3d打印技术与运用范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇3d打印技术与运用范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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3d打印技术是基于材料堆积法的一种新型技术，此项技术已迅速传遍全球，将成为全新的产业革命。3D打印技术发展迅猛，方便，快捷，此技术在很多制作中有着十分重要的作用。然而定格动画的制作流程是十分复杂的，它的动作和形态需要动画师逐帧摆动，并对其逐帧拍摄，再将图片进行抠像等后期处理，最后将拍摄的图片连起来，就形成了定格动画。所以使用3D打印技术在一定程度上可以简化定格动画的制作流程。

一、3D打印的概念

3D打印（3D printing）技术又称三维打印技术，是一种以电脑数字数据模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材质的材料，通过逐层打印的方式来构建出物体的技术。它无需机器进行加工，也不需要任何形式的模具，就能直接从电脑图形数据中生成任何你想要的形状的物体，从而大大缩短产品的研发制作周期，提高了商品生产率并且有效的降低生产成本。台灯、生物器官、首饰奢侈品、根据篮球运动员的脚型定制的篮球鞋、汽车零件、运动器械以及为个人量身定制的电脑、吉他等都可以用该技术制造出来。

3D打印技术的一个很大的魅力就在于它根本不需要专门去开设一间很大规模的工厂，在工厂中进行操作，仅仅需要一个很小的，可以随便放在桌子上面的打印机就可以实现你想要任何形状的物体。而机器零件、轿车底盘和车身、现代战争武器甚至飞机、坦克零件等更大的物品，便需要更大的3D打印机来打印，且需要更大的放置空间。现如今，这项技术已经可以在很多领域得到了广泛的应用，人们用它来制造衣服鞋子、玩具、现代战争武器、艺术作品、仿生人体器官、装饰品、电器、汽车零件等众多物品。所以，我相信我们完全可以在动画模块成型的开发与销售中巧妙的使用3D打印技术。

二、3D打印定格动画偶角色骨骼的实验性与可行性

在现有的定格动画骨骼制作模块中，几乎都是创作者用铝丝、塑钢泥等材料徒手制作出来，过程复杂，费时费力。即使在淘宝等购物平台购买买到的偶动画骨骼，但是模块比例造型固定、单一，不能很好的为创作者提供帮助。因此，运用3D打印技术来打印动画模型的骨骼就显得尤为必要。我们可以根据客户提供的资料，为其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精准度完全符合客户需要的骨骼模块。3D打印制作定格动画偶动画的技术，操作简单、方便快捷、经济实惠、具有先进的技术潜力。3D打印偶动画骨骼技术不仅是改变了制作定格动画的方式，同时优化了制作的工艺，从骨骼的制作成型上产生了巨大变化。使得3D打印技术推动定格动画朝着高科技英语的方向发展。

3D打印偶动画骨骼，制作步骤具体如下：

（一）运用3D扫描和3D打印技术制作骨骼的基础三维模型

在偶动画骨骼模型制作阶段，应根据定格动画中对偶的设计不同，进行不同的设计与制作。首先，可以借助三维软件如：3Dmax或Maya，来制作偶角色的局部关节。

其次，根据剧本对偶角色的动作设计，来确定偶骨骼球形关节的位置与形态。

再次，根据定位，在三维软件中完成对偶角色骨骼进行最终的关节制作。

（二）运用3D打印机对设计的偶动画骨骼进行生成

通过，三维软件完成对偶角色骨骼关节的制作，然后经过模型的细节处理。将模型的三维文件，通过另存为的方式，存储为3D打印机所需要的文件格式，进行3D打印生成。

（三）配合打磨工具，进行关节骨骼的光滑处理

3D打印生成的骨骼，由于打印过程中的凹凸痕迹，不能正常使用，因此需要光滑处理。

光滑处理的方式，一般是借助打磨工具、砂纸、锉刀等工具。光滑处理的过程，是一个复杂的过程，根据骨骼的结构不同，运用不同的工具进行细节处理。

（四）进行手工组装，完成偶骨骼的最终成型

光滑处理后的角色骨骼，就可以进行组装成型。组装的过程，要注意球形关节的结构原理，不能生硬组装，以免对3D打印骨骼造成损伤。

3D打印偶动画骨骼技术经过四个重要的制作环节，完成了从三维虚拟到3D打印的完整过程。运用3D打印技术来打印动画模型，我们可以根据客户提供的资料，为其“量身定制”出一套甚至多套比例、大小精准度完全符合客户需要的骨骼模块。

三、3D打印定格动画偶角色骨骼的宣传与销售

3D打印偶动画骨骼技术，生产组装出偶动画角色骨骼后，接下来就要进行市场宣传和推广。在宣传推广方面，应该对不同的阶段采取不同方式。

首先，让大众了解什么是3D打印技术，做相关介绍3D打印动画模块成型的宣传海报，并且不同阶段逐步深入，主体鲜明。结合功能，给其他的动画模型制作人员宣传用3D打印技术打印动画模型的流程与优势。

其次，结合活动，展示实物。打印出动画骨骼模型到动画公司宣传，并向潜在客户耐心解释、讲解3D打印技术与优势，先后对比，把传统制作动画骨骼模型的时间、流程、精度、准确度与运用3D打印技术打印出的模型进行对比。

再次，结合宣传媒体，优先宣传网络媒体，包括手机新浪网、腾讯网、中国3D打印网、太平洋3D打印网、世界3D打印技术产业联盟官方网站、纳金网等各大门户网站和其他与宣传有关的网站。

在产品的销售方面，我们已经查阅淘宝、易趣、京东等各大网络购物平台，均没有使用3D打印技术制作出的动画模块。所以，我们可以先从最为人们熟知的淘宝入手，并加大宣传力度，在网络广告，打开市场，提升大众对3D打印技术的认知度，并对3D打印动画模型有一定认识，以达到最初预期的宣传效果。

四、结语

3D打印技术被称为第三次工业革命，如今的3D打印技术已经在往越来越成熟上发展，人们将3D打印技术运用到动画模型模块成型制作中去的呼声也越来越高，不久的将来一定会成为主流制造方式，替代现有的传统的制作方式。3D打印技术方便快捷，精准精确，省时省力又省物，可以打印的材料也越来越多，将3D打印技术运用到动画模块成型中去是动画模型制作中的一种伟大的创新。

【参考文献】

[1]王雪莹.3D打印技术及其产业发展的前景预见[J].创新科技，2012（12）：14-15.

[2]《通灵男孩诺曼》中定格动画、彩色三维打印及后期特效的结合[J].现代电影技术，2012（11）.

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中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0240-01

3D打印技术在桌面应用中的推广，应结合模具教学的应用教学和理论授课，进行详细信息的介绍，有利于将桌面3D打印技术的相关应用原理及实践经验，进行合理转化，从而更有利于被接受和认识，客观上推动桌面3D打印技术的推广和应用。

一、3D打印技术的概念

（一）、3D打印技术的概念

3D打印技术，主要是指针对3D技术的优势，结合打印技术的需要，综合应用在打印设计中，其中主要运用3D技术的数字和信息优势，实现对金属等粘合材料的逐层打印处理。以此构成新物体的过程，被称为3D打印技术，同时也称为“叠加式制造”。针对3D打印技术，有利于运用计算机实现对打印信息的处理，从而推动对打印信息的自动化计算，有利于减少打印过程中返工、质量等问题。因此3D打印技术，运用对打印信息的三维处理，推动制造业的发展。

（二）、3D打印技术的分类

3D打印技术，主要包括SLA和FDM两种。中SLA打印技术在模型制造中应用较为广泛，同时是国际相关教学的重点，相关优势包括光固化成型法运用较为先进，实用性较强，加工速度快，生产周期较短。但是SLA打印技术的缺点明显，例如生产成本较高，维修成本较高，机器设备涉及的电子信息较为先进，不利于打印人员的掌握。FDM打印技术，主要针对金属、塑料和石蜡等低熔点材料进行，由于成本低的影响，是市场上较为流行的打印技术。其应用优势同时包括：操作简单、快捷，设备简单，应用方便。但是它的缺点同样明显，例如精准度低，针对密度较低的材料进行打印过程。

二、桌面3D打印技术的应用原理

桌面3D打印技术的应用原理，即计算机三维设计的流程，其中通过计算机stl、obj、thing等格式，实现对3D打印信息的处理；其次通过USB接口，实现3D打印机器设备和计算机的链接，同时运用MakerWare软件，实现对3D打印信息向三维信息的自动化转换；最后通过PLA加热端，以实现对打印材料和打印信息的自动融合，其中打印机器设备将打印信息通过喷嘴将相关信息打印到打印材料中，通过对打印结构的反复处理，打印出需要的产品。相关工作原理流程，如下图：

通过上图可知：桌面3D打印技术，通过对计算机的操作，对打印信息的处理，较为先进，有利于实现打印过程中人力消耗。因此桌面3D打印技术在制造业中的应用，有利于推动制造业的发展。

三、桌面3D打印技术在模具教学中的应用

（一）、桌面3D打印技术在模具课堂教学中的应用

桌面3D打印技术在模具课堂教学中的应用，主要是指多媒体技术在课堂教学中的应用，有利于实现对相关教学背景的生动展示，有利于提供给学生视觉和感官上的享受，从而推动教学内容在学生心中的生动勾画。因此桌面3D打印技术，是新时期科学技术发展和教学需要结合的产物，有利于推动教学的发展，进而提高教学质量。针对桌面3D打印技术在模具课堂教学中的应用，相关的设计软件包括powerpoint和flash等，主要通过对教学材料进行数字和图画等信息的展示，结合教学工作者的教学讲解，提高学生的认知能力。

