3D音乐技术

3D音乐技术（共12篇）

3D音乐技术 篇1

3D音乐技术是一种新时代的产物, 它特有的定位音效、回声音效, 使音乐变得立体感、生动化1。3D对我们来说并不陌生, 3D电影已经走进了大大小小的电影院, 同样3D音乐技术如3D音效演唱会也走进了电影院, 填补了音乐爱好者无法亲身去演唱会的空白。针对目前我国高校音乐教育模式存在的单一化的弊端, 3D音乐技术丰富了音乐教学, 同时提高了学生对音乐的热爱以及自身潜能的挖掘, 给改革高校音乐教育模式提供了新的方法。

一、3D音乐技术在高校音乐教学中应用的可行性分析

(一) 3D音乐技术的特色

3D音乐技术具有特色的定位音效与回声音效, 其中的定位音效 (A3D) 是采用一组喇叭或者耳机, 就可以发出逼真的立体音效, 这种音效产生的结果是给使用者定位身边所有的不同位置的音源。回声音效就是音波的反射, 可以与周围的环境相互作用, 产生更加逼真的立体感2。3D音乐技术还具有高清的音质、独有的立体感以及身临其境的感觉, 这些特色使3D音乐电影如2011年五月天推出的第一部3D音乐电影《五月天D3NA》火爆全国, 另外, 3D音乐技术在游戏中如CS或者是QUAKE 3得到了广泛应用3。

(二) 高校音乐教学中的不足

高校音乐教学中存在诸多的不足, 在教学模式方面, 传统的教学模式单一, 老师是教学的主体, 学生成为被动的一方, 这种模式限制了学生的创造性与潜力的挖掘。在教学内容方面, 存在内容守旧、没有创新, 也对国外先进的音乐知识缺少引进和吸收。由于音乐是一门实践性非常强的科目, 传统的教学模式缺少实践, 同时在音乐设备方面存在很大的不足, 不能给学生提供展示自己的平台, 对于专业性的试音棚大多高校都不具备。学生不能准确感受到自己的发声音质并且存在的问题都得不到及时的反馈, 欠缺的地方也得不到及时的训练。

(三) 3D音乐技术与高校音乐教学的结合

通过对上述3D音乐的特色分和目前高校音乐教育存在的问题的分析, 我们可以看到, 3D音乐技术可以给学生提供逼真立体感的听觉反馈, 可以激发学生的创作热情和训练学生的演唱功底。在3D音乐技术效果的影响下, 学生的全身血液被带动, 灵感可随时促发。音乐本身就是一种创作过程中的艺术, 需要不断地开拓更需要不断地尝试, 3D音乐技术给音乐的创作提供了平台, 为学生的自我展示提供了空间。同时3D音乐技术也有利于学校音乐文化的形成与发展, 以及促进学校和谐文化的发展, 带动学校整体实力的壮大。

二、3D音乐技术改革高校音乐教学模式的方法

(一) 3D音乐技术提供教学新理念、思路及方法

3D音乐技术提供的教学新理念是“创作与创新”, 这是该技术本身具有的逼真的立体感所决定的4。3D音乐技术提供给学生自由发挥的平台, 高质音效的回声与准确定位的立体化, 给学生创造音乐提供新的思路与灵感, 能够捕捉到每个跳动音符的细节, 为学生在音乐方面的创新提供了平台。以往教学模式的单一化限制了学生的发展, 3D音乐技术的出现为教学模式的多样化提供了新思路、新方法。“音乐需要不断的注入新的事物与活力”, 3D音乐技术作为一种新事物, 给音乐创作提供了新的方法和灵感, 也为学生日后音乐的发展提供创作思路。

(二) 3D音乐技术让音乐变得立体化、生动化

3D音乐技术让捕捉不到的声音变得立体化、生动化、形象化, 让体验3D音乐技术的学生仿佛自身徜徉在音乐的世界里, 随之而来的是学生的热情鼓舞与创新的激发。学生不再因为上课的枯燥乏味而逃课、不听课, 巨大的听觉冲击感, 使学生感受到音乐的“生命力”, 并且为之动容。学生不再是学习的被动者, 而是学习的创造者, 音乐需要执着的人, 同时音乐也需要懂它的人, 3D音乐技术提供给学生真正了解每个音符的机会, 同时感受音乐无尽的力量。“音乐净化人的心灵”“音乐是心灵的鸡汤”等, 在3D音乐技术里学生可以真正感受到音乐的力量, 同时音乐又可以塑造人的品格, 让学生在增加音乐才能的同时, 也塑造良好的个人品质与魅力。

(三) 3D音乐技术让学生作为学习的主人、激发学生的灵感与潜能

以前的高校音乐教学, 尤其是普通高校的音乐教学, 大多数都是对音乐的赏析, 或者听音乐教师的讲解, 自身并没有得到真正的锻炼。3D音乐技术采用立体感的听觉效果, 让学生在立体化、生动化的空间里演唱与创作, 让学生成为了学习的主人, 同时在3D空间里展现出了对音乐即兴创造的潜力与灵感, 让音乐艺术变得更加丰满与多样化。同时3D音乐技术所提供的仿若声音来自四面八方的空旷感, 也给学生带来了心灵的启迪与净化, 为学生的素质养成提供了重要的途径与方法。3D音乐技术带来的是听觉的盛宴, 同时在徜徉音乐的空间里, 也有个人情感的体现及人生的感悟, 这些作用不仅是3D音乐技术的独特魅力, 同时也是音乐本身力量的体。

三、结语

3D音乐技术是信息化、科技化与智能化时代的产物, 它独有的立体音效感使该技术成为培养学生创作热情与自我声音反馈的重要媒介。在高校音乐教育模式中, 3D音乐技术作为一种新事物, 丰富了教学内容与方法, 同时也使教学模式变得多样化。将3D音乐技术与高校音乐教学结合在一起, 有利于激发学生的创作热情和训练学生的演唱功底。在3D音乐技术效果的影响下, 学生的全身血液被带动, 灵感可随时促发。因此, 3D音乐技术为高校音乐教育改革注入了新的活力与方法。

注释

11 .田正铁.浅析电脑音乐技术在高校音乐学专业教学中的广泛运用[J].群文天地, 2011.24:47.

22 .赵世兰.论高校音乐教育的改革与创新[J].洛阳大学学报, 2003.01:121-123.

33 .陈晨.电脑音乐技术在高师音乐教学中的应用[D].东北师范大学, 2007.

44 .朱玉如.3 D音乐电影观众的选择因素[J].经营与管理, 2014.02:142-143.

3D音乐技术 篇2

3D打印技术，即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。3D打印是一种“自下而上”分层添加材料实现快速产品制造的技术，具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。

一、3D打印基本概念

传统的切割加工是利用刀具进行材料的切削去除，是一种“自上而下”的加工方式。这种加工方式是从已有的零件毛坯开始，逐渐去除材料实现成型，因此受到刀具能够达到的空间限制，一般很难制造出复杂的三维空间结构。

3D打印技术的成型原理与上述传统方法截然不同，采用材料逐层累加的方法制造实体零件，相对于传统切割加工技术，该方法是一种“自下而上”的制造方法，3D打印的实质是增量制造：“通过增材制造，从零件的电子、数字化描述直接到最终产品的过程”。因此3D打印技术具备两个本质特征：一是数字化模型直接驱动，将产品的数字化模型输入3D打印机，就能直接“输出”最终产品，实现快速制造，不需要制模或铸造；二是基于离散-堆积成型原理的逐层材料添加方式，可成型任意复杂空间结构，具有很高的柔性。

二、3D打印技术的优缺点。

优点：①不需要机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率；②通过摒弃传统的生产线，有效降低生产成本，大幅减少材料浪费；③可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让产品设计更加随心所欲；④可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。

缺点：可打印的原材料少、打印精度低、速度较慢、打印成本高。

(3D打印原材料：工程塑料、光敏树脂、橡胶、金属、陶瓷等)

三、3D打印军事应用现状

（1）2012年，美国Sciaky公司的新型电子束3D打印技术取得重要突破，具备大型金属部件加工能力，美国国防部和洛克希德•马丁公司准备将其用于生产F-35战斗机的钛、钽、铬镍铁合金等高价值材料的高品质零部件，前期检测全部达到要求。

（2）3D Systems公司的激光熔融技术取得重要进展，美国空军将在此基础上开发用于打印F-35战斗机和其他武器系统的3D打印机。

（3）美国太空制造公司的太空3D打印技术的成熟度达到6级，具备在太空中的模型或样机演示能力，2012年11月获得NASA的第二阶段合同，进一步将技术成熟度提升到8级，完成实际系-2-统并通过试验和验证，最终具备应用于太空站维修、升级和延寿，载荷升级改进，硬件太空制造等方面的能力，2014年向国际空间站运送首台3D打印机。

（4）早在2002年，美国就开始将激光成型钛合金零件装上战机试验。但由于无法解决制造过程中钛合金变形、断裂等技术难题，美国始终只能生产小尺寸钛合金部件和对钛合金零件表面进行修复。近年，美国积极开展3D打印技术生产大型钛合金部件的研究。美国军方和军工企业正与3D Systems和Sciaky等3D打印技术公司合作，推进大尺寸钛合金3D打印技术在战斗机制造上的应用。

（5）2013年，美国开始使用3D打印技术批量生产喷气发动的燃料喷嘴。在3D打印技术应用于轻型物质制造方面，2013年，美国“固体概念”公司成功制造出世界上首支3D打印金属手枪，能够连续发射50发子弹并保持完好。

（6）维修方面，美国已开始部署基于3D打印技术的维修保障装备。2012年7月和2013年1月，美军部署了两个移动远征实验室，用于装备维修保障。此移动远征实验室是一个20英尺长的标准集装箱，可通过卡车或直升机运送至任何地点，利用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、塑料和钢材等原材料加工成所需零部件。此举可以在战场快速生成需要的零部件，甚至快速设计和生产急需的装备，实现及时精确保障。此外，美国陆军开发了一种轻质便宜的3D打印机，可以放到背包中，用于在

-3-战场中快速、便宜地制造替换零件。

（7）我国的激光快速成型3D打印技术已达到世界领先水平。北京航空航天大学已掌握使用激光快速成型技术制造超过12平方米的复杂钛合金构件的技术，并成功应用于武器装备研制，相关成果“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成型技术”获2012国家技术发明奖一等奖。西北工业大学掌握了一次打印超过5米长的钛金属飞机部件的3D打印技术。

（8）我国是世界上唯一掌握钛合金大型主承力构件激光快速成型制造技术并工程应用的国家。北京航空航天大学和西北大学的3D打印技术已成功应用于多个国产航空项目的原型机制造。我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框、大中央翼根肋，正在设计的新型战斗机的钛合金主体结构均采用激光快速成型技术制造。

（9）据报道，歼-10飞机研发用了近10年时间，而运用3D打印技术后，我国在3年时间内就推出了舰载机歼-15，直接跨入第三代舰载战斗机方阵。在我国国防科技装备领域，目前，3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机的研发中。有外媒惊呼，3D打印机正在制造空军发展的“中国速度”。

加快3D打印技术的发展与应用是弥补我国当前武器装备设计、制造与维修保障能力的不足，提升研发效率，降低制造成本，提高维修保障时效性与精度的有效途径。我国3D打印技术在钛-4-合金大型复杂整体构件激光成型等方向居于世界领先地位，但整体水平仍有很大的提升空间。应着眼武器装备长远发展，统筹规划，汇聚各方面力量推动3D打印技术的发展与应用，为实现“能打仗、打胜仗”的目标提供技术支撑。一是将3D打印技术作为我国制造业升级的关键，军民融合、整合资源，集全国之力进行发展；二是针对当前存在的问题，加强材料技术3D打印核心关键技术研究，改变我国核心关键设备受制于人的状况；三是积极探索3D打印技术在武器装备建设中的应用，以应用牵引技术发展方向与重点。

四、3D打印技术的实际应用

（一）开源3D打印枪支的例子

美国得克萨斯大学法律系的大二学生和一群自称分布式防御组织成员的朋友发起了一个项目，称为“维基武器项目”：设计出全球第一款可从网络下载蓝图的枪械，并能够完全利用RepRap这样的开源3D打印机制造出来，然后将之与世界共享。2012年7月，利用3D打印机制造的下机匣组装在一把实用的AR-15步枪上，试射了200发子弹，而下机匣部件未见任何磨损。下机匣尤其引起争议，因为法律上认定它是枪械的主体部件，其销售及分销是受到管制的。有了通过3D打印机制造的下机匣，枪械爱好者将能购买其他不受法律管制的部件并进行组装。2012年12月，对3D打印机出产的AR-15步枪进行了测试，在刚开始的测试射击中没有任何质量问题，但在第六次射击时，枪支三处

-5-涌现分裂。

美国得克萨斯州奥斯汀，科迪﹒威尔逊（法律系25岁学生）演示一支3D打印手枪，可发射一枚子弹。除击针为金属，枪支全部部件为塑料。开源打印枪支使得恐怖主义和社会安全问题变得更为复杂，可能导致枪支泛滥，在政界和民间引发忧虑，因此美国国会众议员史蒂夫﹒伊期雷尔近来呼吁禁止制造3D打印枪。

