時(shí)間：2023-09-20 18:19:22
導(dǎo)語：在3d打印技術(shù)與運(yùn)用的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：3d打印技術(shù)；服裝設(shè)計(jì)；影響
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.243
1 前言
3D打印是以三維設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過軟件分層離散與數(shù)控成形體系，運(yùn)用激光束以及熱熔噴嘴等其它形式將陶瓷粉末、金屬粉末及塑料等其它較為獨(dú)特的材料實(shí)施逐層的累積黏結(jié)，最后通過疊加成形，以加工出實(shí)體的產(chǎn)品。
2 3D打印技術(shù)概述
當(dāng)前，3D打印的核心技術(shù)大都把控在美國、歐洲以及日本其它發(fā)達(dá)國家的手中。在1990年之后，我們國家的多所高校逐漸對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究。經(jīng)過比較可知，我們國家3D打印技術(shù)的研發(fā)依然有著較多的路要走，差距較大。目前，3D打印技術(shù)大都應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，急需在速度、精度、尺寸以及軟件研發(fā)等層面不斷創(chuàng)新。
3 3D打印技術(shù)對(duì)于服裝設(shè)計(jì)影響
3.1 3D打印技術(shù)對(duì)服裝材料的影響
傳統(tǒng)形式的服裝材料涵蓋了麻、棉、毛以及絲等等，經(jīng)過紡織成紗線，紗線再經(jīng)過針織又或是梭織而產(chǎn)生面料。在制造中間環(huán)節(jié)實(shí)施色彩的印染等。經(jīng)過不一樣粗細(xì)、不一樣結(jié)構(gòu)和材料紗線的互相融合，達(dá)到服裝面料的改變。然而3D打印服裝的出現(xiàn)，因?yàn)榇蛴〔牧戏浅Ｓ邢?，?dāng)前并不具備能夠打印紡織面料的設(shè)施。當(dāng)前所使用的3D打印材料大部分都是PLA與ABS塑料。運(yùn)用環(huán)裝結(jié)構(gòu)來組成，具備較強(qiáng)的后現(xiàn)代主義風(fēng)格，其所體現(xiàn)出更加多的便是設(shè)計(jì)人員自身的設(shè)計(jì)理念，而非是日常生活所穿著的服裝。在已經(jīng)具有的3D打印服裝里面，其所使用的材料大部分均是塑料。設(shè)計(jì)人員把塑料設(shè)計(jì)為片狀又或是環(huán)狀的架構(gòu)，互相融合。若想加工出舒適合體的服裝，材料是最為重要的。
3.2 3D打印技術(shù)對(duì)服裝加工工藝的影響
在3D打印服裝成功設(shè)計(jì)以后，或許是一個(gè)較為完善的三維裁片，又會(huì)是無數(shù)個(gè)完全不一樣的三維裁片，其主要是按照服裝的類別而明確，往往能夠?qū)㈩I(lǐng)片、袖片以及口袋等獨(dú)立進(jìn)行打印，同樣還能夠?qū)⒁恍┚哂刑厥庑Ч牟闷\(yùn)用3D打印技術(shù)，然而其它的裁片依然采取傳統(tǒng)形式的二維樣板又或是在3D打印的基礎(chǔ)之上實(shí)施立體裁剪來達(dá)到。從加工環(huán)節(jié)來看，在服裝設(shè)計(jì)明確以后，需把三維文件轉(zhuǎn)變成合適的3D打印技術(shù)文件，此種類的文件能夠直接性的融入至所有的打印機(jī)之中，部門打印機(jī)同樣會(huì)接受SLC、PLY等類型的文件導(dǎo)入。在文件完全導(dǎo)入以后打印機(jī)便會(huì)自行進(jìn)行分層處理同時(shí)打印出相應(yīng)的裁片又或是成衣。按照打印機(jī)尺寸的不一樣，整體設(shè)計(jì)、多個(gè)部件所茍恒的產(chǎn)品需實(shí)施一次性打印又或是分批進(jìn)行打印，將所打印出的部件再實(shí)施縫合才可以獲得最后的成品。
3.3 3D打印技術(shù)對(duì)服裝個(gè)性化定制的影響
3D打印技術(shù)所具備的最大特征便是可以不斷的擴(kuò)展設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念。采取3D打印技術(shù)，服裝設(shè)計(jì)人員不會(huì)再為傳統(tǒng)形式的裁剪沒有辦法達(dá)到自身的設(shè)計(jì)而煩惱，其只需在計(jì)算機(jī)軟件中繪制出本身的設(shè)計(jì)理念圖案，接著將所有后期的制作交由3D打印機(jī)完成便可。此種全新的制造工藝與傳統(tǒng)形式對(duì)比而言，其所具有的優(yōu)勢(shì)便是能夠達(dá)到私人化的服裝定制，設(shè)計(jì)人員能夠經(jīng)過掃描設(shè)施對(duì)顧客的身材實(shí)施三維求反，以此獲得量身定制的相應(yīng)模型，通過經(jīng)過3D打印機(jī)制造出極具個(gè)性的服裝。設(shè)計(jì)人員再也無需像之前那樣對(duì)顧客實(shí)施重復(fù)性的量體與較多次數(shù)的試衣便可以一次做完所有相關(guān)的工作，節(jié)約了大量的時(shí)間與費(fèi)用。
3.4 3D打印技術(shù)對(duì)服裝顏色的影響
色彩是服裝設(shè)計(jì)最為主要的元素，其對(duì)服裝的風(fēng)格與潮流有著非常大的影響。與此同時(shí)，色彩同樣還是3D打印技術(shù)最為主要的要素。怎樣在3D打印環(huán)節(jié)精準(zhǔn)的融入顏色，始終都是專家學(xué)者所探討的話題。為了能夠節(jié)省費(fèi)用以及材料的限制，3D打印服裝大都是單一顏色的。
第一，水文轉(zhuǎn)印法。此技術(shù)被被大量的運(yùn)用至各類材料里面，主要有頭盔染色、玩具公仔染色以及模型染色等等。然而此技術(shù)卻存在一定的約束。因?yàn)楸∧ぴ谙鲁恋木唧w環(huán)節(jié)會(huì)逐漸的延伸，水轉(zhuǎn)印法的精準(zhǔn)程度相對(duì)較低。
第二，經(jīng)過粉末的相互融合又或是鋪設(shè)擠壓塑料。此種形式對(duì)于顏色的調(diào)控較為簡單，運(yùn)用較多數(shù)量的噴頭整個(gè)不一樣顏色的原材料，又或是用不一樣材料的取代來達(dá)到顏色的相應(yīng)改變。此種形式?jīng)]有辦法達(dá)到服裝領(lǐng)域?qū)τ谏嗜找嬖鲩L的展示需求。
第三，像素噴墨法。此方式參考了2D打印。將噴墨一滴一滴的滴在物體表面，此墨滴便會(huì)即刻被紫外線所固化，變成固體。其可以使得人們能夠?qū)︻伾休^為準(zhǔn)確的調(diào)控。然而這樣的形式需要有龐大的數(shù)據(jù)計(jì)算，墨滴的體積非常之小，一立方厘米的固體里面大致涵蓋了1800萬左右的墨滴。
4 3D打印技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
3D打印技術(shù)具備一定的先導(dǎo)性，引起了科技界與時(shí)尚界的高度關(guān)注。我們國家的3D打印服裝發(fā)展速度較為緩慢，在意大利，已有設(shè)計(jì)人員專門為客戶提供3D服裝設(shè)計(jì)的下載服務(wù)，其便代表著只要人們擁有一個(gè)3D打印機(jī)，便能夠定制又或是設(shè)計(jì)出自身所獨(dú)有的服裝。當(dāng)服裝加工企業(yè)與設(shè)計(jì)部T掌握了3D技術(shù)之后便能夠逐漸的調(diào)整同時(shí)精準(zhǔn)的審核服裝的構(gòu)想，同時(shí)能夠在此環(huán)節(jié)降低成本費(fèi)用，在一定程度上減少了服飾設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間，使得企業(yè)能夠以穩(wěn)定的步伐持續(xù)性的開發(fā)出全新的產(chǎn)品。正是出于這樣的緣由，從服裝設(shè)計(jì)的品牌商、設(shè)計(jì)商以及加工商等均能夠借此來增強(qiáng)自身的綜合競爭力。
5 結(jié)語
伴隨3D打印技術(shù)的逐漸進(jìn)步以及紡織材料的日益創(chuàng)新，再加之人體測量以及CAD等其它相關(guān)技術(shù)，服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?huì)提供完全自動(dòng)化的訂制服務(wù)。在未來，顧客所買到的并不再是現(xiàn)實(shí)的服裝成品，其所購買到的將會(huì)是應(yīng)用于3D打印的款式圖又或是打印所需要的材料，如此顧客經(jīng)過購買同時(shí)下載相應(yīng)的款式圖便能夠自行打印出自身所需要的商品。
參考文獻(xiàn)：
“在上班路上，每天經(jīng)過一家打印公司，之前在這家打印公司的窗戶上偶爾能看到招聘平面設(shè)計(jì)人員，但是近日再經(jīng)過這家店面的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)變成了招聘3D設(shè)計(jì)人員?！睆垘煾颠@樣告訴記者。是的，這就是變化，從平面到立體，3D正引領(lǐng)著一場產(chǎn)業(yè)革命的到來。當(dāng)然3D打印對(duì)于現(xiàn)在的企業(yè)而言，要么是天使，要么是魔鬼，但無論3D打印是“天使”，還是“魔鬼”，它至少已經(jīng)在股市上抒寫了一曲“神話”。在美國，兩家高科技公司——3DSystems和Stratesys股價(jià)在2012年的美國股市甚是搶眼。其中，在納斯達(dá)克上市的Stratesys漲幅達(dá)157.8%，在紐約證交所上市的3DSystems股價(jià)則增加了近2.5倍。在國內(nèi)，近期關(guān)于3D打印應(yīng)用的消息仍然層出不窮，包括通過3D打印打出類生物組織、機(jī)器人零部件等，同時(shí)有消息稱中國新一代戰(zhàn)機(jī)有望全球首個(gè)使用3D打印技術(shù)。