（二）、桌面3D打印技术在模具教学课堂设计中的应用

桌面3D打印技术在模具教学课堂设计中的应用，主要是指针对模具教学的需要，应提前进行课堂设计，运用Pro、UG等设计软件，以实现对模具设计的科学处理。时针对模具教学的课堂设计，应尊重学生的主体地位和主观能动性，教学工作者主要其引导和帮助解答疑难问题的作用，以此提高学生对模具设计的了解，客观上提高学生的动手能力，促进模具设计的教学需要。针对桌面3D打印技术在模具教学课堂设计中的应用，有利于提高学生对相关模型的了解，有利于提高对模型的了解，通过对不足之处的及时更新，提高学生的设计水平。

四、桌面3D打印技术在模具教学中应用的重要性

桌面3D打印技术在模具教学中的应用，应集合3D造型sheji8、打印处理、打印效果和应用反映等进行全面分析，以次科学判断桌面3D打印技术的应用效果，从而有利于教学工作者发现教学不足和改进方向，制定合理的教学计划和教学任务，全面提高学生的动手能力和理解能力，促进学生设计水平的提高。首先学生通过对3D打印技术的分析，有利于提高学生对模具的认识，其中对相关组成部分的全面认识，进行直观认识，有利于实现模具结构的优化设计。其次有利于实现3D打印辅助材料的合理应用，结合学生分组讨论的形式，实现对桌面3D打印技术的全面认识，提高学生的学习兴趣和活跃教学氛围，推动教学任务的展开。同时有利于提高学生对计算机等设备的了解、应用，结合学生对新生事物好奇的特点，提高教学质量，客观上引导学生的科技素养。

五、桌面3D打印技术在模具教学中应用的注意事项

（一）、合理运用打印材料

针对桌面3D打印技术，应合理运用打印材料，以确保打印设备的稳定运行。针对桌面3D打印技术主要运用塑料的打印材料，应结合模具教学需要，科学设计模具设计材料，从而符合打印设备运行的需要，有利于推动模具教学的需要。教学工作者应注意对模具材料的设计，以避免因为材料问题造成打印设备发生故障，不利于教学任务的稳定展开。

（二）、科学设计模具尺寸

对桌面3D打印技术在模具教学中的应用，应科学设计模具尺寸，以符合打印设备设计的需要，进而推动打印设备的稳定运行，打印需要的模具，推动模具教学的需要。同时应加强对模具精度的控制，以符合打印设备允许误差范围，有利于满足模具教学需要。

结束语

桌面3D打印技术的发展，应加强对其工作原理的分析，结合相关应用需要，制定合理的应用措施，以确保桌面3D打印技术的稳定运用。针对桌面3D打印技术在模具教学中的应用，应结合课堂教学和课堂设计进行全面分析，合理运用桌面3D打印技术，以提高模具教学质量，客观上促进桌面3D打印技术的推广和发展。

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中图分类号：TP334.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0203-01

3D打印，即3 Dimensional printing，其特点是能通过计算机图形数据直接打印出任何复杂形状的零件，从而降低成本，减小开支，被美国《时代》周刊称为“美国十大增长最快的工业”。2012年，英国著名杂志《经济学人》在报告中指出，3D打印技术的出现对正在经历的第三次工业革命中制造业的发展，将会产生巨大的影响。

1 3D打印技术的原理

3D打印技术（3 Dimensional Printing），也被称为增材制造技术（material additive manufacturing），或者添加制造技术（additive manufacturing）。是快速成型技术的一种。它的定义为：它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可黏合的材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物体，而所谓的3D打印机其实与普通打印机工作原理相同，区别在于打印所使用的原料不同。普通打印机使用的打印材料是纸张和墨水，3D打印机使用的打印材料是粉末状金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在存在的物体。当打印机与电脑连后，通过电脑的控制，把打印材料一层层叠加在一起，将电脑设计的蓝图变成实物。

在以前，想要制作一件模型，需要先O计图纸，寻找材料慢慢制作而成。现代的3D打印技术，和过去传统的模型制作相比，不仅在制作时间上大大缩短，而且在制作的精密度上也远远超过传统制作技术。所以，在现代生活工作中，人们更加依赖于3D打印技术。

2 3D打印技术的应用

2.1 航空、汽车制造领域的应用

由于3D打印技术可以制作出规格小、精密度高、结构复杂、原材料昂贵的零件，因此在航空和汽车制造业中独占鳌头。3D打印技术在航空领域的应用主要体现在直接产品制作、外形检验、精密熔具铸造等方面。现如今，欧美大多数国家在航空制造业中，已经把3D打印技术列为关键技术之一。从开始运用3D打印技术至今，美国波音公司已经利用这一先进技术成功制作300多架飞机的零部件。美国佛吉尼亚大学的一名学生通过3D打印技术成功制造出一架模型飞机并且成功试飞，这架飞机所有的零部件都是通过3D技术打印出来，如果飞机任何部件出现破损，都可以通过3D技术打印出来进行替换。在汽车制造领域，3D打印技术应用在汽车零部件的制造中。全球首辆从表面到零部件全部都由3D打印机制造出来的汽车“Urbee”于今日问世，这一成果的展示无不极好的展示了3D打印技术的强大。

2.2 服饰、首饰设计、体育方面的应用

2011年，法国巴黎时装周上，一位荷兰设计师所设计的3D打印技术制作的时尚服饰展示在人们眼前，震惊了世人，它所制作出来的服饰完美的解决了布料衣服难以诠释的立体感，使得世界服装进入了一个新的时代。首饰设计方面，发达国家也出现了以14K金和纯银为原材料，运用3D打印技术制作出来的名贵首饰，3D打印技术的特殊立体感也是人类手工所达不到的。另外NIKE公司是第一个将3D打印技术运用在鞋子生产中的企业，它所制作出来的鞋子质量更为贴合运动员脚部，用这一技术做出的鞋子质量只有158.7g，相当于3个鸡蛋的重量，这在当时是绝无仅有的。

2.3 生物工程和医学的应用

随着3D打印技术的快速发展，这一技术的应用领域已经拓展到了生物医学方面。2009年，美国ganovo公司首次运用3D打印技术制造出人造血管。2010年，美国和澳大利亚合作，采用3D打印技术，以活体细胞为原材料，打印出人体组织和器官。美国梅约诊所运用3D打印技术为病人制作了一个3D打印的髋关节，使病人可以更好的适应植入物。在未来的发展中，随着3D打印技术的提升，将会制作出质量更好的3D骨骼，帮助外科医生对病人进行骨骼损伤的修复。3D打印技术同样适用于牙科病人，根据不同的人不同的牙齿形状，用3D技术打印出来的人类牙齿帮助牙科医生满足不同病人的需求。

3 结语

随着科学技术的逐步提升，3D打印技术也会发展的越来越好，在人们今后的生活中，会成为一项必不可缺的技术。比如在服务行业中，人们会利用3D打印技术制作出更符合个人需求，个人品味的各种各样的物品来满足不同人的要求，由此会产生出许多新兴的职业，创造出新的经济增长点，对满足个人生活需求，推动国家经济发展，起着至关重要的作用。特别是面对世界各地的客户群体，远程操控和远程制造，销售，对传统销售模式起到决定性的变化。3D打印技术，会是人类发展过程中，极其重要的组成部分之一。

参考文献

[1]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业.2012，（33）22：68-72.

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粉剂3D打印机是通过使用粉剂材料和添加剂来创建对象的连续层，并以叠加工艺的方式，一层一层地构建实体。每一层的打印过程均分为两步：先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身不大，且不易扩散；然后喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水后会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，打印成型。打印结束后只需扫除松散的粉末即可得到模型，而剩余粉末还可以循环利用。

喷塑3D打印机的工作原理采取逐层累积的方式。这种方式类似于制作奶油蛋糕的方式，逐步累加上来。但是，3D打印机需要预先知道如何进行累加，累加成什么样子。首先，需要在计算机上设计三维模型。而后，将三维模型的数据传送到3D打印机，打印机将液态材料传送至打印头，利用打印头在一个托盘上喷出超薄的液体层，并经过紫外线照射进而凝固。

3D打印运用于教育教学中有多种方式。随着近几年3D打印技术的成熟，以及教育工作者的参与，国内已经有非常多的学校将3D打印技术纳入到自己的课程体系中，或是出现在不同课程中作为工具使用。有的学校采取独立开设3D打印设计的校本课程，供感兴趣的学生选修学习。课程重点基本是掌握桌面级3D打印技术，并在生活中发现问题，用3D打印技术改造事物。也有的学校将课程重点放在了3D打印技术与各个学科的紧密结合上，开发出了不同的3D打印专题领域，包括艺术类、工程类、科学类等。还有的学校甚至将3D打印课程设置为全年级必修课，给全体学生更多接触3D打印技术、运用3D打印技术的机会。

无论以何种方式开展课程，3D打印课程对于学生来说重点培养的是他们在四方面的能力：空间思维能力、工程改造能力、科学探究能力和艺术表达能力。这四方面的能力并非3D打印课程必须涵盖的，而是需要在课程深入实施过程中根据学生不同个性与需求去不断激发的。

空间思维能力。学生在初步接触三维软件建模过程中，需要不断尝试、试错、验证并寻找空间规律。空间立体思维是建立在真实三维的场景中的，但是在创建过程中还需要综合考虑平面透视原理。学生需要巧妙地运用各种切割、推拉、延展、分段、旋转、跟踪轨迹等工具的，创建不同的三维模型。学生对点线面有了更进一步的认识之后，对空间中点线面的关系才会有更多可操作性的体会。

工程改造能力。3D打印技术可以打印出各种各样的物件，但是大部分物件需要符合最基本的工程力学原理、工程结构原理等。通过对不同难度的物件创造，学生们能在动手实践与模型设计修复中不断提升自己的工程改造能力。

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1转变教学理念，将3D创客教学理念融入到课堂中去

3D创客教育是一种以3D打印技术为载体，具有创新性、体验性、互动学习性等特点的新型教育模式。由于这种教学模式还未产生系统的教育教学方针，这就要求，教师需要结合实际教学情况，通过恰当的教学方法，打破传统的信息技术教学模式，将这一新型的教学理念融入到日常教学中。要实现这一理念的转换：

