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快速成型3d打印原理技术论文
快速成型3d打印原理技术论文 快速成型3d打印技术论文篇一：《试论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，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 Catch[3]。
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。