據(jù)Wind統(tǒng)計(jì)，截至目前，3D打印概念指數(shù)1376.39點(diǎn)，而2012年12月初時(shí)不足1000點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跑贏滬綜指。今年年初至今，3D打印指數(shù)累計(jì)漲幅24.72%，高居所有概念板塊漲幅榜首位。龍頭中航重機(jī)，昆明機(jī)床，海源機(jī)械，在今年短短一個(gè)月內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了股價(jià)3%以上的逆市上漲。
3D打印的新紀(jì)元
所謂3D打印技術(shù)，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。同時(shí)，3D打印機(jī)則出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，即一種利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置。事實(shí)上，在過去的一年時(shí)間里，3D打印業(yè)界進(jìn)入了高度活躍期，不僅僅在它的發(fā)源地美國以及一些歐洲發(fā)達(dá)國家，在中國，3D打印技術(shù)已經(jīng)蔓延至我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)角落，從小朋友的“喜羊羊”牙刷和定制玩具到父母的立體婚紗照，再到爺爺奶奶的助聽器，3D打印技術(shù)讓每個(gè)人都感到了精細(xì)并從中受益。另外，3D打印還可廣泛應(yīng)用于輔助軍事技術(shù)研發(fā)。報(bào)道稱，在軍事領(lǐng)域，3D打印技術(shù)給裝備保障帶來的變化無疑是革命性的。在未來信息化戰(zhàn)場上，技術(shù)保障人員可隨時(shí)利用攜帶的3D打印機(jī)，直接把所需的部件一個(gè)一個(gè)地打印出來，裝配起來就可以讓武器裝備重新投入戰(zhàn)場。另外，3D打印還可廣泛應(yīng)用于輔助軍事技術(shù)研發(fā)。有專家預(yù)測，未來不僅小型槍支、簡單物資可實(shí)現(xiàn)打印，軍艦、飛機(jī)、坦克等大型、復(fù)雜的武器裝備，甚至食物、軍事基地等都可用3D打印機(jī)直接或間接“制造”出來。目前，美國軍方已使用3D打印技術(shù)輔助制造某型導(dǎo)彈彈出式點(diǎn)火器模型，并取得了良好的效果。
對(duì)此有市場人士表示，長期來看，3D打印設(shè)備在醫(yī)療、文化藝術(shù)品等多個(gè)行業(yè)都會(huì)迎來更廣泛的應(yīng)用，其未來確實(shí)有可能引發(fā)一次“工業(yè)革命”，影響力在某種程度上甚至可以超過“物聯(lián)網(wǎng)”概念，3D打印概念股市效應(yīng)或?qū)?fù)制當(dāng)年的“互聯(lián)網(wǎng)概念炒作浪潮”。
核心技術(shù)企業(yè)值得關(guān)注
事實(shí)上，作為一項(xiàng)較新的技術(shù)，3D打印的發(fā)展前景充滿了不確定風(fēng)險(xiǎn)。但也有分析人士認(rèn)為，3D打印產(chǎn)業(yè)鏈從最初的原材料處理、設(shè)備制造直到最后的打印應(yīng)用與服務(wù)，即使只有一小部分消費(fèi)品通過3D打印的方式來制造，這也將是一個(gè)萬億規(guī)模的巨大市場。那么，哪些公司有望在3D打印機(jī)的發(fā)展過程中受益？
有市場人士認(rèn)為，與3D打印機(jī)關(guān)聯(lián)性大的公司都有望受益，其中包括上游行業(yè)的企業(yè)，如激光制造公司、塑料公司等；也包括3D打印技術(shù)能為其創(chuàng)新提供良好條件的下游行業(yè)的公司，如服裝公司、汽車公司、船舶公司等；此外，還包括3D打印機(jī)制造公司，若3D打印技術(shù)在市場推廣，3D打印機(jī)制造公司將獲得巨額利潤。
首先，隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步，可循環(huán)材料和多材料打印成為可能；其次，掃描技術(shù)和3D技術(shù)將共同提高實(shí)體世界和數(shù)字世界之間形態(tài)轉(zhuǎn)換的分辨率，我們可以掃描、編輯和復(fù)制實(shí)體對(duì)象，創(chuàng)建精確的副本或優(yōu)化元件。
2桌面3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1桌面級(jí)與工業(yè)級(jí)3D打印的區(qū)別
2.1.1成形技術(shù)不同
目前桌面3D打印大多采用的是FDM（熔融沉積造型）技術(shù)，即FDM加熱頭把熱熔性材料加熱到半流體性質(zhì)的臨界狀態(tài)并擠出，在計(jì)算機(jī)控制下沿確定的二維幾何軌跡運(yùn)動(dòng)，凝固成輪廓形狀的薄層。當(dāng)一層完成后，通過垂直升降系統(tǒng)進(jìn)行下一層，這樣層層堆積粘結(jié)，自下而上就形成了一個(gè)三維實(shí)體。而工業(yè)級(jí)3D打印技術(shù)根據(jù)材料的不同采用的技術(shù)更加多變，除了FDM技術(shù)，主要還有SLA（光固化立體造型）；SLS（選擇性燒結(jié)）和3DP（三維打?。┑燃夹g(shù)。
2.1.2打印精度不同
一般而言，桌面3D打印采用的FDM技術(shù)最高精度為0.1mm，而工業(yè)3D打印所采用的SLA技術(shù)精度可達(dá)0.025mm，做到了微米級(jí)別?？梢哉f，3D打印機(jī)的價(jià)格與其打印精度是成正比的。桌面3D打印機(jī)便攜化的尺寸和大眾化的價(jià)格在一定程度上限制了其打印精度，使桌面3D打印產(chǎn)品精度無法與工業(yè)級(jí)相媲美。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，桌面3D打印機(jī)也在成熟起來：全彩的、多功能的、專業(yè)的桌面級(jí)3D打印機(jī)不斷地出現(xiàn)。比如，頗受歡迎的桌面打印機(jī)Form1采用了逐層堆疊和光固化成型組合的技術(shù)而大大提升其打印產(chǎn)品的質(zhì)量，但其材料光敏樹脂較為昂貴。
2.1.3運(yùn)用材料不同
雖然目前已經(jīng)有很多打印耗材出現(xiàn)在人們的視野中：塑料、金屬、尼龍等等，甚至食品或者醫(yī)學(xué)上的人體器官都通過3D打印的方式發(fā)揮自身的價(jià)值，但真正能夠普遍運(yùn)用在桌面3D打印中使用的材料僅限于塑料，最常見的是ABS和PLA，這也在一定程度上限制了桌面3D打印產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)級(jí)的3D打印用材更廣，除了塑料，尼龍、金屬、陶瓷、樹脂等等的材料都在嘗試或者已經(jīng)成熟地被使用到制造中。
2.2桌面3D技術(shù)的材料特點(diǎn)
PLA（環(huán)保塑料）和ABS（工程塑料）是目前最為常見的兩種桌面3D打印耗材。針對(duì)幾個(gè)要素，筆者對(duì)它們進(jìn)行了對(duì)比：
2.2.1綜合性能
PLA是一種環(huán)保再生材料，生物可降解，表面光澤，色彩鮮艷，氣味好聞。ABS呈亞光、無毒、具有刺鼻的氣味，但具很好的沖擊強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗腐蝕性；電性能良好、耐熱耐磨、機(jī)械加工性能好。
3適合桌面3D打印產(chǎn)品設(shè)計(jì)新思維
3.1“+”思維
“+”思維是指針對(duì)桌面3D打印的特點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品造型與結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，合理設(shè)計(jì)打印過程，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計(jì)與打印時(shí)有以下幾點(diǎn)建議：
3.1.1做加法設(shè)計(jì)
3D打印是一種累加的成形技術(shù)，它要求設(shè)計(jì)師去用“+”的思維去創(chuàng)新、做設(shè)計(jì)。3D打印更適合一些累加、鏤空、扭曲、生長等復(fù)雜造型的產(chǎn)品。
3.1.2優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
盡可能避免大塊實(shí)體、平面的造型；同時(shí)由于桌面3D打印精度的限制，細(xì)節(jié)與薄壁結(jié)構(gòu)處理時(shí)要合理，以免打印失敗。
3.1.3合理選擇分層方向
分層方向即打印時(shí)產(chǎn)品生長的方向，如果分層方向選擇不當(dāng)，會(huì)影響模型的表面質(zhì)量、強(qiáng)度、成形時(shí)間、支撐材料使用量以及剝離支撐的難易程度。選擇時(shí)遵循以下原則：
（1）表面質(zhì)量：水平面好于垂直面，垂直面好于斜面，重要的表面要選為上表面；
（2）精度：水平方向好于垂直方向，如圓孔軸線垂直工作臺(tái)可以提高圓的精度；
（3）強(qiáng)度：水平方向好于垂直方向，如強(qiáng)度高的方向設(shè)置為水平方向；
（4）支撐：支撐面積越小越好，支撐高度越低越好，但需避免投影面積小，高度高的支撐面出現(xiàn)。
3.2“-”思維
“-”思維是指減少打印過程中的影響因素，提升打印效率。
（1）減少臺(tái)階效應(yīng)：盡可能地使零件具有較少的斜面；以減少零件的臺(tái)階效應(yīng)。
（2）減少打印支撐：使零件具有較少的懸臂結(jié)構(gòu)；在設(shè)計(jì)時(shí)盡量確定好產(chǎn)品的打印方向，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少或者避免支撐。
（3）減少打印時(shí)間：減少支撐和優(yōu)化結(jié)構(gòu)都可以減少打印時(shí)間。同時(shí)還要合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品的尺寸。因?yàn)?D打印滿足所謂的“三次方增加規(guī)律”。如果我們需要2倍大的東西，我們就需要花8倍的時(shí)間和材料來打印。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；發(fā)展前景應(yīng)用；前景應(yīng)對(duì)政策
