淺談神秘的3D打印

常藝琛

摘?要：3D打印技術(shù)是一種利用特殊的復(fù)合材料，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的三維立體圖形最終打印出實(shí)物的新技術(shù)。作為新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，3D打印技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，對(duì)于推動(dòng)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：3D打印;高中階段;技術(shù)探索

3D打印技術(shù)誕生于19世紀(jì)中期，到目前為止已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展，在各種科研領(lǐng)域和實(shí)際生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在高中的信息技術(shù)課程上已經(jīng)初步涉及到了有關(guān)3D打印的課程，可以擴(kuò)展我們對(duì)于3D打印等高新技術(shù)的認(rèn)識(shí)，有些高中學(xué)校有自己的3D打印設(shè)備，可以實(shí)際觀察甚至動(dòng)手操作，但并不是每個(gè)人都有實(shí)際觀察的機(jī)會(huì)。本文結(jié)合高中學(xué)習(xí)的部分知識(shí)，對(duì)于3D打印技術(shù)進(jìn)行了探究，以下是主要內(nèi)容。[1]

一、3D打印技術(shù)的神秘感

（一）感官上的神秘感

從我們高中生的角度觀察，3D打印技術(shù)具有很強(qiáng)的神秘感，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的認(rèn)知中，打印技術(shù)都是二維的呈現(xiàn)在紙張上的一種操作技術(shù)，而所謂的3D打印，是通過(guò)軟件和技術(shù)的應(yīng)用，使得打印出來(lái)的內(nèi)容，呈現(xiàn)一種立體感和真實(shí)感，且仿真效果十分顯著，這種技術(shù)是通過(guò)什么方法，將二維的畫(huà)面和圖形以一種具備真實(shí)感和體驗(yàn)感的技術(shù)呈現(xiàn)出來(lái)的，這就是這種技術(shù)的神秘之處。

（二）技術(shù)層面的神秘感

所謂的技術(shù)層面上的神秘感，主要是指這種打印技術(shù)所應(yīng)用的原材料為基礎(chǔ)的粉末狀金屬材料和塑料粘合材料，材料應(yīng)用在取材上并不具備神秘感，而且，其應(yīng)用的基礎(chǔ)也是以計(jì)算機(jī)平臺(tái)為依托的，而如何通過(guò)對(duì)常見(jiàn)材料的應(yīng)用而達(dá)到一種立體實(shí)物感的打印效果，是這種技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中技術(shù)層面上的神秘感。[2]

二、3D打印技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用

在制造業(yè)上，3D打印可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能制造，沒(méi)有太多資源浪費(fèi)，且操作簡(jiǎn)便，對(duì)于操作技術(shù)沒(méi)有太高的要求，可以制造高精度的零件。在醫(yī)學(xué)上，可以通過(guò)生物仿生學(xué)技術(shù)仿造人體組織，也可用于生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。航空工業(yè)中的許多機(jī)械零部件也可以通過(guò)3D打印技術(shù)完成。

（一）制造業(yè)

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)具有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)制造業(yè)在進(jìn)行零件加工等作業(yè)時(shí)通常根據(jù)零件的尺寸選擇合適的原材料，再在原材料上除去不需要的部分，進(jìn)行拋光等方式進(jìn)行表面粗糙度處理，最終得到零件。傳統(tǒng)的制造工序是一個(gè)消減的過(guò)程，從原材料到成品會(huì)產(chǎn)生許多材料浪費(fèi)，邊角料很大一部分都直接廢棄了。而3D打印是個(gè)增加的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有材料浪費(fèi)。在進(jìn)行復(fù)雜零件加工時(shí)，傳統(tǒng)制造業(yè)就要求有豐富經(jīng)驗(yàn)和技巧高超的工人，但3D打印則沒(méi)有這一方面的限制，可以通過(guò)軟件設(shè)定完成高精度的加工。

