序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇3d打印技術，期待它們能激發您的靈感。

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關鍵詞：3d打印；應用現狀；教學領域

1 引言

3D打印，又稱為增材制造，是快速成型技術的一種，被譽為 “第三次工業革命的重要標志”，以其 “制造靈活”和“節約原材料”的特點在制造業掀起了一股浪潮。近年來，隨著3D打印技術的逐步成熟、精確，打印材料種類的增加，打印價格的降低，3D打印得到了快速發展，應用領域不斷增加，不僅在機械制造、國防軍工、建筑等領域得到廣泛應用，也逐漸進入了公眾視野，走進學校、家庭、醫院等大眾熟悉的場所，在教育、生物醫療、玩具等行業也得到了廣泛關注及應用，作為教育工作者，本文將在介紹3D打印的原理、優勢、應用現狀的基礎上，重點探討3D打印在教育領域的角色及應用模式。

2 3D打印概述

2.1 3D打印原理

3D打印（3D printing，又稱三維打印），是利用設計好的3D模型，通過3D打印機逐層增加塑料、粉末狀金屬等材料來制造三維產品的技術[1]。一般來說，通過3D打印獲得物品需要經歷建模、分割、打印、后期處理等四個環節[2]，其中3D虛擬模型，可以是利用掃描設備獲取物品的三維數據，并以數字化方式生成三維模型，或者是利用AutoCAD等工程或設計軟件創建的3D模型，有些應用程序甚至可以使用普通的數碼照片來制作3D模型，比如123D Catch[3]。

2.2 3D打印的優勢

與傳統制造技術相比，3D打印不需事先制模，也不必鑄造原型，大大縮短了產品的設計周期，減少了產品從研發到應用的時間，降低了企業因開模不當可能導致的高成本風險，使得特殊和復雜結構的模型的制作也變得相對簡單，產品也更能凸顯個性化。另外，3D打印是增材制造，使用金屬粉或其他材料，使部件從無到有制造出來，大大減少了原材料和能源的消耗，生產上實行了結構優化。

2.3 3D打印的應用現狀

近年來，3D打印得到了快速發展，幾乎應用于各個領域。在模具加工和機械制造領域，使用3D打印相對快速地進行模具的設計與定制，打印復雜形狀的各種零件，打印具有足夠強度的個性化幾何造型的物件。在航空航天、國防軍工領域，3D打印應用于外形驗證、關鍵零部件的原型制造、直接產品制造等方面。如空客公司從打印飛機小部件開始，逐步發展，計劃在2050年左右打印出整架飛機。生物醫療領域，醫學工作者利用3D打印技術打印出患者的心臟模型，缺損下頜骨模型，患者外傷性腦內血腫顱腦模型等，用于輔助診斷并制定術前手術方案，降低了手術難度，減少了手術時間，為患者帶來了精準化的治療。人工椎體和人體氣管軟骨的打印讓人體器官的3D打印成為可能。3D打印的處方藥產品SPRITAM（左乙拉西坦）片劑可用于各種癲癇疾病的治療。建筑工程領域，3D打印建筑不需使用模板，打印的建筑物重量輕，強度大，時間短，產生的建筑垃圾及建筑粉塵少，且可以循環使用，綠色環保。3D打印在首飾、食品、玩具和日常用品的設計和生產中也有廣泛應用，可以很好地彰顯用戶的個性化特點和需求。3D打印在太陽能電池板和特殊材料的制造方面的應用也有突破。

3 3D打印在教學領域的應用

3D打印在教學方面的探索性活動也已經展開，并應用在數學、航空、電子、設計、機電工程、生物醫學、天文等大部分學科中，取得了良好的教學效果。基于3D打印的快速生成能力，使得數字化模型能快速轉化為立體實物，借助立體實物的生成過程及使用可以提高教學效果，增強學生合作、設計、創新等能力。