此外，美国得州“固体概念”3D打印公司设计制造的世界第一把3D打印金属手枪，有30个零件，已经成功射出了50发子弹。该公司打印手枪的目的不是真的为制造手枪，而是要显示3D打印技术在强度和精度方面的技术进步。

（二）3D打印无人飞行器的例子

3D打印技术以其快速成型的特点在产品开发与优化方面具有明显优势。英国南安普顿大学设计和试飞了世界上第一架打印的飞机，采用EOSINTP730尼龙激光烧结打印机。由英国利兹大学学生设计的翼展1.5m的无人机在航展亮相，通过3D打印技术优化结构和空气动力学性能，而用其他方法就很难并且代价昂贵。美国空军也正在应用3D打印机制造无人飞行器。

（三）3D打印隐身斗蓬的例子

DARPA资助的麻省理工学院的3D打印项目之一是梯度折射率透镜（石英）的3D打印。梯度折射率的光学折射率呈梯度变化，其中折射率沿轴向变化的梯度折射率透镜用于消像差；折射-6-率沿径向变化的梯度折射率光纤能够减少色散，用于提高传输信号的速率或通信容量。梯度折射率光学已经成为光学的新分支。隐身斗篷就是采用梯度折射率材料实现的，使入射光线在物体周围偏转并绕开实现隐身目的，是目前光学领域的一个热点，在国际光学权威期刊上多次相关论文。实现负折射率的唯一可能是通过超材料----一种人工材料，之所以具有特殊光或声波性能，不是因为其成分，而是因为其特殊结构，可用3D打印。

（四）3D打印弹头的例子

洛克希德马丁申请的打印弹头的专利，通过逐层添加熔融材料制造弹头结构，高能密度技术可以是激光、电子束、等离子体等，与高冷却速率结合制作均匀微结构，给料可以是丝状或粉末，添加过程中可变材料类型。

（五）3D扫描士兵制作修复假肢的例子

这也是美军计划的一个项目，在士兵投入战场之前对其进行三维扫描，用于3D打印符合士兵个人特性的修复假肢，以备服役期间伤残治疗之需。

（六）3D打印飞机零件的例子

飞机框架传统造工艺需要万吨级重型锻造装备、系列大型锻造模具等。传统制造工艺的材料加工量大，利用率低，加工周期长，成本高。

（七）医学辅助快速原型制造

例如，某患者颅底肿瘤位臵深，肿瘤与颈内动脉、视神经、-7-垂体柄等周边重要结构关系复杂，手术难度十分大。

湘雅医院神经外科，依据患者的CT和MRI（核磁共振）图像建立实际模型，用3D技术打印颅内复杂肿瘤原型，让医生在手术前充分了解脑内肿瘤部位周围组织的毗邻关系，在完整切除肿瘤的同时最大限度地保护肿瘤周围正常组织，降低了并发症和后遗症的发生率。2014年1月4日，手术成功。

（八）人体骨骼快速制造

2012年，生物打印技术的发明者之一，曼彻斯特大学教授Brian Derby在《科学》杂志上发表了综述，阐述了用打印技术生产细胞和组织结构的新进展，以及该技术用于再生医学的前景。Derby教授介绍了利用3D生物打印实验，制造多孔结构骨骼“脚手架”用于生长细胞，之后植入人体。这种“脚手架”包含数千微孔，其中注入造骨细胞。造骨细胞培育生长的同时，“脚手架”生物分解消失。目前世界各地都在对这一技术进行临床试验。

另一种成功的应用是制造钛合金骨骼支架，如3D打印下颚，又如瑞典的一个女孩通过3D打印髋骨移植，摆脱了轮椅。

（九）生物活体器官重造

生物打印(Bioprinting)是用计算机辅助转移工艺制造和装配活性与非活性材料成为给定的二维或三维组织，以生成生物工程结构，可用于再生药物、药理学和基本的细胞生物学研究。

3Ｄ生物打印技术利用类似喷墨打印机的技术，直接生成三-8-维生物组织，3D生物打印机有两个打印头，一个放臵最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”，另一个可打印“生物纸”所谓生物纸其实主要成分为水的凝胶，可用作细胞生物的支架3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。生物打印机与普通3D打印机的不同之处在于，它不是利用一层层的塑料，而是利用一层层的生物构造块，去制造真正的活体组织。

五、部分领域3D打印发展趋势

（一）工业3D打印

1、在生产流程和生产工艺环节对传统传统制造业的全面渗透和覆盖，特别是在铸造、模具行业广泛应用。

2、稳定性、精密度将会大幅提高，材料可以全面突破，成本大幅降低、打印速度将显著提高。

（二）生物3D打印

1、将不再局限打印牙齿、骨骼修复等方面，打印部分人器官将成为常态。

2、整体应用推广将取决于各个国家的政策支持程度。

3、复杂的细胞组织和器官打印还有很多技术难题需要突破。

（三）军事3D打印

1、将实现武器装备半成品制造、现场塑造和部署，根据周围环境和作战目标，优化调整设计参数，实现环境自适应，大大提高武器装备的环境适应能力、伪装效果和作战效能。

2、小批量制造成本低、速度快，显著降低武器装备特别是复杂武器装备的制造风险、缩短研发周期。

3、具备快速制造不同零部件的能力，可有效提升武器装备维修保障的实时性、精确性。

六、3D打印世界之最

世界最大3D打印机：图中这套巨无霸设备名为“big delta”，它高达12米，是专门为进行大型物体3D打印而建造的大型3D打印机。

世界最小3D打印机：这款全球最小的3D打印机名为XEOS，由德国工业设计师Stefan Reichert打造，它的长、宽、高分别为47cm、25cm、43cm，是目前世界上体积最小的3D打印机。

世界首款3D打印跑车：来自美国旧金山的Divergent Microfactories(DM)公司推出了世界上首款3D打印超级跑车“刀锋(Blade)”。整车质量仅为1400磅(约合0.64吨)，从静止加速到每小时60英里(96公里)仅用时两秒，轻松跻身顶尖超跑行列。

世界首架3D打印飞机：“SULSA”是一架使用3D打印机制造的小型无人驾驶飞机，翼展2米，最高时速可达100英里，还配备有微型自动驾驶系统，可用于巡航。这是世界上第一架“3D打印”飞机，日前已试飞成功。-12-

世界最小3D打印魔方：这款微型3D打印魔方来自俄罗斯的艺术家格里高列夫之手，堪称世界上最小的魔方，这个魔方的边长只有1厘米，打破了原为1.2厘米的世界纪录。

世界首款3D打印汽车：Urbee 2是世界上首款完全使用3D打印技术制造的汽车，该车配备三个车轮，动力为7马力（5kW），采用后轮驱动，电力驱动模式下Urbee 2的行驶里程可以达到64公里。

全球首座3D打印桥梁：由MX3D公司负责开发和设计、由Heijmans完成的全球首座3D打印桥梁坐落在在荷兰阿姆斯特丹运河上，这座桥梁将通过3D打印机器人来完成，并且由运河的一端慢慢向另一端完成，而并不像传统建桥方式那样两端同时进行。

世界首座3D打印办公楼：据俄罗斯今日电台网站6月30日报道，迪拜宣布将建造世界上首座3D打印办公楼。计划建造的3D打印办公楼为单层建筑，占地面积约为2000平方英尺(约185平方米)。它将被20英尺(约合6米)高的打印机层层打印出来，办公楼内部也是由3D打印而成。

世界首辆3D打印摩托车：在今年的加州RAPID 2015展会上，出现了全球首辆全功能的3D打印摩托车。除了发动机、各种电子器件、传送带、制动系统及一些螺栓之外，这辆摩托车的其它部分全部都是用ABS塑料打印而成的，而且它可以承载两位成人骑手的重量。

世界最小的3D打印电钻：来自新西兰的技术宅Lance Abernethy做了一个全世界最小的电钻，关键是这个电钻是能用的。整个电钻的内部结构工作原理和普通电钻一模一样，唯一不同的是这个电钻的钻孔是毫米级的。

世界最大3D打印建筑结构：2015北京国际设计周，来自北京市侨福芳草地展区中庭空间的VULCAN，成为世界最大的建筑学意义上的三维打印构筑物，获吉尼斯世界纪录。

世界首台3D打印空调：近日，海尔集团在上海举办的世界家电博览会上展示了一款3D打印出来的空调。海尔宣称，这是世界上首款3D打印空调机。这款空调采用了可定制的3D打印部件，可以让消费者实现功能和装饰上的完美协调。该产品售价6395美元，至于产品的上市日期和定价等细节，海尔暂时还没有透露。

全球首款3D打印金属手枪：美国一家公司制造了全球首款3D金属手枪，而且已经成功发射了50发子弹，手枪的设计出自经典的1911式手枪，这是全球首支利用3D技术打印出来的金属枪。

世界首支3D打印步枪：枪械发烧友“HaveBlue”于2015年在其博客中公布了其3D打印步枪(A.22 步枪)的文档说明书（通过 AR15 论坛），文档中详细说明了打印经历和测试结果，成为首个成功打印出3D步枪并试枪成功的例子。

全球首个3打印酒店：菲律宾一家名为Lewis Grand Hotel（刘易斯大酒店）的四星级酒店宣称要3D打印世界上第一个商业建筑——别墅式酒店。里面的管道、家具、卫浴等生活设施也都是3D打印的，据说这是世界上首个3D打印酒店式别墅。目前这个项目没有完工，其3D打印机仍处于工作状态。

3D音乐技术 篇3

3D多媒体梦幻音乐剧《白雪公主》日前在上海喜玛拉雅艺术中心大观舞台上演。

《穿越身体的城堡》是由前“优剧场”成员——台湾舞谱大师吴文翠、游走于台港两地的舞者郭嘉源和毕业于国立台北艺术大学戏剧系的曾棱尉，跨越地域之限，以“移动中的城市创作”为题展开的创作。

魔法美术馆由日本引进，从身边的已有素材出发，使用最新的数字技术，将光影声效的独特体验用容易理解的方式介绍给孩子和成人。这些将光影作为艺术来表达的艺术家们，打造了十分奇幻的空间，这里的15件作品都可以用游戏的感官来体验，激发人的想象力，且每一件都是唯一的。

《HACKSPACE》群展以入侵空间为主题。不论是场所、领域还是构架，都可通过非正统的方式彻底调整以解决问题。

奥画廊与生息艺术文化联合举办“Transcendental Perspective”群展。一群来自香港的年轻艺术家在自身独特精神个性的驱动下，以探索人性的独特视角，展出了油画、新媒体和装置艺术作品。

日前，2016“斯坦伯格杯”全国青少年钢琴大赛新闻发布会在北京召开。本届大赛评委由国、内外18位国际赛事评委共同担任，赛事分为两个阶段，6月20日至7月25日为分赛区初赛，全国共有28个省、直辖市、自治区110个城市的127家艺术教育机构承办此次分赛区初赛，总决赛将于8月20日至23日在厦门举行。

“2016久石让VS五岛龙交响音乐会”北京站日前在北京展览馆剧场开演。

国光剧团日前在台湾大东文化艺术中心上演话剧《康熙与鳌拜》，为观众带来了一场轻松的历史体验。

后海大鲨鱼日前发行第三张专辑《心要野》，带上新专辑的11首歌曲，带着一群“野”朋友，这些在人工湖里幻想冲浪的青年，又要对世界发起一次天地大冲撞——2016“心要野”全国巡演。

无论是传统芭蕾舞的粉丝，抑或崇尚现代演绎的新世代，家喻户晓的《睡美人》总是令每一个观众着迷。此次，获奖无数的编舞家纳曹·杜亚陶为俄罗斯圣彼得堡米克洛夫斯基芭蕾舞团量身打造《睡美人》，并于米克洛夫斯基剧院作世界首演。

《一个人的莎士比亚》是老戏骨约瑟夫的呕心之作，这部原创英语独角戏讲述了一段发生在迷茫的6岁男孩与苛刻严厉的“莎士比亚”老师之间令人捧腹而又感人至深的故事。

《摩诃婆罗达》取材自印度史诗和神话传说，是布禄克耗时10年之作。日前在香港艺术节上上演的《战场》灵感便源自于此，由九旬高龄的布禄克与老拍档携手执导并撰写剧本，也是他对自己30年前旧作的回望与再发掘。

改编自安徒生的经典童话《卖火柴的小女孩》，并由备受赞誉的葡萄牙籍编舞家亚瑟·皮塔打造的适合阖家观赏的魔幻亲子音乐舞剧日前亮相台湾国际艺术节。

时间渐渐流逝，蓦然回首，乐园也在我们的记忆中淡去，犹如承载回忆的家一去不回，让香港马戏团的《自在游园·悠然自在》带你感受回忆的力量吧。

纪录片《造云的山》的故事发生在中国西部的罗布泊，那里盛产石棉。石棉开采过程中漫天粉尘，远看好似“造云机器”，向天空喷吐着“云朵”。

十三声是60年代艋舺街头的传奇卖艺人，古今轶事都是他的拿手好戏。郑宗龙与音乐人林强联手，以古老的恒春歌谣及民间唱咒，结合前卫实验的电子音乐，跨越身体与声音的表演向度。舞台上如咒语般的游行队伍，在瑰丽的影像间澎湃跃动。

