3d打印技术教学应用

第1篇：3d打印技术教学应用

基于3D打印技术的小学教学应用研究

摘要：随着信息技术的不断发展，3D打印技术在教育教学中的应用越来越广泛。该文通过分析3D打印技术的基本原理以及相关的理论支持，并利用具体的教学案例来分析3D打印在国内外小学教育中的应用现状，从而总结分析3D打印在小学教育教学中存在的问题以及给教学带来的优势，为3D打印技术在小学教育教學中的应用提出优化的建议。

关键词：3D打印技术;小学教学应用

3D打印(3D printing)，又称增量制造、积层制造(AdditiveManufacturing，AM)，可指任何打印三维物体的过程。与传统的打印技术相比，3D打印技术具有以下三个特点：个性化制作的可实现性;产品研制周期的短期性;材料的高利用率。随着STEM教育在国内外的兴起以及3D打印技术的不断进步，这一技术在教育领域的应用得到支持，在教学中适当使用3D技术，不但可增强学生的创新能力，也能增强学生的实际操作能力。

13D打印技术教学应用的理论依据

1.1学习理论

“学习理论”要解决的基本问题是学习的实质问题，即有机体是如何获得个体经验的，这个获得的过程的实质如何。童宇阳学者认为华生的行为主义学习理论和斯金纳的操作性条件作用学习理论，都能有效地指导3D打印技术在教学中的实践活动。学生的独立思考能力、动手能力、观察能力可通过这种基于实践的学习形式得到提高，同时探究的科学精神、热爱科学的情感也能得到培养。在利用3D技术进行实际教学时，应该注重如何让学生利用技术解决实际问题，而不是仅仅局限于技术本身。

1.2活动理论

活动理论是指的是“主体与客观世界的交互作用的过程。”钟启泉学者提出学生的人格发展是在一定的社会关系之中并通过活动得以实现的。因此，在学生的教学活动中，适当地融入活动，有助于学生人格发展。王萍学者认为基于3D打印的学习是一种在真实而富有意义的任务和问题驱动下的“做中学”，是一种活动教学。在“做中学”这种活动教学形式中，学习者通过问题或目标导向，并与其他学习同伴相互协作解决或完成相关的学习任务，在完成任务中以3D打印机或3D建模软件等工具为中介。基于活动理论设计的3D打印教学活动，更突出学生的自主学习以及自我解决问题的主导地位，同时也激发了学生的学习兴趣，让学生在做中学，学中做。

2教学应用

2.1.设计软件

利用软件让学生构想的虚拟物品通过3D打印机输出，是实现3D打印的重要组成部分。制作3D打印的软件有各种不同的软件，如3Dmax，Maya等，但是对于小学生来说，设计软件的操作的简单性是选择作为3D打印设计软件的一个重要特性。对于3Dmax这类较为复杂的设计软件，显然是不利于小学生进行创作的。为了让学生能更好地进行创作，为更好地实现3D打印在小学教学中的应用，下面将介绍几款适合小学生使用的3D建模软件。

2.1.13Done

3Done(http：//www.i3done.com/)是一款是国内制作的有多种不同版本的三维设计软件。它的界面简单容易操作，共有四个版本。3Done家庭版适合学生在家庭中使用，但不能在学校中使用。3DOne Plus是进阶版，实现360°任意建模的高级定制，可设计3D曲面造型和对设计进行修补。3Done Cut是激光切割3D设计软件，实现二、三维随意转化的灵活设计，但需要学校提供切割机才能使用。3Done Mini一款面向小学低年级的趣味三维创意设计APP。除第一个版本免费外，其他版本都需要收费。

2.1.2autodesk123 Ddesign

autodesk123 Ddesign(http：//www.123dapp.com/design)是国外的一款软件，界面简洁，容易掌握，但这款软件只有英文版，对于低年级的学生使用可能较困难。软件可以直接通过基本的草图和形状设计复杂的3D模型，这些模型可以直接通过3D打印机或者是数控激光切割机输出。

2.1.3Rhinoceros

Rhinoceros(https：//www.rhin03d.com/)可以创建、编辑、分析、提供、渲染、动画与转换NURBS、曲面、实体与多边形网格，不受精度、复杂、阶数或是尺寸的限制。这款软件需要付费，而且界面相对于上述的软件较为复杂，功能较多。

2.2应用案例

2.2.1国内案例

2.2.1.1开设社团活动、兴趣班

马府街小学学校通过开设社团课的形式进行授课，每周组织学生参加3D打印社团活动。信息技术教师的主要任务是不断地探索使用方法，在打印前关键的是利用建模软件进行设计。如指导学生建一个飞机的模型，需要花费两个小时，所以老师都认为建模是最关键的一步。

福州钱塘小学在课程开设3D打印兴趣课前，授课老师以及部分学生家长和学生一同试听，试听效果满意后，在开学时开设课程。课程总共20个学时，第一阶段是利用简单模型下载直接打印，第二阶段通过学习设计物品架、花瓶等掌握建模软件，并通过第三阶段的设计分享激发学生的创意，锻炼学生们的团队协作能力和沟通能力。

2.2.1.2由公司到校课程培训

由专门的培训公司到校内对学生开设课程，为学生提供专业的指导。宏博思维公司在小学中设立了3D立体设计的基础概念及应用课程。课程的培养目标是培养对立体设计及打印的兴趣，启发创作思维发挥创意，建立对3D立体设计软件操作技巧的基础，提升数学及逻辑思维。每个班级安排10-20名学生，学生通过四节课，根据要求完成不同的指定的简单物品。课程结束后，能完成相关要求的学生可以获得证书。这种以公司的形式进入学校进行培训的形式，能给学生更加专业的指导。

2.2.1.33D打印技术与学科课程融合

童宇阳学者通过分析3D打印技术的相关原理，提出了3D打印与学科教学的融合的形式。如在讲授《赵州桥》这一篇课文时，可以利用3D打印技术打印出赵州桥的模型，让学生通过实物分析赵州桥的特点，再结合课文进行学习，解决了教学难点。数学课上则可利用3D打印技术打印相关的几何体进行教学。

2.2.1.4在信息技术课程中应用

香港东华三院高可宁纪念小学，学生通过3D打印技术，将使用绘图软件绘画的立体物体通过3D打印机打印出来，提高学生的创作力。学校为学生提供自由的环境，从构想、设计、制作、粉饰作品的过程，都有学生一手包办，并通过学校的网站上传学生打印的作品，让学生的作品得到分享，同时也能拓展学生的想象空间。

2.2.2国外案例

2.2.2.1利用3D打印技术完成项目

在STEM组织的一个关于数学与科学的项目，主要对象是中高年级的小学生，目标是为学生提供一个了解如何设计一个登陆火星的计划的机会，其中包含了建立和发射火箭模型。在项目中学生首先学习机翼中的科学和测试火箭的不同部分，接着使用CAD软件来设计他们自己火箭的机翼，然后通过打印机打印出来。最后测试火箭发射，并收集数据分析结果。

2.2.2.2基于问题解决的教学形式

新西兰的Auroa小学让学生发现学校中存在的问题，并设计出解决问题的方案，利用3D打印技术实现。其中一个案例是教师里的碗柜的水槽总是阻碍门的关闭，学生先通过草图把解决方案写出来，再利用软件将模型设计出来，每一种解决方案的模型都设计一个或两个标准用来做测试。将零件打印出来后，进行测试，看看哪个方案最完善。第一个方案完成后，学生继续思考能更好，再次写新的方案，做出新的设计，最終把问题很好地解决。

2.2.3总结与建议

上述国内外3D打印技术应用案例中，国内外3D打印技术在中小学教育中的应用还处于探究阶段。由于小学学科相对比较简单，与3D打印结合的课程内容较少，3D打印技术主要是培养学生的动手能力和创造性思维。通过了3D打印课程的学习，学生的动手动脑能力都得到提高。

在小学中开展基于3D打印教学课程，可根据学校的实际情况，先对授课教师进行培训，让教师掌握相应的技术，并学习相关的教学案例后，再进行实际的教学。在教学中，教师应熟悉多种3D设计软件，为学生提供合适的3D建模软件，以减轻学生在操作方面的压力。课程安排可通过第二课堂的方式来开展，更有利于学生的思维拓展，让学生的设计不局限于任何学科，通过将多学科知识的融合来设计打印相应作品。与正式课堂相比，这种课堂模式更加自由，更有利于发展学生的创造性思维。另一种形式则是通过公司直接到校对学生进行培训，减轻教师学习的负担，同时公司的专业人员对于产品的了解较多，在应用培训方面可以提供更加专业的指导。在查找案例中，学生的作品展示一般是相关技术研发公司的主页中展示，而学校官网上展示较少。

3问题与挑战

3.1课程开设处于体验尝试期

上述案例中，课程主要是以体验尝试的方式进行，并没有完全成为学校的一门正式的课程，这种体验状态可能会在时间久了，兴奋感会衰退，从而影响课程的质量。因此，转变课程的形式，让课程规范化，为学生制作的作品提供一个分享的平台，使课程能更好地进行，而不是昙花一现。

3.2教师对3D打印技术的接受程度低

对于大部分在校教师来说，3D打印中三维设计软件的使用是相对比较难的，因为大部分在校老师可能是首次接触3D打印。就如案例中提到的学校，老师需要先进行培训学习才能在课堂中进行教学，而在学校中，大部分老师工作任务繁重，对于学习新技术，部分老师的接受度较低。另外，3D打印需要融合到课程中或者新设计一门课程，都需要老师重新探索设计新的课程计划，这对于老师来说也是—个困难。

