3d打印技術范文

導語：如何才能寫好一篇3d打印技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務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打印機跟傳統打印機―樣，是一種連接電腦并把電腦中信息輸出的設備(其工作方式與噴墨打印機也有些許相似)；最大的不同是，3D打印機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打印對于普通商務用戶來說用處不大，但在工業設計或3D模型設計等特殊領域都能夠發揮極大的作用。我們知道，一款產品從設計到投產之前會多次修改，而階段性的設計成果通常會被制成模型來確定效果。這時，再好的設計圖紙也不如一個真實的成品模型更有說服力?？上У氖牵瑐鹘y的模型制作方法成本高昂、耗時耗力且精度不高，因此快速成型技術成為設計行業的迫切需要。3D打印則是其中極具發展潛力的快速成型技術之一?，F在，讓我們從3D打印的發展說起，逐漸了解這一方興未艾的新技術，并設想它會給我們帶來什么樣的變化吧。

“快速成型”的迅猛發展催生“3D打印”

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

設計領域許多人都知道3D CAD(3D計算機輔助設計)。從70年代誕生到現在，3D CAD經歷了幾十年的發展，已經成為廣大設計人員的有力工具之一和很多設計領域的重要標準。而快速成型(RapidPrototyping，簡稱RP)技術幾乎與3D CAD的發展同步。換言之，前者其實就是后者發展的寫照，因為人們從使用3D CAD的那天起就希望方便地將設計“轉化”為實物。

快速成型技術是一種由CAD數據通過成型設備以材料累加的方式制成實物模型的技術。這一成型過程不再需要傳統的刀具、夾具和機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中的設計轉化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短產品研發周期、提高產品質量并縮減生產成本。

RP在多年的發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)、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，設備造價和制作模型成本都比較高昂，因此只在一些特殊領域有所應用；而3DP~FDM則是基于原料噴射成型的技術，不需要昂貴的激光器，成本低了不少，因此成為RP行業中“最親民”的技術，近幾年大有普及之勢(由于都有近似噴墨打印機的工作方式，因此人們將它們稱為“3D打印機”)。下面我們就與3D打印機來一個近距離接觸。

好用不貴的3D打印

之前，3D打印離我們還很遙遠，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

現在，這樣的局面即將被打破――基于快速成型技術的3D打印有了長足進步，早先只有某些行業用戶用得起的3D打印機越來越多地出現在各種民用領域中。那么，3D打印機到底是如何實現的呢?

3D打印機是這樣工作的

傳統的加工手法與雕塑相似，通常是一整塊材料按照設計去除無用的部分，剩下的才是精華。而3D打印機采用分層加工、疊加成形方式來“造型”，會將設計品分為若干薄層，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，它與噴墨打印機工作方法十分類似，3DP是一層層地印，而噴墨打印機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”的稱呼也就顯得十分貼切了口當然原理相仿的3DP與FDM在實現細節上還是存在較大差別，最終導致了產品的性質和用途各不相同。

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(麻省理工學院)的科研和技術專家就發明了3DP技術并申請了專利。1997年，為了將3DP技術推向市場，Z Corporation公司正式成立。從那時起，Z Corporation就一直占據著3D打印機市場的半壁江山。

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。

這種技術的特點是成型速度快，制作成本低。它目前可以達到每小時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，實體模型的精細度當然就越高。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打印機也是目前唯一能夠打印彩色零件的快速成型設備。但3DP工藝制作出來的模型強度不高，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技術的快速成型機，并很快了基于FDM的Dimension系列3D打印機。由于’FDM技術有其得天獨厚的優勢。適合汽車、家電、電動工具、機械加工、精密鑄造及工藝品制作等領域使用，因此Stratasys的FDM快速成型機目前在全球RP市場已占有近半的比例。那么，FDM的優勢何在呢?看完下文你就會對它有一個簡單的認識?；贔DM的3D打印機是這樣工作的

CAD生成的模型數據先導入3D打印機的控制軟件，再經其處理自動生成支撐材料和加熱噴頭運動路徑。這時，加熱噴頭會在計算機的控制下根據產品零件的截面輪廓信息作平面運動，而熱塑性絲狀材料由供絲機構送至加熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態后擠壓出來涂覆在相應工作平臺上。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行下一層的熔覆，通過周而復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”――不會有產生毒氣和化學污染的危險，使它可以安全地運用于辦公環境。

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

主流3D打印機

在目前的3 D打印機行業中，ZCorporation和Stratasys兩家公司的產品占有絕大多數市場份額。

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

Dimension系列3D打印機是美國STRTASY公司的產品，分別是BST768、BST1200、SST768、SST1200以及Hite(Elite為該系列最新機型，精度最高，可以實現0.127mm層厚)。其中BST采用了剝離式技術，即手動剝離成型后的支撐材料；而SST和Elite為水溶式技術，即模型上的支撐材料可用專門的溶液溶解掉，非常適合成型復雜模型。五款機型除了成型精度、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技術也同樣有十分強烈的需求。自90年代初國內就有多所高校開始自主知識產權的RP技術研發。清華大學主要研究RP方面的現代成型學理論、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；華中科技大學研究LOM(分層實體制造)工藝，推出了HRP系列成型機和成型材料，西安交通大學開發出LPS和CPS系列的光固化成型系統及相應樹脂，CPS系統采用紫外燈為光源，成型精度0.2mm。

但是相比RP技術領先的美國、日本等國家，國內還沒有一款達到國際水平的3D打印機推向市場，只有部分有實力的企業和科研院到專業的RP或3D打印服務商那里租用3D打印機或者訂制模型。國內RP技術在研究隊伍、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RP技術應用更為廣泛。港臺地區相比內地RP技術起步較早――很多高校、企業都有自己的3D打印設備。只不過，港臺地區RP技術的重點是應用與推廣而并非自主研發。

3D打印的將來：另一場制造業革命?

