3D打印在制造業(yè)中的應(yīng)用范圍

當(dāng)前由于3D打印教育與市場(chǎng)需求之間的剪刀差，看到即便在我國(guó)市場(chǎng)上流行的3D打印商業(yè)模式亦有很多停留在3D打印的邊緣。

不少看似3D打印相關(guān)的商業(yè)模式其實(shí)確偏離了主題，就拿3D打印煎餅來說，煎餅?zāi)懿荒苷碱I(lǐng)消費(fèi)者的胃，并不在于3D打印技術(shù)，而是在于煎餅是不是煎餅味道的。而一些基于3D打印技術(shù)的藝術(shù)品亦然，說到底3D打印技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師天才美感與設(shè)計(jì)的一種途徑，藝術(shù)本身有沒有人買單，并不取決于3D打印概念，而是與作品本身的藝術(shù)價(jià)值和服務(wù)的功能直接相關(guān)。

隨著3D打印教育的深入，相信將進(jìn)一步加深全社會(huì)對(duì)3D打印技術(shù)的深入與駕馭水平，也將誕生更多新的層次豐富有競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)模式。

3D打印經(jīng)歷了30多年的發(fā)展走過了市場(chǎng)導(dǎo)入期，進(jìn)入了快速發(fā)展期。美國(guó)國(guó)家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為在近幾年，人們將看到微型工廠，分布式制造成為制造業(yè)的常態(tài)。之前人類的資源被用來將許多商品從數(shù)百或者幾千上萬公里之外運(yùn)送到我們手中，這樣漫長(zhǎng)的碳排放軌跡，我們對(duì)地球的資源浪費(fèi)是不可持續(xù)的。環(huán)保，零庫(kù)存，創(chuàng)新是3D打印技術(shù)對(duì)人類社會(huì)貢獻(xiàn)的關(guān)鍵詞。與3D打印技術(shù)發(fā)展對(duì)應(yīng)的是，教育也被提上了重要的日程，開發(fā)3D打印教育成為能否將3D打印技術(shù)潛力運(yùn)用到極致的前提。

美國(guó)的America Makes將3D打印的知識(shí)普及戰(zhàn)略范圍定為全社會(huì)，包括從一年級(jí)到研究生教育，從企業(yè)普通員工到CEO，從家庭主婦到制造商。3D打印將在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，3D打印將變成強(qiáng)制性教育的一部分，學(xué)校不能錯(cuò)過它，否則，他們將無法正確地為社會(huì)準(zhǔn)備他們的學(xué)生。

然而如何發(fā)展3D打印教育？其中的邏輯是什么？特將國(guó)內(nèi)外3D打印行業(yè)的普遍需求總結(jié)如下，供行業(yè)參考。

商業(yè)培訓(xùn)

看到在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有針對(duì)3D打印教育的商業(yè)模式涌現(xiàn)，包括針對(duì)于少年及兒童3D打印教育的idreamer3D，基于社交網(wǎng)絡(luò)的3D打印在線互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)D國(guó)學(xué)堂，杭州銘展聯(lián)合浙江大學(xué)推出的Teach創(chuàng)新學(xué)園，以及曼恒針對(duì)高校開發(fā)的“3D互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)”等等。在國(guó)外，除了主流的3D打印企業(yè)包括歐特克的培訓(xùn)學(xué)院以及ignite在線教育平臺(tái)，MakerBot的教育類打包服務(wù)產(chǎn)品，以及專業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)UL的基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際的3D打印技術(shù)培訓(xùn)。這些商業(yè)化的培訓(xùn)以充滿活力的形式應(yīng)該受到政府的鼓勵(lì)，因?yàn)檎沁@些積極的商業(yè)模式成為學(xué)校教育的有力支撐和良性呼應(yīng)。

學(xué)校教育

3D打印涉及到科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)多領(lǐng)域的課程：

入門級(jí)教育與學(xué)歷教育的方向是不一樣的。入門級(jí)教育在于讓學(xué)生使用桌面級(jí)的3D打印技術(shù)，這時(shí)候并不涉及高深的CAD建模，激光學(xué)、材料學(xué)、仿真優(yōu)化等領(lǐng)域的知識(shí)。

認(rèn)為入門級(jí)別的基礎(chǔ)教育重點(diǎn)在于教育學(xué)生如何建模和設(shè)計(jì)，對(duì)于3D打印入門教育來說，重點(diǎn)并不是3D打印技術(shù)本身，3D打印技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)作能力和想象力的載體。3D打印可以打印出來的細(xì)胞或器官，或打印任何個(gè)性化的模型或設(shè)備。也可以通過3D打印的模型來對(duì)深?yuàn)W的化學(xué)，物理，生物和數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行形象的理解。還可以用來完成社會(huì)化的課業(yè)，包括用來幫助測(cè)試原型，展示工程解決方案。并且，還可以通過3D打印技術(shù)激發(fā)學(xué)生的美感和創(chuàng)作靈感，包括對(duì)不同的紋理、復(fù)雜的幾何形狀結(jié)構(gòu)的創(chuàng)作。