3.1打印三維教具學具輔助教學

在課程教學中，借助于多媒體教學手段，一些抽象的圖像可以相對直觀的顯示出來，但針對的是群體，形成的是暫時的視覺感受，印象并不是很深刻，也不易理解。借助3D打印，可以把數字化的圖像轉化成實物的教具和學具，每個同學都有機會親手感受，而且還可以親自設計、策劃，無疑對知識點的理解，知識的掌握及應用有很大的促進作用。比如：數學課可以打印出幾何曲面、剖面立體實物；動畫設計可以打印出3D人物，動物角色模型，且可以根據實效及時修改；語文課可以把要講解的地域打印出來，如北京的胡同，同學們可以拿著模型理解胡同的特點，體驗胡同文化，講述胡同的來龍去脈；機械制造課可以根據課程內容打印相關的零件、齒輪、連桿等。

3.2 實習實踐過程中輔助創新設計

職業學校實習實踐教學活動較多，鉗工實習、數控機床實習、電子電工實習、動畫設計、物聯網設計等，都需要借助相應的模型，并設計出一定的模型。借助于3D打印，同學們對需要設計的模型有一個大體的認識，然后經過集體分組的討論、設計、修改等過程，不僅能增加學生的學習興趣，促進學生交互學習，協作學習，且能提高學生的設計水平、思維能力和實踐能力。比如在模具設計實習中，采用項目式教學法，應用3D打印，學生分組設計、分組打印，學生在親眼目睹自己的設計零件打印成型的過程及成品后，學習興趣大增，多次討論修改的過程也大大提升學生的設計水平。在CAD課程實踐環節中，使用3D打印機，可以根據教學需要來設計教學內容，對學生的設計作品3D打印出來進行評比并組裝，不僅使學生熟練掌握設計軟件建模的基本思路和流程，而且對如何從設計作品到具體的實物的生成有一個明確的認識，有利于日后學生進一步的學習和發展。

3.3 就業創業指導

近年來，大學畢業生人數急劇增加，就業壓力增大，國家大力提倡大學生創業，整個社會也興起了一股自主創業的熱潮。對于職業學校的學生來說，有一定的專業知識，有較強的動手操作能力，有創業的熱情與激情。借助于3D打印設備，創業指導老師可以指導學生創辦創意設計3D打印工作室，利用所學的專業知識，設計出相關產品并打印出來進行銷售，同時也可為社會客戶提供DIY服務，收取一定的培訓費和制作費，也可以在校企合作的基礎上為合作企業提供設計和3D打印服務。通過3D打印的上述創業實踐活動，加深學生對專業知識的鞏固、對設計過程的了解，并培養創新創業意識和能力。

3.4 圖書館應用

圖書館引入3D打印服務是圖書館從文獻服務走向創新服務的途徑。國外很多圖書館都開展3D打印服務，國內的綜合圖書館，如上海圖書館、蘇州圖書館也開展3D打印服務，高校中的上海交通大學圖書館也開展3D打印服務，并且通過舉辦3D打印設計大賽積極推廣此項服務，通過比賽普及3D打印知識，讓同學們了解3D打印前沿科技，啟發學生們用創新思維發現問題、智慧解決問題。學校圖書館可以配備一兩臺3D打印機，并在保證健康和安全的基礎上，充分考慮費用、提交步驟、等待和篩選時間等、制定詳細的3D打印制度或政策，并鼓勵學生打印原創作品，以發揮學生的專業特長，激發學生的創造力和想象力。

4 結束語

3D打印正從工業領域，走向各個應用領域。不久的將來，也會像電腦、手機、互聯網一樣進入我們的社會和每個家庭。教育工作者應積極利用這項新技術，促進教學模式和教學活動的創新，更好地提高教學質量和教學效果，提高學生的實踐能力和創新水平。

參考文獻

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【關鍵詞】3D打印技術 原理 發展

近來，3D打印技術在發達國家興起，前不久在網上流傳的3D打印手槍，引來許多網友圍觀。3D打印現在已不再只是概念產物，全球已有不少公司推出了個人3D打印機，它已在平常生活中開始普及。3D打印技術將與其他數字化生產模式一起，推動第三次工業革命的實現。傳統制造技術是“減材制造技術”，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。

一、3D打印技術簡介

3D打印技術是通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，與傳統的去除材料加工技術不同，因此又稱為添加制造。作為一種綜合性應用技術，3D打印技術綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿技術知識，具有很高的科技含量。3D打印機是3D打印的核心裝備。它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統、數控系統、噴射系統和成型環境等子系統組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設計與控制軟件等也是3D打印技術體系的重要組成部分。

