導(dǎo)語：如何才能寫好一篇3d打印技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

原本以為打印只可能印在紙張等平面上的，又何來3d打印之說呢?其實，3D打印機(jī)跟傳統(tǒng)打印機(jī)―樣，是一種連接電腦并把電腦中信息輸出的設(shè)備(其工作方式與噴墨打印機(jī)也有些許相似)；最大的不同是，3D打印機(jī)輸出的是真實的物體模型。因此，人們形象地將其稱為“3D打印”。

3D打印對于普通商務(wù)用戶來說用處不大，但在工業(yè)設(shè)計或3D模型設(shè)計等特殊領(lǐng)域都能夠發(fā)揮極大的作用。我們知道，一款產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)之前會多次修改，而階段性的設(shè)計成果通常會被制成模型來確定效果。這時，再好的設(shè)計圖紙也不如一個真實的成品模型更有說服力。可惜的是，傳統(tǒng)的模型制作方法成本高昂、耗時耗力且精度不高，因此快速成型技術(shù)成為設(shè)計行業(yè)的迫切需要。3D打印則是其中極具發(fā)展?jié)摿Φ目焖俪尚图夹g(shù)之一。現(xiàn)在，讓我們從3D打印的發(fā)展說起，逐漸了解這一方興未艾的新技術(shù)，并設(shè)想它會給我們帶來什么樣的變化吧。

“快速成型”的迅猛發(fā)展催生“3D打印”

雖然在多數(shù)人看來3D打印還是一個新生事物，其實在二十年前3D打印設(shè)想已開始醞釀。

設(shè)計領(lǐng)域許多人都知道3D CAD(3D計算機(jī)輔助設(shè)計)。從70年代誕生到現(xiàn)在，3D CAD經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為廣大設(shè)計人員的有力工具之一和很多設(shè)計領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)。而快速成型(RapidPrototyping，簡稱RP)技術(shù)幾乎與3D CAD的發(fā)展同步。換言之，前者其實就是后者發(fā)展的寫照，因為人們從使用3D CAD的那天起就希望方便地將設(shè)計“轉(zhuǎn)化”為實物。

快速成型技術(shù)是一種由CAD數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。這一成型過程不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀。它可以自動、快速、直接和精確地將計算機(jī)中的設(shè)計轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并縮減生產(chǎn)成本。

RP在多年的發(fā)展中形成了多種流派，如SL(Stereo Lithography，立體光造型)、SLS(Selected Laser Sintering，選擇性激光燒結(jié))、3DP(Three Dimensional Printing，三維打印)及FDM(Fused DepositionModeling，熔融沉積制造)等。前兩種是基于激光或其它光源的成型技術(shù)，設(shè)備造價和制作模型成本都比較高昂，因此只在一些特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用；而3DP~FDM則是基于原料噴射成型的技術(shù)，不需要昂貴的激光器，成本低了不少，因此成為RP行業(yè)中“最親民”的技術(shù)，近幾年大有普及之勢(由于都有近似噴墨打印機(jī)的工作方式，因此人們將它們稱為“3D打印機(jī)”)。下面我們就與3D打印機(jī)來一個近距離接觸。

好用不貴的3D打印

之前，3D打印離我們還很遙遠(yuǎn)，主要是受到以下三個因素影響：

成本太高，這是阻礙3D打印普及的最主要因素

太慢的3D打印速度

較低的打印精度

現(xiàn)在，這樣的局面即將被打破――基于快速成型技術(shù)的3D打印有了長足進(jìn)步，早先只有某些行業(yè)用戶用得起的3D打印機(jī)越來越多地出現(xiàn)在各種民用領(lǐng)域中。那么，3D打印機(jī)到底是如何實現(xiàn)的呢?

3D打印機(jī)是這樣工作的

傳統(tǒng)的加工手法與雕塑相似，通常是一整塊材料按照設(shè)計去除無用的部分，剩下的才是精華。而3D打印機(jī)采用分層加工、疊加成形方式來“造型”，會將設(shè)計品分為若干薄層，每次用原材料生成一個薄層，再通過逐層疊加獲得3D實體。從這點來看，它與噴墨打印機(jī)工作方法十分類似，3DP是一層層地印，而噴墨打印機(jī)是一條直線一條直線地噴，通過若干直線的疊加形成圖像，因此“3D打印機(jī)”的稱呼也就顯得十分貼切了口當(dāng)然原理相仿的3DP與FDM在實現(xiàn)細(xì)節(jié)上還是存在較大差別，最終導(dǎo)致了產(chǎn)品的性質(zhì)和用途各不相同。

3DP

提到3DP，幾乎就是美國z Corporation司的代稱。早在1994年，幾個來自MIT(麻省理工學(xué)院)的科研和技術(shù)專家就發(fā)明了3DP技術(shù)并申請了專利。1997年，為了將3DP技術(shù)推向市場，Z Corporation公司正式成立。從那時起，Z Corporation就一直占據(jù)著3D打印機(jī)市場的半壁江山。

3DP工藝的原理是先由儲存桶送出一定量的原材料粉末，再用滾筒將粉末在加工平臺上推成薄薄一層，接著打印頭會噴出一種特殊膠水(黏著劑)，依照電腦模型切片后獲得的二維切片形狀黏著粉末并使其迅速固化。每噴完一層，加工平臺就會自動下降―點，按照剛才的順序做幾次循環(huán)直到完成。這時只要掃除松散的外層粉末便可得到想要的實體模型。

這種技術(shù)的特點是成型速度快，制作成本低。它目前可以達(dá)到每小時25mm垂直高度的成型速度，每層厚度為0.089～0.203mm，最高分辨率600dpi。層厚度越薄分辨率越高，實體模型的精細(xì)度當(dāng)然就越高。而且，它能夠使用多種原材料(陶瓷顆粒都可以使用)可成型出具有軟質(zhì)PVC特性的模型。如果使用彩色原料，它甚至可以加工出24位彩色模型來。Z Corporadon的3D打印機(jī)也是目前唯一能夠打印彩色零件的快速成型設(shè)備。但3DP工藝制作出來的模型強(qiáng)度不高，主要用于外觀概念模型。

FDM

成立于1990年的美國Stratasys公司率先推出了基于FDM技術(shù)的快速成型機(jī)，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印機(jī)。由于’FDM技術(shù)有其得天獨厚的優(yōu)勢。適合汽車、家電、電動工具、機(jī)械加工、精密鑄造及工藝品制作等領(lǐng)域使用，因此Stratasys的FDM快速成型機(jī)目前在全球RP市場已占有近半的比例。那么，F(xiàn)DM的優(yōu)勢何在呢?看完下文你就會對它有一個簡單的認(rèn)識。基于FDM的3D打印機(jī)是這樣工作的

CAD生成的模型數(shù)據(jù)先導(dǎo)入3D打印機(jī)的控制軟件，再經(jīng)其處理自動生成支撐材料和加熱噴頭運(yùn)動路徑。這時，加熱噴頭會在計算機(jī)的控制下根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息作平面運(yùn)動，而熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至加熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出來涂覆在相應(yīng)工作平臺上。待到快速冷卻后平臺上就會形成一層約0.1mm厚的薄片輪廓。這僅僅是完成了一層截面成型，接著工作臺會下降一定高度再進(jìn)行下一層的熔覆，通過周而復(fù)始地多層堆迭來形成三維實體。

這樣工作是不是看起來很慢?好在Stratasys公司的FDM打印機(jī)可以采用兩個噴頭同時造型，所以制作速度得到了大大提高。而且FDM工藝完成的模型“很干凈”――不會有產(chǎn)生毒氣和化學(xué)污染的危險，使它可以安全地運(yùn)用于辦公環(huán)境。

FDM可以采用ABS(由丙烯腈、丁二 烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成)或PC(聚碳酸酯)等材料進(jìn)行制作。目前，F(xiàn)DM工藝在汽車、機(jī)械制造等行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，其主要原因在于FDM是唯一運(yùn)用工程材料快速成型的模型工藝。

主流3D打印機(jī)

在目前的3 D打印機(jī)行業(yè)中，ZCorporation和Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占有絕大多數(shù)市場份額。

Z corporation的產(chǎn)品主要有ZPrinter310 Plus、ZPrinter 450和SpectrumZ510三種。除第一款為黑白打印機(jī)以外，其它兩款都具有彩色打印功能。而且Z Corporation的3D打印機(jī)能使用多種原材料，無需支撐結(jié)構(gòu)，但需要做浸洗等后期處理。

Dimension系列3D打印機(jī)是美國STRTASY公司的產(chǎn)品，分別是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite為該系列最新機(jī)型，精度最高，可以實現(xiàn)0.127mm層厚)。其中BST采用了剝離式技術(shù)，即手動剝離成型后的支撐材料；而SST和Elite為水溶式技術(shù)，即模型上的支撐材料可用專門的溶液溶解掉，非常適合成型復(fù)雜模型。五款機(jī)型除了成型精度、成型尺寸圾支撐材料去除方式不同，其它性能基本相同。

3D打印在中國

我國XCRP技術(shù)也同樣有十分強(qiáng)烈的需求。自90年代初國內(nèi)就有多所高校開始自主知識產(chǎn)權(quán)的RP技術(shù)研發(fā)。清華大學(xué)主要研究RP方面的現(xiàn)代成型學(xué)理論、SSM分層實體制造、FDM工藝，并開展了基于SL工藝金屬模具的研究；華中科技大學(xué)研究LOM(分層實體制造)工藝，推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料，西安交通大學(xué)開發(fā)出LPS和CPS系列的光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)樹脂，CPS系統(tǒng)采用紫外燈為光源，成型精度0.2mm。

但是相比RP技術(shù)領(lǐng)先的美國、日本等國家，國內(nèi)還沒有一款達(dá)到國際水平的3D打印機(jī)推向市場，只有部分有實力的企業(yè)和科研院到專業(yè)的RP或3D打印服務(wù)商那里租用3D打印機(jī)或者訂制模型。國內(nèi)RP技術(shù)在研究隊伍、資金投入和普及范圍等多方面還有很長的路要走。比較而言，港臺地區(qū)RP技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。港臺地區(qū)相比內(nèi)地RP技術(shù)起步較早――很多高校、企業(yè)都有自己的3D打印設(shè)備。只不過，港臺地區(qū)RP技術(shù)的重點是應(yīng)用與推廣而并非自主研發(fā)。

3D打印的將來：另一場制造業(yè)革命?