中圖分類號(hào)：TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1672―3198（2014）10―0193―01
3D打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域的一種新型技術(shù)，目前正迅猛發(fā)展。國內(nèi)外專家一致認(rèn)為，3D打印技術(shù)未來的發(fā)展將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)和復(fù)雜精密的零件批量生產(chǎn)成為可能，這將會(huì)帶來全球制造業(yè)的“第四次工業(yè)革命”。越來越多的新聞和媒體認(rèn)為，3D打印產(chǎn)業(yè)將會(huì)是具有強(qiáng)大的競爭能力的新型產(chǎn)業(yè)。
13D打印技術(shù)的簡要介紹
3D打印是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。其生產(chǎn)過程主要是通過電腦軟件的3D建?；蛘呤菕呙璩隽慵?D圖片，設(shè)計(jì)出立體的加工樣式，然后通過3D打印設(shè)備，用樹脂、金屬粉、塑料粉、尼龍粉等固體材料逐層“打印”出產(chǎn)品。
3D打印技術(shù)是“增材”制造的主要實(shí)現(xiàn)形式。不同于傳統(tǒng)的“去除型”制造。3D打印技術(shù)運(yùn)用的是“加法”而不是減法，通過對(duì)產(chǎn)品的逐層掃描，然后分成無數(shù)個(gè)厚度極小的截面，一層一層的堆疊起來，無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過這樣的疊加材料的方法，能制造出內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的產(chǎn)品。運(yùn)用這種生產(chǎn)方式，能夠大大的簡化產(chǎn)品的制造過程，極大程度的縮短產(chǎn)品的制造周期，并能有效的提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本。
23D打印技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用
（1）航空航天：航空航天是3D打印技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的一個(gè)行業(yè)，眾所周知，航天航空所需的產(chǎn)品往往具有形狀復(fù)雜、批量小、零件規(guī)格差異大、可靠性要求高等特點(diǎn)，產(chǎn)品的生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜而且精密的過程，通常需要反復(fù)的設(shè)計(jì)、測試和改進(jìn)。如果用傳統(tǒng)制造業(yè)來完成的話，不僅耗資巨大，而且周期長。這些恰巧都是3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，精密、成本低、生產(chǎn)周期短。因此，3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域?qū)?huì)有相當(dāng)巨大的應(yīng)用前景。
（2）生物醫(yī)療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。
（3）建筑設(shè)計(jì)：在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師能夠使用3D打印設(shè)備制造建筑模型，這樣快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美，能夠完全的符合設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)也能節(jié)省大量的材料。
（4）配件、飾品：這是離我們最近的一個(gè)行業(yè)，你可以讓顧客設(shè)計(jì)自己想要的產(chǎn)品的樣式、顏色、細(xì)節(jié)并“打印”出來，耗時(shí)少成本低，在這個(gè)崇尚個(gè)性的時(shí)代，DIY更能滿足顧客們的要求。
3D打印技術(shù)還能應(yīng)用在科學(xué)研究，產(chǎn)品原型，文物保護(hù)，食品產(chǎn)業(yè)，服裝設(shè)計(jì)等等領(lǐng)域。幾乎任何你能看到的東西都能用3D打印技術(shù)打印出來。如果任何現(xiàn)實(shí)手法難以實(shí)現(xiàn)的另類造型都可以被3D打印機(jī)“制造”出來，你的想象力是否被再次挑戰(zhàn)？
3對(duì)3D打印技術(shù)的思考及對(duì)策
古語有云：“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”誠然，3D打印技術(shù)已成世界技術(shù)革新之潮流，不可逆轉(zhuǎn)，3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展是推動(dòng)我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變的重大機(jī)遇之一。如果我們不能占據(jù)在以3D打印制造技術(shù)的制高點(diǎn)，我國與發(fā)達(dá)國家的差距將進(jìn)一步的拉大，特別是如今現(xiàn)有的傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)模式將很快被3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)取代。因此，我提出以下幾點(diǎn)建議：
我國作為全球制造業(yè)大國，把3D打印技術(shù)作為傳統(tǒng)制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的重頭戲，國家把3D打印產(chǎn)業(yè)放在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍者的地位。所以我國應(yīng)該加快國家3D打印產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃。加快研究和出臺(tái)國家3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，并在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、發(fā)展智能制造業(yè)的相關(guān)規(guī)劃中對(duì)涉及3D打印產(chǎn)業(yè)給予政策銜接。
其次，政府應(yīng)該制定符合我國國情的3D打印中長期發(fā)展戰(zhàn)略，讓從事3D打印產(chǎn)業(yè)的民營企業(yè)有充分的自主發(fā)展空間；發(fā)揮財(cái)稅杠桿力度，針對(duì)已有3D打印重點(diǎn)企業(yè)在降低制造成本、提高制造效率低和制造精度等方面給予研發(fā)補(bǔ)貼和稅費(fèi)優(yōu)惠。加快3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用，加強(qiáng)與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)合作，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研的溝通和交流，盡快將商用3D打印機(jī)推向市場。
再次，將3D打印技術(shù)作為國防科技和重工業(yè)以及占有重要經(jīng)濟(jì)地位的產(chǎn)業(yè)的重要支撐發(fā)展技術(shù)之一。國家應(yīng)重點(diǎn)選擇在航空航天、汽車模具等領(lǐng)域進(jìn)行3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化；將3D打印技術(shù)定位為生產(chǎn)業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造及制造業(yè)信息化工程的關(guān)鍵技術(shù)，將該產(chǎn)業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品目錄。
最后，對(duì)于材料為王的3D打印產(chǎn)業(yè)來說，中國搶占該領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)科技最高點(diǎn)首選就是要從打印材料實(shí)現(xiàn)突破，而國家支持部分3D打印研發(fā)機(jī)構(gòu)和重點(diǎn)企業(yè)全球招聘材料科學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才和團(tuán)隊(duì)是關(guān)鍵所在。
4總結(jié)
綜上所述，我們應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)3D打印技術(shù)引起社會(huì)形態(tài)變遷的可能性和巨大潛力。近幾年3D打印技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，國外對(duì)該技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用研究的投資力度也空前增大，我國應(yīng)該高瞻遠(yuǎn)矚，及時(shí)把握好時(shí)代的節(jié)奏，積極有效的應(yīng)對(duì)好3D打印技術(shù)，使之為實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)和中華民族的偉大復(fù)興而服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
[1]王瑩雪.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（08）.
