發(fā)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(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的3d打印技術(shù)樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
新型技術(shù) 幻象成真
美國科幻作家羅伯特·?？死?jīng)描寫過關(guān)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?！苯拥街噶?，機器發(fā)出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。
也許羅伯特沒有想到如今一臺3d打印機已經(jīng)將他書中的幻境變?yōu)楝F(xiàn)實，那么什么是3D打印機呢？我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C可以打印電腦設(shè)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(nèi)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(shè)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(shù)可以打印器官、汽車、飛機的今天，它還在創(chuàng)造無限的可能。著名的《經(jīng)濟學(xué)人》雜志最近描述了3D打印技術(shù)的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命。3D打印技術(shù)將來會促進傳統(tǒng)的設(shè)計和制造模式，只是如今還沒有大范圍地推廣和應(yīng)用。隨著3D打印技術(shù)的成熟和社會的發(fā)展，制造業(yè)的跨越式發(fā)展指日可待。
首先，3D打印技術(shù)可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件。過去傳統(tǒng)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(fù)雜的零部件來說，加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西。其次，實現(xiàn)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(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領(lǐng)域。再次，由于制造準備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。
這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今3D打印機已經(jīng)在建筑設(shè)計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)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(yè)中，3D打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強度要遠遠高于傳統(tǒng)方法。
成就顯赫 仍待發(fā)展
機遇與挑戰(zhàn)
3D打印技術(shù)提供了大量機遇，不僅僅體現(xiàn)在制造領(lǐng)域，還包括零售、醫(yī)療健康和其他領(lǐng)域。3D打印最本質(zhì)的經(jīng)濟問題是，打印產(chǎn)品的成本高于傳統(tǒng)制造，但工具的成本為零。對于大規(guī)模批量生產(chǎn)來說，傳統(tǒng)制造的成本更低。但是，高昂的工具成本，使得傳統(tǒng)制造的成本對于小批量生產(chǎn)來說更高。利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品的時間要短于制造工具，但單件產(chǎn)品的生產(chǎn)時間長于傳統(tǒng)制造。
用途領(lǐng)域甚廣
快速制造原型產(chǎn)品是3D打印技術(shù)的第一大用途。傳統(tǒng)上，生產(chǎn)一件原型產(chǎn)品通常耗時1、2個月。利用3D打印技術(shù)，設(shè)計人員數(shù)小時就可以拿到原型產(chǎn)品。3D打印技術(shù)的用途遠不止生產(chǎn)原型產(chǎn)品。
夾具和卡具可能是最熱門的增長領(lǐng)域。在大多數(shù)工廠，技術(shù)工人通常負責(zé)制作工具，例如夾具和卡具。夾具和卡具的生產(chǎn)對技能要求很高，經(jīng)常需要大量試驗，還難免會出錯。夾具的任何錯誤都會“被復(fù)制”在最終產(chǎn)品中。利用3D打印技術(shù)制造夾具和卡具通常速度更快、更方便。
小批量生產(chǎn)很常見，制作原型只是其中一個特例。市場空間有限的產(chǎn)品，可能能帶來利潤，但不值得生產(chǎn)、購買昂貴的工具。3D打印技術(shù)很適合小批量生產(chǎn)，它還適合用在需求不確定的情況下。企業(yè)可以利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)少量產(chǎn)品，從而無需投入巨額資金購買昂貴的工具。生命周期結(jié)束的零部件也適用于3D打印技術(shù)。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(chǎn)品提供服務(wù)，廠商可以提高自己的品牌形象，增加現(xiàn)在的銷售。
大規(guī)模定制是終極版的小批量生產(chǎn)：一件產(chǎn)品只為一名客戶制造。Normal利用3D打印技術(shù)為客戶定制耳機，每副耳機都根據(jù)客戶的需求量身打造。佛羅里達州立大學(xué)制作了塑料“大腦”，供醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生實習(xí)。當(dāng)前的技術(shù)能融合不同密度的材料，給學(xué)生提供最真實的手感。未來，供實習(xí)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(biāo)零部件也是一種潛在用途。中小批量的生產(chǎn)任務(wù)通常使用標(biāo)準件，利用3D打印技術(shù)，設(shè)計師可以對產(chǎn)品進行更好的優(yōu)化，而無需考慮標(biāo)準件。
關(guān)鍵詞 3D打印 傳統(tǒng)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(qū)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(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。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(huán)利用。
二、3D打印過程
打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)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(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)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(chǎn)品可以實現(xiàn)每小時25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達24位。
三、優(yōu)勢