現在我們已經發現，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在的3D打印機必須不斷完善的項目。

第一，成本方面，在不久的將來3D打印機的價格會有大幅下降。一些較小規模的3D打印機制造商已經開始推出―萬美元以下的3D打印機，例如Desktop Factory的4995美元打印機。還有一些愛好者從2006年開始也在研制“開源”的3D打印機。他們的目的是希望大家都來參與改良3D打印機，并最終促成低價3D打印機的誕生和普及。第二，開發更為多樣的3D打印材料。如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及其他方法難以制作的復合材料等。當然還有金屬材料，直接金屬成型技術將會成為今后研究與應用的又一個熱點。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品制造。改善3D打印系統的可靠性、生產率和制作大件能力，尤其是提高成型件的精度、表面質量、力學和物理性能。除此之外，還有許多新的成型方法與工藝會在未來應用于3D打印機中。

在未來，3D打印機有可能走進千家萬戶。有了它，你可以做許多現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打印機將使工業設計人員可以隨時制作設計品的高度仿真模型，交給生產部門或用戶，然后根據反饋意見進行進一步修改。家居裝飾公司可以根據設計圖紙呈現數個逼真、縮小的新家模型供你挑選。整形醫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打印機只需要很短時間就能完成。

篇2

如今網絡變得非常開放，已成為獲取信息的主要途徑，電視機、廣播和紙媒等傳統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出去。

“解放者”是首支利用3D打印技術被廣泛制作的手槍。該型號手槍僅需使用商業3D打印機便可制造完成。制造說明由網絡衛士/無政府主義者制作，步驟非常詳細，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）。無數個測試已經證實，在裝配得當的情況下該武器可以發射至少一顆點38口徑的子彈。

無須置疑3D打印機的能力，未來只要能用CAD軟件畫出的東西都可以用3D打印機制作。這種技術的潛力不可估計，同樣破壞性的潛力幾乎遍布了每個行業。從醫學領域到制造業，在增強消費者制造能力的同時也必將顛覆許多正常的自然規律。

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。有多少次你已經達到了憤怒的狀態？那種憤怒是你覺得什么對你而言都沒有任何意義，你感覺幾乎要開始殺戮了。當殺人的想法占據著內心，而你無法將自己的怒火平息在可控范圍內時，你可能不應該擁有槍支。

在美國有許多關于嚴格控制槍支立法的討論，現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定不是一個避免沖動想法傷害到其他人甚至引發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將致命的激動情緒轉化為實實在在的犯罪行為而引發更多的犯罪情緒呢？美國國務院似乎計劃將制作“解放者”的鏈接從網絡上移除。

在南非，3D打印已經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）也已經承認了它的潛力，并且計劃制造一個零重力3D打印機，這部機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，這種技術尚處于萌芽階段。信息自由的倡導者和槍支倡導者都主張保衛“解放者”設計圖在網上的流通，這就像是一場有關互聯網自由的戰爭，他們主張所有的信息不應該被審查，每個人都能夠輕易獲得。但是我們現在所討論的不是關閉非法提供下載資料的網站服務器，而是在談論生命和死亡。槍支只為一個理由存在—射擊。

有些人指出可以用3D打印機的高價格來限制業余槍支販賣者的數量，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，將其應用于制造可替換的心臟瓣膜或是為發展中國家生產水凈化設備，而不是用于殺人。

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一、3D打印技術創新取得新突破

在生物打印領域，西安交通大學開展的3D打印個性化人工假體制造研究與應用獲得標志性進展，科研成果《個性化顱頷面骨替代物設計制造技術及應用》通過國家技術發明二等獎初評。西北工業大學研發的常溫直接成形生物陶瓷術前診斷模型、全骨支架模型等已經在北醫三院、第四軍醫大學臨床應用。

在非金屬打印領域，西安交通大學創新陶瓷材料3D打印成形工藝，實現了大型燃氣輪機空心渦輪葉片等復雜結構陶瓷零件的快速制造；開發了高溫熔絲成形3D打印設備，可以有效打印纖維增強樹脂基復合材料、尼龍、聚醚醚酮等耐高溫材料制品；研發了大尺寸的燒結成形工藝及樣機，可以形成多種非金屬材料粉末燒結設備。

在金屬打印領域，西北工業大學研制出達到世界先進水平的個性化金屬液滴微噴頭、壓電脈沖微噴頭及5軸聯動金屬微滴打印設備，實現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雜波導件、散熱件、嵌入式智能器件。西安光機所突破了可變焦的3D打印熔覆頭關鍵技術，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，可使打印效率提高3―5倍。西北有色金屬研究院成功開發了國內首臺商業化的粉床電子束3D打印設備和新一代等離子旋轉電極霧化制粉設備。

二、3D打印產業化態勢喜人

一是龍頭企業發展迅猛。截至2014年第三季度，西安鉑力特激光成形技術有限公司擁有相關發明專利達到35項，銷售收入已達1.02億元，全年銷售收入預期可達1.5億元、利潤3000多萬元，同比增長552%，成為目前國內規模最大、技術實力最雄厚的金屬增材制造綜合服務商，并一舉奪得第三屆中國創新創業大賽先進制造行業總決賽冠軍。陜西恒通智能機器有限公司進入渭南高新區開展產業化生產，實現了3種機型的研發與上市，實現銷售收入6000多萬元。

二是產業基地建設進展順利。渭南高新區建成了全國第一家占地460畝的3D打印產業培育基地、全國第一個2.3萬平米的3D打印創新創業孵化器、全國第一只總規模2.5億元的3D打印創投基金，吸引了省內外20多家相關企業和項目入駐，3D打印產業化推進格局初步形成。西安高新區規劃占地1000畝的3D打印產業園加快建設，園區主要路網的水、電、氣、道路施工已完成過半，首批700畝產業用地已逐步到位，一期2萬平米的孵化器、4.6萬平米的標準工業中試廠房已具備開工條件，已吸引10多個企業和項目入駐。

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關鍵詞：產品設計 3D打印技術 增材制造技術

中圖分類號：TB47

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2015）10-0082-02

工業和信息化部、國家發改委、財政部印發《國家增材制造產業發展推進計劃（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”）產業體系。來自全球領先的移動互聯網第三方數據挖掘和整合營銷機構iiMedia Research（艾媒咨詢）近日了《2015中國3D打印市場研究報告》3D打印技術席卷各行業領域，主要包括產品設計、醫療、教育、航天、考古、建筑和軍事等領域，3D打印技術將從實驗室逐步走向市場應用，而隨著技術的成熟，3D打印將會應用在更多領域，改變著人們的生產生活方式。

1 3D打印技術的研發與應用

1.1 3D打印技術

3D打印技術又稱之為增材制造技術，是快速成型技術（RapidPrototyping Manufacturing）的一種，是以經過智能處理后的3D數字模型文件為基礎，運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造任意復雜物體的技術。3D打印是通過一層層堆積的方式，運用“加法”的加工工藝來構建形體，而傳統的切、削、車、銑、磨等是運用“減法”的加工工藝。3D打印的出現打破了傳統制作模型依賴模型工依據圖紙制作每個零部件，然后組裝驗證的復雜、漫長過程，3D打印技術解決了傳統加工工藝“伸不進、夠不著”以及不能加工任意復雜的中空形體的難題。

