发布时间：2023-09-20 18:10:38
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的3d打印技术样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
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
机遇与挑战
3D打印技术提供了大量机遇，不仅仅体现在制造领域，还包括零售、医疗健康和其他领域。3D打印最本质的经济问题是，打印产品的成本高于传统制造，但工具的成本为零。对于大规模批量生产来说，传统制造的成本更低。但是，高昂的工具成本，使得传统制造的成本对于小批量生产来说更高。利用3D打印技术生产产品的时间要短于制造工具，但单件产品的生产时间长于传统制造。
用途领域甚广
快速制造原型产品是3D打印技术的第一大用途。传统上，生产一件原型产品通常耗时1、2个月。利用3D打印技术，设计人员数小时就可以拿到原型产品。3D打印技术的用途远不止生产原型产品。
夹具和卡具可能是最热门的增长领域。在大多数工厂，技术工人通常负责制作工具，例如夹具和卡具。夹具和卡具的生产对技能要求很高，经常需要大量试验，还难免会出错。夹具的任何错误都会“被复制”在最终产品中。利用3D打印技术制造夹具和卡具通常速度更快、更方便。
小批量生产很常见，制作原型只是其中一个特例。市场空间有限的产品，可能能带来利润，但不值得生产、购买昂贵的工具。3D打印技术很适合小批量生产，它还适合用在需求不确定的情况下。企业可以利用3D打印技术生产少量产品，从而无需投入巨额资金购买昂贵的工具。生命周期结束的零部件也适用于3D打印技术。大量20年前购买的汽车还在使用，用户需要备件。通过为这些过时的产品提供服务，厂商可以提高自己的品牌形象，增加现在的销售。
大规模定制是终极版的小批量生产：一件产品只为一名客户制造。Normal利用3D打印技术为客户定制耳机，每副耳机都根据客户的需求量身打造。佛罗里达州立大学制作了塑料“大脑”，供医学专业学生实习。当前的技术能融合不同密度的材料，给学生提供最真实的手感。未来，供实习用的大脑将通过对病人进行3D扫描获得，其中将包含模拟的肿瘤。
非标零部件也是一种潜在用途。中小批量的生产任务通常使用标准件，利用3D打印技术，设计师可以对产品进行更好的优化，而无需考虑标准件。
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）.
我国科技水平的不断提高，为机械制造行业的快速发展提供了机会，与此同时，也增加了机械制造行业发展的难度。为了推动机械制造行业持续发展，在其中应用了3D打印技术，此技术集电气、计算机以及光学等先进的技术于一体，具有利用率高，并且成型速度快等特点，由此可以看成，3D打印技术是非常先进的。因此，在机械制造领域中应用3D打印技术，对促进机械制造行业更好地发展有着不容忽视的作用。本文对机械制造领域中3D打印技术的应用进行了深入地研究，并阐述了自己的见解，希望可以为相关人员更好地应用3D打印技术提供一点帮助。
【关键词】
机械制造领域；3D打印技术；应用
近些年来，我国机械制造行业迎来了发展的繁荣时期，为了推动其更好地发展，应用了3D打印技术，由于我国应用此技术的时间比较短，所以应用过程中还存在一些问题，只有采取有效的措施解决问题，将3D打印技术的应用和实际情况结合在一起，才能充分发挥3D打印技术的作用，推动机械制造行业稳定的发展。
1对3D打印技术的发展历程进行概述
世界上的第一台3D打印设备是在1984年现世的，在这之后，3D打印技术已经经历了30多年的发展，在社会中的影响力越来越大。3D打印设备在1991年实现了商业化的转变，在1996年，3D打印机成功问世。我国的第一台3D打印设备是在1994年问世的，此设备具有知识产权，构造此设备的材料主要有聚丙烯塑料以及塑料粉末状物，其应用范围越来越广泛，已经成功的在航天产品、医疗器械以及汽车生产中应用[1]。
2增材制造原理