3D音乐电影观众的选择因素 篇4

1.3D音乐电影的现状

从默片到有声、从黑白到彩色、从胶片到数码、从2D到3D, 电影科技的发展又来到了新的关口, 而每一次突破关口不仅有技术上的革新, 更伴随着思想上的辩论。2011年, 在洛杉矶举行的3D峰会中, 讨论的一个重点就是3D的另类内容影视作品, 即3D体育直播和3D音乐会片。3D China播放了其出品制作的崔健3D音乐会纪录片《超越那一天》中的片段“红旗下的蛋”, 这首来自中国的3D摇滚歌曲在众多3D影视作品中独树一帜, 吸引了与会者的极大注意。此片走的是国际路线, 即整个摄制团队来自韩国;摄影总顾问为《阿凡达》的立体摄影总监查克·康米斯基;制片人之一是经验丰富的南加州大学电影学院教授Michael Peyer。2012年5月9日, 北京万达影院试映《超越那一天》, 现场观众的反应证明了3D音乐电影的尝试是有价值的。

继2011年五月天推出第一部3D音乐电影《五月天3DNA》之后, 其3D音乐电影《诺亚方舟》历经两年拍摄, 由相信音乐出品, 再次以3D形式将电影院化为演唱会现场。从2013今年9月19日中秋节首映零点场到三天小长假期间, 该影片票房一路飘红, 已超过两千万。据不完全统计, 共有北京、上海、广州、南京等全国40余个城市的歌迷自发组织了近百场包场, 深圳更是举行了千人包场, 与五月天相聚影院同过中秋, 一起大合唱、互动、狂欢, 还有人借着这个机会向女友求婚。而DMAX和4DX的观影效果更获歌迷盛赞, 称就像在现场一样。

与3D音乐电影在国内刚刚萌芽不同, 国外成熟的案例已不少。2008年, 美国一部3D音乐会电影《孟汉娜》即创下票房奇迹。14岁童星麦莉·塞勒斯在全球54个城市巡回演唱中被实拍记录, 以3D电影的形式走入北美影院。虽然“它几乎算不上一部真正的电影”, 却于上映首周以2900万美元赢取了北美票房第一。几乎同档期的另一部U2乐队的《U2·3D》, 80分钟的影片, 摄制、剪辑自U2的Vertigo南美巡演。也许是U2在摇滚界的影响力, 或对3D音乐的尝鲜心态, 《U2·3D》的出场规格颇高, 首映直接搬到戛纳电影节, 但却打了一个有趣的收尾———疯狂的U2歌迷拥入600多家3D影院的同时, 更多的孩子为孟汉娜走进影院。对于歌手来说, 一场演唱会成本在400万到700万之间, 除去演出商费用, 明星每场演唱会所赚不多, 而演唱会拍成电影, 明星只需要演出一次。做3D音乐电影是省时省力的好选择。

2.3D音乐电影的现状分析

通过分析观众选择因素, 可确定3D音乐电影市场的重点, 增加票房收入, 促进我国3D音乐电影的发展。

目前, 我国学者也在关注影响3D电影发展变化的因素。杜梦思通过对影响国产3D电影观影效果因素的调查, 认为有如下几方面:视听感受、立体效果、内容配合、观众期望等。[1]郭燕婷和张辉通过建立数学模型, 研究了3D电影观众选择的影响因素。[2]夏丹则通过多元统计分析方法, 对我国3D电影投资可行性进行了定量研究。在宏观层面, 分别从影院数、银幕数、票房收入、上演数等方面, 分析了我国3D电影的现状;在微观层面, 利用因子分析和聚类分析, 研究了我国3D电影观众的认知态度和消费态度。[3]

上述研究结果说明, 国内学者对电影的研究主要关注于普通内容的3D电影, 但是针对3D音乐电影研究暂时没有。笔者在学者们研究成果的基础上, 将研究对象定为3D音乐电影。

数据来源与模型方法

3D音乐电影的发展取决于观众选择因素。例如, 观看演唱会的时间成本和空间成本、电影院线设计、导演、歌星、3D后期制作等。笔者通过搜集的数据, 建立多元线性回归模型进行实证分析, 来研究这些因素对我国3D音乐电影发展的影响程度。

1.数据来源

鉴于3D音乐电影收看数据的有限性, 笔者自行设计问卷, 确定样本框, 采用网络调查的方式, 在问卷星 (http://www.sojump.com/) 调研平台发放, 收回问卷450份, 有效问卷444份。为了判断问卷调查数据的可靠性, 通过SPSS对问卷调查数据进行了效度和信度分析。结果显示, KMO统计量为0.734, 说明数据有效。

2.模型建立

因子分析的基本思想是依据相关性将观测变量进行某种分类, 同一类变量之间的相关性较高, 即联系比较紧密, 而不同类的变量之间的相关性则较低。那么, 每一类的变量实际上就代表了一个本质因子, 或者一个基本结构。因子分析的理论模型为:

其中, aij是第i个变量xi和第j个因子fi之间的线性相关系数, 也称为载荷。在SPSS软件中对数据进行因子分析, 然后到旋转后因子载荷, 如下表所示。

因子分析将影响因素定量分为三大类:第一类主要是观影和观看演唱会的个人因素, 其中, 看过几场演唱会 (与演唱会类型) 和看过几部3D电影 (3D电影优势) , 可看作是个人对这种娱乐表现形式的认可或认知程度 (就是认为是否值得或是否喜欢) ;第二类是与演唱会相关因素;第三类是与3D演唱会相关因素。

观众选择因素分析

笔者通过对问卷的统计分析, 发现3D音乐电影面对的男性和女性消费者的市场份额几乎是相同的。但是, 观众的年龄对3D音乐电影的欢迎程度有显著差异。笔者的调查数据从环境和内容效果两方面, 分析了观众对3D音乐电影选择因素。

1.环境因素

(1) 演唱会多在一线二线城市, 对于三、四线城市来说较少, 而观众可接受去看演唱会距离在时间、金钱允许的情况下, 集中在两个小时以内, 实现难度大。但是每个地级市几乎都至少有一所可观看3D电影的影院, 为演唱会进入影院提供了可能。

(2) 不管收入多少, 人们仍旧愿意抱着节约成本的心态观看3D音乐电影, 其价格多选择在200元以下。但是, 高收入人群表示, 如果价格高、效果好, 他们仍旧愿意观看。

2.内容因素

由于人们欣赏角度及喜欢歌手的类型不同, 造成观众对内容选择上的不一致性, 即抒情 (居多) 、古典、摇滚等各有观众选择, 这大多和“迷文化”联系在一起, 一般是谁的粉丝, 就会选择去看谁的3D音乐电影。但是, 好的制作团队制作的3D音乐电影, 不是自己喜欢的明星在许可条件下大多数人也愿意尝试。总体来说, 3D音乐电影的音效、色彩、不输现场的效果, 以及优惠的价格成为人们选择观看3D音乐电影的制约因素。

结论与启示

1.结论

笔者通过对3D音乐电影观众选择因素的研究, 得出如下结论:大部分观众对普通3D电影和现场演唱会都具有浓厚的兴趣, 并对3D电影和演唱会的结合表示不反感, 愿意尝试;虽然观众对普通3D电影和现场演唱会都有浓厚兴趣, 但是时间、空间、资金等方面都限制了观众的观看能力;影院舒服省钱, 演唱会气氛好票价高;在3D音乐电影内容的选择上, 人们对各种类型都有浓厚兴趣, 对制作效果要求较高。

2.启示

本研究对促进我国3D音乐电影发展的启示有:建设高质量的数字3D影院, 保障3D音乐电影的视听效果;加大研究力度和资金投入, 推动数字3D电影节目制作和设备的快速发展, 降低拍摄成本;人才培养是提升我国文化创意产品品质的重中之重;丰富3D音乐电影内容;鼓励歌手制作3D音乐电影, 扩大3D音乐电影的影响力, 增加观众观看选择权。

摘要：笔者对我国3D音乐电影观众的选择因素进行了实证研究。首先, 根据调查数据, 利用频数直方图对3D音乐电影观众选择因素的外部环境及内容进行整体分析;然后, 在此基础上通过因子分析, 重点研究了3D音乐电影内容对观众选择的影响。

关键词：3D音乐电影,观众选择,因子分析

参考文献

[1]杜梦思.国产3D电影观影调查.中国电影报, 2010-3-4.

[2]郭燕婷, 张辉.基于数学模型的我国3D电影观众选择因素研究.中国传媒大学学报 (自然科学版) , 2010 (12) .

3D打印技术概述 篇5

摘要：3D打印技术，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。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。灯罩、身体器官、珠宝、根据球员脚型定制的足球靴、赛车零件、固态电池以及为个人定制的手机、小提琴等都可以用该技术制造出来。

关键词：3D打印，快速成型，添加制造，增材制造

引言：3D打印技术是一项革命性技术其重要性可能与电脑时代相媲美。3D打印制造不需在工厂进行操作,也就意味着无需机械加工或者任何模具,这毫无疑问将大大缩短产品的研制周期提高生产效率并降低生产所需的人力资源成本.以目前加式制造的发展情况判断,3D打印机之后必将是社会制造的迅猛发展。

部分。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些

领域传统依赖的精细加工工艺。3D打印可以在很大程度上提升制作的效率和精密程度。除此之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。如2010年澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司合作，尝试 以活体细胞为“墨水”打印人体的组织和器官，是医学领域具有重大意义的创新。1 3D打印技术简介

3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造（AM，Additive Manufacturing）。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印机是3D打印的核心装备。它是集机械、控制及计算机技术等为一体的复杂机电一体化系统，主要由高精度机械系统、数控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。此外，新型打印材料、打印工艺、设计与控制软件等也是3D打印技术体系的重要组成 3D打印技术的基本概念

3D打印机出现在20世纪 90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置.它与普通喷墨打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把打印材料一层层叠加起来，最终把计算 机上的蓝图变成实物。这种打印技术称为3D立体打印技术。3D打印技术实际上是一系列快速原型成型技术的统称，其基本原理都是叠层制造，由快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式

形成工件的截面形状，而在Z坐标间断地作层面厚度的位移，最终形成三维制件。设计出三维图形无需模具即可整体成形，这就是“3D打印”名字的由来。由于成品是增加材料、逐 渐铺陈所得，即每次只铺一层，因此 打印技术又被称为“增加材料制造技术”。

3D打印技术或称为增材制造是一系列技术的组合，即通过一台机器逐次添加物层的方式来制造一个物品，其组合由计算机辅助设计（CAD）、激光 成型、挤出机，或能一次打印一层物质的打印机针头构成。增材制造能一次性生成复杂的几何物体，其内部可以有空腔或活动部件而传统的机械不能胜任以这种方式进行制造。

3D打印技术（增材制造）已经在消费品，汽车工业及航空工业等领域部分获得应用。它对于制造新奇廉价的物品很合适但生产大体积低价格且有足够强度的部件其能力有限。据估计到2023年，,增材制造有望取代一些传统的规模化生产企业，导致大量拥有现代生产能力的本地化微工厂出现，有效缩短生产周期，简化供应链。在这一过程中，发展中国家将是主要受益者，因为增材制造相对于传统制造而言，其对工业基础建设的要求更低。理论上来说，当3D打印技术成熟后，随着打印材料的添加的不同，可以打印任何东西，包括人体器官（原料是细胞）、房子（原料是建筑材料）、机械（原料是金属）等，并且可以按照你想要的一模一样打印出来，只要你在计算机前把要打印的东西的形状等设置好即可。的成熟而得到飞速的发展。

1986年，Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机。

1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

2005年，市场上首个高清晰彩色 3D打印机由Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

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 打印的比基尼（泳衣、衬衫）。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机 2011年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用3D打印机打印出人造肝脏组织。

3D打印技术的本质在于个性化需求的创意设计理念。因而3D打印技术的发展,体现了人性的完善和完美过程。3D打印过程原理

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3 3D打印的发展简史

除松散的粉末即可“刨”出模型，而3D打印技术的胚芽源于18世纪西

剩余粉末还可循环利用。

欧的雕塑艺术。19 世纪在北美被重视。

打印耗材由传统的墨水、纸张转变随着20世纪计算机和网络技术的发展，为胶水、粉末，当然胶水和粉末都是3D打印技术才真正诞生，并由于条件

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。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。受到喷打印原理的限制，打印速度势必不会很快，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。由于打印精度高，打印出的模型品质自然不错。除了可以表现出外形曲线上的设计，结构以及运动部件也不在话下。如果用来打印机械装配图，齿轮、轴承、拉杆等都可以正常活动，而腔体、沟槽等形态特征位置准确，甚至可以满足装配要求，打印出的实体还可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。同时粉末材料不限于砂型材料，还有弹性伸缩、高性能复合、熔模铸造等其它材料可供选择。