1.2 3D打印技術的工作原理

3D打印是以三維數字模型為基礎，通過材料層層疊加的方式形成三維實體模型。3D打印機在三維數字模型文件指令的引導下，打印噴頭根據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，在第一層的基礎上疊加出第二層，如此往復，最終通過N層的薄層累積形成三維實體模型。

3D打印技術的學名為“增材制造技術”，又稱“產品快速成型技術”是對3D打印機的工作原理做出的直白解釋。“增材”是指3D打印通過原材料沉積或黏合為材料層以構建成三維實體的打印方法，“制造”是指3D打印機通過某些殼測量、可重復、系統性的過程制造材料層。

1.3 3D打印的成型工藝

目前3D打印技術成型工藝中以SLA、SLS、FDM和3DP等發展得較為成熟。不同的工藝技術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缺點以及應該領域的不同。

世界上第一臺3D打印機采用的就是SLA技術。

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、有黏性的液態光敏樹脂等材料，采用紫外激光束照射，按照數字模型轉換的路徑層面，使之快速固化、逐層成型。

SLS全稱為選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering），該工藝屬于粉末、絲狀材料高能束燒結或熔化成型。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度的激光器，進行有選擇地在該層截面上掃描，使固體粉末溫度升至熔點，然后燒結形成黏結；其次，粉末完成一個層面的后，工作臺下降一個層厚，鋪粉系統在鋪上新粉，激光束在進行掃描燒結，如此往復，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管送入噴頭，在噴頭內加熱熔化，通過噴頭下方的微細噴嘴擠壓噴出，隨后噴頭沿著一系列的水平、垂直軌道構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打印技術革新產品設計方法

近年來，3D打印技術由于其增材制造工藝的優勢，越來越多地被用在產品設計研發的流程中。傳統的產品設計建立在大規模生產方式上，然后又受限于規模經濟的基本經濟規律之中，所以導致設計師的許多創新理念束縛在制造技術、產品質量、消費價格以及企業的利潤等問題上。

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

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

其次，通過3D打印出來的產品可以很好地作為設計交流媒介。產品虛擬概念模型通過3D打印機輸出實物模型，便于設計團隊中的每位成員以及客戶直觀體驗，從而深入完善設計理念的表達，實現整個產品研發過程中的每個環節達到無縫對接的協同工作狀態。

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

最后，3D打印還可以推進體驗經濟的發展，體驗經濟可以讓消費者獲得新的技能，還可以讓消費者在設計和制作過程中獲得滿足感。3D打印可以打破傳統沉悶的用戶體驗，消費者可以恨據自己的需求，進行數字化三維建?；蛘攉@取開放的數字模型文件，使用3D打印機實現個性化產品需求。這種體驗式產品開發模式，將打破設計師和消費者間的鴻溝，實現全民參與的“民主設計”新時代。所以將3D打印技術運用于產品設計中，可以改變原有的規模經濟模式所帶來的束縛，轉變為設計眾包的設計模式。

3 3D打印技術在產品設計中的應用展望

傳統大規模機器生產具有高效優勢，能夠降低生產成本，但由于規模經濟的制約，產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出個性化的產品，但滿足不了規?；?、批量化的需求。3D打印技術突破了以往制造中受眾多因素限制，如：在產品的造型形態上、功能上、機器設備上以及材料上等方面，它可以將精準的數字技術、工廠的可重復性和工匠的設計自由結合在一起。

雖然3D打印已經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。第一，三維數字化模型是3D打印機輸出的前提，三維設計軟件是構建三維數字模型的方法之一。目前，眾多的三維設計軟件對大眾而言，有一定的入門難度，往往依賴于專業的設計師，因此，三維軟件的簡易化、普及化是快速培養3D打印行業人才的重要因素之一。第二、優化3D打印硬件技術，降低3D打印成本。3D打印技術早在20世紀80年代就出現，中國物聯網校企聯盟將其稱作“19世紀的思想，20世紀的技術，21世紀的市場”。雖然3D打印在近幾年里得到了迅速發展，在不同行業發揮著重要的作用，但由于3D打印設備和使用成本上還處于比較昂貴的狀態，所以發展和提高3D打印的技術，研發“平民化”3D打印設備，是普及3D打印技術的重要因素之一。第三，目前3D打印多數使用PLA、ABS、光敏樹脂、尼龍等材料，而生物類材料和復合型類的材料都還在停留在實驗室階段。因此，要拓展3D打印的應用領域，要不斷研發出新材料，形成多元化的3D打印材料。第四，3D打印的產品質量以及打印物品的版權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，用戶只要登錄網址選擇適合的模型文件進行下載，然后交給3D打印機進行打印，便可以實現虛擬模型到實物模型的轉變，如果下載打印模型的為制造商，那就可以利用3D打印機進行小批量生產和銷售，或者使用打印出來的實物模型進行開模后并批量生產，就會出現所銷售產品的版權等問題。

綜觀上述，3D打印時代的到來，既要看到3D打印技術的優點也要看到它的不足，在理性分析3D打印的優缺點的基礎上，讓3D打印技術更好地為產品設計研發服務。隨著3D打印技術的發展，目前的3D打印技術的不足將會有所完善，三維打印技術打印出來的對象也將從外部的形狀發展到內部結構，最后發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制，而是進一步滿足其在外觀、功能、情感等使用上的結合。未來3D打印技術也將通過網絡平臺實現客戶與廠商的對接。如云平臺，3D打印云平臺的工作流程迎合時下點擊消費速度與私人定制潮流，使消費者根據自己的審美需求通過3D打印云平臺，實現定制化、個性化服務，輕松地讓自己的想法變為現實。創客者或者企業只需要有一臺3D打印機，通過網絡數據庫平臺進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一步交流以及后期的制造需求，全球的需求供應鏈將被以零庫存的小制造商或個人所取代。企業也可以通過網絡平臺來尋求小的供應鏈來達到縮短研發成本以及迅速檢測所研發產品是否合理等問題。

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特約撰稿 支海波

近年來，隨著網絡化、數字化、數據庫、云平臺等信息化技術的發展，3D打?。ㄔ霾闹圃欤┻@一數字化智能制造技術在全球范圍內得到了迅猛的發展，它將信息、材料、生物控制等技術融合滲透并集成應用，將對未來的制造業生產模式與人類生活方式產生重要影響，目前，3D打?。ㄔ霾闹圃欤┮言诤娇蘸教臁⑸镝t療、消費電子產品、汽車、軍工、裝備制造、文化創意設計等域被大量應用。