1.1“做足功课”是实现这一转变的前提

3D创客教育是一种较为新颖的教育教学模式，教师想要将3D创客教育与课堂教学相融合，首先就需要对3D创客教育有足够了解，对此，教师需要通过各种渠道收集整理有关3D创客教育的信息做到“知己知彼”，同时结合自身丰富的日常教学经验，运用合理的方法，将3D创客教育与小学信息技术课堂教学有机融合。

1.2合适的设备是实现这一转变的必要条件

3D创客教育的关键在于3D打印技术，而3D打印技术的关键则是一套合适的设备。要想实现3D创客教育与信息技术课堂的完美融合，首先就需要一套便于小学生理解操作的3D打印设备。3Done是一款易于小学生学习使用的3D建模软件，教师在信息技术的教学课堂中，可以结合实践情况，考虑到小学生的实际特点，选择这款简单易懂，便于上手的3D打印设备教授学生们信息技术课程的相关知识。

2依据课本内容，制定完整的教学计划

2.1将小学信息技术课程教学目的与3D打印技术有机结合

培养小学生对信息技术的兴趣和意识，让小学生了解信息技术相关知识、掌握其基本技能，是小学信息技术课程教学的主要目的。因此，教师在实现3D创客教育与信息技术教学融合的目标是，就要将其教学目的利用3D打印技术来实现，教师可以利用3D打印直观性强、多样化、空间性强的特点，通过反复的操作实践，加深学生们对于信息技术的理解，发散他们的思维，培养他们的空间想象能力，并在3D打印的具体操作中，教导他们掌握基本的信息技术技能，从而实现信息技术课堂的教学目的。

2.2将课本内容与3D打印技术有机结合

一种教学理念从产生到实际运用，首先要做的便是制定详细教学方针，将课本内容与教学理念完美融合。因此，想要实现3D创客教育与信息技术课堂相融合，就需要教师将3D打印技术与课本内容有机结合。例如：在《参与网上学习》“名片DIY”的任务时，教师就可以利用3D打印技术进行教学，首先让同学们发散思维构思自己的名片，接着设计并制作出自己的专属名片，最后让他们通过3D打印技术将自己的名片打印出来。当拿到自己的专属名片时孩子们脸上喜悦无比。通过这样的教学方法，可以调动起他们的兴趣，极大的激发他们自主学习的积极性。

3采取有效策略，高效运用3D打印技术

3.1展现3D打印的魅力，培养学生的兴趣

兴趣是最好的老师，教师教学的关键就是要培养学生对于某一学科的兴趣，只有这样，学生才能产生对这一学科自主学习的动力。信息技术学科是一门较为有趣的科目，教师在教学过程中，要充分利用信息技术多元化，智能化，数字化等的特点，激发学生对于这门学科的兴趣，而随着3D打印技术在小学信息技术课堂中的应用，小学信息技术课堂变得更加多姿多彩，对此，教师所要做的就是向学生们展现出3D打印的魅力。

比如，教师在讲授《设计制作标志》一节时，可以充分利用3Done的快速空间建模功能，将学生们所设计制作的标志打印出来，让他们更加直观的感受到科技的魅力，从而点燃他们学习信息技术的热情。同时，教师可以适时的向他们普及一些信息技术的相关应用，教导他们掌握一些信息技术的基本技能，以此来开阔他们的眼界，激发他们学习的兴趣，将日后从事信息技术研发的种子植根于他们的脑海中。

3.2灵活运用3D打印技术，让课堂“活”起来

在小学信息技术的教学课堂中，灵活运用3D打印技术，让课堂“活”起来，是实现3D创客教育与信息技术教学相融合的关键。将3D打印技术引进到小学生信息技术课堂，就要充分利用3D打印技术将图纸变为现实的能力，因此，教师在信息技术教学过程中，可以充分利用3D打印技术这一特点，将原本只能呈现在电脑桌面上的图像实物化，以此来活跃课堂气氛，让课堂“活”起来。

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中图分类号：G623.58 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2017）05-0080-01

随着科学技术的发展，3D打印技术以其“设计即生产”的理念迅速发展起来，并且逐渐走进教育领域。在各学科教学中积极运用3D打印技术不仅有利于培养学生的创造性思维和跨学科思维，同时也有助于提升学生的动手能力和实践能力。

一、3D打印在学校教学中的作用

（1）提高学生主动学习的积极性。3D打印技术是以计算机软件生成的或通过实体扫描获得的数字模型文件为基础，运用粉末状的金属或塑料等具有粘合性的材料，通过“积层造型法”逐层打印出实物的技术。这门新的技术在课堂上同样也能够激发学生们浓厚的兴趣。通过3D打印，课本上的二维知识能够快速转化为三维的实物，3D打印本身的功能特性和新颖性以及对学习的支持作用都能够激发学生的好奇心和学习兴趣，提高学生的积极性与主动性。通过将3D打印技术引入课堂，学生们可以将自己的想法与构思呈现出来，不仅培养了学生的动手能力，还加深了对知识的理解与记忆，这样的良性循环会不断激发学生的学习热情，积极地投入到学习之中。

（2）培养学生的创新思维能力。3D打印技术为学生提供了一个自由发挥想象力的平台，学生们可以通过3D打印技术将很多课本上摸不着的东西变为实物，能够将学生脑子里很多灵光一现的想法捕捉下来。在3D打印技术的支持下，学生可以将更多的时间与精力投入到设计与创新环节，通过自身的理解与想象，结合课本上的知识进行举一反三，将理论概念转化为实物与亲身体验。可以说3D打印技术引入学校教学中，极大地促进了学生创新能力和思维能力的提高，学生们可以参与创新设计，尽情发挥自己的想象力和创造力，将创新思维能力培养贯穿于学习活动之中，最终打印出具有个人特色的作品，学习到课本上体验不到的知识。

（3）帮助教师探索新的教学方法。在传统的教学中，教师只能通过口头讲述的方式来为学生讲解知识，即使是多媒体技术和设备非常发达的现在，教师们也只能通过音频和视频使得教学更加生动真实，但由于学生的阅历有限，理解能力不足，对知识掌握得还是不够好。有了3D打印技术之后，教师就能够将全新的“体验式教育”实施到课堂之中，将以前课本上那些看不见摸不着，或是难以想象出来的知识点打印成三维实物，让学生通过自己的眼睛与双手去体验，去触碰。以学生为主导的教学方式，教师将学习的主动权交给学生，帮助学生去感受最真实最具体的理论概念与知识点，让学生更容易理解知识的内涵与意义。

二、3D打印在学校各学科的应用

（1）在科学学科中的运用。科学课程主要涉及一些简单的生物、物理和地理知识，学生在学习这些自然科学知识的时候，对于宏观的知识理解起来还较为容易，但对于一些微观知识和抽象知识，如“运动与力”“地球运动”等无法理解，也无法想象出其真实的状态。这时3D打印技术就可以派上用场了，对学生们难以理解的知识，可以用3D打印技g将其还原出来。例如，在讲解地球的运动状态时，就可以通过3D打印技术将地球打印出来，让学生感受地球的形状、海陆分布；在讲解地球的地貌地势时，可以将地球进行局部打印，让学生足不出户就能感受地球上的山脉、河流、沙漠、原野等。学生对知识的理解会更加透彻，记忆也会更加深刻。

（2）在数学学科中的运用。数学一直是教学重点与难点，数学中包含了太多抽象知识与概念，同时也涉及到大量的图形与图像，这对于学生和教师无疑是一项严峻的挑战。在数学教学过程中，教师可以运用3D打印技术将很多抽象的概念与知识点具象化。例如，在数学教学中会涉及一些立体几何的知识，常见的就是在纸上画出一堆堆积起来小方块，让学生去数有多少个面。在传统教学中，教师往往采用画三视图分解或者用削萝卜、捏橡皮泥等方式来帮助学生理解。这样的方法不仅费时费力，取得的效果也不理想，而3D打印则能够轻松解决这些问题，在数学教学中节省师生的时间，提升教学效果。

（3）在语文和英语学科中的应用。语文和英语学科，往往需要学生结合实物来理解其中的含义与意境。例如，在语文教学中，学生经常会学到一些写景咏物的诗词，这些诗词具有意境美，而学生理解起来甚是费力，通过3D打印就可以将作者所描述的意境进行真实还原，帮助学生理解诗词内容。例如，在学习《卢沟桥的狮子》《赵州桥》等课文时也可以通过3D打印来提高教学效率。在英语学习中，通过3D打印，学生可以了解中外文化差异，记忆单词会更加牢固。

三、结束语

目前，3D打印受到了各个领域的高度重视。虽然3D打印技术引入学校教学中还存在着很多困难，但其带来的好处是不可估量的。3D打印技术的运用，需要学校与师生的支持，使其充分发挥作用，为教育事业的发展提供动力。

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中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0096-02

3D打印（3-Dimensional Printing）学名是增材制造（Material additive manufacturing），是指将打印材料一次性熔聚成型的快速制造技术，是一种与传统去除加工方法相反、基于“三维数字模型”使用塑料或粉末状金属等可粘合材料，运用逐层制造方式将材料结合起来的加工技术，是由大批量、模范化制造模式向个性化制造模式发展的引领技术[1]。3D打印过程分为结构设计、切片处理和完成打印。3D打印的设计过程是：先通过计算机建模，再利用数据处理软件将建成的三维模型划分成逐层的截面，就是切片，进而指导打印机来进行逐层打印[3]。