低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。

三维打印技术还有其他重要的优点。大多数金属和塑料零件为了生产而设计，这就意味着它们会非常笨重，并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。三维打印技术不是这样的。在三维打印技术中，原材料只为生产所需要的产品”，借用三维打印技术，他的团队生产出的零件更加精细轻盈。当材料没有了生产限制后，就能以最优化的方式来实现其功能，因此，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。应用发展现状

如今三维打印技术的精度约为0.1毫米，而且打印机本身的售价偏高，不过，随着技术的进步和成本的降低，一台普通三维打印机的成本有望比1985年的激光打印机还要低。但生物三维打印机也面临着诸多挑战，其中之一是其打印出的物体如何与身体其他器官尤其是大的组织更好地结合，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连，而这可能非常难实现。一旦克服了这个技术障碍，在未来几十年内，生物打印技术将成为一项标准技术。现在3D打印技术还不够成熟，材料特定、造价高昂，打印出来的还都处于模型阶段，也就是说真正用于生5 技术优势

三维打印技术的魅力在于它不需要在工厂操作，桌面打印机可以打印出小物品，而且，人们可以将其放在办公室一角、商店甚至房子里；而自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品，则需要更大的打印机和更大的放置空间。

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降

活应用的还并不多，但3D打印技术的前景很好，未来将有可能得到普及，进入我们的生活。

发展展望

骨科妙用3D打印技术 篇6

60岁的陈先生9个月前下楼时不慎摔了一跤，顿时整个左髋部连着整条腿都动弹不得，特别疼痛，陈先生被送到家附近的医院，检查显示陈先生髋部已经是左髋臼粉碎性骨折。

陈先生说，当时这条腿整个走不起来路，而且短了将近两三厘米，几家大医院都去过，医生都认为手术难度比较大。陈先生也在医生建议下尝试进行了牵引等一些保守治疗，可是效果不明显。后来，在朋友的介绍下，陈先生来到医院骨科进行治疗，医生运用最新治疗技术和设备，为陈先生设计了治疗方案，利用3D打印了陈先生的多孔人工髋臼假体，顺利地进行了手术，术后3天疼痛明显减轻，然后基本就不疼了，腿也能自己弯曲，解决了行走问题。

将患者需手术部位的影像数据传入电脑进行处理，并连接到专门3D打印机。经过几个小时到几十个小时以后，用一种可再生可降解的材料，将它1：1地以仿真模型的形式打印出来。3D打印目前最大的特点在于手术极具个性化，各人的骨头生长、关节面等情况都不相同，可以根据患者的具体病情，打造最适合患者的人造部位。目前，3D打印的定制化假体使用的是钛合金材料。钛合金材料的理化性质较为理想，比如它的弹性模量是金属中最接近骨的材料之一，它的生物相容性也很高，在临床上已经广泛应用于骨科的内固定钢板、人工关节、脊柱内固定，口腔科的种植牙根，颌面外科的颌面修复体等。可以说每一件3D打印的假体都是精美的艺术品。

既然3D技术能打印骨骼，那是否意味着骨肿瘤或者骨折的患者，都可以采用该技术来做替代骨骼？

从理论上讲是可以的，但一般情况下，这种技术应用在复杂部位的骨头上很难，比如骨头形态结构不规则等，像简单的肱骨、股骨等，用传统技术做成的假体就可以使用；其次，要看患者的身体情况。

术前演练确保手术精准

3D打印技术除了打印假体帮助患者手术修复病变之处，在骨科临床中3D打印技术还能为医生提前进行手术演练。就和士兵上战场都要进行演习一样，如果做手术之前可以提前演练的话，在真正进行手术时就可以缩短手术时间，手术的效果也会更好，对于患者来说真的是一个很大的福音。

朱先生是一位恶性肿瘤患者。术前，由于恶性肿瘤生长的位置特殊，周围牵扯的血管很多，仅凭X线片难以估测手术风险，医院为他进行了肿瘤的3D打印。将肿瘤实体模型打印出来后，医生提前演练，确定如何动刀，确保手术时更加精准。最后，这个难度很高的手术取得了成功。

骨科医生通过模型，可以在术前了解这个病变的骨头有多长、情况怎样，应该在哪个部位安装钢板、钢钉，安装几颗钉等具体细节。然后，就可以运用这个模型进行模拟手术，制订出科学、详细的手术计划。3D打印出来的模型，并不是植入到人体里，而是运用这仿真模型做好术前的诊治方案。

相比以前，在做这类手术时，医生通常要做一些辅助检查，作为手术准备的依据。比如照X线片、CT影像、核磁共振等。相对来说，这些检查最终呈现出来都是二维的图像，没有办法给出一个真实的、立体的感觉，对患者的伤情还原也不是很清晰全面。在运用了3D打印技术后，这个问题就得到了很好的解决。比如陈先生的多孔人工髋臼，以前传统的手术方法是，要先打开手术部位，找到病变区域，才能具体进行手术。耗费时间，也会加大出血量。通过3D打印技术，骨头损坏情况80%～90%可以真实地立体地呈现和复制出来。可缩短手术时间、减少出血量、减少手术程序。患者康复也比较快。以前手术后，患者起码要在病床上躺3～6个星期。通过3D打印技术，可以减少部分手术程序，可以选择更直接的手术方法，病人恢复期也可明显缩短。

目前，应用于医疗的3D打印技术仍属于初级阶段，主要是帮患者提前设计手术，也正尝试将3D打印出的骨骼“假体”，直接填充在手术缺损的部位。也就是说，今后想做什么形状的骨骼都可以，患者可依靠这一技术实现“私人订制”，比如膝关节、股骨头，而不是用现在统一规格的流水线产品。未来，3D打印机或可实现人体器官的打印，为患者打印出所需要的人体个性化“零部件”。但目前，这项技术在我国还处于临床初步阶段。

浅谈3D打印技术 篇7

⑴3D打印技术的原理。《十二生肖》电影中, 成龙在银幕上让我们感觉了3D打印机的神奇, 一向以武打不用替身, 追求品质, 真实等元素吸引人的成龙大哥, 这次也不例外, 除了让你欣赏并赞叹他的变化无穷的成龙套路外, 还加入了有关3D打印机的科学元素。在电影里, 成龙大哥只用了大约三分钟, 就基本上让我们明白了什么是3D打印机。

3D打印技术 (3D printing) , 即快速成形技术, 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。早期常用在模具制造、工业设计等领域, 被用于制造模型, 现逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些特殊物品 (比如人体的髋关节或牙齿, 或钟表与飞机零部件等) 。

⑵3D打印所需要的关键技术。1) 信息技术。要求要有先进的设计软件及数字化工具, 辅助设计人员制作出产品的三维数字模型模型, 并且根据模型自动分析出打印的工序, 自动控制打印器材的走向。2) 精密机械。3D打印以“每层的叠加”为加工方式。要生产高精度的产品, 必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求。3) 材料科学。用于3D打印的原材料较为特殊, 必须能够液化、粉末化, 丝化。

⑶3D打印技术表现出的优点。它最突出的优点是无需机械加工或任何模具, 就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件, 从而极大地缩短产品的研制周期, 提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比, 降低了生产成本, 大幅减少了材料浪费;而且, 它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形, 让人们可以更有效地设计出自己创意的东西;另外, 在具有良好设计概念和设计过程的情况下, 还可以简化生产制造过程, 快速有效又廉价地生产出单个物品。大多数金属和塑料零件为了生产而设计, 这就意味着它们会非常笨重, 并且含有与制造有关但与其功能无关的剩余物。3D打印技术中, 生产出的零件更加精细轻盈。

2 我国3D打印产业发展状况

自20世纪90年代以来, 国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论, 分层实体制造, FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势, 并已推出了HRP系列成型机和成型材料;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头, 并开发了光固化成型系统及相应成型材料, 成型精度达到0.2mm;中国科技大学自主研制了八喷头组合喷射装置, 有望在微制造, 光电器件领域得到应用。近年来, 国内如深圳维示泰克, 南京紫金立德, 北京殷华, 江苏敦超等企业以实现3D打印机的整机和销售, 这些企业共同特点是由海外归国团队组建, 规模较小, 产品技术和国外厂商同类产品相比尚处于低端。在服务领域, 我国东部沿海地区走在了全国的前列, 已经将3D打印机进行了商业化模式, 如杭州等地开设的3D照相馆, 等等, 体现着3D打印技术带来的神奇效果。

3 3D打印的应用领域

⑴3D打印技术在医学上的应用。世界上首位使用3D打印产品做出人体骨骼的案例, 是一位83岁高龄的老人。由于他患有慢性的骨头感染, 常常遭受病痛。在成功尝试用3D打印机“打印”下颚骨后, 医生将其做手术换上, 效果很明显。

⑵3D打印技术在工艺品的应用。我国的浙江义乌市是中国小商品的天堂, 因为那里有雄厚的小商品, 工艺品加工技术。但是, 今天我想告诉大家, 无论是你的个性笔筒, 还是你半身浮雕的手机外壳, 或者是你和爱人拥有的世界上独一无二的戒指, 都可以用3D打印机打印出来。

⑶3D打印机技术在建筑设计的应用。将建筑和设计大师大师的作品模型用3D打印机打印出来, 这种方法速度快, 成本低, 环保又制作的精美, 同时又能节省大量材料。

4 第二届世界3D打印技术产业大世界3D打印技术产业大会

世界3D打印联盟和青岛市政府联合在北京宣布, 第二届世界3D打印技术产业大会将于6月20日至21日在青岛举行, 来自美国、德国、比利时、英国、荷兰、澳大利亚等10多个国家的3打印专家和企业代表将与会。中国作为一个发展中的大国, 3打印技术产业大会能在中国举办, 说明了我国目前3D打印领域处于高姿态的发展状态中, 而且影响力很大。此次大会的成功举办, 不仅能够使中国的3D打印机技术很好的与国际间各个发达国家的信息进行了很好的融合, 而且对以后国内3D技术的快速发展, 以及3D打印技术在广大中国百姓中的认识, 都起到了关键的作用。

综上所诉, 3D打印技术作为一种新兴的科学技术, 正在悄然的改变着我们的生活。随着智能制造的进一步发展成熟, 新的信息技术, 材料技术等不断被广泛应用到制造领域, 3D打印技术也将被推向更高的层面, 使得这项技术的发展更加精密化, 智能化, 通用化, 以及便捷化。

参考文献

[1]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) :186.

[2]陈燕和.3D打印产业发展问题分析[J].2013.

[3]古丽萍.蓄势待发的3D打印机及其发展[J].数码印刷, 2011, (10) .

探析3D技术及其应用 篇8

所谓3D技术就是利用人眼视差这个观察现实世界的特质,形成左右眼观察信息图像,从而在人脑中构建形成立体成像的技术。人的两眼(瞳孔)之间一般会有8cm左右的距离。要让人看到3D影像,就必须让左眼与右眼看到不同的影像,再在大脑中叠加这两个画面,也就是模拟了实际人眼观看时的情况,由此产生了3D立体感觉画面。3D如今已不是个时髦词了,各大电视厂家早在两三年前就竞相推出了3D电视,主要集中在大尺寸液晶电视上,以满足不同客户的要求。目前市场上比较集中的3D电视属于快门式,偏光式3D显示。快门式3D属于时分法遮光技术,即佩戴快门式3D眼镜,3D眼镜与电视之间,以RF方式通信,传输通信信号。图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生,通过红外发射管,蓝牙等无线方式将这些帧信号传输出入负责接收的3D眼镜,3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像,并保持与2D视频相同的帧数。快门式3D眼镜包含一个液晶屏,可以在加载一定电压的情况下变黑(透光率下降),反之,在没有附加电压的情况下就和普通镜片类似。红外线来传输3D眼镜和3D电视间的这个同步信号,同步信号控制下,加载在左右两只镜片上的电压交替变化,然后在大脑将两幅图像方式一体化来实现3D效果。这种3D显示技术的优点在于,不损失任何图像分辨率,3D效果更出色。缺点在于,一,会出现眼镜开合与电视信号不同步,二,亮度低减,每只眼睛只看到一半的光,眼睛很容易疲劳。夏普公司目前上市的3D电视都属于快门式3D技术电视,如70X55A,LX840A,X50A等。采用了夏普高速液晶面板以及与之相匹配的3D高速液晶驱动FRED技术,另外通过LED背光源扫描技术有效抑制了3D显示中串扰,使3D液晶电视可以更好的再现3D影像。夏普的高速液晶驱动技术:FRED(Frame Rate Enhanced Driving)在实现240Hz高频率驱动液晶的同时也极大的改善了传统技术为了实现高频率驱动引入更多信号线导致画面亮度降低的问题。一般主动快门式需要3D液晶电视屏幕刷新频率必须达到120Hz以上,也就是让左、右眼均接收到频率在60Hz以上的图像,才能保证用户看到连续而不闪烁的3D图像效果。夏普的高速液晶技术使得夏普的3D液晶电视屏幕刷新频率可以达到240Hz,倍速的刷新率确保了3D图像流畅不闪烁。