現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，要想3D打印全面普及，成本、打印精度、速度和原材料的多樣性等等都是現(xiàn)在的3D打印機(jī)必須不斷完善的項目。

第一，成本方面，在不久的將來3D打印機(jī)的價格會有大幅下降。一些較小規(guī)模的3D打印機(jī)制造商已經(jīng)開始推出―萬美元以下的3D打印機(jī)，例如Desktop Factory的4995美元打印機(jī)。還有一些愛好者從2006年開始也在研制“開源”的3D打印機(jī)。他們的目的是希望大家都來參與改良3D打印機(jī)，并最終促成低價3D打印機(jī)的誕生和普及。第二，開發(fā)更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及其他方法難以制作的復(fù)合材料等。當(dāng)然還有金屬材料，直接金屬成型技術(shù)將會成為今后研究與應(yīng)用的又一個熱點。第三，提高3D打印的速度和效率。開拓并行、多材料制造的工藝方法，以便能夠直接面向產(chǎn)品制造。改善3D打印系統(tǒng)的可靠性、生產(chǎn)率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能。除此之外，還有許多新的成型方法與工藝會在未來應(yīng)用于3D打印機(jī)中。

在未來，3D打印機(jī)有可能走進(jìn)千家萬戶。有了它，你可以做許多現(xiàn)在看起來匪夷所思的事情，因為從某種角度來說，許多你想到的東西都能直接打印得到。

3D打印機(jī)將使工業(yè)設(shè)計人員可以隨時制作設(shè)計品的高度仿真模型，交給生產(chǎn)部門或用戶，然后根據(jù)反饋意見進(jìn)行進(jìn)一步修改。家居裝飾公司可以根據(jù)設(shè)計圖紙呈現(xiàn)數(shù)個逼真、縮小的新家模型供你挑選。整形醫(yī)師采用特殊材料訂制整形所用的不同形狀的人造骨骼。這一切用3D打印機(jī)只需要很短時間就能完成。

篇2

如今網(wǎng)絡(luò)變得非常開放，已成為獲取信息的主要途徑，電視機(jī)、廣播和紙媒等傳統(tǒng)媒體在其面前都黯然失色。任何只要被人們接觸到的信息立刻會被高度傳揚(yáng)出去。

“解放者”是首支利用3D打印技術(shù)被廣泛制作的手槍。該型號手槍僅需使用商業(yè)3D打印機(jī)便可制造完成。制造說明由網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)士/無政府主義者制作，步驟非常詳細(xì)，甚至涵蓋了加入一片金屬的步驟，以避免觸犯美國的《不可探測武器法》（Undetectable Firearms Act of 1988）。無數(shù)個測試已經(jīng)證實，在裝配得當(dāng)?shù)那闆r下該武器可以發(fā)射至少一顆點38口徑的子彈。

無須置疑3D打印機(jī)的能力，未來只要能用CAD軟件畫出的東西都可以用3D打印機(jī)制作。這種技術(shù)的潛力不可估計，同樣破壞性的潛力幾乎遍布了每個行業(yè)。從醫(yī)學(xué)領(lǐng)域到制造業(yè)，在增強(qiáng)消費(fèi)者制造能力的同時也必將顛覆許多正常的自然規(guī)律。

然而，去除獲得致命武器過程中的阻力有可能會使這些功能性的手槍落在一些容易沖動的人手中。有多少次你已經(jīng)達(dá)到了憤怒的狀態(tài)？那種憤怒是你覺得什么對你而言都沒有任何意義，你感覺幾乎要開始?xì)⒙玖?。?dāng)殺人的想法占據(jù)著內(nèi)心，而你無法將自己的怒火平息在可控范圍內(nèi)時，你可能不應(yīng)該擁有槍支。

在美國有許多關(guān)于嚴(yán)格控制槍支立法的討論，現(xiàn)在集中在禁止有犯罪記錄和精神疾病的人擁有槍支。但是應(yīng)該如何對待那些平時很理性，但可能被憤怒逼得有殺人傾向的人呢？難道禁止獲得即興購買槍支的規(guī)定不是一個避免沖動想法傷害到其他人甚至引發(fā)惡性犯罪的有效途徑嗎？如果按一個按鈕、組裝幾個零部件就能夠?qū)⒅旅募忧榫w轉(zhuǎn)化為實實在在的犯罪行為而引發(fā)更多的犯罪情緒呢？美國國務(wù)院似乎計劃將制作“解放者”的鏈接從網(wǎng)絡(luò)上移除。

在南非，3D打印已經(jīng)被用于為小孩制作用于替換的手部。甚至美國國家航空航天局（NASA）也已經(jīng)承認(rèn)了它的潛力，并且計劃制造一個零重力3D打印機(jī)，這部機(jī)器計劃在明年的某個時間帶入國際空間站。

伊恩·馬爾科姆博士表示，這種技術(shù)尚處于萌芽階段。信息自由的倡導(dǎo)者和槍支倡導(dǎo)者都主張保衛(wèi)“解放者”設(shè)計圖在網(wǎng)上的流通，這就像是一場有關(guān)互聯(lián)網(wǎng)自由的戰(zhàn)爭，他們主張所有的信息不應(yīng)該被審查，每個人都能夠輕易獲得。但是我們現(xiàn)在所討論的不是關(guān)閉非法提供下載資料的網(wǎng)站服務(wù)器，而是在談?wù)撋退劳?。槍支只為一個理由存在—射擊。

有些人指出可以用3D打印機(jī)的高價格來限制業(yè)余槍支販賣者的數(shù)量，但是如果有利可圖的話，多么高昂的價格也不再是障礙。高額的原材料成本和設(shè)備成本并沒有阻止工廠的存在。僅僅是因為要擁有自由的權(quán)利就去支持制造致命的武器嗎？我不確定，但就個人而言，我希望能夠完善3D打印技術(shù)，將其應(yīng)用于制造可替換的心臟瓣膜或是為發(fā)展中國家生產(chǎn)水凈化設(shè)備，而不是用于殺人。

篇3

一、3D打印技術(shù)創(chuàng)新取得新突破

在生物打印領(lǐng)域，西安交通大學(xué)開展的3D打印個性化人工假體制造研究與應(yīng)用獲得標(biāo)志性進(jìn)展，科研成果《個性化顱頷面骨替代物設(shè)計制造技術(shù)及應(yīng)用》通過國家技術(shù)發(fā)明二等獎初評。西北工業(yè)大學(xué)研發(fā)的常溫直接成形生物陶瓷術(shù)前診斷模型、全骨支架模型等已經(jīng)在北醫(yī)三院、第四軍醫(yī)大學(xué)臨床應(yīng)用。

在非金屬打印領(lǐng)域，西安交通大學(xué)創(chuàng)新陶瓷材料3D打印成形工藝，實現(xiàn)了大型燃?xì)廨啓C(jī)空心渦輪葉片等復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷零件的快速制造；開發(fā)了高溫熔絲成形3D打印設(shè)備，可以有效打印纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、尼龍、聚醚醚酮等耐高溫材料制品；研發(fā)了大尺寸的燒結(jié)成形工藝及樣機(jī)，可以形成多種非金屬材料粉末燒結(jié)設(shè)備。

在金屬打印領(lǐng)域，西北工業(yè)大學(xué)研制出達(dá)到世界先進(jìn)水平的個性化金屬液滴微噴頭、壓電脈沖微噴頭及5軸聯(lián)動金屬微滴打印設(shè)備，實現(xiàn)了碳納米管漿料微滴的按需打印、直徑小于0.1mm的鋁均勻微滴可控噴射與打印，可快速制備超級微電容器、微電源、碳納米管晶體管以及微小復(fù)雜波導(dǎo)件、散熱件、嵌入式智能器件。西安光機(jī)所突破了可變焦的3D打印熔覆頭關(guān)鍵技術(shù)，研制出可用于成形中小型鈦（鋼）合金零件的同軸送粉式金屬3D打印機(jī)，可使打印效率提高3―5倍。西北有色金屬研究院成功開發(fā)了國內(nèi)首臺商業(yè)化的粉床電子束3D打印設(shè)備和新一代等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化制粉設(shè)備。

二、3D打印產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢喜人

一是龍頭企業(yè)發(fā)展迅猛。截至2014年第三季度，西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司擁有相關(guān)發(fā)明專利達(dá)到35項，銷售收入已達(dá)1.02億元，全年銷售收入預(yù)期可達(dá)1.5億元、利潤3000多萬元，同比增長552%，成為目前國內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)實力最雄厚的金屬增材制造綜合服務(wù)商，并一舉奪得第三屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽先進(jìn)制造行業(yè)總決賽冠軍。陜西恒通智能機(jī)器有限公司進(jìn)入渭南高新區(qū)開展產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，實現(xiàn)了3種機(jī)型的研發(fā)與上市，實現(xiàn)銷售收入6000多萬元。

二是產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)進(jìn)展順利。渭南高新區(qū)建成了全國第一家占地460畝的3D打印產(chǎn)業(yè)培育基地、全國第一個2.3萬平米的3D打印創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化器、全國第一只總規(guī)模2.5億元的3D打印創(chuàng)投基金，吸引了省內(nèi)外20多家相關(guān)企業(yè)和項目入駐，3D打印產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)格局初步形成。西安高新區(qū)規(guī)劃占地1000畝的3D打印產(chǎn)業(yè)園加快建設(shè)，園區(qū)主要路網(wǎng)的水、電、氣、道路施工已完成過半，首批700畝產(chǎn)業(yè)用地已逐步到位，一期2萬平米的孵化器、4.6萬平米的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)中試廠房已具備開工條件，已吸引10多個企業(yè)和項目入駐。

篇4

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計 3D打印技術(shù) 增材制造技術(shù)

中圖分類號：TB47

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）10-0082-02

工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委、財政部印發(fā)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015-2016年）》，提出到2016年，初步建立較為完善的增材制造（又稱“3D打印”）產(chǎn)業(yè)體系。來自全球領(lǐng)先的移動互聯(lián)網(wǎng)第三方數(shù)據(jù)挖掘和整合營銷機(jī)構(gòu)iiMedia Research（艾媒咨詢）近日了《2015中國3D打印市場研究報告》3D打印技術(shù)席卷各行業(yè)領(lǐng)域，主要包括產(chǎn)品設(shè)計、醫(yī)療、教育、航天、考古、建筑和軍事等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)將從實驗室逐步走向市場應(yīng)用，而隨著技術(shù)的成熟，3D打印將會應(yīng)用在更多領(lǐng)域，改變著人們的生產(chǎn)生活方式。

