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1、三d打印技术论文三d打印技术论文三d打印技术论文篇一3D打印技术摘 要：3D打印又称为增材制造，近年来得到了快速发展，应用领域不断增加。本文对3D打印的原理及应用现状进行了分析，对3D打印在教学领域的应用模式进行了探讨。关键词：3D打印;应用现状;教学领域1 引言3D打印，又称为增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为 “第三次工业革命的重要标志，以其 “制造灵活和“节约原材料的特点在制造业掀起了一股浪潮。近年来，随着3D打印技术的逐步成熟、精确，打印材料种类的增加，打印价格的降低，3D打印得到了快速发展，应用领域不断增加，不仅在机械制造、国防军工、建筑等领域得到广泛应用，也逐渐进入了公众视野，

2、走进学校、家庭、医院等大众熟悉的场所，在教育、生物医疗、玩具等行业也得到了广泛关注及应用，作为教育工作者，本文将在介绍3D打印的原理、优势、应用现状的基础上，重点探讨3D打印在教育领域的角色及应用模式。2 3D打印概述2.1 3D打印原理3D打印(3D printing，又称三维打印)，是利用设计好的3D模型，通过3D打印机逐层增加塑料、粉末状金属等材料来制造三维产品的技术1。一般来说，通过3D打印获得物品需要经历建模、分割、打印、后期处理等四个环节2，其中3D虚拟模型，可以是利用扫描设备获取物品的三维数据，并以数字化方式生成三维模型，或者是利用AutoCAD等工程或设计软件创建的3D模型，有

3、些应用程序甚至可以使用普通的数码照片来制作3D模型，比如123D Catch3。2.2 3D打印的优势与传统制造技术相比，3D打印不需事先制模，也不必铸造原型，大大缩短了产品的设计周期，减少了产品从研发到应用的时间，降低了企业因开模不当可能导致的高成本风险，使得特殊和复杂结构的模型的制作也变得相对简单，产品也更能凸显个性化。另外，3D打印是增材制造，使用金属粉或其他材料，使部件从无到有制造出来，大大减少了原材料和能源的消耗，生产上实行了结构优化。2.3 3D打印的应用现状近年来，3D打印得到了快速发展，几乎应用于各个领域。在模具加工和机械制造领域，使用3D打印相对快速地进行模具的设计与定制，打

4、印复杂形状的各种零件，打印具有足够强度的个性化几何造型的物件。在航空航天、国防军工领域，3D打印应用于外形验证、关键零部件的原型制造、直接产品制造等方面。如空客公司从打印飞机小部件开始，逐步发展，计划在2050年左右打印出整架飞机。生物医疗领域，医学工作者利用3D打印技术打印出患者的心脏模型，缺损下颌骨模型，患者外伤性脑内血肿颅脑模型等，用于辅助诊断并制定术前手术方案，降低了手术难度，减少了手术时间，为患者带来了精准化的治疗。人工椎体和人体气管软骨的打印让人体器官的3D打印成为可能。3D打印的处方药产品SPRITAM(左乙拉西坦)片剂可用于各种癫痫疾病的治疗。建筑工程领域，3D打印建筑不需使用

5、模板，打印的建筑物重量轻，强度大，时间短，产生的建筑垃圾及建筑粉尘少，且可以循环使用，绿色环保。3D打印在首饰、食品、玩具和日常用品的设计和生产中也有广泛应用，可以很好地彰显用户的个性化特点和需求。3D打印在太阳能电池板和特殊材料的制造方面的应用也有突破。3 3D打印在教学领域的应用3D打印在教学方面的探索性活动也已经展开，并应用在数学、航空、电子、设计、机电工程、生物医学、天文等大部分学科中，取得了良好的教学效果。基于3D打印的快速生成能力，使得数字化模型能快速转化为立体实物，借助立体实物的生成过程及使用可以提高教学效果，增强学生合作、设计、创新等能力。3.1打印三维教具学具辅助教学在课程教