4结束语

随着科学技术的不断发展，3D打印技术也将逐步发展，其成本、材料，制造时间等将逐渐得到改善，从而也推进3D打印技术在教育中的应用。近年来STEM教育的广泛应用，使3D技术在教育中应用得更加广泛，3D打印技术的研究有助于我们把握和预见技术在教育领域中的应用方式和应用前景，并进一步探讨如何充分发挥新技术的特点和优势，通过技术在教育中的应用体现和提升其价值。

作者：黄延慧　陈婷婷　王洪江

第2篇：3D打印技术在灯具设计教学中的应用

3D打印技术的发展为高职工业设计专业教学提供了新的技术手段，也为产品设计人才的知识结构提出了知识更新迭代的要求。本文通过对3D打印技术在高职灯具设计教学中应用的优势、在教学中应用的途径探讨，旨在推动3D打印在高职工业设计专业教学中的应用路径，使新技术在专业教学中发挥更大的作用和价值，也使专业教学体系不断升级完善。

概述

随着我国计算机图形应用技术的不断提升以及特殊材料的研发优化，3D打印技术已经从幻想变为了现实，甚至应用到社会生活的各个方面，在灯具设计领域亦是如此，灯具设计是工业设计的一个重要方面兼具着艺术设计的基因，设计不仅仅要考虑到实用性能的不断优化，审美需求也是设计中需要考虑的一个重要方面。当前的竞争是创意的竞争，将3D打印技术应用在灯具设计教学当中一方面是对教育教学模式的创新，另一方面也从前端人才培养的角度，减少了创意变为产品的周期，提升了创意的实现几率以及设计的转化率。本文将从3D打印技术应用的灯具教学与传统灯具教学的教育形式、效果对比出发研究3D打印技术在灯具设计教学中的应用及其意义，以期为灯具设计教学总结出更多的教育教学经验。

传统灯具设计教学中的困境

我国的灯具有着数千年的历史，底蕴十分丰厚，为当前的灯具设计提供了丰富的灵感，当前我国的灯具设计教学大多类属于工业设计，二教学模式也通常是从无到有的渐进式教学模式，首先教师教授基础知识，学生通过构思绘制图纸，后设计模型最终制作成品，这样的过程如非到最后制作成品的一步，其他人很难直观理解设计的理念，且这种教学模式的周期过长，学生需要许多次的经验积累才能够具有灯具设计的能力，传统灯具设计已经不适应当前更新换代快速的市场情况。

当前，随着工业技术的发展灯具设计的工艺越来越复杂，单纯依靠传统形式的设计远远无法达到工业工艺的需求，传统模式下的灯具设计教学模式中不能够为学生提供模拟创意效果并进行修改的途径，一方面来传统模式锻炼了学生的空间思维能力和想象力，但另一方面也提升了灯具设计师的入门门槛。3D打印技术在设计过程中就可以模拟材质效果及环境应用，着在传统灯具教学设计过程中是无法实现的，影响学生对于灯具实际应用的理解。

3D打印技术原理特点及在灯具设计教学中的优势

3D打印技术是通过三维造型软件的设计或直接扫描对某一物体在电脑中形成三维形象后，与3D打印机连接并制作出来模型或工业零件的技术。3D打印技术可以在软件设计过程中对物体模型的形态进行修改，有较强交互性。3D打印技术从狭义上来说主要是指增材制造技术，从成型工艺上来看，3D打印技术突破了传统成型方法限制，通过快速自动成型系统与计算机数据模型相结合，无需任何附加的工艺模具制造和机械加工就能制造出各种形状复杂的原型，使得产品的设计生产周期大大缩短，生产成本大幅下降。

3D打印技术的工作原理是对电脑中的三维模型进行分析、切割，获得数码塑形所需要的每一层的具体数据，后在根据所得数据逐层打印喷涂所得零件，由于数据为逐层获得，普通民用3D打印机所打印出来的零件都会有不均匀的截面横纹，需要人工或机械进行打磨，并将零部件拼接、粘连组装。因此3D打印技术是对工业生产的一大革命，一方面3D打印缩短了制造流程，3D打印技术最大的特点就是对传统生产线的颠覆，传统生产线上对零件的生产往往会因为产品的塑形而产生大量原材料的浪费，而3D打印技术因其预先进行了模型设计，在打印过程中也不会产生过多的材料浪费，大大地节约了生产成本。另一方面也是理念的颠覆，将产品的生产与生产线的存在剥离开来，产品从创意到成型只需数个步骤。例如一个创意弧形灯罩的制作只需在电脑中设计出弧形灯罩的的三维模型后，连接3D打印机后安装所需材料粉末及粘合剂，等待喷涂成型即可，无需繁琐的生产线工序。另一方面也减少了重复劳动的人工成本，是推动制造业快速发展的一大先驱技术力量。

目前工业设计的教学领域已经普遍引入了三维软件来辅助教学，灯具设计教学亦是如此，由于灯具这一产品类别在形态上较小，因此引入3D打印技术进入教学不存在技术上的难度。当前3D打印所能够使用的材料质地为金属材料和塑料材料、树脂材料、陶瓷材料、复合材料等等，已能够满足教学的基本实践需求。特别是PA材料和PC材料是灯具教学设计中3D打印最为常用的材料，原因在于PA材料有较强的稳定性和弹性，对于创意灯具设计来说有着较强的优势，而PC材料则有较强的硬度和物理稳定性。

灯具设计教学中应用3D打印技术的途径

随着人们对新事物探索进程的不断推进，3D打印技术所应用的领域越来越广，从传统工业到航天科技，从建筑设计到日常饮食，3D打印技术在不断完善，而将3D打印技术引入灯具设计教学，运用3D打印技术的优势来辅助灯具设计教学，是对3D打印技术应用领域的拓展，也是对灯具设计教育教学模式的创新。

3D打印技术作为一种新兴的理念、技术应用于课堂后可以提升学生对于课堂的兴趣，教师可以引导学生兴趣完成课堂教学内容，从课堂的整体气氛来看，通过引入学生所不熟悉甚至闻所未闻的3D打印技术，可将学生的被动接受式学习变为主动探索式学习。如在课堂中可邀请学生作为助手完成3D打印操作的实践，或可将3D打印实践作为一定时期内的分组探索设计活动，以小组为单位在实验室完成3D打印操作。

在传统教学实践当中，灯具设计专业的学生较少有实践的机会，设计作品也通常仅为图纸而已，而引入3D打印技术之后，学生可以有更多地实践机会，运用3D打印机来完成图纸设计，并以实物的形式验证设计结果的现实可行性，且成本较低。例如学生在课余时间用三维图形软件所设计制作的灯具模型在与指导教师交流修改后，可用3D打印机制作样品，并进行初步试验、调试就是实践的一组流程，而学生对于实践结果的期待也促生了学生学习的主动性。

3D打印技术的引入还可以作为教学工具来应用，灯具的设计不仅仅是造型的设计，还需要学生理解到内部的构造原理，从而通过创意来进行优化，而传统的方式往往不够直观，通过3D打印技术教师可以将所需零件现场讲解、设计、打印、拼接，让学生理解更加直观，不仅仅从听觉、视觉上刺激学生记忆，还可以从触觉方面优化学生对于知识的理解。作为教学工具，3D打印技术还可以为学生演示多方面多层次的灵感优化，如扫描某一树枝的形态并做修改后打印，作为灯体的支架，让学生领悟到创意的多样化和自然界的神奇多变。

3D打印技术应用于教学设计的意义

目前我国的3D打印技术还处于起步阶段，所能够应用的打印材料种类较少，而3D打印机由于精度的不同和应用环境的不同，设备的大小及价格都存在悬殊的差异。由于空间限制能够应用在课堂教学中的3D打印机的材料种类则更更少，且性能精度也相对更低，但从长远来看，3D打印技术应用于教学设计中有着重要的意义。

首先，运用3D打印技术在教学实践当中可以提升学生的基础理论素养。灯具设计有较强的综合性，兼具了工业设计与艺术设计的诸多特性，作为家居饰品的一个重大类别，灯具设计还涉及了家具软装的相关理论，因此学生所要掌握的基础理论十分庞杂，而通过3D打印机的教学实践则可以很好地关联所学知识，提升学生的基础理论素养。例如想要获得一个3D打印的底座，需要在图纸上进行设计，弧度、高低差、大小既要符合人体工程学要求，还要符合美学要求，这个过程就是对基础知识和创意的杂糅，将设计图变为三维模型也需要学生对软件的基础功能进行反复操作，才能雕琢出与图纸相符的三维模型，同时将图形变为3D打印的模型，学生需要对自身的模型有充分的了解，在了解的过程中学生通过巩固知识和查阅资料夯实了自身的基础理论素养，而设计过程中所出现的问题也能够进一步巩固学生的理论知识。

相对于传统教学，应用了3D打印技术的教学模式可以在教学过程中提升学生的实践能力。传统教学当中，学生所能够接触到的往往是教师的理论知识和二维平面图形，对于实际的灯具设计停留在图纸设计领域，学生对于灯具的外形原理及内部构造都没有直观的理解，设计实践难免纸上谈兵，而引入了3D打印技术之后，学生可以不断通过实践突破自身的设计，在实践过程中优化设计细节直至达到标准甚至优化创意。

引入3D打印的灯具设计教学模式也能够提升学生创意的商业转化率，提升学生设计与企业需求的衔接程度。学生在进入学校学习后不可避免的最初的设计往往是具有一定的模仿性或者十分稚嫩，不具有商业化的能力，但通过接触3D打印技术的实践之后，学生的理论水平和创意设计能留都将会有很大的提升，所设计出来的产品则有较强的独立性和创意自主性，具备了与企业接洽的基本能力，学生通过3D打印将自身最优设计展示出来，学生在大学期间所积累的设计经验对于毕业后进入企业也有着重要的作用。