關(guān)鍵詞：英國；3D打印技術(shù)；學(xué)科教學(xué)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；體驗(yàn)式學(xué)習(xí)
[中圖分類號(hào)]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [論文編號(hào)]1009-8097（2015）04-0108-07 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2015.04.016
引言
3D打印技術(shù)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件生成的或通過實(shí)體掃描設(shè)備掃描實(shí)物所獲得的數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過“積層造型法”逐層打印材料層創(chuàng)建物體，主要用于原型設(shè)計(jì)以及組件或產(chǎn)品地制造。3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計(jì)即生產(chǎn)”的創(chuàng)想，具有快速生成的特點(diǎn)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到整體設(shè)計(jì)的跨越，而且所“打印”的產(chǎn)品，較之傳統(tǒng)方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的穩(wěn)固性、更精密的結(jié)構(gòu)，支持更有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)與生成，因此近年來在機(jī)械制造、生物醫(yī)藥、建筑設(shè)計(jì)、藝術(shù)創(chuàng)造等多個(gè)領(lǐng)域受到越來越多地關(guān)注。
雖然3D打印技術(shù)在上述多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到關(guān)注，但目前針對(duì)3D打印技術(shù)在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域深入應(yīng)用的系統(tǒng)研究相對(duì)較少。英國教育部及相關(guān)組織機(jī)構(gòu)于2012-2013年實(shí)施了為期一年的探究3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用，該項(xiàng)目不僅取得了實(shí)質(zhì)性教學(xué)應(yīng)用成果，而且推動(dòng)了3D打印技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，為更多學(xué)校引進(jìn)3D打印技術(shù)，變革教與學(xué)的模式起到示范與引領(lǐng)作用。本文結(jié)合英國3D打印技術(shù)教學(xué)應(yīng)用案例，深入分析3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向、應(yīng)用效果及影響因素，探究3D打印技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用推廣時(shí)需要注意的問題，希望為學(xué)校教育引入3D打印技術(shù)提供一定的參考。
一、3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的目標(biāo)指向
1.指向提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維
基于對(duì)3D打印技術(shù)本身特性的把握，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以作為動(dòng)力激發(fā)工具和支持創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技術(shù)工具應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提高和學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
一方面，3D打印技術(shù)本身的功能特性以及對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的支持作用決定了其作為技術(shù)支持工具對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性有積極影響。首先，3D打印技術(shù)作為一種新型技術(shù)，其新穎性更加容易引起學(xué)生參與基于該技術(shù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)的好奇心和興趣，激發(fā)他們主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的動(dòng)機(jī)。其次，3D打印技術(shù)的獨(dú)特功能一一快速打印模型或?qū)嵨?，支持并激?lì)學(xué)生主動(dòng)參與打印活動(dòng)。學(xué)生可以利用3D打印機(jī)將自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或想法以可視化方式呈現(xiàn)給教師和其他學(xué)習(xí)者，由此獲得的成就感，不僅會(huì)促使學(xué)生更加積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，而且會(huì)激勵(lì)他們主動(dòng)參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。第三，3D打印技術(shù)支持的學(xué)習(xí)活動(dòng)有助于體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動(dòng)主體主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的重要性和價(jià)值，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)?；?D打印技術(shù)的學(xué)習(xí)任務(wù)，需要學(xué)生主動(dòng)分析打印任務(wù)、參與計(jì)劃與決策、參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)原型，這種主體意識(shí)和被需要的感覺讓學(xué)生意識(shí)到自己在學(xué)習(xí)過程中的重要性和價(jià)值，促使學(xué)生更加的主動(dòng)地參與到打印活動(dòng)。
另一方面，為保證學(xué)生主動(dòng)參與并有效進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，英國教育研究者認(rèn)為在3D打印技術(shù)快速打印實(shí)物功能的支持下，學(xué)生可以將時(shí)間和精力集中在創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，有助于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。創(chuàng)新啟于格物致知，創(chuàng)新思維啟于透徹地分析打印任務(wù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、打印出創(chuàng)新性個(gè)性化作品的基礎(chǔ)和源泉。學(xué)生通過主動(dòng)參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)、全面細(xì)致地分析打印任務(wù)，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，最終打印出個(gè)性化的作品。
2.指向探索新的教學(xué)方法
英國3D打印技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用項(xiàng)目是在“人類可以通過制造和分享過程產(chǎn)生學(xué)習(xí)”理念指導(dǎo)下開展的學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新探索項(xiàng)目。該理念的核心是“制造”和“分享”，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中通過體驗(yàn)式學(xué)習(xí)與探究式學(xué)習(xí)是獲得知識(shí)并實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的有效方式。所以，教師借助3D打印技術(shù)可以為學(xué)生創(chuàng)建“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”，這同時(shí)也是一個(gè)知識(shí)運(yùn)用空間，學(xué)生需要主動(dòng)參與到真實(shí)的實(shí)踐活動(dòng)中，并通過親自動(dòng)手操作獲得直接的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高解決問題的知識(shí)與技能水平。在3D打印技術(shù)支持下的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式上都有所突破。
“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)內(nèi)容可以是一個(gè)專題的探究學(xué)習(xí)，也可以是單一知識(shí)或問題的學(xué)習(xí)與探究，還可以僅是一個(gè)創(chuàng)意的實(shí)現(xiàn)，甚至是這三者的交叉融合。在專題探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師需要給學(xué)生提供一個(gè)主題及其設(shè)計(jì)綱要，并期望學(xué)生能對(duì)該設(shè)計(jì)做出自己的選擇，主動(dòng)的進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。學(xué)生在專注于研究主題的同時(shí)，會(huì)自然地將3D打印機(jī)作為學(xué)習(xí)或探究內(nèi)容的一部分。針對(duì)后兩種學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生可以利用3D打印機(jī)將一個(gè)想法變成現(xiàn)實(shí)，將一個(gè)知識(shí)或問題以可視的打印作品呈現(xiàn)，有助于個(gè)性化和創(chuàng)新思維的發(fā)展。例如，沃特福德男子文法學(xué)校（Watford Grammar School for Boys）的學(xué)生打印出各種代數(shù)方程的3D圖形。
“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”的學(xué)習(xí)方式可以是協(xié)作學(xué)習(xí)，也可以是自主學(xué)習(xí)，前者是實(shí)現(xiàn)“共享”理念的有效方式，而后者在實(shí)踐中已經(jīng)證實(shí)了3D打印技術(shù)對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)起著重要的支持作用。在2012-2013年英國3D打印技術(shù)走進(jìn)校園項(xiàng)目研究中發(fā)現(xiàn)：基于3D打印技術(shù)的自主學(xué)習(xí)能改善學(xué)習(xí)效果并伴隨產(chǎn)生其他更廣泛的利益。例如在物理和數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師非常希望能成功的使用打印機(jī)來促進(jìn)學(xué)生思考、推理和理解學(xué)科教學(xué)知識(shí)，并且開展學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)。這種自主學(xué)習(xí)方式更大程度的將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交付學(xué)生，讓學(xué)生在3D打印技術(shù)支持下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，將知識(shí)學(xué)以致用。這種突破性的新教學(xué)方法，不僅有利于學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，而且有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
