技能或成本。
2、產品多樣化。不增加成本一臺3D打印機可以打印許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。3D打印省去了培訓機械師或購置新設備的成本，一臺3D打印機只需要不同的數字設計藍圖和一批新的原材料。
3、無須組裝。3D打印能使部件一體化成型。傳統的大規模生產建立在組裝基礎上。3D打印機通過分層制造可以不需要組裝。省略組裝就縮短了供應鏈，節省在勞動力和運輸方面的花費。
4、零時間交付。3D打印機可以按需打印。即時生產減少了企業的實物庫存，企業可以根據客戶訂單使用3D打印機制造出特別的或定制的產品滿足客戶需求，所以新的商業模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產，零時間交付式生產能最大限度地減少長途運輸的成本。
5、設計空間無限。傳統制造技術和工匠制造的產品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統的木制車床只能制造圓形物品，軋機只能加工用銑刀組裝的部件，制模機僅能制造模鑄形狀。3D打印機可以突破這些局限，開辟巨大的設計空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。
6、減少廢棄副產品。與傳統的金屬制造技術相比，3D打印機制造金屬時產生較少的副產品。傳統金屬加工的浪費量驚人，90%的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬時浪費量減少。隨著打印材料的進步，“凈成形”制造可能成為更環保的加工方式。
7、材料無限組合。對當今的制造機器而言，將不同原材料結合成單一產品是件難事，因為傳統的制造機器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多種材料3D打印技術的發展，我們有能力將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料色調種類繁多，具有獨特的屬性或功能。
四、應用狀況
3D打印的應用領域也在隨著技術進步而不斷擴展。美國科學家已經研發出了能打印皮膚、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物打印機”。人們還使用3D打印來制造雕塑并修復雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三維物體并打印出了實品。
近年來，我國也積極探索3D打印技術的研發，初步取得成效。在3D打印設備制造技術、3D打印材料技術、3D設計與成型軟件開發等研究方面，開展了積極的探索。其中，激光直接加工金屬技術發展較快，基本滿足特種零部件的機械性能要求。在傳統的戰斗機制造流程當中，飛機的3D模型設計好后，需要進行長期的投入來制造水壓成型設備，而使用3D打印制造技術后，零件的成型速度、應用速度得以大幅度提高。
參考文獻：
[1]許廷濤.3D打印技術――產品設計新思維[J].電腦與電信，2012（9）.
[2]王忠宏，李，張曼茵.中國3D打印產業的現狀及發展思路[J].經濟縱橫，2013（1）.
我國科技水平的不斷提高，為機械制造行業的快速發展提供了機會，與此同時，也增加了機械制造行業發展的難度。為了推動機械制造行業持續發展，在其中應用了3D打印技術，此技術集電氣、計算機以及光學等先進的技術于一體，具有利用率高，并且成型速度快等特點，由此可以看成，3D打印技術是非常先進的。因此，在機械制造領域中應用3D打印技術，對促進機械制造行業更好地發展有著不容忽視的作用。本文對機械制造領域中3D打印技術的應用進行了深入地研究，并闡述了自己的見解，希望可以為相關人員更好地應用3D打印技術提供一點幫助。
【關鍵詞】
機械制造領域；3D打印技術；應用
近些年來，我國機械制造行業迎來了發展的繁榮時期，為了推動其更好地發展，應用了3D打印技術，由于我國應用此技術的時間比較短，所以應用過程中還存在一些問題，只有采取有效的措施解決問題，將3D打印技術的應用和實際情況結合在一起，才能充分發揮3D打印技術的作用，推動機械制造行業穩定的發展。
1對3D打印技術的發展歷程進行概述
世界上的第一臺3D打印設備是在1984年現世的，在這之后，3D打印技術已經經歷了30多年的發展，在社會中的影響力越來越大。3D打印設備在1991年實現了商業化的轉變，在1996年，3D打印機成功問世。我國的第一臺3D打印設備是在1994年問世的，此設備具有知識產權，構造此設備的材料主要有聚丙烯塑料以及塑料粉末狀物，其應用范圍越來越廣泛，已經成功的在航天產品、醫療器械以及汽車生產中應用[1]。
2增材制造原理
