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教學(xué)目的及要求：

通過教學(xué)使學(xué)生了解目前世界上3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，了解它的基本原理與構(gòu)造，打破思維定式，初步了解其神秘之處。。

教學(xué)內(nèi)容：

2013年7月，美國宇航局，把一臺(tái)3D打印機(jī)發(fā)送到國際太空站，宇航員可以采用該設(shè)備，直接制造或修復(fù)工具，這樣就沒必要將多余設(shè)備或工具發(fā)往太空站了。這是美國宇航局蘭利研究中心工作人員專門針對(duì)微重力環(huán)境而開發(fā)的電子束無模成型微重力零件增材制造工藝，地面專家可以先通過電腦繪制一個(gè)三維物體圖，三維圖被分成可由電子束追蹤的多個(gè)層，然后被發(fā)往空間站。同時(shí)，宇航員可以將鋁、鈦等金屬絲放到電子束中，用于構(gòu)建這些分層。電子束釋放的熱量（溫度可達(dá)3000度）會(huì)使金屬液化，然后改變需要的外形。這就大大降低了太空站日常維護(hù)特別是零部件運(yùn)輸?shù)某杀?，可以進(jìn)一步延長使用壽命。

近幾年“3D打印”成了超前科技的代言詞，火遍全球。其實(shí)3D打印并不能算是一項(xiàng)新技術(shù)，它早在20世紀(jì)80年代便已產(chǎn)生，只是因?yàn)槌杀揪薮螅谧罱鼛啄瓴胚M(jìn)軍藝術(shù)界和工業(yè)界，用以制造假肢、汽車零部件、家具和珠寶等。由于其迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，也許在未來的某一天，3D打印能夠像上帝那樣打印出人類。

英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；美國《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。僅僅幾十年后，這項(xiàng)技術(shù)就得到了長足的發(fā)展。但是有些人還是感覺3D打印離我們太遠(yuǎn)，不能惠及到我們的生活。那么筆者就為大家全方位、立體式地解讀一下，這項(xiàng)馬上可以觸手可及的技術(shù)。

對(duì)于關(guān)注打印領(lǐng)域的讀者來說，3D打印技術(shù)也許并不是什么陌生詞了。而普通大眾關(guān)注3D技術(shù)，還要追溯到前年年初上映的詹姆斯·卡梅隆的3D大片《阿凡達(dá)》。雖然電影《阿凡達(dá)》描繪的美麗景象沒有在觀眾記憶中停留多久，但3D影像技術(shù)帶給觀影者震撼的視覺沖擊，卻一直影響著隨后電影工業(yè)的發(fā)展，從《阿凡達(dá)》開始，幾乎所有的大制作高成本影片無不推出3D版，而前段時(shí)間上映的3D影片《超凡蜘蛛俠》更是叫好又叫座，這說明3D技術(shù)的電影制作已經(jīng)深入人心，并深受大眾喜愛。

得益于3D技術(shù)制作的電影受到好評(píng)，現(xiàn)如今3D技術(shù)的發(fā)展涉及到了各行各業(yè)。而在制造行業(yè)，“3D打印技術(shù)”的影響正在日益凸顯。

你可能覺得3D打印技術(shù)是邊緣技術(shù)，只有標(biāo)新立異的人或者是高端設(shè)計(jì)室才用，但其實(shí)在不經(jīng)意中，你早就接觸到了3D打印產(chǎn)品。比如在牙科診所，很多定制的口腔設(shè)備現(xiàn)在都在使用3D打印機(jī)?？谇环雷o(hù)器可調(diào)整牙齒的排列，牙科醫(yī)生掃描了牙齒的位置后就可以利用軟件制作一個(gè)塑料模型，帶上數(shù)月后就可以把牙齒調(diào)整到合適的位置。另外利用3D打印機(jī)可以很快的制作出牙齒的模型，牙醫(yī)可以現(xiàn)場(chǎng)磨制假牙給你換上。

一、3D打印的工作原理

說到它的原理，其實(shí)也并不不復(fù)雜，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)工作原理基本相同。傳統(tǒng)打印機(jī)是只要輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺(tái)噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副二維圖像。而3D打印機(jī)首先將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后打印機(jī)開始逐層分切，針對(duì)分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。

打印時(shí)，粉末耗材會(huì)一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進(jìn)行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，最后一層一層疊加起來，就像我們坐在海邊用沙子堆砌城堡一樣的程序，最終經(jīng)過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個(gè)完整的物品就會(huì)呈現(xiàn)在我們眼前了。3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。

堆疊薄層的形式有多種多樣。有些3D打印機(jī)使用“噴墨”的方式。例如，一家名為Objet的以色列3D打印機(jī)公司，使用打印機(jī)噴頭將一層極薄的液態(tài)塑料物質(zhì)噴涂在鑄模托盤上，此涂層然后被置于紫外線下進(jìn)行處理。

之后鑄模托盤下降極小的距離，以供下一層堆疊上來。另外一家總部位于美國明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一種叫做“熔積成型”的技術(shù)，整個(gè)流程是在噴頭內(nèi)熔化塑料，然后通過沉積塑料纖維的方式才形成薄層。

還有一些系統(tǒng)使用粉末微粒作為打印介質(zhì)。粉末微粒被噴撒在鑄模托盤上形成一層極薄的粉末層，然后由噴出的液態(tài)粘合劑進(jìn)行固化。

它也可以使用一種叫做“激光燒結(jié)”的技術(shù)熔鑄成指定形狀。這也正是德國EOS公司在其疊加工藝制造機(jī)上使用的技術(shù)。而瑞士的Arcam公司則是利用真空中的電子流熔化粉末微粒。以上提到的這些僅僅是許多成型方式中的一部分。

    當(dāng)遇到包含孔洞及懸臂這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，介質(zhì)中就需要加入凝膠劑或其他物質(zhì)以提供支撐或用來占據(jù)空間。這部分粉末不會(huì)被熔鑄，最后只需用水或氣流沖洗掉支撐物便可形成孔隙。

如今可用于打印的介質(zhì)種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質(zhì)。有些打印機(jī)還能結(jié)合不同介質(zhì)，令打印出來的物體一頭堅(jiān)硬而另一頭柔軟。