中国3d打印行业研究

2022-09-29

第一篇：中国3d打印行业研究

【3D打印行业调查分析】

3D打印：第三次工业革命

2012年3月19日，美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。由政府主导、联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元逐步建立15个“制造创新中心”，组成创新网络。

2012年4月21日，英国《经济学人》刊文【第三次工业革命】，认为3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。

2012年8月16日，美国“国家增材制造创新中心”作为其首个“样板示范”创新中心剪彩成立。作为新技术研究、开发、示范、转移和推广的基础平台，号称要成为增材制造技术全球卓越中心并提升美国制造全球竞争力。

至此，3D打印作为媒体和资本的新宠，风风火火地从幕后走向台前，发展如火如荼。从飞机、汽车、枪支、巧克力、比基尼到星球再造式的沙漠打印，让越来越多的人了解到3D打印技术，开始憧憬着未来革命性的技术将对这个世界带来的影响。

“3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。”作为世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家，英国工程学家阿德里安·鲍耶对中国青年报记者表示，“未来你想要什么，只需下载图纸，按一下‘打印’键，就可以去喝咖啡听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。

如今，3D打印已经慢慢融入产品设计、生产制造、教育、医疗、建筑等各大领域，打印出了巧克力、血管、肾脏、飞机、自行车、汽车、玩具、房子、衣服等等产品，已经开始慢慢改变我们的生活。第三次工业革命真的到来了吗? 【什么是3D打印】

3D打印技术是依托于信息技术、精密机械以及材料科学等多学科发展起来的尖端技术。其学术名称为快速成型技术(RP：RapidPrototypingManufacturing)，也叫增材制造技术(AM：AdditiveManufacturing)，诞生于上世纪80年代。它的【基本原理是：分层制造、逐层叠加】。把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型，类似于高等数学中的积分。整个制造过程包括3个环节：前端数据获取(3D扫描和建模),中端数据加工处理(计算机辅助设计),后端产品打印(3D打印)。

传统制造过程与之相对应的两种技术是切削和铸塑(减法制造)。相比这两种技术，3D打印技术(加法制造)有自己的优势，那就是不像切削那样浪费材料，也不像铸塑那样要求先制作模具。一次成型，快速个性化定制是它的重要特点，这在小批量，多品种(个性化)的生产中占有非常大的优势。【3D打印发展简史】

3D打印技术兴起于美国20世纪80年代。在传统制造业里，复杂结构制造难度高、开模费用大、制造时间长等，让人们想象一种快速成型的方法，经过不断设计研究，慢慢催生了3D打印技术。后来硬件Arduino和其他尾随技术的开源，又催生了3D打印技术的工业化，让其从幕后走向前台。【国外3D打印简史】 1984年，CharlesHull开始研发3D打印技术，【1986年】，他自立门户，创办了世界上第一家3D打印技术公司，也是现在的3D市场领军者之一3DSystems公司(NYSE:DDD)，同年发布了【第一款商用3D打印机】，2012年1月，他们收购了另外两家3D打印公司Zcorp和VidarSystems;

1988年，ScottCrump发明了FDM(热熔挤制成型)技术，并于1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司斯川塔斯Stratasys(NASDAQ:SSYS)，该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。2012年4月，Stratasys还收购了以色列的Objet公司，从而成为【全球最大】3D打印机制造商。

1989年，美国麻省理工学院的EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty等在美国申请了三维印刷技术的专利，之后EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty又多次对该技术进行完善，形成了今天的三维印刷快速成型工艺。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。

1995年，美国ZCorp公司(后被3Dsystems收购)从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

1996年，媒体第一次使用【3D打印】这个词来称呼当时的快速成型机，后来取代了之前的称谓，成就了现在流行的3D打印这个概念;

2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。 2008年，开源3D打印项目【RepRap】发布“Darwin”，3D打印机制造进入新纪元;同年，Objet推出Connex500，让【多材料】3D打印成为可能。2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。

2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次打印出人造肝脏组织。目前，美国拥有世界上38.5%的3D打印设备，而中国所占的比例只有8.6%，有着很大的提升空间。3D打印技术在美国已经产业化，目前全球有两家3D打印机制造巨头，分别Stratasys和3DSystems，均在美国纳斯达克上市，2011年营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。目前国外3D打印机制造商主要有：商用3D打印机主要制造商包括Stratasys，ObjetGeometries,ZCorporation，3DSystems等。家用3D打印机主要制造商有Reprap，MakerbotIndustries，Ultimaker，Botmill，Fab@Home等

1990年，华科王运赣教授在美国参观访问时接触到了刚问世不久的快速成型机。最初，王运赣教授想从最早出现的基于光敏树脂原料的光固化立体成型技术做起。然而，液态光敏树脂材料价格太高，华中科技大学的快速制造中心，转攻以纸为原料的分层实体制造技术(LOM)。1991年，华中科技大学(当时的华中理工大学)在时任校长、已故著名机械制造专家黄树槐的主持下，成立快速制造中心，研发基于纸材料的快速成型设备。1994年，华中科技大学快速制造中心研制出国内第一台基于薄材纸的LOM样机，1995年参加北京机床博览会时引起轰动。LOM技术制作冲模，其成本约比传统方法节约1/2，生产周期也大大缩短。 1992年，西安交大卢秉恒教授(国内3D打印业的先驱人物之一)赴美做高级访问学者，发现了快速成形技术在汽车制造业中的应用，回国后随即转向研究这一领域，1994年成立先进制造技术研究所。1995年9月18日，卢秉恒教授(现为中科院院士)的样机在国家科委论证会上获得很高的评价，并争取到“九五”国家重点科技攻关项目250万元的资助。1997年，卢秉恒团队卖出了国内第一台光固化快速成型机。

我国的3D打印起步并不晚，像彦永年、王华明、王运赣、史玉升、卢秉恒等教授都是早期就加入研究的先驱。总体而言，我国在核心技术有先进的一面，但在产业化方面，发展还稍显滞后。