工業革命的歷史進程表明：技術進步是工業革命的源泉和驅動力，工業革命會引起整個社會的巨大變革。如同蒸汽機、自動化流水線引起的工業革命。3D打?。ㄔ霾闹圃欤┦恰棇⒁淖兪澜绲募夹g’，已引起全球關注。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’，英國《經濟學人》雜志認為它將‘與其他數字化生產模式一起，推動并實現第三次工業革命’。美國政府2012年提出振興美國制造業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展象征著個性化制造模式的出現，人類將以新的方式合作進行生產制造，制造過程和管理模式也將發生深刻變革，現有制造業格局必將被打破，隨著人們對3D打印技術的認識程度不斷深入，技術瓶頸的逐步突破，其應用也會越來越廣泛，新的工業革命也將伴隨著技術創新悄然來臨。

在新的工業革命的大背景以及南京戰略新興產業轉型升級的需求背景下，南京紫金（江寧）科技創業特別社區在江蘇省、南京市和江寧區各級政府的大力支持下，聯合西安交通大學，西北工業大學、上海交通大學、航空625所，中國航天科技集團、中國航天科工集團等一批高校和科研院所，大型企業，以國內3D打印技術學科帶頭人、中國工程院院士盧秉恒教授為總牽頭人，以西北工業大學長江學者黃衛東教授、西安交通大學長江學者李豫塵教授、清華大學孫偉教授、上海交通大學王成燾教授等國內3D打印行業知名專家為技術核心，以南京紫金（江寧）科技創業特別社區的設施資源、專項扶持政策資源等為基礎，匯聚社會各方資源，成立了國內最高水平、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打印領域的企業，南京紫金（江寧）科技創業特別社區旨在以研究院為行業發展推動的引擎，參照‘德國弗勞恩霍夫應用技術研究院。模式運作，官、產，學、研相結合，集’科技創新、技術服務、產業孵化、人才培養。四位于一體，以市場需求為導向，以提升國家制造業尤其是提升南京市的制造業的核心競爭力為根本目標，匯聚吸納國內外最優秀創新人才，積極開展“3D打印技術、裝備及應用”的科學研究并進行相關產業化毖栩院，力爭將南京紫金（江寧）科技創業特別社區建設成為中國3D打?。ㄔ霾闹圃欤╊I域最強的研究基地，打造國內比較完整的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┊a業鏈，成為中國3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g創新的搖籃、研究成果產業轉化的平臺，國內最具水平的獨特的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g孵化器、國內最完整的產業化示范基地以及高質量的3D打?。ㄔ霾闹圃欤┤瞬排嘤柣亍?/p>

《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，在新的產業革命和技術進步的浪潮中，緊緊圍繞為地方經濟發展、產業轉型升級、企業技術進步的主導方向，結合南京市的實際情況，特別推出本期‘發展3D打印技術助推產業轉型升級’專題策劃，目的就是希望能將符合南京市地方經濟發展、產業轉型升級需要的新興技術進行宣傳，為南京市的政府部門抉策、企業的發展做一些微薄的貢獻。

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關鍵詞：3D打印技術數字模型現狀發展趨勢

中圖分類號：TP391.73

1986年，美國科學家查克赫爾開發了第一臺商業3D印刷機，此為3D打印技術誕生的標志。但直到20世紀90年代才被關注，應用也主要局限在制造業、航空業等領域，那時叫“快速成型”技術。直到2010年11月，世界上的第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世，3D打印才引起廣泛關注。目前全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在日常生活中開始普及。傳統制造技術可謂是“減材制造技術”，而3D打印則是“增材制造技術”，它具有制造成本低、生產周期短等明顯優勢。因此，3D打印技術將與其他數字化模式一起，推動第三次工業革命的進一步發展。

一、3D打印技術簡介

3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運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造物體的技術。

3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。3D打印機是這一技術應用的核心設備。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“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，最終把計算機上的藍圖變成實物。

目前，3D打印技術常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，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品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶制作、工業設計、藝術創作、航空航天和地理信息系統等領域都有所應用。除此以外，在醫療產業、建筑設計、服裝設計等領域，這一技術的引入也為創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，嘗試以活體細胞為“墨水”打印人體的組織和器官，是醫學領域具有重大意義的創新。

二、3D打印所需的關鍵技術

3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下幾個方面：

首先，在信息技術方面，要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并且根據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，在精密機械方面，3D打印以“每層的疊加”為工作方式，因此，要生產高精度的產品，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求，以確保疊加后的效果能符合人們的預期。

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

三、我國3D打印技術的發展現狀

近年來，我國積極探索3D打印技術的研發，初步取得成效。自20世紀90年代初以來，清華大學、西安交通大學、華中科技大學、北京航空航天大學等高校，在3D打印設備制造技術、3D打印材料技術、3D設計與成型軟件開發、3D打印工業應用研究等方面，開展了積極的探索，并取得了一些關鍵性的突破。其中，激光直接加工金屬技術發展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能，有望率先應用于航天、航空設備制造；生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫學領域尖端科學研究提供了關鍵技術支撐。而高校在技術研發過程中，通過專利授予和技術入股等方式成立公司，加快了3D打印技術成果的產業化。目前，國內涌現出數十家3D打印制造設備與服務企業，已初步形成小規模的產業市場。3D打印產業正成為投資熱點。不少原來從事數字化技術、材料技術、精密機械技術的企業紛紛考慮投資開發3D打印設備生產和服務。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設備擁有國。

當然，目前我國3D打印產業尚處于起步階段，存在一些影響3D打印產業快速發展的問題。首先是缺乏宏觀規劃和引導。3D打印技術涉及的各大領域，也屬于新能源新技術的研發行列中年，但在我國工業轉型升級、發展智能制造業、進入創新型國家的相關規劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規劃與重視不夠。其次，企業對技術研發投入顯得不足。我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環節，存在缺陷，難以完全滿足制造的需求。

四、3D打印技術未來的發展趨勢

3D打印技術將淘汰傳統生產線，縮短制作周期，大大減少生產廢料，所需原材料用量即將減少到原來的三分之一甚至更少。這一技術在節約成本，提高制作精密度的基礎上，還彌補了傳統制造的諸多不足。它將在民用市場迅速推廣，開啟制造業的新的歷史開端，并同時為印刷工業帶來機遇。

隨著智能制造的進一步發展成熟，新的材料技術、控制技術和信息技術等不斷被廣泛應用在制造I領域，3D打印技術也將被推動式地發展。將來，3D打印技術的發展將體現出通用化、智能化和精密化等主要的趨勢。3D打印技術的速度和尺寸在不斷提高，其技術在不斷優化，應用領域在不斷擴展，特別在圖形藝術領域，三維模型能夠更好地將制作者的想法意圖表達出來。一張圖可以勝于成百上千個文字的描述。專業人士堅信，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在眼前，能夠以最快的速度對現有產品進行改進，增長的幅度將超出人們的想象?？傊?，3D打印技術將會極大地改變社會各種應用的未來！

參考文獻：

1.劉欣靈.3D打印機及其工作原理[J].網絡與信息，2012，（2）.