结语

我国的3D打印技术虽然刚进入起步阶段，但各领域所获得的成果十分喜人，在教育领域，3D打印设备也在逐步应用，在灯具设计领域，3D打印技术可以促进学生掌握基础知识的同时还能够提升学生的实践能力。随着电子技术和材料技术的发展，相信在不远的未来能够有更多类型的3D打印设备和材料能够进入课堂为教学服务。

(作者单位：武汉交通职业学院)

基金项目：

产品设计教学中传统工艺的开发与应用--以灯饰设计的项目式教学为例。武汉交通职业学院一般项目，项目编号 ：Y2015006。

刘昊(1976-)男，研究生，讲师，研究方向：设计学理论研究，工业设计实践与理论研究。

作者：刘昊

第3篇：3D打印技术在外科手术中的教学与应用

【摘要】本文基于3D打印技术的特点，介绍了3D打印技术的基本原理以及3D打印的局限性和优势性，阐述了3D打印技术在外科手术临床与教学中的现状与发展。3D打印技术的立体建模有助于学员在最短的时间内掌握疾病的内部结构及分型特点，并对手术方案及具体难点有提前了解，对手术部位进行1：1复制，进行仿真手术，从而达到精准手术要求。

【关键词】3D打印 外科手术 仿真

1.引言

3D打印技术(Three Dimensionall Printing，3DP)是属于增材制造的一种，它最早诞生于20世纪90年代，主要应用在制造业、航天航空业以及军事领域。随着3D打印的材料和控制技术的发展，人们不再满足这种先进的技术只局限在原型制造和模型生产上，开始向更多的领域拓展。尤其在医学领域的外科手术中，作为目前先进的3D打印技术已经不断的与医疗行业紧密融合，3D打印技术已然成为了外科手术临床与教学不可或缺的重要组成部分，也为精准医疗的实现和发展提供了新的思路与保障。

2.3D打印基本原理

3D打印技术可根据模型的三维数据信息，可以快速、准确地制造出三维实体的，一种基于离散/堆积成型思想的快速成型技术。其属于快速成形技术的一种，其以数字模型为基础，运用塑料或粉末状金属等可粘合材料，通过逐层堆叠的方式来构造物体。过去常在建筑、军事、医疗等领域中应用。目前，3D打印技术日趋成熟，逐渐用于一些产品的直接制造。这就意味着“3D打印”这项技术正在不断普及。目前，在医疗领域3D打印技术已被逐渐应用，并且已经成为全世界较为前沿的研究领域。

3.3D打印在外科手术上的应用

随着CT(Computer Tomography)、MRI(Magnetic Reson?鄄ance?鄄imaging)、PET(Position Emission Computed Tomography)等技术和数字化医疗技术的快速发展，医生简单而又快速准确地获取病人的三维数据信息，在建模及数据处理后，立体模型就会被快速构建完成。医生可根据医疗模型诊断病情，制定更加具体详细的手术方案，研究术式及模拟手术过程。医疗模型的应用将使得手术更加精准，手术时间缩短且可提前练习，在提高高难度手术成功率的同时也大大降低了并发症的发生率。在医学领域中对于3D打印工艺和精度要求的对比如表1所示。

表1 3D打印比较表

如今在医疗领域中，所使用的3D打印技术主要有以下几种：光固化(Stereo Lithography Apparatus， SLA)，多噴头喷射(Multi?鄄jet，MU)，数字光固化(Digital Light Processing， DLP)，选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，熔融沉积(Fused Deposition modeling，FDM)，叠层实体(Laminated Object Manu?鄄facturing，LOM)，电子束熔融(Clectron Beam Melting. EBM)等。同时能够被3D打印技术所利用的医疗领域材料也较多，主要有金属粉末、热塑性塑料、石营粉末、陶瓷粉末、钛合金、光敏聚合物、铝箔、塑料等。2015年9月11日，3D打印技术在医学界再次获得重大突破，西班牙成功施行首例3D打印钛合金胸肋骨植入手术。2014年8月28日，西安市周至县的胡伟(化名)在盖房时不幸被电弧击中头部，由3层楼房高空处坠落，被送到医院紧急手术后虽然保住了性命，但还是导致头盖骨缺失，毁容严重。第四军医大学西京医院采用3D打印技术来辅助，成功实施手术，使其成功恢复外观。

目前在国内，用于医疗的三维模型已被用于骨科、口腔颌面外科等科室的诊断、术前评估及术式的确定。3D打印技术在外科手术中主要用于：(1)诊断与预判;(2)手术模拟;(3)术中导航。在与传统方法相比，医疗影像是难以了解人体内部关节组织的破损状况，而3D打印可以建立有效的三维物理模型，利用医生的经验结合医学影像和三维仿生模型可以直观的了解患者的病情。在外科手术中对于一些青年医师来说，没有丰富的经验一场手术的风险率往往较高，而有了3D打印技术的辅助我们就可以模拟出逼真的模拟环境，可以调整手术方式优化手术方案。总的来说，3D打印技术能非常直观地显示人体内外结构，而医疗信息的获取也更加丰富，在具体应用中有很好的发展前景。目前3D打印在外科手术中成功实现的案列有很多：

(1)如复旦大学附属中山医院利用三维技术呈现的医疗模型)为一例主动脉瓣重度狭窄合并关闭不完全患者实施了主动脉瓣置换手术(TAVI)规划与导航，在医疗模型的帮助下，TAVI手术成功进行。

(2)沈阳军区总院利用生物3D打印技术构建的肾盂成形术模型、肾部分切除术模型、肾根治切除术模型被应用到青年医师教学中，教学效果良好。IGAMI等生物3D打印出的人体肝脏模型，此模型被用于肝脏小肿瘤切除手术上，模型的使用提高了手术的成功率。

3.1 3D打印在骨骼外科手术中的应用

3D打印技术可以将虚拟的计算机辅助设计矢量模型快速的转化为“三维实物模型”，由于3D打印实物模型具有很强的立体直观性，所以目前已经广泛应用在不同领域。目前3D打印技术主要是在复杂的肿瘤切除、脊柱畸形及损伤、整形、口腔下领骨修复、骨缺损和假体制作等领域中有着广泛的应用。

它是通过提取CT、MRI扫描数据，在经过专业软件处理，重建三维模型，并通过3D打印技术制作出实物模型，更加准确地发现传统影像资料隐藏的解剖信息，并且还可以直接在打印的物模型上进行预判诊断、制定手术方案、模拟手术操作，还可根据患者需要设计、制造个性化器械从而提高疾病的诊断精准率，增加手术的安全性。

3.2 3D打印在医学领域的未来

随着医学水平的发展外科手术的要求越来越高，3D打印技术的优势也越来越明显，相信在外科手术的应用上也会越来越成熟。不足之处也会随着技术的发展得到解决，在临床中与教学中将更加广泛。未来3D打印技术必将极力推进人类医疗事业的蓬勃发展。

4.结论

3D打印技术在人才培养、技术创新等方面具有很多教学手段难以替代的优点，是未来临床教学发展的必然趋势。3D打印模型虽然在一定程度上弥补了学员对疾病的感性认识，但3D打印的实物模型仍存在以下不足：(1)3D打印技术在手术上的应用还在探索阶段，需要不断地完善与积累;(2)3D打印模型在多种材料同时打印甚至包括生物材料打印方面还不够完善，只能较为真实地再现肌肉、血管和神经的走形和分布;(3)3D打印模型模拟手术的截骨及植入等操作与实际人体内的操作过程相比，达不到理想状态。

参考文献：

[1]李曙明，李萌，杨益民等.3D打印及计算机辅助技术在骨科临床教学中的应用探讨——以复杂脊柱畸形治疗为例[J].中国医学教育技术，2015(2)：191-194

[2]孔金海，钟南哲，王君成等.3D打印模型在临床八年制情景教学中的应用[J].基础医学教育，2015(10)：924-926.

[3]贺卫卫，贾文鹏，刘海彦等.快速成形技术在金属多孔材料制备中的应用研究现状[J].稀有金属快报，2008(8)：45-49.

作者：孙爱军

第4篇：3D打印技术在小学教学中的应用

1986年美国科学家查尔斯?胡尔发明出世界上第一台3D打印机。随后胡尔成立了世界上第一家3D打印设备公司。然而，这一技术却由于价格昂贵、不够成熟等原因并没有引起业界的重视。经过近30年的发展，3D打印技术已逐步走向成熟，且价格有所降低，开始风靡全球。2013年《地平线报告》的基础教育版，首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单。3D打印技术越来越受到教育界的关注。

一、小学阶段开设相关课程的价值与意义

素质拓展课程是传统课堂教学的必要补充，是全面推进素质教育的有效途径，它注重个性塑造和创新能力的培养，旨在开拓学生视野和提升学生设计和动手的能力。随着各地教育教学水平和科学技术水平的发展，越来越多“新鲜”课程走进中小学素质拓展课堂。

小学阶段的学习是学生成长和成才的基础，对学生今后的发展方向起到引领作用。3D打印作为二十一世纪的朝阳产业，理应在人群中推广。“3D打印教育”由高等教育特定领域向基础教育普通课堂过渡，逐渐推向中小学课堂是其发展的必然趋势。目前，国内外对3D打印技术的教学应用处于起步阶段，还需不断摸索。可以明确的是，3D打印可以把新技术和创造性学习联系到一起，让学生体验新技术带来的巨大能量的同时，在项目探究中体会创新的乐趣。