3D打印技術增材制造原理就是以縱向坐標為基礎，將設計出三維模型的產品進行平面劃分，對其進行劃分主要應用的是三維仿真軟件，與此同時，還應該應用疊加成形以及分層加工兩者相結合的方法來生成3D實體，進而制作出模型。3D打印機的工作原理有以下幾方面，以下是對原理的具體分析：第一，三維成形原理。此原理在3D打印機中的應用主要體現在將適當數量的材料粉末放置在存放桶中，然后經由存放桶將其運輸出去，當粉末運輸到加工臺上之后，需要使用滾筒對其進行碾壓，使其形成薄薄的一層，在這之后，在想要進行打印的地方噴射粘合劑。粉末和粘合劑相遇，就會非常快速的凝固，在這種情況下，當打印完成一層之后，打印機自身的程序設定就會啟動，降低距離，再根據設定的值循環的進行打印，直至打印結束[2]。第二，熔融固化技術。熔融固化技術是3D打印機的工作原理，在應用此技術進行工作的過程中，需要遵循以下步驟：首先，工作人員需要先將三維實體模型的相關數據全部傳輸到對3D打印機進行程序控制的計算機程序中，然后計算機控制程序就會根據已經設定好的程序，自動設定好打印工作的具體路線。其次，3D打印機在計算機的控制下，可以按照已經設定好的打印路線在需要進行加工的平面上進行剖面噴射工作，在此基礎上，供絲裝置需要將呈現出絲狀的原材料送到正在進行打印工作的噴頭的前面，在這個時候，已經被溶解的原材料就會被噴頭噴射出來，在工作臺上進行凝聚。再次，在工作臺上進行凝聚工作的已經被溶解的材料，需要利用冷卻裝置來對其進行冷卻，在冷卻之后，這些材料就可以形成三維實體剖面薄片，這樣就可以通過薄片看出需要進行實體加工的剖面輪廓。最后，在計算機程序的控制下，噴射工作會持續的進行，工作臺平面的高度可以由計算機控制程序來適當的調整，直到三維實體模型符合計算機程序中的要求，3D打印機的打印工作才能停止[3]。
33D打印技術在機械制造領域中的具體應用
所謂的3D打印技術，就是指增材制造，此技術就是通過將材料進行疊加的方式來使工作臺的高度進行調整，然后將零部件從虛擬的狀態中制作出來，使其變成實體，真實的展現在人們面前，此技術較零部件加工方法相比更具優勢，因此，在機械制造領域中應用3D打印技術，取得了較為顯著的效果，促進了機械制造行業的進一步發展。本文對3D打印技術在機械制造領域中的具體應用進行了深入地分析，內容如下：
3.1機械產品的開發速度有了明顯的提高在機械制造行業中，生產產品是非常重要的一個環節，在應用傳統的零部件加工方法生產產品的時候，不僅耗費的時間長，還需要很多的設備來進行輔助，比如說需要工裝夾具以及機床等，而且，還需要大量的人力勞動，此種情況使得產品的生產速度很慢，而且生產出的產品有可能已經不符合市場需求，另外，應用傳統零部件方法生產出的產品，還需要進行市場檢驗，根據檢驗的結果對產品進行改正，這樣就延長了產品的生產周期，對機械制造行業的發展有著不利的影響[4]。3D打印技術在機械制造行業中的應用，大大提高了產品的開發速度，而且應用此技術生產出的產品，基本是符合市場需求的，不需要耗費大量的時間對其進行修改，其質量是有保證的。
3．2轉變了傳統的設計理念傳統的零部件加工方法，對機械制造企業的內部結構有著較高的要求，企業必須設置很多結構才能將產品生產出來，這樣就使得企業的經濟效益下降，長此以往，企業的發展就會受到局限，甚至是破產。3D打印技術在機械制造行業中的應用，有效的解決了此問題，3D打印技術在制造產品的過程中，不需要大量的人力資源，可以依靠自身完成生產工作，而且加工出的零部件的穩定性和集成度有了顯著的提升，此技術的應用，在極大程度上簡化了零部件的設計和加工過程，使企業可以獲取高額的經濟利益。比如說：航空類零部件對產品的要求非常高，不僅需要其具有較高的穩定性，還需要其小批量的生產，另外，航空類零部件的形狀有很多種，不同形狀對生產的要求不同，這些特點都增加了加工的難度。應用傳統的零部件加工方法，需要有300多個零件組成，但應用3D打印技術，只需要三個零件就可以完成加工工作，并且零部件的質量和穩定性還可以得到保障[5]。由此可以看出，在機械制造行業中應用3D打印技術，對推動機械制造行業的快速發展有著重要的意義。
4結束語
綜上所述，在機械制造行業中應用3D打印技術，可以促進機械制造行業更好地發展。因此，相關部門還需要繼續研究3D打印技術，只有提高技術水平，在機械制造行業中更好地應用此技術，才能充分地發揮其作用，為機械制造行業的發展貢獻一份力量。
【參考文獻】
［1］孫亮,石鑫.3D打印技術的應用與發展[J].浙江水利水電學院學報,2015,27(2):66-69.
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［3］《改革與開放》編輯部.創新驅動,兩化融合；3D引領,應用先行———3D打印:新技術、新應用、新模式峰會[J].改革與開放,2015(1):2,4.