该文基于3D打印技术，进行了不同类型的几何造型设计，并通过3D打印机实现了实物制作。

1 所用软件及3D打印设备

利用UG软件进行三维建模，建模时在“草图”上绘制草图，之后运用“拉伸”或“旋转”来构造模型。模型建好后运用“文件”里面的“导出”，选择“STL”格式，之后就可以进行数据处理。所使用的3D打印机用来处理打印数据的软件是Click和ReplicatorG，而为了运行ReplicatorG，还需安装Java和Python。

此次打印使用的是普及型3D打印机3D-YUNDL-24，属于挤压成型。此次打印使用的材料是聚乳酸也称为聚丙交酯（Polylactide），属于聚酯家族。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，主要以玉米、木薯等为原料，是理想的绿色高分子材料。

2 典型的结构设计

就普及型3D打印机3D-YUNDL-24而言，对模型有2个要求。

一是模型尺寸不能太大。受到打印机尺寸和打印速度的限制，模型尺寸不能太大。打印的模型尺寸若是太大，则打印时间就会太久。模型构造时应考虑尺寸大小，同时在数据处理时，在软件ReplicatorG里可以查看打印时间。

二是打印的模型形状不能是中空的。在构造模型时可以出现悬空的部分，但不能出现中空的结构。在3D打印机打印时对于模型悬空的部分可以通过打印支撑来解决，打印时，打印机通过打印支撑可以将悬空的结构打印在支撑上，虽然存在可以将支撑打印在已打印好的模型结构上，但是就普及型3D打印机3D-YUNDL-24的支撑不可以打印在已打印好的结构上，故不能出现中空结构。

绘制模型的初始阶段构造了简单的大部分由直线和平面组成的结构设计，包括匕首、短剑以及鞘。在用UG绘制过程中，主要用到了“拉伸”和“扫略”功能。对于匕首的设计采用的是现代匕首样式（见图1），单刃曲线结构，设有退血槽、剪切孔和倒刺；护手采用一大一小两个刀环的结构，全长114 mm，其中刀柄长42 mm，刀刃长72 mm；刀刃和刀柄部分高度都是14 mm；刀刃部分最宽的部分宽度是3.5 mm。

驮忧面设计选择的是机器猫的设计（见图2），其特点是多曲线，难点是细节上的修饰。对于机器猫的形状和比例选择，先是在网上查找机器猫的手办；经过大量观察机器猫手办，最终确定其形状尺寸和建模方法。其结构为：头部设计为直径30 mm的球；身体为多曲线的形状，其高度是10 mm，长21.8 mm，宽15 mm；之后是脚，同样为多曲线，高度是2.5 mm，长24 mm，宽22.5 mm；其余便是一些细节上的处理，胸前的口袋选半径是5 mm的下半圆，尾巴为直径8 mm的球，鼻子是直径4 mm的球，手取直径7 mm的球；胡须、嘴和眼睛选择画出轮廓之后拉伸求差，使其向下凹下去来表示；瞳孔选择画出轮廓后拉伸求和，使其向外突出0.5 mm；而手臂也是通过旋转来完成的，先在草图上绘制出一平行四边形，以其中一长边为中心线旋转，就可得到手臂结构。

零件的设计中设计了经典的齿轮、轴、轴套和键，并且创造性的将轴和键设计成一个整体加工（见图3）。其中，轴套要求内圆直径是11 mm，外圆直径是15 mm，数量是4个；而轴的直径和长度则是要根据与其配合的齿轮来计算，但设计的理想轴径是10 mm，数量为3根，长度分别为55 mm、45 mm、55 mm。

对于外壁的装配机构，选择将左、右两侧壁设计为有向内凹陷的2 mm槽，其余四壁设计为方向外凸出的1 mm厚薄板与两侧壁配合。各壁厚为5 mm，前、后壁与轴Ⅱ配合的位置向壁内内凹2.5 mm来进行轴向和径向定位；与轴Ⅰ和轴Ⅲ接触的位置则设计为有槽孔的通孔。同时由于减速器的减速效果不明显，故另设计一示意轮两个和拨动示意轮旋转的轴Ⅳ。同时将减速器上壁设计安放示意轮和轴Ⅳ的内凹结构。

3 实物制作

在打印之前需将用UG建好的模型输出为STL格式，之后再用Click和ReplicatorG软件进行数据处理，转换成3D打印机能识别打印的xj3dp格式文件。实际打印前需要将模型转换成3D打印机能够识别的xj3dp格式文件，之后利用3D打印机打印模型。通常情况下，首先打印支撑，之后是外层结构，设置为两层外壁；外壁打印完后则会在壁内打印支撑，最后仍是外壁。模型的填充率是10%，也就是说打印的模型只有10%的填充物。

打印过程中需要时刻在3D打印机前观察打印机工作状况，检验3D打印机是否正常打印、有无堵丝等情况发生。打印时会出现基板不粘丝和打印头堵丝的问题。基板不粘丝原因是工作台基板不平或者是打印材料质量不合格。若打印材料质量不合格则只需换另外的材料就可；倘若是基板不平则需要调平。打印头堵丝原因一是换丝时操作不当；原因二是材料质量不好。打印效果如图4和图5所示。

4 结语

该文介绍了3D打印技术的历史、原理、发展现状、应用领域，对打印机和打印材料类型进行说明，进行简单结构设计、复杂曲面设计和典型零件设计，并使用使用普及型3D打印机3D-YUNDL-24和PLA打印材料，进行实体3D打印，将模型实际打印出来。其目的是通过对3D打印技术的介绍，并结合实际打印过程，向人们证明3D打印技术巨大的潜力，在制造领域将人们的注意力转移到3D打印上，从而促进3D打印技术的发展。

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3D打印起源于19世纪末美国研究的“快速成型”——照相雕塑和地貌成形技术，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。3D打印的原理是：把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品，可以即时使用。

3D打印具有如下优点：

（1）3D打印成为工业化力量。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本，成为工业化的重要力量。（2）3D打印开始治病救人。因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制，通过3D打印制造的医疗植入物将提高你身边一些人的生活质量。这种技术已被应用于制造更好的钛质骨植入物、义肢以及矫正设备。（3）定制化成为常态。通过3D打印技术，创新公司根据用户对产品确切的具体信息进行定制，通过3D打印制造并直接将产品送到用户的家门口。（4）产品创新速度加快。由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间，设计人员将能够专注于产品的功能，使他们能够在设计的早期阶段就打印出原型产品、进行修改以及重新打印等等，从而加速创新，其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。（5）3D打印开始广泛应用于电影工业。由于3D打印是一种快速成型技术，对于制作复杂电影道具具有成本低、时间快的优势，高仿真的电影道具已经使用了3D打印技术来制作面具模型、汽车模型和其他功能性道具。

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笔者设想，将3D打印技术与工业化建筑相结合，探索“建筑3D+”的新模式，为此建筑新模式的广泛应用打下基础，以此推动建筑行业的大革命。从理论角度看，3D打印技术又称“快速成型”技术，其主要由快速成型技术发展而来；是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属、特殊蜡材或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式矶阅勘晡锾褰行构造[1]。3D打印机的材料主要是金属、陶瓷、塑料、砂等粉末，是实实在在的原材料，其原理是通过电脑控制把打印材料用喷头一层层叠加起来[2]，最终把计算机上的设计图变成现实。而工业化建筑即将整个建筑生产活动系统化、集约化、标准化，同时将建筑物各部件进行预制后直接装配的建筑模式。工业化建筑正在逐步走向建筑行业之中。

一、国内外3D打印技术发展现状

近几年，3D打印技术正在逐渐被运用到各个行业，3D打印技术运用于建筑领域开创了建筑业技术创新的先河，这项技术在建筑领域的运用将彻底颠覆传统的建筑行业，一种新型的建筑模式正在悄然兴起。

近年来，3D打印建筑在国内受到高度青睐，并在多地成功运用到实际建造过程中。2014年4月全国首批3D打印建筑物在上海高新青浦园区亮相，仅花费24小时就成功的打印出10幢小屋；2015年1月，在苏州成功地打印出别墅；在山东，计划运用3D打印技术建造世界上最大的3D打印建筑群―月亮湾湿地公园；同样在山东，将利用三维彩色打印机打印出第一个彩色的创意建筑。2016年3月，盈创建筑科技（上海）有限公司在苏州的工厂内，运用3D技术打印出两幢苏州园林般的中式庭院，受到了参观者高度的赞誉；据中国3D打印网报道，北京通州区耗时45天，打印出了一幢两层高、400平米、可抗八级地震的别墅。

据报道，荷兰的建筑师简加普・鲁基森纳斯（JanjaapRuijssenaars）与意大利发明家EnricoDini（D-Shape3D打印机发明人）一同合作，3D打印全球首个商业建筑----别墅式酒店；美国教授比赫洛克・霍什内维斯成立的3D打印技术项目――“轮廓工艺”欲进军房屋建造领域；2016年5月全球首座3D打印办公室在迪拜开幕，这一办公室建设时间仅17天；“3D打印建筑和新打印材料”成为2017年美国科学促进会（AAAS）讨论的重点。近日硅谷公司公布的一项3D打印技术，将过去逐层堆叠打印方式改变为在液体中直接打印。其速度不仅提高了25-100倍，而且可以打印出高强度、形状各异的更加细腻精致的物品。这恰好迎合了当下人们多样化的审美需要，也为3D技术的发展开拓了更为广阔的前景。

二、工业化建筑方面的发展现状

我国已成为全球第二大经济体，但我们的发展却是以环境和能源为代价的粗放式发展。为此，转变建筑发展方式已成为建筑业的必经之路。2006年国家住建部就首次提出建筑工业化，自此以来，国家不断鼓励建筑工业化、产业化。在欧美，建筑工业化率已经达到70%-80%以上，在国内则刚刚起步。根据住建部公布的数据显示，2014在全国新开工的建筑中，产业化建筑面积仅占新开工总面积的0.34%，此后两年在此基础上小幅上升。所以加快建筑工业化已成为我国建筑业发展的迫切需要。