二、3D打印技术在小学的教学内容

1. 3D打印的定义

3D打印是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快速成型技术，它是一种增材制造技术。

2. 3D打印的应用领域

与传统的减材制造相比，3D打印技术摆脱了模型复杂程度的束缚，实现了完全数字化，降低了制造的难度，提高了制造的速度。近年来，3D打印被越来越多地应用于各个领域，如创业产业领域、制造业领域、航空航天领域、文物保护领域、医疗卫生领域等。

3. 3D打印机

在小学教学中，我们主要使用了HOFI-X1 3D打印机。HOFI-X1 3D打印机是基于熔丝沉积制造(FDM)原理的3D打印设备，它与台式电脑或笔记本电脑通过USB电缆连接就可以打印出三维实体模型。3D打印的方式是逐层打印，每一个层都在上一层上堆积而成，上一层起到支撑的作用。随着打印时长的推移，3D打印作品逐步完成。学生可以清晰地看到打印的整个过程。这种设备结构一目了然，机器坚固耐用，性能稳定十分适用于小学教学。

4.制图软件介绍

Sketchup使用简便，学生可以快速上手，是一个极受欢迎的三维设计软件，它就像“铅笔”一样，可以画出理想的图形。TinkerCAD是一个基于浏览器的3D建模平台，没有软件安装条件的学生可以选择这个绘图方式。UG NX可以用于绘制二维和三维图形，是一款专业级的制图软件，多用于工程制图，功能强大，学生学习基本操作也不难上手。AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，同样可以用于二维制图和基本三维设计，使用无需懂得程序设计，即可自动制图，因此它可以用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。

5.三维扫描仪

三维扫描仪可以扫描出静态或者动态物体，由于三维扫描仪的扫描范围有限，因此需要变换扫描仪与物体的相对位置或将物体放置于电动转盘上，在光线充足的条件下经过多次扫描以拼凑物体的完整模型。三维扫描出的模型可以直接导入到3D打印机，并打印出来。

6.沙盘制作

学习了三维制图和打印机的使用后，学生已经具备自己设计制作简单模型的能力，他们不再满足于制作个人的小物品。给学生分组，以团队的形式分工合作制作沙盘，让他们在合作中真正实现自主创意、自主管理、自主学习，通力合作。学生自主创意的作品有颇具天津特色的天塔湖公园等。

三、结语

3D打印技术的原理、电脑制图是本课程的难点。小学生学起来还是需要一定时间，需要教师耐心教授。创意设计和模型制作是本课程的重点，教师应引导学生，并随时对他们提出的问题给予指点和反馈。3D打印技术在小学是一门全新的课程，教学没有经验可循，教师可通过总结归纳的方式，把学生提问的知识点转化为系统的知识结构。

素质拓展课程是激发学生兴趣和培养小学生动手能力的重要途径，这一阶段的学习对其终身发展起着至关重要的作用，值得重视。如今，3D打印的风暴已经波及全球，让学生接触并学习3D打印技术对于我国的科技发展具有战略性意义。

参考文献：

[1]兀旦晖，赵晨飞.3D打印技术在教学中的应用研究[J].教学信息，2013.

[2]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013.

第5篇：浅谈3D打印技术在教学中的应用

[摘 要]3D打印是一种新兴的学习辅助技术，教学领域将是未来3D打印技术推广应用的重要市场。本文首先从3D打印的原理着手，剖析了3D打印技术在教学中的作用，并探讨了3D打印技术在教学实践中的应用模式，以及为进一步研究3D打印技术在教学中的应用提供参考。

[关键词]3D打印技术 教育应用 应用模式

中图分类号：D170 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2017)11-0382-01

1、3D打印的原理

对于大多数人来说，提到“打印”，首先想到的是能打印文稿或照片等平面内容的普通打印机，事实上二维的喷墨打印和某些类型的3D打印在技术表现上确实比较相似，3D打印使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中，从而让打印的数字虚拟对象实现三维实体化。3D打印机的精确度相当高，可以打印出模型的大量细节，而且它比起铸造、冲压、蚀刻等传统方法能更快速地创建原型，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型。一般来说，通过3D打印获得一件成品需要经历建模、分层、打印和后期处理四个主要阶段：

(1)三维建模

通过GoScan之类的专业3D扫描仪或是Kinect之类的DIY扫描设备获取对象的三维数据，并且以数字化方式生成三维模型。也可以使用3ds Max、Blender、AutoCAD、SketchUp等三维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用已做好的3D模型。

(2)分层切割

由于描述方式的差异，3D打印机并不能直接操作3D模型。当3D模型输入到计算机以后，需要通过打印机配备的专业软件来进一步处理。即将模型切分成一层层的薄片模块，每个模块的厚度由喷涂材料的属性和打印机的规格决定。

(3)打印喷涂

由打印机将打印材料逐层喷涂或熔结到打印台的三维空间中，根据工作原理的不同，有多种流程方式。较常规的是先喷一层胶水，然后在上面撒一层粉末。如此反复;或是通过高能激光融化合金材料，一层层地熔结成模型。整个过程根据模型大小、复杂程度、打印材质和工艺流程耗时几分钟到数天不等。

(4)后期处理

由于3D打印机规格、打印材质、打印精度的不同，可能出现成品截面粗糙或有毛刺的现象，这时就需要对打印出来的模型进行必要的加工处理，如：表面打磨、剥离、上色、固化处理等。

2、3D打印技术在教学中的作用

2.1 提高学生主动学习的积极性

3D打印是以计算机软件生成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。该技术应用于课堂上能够激发学生浓厚的兴趣。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教学过程的辅助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，学生可以将自己的想法与构思实体呈现出来，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，激发学生深入学习的热情，积极地投入到再学习中，形成良性循环。

2.2 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，学生可以通过3D打印将许多课本中看不见摸不着的内容变为实物，能够使学生捕捉知识要点并实体定格。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，结合课本上的知识举一反三，将记忆理论概念转化为实物创作，在体验实践中融会贯通进而创新。可以说3D打印技术引入学校教学中，极大地促进了学生思维能力和创新能力的提高，学生可以参与创新设计，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，通过打印出具有个人特色的实体作品，体验课本外的知识实践应用。

2.3 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今天，教师也只能通过音视频使得教学相对生动真实，由于大量学科仍是非实物化的教学方式，加上学生的阅历有限，理解能力不足，使得他们对知识掌握的程度仍未教师理想。有了3D打印技术的支持后，教师就能够将全新的“体验式教育”实施到课堂之中，将课本上以前那些难以触摸，或是难以在课堂上具现化的内容打印成三维实物，让学生通过自己的亲身触碰和体验来加强学习理解。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内容，结合着理论概念与知识点，让学生更容易理解其中的内涵与意义。

3、3D打印技术在教学实践中应用模式探究

3.1 3D打印技?g用于课堂情境教与学

以莱夫为代表的情境学习理论认为，知识寓于情境之中，学习者通过具体活动能更好地获得知识，强调知与行的交互性。而我国教师在教学中普遍实施的是灌输式教学法，教学模式僵化。3D打印技术对于教师和学习者的重要价值体现在：它能够更加真实形象地呈现特定事物，并让学习者获得深刻的感知体验。利用3D打印机可将大多数有益于教学的模型实物打印出来并呈现在课堂上，借助实物教具教师可以更容易将抽象问题进行深刻解析，学习者也可通过其帮助对知识加深理解，实现教学双方所共同期望的交互教学模式。

在桌面3D打印机巨头MakerBot举办的数学工具模型大赛上，爱好者制作了各类创意教具，并用3D打印机将创意立体化为三维实物，大大提高了学习者的学习兴趣。大量实践证明，教学中采用生动的、符合情境的教具，课堂氛围更热烈，教学过程更轻松，学习效果更显著。(图1)为教师自行设计并打印的球齿轮教学模型，3D打印教具的使用可促使学习者将已有知识经验与实际问题进行联系，深化知识和内涵;使教师从知识权威转变为学习者研学的促进者，有利于引导学习者应用所学知识来解决“现实”问题。

3.2 3D打印技术用于课外创新实践活动

创新是一个民族进步的灵魂，提高自主创新能力、建设创新型国家必须依靠创新型人才，而我国教育工作者针对如何培养人才创新能力难题一直在努力探索。许多学校创建了学生社团以鼓励创新，但往往一些创意思想都囿于现实而被迫终止。例如在模具设计中学生试图将创意付诸实践时发现，即使标准零部件仍需去市场上逐一甄选，过程繁杂，而非标准件则必须找代工厂进行单件生产，加工周期长且价格昂贵，这些困扰在很大程度上消减了学生创新的积极性。

3D打印的出现彻底改变了?@一现状，任何创意设计都不再局限于传统加工能力的局限，3D打印机可以快速打印出学生DIY过程所需的零件，学生几乎可以足不出户就能将创意变成成品。3D打印可激发学生对某些科学过程或现象进行可视化展现，便于进行科技发明或创新制作，为实现设计提供一种更加高效的途径。

3.3 3D打印技术用于培养大学生的综合技能

当今社会对人才的知识体系要求发生剧烈变化，从传统的单一知识形式转变为多领域知识融合形式。3D打印对于中小学生可简单定位为一种科普教育，而在高等教育理工学科中则应是一种技能教育。因此，3D打印机对于大学生不仅仅是一种模型制作设备，更应该通过对打印设备的系统学习，深入掌握所涉及的各种技术知识。

如前所述，3D打印技术是一种集多领域知识于一体的技术形式，它要求学生综合学习机械设计、计算机技术、控制技术、光学技术、材料科学等多种专业技术，这就必然促使大学生加强多领域知识的学习与融合，契合当今社会对综合型人才的需求。