［4］王春凈,夏成寶,葉達飛,等.3D打印技術:如何顛覆傳統制造業[J].機械制造,2014,52(3):88-89.
關鍵詞：3D打印；傳統雕塑；促進作用
3D打印技術出現在20世紀90年代中期，三維打印先通過計算機建模，再將建成的三維模型分區成切片，從而指導打印機逐層打印。它與普通打印工作原理基本相同，普通打印機的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機內裝有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、橡膠類材料。隨著技術的進步和新型材料的出現，3D打印的影響范圍越來越大，目前，已在航空航天、醫療、建筑、汽車、雕塑等行業進行了應用，而且發展勢頭強勁，僅從雕塑來說，3D打印技術已極大的促進了雕塑藝術的發展，并對雕塑藝術產生越來越大的影響，具體體現在以下幾個方面：
一、3D打印技術節約雕塑的時間
傳統雕塑藝術的創作過程要經過紙上小稿、泥塑小稿、放大稿、翻硬質模具、注入成型材料、表面處理等多個步驟才能完成，整個過程歷時較長，即便是在翻模等工序順利的前提下，一件雕塑作品的完成任需要一個月左右的時間。而利用3D打印技術，在設計完成的前提下，打印過程是按照小時計時的。2014年8月，在上海張江高新青浦園區利用3D打印技術，按照電腦設計的圖紙和方案，經一臺大型3D打印機層層疊加打印了10幢建筑，整個打印過程僅花費24小時。
二、3D打印技術極大的節約了雕塑的材料
3D打印技術直接從計算機圖形數據生成作品，擯棄了傳統雕塑藝術的創作過程中翻模等復雜的中間環節，極大的節約了傳統雕塑藝術中間環節材料的使用。且3D打印技術一般使用金屬、尼龍、石膏等可重復利用材料，甚至在青浦園區打印的房屋中主要材料是建筑垃圾。在世界各國越來越重視環境問題，人們環保意識不斷增強的今天，3D打印技術在某些方面替代傳統雕塑藝術的創作對環境保護做了不小的貢獻。
三、3D打印技術降低了雕塑風險和成本
一直以來，不論泥塑、金屬雕塑、木雕還是石雕，手工勞動是傳統雕塑藝術創作的主要手段，雕塑家的勞動量是顯而易見的，這種手工勞動對技術的要求較高，且在進行雕塑前雕塑家對材料本身的內部構造、材料本身的承重能力等因素的掌握往往不是很到位，無形中在創作的過程中時時存在著失敗的風險。3D打印技術可以替代手工勞動，雕塑家只需進行精心的設計即可，手工勞動部分交給3D打印機來完成，既避免了傳統雕塑在創作的過程中失敗的風險，又極大節約了人工和材料成本。
四、3D打印能讓所要表現的雕塑更精準
雕塑作品是情感的表達，在創作的過程中極易受到外部因素的制約，使得傳統雕塑的最終作品存在著變數，且這個變數是不可逆的；傳統雕塑藝術要經過翻硬質模具等中間過程，而翻模出現的變形現象是令雕塑家無法回避的問題，由于以上原因，無法讓雕塑作品完全精準的反應設計者的意圖。雕塑家只要制出小樣，通過軟件生成數字化的模型，3D打印機就能準確無誤的打印出成品，使得雕塑家所要表現的作品能夠精準的得到表達。
五、3D打印能表現高復雜度的雕塑形態
3D打印機不僅能打印出能通過手工制作制成的作品，還能打印出手工無法完成的作品。2015年10月，我國863計劃3D打印血管項目取得重大突破，世界首創的3D生物血管打印機問世。該款血管打印機可以打印出血管獨有的中空結構、多層不同種類細胞。傳統的雕塑手法無法完成比如說一些曲面繁復、線條穿插等復雜的形態。而通過3D打印技術只要能設計出模型來，就可以輕而易舉的打印出來，而且基本不會有次品或是廢品產生，真正達到了“設計即所得”的地步。
六、3D打印具有很強的復制性
雕塑作品是雕塑家思想和情感的表達，強調的是傳統性、手工技藝以及完成作品所耗用的工時，在整個創作過程中受到雕塑所用的材質不同、想法的改變、情感的波動、手法的嫻熟程度等諸多方面因素的制約，導致雕塑作品具有唯一性的特點。而3D打印技術作為一種新工具，它雖然不能取代傳統雕塑，但它可以作為傳統雕塑的有益補充。3D打印技術在博物館文物保護工作中做出了巨大的貢獻，利用3D打印技術完全是有可能實現電影里演的那樣復制出一件一模一樣的文物。3D打印技術不僅可以對無法翻模或不適于翻模的文物進行復制，還可以用于殘缺文物的局部修復。
七、3D打印適合定制化雕塑產品
牙模打印機能快速3D打印出高精確度的齒科模型、采用3D打印技術輔助設計并打印缺損顱骨外形，3D打印機還可以打印汽車、食品、服飾等高端定制產品等，隨著3D打印技術的成熟和成本的降低，定制化產品在各領域得到了廣泛的應用，高端定制化產品可以做到“量體裁衣”，可以根據客戶需求進行產品的定制，在設計過程中還可以通過與客戶的交流，把客戶的想法隨時反應到設計當中，制作出真正反映客戶意愿的滿意的高端定制化產品。
參考文獻：
[1]黃德荃.3D打印極致盛放[J].裝飾,2015(8).