经过20多年的发展，这个产业，美国、以色列、德国领跑全球，中国跟随其后。在我国，北京江苏湖北深圳西安基础不错，处于国内前列。目前，我国有40多家3D打印企业，如北京隆源、深圳普力得科技、武汉滨湖机电、长沙华曙高科、南京紫金立德、宝岩自动化、西安铂力特等等。拿出产品的有近10家，其中，产量过百台的仅4家，而拥有核心技术的，那就更少了。据深圳普力得科技资深工程师张维忠先生介绍，我国的3D打印产业，整体面临核心环节对外依赖，耗材技术滞后等重大制约问题。硬件方面，自动化控制系统方面与国外相比还有较大的差距，运行稳定性有待提高。软件方面，与国外亦有很大差距。3D打印“打印”是表象，核心在软件。软件之于3D打印机，好比大脑之于人。缺了软件，设计师灵感再多，变不成模型，打不出实物。作为3D打印支撑技术的软件系统，现为美国、以色列几家大公司控制，国内近乎空白。市场方面，3D打印需求九成在欧美，全球行业集中度极高，欧美两家龙头企业已占七成份额。过度依赖外需，内需启动缓慢，使国产3D打印产业生存现状不容乐观。从核心技术、应用材料到市场渠道，我国3D产业链与国外差距还很大。

总体来说，理想很丰满，现实很骨感。理论上讲，能够设计或想象出来的东西，全部能打印出来。相信在未来，3D打印确实能改变几乎整个制造业。但现在，3D打印技术及其产业还很不成熟，任然处于“拓荒阶段”，替代不了传统制造业。深圳普力得科技有限公司总务部经理区宝明女士认为，目前3D打印技术具有制造物体周期需求短、适应单件个性化需求、在大型薄壁件、蜂窝状复杂结构部件、钛合金等难加工、易热成形零件制造方面具有较大优势。但也只是对传统工艺的补充，是“锦上添花”的技术。目前，3D打印技术存在着制造成本高，制造效率低，制造精度尚不能令人满意，工艺与装备研发不充分，尚未进入大规模工业应用等方面的问题。因此，不能把3D打印万能化，更革不了传统制造业的命。什么“打印飞机”、“打印汽车”，都不靠谱，只是打个模型。现今的3D打印技术还不能打印超过1000个零部件的东西，打印材料昂贵而且有限，打印尺寸也受限制，打印出的东西，在机械强度、电气属性等暂时都无法与传统制造业相抗衡。现今，3D打印技术只有跟传统制造业改造与提升相结合，才有更大生存空间。【3D打印主流技术】

目前全球3D打印机形成四大流派，即熔融堆积、叠层堆积、粉末堆积、激光成型。它们都用软件设计三维图，再用塑料、金属、树脂等耗材，逐层累积“打印”三维实物。 1，熔融沉积成型(Fuseddepositionmodeling，简称FDM)，可利用热塑性材料，金属、可食用材料等进行成型制造;

2，选择性激光烧结(Selectivelasersintering，简称SLS)，这种技术得用的材料为热塑性塑料，金属粉末，陶瓷粉末等;

3，薄材成型(Laminatedobjectmanufacturing，简称LOM)，举个例子，把一张张的纸铺上去累积而成的模型，当然金属膜，塑料膜也可以; 4，光固化(Stereolithography，简称SLA)，可利用的材料是光敏树脂等聚合物。【3D打印发展瓶颈】

3D打印技术可以使用很多种材料，如ABS塑料、PLA、尼龙、玻璃填充聚胺、光固化材料、银、钛、钢、蜡、干膜和聚碳酸脂。3D打印始于塑料材料，但是如今打印材料品种繁多，不断增加，包括陶瓷、食物、玻璃，甚至人体组织。巧妇难为无米之炊，材料限制是目前3D打印行业的最大瓶颈。可使用材料有限不说，材料价格也是一大阻碍。例如，3D打印使用的塑料原料成本为$60-$425/千克(2.2磅)，而传统注塑工艺使用相同量的材料只需$2.40-$3.30。20虽然对原型或小批量生产来说，较高的成本不是什么问题，但是对于大批量生产来说就显得很不经济。如果将来在耗材上有非常大的突破，3D打印必然迎来井喷期，发展高歌猛进，那时候，只怕真要革命了!

大众消费者专业操作技术的匮乏和机器的高造价，核心环节对外依赖，市场认知度低，加之产业链发展不全面，创业大师们在市场运作推广方面也无典范杰作可循。这也促成资本市场伸长脖子，踮起脚尖，却望而止步。如此情形，没了LED的大跃进，却又多了3D打印的噱头，少了行业高歌猛进的风头。当然，发展中的问题要在发展中解决。当年的大哥大如此，后来的互联网亦如此。危中有机、机中有危，历史不会停止，因为瓶颈就是用来突破的，就想世界纪录就是用来被打破的一样。【余亿万】【3D打印的未来】

虽然3D打印技术已经出现了近30年，但它还仍然没有真正像个人电脑那样走进千家万户，成为我们生活的必需品。尽管最几年3D打印相关的技术正在日新月异的变化着，但它似乎还离我们的期待有一定的距离。那我们不妨根据我们的需求来畅想一下未来的3D打印的发展方向。1，材料越来越丰富

11月，Objet新推出的大型3D打印机Objet1000已经支持打印140种材料，每次打印可同时利用其中的14种，相比初级的单头单色单材料的3D打印机它已经非常强大，但我们生活中用到的物品是多种多样的，只有更丰富更实用的材料才能让3D打印尽快的融入生产和生活。2，实用性越来越高

从简单的原型开发，到打印巧克力，到飞机上的钛合金部件，3D打印的成品已经越来越实用，相信随着未来材料、机械、电子等方面的进步，3D打印机很快发挥更大的作用。 3，精度会越来越高同时速度更快

如果你把精度不高或者速度太慢当作否定3D打印的观点的话，我只能说：每一种改变世界的技术都会经历同样的阶段，不管是火药还是计算机。怕的是你发现不了问题，没办法改进它。现在既然我们知道它的缺点，工程师们就一定会解决掉这些问题，这只是时间问题。4，家庭化，个人化，价格下降

每个家庭都有一台打印机，就像每个家庭都拥有电脑、手机一样?这是有可能的。现在最便宜的打印机已经卖到了300美元左右，甚至你还可以利用网络上开源硬件的相关资料自己制作一台。每个家庭都需要一台3D打印机吗?也许是的。随着3D打印机的功能越来越强大，能打印的东西越来越实用，越来越多，包括价格越来越便宜，相信很多人都会忍不住买一台放家里，不管是制作装饰艺术品还是一些简单实用的生活用具，它还是很有实用价值的。

3D打印在未来将会变得更难以想象，牛津大学的研究者们最近成功开发出了种实验性的3D打印机---MBE(分子束外延)，这种类型的3D打印机将可以利用分子完成打印。【3D打印盈利模式】