3D打印技術(shù)通過創(chuàng)造與設(shè)計(jì)這兩種技術(shù)使用方式為學(xué)生獲得并應(yīng)用知識(shí)提供可靠、便捷的技術(shù)支持，實(shí)踐了“設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，生產(chǎn)不是問題”的新思想，在提升學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、評(píng)估、實(shí)踐和創(chuàng)造能力、促進(jìn)學(xué)生的分析性思維與創(chuàng)新性思維以及系統(tǒng)思維發(fā)展、提高現(xiàn)實(shí)中建造高質(zhì)量的工程提供保障并切實(shí)地實(shí)現(xiàn)了利用技術(shù)輔助工程設(shè)計(jì)等方面有重要實(shí)際意義。而且就如溫莎男子學(xué)校（The Windsor Boys’School）的DT負(fù)責(zé)人認(rèn)為，熟悉3D打印設(shè)計(jì)流程（計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造和評(píng)估）的學(xué)生能夠利用3D打印機(jī)來縮短“制造”階段的時(shí)間，使打印機(jī)在“打印”產(chǎn)品時(shí)更快。這意味著學(xué)生可以將更多的時(shí)間和精力分配到產(chǎn)品的“設(shè)計(jì)”上，發(fā)展他們的創(chuàng)新思維。此外，目標(biāo)指向中提到的“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)中心”，更多地發(fā)生在“設(shè)計(jì)與技術(shù)”學(xué)科教學(xué)過程中。
三、影響3D打印技術(shù)在英國中小學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的因素分析
通過對(duì)2012-2013年英國開展的3D打印技術(shù)進(jìn)入學(xué)科教學(xué)項(xiàng)目的分析，總結(jié)出成功背后的影響因素有以下幾個(gè)：
1.教師對(duì)3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用持積極的態(tài)度
正如許多參與項(xiàng)目的老師說，他們只花幾個(gè)月的時(shí)間就能足夠熟練地使用打印機(jī)和相關(guān)軟件，并且能在教學(xué)中成功而自信地使用。在實(shí)踐教學(xué)中表明，自信的教師在使用3D打印技術(shù)時(shí)要比那些相對(duì)孤立且不能堅(jiān)持解決委托或獲得持續(xù)支持的教師更得心應(yīng)手，因?yàn)樗麄冇兄鴮?duì)主題探究的熱情和敢于實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新的膽量。正所謂“心之所向，身之所往”。當(dāng)教師憧憬并相信3D打印技術(shù)具有促進(jìn)教與學(xué)的潛能，便會(huì)致力于技術(shù)與教學(xué)的有效整合，探究創(chuàng)新教學(xué)方法，最終獲得成功的經(jīng)驗(yàn)和有效的技術(shù)應(yīng)用策略。
2.教師與教學(xué)支持人員的通力協(xié)作
英國3D打印技術(shù)在中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目，是由教育部、物理學(xué)會(huì)、全國數(shù)學(xué)教師理事會(huì)（NCETM）、3D打印機(jī)廠商、學(xué)校等合作進(jìn)行的。其合作的目的有三個(gè)：一是確保教學(xué)中所選擇的軟件是適合跨學(xué)校、跨科目的；二是提高各種資源的有效利用率，包括各學(xué)校的教9幣資源、技術(shù)資源；三是促進(jìn)交流與共享技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。技術(shù)與教學(xué)整合需要投入大量的時(shí)間、精力和人力。例如參與項(xiàng)目的Highworth女子文法學(xué)校有成功的案例，該校的DT老師和物理技術(shù)人員密切合作，共同設(shè)計(jì)一組可以通過金箔模擬阿爾法粒子的散射的設(shè)備。所以，教師與教學(xué)支持人員，包括專業(yè)技術(shù)人員、3D打印機(jī)廠商、同一學(xué)科或不同學(xué)科的教師之間的通力協(xié)作是推動(dòng)探索技術(shù)促進(jìn)學(xué)科教學(xué)的持續(xù)動(dòng)力。
3.必要的軟硬件環(huán)境建設(shè)
（1）軟件
項(xiàng)目組織者和支持者為教師和學(xué)生提供使用設(shè)計(jì)軟件的專門培訓(xùn)，而且盡可能選擇容易上手且免費(fèi)的設(shè)計(jì)軟件，比如很多學(xué)校選擇使用的免費(fèi)Sketchup（草圖大師）?；谠擃愒O(shè)計(jì)軟件的數(shù)字設(shè)計(jì)模型是3D打印機(jī)打印產(chǎn)品的源文件。該文件在打印輸出時(shí)，通常是一個(gè).stl文件，然后送入第二層軟件并生成打印機(jī)指令（G code），該指令唯一指向于一個(gè)特定的打印機(jī)。.s3g文件格式的G代碼通過SD卡輸入打印機(jī)。打印項(xiàng)目中Makerware和復(fù)制因子G計(jì)劃通常被用于生成G代碼。數(shù)字設(shè)計(jì)模型可以從如Thingiverse等免費(fèi)網(wǎng)站下載，這有助于入門打印機(jī)操作的學(xué)習(xí)。
（2）3D打印機(jī)
從英國3D打印技術(shù)應(yīng)用到學(xué)科教學(xué)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)分享中可以看出，3D打印機(jī)的選擇關(guān)系著能否有效使用打印機(jī)并將其優(yōu)勢(shì)功能發(fā)揮到最大化。需要從以下幾點(diǎn)考慮：第一，要考慮3D打印機(jī)的使用者和使用目的。若是教師使用3D打印機(jī)打印教學(xué)模具，優(yōu)先考慮打印機(jī)的速度和質(zhì)量：若是學(xué)生利用該技術(shù)制作模型，則還需要考慮其易用性、耗材和成本。第二，要考慮打印機(jī)本身的一些因素，比如打印速度、打印機(jī)文件傳輸接口、與學(xué)校操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的兼容性以及質(zhì)量和售后支持等。第三，要重視打印機(jī)所置放位置和環(huán)境，防止拖拉或移動(dòng)，避免要打印出來的物體出現(xiàn)干燥和翹曲等問題。所以，學(xué)?；蛘呓處熢谶x擇和使用3D打印機(jī)時(shí)需要全面且慎重考慮。
4.對(duì)應(yīng)用過程提供系統(tǒng)的支持
（1）來自學(xué)校管理層的支持
參與項(xiàng)目的大多數(shù)學(xué)校里的領(lǐng)導(dǎo)教師都是具備專業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力的設(shè)計(jì)與技術(shù)專家，他們通過“低干涉”管理讓學(xué)科教師更專注于技術(shù)使用方法和教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)途徑，這不僅為學(xué)校師生提供財(cái)政支持以及他們創(chuàng)新使用3D打印機(jī)的視角，而且在鼓勵(lì)和支持教師使用新的、不熟悉的技術(shù)，組織并建立強(qiáng)大的人才團(tuán)隊(duì)以及給學(xué)生傳授他們的技術(shù)知識(shí)等方面也起著積極作用。
（2）對(duì)應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行專門的培訓(xùn)
學(xué)校管理者與相關(guān)技術(shù)專家在學(xué)校引入3D打印技術(shù)后需要對(duì)校內(nèi)擬在教育教學(xué)中的應(yīng)用3D打印技術(shù)的教師進(jìn)行專門的、系統(tǒng)的培訓(xùn)。培訓(xùn)初始期間，3D打印技術(shù)的使用輕松實(shí)現(xiàn)教師、技術(shù)工作人員和學(xué)生的一些大膽創(chuàng)新性想法，進(jìn)而激發(fā)他們對(duì)技術(shù)持續(xù)探索的熱情。而且，跨部門在使用相關(guān)軟件時(shí)證明專門的培訓(xùn)和持續(xù)的支持對(duì)技術(shù)使用與推廣起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)闆]有經(jīng)驗(yàn)的教師必須花一段時(shí)間來提高使用打印機(jī)和應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件的能力。
培訓(xùn)課程一般包含為教師提供3D打印機(jī)項(xiàng)目基礎(chǔ)內(nèi)容和實(shí)踐機(jī)會(huì)，組織討論會(huì)分享使用3D打印機(jī)的經(jīng)驗(yàn)想法等活動(dòng)。此外，教師需要花費(fèi)正常教學(xué)以外的時(shí)間和精力來鞏固編程技術(shù)和CAD專業(yè)技術(shù)，以保證熟練使用3D打印機(jī)并充分發(fā)揮3D打印機(jī)的功能。
四、結(jié)束語
制造業(yè)
在3D打印發(fā)展之初，其應(yīng)用僅局限在原型制作或工藝品打印。隨著3D打印技術(shù)的日趨成熟，在汽車、航空、醫(yī)療、教育、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域有了更為廣泛的應(yīng)用。其中3D打印在航空和汽車領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，而生物醫(yī)療則成為了最近3D打印研究的熱門領(lǐng)域。
汽車行業(yè)
汽車制造商可以算作是增材制造技術(shù)的最早使用者之一，過去幾十年汽車制造商多將3D打印技術(shù)應(yīng)用于小批量原型制造。最近幾年，各大汽車制造商開始加大3D打印技術(shù)使用步伐，向更高價(jià)值的應(yīng)用轉(zhuǎn)變，3D打印在汽車行業(yè)的應(yīng)用正在從用于最終檢查和設(shè)計(jì)驗(yàn)證的相對(duì)簡單的概念模型，演進(jìn)到用于測試車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)和平臺(tái)的功能性部件。目前，汽車行業(yè)是3D打印的原型零部件的主要生產(chǎn)者，每年汽車行業(yè)將生產(chǎn)超過10萬件原型零部件和添加制造的模具。
航空航天
3D打印技術(shù)特別是金屬直接快速成形工藝成為航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低、減重（輕量化）等方面。
由于航空航天設(shè)備所需要的零部件往往都是一些需要單件定制的小部件，如果運(yùn)用傳統(tǒng)工藝制作勢(shì)必會(huì)存在制作周期過長、成本過高的問題。3D打印工藝制造速度快，成型后的近形件僅需少量后續(xù)機(jī)加工，可以顯著縮短零部件的生產(chǎn)周期，滿足對(duì)航空航天產(chǎn)品的快速響應(yīng)要求。3D打印加工過程的材料利用率很高，成形過程無需專用模具、工具和夾具，可以節(jié)省制造航空航天裝備零部件所需的昂貴原材料，顯著降低制造成本。
金屬零件直接成形時(shí)的快速凝固特征可提高零件的機(jī)械性能和耐腐蝕性，與傳統(tǒng)制造工藝相比，成形零件可在不損失塑性的情況下使強(qiáng)度得到較大提高。如由激光快速成型技術(shù)打造的一次成型鈦合金的承力能力比普通鍛造、焊接強(qiáng)上近30%。
同時(shí)，3D打印擁有良好的設(shè)計(jì)靈活性和加工柔性。3D打印工藝能夠?qū)崿F(xiàn)單一零件中材料成分的實(shí)時(shí)連續(xù)變化，使零件的不同部位具有不同成分和性能，是制造異質(zhì)材料（如功能梯度材料、復(fù)合材料等）的最佳工藝。航空航天裝備的零部件由于工作環(huán)境的特殊性通常對(duì)材料的性能和成分有著嚴(yán)格甚至苛刻的要求，大量試用各種高性能的難加工材料，而3D打印技術(shù)可以方便地采用高熔點(diǎn)、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料。