關鍵詞：3D打印；教育應用；模式構建
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7503（2014）11-0016-04
3D打印技術是一種以數字形式從三維立體模型快速構造物理對象的新型快速成型技術。該技術在醫療行業、骨骼打印、文物打印、工業設計、汽車零件制造、航天和國防、教育、地理信息系統等領域都有所應用。眾多研究者認為這項技術將引領制造業發展的新趨勢，甚至被譽為2012年10大發明之一。隨著3D打印技術的發展，3D打印技術逐漸與各個領域深度交融，成為各個領域未來發展的有力助推器。那么，3D打印技術與教育領域的深度融合又將給教育界帶來哪些革命性的變化呢？
新媒體聯盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平線報告中首次將3D打印技術列為教育領域未來4-5年內待普及應用的創新型技術。鑒于3D打印技術在教育改革與創新層面的無限潛力，本文將從介紹3D打印原理切入，深入分析3D打印技術在教育中的作用，并構建基于3D打印技術的教學應用模式。
一、3D打印的原理
3D打印是快速成型工業形式的桌面級替代方案。圍繞3D打印機的很多討論源于制造者文化，即由設計者、程序員及其他對科學和工程嘗試使用DIY（自己動手做）方法的人群形成的興趣共同體。其獨特之處在于無需機械加工和模具作為輔助，只需設計者根據用戶的個性化需求，通過3D建模軟件進行模型設計與構建，然后打印機讀取模型數據進行打印輸出即可。3D打印技術與傳統打印技術的區別主要有兩個方面：其一，3D打印首先需要進行數字化三維模型構建，傳統打印技術并不需要構建數字化三維模型；其二，傳統打印使用墨水進行打印，而3D打印利用實實在在的原材料制作實物模型。以制作過程為視角，3D打印需要經歷物理對象的設計與構建、打印輸出、后期處理三個主要階段。具體打印流程如圖1所示。
[計算機輔助設計][三維建模][計算機輔助斷層掃描][三維掃描][數據傳輸][模型分切][剖面信息讀取][打印介質][支撐物][材料匹配][切片粘合][切片打印][固化處理][剝離][修整][上色][表面打磨][物理對象的設計與構建][成品][打印輸出][后期處理]
圖1 3D打印基本流程
（一）物理對象的設計與構建
物理對象的設計與構建階段涉及兩個方面：三維建模和三維掃描。3D打印的關鍵階段是模型設計與構建，這直接決定作品比例是否協調，設計是否殘缺，結構是否合理，亦或是否符合心中期望。三維建模和可視化對物理實體的最終打印效果也有重要影響，可以使用與計算機輔助設計或計算機動畫建模相關的三維建模軟件來設計和構建欲打印的物理實體的三維模型，例如：AutoCAD、3D Max、SketchUp等。也可利用計算機輔助斷層掃描通過對物體空間外形和結構進行掃描以獲取物體空間坐標繼而轉換為數字信號，直接生成三維模型，亦或直接使用或是修改已有的模型作品。
（二）打印輸出
在打印輸出階段經歷的步驟有：數據傳輸、模型分切、剖面信息讀取、材料匹配、切片打印以及切片粘合。首先將三維模型數據傳輸到3D打印機，然后，通過打印機配備的專業軟件將模型薄片化，形成多個剖面。每層切片的厚度則由模型形狀、打印介質和打印機規格決定。其次，選擇與成品匹配的液體狀、粉狀、片狀等的打印介質和易于祛除的支撐物。最后，采集所有切片的剖面數據，構建每一層三維模型切片，逐層將這些切片打印出來，然后，將所有切片堆疊起來，以各種方式粘合成一個完整的物理實體。
（三）后期處理
由于3D打印機規格、打印材質、打印精度的不同，可能出現成品截面粗糙或有毛刺的現象，這時就需要對打印出來的模型進行簡單的后期處理，如：表面打磨、剝離、上色、固化處理等。
二、3D打印技術在教育中的作用
3D打印技術對于教育的重要價值之一，在于它能夠創造對事物更真實可靠的探索機會，而這樣的機會對于學生來說可能非常難得。同時，對3D打印技術從設計到生產過程的探索以及實物教學和參與性學習的發展需要，為學習活動的開展提供了新的可能。下文分別從教師和學習者視角分析3D打印技術在教育中的助推器作用。
（一）促進教學效果的效能工具
教師在教學過程中利用3D打印制作的教學用具，可以擴展學習者的感覺和知覺，增強觸覺體驗，彌補常態課堂直接經驗不足的劣勢。同時，教師也將隱性知識和認知結構顯性化，使學習資料由抽象化轉變成為具體化，具體化轉變成為形象化，視覺復雜化轉變成為認知簡單化。由此增強學習者的思路清晰度，提高學習者的邏輯思維能力和理解能力，改善教師教學效果，提高學習者學習效率。
（二）促進學習效果的認知工具