目前，3D打印技術主要應用于產品原型、模具制造，以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些領域傳統依賴的精細加工工藝。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，在生物工程與醫學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為創新開拓了廣闊的空間。

二、3D打印技術所依托的關鍵技術

3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面：信息技術，即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，并根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；精密機械，即3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求；材料科學，即用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。

三、我國3D打印技術發展現狀

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、華南理工大學、北京航空航天大學、西北工業大學等高校，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，已用部分技術處于世界先進水平。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要求，有望率先應用于航天、航空裝備制造；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的技術支撐。

在家用電器、汽車配件、通信技術、航天、軍工等領域，3D打印技術被越來越多應用到產品研發和生產中。在醫療領域，國內高水平的醫院使用3D打印技術，為患者提供定制的牙齒和骨骼替代物以及具有仿生性能的體內植入物。在教育領域，我國有很多高校購買了3D打印設備，開展多個學科的教育和研究工作。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設備擁有國。

四、3D打印技術發展前景

近年來，3D打印技術持續發展，成本的大幅降低使其已經從研發的小眾空間向主流市場進軍，發展勢頭不可阻擋，已經成為社會廣泛關注、民用市場迅速崛起的新領域。3D打印制作的模型、禮品、紀念品乃至工藝品的應用，極大吸引了社會關注和投入，發展加速，市場開始呈現量與質的雙飛躍。據預測，2020年3D打印成品將占產品生產總量的50%。

隨著3D打印技術的不斷突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不斷提高，其技術在不斷優化，應用領域在不斷擴展，特別是圖形藝術領域的潛力，三維的概念模型能更好地傳達制作者的想法或解決方案，一張圖可以勝過幾百甚至上千個文字的描述。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即時擺在眼前，能夠快速改進產品，增長幅度將超過想象，將會改變社會各種應用的未來。

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，所需原材料用量將減少到原來的幾分之一。3D打印不僅節約成本，提高制作精度，也將彌補傳統制造的不足，并將在民用市場迅速崛起，從而開啟制造業的新紀元，為印刷工業帶來新的機遇。

五、結語

隨著3D打印技術的日趨成熟和3D打印材料的擴充，我們相信3D打印將會帶給我們更多的驚喜和沖擊，3D產品將會在我們的生活中觸手可及。

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）.

[2]王燦才.3D打印的發展現狀分析[J].絲網印刷，2012，（9）.

[3]古麗萍.蓄勢待發的3D打印機及其發展[J].數碼印刷，2011.

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其實，3D打印本來就不是什么新鮮的技術，也不是今天才出現一只不過因為出現初期的實現成本過于高昂。而隨著原材料和打印成本的下降，3D打印技術終于可以走進我們的生活，現在，不僅在國外，國內也有不少公司可以提供這一服務了。

原理并不復雜

不少工業設計師認為，3D打印技術使得生產單件商品的成本變得與批量生產一樣便宜，這大大削弱了規模經濟效益，它可能像原來第一次工業革命那樣對世界產生深遠的影響。

3D打印的原理并不復雜：首先在電腦屏幕上生成產品模型，根據需要調整大小和顏色，然后相關軟件會自動將產品模式按照一定的厚度進行虛擬的“切片”，并將相尖數據傳輸到3D打印機，打印機就把這些根薄的“切片”用塑料、松脂或金屬粉末像打印彩繪圖那樣打印出來，然后通過可自由轉動的噴嘴噴出堆接材料、強力膠水或照焦光束將其粘合成一個整體。

使用3D打印技術，小型物品可以由類似于桌面打印機的機器生產，大型物品如自行車骨架、汽車面板和飛機零件可能需要大型機器設備和更大的空間，而且無需機械加工或任何模具，直接從計算機圖形數據中生成。目前的3D打印機分層打印精度在0.1毫米左右。