1、设计公司升级版

2、3D打印服务

3、影楼升级版

4、设计学校升级版

5、卖机器

6、卖材料

7、卖服务

8、卖标准

第二篇：3D打印技术在房地产行业的应用

3D打印技术在房地产行业的应用主要的集中在3D打印房屋模型，不同的房屋沙盘的建立都可以使用3D打印。快捷、方便、省时、省力。大大的提高了降低了房地产行业的成本。也提高了工作的效率。在实际的应用中我们看中的是对各种的房地产中的模型。对于这些的模型我们传统的做法是不断的组件研发团队。对各个楼盘的沙盘进行设计、制作、打造等。整个的过程浪费了公司大量的资金、时间、人力物力。并且效果不是那么的好。

在未来的房地产行业中我们需要不断的追求对利益的高度，于是通过任何的途径和方法降低企业的成本都是非常好的。3D打印模型可以节省一大笔的成本。其他的立体楼盘等也可以进行3D打印。这样能方便别人清晰的看到公司的所有的产品。认识到公司的价值观和产品状态。对公司的发展有一个全新的认识。

从传统的房地产跨越到新型的房地产我们需要的是成熟的3D打印技术和3D打印模型。这些都是房地产行业中重要的组成成分。对其中的进行改造能最大限度的改变企业的战略和发展。不同的3D打印品牌在房地产行业的应用也是不一样的。人们更加的偏向于购买和使用知名的品牌的3D打印技术、3D打印机、3D打印扫描仪等设备。因为他们的性能更加的好。能在房地产行业中更加迅速的得到应用。

第三篇：我国3D打印行业与职业教育分析报告

作为一项新兴的先进制造技术，3D打印已经从技术研发转向产业化应用，充分体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合。世界工业强国已将3D打印作为未来产业发展新的增长点加以培育，制定了推动3D打印发展的国家战略和具体推动措施。我国正在促进产业提质增效升级，亟需包括3D打印在内的先进技术来改造提升传统产业。2015年，《国家增材制造产业发展推进计划(2015～2016年)》以及《中国制造2025》相继出台，充分说明了3D打印对于我国经济社会发展的重要性，也彰显了我国发展3D打印产业的决心。目前，我国3D打印技术水平有了较快提升，而专业人才的缺乏却制约了产业进一步发展、壮大。

一、我国3D打印行业发展概况

自2011年以来，我国3D产业进入了高速发展期。2012年的市场规模尚不足10亿元，而到2014年就已超过40亿元，增长幅度远远领先于世界其他国家，如表1所示。

图12012～2018年中国3D打印市场规模及增长趋势数据来源：世界3D打印技术产业协会。

从市场规模和发展阶段来看，中国3D打印尚处于产业发展的初级阶段，但是市场潜力巨大。据世界3D打印技术产业协会最新的调研报告估测，2014年～2018年我国3D打印产业的市场规模年均复合增长率将高达43.4%，到2018年市场规模有望突破200亿元，届时我国或将取代美国成为全球最大的3D打印市场。

1 从技术专利方面来看，我国3D打印技术专利申请数量逐年增长，目前以10%的份额，占据世界第三的位置。此外，我国积极与国际知名企业开展合作，引进吸收国外先进技术，使我国3D打印整机生产的技术水平获得大幅提升。国内部分企业已实现了一定程度的产业化，且部分便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入了欧美市场。

经过十几年的发展，我国3D打印技术取得了显著进步，应用领域不断拓展，市场规模快速增长。但是与发达国家相比，我国的3D打印产业仍处于起步阶段，尚未实现工业及个人消费领域大规模推广，整个行业的进一步发展、壮大还面临着产业基础薄弱，应用范围受限等诸多挑战。总体来说，我国3D打印发展仍存在市场规模较小、打印材料受限、商业模式传统、专业人才缺乏、版权界定模糊等问题。

二、3D打印行业人才需求分析

随着我国3D打印应用市场逐渐拓展，市场需求不断释放，越来越多的企业愿意投入更多的资金和人力从事3D打印的相关研发工作，也有很多的3D打印厂商在政策的扶持下得到孵化。与3D打印产业发展相比，3D打印专业人才的培养尚处于萌芽状态，整个行业人才缺口巨大，无法提供强有力的人才支撑。

(一)行业企业发展状况

2012年10月，中国3D打印技术产业联盟成立。2014年国家出台政策支持3D发展以来，国内的中游产品制造商纷纷涉足下游服务业务或者涉足上游的材料制造业务。我国的3D打印产业进入融合发展阶段。

随着国家对3D打印产业支持力度的加大，我国3D打印企业获得了迅速发展。国内从事3D打印技术研发、设备制造、应用服务的企业越来越多，企业规模逐渐增大，市场竞争力不断增强，如表1所示。例如太尔时代、南京宝岩等在桌面级3D打印机市场都具有很强的桌面级打印机制造能力。

表1国内部分3D打印行业企业及其主营业务

资料来源：海通证券研究所。

据有关机构预测，我国3D打印市场规模2016年有望突破100亿元，这让3D打印的相关企业受到资本的热捧。2014年1月，太尔时代获得美国都福集团全资子公司都福投资有限公司数千万元的战略投资，进一步推动了太尔时代在3D打印领域的布局。此外，青岛奥德莱三维打印有限公司、北京南极熊科技有限公司等也先后获得了较大数额的投资。

(二)行业人才需求分析

由于3D打印行业的快速发展和广阔的市场前景，越来越多的企业开始涉足其中，相应的企业对3D打印专业人才的需求也越来越旺盛。据有关机构统计，目前我国3D打印行业的专业人才缺口超过千万，制造行业对3D应用人才需求最大，缺口约为800万人，且需求还在不断攀升[1]。

3D打印的技术特点决定了3D打印行业对综合性人才的特殊性要求。如3D打印的技术研究和材料开发所需的是主要来自国内的技术实验室及其团队和高校培养的硕、博士研究生等的高层次专业技术人才;3D打印设备的研发生产所需的是更多涉及机械加工制造领域的人才;3D打印应用服务则需要具备一定的工业设计、计算机软件编程等能力的技术应用人3 才，这些人才主要来自普通高等院校和职业院校，如图2所示。

图2我国3D打印行业专业人才培养链

通过检索相关企业的招聘信息，并结合相关专业知识，我国3D打印行业企业所需人才按企业所处的行业层次可以分为三种类型：一是上游技术和材料研发企业所需的3D打印技术研究、材料开发人才;二是中游设备生产商所需的3D打印机生产研发人才;三是下游服务商所需的3D打印机营销、售后服务以及3D打印服务等方面的技术应用人才。这三类人才所需掌握的技术技能，如表2所示。