3D打印可以作為小組協作探究環境的一部分，承擔對創意和技術方案進行快速驗證的任務，促進學習者的社會性認知。由于3D打印技術應用領域較廣，建筑、機械、生物、醫學、考古等學科都可以通過3D打印制作相關模型。學習者通過真實的模型可以深化感性認識，獲取強烈、真實的認知體驗，進入深度學習的狀態。例如：針對小學五年級《趙州橋》的學習，3D打印能便捷地打印出趙州橋的微型化模型，學習者可以在課堂上對趙州橋的整體結構和構造特點有一個直觀的觀察和認識。進而加深學習者對趙州橋的社會性認知體驗，最終達到促進學習效果的目的。
（三）培養學習者的創造力
可視化教具可以增加教學內容的趣味性，顯著提高學習者的學習興趣。常態教學環境下，教師一般利用多媒體技術，通過動畫、圖片、視屏、音頻等能夠為學習者創建一種動態的信息技術學習環境。但是，卻極其缺乏形象、直觀、可碰觸的立體教具，致使學習者缺少對事物更真實可靠的探索機會，這在一定程度上抑制了學習者創造潛力的開發。3D打印技術則通過將數字化的設計、虛擬模型快速轉變成實物的獨特優勢打破了這一禁錮。物理實體帶來的強烈的現場感、真實的學習情境、近距離的觀察和觸摸體驗，將為學習者拓展更為廣闊的創造空間，激發學習者的批判性思維，提高學習者創造性解決問題的能力。
（四）提高學習者的學習參與度和實踐能力
3D打印的打印流程包含模型設計和模型打印，這兩個階段皆需要學習者的全程參與。無形中，即使處于學習邊緣的學習者也會自主完成學習角色轉換，由邊緣角色轉變為中心角色，提高學習參與度。同時，通過完成提出創意、設計模型、構建模型以及打印模型這一系列任務，將有效促進學習者設計能力、觀察能力和實踐能力的發展。實踐是提高知識內化和掌握程度的主要途徑，同時，實踐能力也是學習者發展研究能力和創新能力的基石。
（五）營造愉快的學習體驗及激發學習者的學習積極性
3D打印可以使加速學習者設計過程成為可能，學習者在模型設計初期就可以通過教師指導以及原形化發現問題和不足，降低設計出錯的概率和認知出錯次數，減輕學習過程中的挫折感，增強自信，獲得愉快的學習體驗。對于3D打印無論是設計、制作還是分享使用都可能產生一種新的學習體驗，吸引學習者的學習興趣。只要有創意，就可以將構思變為真實的立體模型，使大腦中的抽象概念轉變為現實世界的真實存在。這將使學習者在學習過程中充滿沉浸感和成就感，激發學習者的學習熱情和DIY興趣，使得學習者發展成為主動的知識建構者和探索者。
三、基于3D打印技術的教學應用模式構建
3D打印技術有助于教師制作個性化教學模型，幫助學習者更好地形成沉浸式學習。學習者通過3D打印，開拓批判性思維模式，培養創新精神，提高創造力。3D打印是一種通用的技術，它的應用領域涵蓋大部分學科，尤其適用于醫學、機械設計等需要大量制作模型的專業。因此，構建一種適用于應用3D打印技術的教學模式顯得尤為必要。本文基于3D打印技術的教學實施過程，對3D打印在教學中的應用模式進行了初步構建，如圖2所示。
[前期問題設計與模型制作][個性化需求][個性化需求][教學內容][教學內容][趣味性][趣味性][探索性][探索性][延伸性][交互合作][3D
軟件
建模][滿足
學習
者需
求][解決
真實
問題][指導修正][3D
建模
軟件][3D
模型
資源庫][3D
模型
資源庫][教育
資源中心][打印介質選擇][模型數據傳輸][打印機調試][打印操作][資源搜索][構建模型][設計原則][選擇、修改已有模型][三維模型設計][三維模型構建][三維模型打印][問題發現][問題情境][問題情境創設][課堂
應用
教學
評價][教學評價][問題情境創設][學習者自評][教師評價][模型展示][課堂互動][模型檢驗][學習者互評][課堂應用]
圖2 3D打印教學應用模式
（一）教學實施過程概述
基于3D打印技術的教學實施過程由問題情境創設、三維模型設計、三維模型構建、三維模型打印、開展教學和教學評價六個核心模塊。教學實施過程以此六個模塊依次展開。在創設問題情境環節發現問題之后，學習者在解決問題的任務情境之下進行3D模型設計和模型構建。然后，打印實物三維模型并在課堂互動環節通過展示、探討、應用模型的活動對模型加以驗證和修改，進而解決實際問題。最后，通過評價環節，精細化設計技巧，完善設計思想，提高學習者設計能力和創新能力。
（二）核心模塊分析
1.問題情境創設
對于學習者而言，創設問題情境可以有力激發學習者學習興趣。從學習者的學習經驗、知識結構以及教學內容出發，創設具有趣味性、探索性、延伸性并有助于學習者個性化學習、交互合作的問題情境將有效激發學習者強烈的問題意識和探究動機，有助于引起學習者對發現問題的深入思考、探究欲望和鉆研熱情。同時，置身于問題情境，才有可能挖掘學習者的設計靈感，創作出既有價值又能讓人耳目一新的作品。對于教師而言協助學習者找到一個高質量的問題激發學習者的求知欲，將為后續教學活動的順利進行奠定基礎。
