3d打印技术与运用篇1

关键词：3D打印；互联网交互平台；经济转型

中图分类号：TP391.41文献识别码：A文章编号：1001-828X（2017）013-0-02

一、引言

2015年5月8日，经总理签批，国务院提出了《中国制造2025》的文件，其属于中国版的“工业4.0”规划，这是中国制造强国建设三个十年的“三步走”战略的第一个十年的行动纲领，在此背景下，制造业格局面临重大调整，新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。

经济新常态是党中央对我国经济发展阶段的重大战略判断，对于工业企业而言，低成本比较优势发生了转化，高水平引进来、大规模走出去正在同步发生，新兴产业、服务业、小微企业作用更凸显，生产智能化、专业化、零污染将成为产业组织新特征。另一方面，我国的环境承载量已达到或已接近上限，推动形成绿色低碳循环发展是当前重要的发展课题，对于传统制造业而言，对传统工业企业的生产环节进行节能环保优化将是新常态之下的必行之路。

然而，当前我国制造业受到诸多限制因素影响，导致运行效率大大下降。传统制造业，尤其在东北老工业基地，大型制造商设计生产工业模具往往要浪费大量时间，铸造金属模具往往要经过几个月的时间，如有修改便要重新进行铸造，延误商机，效率低下。就汽车制造行业而言，如果推出一种新的车型就要进行零部件的设计、生产、实验、改进、批量生产等大量环节，其中模具零部件的设计、生产由于不是批量生产会耗费大量的人力、物力、财力，而且效率低下，耗费大量时间。

从20世纪末快速制造开始在制造业异军突起，在商品需求爆发的现在，技术革新已经成为必然的趋势。3D打印机作为一种新型的制造技术正掀起一股全球的制造旋风。3D技术的应用，缩短了模型的开发时间，节省了开发费用，促进了设计的发展。因此，能否将如今快速发展的3D打印技术应用于制造企业，成为提高企业效率，抢占商机的焦点。

当前，新一轮科技革命和产业变革正在与我国加快转变经济发展方式形成历史汇，新的国际分工格局正在重塑。特别是随着各种新技术的不断涌现，制造业内部也在发生深刻变革。

二、服务描述

3D打印互联网交互平台颠覆了传统的以B2C为主要方式的经营方法，而是作为中间平台对供给方和需求方信息进行双向整合，消除资源分配的不对称。

对于需求者群体，由于3D打印技术对于大部分人而言仍然是新型技术，市场还没有得到普及，部分生产工厂并没有意识到3D打印技术可以有效提高新产品生产与研发效率，原先大量消耗制造产品模具的时间得到节约，资金成本得到缩减。而部分生产厂商对3D打印技术有一定了解，想要将该技术运用于生产研发之中，但是他们购买高尖端设备需要大量的资金投入，不符合资金的合理运用，他们迫切的需要3D打印技术却缺少3D打印设备。而对于供给者群体，他们拥有3D打印设备，却由于不需要进行全天候的产品开发和研究而导致资源长时间处于闲置状态，无法得到合理配置，实现资源的效率性。

3D打印互联网交互平台可以使3D打印资源与各行各业需求者汇聚在此，双方可以通过这种平台进行积极密切的信息交互，各取所需，促进供求双方的交流与合作。在以往的销售网站上，供给方通常都通过文字和图片来介绍产品，不仅相当地枯燥乏味，容易引起买方的抵触心理，而且十分简略，不能直观完全地展现产品特性。而在3D打印互联网交互平台上，商家可以将自己的打印设备和打印过程拍成简短的视频到网站上，使得需求方可以清晰地了解每一款3D打印机的功能与特性，科学地选择符合自己需求的3D打印设备。

三、服沼攀

1.客户群体精确定位

3D打印互联网交互平台可将客户群体定位为3D打印需求企业、拥有3D打印技术类企业、3D打印爱好者。3D打印需求企业主要是一些传统机械制造类企业，他们对模具的精度要求比较高，由于传统生产效率较低，采用新型3D打印技术可以极大的提高生产效率，并且成本有优势。拥有3D打印技术类企业，由于设备不能完全利用，总会有闲置的设备从而造成资源的浪费，3D打印互联网交互平台为其提供一个平台，将闲置的3D打印机器充分利用起来。对于3D打印爱好者而言，3D打印互联网交互平台为其提供3D打印的各种最新信息以及相互交流共同的平台。

网络发展成熟后，个人群体成为新增的客户群体。随着3D打印技术和3D打印材料的发展与成熟，打印的产品将涉及各行各业，设计生活的各个方面，满足广大普通民众的DIY快速设计意愿，通过3D打印互联网交互平台，为其打造属于广大用户自身灵感的物件。小到一枚窗户上的螺丝钉，大到座椅凳子都可以通过网站进行打印服务，用户需求什么就可以快速打印最终形成生产零库存的局面。