與常規的制造工業相比，如果不考慮因規模帶來的成本下降，3D打印技術的優勢還是很明顯：它不需要生產線和大型設備一只要一臺3D打印機，就可以在辦公室制造出自己所需要的中小型產品，用戶要做的只是找到一個合適的模型：同時一3D打印技術所產生的廢料比起常規制造技術來說少得多：它還可以制造出常規方法有時候無法生產的奇形怪狀的部件。當3D打印技術的設備價格能夠下降到一個普通人都能接受的水平，生產單件商品的成本與將變得與批量生產一樣低，而且還大大縮減了生產周期。在3D打印技術的發展過程中，麻省理工學院的一項發明扮演了重要的角色。1 994年，幾名來自麻省理工學院的科研和技術專家發明了一種名為三維打印(Three Dimensional Printing，簡稱“3DP”)的技術并申請了專利。1997年，為了將三維打印技術推向市場，Z-corporation公司正式成立。Z-corporation也是最先提出把3D打印機當成辦公用品的3D打印機生產廠商，這也是目前惟一一家可以支持彩色3D打印的公司。

我們能打印什么

隨著成本的降低，3D打印技術正從傳統的用于航天、醫藥和汽車行業的原型制造轉而為民用服務。目前，對于1000件左右塑料物品的制造來說，3D打印技術已經非常有競爭力，而且因為每件物品都是單獨制造出來而非模具，因此不需要任何額外成本就可以做到每件物品各具特色。另外一對于一些產品制造方面的設計師和創業者，則可以先少量生產自己開發的新產品，看看市場反響再進行改進。

不過，國外的設計師們玩得似乎更瘋狂。

時裝設計師瑪麗，黃與3D模型專家詹娜，費瑟也看上了3D打印技術，他們利用Rhjno 3DCAD設計軟件創造出3D打印泳衣的模型，然后通過機器“打印”出復雜的幾何圖形。費瑟表示，他們還運用一種稱為“選擇性激光燒結(SLS)”的技術，用非常纖細的繩子連結起無數圓形薄片，進而織出泳衣的“布料”，通過改變圓形薄片的大小、分布，以及連結方式，確保泳衣的受力模型保持合理。這件泳衣以尼龍作為主要制造材料，最重要的是，因為采用了3D打印技術。無需經過傳統服裝制造業的打版再生產，兩位設計師也表示，這款泳衣將完全采取定制化生產，首先掃描消費者的體型并進行3D建模，再為其量身“打印”出一套合身的泳衣。

歐洲最大的手骯公司歐洲宇航防務集團(EADS)則致力于研究利用3D打印制造出更輕便的飛機。EADS工程師安迪，霍金斯表示，目前宇航飛機上有不少零件是用昂貴的鈦金屬通過機器沖壓制成，如果改用鈦粉打印，不僅重量更輕，而且保持了一樣的堅固程度。

意大利土木工程師恩里科，迪尼(Enricodini)則玩得更加出位，他倒騰出了一臺可以用沙子直接打印立體建筑的3D打印機。為了測試這臺大型打印機，恩里科，迪尼為諾曼，福斯特公司在阿布扎比建造的“馬斯達爾城(Masdar City)”打印了一部分建筑的骨架外墻，結果證明打印出來的外墻骨架完全可以用于正常的建設，有了這臺機器，未來的建筑骨架可能不再需要搭建腳手架，也不需要工人。目前，恩里科，迪尼正與諾曼，福斯特建筑設計公司以及阿爾塔太空公司合作，研究設計一種可以使用月球塵埃打印的3D打印機，可以在月球上快速建造人類基地。和之前只能打印小型塑料部件的3D打印機相比，恩里科，迪尼所設計的打印機可以打印出厚達50毫米的分層，然后再一層一層疊加起來，通過以鎂為主要原料的粘合膠將其粘合，這些粘合膠跟沙子結合，印刷機再對其施壓后變成巖石。

恩里科，迪尼十分推崇建筑大師高迪的作品，他希望能用3D打印機完成高迪的未完成作品――位于西班牙巴塞羅那的“神圣家族大教堂”，而按照他的3D打印機的設計，實現高迪，設計出的那些通過傳統建筑技術很難實現的彎曲建筑并不困難。