2.三維模型設計
經過創設問題情境階段，學習者在接受問題刺激之后，其思維已被激活，處于活躍狀態。此階段是學習者最為敏感、最易出現創新思維的階段。學習者在設計思想的指導下，遵循滿足學習者個性化需求和解決真實問題的設計原則進行模型設計。教師則針對學習者在設計過程中存在的問題實施個性化的指導，幫助學習者在模型構建初期就降低設計失誤的概率。
3.三維模型構建
在此階段學習者利用Blender、Web 3D、AutoCAD等三維建模軟件依照三維模型設計構建數字化三維模型。學習者也可以通過在3D建模資源庫和教育資源中心等搜尋或修改符合要求的已有模型。
4.三維模型打印
模型打印主要借助3D打印機來實現，學習者只需把數字化三維模型數據傳輸到3D打印機，然后選擇匹配的打印介質，根據打印要求設置打印機參數就可以輕松便捷地完成模型打印工作。
5.課堂應用和教學評價
將打印的三維模型應用到課堂當中，教師通過課程設計科學合理安排模型應用的時間和地點，為學習者創設一種輕松自由的學習環境。通過模型展示和課堂互動環節，學習者進行充分交流和互動以討論模型中存在的問題。最后通過評價模塊，驗證模型的可用性，檢驗得出結論的正確性。教師對模型給出反饋，指導模型的再次修改，學習者進行自我評估和學習者互評，不斷完善模型。
四、結束語
3D打印技術是一種新興的學習技術，教育領域將是未來3D打印技術推廣應用的重要市場。本文通過分析3D打印原理和3D打印技術在教育中的作用構建了基于3D打印技術的教學應用模式，以期為后續實際應用和精細化研究奠定基礎。盡管3D打印技術在教育領域具有廣闊的發展前景，但是目前其在教育機構的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰。例如：3D打印機價格昂貴，可制作原材料稀少，制作成本高等。這也將成為教育研究者未來的重點研究課題和方向。
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[關鍵詞]3D打印技術；鋼鐵行業；沖擊；措施
中圖分類號：F104 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0072-01
一、概述
3D打印技術，誕生于20世紀80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術，是一種不再需要傳統的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據零件或物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術，被認為是近20年來制造領域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效、低成本的實現手段。
3D打印機的原理：3D 打印機可以根據零件的形狀，每次制做一個具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結起來，就得到了所需制造的立體零件。每個截面數據相當于醫學上的一張CT 像片；整個制造過程可以比喻為一個"積分"的過程。當然，整個過程是在電腦的控制下，由3D打印機系統自動完成的。
二、國內、外發展現狀
目前在歐美發達國家，3D打印技術已經初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業、航空業和汽車制造業等領域，3D打印技術可以以較低的成本、較高的效率生產小批量的定制部件，完成復雜而精細的造型。另外，3D打印技術獲得應用的領域是個性化消費品產業。如紐約一家創意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設計方案，以3D打印技術制成實物產品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創新產品，年收入達到100萬美元。當前，國際3D打印機制造業正處于迅速的兼并與整合過程中，行業巨頭正在加速崛起。
自20世紀90年代以來，國內多所高校開展了3D打印技術的自主研發。清華大學在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優勢；華中科技大學在分層實體制造工藝方面有優勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；中國科技大學自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領域得到應用。但總體而言，國內3D打印技術研發水平與國外相比還有較大差距。