2.全面整合供求双方信息

3D打印互联网交互平台会分别对供给方、需求方的信息进行汇总。对于供给方，即拥有3D打印技术的企业而言，平台会将其企业里的3D打印机型号、材料、规格以及打印涉及的行业规模等进行调研，并在网站上进行呈现。对于需求方，即拥有3D打印需求的企业而言，平台会对企业规模、企业的需求的模型类型等方面进行调研。全面整合供求双方的信息，从而匹配出最符合需求方的要求的3D打印企业，从而建立合作。

3.盈利模式多样化

现阶段，各大3D打印互联网交互平台的运营盈利模式大体上分为以下几种情况：

交易收益：3D打印互联网交互平台通多供求双方的交易取得一定的差价实现盈利。当3D打印需求企业将所需打印的模型参数信息发送至平台，其会根据所需材料、打印服务类型、模型大小等信息以及网站利润计算出所需打印价格，并对企业收取费用。平台根据模型参数在3D打印技术企业中筛选出一家最符合客户需求的企业，进行模具的生产，将生产好的模具经过需求企业收货并验证符合标准后，平台将货款打入3D打印技术企业，从而赚取中间费用。

广告收入：因为3D打印互联网交互平台通过一定的发展会有一定的固定浏览量，特别是有固定的3D打印爱好者，形成固定的客流量。通过商业广告及百度广告来赚取企业的利润。

商家在线调查收入：“平台集合了爱好3D打印的庞大用户群，而且随着网站的迅速发展，用户数量的迅速增多，社会公众对3D打印互联网交互平台的认可度也逐步增强。发展到个人群体阶段，与3D打印相关的各类企业为了解用户的消费特点和需求，须以适时寻找特定消费群展开调查的方式实现对市场的了解和把握。各大平台利用自身的用户群优势，为广大有调查需求的企业提供协助调查的业务。由于企业所选择的调查对象须为本网站注册用户，因而企业须向网站支付一定数额的费用。

四、服务特点

1.交流性

通过3D打印互联网交互平台，3D打印爱好者可以在平台上进行交流，游客也可以浏览简要的3D打印的相关信息，3D打印技术企业也可以在网站上一些关于本企业的3D打印信息供3D打印爱好者查看与交流，实现近距离交流，沟通便捷，信息畅达。

2.高效性

打破供需双方的信息交流屏障，实现有求必应，快速接单，快速制造，加快需求方的周转效率，比以往的模具生产效率大幅度提高，也加快了企业的新产品研发的推进速度，加速企业的生产转型。随着3D打印技术与3D材料的逐渐成熟，企业生产线最终将实现0库存的高效资源利用，节省了产品积压造成的浪费，实现资源高效利用。

3.广泛性

通过3D打印互联网交互平台，3D打印技术会得到更广泛的传播，网站也会积累并增加新的客户群体，更多的人接触到新兴的3D打印技术，让3D打印技术扩散的更加广泛，被更多人熟知、接受。

4.整合性

3D打印互联网交互平台会通过市场调研将分别对供给方、需求方的信息进行汇总。平台会将3D打印机型号、3D打印的材料、3D打印的格以及涉及3D打印的企业规模等进行调研，并在网站上进行呈现，全面整合供求双方的信息，从而匹配出最符合需求方的要求的3D打印企业，从而建立合作。

5.便捷性

根据用户需求，3D打印互联网交互平台将迅速匹配出最符合用户需求的企业进行打印，并根据用户填写地址运用物流流通到用户要求的地址，节省了3D打印需求企业寻找3D打印技术企业浪费的时间、精力以及无法确定的质量保证等中间环节成本的浪费，具有十分便捷的特点。

五、结语

经过以上分析，我认为可以将3D打印互联网交互平台定位为一个以3D打印为主体的综合定制、设计、展示网络平台，它以独特的模式给3D打印个体需求者全新个性的网络体验。从形式上看，它是“3D打印信息+交流平台+3D打印服务”的结合体。它区别于任何单纯的3D打印网站，也区别于任何单纯的3D信息类网站，但又具有打印服务和信息交流类网站的全部功能。倘若国家层面能够给予相关的政策支持，扩大3D打印行业的业务规模，相信3D打印互联网交互平台能够获得更完善的发展，并成为我国经济转型中的强心剂。

参考文献：

[1]李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013（4）：29-35.

[2]李小丽，马剑雄，李萍，陈琪，周伟民.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（1）：1-5.

[3]李忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.

[4]王文涛，刘燕华.3D打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响[J].科技管理研究，2014（06）：22-25+30.

3d打印技术与运用篇2

从2012年以来，关于“3D打印”的话题井喷式的出现在互联网和媒体上，很多人会误以为3D打印是横空出世的新技术，其实3D打印技术已经悄然发展了一个多世纪。

近20年的高速发展，是因为插上了互联网的翅膀，使得3D打印的“软件核心”――“数字模型”得以高速发展，再加上劳动生产力的进步和技术的革新，使得3D打印机的成本不断下降，3D打印的“硬件基础”也已成型。

“被打印出来”的新玩法

食品行业

很难想象，3D食物打印机将是完美的厨师。我们设想把食物的材料和配料预先放入容器内，再输入食谱，余下的烹制程序会由它去做，输出来的不是一张又一张的文件，而是真正可以吃下肚的食物。