3D打印普及還需時日

目前，3D打印技術要用于民用，最大的障礙可能依然是價格，雖然相比前幾年來說價格和成本已經下降不少，但是對于普通用戶來說，價格依然還不到可以接受的范圍――目前最便宜的3D打印機價格也在1萬美元以上，如果要打印更大的部件，打印機的價格將會成倍飆升。英國巴斯大學有一項正在開發中的新設計，能用大約700美元制造一個3D打印機，未來或許能解決打印機的價格問題。

除了設備昂貴之外，3D打印機使用的打印材料多是化學聚合物，包括尼龍、金屬、樹脂以及各種塑料，同時在粘合過程中還使用大量的化學粘合劑，其劑量遠遠超過傳統制造的產品。這些化學物質如果與我們朝夕相處的，后期使用成本尚在其次，材料是否安全、長時間接觸是否對身體健康有所損傷將是重點需要考慮的問題。

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60歲的陳先生9個月前下樓時不慎摔了一跤，頓時整個左髖部連著整條腿都動彈不得，特別疼痛，陳先生被送到家附近的醫院，檢查顯示陳先生髖部已經是左髖臼粉碎性骨折。

陳先生說，當時這條腿整個走不起來路，而且短了將近兩三厘米，幾家大醫院都去過，醫生都認為手術難度比較大。陳先生也在醫生建議下嘗試進行了牽引等一些保守治療，可是效果不明顯。后來，在朋友的介紹下，陳先生來到醫院骨科進行治療，醫生運用最新治療技術和設備，為陳先生設計了治療方案，利用3D打印了陳先生的多孔人工髖臼假體，順利地進行了手術，術后3天疼痛明顯減輕，然后基本就不疼了，腿也能自己彎曲，解決了行走問題。

將患者需手術部位的影像數據傳入電腦進行處理，并連接到專門3D打印機。經過幾個小時到幾十個小時以后，用一種可再生可降解的材料，將它1：1地以仿真模型的形式打印出來。3D打印目前最大的特點在于手術極具個性化，各人的骨頭生長、關節面等情況都不相同，可以根據患者的具體病情，打造最適合患者的人造部位。目前，3D打印的定制化假體使用的是鈦合金材料。鈦合金材料的理化性質較為理想，比如它的彈性模量是金屬中最接近骨的材料之一，它的生物相容性也很高，在臨床上已經廣泛應用于骨科的內固定鋼板、人工關節、脊柱內固定，口腔科的種植牙根，頜面外科的頜面修復體等。可以說每一件3D打印的假體都是精美的藝術品。

既然3D技術能打印骨骼，那是否意味著骨腫瘤或者骨折的患者，都可以采用該技術來做替代骨骼？

從理論上講是可以的，但一般情況下，這種技術應用在復雜部位的骨頭上很難，比如骨頭形態結構不規則等，像簡單的肱骨、股骨等，用傳統技術做成的假體就可以使用；其次，要看患者的身體情況。

術前演練確保手術精準

3D打印技術除了打印假體幫助患者手術修復病變之處，在骨科臨床中3D打印技術還能為醫生提前進行手術演練。就和士兵上戰場都要進行演習一樣，如果做手術之前可以提前演練的話，在真正進行手術時就可以縮短手術時間，手術的效果也會更好，對于患者來說真的是一個很大的福音。

朱先生是一位惡性腫瘤患者。術前，由于惡性腫瘤生長的位置特殊，周圍牽扯的血管很多，僅憑X線片難以估測手術風險，醫院為他進行了腫瘤的3D打印。將腫瘤實體模型打印出來后，醫生提前演練，確定如何動刀，確保手術時更加精準。最后，這個難度很高的手術取得了成功。

骨科醫生通過模型，可以在術前了解這個病變的骨頭有多長、情況怎樣，應該在哪個部位安裝鋼板、鋼釘，安裝幾顆釘等具體細節。然后，就可以運用這個模型進行模擬手術，制訂出科學、詳細的手術計劃。3D打印出來的模型，并不是植入到人體里，而是運用這仿真模型做好術前的診治方案。

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增材制造技術。3D打印（3DP）即快速成型技術的一種，又稱增材制造，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。

常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后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、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

2019年1月14日，美國加州大學圣迭戈分校首次利用快速3D打印技術，制造出模仿中樞神經系統結構的脊髓支架，成功幫助大鼠恢復了運動功能。

（來源：文章屋網 ）