1、制造復(fù)雜物品不增加成本。就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。對3D打印機而言，制造形狀復(fù)雜的物品成本不增加，制造一個華麗的形狀復(fù)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(chǎn)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(xùn)機械師或購置新設(shè)備的成本，一臺3D打印機只需要不同的數(shù)字設(shè)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(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝基礎(chǔ)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(yīng)鏈，節(jié)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(chǎn)減少了企業(yè)的實物庫存，企業(yè)可以根據(jù)客戶訂單使用3D打印機制造出特別的或定制的產(chǎn)品滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn)，零時間交付式生產(chǎn)能最大限度地減少長途運輸?shù)某杀尽?/p>
5、設(shè)計空間無限。傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)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(tǒng)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(shè)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(chǎn)品。與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比，3D打印機制造金屬時產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)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(huán)保的加工方式。
7、材料無限組合。對當(dāng)今的制造機器而言，將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事，因為傳統(tǒng)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(shù)的發(fā)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(diào)種類繁多，具有獨特的屬性或功能。
四、應(yīng)用狀況
3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域也在隨著技術(shù)進步而不斷擴展。美國科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)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(fù)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(shù)的研發(fā)，初步取得成效。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)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(shù)發(fā)展較快，基本滿足特種零部件的機械性能要求。在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機制造流程當(dāng)中，飛機的3D模型設(shè)計好后，需要進行長期的投入來制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。
參考文獻：
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我國科技水平的不斷提高，為機械制造行業(yè)的快速發(fā)展提供了機會，與此同時，也增加了機械制造行業(yè)發(fā)展的難度。為了推動機械制造行業(yè)持續(xù)發(fā)展，在其中應(yīng)用了3D打印技術(shù)，此技術(shù)集電氣、計算機以及光學(xué)等先進的技術(shù)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(shù)是非常先進的。因此，在機械制造領(lǐng)域中應(yīng)用3D打印技術(shù)，對促進機械制造行業(yè)更好地發(fā)展有著不容忽視的作用。本文對機械制造領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的應(yīng)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(guān)人員更好地應(yīng)用3D打印技術(shù)提供一點幫助。
【關(guān)鍵詞】
機械制造領(lǐng)域；3D打印技術(shù)；應(yīng)用
近些年來，我國機械制造行業(yè)迎來了發(fā)展的繁榮時期，為了推動其更好地發(fā)展，應(yīng)用了3D打印技術(shù)，由于我國應(yīng)用此技術(shù)的時間比較短，所以應(yīng)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(shù)的應(yīng)用和實際情況結(jié)合在一起，才能充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的作用，推動機械制造行業(yè)穩(wěn)定的發(fā)展。
1對3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程進行概述
世界上的第一臺3D打印設(shè)備是在1984年現(xiàn)世的，在這之后，3D打印技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，在社會中的影響力越來越大。3D打印設(shè)備在1991年實現(xiàn)了商業(yè)化的轉(zhuǎn)變，在1996年，3D打印機成功問世。我國的第一臺3D打印設(shè)備是在1994年問世的，此設(shè)備具有知識產(chǎn)權(quán)，構(gòu)造此設(shè)備的材料主要有聚丙烯塑料以及塑料粉末狀物，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，已經(jīng)成功的在航天產(chǎn)品、醫(yī)療器械以及汽車生產(chǎn)中應(yīng)用[1]。
2增材制造原理
3D打印技術(shù)增材制造原理就是以縱向坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將設(shè)計出三維模型的產(chǎn)品進行平面劃分，對其進行劃分主要應(yīng)用的是三維仿真軟件，與此同時，還應(yīng)該應(yīng)用疊加成形以及分層加工兩者相結(jié)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(yīng)用主要體現(xiàn)在將適當(dāng)數(shù)量的材料粉末放置在存放桶中，然后經(jīng)由存放桶將其運輸出去，當(dāng)粉末運輸?shù)郊庸づ_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?？焖俚哪?，在這種情況下，當(dāng)打印完成一層之后，打印機自身的程序設(shè)定就會啟動，降低距離，再根據(jù)設(shè)定的值循環(huán)的進行打印，直至打印結(jié)束[2]。第二，熔融固化技術(shù)。熔融固化技術(shù)是3D打印機的工作原理，在應(yīng)用此技術(shù)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(guān)數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)綄?D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(jù)已經(jīng)設(shè)定好的程序，自動設(shè)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(jīng)設(shè)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(chǔ)上，供絲裝置需要將呈現(xiàn)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(jīng)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(jīng)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(xù)的進行，工作臺平面的高度可以由計算機控制程序來適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(shù)在機械制造領(lǐng)域中的具體應(yīng)用