表23D打印行业的人才需求类型及所需的技术技能

三、我国3D打印专业职业教育现状分析

随着3D打印行业的迅猛发展，要实现我国3D打印行业及相关本土企业的进一步发展、壮大，高技能人才和熟练技工等专业人才队伍的支撑必不可少。职业教育顺应3D打印行业的发展趋势和新的要求，积极探索3D打印专业人才培养模式、加强专业建设，取得显著成效，向社会输送一批批合格的专业人才。

(一)专业设置情况

4 随着3D打印行业的快速发展，3D打印相关专业已成为市场热门专业，并且种类繁多。目前国内中职和高职院校都已开3D打印类相关专业。根据最新修订的《普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录(2015年)》，部分专业设有“3D打印”、“增材制造技术”方向，如机械制造与自动化专业(增材制造技术方向)、航空材料精密成型技术专业(航空产品3D打印)等;而根据2010年修订的《中等职业学校专业目录》中，并未显示相关命名的专业。不过，随着3D打印专业人才的需求越来越多，部分中职院校已经设置了相关专业，如表3所示。

表32015年我国职业院校开设3D打印相关专业一览

数据来源：根据各职业院校网站公开资料整理。

从院校数量和招生数据来看，我国职业教育领域的3D打印专业建设尚处于起步阶段，开设院校偏少，且大多是最近几年才开始招生，人才培养规模偏小，专业设置不完善。

(二)人才培养分析

职业教育人才培养涉及培养目标、课程体系、实践教学、师资队伍建设等多方面，本文主要调研上述7所职业院校，从培养目标、课程设置、实验实训、校企合作和师资队伍建设等五个方面对我国职业院校3D打印类相关专业的人才培养现状进行分析。

1.培养目标

结合3D打印人才所需具备的职业能力，目前职业院校3D打印专业主要是面向3D打印设备制造、生产企业及3D打印应用企业，培养德、智、体、美全面发展，掌握3D建模与3D打印的知识与技能，具备3D打印技术应用能力，能够从事3D打印产品设计、3D测量与逆向造型、3D打印设备操作、维护与管理等工作的高素质、高技能应用型人才。当然，各职业院校会根据地方产业发展特色不同而对学生掌握的技术技能有一定的规定与要求。较为典型的如广州白云工商技师学院开设的3D打印技术专业，该专业主要培养的是面向广东及珠三角地区产品制造企业、3D打印服务业的人才，如表4所示。

表47所职业院校3D打印专业的人才培养目标

数据来源：根据各职业院校网站公开资料整理。

2.课程设置

5 课程是教育教学质量与特色的基石和保证，是学校教育、教学活动的核心。3D打印专业的课程设置应充分体现3D打印产业发展的特点，确保培养出来的学生能适应3D打印企业的相关要求。目前，我国职业院校的3D打印相关专业课程主要分为专业核心课程和专业实践课程两个模块，如表5所示。其中，专业核心课程主要以突出培养专业核心能力为目标，兼顾综合能力的延伸与扩展，包括机械制图、计算机辅助设计、工程力学、机械设计基础、机械加工基础、模具设计与制造、模具制造工艺、3D测量、3D制造、模具CAD/CAM/CAE等课程;专业实践课程包括3D扫描技术及应用、3D打印设备的原理与维护、3D打印设计综合实训等课程。

表5我国职业院校的3D打印专业课程设置一览

资料来源：根据各职业院校网站公开资料整理。 3.实验实训

6 为了提高3D打印专业人才的实践能力，我国各职业院校纷纷建设3D打印实验实训室，如青岛职业技术学院与肥猫3D网和青岛市动漫创意产业协会共同建设“3D打印实训室”。如表6所示。然而，由于3D打印专业教学软件需要支付较大的成本，有些职业院校仅仅是在原有的实训室基础上购置3D打印的相关设备供实训教学，导致部分实验实训设施难以发挥实验或实训的作用。表6 我国职业院校3D打印专业实训室配备情况

资料来源：根据各职业院校网站公开资料整理。

4.校企合作

校企合作，可以让学生在校所学与企业实践有机结合，让学校和企业的设备、技术实现优势互补、资源共享，以切实提高育人的针对性和实效性，提高技能型人才的培养质量。通过调查上述7所职业院校的校企合作状况发现，我国职业院校3D打印及相关专业基本上都会与相关企业合作，合作方式主要有一般性合作、订单培养，如表7所示。然而，由于3D打印专业刚刚兴起，人才培养也处在起步阶段，校企合作的深度有待进一步加强。

表7我国职业院校的3D打印专业合作企业情况

资料来源：根据各职业院校网站公开资料整理。 5.师资队伍

7 “双师型”教师培养是职业教育中师资队伍建设的重要组成部分。能否拥有一批高素质、高水平的“双师型”教师队伍，关系着我国职业教育的发展水平。目前，我国开设3D打印专业院校的师资水平参差不齐，多半是来自传统机械制造或者相关专业领域的教师，受过正规3D打印专业教育的师资较少。来自于行业企业的教师，虽具备较为丰富的实践经验，但是专业理论知识往往不足。“双师型”教师普及率普遍不高，专业师资队伍建设较为滞后，尤其缺乏既具备丰富的理论知识又具有实践经验的教师，如表8所示。

表8我国职业院校的3D打印专业教师配备情况

资料来源：根据各学校官网的资料整理

四、对我国3D打印专业职业教育发展的建议

全球3D打印市场规模已经呈几何级增长态势，我国3D打印产业也迈入发展加速期，但是我国职业教育在3D打印人才培养方面尚处于探索阶段，整体水平不高，在服务产业发展方面存在着诸多问题。因此，要使职业教育真正为产业发展服务，为3D打印产业提供智力支撑，我国3D打印专业职业教育必须要加速发展、改革、创新，以培养大量的、高素质的3D打印技术应用人才。

(一)加强政府引导，促进职教发展

我国3D打印专业职业教育处于起步阶段，专业设置以及人才培养目标、内容、方法与途径等都还在探索之中。要提升我国3D打印专业职业教育水平，政府尤其是教育主管部门需要发挥统筹规划作用，加强宏观引导与支持。

8 教育主管部门应尽快将3D打印及相关专业纳入职业教育专业体系，鼓励、引导有实力的职业院校开设3D打印专业，并在政策、资金等方面予以支持，以推动职业教育为3D打印产业的发展培养技术应用型人才。在3D打印产业集聚程度较高、发展水平较高的地区，政府有关部门可借鉴、参考“政产学研”的方式，探索由政府、行业、企业、学校四方联动的人才培养模式，并切实鼓励相关企业参与职业教育3D打印专业的建设，促进校企深入合作。