2016年我国的建筑工业化趋势正在逐步形成，湖南长沙远大可建集团和中南集团的NPC体系（预制装配技术体系）技术研究正在逐渐向建筑工业化靠拢。国家也出台了相关政策引导建筑工业化，而且整个社会对建筑工业化的认知度也提高了，处于整条产业链上下游的公司也都争先搭上这一发展快车，积极向工业化靠拢和转型。

2017年，举办的中国国际建筑工业化及装配式建筑产业博览会上，展览了大批装配式建筑样板房和装配式结构系统；在北京开展的以“共筑明日之家，发展低碳经济”为主体的第十六届中国国际住宅产业博览会上，展出的也多为装配式结构的建筑；杭州、宁波和绍兴等地的相关部门甚至要求在中心城区出让或划拨的土地上新建的项目，全部实施装配式建造。一时之间，我国掀起了一股发展工业化建筑的热潮。

但总体来说我国的建筑工业化起步晚于西方一些国家，发展规模与速度也是远不如这些国家。二战后，在西方国家亟需解决大量的住房问题，然而劳动力却严重缺乏的情况下，就开始推行建筑工业化，如日本、美国、英国很早就开始积极推动建筑工业化。占相当大的市场份额的模块化建筑是英国住宅产业化的主要模式，世界上率先在工厂生产住宅的国家当属日本。总之，中国与发达国家在建筑工业化方面相差逾10倍。

三、我国建筑业现状

近年来，我国经济不断发展，城市化进程加速推进，与此同时，政府大力加强基础设施的建设，因此建筑行业也取得举世瞩目的成就。

进入21世纪，我国建筑业总产值和增加值都实现了飞跃式的发展。2015年，我国的国内生产总值为67.67万亿元，同比增长6.9%，建筑业总产值为18.07万亿，同比增长却只有2.3%。这足以证明建筑业在整个国民经济中的分量，但其发展速度却不利于整个国民经济的发展。这更加说明了我国建筑业转型升级的必要性。

我国的建筑业总产值不断增大，劳动生产率也在逐步提高，但其经济效益却一直稳步不前。如何提升我国建筑行业市场同世界市场竞争力，使其更好地促进我国经济持续健康发展，是我国建筑行业必须解决的一大难题。因此，转变建筑业的发展方式，提升其科技竞争力，推动传统建筑模式的改革，走绿色、工业化建筑之路已成为建筑行业健康发展的迫切需要。

综合上述因素，本文们提出的3D打印+集约化建筑正好顺应了建筑业发展的趋势，为推动建筑行业的革新提供了契机。

四、农村建筑发展现状

在国家新一轮改革浪潮的推动下，农村改革更是上升到了历史的新高度，国家要求全面推动农村改革，以实现全面建成小康社会的目标。众所周知，改善农村住房条件，是建设社会主义新农村的必经之路。另一方面，许多农村大力发展乡村旅游业，风格各异的观光建筑也成为农村建筑的一大方面。农村广阔的建筑市场也为3D打印建筑走进农村提供了价值支撑。

然而农村住房建设却面临着许多问题，建筑结构粗略，质量差，采光、通风等没有得到较好的处理，保温隔热效果较差，房屋性能差；另外，由于许多农村地处山区，运输不便，建筑成本高。再者由于农村住房建设较为粗放，滥砍乱伐的现象依然十分突出，因此对环境的威胁依旧十分严峻。恰好，3D打印建筑能满足农村建筑风格多样的需求，并且有利于改善建筑物的性能和优化建筑物的结构，提高建筑物的质量。另外，农村多为低矮的单体建筑，这也这正好解决了3D打印机体积上的难题。

五、发展前景

虽然3D打印建筑的理念才诞生度短短的几年，但S多国家纷纷进行试验和探究，欲占领这一发展先机。迪拜市政府欲制订新法例以规范3D打印技术在建筑领域的应用，希望到2030年之前使迪拜成为全球主要3D打印技术的中心之一；韩国直接对3D打印实行减免税，以鼓励其发展；2016年8月23日，国家住建部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，规定积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究。由此，不难看出3D打印建筑的重要性和战略性，所以尽快抓住3D技术的发展机遇，必将对社会产生重大的影响。

3D打印技术不仅可以降低成本，绿色环保、高性能；更重要的是可以打印出复杂、特殊、个性化的建筑产品。但由于现在3D打印只能断续打印大的构件再拼接。对于高层住房的应用有一定困难，所以，农村低矮建筑是优先进行实践的最优方向。但是随着相关难题的攻克，3D打印将使建筑风格更加多样化，结构更加稳定合理。

装配式建筑实现设计模数化、标准化[3]。不仅户型优化设计，极大提高了效率；而且预制建筑构件工厂化、标准化生产质量保证。节省了大量的人力、物力、原材料、时间等，省去了许多工序，同时也符合国家节能、低碳、节约经济的发展要求，顺应了住宅产业现代化和人居质量提升的发展方向。

通过将3D打印技术与工业化建筑相结合的模式，率先在农村发展，也为其进一步推广到整个建筑行业做了充分的实践基础和理论来源，这一模式必将被广泛运用于建筑行业，甚至于其它制造业。为此将推动整个社会生产力的大变革。

结语

总之，推动建筑行业的革新，创新建筑模式和建筑生产方式已成为建筑发展的必然。而“3D打印+集约化”的建筑模式正好代表了建筑行业的最新发展方向。目前，有必要群策群力，解决好这一模式的难题，成功的运用并推广这一模式必将引领建筑行业走向新的高度，从而推动整个生产力的变革，进而推动人类文明的进步。

参考文献：

[1]方兴未艾的3D打印[J].安徽科技，2015，5；55-56.

[2]高峰.可能改变世界工业格局的打印技术[J].高中生之友（青春版），2013，5；45-46.

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商业应用仍占主流

以3D打印技术制造产品原型一直都是该技术自发展以来最重要的用途，它能够让使用单位在研发阶段降低或缓和因产品设计、造型和功能等因素所带来的风险，还能支持新的制造流程，缩短产品研发周期。

例如在模具制造业中，Stratasys公司的3D打印解决方案被运用在车载应用供水与供暖系统制造商Whale 公司的加工制造过程中，成功将原型部件注塑模具工具的交付周期缩短了97%左右。 Whale 公司 3D 技术服务部负责人 Jim Sargent 表示，公司现在使用 Objet350 Connex 多材料 3D 打印机，在 24 小时内就能打印出 3D 注塑模具工具，且只需花费制造金属工具成本的一小部分。“过去，我们生产金属工具的交付周期为 4―5周，且生产成本十分高昂；现在，凭借3D 打印机，可以在白天完成工具的设计，夜间进行 3D 打印，次日早晨利用一系列最终产品材料对其进行测试。这一全新的加工方法显著节省了我们的时间和成本。”

利用3D打印技术制造医疗器材是另一个令人振奋的发展方向。以较为成熟的齿科应用为例，3D打印技术运用计算机辅助设计（CAD） 文件数据，为每位患者逐层创建出专用的塑料制品，满足了定制化以及大批量生产这两项要求，并且协助提升了手术的精准度，因此在牙科治疗和美容手术中受到了欢迎。另外，在骨科应用中，3D打印技术同样也能够以优良的单位成本优势实现定制化生产骨科植入物或其它医疗器械的目标。

对于大众消费类市场而言，尽管有关机构表示，由于生产技术和产品价格等因素，3D 打印技术在这一领域中仍需5到10年才能达到成熟期，但一些行业领导企业已经开始积极布局这一市场。在3D Systems公布的2014下半年战略重点中，其中之一就是继续拓展3D打印产品与技术的消费级应用，例如通过与消费领域的领先企业如：好时 （Hershey）、孩之宝（Hasbro）、史泰博（Staples）和美泰（Mattel）等公司联手，进一步推动消费级3D打印市场的容量。

此外，据称，3D Systems于2014年秋天在洛杉矶推出了世界上第一家数字面包店，该面包店有助于促进其开发的糖果ChefJet系列3D打印机的市场推广度。

3D打印机市场格局初显

越来越多的OEM厂家正加入到3D打印机供应商的行列中。Gartner曾预测，2015年全球3D打印机的出货量会成倍增长；而2014年全球市场对3D打印机的支出同比增长 62%，达到6.69亿美元，其中企业支出为5.36亿美元，消费类支出约为1.33亿美元。

尽管市场空间仍然有限，但最近几年3D打印机的销售增长速度有目共睹。

有行业人士指出，一旦市场容量达到100万台的水平，一些资金、技术实力雄厚的大型供应商将在行业中占据更为重要的位置，并主导重新定义该行业的标准和业务模式，而那些小公司则会逐渐退出市场竞争或是被收购。

在顶级3D打印机供应商的名单中，3D Systems和Stratasys公司是两大代表，他们目前的研发重点也是行业的主流趋势之一，那就是如何令3D打印设备的价格能够被更广泛的市场所接受。在过去，主要用于工业应用的3D 打印机的价格至少要在10万美元以上，而如今，3D打印机的目标价位要降至1300美元左右。特别是对于小型公司而言，成功的关键在于能否满足1300 美元范围内的市场需求，以适应大批量生产和销售，或者是否拥有一些专利技术，以求被收购。总之，未来几年里，大多数规模较小的3D打印机公司将遇到严峻的考验。

与此同时，那些领先的3D打印机制造厂商还在不断的发展壮大之中，他们通常采用企业收购行为，进一步刺激业务增长率并引入更先进的技术，以巩固自己在行业中的领导地位。例如，2013年年中，Stratasys收购了桌面型3D打印设备厂商Makerbot；3D Systems并购了金属粉末SLS 3D打印机生产厂商Phenix Systems。2014年4月，Stratasys同意以2.95亿美元收购北美最大的3D打印、模具、注塑建模和快速成型服务提供商Solid Concepts，以及另一家3D打印公司Harvest Technologies。而为了进军医疗行业，2014年3D Systems宣布收购定制化医疗设备和个体化手术治疗公司Medical Modeling、仿真手术设备公司Simbionix等多家企业。

