时间：2023-05-30 09:15:14
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇3d打印技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
（一）3D打印的定义
3D打印技术，学术上又称“添加制造”（additve manufacturing）技术，也称为增材制造或增量制造。3D打印技术是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将塑料、金属粉末、陶瓷粉末、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的制造方法[1]。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺，不需要庞大的机床，也不需要众多的人力，直接由数字化文件生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。
（二）3D打印的过程
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，事实上传统的喷墨打印机和某些工艺类型的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，最后形成所需的实体，所用设备即3D打印机。一般来说，通过3D打印获得实体需要经历建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段。
1.三维建模
三维模型通常有两种途径获取，一是通过3D扫描仪获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成三维模型；二是使用三维建模软件从零开始建立三维数字化模型。
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模型输入电脑中后，需要通过打印机配备的专业软件进一步处理，即将模型切分为一层层薄片，每个薄片的厚度由喷涂材料的属性和打印机的精度决定。
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，有多种实现方法。常见的有光固化方法（SLA）、熔融沉积制造（FDM）、选择性激光烧结法（SLS）等。
4.后期处理
模型打印完成后一般都会有毛刺或粗糙的截面。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，才能最终完成所需要的模型的制造。
（三）3D打印的特点
数字制造：借助CAD等软件将产品结构数字化，驱动机器设备加工制造成器件；数字化文件还可借助网络进行传递，实现异地分散化制造的生产模式。
降维制造：把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。因此，原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，而且制造过程更柔性化。
堆积制造：采用分层制造的堆积方式对实现非匀致材料、功能梯度的器件更具优势。
直接制造：任何高性能难成型的部件均可通过打印方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等过程实现。
快速制造：3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，因此，制造更快速、更高效。
绿色制造：3D打印技术是增材制造技术，与传统减材制造相比具有较高的材料利用率，同时可以采用复杂的结构减少材料使用量，降低能源消耗，从而实现制造的绿色可持续发展。
二、3D打印常见成型工艺
现在常见的3D打印工艺有SLS、SLA、FDM。
（一）SLS（Selective Laser Sintering，选择性激光烧结）
选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层一层层叠加生成所需形状的零件。工艺原理（见图1）。该工艺通常采用金属、石蜡、陶瓷粉末等作为成型材料。成型件强度高、无须设计支撑结构，但是成型后的工件表面比较粗糙，后期处理工艺比较复杂。
（二）SLA（Stereo lithography Appearance 立体光固化成型法）
立体光固化成型法是最早商用的3D打印技术，它采用的成型材料是液态光敏树脂，当特定波长与强度的激光照射到液态材料表面时，光敏树脂则会凝固为固体。激光由点到线再由线到面的依次扫描就形成一层面的成型作业，然后工作台升降一个层片的高度，在成型下一个层面，通过这种方式制造三维实体（见图2）
光固化成型法技术成熟度高、成型速度较快、表面精度较高，但是系统造价昂贵，成型件强度较低，所以还无法大范围使用。
（三）FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉积制造）
熔融沉积制造是采用低熔点的丝状材料作为成型材料，通过热喷嘴把熔融的材料涂覆在工作台上，喷头作X-Y平面运动，工作台做Z向运动，然后逐层叠加成型（见图3）。这种成型工艺虽然需要设计辅助支撑结构，但是因为不需要复杂的能量束，使用维护简单，成本低，同时耗材种类相对丰富，所以该工艺使用较广泛，目前FDM系统在全球已安装快速成型系统中的份额大约为30%。
当然还有其他3D打印成型工艺，例如，分层实体制造（Laminated Object Manufactuing，LOM）、电子束选区熔化（Electron Beam Melting，EBM）、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）。每种技术都有各自的优缺点，应根据使用场景、材料、成本等因素选择合适的成型工艺。
三、3D打印的应用及其意义
最近，“三维（3D）打印”一词持续升温，不断涌向各大IT门户网站，欧美国家更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势。美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为，3D打印产业将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命。从实际应用上来说，用3D打印技术进行机械制造已经成为激动人心的现实。实际上，16名比利时工程师近日就利用3D打印机制造了一辆全尺寸赛车，并完成测试。
新型技术 幻象成真
美国科幻作家罗伯特·希克利曾经描写过关于“万能制造机”的场景。这是一台奇特的大机器，机身上杂乱地安装着刻度盘、小灯和各种指示表。故事的主角之一阿诺尔德站在机器前，按下按钮，对它响亮而清楚地说：“我要硬铝螺帽，直径为4英寸。”接到指令，机器发出低沉的轰鸣声，灯光闪烁，闸板缓缓打开，眼前赫然出现了一颗闪光发亮已经制好的螺帽。