3D食物打印机所使用的材料可以有很多种，有饮用水、植物油、蛋白质、碳水化合物、维生素剂和巧克力，这些材料经过混合之后加入到挤压设备中，混合好的食物通过喷嘴直接打印成任何形状。

2014年8月6日美国军方对外了一款食品3D打印机，这台打印机所打印出来的东西可以直接让士兵们吃掉，这用后勤3D打印机所使用的打印材料是营养含量极高的物质，能够为训练、战斗了一天的士兵提供充足的热量，恢复身体机能，补充维生素。

建筑行业

3D打印将彻底颠覆传统的建筑行业。2013年1月，荷兰建筑师JanjaapRuijssenaars与意大利发明家EnricoDini一同合作，他们计划打印出一些包含沙子和无机粘合剂的6×9（米）的建筑框架，然后用纤维强化混凝土进行填充。最终的成品建筑会采用单流设计，由上下两层构成。该工程预计在2014年年底完成。

美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克・霍什内维斯一直在研究一种新工艺――不到20小时的时间内建造一幢面积为2500平方英尺的建筑。该项目获得美国宇航局和美国军方的支持和资助。霍什内维斯相信他的项目可以帮助全世界大约10亿急需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为“轮廊工艺”，并且很希望在将来某天看到成为现实。

“轮廊工艺”的概念在设计上很简单，但是实施起来相当复杂。该工艺由一个巨型的三维挤出机械构成。它的操作很像我们见到的打印机操作原理，不过有一个明显不同的地方：它挤出的是混凝土。

医疗行业

在医疗界，3D打印技术也正显现出它的独特与便利。体外医疗器械包括医疗模型、医疗器械――如假肢、助听器、齿科手术模板等。根据美国组织AmputeeCoalition的统计，目前美国有约200万人使用3D打印假肢。

3D技术打印一颗牙只需10分钟搞定。相对于传统的种牙技术，患者需要往返医院多次的情况将会得到明显改善。不过最后装进患者嘴巴，至少需要3天。

对于助听器，3D打印把传统的9个工序缩短到了3个步骤，即扫描、制模和打印。扫描过程利用数字照相机创造了大约10万到15万个参照点，然后发送给技术人员或模型师，他们把模板和几何形状应用到耳朵印模上。在这个步骤中，技术人员会试验多种组合和几何模型，以便订做出适合特定客户群的助听器，外壳用树脂打印出来，再装配上必要的通气孔和电子器件。

另外，3D打印已经进入到人体活器官的“按需打印”领域。器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命，但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过，随着未来“生物打印机”的问世，这些问题将迎刃而解。

汽车行业

2014年9月15日，世界上第一辆3D打印汽车面世。这辆汽车只有40个零部件，建造它花费了44个小时，最低售价1.1万英镑（约合人民币11万元）。这辆由美国LocalMotors公司设计制造、名叫“Strati”的小巧两座家用汽车开启了汽车行业新篇章。

“Strati”轿车整个车身上靠3D打印出的部件总数为40个，相较传统汽车20000多个零件来说可谓十分简洁。充满曲线的车身由黑色塑料制造，再层层包裹碳纤维以增加强度，这一制造设计尚属首创。汽车由电池提供动力，最高时速约64公里/小时，车内电池可供行驶190～240公里。

尽管汽车的座椅、轮胎等可更换部件仍以传统方式制造，但用3D制造这些零件的计划已经提上日程。制造该轿车的车间里有一架超大的3D打印机，能打印长3米、宽1.5米、高1米的大型零件，而普通的3D打印机只能打印25立方厘米大小的东西。

推动创客化浪潮

互联网让有电脑的人都有机会成为企业家，如今，新科技催生了DIY（自助式）微制造运动，这样一来，任何人都可以同时成为投资者和制造商。

3D打印结合互联网，正在重塑传统的制造产业，这是新趋势，甚至是具有革命意义的趋势。下面让我们看看3D打印和互联网结合的几个新玩法：

线上设计与线下生产

3D打印所引发的创客运动是网民和现实世界交集的开始，基于那些在电脑屏幕上玩创意的网民，只需要在网上购买3D打印机，就可以很容易将他们的想法付诸现实。你不需要懂技术，因为机器会完成所有工作。事情变得越来越简单，只要按下按钮，结果就出来了。

传统制造中，越复杂的产品如果需要改动的地方越多，意味着越高的成本。但在数字化制造中，这一切都在改变。制作个性化的产品并不会花费更多额外的成本，因为只需要改动模型参数，最重要的是互联网让有电脑和3D打印机的人，都有机会成为创业家，任何人都可以同时成为投资者和制造商。也许只需点击鼠标，创意先在电脑里生成，然后上传至云端，并投入任何规模的生产，可以只生产一件，也可以生产一万件。随之而来的，必将是一波庞大的创业机会。

创业生产轻量化

在互联网时代的人们越来越容易获得各种生产资源，工厂和规模化生产可以转化为各种互联网服务。互联网创业的吸引力在于它的低门槛及长尾市场的广泛存在，各类细分业务总能找到自己生存的空间。而传统制造业限于场地及设备，过高的启动门槛将大部分人拒之门外。3D打印机则大幅降低了进入门槛，理论上使人人都具备开展制造业务的能力。