(二)强化顶层设计，优化培养目标

目前，我国3D打印专业职业教育存在培养目标不明确的问题，部分职业院校贪大求全，把学生培养目标定位为可以服务整个3D打印产业体系的“全才”。对此，相关职业院校在3D打印专业建设过程中，需要做好顶层规划，使人才培养与所在区域的3D打印产业发展相衔接。因此，相关职业院校需要开展广泛而深入的调研，了解当地3D打印技术开发、应用的主要领域和发展趋势，以确定专业具体发展方向;了解3D打印企业内各岗位的技术技能要求，以确定专业课程和教学内容;了解当前和预测未来企业对该专业高技能人才的需求，以确定本专业办学规模和发展方向。只有对这些种种情况做好科学的调研论证，才能做出科学、正确的决策，制定更加明确的人才培养目标，避免专业建设的同质化。

(三)改革培养方案，优化课程体系

根据行业企业对3D打印专业人才的技术技能要求，结合自身实际情况，相关职业院校要不断调整、完善3D打印人才培养方案，制定具体化、特色化的人才培养规格和科学化的人才培养计划，优化人才培养过程，着重培养、锻炼、提升学生的应用性操作能力。3D打印专业相关课程体系的建设不能简单地叠加计算机或者机械加工制造的课程，而要改革、创新课程设置的结构形式，保证课程体系结构的完整性和各类课程比例的合理性，着力保障实践类课程的学时，并促进相关课程之间的相互融通。

(四)适应市场发展，深化校企合作

加强并深化校企合作是职业教育适应行业、企业发展需求的重要一环。在德国职业教育中，实训基地是企业在学校中的“工厂”，通过将企业完整的生产或运营过程进行最大限度的真实模拟，将学校实训基地建成企业的生产基地、技能考核场所、双师素质锻造地与科技创新的平台。借鉴德国职业教育发展的相关经验，在开展3D打印专业技术应用型人才培养过程中，职业院校需加强与行业企业的合作，探索创新校企合作机制，推进校企合作在人才培养模式改革、实训实习基地建设、专业教师培训等多个方面深入发展。

(五)提升师资水平，打造双师队伍

9 本文作者：国泰安职业教育与产业发展研究院(前瞻网认证机构)

本文来源前瞻网，转载请注明来源!(图片来源互联网，版权归原作者所有)

第四篇：3D打印在教学中的应用研究

牛一帆

(山东省济宁市技师学院，济宁 272000)

【摘要】3D打印是一种新型的快速成型技术，它以计算机三维设计模型为蓝本，用软件将其离散分解成若干层平面切片，然后由3D打印机将粉末状、液状或丝状金属、陶瓷、塑料、细胞组织等材料逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。目前，该技术已在各个领域都得到了广泛的应用。对3D打印的技术原理、特点、发展，3D打印在教学中的应用及作用做了深层次的探讨。最后，针对3D打印在教学中的应用，提出了需进一步思考和解决的相关问题。

【关键词】3D打印;三维模型;逐层叠加;教学创新;创造力;个性化

【中图分类号】G42

【文献标识码】A

Research on Teaching Application of 3D Printing

NIU Yifan

(Jining College of Technician, Jining 272000, China) Abstract: 3D printing technology is a new rapid prototyping technology that 3D model designed by computer is blueprint. 3D model is decomposed into several plane layers by software, then pulverous, liquid or filamentous metal, ceramic, plastic, cell tissue and other materials are overlain layer by layer by 3D printer, and eventually physical product is molded. At present, this technology has been widely applied in various fields. Technology principle, characteristics, development and application in teaching of 3D printing are deeply explored. Finally, related problems need to be further thought and solved to application of 3D printing in teaching are put forward. Key words: 3D printing;3D model;overlying layer by layer;teaching innovation;creativity;personality

3D打印(Three Dimensions Printing)是一种新型的快速成型技术，它是以计算机三维设计模型为蓝本，用软件将其离散分解成若干层平面切片，然后由数控成型系统利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末状、液状或丝状金属、陶瓷、塑料、细胞组织等材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的技术[1]。该技术综合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，是一种具有高科技含量的综合性

本文参与课题项目：山东省济宁市技工教育和职业培训科研课题《高技能人才培养模式研究》，编号：RSJY-Z2014003。应用技术。目前，该技术已广泛地应用于工业产品制造、医疗行业、建筑业、汽车制造业、航空航天、食品、军事等行业[2]。

随着3D打印技术的发展，3D打印在教育领域中的应用也受到了研究者的普遍关注，一些国家和组织也开始对3D打印的教育应用进行探索。《地平线报告》是美国新媒体联盟与美国高校教育信息化协会合作发布的教育领域最有普及潜力的新技术报告。2013年版的《地平线报告》首次将3D打印的教育应用列入了“待普及”的新技术清单，并对3D打印作了较为详细的介绍，报告的编纂者认为，该技术将会在四到五年内普及[3]。

一、3D打印的技术原理和发展现状

(一)3D打印的原理与特点

1. 3D打印技术原理

3D打印，又称三维打印，是一种快速成型技术。从3D打印的制作过程出发，可将其分为设计与打印两个阶段。

(1)设计阶段：3D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[4]。也可以使用Blender、SketchUp、AutoCAD等三维建模软件从零开始建立三维数字化模型，或是直接使用其他人已做好的3D模型[4]。

(2)打印阶段

在打印阶段，3D打印机对3D模型数据进行逐层分切，通过读取文件中的横截面信息，对分切的每一层进行构建，将这些截面逐层打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。目前，3D打印用到多种技术，最典型的有分层实体制造技术(LOM)、立体光刻技术(SL)、熔融挤出技术(FDM)和选择性激光烧结技术(SLS)四种。3D打印材料主要有尼龙材料、金属材料、石蜡材料、橡胶材料、生物材料、工程塑料、光敏树脂等[4]。

模型打印完成后一般都会有毛刺或是粗糙的截面。这时需要对模型进行后期加工，如固化处理、剥离、修整、上色等等，才能最终完成所需要的模型的制作。

为了帮助普通用户更好地使用3D打印服务，已有一些公司推出了相关的网络服务和移动服务，并使用云计算技术，为用户提供便利的设计和打印服务。在未来社会制造的环境下，大批3D打印机将形成制造网络，并与互联网、物联网无缝连接，形成复杂的社会制造网络系统，实时满足人们的各种需求。