也许罗伯特没有想到如今一台3D打印机已经将他书中的幻境变为现实，那么什么是3D打印机呢？我们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品，而所谓的3D打印机与普通打印机的工作原理基本相同，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，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、一个玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。
前景广阔 问题犹存
在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》杂志最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式，能够促成新的工业革命。3D打印技术将来会促进传统的设计和制造模式，只是如今还没有大范围地推广和应用。随着3D打印技术的成熟和社会的发展，制造业的跨越式发展指日可待。
首先，3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用磨具，把金属和塑料熔化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说，加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。其次，实现了首件的净型成形，这样后期辅助加工量大大减小，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度，尤其适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次，由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。
这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业中，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。
成就显赫 仍待发展
美国的3D打印技术起步较早，目前这项技术在美国已经实现了产业化，目前全球的两家3D打印机制造巨头，分别是Stratasys和3D Systems，均已在美国纳斯达克上市。近日，美国国家增材制造创新学会开始投入了7000万美元，希望能把3D打印技术推广到过去未曾涉足的新领域中。其他国家也加紧了研究3D打印技术的步伐，并取得了巨大的成果。
美国在科研方面仍居于领先地位，但我国的西安交大、清华大学等也有着顶尖的实力，只是在商业化层面不如美国公司做得那么强。
作为一种新兴制造方式，3D打印与以往车铣刨磨等加工方式的不同之处在于，制造时将耗材以计算机建模生成的形状，融化或固化，使其在打印平台上堆砌层叠、增加高度，最终形成设计者需要的零件或构件。这种方法大大节省了材料，不会产生大量的加工废屑。
3D打印通常通过具有数字技术的材料打印机来实现（图2）。3D打印设备既包括能打印真飞机零件、人造骨骼等的高端金属打印机（图3），也包括能打印蛋糕、巧克力等的食品打印机（图4）。现在市面上售价千元的3D打印机，做出的零件精度也不错。3D打印技术的出现，正悄然改变着人们的生活方式。
随着3D打印技术的普及，航模活动也被惠及。下面笔者分享一些心得体会，讲讲自己如何将3D打印技术用于模型飞机制作。
现今市面上销售的3D打印机型号众多，常见的有3种结构，分别是XYZ结构、并联臂结构和coreXY结构（图5-图7）。从成型方式来看，常见的有FDM（熔融沉积，图8）、SLA（光固化）、SLS（粉末烧结）等制造工艺。消费级3D打印机受耗材成本、使用需求等方面的限制，大多采用FDM技术。
笔者使用的是一台并联臂结构的3D打印机。在制作航模零件时，通常的流程是：先用三维绘图软件，如SolidWorks、CATIA、UG、ProE等，设计并建模生成零件外形（图9）；然后将文件保存成3D打印机能识别的格式，如stl、obj等；再把文件导入3D打印机操作界面，如Cura软件，设置好打印参数，开始打印。
消费级3D打印机一般依靠加热挤出头融化耗材，再将材料堆叠成型。这类打印机通常用到两种耗材每千克价格不足百元，一种是PLA（聚乳酸），另一种是ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物）。PLA的特点是打印时对环境要求不高，只要控制好融化温度，就可以获得形状较为理想的打印件。PLA的硬度高、异味小、可降解、翘边率相对较低，可打印半透明制品。ABS材料用于3D打印时，会随着温度变化出现明显的收缩或膨胀。为防止ABS材料发生翘边，在使用这种材料进行3D打印时，通常需要热床辅助。
如果发现采用3D打印技术得到的零件出现了翘边问题，常用的处理方法有：
（1）确定最佳打印喷嘴温度和热床温度；
（2）在底板上贴美纹纸，提高材料吸附力，或用耐高温胶水粘接底层和底板；
（3）重新调平打印机工作面，尽量让底板平整；
（4）调低喷嘴高度，使第一层所有部位能压实并紧紧贴附在底板上（第一层与底板间的间隙应小于1张A4纸的厚度，可用A4纸检验）。
在3D打印过程中，零件的打印时间会因打印参数的不同自动调整，如打印速度、支撑结构、壁厚、底厚等。零件的强度则与某些打印参数相关，如耗材挤出量、打印温度等。此外，一些装饰性的零件常用树脂光固化成型技术进行3D打印。但由于树脂件的强度较低，因此该方法不适用于承力件的制造（图10）。
笔者曾利用3D打印技术，做过一些有趣的航模小零件，包括穿越机电机保护座、GoPro相机保护框、电动船桨、玩偶头像等（图11-图14）。这些打印出的小零件，不仅强度足够，还满足精度要求。模友们不妨大胆尝试，用3D打印技术根据自己的需要设计个性化的模型零件。
下面以电机座为例，介绍3D打印航模零件的流程（图15-图24）。整个流程主要分为两个部分，一是数字建模阶段，二是打印阶段。
[关键词]3D打印，航空航天，生物医药，建筑
中图分类号：F204 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0271-01
0引言