1 3D打印技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

1.1 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱之為增材制造技術(shù)，是快速成型技術(shù)（RapidPrototyping Manufacturing）的一種，是以經(jīng)過智能處理后的3D數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合性材料，通過逐層增加材料的方式來構(gòu)造任意復(fù)雜物體的技術(shù)。3D打印是通過一層層堆積的方式，運(yùn)用“加法”的加工工藝來構(gòu)建形體，而傳統(tǒng)的切、削、車、銑、磨等是運(yùn)用“減法”的加工工藝。3D打印的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)制作模型依賴模型工依據(jù)圖紙制作每個零部件，然后組裝驗證的復(fù)雜、漫長過程，3D打印技術(shù)解決了傳統(tǒng)加工工藝“伸不進(jìn)、夠不著”以及不能加工任意復(fù)雜的中空形體的難題。

1.2 3D打印技術(shù)的工作原理

3D打印是以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過材料層層疊加的方式形成三維實體模型。3D打印機(jī)在三維數(shù)字模型文件指令的引導(dǎo)下，打印噴頭根據(jù)模型每層的橫截面的路徑軌跡，噴出固體粉末或熔融的液態(tài)材料形成一個X、Y軸的二維薄層面，第一層固化后，噴頭再次返回，在第一層的基礎(chǔ)上疊加出第二層，如此往復(fù)，最終通過N層的薄層累積形成三維實體模型。

3D打印技術(shù)的學(xué)名為“增材制造技術(shù)”，又稱“產(chǎn)品快速成型技術(shù)”是對3D打印機(jī)的工作原理做出的直白解釋?！霸霾摹笔侵?D打印通過原材料沉積或黏合為材料層以構(gòu)建成三維實體的打印方法，“制造”是指3D打印機(jī)通過某些殼測量、可重復(fù)、系統(tǒng)性的過程制造材料層。

1.3 3D打印的成型工藝

目前3D打印技術(shù)成型工藝中以SLA、SLS、FDM和3DP等發(fā)展得較為成熟。不同的工藝技術(shù)在所使用的材料和成型方式E有所不同，因此也都有各自的優(yōu)缺點以及應(yīng)該領(lǐng)域的不同。

世界上第一臺3D打印機(jī)采用的就是SLA技術(shù)。

SLA全稱為光固化立體成型（Stereo Iithography Appearance）。SLA的工作原理（見圖1）：在容器里裝有透明、有黏性的液態(tài)光敏樹脂等材料，采用紫外激光束照射，按照數(shù)字模型轉(zhuǎn)換的路徑層面，使之快速固化、逐層成型。

SLS全稱為選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering），該工藝屬于粉末、絲狀材料高能束燒結(jié)或熔化成型。SLS工作原理（見圖2）：利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)成型。首先鋪粉輥筒在工作臺上均勻地鋪上一層粉末材料并刮平，然后模型文件的切片軌跡控制高強(qiáng)度的激光器，進(jìn)行有選擇地在該層截面上掃描，使固體粉末溫度升至熔點，然后燒結(jié)形成黏結(jié)；其次，粉末完成一個層面的后，工作臺下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)在鋪上新粉，激光束在進(jìn)行掃描燒結(jié)，如此往復(fù)，層層疊加，直到形成3D物體。

FDM全稱為：熔融沉積成形（Fused Deposition Modeling），該工藝屬于絲材基礎(chǔ)熱熔成型。FDM工作原理（見圖3）：將絲狀材料的熱塑性材料通過導(dǎo)管送入噴頭，在噴頭內(nèi)加熱熔化，通過噴頭下方的微細(xì)噴嘴擠壓噴出，隨后噴頭沿著一系列的水平、垂直軌道構(gòu)建一個層面的橫截面和輪廓，第一層打印完成后，打印的噴頭沿z軸會略微抬起，繼續(xù)熔絲沉積下一個層面，直到打印出整個實體模型。

2 3D打印技術(shù)革新產(chǎn)品設(shè)計方法

近年來，3D打印技術(shù)由于其增材制造工藝的優(yōu)勢，越來越多地被用在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的流程中。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計建立在大規(guī)模生產(chǎn)方式上，然后又受限于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基本經(jīng)濟(jì)規(guī)律之中，所以導(dǎo)致設(shè)計師的許多創(chuàng)新理念束縛在制造技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、消費(fèi)價格以及企業(yè)的利潤等問題上。

產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)雖然具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、自動化程度高的特點，卻是以犧牲產(chǎn)品的多樣性為代價，實質(zhì)上已經(jīng)不能再適應(yīng)變化越來越快的市場需求和激烈的競爭。第一，大規(guī)模生產(chǎn)為了適應(yīng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的規(guī)律，增加企業(yè)的利潤，必須降低批量生產(chǎn)產(chǎn)品的價格，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品必須出售大量相同的產(chǎn)品才可以從中獲益，這意味著消費(fèi)者個性化需求的特點在產(chǎn)品設(shè)計過程中難以實現(xiàn)；第二，大規(guī)模生產(chǎn)要依靠工廠和生產(chǎn)線，這就存在產(chǎn)品制造企業(yè)必須購買大規(guī)模的加工機(jī)器和配套場地，同時還必須雇用技術(shù)人員和工程師，從而可以保證產(chǎn)品設(shè)計能夠成功地轉(zhuǎn)為實際的產(chǎn)品；第三，進(jìn)行批量生產(chǎn)的產(chǎn)品在制造的過程中會受到產(chǎn)品造型、結(jié)構(gòu)、材料和機(jī)器設(shè)備等的制約。相比較傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)制造，手工制造不需要投資建廠，也不需要雇用熟練的設(shè)計師、技術(shù)人員和工程師，但是如果一個新的設(shè)計理念在制作成產(chǎn)品后被證實存在致命缺陷，那么這個產(chǎn)品基本上被認(rèn)定為是失敗品，手工制造者得承受材料上和時間上的浪費(fèi)等，而且手工制造的缺點是不具備規(guī)?；a(chǎn)。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大眾對多元化、個性化和多形態(tài)產(chǎn)品需求已經(jīng)成為現(xiàn)代消費(fèi)的發(fā)展趨勢，增材制造技術(shù)引領(lǐng)著批量制造模式向個性化制造模式的發(fā)展。相比較傳統(tǒng)減材的生產(chǎn)方式，3D打印的增材制造工藝能夠拓展設(shè)計人員的創(chuàng)新思維，使得設(shè)計師在產(chǎn)品初期的創(chuàng)造思維不受制約。設(shè)計師可以盡情地拓展想象空間，把在虛擬世界中創(chuàng)造“作品”帶到現(xiàn)實生活中進(jìn)行修改、完善和再創(chuàng)新，將設(shè)計圖紙快速成型使之具象化。產(chǎn)品的多樣化和個性化特征更加明顯，可以使得消費(fèi)者不再是被動地接受產(chǎn)品，而是根據(jù)消費(fèi)者本身的個性以及實際需求對眾多個性化產(chǎn)品進(jìn)行挑選。

其次，通過3D打印出來的產(chǎn)品可以很好地作為設(shè)計交流媒介。產(chǎn)品虛擬概念模型通過3D打印機(jī)輸出實物模型，便于設(shè)計團(tuán)隊中的每位成員以及客戶直觀體驗，從而深入完善設(shè)計理念的表達(dá)，實現(xiàn)整個產(chǎn)品研發(fā)過程中的每個環(huán)節(jié)達(dá)到無縫對接的協(xié)同工作狀態(tài)。

再者，3D打印在產(chǎn)品的研發(fā)過程中，可以縮短產(chǎn)品成型的周期以及降低研發(fā)的成本。設(shè)計中出現(xiàn)的缺陷，能夠在早期階段被析出并加以解決，最大限度地減少設(shè)計反復(fù)，縮短產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時間。縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，也就提高了產(chǎn)品市場轉(zhuǎn)化的效率，增強(qiáng)了市場競爭力。同時，3D打印能夠快速進(jìn)行新產(chǎn)品進(jìn)行測試，以便于適應(yīng)不斷變化的市場需求，從而可以幫助新產(chǎn)品降低推向市場的風(fēng)險和成本。

最后，3D打印還可以推進(jìn)體驗經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，體驗經(jīng)濟(jì)可以讓消費(fèi)者獲得新的技能，還可以讓消費(fèi)者在設(shè)計和制作過程中獲得滿足感。3D打印可以打破傳統(tǒng)沉悶的用戶體驗，消費(fèi)者可以恨據(jù)自己的需求，進(jìn)行數(shù)字化三維建?；蛘攉@取開放的數(shù)字模型文件，使用3D打印機(jī)實現(xiàn)個性化產(chǎn)品需求。這種體驗式產(chǎn)品開發(fā)模式，將打破設(shè)計師和消費(fèi)者間的鴻溝，實現(xiàn)全民參與的“民主設(shè)計”新時代。所以將3D打印技術(shù)運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計中，可以改變原有的規(guī)模經(jīng)濟(jì)模式所帶來的束縛，轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計眾包的設(shè)計模式。

3 3D打印技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用展望

傳統(tǒng)大規(guī)模機(jī)器生產(chǎn)具有高效優(yōu)勢，能夠降低生產(chǎn)成本，但由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的制約，產(chǎn)品的多樣性和定制性受到制約。相比較，手工制造雖然能輕松生產(chǎn)出個性化的產(chǎn)品，但滿足不了規(guī)?；⑴炕男枨?。3D打印技術(shù)突破了以往制造中受眾多因素限制，如：在產(chǎn)品的造型形態(tài)上、功能上、機(jī)器設(shè)備上以及材料上等方面，它可以將精準(zhǔn)的數(shù)字技術(shù)、工廠的可重復(fù)性和工匠的設(shè)計自由結(jié)合在一起。