传统技术为了降低240Hz驱动时的高频率,使用两条信号线驱动液晶,但两条信号线需要引入更多的配线,配线增多会遮挡住部分背光源的光,从而导致实际获得的画面亮度降低。而夏普FRED技术,仅使用1条信号线实现液晶面板的倍速驱动,使开口率提高了10%,配线对背光源的遮挡问题得到了极大的改善,提升了光源的利用效率,确保了充足的亮度,因此也更加节能。

主动快门式中的串扰问题直接影响到观赏者对3D影像立体感的感知。一般串扰和亮度是成反比的,画面越亮串扰就越大,如果想降低串扰,画面就要变暗,但这又会影响实际观看的效果。为了抑制3D观看中的串扰问题,并确保画面的有足够的明亮度,夏普研发出了独特的背光灯控制技术:LED背光扫描技术(LED Backlight Scan),通过背光源的高速点亮熄灭和多点分割驱动,降低了视觉上的拖影,抑制串扰的产生,确保3D影像的效果。

偏光式3D,则利用光线"偏振方向"的原理来分解原始图像,即通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏向光组画面,然后3D眼镜左右分别采用不同的偏光方向的偏光镜片,这样人的左眼和右眼就能接收再现画面,并在大脑中形成立体影像。目前夏普公司利用偏光式技术的液晶电视尚未上市。

此外,各厂商也在着力开发裸眼3D技术,在介绍裸眼3D之前,先要引进一个概念,视区。有了这个概念,对于立体视觉成像的理解简单多了。所谓视区,即左眼可观察敏感区域和右眼可观察敏感区域,由于视差视角等影响因素的存在,这两个区域是不同的。所以分开投射左眼可观察区域图像像素阵列与右眼敏感区域图像像素阵列,并分别被左右眼接受,是在脑中形成立体影像的前提。裸眼3D分三种情况,一,光屏障式,类似于偏光式3D显示,易实现,缺点,亮度低减,成本低,与现代LCD液晶工艺兼容。二,柱状透镜技术,三,指向光源技术。

3D健康标准现状

如今在快门式3D和偏光式3D已经普遍应用,3D电视电影仍会对眼健康造成了不小的危害。那么裸眼3D的开发是否应该放慢脚步,更好的着力于3D立体显示与图像视觉健康标准的研究,在观看高质量立体画面的同时,注重用眼卫生,注意眼镜健康,也成为消费者和专业人员应该重视的课题。3D立体显示与图像视觉健康领域密切相关,特别是与双眼视觉,脑融合功能相关。当视差超过一定范围后,人眼就会产生明显不适,并且脑部也不能将双眼的成像进行很好得融合。引起头晕头痛等不良症状,应该设法将此影响减少至可接受程度。目前,还没有一个对3D立体显示技术的舒适度与对人类视觉健康影响的系统性评估和研究。3D立体显示与图像视觉技术的发展是一个产业链式的发展,从立体成像投影,内容制作到终端显示再到最后的消费者和专业使用工作者的观看。任何一个环节缺乏行业标准,却会对消费者和使用者的视觉造成健康隐患。因此,目前迫切需要眼科专家、脑功能检测专家、标准化专家、3D立体显示技术研发机构及厂家联合,尽早研究制定一个国际国内公认的3D立体视觉健康标准及其评价测试方法等标准体系,并贯穿于整个3D立体显示与图像视觉技术与产品的产业链当中,全程指导3D立体显示与图像视觉技术的研发、生产质量和安全使用,确保百姓和医学工作者在观看3D显示内容时具备视觉健康保障。

夏普融合3D技术的液晶电视新产品展望

3D打印技术发展综述 篇9

3D打印技术是新兴的制造技术。就其技术特征而言, 一是依据三维CAD设计数据, 采用液体、粉末、丝、片等材料逐层累加的方式制造实体零件, 故也称作增材制造技术;二是不仅可以制造出任意复杂形状的零件, 还大大减少了加工工序, 缩短了加工周期[1], 故也称作快速成型技术。3D打印技术为21世纪最具代表性制造技术之一, 使制造工艺、技术、模式产生了根本性变化, 越来越受到工业界和投资界的关注, 不仅推动了经济发展, 也影响着人类生活方式。目前, 3D打印技术已在多个领域, 如电子产品、工业设计、汽车、航天、建筑、生物医疗及珠宝首饰、鞋类等领域的个性化定制得到应用。

由于多方面的瓶颈与挑战, 3D打印技术的进一步扩展应用仍受到限制。推动其发展并扩展其应用领域方面, 该技术正在朝着提升打印速度和精度、扩展或开发新材料的方向上发展。本文在技术、材料等方面进行了探究分析。

1 3D打印发展趋势

3D打印技术的局限与挑战主要表现在:一是速度、效率和精度存在严重冲突, 3D打印速度提升的同时打印成品精度不尽人意;二是受打印机工作原理的限制, 考虑了打印精度的同时打印效率远不适应大规模生产需求;三是由于打印材料的制约, 很多金属材料、陶瓷材料等打印件相比传统工艺仍存在致密度低和内应力大等问题。3D打印的成型材料多采用有机高分子材料, 选择局限性较大, 成型品物理特性较差[2]。

看到3D打印技术和产业的发展前景, 大企业致力创新高效、高精度的打印技术发展, 主要有四种:一是CLIP技术, 即“连续液界面生产工艺”;二是Poly Jet技术, 即光固化三维打印;三是MSL技术, 即微立体光刻;四是超材料打印技术。

2 技术研发

2.1 高速度、高精度的光固化3D打印 (CLIP)

现有光固化成型方法是利用液态树脂, 层层构筑物体结构, 即先打印一层, 矫正外形, 再灌入树脂, 再重复之前的步骤, 打印速度和精度不可兼得。2015年3月20日, Carbon3D公司的Tumbleston等人在美国Science杂志上发表了一项具有颠覆性的3D打印新技术[3]:CLIP技术, 即“连续液界面生产工艺”, 其工作原理为:在底部有一个能通过紫外线和氧的窗口, 紫外线使树脂聚合固化, 而氧气起阻聚作用, 这两个矛盾体使得靠近窗口部分的树脂聚合缓慢仍呈液态, 这一区域称为“死区”。“死区”上方树脂在紫外线作用下固化, 已成型的物体被工作台上移, 树脂连续固化, 直到打印完成为止, 如图1所示。CLIP技术在提高了精度的同时, 打印速度可以提升100倍。

2016年4月, 3D Systems公司展示了一款全新的工业级立体光固化成型 (SLA) 3D打印机——Figure4[4], 打印过程包括一系列的流水线式3D打印及打印后期处理, 显著特征是使用了一个机器人手臂。打印原理与CLIP有些类似:液态光敏树脂在光源的照射下逐层固化成3D打印件, 同时被作为打印平台的机械臂末端自下而上快速拉出。由于光源和树脂之间存在一种专业膜, 这个过程只需数分钟, 如图2a和图2b所示。如果可以创建一个该设备的阵列, 将进一步缩短制作时间, 实现SLA部件的大规模制造。

2.2 多颜色、多材料的混合3D打印 (Poly Jet)

传统3D打印的单调颜色和单一材质已不能满足人们的需求。特别是在消费品、个性化定制、服饰鞋类等领域, 能够实现多色彩、混合材料设计与制造的3D打印技术将成为突破关键。目前, 实现多颜色、多材料打印的有粘结剂三维打印和光固化三维打印, 前者通过喷射不同颜色的液体粘结剂将粉体材料粘结, 打印出彩色模型;后者由喷嘴喷射液态光敏树脂, 再采用紫外光固化来成型。如原Objet公司推出的Poly Jet技术即是光固化三维打印, 可在机外混合多种基础材料, 得到性能更佳的新材料, 而且通过不同颜色树脂的混合, 可以打印上百种色调。在Poly Jet的基础上, 后来推出了Poly Jet Matrix技术, 可以同时喷射不同型号材料, 结合两种基础材料的特性从而生成复合材料, 也可在单个建造工作中打印具有不同机械和物理性能材料组成的零部件。

美国Z Corporation公司基于粘结剂三维打印技术最先推出全真彩色原型件打印设备。3D System公司基于Poly Jet技术的高端机型Pro Jet 660Pro和Pro Jet860Pro可以使用CMYK (青色、洋红、黄色、黑色) 4种颜色的粘结剂, 实现600万种以上的颜色。

美国麻省理工学院研发出了一种“多种制造”系统[5], 通过喷墨打印头的微液滴混合了光敏聚合物, 不仅能够一次打印10种材料, 而且可自我校正, 保证打印精度, 更是能够将复杂的电子器件直接植入对象。该研究团队已经使用该系统来打印智能手机、LED镜头等物品。

2016年4月, Stratasys发布了最新的多材料全彩3D打印机J750[6], 如图3所示。这款机器有6个喷嘴, 能够实现36万种颜色深浅不同、软硬不同和透明度不同塑料的3D打印, 并且可以将多种材料一次打印出来, 而不用分别打印再组装, 相对传统的消费品和鞋类制造, 效率大大提高。J750最小打印层厚度可达14μm, 打印出的原型几乎与真正产品一样。

多颜色的3D打印技术能够直接获得产品设计的彩色外观, 而不需要后处理流程;多材质的3D打印技术能够将不同性能的材料构建于同一零件上, 缩短加工流程、减少装配、提高性能[7]。多材料、多颜色3D打印颠覆了传统设计和创意过程, 使得设计者和制作者以之前无法想象的创新方式创建产品, 以满足人们对产品外观和性能的需求。可以预见, 该项技术在消费领域、教育行业、个性化定制以及珠宝首饰、柔性电子设备、可穿戴传感器等领域有着巨大优势。相对粘结剂三维打印, 光固化三维打印没有粉末材料系统, 其产品表面精度高, 无台阶感, 更具发展优势, 而喷头和光敏材料的开发将是以后的研究方向。

2.3 金属材料功能零件的3D打印 (MSL等)

与非金属材料的原型制造相比, 金属材料3D打印的目的是直接制造, 其打印工艺包括选择性激光融化成形 (SLM) 、激光近净成形 (LENS) 、电子束快速成形 (EBRM) 、聚能光束制造技术 (DLF) 等。目前, 3D打印的一些金属材料要具有与传统技术成型的金属材料相当的甚至更好的性能, 还要解决精度和表面粗糙度、内应力大、致密度低以及内部组织缺陷等问题。

各大高校、研究所对以上问题做了大量研究, 北京航空航天大学王华明团队突破了激光快速成形TA15钛合金大型结构件内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术, 研究结果表明飞机构件综合力学性能达到甚至超过钛合金模锻件水平[8]。西北工业大学黄卫东团队在研究激光立体成型技术工艺的同时, 进行了成型件微观组织形成规律的研究, 在进一步严格控制工艺条件的基础上, 获得了具有定向乃至单晶组织的试样, 并在总结优化工艺后, 获得了不同合金的激光立体成型件, 成型件内部致密, 表面质量良好无缺陷[9]。

3D打印并非传统技术的一个替代或补充。将3D打印快速成型的优势与传统技术优点结合起来, 则是复合制造技术, 对难加工的复杂形状高性能零件是一条新路径。华中科技大学史玉升团队将SLM与HIP (热等静压) 技术相结合, 可在短时间内将粉末致密化为近净成形或局部成形的复杂高性能零件[10]。华中科技大学张海鸥团队开展了等离子体激光复合直接成形的弧柱形态与成形特性的研究, 得到了激光对等离子弧形态有重要影响, 且可提高直接成形精度的结论[11]。

复杂形状金属功能零件在航空航天、国防、能源、交通等尖端支柱领域具有重要应用, 金属零件通过3D打印技术直接制造是先进制造技术的重要发展方向。一部分高性能的金属零件可通过3D打印直接制造, 但其性能和精度还需进一步提升, 目前可采取的措施主要有两个方面:一是通过调整3D打印设备的工艺参数, 比如铺粉工艺、扫描定位技术、能量束密度大小等控制金属成型件的性能;二是将金属3D打印与传统成型技术结合, 相互取长补短。

未来, 开发高效率、高性价比、大范围和结合传统机加工方法的SLM设备, 是金属3D打印的发展方向之一。

2.4 超材料、功能梯度材料的3D打印

“超材料”是指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。如果对材料的关键物理尺度上的结构进行有序设计, 可以使材料突破某些表观自然规律的限制, 从而获得超出自然界固有的普通性质的超常功能材料。功能梯度材料是选用两种 (或多种) 性能不同的材料, 通过连续地改变这两种 (或多种) 材料, 使其组成结构和性能 (物理、化学、生物单一或综合性能) 在材料厚度或长度方向连续或准连续缓慢变化, 以实现某一特殊功能。这种非均质复合材料称为功能梯度材料。

3 D打印技术是通过材料“逐点累积形成面, 逐面累积成为体”制造实体零件, 这一成形原理给材料微观结构设计制造提供了契机, 使超材料和梯度材料制备更容易进行。西安交通大学的李涤尘等通过控制激光金属直接成形过程环境温度等工艺参数, 控制了零件内部组织定向结晶组织的形成[12]。美国NASA喷气推进实验室的研究人员采用激光沉积 (LD) 和旋转沉积相结合的方法, 实现了样件的成分梯度从中心沿径向成放射状改变, 通过有目的性的梯度组成改变了零件的机械及物理特性[13]。