3D打印技术又称增材制造技术（Additive Manufacturing，AM），是指依据计算机三维模型数据，采用与减式制造技术相反的逐层叠加方式，利用金属、塑料或其它材料逐层打印来制作物体的过程，也被称作叠加成型技术或快速原型技术。3D打印技术自1984年问世以来便广受关注，经过30多年的发展，如今已成为推动世界先进制造业发展的源动力之一，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。掌握和应用最新最前沿的科学技术，推动生产力的发展，将是未来国家间竞争的重要体现和地位分水岭。目前，发达国家正在飞速发展3D打印技术，美国、日本和德国占据了3D打印市场的主导，尤其是美国占据了全球近40%的比重。我国的3D打印技术起步较晚，然而，近年来其在国内的应用市场日趋升温，据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元人民币，到2013年达到了20亿，预计到2016年将达到100亿，从而超越美国成为全球最大的3D打印市场。
3D打印技术引发了制造业新一轮的技术变革，已在航空航天、医疗、建筑等等多个领域取得了迅猛的发展，为尖端技术研究提供了关键的技术支撑。
1 航空航天领域
航空航天尖端领域是3D打印技术的重要应用领域之一。美国麻省理工Technology Review中指出，高性能金属材料3D打印技术的突破是3D打印领域的重要里程碑，它将成为航空结构轻量化、高效低成本化的革命性途径。美国增材制造路线图将航空航天列为推动3D打印发展的第一工业目标行业，美国国家增材制造创新联盟2014年资助的15个项目中60%与航空航天直接相关；欧盟Horizon 2020 计划给增材制造带来发展新机遇；英国政府2014年资助考文垂大学6000万英镑，建设开发航空部件的国家增材制造中心；德国建立了直接制造研究中心，主要研究和推动增材制造技术在航空航天领域中结构轻量化方面的应用；法国增材制造协会致力于增材制造技术标准的研究；瑞士的洛桑理工学院以及加拿大国家研究委员会均成立了增材制造研究中心；西班牙也启动了一项发展增材制造的专项，研究内容包括增材制造共性技术、材料、技术交流及商业模式等四方面内容；我国在《国家增材制造发展推进计划》（2015～2016 年）中提出到2016 年在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平的发展目标。
在众多研究计划支持下，航空航天用3D打印金属构件取得了重要进展。美国AeroMet公司于2000年9 月完成了激光快速成形钛合金机翼结构件，并于2001年为波音公司制造了次承力钛合金结构件；2013年，美国普惠-洛克达因公司采用SLM技术制造了J-2X火箭发动机的排气孔盖，另外，美国军方已经利用3D 技术成功试制出导弹弹出式点火器模型，并取得良好效果。我国从2000 年开始钛合金等高性能大型关键金属构件激光增材制造技术研究，一直受到政府主要科技管理部门的高度重视，北京航空航天大学王华明教授团队的研究结果表明，激光打印的钛合金零件的抗疲劳性能比锻件高32%～53%，疲劳裂纹扩展速率降低一个数量级，该团队制造的某战机钛合金主承力构件加强框投影面积达5.02m2，通过了装机评审，使我国成为目前世界上唯一掌握飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术并实现装机应用的国家，该成果获得了2012年度“国家技术发明奖一等奖”。
2 生物医学领域
随着生物制造概念的提出和发展，3D打印技术在医学领域的应用也越来越广泛，主要涉及以下五个方面。
第一个应用方面是快速构建医学模型以利于术前模拟，提高手术成功率，美国儿童医院曾利用3D打印技术打印出了患者的心脏模型。
第二个应用方面是利用3D打印的优势来调节材料的密度，通过改变孔隙率和微孔大小，制造适应细胞生长的活性骨骼。Jiankang等人利用3D打印技术，制造出了钛合金半膝关节和多孔生物陶瓷人工骨骼，组装后得到了临床表现良好的复合半膝关节假体；国内的清华大学、西安交大和上海交通大学的研究团队在这方面取得了最具代表性的成果，成果制造出了具有生物活性的人工骨骼。
第三个应用方面是制造生物器官。美国南卡罗来纳医药大学采用3D打印技术成功打印出了三维肾脏血管；Mannoor等人[13]打印出的仿生耳能实现听觉；清华大学成功制造出了具有自然特性和生物活性的组织器官；西安交通大学采用天然基质生物材料成功研发了打印立体肝组织的仿生设计和制造技术。
第四个应用方面是个性化控制细胞分布，精确打印牙齿生物支架。美国Stratasys公司和德国Envisiontec公司的都生产出了专门用于牙科应用的3D 打印机；华中科技大学自主研发、制造出了可摘除的钛合金义齿支架；北京大学口腔医学院成功研制出了人牙髓细胞共混物，并成功进行了打印实验。
第五个方面是3D精准扫描建立3D数据模型实现整形美容。美国康奈尔大学的研究人员利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植；美国北卡罗来纳州维克森林大学再生医学研究所成功研发出能打印出皮肤的系统，并进行了实验验证；英国口腔外科医生Andrew Dawood利用3D打印技术成功恢复了肿瘤患者的说话和吞咽能力以及面部特征；我国上海大学附属人民医院利用 3DP工艺，打印头颅三维模型及缺损的下颌骨模型，成功为23位患者进行了修复下颌角截骨整形术。
3 建筑领域
3D打印技术在建筑领域的应用目前主要包括两方面：一是在建筑设计阶段制作建筑模型；二是在工程施工阶段利用3D打印技术建造实际建筑结构。
在建筑设计阶段，设计师可以使用3D打印机将计算机中的设计三维模型直接打印为建筑模型，这种方法具有快速、环保、低成本等优点，可以用于制作精美的建筑模型。目前3D SYSTEM公司能以石膏粉为原料打印彩色建筑模型。
在工程施工阶段，3D打印技术用于快速打印建筑结构目前正处于研发阶段，取得了一定的研究成果。当前应用的3D打印技术主要有D型工艺（D-Shape）、轮廓工艺（Contour Crafting）和混凝土打印（Concrete Printing）。D型工艺由意大利发明家恩里克・迪尼发明，通过打印机底部的喷嘴，喷射出镁质黏合物，在黏合物上喷撒砂子可逐渐铸成石质固体，通过一层层黏合物和砂子的结合，最终形成石质建筑物；建造完毕后建筑体的质地类似于大理石，比混凝土的强度更高，并且不需要内置铁管进行加固。“轮廓工艺”是由美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克・霍什内维斯提出的，轮廓工艺的材料（混凝土）由喷嘴根据设计图在指定地点中挤出后，由喷嘴两侧的刮刀进行外型修整，凝固后可形成建筑结构外墙。混凝土打印由英国拉夫堡大学建筑工程学院提出，使用喷嘴挤压出混凝土通过层叠法建造构件。
4 结论
许多高尖精技术领域的需求推动了3D打印技术的研发和应用，3D打印技术的进一步发展也促进了这些领域里先进制造业的发展。进一步发展3D打印技术，解决现存的技术难题，实现打印产品规模化生产是3D打印技术推动先进制造技术发展的根本所在。
参考文献
[1] F2792-12a. Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies[S]. ASTM ，
2012.