雖然3D打印已經(jīng)快速滲透到人們的生活中，改變著人們的生活方式，但也帶來了很多新的問題和挑戰(zhàn)。第一，三維數(shù)字化模型是3D打印機(jī)輸出的前提，三維設(shè)計軟件是構(gòu)建三維數(shù)字模型的方法之一。目前，眾多的三維設(shè)計軟件對大眾而言，有一定的入門難度，往往依賴于專業(yè)的設(shè)計師，因此，三維軟件的簡易化、普及化是快速培養(yǎng)3D打印行業(yè)人才的重要因素之一。第二、優(yōu)化3D打印硬件技術(shù)，降低3D打印成本。3D打印技術(shù)早在20世紀(jì)80年代就出現(xiàn)，中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將其稱作“19世紀(jì)的思想，20世紀(jì)的技術(shù)，21世紀(jì)的市場”。雖然3D打印在近幾年里得到了迅速發(fā)展，在不同行業(yè)發(fā)揮著重要的作用，但由于3D打印設(shè)備和使用成本上還處于比較昂貴的狀態(tài)，所以發(fā)展和提高3D打印的技術(shù)，研發(fā)“平民化”3D打印設(shè)備，是普及3D打印技術(shù)的重要因素之一。第三，目前3D打印多數(shù)使用PLA、ABS、光敏樹脂、尼龍等材料，而生物類材料和復(fù)合型類的材料都還在停留在實驗室階段。因此，要拓展3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，要不斷研發(fā)出新材料，形成多元化的3D打印材料。第四，3D打印的產(chǎn)品質(zhì)量以及打印物品的版權(quán)糾紛等問題亟待解決。目前MakerBot公司的Thingiverse和Google的3D模型庫都提供3D模型的下載，用戶只要登錄網(wǎng)址選擇適合的模型文件進(jìn)行下載，然后交給3D打印機(jī)進(jìn)行打印，便可以實現(xiàn)虛擬模型到實物模型的轉(zhuǎn)變，如果下載打印模型的為制造商，那就可以利用3D打印機(jī)進(jìn)行小批量生產(chǎn)和銷售，或者使用打印出來的實物模型進(jìn)行開模后并批量生產(chǎn)，就會出現(xiàn)所銷售產(chǎn)品的版權(quán)等問題。

綜觀上述，3D打印時代的到來，既要看到3D打印技術(shù)的優(yōu)點也要看到它的不足，在理性分析3D打印的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，讓3D打印技術(shù)更好地為產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)服務(wù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，目前的3D打印技術(shù)的不足將會有所完善，三維打印技術(shù)打印出來的對象也將從外部的形狀發(fā)展到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最后發(fā)展為可以打印對象的高級功能和行為等方面，不再停留在打印對象外在造型的復(fù)制，而是進(jìn)一步滿足其在外觀、功能、情感等使用上的結(jié)合。未來3D打印技術(shù)也將通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)客戶與廠商的對接。如云平臺，3D打印云平臺的工作流程迎合時下點擊消費(fèi)速度與私人定制潮流，使消費(fèi)者根據(jù)自己的審美需求通過3D打印云平臺，實現(xiàn)定制化、個性化服務(wù)，輕松地讓自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。創(chuàng)客者或者企業(yè)只需要有一臺3D打印機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫平臺進(jìn)行具體項目需求對接，完成線上客戶需求和線下客戶資源的進(jìn)一步交流以及后期的制造需求，全球的需求供應(yīng)鏈將被以零庫存的小制造商或個人所取代。企業(yè)也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺來尋求小的供應(yīng)鏈來達(dá)到縮短研發(fā)成本以及迅速檢測所研發(fā)產(chǎn)品是否合理等問題。

篇5

特約撰稿 支海波

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、數(shù)據(jù)庫、云平臺等信息化技術(shù)的發(fā)展，3D打?。ㄔ霾闹圃欤┻@一數(shù)字化智能制造技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展，它將信息、材料、生物控制等技術(shù)融合滲透并集成應(yīng)用，將對未來的制造業(yè)生產(chǎn)模式與人類生活方式產(chǎn)生重要影響，目前，3D打印（增材制造）已在航空航天、生物醫(yī)療、消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、軍工、裝備制造、文化創(chuàng)意設(shè)計等域被大量應(yīng)用。

工業(yè)革命的歷史進(jìn)程表明：技術(shù)進(jìn)步是工業(yè)革命的源泉和驅(qū)動力，工業(yè)革命會引起整個社會的巨大變革。如同蒸汽機(jī)、自動化流水線引起的工業(yè)革命。3D打?。ㄔ霾闹圃欤┦恰棇⒁淖兪澜绲募夹g(shù)’，已引起全球關(guān)注。美國《時代周刊》將3D打?。ㄔ霾闹圃欤┝袨椤绹笤鲩L最快的工業(yè)’，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為它將‘與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動并實現(xiàn)第三次工業(yè)革命’。美國政府2012年提出振興美國制造業(yè)計劃中的首個啟動項目就是3D打印（增材制造）。3D打?。ㄔ霾闹圃欤┑陌l(fā)展象征著個性化制造模式的出現(xiàn)，人類將以新的方式合作進(jìn)行生產(chǎn)制造，制造過程和管理模式也將發(fā)生深刻變革，現(xiàn)有制造業(yè)格局必將被打破，隨著人們對3D打印技術(shù)的認(rèn)識程度不斷深入，技術(shù)瓶頸的逐步突破，其應(yīng)用也會越來越廣泛，新的工業(yè)革命也將伴隨著技術(shù)創(chuàng)新悄然來臨。

在新的工業(yè)革命的大背景以及南京戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求背景下，南京紫金（江寧）科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)在江蘇省、南京市和江寧區(qū)各級政府的大力支持下，聯(lián)合西安交通大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、航空625所，中國航天科技集團(tuán)、中國航天科工集團(tuán)等一批高校和科研院所，大型企業(yè)，以國內(nèi)3D打印技術(shù)學(xué)科帶頭人、中國工程院院士盧秉恒教授為總牽頭人，以西北工業(yè)大學(xué)長江學(xué)者黃衛(wèi)東教授、西安交通大學(xué)長江學(xué)者李豫塵教授、清華大學(xué)孫偉教授、上海交通大學(xué)王成燾教授等國內(nèi)3D打印行業(yè)知名專家為技術(shù)核心，以南京紫金（江寧）科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)的設(shè)施資源、專項扶持政策資源等為基礎(chǔ)，匯聚社會各方資源，成立了國內(nèi)最高水平、人才最集聚的“南京增材制造(3D打印)研究院”，同時匯聚了-批3D打印領(lǐng)域的企業(yè)，南京紫金（江寧）科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)旨在以研究院為行業(yè)發(fā)展推動的引擎，參照‘德國弗勞恩霍夫應(yīng)用技術(shù)研究院。模式運(yùn)作，官、產(chǎn)，學(xué)、研相結(jié)合，集’科技創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)、產(chǎn)業(yè)孵化、人才培養(yǎng)。四位于一體，以市場需求為導(dǎo)向，以提升國家制造業(yè)尤其是提升南京市的制造業(yè)的核心競爭力為根本目標(biāo)，匯聚吸納國內(nèi)外最優(yōu)秀創(chuàng)新人才，積極開展“3D打印技術(shù)、裝備及應(yīng)用”的科學(xué)研究并進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)業(yè)化毖栩院，力爭將南京紫金（江寧）科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)建設(shè)成為中國3D打印（增材制造）領(lǐng)域最強(qiáng)的研究基地，打造國內(nèi)比較完整的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┊a(chǎn)業(yè)鏈，成為中國3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g(shù)創(chuàng)新的搖籃、研究成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的平臺，國內(nèi)最具水平的獨特的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g(shù)孵化器、國內(nèi)最完整的產(chǎn)業(yè)化示范基地以及高質(zhì)量的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┤瞬排嘤?xùn)基地。

《改革與開放》雜志作為一家立足南京，面向江蘇，影B向全國的雜志，在新的產(chǎn)業(yè)革命和技術(shù)進(jìn)步的浪潮中，緊緊圍繞為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主導(dǎo)方向，結(jié)合南京市的實際情況，特別推出本期‘發(fā)展3D打印技術(shù)助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級’專題策劃，目的就是希望能將符合南京市地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需要的新興技術(shù)進(jìn)行宣傳，為南京市的政府部門抉策、企業(yè)的發(fā)展做一些微薄的貢獻(xiàn)。

篇6

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)數(shù)字模型現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP391.73

1986年，美國科學(xué)家查克赫爾開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機(jī)，此為3D打印技術(shù)誕生的標(biāo)志。但直到20世紀(jì)90年代才被關(guān)注，應(yīng)用也主要局限在制造業(yè)、航空業(yè)等領(lǐng)域，那時叫“快速成型”技術(shù)。直到2010年11月，世界上的第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問世，3D打印才引起廣泛關(guān)注。目前全球已有不少公司推出了個人3D打印機(jī)，它已在日常生活中開始普及。傳統(tǒng)制造技術(shù)可謂是“減材制造技術(shù)”，而3D打印則是“增材制造技術(shù)”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢。因此，3D打印技術(shù)將與其他數(shù)字化模式一起，推動第三次工業(yè)革命的進(jìn)一步發(fā)展。

一、3D打印技術(shù)簡介

3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實現(xiàn)的。3D打印機(jī)是這一技術(shù)應(yīng)用的核心設(shè)備。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層一層地疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。

目前，3D打印技術(shù)常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。它被逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶制作、工業(yè)設(shè)計、藝術(shù)創(chuàng)作、航空航天和地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。除此以外，在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、建筑設(shè)計、服裝設(shè)計等領(lǐng)域，這一技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。如2010年澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司合作，嘗試以活體細(xì)胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重大意義的創(chuàng)新。

二、3D打印所需的關(guān)鍵技術(shù)

3D打印需要依托多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括以下幾個方面：

首先，在信息技術(shù)方面，要有先進(jìn)的設(shè)計軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動識別出打印的幾道工序，以方便自動控制打印器材的走向。

其次，在精密機(jī)械方面，3D打印以“每層的疊加”為工作方式，因此，要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求，以確保疊加后的效果能符合人們的預(yù)期。

再次，在材料科學(xué)方面，用于3D打印的原材料比較特殊，要求必須能夠液態(tài)化、粉末化和絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，這一過程對于原材料具有合格的物理和化學(xué)性質(zhì)方面提出了比較高的要求。

三、我國3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國積極探索3D打印技術(shù)的研發(fā)，初步取得成效。自20世紀(jì)90年代初以來，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校，在3D打印設(shè)備制造技術(shù)、3D打印材料技術(shù)、3D設(shè)計與成型軟件開發(fā)、3D打印工業(yè)應(yīng)用研究等方面，開展了積極的探索，并取得了一些關(guān)鍵性的突破。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機(jī)械性能，有望率先應(yīng)用于航天、航空設(shè)備制造；生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。而高校在技術(shù)研發(fā)過程中，通過專利授予和技術(shù)入股等方式成立公司，加快了3D打印技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)涌現(xiàn)出數(shù)十家3D打印制造設(shè)備與服務(wù)企業(yè)，已初步形成小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)市場。3D打印產(chǎn)業(yè)正成為投資熱點。不少原來從事數(shù)字化技術(shù)、材料技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)的企業(yè)紛紛考慮投資開發(fā)3D打印設(shè)備生產(chǎn)和服務(wù)。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設(shè)備擁有國。