微立体光刻 (MSL) 是在传统3D打印工艺——SLA基础上发展起来的一种新型微细加工技术[14], 它是在微观尺度上进行的3D打印, 精度极高, 不仅可以3D打印一般物体, 而且能够打印出该物体的微观结构。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和麻省理工学院采用面投影微立体光刻技术, 通过对材料内部结构的设计, 打印出重量极轻、强度和硬度非常高的超材料[15], 其中一种具有微架构的超材料, 具有1万倍以上的刚度, 并且可以用各种材料, 如金属或聚合物3D打印而成。

材料的微观组织和结构对其性能有决定性作用, 传统制造技术只能在宏观上进行结构设计与制造, 无法满足人们对材料性能的更高要求。微立体光刻3D打印技术通过实时精确控制打印工艺参数和送进材料的组成和组分, 实现同一构件上均匀材料或多材料的任意复合, 以及超材料和梯度材料的制造, 在微观到宏观尺度上实现同步制造, 实现性能—材料—结构一体化[1], 使材料更强、更硬、更轻。可以预见, 超材料应用前景非常广阔, 比如可以打印移动设备的电池、自行车车架、汽车零部件、航空航天工程件、假肢等。3D打印技术本身就与材料科学息息相关, 所以超材料的产生又必将反哺并推动3D打印技术的发展。

3 技术比较与特点

为了突破目前3D打印技术的发展瓶颈, 新型3D打印技术或是在传统3D打印技术工艺方面加以发展或改进, 或是将几种传统3D打印工艺进行整合, 或是将3D打印技术与传统制造技术相结合。通过比较, 各自特点包括:

C L I P具有速度快、精度高和力学性能优等特点。CLIP与SLA技术比较, 原理都是光固化成型。然而不同之处在于, CLIP的固化层下面存在液态“死区”, 使树脂层可以被切得更薄, 从而从树脂材料中逐出模型;而传统的SLA需逐层打印。因此, CLIP技术可以同时提高打印速度与精度。

Poly Jet具有精度高、支持多材料多颜色打印, 以及环保等特点。Poly Jet是将三维喷射技术与光固化相结合, 相比传统的SLA, 由于液态光敏树脂是以小液滴形式喷射, 产品表面精度高, 无台阶感。重要的是Poly Jet技术通过不同材料、颜色的混合, 从而实现多材料多颜色打印。

MSL具有成本低、效率高、图形化面积大等特点, 相比传统SLA技术, 由于采用更小的激光光斑 (数μm) , 树脂在非常小的面积发生光固化反应, 在微观尺度上进行材料3D打印。微立体光刻采用层厚通常是1~10μm。

金属材料3D打印与传统减材制造技术相结合的复合制造技术, 既在一定程度上提升了传统制造工艺的速度、简化了复杂形状成型件的加工, 又弥补了金属材料3D打印成型质量和精度不高等缺陷。

CLIP、Poly Jet及MSL都是由SLA发展而来, 目前打印材料主要是光敏树脂, 但各自有侧重点:CLIP致力于提高打印速度与精度;Poly Jet侧重打印多色多材料;MSL是通过微观打印从而控制材料微观结构, 而金属材料的3D打印基于高能束熔融成型。

4 结语

随着先进技术、多样材料和智能软件的快速发展, 3D打印技术不仅有了实用产品, 有的领域已有较大的产业规模, 呈现良好发展前景。本文从提高3D打印速度和精度的新技术、多颜色和多材料的混合一次打印、金属零件的直接打印和超材料的打印几个方面介绍了3D打印技术未来的发展趋势, 并进行了技术对比。可以预见, 未来3D打印将不断攻克技术瓶颈, 应用越来越广, 极大改善人们的生活。

摘要：3D打印技术作为第三次工业革命的代表性技术之一, 被应用于多个领域, 并逐渐惠及百姓。介绍了几种最新的3D打印技术, 与传统技术进行了比较, 并分析了各自的特点。这些技术很大程度上克服了成型效率不高、成型精度低、成型材料单一等局限性。3D打印技术的发展趋势, 值得相关研发单位高度重视, 以取得更进一步的革命性突破, 促进产业化发展。

3D打印技术研究现状和关键技术 篇10

1 3D打印技术的分类

根据3D打印所用材料的状态及成形方法,3D打印技术可以分为熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling,FDM)、光固化立体成形(Stereo Lithogra-phy Apparatus,SLA)、分层实体制造(Laminated Ob-ject Manufacturing,LOM)、电子束选区熔化(Elec-tron Beam Melting,EBM)、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)、金属激光熔融沉积(Laser Di-rect Melting Deposition,LDMD)、电子束熔丝沉积成形(Electron Beam Freeform Fabrication,EBF)[1,2,3]。

1.1熔融沉积成形(FDM)

熔融沉积成形技术(FDM)技术是以丝状的PLA,ABS等热塑性材料为原料,通过加工头的加热挤压,在计算机的控制下逐层堆积,最终得到成形的立体零件。这种技术是目前最常见的3D打印技术,技术成熟度高,成本较低,可以进行彩色打印。

1.2 光固化立体成形(SLA)

光固化立体成形技术(SLA)是利用紫外激光逐层扫描液态的光敏聚合物(如丙稀酸树脂、环氧树脂等),实现液态材料的固化,逐渐堆积成形的技术。这种技术可以制作结构复杂的零件,零件精度以及材料的利用率高,缺点是能用于成形的材料种类少,工艺成本高。

1.3 分层实体制造(LOM)

分层实体制造技术(LDM)以薄片材料为原料,如纸、金属箔、塑料薄膜等,在材料表面涂覆热熔胶,再根据每层截面形状进行切割粘贴,实现零件的立体成形。这种技术速度较快,可以成形大尺寸的零件,但是材料浪费严重,表面质量差。

1.4 电子束选区熔化(EBM)

电子束选区熔化成形技术(EBM)是在真空环境下以电子束为热源,以金属粉末为成形材料,通过不断在粉末床上铺展金属粉末然后用电子束扫描熔化,使一个个小的熔池相互熔合并凝固,这样不断进行形成一个完整的金属零件实体。这种技术可以成形出结构复杂、性能优良的金属零件,但是成形尺寸受到粉末床和真空室的限制。

1.5 激光选区熔化(SLM)

激光选区熔化成形技术(SLM)的原理与电子束选区熔化成形技术相似,也是一种基于粉末床的铺粉成形技术,只是热源由电子束换成了激光束,通过这种技术同样可以成形出结构复杂、性能优异、表面质量良好的金属零件,但目前这种技术无法成形出大尺寸的零件。

1.6 金属激光熔融沉积(LDMD)

金属激光熔融沉积成形技术(LDMD)以激光束为热源,通过自动送粉装置将金属粉末同步、精确的送入激光在成形表面上所形成熔池中。随着激光斑点的移动,粉末不断地送入熔池中熔化然后凝固,最终得到所需要的形状。这种成形工艺可以成形大尺寸的金属零件,但是无法成形结构非常复杂的零件。

1.7 电子束熔丝沉积成形(EBF)

电子束熔丝沉积成形技术又称电子束自由成形制造技术(EBF),是在真空环境中,以电子束为热源,金属丝材为成形材料,通过送丝装置将金属丝送入熔池并按设定轨迹运动,直到制造出目标零件或毛坯。这种方法效率高,成形零件内部质量好,但是成形精度及表面质量差,且不适用于塑性较差的材料,因无法加工成丝材。

以上是目前3D打印常见的工艺方法,根据各自的工艺特点在不同的领域有不同的应用,但是这些工艺都是基于离散/堆积的原理,实现零件从无到有的过程。

2 金属材料3D打印技术研究现状

近20年来,3D打印技术取得了快速的发展,所用的材料种类越来越多,成形结构越来越复杂,零件的精度越来越高,使3D打印技术应用范围不断扩大。根据美国技术咨询服务协会Wohler的报告,全球3D打印市场持续增长,2012年3D打印设备与服务全球直接产值是22.04亿美元。如此巨大的市场让世界各国都十分重视3D打印技术,而金属材料3D打印是3D打印技术最前沿的部分之一,在航空航天、医疗等领域应用迅速扩大,未来具有很大的发展潜力。

2.1 国外金属材料3D打印技术研究现状

在20世纪90年代,激光熔融沉积成形技术(LD-MD)首先在美国发展起来。约翰霍普金斯大学、宾州大学和MTS公司通过对钛合金3D打印技术的研究,开发出一项以大功率CO2激光熔覆沉积成形技术为基础的“钛合金的柔性制造”技术,并于1997年成立了AeroMet公司。该公司在2002~2005年之间就通过3D打印技术制备了接头、内龙骨腹板、外挂架翼肋、推力拉梁、翼根吊环、带筋壁板等飞机零部件;美国San-dia国家实验室采用该技术开展了不锈钢、钛合金、高温合金等多种金属材料的3D打印研究,并成功实现了某卫星TC4钛合金零件毛坯的成形。成形过程所用时间相比传统方法明显缩短[4,5,6];2014 年5 月,美海军在巴丹号航母上硬着舰了一架前起落架损坏的鹞式战机,三个月后,“美舰艇备战中心”称舰上人员已经通过3D打印技术修复了该飞机。

同样是在20世纪90年代,德国Fraunhofer研究所提出了利用激光选区熔化(SLM)打印金属材料的方法,并在2002年研究成功[7]。随后多家公司推出了SLM设备,如MCP公司开发的MCPRealizer系统、EOS公司开发的EOSINT M系列,RENISHAW公司开发的AM250系统等。此外,国外多家高校及研究所如德国亚琛工业大学、英国利兹大学、利物浦大学、比利时鲁文大学、日本大阪大学以及英国焊接研究所、德国Fraunhofer激光技术研究所等得到了欧盟第六七框架计划、德国研究基金等机构及波音、洛克希德-马丁、EADS等大型航空航天企业的资助,对SLM材料特性、缺陷控制、应力控制等基础问题开展了大量研究工作[8,9,10,11,12,13]。 在SLM技术的应用方面,2012 年GE通用电气航空集团收购了名叫Morris的3D打印企业,采用激光选区熔化3D打印技术为LEAP喷气式发动机制造燃油喷嘴,目前GE航空集团已经接受了超过4000台LEAP喷气式发动机的订单,其中要通过3D打印制造的零件数量巨大。另一方面,SLM技术在医疗领域也得到了应用,例如通过SLM技术成形Co-Cr合金的可摘除式局部义齿,不锈钢材料的基底冠、全冠和固定桥[14,15,16,17,18]。

20世纪90 年代,瑞典的Chalmers工业大学与Arcam公司合作开发出了另一种金属材料3D打印技术-电子束选区熔化成形(EBM)技术,Arcam公司随后在2003年推出了首台商用的EBM设备,并相继推出了一系列的EBM产品,客户包括国外许多工厂、高校及研究机构。EBM工艺目前主要在航空航天及生物医疗方面有所应用,目前通过EBM打印的颅骨、股骨柄、髋臼杯等骨科植入物已经得到了临床应用,EBM技术在此方向的研究应用已经较为成熟;近年来,EBM技术在航空航天领域的发展十分迅速,多家航空公司都开展了利用EBM技术制造航空发动机复杂零件的研究,其中意大利AVIO公司利用该技术成功的制备出了TiAl基合金发动机叶片,引起了航空制造界广泛关注。

2.2 国外政府对3D打印的支持情况

由于3D打印技术诸多优点及其广阔的市场前景,世界上多个国家都加大了对3D打印技术的投入。2012年8月美国拨款3000万美元在俄亥俄州成立了国家增材制造创新研究所(National Additive Manu-facturing Innovation Institute,NAMII),在2013年3月,该中心从其成员项目申报中遴选了首批7项研究资助项目,总金额950万美元。在2014年1月,该中心又从其成员项目中选择了15项进行资助,总经费为1930万美元。这些项目包括了3D打印材料、工艺、装备与集成、质量控制等方面,反映出美国在3D打印领域开展了广泛的研究,产业布局较为完整;2013 年6月,英国政府宣布将向18个创新型3D打印项目投入1470万英镑进行资助,项目期限是1~3 年;在2013年10月,日本经济产业省设立了新物造研究工作组(Study Group on New Monodzukuri),目的在于改变日本在3D打印技术方面落后于欧洲和美国的态势,以增强日本的全球竞争力。日本政府在2014年预算案中划拨款40亿日元用来实施以3D成形技术为核心的制造革命计划,包括金属材料3D打印设备的研发、精密3D打印系统技术的开发、3D打印零件的评价研究等。各国大力投入,促进了3D打印技术快速发展。