2.特点与不足与传统制造业的“减材制造技术”相反，3D打印遵从的是加法原则，即“逐层叠加”原则，不再需要传统的刀具、夹具和机床，能实现设计制造一体化，从而大幅降低了生产成本，缩短了加工周期，提高了原材料和能源的利用率，减少了对环境的影响。3D打印可以实现大规模的个性化生产，可以制造出传统生产技术无法制造出的外形,成型产品的密度也更加均匀。可以实现首件的净型成形，大大减小了后期的辅助加工量，避免了委外加工的数据泄密和时间跨度。另外，由于其制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量生产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的生产。

3D打印技术目前也存在很多问题，比如某些行业缺乏宏观规划和引导、企业对技术研发投入不足、打印精度和打印速度不能满足需求等。

(二)3D打印技术的历史与现状

第一台商用3D打印机出现在1986年，但3D打印技术的真正确立是以美国麻省理工大学的Scans E.M.和Cima M.J.等人于1991年申报的关于三维打印专利为标志的[4]。

经历二十多年的探索和发展后，3D打印无论在技术、造价，还是应用领域方面都有了长足的进步。在打印技术方面，目前，主流打印机能够在0.01mm的单层厚度上实现600dpi分辨率的打印精度，较先进的产品已经具备每小时1英寸以上的垂直打印速率，并可实现24位色彩的彩色打印。用于打印的材料涵盖从石料、金属到目前占主流地位的高分子材料，甚至是面粉、蛋白粉等食品原料。目前，已开发出的可打印材料约为14类，可混搭出一百多种耗材。在造价方面，3D打印机的售价正在迅速降低。3D打印的应用领域也在迅速扩张。此外，全球第一家3D打印照相馆也于2013年初在日本开业，用户经过拍照、建模、打印三个阶段，就可以为自己制作一个三维头像。另外，微软Windows 8.1操作系统和Photoshop图像处理软件也已经开始支持3D打印功能。

二、3D打印在教学中的应用研究

(一)3D打印在教学中的具体应用

1.3D打印在各学科教学中的创新应用

3D打印技术作为一种通用的技术，可以应用到大部分的学科中去，涵盖正式学习、非正式学习和培训等类型的教育。下图1是数十个学科领域使用3D打印辅助教学的例子。

图1 3D打印在各学科教学中的应用案例

Fig. 1 Application case of 3D printing in each subject teaching

2.3D打印教学应用项目

目前，一些国家和组织已经开始重视3D打印在教育领域中的应用，并开始探索这方面的研究。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目(2012.10-2013.9)，以21个学校为试点，将3D打印技术应用到数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中，探索3D打印的教学应用，推动教学创新[5]。该项目与英国物理学会、全国数学教学创优中心(NCETM)和3D打印机厂商Makerbot合作，在“人类学习可以通过制造和分享过程产生”的理念下，为使用3D技术的学校提供良好的理论指导和技术支持。参与项目的学校定期报告试验情况，分享经验。

美国国防高级研究计划局(DARPA)制作实验和拓展(MENTOR)项目计划在美国高中推广3D打印机[6]。MENTOR项目旨在培养高中生的工程技术，培养学生一系列的技能，并激发他们对工程、设计、制造和科学相关课程的兴趣，促进高中学龄的学生协作完成一系列的设计和制作方案，以帮助他们解决在未来设计和工程方面的挑战。3D打印机在动手和动脑的学习中发挥着重要作用，将有助于MENTOR计划培养目标的实现。

意大利理论物理国际研究中心(ICTP)利用网上的免费工具将数学中的等值曲面转化成三维模型，并打印出可用于课堂教学的实物或者很酷的装饰品[7]。将数学公式制作成三维模型主要有下面几个步骤：首先，需要一个能够在三维空间中对数学曲面建模的可视化软件，该项目中使用了免费的K3DSurf软件，这是一个支持参数方程和等值曲面的绘制工具，自带了五十多个范例。之后选择了pseudo-Duplin等值曲面为数据源，这个模型不仅看起来比较有趣，还能获得较好的3D打印效果。确定模型对象后，还要调整好模型的分辨率，将生成的三维模型导出为OBJ格式文件。接下来需要对三维模型进行打印前的加工。使用Netfabb Basic软件检测并修复模型中的网格错误，再将其转化成3D打印软件最常用的STL格式。然后使用Ultimaker公司开发的Cura软件，将三维模型大小调整为适合打印的尺寸。由于大部分数学等值曲面都有弧形的底部和内凹的空缺部分，这里需要放置一个支架来保证模型在打印过程中不会坍塌。最后将文件发送到打印服务，并利用不同的材料(如金属或陶瓷)将文件打印出来。3D打印还可以为枯燥的数学知识增添趣味性和实用性，将数字化和时尚相结合。通过技术手段，可以使得数学与艺术并驾齐驱，通过数学模型去构造和实现艺术设计。令人惊奇的是，一些数学曲面的形状和特性本来就特别适合于珠宝。例如，如下图2所示的实例不需要添加任何种类的挂环就可以作为吊挂的装饰物。

图2 打印前的3D结构(左)和打印出的实体模型(右)

Fig.2 3D structure before printing (the left figure) and printed physical model (the right figure) 我国上海市也将3D打印引入基础教育领域。静安区青少年活动中心创意梦工厂配置了3D打印机及配套的3D扫描仪[8]，定期开设相关课程，免费供有兴趣的学生学习三维设计和计算机辅助制造，打印自己设计的产品。 3D打印厂商也开始关注和重视3D打印在教育领域的应用和推广[9]。Stratasys公司为教育行业推出了一款面向高等教育机构的3D打印机教育包：Object30睿智(Scholar)[10]。该教育包具有超高分辨率和精确度，可以制造出具有光滑表面、移动部件、细节完善的模型，适用于小空间、办公室和桌面操作，能够兼容所有类别的3D软件。3D打印教育包将使学生有机会开发3D打印项目，为高校带来快速成型模具制造体验，帮助跨学科(尤其是理工科)的师生们快速实现创新与设计理念。