三、經典的應用案例
（一）3D打印汽車
2011年，世界上首款應用3D打印技術的汽車“Urbee”在經過15年的艱苦研制后在加拿大亮相，這輛名為“Urbee”的汽車包括玻璃嵌板在內的所有外部組件都是通過大型3D打印設備生產。 2012年8月，世界上第一輛3D打印賽車“阿里翁”，在德國霍根海姆賽道完成測試，最高時速達141公里。從設計到打印，“阿里翁”車身的出爐僅用時3周，所使用的3D打印機，能打印最大尺寸達到210×68×80厘米的零部件。
（二）3D打印飛機零件
北京航空航天大學材料學院王華明教授是國內激光成型技術的領軍人物。王教授提出“激光熔覆多元多相過渡金屬硅化物高溫耐磨耐蝕多功能涂層材料”研究新領域，研制出迄今世界最大、擁有核心關鍵技術的飛機大型整體鈦合金主承力結構件激光快速成形工程化成套裝備，制造出中國最大的大型整體鈦合金飛機主承力結構件，并通過裝機評審。我國成為目前世界上唯一掌握飛機鈦合金大型主承力結構件激光快速成形技術并實現裝機應用的國家。
四、技術優劣勢和對鋼鐵行業的影響
（一）3D打印技術的技術優勢
1.個性化、定制化。
3D打印這種全新的生產工藝，以及在線制造協作服務的普及，使得生產方式像輪子一樣兜了個圈又回到了原點，從大規模生產轉到更加個性化的生產定制方式。“這種新型的生產方式是“社會化制造”，當它得到廣泛運用，每個人都可以是一家工廠。”
2.節省勞動力。
3D打印技術會使傳統的，以廉價勞動力取勝的制造業發生根本性變化。一種可能的趨勢是，過去為追逐低勞動力成本轉移到發展中國家的資本，會很快移回到發達國家中去。傳統工廠需要大面積的車間，大量的工人，可未來，這些也許會被十幾臺3D打印機和幾名工人代替。一些專家樂觀表示，隨著3D打印技術的普及，有望緩解制造業用工荒的難題，甚至中國、印度等國所擁有的低成本勞動優勢也會隨之減弱。
（二）3D打印技術的不足之處
1. 打印材料。
3D打印技術難點主要在于硬件，最典型的就是打印材料。目前，不同品牌的3D打印機能支持不同的材料，樹脂、尼龍、石膏、塑料使用較為普遍，隨著業界研發的進步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機也已經出現。不過，大多數個人桌面級3D打印機只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工業級3D打印機使用。對于工業級打印機來說，所用材料既要滿足打印精細度，還要滿足強度，這類材料的研發成本至少是千萬元級別。
2.打印精度。
由于3D打印工藝發展還不完善，特別是對快速成型軟件技術的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質量大多不能滿足工程直接使用，不能作為功能性部件，只能做原型使用。
3. 打印速度。
現階段，3D打印機無法作為大規模生產的手段，只能作用于原型開發或者單件制造。在生產效率上，3D打印技術雖發端于“快速成型”，耗時還是得以小時來計，尚難滿足批量生產的要求。無論是性能雖好但價格高昂的工業級3D打印機，還是性價與之對立的個人桌面級打印機，要真正革傳統工業的命，還有很長的路要走。
4.機械強度。
以Stratasys公司3D打印車為例，車子固然能“打印”出來了，但是否能在路上順利跑起來？使用壽命又有多長？從現有的技術來看，尚有差距：由于采用層層疊加的增材制造工藝，層和層之間的粘結再緊密，也無法和傳統模具整體澆鑄而成的零件相媲美，這意味著在一定外力條件下，“打印”的部件很可能會散架。
五、結論
3D打印技術可以使金屬粉末按設計圖精確成型，形成各種復雜精密的結構，但對其內部的組織性能卻無法保證。與鑄造技術相比，3D成型技術在機械性能及組織結構上還是有一定差距的。鋼鐵產業的下游為家電、汽車、造船、建筑、機械制造等產業，以造船為例，其制造方式為將高性能的中、厚板采用焊接的方式組裝起來，這樣操作簡單，成本低廉。若將3D打印技術引入造船行業，不僅龐大的3D打印機難以制造，但就從經濟角度上講也是不可取的。同樣，對于建筑上的鋼結構，如橋梁，鋼結構的房屋等，3D打印技術也不適用。
現代鋼鐵生產的主要特點是批量化和規模化，處于產業鏈的中游，主要為下游產品提供原材料。3D打印技術的主要特點是小批量和個性化，主要是生產終端產品，位于產業鏈的末端，與鋼鐵行業的定位不同。因此，從生產的特點與產品的定位來講，3D技術的發展對鋼鐵行業沖擊較小。
