3D打印技術發展了短短數年，在國內外已經取得了長足的發展，不過在3D打印教學當中卻和其發展勢頭不匹配。該文在研究3D打印技術原理的基礎上，詳細的了解了3D打印技術對于教育的意義，同時構建了基于3D打印技術的教學應用模式，爭取為更深層次了解3D打印技術在教學中的應用給出具有較高價值的參考。

　　摘要：在最近的一段時間內，3D打印技術在諸多個領域當中，例如工業產品制造，尤其是數字產品模型制造方面的應用已經越來越受到人們的關注和喜愛。3D 打印技術實際上就是一種以數字的樣子從三維立體的實物高速構造物理對象的非常流行的制造技術。該技術在醫療行業、骨骼制造、文物制造、工業制造、汽車零件制造、航空航天以及國防、教育、地理信息系統等領域都有著較為廣泛的應用。眾多研究者認為這項技術將引領制造業發展的新趨勢，甚至被譽為 2012 年 10 大發明之一。隨著 3D 打印技術的高速發展，3D打印技術已經慢慢地和各個領域有著越來越多的交叉，成為各個領域未來發展的強有力助推器。桌面級的3D打印設備已經開始快速發展，慢慢的變得成熟且加以應用，全球工業分析公司(Global Industry Analysis Inc)的研究報告預測2018年全球3D打印市場將達到29.9億美元。

　　關鍵詞：論文發表代理,3D打印,教育應用,模式構建

　　到目前為止，3D打印技術已經被認為是即將到來的第三次工業革命的推動性技術之一，已經得到了全球多家研究機構和知名公司的認可。該文詳細介紹了 3D打印技術的諸多優勢，例如數字制造、降維制造、堆積制造、直接制造和快速制造等優點，隨后具體提出了光固化成形、材料噴射、粘結劑噴射、熔融沉積制造、選擇性激光燒結、片層壓和定向能量沉積這七類 3D打印工藝。對這七類3D打印技術的世界商業化情形以及應用的領域進行了詳細的介紹，隨后根據目前的3D打印技術的現狀對其的發展的明天做了詳細的展望。最后得出的結論：3D打印技術是一項革命性的新技術，可能會引發第三次工業革命，其必將深刻的改變傳統行業，我們有理由相信，短期內必將促進行業更好的走高科技發展之路。

　　1 3D打印技術與3D打印機

　　3D打印技術和我們熟知的3D印刷雖然看著只差一個字，給人的感覺好像差不多，但實質上卻差之千里。3D印刷僅僅是將一章圖片劃分為角度相異的紅、藍兩張圖片，隨之把上述的兩張圖片根據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，不經過加工印刷在與傳統認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打印技術則是指選擇三維噴墨打印的技術，利用分層加工和疊加成形互相融合的思路，每一層都進行打印來強化材料來得到3D的實體，它的工作原理能夠分成兩個大類：

　　1.1 基于三維打印技術的3D打印機

　　采用先進的三維打印技術的3D打印機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一致。上述的加工工序在每一層循環，每一層的加工完畢后，加工平臺就會自動下降一點，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的3D打印機

　　基于熔融沉積制造技術的3D打印機的工作原理是先在3D打印機的控制軟件中導入由CAD生成的實物數據，經處理生成支撐材料和熱噴頭的運動路徑。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在平面上做事先規劃好的特殊的運動，同時熱塑性絲狀材料由供絲機構送至熱噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態后擠壓出，并噴涂在相應的工作平臺上。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。將這個作業過程不斷循環，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打印技術的應用需求

　　和我們熟知的機械加工技術有著很大的差別，3D打印技術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，又被全球多位專家叫做高速成型技術，也叫做增材制造技術(AM， Additive Manufacturing)。3D打印技術可以在級大地強化制作效率以及設備精密的程度，且在歐美等發達國家已經得到了更好的發展， 3D打印技術已經初步形成了規模，可以打印的材料種類非常豐富，以生物細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械零件等。到現在為止， 3D打印技術已經為國內外諸多的領域做出了突出的貢獻，為技術創新提供了良好的平臺。

　　到現在為止3D打印技術已經能夠成功地打印很多類型的材料，已經能夠逐步地應用到全球各行各業當中，可以說應用3D打印的領域數不勝數。若僅僅考慮到客戶得應用目的，需要使用的材料也不盡相同。3D打印機以其優異的特性，在市場上有著不可替代的位置，且該技術開發時間不長，可以有很大的潛力等待全球的科研技術工作者們進行開發。

