王瑋

3D打印模糊了數(shù)字世界和實(shí)體世界的界限，將實(shí)體轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，是一種實(shí)現(xiàn)“數(shù)字向?qū)嶓w”轉(zhuǎn)換的未來制造技術(shù)。近來隨著3D打印技術(shù)日臻成熟，其在人們心中已快成為無所不能的代名詞。小到工藝裝飾，大到工業(yè)零件，可以說人們能夠想到的東西3D打印都可以打出來。隨著3D打印技術(shù)不斷普及，目前已經(jīng)有多所不同國家與地區(qū)的大中院校，如英國、美國、日本、德國、新加坡、澳洲、香港、臺(tái)灣以及中國大陸的沿海地區(qū)，都在紛紛推進(jìn)3D產(chǎn)品進(jìn)入校園項(xiàng)目，設(shè)置建設(shè)專用的3D打印實(shí)驗(yàn)室，并開設(shè)相關(guān)課程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新教育，以培養(yǎng)下一代使用3D打印技術(shù)的能力，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造力和科學(xué)素養(yǎng)。3D打印技術(shù)應(yīng)用于教育科研，有助于為社會(huì)積累人才儲(chǔ)備，打造下一代的尖端科學(xué)家、設(shè)計(jì)師和工程師。這種新技術(shù)新材料尤其是對(duì)藝術(shù)設(shè)計(jì)、文化創(chuàng)意、影視動(dòng)漫等學(xué)科、行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和重大機(jī)遇。

1.與教學(xué)融合，提高教學(xué)質(zhì)量與科研水平

1.1 與工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)結(jié)合

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)中一個(gè)重要課程就是把設(shè)計(jì)的產(chǎn)品制作成模型。這在沒有引入3D打印技術(shù)之前，就是用手工制作，既費(fèi)時(shí)間又做得不精致，甚至很多設(shè)計(jì)是手工做不出來的。通過3D打印技術(shù)，就完全可以精確細(xì)致地打印出設(shè)計(jì)產(chǎn)品，有的可與實(shí)際產(chǎn)品達(dá)到一致。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，樣件設(shè)計(jì)的可視化非常重要，是設(shè)計(jì)溝通和設(shè)計(jì)改進(jìn)的基石。采用3D打印技術(shù)快速制作設(shè)計(jì)的實(shí)物手板模型，相比平面的2D模型或電腦中虛擬的3D模型，能夠體現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，更加直觀可靠。3D打印在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的應(yīng)用不言而喻。光固化(SLA)3D打印機(jī)打印出來的模型在某種程度上能夠完全替代傳統(tǒng)的模具，使得開模不僅快速，而且對(duì)模具加工產(chǎn)生了革命性的變革，使模具加工走向一體化，品質(zhì)也得到很大提升。SLA 3D打印技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

（1）打破模具為工業(yè)之母的桎梏。通過3D打印可以實(shí)現(xiàn)無?；圃欤绕湓谛庐a(chǎn)品研發(fā)、個(gè)性化定制、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)、復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品、無拼接一體化成型制造方面，3D打印已經(jīng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具制造的方式，深刻改變模具產(chǎn)業(yè)。

（2）直接3D打印出可以用于生產(chǎn)的模具或模具部件，比如注塑模具、拉伸模具、壓鑄模具等。還可以用于模具的修復(fù)。

（3）3D打印技術(shù)引入工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)，改變了這個(gè)專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)理念，與實(shí)際生產(chǎn)建立了無縫的對(duì)接，對(duì)這個(gè)專業(yè)的發(fā)展起到了非常大的助力作用。

1.2 與雕塑專業(yè)、動(dòng)漫專業(yè)、手工藝專業(yè)等結(jié)合

藝術(shù)創(chuàng)造是還原藝術(shù)構(gòu)想的能力，傳統(tǒng)工藝較難實(shí)現(xiàn)極致曲線面的藝術(shù)構(gòu)造，制作時(shí)間長且可修復(fù)性低。把3D打印技術(shù)引入這些專業(yè)，重新定義了藝術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，帶給了學(xué)生充足的想象空間和更大的創(chuàng)作自由，使其藝術(shù)創(chuàng)作變得更加新鮮有趣。同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行有效補(bǔ)充，使藝術(shù)品形式更加豐富，促進(jìn)一大批優(yōu)秀學(xué)生將一件件極具藝術(shù)美感的設(shè)計(jì)作品精確形象地展現(xiàn)于公眾的視線。