3D打印技术增材制造原理就是以纵向坐标为基础，将设计出三维模型的产品进行平面划分，对其进行划分主要应用的是三维仿真软件，与此同时，还应该应用叠加成形以及分层加工两者相结合的方法来生成3D实体，进而制作出模型。3D打印机的工作原理有以下几方面，以下是对原理的具体分析：第一，三维成形原理。此原理在3D打印机中的应用主要体现在将适当数量的材料粉末放置在存放桶中，然后经由存放桶将其运输出去，当粉末运输到加工台上之后，需要使用滚筒对其进行碾压，使其形成薄薄的一层，在这之后，在想要进行打印的地方喷射粘合剂。粉末和粘合剂相遇，就会非常快速的凝固，在这种情况下，当打印完成一层之后，打印机自身的程序设定就会启动，降低距离，再根据设定的值循环的进行打印，直至打印结束[2]。第二，熔融固化技术。熔融固化技术是3D打印机的工作原理，在应用此技术进行工作的过程中，需要遵循以下步骤：首先，工作人员需要先将三维实体模型的相关数据全部传输到对3D打印机进行程序控制的计算机程序中，然后计算机控制程序就会根据已经设定好的程序，自动设定好打印工作的具体路线。其次，3D打印机在计算机的控制下，可以按照已经设定好的打印路线在需要进行加工的平面上进行剖面喷射工作，在此基础上，供丝装置需要将呈现出丝状的原材料送到正在进行打印工作的喷头的前面，在这个时候，已经被溶解的原材料就会被喷头喷射出来，在工作台上进行凝聚。再次，在工作台上进行凝聚工作的已经被溶解的材料，需要利用冷却装置来对其进行冷却，在冷却之后，这些材料就可以形成三维实体剖面薄片，这样就可以通过薄片看出需要进行实体加工的剖面轮廓。最后，在计算机程序的控制下，喷射工作会持续的进行，工作台平面的高度可以由计算机控制程序来适当的调整，直到三维实体模型符合计算机程序中的要求，3D打印机的打印工作才能停止[3]。
33D打印技术在机械制造领域中的具体应用
所谓的3D打印技术，就是指增材制造，此技术就是通过将材料进行叠加的方式来使工作台的高度进行调整，然后将零部件从虚拟的状态中制作出来，使其变成实体，真实的展现在人们面前，此技术较零部件加工方法相比更具优势，因此，在机械制造领域中应用3D打印技术，取得了较为显著的效果，促进了机械制造行业的进一步发展。本文对3D打印技术在机械制造领域中的具体应用进行了深入地分析，内容如下：
3.1机械产品的开发速度有了明显的提高在机械制造行业中，生产产品是非常重要的一个环节，在应用传统的零部件加工方法生产产品的时候，不仅耗费的时间长，还需要很多的设备来进行辅助，比如说需要工装夹具以及机床等，而且，还需要大量的人力劳动，此种情况使得产品的生产速度很慢，而且生产出的产品有可能已经不符合市场需求，另外，应用传统零部件方法生产出的产品，还需要进行市场检验，根据检验的结果对产品进行改正，这样就延长了产品的生产周期，对机械制造行业的发展有着不利的影响[4]。3D打印技术在机械制造行业中的应用，大大提高了产品的开发速度，而且应用此技术生产出的产品，基本是符合市场需求的，不需要耗费大量的时间对其进行修改，其质量是有保证的。
3．2转变了传统的设计理念传统的零部件加工方法，对机械制造企业的内部结构有着较高的要求，企业必须设置很多结构才能将产品生产出来，这样就使得企业的经济效益下降，长此以往，企业的发展就会受到局限，甚至是破产。3D打印技术在机械制造行业中的应用，有效的解决了此问题，3D打印技术在制造产品的过程中，不需要大量的人力资源，可以依靠自身完成生产工作，而且加工出的零部件的稳定性和集成度有了显著的提升，此技术的应用，在极大程度上简化了零部件的设计和加工过程，使企业可以获取高额的经济利益。比如说：航空类零部件对产品的要求非常高，不仅需要其具有较高的稳定性，还需要其小批量的生产，另外，航空类零部件的形状有很多种，不同形状对生产的要求不同，这些特点都增加了加工的难度。应用传统的零部件加工方法，需要有300多个零件组成，但应用3D打印技术，只需要三个零件就可以完成加工工作，并且零部件的质量和稳定性还可以得到保障[5]。由此可以看出，在机械制造行业中应用3D打印技术，对推动机械制造行业的快速发展有着重要的意义。
4结束语
综上所述，在机械制造行业中应用3D打印技术，可以促进机械制造行业更好地发展。因此，相关部门还需要继续研究3D打印技术，只有提高技术水平，在机械制造行业中更好地应用此技术，才能充分地发挥其作用，为机械制造行业的发展贡献一份力量。
【参考文献】
［1］孙亮,石鑫.3D打印技术的应用与发展[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(2):66-69.