（二）3D打印技術(shù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

一些高難度的器官治療手術(shù)，例如心臟支架手術(shù)，可以通過(guò)3D打印技術(shù)打印心臟支架。在高精度醫(yī)療器械需要進(jìn)一步發(fā)展的今天，3D打印技術(shù)可以利用其本身具有的高精度、高強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，完成精密醫(yī)療器械制造。對(duì)于四肢有殘疾的傷患人員，可以利用3D打印基礎(chǔ)打印人體骨骼，進(jìn)行肢體移植，這樣對(duì)于需要佩戴義肢的患者來(lái)說(shuō)也有一定的好處，主要是因?yàn)榱x肢與肢體的連接處的摩擦有時(shí)會(huì)對(duì)人體本身造成傷害。國(guó)外的研究人員甚至用3D打印技術(shù)進(jìn)行了胚胎干細(xì)胞打印，這就意味著3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)科研領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。

（三）航空工業(yè)

波音公司采用3D打印技術(shù)，已經(jīng)打印了將近300種不同的飛機(jī)零部件，可以說(shuō)明3D打印技術(shù)在精密部件加工方面的能力是得到驗(yàn)證的。利用3D打印進(jìn)行大型的航空部件例如機(jī)翼、機(jī)艙等的加工仍然在研究之中。

三、3D打印在課堂上的應(yīng)用

在物理、地理、數(shù)學(xué)等課堂上，三維立體圖形、地形、幾何圖形等對(duì)于空間想象力要求較高的教學(xué)，都可通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行模型快速打印，這種技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，豐富了課堂教學(xué)的模式，同時(shí)也因?yàn)槠渌邆涞纳衩馗姓{(diào)動(dòng)起了學(xué)生的好奇心和探索欲，這也是這種技術(shù)在課堂上進(jìn)行應(yīng)用的必要性和有效性的體現(xiàn)。

（一）物理課堂上的3D打印

在物理實(shí)驗(yàn)中，有的實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)過(guò)程也比較枯燥，在單擺實(shí)驗(yàn)中如果可以從利用3D打印技術(shù)打印實(shí)驗(yàn)用的小球開(kāi)始，那實(shí)驗(yàn)一開(kāi)始就會(huì)比較有趣，也有助于提高大家的學(xué)習(xí)熱情。因?yàn)閷?duì)于我們處于高中階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，接觸3D打印技術(shù)的機(jī)會(huì)并不多，有的同學(xué)可能在科技展覽館等場(chǎng)所看過(guò)，但實(shí)際接觸的話會(huì)更容易激發(fā)大家的好奇心和動(dòng)手能力。

（二）數(shù)學(xué)課與3D打印技術(shù)

在數(shù)學(xué)中的三維立體圖形切割求切割面積等立體幾何問(wèn)題，目前主要是利用作輔助線等方法來(lái)解決，有的題目可能需要多條輔助線，這對(duì)于空間想象能力較差的同學(xué)來(lái)說(shuō)有很大的難度。利用3D打印技術(shù)根據(jù)課本要求打印出同樣尺寸的集合圖形，在動(dòng)手的過(guò)程中可以對(duì)立體幾何同行的尺寸結(jié)構(gòu)和幾何特性有比較深的理解，也可以牢固掌握知識(shí)點(diǎn)。

（三）地理課與3D打印技術(shù)

地理課上我們需要學(xué)習(xí)全球的經(jīng)度緯度、地貌特點(diǎn)、氣候特點(diǎn)如疾風(fēng)洋流等，我們對(duì)于自己生活的地區(qū)所具有的特點(diǎn)可能比較容易理解和記憶，但是對(duì)于所處環(huán)境之外的地區(qū)理解起來(lái)就較難。利用3D打印技術(shù)根據(jù)丘陵、丘陵、盆地等地形特點(diǎn)打印出地形模型，可以幫助同學(xué)們比較直觀地掌握地理知識(shí)。

四、結(jié)語(yǔ)

在本文中，我們以3D打印技術(shù)為中心，研究了3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并且擴(kuò)展了這門(mén)技術(shù)對(duì)于高中幾門(mén)課程學(xué)習(xí)的幫助，本文的研究仍處于高中教材發(fā)散的初級(jí)內(nèi)容范圍內(nèi)，在今后的探索中，我們可以從更為專(zhuān)業(yè)的角度對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈金元，武小龍，張?zhí)祉?高中3D打印校本課程設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐[J].基礎(chǔ)教育參考，2017（7）：43-45..

[2]赫鵬，蔣一凡，金成浩，等.3D打印技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].課程教育研究，2016（32）.