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關鍵詞：3D打印；技術；科技哲學

科學技術哲學是關于科學技術的哲學理論，是對科學技術的歷史成果和科學技術活動的哲學反思。長期以來，由于歷史與現實的諸多原因，我們對于技術的發展更多關注的是“其然”，而不是“其所以然”。目前，新一輪工業革命正在醞釀之中，其中一些先進國家非常具有代表性的做法，比如德國工業4.0、美國工業互聯網、日本工業4.1J。為了可以在新的一輪工業革命中占得先機，我國也制定了“中國制造2025”戰略，加強統籌規劃和宏觀部署，以智能制造為重點、發展高端制造，擬通過10年的努力，使中國進入世界制造強國，提升我國對美、歐、日等先進工業國家的戰略競爭力。實現數字化智能制造的關鍵技術有人工智能、智能機器人、3D打印技術等，在新一輪工業革命中，3D打印必然將迎來自己的蓬勃發展期，迫切需要從哲學層面思考和回答大量的“所以然”問題。

一、3D打印技術的本質

在科技哲學視野下研究3D打印技術，其技術本質是我們必須要探討的最基本問題?！百|”是某一事物區別于其他事物的內在規定性?！氨举|是決定物質體系發展的主要特征和趨向的一些深刻聯系、關系以及內在規律的總和?！彼?，只有真正理解3D打印技術本質，才能確切理解3D打印技術與人，技術與世界的本源關系，才能真正了解3D技術。

對于技術的本質，我們很難用一句話概括出來。馬克思、恩格斯始終從普遍聯系、辨證發展的原理考察技術，把技術與生產密切結合起來，從生產力和它們之間的相互關系兩方面論述了技術的本質。馬克思認為，“技術是人的本質力量的對象化的產物。它是人類征服自然和改造自然的勞動手段，是一種生產力?！奔夹g作為一種潛在的生產力，不僅使勞動工具和設備得以改進，擴大了勞動對象，而且還提高了勞動者素質，提升了勞動生產率。從3D打印技術的產生與發展來看，3D打印技術起步于20世紀80年代末，早些年該技術主要應用于專業化的工業設計與生產。隨著現代科技的不斷發展變更，其應用領域得到不斷的擴展與深化，直到上世紀90年代中期，3D打印技術開始逐漸進入大眾的視野。

事實上，3D打印技術是一種利用三維模型數據，通過材料的逐層累加，將數字化電腦模型變成固態物體的一系列技術，可以大幅降低工裝模具需求，減少材料消耗，縮短制造時間，還可以成形常規方法無法實現的新穎零件和復雜結構。由此可見，3D打印技術的發展將會深刻影響先進制造業、工業設計業、生產業、文化創意業、電子商務業及制造業信息化工程。當今，越來越多的產品可以不斷被3D打印技術出來，背后隱藏著諸多社會規律、經濟規律和自然規律。從這個角度上看，3D打印技術的應用發展將會拓展人類視野，會是人類新的生產力性質和水平的標志。

綜上，3D打印技術是合目的性的自然物質運動規律發展的產物，是主體要素和客體要素的統一，同時技術本身也經歷了一個從潛在形態到現實形態的發展過程，體現了現代社會生產力性質和水平，完全符合技術的基本屬性。

二、3D打印技術發展的根本動因

一般來說，制造技術的創新主要由材料、工藝裝備、軟件等基礎技術的進步而推動。近年來，智能設備、高性能計算、大數據等技術的發展進一步推動了制造業向精益化、智能化、柔性化、敏捷化的方向創新發展，在多個領域掀起了制造模式的變革。一直以來，先進裝備的發展對制造技術影響最廣泛的四個特征就是：系統結構日益復雜、先進材料日益增加、研制周期日益緊迫、成本要求日益嚴格。由于傳統技術無法解決新的挑戰，因而制造技術創新的原則非常明確，那就是在制造的三個核心環節――成形、加工、裝配――中植入能夠改變現有模式的新方法、新手段、新設備，形成突破傳統的創新技術領域，為先進裝備創新的實現提供保障。目前，這些新的領域主要包括3D打印技術、復合材料非熱壓罐成形技術、自適應加工技術、自主化裝配技術、智能人工增強技術。在過去的20年中，3D打印的技術創新可以稱之為利用最少量的因素影響整個經濟體系，繼而成為全球化體系的。在這個過程中，現實需求是技術發展的前提與基礎。一旦有了需求，技術能否發展以及如何發展，則取決于技術自身的發展狀態，即技術能否滿足當前及未來一個時期的現實需求。因此，可以說技術創新發展驅動的根本原因就在于事物自身內部的矛盾性。

（一）設計自由度與制造可行性之間的矛盾

高性能產品的結構越來越復雜，個性化、新穎設計的自由度越來越高，傳統減法式的制造工藝難以實現這些設計，對于設計與制造的要求也越來越高，拓撲優化、薄壁輕質結構、復雜的三維形狀、革命性的微結構、功能梯度材料結構等復雜的設計和制造問題都對傳統制造方法提出了新的要求。以拓撲優化技術與3D打印技術聯合，實現在結構形成過程中植入傳感器和布線，或者接合部件以節省時間和金錢、減少節點或者其他可能導致失效的接頭數目。為節約材料，自然界與工程界大量采用輕質薄壁的結構形式，作為發生沖擊碰撞等突發事件時的緩沖吸能結構。同一產品由于服役環境不同，對于自身材料提出新的要求，可以沿某一維度呈現功能梯度變化，使材料的物理、化學和力學性能在空間上具有相應梯度變化。上述的種種設計和制造問題，都是新時期產品發展過程中所必須面臨和解決的新問題，與之相應的就是要求出現新的技術來解決這種矛盾。任何一N技術的發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的創新發展。