［2］封会娟,闫旭,唐彦峰,等.3D打印技术综述[J].数字技术与应用,2014(9):202-203.
［3］《改革与开放》编辑部.创新驱动,两化融合；3D引领,应用先行———3D打印:新技术、新应用、新模式峰会[J].改革与开放,2015(1):2,4.
［4］王春净,夏成宝,叶达飞,等.3D打印技术:如何颠覆传统制造业[J].机械制造,2014,52(3):88-89.
关键词：3D打印；传统雕塑；促进作用
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，三维打印先通过计算机建模，再将建成的三维模型分区成切片，从而指导打印机逐层打印。它与普通打印工作原理基本相同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、橡胶类材料。随着技术的进步和新型材料的出现，3D打印的影响范围越来越大，目前，已在航空航天、医疗、建筑、汽车、雕塑等行业进行了应用，而且发展势头强劲，仅从雕塑来说，3D打印技术已极大的促进了雕塑艺术的发展，并对雕塑艺术产生越来越大的影响，具体体现在以下几个方面：
一、3D打印技术节约雕塑的时间
传统雕塑艺术的创作过程要经过纸上小稿、泥塑小稿、放大稿、翻硬质模具、注入成型材料、表面处理等多个步骤才能完成，整个过程历时较长，即便是在翻模等工序顺利的前提下，一件雕塑作品的完成任需要一个月左右的时间。而利用3D打印技术，在设计完成的前提下，打印过程是按照小时计时的。2014年8月，在上海张江高新青浦园区利用3D打印技术，按照电脑设计的图纸和方案，经一台大型3D打印机层层叠加打印了10幢建筑，整个打印过程仅花费24小时。
二、3D打印技术极大的节约了雕塑的材料
3D打印技术直接从计算机图形数据生成作品，摈弃了传统雕塑艺术的创作过程中翻模等复杂的中间环节，极大的节约了传统雕塑艺术中间环节材料的使用。且3D打印技术一般使用金属、尼龙、石膏等可重复利用材料，甚至在青浦园区打印的房屋中主要材料是建筑垃圾。在世界各国越来越重视环境问题，人们环保意识不断增强的今天，3D打印技术在某些方面替代传统雕塑艺术的创作对环境保护做了不小的贡献。
三、3D打印技术降低了雕塑风险和成本
一直以来，不论泥塑、金属雕塑、木雕还是石雕，手工劳动是传统雕塑艺术创作的主要手段，雕塑家的劳动量是显而易见的，这种手工劳动对技术的要求较高，且在进行雕塑前雕塑家对材料本身的内部构造、材料本身的承重能力等因素的掌握往往不是很到位，无形中在创作的过程中时时存在着失败的风险。3D打印技术可以替代手工劳动，雕塑家只需进行精心的设计即可，手工劳动部分交给3D打印机来完成，既避免了传统雕塑在创作的过程中失败的风险，又极大节约了人工和材料成本。
四、3D打印能让所要表现的雕塑更精准
雕塑作品是情感的表达，在创作的过程中极易受到外部因素的制约，使得传统雕塑的最终作品存在着变数，且这个变数是不可逆的；传统雕塑艺术要经过翻硬质模具等中间过程，而翻模出现的变形现象是令雕塑家无法回避的问题，由于以上原因，无法让雕塑作品完全精准的反应设计者的意图。雕塑家只要制出小样，通过软件生成数字化的模型，3D打印机就能准确无误的打印出成品，使得雕塑家所要表现的作品能够精准的得到表达。
五、3D打印能表现高复杂度的雕塑形态
3D打印机不仅能打印出能通过手工制作制成的作品，还能打印出手工无法完成的作品。2015年10月，我国863计划3D打印血管项目取得重大突破，世界首创的3D生物血管打印机问世。该款血管打印机可以打印出血管独有的中空结构、多层不同种类细胞。传统的雕塑手法无法完成比如说一些曲面繁复、线条穿插等复杂的形态。而通过3D打印技术只要能设计出模型来，就可以轻而易举的打印出来，而且基本不会有次品或是废品产生，真正达到了“设计即所得”的地步。
六、3D打印具有很强的复制性
雕塑作品是雕塑家思想和情感的表达，强调的是传统性、手工技艺以及完成作品所耗用的工时，在整个创作过程中受到雕塑所用的材质不同、想法的改变、情感的波动、手法的娴熟程度等诸多方面因素的制约，导致雕塑作品具有唯一性的特点。而3D打印技术作为一种新工具，它虽然不能取代传统雕塑，但它可以作为传统雕塑的有益补充。3D打印技术在博物馆文物保护工作中做出了巨大的贡献，利用3D打印技术完全是有可能实现电影里演的那样复制出一件一模一样的文物。3D打印技术不仅可以对无法翻模或不适于翻模的文物进行复制，还可以用于残缺文物的局部修复。