(二)3D打印在教学中的作用

1.可改善教学方式方法

在大部分的3D打印课程项目中，3D打印技术的本身并不是课程的重点。这类课程采用项目的形式，其主要目标是将抽象的概念变成有趣问题的解决，进而帮助教师和学生掌握抽象概念。如在《3D打印：从想象到现实》一书中提到的“边做边学”课程设计了一个制作风力发电机的项目，将物理学、电子技术的一些抽象概念和动手制作巧妙地结合起来，让学生自然而然地学会和应用这些基础知识[11]。此外，3D打印还可用来制作可视化教具和学具。原来的教学场景下，教师多使用语言和图片描述教学内容，多媒体课件中展示的教学内容模型也无法使学生直接接触和观察教学实体对象。形象直观的立体教具较少配备，或是无法定制。而且教学工具和仪器一般由专门的教学设备制作机构制作发行，更新慢。3D打印则提供了更多的创造空间，教师可以方便地自行制作和打印某些教具，以有形的三维格式展示教科书中提取的二维信息，并可设计个性化的教学模型以适应教学内容的要求并在课堂上展示。学生也可以观察、触摸和组装这些教具，这种方式显然要比原来的教学效果更好。

2.可辅助学生进行创新设计

工程类或建筑类项目的学生可以使用3D打印完成快速原型[12]。通过电脑直接将设计打印成微缩模型来构造设计方案，而不用花很多时间手工制作。通过这些快速原型，在设计初期就可以发现问题和不足，并且修正设计中的缺陷，教师也能及时给予指导和帮助。设计类专业的学生同样可利用3D打印技术快速实现他们的设计方案，并且到生活中进行检验和试用，把课堂上获得的技能和创造性构想应用到现实生活中。针对需要制作模型的课程，3D打印可以作为小组协作探究环境的一部分，承担对创意和技术方案进行快速验证的任务，促进学生创造力的培养和社会性认知。例如，Intel未来教育展示中有这么一个案例：某小学的物理课上讨论力学问题，学习小组设计了各种桥梁模型构造的方案，并将设计打印成实物，检验设计的承压能力。这就是一个将3D打印机作为探究学习环境的典型示例。

3.可提高学生的动手能力和参与协作意识，激发学生的学习积极性和创造力 3D打印需要学生的实践操作，从设计到打印，都需要他们参与完成，这将促进学生操作能力、观察能力和制作能力的发展，全面提高学生的动手能力和参与能力。而动手能力是学生实践学习的基础，在动手能力的基础上，学生才能进一步发展其研究能力和创新能力。同时，3D打印将激发学生DIY的兴趣，通过3D打印机，学生的构思转变为真实的立体彩色模型，将抽象概念和设计带入现实世界，使学习更加生动[12]。3D打印为学习活动开辟了新的空间，学生可以从设计、制作、展示、参与等角度融入到学习过程中，有效地激发了学生实践的积极性，提高了学习热情。

4.可营造更愉快的学习体验

3D打印的核心应用在于它能够帮助使用者将数字化的设计快速变成实物。独特的实物模型给学生提供了切身感受，并且可以操作模型互动，从另一个角度对事物增进了了解，能够帮助他们愉快地记忆，避免遗忘。还有，对于需要动手设计和制作的课程来说，3D打印可以帮助学生加速设计的过程，学生可以在设计的早期就通过原型化排除错误的设计，从而帮助他们避免因为浪费时间在无用工作上，或是项目失败带来的挫败感。

三、对3D打印教学应用的思考

3D打印技术虽然在当前教育领域的应用越来越多，但在未来的发展中，仍然有某些方面需要进行进一步的思考和持续探索。

(一)3D打印的普及与推广

首先，软硬件环境配备代价高昂，无论是3D打印机还是专业的三维建模软件价格都较高。同时3D扫描仪、三维模型的素材库等配套环境也有所缺失。而且入门级的3D打印机的工作效率很低，一个不太复杂的小物体都要数个小时才能打印出来，需要同时配备多台3D打印机才能满足一个30人小教学班的一次教学活动需要。虽然已经有一些项目(如“Object睿智教育包”、政府支持等)积极地推进3D打印机的教育应用，但在整体上，3D打印机在学校的普及还需要一个过程。同时，我国在3D打印技术的培训与推广方面，与其他国家相比还有差距，需要进一步推动新技术的学习，这需要教育行政部门、企业和学校共同努力。

(二)对教师的要求

教师在3D打印的教学应用中起着重要作用。一方面，教师自身是3D打印的使用者，可以通过3D打印制作个性化的教学模型;另一方面，教师要进行3D打印课程应用的教学设计，帮助和引导学生展开学习活动。因此，这将对教师提出更高的要求，教师需要从技术和教学设计等层面进行学习和提高，以做好领路人的角色。

(三)教育与教学改革

当前，全球教育领域正发生着革命性变化，3D打印、大规模在线学习课程(MOOC)[13]等的发展将对教育产生持续的深刻影响。因此，我们需要关注并参与到最新的工业革命和教育变革中，对原有教学课程重新进行设计和再造，加强创新型人才培养，这是我们未来能够在世界竞争中保持先进地位的根本保证。

[参考文献] [1]维基百科.“三维打印”词条[EB/OL].[2013 -05-20]. http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%BB%B4%E6%89%93%E5%8D%B0. [2]张桂兰.神奇的3D打印[J].数码印刷,2013,(2):54-56. [3]National Program is The First of Its Kind to Put 3D Printers in High School Students’ Hands[EB/OL]. http:///2011/09/2349/national-program-is-the-first-of-its-kind-to-put-3d-printers-in-high-school-students-hands/. [4]罗军.3D 打印技术现状及发展趋势[EB/OL]. [2013-03-09]. http:///successstories/successstoryview.aspx?view=71&title=RIT+Engineering+Student+Raves+About+3D+Printing. [7] Gaya Fior. From Math to Jewel: an Example [EB/OL]. [2013-05-20]. http://sdu.ictp.it/3D/book/Low-cost_3D_printing_screen.pdf. [8]Jacobos P F. Rapid prototyping &manufacturing: fundamentals of stereo lithography [M].New York: McGraw Hill, Inc, 1992, 1-23. [9]Walters, P. & Davies, K. 3D printing for artists: research and creative practice [J]. Journal of the Norwegian Print Association, 2010, (1):12-15. [10]郭劲秋.3D 打印走进学校专业教育[EB/OL].[2013-03-17]. http:///news/news_98239.shtml. [11] University of Huddersfield. 3D Printing Opens Educational Doors for the School of Art &Design[EB/OL]. [2013-05-22]. http:///documents/14_CaseStudy-Hudders field-FINAL.pdf. [12] Ex One Company. Z Corporation 3D Printing Technology Fast, Affordable and Uniquely Versatile [D].America：ZCORPORATION, 2008, (5):60-61. [13]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,(26):3-5.