醫(yī)療行業(yè)
目前醫(yī)療行業(yè)3D打印技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾方面：一是無需留在體內(nèi)的醫(yī)療器械，包括醫(yī)療模型、診療器械、康復(fù)輔具、假肢、助聽器、手術(shù)導(dǎo)板等;二是個(gè)性化永久植入物，使用鈦合金、鈷鉻鉬合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料3D打印骨骼、軟骨、關(guān)節(jié)、牙齒等產(chǎn)品，通過手術(shù)植入人體;三是3D生物打印，即使用含細(xì)胞和生長因子的“生物墨水”，結(jié)合其他材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)。
體外醫(yī)學(xué)模型
3D打印模擬器官可以用來檢測藥物效果，一方面有利于縮短臨床藥物研發(fā)周期，另一方面可以避免潛在的人體試驗(yàn)損害，極大地節(jié)省新藥的研發(fā)費(fèi)用。構(gòu)建3D 模型在手術(shù)設(shè)計(jì)、操作演練等方面具有廣闊的應(yīng)用前景和極高的應(yīng)用價(jià)值。器官或組織的3D 醫(yī)療模型，能夠?qū)⑵鞴倩蚪M織內(nèi)部構(gòu)造的細(xì)節(jié)逼真地顯示出來，使得醫(yī)學(xué)知識(shí)變得更加直觀明了。這種技術(shù)已在整復(fù)外科、口腔科、眼科等領(lǐng)域中的顱骨修復(fù)、下頜骨修復(fù)正形等方面發(fā)揮了積極作用。
3D打印通過復(fù)雜建?？稍旄Ｍ饪剖中g(shù)。醫(yī)生在手術(shù)前可以在患者體外再現(xiàn)體內(nèi)實(shí)際模型，可以通過反復(fù)利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而減少在真實(shí)手術(shù)中的效率和風(fēng)險(xiǎn)。例如，北京阜外醫(yī)院主要將這一技術(shù)應(yīng)用在心血管介入手術(shù)方面，與比利時(shí)的3D 打印服務(wù)商Materialise 合作，在手術(shù)前提前模擬打印出心臟模型進(jìn)行精準(zhǔn)化訓(xùn)練，從而大大提升手術(shù)的成功率。這種方法對(duì)于先天心臟缺陷的嬰兒好處明顯，因?yàn)閶雰旱钠鞴傧鄬?duì)弱小，手術(shù)就必須有更充分的準(zhǔn)備，也必須非常精細(xì)。
定制化醫(yī)療器械/組織工程
3D打印技術(shù)在助聽器、假肢制造、康復(fù)輔具、骨科手術(shù)個(gè)性化導(dǎo)板、人工關(guān)節(jié)、人工外耳和個(gè)性化種植牙等方面已得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用3D 打印技術(shù)設(shè)計(jì)和制作的助聽器可滿足個(gè)性化需求。利用3D 打印技術(shù)制造出的假肢也更加符合人體工學(xué)。應(yīng)用金屬打印制作的多孔鈦結(jié)構(gòu)，生物學(xué)表現(xiàn)特性更加合理，具有輕量化，更加符合人體工程學(xué)，從而克服了傳統(tǒng)制造工藝的限制。
傳統(tǒng)牙齒修復(fù)過程相對(duì)復(fù)雜，難以保證精度，返修率高、制作周期長。將3D打印技術(shù)運(yùn)用到義齒修復(fù)中已經(jīng)成為牙科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，降低了義齒修復(fù)成本，縮短了制作周期。此外，3D 打印在骨科的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)低成本假肢打印。
人工器官和組織
3D 打印技術(shù)不僅能夠打印醫(yī)療模型、醫(yī)療器械，還可以根據(jù)患者需要打印出相應(yīng)的器官。
3D生物打印使用含細(xì)胞和生長因子的“生物墨水”，結(jié)合其他醫(yī)療材料層層打印出產(chǎn)品，經(jīng)體外和體內(nèi)培育，形成有生長能力功能的組織結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)的推廣與使用有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。
美國圣迭戈Organovo將細(xì)胞用作“生物墨汁”，通過3D打印程序制成活性人體組織片，已成功打印出心肌組織、動(dòng)脈血管等。愛丁堡赫瑞瓦特大學(xué)開發(fā)了一種基于瓣膜的雙噴嘴打印機(jī)，配有兩個(gè)“墨盒”，一個(gè)裝著浸在細(xì)胞培養(yǎng)基中的人體胚胎干細(xì)胞，另一個(gè)只有培養(yǎng)基。使用這一打印機(jī)可打印用于組織再生的首例人體胚胎干細(xì)胞以及其他活細(xì)胞的打印。所研發(fā)的3D 打印機(jī)通過控制實(shí)現(xiàn)精確打印速度和墨水流量。
藥劑
3D打印可制造靶向藥物運(yùn)輸超微機(jī)器人。在人體內(nèi)精準(zhǔn)運(yùn)輸藥物的機(jī)器人可以用來提升太近微創(chuàng)手術(shù)、靶向用藥、遠(yuǎn)程感應(yīng)和單細(xì)胞操控技術(shù)的效果和水平。
通過3D 打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微型機(jī)器人被設(shè)計(jì)成“鞭毛”的類似物，這樣可以更好地被數(shù)字化操控，從而靈活地將藥物送達(dá)到人體各部。FDA 批準(zhǔn)了美國Aprecia制藥公司首款采用3D打印技術(shù)制備的“左乙拉西坦速溶片”上市。這種藥采用Aprecia公司的ZipDose3D打印技術(shù)生產(chǎn)，內(nèi)部呈現(xiàn)多空狀，內(nèi)表面及高，可在短時(shí)間內(nèi)被很少的水融化，用分層打印制備藥物制劑取代傳統(tǒng)的壓片技術(shù)，使得含水流體將多層粉狀藥劑結(jié)合在一起。
主要企業(yè)
3D 打印的核心專利大多被設(shè)備廠商掌握，因此在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中設(shè)備廠商占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著專利陸續(xù)到期，設(shè)備廠商的地位必然會(huì)受到?jīng)_擊。近年來，3D 打印行業(yè)整合加劇，其中以3D Systems 和Stratasys 的整合路徑最具代表性。3DSystems 采取上下游并購路徑，并購對(duì)象包括服務(wù)商、軟件公司、材料和設(shè)備廠商。Stratasys 的整合路徑以橫向整合為主，如與Objet 的合并和收購MakerBot。通過一系列的整合，設(shè)備企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合方案提供商，加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的整體掌控能力。
全球3D 打印兩大巨頭3D Systems 和Stratasys 生產(chǎn)了全球半數(shù)以上的打印機(jī)，并在近幾年通過兼并收購其他3D 打印企業(yè)不斷擴(kuò)大規(guī)模。另外，一些企業(yè)（如EOS、Envisiontec 等）在各自擅長的領(lǐng)域也有突出表現(xiàn)。除了這些企業(yè)，市場上還有許多提供3D 打印服務(wù)的中小型企業(yè)。
3D Systems
3D Systems公司由3D 打印技術(shù)的發(fā)明者查爾斯?赫爾成立于1986年，位于美國南卡羅來納州羅克希爾，以立體光固化成型技術(shù)（SLA）起家。在此后的二十幾年中依靠基礎(chǔ)專利的優(yōu)勢(shì)，通過并購形成了覆蓋打印材料、打印設(shè)備和打印服務(wù)領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)模式。
近年來3D Systems已經(jīng)逐漸擺脫了業(yè)績虧損的狀況，進(jìn)入了盈利增長時(shí)期。自2009年以來，公司營業(yè)收入均保持20%以上的增速，2014 年，公司營業(yè)收入達(dá)到6.54 億美元，凈利潤達(dá)到0.18 億美元。目前在全球范圍內(nèi)擁有近900 名員工。
在外延并購方面，3D Systems動(dòng)作頻頻。在過去的四年中，3D Systems公司已經(jīng)收購了超過45家公司，總金額達(dá)到5.2億美元。2014年，公司通過收購Cimatron、Simbionix、LayerWise、Laser Reproductins 等公司開始進(jìn)軍仿真、航空航天以及醫(yī)療等領(lǐng)域。2015 年3D Systems 收購了無錫易維，加緊了其在中國3D 打印市場的布局。另外，通過收購Bits from Bytes（一家普及型打印設(shè)備提供商），3D Systems也成為消費(fèi)者使用的個(gè)人系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于教育等領(lǐng)域。
3D Systems 是全球領(lǐng)先的3D 打印解決方案提供商。3D Systems 提供不同種類的產(chǎn)品。個(gè)人產(chǎn)品如Cube、BfB、RapMan 系列，入門級(jí)專業(yè)打印機(jī)V-Flash，專業(yè)打印機(jī)Projet 和Zprinter，以及基于SLA、SLS、SLM 技術(shù)的工業(yè)用打印機(jī)等。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括概念建模、快速原型設(shè)計(jì)及制造等。3D Systems 提供7 種3D 打印解決方案，包括光固化快速成形和激光燒結(jié)、聚合物成型以及用于個(gè)人打印機(jī)技術(shù)FDM等。公司在3D 打印領(lǐng)域擁有超過1100 項(xiàng)專利，材料包括塑料、蠟、尼龍、金屬等100 多種材料。
3D Systems產(chǎn)品和服務(wù)的一個(gè)重要發(fā)展是其“創(chuàng)作工具”。3D Systems 率先引入了基于網(wǎng)絡(luò)和基于軟件的工具來簡化3D 產(chǎn)品的創(chuàng)造。通過對(duì)Vidar 的收購，3D Systems 成為創(chuàng)建三維數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像的領(lǐng)導(dǎo)者。同樣的，通過對(duì)My Robot Nation 的收購，公司迅速打入消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域。
3D Systems經(jīng)營兩個(gè)按需生產(chǎn)零件服務(wù)：ProParts 和Quickparts。在按需打印方面，3D Systems 提供Quickparts 和ProParts 服務(wù)。3D Proparts 是一家提供快速成型制造和服務(wù)的企業(yè)，其服務(wù)包括定制支持和項(xiàng)目管理等，于2009 年被3D Systems 收購。QuickParts于2011年2月被3D Systems收購，是一個(gè)小批量的生產(chǎn)商。
Stratasys
Stratasys由Scott Crump于1989年在美國明尼蘇達(dá)州成立，并于1994年在納斯達(dá)克上市。Stratasys專注于熔融沉積成型（FDM）技術(shù)的研究及開發(fā)，并成功打造出Dimension、uPrint 和Fortus 三個(gè)品牌。其中，Dimension憑借高性價(jià)比，成為全球最暢銷的3D打印機(jī)系列之一。與3D Systems 相同，Stratasys的營業(yè)收入也在近年來保持快速增長，2014年公司營業(yè)收入達(dá)到7.5億美元。
Stratasys 在近4 年來的并購浪潮中同樣大動(dòng)作頻出，如以14 億美元收購以色列3D 打印系統(tǒng)提供商Object 公司;以4 億美元收購桌面級(jí)3D 打印設(shè)備生產(chǎn)商MakerBot;1 億美元收購CAD 設(shè)計(jì)師社區(qū)Grabcad。隨著各類企業(yè)的并購，Stratasys的3D打印領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈在不斷完善。