2.3 国内金属材料3D打印技术发展情况

国内开展3D打印技术研究的时间基本与世界同步,目前开展3D打印技术研究的单位也很多,几个领先的单位和高校的工作各有特色,在某些研究领域处于国际领先地位。

20世纪90年代,西北工业大学、北京航空航天大学等高校就开始了有关激光快速成形技术的研究[4,19,20]。西北工业大学建立了激光快速成形系统,针对多种金属材料开展了工艺实验,近年来西工大团队采用3D打印技术打印了最大尺寸3m、重达196kg的飞机钛合金左上缘条;北京航空航天大学同样在大尺寸钛合金零件的3D打印方面开展了深入的研究,在“十一五”期间,采用激光熔融沉积方法制备出了大型钛合金主承力结构件;华中科技大学在激光选区熔化和激光选区烧结方面开展了很多工作,对金属材料及高分子材料的3D打印进行了研究,并且开发了拥有自主知识产权的SLM设备-HRPM系列粉末熔化成形设备;西安交通大学在生物医学用内置物的3D打印以及金属材料的激光熔融沉积成形方面开展了工作,完成了多例骨科3D打印个性化修复的临床案例,通过激光熔融沉积制备了发动机叶片原型,最薄处可达0.8mm,并具有定向晶组织结构[21,22]。清华大学在国内也较早地开展了3D打印技术研究,研究领域主要是在电子束选区熔化(EBM)技术方面,并且研发了相关的3D打印设备[23,24]。

国内除了高校之外,许多研究所也在开展3D打印技术研究。西北有色金属研究总院在电子束选区熔化工艺及设备研发方面进行了研究,并开展了钛合金、TiAl合金的电子束熔化成形工艺研究[25,26];中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所开展了电子束熔丝沉积成形的研究工作,并具备此类设备的研发能力,采用这种方法已经成形出2100mm×450mm×300mm钛合金主承力结构件[27,28];中国航空工业集团公司北京航空材料研究院近年来开展了激光熔融沉积成形的系统研究,发挥了航材院材料、工艺、检测、失效分析等专业优势,成立了由多专业联合参与的“3D打印研究与工程技术中心”,旨在推动3D打印技术在航空、航天、生物医学等领域的快速应用,特别在金属基复合材料、梯度材料、超高温结构材料、航空关键件修复等方面开展了深入研究,部分成果已经获得应用。

为了推动3D打印技术的快速发展和产业化,国家工信部2015年2月联合发改委及财政部发布了《国家增材制造产业发展推进计划(2015~2016年)》,明确了中国3D打印技术发展的目标和方向,同时也指出中国增材制造产业化仍处于起步阶段,与先进国家相比存在较大差距,尚未形成完整的产业体系,离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。关键核心技术有待突破,装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等产业基础薄弱,政策与标准体系有待建立,缺乏有效的协调推进机制。

3 金属材料3D打印需要重点研究的技术问题

采用激光、电子束为热源的3D打印金属构件,就是将金属粉末或金属丝按设定的路径一层层堆焊叠加,最终形成目标零件,其本质是焊接。所以,3D打印金属零件内部必然存在气孔、裂纹、夹杂、未熔合等焊接缺陷,因此金属材料3D打印技术研究的重要课题之一是缺陷控制技术。3D打印成形的金属材料存在组织和力学性能的各向异性,表面质量、尺寸精度和一致性也有别于传统的铸造、锻造,因此3D打印制件的力学性能和尺寸精度是另一个研究重点。另外,如何提高打印效率,降低批量生产成本,也是急需解决的问题。具体来说,金属材料的3D打印技术应在提高3D打印粉末质量和收得率、提高3D打印设备能力和开发过程监控系统、制定3D打印制件无损检测标准规范、建立3D打印材料全面力学性能数据库、研究3D打印材料失效行为及预测寿命几个方面予以重点关注。

3.1 提高3D打印粉末质量和收得率

粉末粒度(D50中位粒径)、球形度、流动性、夹杂、气体含量等影响打印件的质量。

激光熔融沉积成形对粉末粒度的适应性较宽,从小到几十微米大到几百微米都可以应用,细粉末适合打印精细结构,粗粉末适合打印大尺寸和大加工余量的结构,但粉末粒度小于40μm时,送粉稳定性变差,不利于成形,而粉末粒度过大,需要采用大功率,过大的热输入将影响某些材料的力学性能。对于激光熔融沉积成形来说,采用粗粉末的打印效率要明显高于细粉末,节约打印时间,降低打印成本。激光和电子束选区熔化成形比较合适的粉末粒度为25~45μm,粉末粒度过大或过小将会增加打印件的表面粗糙度和内部孔隙率。可见,打印零件时应根据打印方法不同、零件技术要求不同,来选择不同粒度的粉末。

粉末球形度、流动性是影响3D打印制件的重要因素。粉末球形度不好,或者存在较高比例的 “卫星粉”,会影响送粉和铺粉的稳定性,影响打印件的外观质量,增加内部缺陷,特别是在送粉时,球形度不好的粉末聚焦性差,粉末焦点分散,降低了粉末利用率,增加了形成缺陷的概率。粉末中的陶质夹杂物和O2,N2,H2等气体,会在打印件内部形成高熔点夹杂和气孔。

因此,应研究3D打印粉末制备技术,提高粉末质量,并应系统研究粉末质量与打印质量之间的因果关系,建立3D打印粉末分类和质量控制的统一标准。

另外,粉末价格是影响3D打印件价格的重要因素,特别是钛合金细粉,价格居高不下,抬高了选区熔化打印件的价格,不利于该技术的推广应用。因此,在提高粉末品质的同时,应研究如何提高粉末的收得率,以及粉末的回收再利用。

3.2 提高3D打印设备能力和开发过程监控系统

对于选区熔化3D打印设备,最有代表性的有德国EOS、美国OPTOMEC、瑞典ARCAM,目前中国同类型的自主知识产权设备还存在技术差距。选区熔化3D打印设备主要问题是:一是设备尺寸小,最大的设备也只能打印400mm×400mm×400mm的零件;二是效率较低,零件打印时间长,成本较高;三是表面粗糙度、尺寸精度还不十分理想。如精密铸造表面粗糙度可优于Ra3.2,甚至可以达到Ra1.6 以下,而激光3D打印件目前最好水平为Ra6.4左右,一般在Ra10以上,电子束铺粉式3D打印表面在Ra20~30 左右。因此,需要提高选区熔化3D打印设备的精度,研究打印较大零件的设备,提高打印效率。

对于激光熔融沉积成形设备,应提高送粉过程的稳定性,这一方面取决于送粉器的稳定性和送粉头的精度。但是不管送粉系统如何精密,由于粉末质量的波动、工艺参数的波动都会影响打印零件的质量,因此需要打印过程的监控系统,能及时发现并自动或人工干预,改善打印质量。如粉末焦点的形状和尺寸,可用粉末成像系统进行测量,如图2所示;采用照相系统实时监视熔池的尺寸和波动以及成形质量,如图3所示。由于3D打印是多参数共同影响打印质量,因此打印过程监控显得尤其重要。

3.3 制定3D打印制件无损检测标准规范

如前所述,金属3D打印的本质是焊接,气孔、夹杂、未熔合、裂纹等焊接缺陷几乎不可避免,图4是某激光送粉式3D打印样件不同批次出现的缺陷情况,可以看出3D打印制件缺陷尺寸、数量,存在随机性和波动性。因此必须建立适于3D打印零件的无损检测方法和标准。一是研究采用什么方法、什么设备去有效识别不同类型缺陷;二是具体结构的无损检测工艺。由于3D打印件多为复杂结构,这给无损检测带来了很大难度,采用常规方法存在检测不准和无法检测的问题,因此需要研究新的检测方法和设备,例如在线检测;三是缺陷类型、尺寸、数量、分布的界定标准。目前缺少工程应用的统一的缺陷控制标准规范。

3.4 建立3D打印材料全面力学性能数据库

飞机和发动机一些重要结构承受疲劳载荷,在循环应力、腐蚀或高温环境下,要求有足够的疲劳寿命,确保飞行安全。因此,一种材料或结构是否能够安全可靠使用,需要通过一系列力学性能指标来评价。一般包括:室、高温拉伸性能、室温压缩性能、静力热稳定性能、DFR性能测试、冲击性能、断裂性能、室、高和低温疲劳性能、谱载疲劳性能、裂纹扩展速率及门槛值、谱载裂纹扩展性能、蠕变及持久性能、应力腐蚀开裂KISCC性能等,并且这种评价是多批次的。目前,金属材料3D打印,主要集中在常规力学性能、疲劳性能测试研究,积累的力学性能数据还很有限,所研究的材料牌号也较少,不能为飞机和发动机结构设计提供足够的力学性能数据。

力学性能表征与测试是建立在完善的粉末和打印工艺研究基础上的,也就是通过大量的基础研究,界定了粉末标准、工艺规范、化学成分、缺陷控制标准,在此基础上,表征和测试的对象是在一个标准流程和过程质量控制条件下获得的3D打印材料。在这样的前提条件下,获得的力学性能数据才有意义,才有可比性。

3.5研究3D打印材料失效行为及预测寿命

3D打印材料组织存在不均匀性、各向异性,与锻造相比内部缺陷形态不同,在快速凝固条件下相成分和相比例与传统的铸造、锻造工艺相比存在差异,非加工表面较粗糙,这些差异决定3D打印构件的失效模式和寿命不同于铸造、锻造制件。因此,针对3D打印材料需要深入研究:微观组织特征及演变规律、组织评价方法;在组织不均匀、各向异性条件下的断裂特征与断裂行为;存在气孔、夹杂、未熔合、微裂纹等不同缺陷条件下断裂特征与断裂行为和界定缺陷类型、尺寸、数量、分布;材料表面完整性影响及评价;材料的耐久性和损伤容限特性评估模型;谱载疲劳裂纹扩展行为及寿命预测;特定环境下的材料的损伤与失效;典型结构的破坏与寿命预测;服役条件下的跟踪评估和失效分析等。只有上述失效行为认识清楚了,在航空构件设计选择和3D打印技术应用方面才不至于盲目,才能提高可靠性。

4 结束语

3D打印是一种先进制造技术,它为材料和结构提供了一种新的制造方法,是传统制造技术体系的重要补充。尤其是短流程、适合复杂结构等特点,给材料和结构设计者提供了丰富的想象空间,使传统制造技术难于实现的结构变得易于实现。但是,任何一种技术都有局限性,3D打印也不例外,基于熔化金属实现的金属结构3D打印,目前它更适合塑性好的金属材料,3D打印难焊金属材料还有很多困难,还需要大量的研究和验证。

铸造、锻造、焊接等金属材料制造技术经过上百年的研究、应用和发展,积累了丰富的使用经验,形成了完善的标准体系。3D打印也一样需要一个漫长技术积累和验证过程,只有通过长期、大量的应用研究,发现和解决方法本身固有的问题,才能使3D打印技术的应用不断向广度和深度发展。

摘要：本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。

3D技术，全身都可“打印” 篇11

连续的科技报道称这项技术在建筑业、制造业和工程学领域已经有了很多成功的应用。随着越来越多的实验研究，现在该技术又被应用到医学领域。令人振奋的是，越来越多的医学难题似乎也可以随着这项技术的成熟迎刃而解。3D扫描技术与有机喷墨打印墨水和热塑性塑料相结合，已经能够“生物打印”出人体的某些器官，解决人类历史上很多横亘已久的生理烦恼。

眼睛

作为人类最爱护的部位之一，眼睛的疾患无疑给很多人带来了痛苦。英国公司Fripp表示，利用3D技术在1小时内打印150只假眼的梦想已经变成现实。这种大规模生产技术不仅加快了假眼的生产速度，而且大大降低了制作成本。打印的每只眼睛在色调上都有少许区别，这是为了产生更好的美学效果。这个项目主要是为发展中国家的患者提供他们支付得起的假眼。

面部假体

英国Fripp公司还与英国的设菲尔德大学合作生产面部假体，例如耳朵和鼻子。对患者进行3D面部扫描后，利用色素、淀粉和硅脂打印假体，复制出与患者原来的鼻子或耳朵非常匹配的面部结构。这个项目的真正好处是，当你开始佩戴面部假体时，你可以用仅为这项技术一小部分的钱再次订购。

美国康奈尔大学的一个科研组正在进行一个不同的项目：利用包含活细胞的油墨凝胶打印患者耳朵的3D模子。打印的产品会被注入牛软骨细胞和老鼠的胶原质，培育3个月后它们生长为成品。研究人员表示，人类有可能会在3年内开始移植这种假体。

塑料颅骨

除五官外，头部的骨骼病也得到了解决。荷兰乌德勒支大学医学中心的医生称，他们首次成功地量身3D打印出一个塑料颅骨，为一位患者进行了一次颅骨替代手术。因患有慢性骨骼疾病，这位患者的颅骨厚达5厘米，导致失明。更换颅骨的手术进行3个月后，这位患者不仅重见光明，也重新回到工作岗位。

骨骼

3D打印发展最成熟的一个领域，是生物打印人类骨骼植入物，现在称“置换骨骼”。2011年，美国华盛顿州立大学的研究人员宣布，他们已经打印出一个像骨骼的结构，它在分解以前，可以作为新骨骼细胞生长所需的支架。这个结构是用磷酸钙打印的，而且已经在动物身上成功进行了试验。