七、3D打印适合定制化雕塑产品
牙模打印机能快速3D打印出高精确度的齿科模型、采用3D打印技术辅助设计并打印缺损颅骨外形，3D打印机还可以打印汽车、食品、服饰等高端定制产品等，随着3D打印技术的成熟和成本的降低，定制化产品在各领域得到了广泛的应用，高端定制化产品可以做到“量体裁衣”，可以根据客户需求进行产品的定制，在设计过程中还可以通过与客户的交流，把客户的想法随时反应到设计当中，制作出真正反映客户意愿的满意的高端定制化产品。
参考文献：
[1]黄德荃.3D打印极致盛放[J].装饰,2015(8).
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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[关键词]3D打印技术；钢铁行业；冲击；措施
中图分类号：F104 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0072-01
一、概述
3D打印技术，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，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效、低成本的实现手段。
3D打印机的原理：3D 打印机可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体零件。每个截面数据相当于医学上的一张CT 像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。当然，整个过程是在电脑的控制下，由3D打印机系统自动完成的。
二、国内、外发展现状
目前在欧美发达国家，3D打印技术已经初步形成了成功的商用模式。如在消费电子业、航空业和汽车制造业等领域，3D打印技术可以以较低的成本、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。另外，3D打印技术获得应用的领域是个性化消费品产业。如纽约一家创意消费品公司Quirky通过在线征集用户的设计方案，以3D打印技术制成实物产品并通过电子市场销售，每年能够推出60种创新产品，年收入达到100万美元。当前，国际3D打印机制造业正处于迅速的兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。
自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势；华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势，并已推出了HRP系列成型机和成型材料；中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置，有望在微制造、光电器件领域得到应用。但总体而言，国内3D打印技术研发水平与国外相比还有较大差距。
三、经典的应用案例
（一）3D打印汽车
2011年，世界上首款应用3D打印技术的汽车“Urbee”在经过15年的艰苦研制后在加拿大亮相，这辆名为“Urbee”的汽车包括玻璃嵌板在内的所有外部组件都是通过大型3D打印设备生产。 2012年8月，世界上第一辆3D打印赛车“阿里翁”，在德国霍根海姆赛道完成测试，最高时速达141公里。从设计到打印，“阿里翁”车身的出炉仅用时3周，所使用的3D打印机，能打印最大尺寸达到210×68×80厘米的零部件。
（二）3D打印飞机零件