3D打印技術(shù)在與雕塑專業(yè)、動(dòng)漫專業(yè)、手工藝專業(yè)等結(jié)合中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）3D打印相比傳統(tǒng)加工方式，理論上可以制造任意結(jié)構(gòu)和形狀物體，讓設(shè)計(jì)師真正從制造技術(shù)的桎梏中解放出來，實(shí)現(xiàn)“所想即所得”理想。

（2）新形式的藝術(shù)品創(chuàng)作成為可能，擴(kuò)充了藝術(shù)品類型。

（3）可以幫助實(shí)現(xiàn)藝術(shù)品材質(zhì)的轉(zhuǎn)化，比如從木質(zhì)到陶瓷，從石雕到金屬鑄造等。基于實(shí)物的高保真度的三維數(shù)字模型，可以使仿形和改型設(shè)計(jì)更加方便快捷。

（4）提高了專業(yè)的創(chuàng)新型，促進(jìn)了藝術(shù)創(chuàng)作的發(fā)展，提高了學(xué)?？蒲械难邪l(fā)能力。

1.3 與建筑專業(yè)結(jié)合

傳統(tǒng)的建筑模型設(shè)計(jì)是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，再后來是用建模軟件繪制模型，但模型制作是手工制作，耗費(fèi)的時(shí)間較長。而利用3D光固化(SLA)打印機(jī)采用SLA激光光固化成型技術(shù)，可以很好地還原數(shù)字化CAD設(shè)計(jì)的真實(shí)細(xì)節(jié)，打印出細(xì)節(jié)精細(xì)、表面光潔的樹脂成型件，極大地縮短了模型制作周期，加快了教學(xué)進(jìn)度。

3D打印技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）輔助設(shè)計(jì)：3D打印技術(shù)可以迅速還原設(shè)計(jì)意圖，輔助完善初始設(shè)計(jì)的方案論證，同時(shí)也給設(shè)計(jì)師及建筑師提供了更廣闊的創(chuàng)作空間。

（2）快速設(shè)計(jì)模型：3D打印技術(shù)可以利用快速成型技術(shù)快速打印出建筑展示模型，將建筑和室內(nèi)設(shè)計(jì)師的方案展示出來。

（3）幫助老師提高教學(xué)水平和質(zhì)量，提高學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)作能力。

2.服務(wù)社會(huì)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)換能力

3D打印作為目前全球熱門的前沿技術(shù)，也是推動(dòng)臨床醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域向精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展的一個(gè)主要實(shí)踐手段。目前，在我國將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)既是一個(gè)新課題，也具有廣泛的深遠(yuǎn)意義。

2.1 3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨科手術(shù)

經(jīng)過術(shù)前建立3D打印實(shí)體模型,可于術(shù)前設(shè)計(jì)或優(yōu)化手術(shù)方案,從而降低手術(shù)難度,使手術(shù)過程順利,降低了醫(yī)源性并發(fā)癥發(fā)生率,縮短了手術(shù)時(shí)間,并提高了臨床的手術(shù)治療效果。

2017年11月，山東工藝美術(shù)學(xué)院3D打印中心配合山東省中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院的醫(yī)學(xué)專家們，成功地為一位22歲女性患者實(shí)施了“右腓骨近端骨巨細(xì)胞瘤”手術(shù)。

此次手術(shù)患者因病灶組織巨大，對(duì)腓骨近端及周圍組織侵占較重，依據(jù)外科分級(jí)定為骨巨細(xì)胞二級(jí)。為了更加直觀地了解病灶結(jié)構(gòu)，山東工藝美術(shù)學(xué)院3D打印中心應(yīng)院方要求，通過對(duì)病患CT超聲波等多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合采集，精確重建后的3D電子影像，利用光敏樹脂材料按照與病灶結(jié)構(gòu)1:1的比例打印3D模型。打印后的模型應(yīng)用于術(shù)前討論和治療方案研究的全過程，提供了傳統(tǒng)影像學(xué)檢查難以顯示的豐富信息，手術(shù)專家可以直觀感受病人病灶的具體位置和狀況，確保手術(shù)預(yù)判和實(shí)施更加準(zhǔn)確安全，患者術(shù)后恢復(fù)非常好。

在3D技術(shù)的支持下，病灶3D模型的打印為手術(shù)的成功提供了很大的幫助。因?yàn)閷?shí)施的是微創(chuàng)手術(shù)，有了病灶3D模型，可以清晰地、準(zhǔn)確地研究制定手術(shù)方案，從而增加手術(shù)的成功率，同時(shí)，也大大減少了病人的痛苦。因此，3D打印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)手術(shù)，特別是在骨科領(lǐng)域，是非常有幫助的。

