3D打印技術(shù)發(fā)展了短短數(shù)年，在國內(nèi)外已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，不過在3D打印教學(xué)當(dāng)中卻和其發(fā)展勢頭不匹配。該文在研究3D打印技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的了解了3D打印技術(shù)對于教育的意義，同時構(gòu)建了基于3D打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式，爭取為更深層次了解3D打印技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用給出具有較高價值的參考。

　　摘要：在最近的一段時間內(nèi)，3D打印技術(shù)在諸多個領(lǐng)域當(dāng)中，例如工業(yè)產(chǎn)品制造，尤其是數(shù)字產(chǎn)品模型制造方面的應(yīng)用已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注和喜愛。3D 打印技術(shù)實(shí)際上就是一種以數(shù)字的樣子從三維立體的實(shí)物高速構(gòu)造物理對象的非常流行的制造技術(shù)。該技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)、骨骼制造、文物制造、工業(yè)制造、汽車零件制造、航空航天以及國防、教育、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域都有著較為廣泛的應(yīng)用。眾多研究者認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)將引領(lǐng)制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，甚至被譽(yù)為 2012 年 10 大發(fā)明之一。隨著 3D 打印技術(shù)的高速發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)慢慢地和各個領(lǐng)域有著越來越多的交叉，成為各個領(lǐng)域未來發(fā)展的強(qiáng)有力助推器。桌面級的3D打印設(shè)備已經(jīng)開始快速發(fā)展，慢慢的變得成熟且加以應(yīng)用，全球工業(yè)分析公司(Global Industry Analysis Inc)的研究報告預(yù)測2018年全球3D打印市場將達(dá)到29.9億美元。

　　關(guān)鍵詞：論文發(fā)表代理,3D打印,教育應(yīng)用,模式構(gòu)建

　　到目前為止，3D打印技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是即將到來的第三次工業(yè)革命的推動性技術(shù)之一，已經(jīng)得到了全球多家研究機(jī)構(gòu)和知名公司的認(rèn)可。該文詳細(xì)介紹了 3D打印技術(shù)的諸多優(yōu)勢，例如數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造和快速制造等優(yōu)點(diǎn)，隨后具體提出了光固化成形、材料噴射、粘結(jié)劑噴射、熔融沉積制造、選擇性激光燒結(jié)、片層壓和定向能量沉積這七類 3D打印工藝。對這七類3D打印技術(shù)的世界商業(yè)化情形以及應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，隨后根據(jù)目前的3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀對其的發(fā)展的明天做了詳細(xì)的展望。最后得出的結(jié)論：3D打印技術(shù)是一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，可能會引發(fā)第三次工業(yè)革命，其必將深刻的改變傳統(tǒng)行業(yè)，我們有理由相信，短期內(nèi)必將促進(jìn)行業(yè)更好的走高科技發(fā)展之路。

　　1 3D打印技術(shù)與3D打印機(jī)

　　3D打印技術(shù)和我們熟知的3D印刷雖然看著只差一個字，給人的感覺好像差不多，但實(shí)質(zhì)上卻差之千里。3D印刷僅僅是將一章圖片劃分為角度相異的紅、藍(lán)兩張圖片，隨之把上述的兩張圖片根據(jù)特定的視差距離套印在一起，然后采取帶有濾光效果的眼鏡來看出3D的視覺效果，也可以把圖片按照一定的方式處理之后，不經(jīng)過加工印刷在與傳統(tǒng)認(rèn)識不同的光柵板的上面，采取這樣的方式就可以有3D 視覺效果的一種特殊的印刷手段。相比而言，3D打印技術(shù)則是指選擇三維噴墨打印的技術(shù)，利用分層加工和疊加成形互相融合的思路，每一層都進(jìn)行打印來強(qiáng)化材料來得到3D的實(shí)體，它的工作原理能夠分成兩個大類：

　　1.1 基于三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)

　　采用先進(jìn)的三維打印技術(shù)的3D打印機(jī)首先會從儲備原料的地方向外部提供一小部分的原材料粉末，這部分原材料在加工的時候被加工成非常薄的一層，隨后打印頭會在需要加工的目標(biāo)的部分推送一種不常見的黏合藥品。在這個時候，上述的原材料粉末遇到黏合劑會發(fā)生急速聚集并牢固地站在一起，相比之下未能遇到黏合劑的粉末就會跟之前的粉末狀態(tài)一致。上述的加工工序在每一層循環(huán)，每一層的加工完畢后，加工平臺就會自動下降一點(diǎn)，加工的時間和精度以及形狀是由切片完全確定的，直到打印出真實(shí)的物體。在整個工序都完成之后僅僅需要清除殘留的外層粉末就可以輕易得到之前想要得到的立體的物體。