當(dāng)然，目前我國3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，存在一些影響3D打印產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的問題。首先是缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)。3D打印技術(shù)涉及的各大領(lǐng)域，也屬于新能源新技術(shù)的研發(fā)行列中年，但在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、發(fā)展智能制造業(yè)、進(jìn)入創(chuàng)新型國家的相關(guān)規(guī)劃中，對3D打印這一交叉學(xué)科的技術(shù)總體規(guī)劃與重視不夠。其次，企業(yè)對技術(shù)研發(fā)投入顯得不足。我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設(shè)備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術(shù)等諸多具體環(huán)節(jié)，存在缺陷，難以完全滿足制造的需求。

四、3D打印技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

3D打印技術(shù)將淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，縮短制作周期，大大減少生產(chǎn)廢料，所需原材料用量即將減少到原來的三分之一甚至更少。這一技術(shù)在節(jié)約成本，提高制作精密度的基礎(chǔ)上，還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制造的諸多不足。它將在民用市場迅速推廣，開啟制造業(yè)的新的歷史開端，并同時為印刷工業(yè)帶來機(jī)遇。

隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的材料技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用在制造I領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推動式地發(fā)展。將來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出通用化、智能化和精密化等主要的趨勢。3D打印技術(shù)的速度和尺寸在不斷提高，其技術(shù)在不斷優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，特別在圖形藝術(shù)領(lǐng)域，三維模型能夠更好地將制作者的想法意圖表達(dá)出來。一張圖可以勝于成百上千個文字的描述。專業(yè)人士堅信，個性化或定制化的3D打印可以將一個所想象的三維模型很快呈現(xiàn)在眼前，能夠以最快的速度對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，增長的幅度將超出人們的想象?？傊?，3D打印技術(shù)將會極大地改變社會各種應(yīng)用的未來！

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：3D打??；技術(shù)；科技哲學(xué)

科學(xué)技術(shù)哲學(xué)是關(guān)于科學(xué)技術(shù)的哲學(xué)理論，是對科學(xué)技術(shù)的歷史成果和科學(xué)技術(shù)活動的哲學(xué)反思。長期以來，由于歷史與現(xiàn)實的諸多原因，我們對于技術(shù)的發(fā)展更多關(guān)注的是“其然”，而不是“其所以然”。目前，新一輪工業(yè)革命正在醞釀之中，其中一些先進(jìn)國家非常具有代表性的做法，比如德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、日本工業(yè)4.1J。為了可以在新的一輪工業(yè)革命中占得先機(jī)，我國也制定了“中國制造2025”戰(zhàn)略，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃和宏觀部署，以智能制造為重點、發(fā)展高端制造，擬通過10年的努力，使中國進(jìn)入世界制造強(qiáng)國，提升我國對美、歐、日等先進(jìn)工業(yè)國家的戰(zhàn)略競爭力。實現(xiàn)數(shù)字化智能制造的關(guān)鍵技術(shù)有人工智能、智能機(jī)器人、3D打印技術(shù)等，在新一輪工業(yè)革命中，3D打印必然將迎來自己的蓬勃發(fā)展期，迫切需要從哲學(xué)層面思考和回答大量的“所以然”問題。

一、3D打印技術(shù)的本質(zhì)

在科技哲學(xué)視野下研究3D打印技術(shù)，其技術(shù)本質(zhì)是我們必須要探討的最基本問題。“質(zhì)”是某一事物區(qū)別于其他事物的內(nèi)在規(guī)定性?！氨举|(zhì)是決定物質(zhì)體系發(fā)展的主要特征和趨向的一些深刻聯(lián)系、關(guān)系以及內(nèi)在規(guī)律的總和?！彼裕挥姓嬲斫?D打印技術(shù)本質(zhì)，才能確切理解3D打印技術(shù)與人，技術(shù)與世界的本源關(guān)系，才能真正了解3D技術(shù)。

對于技術(shù)的本質(zhì)，我們很難用一句話概括出來。馬克思、恩格斯始終從普遍聯(lián)系、辨證發(fā)展的原理考察技術(shù)，把技術(shù)與生產(chǎn)密切結(jié)合起來，從生產(chǎn)力和它們之間的相互關(guān)系兩方面論述了技術(shù)的本質(zhì)。馬克思認(rèn)為，“技術(shù)是人的本質(zhì)力量的對象化的產(chǎn)物。它是人類征服自然和改造自然的勞動手段，是一種生產(chǎn)力?！奔夹g(shù)作為一種潛在的生產(chǎn)力，不僅使勞動工具和設(shè)備得以改進(jìn)，擴(kuò)大了勞動對象，而且還提高了勞動者素質(zhì)，提升了勞動生產(chǎn)率。從3D打印技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展來看，3D打印技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代末，早些年該技術(shù)主要應(yīng)用于專業(yè)化的工業(yè)設(shè)計與生產(chǎn)。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展變更，其應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷的擴(kuò)展與深化，直到上世紀(jì)90年代中期，3D打印技術(shù)開始逐漸進(jìn)入大眾的視野。

事實上，3D打印技術(shù)是一種利用三維模型數(shù)據(jù)，通過材料的逐層累加，將數(shù)字化電腦模型變成固態(tài)物體的一系列技術(shù)，可以大幅降低工裝模具需求，減少材料消耗，縮短制造時間，還可以成形常規(guī)方法無法實現(xiàn)的新穎零件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由此可見，3D打印技術(shù)的發(fā)展將會深刻影響先進(jìn)制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計業(yè)、生產(chǎn)業(yè)、文化創(chuàng)意業(yè)、電子商務(wù)業(yè)及制造業(yè)信息化工程。當(dāng)今，越來越多的產(chǎn)品可以不斷被3D打印技術(shù)出來，背后隱藏著諸多社會規(guī)律、經(jīng)濟(jì)規(guī)律和自然規(guī)律。從這個角度上看，3D打印技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展將會拓展人類視野，會是人類新的生產(chǎn)力性質(zhì)和水平的標(biāo)志。

綜上，3D打印技術(shù)是合目的性的自然物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律發(fā)展的產(chǎn)物，是主體要素和客體要素的統(tǒng)一，同時技術(shù)本身也經(jīng)歷了一個從潛在形態(tài)到現(xiàn)實形態(tài)的發(fā)展過程，體現(xiàn)了現(xiàn)代社會生產(chǎn)力性質(zhì)和水平，完全符合技術(shù)的基本屬性。

二、3D打印技術(shù)發(fā)展的根本動因

一般來說，制造技術(shù)的創(chuàng)新主要由材料、工藝裝備、軟件等基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步而推動。近年來，智能設(shè)備、高性能計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步推動了制造業(yè)向精益化、智能化、柔性化、敏捷化的方向創(chuàng)新發(fā)展，在多個領(lǐng)域掀起了制造模式的變革。一直以來，先進(jìn)裝備的發(fā)展對制造技術(shù)影響最廣泛的四個特征就是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、先進(jìn)材料日益增加、研制周期日益緊迫、成本要求日益嚴(yán)格。由于傳統(tǒng)技術(shù)無法解決新的挑戰(zhàn)，因而制造技術(shù)創(chuàng)新的原則非常明確，那就是在制造的三個核心環(huán)節(jié)――成形、加工、裝配――中植入能夠改變現(xiàn)有模式的新方法、新手段、新設(shè)備，形成突破傳統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域，為先進(jìn)裝備創(chuàng)新的實現(xiàn)提供保障。目前，這些新的領(lǐng)域主要包括3D打印技術(shù)、復(fù)合材料非熱壓罐成形技術(shù)、自適應(yīng)加工技術(shù)、自主化裝配技術(shù)、智能人工增強(qiáng)技術(shù)。在過去的20年中，3D打印的技術(shù)創(chuàng)新可以稱之為利用最少量的因素影響整個經(jīng)濟(jì)體系，繼而成為全球化體系的。在這個過程中，現(xiàn)實需求是技術(shù)發(fā)展的前提與基礎(chǔ)。一旦有了需求，技術(shù)能否發(fā)展以及如何發(fā)展，則取決于技術(shù)自身的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即技術(shù)能否滿足當(dāng)前及未來一個時期的現(xiàn)實需求。因此，可以說技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展驅(qū)動的根本原因就在于事物自身內(nèi)部的矛盾性。

（一）設(shè)計自由度與制造可行性之間的矛盾

高性能產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，個性化、新穎設(shè)計的自由度越來越高，傳統(tǒng)減法式的制造工藝難以實現(xiàn)這些設(shè)計，對于設(shè)計與制造的要求也越來越高，拓?fù)鋬?yōu)化、薄壁輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的三維形狀、革命性的微結(jié)構(gòu)、功能梯度材料結(jié)構(gòu)等復(fù)雜的設(shè)計和制造問題都對傳統(tǒng)制造方法提出了新的要求。以拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)與3D打印技術(shù)聯(lián)合，實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形成過程中植入傳感器和布線，或者接合部件以節(jié)省時間和金錢、減少節(jié)點或者其他可能導(dǎo)致失效的接頭數(shù)目。為節(jié)約材料，自然界與工程界大量采用輕質(zhì)薄壁的結(jié)構(gòu)形式，作為發(fā)生沖擊碰撞等突發(fā)事件時的緩沖吸能結(jié)構(gòu)。同一產(chǎn)品由于服役環(huán)境不同，對于自身材料提出新的要求，可以沿某一維度呈現(xiàn)功能梯度變化，使材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能在空間上具有相應(yīng)梯度變化。上述的種種設(shè)計和制造問題，都是新時期產(chǎn)品發(fā)展過程中所必須面臨和解決的新問題，與之相應(yīng)的就是要求出現(xiàn)新的技術(shù)來解決這種矛盾。任何一N技術(shù)的發(fā)展與使用都是與其時代特征匹配，正是這種矛盾的沖突推動了新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

（二）研制周期與市場先機(jī)之間的矛盾

借助CAD軟件的數(shù)字化建模功能，3D打印技術(shù)可以直接將數(shù)字化模型利用3D打印機(jī)，制造出三維的部組件，極大縮短了研制周期，同時，這種數(shù)字化文檔還可以借助網(wǎng)絡(luò)傳遞，實現(xiàn)異地制造，快速占領(lǐng)有潛力市場。3D打印制造工藝流程短、全自動、可實現(xiàn)現(xiàn)場制造，無需工裝模具，整體一次成型，直接制造更快速、更高效，設(shè)計生產(chǎn)周期往往可以提升一倍，復(fù)雜、個性化產(chǎn)品研制周期漫長，在技術(shù)趨同的形勢下可以更快搶占市場先機(jī)。著眼于歷史的發(fā)展，正是由于技術(shù)的從簡單到復(fù)雜，從低效到高能，從單一到體系的發(fā)展，從而推動了整個制造業(yè)的不斷發(fā)展、日臻完善。