作者简介：

姓名：牛一帆，出生年月：1982.5，性别：女，籍贯：山西长治，职称：讲师，印刷包装工程专职教师，邮寄地址：山东省济宁地区邹城市龙山北路759号兖矿新陆建设发展有限公司工程技术部

赵峰(收)，邮政编码：273500。联系电话：13355102280 或者15963030365，邮箱：nyf13319224072@163.com，工作单位：山东省济宁市技师学院(邮政编码：272000，所在城市：山东省济宁市)。

本文参与课题项目：山东省济宁市技工教育和职业培训科研课题《高技能人才培养模式研究》，编号：RSJY-Z2014003。

第五篇：关于3D打印技术研究课题的策划报告

3D打印技术研究课题

策划报告

参与人员：

一、课题表述 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”，即利用三维CAD的数据，用激光熔融的方法将材料逐层堆积得到实体原型。3D打印技术是快速成型技术的一种，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。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、教育等方面均得到了广泛运用。

二、研究目的和意义

全球工业正在经历第三次工业革命，与以往不同，本次革命对制造业的发展也会带来巨大影响，其中一类最重要的新技术就是快速成型技术。今天的3D技术，主要特指基于电脑和互联网的数字化立体技术，是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，把计算机上的蓝图变成实物，在成本、速度和精确度上都远胜于传统制造技术，其工作原理是将一项设计物品转化为3D数据，然后采用分层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来“打印”成3D实体。与传统的材料加工技术完全不同，3D打印具有仿真性强、速度快，价格便宜，高易用性等优点，是对传统制造业的颠覆性变革。有人甚至将3D打印机看成是第三次工业革命的影子，与蒸汽机和电力相提并论。从消费市场来说，传统的大批量制造生产几乎能提供任何人们最基本的吃穿住行玩等消费产品，但是这些产品都是标准化的，千篇一律，手工生产的个性化产品虽然地道，品质精良，内涵丰富，但耗时巨大。而3D打印技术既可满足人们越来越苛刻的对个性化产品的追求欲，还可大大提高生产效率。

从人力成本来说，一个技术工人可看管数台3D打印机，就像纺织工人看管织布机一样，而劳动效率却有数倍甚至数十倍的提高。正因为如此，美国政府捷足先登，将3D打印揽入怀中，试图成为新一轮工业革命的领导者，继续占据全球工业的制高点。鉴于这一技术的现有的发展成果及其广阔的发展前景，我们确立了我们的课题，即针对这一技术做出相对较为深入的研究，通过对这一技术的了解，学习掌握相关知识。我们试图通过对3D打印技术的研究，全方位的认识，理解这种技术。初步掌握与3D打印有关的理论知识。在这个基础上，我们可以对比国内外的研究成果，指出国内3D打印研究的不足并提出建议，预测3D打印技术的未来发展方向。

三、国内外研究成果

医疗行业

一位83岁的老人由于患有慢性的骨头感染，因此换上了由3D打印机“打印”出来的下颚骨，这是世界上首位使用3D打印产品做人体骨骼的案例。文物行业

美国德雷赛尔的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。建筑设计

在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。制造业微软的3D模型打印车间，在产品设计出来之后，通过3D打印机打印出来模型，能够让设计制造部门更好的改良产品，打造出更出色的产品。食品产业

研究人员已经开始尝试打印巧克力了。或许在不久的将来，很多看起来一模一样的食品就是用食品3D打印机“打印”出来的。

四、优势劣势

作为一种新兴的制造技术，3D打印技术有着其他任何制造技术无法媲美的优势，以下只列举其中几条：

优势1：制造复杂物品不增加成本

就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3D打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。

优势2：产品多样化不增加成本

一台3D打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。3D打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台3D打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。优势3：无须组装

3D打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人(甚至跨洲)组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。3D打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。

优势4：零时间交付

3D打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用3D打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。优势5：减少废弃副产品

与传统的金属制造技术相比，3D打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人，90%的金属原材料被丢弃在工厂车间里。3D打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。

当然，作为一种尚不成熟的技术，3D打印技术也不可避免得存在着诸多弊端：劣势1：材料的限制

虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。:研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。劣势2：机器的限制

3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。劣势3：知识产权的忧虑

在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。劣势4：道德的挑战道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的，如果有人打印出生物器官和活体组织，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。劣势5：花费的承担

3D打印技术需要承担的花费是高昂的。第一台3D打印机的售价为1万5。如果想要普及到大众，降价是必须的，但又会与成本形成冲突。

五、技术原理

3D打印技术(即快速成型技术)的基本原理简而言之即是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程，其层数需要根据打印机的技术指标它所支持的“层厚”来决定。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"，因此得名“3D打印机”。每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，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，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。打印耗材由传统的墨水、纸张转变为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。目前的3D打印技术能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或图片也能够清晰打印。当然受到喷印原理的限制，打印速度势必不会很快，目前较先进的产品可以实现每小时25毫米高度的垂直速率，相比早期产品有10倍提升，而且可以利用有色胶水实现彩色打印，色彩深度高达24位。

下面举例说明3D打印原理(以苹果为例) 1.使用CAD或其他电脑程序设计一个苹果

2.电脑被告知苹果的尺寸，形状，材料，进行定制

3.电脑发送信息发给一台可以使用塑料和橡胶类原材料的3D打印机 4.系统控制激光器(或喷嘴)在第一层截面图的范围烧结液体原料

5.一台紫外线照射灯打开，把液体干燥成固体，这些固体是苹果的第一层(即最底层) 6.放置第一层的打印机托盘下降

7.第二层液体被放置在第一层上，让它凝固 8.这个过程一再重复，直到苹果完全形成

六、研究计划

(计划结题时间4-6个月自本周至明年5月结题) 第一阶段(2013.12.1-2013.12.5) 讨论确定研究课题并制定研究计划

第二阶段(2013.12.9-2013.12.31) 以对3D打印机的研究为契机，了解相关的边缘知识。主要包括通过查阅有关书籍及借助网络对过去的普通打印机的原理的学习。了解喷墨打印机的压电喷墨技术和热喷墨技术以及激光打印机的激光打印机的核心技术即电子成像技术。并进行组内交流讨论

第三阶段(2014.1.18-2014.2.28)

第一部分：深入了解3D打印机的相关知识，针对目前所存在的3D打印机的六种工艺(包括 SLA工艺：光固化/立体光刻

FDM工艺：熔融沉积成形

SLS工艺：选择性激光烧结