3d打印技术教学应用

第一篇：3d打印技术教学应用

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

第二篇：桌面3D打印技术在模具教学中的实践应用

摘 要：3D打印技术不需要加工，就能通过计算机图形数据快速生产任何形状的物体，大大缩短了产品的生产周期，近年来得到社会的广泛关注，并广泛利用在汽车、航天航空、医疗教育、工业设计、模具制造等社会各个领域。将3D打印技术应用在传统的模具教学中，能够为学生提供更加直观、形象的教学形式，提高教学效果。本文主要简单阐述了3D打印技术的概念，以及它在模具教学中的实践应用。

关键词：3D打印技术 模具教学 实践

随着计算机、信息技术的进步，3D打印技术逐渐成为时下最热门的一个话题，并广泛利用在社会各个领域。比如模具制造，主要用于工业产品中，大大节省了产品研发成本和生产的周期。但是目前由于受到材料的限制，3D打印技术还没有大面积的普及。将3D打印技术引用在模具教学中，能够便于学生的理解和记忆，将枯燥的理论课堂与实际产品进行有效地结合，激发了学生学习的兴趣，大大提高教学效率。

一、3D打印机打印原理

3D打印机又被称为三维打印机，是一种快速成型技术。它将数字模型文件作为打印的基础，通?^特殊的粉末状金属、蜡材、塑料等可黏合的材料，通过打印机将一层层的黏合材料打造成一个三维的实体物品。3D打印技术的原理，是通过计算机将数据信息和原材放入到打印机中，打印机按照设置的程序一层层地将产品打印出来。

二、桌面3D打印技术在模具教学中的实践应用

桌面3D打印机的价格比较便宜，工艺简单，材料选择比较多，尺度精度好，易于装配，能够快速构建中空和瓶状零件，比较适合模具教学。

1.桌面3D打印技术在课堂教学中的应用

3D打印技术归根到底是虚拟现实技术的延伸。它拓展了人类的知觉和感觉，促进了人类思维的发展，将3D打印技术与课堂教学融合在一起，能够刺激学生的感官，从而激发学生学习的兴趣，提高教学效果。随着3D技术的发展，目前3D打印技术已经比较成熟，将3D打印技术引入到模具教学中来，能够在教学活动中，现场打印一些模具的模型，让学生更加直观地了解模具知识和技术，从而优化教学效果。

2.桌面3D打印技术在课程设计方面的应用

模具设计课程一般需要一个到两个星期。教师让学生利用所学的软件，进行绘制模具图形。教师对学生的设计图形进行指导。如果学生的模具设计尺寸、大小等信息不符合实际要求，教师会给予学生一些指点并要求学生做出相应的修改，从而帮助学生加深对课堂知识的理解。在3D打印技术应用在模具设计课程中，学生设计作品完成以后，可以通过3D打印机将自己设计的作品打印出来，既可以提高学生学习的兴趣，又能提高学生的动手能力。在打印的过程中，学生很容易发现自己设计图纸存在的问题，从而进行修改和调整，进一步提高设计水平。目前，国内华南理工大学、华中科技大学等高校将3D打印技术应用在模具方面已经取得了一定的进展。比如华中科技大学成立了材料形成与模具技术国家重点实验室，并建立了3D打印材料性能和精度控制方法，形成了一套比较完整的技术体系。

3.桌面3D打印技术应用在实践环节

模具是一门实践性和应用性很强的专业。学生不仅要掌握模具设计、制造，还有模具的安装、维护和管理。很多高职院校由于受到资金与办学条件的限制，无法大量购买设备。而桌面3D打印机的成本比较低，可以打印一些体积比较小的模型，也方便教师在课堂上进行演示，然后让学生进行操作，能大大提高学生的动手能力。

三、小结

随着3D打印技术的发展，未来3D打印机的成本会逐步下降，3D打印机将会得到进一步的普及和应用。所以，教学也要与时俱进，让学生接触到新技术、新设备，培养学生的创新能力和实践能力，但是在教学中，也不能完全依赖3D打印技术，而是要将其与传统教学模式结合起来，切实优化教学效果。

参考文献：

[1]乔瑞丽，李海林.桌面3D打印技术在模具教学中的实践[J].模具制造，2015，15(1).

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

[3] 张艳华.3D打印技术在模具设计教学中的实践与探索[J].教育教学论坛，2016(12).