传统2D打印机厂商同样是一股不可忽视的势力，许多商业化3D技术都是由2D打印机厂商所开发的，其中包括佳能、惠普、京瓷、理光和富士施乐等。毫无疑问，这些2D打印机制造商一直都在等待3D市场的成熟和出货量的起飞，目前他们正利用已有的自身品牌积累，积极作好进军3D打印市场的准备。

中国3D打印产业迎来重要“窗口”期

作为全球重要的制造业大国，3D打印技术在中国同样获得了政策面和产业面的高度重视。未来几年是中国3D打印发展的重要 “窗口”期，到2020年3D打印产业有望实行全面产业化。

在桌面级设备方面，2014年8月，珠海西通电子有限公司了国内首款采用SLA光固化技术的3D打印机，打印精度最高可达0.025mm，打印速度可实现每小时15mm，产品定价约为2万元左右，大幅提升了产品的品质和性价比。

此外，在主流的FDM熔融层积打印机市场上，珠海西通电子、杭州先临三维科技股份有限公司、深圳武腾科技有限公司等都是目前本土重要的供应厂商。

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工业设计经过一百多年的发展已经从最开始的对批量生产的工业产品的材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工、装饰等的单个产品的设计发展到一种创造性活动，目的是为物品、过程、服务以及整个生命周期中构成的系统的设计，这种设计将会对人类的生产生活方式产生更大更广的影响。国内的工业设计从八十年代开始，受工艺美术的影响较深，无论从设计方法还是表现技法等方面。到了九十年代，随着中国改革开放的推进，国内的生产制造技术和工业产品的生产都到了一个蓬勃发展的阶段，而且出现了以计算机技术为支柱的信息技术的发展，计算机辅助设计已经被运用到设计、生产、制造等环节。这时也出现了最早的3D打印技术，直到二零一零年后3D打印技术趋于完善，被运用到很多领域，尤其是工业设计，设计师用3D打印技术打印设计的产品，缩短了产品设计的周期，省去了模型制造、审核的环节。通过计算机辅助工业设计和3D打印技术的结合，设计师可以很直观地对设计的产品进行测试、审核、检验，缩短了产品的开发周期，提高了产品投入市场的速度。

1计算机辅助工业设计

计算机辅助工业设计，简称CAID（ComputerAidedIndustri-alDesign）,来源于计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDe-sign）,是专门针对工业设计领域的创造性活动而言的。CAID，即在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下形成的，与传统的工业设计相比，CAID在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。一个产品的设计流程大体包括:设计需求、市场调研、设计定位、草图、效果图、数据模型、实物模型、量产等阶段。这其中可视化部分占了很大比重，也是在这一阶段计算机辅助工业设计运用比较多。比如效果图阶段，会应用一些平面类的软件（Pho-toshop、Illustrator、Coreldraw）进行计算机辅助设计，做二维效果图，用三维软件（Rhinoceros、3DMax、Maya等）来做计算机模型，渲染三维效果图。数据模型阶段用一些工程类软件（Pro/Engi-neer、SolidWorks、CATIA等）做工程模型，直接为后面的生产制造做准备。整个产品从创造设计到表现，运用计算辅助设计会比以前的手绘效果图和手工制作模型节省很多时间，也更直观、高效。用计算机辅助设计做设计表现的技术和软件已经相当成熟，尤其是伴随着计算机硬件的升级换代和计算机辅助设计软件的智能化、集中化，未来计算机会完美呈现设计者的设计构想，不用去花费太多的精力和时间去学习各种软件建模、渲染技术。这样是技术对设计师的一种解放，让设计师可以把更多的精力集中到设计创造阶段。除了计算机辅助设计在设计表现方面的运用，我们应该更大化地拓宽计算机辅助设计的层面，比如在设计的前期调研阶段，可以运用计算机技术来进行信息的采集和分析，运用大数据来分析，帮助设计师进行设计定位，这样的设计定位会更加准确可靠。还有设计过程中对产品的人机工程学分析，只要有了数据模型，我们可以通过计算机辅助设计技术，用人体数据库对设计进行检验，提出更合理的人因工程分析数据，帮助设计师改进设计。这些都是计算机辅助设计技术应该发挥作用的方面。

23D打印技术与工业设计

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印技术在工业设计领域应用的相对较多。传统的工业设计进行到最后阶段会做一个手钣模型，用来测试和检验设计的可行性和合理性。做手钣模型一般要用一周时间，价格从几千元到上万元人民币，而且做出来的模型精度还不高。如果要涉及到开模，做一套模具将会花费更多的时间和更高的价格。如果运用3D打印技术，只需要一台3D打印机和相应的打印材料，就可以用几个小时的时间打印出精度高，复杂的模型。这样会大大缩短产品的开发周期和开发成本。随着3D打印技术变得越来越成熟，3D打印机越来越普及价格也越来越低，好多企业和设计公司都会配备一台3D打印机，甚至有一些3D打印公司专门针对家庭客户，当作是一个家电产品和玩具在销售。设计师发明了3D打印，3D打印技术助力了工业设计，可以说3D打印技术的出现会对制造业和工业设计产生根本性的影响，从目前的情况来看，3D打印技术已经在改变着这些方面，比如用3D打印技术打印的房子，改善了一些特殊环境下人类的居住条件；用3D打印技术打印的人体器官，将会改变一直靠捐献才能得到合适的人体器官的局面，让更多有需要的人得到帮助，延长了人类的寿命；用3D打印技术打印的衣服、饰品、鞋子等，这些打印产品的出现将会改变人类的生活方式。

3计算机辅助工业设计与33D打印技术的结合

计算机辅助工业设计与3D打印技术是相辅相成的，计算机辅助工业设计为3D打印技术提供数据模型，3D打印技术让计算机辅助工业设计从虚拟变成了现实。工业设计把计算机辅助设计和3D打印技术很好地结合了起来，这种结合将会改变工业设计的整个流程和方法，反过来，工业设计将使这两项技术走向更远，得到更广的运用。

4总结

通过对计算机辅助工业设计和3D打印技术在工业设计中应用的简单介绍和分析，我们可以基本了解和掌握一些情况，计算机辅助工业设计和3D打印技术应用在了工业设计的哪些环节当中，并起到了什么样的作用，甚至我们可以去思考和联想，未来的CAID和3D打印技术将会以什么样的作用来影响工业设计。笔者通过介绍实际参加的设计案例更直观地呈现了两项技术在设计过程中的作用。笔者也相信，工业设计的领域将会更加广阔，以人为本的设计理念将会涉及到各个行业，各个领域的先进技术和经验也会为工业设计拿来所用，以便促进工业设计的开发流程和方法。只要我们拥有一种不断创新的精神，相信未来中国的工业设计将会有更好的发展。

作者:郝建峰 单位:山西农业大学信息学院

参考文献:

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3D打印技术作为快速成型技术的重要种类，教育阶段中将3D打印技术作为新型课堂教学内容，必须从实际需求出发，具有批判性思维和解决实际问题能力的教学思想，开展研究教学，重视实践教学经验的吸收和学习，查找相关创新应用及技术资源，引领学生新思维、创新能力有效提升，实现数字化教学与创新发展，不断推动3D技术的有效提升。

1 3D打印技术理论基础

3D打印技术是快速成型技术的一种，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，在逐层打印后实现物体的构造技术。在20世纪90年代中期出现，1986年美国科学家Charles Hull开发第一台商业印刷机后，3D打印技术被麻省理工学院、ZCorp公司进行深入开发运用，在2011年南安普顿大学开发出第一架3D打印的飞机，直到2019年美国加州大学利用3D打印技术制造出中枢神经系统结构的脊髓支架模仿。可见，3D打印技术应用领域从建筑工程、工业、航天、医学领域等多方面都具有应用价值，尤其在工业设计领域用于制造模型最为广泛及迅速应用，利用数字技术材料打印机实现3D打印。3D打印技术具有三维设计、切片处理及完成打印三个重要过程，通过计算机内建模软件的建模，形成三维打印的设计，将建成的三维模型“分区”进行逐层截面切片，实现打印机的逐层打印。3D打印成品真实、形象，其不需要切、削、模型等技术，加工速度极快并且生产周期较短，能够实现结构复杂、体积较小的产品完成，并且是一体成型，減少二次加工环节，既可批量完成也可实现远程操作，能够满足不同的需求。

2 3D打印设计教学理念

3D打印技术作为新兴的教学方向，必须通过合理的教学活动获得经验，提高学习者主动实践的学习能力，构建科学的教学理念，引导学生的探究精神，培养学生举一反三的能力，打破传统教学的理念及方式，积极将3D打印技术融入到工业设计课程中，根据设计不同阶段的需要，积极进行交流，实现理论与实践相结合。在教学过程中，注重搭建科学有效地教学理念，积极与现实发展相结合，为学生寻找更多的学习资料，在教学大纲基础上，与现实发展密切联系，分析成功案例，查找适合自身课程所需经验，分析解读后为学生提供相关知识，吸引学生到课堂，拓宽学生知识面，激发学习兴趣，促进教学理念的有效提升。

在教学理念构建过程中，要注重科学性的体现先进工艺美与精确美，工业设计不仅仅是产品造型，更要注重功能、结构的设计，实现成本最低创造最高的附加值目标。在教学过程中要根据工业设计专业的特殊性将结合，将基础教学与实践紧密结合，通过3D打印技术将产品理论与实践相结合，对每个阶段设计的不同要求进行沟通与交流，注重激发学生的主动性与参与性，教师根据各环节重点进行正确的引导，必须注重实践的教学理念搭建，实现理论与实践的有机结合，注重给学生建立工业设计必须商品化是设计追求的最终目标，在设计过程中不仅要注重设计美感，更要实现设计结果的可应用性，明确设计的目的，了解商品化的过程，实现设计与生产的统一性，保障工业设计的商品化需求。在教学过程中注重系统的教学观念确立，注重实践能力的有效提升，运用3D打印技术为学生带来设计过程的展示与学习，将3D打印技术作为重要的教学内容进行深入的学习，设计教育必须遵循发展的前沿需求，与现实发展相结合。