借助于网络平台，产品制造的成本问题解决了，于是小型工厂将会大量出现，甚至家庭也将成为一个制造车间。制造业的长尾市场被前所未有地开发与覆盖，每种个性化的需求都能找到制造者和消费者。围绕这些设备与工厂，又将诞生一系列的周边服务商业链条。

生产分包

互联网上存在很多小公司，它们比大公司更快速、更灵活，现在创客运动将把这种趋势延展到制造领域。创客运动不会马上摧毁旧有的制造业模式，而是创造出一种全新的制造模式，就像互联网至今仍没有摧毁所有传统媒体，而只是增加了一种媒介一样。

创客运动能开发出越来越多的长尾市场，而大公司的业务会发生转变，部分产品依旧面向大众，还有一部分产品属于小众。在大规模制造中，传统制造业依旧占据优势，但小批量、个性化的生产则不是它们熟悉和擅长的，如果它们想和新兴的小型公司在这个市场进行竞争，就需要吸取创客运动的经验，加快自己的创新速度，比如建立一个开源平台，让小公司进来参与项目的分包。

尽管仍有待完善，但3D打印技术势必成为引领未来制造业趋势的众多突破口之一。这些突破口将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，改由更加灵巧的电脑软件主宰。

2012年4月，《经济学人》杂志再登封面文章《第三次工业革命》，再次强调了3D打印技术的重要性。在此前后，《福布斯》、《纽约时报》、《连线》等诸多西方主流媒体都先后在头版刊文，集体看好3D打印。就连担任《连线》杂志主编11年的克里斯・安德森也选择辞职，投身到3D打印领域。

根据美国消费者电子协会的年度报告，2011年全球3D打印的市场规模为17亿美元，其中消费品和电子领域约占20.3%，机动车领域占19.5%，医疗和牙科领域占15.1%。随着汽车、航空航天、医疗保健等市场需求的持续增长，预计其市场规模到2017年可达50亿美元，虽然看起来仍然是很小的规模，但预示着未来有无限大的可能。

3D打印在实体制造中的优势显而易见，省去了冗长而昂贵的模具制造过程，且成本很低，并能够制造出传统方法无法企及的形状。但是3D打印由于技术与材料发展的限制，它目前的作用还主要集中于模型制作与修改，待模型确定后，依旧离不开量产的传统制造方法。

局限与未来

制造业的革新与升级是一项漫长且复杂的工程，如果认为单靠3D打印就能带来第三次工业革命，显然有些过于乐观了。但是3D打印一定是推动第三次工业革命发生与前进的技术之一。

工艺制造

除了市场的发育需要时间和外力的推动之外，现阶段3D打印技术本身也存在新的挑战。比如3D打印不适合直接制造高精度的东西。由于3D打印材质是一层一层堆积成形，无论如何，每一层都有它的厚度，这决定了它的精度难以企及传统的减材制造方法。若追求更高精度，则需不断降低每一层的厚度，这又意味着制造时间的大幅延长。同时由于难以克服的问题，它很难生产类似于轴承、滚珠类的产品。

用3D打印技术制造可直接装配的零件，只适用于难加工的贵重材料，或用传统方法制作浪费大、甚至根本制作不出来的精度要求的复杂形状，比如飞机或F1赛车上某些抗压强度大、质量轻的部件。

材料领域

3D打印还未形成广泛的工业应用，最主要原因是各类适用材料不能满足设计要求。

3D打印材料是用于逐层堆积制作零部件的基础原材料，也是此项应用的技术核心。由于3D打印技术采用在水平面内逐行成型、在三维结构内逐层堆积的技术原理，致使打印材料性能直接决定了成品的强度、刚度等力学性能，粗糙度等表面质量，以及防潮性、热稳定性、生物相容性等其他特殊性能，而材料性能又能进一步影响热处理、表面理化处理、精加工、抛光镀膜等后续工艺，直接影响生产成本和成型效率。

目前可应用于3D打印的材料种类较少，大量材料的应用潜能也未开发出来，但这恰恰意味着3D打印将迎来新一轮的技术创新和商业模式创新，众多巨头企业的进入，以及政府主导下的产业布局都预示着3D打印将迎来新的发展阶段。

幕后推手

3D打印真正的潜力还有赖企业界发掘――比如像空客公司这样的企业就会探索如何用3D打印技术制造飞机零部件。随着大企业对3D制造的兴趣日益浓厚，新的原材料会不断突破现有技术瓶颈以及原材料成本的随之下降，同时打印机技术本身也会不断迭代，而普通消费者能买到用更多种类材料打印的物品。就像今天我们还只能买到打印的iPhone手机壳，但是未来就会买到打印的手机了。