（二）研制周期與市場先機之間的矛盾

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

（三）經濟性盈虧的矛盾

結構設計中，3D打印技術可以優化產品設計，提升復雜結構設計的完整性，同時還可以根據設計需要，快速制作模型，檢驗是否滿足用戶需求，避免重大設計更改和技術狀態變更；在制造過程中，不僅可以提高制造環節材料使用率，大幅縮短研制周期，降低生產成本。無論設計還是制造環節，材料利用率、研制周期、生產成本幾個要素平衡發展，都是制造業始終追求的目標之一。傳統制造業可能在某一要素上可能具有相當大的經濟優勢，但就綜合集成來講，3D打印技術還是具有其顯著經濟特征的。

三、3D打印技術發展的條件

技術的產生和發展一般都是在一定條件下發生的，大體應該包含物質條件、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打印技術概莫能外?，F代3D打印發展這幾十年，正是基于這些主客觀條件，呈現出有目的性的發展態勢，同時也關系到了技術的發展趨勢和發展速度。

3D打印技術已經存在了幾十年，為什么迸發期沒有在過去，而是在現在發生？首先，3D打印技術不得不等待計算機處理能力、存儲和網絡基礎設施的改善，現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80年代末和90年代初，當第一代3D打印機在市場上面世的時候，用于3D打印模型設計的個人計算機工作站造價十分昂貴，而且在互聯網上交互大量數據的想法也不現實。然后到了今天，許多智能手機和平板電腦都足夠強大到能夠設計和存儲復雜3D模型。高速互聯網已經成為現實，意味著在線存儲和交流3D模型不再是技術上的挑戰。第二，2D打印的世界先進技術同樣幫助建立了3D打印革命的基礎。雖然3D打印不是以2D打印機為原型，但大部分還是類似于伺服電動機和送料機制――激光、噴墨打印頭和電子控制器，硬件發展在過去20年里成為支持3D打印革命的必要條件。第三，3D打印的發展同樣需要等待自身的發展以及知識的儲備。一些低成本的3D打印機硬件要依靠那些使用早期3D打印機的愛好者通過創新模型的努力來完成。從某種意義上講，從最基本的3D打印技術發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3D打印技術發展的原因是人類社會發展的數字化。十幾年前，人類上網很少，擁有數字通訊和數碼設備都很少，與之形成鮮明對比的是如今數十億人在使用互聯網，并且擁有數字音樂、照片和視頻，現在使用3D打印機在線數字資料制作成物理模型的熱情比3D打印機剛被發明出來時要高漲的多。第五，20世紀80年代末90年代初所申請的3D打印技術方面的一些專利已經或即將到期，因此現在那些阻礙3D打印的法律障礙已經越來越少了。

四、3D打印技術發展的普遍規律

唯物辯證法認為，事物發展是有規律的，規律是可以認識的，認識對于實踐具有能動作用。

（一）需要可能律，技術發展的外部條件

唯物辯證法關于“現實與可能”關系論述的具體運用，揭示了裝備發展與其外部條件之間的客觀聯系，即需求牽引、技術推動、經濟支撐。3D打印技術在短短十余年取得舉世矚目的重大發展，在醫療健康、汽車工業、國防軍事、房屋建筑設計、其他消費品等領域有著傲人的成績，在生物醫藥領域、醫學牙科等領域的市場份額不斷增長，同時在大眾消費的食品加工、服裝配飾、玩具制造等各領域也突飛猛進。

技術的發展需要其他技術的配合與支撐。3D打印技術對信息技術、計算機科學、精密機械以及材料科學有著極其重要的依賴作用。歷史表明，技術發展重大突破的時候，總是產生于科學技術發展到一定水平，特別是出現了重大科學發現或技術發明之后。與此同時，先進技術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，技術發展的內在動力

唯物辯證法“否定之否定規律”的具體運用，揭示了技術發展與其內部矛盾的客觀聯系，即技術自身的不斷否定與完善是推動其發展的內在動力。如前所述，這種矛盾性表現為技術與現實需求之間的不完善，具體表現為復雜設計與制造的矛盾、敏捷高效制造的矛盾、以及綠色經濟的矛盾，正是這些矛盾推動了3D打印技術的不斷發展，使其由不完善變得較為完善，并趨于更加完善。當然，制造業新的需求也是發展變化的，舊的矛盾解決了，新的矛盾還會產生，如此循環往復，推動了事物螺旋式上升，使其進入了更高級的發展階段。

（三）量變質變律，技術發展的演進規律

唯物辯證法“量變質變規律”的具體運用，揭示了裝備發展演進的一般規律，即技術發展是漸進式發展與創新性變革的辯證統一。技術發展是量變與質變的互動過程，表現為漸進性發展與創新性變革交替進行。漸進性發展是一種革新，是對技術的逐步改善，是量變的積累；創新性變革是徹底的革命，是技術的質變。量變是質變的條件，質變是量變積累到一定程度的最終結果。

美歐發展3D打印技術已經跳出了制造本身，開始考慮顛覆當前產品設計以及改變傳統設計和材料開發流程上來，隨著增材制造在大型、復雜航空結構件上應用的技術成熟度和制造成熟度不斷提升，3D打印將成為航空領域主流制造技術，將航空產品設計理念帶向更具顛覆性的未來。

3D打印技術應該說是當前正在進行的第三次工業革命的重要組成部分，是當代計算機控制技術和新材料技術發展的“自然延伸”，鑒于其獨特的性質和優點，這項先進制造技術的研發也應受到高度重視。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、認識問題。雖然不主張3D打印技術預示著新的工業革命的到恚但并不能因此忽視它的價值。隨著人類認識的不斷深入和技術的不斷進步，3D打印技術必將更加成熟，應用領域更為廣闊。

【參考文獻】

[1]喬瑞金.技術哲學教程[M].北京：科學出版社，2006.

[2]胡迪利普森，梅爾芭庫曼.3D打印從想象到現實[M].北京：中信出版社，2013.

[3]Christopher Barnatt.3D打印正在到來的工業革命[M].北京：人民郵電出版社，2014.