3 基于3D打印的教学方式

3.1 翻转课堂

随着教学改革的不断深入，翻转课堂模式成为教学新的模式推进，并受到各阶段教学的积极响应，在3D打印技术教学过程中采用新型模式为师生沟通建立的重要的平台，并为学生的实践动手能力提供可靠保障，在计算机的应用及3D技术的学习提升学生理论实践能力，对视觉感官和智能控制有了进一步的了解。翻转课堂突破了传统的教育观念，美国罗伯特-陶伯特在通过多年的教学实践经验基础上提出了几个重要步骤，一个是课前学生观看教师提前准备好的教学视频做相关的作业练习，在课堂中对学生进行针对性测验，提出具有问题学习理论及实践知识，最后总结和评价反馈。注重“以人为本”“因材施教”需求，在3D打印设计教学过程中重视教学环境、教师及学生能力，实现动手动脑能力有效增强。在教师进行教学视频的准备过程中，注重丰富教学的内容，将教学大纲基础与现实3D打印技术成果相结合，积累设计经验，提出创新思想，抓住工业设计过程中的住重点、难点，提出问题开展教学，坚持运用新知识引导教学，积极解决在设计课程中存在的问题，对普遍问题进行解决，促进理论与实践的相结合。一方面提升教师的备课能力及专业基础能力，一方面激发学生学习兴趣，共同开展研究学习，提升学习成效。

3.2 多媒体教学

在教学过程中多采用多媒体进行教学，3D打印技术与工业设计是目前的前沿科技，需要大量的新技术、新知识融入教学过程中，运用多媒体教学方式全方位地进行学习，多媒体教育突破了传统教学观念，突破“一言堂”传统模式，教学氛围更为活跃，能够达到事半功倍的教学效果。在教学过程中注重查找图像、视频、成果展示等等的视频及音频内容，利用现场环境的营造，深刻领悟工业设计、3D打印技术的真谛，能够根据自身专业特点进行积极的学习，学习重点及方向明确。教学过程中，教师通过多媒体资源的收集，对现实3D打印技术环境及工业设计发展方向具有更鲜明的了解，丰富教学资源，提高教学能力。

3.3 课题竞赛

工业设计专业学生动脑及动手能力较强，对新事物接受能力快，并能够主动进行挑战，运用任务小竞赛或课题小竞赛激发学生学习热情，发挥团队精神，能够将自身理论知识与实践知识相结合，并将知识进行融汇贯通。通过产品设计课程进行分组的形式任务布置，或采用给定主题，将学生分为几个小组，培养学生发现问题能力，分析和解决问题能力，提高学生的综合能力，可运用不同的方案进行设计及完善，对设计出现的难点及热点问题，积极查找资料，对每个步骤及个人进行考评，督促学生参与深度及广度，利用几个课时进行答辩、投票等方式，进行等级评定后给予响应奖励。通过竞赛激发学生学习热情及挑战热情，能够对自身知识进行实践，工业设计专业必须具有动脑及动手能力，竞赛方式能够敦促学生审视自身知识系统全况，查找及填补不足，教师也可在竞赛过程中对学生存在的普遍或难点问题进行深入教学、剖析，并对较为优秀的产品作为案例进行分析及推广，实现工业产品的设计与学习。

3.4 微课堂方式

随着收集终端的普及，高效率的各类手机、平板、笔记本计算机被广泛应用，工业设计专业学生对先进的技术及设备学习能力较强，能够使用相关软件进行深入学习。并可以在课余时间及零散时间进行知识的学习，教师通过制作主题较为突出且短小的片段进行知识点学习，对3D打印技术的学习及应用具有较为突出的优点，能够为学生安排较为宽松的学习环境，并能够与现实生活相联系。使学生的思维更为宽广，能够及时与教师进行沟通，摒弃传统僵化的教学方式，更符合时代性，能够激发学生学习热情。且工业设计专业在3D打印技术的学习及使用过程中需要大量的新知识，实践知识更新速度较快，通过微课程能够将现实发展情况及时进行联系，应用到现实生活中与学习紧密相联系，为教学提供更为宽广的范围及知识，促进课堂教学内容的有效丰富。通过微课堂模式激发学生学习热情，促进学生与教师联系沟通能力，提升教学的有效性。

4 基于3D打印的教学内容

4.1 基础教学

3D打印技术的学习及应用涉及数学、艺术、信息等众多学科，甚至还有电子、机械等学科内容，关系到多领域的综合性课程，在教学过程中，注重基础知识的有效学习，加强及加深基础理论的学习，扎实学生学习基础，对产品的形态进行设计，合理设计结构与加工工艺，选择适合材料，将产品的特有属性突出，将工业设计的真谛进行学习，在学习过程中重视对心理产生统一、协调的感受，不仅体现产品的完美，更要体现现代工业生产科技、自然和人文关系，将工业产品设计创新原则、美观原则、可行原则、合理原则、适用原则、可靠原则及经济原则等重要内容，树立正確的工业产品设计思维，引导学生积极进行创新及发展。

4.2 实践教学

篇13

3D打印既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

目前3D打印技术不仅运用在制造产品原型上，还被运用到多个领域中，比如《生物制造》杂志就刊登了一则研究报告称：可以用3D打印技术批量制造出干细胞，这一技术将能加速实现打印人造器官的进程。在不久的未来，这种3D打印技术可以用来制造类活组织物质，作为药物测试的样品；再比如，一些3D打印的零部件已经被应用机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在不知不觉的情况下，3D打印将渗透在我们的生活之中。

《日经周报》就曾刊文指出，随着技术的日益成熟，3D打印很有可能终结传统的批量化生产时代。但是也有不同的声音表示反对。那么，对于玩具制造业而言，3D打印技术到底会是助力，还是颠覆呢？

3D打印深刻影响玩具制造

目前，全球制造业正面临着第三次科技变革。自从福特・亨利在一个世纪以前开创了流水线以来，制造商就通过批量化生产来降低生产成本。通过增加资本投资，就可以提升生产数量和降低单价。这种规模经济效益正是当前工业巨头们获取利润的重要方式。玩具制造业也不例外。

但是，时下的消费者对新奇产品的需求和渴望远远大于过去。这就促使制造商们必须缩短产品生产周期，加快新品速度。在这个一切以“快”为标准的生产时代，3D打印等数码技术无疑可以帮助厂家应对消费者瞬息万变的口味。

迪士尼的研究员现在已经着手于各种3D打印技术的研究和应用，包括一种可以在密封的空间里受控发光的“光管”。他们说3D打印机能够创造出高准确率的物体，这些物体原本的制作方法非常复杂，且制作成本昂贵。

无疑，这为迪士尼创造新样式的玩具开辟了道路。

在一向以制造精细为傲的日本，3D打印也早已进入了玩具制造的流程之中。总部设于东京浅草区的万代玩具公司，早在2005年就引进了第一台3D打印机，目前，数量已经增加至5台，每天全速运转为公司制造各类新品模型。

在过去，为了制作出高度精细的金属模型，万代公司必须花费一周乃至数周的时间来制作各个零部件。而现在，万代的一名设计组组长Hokuto Furusawa表示：“有了3D打印机，我们制作同样的模型只需要一到两天。”这就极大地缩短了产品研发周期，提高产品更新的效率。

但此类技术的兴起对日本制造商而言，无疑是一把双刃剑。

过去，日本公司只要掌握了基本的生产技术，如金属铸模，就能在中国和其他亚洲同行中胜出。但是现在，有了高端的3D打印设备，其对手也可以获得日本原有的高精度制造的优势。

3D打印技术的运用同时也令开发新品模型的成本大大降低。对新兴的亚洲市场来说，3D打印技术也降低了生产更新、更复杂的产品的难度。

日后，玩具制造的胜负，更多将取决于产品设计和电子制图技术。这些都是在同等3D打印技术的基础上，制作出更优秀作品的前提。

成就另类玩具DIY新概念？

而在美国，3D打印已经从制造商的设计室走入平常人家。

过去，爸爸妈妈要在假期里，去购物中心为孩子选购乐高积木或者是星球大战巡洋舰。而现在，随着操作简化的3D打印机价格变得更为亲民，它们开始走入寻常人家。

经营着一家销售公司的Nardone相信，这些平民化的3D打印机作为玩家自己制作玩具的工具，甚至其本身就是一款DIY玩具，将有着无限的潜力。他表示：“有些公司将会推出低至199美元（约合1241元人民币）的3D打印机。”

3D Systems（美国最大的3D打印机生产制造上市公司）拥有一个网上设计平台 （http：//），其运作模式和苹果的iTunes及谷歌的安卓应用商店相类似。购买了该公司生产的3D打印机的客户，可以在这个设计平台上下载由独立开发者设计的珠宝、玩具、灯罩等各种3D模型，然后用3D打印机将其变为实物。

另一家名为MakerBot的公司则采取更为开放的做法。这家公司在其Thingiverse线上平台 （）上免费提供开源的设计和软件，而公司自身则专注于销售所需的3D打印机和打印材料。

尽管这家公司的做法令版权持有者不安，但是消费者已经开始利用3D打印技术来制造自己专属的星球大战巡洋舰，或者价格更为低廉的乐高玩具或美泰娃娃。

目前，美国的各大3D打印机生产商自推出相对平价的3D打印机之后，需求量都比过去起码翻了一番，大大超出了厂家的预期。

市场研究机构Wohlers Associates主席Terry Wohlers表示：“如果在将来，有厂家推出价格更为低廉，使用更为安全的童用3D打印机，可以预想到，超过半数的家庭都会拥有一台，作为孩子的玩具。”