6、学中，借助于多媒体教学手段，一些抽象的图像可以相对直观的显示出来，但针对的是群体，形成的是暂时的视觉感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把数字化的图像转化成实物的教具和学具，每个同学都有机会亲手感受，而且还可以亲自设计、策划，无疑对知识点的理解，知识的掌握及应用有很大的促进作用。比如：数学课可以打印出几何曲面、剖面立体实物;动画设计可以打印出3D人物，动物角色模型，且可以根据实效及时修改;语文课可以把要讲解的地域打印出来，如北京的胡同，同学们可以拿着模型理解胡同的特点，体验胡同文化，讲述胡同的来龙去脉;机械制造课可以根据课程内容打印相关的零件、齿轮、连杆等。3.2 实习实践过

7、程中辅助创新设计职业学校实习实践教学活动较多，钳工实习、数控机床实习、电子电工实习、动画设计、物联网设计等，都需要借助相应的模型，并设计出一定的模型。借助于3D打印，同学们对需要设计的模型有一个大体的认识，然后经过集体分组的讨论、设计、修改等过程，不仅能增加学生的学习兴趣，促进学生交互学习，协作学习，且能提高学生的设计水平、思维能力和实践能力。比如在模具设计实习中，采用项目式教学法，应用3D打印，学生分组设计、分组打印，学生在亲眼目睹自己的设计零件打印成型的过程及成品后，学习兴趣大增，多次讨论修改的过程也大大提升学生的设计水平。在CAD课程实践环节中，使用3D打印机，可以根据教学需要来设计教学

8、内容，对学生的设计作品3D打印出来进行评比并组装，不仅使学生熟练掌握设计软件建模的基本思路和流程，而且对如何从设计作品到具体的实物的生成有一个明确的认识，有利于日后学生进一步的学习和发展。3.3 就业创业指导近年来，大学毕业生人数急剧增加，就业压力增大，国家大力提倡大学生创业，整个社会也兴起了一股自主创业的热潮。对于职业学校的学生来说，有一定的专业知识，有较强的动手操作能力，有创业的热情与激情。借助于3D打印设备，创业指导老师可以指导学生创办创意设计3D打印工作室，利用所学的专业知识，设计出相关产品并打印出来进行销售，同时也可为社会客户提供DIY服务，收取一定的培训费和制作费，也可以在校企合作

9、的基础上为合作企业提供设计和3D打印服务。通过3D打印的上述创业实践活动，加深学生对专业知识的巩固、对设计过程的了解，并培养创新创业意识和能力。3.4 图书馆应用图书馆引入3D打印服务是图书馆从文献服务走向创新服务的途径。国外很多图书馆都开展3D打印服务，国内的综合图书馆，如上海图书馆、苏州图书馆也开展3D打印服务，高校中的上海交通大学图书馆也开展3D打印服务，并且通过举办3D打印设计大赛积极推广此项服务，通过比赛普及3D打印知识，让同学们了解3D打印前沿科技，启发学生们用创新思维发现问题、智慧解决问题。学校图书馆可以配备一两台3D打印机，并在保证健康和安全的基础上，充分考虑费用、提交步骤、等

10、待和筛选时间等、制定详细的3D打印制度或政策，并鼓励学生打印原创作品，以发挥学生的专业特长，激发学生的创造力和想象力。4 结束语3D打印正从工业领域，走向各个应用领域。不久的将来，也会像电脑、手机、互联网一样进入我们的社会和每个家庭。教育工作者应积极利用这项新技术，促进教学模式和教学活动的创新，更好地提高教学质量和教学效果，提高学生的实践能力和创新水平。本文分析了3D打印技术的概念、工作原理，并对进行了展望。关键词：3D打印技术 简介 工作原理 优势 展望3D打印技术以前主要用来制造一些比较小型的东西。时至今日，一些大型制造商已经开始准备将其用来制造更大的物件。一些3D打印设备的制造商认为，随

11、着这种技术的成熟，将来一些汽车零部件的库存只需要保留电子文档，而无需制造出来存在仓库。一旦有需要，直接打印即可。一、3D打印技术简介3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，Additive Manufacturing)。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此