3.4 3D打印技术用于提高大学生就业竞争力

近年来我国大学生就业问题日益突出，其根源在于人才培养与社会需求脱节，存在“两张皮”现象。部分专业的课程设置和课程内容不能与时俱进，与社会岗位对专业人才的要求不相符合。2014年9月，人力资源咨询机构WANTED Analytics发布报告表示，近四年来市场上对具备3D打印与增材制造相关技能的人员需求量持续上升;2014年8月，3D打印行业的招聘广告数量比去年同期增长103%，且相关岗位的人员招聘难度系数最高达到60%，企业很难招聘到具有此项专门技术的人才，人才缺口十分巨大。

目前，我国还没有设置3D打印专业，仅出现小规模具有高校背景的培训机构，远不能满足市场对3D打印人才的需求，所以亟待将3D打印技术融入课堂教学，将人才培养与社会需求结合起来，可以大大提高学生就业竞争力。

3.5 3D打印技术用于开展产学研项目

技术作为连接知识与生产的桥梁，不仅是知识的应用与物化，要进行构思设计，还要直接作用于生产过程，进行产品开发与制造。因此，积极开展产学研项目合作是把握技术的理论性与实践性之间发展规律的重要环节。

3D打印技术用于开展产学研项目有利于培养学生科研能力，增强科研转化能力。对于高校，一方面可对3D打印技术进行深入科学研究，另一方面应向企业提供共享服务。如青岛高新区引进西安交通大学快速制造国家工程研究中心卢秉恒院士团队，帮助其打造完整的3D打印产业链;与中科院自动化所共建青岛智能产业技术研究院，建设3D打印社会资源平台等，形成双赢的局面。

4、结束语

目前，3D打印技术受到了各个领域的高度重视。虽然3D打印引入教学中还存在着很多困难，但其带来的效果是不可估量的。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，为我国教育事业的发展提供动力。

参考文献

[1] 张彦芳.3D打印技术及其应用[J].科技视界，2013

[2] 刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014

[3] 杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014

第6篇：3D打印技术在教学中的应用与探索

摘要：随着3D打印技术的日益成熟，以及其在各行业和领域极具潜力的革命性应用，如何普及3D打印并为社会培养专业的3D打印人才是当前学校教育的一个重要课题之一。本文分析了3D打印分别在不同教学阶段的受众特点，针对大、中、小学总结出不同的教学目标和教学方法，提出了一个全过程的3D打印教学体系和培养方针。通过具体案例，本文指出可以将3D打印融入主流课程的教学实践当中，服务和提升已有课程的教学水平。最后，本文总结了3D打印在教学实践中可能面临的问题和解决方案，为有效开展3D打印在各阶段的教学提供了理论指导和实际建议。

Abstract： With the increasingly mature of 3D printing technology， as well as its application in various industries， how to popularize 3D printing and cultivate professional 3D printing talents for the society is an important task of the current school education. This paper analyzes 3D printing audience characteristics in different stages of teaching， sums up different teaching goals and teaching methods respectively for college， middle school and primary school， and puts forward a whole process of 3D printing teaching system and cultivation guidelines. Through the specific case， this paper points out that 3D printing could be included in the mainstream curriculum teaching practice to serve and enhance the level of existing teaching. Finally， this paper summarizes the problems and solutions of 3D printing teaching practice， provides theoretical guidance and practical advice for effectively carrying out 3D printing in every stage of the teaching.

关键词：3D打印;技术创新;教学方法;人才培养

Key words： 3D printing;technological innovation;teaching methods;cultivation of talents

中图分类号：G40-057 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)32-0178-04

0 引言

发达国家已经开始探索3D打印技术对教育的影响，并成立了相关的项目用以促进3D打印技术与教育的融合，从而培养出适应现代设计、制造潮流的人才，从而提高自身的竞争力。新媒体联盟(New Media Consortium，NMC)在2013年地平线报告中提出，3D打印是未来四到五年内值得关注的新技术，它将带来教学、学习和研究领域的创新[1]。英国教育部已经选取多所小学作为试点学校，设立相关的基金，为学校购买3D打印机，并对教师进行相关培训，此外，还开设3D打印的相关课程作为学生的手工课。学生可以通过电脑建模，打印自己所喜欢的模型[2]。欧洲的一些国家也进行了3D打印的相关教学调研，如“未来教育与学习”(LIFE)项目，对欧洲7国的师生进行调研，以获得3D教学对学生课堂的专心度和学习成绩的影响[3]。希腊在两所高校开始初步试验将3D打印作为学习手段的教学方法[4]。美国STEM教育中的STARBASE Minnesota是对学生提供STEM训练的教育项目。该项目通过引入3D打印的支持，使学生能通过CAD软件自行设计相应课程的模型，并进行实际的测试和分析。该课程项目能极大地调动学生的积极性，使枯燥的数学分析亦能激发学生的兴趣[1]。此外，还有一些职业学校的项目，如PlayMaker。该项目围绕着3D打印技术这一核心的课程，学生可以设计、打印和验证模型的物理理论。

较之国外而言，国内3D打印的普及和教育仍处于起步的阶段。国家当前十分重视3D打印技术和应用的发展，例如我国科技部已将3D打印技术纳入国家863计划，各地学校也开始进行有关3D打印课程的试点。

1 3D打印发展现状以及学校教育的可行性

目前3D打印机的成本及其打印材料、质量、时间等都是制约3D 打印在学校教育中普及的因素。解决好这些瓶颈能更好地促进教学和研究的发展，为探索教学新方向提供有效的方法。

1.1 3D打印机成本 3D打印机的成本一直是制约3D打印发展的瓶颈。3D打印机的售价从几千元到几十万元不等。为了降低3D打印机的成本，许多公司已经着手相对廉价的3D打印机的研发。据报道，有些公司已经开始抢占教育行业的市场，推销千元以下的3D打印机。随着3D打印机的成本进一步降低，其普及将不再是难题。

1.2 3D打印的材料 另一个制约3D打印普及的瓶颈是耗材。目前的3D打印可以支持多种打印材料，如热塑性塑料、尼龙、合金、金属粉末、石膏、陶瓷、可食用材料、光敏树脂等。虽然3D打印支持多种类型的材料，但不同的材料需要相应打印设备的支持，此外打印材料的价格也并不便宜。目前的教学研究中使用较为普遍的是PLA(生物降解塑料聚乳酸，Polylactic Acid)材料和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，Acrylonitrile Butadiene Styrene Acrylonitrile Butadiene Styrene)。一千克的PLA或ABS耗材的市场价格为60元左右。随着材料的进一步改进和研发，生产技术的发展和生产厂商的增加，普通耗材的价格将慢慢降至教学可接受的范围内。

1.3 3D打印的质量 在打印模型的过程中，有时会由于机器本身或环境的问题，导致打印的质量并不理想，成品率一般在30%-50%左右，甚至更低。其中廉价的3D打印机也是使成品率降低的原因。种种原因将不利于教学实践和教学研究的使用。随着3D打印技术将不断改良和创新，打印质量会随之而提高。

1.4 打印时间 打印时间长也是一个亟待解决的问题，现在的3D打印时间普遍偏长，阻碍了教学实践以及教学研究的发展。据报道，现下最新研究的3D打印技术CLIP(Continuous Liquid Interface Production)的打印速度是旧式打印的几十倍以上，其打印出的物体表面也十分光滑，完整。这项技术若能普及，将弥补3D打印时间长的缺点。

2 3D打印在不同教育群体中的教学分析与探讨

在3D打印的教学上，学校应该在3D打印的课程进行细致、深入地规划，推行多方向、多环节的主题学习。学生通过探索、想象、实践等环节的学习后，将激发想象力以及提高学习效率与兴趣。结合不同时期学生的学习方向，学生在各阶段的进程和方向上都有所侧重，进程如图1所示。

2.1 小学教学 以“感性认识”与“培养想象力”作为小学教学的方向。这一阶段的学生，发散思维力强，想象力丰富，活泼好动，接受新鲜事物的能力强。

结合以上的特点，每个小学单位至少配备一台以上的3D打印机。设置的3D打印课程应该“浅入浅出”。所谓的“浅入”，就是用生动活泼、浅显易懂的语言对3D打印的原理和3D打印机进行简单的介绍，让学生在感性上对3D打印有初步的认识，对打印原理、设备以及应用范围有个大致的了解。“浅出”就是通过做些有趣味性、引发联想、充分结合课程的简单小实验、小制作来加深学生对3D打印的认识和理解。此外，学校不能一味地使用强制性的考试、规范化的实验对学生进行应试教育，而应使用更自由、轻松的教学方式以提高学生的兴趣，使学生产生成就感，形成教学的良性循环[5]。3D打印课程的目的是将3D打印作为学生通往兴趣爱好的一座“桥梁”，而非仅作为一门来自于课堂又终结于课堂的课程。

在教学上，可以根据学校自身的特点、专家的研究等设计小实验、小制作。课程的核心必须是以拓展学生的思维、引导想象力为主，目的是要激发学生的想象力和兴趣、培养其思维能力。

2.2 中学教学 以“想象力和实践相结合”作为中学教学的方向。这一阶段的学生，发散性思维的能力与接受新鲜事物的能力依然很强，有一定的知识基础和逻辑思维能力。在小学阶段，学生有异想天开、天马行空的想法，在中学阶段，开设的3D打印课程应该有意识地引导学生的想象力，将想象力与实践结合。在数学、地理、生物等科目可以结合3D打印课程进行科目的交叉与融合。应该让学生在已有的认识基础上，加深对三维空间的理解，并且能简单地掌握建模软件如Auto CAD的操作，能进行简单或者相对复杂的建模。