(作者单位：青岛市技师学院)

第三篇：3D打印技术及其应用发展分析

摘 要：3D打印技术在近几年得到了巨大发展，备受社会各界的关注。虽然目前该技术还未能得到全面的普及推广，但其发展前景无可限量。文章对3D打印技术的现状进行探讨，分析目前3D打印技术发展所存在的问题。并对我国3D打印技术产业的技术发展提出一些建议。

关键词：3D打印技术;应用;发展分析

1 3D打印技术简介

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件作为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体[1]。当前3D打印技术主要应用于艺术创作、珠宝制作等领域。然而随着技术的发展，生物工程、医学、建筑等领域也越来越多的使用3D打印技术，为科技创新添加了新的活力。

与传统的工业制造业相比，3D打印技术有着无可替代的优势，这使得在当前高科技产业日新月异的今天，3D打印技术能在信息化社会中占有一席之地。3D打印技术有着以下特点：(1)生产效率极高。3D打印技术通过材料的层层推挤与叠加，在电脑数据的操控下堆砌成需要生产的物品，这与传统工业对原材料的剪裁制造完全不同。不仅省去了繁重的修整零部件工序，该大大增加了原材料的利用率，大幅降低生产成本，提高生产效率;(2)复杂零件可一次成型。传统工业在生产的过程中，需要经过模具设计、生产、修整等阶段，并在制作过程中对原材料进行锻造、打磨等加工，最终制作成复杂的产品。其生产周期长，生产工序繁琐，人力资源消耗大。而3D打印技术缩短了所有中间过程，它的模具通过电脑制作，产品根据电脑生成的设计图纸直接一次性打印完成，能够更加便捷、准确的制作出复杂产品，极大缩短了生产和设计周期。(3)可以满足不同消费者需要。传统工业注重批量化生产，3D打印技术则更能激发人的想象力，满足产品设计者和消费者的个性化需求。3D打印技术生产的产品不再千篇一律，而是独一无二。这将开创传统工业从批量制造到批量定制的华丽转变。

2 3D打印技术的发展现状

尽管3D打印技术将对传统制造业产生翻天覆地的影响，但我们还是应当注意，目前3D打印技术的发展仍受到许多因素的制约。具体问题有：(1)3D打印技术对打印材料的要求较高。3D打印技术特殊的产品制造手段，成为了其发展的双刃剑[2]。一方面高效的生产方式促进了效率的提高，另一方面则对生产材料有着很高的要求。3D打印所使用的材料不仅要能够被“打印”，而且“打印”出的产品必须满足技术要求。因此在现阶段，3D打印技术可供选择的材料较少，这成为了制约3D打印技术发展的主要原因。以目前的材料科学发展情况，可成为3D打印技术的材料主要为工程塑料、部分金属材料等，然而这些材料都是专门为3D打印技术所研发，与传统工业的生产材料还有着较大差距。(2)3D打印技术受支撑技术限制。3D打印缺乏支撑性技术，是制约自身进一步发展的另一个重要原因。举例来说，包括打印产品速度过慢，打印出的产品精度不高等。这都从侧面反映出当前3D打印技术的发展仍处于较低的水平。(3)3D打印技术缺乏严格的技术规范。由于3D打印技术才刚刚起步，行业内部缺乏明确的、可执行的、有效地条款，造成了目前3D打印技术在打印材料的选择上缺乏统一规范，这也阻碍了3D打印技术的进一步发展。(4)3D打印技术在短时间内仍难以取代传统制造业。虽然相较于传统制造业，3D打印技术有着无可比拟的优势，然而在大规模批量制造及成本控制方面，目前3D打印技术由于各方面的限制，难以匹敌传统制造业;(5)国内3D打印材料不足。我国目前3D打印技术还远未形成完善的产业链，因此仅有少数企业能提供高质量的3D打印材料，难以满足当前国内3D打印技术发展的需要。大量的原料需要依靠进口，导致我国3D打印技术在推广和应用领域受到诸多限制。

3 促进我国3D打印技术发展的对策

与欧美等发达国家相比，我国的3D打印技术仍有着一定的差距，而要在全球的科技发展浪潮中缩短与国外的差距，这绝非易事。除了政府要在政策面鼓励3D打印技术的发展之外，还要做到各行业的通力协作。