CSC公司前沿论坛（CSC's Leading Edge Forum）澳大利亚区域经理维韦克・斯里尼瓦桑（Vivek Srinivasan）和CSC澳大利亚分公司的高级顾问贾德罗・巴森（Jarrod Bassan）最近联合发表了一份题为《3D打印和制造业未来》（3D Printing and the Future of Manufacturing）的报告，称3D打印技术将改变零售的模式，延伸至玩具行业，由此也将引发玩具制造的变革。

报告称，3D打印店将开始出现，它们最初会凭借高品质的3D打印技术为本地市场提供服务。一开始是快速原型制造，但这些打印店会转移到消费市场。零售商开始“运送设计，而不是产品”。由此可以想象，玩具制造商的职能会从制造成品向制造玩具设计转变。也许在将来，消费者只需要上网选定并购买自己喜爱的玩具设计数码模型，然后去本地的3D打印店获取自己定制的产品，就像如今你在本地沃尔玛（Walmart）商场内冲印照片一样。

3D打印仍面临诸多技术挑战

首当其冲的就是价格问题。玩具世界杂志出版商John Baulch告诉BBC记者，“玩具行业经常需要利用科技加强玩具令人惊叹的元素。但是，最关键的一点是，这些技术的使用能否使这些玩具的价格适合产品最终的销售。到目前为止，一部分公司已经开发应用3D打印的方法，但是得到的产品价格还未降到可以大范围普及的程度。最后，只能瞄准成人收藏者市场，而不是儿童市场。”

其次是知识产权归属问题。3D打印可以很容易地复制拥有版权的产品设计，随着制造商和设计者开始应对这种情况，未来将出现关于产品设计知识产权归属的诉讼案例。文件共享网站使音乐的复制和共享变得简单，从而撼动了整个音乐行业。与此类似，3D打印技术轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力将引发新一波知识产权问题。因而有些玩具公司将其视为敌人。

而且，3D打印仍然面临着许多技术上的挑战，美国一项研究曾将其面临的主要问题归纳为以下几个方面：材料的刻画，材料的研制，过程控制问题，过程的建模与分析，机器的验证与标准，机器的模块化构造与组合，设计工具与软件。其中最难解决的是材料问题。目前，不但能够用于3D打印的材料非常有限，主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料，而且很多材料的强度和硬度都无法达到预期。

近日，国内首家3D打印体验店落户北京，而英国互联网公司MakieLab宣布其第一款3D打印玩具Makies已经成功满足欧洲玩具安全标准，成为世界上第一个通过CE认证的3D打印玩具。由此在媒体上引起新一轮对3D打印技术的热议。可以预见，3D打印玩具将引发玩具制造业的深刻变革。

或成制造业发展新趋势

3D打印既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

其优点是大大节省工业样品制作时间，且可以“打印”造型复杂的产品。因此许多专家认为，这种技术代表制造业发展新趋势。

目前3D打印技术不仅运用在制造产品原型上，还被运用到多个领域中，比如《生物制造》杂志就刊登了一则研究报告称：可以用3D打印技术批量制造出干细胞，这一技术将能加速实现打印人造器官的进程。在不久的未来，这种3D打印技术可以用来制造类活组织物质，作为药物测试的样品；再比如，一些3D打印的零部件已经被应用机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在不知不觉的情况下，3D打印将渗透在我们的生活之中。

《日经周报》就曾刊文指出，随着技术的日益成熟，3D打印很有可能终结传统的批量化生产时代。但是也有不同的声音表示反对。那么，对于玩具制造业而言，3D打印技术到底会是助力，还是颠覆呢？

3D打印深刻影响玩具制造

目前，全球制造业正面临着第三次科技变革。自从福特・亨利在一个世纪以前开创了流水线以来，制造商就通过批量化生产来降低生产成本。通过增加资本投资，就可以提升生产数量和降低单价。这种规模经济效益正是当前工业巨头们获取利润的重要方式。玩具制造业也不例外。

但是，时下的消费者对新奇产品的需求和渴望远远大于过去。这就促使制造商们必须缩短产品生产周期，加快新品速度。在这个一切以“快”为标准的生产时代，3D打印等数码技术无疑可以帮助厂家应对消费者瞬息万变的口味。

迪士尼的研究员现在已经着手于各种3D打印技术的研究和应用，包括一种可以在密封的空间里受控发光的“光管”。他们说3D打印机能够创造出高准确率的物体，这些物体原本的制作方法非常复杂，且制作成本昂贵。

无疑，这为迪士尼创造新样式的玩具开辟了道路。

在一向以制造精细为傲的日本，3D打印也早已进入了玩具制造的流程之中。总部设于东京浅草区的万代玩具公司，早在2005年就引进了第一台3D打印机，目前，数量已经增加至5台，每天全速运转为公司制造各类新品模型。

在过去，为了制作出高度精细的金属模型，万代公司必须花费一周乃至数周的时间来制作各个零部件。而现在，万代的一名设计组组长Hokuto Furusawa表示：“有了3D打印机，我们制作同样的模型只需要一到两天。”这就极大地缩短了产品研发周期，提高产品更新的效率。

但此类技术的兴起对日本制造商而言，无疑是一把双刃剑。

过去，日本公司只要掌握了基本的生产技术，如金属铸模，就能在中国和其他亚洲同行中胜出。但是现在，有了高端的3D打印设备，其对手也可以获得日本原有的高精度制造的优势。

3D打印技术的运用同时也令开发新品模型的成本大大降低。对新兴的亚洲市场来说，3D打印技术也降低了生产更新、更复杂的产品的难度。

日后，玩具制造的胜负，更多将取决于产品设计和电子制图技术。这些都是在同等3D打印技术的基础上，制作出更优秀作品的前提。

成就另类玩具DIY新概念？

而在美国，3D打印已经从制造商的设计室走入平常人家。

过去，爸爸妈妈要在假期里，去购物中心为孩子选购乐高积木或者是星球大战巡洋舰。而现在，随着操作简化的3D打印机价格变得更为亲民，它们开始走入寻常人家。

经营着一家销售公司的Nardone相信，这些平民化的3D打印机作为玩家自己制作玩具的工具，甚至其本身就是一款DIY玩具，将有着无限的潜力。他表示：“有些公司将会推出低至199美元（约合1241元人民币）的3D打印机。”

3D Systems（美国最大的3D打印机生产制造上市公司）拥有一个网上设计平台 （http：//），其运作模式和苹果的iTunes及谷歌的安卓应用商店相类似。购买了该公司生产的3D打印机的客户，可以在这个设计平台上下载由独立开发者设计的珠宝、玩具、灯罩等各种3D模型，然后用3D打印机将其变为实物。

另一家名为MakerBot的公司则采取更为开放的做法。这家公司在其Thingiverse线上平台 （）上免费提供开源的设计和软件，而公司自身则专注于销售所需的3D打印机和打印材料。

尽管这家公司的做法令版权持有者不安，但是消费者已经开始利用3D打印技术来制造自己专属的星球大战巡洋舰，或者价格更为低廉的乐高玩具或美泰娃娃。

目前，美国的各大3D打印机生产商自推出相对平价的3D打印机之后，需求量都比过去起码翻了一番，大大超出了厂家的预期。

市场研究机构Wohlers Associates主席Terry Wohlers表示：“如果在将来，有厂家推出价格更为低廉，使用更为安全的童用3D打印机，可以预想到，超过半数的家庭都会拥有一台，作为孩子的玩具。”

CSC公司前沿论坛（CSC's Leading Edge Forum）澳大利亚区域经理维韦克・斯里尼瓦桑（Vivek Srinivasan）和CSC澳大利亚分公司的高级顾问贾德罗・巴森（Jarrod Bassan）最近联合发表了一份题为《3D打印和制造业未来》（3D Printing and the Future of Manufacturing）的报告，称3D打印技术将改变零售的模式，延伸至玩具行业，由此也将引发玩具制造的变革。

报告称，3D打印店将开始出现，它们最初会凭借高品质的3D打印技术为本地市场提供服务。一开始是快速原型制造，但这些打印店会转移到消费市场。零售商开始“运送设计，而不是产品”。由此可以想象，玩具制造商的职能会从制造成品向制造玩具设计转变。也许在将来，消费者只需要上网选定并购买自己喜爱的玩具设计数码模型，然后去本地的3D打印店获取自己定制的产品，就像如今你在本地沃尔玛（Walmart）商场内冲印照片一样。

3D打印仍面临诸多技术挑战

首当其冲的就是价格问题。玩具世界杂志出版商John Baulch告诉BBC记者，“玩具行业经常需要利用科技加强玩具令人惊叹的元素。但是，最关键的一点是，这些技术的使用能否使这些玩具的价格适合产品最终的销售。到目前为止，一部分公司已经开发应用3D打印的方法，但是得到的产品价格还未降到可以大范围普及的程度。最后，只能瞄准成人收藏者市场，而不是儿童市场。”

其次是知识产权归属问题。3D打印可以很容易地复制拥有版权的产品设计，随着制造商和设计者开始应对这种情况，未来将出现关于产品设计知识产权归属的诉讼案例。文件共享网站使音乐的复制和共享变得简单，从而撼动了整个音乐行业。与此类似，3D打印技术轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力将引发新一波知识产权问题。因而有些玩具公司将其视为敌人。

而且，3D打印仍然面临着许多技术上的挑战，美国一项研究曾将其面临的主要问题归纳为以下几个方面：材料的刻画，材料的研制，过程控制问题，过程的建模与分析，机器的验证与标准，机器的模块化构造与组合，设计工具与软件。其中最难解决的是材料问题。目前，不但能够用于3D打印的材料非常有限，主要为塑料、陶瓷等容易塑形的材料，而且很多材料的强度和硬度都无法达到预期。

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