在中学教学中，学生已经学习到地理、物理、生物、化学等学科。在现阶段的中学教学中，教学道具仍然匮乏，尤其在经济不发达的地区，更是如此。教师基本无法使用道具进行演示，只能利用课件、播动画和视频来替代。学习知识不应该和活动情景分离而独立抽象存在[5]，在情境中学习，与社会实践活动结合起来的学习将有利于学习的横向拓展和纵向深入。3D打印不受图形限制，可以打印出结构复杂的教学模型，教师将内部认知结构可视化，化抽象为具体，化复杂为简单[6]。理工科的课程中，实体化、可拆卸与装配、可运动的教学道具更能激发学生的兴趣和想象力。在制作个性化、非大批量的教学道具中，可以很好地利用3D打印的打印能力。

2.2.1 3D打印在地理课程中的应用 在地理课程的学习中，应用到大量的实体模型。实体模型能培养学生视空间能力，如教师可以打印出可运动的太阳系模型(其中包含可拆卸的太阳、水星、金星和地球等模型)，在不同节气改变地球的位置;可以打印出不同时间段物体或现象的标志性状态的模型;也可以打印出可拆卸的房屋模型，用以演示地震对房屋的破坏;或者打印天气现象的运动模型，用以表现气旋、冷锋、暖锋等天气现象的运动;再比如使用模型层层分离的展示方式，展示不同地带的地形地貌、山岳的形状等。

通过打印图2的恒星系统，如太阳系(组件均来自3D打印)。教师可以结合课本介绍太阳系，并且移动地球等行星，以及对节气等知识点进行介绍。还可以从系统中拆卸地球模型，取出内部的每一层结构进行细致地讲解，让学生从宏观到局部系统地了解太阳系的结构。通过实物化的可运动太阳系系统，可以使知识生动形象，加深学生的认识。

2.2.2 3D打印在物理课程的应用 在物理的课程学习中，物理的许多电路、定律皆可由3D打印模型演示。如对自由落体、胡可、弹性碰撞等定律进行验证，或是合力的箭头模型、同步卫星模型、地球模型、实验电路模型的演示以及电阻、电容、电感等模型的类比演示等。同时，制作的3D模型可以与电子电路相结合，使模型能够完成相应的演示功能，如模型的LED发光、自行水平移动、垂直移动和旋转等。

通过打印如图3设备(含打印的无盖盒子、机械结构、排液管等，除了电压表、电源以及导线外，其他结构均由3D打印而成)的零件，可以引导学生在宏观上对电容有一个深刻的认识。在盒子里倒入导电液体，与电源、电压表连成闭合电路后，旋转可移动间距的旋钮，调整盒子的间距，或者调整排液旋钮，排出一定量液体，观察电压表的电压示数变化。随后教师可以通过联系所学知识，解释实验现象。学生能调整盒子间距、导电液体的量、以及更换“电容”介质等进一步加深对电容的重要公式及相关知识的理解。3D打印类似的实验装置可以很好地应用于教学，不仅可以验证理论的正确性，还能培养学生的动手能力，激发他们的想象力和兴趣。只要有3D模型就能随时打印并组装，快捷且方便。

2.2.3 3D打印在生物课程中的应用

在生物课程的学习中，能应用到大量的实体模型。使用3D打印的技术，可以打印出可拆卸的细胞、细菌、病毒的结构模型、可拆卸的多肽链、多糖、蛋白质、核酸等大分子的化学球形结构模型或者可运动的细胞膜的结构模型。打印理解难度较大的细胞有丝和无丝分裂等模型可以很好地解决学生的理解问题。

通过打印出细胞模型，如图4所示的半截面的植物细胞模型。3D打印出层1(细胞壁)、层2(细胞液)外壳以及各种不同的细胞器(使用不同颜色材料的打印，以增加细胞器的区分度)后，再组合起来。因为打印的难度不大，整体耗材少，所以可以打印出整班的数量。教师进行相关知识的讲解前，可以把打印好的模型分发给所有的学生。学生除了能在课堂上结合老师的讲解和课本的介绍，利用细胞的立体模型对植物细胞的知识进行深入了解外，课下还可以用模型做进一步的对照复习。通过拆卸细胞模型，可充分调动学生的视觉、触觉等感官，加深其对知识的理解。

在中学阶段，除了在课堂教学上使用结合3D打印的教学用具外，可以适度举行涉及3D打印的竞赛，竞赛可以采用外观设计、组合结构、教学用具创新等形式。考虑到中学生的3D设计能力并没有良好的基础，因此学校或比赛举办方可以提供相关的模型给学生参考。如在机器人DIY竞赛中，比赛举办方提供种类繁多的3D模型包，学生可以自行设计机器人的结构图，并从模型包中取出相应的3D模型并打印，最后根据结构图组装起来。

2.3 大学教学 在目前的大学教学中，3D打印技术使用比较广泛。涉及到实物的外观、结构、机械、电路等的课程，皆可使用3D打印技术。除了在高等数学、大学物理、机械原理与设计、材料力学等基础课或专业课程的教学中使用3D打印的教学模型外，也能在实验、课程设计中使用3D打印。

随着各专业学科的交叉与融合，以及3D打印技术的日益成熟，它与各相关学科的结合会越加紧密，其作为“桥梁”性质的实现方式会越来越重要。各高校的专业设置虽涉及到3D打印，但并没有开设3D打印技术的相关课程，因此学生建模水平不高，设计出的成品与实际需求相距甚远。

3D打印本科专业建设的核心是“创新、设计、建模”。由于3D打印的接口面广，因此专业课设置要在不同方向上有所侧重。要学习的课程分为公共基础课、专业基础课、专业课以及课程设计。公共基础课包括高等数学、大学英语、大学物理、工程制图、线性代数、机械原理及设计、电工电子技术等。鉴于目前缺少适用于大学教学的3D打印教材，在此仅提供基础专业课的教学课程有：3D打印导论、3D打印原理、常规3D打印机的结构及组装、3D打印基础设计、3D建模基础与提高(使用目前流行的3DMAX、MAYA、Rhino等软件进行学习与应用)等。

学生自行选择不同行业方向的专业课，如动漫、机械、建筑、汽车、首饰等。以首饰专业课为例，它涉及到首饰设计、加工工艺、创意设计以及结构美学等课程。在选择相应的方向后，应增加该行业的相关知识的课程，以提高学生的基础。公共基础课、专业基础课作为学习基础，专业课则作为所学知识的综合运用。课程由浅至深，逐层递进和深入，最终促使学生掌握创新、应用的技能。教师在教授专业课时应注重引导学生的创新思维能力、发散思维能力，在实验、课程设计上应设计弹性大的题目。

至此，可以通过表1总结出小、中、大学不同学习阶段学生特点、教学基础、教学目标和教学内容。

3 教学实践中的问题与建议

3D打印在本质上是多媒体技术的延伸，是虚拟现实技术的延伸，它拓展了人的感觉和知觉，促进了人的思维能力的进一步发展，它与教学的融合势在必行[7]。

目前，3D打印在教学实践中存在诸多问题或空白，拓宽教学实践的各环节将促使3D打印与教学实践进一步的融合与发展。以下提出相关的建议。

3.1 学校安装相关配套的3D打印机 目前大多数学校没有配备相关配套的3D打印机，而3D打印机是进行教学、研究的基础设备。如果教学条件允许，还可以配备相关的外围设备，如3D Camega、KinectDIY等专业3D扫描仪。此外政府可以出台相关的政策，为大中小学配备3D打印机及相关设备。据了解，我国政府计划将在两年内为全国四十万所小学安装3D打印机，用于学校的教学和研究。未来可能会在大、中学推行进一步的相关政策。

3.2 编撰规范化的教材 3D打印技术虽然不是一门新兴的技术，发展的时间也相应的比较长，但目前的教学中仍然缺少内容丰富、案例经典的教材作为教学的参考。因此可编写适合大中小学使用的3D打印技术的书籍作为教学的材料。但不强制要求各学校必须采用，学校也可以自行编写符合自身教学要求的教材。规范化教材编写的主要出发点是用于规范化的教学。

3.3 对教师进行培训 3D打印教师应该在技术和教学设计等层面进行学习和提高，做好领路人的角色。课程设计应该围绕“切合实际、拓展思维和激发想象力”的目的。在中小学教师的培训上，培训人员除了教授相应的3D打印原理、机械结构、耗材等知识外，应该将重点放在培训教师对学生的思维与想象力进行引导的方法和技巧上。培训大学和职校教师，应该使其“各习所长”，即在他们的专业方面，针对性地教授不同专业的结构、建模、耗材、支撑等方面的知识和经验，辅以典例为佳。

3.4 相关竞赛设计 在各类大中小学竞赛中，学生往往只能使用举办方所提供的配套组件进行组装和二次开发，这在很大的程度上阻碍和限制了学生想法的表达，不利于学生在实践中自由发挥和拓展。3D打印能很好地提供解决方案，学生可以根据自己的想法设计并打印出相应的模型，并组装在自己的参赛作品中。此外，为了使3D打印能更好地与教学、实践等融合，可以举行不同主题的比赛。竞技类型，如机器人足球、机器人篮球、机器人搏击比赛、竞速、花样飞行、抢夺比赛等;解决任务型，如智能辅助;开拓思维型，如组合联动结构。也可以举行开拓参赛团队思维的比赛，设计并打印出新颖、独特、具有创造性的机器人零部件、外壳、骨架等。鼓励比赛优秀的作品进行进一步的研发。这样的比赛除了能促进3D打印的技术更新和发展外，还能拓展学生对控制芯片的编程、机械结构、模拟电路的认识。

3.5 成立相关委员会 目前的3D打印并没有很好地纳入规范化的组织和管理中，成立相关的委员会是行之有效的方法。通过成立相关委员会，创立评选制度，可以支持大中小学的学生对感兴趣的方向进行创新。可以通过评选项目提供必要的资金，并配给相应的指导老师。再者，如果学生能够靠自身的能力切实改进了3D打印的技术，并有相应的展示方式，通过委员会的审核后，可报销其费用，并给予相应的奖励。

3.6 其他 授课老师引领学生发挥想象力，记录下他们对3D打印的想法(学习方法、技术的改进)等，将想法在大中小学校的网络共享平台上进行汇总，让不同的想法互相“碰撞”。也可以邀请相关方面的专家来校演讲，或是组织学生到政府、公司等开设的3D打印展区进行参观，使学生能接触到3D打印行业的新方向，了解3D打印的最新进展。

4 总结

重视3D打印，就是要发挥一切积极的因素，使3D打印的课程和实践在学校教学中进行交叉与融合，不断循环发展。在3D打印教学的创新中，可以结合现在的在线教育、大数据等新技术，不断挖掘3D打印在课程教学的潜能和优势。在建设3D打印课程的体系中，需要多方协调和政策的支持，才能形成良好的教学和研究的氛围。

未来3D打印在教学、研究、设计、制造等方向的应用和实践将会进一步的深入和发展，它将以其独特的方式影响着人们生活的方方面面。

参考文献：

[1]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育(综合版)，2013(8).