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。”
关键词：3D打印；教育应用；模式构建
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-7503（2014）11-0016-04
3D打印技术是一种以数字形式从三维立体模型快速构造物理对象的新型快速成型技术。该技术在医疗行业、骨骼打印、文物打印、工业设计、汽车零件制造、航天和国防、教育、地理信息系统等领域都有所应用。众多研究者认为这项技术将引领制造业发展的新趋势，甚至被誉为2012年10大发明之一。随着3D打印技术的发展，3D打印技术逐渐与各个领域深度交融，成为各个领域未来发展的有力助推器。那么，3D打印技术与教育领域的深度融合又将给教育界带来哪些革命性的变化呢？
新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平线报告中首次将3D打印技术列为教育领域未来4-5年内待普及应用的创新型技术。鉴于3D打印技术在教育改革与创新层面的无限潜力，本文将从介绍3D打印原理切入，深入分析3D打印技术在教育中的作用，并构建基于3D打印技术的教学应用模式。
一、3D打印的原理
3D打印是快速成型工业形式的桌面级替代方案。围绕3D打印机的很多讨论源于制造者文化，即由设计者、程序员及其他对科学和工程尝试使用DIY（自己动手做）方法的人群形成的兴趣共同体。其独特之处在于无需机械加工和模具作为辅助，只需设计者根据用户的个性化需求，通过3D建模软件进行模型设计与构建，然后打印机读取模型数据进行打印输出即可。3D打印技术与传统打印技术的区别主要有两个方面：其一，3D打印首先需要进行数字化三维模型构建，传统打印技术并不需要构建数字化三维模型；其二，传统打印使用墨水进行打印，而3D打印利用实实在在的原材料制作实物模型。以制作过程为视角，3D打印需要经历物理对象的设计与构建、打印输出、后期处理三个主要阶段。具体打印流程如图1所示。
[计算机辅助设计][三维建模][计算机辅助断层扫描][三维扫描][数据传输][模型分切][剖面信息读取][打印介质][支撑物][材料匹配][切片粘合][切片打印][固化处理][剥离][修整][上色][表面打磨][物理对象的设计与构建][成品][打印输出][后期处理]
图1 3D打印基本流程
（一）物理对象的设计与构建
物理对象的设计与构建阶段涉及两个方面：三维建模和三维扫描。3D打印的关键阶段是模型设计与构建，这直接决定作品比例是否协调，设计是否残缺，结构是否合理，亦或是否符合心中期望。三维建模和可视化对物理实体的最终打印效果也有重要影响，可以使用与计算机辅助设计或计算机动画建模相关的三维建模软件来设计和构建欲打印的物理实体的三维模型，例如：AutoCAD、3D Max、SketchUp等。也可利用计算机辅助断层扫描通过对物体空间外形和结构进行扫描以获取物体空间坐标继而转换为数字信号，直接生成三维模型，亦或直接使用或是修改已有的模型作品。
（二）打印输出
在打印输出阶段经历的步骤有：数据传输、模型分切、剖面信息读取、材料匹配、切片打印以及切片粘合。首先将三维模型数据传输到3D打印机，然后，通过打印机配备的专业软件将模型薄片化，形成多个剖面。每层切片的厚度则由模型形状、打印介质和打印机规格决定。其次，选择与成品匹配的液体状、粉状、片状等的打印介质和易于祛除的支撑物。最后，采集所有切片的剖面数据，构建每一层三维模型切片，逐层将这些切片打印出来，然后，将所有切片堆叠起来，以各种方式粘合成一个完整的物理实体。
（三）后期处理
由于3D打印机规格、打印材质、打印精度的不同，可能出现成品截面粗糙或有毛刺的现象，这时就需要对打印出来的模型进行简单的后期处理，如：表面打磨、剥离、上色、固化处理等。
二、3D打印技术在教育中的作用
3D打印技术对于教育的重要价值之一，在于它能够创造对事物更真实可靠的探索机会，而这样的机会对于学生来说可能非常难得。同时，对3D打印技术从设计到生产过程的探索以及实物教学和参与性学习的发展需要，为学习活动的开展提供了新的可能。下文分别从教师和学习者视角分析3D打印技术在教育中的助推器作用。
（一）促进教学效果的效能工具
教师在教学过程中利用3D打印制作的教学用具，可以扩展学习者的感觉和知觉，增强触觉体验，弥补常态课堂直接经验不足的劣势。同时，教师也将隐性知识和认知结构显性化，使学习资料由抽象化转变成为具体化，具体化转变成为形象化，视觉复杂化转变成为认知简单化。由此增强学习者的思路清晰度，提高学习者的逻辑思维能力和理解能力，改善教师教学效果，提高学习者学习效率。
（二）促进学习效果的认知工具
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，促进学习者的社会性认知。由于3D打印技术应用领域较广，建筑、机械、生物、医学、考古等学科都可以通过3D打印制作相关模型。学习者通过真实的模型可以深化感性认识，获取强烈、真实的认知体验，进入深度学习的状态。例如：针对小学五年级《赵州桥》的学习，3D打印能便捷地打印出赵州桥的微型化模型，学习者可以在课堂上对赵州桥的整体结构和构造特点有一个直观的观察和认识。进而加深学习者对赵州桥的社会性认知体验，最终达到促进学习效果的目的。
（三）培养学习者的创造力
可视化教具可以增加教学内容的趣味性，显著提高学习者的学习兴趣。常态教学环境下，教师一般利用多媒体技术，通过动画、图片、视屏、音频等能够为学习者创建一种动态的信息技术学习环境。但是，却极其缺乏形象、直观、可碰触的立体教具，致使学习者缺少对事物更真实可靠的探索机会，这在一定程度上抑制了学习者创造潜力的开发。3D打印技术则通过将数字化的设计、虚拟模型快速转变成实物的独特优势打破了这一禁锢。物理实体带来的强烈的现场感、真实的学习情境、近距离的观察和触摸体验，将为学习者拓展更为广阔的创造空间，激发学习者的批判性思维，提高学习者创造性解决问题的能力。
（四）提高学习者的学习参与度和实践能力
3D打印的打印流程包含模型设计和模型打印，这两个阶段皆需要学习者的全程参与。无形中，即使处于学习边缘的学习者也会自主完成学习角色转换，由边缘角色转变为中心角色，提高学习参与度。同时，通过完成提出创意、设计模型、构建模型以及打印模型这一系列任务，将有效促进学习者设计能力、观察能力和实践能力的发展。实践是提高知识内化和掌握程度的主要途径，同时，实践能力也是学习者发展研究能力和创新能力的基石。