3d打印技术与运用篇3

关键词：3D打印技术；建筑工程；3D打印房屋

随着科技的发展和技术的进步，建筑施工技术发生了日新月异的变化，新技术推动了建筑的革新，热门的3D打印技术、纳米科技、生物科技、人工智能以及新能源产业这些新科技元素融入建筑中，对建筑行业产生了巨大的影响和变化，对于未来建筑而言，为人们遮风避雨的房屋只是最基本的功能，随着科技的不断进步，现代人对居住环境的所有要求，都将在未来建筑中得以实现。随着3D打印技术在建筑中的广泛应用，房屋的建造周期大大缩短，施工效率将极大的提高，有效节省房屋建造的人力、物力、财力等各项资源，建造出绿色环保、节约资源的新型建筑。

13D打印建筑的工作原理

所谓3D打印技术，是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它是将用内装有金属、陶瓷、塑料、砂等特殊“打印材料”组成的3D打印机，与电脑连接后，通过多层打印方式，把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印建筑是通过3D打印技术建造起来的建筑物。3D打印建筑的工作原理体现在，它是由一个巨型的三维挤出机械构成一个巨型3D打印机。在打印机的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋建造基础和墙壁，最终直接制造出建筑物的整体。

23D打印建筑的施工工艺

3D打印建筑的施工过程是打印机根据电脑设计图纸和方案，层层叠加“油墨”喷绘相关结构件，再将生成好的构件运送到施工的现场进行吊装、搭建。为了使打印的建筑更加的牢固，在墙与墙之间还可使用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，从而使得结构连成一体。

33D打印建筑的实例分析

3.1世界首座3D打印房

在荷兰的阿姆斯特丹建造了世界上第一座3D打印房屋。这座3D打印房屋称为运河屋，它的建造过程是这样的，该3D打印房屋是由荷兰DUS建筑师事务所设计，一共13个房间，采用了被称为KamerMaker大型3D打印机来建造，KamerMaker是荷兰语“房屋建造者”的意思。该3D打印机高6米，以一个船运集装箱为基础建造而成。2014年初开工，建成后将作为3D打印技术的研发中心来进行研究该项技术。

荷兰运河屋的建造过程是根据计算机绘制的设计图，使用不同的塑料和木质纤维来制造建筑外墙、天花板和房间的其它构件。然后将各部件在原地进行装配，像玩乐高玩具一样搭建成大楼。对于荷兰的运河屋，英国《每日邮报》给予了高度评价：这栋大楼是“一种展示和研究，是3D打印建筑的一个实例”，是科学、建筑和设计的一个融合。可见，3D打印技术在建筑中的应用给予了我们人类前所未有的想象。

3.2国内3D打印房实例

国内首座3D打印建筑，是于2014年的4月建成的，位于上海张江高新青浦园区，10幢3D打印建筑的建筑过程仅花费了24个小时。该打印建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，依据电脑设计的图纸和方案，经过一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成。在这些简易的房屋中安装上了窗帘、空调以及办公桌、文件柜等办公家具，工作人员就可以进行办公了。

在陕西西安3D打印房也已经落成，该建筑位于西安曲江遗址公园内。在施工现场，通过对独立的客厅、卧室、厨房、卫生间等建筑模块，进行逐个的拼接、组装、搭建。只需要花费三小时就建成了一座二层的精装别墅，业主只需摆上家具之后就能拎包入住。

43D打印建筑的技术亮点

3D打印建筑中所使用的油墨是一个技术亮点，它的亮点体现在实现了建筑垃圾的再生利用，油墨是由一种特殊的材料所制成，3D打印机所用的油墨是经过特殊玻璃纤维强化处理的材料。原料主要来自于建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿，以及水泥、钢筋和特殊的助剂所组成的材料。建筑垃圾通过处理、加工和分离形成油墨，最终成为3D打印机的原材料，有效进行了建筑垃圾的二次利用，节省了建筑原材料的费用。

以西安3D打印别墅为例，它的技术亮点体现在建造的效率高，两层精装别墅从生产到搭建只需要十几天的时间。每一个模块能够独立承重，能够抵抗9级地震。在建造的过程中，通过钢制笼式结构能够充分填充保温材料，能够达到很好的保温效果。

3D打印模块搭建的别墅，还可实现独家订制。在不远的未来，人们看中了哪栋建筑，或者喜欢哪套品牌家具，只要用照相机拍下来，或者是绘成图纸，将设计图纸输入电脑，很快就可不走样地打印出来，通过3D打印技术就能实现。

53D打印技术的应用范围

在3D打印房屋火热建造的同时，我们不禁会产生疑问，3D打印房屋是否坚固耐用以及安全性如何，通过研究和试验3D打印房的强度和使用年限，3D打印机使用了经过特殊强化处理的混凝土材料，从理论强度和使用年限上，都大大的超过了钢筋混凝土结构，也就是说它的强度是没有问题的。但在刚度和耐久性等综合性能上，还需要在长期使用的过程中加以验证。对于结构的稳定性上，3D打印可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，未来可应用于桥梁、简易工房、剧院、高层等建筑中。

3D打印建筑在未来将得到广泛的应用。对于3D打印技术的应用范围，它不仅局限于建筑行业，它还可以应用于我们的日常生活，例如家居用品、儿童玩具以及服装制造业，还可以用3D打印技术来建造建筑模型，人像模型、医疗器械模型等，3D打印技术应用于工业制造、生物科技、医疗、军事等领域也是起到了十分重要的作用。