3.1 加强政府对3D打印技术发展的支持力度

政府是高新技术发展的统筹与规划者。3D打印技术有着广阔的市场前景，因此政府应当从政策完善、资金支持、人才培养、法律保护等多个方面[3]。主要包括：强化宏观调控，制定3D打印行业规范;加大财政拨款，为3D打印企业提供税收等财政优惠;鼓励高校设立3D打印技术专业，培养3D打印技术方面的人才;完善相关法律法规，保护3D打印技术的只是产权;强化社会监督，重视对3D打印技术可能引发的社会问题，严格控制3D打印材料的购买渠道。通过以上政策面的手段，加大对3D打印技术发展的投入，促进我国3D打印技术发展迈上新台阶。

3.2 增强创新能力

创新是企业乃至国家不断向前发展的动力源泉。只有强大的创新能力，才能保证企业、社会在日益激烈的竞争漩涡中生存下来。首先，要促进3D打印技术的理论创新。及时掌握全球3D打印技术的发展动向，加强3D打印技术同电子、医学、物理等学科的交流，为拓展3D打印的材料制造带来新的活力。其次，建立3D打印技术信息交流平台，以高校、科研所、企业研究成果作为基础，加强高新科研机构之间的交流，实现完美的科学研究机制。

3.3 完善3D打印技术产业链

促进我国3D打印产业技术联盟的形成，定期开展3D打印技术产业相关研讨会，鼓励高校、科研单位、相关企业的参与，早日实现3D打印产业链上下流资源的整合。各方针对3D打印技术材料研究，加大资金、人力的投入，鼓励企业将非金属材料应用于3D打印技术之中。同时，各高校与研究机构充分发挥自身技术资源优势，通过与企业资金资源全面整合，形成3D打印产业的产品设计，软件开发，材料创新、产品宣传等完整的产业链。

3.4 普及3D打印产品的应用

通过开展3D打印产品博览会作品等方式，将3D打印技术推广到中小学校，对少年儿童开展3D打印的教育宣传，普及3D打印技术的知识，激发他们对3D打印技术的兴趣。选取生物医疗、工业设计等领域，有目的、有计划地将3D打印技术进行推广应用，积极促进3D打印技术理论与应用的同步发展[4]。

3.5 加强国际间3D打印技术的交流

根据我国对3D打印市场的实际需要，通过高校、研究所等平台，积极开展通欧美发达国家的3D打印技术的国际交流，形成高校与高校之间、研究机构与研究机构之间的合作关系，互相吸取发展经验，深化合作，共同促进3D打印技术的进一步发展。

4 结束语

随着各个学科研究的不断深入，3D打印技术的发展势必将进入新的层面。作为最具创新力的技术之一，3D打印技术正在以自身独特的优势，受到全世界的关注。3D打印技术当前还处于较低水平，其内在的经济、社会等方面的价值亟待人们进一步挖掘。文章对我国3D打印技术的未来发展趋势提出了一些建议，希望能对未来3D打印技术的推广和应用做出贡献。

参考文献

[1]张曼.3D打印技术及其应用发展研究[J].电子世界，2013，13：7-8.

[2]江洪，康学萍.3D打印技术的发展分析[J].新材料产业，2013，10：30-35.

[3]王博.浅谈3D打印技术的发展与应用[J].机电技术，2014，5：158-160.

[4]孙建明，童泽平，殷志平.3D打印技术的市场应用及发展前景分析[J].现代商贸工业，2014，18：81-82.

作者简介：赵家立(1986-)，男，吉林省吉林市人，工作单位：吉林市创择科技有限公司，职务：项目主管，研究方向：3D打印技术。

第四篇：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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第五篇：智慧树2018 3D打印技术与应用

1 【单选题】(1分) 3D打印最早出现的是以下哪一种技术(C)

A. SLA B. FDM C. LOM D. 3DP 正确

2 【单选题】(1分) 使用SLS 3D打印原型件后过程将液态金属物质浸入多孔的SLS坯体的孔隙内的工艺是( A)

A. 浸渍

B. 热等静压烧结

C. 熔浸

D. 高温烧结 正确 3 【单选题】(1分) 最早的3D打印技术出现在什么时候( B )

A. 十九世纪初

B. 二十世纪初

C. 二十世纪末

D. 二十世纪八十年代 正确

4 【单选题】(1分) 各种各样的3D打印机中，精度最高、效率最高、售价也相对最高的是(D)