（五）营造愉快的学习体验及激发学习者的学习积极性
3D打印可以使加速学习者设计过程成为可能，学习者在模型设计初期就可以通过教师指导以及原形化发现问题和不足，降低设计出错的概率和认知出错次数，减轻学习过程中的挫折感，增强自信，获得愉快的学习体验。对于3D打印无论是设计、制作还是分享使用都可能产生一种新的学习体验，吸引学习者的学习兴趣。只要有创意，就可以将构思变为真实的立体模型，使大脑中的抽象概念转变为现实世界的真实存在。这将使学习者在学习过程中充满沉浸感和成就感，激发学习者的学习热情和DIY兴趣，使得学习者发展成为主动的知识建构者和探索者。
三、基于3D打印技术的教学应用模式构建
3D打印技术有助于教师制作个性化教学模型，帮助学习者更好地形成沉浸式学习。学习者通过3D打印，开拓批判性思维模式，培养创新精神，提高创造力。3D打印是一种通用的技术，它的应用领域涵盖大部分学科，尤其适用于医学、机械设计等需要大量制作模型的专业。因此，构建一种适用于应用3D打印技术的教学模式显得尤为必要。本文基于3D打印技术的教学实施过程，对3D打印在教学中的应用模式进行了初步构建，如图2所示。
[前期问题设计与模型制作][个性化需求][个性化需求][教学内容][教学内容][趣味性][趣味性][探索性][探索性][延伸性][交互合作][3D
软件
建模][满足
学习
者需
求][解决
真实
问题][指导修正][3D
建模
软件][3D
模型
资源库][3D
模型
资源库][教育
资源中心][打印介质选择][模型数据传输][打印机调试][打印操作][资源搜索][构建模型][设计原则][选择、修改已有模型][三维模型设计][三维模型构建][三维模型打印][问题发现][问题情境][问题情境创设][课堂
应用
教学
评价][教学评价][问题情境创设][学习者自评][教师评价][模型展示][课堂互动][模型检验][学习者互评][课堂应用]
图2 3D打印教学应用模式
（一）教学实施过程概述
基于3D打印技术的教学实施过程由问题情境创设、三维模型设计、三维模型构建、三维模型打印、开展教学和教学评价六个核心模块。教学实施过程以此六个模块依次展开。在创设问题情境环节发现问题之后，学习者在解决问题的任务情境之下进行3D模型设计和模型构建。然后，打印实物三维模型并在课堂互动环节通过展示、探讨、应用模型的活动对模型加以验证和修改，进而解决实际问题。最后，通过评价环节，精细化设计技巧，完善设计思想，提高学习者设计能力和创新能力。
（二）核心模块分析
1.问题情境创设
对于学习者而言，创设问题情境可以有力激发学习者学习兴趣。从学习者的学习经验、知识结构以及教学内容出发，创设具有趣味性、探索性、延伸性并有助于学习者个性化学习、交互合作的问题情境将有效激发学习者强烈的问题意识和探究动机，有助于引起学习者对发现问题的深入思考、探究欲望和钻研热情。同时，置身于问题情境，才有可能挖掘学习者的设计灵感，创作出既有价值又能让人耳目一新的作品。对于教师而言协助学习者找到一个高质量的问题激发学习者的求知欲，将为后续教学活动的顺利进行奠定基础。
2.三维模型设计
经过创设问题情境阶段，学习者在接受问题刺激之后，其思维已被激活，处于活跃状态。此阶段是学习者最为敏感、最易出现创新思维的阶段。学习者在设计思想的指导下，遵循满足学习者个性化需求和解决真实问题的设计原则进行模型设计。教师则针对学习者在设计过程中存在的问题实施个性化的指导，帮助学习者在模型构建初期就降低设计失误的概率。
3.三维模型构建
在此阶段学习者利用Blender、Web 3D、AutoCAD等三维建模软件依照三维模型设计构建数字化三维模型。学习者也可以通过在3D建模资源库和教育资源中心等搜寻或修改符合要求的已有模型。
4.三维模型打印
模型打印主要借助3D打印机来实现，学习者只需把数字化三维模型数据传输到3D打印机，然后选择匹配的打印介质，根据打印要求设置打印机参数就可以轻松便捷地完成模型打印工作。
5.课堂应用和教学评价
将打印的三维模型应用到课堂当中，教师通过课程设计科学合理安排模型应用的时间和地点，为学习者创设一种轻松自由的学习环境。通过模型展示和课堂互动环节，学习者进行充分交流和互动以讨论模型中存在的问题。最后通过评价模块，验证模型的可用性，检验得出结论的正确性。教师对模型给出反馈，指导模型的再次修改，学习者进行自我评估和学习者互评，不断完善模型。
四、结束语
3D打印技术是一种新兴的学习技术，教育领域将是未来3D打印技术推广应用的重要市场。本文通过分析3D打印原理和3D打印技术在教育中的作用构建了基于3D打印技术的教学应用模式，以期为后续实际应用和精细化研究奠定基础。尽管3D打印技术在教育领域具有广阔的发展前景，但是目前其在教育机构的推广和普及仍面临着巨大挑战。例如：3D打印机价格昂贵，可制作原材料稀少，制作成本高等。这也将成为教育研究者未来的重点研究课题和方向。
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[5] 李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013，
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3D打印技术和产业是引领制造业未来创新发展的战略性新兴产业，对带动工业转型升级和经济发展方式转变意义重大。近年来，在陕西省委、省政府的高度重视和大力推动下，陕西3D打印技术创新与产业化实现了“双丰收”。
一、3D打印技术创新取得新突破
在生物打印领域，西安交通大学开展的3D打印个性化人工假体制造研究与应用获得标志性进展，科研成果《个性化颅颔面骨替代物设计制造技术及应用》通过国家技术发明二等奖初评。西北工业大学研发的常温直接成形生物陶瓷术前诊断模型、全骨支架模型等已经在北医三院、第四军医大学临床应用。
在非金属打印领域，西安交通大学创新陶瓷材料3D打印成形工艺，实现了大型燃气轮机空心涡轮叶片等复杂结构陶瓷零件的快速制造；开发了高温熔丝成形3D打印设备，可以有效打印纤维增强树脂基复合材料、尼龙、聚醚醚酮等耐高温材料制品；研发了大尺寸的烧结成形工艺及样机，可以形成多种非金属材料粉末烧结设备。