　　1.2 基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)

　　基于熔融沉積制造技術(shù)的3D打印機(jī)的工作原理是先在3D打印機(jī)的控制軟件中導(dǎo)入由CAD生成的實(shí)物數(shù)據(jù)，經(jīng)處理生成支撐材料和熱噴頭的運(yùn)動路徑。下一步就是熱噴頭會在電腦的精確控制下按照三維物體的截面輪廓的參數(shù)在平面上做事先規(guī)劃好的特殊的運(yùn)動，同時熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)后擠壓出，并噴涂在相應(yīng)的工作平臺上。噴涂熱塑性材料快速冷卻后在平臺上形成一層厚度約0.1 mm的輪廓薄片，形成了一個3D打印截面。將這個作業(yè)過程不斷循環(huán)，承載工作臺高度隨之不斷降低，利用這樣的辦法來得到需要的物體。

　　2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用需求

　　和我們熟知的機(jī)械加工技術(shù)有著很大的差別，3D打印技術(shù)的精髓是一層層的類似于打印一張張紙最后疊加而成的三維物體， 每一層的增加原料來得到三維物體的高新技術(shù)，又被全球多位專家叫做高速成型技術(shù)，也叫做增材制造技術(shù)(AM， Additive Manufacturing)。3D打印技術(shù)可以在級大地強(qiáng)化制作效率以及設(shè)備精密的程度，且在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到了更好的發(fā)展， 3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了規(guī)模，可以打印的材料種類非常豐富，以生物細(xì)胞為材料甚至都可打印出人體的各種形狀的器官，或者用鋼鐵鎳鈦等金屬也可以打印飛機(jī)零件等; 以沙子為材料可打印建筑;以玻璃為材料可打印玻璃制品;以金屬為材料可打印機(jī)械零件等。到現(xiàn)在為止， 3D打印技術(shù)已經(jīng)為國內(nèi)外諸多的領(lǐng)域做出了突出的貢獻(xiàn)，為技術(shù)創(chuàng)新提供了良好的平臺。

　　到現(xiàn)在為止3D打印技術(shù)已經(jīng)能夠成功地打印很多類型的材料，已經(jīng)能夠逐步地應(yīng)用到全球各行各業(yè)當(dāng)中，可以說應(yīng)用3D打印的領(lǐng)域數(shù)不勝數(shù)。若僅僅考慮到客戶得應(yīng)用目的，需要使用的材料也不盡相同。3D打印機(jī)以其優(yōu)異的特性，在市場上有著不可替代的位置，且該技術(shù)開發(fā)時間不長，可以有很大的潛力等待全球的科研技術(shù)工作者們進(jìn)行開發(fā)。

　　2.1 工業(yè)應(yīng)用

　　著名的“空氣單車”是位于美麗的布里斯托爾的著名公司選擇的3D打印機(jī)，利用3D打印技術(shù)制造出了全球首輛打印自行車。這輛特殊的自行車使用的材料其硬度和韌性都可以跟普通自行車的材料相媲美，但是它卻是一種特殊的尼龍材料，密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬材料。更有趣的是，“空氣單車”無論是車輪、鏈條還是軸承都是一次打印出來的，無需原來先制造零件再將零件組裝在一起的總裝流程，打印結(jié)束后，自行車就能夠活動自如。這臺自行車的制造工藝就跟日常打印書本一樣容易，同時，3D打印機(jī)以其優(yōu)異的自身優(yōu)勢，可以打印出空間不相連的三維立體的物體。 　　2.2 3D打印技術(shù)在教育中的作用

　　3D打印技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)步，在眾多的領(lǐng)域內(nèi)都取得了輝煌的成績。對于教育行業(yè)，它的價值就在于它可以得到對事物更直觀更理性的研究機(jī)會，而恰恰是這種機(jī)會在以前可以說是一個不可能完成的任務(wù)。對于 3D 打印技術(shù)可以輕易地打印三維立體的物體這種神奇的特性來說，對其的研究為學(xué)習(xí)活動的開展提供了新的可能。下面分別從教師和學(xué)習(xí)者視角分析 3D 打印技術(shù)在教育的角色中扮演助推器角色。教師在教學(xué)過程中利用 3D 打印制作的教學(xué)用具，可以擴(kuò)展學(xué)習(xí)者的感覺和知覺增強(qiáng)觸覺體驗(yàn)，彌補(bǔ)常態(tài)課堂直接經(jīng)驗(yàn)不足的劣勢。同時，教師也將隱性知識和認(rèn)知結(jié)構(gòu)顯性化，使學(xué)習(xí)資料由抽象化轉(zhuǎn)變成為具體化，具體化轉(zhuǎn)變成為形象化，視覺復(fù)雜化轉(zhuǎn)變成為認(rèn)知簡單化。這一就能夠強(qiáng)化學(xué)生的思路使之更加清晰，強(qiáng)化學(xué)生的邏輯思維以及理解能力，從而從根本上實(shí)現(xiàn)了教師教學(xué)改革，也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)效率成倍提升。