所謂的3D打印技術(shù)，就是指增材制造，此技術(shù)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(diào)整，然后將零部件從虛擬的狀態(tài)中制作出來，使其變成實體，真實的展現(xiàn)在人們面前，此技術(shù)較零部件加工方法相比更具優(yōu)勢，因此，在機械制造領(lǐng)域中應(yīng)用3D打印技術(shù)，取得了較為顯著的效果，促進了機械制造行業(yè)的進一步發(fā)展。本文對3D打印技術(shù)在機械制造領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進行了深入地分析，內(nèi)容如下：
3.1機械產(chǎn)品的開發(fā)速度有了明顯的提高在機械制造行業(yè)中，生產(chǎn)產(chǎn)品是非常重要的一個環(huán)節(jié)，在應(yīng)用傳統(tǒng)的零部件加工方法生產(chǎn)產(chǎn)品的時候，不僅耗費的時間長，還需要很多的設(shè)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(chǎn)品的生產(chǎn)速度很慢，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品有可能已經(jīng)不符合市場需求，另外，應(yīng)用傳統(tǒng)零部件方法生產(chǎn)出的產(chǎn)品，還需要進行市場檢驗，根據(jù)檢驗的結(jié)果對產(chǎn)品進行改正，這樣就延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，對機械制造行業(yè)的發(fā)展有著不利的影響[4]。3D打印技術(shù)在機械制造行業(yè)中的應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品的開發(fā)速度，而且應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)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(zhì)量是有保證的。
3．2轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的設(shè)計理念傳統(tǒng)的零部件加工方法，對機械制造企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著較高的要求，企業(yè)必須設(shè)置很多結(jié)構(gòu)才能將產(chǎn)品生產(chǎn)出來，這樣就使得企業(yè)的經(jīng)濟效益下降，長此以往，企業(yè)的發(fā)展就會受到局限，甚至是破產(chǎn)。3D打印技術(shù)在機械制造行業(yè)中的應(yīng)用，有效的解決了此問題，3D打印技術(shù)在制造產(chǎn)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(chǎn)工作，而且加工出的零部件的穩(wěn)定性和集成度有了顯著的提升，此技術(shù)的應(yīng)用，在極大程度上簡化了零部件的設(shè)計和加工過程，使企業(yè)可以獲取高額的經(jīng)濟利益。比如說：航空類零部件對產(chǎn)品的要求非常高，不僅需要其具有較高的穩(wěn)定性，還需要其小批量的生產(chǎn)，另外，航空類零部件的形狀有很多種，不同形狀對生產(chǎn)的要求不同，這些特點都增加了加工的難度。應(yīng)用傳統(tǒng)的零部件加工方法，需要有300多個零件組成，但應(yīng)用3D打印技術(shù)，只需要三個零件就可以完成加工工作，并且零部件的質(zhì)量和穩(wěn)定性還可以得到保障[5]。由此可以看出，在機械制造行業(yè)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，對推動機械制造行業(yè)的快速發(fā)展有著重要的意義。
4結(jié)束語
綜上所述，在機械制造行業(yè)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，可以促進機械制造行業(yè)更好地發(fā)展。因此，相關(guān)部門還需要繼續(xù)研究3D打印技術(shù)，只有提高技術(shù)水平，在機械制造行業(yè)中更好地應(yīng)用此技術(shù)，才能充分地發(fā)揮其作用，為機械制造行業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量。
【參考文獻】
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關(guān)鍵詞：3D打?。粋鹘y(tǒng)雕塑；促進作用
3D打印技術(shù)出現(xiàn)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(qū)成切片，從而指導(dǎo)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(nèi)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(shù)的進步和新型材料的出現(xiàn)，3D打印的影響范圍越來越大，目前，已在航空航天、醫(yī)療、建筑、汽車、雕塑等行業(yè)進行了應(yīng)用，而且發(fā)展勢頭強勁，僅從雕塑來說，3D打印技術(shù)已極大的促進了雕塑藝術(shù)的發(fā)展，并對雕塑藝術(shù)產(chǎn)生越來越大的影響，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
一、3D打印技術(shù)節(jié)約雕塑的時間
傳統(tǒng)雕塑藝術(shù)的創(chuàng)作過程要經(jīng)過紙上小稿、泥塑小稿、放大稿、翻硬質(zhì)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(shù)，在設(shè)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(qū)利用3D打印技術(shù)，按照電腦設(shè)計的圖紙和方案，經(jīng)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(shù)極大的節(jié)約了雕塑的材料
3D打印技術(shù)直接從計算機圖形數(shù)據(jù)生成作品，擯棄了傳統(tǒng)雕塑藝術(shù)的創(chuàng)作過程中翻模等復(fù)雜的中間環(huán)節(jié)，極大的節(jié)約了傳統(tǒng)雕塑藝術(shù)中間環(huán)節(jié)材料的使用。且3D打印技術(shù)一般使用金屬、尼龍、石膏等可重復(fù)利用材料，甚至在青浦園區(qū)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(huán)境問題，人們環(huán)保意識不斷增強的今天，3D打印技術(shù)在某些方面替代傳統(tǒng)雕塑藝術(shù)的創(chuàng)作對環(huán)境保護做了不小的貢獻。