[2]刘翠.3D打印技术及其在职业教育领域中的应用[J].电子制作，2014(6).

[3]王娟.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究， 2015(1).

[4]Vasilis Kostakis. Open source 3D printing as a means of learning： An educational experiment in two high schools in Greece [J]. Telematics and Informatics， 2015(32).

[5]黄敏.3D打印向基础教育走来――访南京市秦淮区校园3D研究社团[J].中小学信息技术教育，2014(10).

[6]杨洁.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014(1).

[7]童宇阳.3D打印技术在中小学教学中的应用研究[J].现代教育技术，2013(12).

第7篇：3D打印技术发展及其应用前景

课程名称：3D打印技术

班级： 姓名：

学号: 时间：2016年10月7日

一、3D打印技术兴起

3D打印产业是工业制造领域新发展起来的技术，被誉为“具有业革命意义的制造技术”。运用3D打印技术的主要生产流程是先用计算机软件设计出一个立体的加工样式，再通过3D打印机用特制的固体材料进行打印。广泛应用于工业制造、文化创意及数码娱乐、航空航天、生物医疗、消费品、建筑工程、教育和个性化定制等领域。由此可见3D打印技术需要依托信息技术、精密仪器和科学材料等多个领域的技术，作为一项新兴的多科学交叉的技术，必须在这些相关的领域投入相应的研发力量才能真正掌握其整个的核心技术。

二、简介3D打印机

3D打印机英文 “3D Printers”，3D打印机这个名称是近年该产品来针对民用市场而出现的一个新词。其实在专业领域 他有另一个名称快速成形技术。快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技 术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。

三、3D打印技术原理

说到它的原理，其实也并不不复杂，其运作原理和传统打印机工作原理基本相同。传统打印机是只要轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像，而打印机 首先将物品转化为一组3D数据，然后打印机开始逐层分切，针对分切的每一层构建，按层次打印。

例如我们制作一个塑料材质的苹果，首先我们需要在电脑上使用3D软件制作出一个苹果的3D模型文件，然后把它转换成3D打印机支持的文件格式。接下来需要给3D打印机放入塑料耗材，现在3D打印机就可以制作了。这个过程是不是像我们的平面打印机的操作呀!好下面说重点。打印系统在制作的时候会从这个苹果3D模型底部开始切成很多片(多少片呢?这个要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。)也就是我们上面说的截面图。最先开始制作的是苹果模。

四、几种主要的3D打印机技术

(一)SLA技术3D打印机

SLA是最早实用化的快速成形技术。SLA 是“Stereo lithography Appearance”的缩写，即立体光固化成型法。用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

SLA技术主要用于制造多种模具、模型等;还可以在原料中通过加入其它成分，用SLA原型模代替熔模精密铸造中的蜡模。SLA技术成形速度较快，精度较高，但由于树脂固化过程中产生收缩，不可避免地会产生应力或引起形变。因此开发收缩小、固化快、强度高的光敏材料是其发展趋势。

(二)SLS技术3D打印机

SLS(Selective Laser Sintering)选择性激光烧结(以下简称 SLS)技术 。最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的 Carlckard于1989年在其硕士论文中提出的。后美国DTM公司1992年推出了该工艺的商业化生产设备Sinter Sation。 选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。其整个工艺过程包括CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。

与其它3D打印机技术相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说，任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前，可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。由于SLS成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛、适合多种用途以及SLS无需设计和制造复 杂的支撑系统，所以SLS的应用越来越广泛。

(三)LOM技术3D打印机

分层实体制造法(LOM———Laminated Object Manufacturing)，LOM又称层叠法成形，它以片材(如纸片、塑料、薄膜或复合材料)为原材料。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓。切割完一层后，送料机构将新的一层纸叠加上去，利用热粘压装置将已切割层粘合在一起，然后再进行切割，这样一层层地切割、粘合，最终成为三维工件。

该技术的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高，缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。

(四)FDM技术3D打印机

熔积成型(FDM—Fused Deposition Modeling)法,该方法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料,利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃),在计算机的控制下,喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。该技术污染小。

五、3D打印技术优点

(一)制造快速

3D打印机技术是并行工程中进行复杂原型或者零件制造的有效手段,能使

产品设计和模具生产同步进行,从而提高企业研发效率，缩短产品设计周期，极0大的降低了新品开发的成本及风险，对于外形尺寸较小,异形的产品尤其适用。

(二)CAD/CAM技术的集成

设计制造一体化一直来说是现在的一个难点,计算机辅助工艺(CAPP)在现阶段由于还无法与CAD、CAM完全的无缝对接，这也是制约制造业信息化一直以来的难点之一,而快速成型技术集成CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术,使得设计制造一体化的概念完美实现。

(三)完全再现三维效果

经过快速成型制造完成的零部件，完全真实的再现三维造型，无论外表面的异形曲面还是内腔的异形孔，都可以真实准确的完成造型，基本上不再需要再借助外部设备进行修复。

(四)材料种类繁多

到目前为止，各类3D打印机设备上所使用的材料种类有很多，树脂、尼龙、塑料、石蜡、纸以及金属或陶瓷的粉末，基本上满足了绝大多数产品对材料的机械性能需求。

(五)创造显著的经济效益

与传统机械加工方式比较 ，开发成本上节约10倍以上，同样，快速成型技术缩短了企业的产品开发周期 ，使的在新品开 发过程中出现反复修改设计方案的问题大大减少，也基本上消除了修改模具的问题，创造的经济效益是显而易见的。

六、3D打印技术未来发展的主要趋势

3D快速成形技术除了与其他RP技术一样,可以用于产品的概念原型与功能原型件制造外,3D快速成形技术还因其独特的成形特点,使其在生物医学工程、制药工程和微型机电制造等领域有着广阔的应用前景。随着智能制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。

【参考文献】：

[1] 王灿才.3D打印的发展现状分析[J].丝网印刷。2012，(09). [2] 王雪莹.D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企事业，2012，(09) [3] 刘海涛.光固化三维打印成形材料的研究与应用[D].华中科技大学博士论文 [4] 胡发宗等.三维立体打印机的成形技术[J].模具技术，2004 [5] 吕德平.激光打印机原理与维修[J].中国计算机用户，1994,5. [6] 陈清，打印机技术研究和未来应用发展趋势初探[D],2010,4 [7] 邵华，3D打印机技术在未来电工教学应用中的设想[A],2011.9 [8] 刘厚才.莫健华.刘海涛.三维打印快速成形技术及其应用[J].机械科学与技术，2008(9):1184-1186.

[9] 王忠宏.李扬帆.张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路.2013,(1):90-93 [10] 蔡恩泽. 3D打印颠覆传统制造业.中国中小企业.2012,(11):46-47. [11] 古丽萍.蓄势待发的3D 打印机及其发展[J].数码印刷，2011,(10):64-67.

第8篇：3D打印快速成型技术及其应用

3D打印快速成型技术及其应用

摘要：本文介绍了3D打印技术的基本原理及其制造流程。通过一些实例说明了3D打印的应用主要是说明在现代军事方面的应用。

一.引言

3D打印(3D PRINTING )即3D打印技术，又3D打印制造是20世纪80年代才兴起的一门新兴的技术，是21世纪制造业最具影响的技术之一。随着计算机与网络技术的发展，信息高速公路加快了科技传播的速度，产品的生命周期越来越短，企业之间的竞争不再只是质量和成本上的竞争，而更重要的是产品上市时间的竞争。因此，通过计算机仿真和3D打印增加产品的信息量，以便更快的完成设计及其制造过程，将产品设计和制造过程的时间周期尽量缩短，防止投产后发现问题造成不可挽回的损失。

3D打印技术是由CAD模型直接驱动的快速制造复杂形状的三维实体的技术总称。简单的讲，3D打印制造技术就是快速制造新产品首版样件的技术，它可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速直接的实现零件的单件生产。该技术突破了制造业的传统模式，特别适合于新产品的开发、单件或少批量产品试制等。它是机械工程、计算机CAD、电子技术、数控技术、激光 技术、材料科学等多学科相互渗透与交叉的产物。它可快速，准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件，以便进行快速评估，修改及功能测试，从而大大缩短产品的研制周期，减少开发费用，加快新产品推向市场的进程。

自从美国3D公司在1987年推出世界上第一台商用快速原形制造设备以来，快速原形技术快速发展。投入的研究经费大幅增加，技术成果丰硕。原形化系统产品的销量高速增长。在这方面美国，日本一直处于领先地位，我国在这方面起步较晚，但是奋起直追，开展研究并取得一定成果，国内也有些成熟的产品问世，他们正在各种生产领域上发挥着作用。