A. 个人级3D打印机

B. 专业级3D打印机

C. 桌面级3D打印机

D. 工业级3D打印机 正确 5 【单选题】(1分) 以下不是3D打印技术需要解决的问题是( B )

A. 3D 打印的耗材

B. 增加产品应用领域

C. 3D 打印机的操作技能

D. 知识产权的保护 1 【单选题】(1分) LOM技术最早是用于什么领域(B )

A. 医学影像

B. 立体地图

C. 建筑

D. 航空航天 正确

2 【单选题】(1分) SLA技术使用的原材料是(A) A. 光敏树脂

B. 粉末材料

C. 高分子材料

D. 金属材料 正确

3 【单选题】(1分) FDM技术的成型原理是(B )

A. 叠层实体制造

B. 熔融挤出成型

C. 立体光固化成型

D. 选择性激光烧结 正确

4 【单选题】(1分) 3DP技术使用的原材料是( D)

A. 光敏树脂

B. 金属材料 C. 高分子材料

D. 粉末材料 正确

5 【单选题】(1分) SLS技术最重要的是使用领域是( C)

A. 高分子材料成型

B. 树脂材料成型

C. 金属材料成型

D. 薄片材料成型 1 【单选题】(1分) 3D打印模型是是什么格式(

B)

A. RAD B. STL C. LED D. SAL 2 【单选题】(1分) 单击新建图标后，如何开启新的零件文件( A ) A. 选择一个零件模板

B. 选择一个装配体模板

C. 选择一个工程图模板 3 【单选题】(1分) 选择所需的草图基准面后，如何打开草图(A )

A. 在草图工具栏上单击草图图标

B. 在草图工具栏上双击草图图标 4 【单选题】(1分) 零件的第一个特征是什么特征( C )

A. 旋转特征

B. 拉伸特征

C. 基体特征 5 【单选题】(1分) 如何改变草图尺寸数值( A )

A. 双击尺寸，在修改对话框中输入新数值

B. 删除后重新绘制 6 【多选题】(1分) 那种关系不能添加到草图的几何关系中( ABC )

A. 垂直

B. 共线

C. 水平 1 【单选题】(1分) 以下是SLA技术特有的后处理技术是( D )

A. 取出成型件

B. 去除支撑

C. 后固化成型件

D. 排出未固化的光敏树脂 2 【单选题】(1分) FDM 3D打印技术成型件的后处理过程中最关键的步骤是(C )

A. 涂覆成型件

B. 打磨成型件

C. 去除支撑部分

D. 取出成型件 3 【单选题】(1分) 3DP 打印技术的后处理步骤的第一步是(C )

A. 固化 B. 静置

C. 除粉

D. 涂覆 4 【单选题】(1分) 目前FDM常用的支撑材料是(D)

A. 金属

B. PLA C. 粉末材料

D. 水溶性材料 5 【单选题】(1分) SLA原型的变形量中由于后固化收缩产生的比例是(D )

A. 5%~10% B. 70%~90% C. 20%~50% D. 25%~40% 1 【单选题】(1分) 以下不是促进3D打印技术在医疗领域应用的方法是(A )

A. 严格控制产品成本

B. 加强计算机辅助设计人才的培养

C. 鼓励发展拥有自主知识产权的3D打印机和专用配套材料

D. 建立清晰的回报预期 2 【单选题】(1分) 3D打印技术在建筑行业的应用中，目前使用最广泛的领域是(C)

A. 建筑机械的生产

B. 整体建筑物的建造

C. 建筑装饰品和建筑模型的生产

D. 建筑材料的生产 3 【单选题】(1分) 创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程。以下不是创新三层含义的是( A)

A. 抛弃旧概念

B. 更新

C. 变化

D. 创造新的东西 4 【单选题】(1分) 3D打印技术在医疗领域应用的四个层次特点中不包括以下哪个( D)

A. 金属3D打印、活性细胞、蛋白及其他细胞外基质

B. 无生物相容性要求的材料

C. 具有生物相容性，且可以降解的材料

D. 无有生物相容性，且非降解的材料 5 【单选题】(1分) 以下哪种3D打印技术在金属增材制造中使用最多C A. FDM B. 3DP C. SLS D. SLA