6结束语

3D打印房的建筑价值可以通过这样一句话来进行总结，吃进去的是城市垃圾和沙漠，吐出来的是美丽的房子。3D打印建筑的建筑价值具体来讲，体现在绿色环保、节约资源、以及人文情怀，绿色环保表现在它的建造过程中降低了扬尘和污染，并且能够改善城市的空气质量；节约资源体现在建筑垃圾可以再生利用，同时建造的效率高，建筑成本能够节省50%以上，大大的提高了生产效率和节约资源；人文情怀体现在3D建筑具有超前的艺术性和概念性，实现了建筑的私人订制。

参考文献

[1]张云，苏义坤.3D打印建筑的发展与展望[J].山西建筑，2015（12）.

3d打印技术与运用篇4

在3D，已成为全民皆知的名词，或许是电影的带动，让大家对其趋之若鹜。不过早在1984年，由CharlesHull发明堪称是第一台实验机种的3D设备，透过镭射，层层投射出原料塑形。但制作相当耗时，随后FDM技术（FusedDepositionModelling）问世，比起前者只能运用液态原料，FDM可将半液态素材透过高温压制，塑造各种形体，而这类3D立体技术逐渐被运用在工业设计，诸如玻璃用品、灯光家居等各式生产，相关3D机种也越来越多样，且更为便利操作，像是RepRap机型，可用塑料大量形塑模型之外，同时可透过网络连结，更新设计程式，客制化商品。这对从事设计的工作者来说，犹如“神力”。

而在阐释3D打印（也称列印）的神奇之处前，我们先从最基础的制作原理说起――简单来说，3D就是把塑料或者是其他可以“粘合”的材料，利用逐层列印的方式，来打造立体物件。但前提必须是使用电脑构建3D模型，再透过3D列表机做出所想要的模型，如此一来，就颠覆了过往的生产流程，以最快速且便宜的方法制造产品原型。

如今，随着新创公司与学院的多年研发，尽管3D技术仍旧有许多困难需要解决，但3D打印已被视为将要掀起第三次工业革命的重要科技。由美国国家情报委员会提出的一份名为“2030全球趋势：不同的世界”报告书中，就提到2030年以前，3D打印可能取代特定的传统量产制作过程，例如铸造、造模、切削，特别是那些生产时程较短，专注于客制化产品的制造商。面对这样的科技发展趋势，迫使不少设计师加入讨论，开始思考如何与3D打印技术接轨。而世界众多设计博物馆，也就此展开了众多有关于3D打印的展览，本文选取了来自根特博物馆等众多展览中的部分，来探讨这种打开设计新世界的新方法。

数字制造替代传统陶艺

玩过陶轮的人都知道，在陶轮上做一个陶碗或是陶罐，理论上好像很简单，真正上手才知道需要非常精准的控制力，就算是最基本的圆柱体形态，不练个十天半个月根本没办法做好。在圆柱体的基础上，再要做出其他形态，也需要各种小心翼翼的尝试，对陶轮的旋转速度、陶土的湿润程度等都要时刻注意。手指的移动稍微偏一点，就可能前功尽弃要推倒重来。但这手和手指的移动，又恰恰是创意的直接来源，是形成最终形态的原因。那么这种精细的动作，让更有控制力的3D打印来做会怎样呢？

来自比利时安特卫普的设计工作室Unfold早在2002年就开始探索衍生式设计（generativedesign）等数字工具对设计带来的影响。2009年，他们推出了第一台可以3D打印陶土的打印机，从此开始了探索传统陶艺和数字制造技术交集的旅程。

对于Unfold的创始人ClaireWarnier和DriesVerbruggen来说，他们感兴趣的是设计师的角色在这个设计和生产都逐渐数字化的时代会如何变化（Whatistheroleofthedesignerandhowisitchanginginatimewhendesignandmanufacturingbecomeincreasinglymoredigitized？），以及新工具新技术对于设计生产销售等诸多环节的影响。

在他们看来，传统工业生产的封闭系统已经被3D打印等新型数字制造技术所打破，一种结合前工业革命时代的手工作坊和现代数字制造技术的新型民间生产模式正在生成。比如，有了3D打印机等数字制造技术，一个设计工作室可以完全在内部进行设计和生产，再加上网络直销等电子商务方式，一个小型工作室就可以形成以往只有大企业才有能力进行的竖向整合（verticalintegration）。

另外，将3D打印应用到传统陶艺的一个最直接的益处，就是形态上的自由度。传统陶艺由于工艺和材料的双重限制，在形态上虽然有很大的创造空间，但也有很多特定的限制。3D打印通过层层叠加的“增材制造”方法，突破了传统陶艺在形态上的很多限制。Unfold最初的3D打印陶土项目就探索了很多非传统的陶土器具与雕塑形态。