三、3D打印技術(shù)降低了雕塑風(fēng)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(tǒng)雕塑藝術(shù)創(chuàng)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(shù)的要求較高，且在進行雕塑前雕塑家對材料本身的內(nèi)部構(gòu)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(chuàng)作的過程中時時存在著失敗的風(fēng)險。3D打印技術(shù)可以替代手工勞動，雕塑家只需進行精心的設(shè)計即可，手工勞動部分交給3D打印機來完成，既避免了傳統(tǒng)雕塑在創(chuàng)作的過程中失敗的風(fēng)險，又極大節(jié)約了人工和材料成本。
四、3D打印能讓所要表現(xiàn)的雕塑更精準
雕塑作品是情感的表達，在創(chuàng)作的過程中極易受到外部因素的制約，使得傳統(tǒng)雕塑的最終作品存在著變數(shù)，且這個變數(shù)是不可逆的；傳統(tǒng)雕塑藝術(shù)要經(jīng)過翻硬質(zhì)模具等中間過程，而翻模出現(xiàn)的變形現(xiàn)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(yīng)設(shè)計者的意圖。雕塑家只要制出小樣，通過軟件生成數(shù)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(xiàn)的作品能夠精準的得到表達。
五、3D打印能表現(xiàn)高復(fù)雜度的雕塑形態(tài)
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(chuàng)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(jié)構(gòu)、多層不同種類細胞。傳統(tǒng)的雕塑手法無法完成比如說一些曲面繁復(fù)、線條穿插等復(fù)雜的形態(tài)。而通過3D打印技術(shù)只要能設(shè)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(chǎn)生，真正達到了“設(shè)計即所得”的地步。
六、3D打印具有很強的復(fù)制性
雕塑作品是雕塑家思想和情感的表達，強調(diào)的是傳統(tǒng)性、手工技藝以及完成作品所耗用的工時，在整個創(chuàng)作過程中受到雕塑所用的材質(zhì)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(dǎo)致雕塑作品具有唯一性的特點。而3D打印技術(shù)作為一種新工具，它雖然不能取代傳統(tǒng)雕塑，但它可以作為傳統(tǒng)雕塑的有益補充。3D打印技術(shù)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(shù)完全是有可能實現(xiàn)電影里演的那樣復(fù)制出一件一模一樣的文物。3D打印技術(shù)不僅可以對無法翻?；虿贿m于翻模的文物進行復(fù)制，還可以用于殘缺文物的局部修復(fù)。
七、3D打印適合定制化雕塑產(chǎn)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(shù)輔助設(shè)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(chǎn)品等，隨著3D打印技術(shù)的成熟和成本的降低，定制化產(chǎn)品在各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，高端定制化產(chǎn)品可以做到“量體裁衣”，可以根據(jù)客戶需求進行產(chǎn)品的定制，在設(shè)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(yīng)到設(shè)計當(dāng)中，制作出真正反映客戶意愿的滿意的高端定制化產(chǎn)品。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：3D打??；教育應(yīng)用；模式構(gòu)建
中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7503（2014）11-0016-04
3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字形式從三維立體模型快速構(gòu)造物理對象的新型快速成型技術(shù)。該技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)、骨骼打印、文物打印、工業(yè)設(shè)計、汽車零件制造、航天和國防、教育、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。眾多研究者認為這項技術(shù)將引領(lǐng)制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，甚至被譽為2012年10大發(fā)明之一。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)逐漸與各個領(lǐng)域深度交融，成為各個領(lǐng)域未來發(fā)展的有力助推器。那么，3D打印技術(shù)與教育領(lǐng)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(lián)盟（New Media Consortium，NMC）在2013年地平線報告中首次將3D打印技術(shù)列為教育領(lǐng)域未來4-5年內(nèi)待普及應(yīng)用的創(chuàng)新型技術(shù)。鑒于3D打印技術(shù)在教育改革與創(chuàng)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(shù)在教育中的作用，并構(gòu)建基于3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式。
一、3D打印的原理
3D打印是快速成型工業(yè)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(shè)計者、程序員及其他對科學(xué)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(shè)計者根據(jù)用戶的個性化需求，通過3D建模軟件進行模型設(shè)計與構(gòu)建，然后打印機讀取模型數(shù)據(jù)進行打印輸出即可。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)打印技術(shù)的區(qū)別主要有兩個方面：其一，3D打印首先需要進行數(shù)字化三維模型構(gòu)建，傳統(tǒng)打印技術(shù)并不需要構(gòu)建數(shù)字化三維模型；其二，傳統(tǒng)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(jīng)歷物理對象的設(shè)計與構(gòu)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(shè)計][三維建模][計算機輔助斷層掃描][三維掃描][數(shù)據(jù)傳輸][模型分切][剖面信息讀取][打印介質(zhì)][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(shè)計與構(gòu)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(shè)計與構(gòu)建