在金属打印领域，西北工业大学研制出达到世界先进水平的个性化金属液滴微喷头、压电脉冲微喷头及5轴联动金属微滴打印设备，实现了碳纳米管浆料微滴的按需打印、直径小于0.1mm的铝均匀微滴可控喷射与打印，可快速制备超级微电容器、微电源、碳纳米管晶体管以及微小复杂波导件、散热件、嵌入式智能器件。西安光机所突破了可变焦的3D打印熔覆头关键技术，研制出可用于成形中小型钛（钢）合金零件的同轴送粉式金属3D打印机，可使打印效率提高3―5倍。西北有色金属研究院成功开发了国内首台商业化的粉床电子束3D打印设备和新一代等离子旋转电极雾化制粉设备。
二、3D打印产业化态势喜人
一是龙头企业发展迅猛。截至2014年第三季度，西安铂力特激光成形技术有限公司拥有相关发明专利达到35项，销售收入已达1.02亿元，全年销售收入预期可达1.5亿元、利润3000多万元，同比增长552%，成为目前国内规模最大、技术实力最雄厚的金属增材制造综合服务商，并一举夺得第三届中国创新创业大赛先进制造行业总决赛冠军。陕西恒通智能机器有限公司进入渭南高新区开展产业化生产，实现了3种机型的研发与上市，实现销售收入6000多万元。
二是产业基地建设进展顺利。渭南高新区建成了全国第一家占地460亩的3D打印产业培育基地、全国第一个2.3万平米的3D打印创新创业孵化器、全国第一只总规模2.5亿元的3D打印创投基金，吸引了省内外20多家相关企业和项目入驻，3D打印产业化推进格局初步形成。西安高新区规划占地1000亩的3D打印产业园加快建设，园区主要路网的水、电、气、道路施工已完成过半，首批700亩产业用地已逐步到位，一期2万平米的孵化器、4.6万平米的标准工业中试厂房已具备开工条件，已吸引10多个企业和项目入驻。
三、全力推进3D打印技术和产业创新发展
一是M建了陕西省3D打印产业技术创新联盟，制定完善了我省3D打印技术产业化推进工作方案，推动我省3D打印创新链、产业链和服务链的构建和发展；二是设立“增材制造（3D打印）产业关键技术研发与平台建设”、溜南市增材制造（3D打印）产业重大科技专项，投入经费1400多万元，并争取国家863计划、重大科技成果转化等项目资助近3000万元，组织我省优势单位联合攻关。三是协调中信银行、招商银行等四家商业银行向联盟贷款授信20亿元，加大对3D打印产业的金融支持。四是成功争取科技部其建渭南国家新材料高新技术产业化基地，为加快我省3D打印产业发展提供了支撑和保障。下一步，省科技厅还将通过启动实施3D打印重大科技成果转化中试专项、建设3D打印产业化中试基地等措施，进一步加快我省3D打印技术创新和产业化步伐。
关键词 3D打印技术 机械制造 教学改革
中图分类号：G633.55；G434 文献标识码：A
0引言
3D打印技术 是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它无须机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
3D打印新技术势必带来教学、学习和研究领域的创新。各大高校以及相继开展了相关课程的教学，如何把3D打印技术与现代工科高校应用型人才培养目标有机融合，是目前高等教学改革研究的前沿课题。本文着眼于3D 打印技术特点， 提出面向机械制造专业的《3D 打印技术》课程教学内容改革举措，为培养应用型机械制造工程领域人才拓宽教学思路。
1 3D打印技术
3D打印技术为用户提供了新的设计、创作和制作方法。从3D 打印的制作过程出发，可以分为如下2个阶段：
1.1设计阶段――3D 建模
在设计阶段，三维模型的建立通常可以有2种方式来获得三维模型。第1种正向造型，可使用Pro/E， SlidWorks及UG等建模软件按照打印物体的尺寸要求创建三维模型。第2种是采用逆向工程技术，使用3D激光扫描仪对需打印物体的空间外形和结构进行扫描。
1.2 打印阶段――分层累积
3D打印也称为增材制造（Additive Manufacturing），其实质是2D打印的逐层叠加，把三维模型导入分层处理软件，设定打印参数，将三维模型沿水平方向“切割”成一定数量的2D薄片， 读取文件中的横截面信息（图1所示为某软件的切片效果图），对每一层使用高性能复合材料等多种材料逐层打印，最后将各层截面以各种方式粘合起来，最终构建出3维的实体。
2教学改革措施
2.1课堂教学方式改革
传统的机械专业教学中有很多专业课中需要实体与模型，造价高而且使用上不能灵活更改，课堂教学显得沉闷，往往是教师一言堂，学生不能互动式的参与模型的制造。利用3D 打印机，学生足不出户自己打印自己设计的各类减速器、装配部件，体验理论设计与现场加工的完美快速结合，一方面可以将课堂学到的理论知识进行实践运用，提高学生的设计能力和动手能力。同时提升对三维造型软件的操作能力及应用实践能力。学生体会到新的教学方式带来的机械加工的快乐，极大地促进了教学效果的提高。
2.2学习方式的改革
在学习机械制图课程工程中，对于复杂的组合体以及相贯线等知识点，学生如果只是在课堂上听教师讲解是不够的，教师的讲解也只是理论及二维的展示，如果我们提供给学生自己使用3D打印机的机会，开放实验室，让学生自己建模打印，打印好的模型学生可以自己带着，也可以放在课堂，自习室甚至宿舍，这样，模型可以被所有学生传看，也方便了在课堂上就这些困难问题展示积极讨论。我们发现，这种灵活的学习方式极大地激发了学生的学习兴趣，上课提问的积极性及课堂出勤率均提高了很多。
3 讨论
3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它将抽象概念和设计引入到现实世界，对教学内容中的抽象概念进行可视化展现，通过快速灵活的打印，使得学生获得更多的认知体验，将传统教学显示的模型转化为可观察、可触摸的实体模型，提高思维能力和动手及感知能力，提供学习兴趣的同时，拓展创造性思维，从而最终提高了学习效果。
参考文献
[1] 蔡恩泽.3D打印颠覆传统制造业[J].中国中小企业，2012（11）：46-47.
[2] 李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013（4）：29-35.