在进行了最初的实验后，Unfold并不满足，因为3D打印的过程似乎完全取代了“人手”在制造过程中的参与，而设计也是事先完成的，并不是人与材料进行互动而产生的结果。那么，有没有方法在利用3D打印的同时也保留“人手”的积极参与呢？于是Unfold创造了一个虚拟的陶轮，在一个转动的圆盘上，用户看到的不是真实的陶土，而是显示了一个圆柱体的屏幕。用户用手的动作来改变这个容器的形态，通过修改基本圆柱体的高矮和不同位置的胖瘦，形成独一无二的创造，最后再由3D打印机打印出来。

3D打印本身所要求的精准度、可重复性，也带来了必然的单一化，与手工制品的独特感疏离。因此Unfold探索了在3D打印过程中加入不确定因素（比如晃动，模拟人手的随机动作；又如在不规则的底座上打印，使得打印出来的泥土跟着底座形态而变形），并创造出了一些十分独特的具有“手工质感”的陶罐。

最后，Unfold还进行了一项另辟蹊径的将3D打印和传统工艺进一步结合的尝试。不过，这次这两种制造方法分别应用在两种不同的材料上。3D打印的是陶土，而传统工艺制造的是吹制玻璃，先将3D打印出来的陶土环风干，再在陶土环内部吹制玻璃，形成与陶土环紧密合成一体的容器。

Unfold的种种探索，不仅展示了诸如3D打印等的数字制造技术在传统陶瓷手工艺中的应用，更揭示了正在转变的“匠人“角色。新技术和新工具的产生，使得原本的设计、制造流程发生了改变，而匠人的角色定义也在逐渐变得模糊。设计师不仅仅是坐在电脑前面产生了关于最终产品的创意的人，制造、生产的流程以及人机的协同方式同样需要创新。数字制造技术的普及（如小型3D打印机）使得设计师进行设计迭代更加方便，可以不断通过原型来优化设计，而这个过程与匠人不断通过练习来达到技艺的纯熟是类似的。对于诸如陶瓷等的手工艺领域，设计师和匠人的角色常常无法区分，如今在新技术的影响下，设计师和匠人的角色将继续合二为一。

“非手工”的手工质感

另一位利用3D技术完成陶瓷工艺的OliviervanHerpt与Unfold不同，很早就意识到桌面大小的3D打印机的局限性。首先，对于体量比较大的陶碗陶罐，用桌面大小的3D打印机是无法打印的。其次，仅仅对现有桌面打印机进行改造来打印陶土，而不从根本上调整打印技术来适应陶土材料的特殊性，打印出来的陶器会因为陶土过于湿润而倒塌，而烧制以后也会有热抗性低等诸多问题，在实际使用的过程中并不能与传统工艺制造的陶瓷器具比较。因此，OliviervanHerpt花了两年时间潜心研究，得出了一套适合陶土的3D打印流程，并造了一台高约1.7米的delta样式（三角支撑）3D陶土打印机，可以打印高达80公分、宽达40公分的陶器。通过无数次对打印头和陶土材料属性的调整，他终于解决了陶土倒塌的问题，同时也大大提高了打印的精度。

OliviervanHerpt对3D打印技术对于生产流程的影响进行了深入反思：3D打印在一方面拓宽了设计的可能性，并提高了生产效率，但也在同时将机器推到了流程的中心，而人反而成了背景因素，与材料、流程脱离。不断提高打印的精度、速度和可重复性，对于制造生产是有益的，但也不免让制造出来的产品沾染了大众消费品的感觉，他用荷兰语中的“kil”来形容，意即冷淡的、生硬的、没有人情味的。因此Olivier也开始在3D打印的流程中引入随机性和人为错误，探索如何利用3D打印技术创造出类似手工的独特感。他说，“我喜欢在无序中创造有序，在有序中引入无序。我追求的是一种控制下的随机性。”

但OliviervanHerpt的探索并没有止步于对3D打印流程本身的干预。他将视角拉远，开始审视3D打印的本土环境因素。在高度控制的环境中，机器行为完全能够预期，这是工业生产的模式；如果我们能够使机器生产不排除环境干扰，反而将环境因素（如温度、湿度、噪音、地理位置等）融入生产过程中，又会对最终产物有什么样的影响呢？为此OliviervanHerpt设计了一套软硬件系统，3D打印机附加了感应器（sensor），测量环境中的温度、湿度、周围人群密度等参数，并将这些参数转化为3D打印产物的形状和表面质感。每次打印，由于环境因素的不同，打印产物也都不同，这正好像手工制造过程中，每件作品都是独一无二，反映了当时匠人和材料在特定环境下的对话。

OliviervanHerpt还从自然界中汲取灵感，通过观察石笋和钟乳石的形成，思考如何将这种看似无序的过程融入到相对可控的机器环境中。为此他造了一台类似3D打印机的机器，只不过打印头不是均匀地挤出材料，而是随机地融化石蜡，融化的石蜡滴到下方旋转的托物平台（buildplatform）上，形成形似钟乳石的构造。虽然这个实验没有直接应用陶土，但它与前例在3D打印过程中融入随机性的思想是一致的。