12、外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成部分。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试以活体细胞为“墨水打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。二、3D打印机的工作原理3D打印机的工作原理其实很简单，通俗地说，首先在电脑上设计一个完整的三维立体模型(也成为计算机辅

13、助性设计)，然后把胶体或粉末等“打印材料装入打印机，再将打印机与电脑相连接，就可以通过电脑控制把“打印材料和三维立体模型一层层地叠加，最终把计算机上的蓝图变成实物。这种通过连续的物理层创建出三维对象的3D打印技术是叠加式制造工序的一种形式，与传统的叠加式制造工序相比，其具有速度快、价格便宜等优点。在Windows网络或工作站上运行的打印设备软件可以读取大部分的3D文件格式计算机辅助设计绘图数据。这种软件的作用就是将数据传输至3D打印设备，从而控制印刷头的移动与材料输出。在3D打印设备工作时，塑性模型材料细丝与可溶性支撑材料将被加热至半液体状态，然后通过挤压头输出，精确地沉积成极其细微的分层。分

14、层的厚度范围在0.005英寸至0.013英寸(即0.127毫米至0.33毫米)，具体数值取决于打印设备性能。印刷头只沿水平方向或垂直方向移动，模型与支撑材料将自低而上地构造，压盘根据实际情况上下移动。在构造模型时，有了支撑材料(图中褐色部分物件)的承托，模型的悬挂部分能够顺利完成材料沉积，此外，支撑材料还有助于构造结构复杂的模型，如嵌套结构，以及具有移动部件的多重组件。打印工作完成后，可以将模型置于水中，支撑材料将会自行溶解，如果需要，还可以为模型涂上颜料，或者进行其它处理。三、使用3D打印技术，加快设计周期一项产品停留在设计周期的时间越长，推向市场的时间也会越漫长，这意味着企业的潜在利润将会

15、越来越少。某项调查表明，产品的上市时间是受访者最关心的日常问题。受访者同样表示，在17%的产品中，产品原型制作消耗相当长的时间，是缩短上市时间的最大障碍。业界普遍认为产品应该更加快速地推向市场。随着缩短上市时间的重要性越来越大，在设计的概念阶段，企业不得不缩减决策时间，同时又必须确保所作决定的准确性。这些决定会影响大部分的成本因素，如材料选择、制造技术以及设计寿命。通过快速制作产品模型进行测试，加快设计迭代速度，3D打印技术可以优化设计流程，为企业最大化潜在利润。例如为专业领域生产喷漆和纹理设备的Graco公司，该公司的工程师使用一台3D打印设备去测试各种喷漆枪和喷管组合，设计出最合理的喷流形

16、式和试验出最精确的喷射量，而生产出的新型喷射纹理枪是由3D打印设备制作的ABS塑料功能原型。3D打印技术可以帮助减少产品开发时间，Graco公司估计减少的最大幅度可达75%。从一个绝妙的创意，到一项成功的产品，中间充满着重重困难。GregStevens和James Burley在他们经常被引用的新产品开发分析报告3000个原始创意=1次商业成功中指出，除了3000个原始创意，一项成功的创新还需要125个小规模计划，4项大型开发和 1.7个产品发布。在评估创意是否值得投放开发资源时，3D打印技术能够助企业一臂之力，缩短传统评估所需要用的时间，提高效率。四、3D打印技术未来发展的主要趋势随着智能制

17、造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造;开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点;3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日

18、常应用的需求;软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造;拓展3D打印技术在生物医学、建筑、车辆、服装等更多行业领域的创造性应用。3D打印技术提供了一种极具成本效益的方式去完成多次设计迭代，在关键的开发过程初始阶段，获取产品设计的即时反馈信息。对于产品设计几乎即时的修改，不仅有助于降低成本，而且能够加快产品上市时间。对于在设计流程中采用3D打印技术的企业来说，无疑增加了明显的竞争优势。随着价格的下降，3D打印设备市场将会进一步扩大，尤其是在中小型企业和学校方面。3D打印设备耐用，打印快捷、准确，成本低廉等好处可以帮助企业缩短产品上市周期，增强企业竞争力。