肢体

除了内部疾病，肢体残障也是一直以来困扰很多人生活的一个难题，幸而热塑性塑料是假手、胳膊，甚至是手指培育的领路者。理查德·范·阿斯是生产这些可支付得起的手和手指假体的其中一人，他的公司总部设在南非。该科研组通过将热塑性聚交酯打印与铝和不锈钢手指结合在一起，打造功能健全的机械手。公司正与美国企业家迈克·艾贝林联合进行一个项目，为在苏丹战争中因伤被截肢的人提供他们支付得起的手臂。这项合作被称为“丹尼尔项目”，是以14岁少年丹尼尔·奥马尔的名字命名的，因为一枚炸弹坠落在位于苏丹努巴山脉的他家附近，导致他失去两个手掌和部分手臂。

牙垫

美国《医药日报》也报道了3D打印在医学领域可以用于缓解睡眠呼吸暂停的好消息。根据美国睡眠呼吸暂停综合征协会的消息，估计有2200万美国人患有不同形式的睡眠呼吸暂停综合征，也就是在睡眠期间咽喉通道被阻塞。更坏的情况是立即无法呼吸，如果不及时治疗，这种状况会导致更严重的疾病，如心脏病、中风和糖尿病。现有的解决方案既昂贵也不舒服。澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究人员联合澳大利亚牙科公司采用3D扫描仪绘制病人的口腔地图，然后打印相应的牙垫。牙垫的材料是医用钛和医用塑料。这款牙垫可以把气流分向两个独立的通道。使用时从病人口中凸出的“鸭嘴型”钛槽可以确保气流顺畅地到达喉咙深处，避免舌头或口腔内部放松的肌肉阻塞气流。

自体输血机

血液的重要也被这项技术所重视。英国公司开发出革命性的自体输血机Hemosep。这款机器可以在进行心脏和严重创伤手术时收集流失的血液，通过使用机械搅拌器和化学海绵技术来集中血液。一旦血液准备就绪，患者通过静脉输液的方式回血。这不仅能为医疗机构节约大量的血液捐赠（通常都处于短缺状态），而且能够减少并发症的风险，如污染或免疫反应。对小孩来说更加安全，因为在外科手术中，小孩比大人面临更多手术风险。

皮肤

除对健康考虑外，人类对外表美观的追求也可以被更好的满足，比如皮肤烧伤或剐蹭带来的外形困扰。美国维克森林医学院的詹姆斯·尤正在研制一种能直接在烧伤患者的伤口上打印皮肤的打印机。“油墨”由酶和胶原质组成，它们与组织细胞和皮肤细胞分层打印出来，就会形成移植皮肤。该科研组打算研制一种便携式打印机，以便在偏远地区和战区，可以直接用来在患者的伤口上打印皮肤。

矫形器具

SolsSystems公司正在致力于研究溶胶，使用3D打印制作矫形鞋垫。该公司宣布这个项目已经注入640万美元的风险投资。脚科医生可以在他们的办公室注册使用此公司的产品。通过应用程序，他们可以扫描患者的脚，使用3D打印做一个脚模，然后用很少的成本定制一个脚垫。已经有50个医生参与了测试使用，这包括AliSadrieh博士发明的“灰姑娘”程序，一个女人的脚整容手术，使穿高跟鞋可以更舒适。

对3D打印技术的思考 篇12

全国首个“3D打印体验园”在浙江省科技馆诞生, 在这之前本人也没有太多关注过3D打印技术。“3D打印科普体验园”旨在为公众了解3D打印技术、普及3D打印知识提供帮助。3D打印其实已经不算一个新事物, 它的概念源于19世纪末的美国———甚至比互联网还早。3D打印早在20世纪80年代就开始发展, 到最近几年, 由于互联网的推动, 使得3D打印的“软件核心”———“数字模型”得以高速发展。再加上劳动生产力进步和技术的革新, 使得3D打印机的成本不断下降, 3D打印的“硬件基础”也业已成型, 3D打印也逐渐得到了广泛应用。但在实际运用过程中也遇到许多问题, 从桌面级打印到工业级打印, 从普通的3D打印到特殊产品的打印, 引发了社会对3D打印一些深层次问题的思考。

1 3D打印的现状和发展瓶颈

1.1 3D打印的现状。

说到打印机, 相信很多人想到的是打印照片、文档等等一些平面打印, 但您能想象, 有这样一种打印机, 不但可以打印手机、打印家具、打印房子, 甚至还能打印出来一个“你”吗, 这不是天方夜谭, 这是一种新型的技术-3D打印。

3D打印运用的是添加剂制作技能, 其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。比如:3D打印就像是糖画一样的生产工序, 把糖熬化成液体之后, 按照你想要的形状作画, 3D打印技术就是这样, 把塑料丝融化后一层层挤出发丝般的材料叠加起来最后成型。之所以称之为“打印机”是由于分层加工的过程与喷墨打印十分相似, 与传统打印机最大的差异在于它运用的“墨水”是实实在在的原材料。时下, 食品、玩具、服装、艺术品、交通工具、人造假体、房子都可以打印。据说国外打印出来的飞机已经在天上飞, 汽车在路上跑, 步枪还发射了多发子弹。哪一天, 我们的小朋友如果要想一件新玩具, 想换一只新杯子, 也许你就不用去商店购买, 而是可以利用家用3D打印机打出来就可以了。不过3D打印不像我们普通打印那么方便哦, 它主要分为三步:第一步, 创建你的想法。先用三维软件, 如Rhino3D、proe、3d Max、CAD、UG、Soliwork, , 把你的想法绘制成模型数据, 然后导出STL文件, 然后使用专业切片软件, 把数据模型转化成3D打印能读懂的G代码文件。第二步, 打印你的3D模型。将G文件导入到专用的打印机驱动软件, 然后给喷头加热, 开始打印。第三步, 去除支架材料。取出打印完成的模型, 去除支架材料多余部分, 然后再进行加工, 这样精美的模型就完成了。现在只是3D打印技术的产业化初级阶段, 未来3-5年将是3D打印技术最为关键的发展机遇期。国内3D行业统一了抱团发展的思想, 未来3年内有望达到百亿产值。而市场缺口打开后, 国内3D打印技术市场规模将保持至少一倍以上的增长速度, 有可能成为世界3D打印的中心。在不久的将来, 3D打印机将像电脑一样改变着大家的生活。

1.2 3D打印的瓶颈。

3D打印机的使用成本仍然很高, 打印程序也有点复杂。大多数桌面级3D打印机的售价在2万元人民币左右, 一些国内的仿制品价格可以低到6000元。但是据3D打印机代理商透露, 国产的3D打印机虽然价格低, 但质量很难保障。对于桌面级3D打印机来说, 由于仅能打印塑料产品, 因此使用范围非常有限, 而且对于家庭用户来说, 因为在打印一个物品之前, 人们必须会懂得3D建模, 然后将数据转换成3D打印机能够读取的格式, 最后再进行打印。

3D打印不是一项高深艰难的技术。它与普通打印的区别就在于打印材料。尽管以色列的Object是掌握最多打印材料的公司。它已经可以使用14种基本材料并在此基础上混搭出107种材料, 两种材料的混搭使用、上色也已经是现实。但是, 这些材料种类与人们生活的大千世界里的材料相比, 还相差甚远。不仅如此, 这些材料的价格便宜的几百元一公斤, 最贵的要四万元左右。一般企业和家庭难以承受。

1.3 3D打印从桌面级到工业级的转折。

3D打印技术的远大前景即将展开:跨越虚拟世界与实体世界的鸿沟;规模经济的铁律从此被打破;3D打印将把人工智能从计算机拓展到现实世界, 机器人将成为过去时……

“桌面级3D打印机”, 在美国售价通常在5000美元以下, 可以用来打印文化创意小产品, 缺点是精度不高。

但现在桌面级别的3D打印机已经逐渐接近饱和, 3D打印行业的未来在工业级市场。目前美国有上百家“桌面级3D打印机”企业, 未来均可能面临倒闭的危险。由于3D打印使用的塑料和金属材料都很昂贵, 产品精度也有限, 他并不看好文化创意产品服务这一商业模式。

在我国, 3D打印技术要得到社会和用户的认可, 就不能够光停留在工业级的高技术含量的领域。哪怕一个3D打印照相馆、一间提供定制服务的工作室, 也是对3D打印技术很好的推广。目前, 3D照像馆、3D体验园在我国多个城市已经形成, 让公众真正了解3D打印技术, 能为其今后大规模的应用提供基础。

2 3D打印引发社会问题的思考

2.1 3D打印快速发展过程中, 相对的法律、法规未能及时跟进。

包括知识产权、公共安全、经济犯罪等方面面临新的挑战。随着3D打印热潮的逐渐兴起, 我国的3D打印产业也开始逐步发展, 目前, 在相关有利的条件的影响下, 国内风投业开始介入3D打印产业。任何科学技术的发展都具有两面性, 3D打印技术也不例外, 除了它所具有的技术优势, 3D打印技术也带来了诸多的社会问题。

2.1.1 涉及知识产权问题。

3D打印是快速制造, 不需要模具, 直接样品原型制造和传统的大工厂制造模式相比, 从图纸到实物之间跨过了很多步骤, 任何形状复杂的东西, 都可以被分解为一系列二维制造的叠加, 3D打印技术有着其他打印技术不可比拟的优势, 3D打印技术是一门新兴的技术, 法律对其知识产权问题尚未作出明确界定, 但其涉及的知识产权问题将更为突出, 而且要比单纯的抄袭专利或版权严重得多。

2.1.2 危害社会安全问题。

从理论上来说3D打印无所不能, 在现实中, 已经有人用3D打印机打印出可以射出子弹的“AK47”突击步枪, 这项技术是由25岁的德州大学学生科迪·威尔森 (Cody Wilson) 所发明的, 他的团队设计了各种型号枪支的设计图, 并且能在网上直接下载, 这样一来就可以直接用3D打印机打印出枪支, 并且枪支装上子弹就能够使用, 在不久的将来, 人类可以实现一个在桌面上就可以打印的武器基地, 只要电脑和3D打印机的存在, 无论孩童还是成年人都可以随时制造武器, 枪支泛滥会使社会安全问题成为一个重大问题。

2.1.3 社会经济犯罪问题。

3D打印技术在理论上可以打印人类所需要的任何东西, 人类的想象力有多大, 3D打印的用途就有多广, 如果犯罪分子用3D打印景区门票, 电影票, 甚至人民币纸币, 那么对社会经济的发展会产生巨大影响, 经济犯罪将成为上升趋势, 容易被防造, 但没有相对的法律、法规对此行为作出裁定。

2.2 3D打印考验着人们的伦理道德。

试想3D打印技术的发展, 可以制造枪支、扰乱经济给社会造成极大的危害, 如果我们不能把3D打印技术用在推动人类社会向前发展上, 那后果不可想象。所以, 我们要正确认识和应用3D打印给社会可能带来的负面影响, 加强对科研人员的教育, 提高科研人员的社会责任。

2.3 3D打印还需要走产业化之路。

3D打印机缺乏标准, 同一个3D模型给不同的打印机打印, 所得到的结果是大不相同的。此外, 打印原材料也缺乏标准, 目前3D打印机厂商都想让消费者买自己提供的打印原料, 这样他们能获取稳定的收入。这样做虽然可以理解, 毕竟普通打印机也走这一模式, 但3D打印机生产商所用的原料一致性太差, 从形式到内容千差万别, 这让材料生产商很难进入, 研发成本和供货风险都很大, 难以形成产业链。表面上是3D打印机捆绑了3D打印材料, 事实上却是材料捆绑了打印机, 非常不利于降低成本和抵抗风险。

国内3D打印机和3D打印材料厂商要想在国际上得到一席之地, 就必须走产业化之路, 抱团竞争, 相互协作, 才能走向健康发展的轨道。

3 结束语

总之, 目前3D打印技术发展很快, 社会对3D打印技术的宣传也到处可见, 把3D打印技术看作是第三次工业革命的开端也不为过。但我们应该看到3D打印技术给社会带来正面效果的同时, 也不可忽视它的另一面。事实上, 任何一种技术本身并不关心由它制造出来的东西对人类社会是有益还是有害, 我们期盼3D打印技术能够得到正确应用。

摘要：3D打印 (3Dprinting) , 是一种以数字模型文件为基础, 运用可粘合材料, 通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术。最新一代的信息科学技术与各种新材料的结合是3D打印技术最突出的特点。3D打印从表面上来看是颠覆了产品的制造方式, 但从本质上看却是传统产业面对的挑战和机遇。把3D打印技术看作是第三次工业革命的开端应该还算适宜, 近年来3D打印在全球持续升温、热潮频袭。然而, 这一制造技术是否真如设想中那么美好?目前3D打印处在一个什么样的阶段?遇到什么样的发展瓶颈?如何看待3D打印发展过程中出现的一些社会化问题?值得研究和探讨。

关键词：3D打印,现状,瓶颈,思考

参考文献

[1]柯白玮.第三次产业革命[N].东方早报-上海经济评论, 2012-05-29:5.

[2] (美) 胡迪.利普森麦尔芭.库曼.3D打印从现象到现实[M].中信出版社, 2013年4月出版.

[3]佩蒂斯.爱上3D打印机 (MakerBot权威手册) [M].人民邮电出版社, 2013年8月出版.