北京航空航天大学材料学院王华明教授是国内激光成型技术的领军人物。王教授提出“激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料”研究新领域，研制出迄今世界最大、拥有核心关键技术的飞机大型整体钛合金主承力结构件激光快速成形工程化成套装备，制造出中国最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件，并通过装机评审。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。
四、技术优劣势和对钢铁行业的影响
（一）3D打印技术的技术优势
1.个性化、定制化。
3D打印这种全新的生产工艺，以及在线制造协作服务的普及，使得生产方式像轮子一样兜了个圈又回到了原点，从大规模生产转到更加个性化的生产定制方式。“这种新型的生产方式是“社会化制造”，当它得到广泛运用，每个人都可以是一家工厂。”
2.节省劳动力。
3D打印技术会使传统的，以廉价劳动力取胜的制造业发生根本性变化。一种可能的趋势是，过去为追逐低劳动力成本转移到发展中国家的资本，会很快移回到发达国家中去。传统工厂需要大面积的车间，大量的工人，可未来，这些也许会被十几台3D打印机和几名工人代替。一些专家乐观表示，随着3D打印技术的普及，有望缓解制造业用工荒的难题，甚至中国、印度等国所拥有的低成本劳动优势也会随之减弱。
（二）3D打印技术的不足之处
1. 打印材料。
3D打印技术难点主要在于硬件，最典型的就是打印材料。目前，不同品牌的3D打印机能支持不同的材料，树脂、尼龙、石膏、塑料使用较为普遍，随着业界研发的进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。不过，大多数个人桌面级3D打印机只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工业级3D打印机使用。对于工业级打印机来说，所用材料既要满足打印精细度，还要满足强度，这类材料的研发成本至少是千万元级别。
2.打印精度。
由于3D打印工艺发展还不完善，特别是对快速成型软件技术的研究还不成熟，目前快速成型零件的精度及表面质量大多不能满足工程直接使用，不能作为功能性部件，只能做原型使用。
3. 打印速度。
现阶段，3D打印机无法作为大规模生产的手段，只能作用于原型开发或者单件制造。在生产效率上，3D打印技术虽发端于“快速成型”，耗时还是得以小时来计，尚难满足批量生产的要求。无论是性能虽好但价格高昂的工业级3D打印机，还是性价与之对立的个人桌面级打印机，要真正革传统工业的命，还有很长的路要走。
4.机械强度。
以Stratasys公司3D打印车为例，车子固然能“打印”出来了，但是否能在路上顺利跑起来？使用寿命又有多长？从现有的技术来看，尚有差距：由于采用层层叠加的增材制造工艺，层和层之间的粘结再紧密，也无法和传统模具整体浇铸而成的零件相媲美，这意味着在一定外力条件下，“打印”的部件很可能会散架。
五、结论
3D打印技术可以使金属粉末按设计图精确成型，形成各种复杂精密的结构，但对其内部的组织性能却无法保证。与铸造技术相比，3D成型技术在机械性能及组织结构上还是有一定差距的。钢铁产业的下游为家电、汽车、造船、建筑、机械制造等产业，以造船为例，其制造方式为将高性能的中、厚板采用焊接的方式组装起来，这样操作简单，成本低廉。若将3D打印技术引入造船行业，不仅庞大的3D打印机难以制造，但就从经济角度上讲也是不可取的。同样，对于建筑上的钢结构，如桥梁，钢结构的房屋等，3D打印技术也不适用。
现代钢铁生产的主要特点是批量化和规模化，处于产业链的中游，主要为下游产品提供原材料。3D打印技术的主要特点是小批量和个性化，主要是生产终端产品，位于产业链的末端，与钢铁行业的定位不同。因此，从生产的特点与产品的定位来讲，3D技术的发展对钢铁行业冲击较小。
但从另一个角度考虑，当3D打印的产品为金属制品时，钢铁产业需为其提供原材料――粉末金属。随着3D打印技术的发展，3D打印材料尤其是粉末金属材料的研发与制造将成为一个炙手可热的课题，也将是钢铁企业一个新的高附加值产品，一个新的利润增长点。
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].中国高新技术企事业.2012（9）.