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

我們已經認識到 3D打印技術改變各行業業務性質的潛在能力，及其對企業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打印產業的發展，在南部城市長沙建立了一座產業園，目的就是要大力推動中國制造業和 3D打印技術的發展。該產業園區是中國首個 3D打印技術創新中心，其初步目標被設定為生產 100臺 3D打印機，并計劃至 2016年實現產量300臺。武漢和珠海緊隨其后，相繼宣布成立類似的技術中心的計劃。

亞太區其他國家也陸續開始著力發展這一新興技術。其中，新加坡政府計劃在未來 5年內投資 5億美元，用來提高新加坡國內的制造業水平，重點發展 3D打印技術。日本政府同樣宣布撥款 3，860萬美元的經費，投入各類 3D打印項目。全球數據信息公司 HIS消息稱，其中 80%的經費將用于研發能夠生產工業用金屬終端產品的 3D打印機。

經過數十年的發展，3D打印技術已演變成為一項切實可行且成本合理的技術，為制造業的革新鋪平了道路，而制造業是亞洲很多國家和地區的經濟發展引擎。那么，對我們而言，這一切意味著什么呢？什么才是 3D打印技術真正的價值所在呢？

利用 3D打印技術，實現智能創新

數字化是現代制造業的成功關鍵，而其概念已不再是創建數字圖像那么簡單，相反，企業應當以數字化作為實現創新的根本途徑。企業可以充分利用這些通常具有顛覆性意義的蛻變技術來增強自己的創新能力，以便在當下復雜的產品和流程市場上繼續生存下去。

3D打印技術在某些階段所發揮的作用，如傳統 PLM領域新產品研發流程中早期的創意構思和設計階段，是變化最明顯的地方。很多制造企業在創新流程初期就采用 3D打印技術，用以深入了解客戶需求，為新產品研發構思創見。與傳統制造和成型生產方式相比較，3D打印為高度定制化和為復雜設計減少成本提供了可能，降低了短期零件（short-run parts）和產品的間接生產成本。

對傳統制造企業而言，產品的形狀和模型越復雜，完成一項任務所需的成本越高、時間越長，因為其中涉及大量的模具和復雜的加工作業。但 3D打印技術的不同之處在于，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，但企業完全可以利用其實現更智能的創新，通過創建模型，然后再將模型與一個或多個系統相連。這樣一來，甚至在產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據，他們可以在實際進行“3D打印”之前，進行預測改進性能及任何潛在風險。用戶識別出一項風險之后，可以輕松地進行改進，避免不必要的風險。然后，用戶可以將從這些二次開發模型和仿真中獲得的預測結果與更好的版本進行對比。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更好的產品質量和可靠性。

任重道遠

3D打印技術雖然好處多多、引人入勝，但有一個制造企業、律師以及政府部門才開始著手應對的棘手問題，即3D打印的知識產權（IP）問題。如果任何地方的任何人都可以利用 3D打印技術隨心所欲地進行生產，那么企業、設計師及發明創作者該如何保護他們的知識產權呢？

版權或專利的目的是保護創造性工作，而對版權保護范圍及必要資質的規定各個國家不盡相同。在一些地區，知識產權的侵權問題已經彰顯，但現在似乎越來越多的突發案例與 3D打印技術有關。此項新技術的操作過程非常簡單，只需輕輕一點，任何人都可以在未經授權的情況下，使用一份計算機文檔或一個實際物體的 3D掃描件打印出一個物件或復制一個受知識產權保護的物品。與以往相比，現在復制操作已變得異常簡單，但侵權問題的鑒別卻異常困難。制造業當前所面臨的問題，與音樂產業在MP3文檔和互聯網下載文檔出現時所遇到的問題相似。

當前我們所面臨的情況是：一方面我們承認權利并非虛設，但另一方面我們在如何實施權利以及如何通過新業務模型打造具有吸引力的、可以避免侵權行為的方法等方面也面臨著嚴峻的挑戰。與此同時，對潛在問題的認識對確保3D打印技術成為組織機構下一個偉大發明而非下一個重大負擔有著極大的作用。

面向未來

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【關鍵詞】產品設計 3D打印 應用 優勢

近年來，3D打印技術已經成為一種潮流和熱門話題，并在產品設計，特別是數字化產品模型制造領域的應用等方面發揮著越來越重要的作用。其是一種快速成形技術（rapid prototyping），以數字模型文件為基礎，運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造物體。3D打印機是一種可以“打印”出真實的3D物體的設備，比如打印機器人、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、現狀

（一）3D打印技術發展狀況

3D打印關鍵技術主要掌握在美國、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（包括產品和服務）約為22億美元（約135億元人民幣），比2011年增長28.6%，預計至2017年，全國3D打印市場將達到60億美元的規模。就全球3D打印機的安裝量而言，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打印國內研究現狀

自上世紀90年代以來，國內高校相繼開展了3D打印技術的自主研發。其中，清華大學與北京殷華激光快速成型與模具技術有限公司合作，在現代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面建立了一定的科研優勢。西安交通大學自主研制了三維打印機噴頭，并與陜西恒通智能機器有限公司合作開發了光固化成型系統及相應成型材料，成型精度高達0.2mm。武漢東湖高新區建立了“中國首個3D打印工業園”；中國科技大學自行研制8噴頭組合噴射裝置，該設備有望在微制造、光電器件領域得到推廣應用。

二、在產品設計領域應用的優勢

（一）3D打印拓展了設計人員的想象空間

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

設計師能夠專注于產品形態創意和功能創新，即所謂“設計即生產”。設計師對產品形態的創作將更加揮灑自如，這是傳統產品設計、手板模型制作等流程難以企及的。

（二）3D打印縮短了產品設計到成型的周期

當前，消費者對新奇產品的需要和渴望遠遠大于過去，3D打印等數碼技術可以幫助廠家應對消費者瞬息萬變的口味，設計師可以通過互聯網這個開源平臺進行設計，注重利基產品的開發和生產，進入產品和經營的長尾時代。3D打印更適合一些小規模制造，尤其是高端定制產品，比如零部件制造。雖然當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用到3D打印中來?？梢灶A見，該技術將會在未來得到越來越廣泛的應用。

（三）3D打印節省產品設計研發的成本

市場需要產品以最快的速度更新換代，但新產品生產出來后，若沒有銷路，則得不償失。開發一副模具要幾十萬，甚至幾百萬，而利用3D打印技術，可以把產品先開發出來，如果該產品符合技術要求和市場需求，再進行模具開發，并進行進一步批量生產。此外，3D打印技術和傳統模具制造技術可以實現相互補充，而未來的制造領域中，3D打印機可完成30%的產品，而70%由模具制完成。

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

結語

長期來看，3D打印有著較廣泛的發展前景。3D打印技術的發展將推動產品設計模式發生變革，加快信息時代以大規模協同分享替代工業時代以資本專用性為特征的生產方式。

3D打印機不再只是傳統的專業的產品設計師制造產品手板模型的工具，而是大眾都可以使用的桌面制造工具，追求個性的產品設計將在3D打印技術的應用下變成現實。產品的造型、結構將變得更有細節，產品設計的流程也將變為并行的過程，產品設計依托于互聯網平臺將更加開放，訂單式將是設計制造企業發展的未來方向。此外，需要強調的是，寄希望于通過3D打印技術徹底改變傳統工業生產方式是不現實的。