物理對象的設(shè)計與構(gòu)建階段涉及兩個方面：三維建模和三維掃描。3D打印的關(guān)鍵階段是模型設(shè)計與構(gòu)建，這直接決定作品比例是否協(xié)調(diào)，設(shè)計是否殘缺，結(jié)構(gòu)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(shè)計或計算機動畫建模相關(guān)的三維建模軟件來設(shè)計和構(gòu)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(jié)構(gòu)進行掃描以獲取物體空間坐標(biāo)繼而轉(zhuǎn)換為數(shù)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(jīng)歷的步驟有：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機，然后，通過打印機配備的專業(yè)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(zhì)和打印機規(guī)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(zhì)和易于祛除的支撐物。最后，采集所有切片的剖面數(shù)據(jù)，構(gòu)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(guī)格、打印材質(zhì)、打印精度的不同，可能出現(xiàn)成品截面粗糙或有毛刺的現(xiàn)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(shù)在教育中的作用
3D打印技術(shù)對于教育的重要價值之一，在于它能夠創(chuàng)造對事物更真實可靠的探索機會，而這樣的機會對于學(xué)生來說可能非常難得。同時，對3D打印技術(shù)從設(shè)計到生產(chǎn)過程的探索以及實物教學(xué)和參與性學(xué)習(xí)的發(fā)展需要，為學(xué)習(xí)活動的開展提供了新的可能。下文分別從教師和學(xué)習(xí)者視角分析3D打印技術(shù)在教育中的助推器作用。
（一）促進教學(xué)效果的效能工具
教師在教學(xué)過程中利用3D打印制作的教學(xué)用具，可以擴展學(xué)習(xí)者的感覺和知覺，增強觸覺體驗，彌補常態(tài)課堂直接經(jīng)驗不足的劣勢。同時，教師也將隱性知識和認知結(jié)構(gòu)顯性化，使學(xué)習(xí)資料由抽象化轉(zhuǎn)變成為具體化，具體化轉(zhuǎn)變成為形象化，視覺復(fù)雜化轉(zhuǎn)變成為認知簡單化。由此增強學(xué)習(xí)者的思路清晰度，提高學(xué)習(xí)者的邏輯思維能力和理解能力，改善教師教學(xué)效果，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率。
（二）促進學(xué)習(xí)效果的認知工具
3D打印可以作為小組協(xié)作探究環(huán)境的一部分，承擔(dān)對創(chuàng)意和技術(shù)方案進行快速驗證的任務(wù)，促進學(xué)習(xí)者的社會性認知。由于3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，建筑、機械、生物、醫(yī)學(xué)、考古等學(xué)科都可以通過3D打印制作相關(guān)模型。學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的狀態(tài)。例如：針對小學(xué)五年級《趙州橋》的學(xué)習(xí)，3D打印能便捷地打印出趙州橋的微型化模型，學(xué)習(xí)者可以在課堂上對趙州橋的整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特點有一個直觀的觀察和認識。進而加深學(xué)習(xí)者對趙州橋的社會性認知體驗，最終達到促進學(xué)習(xí)效果的目的。
（三）培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力
可視化教具可以增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性，顯著提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。常態(tài)教學(xué)環(huán)境下，教師一般利用多媒體技術(shù)，通過動畫、圖片、視屏、音頻等能夠為學(xué)習(xí)者創(chuàng)建一種動態(tài)的信息技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境。但是，卻極其缺乏形象、直觀、可碰觸的立體教具，致使學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者創(chuàng)造潛力的開發(fā)。3D打印技術(shù)則通過將數(shù)字化的設(shè)計、虛擬模型快速轉(zhuǎn)變成實物的獨特優(yōu)勢打破了這一禁錮。物理實體帶來的強烈的現(xiàn)場感、真實的學(xué)習(xí)情境、近距離的觀察和觸摸體驗，將為學(xué)習(xí)者拓展更為廣闊的創(chuàng)造空間，激發(fā)學(xué)習(xí)者的批判性思維，提高學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性解決問題的能力。
（四）提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)參與度和實踐能力
3D打印的打印流程包含模型設(shè)計和模型打印，這兩個階段皆需要學(xué)習(xí)者的全程參與。無形中，即使處于學(xué)習(xí)邊緣的學(xué)習(xí)者也會自主完成學(xué)習(xí)角色轉(zhuǎn)換，由邊緣角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹行慕巧?，提高學(xué)習(xí)參與度。同時，通過完成提出創(chuàng)意、設(shè)計模型、構(gòu)建模型以及打印模型這一系列任務(wù)，將有效促進學(xué)習(xí)者設(shè)計能力、觀察能力和實踐能力的發(fā)展。實踐是提高知識內(nèi)化和掌握程度的主要途徑，同時，實踐能力也是學(xué)習(xí)者發(fā)展研究能力和創(chuàng)新能力的基石。
（五）營造愉快的學(xué)習(xí)體驗及激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性
3D打印可以使加速學(xué)習(xí)者設(shè)計過程成為可能，學(xué)習(xí)者在模型設(shè)計初期就可以通過教師指導(dǎo)以及原形化發(fā)現(xiàn)問題和不足，降低設(shè)計出錯的概率和認知出錯次數(shù)，減輕學(xué)習(xí)過程中的挫折感，增強自信，獲得愉快的學(xué)習(xí)體驗。對于3D打印無論是設(shè)計、制作還是分享使用都可能產(chǎn)生一種新的學(xué)習(xí)體驗，吸引學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。只要有創(chuàng)意，就可以將構(gòu)思變?yōu)檎鎸嵉牧Ⅲw模型，使大腦中的抽象概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實世界的真實存在。這將使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中充滿沉浸感和成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情和DIY興趣，使得學(xué)習(xí)者發(fā)展成為主動的知識建構(gòu)者和探索者。
三、基于3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式構(gòu)建
3D打印技術(shù)有助于教師制作個性化教學(xué)模型，幫助學(xué)習(xí)者更好地形成沉浸式學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者通過3D打印，開拓批判性思維模式，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高創(chuàng)造力。3D打印是一種通用的技術(shù)，它的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋大部分學(xué)科，尤其適用于醫(yī)學(xué)、機械設(shè)計等需要大量制作模型的專業(yè)。因此，構(gòu)建一種適用于應(yīng)用3D打印技術(shù)的教學(xué)模式顯得尤為必要。本文基于3D打印技術(shù)的教學(xué)實施過程，對3D打印在教學(xué)中的應(yīng)用模式進行了初步構(gòu)建，如圖2所示。