　　2.3 醫(yī)學(xué)應(yīng)用

　　對于醫(yī)學(xué)方面，選擇3D打印技術(shù)將雙光子聚合物以及生物功能材料組合生成的成毛細(xì)血管，在有著極佳的的彈性以及人體相容性意外，也可以在替換壞死的血管方面有著比較大的應(yīng)用潛力。3D打印也可以和人造器官相結(jié)合，可以在藥物研發(fā)中減少動物的必要死亡，對生態(tài)環(huán)境也有著巨大的積極作用。

　　2.4 日常生活應(yīng)用

　　“3D食物打印機(jī)”是由美國紐約康奈爾大學(xué)開發(fā)的專門用于制造食物的設(shè)備。這部“3D食物打印機(jī)”選擇了一種工作模式，這種模式與我們平常打印機(jī)的工作原理有異曲同工之妙，將原材料和配料放入容器內(nèi)(與打印機(jī)的墨盒相似)中，一旦選擇了所需的食譜，利用其自帶的的CAD軟件就可以將美食“3D打印”出來。從這個方面來說，這種革命性的烹飪方式代表著他們能夠創(chuàng)作之前從來不曾想象的菜，菜品的數(shù)量也將爆炸式增長。使用“3D食物打印機(jī)”來打印食物，能夠最大程度地減少從原材料一直到成品之間的步驟，從而降低了一系列的成本。

　　3 3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　隨著3D打印技術(shù)從無到有從弱到強(qiáng)，其做大做強(qiáng)之后成本的快速下降已經(jīng)導(dǎo)致了3D打印技術(shù)已經(jīng)真正的走進(jìn)了市場，蓬勃發(fā)展，速度驚人，已經(jīng)成為全社會共同關(guān)心的全新領(lǐng)域。應(yīng)用3D打印技術(shù)打印的模型、醫(yī)療骨骼甚至是裝飾用品等的應(yīng)用，都在非常大的范圍內(nèi)上喚起了社會的關(guān)注。

　　在我國首個研發(fā)3D打印的學(xué)者是華中科技大學(xué)快速制造中心主任史玉升預(yù)計，在他的眼中，在即將到來的10年內(nèi)，只需要在電腦上點(diǎn)擊打印，先進(jìn)的3D打印機(jī)就能一步步地制造出我們需要的模型。目前部分鑄造企業(yè)已經(jīng)著手開發(fā)選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)的事情，希望把復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)周期縮短兩個半月，效率提高89%。圖1為3D打印出的裝飾品。

　　社會每天都在發(fā)展， 3D打印技術(shù)多年來持續(xù)有新的突破，其制造的速度越來越快、尺寸在也越來越大，質(zhì)量也越來越好。在過去，一個零件往往需要幾百甚至上千個圖紙來對其描述，而應(yīng)用了3D打印技術(shù)，一張圖就可以精確描述一個零件。因此，3D打印技術(shù)，可以從根本上改變制造業(yè)的發(fā)展和設(shè)計人員的思維。

　　4 結(jié)論

　　3D打印技術(shù)是一種新興的高科技技術(shù)， 由其獨(dú)特的運(yùn)作模式和巨大的作用，教育領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?3D 打印技術(shù)的下一個的重要市場。該文通過分析3D打印原理和3D打印技術(shù)在教育中的作用構(gòu)建了基于3D 打印技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用模式，這樣可以為后續(xù)實(shí)際應(yīng)用和深入的研究打下良好的鋪墊。盡管 3D 打印技術(shù)在教育領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，但是目前其在教育機(jī)構(gòu)的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。例如：3D 打印機(jī)仍然不是一個經(jīng)濟(jì)的選擇，可制作原材料稀少，制作成本居高不下等。這也將成為全球?qū)W者們未來的重點(diǎn)研究的課題和方向。我們有理由相信，3D打印技術(shù)一定會淘汰傳統(tǒng)生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率高出幾十倍，與此同時所需原材料用量只占傳統(tǒng)所需的幾分之一。

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