3D打印技术正在推动制造业的转型是无可争辩事实。日常工作涉及供应链流程管理的专家们一定会认同以下观点：3D打印技术已经改变了行业规则，并且有可能使得任何地方的任何人都具备制造产品和零部件的能力，只要他们拥有所需的计算机辅助设计（CAD）文档、一台 3D打印机以及打印耗材（通常是粉末状塑料、金属等材料）。
我们已经认识到 3D打印技术改变各行业业务性质的潜在能力，及其对企业和国家未来竞争力的可能影响。中国就是其中一个非常典型的例子。我们都知道，中国为了刺激和支持其 3D打印产业的发展，在南部城市长沙建立了一座产业园，目的就是要大力推动中国制造业和 3D打印技术的发展。该产业园区是中国首个 3D打印技术创新中心，其初步目标被设定为生产 100台 3D打印机，并计划至 2016年实现产量300台。武汉和珠海紧随其后，相继宣布成立类似的技术中心的计划。
亚太区其他国家也陆续开始着力发展这一新兴技术。其中，新加坡政府计划在未来 5年内投资 5亿美元，用来提高新加坡国内的制造业水平，重点发展 3D打印技术。日本政府同样宣布拨款 3，860万美元的经费，投入各类 3D打印项目。全球数据信息公司 HIS消息称，其中 80%的经费将用于研发能够生产工业用金属终端产品的 3D打印机。
经过数十年的发展，3D打印技术已演变成为一项切实可行且成本合理的技术，为制造业的革新铺平了道路，而制造业是亚洲很多国家和地区的经济发展引擎。那么，对我们而言，这一切意味着什么呢？什么才是 3D打印技术真正的价值所在呢？
利用 3D打印技术，实现智能创新
数字化是现代制造业的成功关键，而其概念已不再是创建数字图像那么简单，相反，企业应当以数字化作为实现创新的根本途径。企业可以充分利用这些通常具有颠覆性意义的蜕变技术来增强自己的创新能力，以便在当下复杂的产品和流程市场上继续生存下去。
3D打印技术在某些阶段所发挥的作用，如传统 PLM领域新产品研发流程中早期的创意构思和设计阶段，是变化最明显的地方。很多制造企业在创新流程初期就采用 3D打印技术，用以深入了解客户需求，为新产品研发构思创见。与传统制造和成型生产方式相比较，3D打印为高度定制化和为复杂设计减少成本提供了可能，降低了短期零件（short-run parts）和产品的间接生产成本。
对传统制造企业而言，产品的形状和模型越复杂，完成一项任务所需的成本越高、时间越长，因为其中涉及大量的模具和复杂的加工作业。但 3D打印技术的不同之处在于，它能消除这些要求，让用户可以轻松打印所需物件。虽然 3D打印通常围绕形状或模型展开，但企业完全可以利用其实现更智能的创新，通过创建模型，然后再将模型与一个或多个系统相连。这样一来，甚至在产品和流程实际建造完成之前，工程师和客户就可以查看其性能状况。而且通过评估性能数据，他们可以在实际进行“3D打印”之前，进行预测改进性能及任何潜在风险。用户识别出一项风险之后，可以轻松地进行改进，避免不必要的风险。然后，用户可以将从这些二次开发模型和仿真中获得的预测结果与更好的版本进行对比。与简单地制作模型并将之打印出来相比，以上流程可以确保实现更好的产品质量和可靠性。
任重道远
3D打印技术虽然好处多多、引人入胜，但有一个制造企业、律师以及政府部门才开始着手应对的棘手问题，即3D打印的知识产权（IP）问题。如果任何地方的任何人都可以利用 3D打印技术随心所欲地进行生产，那么企业、设计师及发明创作者该如何保护他们的知识产权呢？
版权或专利的目的是保护创造性工作，而对版权保护范围及必要资质的规定各个国家不尽相同。在一些地区，知识产权的侵权问题已经彰显，但现在似乎越来越多的突发案例与 3D打印技术有关。此项新技术的操作过程非常简单，只需轻轻一点，任何人都可以在未经授权的情况下，使用一份计算机文档或一个实际物体的 3D扫描件打印出一个物件或复制一个受知识产权保护的物品。与以往相比，现在复制操作已变得异常简单，但侵权问题的鉴别却异常困难。制造业当前所面临的问题，与音乐产业在MP3文档和互联网下载文档出现时所遇到的问题相似。
当前我们所面临的情况是：一方面我们承认权利并非虚设，但另一方面我们在如何实施权利以及如何通过新业务模型打造具有吸引力的、可以避免侵权行为的方法等方面也面临着严峻的挑战。与此同时，对潜在问题的认识对确保3D打印技术成为组织机构下一个伟大发明而非下一个重大负担有着极大的作用。
面向未来
一、3D打印技术对于我国制造业的影响
减少人力成本根据相关的研究显示，一些类似机和火电等行业使用一些重型的机械以及高端的精密机械装备进行工作，这些精密的仪器和设备等在制造的过程中都会使用到很多的材料，并且还需要经过特别复杂的工序。像是一些类似于切割焊接等的制造过程都需要花费大量的人力来完成工程，这对于工人的技术的要求也非常高，另外这也对于员工的人身安全影响极大，对企业来说是一种重要的资源消耗。但是，3D打印技术能够实现一些操作过程的无缝连接，实现无缝连接能够使得大数目的螺丝螺帽在生产过程中的大部分流程成为多余，3D打印技术还能够使得结构之间的的相对稳定性能和连接的强度得到大幅度的提升。跟传统的制造技术相比，3D打印的原理能够使用增加材料的方法来制造出更为复杂的形式的产品，这对于我国的制造业来说大有裨益。因此，3D打印技术能够对我国的制造业产生非常积极的影响，这其中的一个重要优势就是减少更多的人力成本。
二、增加创新机制
3D打印技术属于一种能够使用电脑来辅助技术来完成的一系列的数字性的切片，并且能够使用这些切片的相关信息来传送到打印机上面，之后再进行多层次的加工并且成形，简而言之就是把一些连续性的薄型的层面进行堆叠，一直到一个固态的物体能够成型。换而言之，3D打印技术和普通的打印机的相关工作原理非常相似，在和电脑进行连接之后，使用电脑进行控制将需要打印的材料来进行层层叠加，最后的环节是将计算机上面的蓝图变成为需要最后成型的实际物体。3D打印技术作为新兴技术的一个重要方面，它很可能能够从本质上改变很多的产品的生产的组织方式，更加吸引关注的是传统型的大规模产品生产的相关优势出现的削弱的情况，甚至是消失。这给中小企业特别是一些个体的企业的发展带来新的机遇，并且能够使用集中方式的生产规模来朝向分布式的生产方式前进。传统的制造业因为资金的问题使得一些创新项目很难顺利展开，严重阻碍制造业的发展。但是，目前很多中小企业可以使用3D打印技术来创新本企业的生产，为企业的发展创造新的机会。
三、缓解产能过剩