Stratasys主要經(jīng)營3D打印設(shè)備和打印材料，這兩項(xiàng)合計(jì)占其收入的85%。公司的3D打印設(shè)備包括理念系列、設(shè)計(jì)系列和生產(chǎn)系列三個(gè)級(jí)別，同時(shí)公司還制造專門用于牙科的3D 打印機(jī)。在打印材料領(lǐng)域，現(xiàn)在能夠生產(chǎn)超過130種的打印材料，其中包括100種的光聚物和10多種的熱塑性塑料打印材料。
ExOne
Exone也是3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，成立于2012年，使用麻省理工學(xué)院提供的粉末噴墨三維打?。↖nkjet3DP）。主要提供兩種打印機(jī)，分別使用沙子和金屬材料，可以完成較大尺寸產(chǎn)品的制作。該公司的3D 印刷機(jī)器能夠制造壓鑄模具和特種石英砂、陶瓷的鑄造產(chǎn)品。
Exone 公司共有兩個(gè)系列的產(chǎn)品，分別是S 系列和M 系列。S 系列的產(chǎn)品主要用于工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)澆鑄所用的鑄型，代表性的產(chǎn)品有S Max、S Print。M 系列的3D 打印機(jī)主要用于直接打印可以使用的零件或是終端產(chǎn)品，代表性產(chǎn)品為M Flex 和M Lab。前三者都是工業(yè)用打印機(jī)，M Lab 是科研人員專用的打印機(jī)，屬于專業(yè)用途。
Exone 主要的客戶集中在航天、汽車、重型設(shè)備、能源等行業(yè)。該公司還提供耗材和零件、服務(wù)、培訓(xùn)和技術(shù)支持，通過位于美國、德國、日本的生產(chǎn)服務(wù)中心（PSCs）來對(duì)其客戶進(jìn)行生產(chǎn)前合作與定制服務(wù)。
RepRap
RepRap 是一種三維打印機(jī)原型機(jī)，它具有一定程度的自我復(fù)制能力，能夠打印出大部分其自身的（塑料）組件。RepRap 是（replicating rapid prototyper）的縮寫。
這種原型機(jī)從軟件到硬件各種資料都是免費(fèi)和開源的，都在自由軟件協(xié)議GNU 通用公共許可證GPL 之下。
至目前為止，RepRap 項(xiàng)目已經(jīng)了四個(gè)版本的3D 立體打印機(jī)：2007 年3 月“達(dá)爾文”（Darwin），2009 年10 月“孟德爾”（Mendel），2010 年“Prusa Mendel”和“赫胥黎”（Huxley）。開發(fā)者采用了著名生物學(xué)家們的名字來命名，是因?yàn)椤癛epRap 就是復(fù)制和進(jìn)化”。
由于機(jī)器具有自我復(fù)制能力，能廉價(jià)地傳播RepRap 給個(gè)人和社區(qū)，使他們能夠創(chuàng)建或下載來自互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜的產(chǎn)品，而不需要昂貴的工業(yè)設(shè)施。
Arcam
瑞典Arcam公司成立于1997年，在斯德哥爾摩證券交易所上市，公司是唯一使用電子光束溶解法（EBM）技術(shù)的增量制造公司，2003年3月第一臺(tái)EBM S12機(jī)器上市，隨后推出基于EBM技術(shù)的改進(jìn)機(jī)型。
Arcam為市場提供EBM 的完整生產(chǎn)鏈，包括打印機(jī)、系統(tǒng)服務(wù)和金屬粉末銷售。Arcam還與美國DiSanto 技術(shù)公司合作，致力于骨科植入物（Orthopedic Implants）市場。OI 產(chǎn)業(yè)可分為三部分：重構(gòu)、外傷手術(shù)和脊柱手術(shù)。
目前，Arcam上市的打印機(jī)有Arcam A2X、Arcam Q10、Arcam Q20，Arcam A2X主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，應(yīng)用材料是鈦和鋁化鈦;Arcam Q10 則是針對(duì)于OI 市場，而Arcam Q20 則是在前者基礎(chǔ)上，加大制造空間以適應(yīng)在航空航天上的應(yīng)用，二者均具備有電子槍、e LayerQamTM 系統(tǒng)。
其他
關(guān)鍵詞：云計(jì)算；醫(yī)學(xué)教育；3D打印；STL；WebGL；模型管理系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2017）01-0034-02近年來，3D打印技術(shù)獲得迅速發(fā)展，受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注，美國科學(xué)家將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”之一[1]，一部分科學(xué)家甚至宣稱3D打印技術(shù)將帶來“第三次工業(yè)革命”[2]。目前3D打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更是如此， 3D打印技術(shù)正應(yīng)用于打印醫(yī)學(xué)模型、打印人工骨骼、打印生物器官、打印牙齒、打印可控釋放藥物、整形美容等方面 [3]。與此同時(shí)，基于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的增加、使用和交付模式的擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力的云計(jì)算技術(shù)也給3D打印技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。云計(jì)算在網(wǎng)格計(jì)算的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的計(jì)算模型，具有超強(qiáng)運(yùn)算能力和海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。建立基于云計(jì)算的醫(yī)學(xué)教育3D打印模型管理系統(tǒng)，既可以為醫(yī)學(xué)教育提供教學(xué)用3D模型展示和學(xué)習(xí)的空間，也可以為相關(guān)從業(yè)人員提供技術(shù)交流、STL文件存儲(chǔ)和的平臺(tái)，能夠?yàn)獒t(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的教育提供良好的技術(shù)支持，也能夠滿足相關(guān)教師和科研人員的部分科研需求。
一、3D打印模型管理系統(tǒng)云環(huán)境構(gòu)建
相對(duì)于傳統(tǒng)服務(wù)器，云服務(wù)器具有更好的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)可靠性更高；具備更強(qiáng)的彈性，可自由配置硬件資源；更高的安全性，云服務(wù)商會(huì)提供全面防護(hù)；更低的成本，無需專門運(yùn)維人員；更佳的易用性，云服務(wù)商提供了多種操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。因此很容易構(gòu)建適用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域3D打印模型管理系統(tǒng)的云環(huán)境。
本文以百度云服務(wù)器BCC（Baidu Cloud Compute）為例說明3D打印模型管理系統(tǒng)的云環(huán)境構(gòu)建過程。登錄百度開放云官網(wǎng)購買百度彈性云服務(wù)，這是一種處理能力可彈性伸縮的計(jì)算服務(wù)器，購買時(shí)要根據(jù)實(shí)際需求指定CPU、內(nèi)存、公網(wǎng)帶寬、鏡像類型、操作系統(tǒng)、CDS磁盤、臨時(shí)數(shù)據(jù)盤的規(guī)格。BCC提供兩種計(jì)費(fèi)方式，包年包月方式：可選1-12個(gè)月的包月服務(wù)或1到3年的包年服務(wù)，采用預(yù)付費(fèi)方式；按需計(jì)費(fèi)方式：根據(jù)實(shí)際使用量，按分鐘計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)并扣費(fèi)，需提前向賬戶充值。接下來創(chuàng)建BBC實(shí)例，在官網(wǎng)云服務(wù)器BCC實(shí)例列表界面設(shè)置BBC實(shí)例名稱、ID、區(qū)域、配置信息等內(nèi)容，其中臨時(shí)數(shù)據(jù)盤和CDS云磁盤可根據(jù)需求x擇。確認(rèn)所有配置并成功付款后，系統(tǒng)將在后臺(tái)進(jìn)行云服務(wù)器的創(chuàng)建。點(diǎn)擊“管理控制臺(tái)”即可進(jìn)入“實(shí)例列表”界面管理和查看創(chuàng)建好的云服務(wù)器實(shí)例。
二、醫(yī)學(xué)教育3D打印模型管理系統(tǒng)需求分析
1.功能需求分析
醫(yī)學(xué)教育3D打印模型應(yīng)提供后臺(tái)管理功能，管理員通過登錄后臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，包括管理模型管理、用戶管理、供求區(qū)管理和留言管理等；系統(tǒng)同時(shí)提供前臺(tái)功能，所有用戶均可通過瀏覽器訪問前臺(tái)頁面，注冊(cè)用戶登錄系統(tǒng)后可上傳3D打印模型文件或在供求區(qū)回復(fù)主題；3D化外觀展示功能，認(rèn)證教師、注冊(cè)學(xué)生和科研人員可通過登錄系統(tǒng)平臺(tái)直接觀看3D模型全方位細(xì)節(jié)展示。
2.性能需求分析
因?yàn)橹饕嫦蚍怯?jì)算機(jī)專業(yè)的醫(yī)學(xué)教師和醫(yī)學(xué)生提供服務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)提供良好的用戶易用性和系統(tǒng)安全性。其中易用性體現(xiàn)在用戶對(duì)系統(tǒng)的熟悉速度和使用感受上，前者由前臺(tái)設(shè)計(jì)保障，后者由云服務(wù)器的處理性能提供；系統(tǒng)安全性體現(xiàn)在環(huán)境安全和數(shù)據(jù)安全方面，其中百度云服務(wù)器BCC提供的云安全BSS（Baidu Security Service）和云監(jiān)控BCM（Baidu Cloud Monitor）可以提供DDoS防護(hù)、云服務(wù)器防護(hù)、Web漏洞監(jiān)測等服務(wù)保障環(huán)境安全，云服務(wù)器提供的快照功能和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫備份功能則可以保障數(shù)據(jù)安全。
3.技術(shù)可行性分析
醫(yī)學(xué)教育3D打印模型管理系統(tǒng)需采用的主要技術(shù)有HTML5技術(shù)、WebGL技術(shù)、Ajax技術(shù)等，其中HTML5、Ajax技術(shù)已經(jīng)非常成熟[4]，WebGL技術(shù)是功能強(qiáng)大且完全免費(fèi)的Web3D技術(shù)[5]，由OpenGL和JavaScript結(jié)合產(chǎn)生，能在很多不同的設(shè)備上運(yùn)行，比如個(gè)人電腦、平板電腦和智能手機(jī)等，這些技術(shù)的運(yùn)用保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。
三、醫(yī)學(xué)教育3D打印模型管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了應(yīng)對(duì)不同寬度的顯示器和手持終端，系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)采用自適應(yīng)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)模式（Responsive Web Design），這也可以保障后期手機(jī)APP開發(fā)的方便性；系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)置獨(dú)立的管理員登陸接口，管理員設(shè)置多個(gè)帳號(hào)多種權(quán)限，每個(gè)管理員設(shè)置獨(dú)立帳號(hào)和密碼；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)涉及大量數(shù)據(jù)模型，采用開源的MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，遵循GNU通用公共許可證下各種專有協(xié)議。其中系統(tǒng)前端結(jié)構(gòu)如圖1所示，前端分為5個(gè)子模塊，包括“首頁、模型庫、供求區(qū)、實(shí)物展示、注冊(cè)&登錄”。