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篇10

關鍵詞：3D掃描;3D打印;定格動畫;新變革

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

0 引 言

3D掃描、3D打印 技術作為一種新興技術，席卷全球，將成為全新的產業革命。隨著3D掃描、3D 打印技術的成熟發展，其應用也滲透到工作、生活的各個領域，尤其融入動畫藝術的重要分支之一――定格動畫中，完善了定格動畫，把現代科技和手工藝完美結合，產生了積極的創新性變革作用。

1 3D掃描、3D打印技術及其工作原理

1.1 3D掃描技術及其工作原理

3D掃描技術則是利用三維掃描儀，用來偵測并分析物體及環境的形狀、構造與外觀數據。采集的數據信息用于三維模型重塑計算，從而構建虛擬的數字模型（如圖1）。而傳統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掃描產品外觀圖

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

1.2 3D打印技術及其工作原理

3D打印技術也稱“快速成形技術”， 是以數字模型為基礎，通過軟件分層離散和數控成型系統，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、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結，最終疊加成立體型，最終將數字三維模型打印成實物產品。

圖2 3D打印產品外觀圖

3D打印技術的工作原理：根據需求選好打印材料，并將數字三維模型數據輸入到3D打印機中，設備會按照模型數據以層層疊加的方式將模型打印成實物。3D打印機和2D打印機的區別在于多了一個維度，實現噴頭與介質之間的移動。

2 3D掃描、3D打印技術與定格動畫的結合

3D掃描技術是3D打印技術的一個衍生。因為一些無法構建的復雜物體模型，會導致3D打印受阻，也會占用大量的時間、耗費大量的精力。它通過將實物的立體信息轉換為計算機能直接處理的數字模型，通過軟件編輯就能將復雜的模型簡單構造出來。

定格動畫（stop-motion Animation）與手繪動畫、電腦動畫共同構成了現代動畫的三大門類。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，使之連續放映，從而產生仿佛活了一般的鏡頭。手工技術往往要經過復雜的手工工序，通過不斷的再加工，花費大量的時間才能制作完成。所以傳統定格動畫的周期相對較長，工序復雜，在空間的轉換上顯得力不從心。然而當3D掃描、3D打印技術與定格動畫完美結合，就能彌補其劣勢，突出其優勢。在科技快速發展的今天，運用3D掃描、3D打印技術的精確性和方便性，借助功能強大的各類設備和軟件，即可達到理想的效果。首先用3D掃描技術全方位掃描現實物體，獲得物體或景物的三維模型、材質，同時捕捉物體的真實動態，再利用計算機軟件加以變化、組合，改造現實世界中的物體，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計的圖形都可以導入打印設備進行打印，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 傳統定格動畫工作流程

圖4 偶形布景設計制作環節融入全新的3D采集

及3D打印技術

定格動畫與3D掃描與3D打印技術的完美結合，使傳統定格動畫得到了升華和完善，既彌補了定格動畫制作的復雜性，也最大限度地保持了其樸實的逼真性。

3 3D掃描、3D打印技術結合定格動畫帶來的新變革

在現代科技的高速發展下，3D掃描、3D打印技術結合定格動畫，必將帶來的新變革。

3.1 節約成本，縮繁為減

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

3.2 提高效率，優化創作

在定格動畫的整體創作中，無一不體現創建符合情節需要的模型的重要性。傳統定格動畫中角色如果在一個或幾個場景中出現就需要反復翻制人偶、場景等素材，期間要經過復雜的手工工序，不斷的再加工，花費大量的的時間才能制作完成。同樣的運用3D掃描技術和3D打印技術的定格動畫將數字精度擴展到實體世界，通過3D掃描儀獲得的計算機能直接處理的數字模型，在三維軟件中復制、編輯對象，進行的細節調整和實驗，創建精確的副本或優化原件。所以如果能將3D掃描技術和3D打印技術配合使用， 就能輕松完成許多小型復雜物體的制作工作，也不必等待好由工廠生產原型產品的時間，極大節約了時間與精力，提高了工作效率，能夠更好更輕易地構建精細而細膩的動畫角色、動畫場景。

3.3 完善材質，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設計，都離不開對材料材質的選擇，而傳統定格動畫材質通過攝影機拍攝卻無法完美呈現，尤其在立體感表現方面欠佳，而運用3D掃描技術對模型材質進行掃描后，經過數字修正，再使用多種 “印材料”對角色和場景不同區域進行3D實物打印，既保留了材料材質的原始屬性，修正后又使得材質細節更加精準、完真。實物成型后，再采用逐幀拍攝，將諸多靜態畫面制作成動態影像，給觀影者營造極佳的影像體驗效果，更能有效表達創作者的創意與智慧。

3.4 連接手工藝和科技，豐富效果

眾所周知，傳統定格動畫的制偶、制景是以實物搭建，如泡沫、塑料、沙子、鹽、鋁鐵、玻璃、線團、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選材，且要精細制作，傳統手工制作藝術形式貫穿于整個定格動畫的創作中。手工技術源于生活，融合了民間群眾智慧，具有原始樸素的特質。80屆奧斯卡金像獎最佳動畫短片獎的定格動畫《彼特與狼》，為了呈現影片細膩逼真的效果，就采用了相當純熟的手工技術，如用白色的駝羊毛來表現老人蓬松的發須，用半透明的矽和顏料混合制成人物的皮膚，更為了達到濕潤而有神韻的眼睛而在眼球上涂抹甘油并刻畫細致的脈絡紋理。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中找到和諧統一。

在科技快速發展的今天，通過先進的科學技術突破傳統工藝瓶頸的制約。用3D掃描技術全方位掃描實物，獲得景物三維模型及材質，同時捕捉景物的動態參數，再通過調節參數加以變化、組合，將虛擬景像隨心所欲融入創意思想，最后打印出符合情景的動畫模型和場景，而實現快捷、精準，更加豐富的表現效果，實現定格動畫的多元化發展，如在定格動畫中增強傳統手工藝元素，如借鑒民間藝術中的皮影、剪紙、木偶等，將豐富定格動畫的藝術表現效果。

4 結 語

定格動畫擁有經久不衰的藝術魅力，它不僅繼承了傳統技藝，還在不斷完善自身的同時也不斷汲取各種先進技術的長處。所以我們應該充分發揮定格動畫的優勢，革新動畫語言，支持動畫業的全新發展。在動畫技術日新月異，科學技術飛速發展的今天，與3D掃描、3D打印技術結合的定格動畫揭開了動畫新篇章.

參考文獻

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