[前期問題設(shè)計與模型制作][個性化需求][個性化需求][教學(xué)內(nèi)容][教學(xué)內(nèi)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(xué)習(xí)
者需
求][解決
真實
問題][指導(dǎo)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(zhì)選擇][模型數(shù)據(jù)傳輸][打印機調(diào)試][打印操作][資源搜索][構(gòu)建模型][設(shè)計原則][選擇、修改已有模型][三維模型設(shè)計][三維模型構(gòu)建][三維模型打印][問題發(fā)現(xiàn)][問題情境][問題情境創(chuàng)設(shè)][課堂
應(yīng)用
教學(xué)
評價][教學(xué)評價][問題情境創(chuàng)設(shè)][學(xué)習(xí)者自評][教師評價][模型展示][課堂互動][模型檢驗][學(xué)習(xí)者互評][課堂應(yīng)用]
圖2 3D打印教學(xué)應(yīng)用模式
（一）教學(xué)實施過程概述
基于3D打印技術(shù)的教學(xué)實施過程由問題情境創(chuàng)設(shè)、三維模型設(shè)計、三維模型構(gòu)建、三維模型打印、開展教學(xué)和教學(xué)評價六個核心模塊。教學(xué)實施過程以此六個模塊依次展開。在創(chuàng)設(shè)問題情境環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題之后，學(xué)習(xí)者在解決問題的任務(wù)情境之下進行3D模型設(shè)計和模型構(gòu)建。然后，打印實物三維模型并在課堂互動環(huán)節(jié)通過展示、探討、應(yīng)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(huán)節(jié)，精細化設(shè)計技巧，完善設(shè)計思想，提高學(xué)習(xí)者設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。
（二）核心模塊分析
1.問題情境創(chuàng)設(shè)
對于學(xué)習(xí)者而言，創(chuàng)設(shè)問題情境可以有力激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣。從學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)驗、知識結(jié)構(gòu)以及教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，創(chuàng)設(shè)具有趣味性、探索性、延伸性并有助于學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)、交互合作的問題情境將有效激發(fā)學(xué)習(xí)者強烈的問題意識和探究動機，有助于引起學(xué)習(xí)者對發(fā)現(xiàn)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?qū)W習(xí)者的設(shè)計靈感，創(chuàng)作出既有價值又能讓人耳目一新的作品。對于教師而言協(xié)助學(xué)習(xí)者找到一個高質(zhì)量的問題激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲，將為后續(xù)教學(xué)活動的順利進行奠定基礎(chǔ)。
2.三維模型設(shè)計
經(jīng)過創(chuàng)設(shè)問題情境階段，學(xué)習(xí)者在接受問題刺激之后，其思維已被激活，處于活躍狀態(tài)。此階段是學(xué)習(xí)者最為敏感、最易出現(xiàn)創(chuàng)新思維的階段。學(xué)習(xí)者在設(shè)計思想的指導(dǎo)下，遵循滿足學(xué)習(xí)者個性化需求和解決真實問題的設(shè)計原則進行模型設(shè)計。教師則針對學(xué)習(xí)者在設(shè)計過程中存在的問題實施個性化的指導(dǎo)，幫助學(xué)習(xí)者在模型構(gòu)建初期就降低設(shè)計失誤的概率。
3.三維模型構(gòu)建
在此階段學(xué)習(xí)者利用Blender、Web 3D、AutoCAD等三維建模軟件依照三維模型設(shè)計構(gòu)建數(shù)字化三維模型。學(xué)習(xí)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(xiàn)，學(xué)習(xí)者只需把數(shù)字化三維模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)?D打印機，然后選擇匹配的打印介質(zhì)，根據(jù)打印要求設(shè)置打印機參數(shù)就可以輕松便捷地完成模型打印工作。
5.課堂應(yīng)用和教學(xué)評價
將打印的三維模型應(yīng)用到課堂當(dāng)中，教師通過課程設(shè)計科學(xué)合理安排模型應(yīng)用的時間和地點，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)一種輕松自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過模型展示和課堂互動環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)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(jié)論的正確性。教師對模型給出反饋，指導(dǎo)模型的再次修改，學(xué)習(xí)者進行自我評估和學(xué)習(xí)者互評，不斷完善模型。
四、結(jié)束語
3D打印技術(shù)是一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)，教育領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的重要市場。本文通過分析3D打印原理和3D打印技術(shù)在教育中的作用構(gòu)建了基于3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式，以期為后續(xù)實際應(yīng)用和精細化研究奠定基礎(chǔ)。盡管3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，但是目前其在教育機構(gòu)的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。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(guān)鍵詞]3D打印技術(shù)；鋼鐵行業(yè)；沖擊；措施
中圖分類號：F104 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0072-01
一、概述
3D打印技術(shù)，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(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(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)，被認為是近20年來制造領(lǐng)域的一個重大成果。它集機械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設(shè)計思想的校驗等方面提供了一種高效、低成本的實現(xiàn)手段。