其中――
首頁：提供各種頁面下的返回首頁功能。
模型庫：提供解剖類、組胚類和其他STL模型3D效果展示功能。
供求區(qū)：供認(rèn)證教師、注冊(cè)學(xué)生和科研人員和查看STL模型需求和轉(zhuǎn)讓信息，認(rèn)證教師、注冊(cè)學(xué)生和科研人員還可在需求和轉(zhuǎn)讓信息下方回復(fù)消息和添加評(píng)論。
實(shí)物展示：管理員、認(rèn)證教師、注冊(cè)學(xué)生和科研人員可以在該模塊下3D打印好的實(shí)物文字、圖片、視頻等信息。
注冊(cè)&登陸：提供教師、學(xué)生和其他用戶注冊(cè)功能，已注冊(cè)用戶可以在此登陸系統(tǒng)。
醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域3D打印模型管理系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)WebGL是javascript與openGL ES2.0結(jié)合的產(chǎn)物，它提供了底層的繪制和計(jì)算函數(shù)，通過experimental-webgl來利用底層顯卡加速圖形繪制，這些繪制信息會(huì)被傳遞給GPU進(jìn)行處理，從而得到最終的繪制結(jié)果。系統(tǒng)中應(yīng)用WebGL繪制的效果如圖2所示。
四、總結(jié)與展望
本文研究的基于云計(jì)算環(huán)境的醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的3D打印模型管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)中應(yīng)用了WebGL技術(shù)，系統(tǒng)的3D打印模型資源庫為教師、學(xué)生和科研人員提供了全方位觀看并控制3D打印模型姿態(tài)的功能，能夠更好的展示3D打印模型的全部細(xì)節(jié)，并提供了上傳和下載STL模型文件功能，為醫(yī)學(xué)教育教學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域科研提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的平臺(tái)，能夠有效地促進(jìn)行業(yè)交流與醫(yī)學(xué)教育科研領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的研究和應(yīng)用。
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這個(gè)項(xiàng)目是由澳大利亞蒙納士大學(xué)和Amaero 工程公司合作開發(fā)研究的，至今已經(jīng)兩年有余。據(jù)悉，這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)引起了包括空客、波音公司在內(nèi)的世界大型航空巨頭的注意，他們相信，未來飛機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)將會(huì)與3D 打印機(jī)密切相關(guān)。事實(shí)上，3D 打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也會(huì)給正在緩慢衰落的傳統(tǒng)汽車制造業(yè)帶來新的活力，新的制造產(chǎn)業(yè)即將誕生，既簡化了生產(chǎn)工序，又帶來了新的工作崗位，還重新激發(fā)了制造業(yè)的生機(jī)和活力。如果設(shè)想成功的話，這無疑是一場新的工業(yè)革命。
3D 打印技術(shù)出現(xiàn)在20 世紀(jì)90 年代，投入到航空領(lǐng)域也是很久之前就已經(jīng)有過的事情了，早在2011 年8 月，南安普頓大學(xué)的工程師們就開發(fā)出了世界上第一架3D 打印的飛機(jī)。不過，澳大利亞科學(xué)家將3D 打印機(jī)技術(shù)引入到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，在全世界范圍內(nèi)而言，還屬于技術(shù)性難題。這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)在于，3D 打印機(jī)復(fù)制出來的飛機(jī)徒有其形，卻不能飛行，而3D 打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)將切實(shí)的考慮投入到日常生活中去。澳大利亞的工程師們已經(jīng)確認(rèn)，預(yù)計(jì)將在未來一年內(nèi)對(duì)打印的引擎部件用行測試，并計(jì)劃在兩到三年之內(nèi)將其用作商業(yè)用途。通過3D 打印，飛機(jī)零部件的制造時(shí)間可以從三個(gè)月降低到只要6 天。不過，澳大利亞出產(chǎn)的這臺(tái)3D 打印的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)并不是像它們宣傳的那樣是世界首例。2014年8 月份，新西蘭的工程師格里. 漢密爾頓就通過3D 打印機(jī)制造出一款能夠正常產(chǎn)生推力的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這名工程師將制作的全部過程都做成了相關(guān)視頻，在了網(wǎng)絡(luò)上，引起了網(wǎng)民追捧的熱潮。不過，令人遺憾的是，由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制作涉及很高水平的工業(yè)制造，新西蘭的工程師無法搜集起打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所需的全部原料，只能以普通的PLA 原料代替，所以他制作的發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然能夠產(chǎn)生一定的動(dòng)能，卻不能真正的運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中去。
對(duì)澳大利亞科研組來說，這也是目前3D 打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的最大難題。眾所周知，3D 打印技術(shù)是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用混合型粘合材料，通過逐層打印的方式來產(chǎn)生實(shí)物的。其中，粘合材料以怎樣的比例來進(jìn)行混合，是個(gè)最大的難題?？茖W(xué)家們要想制作出真正的能夠運(yùn)用于日常生活中的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，必須通過大量的試驗(yàn)來進(jìn)行論證。
關(guān)鍵詞 3D打印 傳統(tǒng)打印 3D模具
一、過程原理
每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
二、3D打印過程
打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。受到噴打印原理的限制，打印速度勢(shì)必不會(huì)很快，較先進(jìn)的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)25毫米高度的垂直速率，相比早期產(chǎn)品有10倍提升，而且可以利用有色膠水實(shí)現(xiàn)彩色打印，色彩深度高達(dá)24位。
三、優(yōu)勢(shì)
1、制造復(fù)雜物品不增加成本。就傳統(tǒng)制造而言，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高。對(duì)3D打印機(jī)而言，制造形狀復(fù)雜的物品成本不增加，制造一個(gè)華麗的形狀復(fù)雜的物品并不比打印一個(gè)簡單的方塊消耗更多的時(shí)間、技能或成本。
2、產(chǎn)品多樣化。不增加成本一臺(tái)3D打印機(jī)可以打印許多形狀，它可以像工匠一樣每次都做出不同形狀的物品。3D打印省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購置新設(shè)備的成本，一臺(tái)3D打印機(jī)只需要不同的數(shù)字設(shè)計(jì)藍(lán)圖和一批新的原材料。
3、無須組裝。3D打印能使部件一體化成型。傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)建立在組裝基礎(chǔ)上。3D打印機(jī)通過分層制造可以不需要組裝。省略組裝就縮短了供應(yīng)鏈，節(jié)省在勞動(dòng)力和運(yùn)輸方面的花費(fèi)。
4、零時(shí)間交付。3D打印機(jī)可以按需打印。即時(shí)生產(chǎn)減少了企業(yè)的實(shí)物庫存，企業(yè)可以根據(jù)客戶訂單使用3D打印機(jī)制造出特別的或定制的產(chǎn)品滿足客戶需求，所以新的商業(yè)模式將成為可能。如果人們所需的物品按需就近生產(chǎn)，零時(shí)間交付式生產(chǎn)能最大限度地減少長途運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>
5、設(shè)計(jì)空間無限。傳統(tǒng)制造技術(shù)和工匠制造的產(chǎn)品形狀有限，制造形狀的能力受制于所使用的工具。例如，傳統(tǒng)的木制車床只能制造圓形物品，軋機(jī)只能加工用銑刀組裝的部件，制模機(jī)僅能制造模鑄形狀。3D打印機(jī)可以突破這些局限，開辟巨大的設(shè)計(jì)空間，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形狀。
6、減少廢棄副產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的金屬制造技術(shù)相比，3D打印機(jī)制造金屬時(shí)產(chǎn)生較少的副產(chǎn)品。傳統(tǒng)金屬加工的浪費(fèi)量驚人，90%的金屬原材料被丟棄在工廠車間里。3D打印制造金屬時(shí)浪費(fèi)量減少。隨著打印材料的進(jìn)步，“凈成形”制造可能成為更環(huán)保的加工方式。
7、材料無限組合。對(duì)當(dāng)今的制造機(jī)器而言，將不同原材料結(jié)合成單一產(chǎn)品是件難事，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的制造機(jī)器在切割或模具成型過程中不能輕易地將多種原材料融合在一起。隨著多種材料3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們有能力將不同原材料融合在一起。以前無法混合的原料混合后將形成新的材料，這些材料色調(diào)種類繁多，具有獨(dú)特的屬性或功能。
四、應(yīng)用狀況
3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域也在隨著技術(shù)進(jìn)步而不斷擴(kuò)展。美國科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出了能打印皮膚、軟骨、骨頭和身體其他器官的三維“生物打印機(jī)”。人們還使用3D打印來制造雕塑并修復(fù)雕塑，制造由塑料和聚合物制成的三維物體并打印出了實(shí)品。
近年來，我國也積極探索3D打印技術(shù)的研發(fā)，初步取得成效。在3D打印設(shè)備制造技術(shù)、3D打印材料技術(shù)、3D設(shè)計(jì)與成型軟件開發(fā)等研究方面，開展了積極的探索。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，基本滿足特種零部件的機(jī)械性能要求。在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)行長期的投入來制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。
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