（三）經(jīng)濟(jì)性盈虧的矛盾

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性，同時還可以根據(jù)設(shè)計需要，快速制作模型，檢驗是否滿足用戶需求，避免重大設(shè)計更改和技術(shù)狀態(tài)變更；在制造過程中，不僅可以提高制造環(huán)節(jié)材料使用率，大幅縮短研制周期，降低生產(chǎn)成本。無論設(shè)計還是制造環(huán)節(jié)，材料利用率、研制周期、生產(chǎn)成本幾個要素平衡發(fā)展，都是制造業(yè)始終追求的目標(biāo)之一。傳統(tǒng)制造業(yè)可能在某一要素上可能具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但就綜合集成來講，3D打印技術(shù)還是具有其顯著經(jīng)濟(jì)特征的。

三、3D打印技術(shù)發(fā)展的條件

技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展一般都是在一定條件下發(fā)生的，大體應(yīng)該包含物質(zhì)條件、知識條件和人的條件，某種角度上說，這三方面因素缺一不可，3D打印技術(shù)概莫能外?，F(xiàn)代3D打印發(fā)展這幾十年，正是基于這些主客觀條件，呈現(xiàn)出有目的性的發(fā)展態(tài)勢，同時也關(guān)系到了技術(shù)的發(fā)展趨勢和發(fā)展速度。

3D打印技術(shù)已經(jīng)存在了幾十年，為什么迸發(fā)期沒有在過去，而是在現(xiàn)在發(fā)生？首先，3D打印技術(shù)不得不等待計算機(jī)處理能力、存儲和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的改善，現(xiàn)在幾乎任何人都可以制造、交換和使用3D打印的物品，但在20世紀(jì)80年代末和90年代初，當(dāng)?shù)谝淮?D打印機(jī)在市場上面世的時候，用于3D打印模型設(shè)計的個人計算機(jī)工作站造價十分昂貴，而且在互聯(lián)網(wǎng)上交互大量數(shù)據(jù)的想法也不現(xiàn)實。然后到了今天，許多智能手機(jī)和平板電腦都足夠強(qiáng)大到能夠設(shè)計和存儲復(fù)雜3D模型。高速互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)實，意味著在線存儲和交流3D模型不再是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。第二，2D打印的世界先進(jìn)技術(shù)同樣幫助建立了3D打印革命的基礎(chǔ)。雖然3D打印不是以2D打印機(jī)為原型，但大部分還是類似于伺服電動機(jī)和送料機(jī)制――激光、噴墨打印頭和電子控制器，硬件發(fā)展在過去20年里成為支持3D打印革命的必要條件。第三，3D打印的發(fā)展同樣需要等待自身的發(fā)展以及知識的儲備。一些低成本的3D打印機(jī)硬件要依靠那些使用早期3D打印機(jī)的愛好者通過創(chuàng)新模型的努力來完成。從某種意義上講，從最基本的3D打印技術(shù)發(fā)展到后來確實花了些時間，這些都是知識積累的過程。第四，促進(jìn)3D打印技術(shù)發(fā)展的原因是人類社會發(fā)展的數(shù)字化。十幾年前，人類上網(wǎng)很少，擁有數(shù)字通訊和數(shù)碼設(shè)備都很少，與之形成鮮明對比的是如今數(shù)十億人在使用互聯(lián)網(wǎng)，并且擁有數(shù)字音樂、照片和視頻，現(xiàn)在使用3D打印機(jī)在線數(shù)字資料制作成物理模型的熱情比3D打印機(jī)剛被發(fā)明出來時要高漲的多。第五，20世紀(jì)80年代末90年代初所申請的3D打印技術(shù)方面的一些專利已經(jīng)或即將到期，因此現(xiàn)在那些阻礙3D打印的法律障礙已經(jīng)越來越少了。

四、3D打印技術(shù)發(fā)展的普遍規(guī)律

唯物辯證法認(rèn)為，事物發(fā)展是有規(guī)律的，規(guī)律是可以認(rèn)識的，認(rèn)識對于實踐具有能動作用。

（一）需要可能律，技術(shù)發(fā)展的外部條件

唯物辯證法關(guān)于“現(xiàn)實與可能”關(guān)系論述的具體運(yùn)用，揭示了裝備發(fā)展與其外部條件之間的客觀聯(lián)系，即需求牽引、技術(shù)推動、經(jīng)濟(jì)支撐。3D打印技術(shù)在短短十余年取得舉世矚目的重大發(fā)展，在醫(yī)療健康、汽車工業(yè)、國防軍事、房屋建筑設(shè)計、其他消費(fèi)品等領(lǐng)域有著傲人的成績，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)牙科等領(lǐng)域的市場份額不斷增長，同時在大眾消費(fèi)的食品加工、服裝配飾、玩具制造等各領(lǐng)域也突飛猛進(jìn)。

技術(shù)的發(fā)展需要其他技術(shù)的配合與支撐。3D打印技術(shù)對信息技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)、精密機(jī)械以及材料科學(xué)有著極其重要的依賴作用。歷史表明，技術(shù)發(fā)展重大突破的時候，總是產(chǎn)生于科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定水平，特別是出現(xiàn)了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)或技術(shù)發(fā)明之后。與此同時，先進(jìn)技術(shù)的成長還需要投入龐大的人力、物力和財力予以支持。

（二）否定完善律，技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在動力

唯物辯證法“否定之否定規(guī)律”的具體運(yùn)用，揭示了技術(shù)發(fā)展與其內(nèi)部矛盾的客觀聯(lián)系，即技術(shù)自身的不斷否定與完善是推動其發(fā)展的內(nèi)在動力。如前所述，這種矛盾性表現(xiàn)為技術(shù)與現(xiàn)實需求之間的不完善，具體表現(xiàn)為復(fù)雜設(shè)計與制造的矛盾、敏捷高效制造的矛盾、以及綠色經(jīng)濟(jì)的矛盾，正是這些矛盾推動了3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，使其由不完善變得較為完善，并趨于更加完善。當(dāng)然，制造業(yè)新的需求也是發(fā)展變化的，舊的矛盾解決了，新的矛盾還會產(chǎn)生，如此循環(huán)往復(fù)，推動了事物螺旋式上升，使其進(jìn)入了更高級的發(fā)展階段。

（三）量變質(zhì)變律，技術(shù)發(fā)展的演進(jìn)規(guī)律

唯物辯證法“量變質(zhì)變規(guī)律”的具體運(yùn)用，揭示了裝備發(fā)展演進(jìn)的一般規(guī)律，即技術(shù)發(fā)展是漸進(jìn)式發(fā)展與創(chuàng)新性變革的辯證統(tǒng)一。技術(shù)發(fā)展是量變與質(zhì)變的互動過程，表現(xiàn)為漸進(jìn)性發(fā)展與創(chuàng)新性變革交替進(jìn)行。漸進(jìn)性發(fā)展是一種革新，是對技術(shù)的逐步改善，是量變的積累；創(chuàng)新性變革是徹底的革命，是技術(shù)的質(zhì)變。量變是質(zhì)變的條件，質(zhì)變是量變積累到一定程度的最終結(jié)果。

美歐發(fā)展3D打印技術(shù)已經(jīng)跳出了制造本身，開始考慮顛覆當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計以及改變傳統(tǒng)設(shè)計和材料開發(fā)流程上來，隨著增材制造在大型、復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用的技術(shù)成熟度和制造成熟度不斷提升，3D打印將成為航空領(lǐng)域主流制造技術(shù)，將航空產(chǎn)品設(shè)計理念帶向更具顛覆性的未來。

3D打印技術(shù)應(yīng)該說是當(dāng)前正在進(jìn)行的第三次工業(yè)革命的重要組成部分，是當(dāng)代計算機(jī)控制技術(shù)和新材料技術(shù)發(fā)展的“自然延伸”，鑒于其獨特的性質(zhì)和優(yōu)點，這項先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)也應(yīng)受到高度重視。但是未來還會遇到許多新問題、新困難，只要我們更加自覺地站在世界觀與方法論的高度分析問題、認(rèn)識問題。雖然不主張3D打印技術(shù)預(yù)示著新的工業(yè)革命的到恚但并不能因此忽視它的價值。隨著人類認(rèn)識的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)必將更加成熟，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊。

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篇8

3D打印技術(shù)正在推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型是無可爭辯事實。日常工作涉及供應(yīng)鏈流程管理的專家們一定會認(rèn)同以下觀點：3D打印技術(shù)已經(jīng)改變了行業(yè)規(guī)則，并且有可能使得任何地方的任何人都具備制造產(chǎn)品和零部件的能力，只要他們擁有所需的計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）文檔、一臺 3D打印機(jī)以及打印耗材（通常是粉末狀塑料、金屬等材料）。

我們已經(jīng)認(rèn)識到 3D打印技術(shù)改變各行業(yè)業(yè)務(wù)性質(zhì)的潛在能力，及其對企業(yè)和國家未來競爭力的可能影響。中國就是其中一個非常典型的例子。我們都知道，中國為了刺激和支持其 3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在南部城市長沙建立了一座產(chǎn)業(yè)園，目的就是要大力推動中國制造業(yè)和 3D打印技術(shù)的發(fā)展。該產(chǎn)業(yè)園區(qū)是中國首個 3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心，其初步目標(biāo)被設(shè)定為生產(chǎn) 100臺 3D打印機(jī)，并計劃至 2016年實現(xiàn)產(chǎn)量300臺。武漢和珠海緊隨其后，相繼宣布成立類似的技術(shù)中心的計劃。

亞太區(qū)其他國家也陸續(xù)開始著力發(fā)展這一新興技術(shù)。其中，新加坡政府計劃在未來 5年內(nèi)投資 5億美元，用來提高新加坡國內(nèi)的制造業(yè)水平，重點發(fā)展 3D打印技術(shù)。日本政府同樣宣布撥款 3，860萬美元的經(jīng)費(fèi)，投入各類 3D打印項目。全球數(shù)據(jù)信息公司 HIS消息稱，其中 80%的經(jīng)費(fèi)將用于研發(fā)能夠生產(chǎn)工業(yè)用金屬終端產(chǎn)品的 3D打印機(jī)。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已演變成為一項切實可行且成本合理的技術(shù)，為制造業(yè)的革新鋪平了道路，而制造業(yè)是亞洲很多國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展引擎。那么，對我們而言，這一切意味著什么呢？什么才是 3D打印技術(shù)真正的價值所在呢？