1资料与方法
1.1纳入与排除标准纳入标准：①因外伤入院，经影像学检查确诊为胫骨平台骨折患者；②年龄18～60岁；③骨折类型为复杂胫骨平台骨折：Schatzker分型Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型；④已签署本研究知情同意书。排除标准：①结核、肿瘤病史；②合并影响骨质代谢的系统性疾病；③特殊药物长期服用史；④合并较重心脑血管疾病或后遗症；⑤合并大血管病变、大面积开放伤。1.2一般资料选取2018年12月至2020年5月在河南大学第一附属医院骨科收住院，确诊为胫骨平台骨折并进行手术治疗的患者65例。将入选患者随机分为实验组与对照组。其中，实验组男21例，女13例；年龄25～57岁，平均（34.2±2.8）岁；按照Schatzker分型：Ⅳ型14例，Ⅴ型11例，Ⅵ型9例。对照组男19例，女12例；年龄22～59岁，平均（35.1±4.2）岁；按照Schatzker分型：Ⅳ型11例，Ⅴ型12例，Ⅵ型8例。本研究获医院伦理委员会批准（20190116），并取得患者的知情同意。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义（P＜0.05），具有可比性（见表1）。1.3手术方法将入选患者根据手术方式的不同分为实验组和对照组。对照组患者手术方式采用传统切开复位内固定术，根据术前DR、CT图像确定骨折情况，根据骨折部位选择胫骨外侧正中或前内侧作切口，打开关节囊，剥离骨膜，充分显露骨折端，清理关节腔内骨折碎片及血块，对骨折端进行复位，采用克氏针进行临时固定，将解剖钢板贴于骨折面进行固定；对存在关节面塌陷的患者术中采取撬起塌陷关节面、同种异体骨植骨治疗，复位后塌陷骨折处的软骨面应高于正常胫骨平台软骨面1.0～2.0mm[4]。术中C臂机透视确认关节面平整、钢板及螺钉位置良好后冲洗术口，放置负压引流，逐层缝合切口。对实验组患者首先完善常规DR、CT检查，检查设备型号、参数同对照组不变，然后将患者的CT数据导入Mimics17.0软件中重建患者的骨折三维模型，将骨折三维重建文件导入3D打印机进行1∶1实体打印操作。将打印完毕的骨折实体骨折模块复位，对比计算机模拟复位情况；模型复位满意后开始预选接骨板、螺钉，预先设计手术方案，确定后需要折弯接骨板预先进行折弯；确定术中预使用的接骨板、螺钉型号，文字备案。实际手术时选用预先计算好的螺钉方向和长度，其余手术步骤同对照组。1.4评价指标分别统计两组患者的手术时间、术中出血量、术中透视总时间、术后切口引流量、平均住院时间、解剖复位率、术后并发症率；运用膝关节评分（HSS）分别评估两组患者术后1个月、2个月、6个月、1年的患侧膝关节功能恢复情况。1.5统计学方法采用SPSS23.0软件处理数据。计量资料以均数±标准差表示，组间比较行t检验或单因素方差分析，两两比较采用SNK-q检验；计数资料采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
2结果
2.1两组观测指标及HSS评分对比实验组的手术时间、术中出血量、术中透视总时间、术后切口引流量、平均住院时间均低于对照组（P＜0.05）；两组患者在术后1个月内膝关节功能（HSS）评分差异无统计学意义（P＞0.05）；实验组在术后2个月、6个月、1年随访效果膝关节功能情况（HSS）评分高于对照组（P＜0.05）。各观测指标统计如表2、表3所示.2.2两组解剖复位对比两组术后3个月复查X线，实验组31例达到解剖复位，复位率91.2%；对照组26例达到解剖复位，复位率83.9%。两组解剖复位率比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）。2.3两组术后并发症对比两组患者术后均随访1年，两组骨折处均达到骨性愈合。其中实验组发生创伤性关节炎1例，关节僵硬2例；对照组发生创伤性关节炎2例，关节僵硬2例。实验组并发症发生率（8.82%）较对照组（12.90%）比较，差异具有统计学意义（χ2=19.324，P＜0.05）。典型病例：患者，女，38岁，胫骨平台骨折Schatzker分型Ⅵ型（见图1）
3讨论