　　2.1 工業應用

　　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，利用3D打印技術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，密度要遠遠小于金屬材料。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打印機以其優異的自身優勢，可以打印出空間不相連的三維立體的物體。 　　2.2 3D打印技術在教育中的作用

　　3D打印技術發展到現在，已經取得了令人矚目的進步，在眾多的領域內都取得了輝煌的成績。對于教育行業，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會，而恰恰是這種機會在以前可以說是一個不可能完成的任務。對于 3D 打印技術可以輕易地打印三維立體的物體這種神奇的特性來說，對其的研究為學習活動的開展提供了新的可能。下面分別從教師和學習者視角分析 3D 打印技術在教育的角色中扮演助推器角色。教師在教學過程中利用 3D 打印制作的教學用具，可以擴展學習者的感覺和知覺增強觸覺體驗，彌補常態課堂直接經驗不足的劣勢。同時，教師也將隱性知識和認知結構顯性化，使學習資料由抽象化轉變成為具體化，具體化轉變成為形象化，視覺復雜化轉變成為認知簡單化。這一就能夠強化學生的思路使之更加清晰，強化學生的邏輯思維以及理解能力，從而從根本上實現了教師教學改革，也使得學生的學習效率成倍提升。

　　2.3 醫學應用

　　對于醫學方面，選擇3D打印技術將雙光子聚合物以及生物功能材料組合生成的成毛細血管，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用潛力。3D打印也可以和人造器官相結合，可以在藥物研發中減少動物的必要死亡，對生態環境也有著巨大的積極作用。

　　2.4 日常生活應用

　　“3D食物打印機”是由美國紐約康奈爾大學開發的專門用于制造食物的設備。這部“3D食物打印機”選擇了一種工作模式，這種模式與我們平常打印機的工作原理有異曲同工之妙，將原材料和配料放入容器內(與打印機的墨盒相似)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作之前從來不曾想象的菜，菜品的數量也將爆炸式增長。使用“3D食物打印機”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打印技術的發展趨勢

　　隨著3D打印技術從無到有從弱到強，其做大做強之后成本的快速下降已經導致了3D打印技術已經真正的走進了市場，蓬勃發展，速度驚人，已經成為全社會共同關心的全新領域。應用3D打印技術打印的模型、醫療骨骼甚至是裝飾用品等的應用，都在非常大的范圍內上喚起了社會的關注。

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

　　社會每天都在發展， 3D打印技術多年來持續有新的突破，其制造的速度越來越快、尺寸在也越來越大，質量也越來越好。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，而應用了3D打印技術，一張圖就可以精確描述一個零件。因此，3D打印技術，可以從根本上改變制造業的發展和設計人員的思維。

　　4 結論

　　3D打印技術是一種新興的高科技技術， 由其獨特的運作模式和巨大的作用，教育領域將是未來 3D 打印技術的下一個的重要市場。該文通過分析3D打印原理和3D打印技術在教育中的作用構建了基于3D 打印技術的教學應用模式，這樣可以為后續實際應用和深入的研究打下良好的鋪墊。盡管 3D 打印技術在教育領域具有廣闊的發展前景，但是目前其在教育機構的推廣和普及仍面臨著巨大挑戰。例如：3D 打印機仍然不是一個經濟的選擇，可制作原材料稀少，制作成本居高不下等。這也將成為全球學者們未來的重點研究的課題和方向。我們有理由相信，3D打印技術一定會淘汰傳統生產線，生產效率高出幾十倍，與此同時所需原材料用量只占傳統所需的幾分之一。

　　參考文獻：

　　[1] 杰里米・里夫金.第三次工業革命[M].張體偉，孫豫寧，譯.北京： 中信出版社，2012.

　　[2] 劉燕華，王文濤.第三次工業革命與可持續發展[J].中國人口資源與環境，2013，23(4)：3-7.

　　[3] 王忠宏，李揚帆，張曼茵.中國3D打印產業的現狀及發展思路[J].經濟縱橫，2013(1)：91-93.

　　[4] 李小麗，馬劍雄，李萍，等.3D打印技術及應用趨勢[J].自動化儀表，2014(1)：32-34.