3D打印機的原理：3D 打印機可以根據(jù)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(jié)起來，就得到了所需制造的立體零件。每個截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)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(dāng)然，整個過程是在電腦的控制下，由3D打印機系統(tǒng)自動完成的。
二、國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀
目前在歐美發(fā)達國家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個性化消費品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費品公司Quirky通過在線征集用戶的設(shè)計方案，以3D打印技術(shù)制成實物產(chǎn)品并通過電子市場銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達到100萬美元。當(dāng)前，國際3D打印機制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。
自20世紀90年代以來，國內(nèi)多所高校開展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢；華中科技大學(xué)在分層實體制造工藝方面有優(yōu)勢，并已推出了HRP系列成型機和成型材料；中國科技大學(xué)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(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。
三、經(jīng)典的應(yīng)用案例
（一）3D打印汽車
2011年，世界上首款應(yīng)用3D打印技術(shù)的汽車“Urbee”在經(jīng)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(nèi)的所有外部組件都是通過大型3D打印設(shè)備生產(chǎn)。 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(shè)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(xué)材料學(xué)院王華明教授是國內(nèi)激光成型技術(shù)的領(lǐng)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(lǐng)域，研制出迄今世界最大、擁有核心關(guān)鍵技術(shù)的飛機大型整體鈦合金主承力結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實現(xiàn)裝機應(yīng)用的國家。
四、技術(shù)優(yōu)劣勢和對鋼鐵行業(yè)的影響
（一）3D打印技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢
1.個性化、定制化。
3D打印這種全新的生產(chǎn)工藝，以及在線制造協(xié)作服務(wù)的普及，使得生產(chǎn)方式像輪子一樣兜了個圈又回到了原點，從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)到更加個性化的生產(chǎn)定制方式。“這種新型的生產(chǎn)方式是“社會化制造”，當(dāng)它得到廣泛運用，每個人都可以是一家工廠。”
2.節(jié)省勞動力。
3D打印技術(shù)會使傳統(tǒng)的，以廉價勞動力取勝的制造業(yè)發(fā)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(zhuǎn)移到發(fā)展中國家的資本，會很快移回到發(fā)達國家中去。傳統(tǒng)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(shù)的普及，有望緩解制造業(yè)用工荒的難題，甚至中國、印度等國所擁有的低成本勞動優(yōu)勢也會隨之減弱。
（二）3D打印技術(shù)的不足之處
1. 打印材料。
3D打印技術(shù)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(yè)界研發(fā)的進步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機也已經(jīng)出現(xiàn)。不過，大多數(shù)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(yè)級3D打印機使用。對于工業(yè)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(fā)成本至少是千萬元級別。
2.打印精度。
由于3D打印工藝發(fā)展還不完善，特別是對快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)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(xiàn)階段，3D打印機無法作為大規(guī)模生產(chǎn)的手段，只能作用于原型開發(fā)或者單件制造。在生產(chǎn)效率上，3D打印技術(shù)雖發(fā)端于“快速成型”，耗時還是得以小時來計，尚難滿足批量生產(chǎn)的要求。無論是性能雖好但價格高昂的工業(yè)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(tǒng)工業(yè)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(xiàn)有的技術(shù)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(jié)再緊密，也無法和傳統(tǒng)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(jié)論
3D打印技術(shù)可以使金屬粉末按設(shè)計圖精確成型，形成各種復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)，但對其內(nèi)部的組織性能卻無法保證。與鑄造技術(shù)相比，3D成型技術(shù)在機械性能及組織結(jié)構(gòu)上還是有一定差距的。鋼鐵產(chǎn)業(yè)的下游為家電、汽車、造船、建筑、機械制造等產(chǎn)業(yè)，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(shù)引入造船行業(yè)，不僅龐大的3D打印機難以制造，但就從經(jīng)濟角度上講也是不可取的。同樣，對于建筑上的鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁，鋼結(jié)構(gòu)的房屋等，3D打印技術(shù)也不適用。
現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要特點是批量化和規(guī)?；?，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，主要為下游產(chǎn)品提供原材料。3D打印技術(shù)的主要特點是小批量和個性化，主要是生產(chǎn)終端產(chǎn)品，位于產(chǎn)業(yè)鏈的末端，與鋼鐵行業(yè)的定位不同。因此，從生產(chǎn)的特點與產(chǎn)品的定位來講，3D技術(shù)的發(fā)展對鋼鐵行業(yè)沖擊較小。
但從另一個角度考慮，當(dāng)3D打印的產(chǎn)品為金屬制品時，鋼鐵產(chǎn)業(yè)需為其提供原材料――粉末金屬。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印材料尤其是粉末金屬材料的研發(fā)與制造將成為一個炙手可熱的課題，也將是鋼鐵企業(yè)一個新的高附加值產(chǎn)品，一個新的利潤增長點。
參考文獻
[1] 王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國高新技術(shù)企事業(yè).2012（9）.