利用 3D打印技術(shù)，實現(xiàn)智能創(chuàng)新

數(shù)字化是現(xiàn)代制造業(yè)的成功關(guān)鍵，而其概念已不再是創(chuàng)建數(shù)字圖像那么簡單，相反，企業(yè)應(yīng)當(dāng)以數(shù)字化作為實現(xiàn)創(chuàng)新的根本途徑。企業(yè)可以充分利用這些通常具有顛覆性意義的蛻變技術(shù)來增強(qiáng)自己的創(chuàng)新能力，以便在當(dāng)下復(fù)雜的產(chǎn)品和流程市場上繼續(xù)生存下去。

3D打印技術(shù)在某些階段所發(fā)揮的作用，如傳統(tǒng) PLM領(lǐng)域新產(chǎn)品研發(fā)流程中早期的創(chuàng)意構(gòu)思和設(shè)計階段，是變化最明顯的地方。很多制造企業(yè)在創(chuàng)新流程初期就采用 3D打印技術(shù)，用以深入了解客戶需求，為新產(chǎn)品研發(fā)構(gòu)思創(chuàng)見。與傳統(tǒng)制造和成型生產(chǎn)方式相比較，3D打印為高度定制化和為復(fù)雜設(shè)計減少成本提供了可能，降低了短期零件（short-run parts）和產(chǎn)品的間接生產(chǎn)成本。

對傳統(tǒng)制造企業(yè)而言，產(chǎn)品的形狀和模型越復(fù)雜，完成一項任務(wù)所需的成本越高、時間越長，因為其中涉及大量的模具和復(fù)雜的加工作業(yè)。但 3D打印技術(shù)的不同之處在于，它能消除這些要求，讓用戶可以輕松打印所需物件。雖然 3D打印通常圍繞形狀或模型展開，但企業(yè)完全可以利用其實現(xiàn)更智能的創(chuàng)新，通過創(chuàng)建模型，然后再將模型與一個或多個系統(tǒng)相連。這樣一來，甚至在產(chǎn)品和流程實際建造完成之前，工程師和客戶就可以查看其性能狀況。而且通過評估性能數(shù)據(jù)，他們可以在實際進(jìn)行“3D打印”之前，進(jìn)行預(yù)測改進(jìn)性能及任何潛在風(fēng)險。用戶識別出一項風(fēng)險之后，可以輕松地進(jìn)行改進(jìn)，避免不必要的風(fēng)險。然后，用戶可以將從這些二次開發(fā)模型和仿真中獲得的預(yù)測結(jié)果與更好的版本進(jìn)行對比。與簡單地制作模型并將之打印出來相比，以上流程可以確保實現(xiàn)更好的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

任重道遠(yuǎn)

3D打印技術(shù)雖然好處多多、引人入勝，但有一個制造企業(yè)、律師以及政府部門才開始著手應(yīng)對的棘手問題，即3D打印的知識產(chǎn)權(quán)（IP）問題。如果任何地方的任何人都可以利用 3D打印技術(shù)隨心所欲地進(jìn)行生產(chǎn)，那么企業(yè)、設(shè)計師及發(fā)明創(chuàng)作者該如何保護(hù)他們的知識產(chǎn)權(quán)呢？

版權(quán)或?qū)＠哪康氖潜Ｗo(hù)創(chuàng)造性工作，而對版權(quán)保護(hù)范圍及必要資質(zhì)的規(guī)定各個國家不盡相同。在一些地區(qū)，知識產(chǎn)權(quán)的侵權(quán)問題已經(jīng)彰顯，但現(xiàn)在似乎越來越多的突發(fā)案例與 3D打印技術(shù)有關(guān)。此項新技術(shù)的操作過程非常簡單，只需輕輕一點，任何人都可以在未經(jīng)授權(quán)的情況下，使用一份計算機(jī)文檔或一個實際物體的 3D掃描件打印出一個物件或復(fù)制一個受知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的物品。與以往相比，現(xiàn)在復(fù)制操作已變得異常簡單，但侵權(quán)問題的鑒別卻異常困難。制造業(yè)當(dāng)前所面臨的問題，與音樂產(chǎn)業(yè)在MP3文檔和互聯(lián)網(wǎng)下載文檔出現(xiàn)時所遇到的問題相似。

當(dāng)前我們所面臨的情況是：一方面我們承認(rèn)權(quán)利并非虛設(shè)，但另一方面我們在如何實施權(quán)利以及如何通過新業(yè)務(wù)模型打造具有吸引力的、可以避免侵權(quán)行為的方法等方面也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與此同時，對潛在問題的認(rèn)識對確保3D打印技術(shù)成為組織機(jī)構(gòu)下一個偉大發(fā)明而非下一個重大負(fù)擔(dān)有著極大的作用。

面向未來

篇9

【關(guān)鍵詞】產(chǎn)品設(shè)計 3D打印 應(yīng)用 優(yōu)勢

近年來，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為一種潮流和熱門話題，并在產(chǎn)品設(shè)計，特別是數(shù)字化產(chǎn)品模型制造領(lǐng)域的應(yīng)用等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。其是一種快速成形技術(shù)（rapid prototyping），以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，并通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。3D打印機(jī)是一種可以“打印”出真實的3D物體的設(shè)備，比如打印機(jī)器人、玩具車、各種模型，甚至是食物等。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金和橡膠類。

一、現(xiàn)狀

（一）3D打印技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

3D打印關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在美國、日本及歐洲一些國家（表1）。美國《2013沃勒斯報告》顯示，2012年全球3D打印市場（包括產(chǎn)品和服務(wù)）約為22億美元（約135億元人民幣），比2011年增長28.6%，預(yù)計至2017年，全國3D打印市場將達(dá)到60億美元的規(guī)模。就全球3D打印機(jī)的安裝量而言，美國比例最高約為38%，日本為9.7%，德國為9.4%，中國則為8.7%。

（二）3D打印國內(nèi)研究現(xiàn)狀

自上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)高校相繼開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。其中，清華大學(xué)與北京殷華激光快速成型與模具技術(shù)有限公司合作，在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實體制造、FDM工藝等方面建立了一定的科研優(yōu)勢。西安交通大學(xué)自主研制了三維打印機(jī)噴頭，并與陜西恒通智能機(jī)器有限公司合作開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應(yīng)成型材料，成型精度高達(dá)0.2mm。武漢東湖高新區(qū)建立了“中國首個3D打印工業(yè)園”；中國科技大學(xué)自行研制8噴頭組合噴射裝置，該設(shè)備有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

二、在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢

（一）3D打印拓展了設(shè)計人員的想象空間

在后工業(yè)時代，每個人都是設(shè)計師，傳統(tǒng)的設(shè)計師不再依靠自己的力量獨立設(shè)計，而是扮演設(shè)計組織者的角色，組織有效的設(shè)計平臺。3D打印是由計算機(jī)通過三維軟件進(jìn)行模型建造，并以STL的文件格式傳輸至3D打印機(jī)，3D打印機(jī)識別到片層截面，并完成文件輸出。截面是由多個三角形面來模擬所設(shè)計的物品的表面形態(tài)，三角形面越小，物體打印的越精細(xì)。此外，VRML、WRL也是經(jīng)常被使用的輸入文件格式。

設(shè)計師能夠?qū)Ｗ⒂诋a(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)意和功能創(chuàng)新，即所謂“設(shè)計即生產(chǎn)”。設(shè)計師對產(chǎn)品形態(tài)的創(chuàng)作將更加揮灑自如，這是傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計、手板模型制作等流程難以企及的。

（二）3D打印縮短了產(chǎn)品設(shè)計到成型的周期

當(dāng)前，消費(fèi)者對新奇產(chǎn)品的需要和渴望遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過去，3D打印等數(shù)碼技術(shù)可以幫助廠家應(yīng)對消費(fèi)者瞬息萬變的口味，設(shè)計師可以通過互聯(lián)網(wǎng)這個開源平臺進(jìn)行設(shè)計，注重利基產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，進(jìn)入產(chǎn)品和經(jīng)營的長尾時代。3D打印更適合一些小規(guī)模制造，尤其是高端定制產(chǎn)品，比如零部件制造。雖然當(dāng)前打印制造材料仍然以塑料為主，但金屬材料肯定會在未來被運(yùn)用到3D打印中來?？梢灶A(yù)見，該技術(shù)將會在未來得到越來越廣泛的應(yīng)用。

（三）3D打印節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的成本

市場需要產(chǎn)品以最快的速度更新?lián)Q代，但新產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，若沒有銷路，則得不償失。開發(fā)一副模具要幾十萬，甚至幾百萬，而利用3D打印技術(shù)，可以把產(chǎn)品先開發(fā)出來，如果該產(chǎn)品符合技術(shù)要求和市場需求，再進(jìn)行模具開發(fā)，并進(jìn)行進(jìn)一步批量生產(chǎn)。此外，3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)模具制造技術(shù)可以實現(xiàn)相互補(bǔ)充，而未來的制造領(lǐng)域中，3D打印機(jī)可完成30%的產(chǎn)品，而70%由模具制完成。

在產(chǎn)品設(shè)計方面，3D打印產(chǎn)品不需要昂貴的模具實現(xiàn)生產(chǎn)注塑，其所需的原材料和能源僅為傳統(tǒng)方式的1/10，還降低了企業(yè)因開模不當(dāng)造成的不必要損失和風(fēng)險；3D打印可以制造曲面更復(fù)雜、造型更豐富的產(chǎn)品，可以為客戶定制個性化產(chǎn)品，實現(xiàn)“即想即得”；3D打印產(chǎn)品也可以遠(yuǎn)程傳輸文件并異地打印，減少運(yùn)輸費(fèi)用。3D打印的出現(xiàn)意義在于我們能夠制造自己的產(chǎn)品供其他人進(jìn)行消費(fèi)，人們的設(shè)計創(chuàng)造才能被盡情釋放，能夠滿足高層次的需要。

結(jié)語

長期來看，3D打印有著較廣泛的發(fā)展前景。3D打印技術(shù)的發(fā)展將推動產(chǎn)品設(shè)計模式發(fā)生變革，加快信息時代以大規(guī)模協(xié)同分享替代工業(yè)時代以資本專用性為特征的生產(chǎn)方式。

3D打印機(jī)不再只是傳統(tǒng)的專業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計師制造產(chǎn)品手板模型的工具，而是大眾都可以使用的桌面制造工具，追求個性的產(chǎn)品設(shè)計將在3D打印技術(shù)的應(yīng)用下變成現(xiàn)實。產(chǎn)品的造型、結(jié)構(gòu)將變得更有細(xì)節(jié)，產(chǎn)品設(shè)計的流程也將變?yōu)椴⑿械倪^程，產(chǎn)品設(shè)計依托于互聯(lián)網(wǎng)平臺將更加開放，訂單式將是設(shè)計制造企業(yè)發(fā)展的未來方向。此外，需要強(qiáng)調(diào)的是，寄希望于通過3D打印技術(shù)徹底改變傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式是不現(xiàn)實的。