数字逻辑+物理逻辑=不可能转化为可能

另一位利用3D打印来探索陶瓷美学的是英国陶艺家JonathanKeep。作为一个有二十多年经验的陶艺家，JonathanKeep用传统工艺制造的陶艺作品非常丰富，他掌握的技法也十分广泛，而他作品中探索的问题，并不与科技直接相关，而是揭示自然界中的几何规律和样式，一种规律和无序之间的平衡状态。这从他用传统工艺制造的陶艺作品中可见一斑。

JonathanKeep对于数字技术应用的创新之处，在设计环节但不在生产环节。他利用衍生式设计（GenerativeDesign）软件，用程序算法来模拟自然界的规律，制定形态生成的规则，从而得到复杂的无法通过传统3D建模方法得到的形态。程序生成的形态以代码形式存在，而后被3D打印机接收，打印出来的陶器再经过传统的工艺上釉烧制，得到最终产品。

而在近期，JonathanKeep与瑞典艺术研究员CharlesStern开始了一个项目：利用3D列印技术，将陶瓷与玻璃结合吹制。单看成品大家可能觉得很简单，其实这两种传统工艺是很难结合的，因为在加热的状态下，粘土和玻璃具有不用的收缩和膨胀率。JonathanKeep与CharlesStern针对这个问题同许多专家展开调查，最终才确定了方案，利用3D列印技术列印陶瓷，然后与玻璃进行吹制。可以看出，3D打印机在这个工作流程中，不再是主角，反倒是作为一种制造成品的一个环节而存在。JonathanKeep从自然界中的冰川、漂流木、植被生长等等现象中汲取灵感，利用数字工具和软件算法模拟出抽象的自然，再用数字制造技术将这些虚拟形态生产成实体物体。这在本质是数字逻辑和物理逻辑相互转化的过程。

使用≠滥用

3d打印技术与运用篇5

本文采用文献研究的方法，针对3D打印在建筑行业的应用找出优点及不足，为3D技术在建筑行业的应用提供发展方向和理论参考。

一、3D打印技术在建筑业的应用

（一）3D打印技术概念

江洪（2013）认为3D打印技术是一种增加制造技术，采用分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术[2]。李小丽（2014）总结道，3D打印是包括CAD建模、测量、材料、数控等学科[3]。

（二）3D打印技术在建筑业应用优点

李福平（2013）认为3D打印建筑技术优势为速度快；不需要使用模板，可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点[4]。杨健江（2015）认为相较于传统建筑模式，3D打印不仅节约资源，利用废弃物进行制造[5]。丁烈云（2015）认为建筑3D打印数字建造技术满足日益增长的非线性、自由曲面等复杂建筑形式的设计建造要求，是全新的设计建造方法论的革新[6]。

本文将建筑3D打印技术的优点整理如下：

1.基于施工层面。根据图纸以及相关数据，就可制造出建筑墙体、楼板等，大大节约了建筑时间；从设计文件里获得各种指令并进行工作，要求操作业者掌握的操作技能水平要求很低，一方面大大降低了人力成本，另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低；避免了施工现场存在的安全隐患，保障作业人员的人身安全，减少事故和伤亡。

2.基于经济层面。所需要的材料多可以就地取材，极大节省建造的运输成本；零部件生产一体化成型，既缩短了制造时间，节约了人力成本，又减少了采购及运输成本；仅需更换设计文件和打印材料就可生产不同的零件。

3.基于材料层面。采用增材制造方法，材料利用率高；3D打印技术可打印出高成本曲线建筑；遵照计算机程序，比人工的更加准确，产品质量有保证；打印过程中依据精确的几何计算，采用坚固耐用的材料，质量有保证；墙体是空心的相比钢筋混凝土实心墙体，3D打印建筑的墙体要轻许多。

4.基于环保层面。原材料可以来源于建筑垃圾、工业垃圾，达到了节能环保、资源再生和改善环境的目标；采用干法施工可避免施工粉尘和噪声影响，生产制造过程中产生的废气、液等有害物质低，减少材料浪费和排污；打印过程几乎不产生噪声和大振动。

（三）目前建筑3D打印技术存在的问题

3D打印技术虽发展迅速，但仍存在弊端。

1.精度问题。3D打印技术由于工艺问题导致两层材料之间不能光滑过度，且只能形成样式简单且单一的条纹。影响建筑外立面的美观性。而在一定微观尺度下，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么这种具有一定厚度的条纹，就会造成精度上的偏差。

2.行业规范问题。3D打印建筑在行业内还没有任何相关的规范条例。使用年限和房屋产权等一系列问题都没有权威部门的认可。

3.材料性能问题。3D打印建筑多数为低矮建筑，相较于传统方式，在强度、刚度和加工性上均有不足。且其打印是水平逐层打印，缺少纵向钢筋。

4.设备问题。受限于工作原理，目前3D打印机打印速度较慢，且设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。

5.伦理安全性问题。伴随着3D打印技术的发展和进步，人体器官的3D打印技术面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险也收到相应的质疑。

二、结论与展望

本文通过对3D打印技术的相关知识及其在建筑业应用的优缺点、发展前景的梳理和归纳，得到如下结论：

首先，缺少关于适应多元材料的打印设备系统和工艺流程系统的研究，缺少交流和互相融合。