1資料與方法
1.1納入與排除標(biāo)準納入標(biāo)準：①因外傷入院，經(jīng)影像學(xué)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(fù)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(biāo)準：①結(jié)核、腫瘤病史；②合并影響骨質(zhì)代謝的系統(tǒng)性疾?。虎厶厥馑幬镩L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(xué)第一附屬醫(yī)院骨科收住院，確診為脛骨平臺骨折并進行手術(shù)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(yī)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(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），具有可比性（見表1）。1.3手術(shù)方法將入選患者根據(jù)手術(shù)方式的不同分為實驗組和對照組。對照組患者手術(shù)方式采用傳統(tǒng)切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)，根據(jù)術(shù)前DR、CT圖像確定骨折情況，根據(jù)骨折部位選擇脛骨外側(cè)正中或前內(nèi)側(cè)作切口，打開關(guān)節(jié)囊，剝離骨膜，充分顯露骨折端，清理關(guān)節(jié)腔內(nèi)骨折碎片及血塊，對骨折端進行復(fù)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(guān)節(jié)面塌陷的患者術(shù)中采取撬起塌陷關(guān)節(jié)面、同種異體骨植骨治療，復(fù)位后塌陷骨折處的軟骨面應(yīng)高于正常脛骨平臺軟骨面1.0～2.0mm[4]。術(shù)中C臂機透視確認關(guān)節(jié)面平整、鋼板及螺釘位置良好后沖洗術(shù)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(guī)DR、CT檢查，檢查設(shè)備型號、參數(shù)同對照組不變，然后將患者的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)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(dǎo)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(fù)位，對比計算機模擬復(fù)位情況；模型復(fù)位滿意后開始預(yù)選接骨板、螺釘，預(yù)先設(shè)計手術(shù)方案，確定后需要折彎接骨板預(yù)先進行折彎；確定術(shù)中預(yù)使用的接骨板、螺釘型號，文字備案。實際手術(shù)時選用預(yù)先計算好的螺釘方向和長度，其余手術(shù)步驟同對照組。1.4評價指標(biāo)分別統(tǒng)計兩組患者的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視總時間、術(shù)后切口引流量、平均住院時間、解剖復(fù)位率、術(shù)后并發(fā)癥率；運用膝關(guān)節(jié)評分（HSS）分別評估兩組患者術(shù)后1個月、2個月、6個月、1年的患側(cè)膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況。1.5統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS23.0軟件處理數(shù)據(jù)。計量資料以均數(shù)±標(biāo)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(shù)資料采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2結(jié)果
2.1兩組觀測指標(biāo)及HSS評分對比實驗組的手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中透視總時間、術(shù)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(shù)后1個月內(nèi)膝關(guān)節(jié)功能（HSS）評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；實驗組在術(shù)后2個月、6個月、1年隨訪效果膝關(guān)節(jié)功能情況（HSS）評分高于對照組（P＜0.05）。各觀測指標(biāo)統(tǒng)計如表2、表3所示.2.2兩組解剖復(fù)位對比兩組術(shù)后3個月復(fù)查X線，實驗組31例達到解剖復(fù)位，復(fù)位率91.2%；對照組26例達到解剖復(fù)位，復(fù)位率83.9%。兩組解剖復(fù)位率比較，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。2.3兩組術(shù)后并發(fā)癥對比兩組患者術(shù)后均隨訪1年，兩組骨折處均達到骨性愈合。其中實驗組發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎1例，關(guān)節(jié)僵硬2例；對照組發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎2例，關(guān)節(jié)僵硬2例。實驗組并發(fā)癥發(fā)生率（8.82%）較對照組（12.90%）比較，差異具有統(tǒng)計學(xué)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