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3D打印快速成型技术及其应用

二.3D打印技术的简介

2.1 3D打印系统的工作原理和制造工艺

3D打印技术是一种逐层制造技术，它采用离散/堆积成型原理，其过程是：先得到所需零件的计算机三维曲面或实体模型;然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，将原来的三维模型变成二维平面信息，即离散过程;再将分层后的数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码;在微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成型，从而制造出所需产品的实物样件或成品，这就是材料的堆积过程。已知自由曲面CAD模型，如果使用传统的方法和数控机床进行加工，那么复杂的自由曲面，成本高，效率低。近年来，3D打印即广泛的被运用于工业生产中。各种3D打印技术的过程都包括CAD模型建立、生成STL文件格式、3D打印制作、模型分层切片和后置处理五个步骤，其制造过程如图1所示

(1)利用激光固化树脂材料的光造型法(Stereolithography)。光造型装置一直以美国3DSYSTEMS公司的SLA型产品独占鳌头,并形成垄断市场。其工作原理如下：由激光器发出的紫外光,经光学系统汇集成一支细光束,该光束在计算机控制下有选择的扫描液体光敏树脂表面,利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理,一层一层固化光敏树脂,每固化一层后,工作台下降一精确距离,并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描,使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上,如此反复,直至制作生成零件实体模型。激光立体造型制造精度目

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3D打印快速成型技术及其应用

前可达±0.1mm,主要用作为产品提供样品和实验模型。此外,日本的帝人制机开发的SOLIFORM可直接制作注射成型模具和真空注塑模具。

(2)纸张叠层造型法。纸张叠层造型法目前以HELISYS公司开发的LOM装置应用最广。该装置采用专用滚筒纸,由加热辊筒使纸张加热联接,然后用激光将纸切断,待加热辊筒自动离开后,再由激光将纸张裁切成层面要求形状。

(3)熔融造型法熔融造型法(FDM)。以美国STRATASYS公司开发的产品FDM(FUSED DEPOSITION MODELLING)应用最为广泛。工作时,直接由计算机控制。喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。FDM技术的最大特点是速度快(一般模型仅需几小时即可成型)、无污染,在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用。FDM生产可选成型材料种类较多，原材料费用低，因而的到广泛的应用。但是FDM也有其固有的缺点。精度低，热融制造中很难控制精度，难以制造结构复杂的构件，且材料的制造是处于熔点附近，因而构件的强度小，也不适合制造大型的制件，这些特点都限制了FDM的应用范围。

(4)热可塑造型法(SLS)。以DTM公司开发的选择性激光烧结即SLS(SELECTIVE LASER SINTERING)应用较多。该方法是用CO2激光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时,由CO2激光器发出的光束在计算机控制下,根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描,激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后,铺上一层新粉末,再用激光扫描烧结,如此反复,直至制成所需样件。

2.2 3D打印制造的优点

3D打印技术的加工特点:3D打印技术突破了“毛坯→切削→加工品”传统的零件加工模式,开创了不用刀具制作零件的先河,是一种利用的薄层叠加的加工方法。与传统的切削加工方法相比,3D打印加工至少具有以下优点: (1)可迅速制造出具有自由曲面和更为复杂形态的零件,如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，这些利用传统工艺很难加工的,从而大大降低了新产品的开发成本和开发周期。在时间尤其重要的今天，它可以为企业节省大量的研发时间。

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3D打印快速成型技术及其应用

(2)它属于非接触加工,不需要切削加工所必需的刀具和夹具,无刀具磨损和切削力影响。只需要一套特定的设备，工序简单，没有传统加工的烦琐的工序。传统的加工中每一个工序都需要机床等复杂加工设备，且加工过程复杂，对操作人员的技术要求很高。

(3)无振动、噪声和切削废料。可以为企业节省宝贵的试制原料，简化生产。传统的制造中由于多是机械制造，噪音较大。且加工时边角料多。造成资源的浪费。

(4)可实现完全自动化生产。操作可以由电脑控制，无需人的过多干预。真正实现了自动化。

(5)加工效率高,能快速制作出产品实体模型及模具。精度高，生产的产品质量好。

(6)3D打印技术在产品开发中的关键作用和重要意义是很明显的，它不受复杂形状的限制，可迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为进一步评估的实物。根据原型，可对设计的正确性、造型的合理性、可装配性和干涉性，进行具体的检验。通过原型的检验可使开发产品中的风险减到最底的限度。

三.3D打印技术在军事方面的应用

当前，3D打印技术在军事领域的应用主要是武器装备受损部件的维修和复杂结构件的生产。

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3D打印快速成型技术及其应用

3D打印成型技术打印出的手枪及零部件

4.1武器装备受损部件维修

美国国防部曾采用激光近净成型进行受损零件现场维修，以及专用零件的小批量生产。安妮斯顿陆军基地采用激光近净成型成功维修M1艾布拉姆斯坦克的燃气涡轮。美国海军水下作战中心(NUWC)实施了快速制造与维修(RMR)计划，该计划采用选择性激光烧结，直接金属激光烧结、熔融堆积成型以及电子束。 4.2武器装备复杂结构件生产

红石兵工厂的美国陆军航空与导弹研究开发与工程中心(AMRDEC)通过立体光刻成型技术、熔融沉积建模、分层制造、激光近净成型、选择性激光烧结等技术，进行设计验证和最优化研究。为了评估人机工程特性与性能，AMEDEC 采用立体光刻成型技术制造导弹控制操纵杆，避免了传统生产设备所需花费的大量时间和设备成本，降低了总生产成本，缩短了开发周期。美国国防部与工业界联合实施了采用类似立体光刻成型的方法合金结构件快速生产的项目，其生产效率比传统的铁合金加工工艺高80%。F-15猎鹰喷气式战斗机铁合金外挂架冀肋备件采用激光3D打印工艺，使零件的需求能够在2个月内得到快速满足，并最大限度保持飞机的可用性。正是由于这些优点，选择性激光烧结工艺被授予2003 年国防制造技术成就奖。使用3D打印技术制造UH-60直升机门把手，相比传统

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3D打印快速成型技术及其应用

工艺节省了140万美元，从而验证了3D打印技术在成本方面具有一定优势。除了美国，欧洲宇航防务集团(EADS)的一个科研小组也致力于使用3D打印技术制造飞机的整个机翼。截止2011年3月研究者已使用该技术制造出了飞机起落架的支架和其它飞机零件。

四.结束语

最近两年，3D打印技术概念引起了国内外政府、军方、企业的高度重视，但其实3D打印技术已经发展有30余年。美国著名智库高德纳(Gartner)公司2012《高德纳新兴IT技术显示度周期特别报告》认为，3D打印技术正处于高循环曲线显示度顶点。预计该技术在未来2～5年内到达生产力成熟期。然而，通过分析发现，3D打印技术却很难取代传统制造工艺，在军事领域的应用主要集中在对受损部件的修复、复杂结构部件的生产以及小批量部件生产等方面，与传统制造工艺形成了较好的互补关系。例如，美国计划使用3D打印技术在太空空间站上制造空间站部件备件。因此，未来3D打印技术可能会在武器装备制造、航空航天中的一些特定领域有所应用，但大面积，全方位的替代传统工艺的可能性不大。

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3D打印快速成型技术及其应用

参考文献

[1]颜永年，张人佶.快速制造技术的发展道路与发展趋势[J].电加工与模具，2007，2：25-29 [2]朱辉杰.融入载人航天精神的Dimension3D打印机———推动中国空间事业的持续发展[J].CAD/CAM与制造业信息化，2011，8：58 [3]张德胜.利用太阳能的三维打印线聚光光源和打印方法：中国，102886901A[p].2013-01-23.

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第9篇：3D打印技术在医学领域的应用

医学模型快速建造。

医学道具、模型、用品等材料可通过3D?打印获得。利用3D打印技术，可将计算机影像数据信息形成实体结构，用于医学教学和手术模拟。传统医学教学模型制作方法时间长，且搬运过程容易损坏，使用3D?打印技术，可有效减少制作时间，根据需要随时制作，并降低搬运损坏的风险。目前，3D打印医学模型已获得较好的技术支持，具备一定的打印速度，能使用多种材质进行打印，应用程度高，有着很好的应用前景。

组织器官代替品制作。

人体组织器官代替物的材料要求很高，实现难度大。但目前已有一些成功案例，比如复制人体骨骼，制作义肢等。比如，人体某块骨骼缺失或损坏需要置换，首先可扫描对称的骨骼，形成计算机图形并做对称变换，再打印制作出相应骨骼。与传统方法相比，该技术不需要先制作模具，可直接打印，建造速度较快。这项技术可应用于牙种植、骨骼移植等。身体软组织器官制作亦取得进展，报道显示，美国某大学已利用该技术制作出人造耳，与此同时，微型人体肝脏也已被成功制造。德国研究人员利用3D?打印机等相关技术，制作出柔韧的人造血管，并能使血管与人体融合，并同时解决了血管免遭人体排斥的问题。该技术的不断进步和应用的深入将有助于解决当前和今后人造器官短缺所面临的困难。

脸部修饰与美容。

利用3D?打印技术制作脸部损伤组织，如耳、鼻、皮肤等，可以得到与患者精确匹配的相应组织，为患者重新塑造头部完整形象，达到美观效果。首先扫描脸部建立起3D计算机数据，医生可以制作出患者所缺少的部位，重现原来面貌。比起传统技术，该方法更精确，材质选择更加多样化。随着3D打印技术所支持材质的增多，打印质量的精细化，以及美容市场的壮大，脸部修饰与美容应用将有更加广阔的天地，应用水平亦将得到进一步提高。