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篇10

關(guān)鍵詞：3D掃描;3D打印;定格動畫;新變革

中圖分類號：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）12-00-02

0 引 言

3D掃描、3D打印 技術(shù)作為一種新興技術(shù)，席卷全球，將成為全新的產(chǎn)業(yè)革命。隨著3D掃描、3D 打印技術(shù)的成熟發(fā)展，其應(yīng)用也滲透到工作、生活的各個領(lǐng)域，尤其融入動畫藝術(shù)的重要分支之一――定格動畫中，完善了定格動畫，把現(xiàn)代科技和手工藝完美結(jié)合，產(chǎn)生了積極的創(chuàng)新性變革作用。

1 3D掃描、3D打印技術(shù)及其工作原理

1.1 3D掃描技術(shù)及其工作原理

3D掃描技術(shù)則是利用三維掃描儀，用來偵測并分析物體及環(huán)境的形狀、構(gòu)造與外觀數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)信息用于三維模型重塑計算，從而構(gòu)建虛擬的數(shù)字模型（如圖1）。而傳統(tǒng)的掃描是掃描平面的對象，如照片、文本頁面、照相底片等。

圖1 3D掃描產(chǎn)品外觀圖

3D掃描技術(shù)的工作原理：通過激光器和鏡頭掃描對象，記錄掃描對象切面的距離數(shù)據(jù)并組合成一個三維模型，并在終端設(shè)備中顯示。

1.2 3D打印技術(shù)及其工作原理

3D打印技術(shù)也稱“快速成形技術(shù)”， 是以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將打印耗材，如金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細(xì)胞組織等特殊材料進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成立體型，最終將數(shù)字三維模型打印成實物產(chǎn)品。

圖2 3D打印產(chǎn)品外觀圖

3D打印技術(shù)的工作原理：根據(jù)需求選好打印材料，并將數(shù)字三維模型數(shù)據(jù)輸入到3D打印機(jī)中，設(shè)備會按照模型數(shù)據(jù)以層層疊加的方式將模型打印成實物。3D打印機(jī)和2D打印機(jī)的區(qū)別在于多了一個維度，實現(xiàn)噴頭與介質(zhì)之間的移動。

2 3D掃描、3D打印技術(shù)與定格動畫的結(jié)合

3D掃描技術(shù)是3D打印技術(shù)的一個衍生。因為一些無法構(gòu)建的復(fù)雜物體模型，會導(dǎo)致3D打印受阻，也會占用大量的時間、耗費(fèi)大量的精力。它通過將實物的立體信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能直接處理的數(shù)字模型，通過軟件編輯就能將復(fù)雜的模型簡單構(gòu)造出來。

定格動畫（stop-motion Animation）與手繪動畫、電腦動畫共同構(gòu)成了現(xiàn)代動畫的三大門類。定格動畫是通過逐格地拍攝動畫師用模型定位的實體對象，一一副畫面拍好后，再由動畫師將對象稍作移動，拍下一個鏡頭，每次只拍攝一幀，使之連續(xù)放映，從而產(chǎn)生仿佛活了一般的鏡頭。手工技術(shù)往往要經(jīng)過復(fù)雜的手工工序，通過不斷的再加工，花費(fèi)大量的時間才能制作完成。所以傳統(tǒng)定格動畫的周期相對較長，工序復(fù)雜，在空間的轉(zhuǎn)換上顯得力不從心。然而當(dāng)3D掃描、3D打印技術(shù)與定格動畫完美結(jié)合，就能彌補(bǔ)其劣勢，突出其優(yōu)勢。在科技快速發(fā)展的今天，運(yùn)用3D掃描、3D打印技術(shù)的精確性和方便性，借助功能強(qiáng)大的各類設(shè)備和軟件，即可達(dá)到理想的效果。首先用3D掃描技術(shù)全方位掃描現(xiàn)實物體，獲得物體或景物的三維模型、材質(zhì)，同時捕捉物體的真實動態(tài)，再利用計算機(jī)軟件加以變化、組合，改造現(xiàn)實世界中的物體，最后打印出符合情景的動畫模型和場景。目前相對流行的三維軟件設(shè)計的圖形都可以導(dǎo)入打印設(shè)備進(jìn)行打印，使得原本繁雜的手工工序得到了簡化，如圖3、圖4所示。

圖3 傳統(tǒng)定格動畫工作流程

圖4 偶形布景設(shè)計制作環(huán)節(jié)融入全新的3D采集

及3D打印技術(shù)

定格動畫與3D掃描與3D打印技術(shù)的完美結(jié)合，使傳統(tǒng)定格動畫得到了升華和完善，既彌補(bǔ)了定格動畫制作的復(fù)雜性，也最大限度地保持了其樸實的逼真性。

3 3D掃描、3D打印技術(shù)結(jié)合定格動畫帶來的新變革

在現(xiàn)代科技的高速發(fā)展下，3D掃描、3D打印技術(shù)結(jié)合定格動畫，必將帶來的新變革。

3.1 節(jié)約成本，縮繁為減

就傳統(tǒng)定格而言，角色、場景制作越精良，工序就越復(fù)雜，相應(yīng)的制作成也就本越高。而加入3D打印技術(shù)制作，并配合傳統(tǒng)手工藝技術(shù)的定格動畫，反而簡化普通人制作產(chǎn)品的流程，縮減了成本。因為依靠3D掃描、3D打印技術(shù)的支撐，加上計算機(jī)軟件的生成，就可以省去損耗素材的成本，創(chuàng)建出本需要很多工序、人力、財力、物力，形狀各異、復(fù)雜的定格動畫的角色、場景。

3.2 提高效率，優(yōu)化創(chuàng)作

在定格動畫的整體創(chuàng)作中，無一不體現(xiàn)創(chuàng)建符合情節(jié)需要的模型的重要性。傳統(tǒng)定格動畫中角色如果在一個或幾個場景中出現(xiàn)就需要反復(fù)翻制人偶、場景等素材，期間要經(jīng)過復(fù)雜的手工工序，不斷的再加工，花費(fèi)大量的的時間才能制作完成。同樣的運(yùn)用3D掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)的定格動畫將數(shù)字精度擴(kuò)展到實體世界，通過3D掃描儀獲得的計算機(jī)能直接處理的數(shù)字模型，在三維軟件中復(fù)制、編輯對象，進(jìn)行的細(xì)節(jié)調(diào)整和實驗，創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化原件。所以如果能將3D掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)配合使用， 就能輕松完成許多小型復(fù)雜物體的制作工作，也不必等待好由工廠生產(chǎn)原型產(chǎn)品的時間，極大節(jié)約了時間與精力，提高了工作效率，能夠更好更輕易地構(gòu)建精細(xì)而細(xì)膩的動畫角色、動畫場景。

3.3 完善材質(zhì)，提高真實感

在定格動畫電影制作中，人物造型、道具、角色動作甚至是故事情節(jié)設(shè)計，都離不開對材料材質(zhì)的選擇，而傳統(tǒng)定格動畫材質(zhì)通過攝影機(jī)拍攝卻無法完美呈現(xiàn)，尤其在立體感表現(xiàn)方面欠佳，而運(yùn)用3D掃描技術(shù)對模型材質(zhì)進(jìn)行掃描后，經(jīng)過數(shù)字修正，再使用多種 “印材料”對角色和場景不同區(qū)域進(jìn)行3D實物打印，既保留了材料材質(zhì)的原始屬性，修正后又使得材質(zhì)細(xì)節(jié)更加精準(zhǔn)、完真。實物成型后，再采用逐幀拍攝，將諸多靜態(tài)畫面制作成動態(tài)影像，給觀影者營造極佳的影像體驗效果，更能有效表達(dá)創(chuàng)作者的創(chuàng)意與智慧。

3.4 連接手工藝和科技，豐富效果

眾所周知，傳統(tǒng)定格動畫的制偶、制景是以實物搭建，如泡沫、塑料、沙子、鹽、鋁鐵、玻璃、線團(tuán)、泥、陶、紙、木、竹、塑料，蠟、硅膠、布料等，全片各角色、場景及道具不僅要精細(xì)選材，且要精細(xì)制作，傳統(tǒng)手工制作藝術(shù)形式貫穿于整個定格動畫的創(chuàng)作中。手工技術(shù)源于生活，融合了民間群眾智慧，具有原始樸素的特質(zhì)。80屆奧斯卡金像獎最佳動畫短片獎的定格動畫《彼特與狼》，為了呈現(xiàn)影片細(xì)膩逼真的效果，就采用了相當(dāng)純熟的手工技術(shù)，如用白色的駝羊毛來表現(xiàn)老人蓬松的發(fā)須，用半透明的矽和顏料混合制成人物的皮膚，更為了達(dá)到濕潤而有神韻的眼睛而在眼球上涂抹甘油并刻畫細(xì)致的脈絡(luò)紋理。動畫師們整合了這些天然的材料使整部影片在真實與藝術(shù)中找到和諧統(tǒng)一。

在科技快速發(fā)展的今天，通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)突破傳統(tǒng)工藝瓶頸的制約。用3D掃描技術(shù)全方位掃描實物，獲得景物三維模型及材質(zhì)，同時捕捉景物的動態(tài)參數(shù)，再通過調(diào)節(jié)參數(shù)加以變化、組合，將虛擬景像隨心所欲融入創(chuàng)意思想，最后打印出符合情景的動畫模型和場景，而實現(xiàn)快捷、精準(zhǔn)，更加豐富的表現(xiàn)效果，實現(xiàn)定格動畫的多元化發(fā)展，如在定格動畫中增強(qiáng)傳統(tǒng)手工藝元素，如借鑒民間藝術(shù)中的皮影、剪紙、木偶等，將豐富定格動畫的藝術(shù)表現(xiàn)效果。

4 結(jié) 語

定格動畫擁有經(jīng)久不衰的藝術(shù)魅力，它不僅繼承了傳統(tǒng)技藝，還在不斷完善自身的同時也不斷汲取各種先進(jìn)技術(shù)的長處。所以我們應(yīng)該充分發(fā)揮定格動畫的優(yōu)勢，革新動畫語言，支持動畫業(yè)的全新發(fā)展。在動畫技術(shù)日新月異，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，與3D掃描、3D打印技術(shù)結(jié)合的定格動畫揭開了動畫新篇章.

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