但從另一個角度考慮，當3D打印的產品為金屬制品時，鋼鐵產業需為其提供原材料――粉末金屬。隨著3D打印技術的發展，3D打印材料尤其是粉末金屬材料的研發與制造將成為一個炙手可熱的課題，也將是鋼鐵企業一個新的高附加值產品，一個新的利潤增長點。
參考文獻
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1資料與方法
1.1納入與排除標準納入標準：①因外傷入院，經影像學檢查確診為脛骨平臺骨折患者；②年齡18～60歲；③骨折類型為復雜脛骨平臺骨折：Schatzker分型Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型；④已簽署本研究知情同意書。排除標準：①結核、腫瘤病史；②合并影響骨質代謝的系統性疾病；③特殊藥物長期服用史；④合并較重心腦血管疾病或后遺癥；⑤合并大血管病變、大面積開放傷。1.2一般資料選取2018年12月至2020年5月在河南大學第一附屬醫院骨科收住院，確診為脛骨平臺骨折并進行手術治療的患者65例。將入選患者隨機分為實驗組與對照組。其中，實驗組男21例，女13例；年齡25～57歲，平均（34.2±2.8）歲；按照Schatzker分型：Ⅳ型14例，Ⅴ型11例，Ⅵ型9例。對照組男19例，女12例；年齡22～59歲，平均（35.1±4.2）歲；按照Schatzker分型：Ⅳ型11例，Ⅴ型12例，Ⅵ型8例。本研究獲醫院倫理委員會批準（20190116），并取得患者的知情同意。兩組患者的一般資料比較，差異無統計學意義（P＜0.05），具有可比性（見表1）。1.3手術方法將入選患者根據手術方式的不同分為實驗組和對照組。對照組患者手術方式采用傳統切開復位內固定術，根據術前DR、CT圖像確定骨折情況，根據骨折部位選擇脛骨外側正中或前內側作切口，打開關節囊，剝離骨膜，充分顯露骨折端，清理關節腔內骨折碎片及血塊，對骨折端進行復位，采用克氏針進行臨時固定，將解剖鋼板貼于骨折面進行固定；對存在關節面塌陷的患者術中采取撬起塌陷關節面、同種異體骨植骨治療，復位后塌陷骨折處的軟骨面應高于正常脛骨平臺軟骨面1.0～2.0mm[4]。術中C臂機透視確認關節面平整、鋼板及螺釘位置良好后沖洗術口，放置負壓引流，逐層縫合切口。對實驗組患者首先完善常規DR、CT檢查，檢查設備型號、參數同對照組不變，然后將患者的CT數據導入Mimics17.0軟件中重建患者的骨折三維模型，將骨折三維重建文件導入3D打印機進行1∶1實體打印操作。將打印完畢的骨折實體骨折模塊復位，對比計算機模擬復位情況；模型復位滿意后開始預選接骨板、螺釘，預先設計手術方案，確定后需要折彎接骨板預先進行折彎；確定術中預使用的接骨板、螺釘型號，文字備案。實際手術時選用預先計算好的螺釘方向和長度，其余手術步驟同對照組。1.4評價指標分別統計兩組患者的手術時間、術中出血量、術中透視總時間、術后切口引流量、平均住院時間、解剖復位率、術后并發癥率；運用膝關節評分（HSS）分別評估兩組患者術后1個月、2個月、6個月、1年的患側膝關節功能恢復情況。1.5統計學方法采用SPSS23.0軟件處理數據。計量資料以均數±標準差表示，組間比較行t檢驗或單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗；計數資料采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。
2結果
2.1兩組觀測指標及HSS評分對比實驗組的手術時間、術中出血量、術中透視總時間、術后切口引流量、平均住院時間均低于對照組（P＜0.05）；兩組患者在術后1個月內膝關節功能（HSS）評分差異無統計學意義（P＞0.05）；實驗組在術后2個月、6個月、1年隨訪效果膝關節功能情況（HSS）評分高于對照組（P＜0.05）。各觀測指標統計如表2、表3所示.2.2兩組解剖復位對比兩組術后3個月復查X線，實驗組31例達到解剖復位，復位率91.2%；對照組26例達到解剖復位，復位率83.9%。兩組解剖復位率比較，差異具有統計學意義（P＜0.05）。2.3兩組術后并發癥對比兩組患者術后均隨訪1年，兩組骨折處均達到骨性愈合。其中實驗組發生創傷性關節炎1例，關節僵硬2例；對照組發生創傷性關節炎2例，關節僵硬2例。實驗組并發癥發生率（8.82%）較對照組（12.90%）比較，差異具有統計學意義（χ2=19.324，P＜0.05）。典型病例：患者，女，38歲，脛骨平臺骨折Schatzker分型Ⅵ型（見圖1）
3討論