2.2 3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔科

隨著社會(huì)生活水平的提升，口腔正畸的需求量正在快速增長，口腔齒科醫(yī)生們逐漸開始用現(xiàn)代化的科技設(shè)備進(jìn)行相關(guān)配件的加工制造。如當(dāng)前使用較多的CNC制造技術(shù)以及最近新興的3D打印技術(shù)已經(jīng)慢慢地取代了原有的石膏咬模然后澆鑄成型的原始方法。然而，相較3D打印技術(shù)，CNC成型方法在工藝路線及加工效率等方面具有較多的限制，而3D打印則是一種個(gè)性化生產(chǎn)。比如每個(gè)患者的牙間距離都是不同的，而3D打印技術(shù)能夠靈活地、自動(dòng)化地、標(biāo)準(zhǔn)化地滿足此需求，從而優(yōu)化生產(chǎn)效率、保證安全質(zhì)量及降低材料消耗的制造成本。因此，3D打印快速成型技術(shù)目前正脫穎而出，并迅速占領(lǐng)應(yīng)用行業(yè)市場(chǎng)較大的一部分份額。

2.3 3D打印技術(shù)應(yīng)用于殘疾人事業(yè)

在中國，每6分鐘就有1人喪生，每1分鐘就有1人因車致殘，每年有10萬個(gè)家庭在滾滾車輪的碾壓下支離破碎！中國每年車禍人數(shù)已經(jīng)連續(xù)十余年位居世界第一。到2014年底，中國民用汽車擁有量達(dá)1.46億輛，同比增長15.22%，近三年來我國民用汽車擁有量增速均在15%以上。汽車的普及，社會(huì)實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，然而它又引發(fā)了接連不斷的人為災(zāi)害，使人類蒙受了難以計(jì)數(shù)的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球交通事故每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)5180億美元。其中發(fā)展中國家占1000億美元，是它們每年獲得發(fā)展援助總額的一倍。如果繼續(xù)無動(dòng)于衷的話，在未來的20年內(nèi)，這個(gè)數(shù)字將增加60%。

到2006年4月1日，全國各類殘疾人的總數(shù)為8296萬人，占全國總?cè)丝诘谋壤秊?.34%。肢體殘疾2412萬人，占29.07%。隨著汽車的不斷普及，這一數(shù)字和比例還在不斷增長！全世界每年有150多萬人在交通事故中喪生，數(shù)百萬人受傷或致殘，其中有近50%的交通事故受害者為15-44歲的青壯年。這些肢體殘疾的年輕人是一個(gè)龐大的群體，他們迫切需要個(gè)性化定制式服務(wù)，3D打印技術(shù)將會(huì)給他們帶來福音！3D打印技術(shù)不僅能提供定制式服務(wù)，更能提供個(gè)性化服務(wù)，可以幫助那些肢體殘疾的年輕人，將殘缺變?yōu)椤皞€(gè)性的美”“獨(dú)有的美”，讓每個(gè)肢體殘疾的人重新找回自信。

3.新技術(shù)、新設(shè)備將帶來新產(chǎn)業(yè)

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)新設(shè)備新材料的了解掌握成了新課題。目前世界上最先進(jìn)的全彩色、多材料3D打印機(jī)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)不同材質(zhì)、不同硬度模型的制作，這將是藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)革命性的變革。這臺(tái)設(shè)備可以讓你的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)揮自由想象，進(jìn)行創(chuàng)造探索研究，可提供栩栩如生的色彩，中性色調(diào)、霓虹效果、陰影與增亮、紋理，以及超過36萬種顏色的漸變會(huì)通過設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)映射到真實(shí)模型。一次裝填六種材料，以應(yīng)對(duì)豐富的變化，無需更換存儲(chǔ)倉?？扇我饣旌蟿傂?、柔性、透明或不透明材料，并將混合的材料應(yīng)用到模型上。可以打印最小到 0.014 毫米的層厚度，相當(dāng)于皮膚細(xì)胞寬度的一半，更準(zhǔn)確表現(xiàn)模型的超微細(xì)節(jié)、光滑的表面和更快的打印速度，創(chuàng)造出真正令人驚嘆的作品。新技術(shù)新材料新功能，將顛覆你對(duì)3D打印的看法。