我国的传统制造业大部分都出现了产能过剩的问题，这些问题大部分都体现在钢铁等行业。这些行业的产能过剩问题在世界金融危机爆发之后尤为明显，并且还大范围地延伸到了汽车和机械等高科技的行业之中。在很长的一段时间内，我国的产能过剩问题还存在于一些整齐划一的生产企业上，这些产品生产出来都是一个样，长时间下来国内的需求很难消化这么多的产品，尽管在价格方面有很大的优势，但是在质量上并不能具备优势，出口的竞争优势丧失，产能过剩的问题又进一步体现出来。在3D打印技术出现之后，相关的产业负责人能够在打印技术的支持之下消费者根据自身的消费需求来量身定制属于自身的产品，这对于大多数的消费者来说具有很强的吸引力。这种量身定制的效果不但能够摸清市场的情况，还能够减少行业出现的产能过剩的问题，并且能够实现更加积极的销售效果，减少一些产品积压的情况出现。因此，3D打印技术对于我国制造业的影响还体现在缓解产能过剩方面，能够有效地缓解目前我国大多数制造行业出现的产能过剩的问题。结束语3D打印技术能够有效地减少一些人力资源的浪费，为我国的大多数制造行业节省物质和人力资金，还能够缩短一些作业的功效，对于促进我国制造业的科学发展至关重要。目前，我国的制造业还存在着一系列的技术和创新等方面的问题，3D打印技术能够提供一定的技术支持。笔者主要讨论3D打印技术对于制造业的影响，希望能够为促进我国的制造业的健康发展提供一定的帮助。
作者：耿锐单位：黑龙江佳木斯大学
在两院院士大会上提出“科技发展要坚定不移地创新、创新、再创新”的发展战略，契合全球科技革命浪潮，点燃了科技创新的圣火，掀起了科技创新概念股的中线投资浪潮。
跨界并购重组成为科技创新的孵化器。传统产业转型为电子信息、网络游戏、文化传媒等创新型产业的跨界重组，无疑是最受投资者青睐的。据笔者统计，今年前六个月的牛股大多出自跨界并购重组模式，2倍涨幅的牛股有世纪华通、山水文化等，翻倍牛股高金食品、科冕木业、万力达、新世纪、互动娱乐、华智控股、巨龙管业等是典型代表。本周市场跨界并购重组概念全面爆发 ，以天润控股为代表网络游戏概念股，以万力达、新世纪为代表的电子信息概念股，以成飞集成为代表的军工整合概念股，以高金食品、华智控股、中南重工、山水文化、道博股份为代表的文化传媒概念股成为市场最强音。
智能机器成为科技创新的先锋军。机器人行业利好云集：第一，据国际机器人联合会预测，2014年中国工业机器人年装机量将超过日本，达到3.2万台，占世界总量的20%，成为全球最大的机器人市场；第二，机器人国内外峰会云集本月，第北京埃森焊接与切割展览会、广州国际机器人展览会、第11届全球智能控制与自动化大会等事件驱动；第三，欧盟近日宣布到2020年将投入28亿欧元研发民用机器人；第四，在两院会议上总书记表示要把我国机器人行业提高上去，尽可能多占领市场。本周市场，华昌达收购上海德梅柯全部股权加码工业机器人，连续3连扳飙升，成为智能机器的大龙头，并带动三丰智能、南通锻压、万讯自控等智能科技概念股联袂走强。
国产软件、基因测序产业成为科技创新的主力军。国家信息安全概念股在经过短期休整后继续强势上涨，以浪潮软件、新世纪、海兰信、榕基软件、湘邮科技为代表的国产软件概念股风云再起，彰显科技创新魅力。此外，以新开普、顺络电子为代表的移动支付概念股大涨，以中海科技、盛路通信为代表的智慧交通概念股，以千山药机、中源协和为代表的基因测序概念股，也成为科技创新新的做多军团。
综述，笔者认为科技创新的投资大幕才刚刚拉起，科技创新和产业转型改革必将成为高成长牛股的摇篮。在淘金科技创新大主线上，建议投资者主要把握以下基本面：一是具有确定性盈利能力和政策大力支持的行业领域，二是具有较好盈利能力且与国际顶尖巨头具有产业链关系的行业，三是具有独立技术且与国际科技浪潮处于领先优势龙头公司。
短线操作上，笔者建议投资者回避涨幅较大软件、智能机器等热门股，重点关注3D打印概念股的投资机会，相信这是继智能机器后新的投资亮点，中线则继续看好基因测序概念股。
【关键词】3D打印；关键技术；产业化
1 3D打印的概述
近年来，3D打印技术受到国内外新闻媒体和社会公众的热切关注和追捧，被认为是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破，英国《经济学人》杂志认为它将与其他数字化生产模式一起推动实现新的工业革命3D打印技术，又称”三维打印技术”，即快速成型技术的一种，是指通过可以”打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。快速成型技术诞生于20世纪 80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。目前，3D打印技术已在医学、电子、机械和军事等众多领域进行了应用[2]，其市场份额：建筑类，3%；消费电子产品，20.3%；车辆，19.5%；医疗/口腔医学，15.1%；飞行器，12.1%，工业/商用机器，10.8%；学术研究，8%；行政/军事，6%；其他：5.2%.
2 3D打印的关键技术
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[3]：
1）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；
2）精密机械，即 3D 打印技术以材料的层层叠加为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度和稳定性有较高的要求；
3）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。
客观说，目前 3D 打印技术尚不成熟，存在缺乏宏观规划和引导、技术研发投入不足、产业链缺乏统筹发展及缺乏教育培训和社会推广等问题。它作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术"。
3 发展3D打印的建议
针对当前3D产业存在的不足，为发展3D打印产业提出以下建议[3]：
1）制定3D打印产业发展规划，优先发展3D打印产业。
建议将3D打印技术定位为生产业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。
2）加强3D打印产业联盟，行业协会建设，推动产业协同发展。
积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。
3）加大科技扶持力度，提升3D打印技术水平。
设立3D打印产业专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。
4）加强教育培训，促进3D打印社会化发展。
将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务机构，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。
【参考文献】
[1]刘红光，等.国内外3D 打印快速成型技术的专利情报分析[J].情报杂志， 2013，12（6）：40-46.