大學(xué)的學(xué)歷教育則偏重于如何使用與研發(fā)工業(yè)級(jí)的3D打印技術(shù)，如何在航空航天、汽車、生命科學(xué)等領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)的潛能開發(fā)出來，如何運(yùn)用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)3D打印的過程和結(jié)果的控制并達(dá)到想要的質(zhì)量水平，如何運(yùn)用3D打印過程中參數(shù)的變化這一系列的大數(shù)據(jù)來提升打印過程的流程化水平等等。

認(rèn)為學(xué)歷教育將不局限于如何操作和研發(fā)工業(yè)級(jí)的3D打印設(shè)備本身，而是成為關(guān)注整個(gè)3D打印生態(tài)圈的交叉學(xué)科。正如數(shù)學(xué)是各個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科一樣，從研發(fā)端到應(yīng)用端，各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科的交叉點(diǎn)都不斷地涌現(xiàn)出3D打印的身影。

材料：材料是3D領(lǐng)域永遠(yuǎn)的主話題，不管是塑料材料還是金屬以及復(fù)合材料，3D打印機(jī)有能力從打印藥片到打印食品實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。不僅可以將對(duì)象打印出來，而且可以將預(yù)期的功能也嵌入到作品中。材料本身，如金屬、玻璃、木材、陶瓷都有其獨(dú)特的屬性，而3D打印可以將這些屬性激發(fā)出來。我們將迎來“智能材料的革命”，而這智能的載體之一就是3D打印技術(shù)。

激光：3D打印技術(shù)中有很多技術(shù)都設(shè)計(jì)到激光的運(yùn)用，包括選擇性激光融化，選擇性激光燒結(jié)，近凈型激光焊接等技術(shù)，激光成為從粉末或絲材到產(chǎn)品的能量源。如何了解激光能量的特點(diǎn)，如何運(yùn)用激光的長(zhǎng)處，如何發(fā)揮激光與材料結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，成為掌握3D打印技術(shù)必須可少的學(xué)問。

仿真優(yōu)化：仿真可以幫助制造商實(shí)現(xiàn)他們對(duì)打印結(jié)果的控制，在像粉末床激光融化3D打印技術(shù)中，很多制造商不清楚如何考慮材料的特性，也難以把握這些材料的特征如何影響加工結(jié)果，而通過仿真則可以預(yù)測(cè)和模擬激光與材料相互作用的模型，從而避免了反復(fù)上機(jī)操作對(duì)設(shè)備和材料帶來的浪費(fèi)。

軟件：例如Delcam這樣的軟件，通過軟件編程控制機(jī)器人就實(shí)現(xiàn)金屬3D打印。而荷蘭的科學(xué)家宣稱將要在2017年3D打印的橋梁，其核心的挑戰(zhàn)也是來自軟件。機(jī)器人＋軟件成為獨(dú)立行走于3D打印技術(shù)領(lǐng)域的一種技術(shù)，軟件的作用得到日益的彰顯。

數(shù)學(xué)：在空客進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的仿生學(xué)艙體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用的是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)靈感來源于細(xì)胞結(jié)構(gòu)，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)并非通過人手工建模來完成建模，而是通過數(shù)學(xué)公式的算法來實(shí)現(xiàn)建模，再通過仿真優(yōu)化成最終的建模結(jié)果。數(shù)學(xué)在3D打印領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越重要，像哈佛大學(xué)實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)可控的4D打印，其核心的技術(shù)依然是數(shù)學(xué)算法：將自然界植物的花朵盛開和關(guān)閉過程通過數(shù)學(xué)將逆向變化路徑求解。

3D打印生態(tài)圈還延伸至云計(jì)算，大數(shù)據(jù)，鑄造學(xué)，力學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，而隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的法律法規(guī)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)等領(lǐng)域也將在3D打印生態(tài)圈及教育領(lǐng)域中占有一席之地。而圍繞著數(shù)據(jù)、產(chǎn)權(quán)以及打印流程這些主題也誕生出了相關(guān)的商業(yè)模式，像3D打印在線數(shù)據(jù)庫(kù)Senvol，3D打印在線數(shù)據(jù)流監(jiān)控托管平臺(tái)Authentise，商業(yè)級(jí)智能化3D打印服務(wù)平臺(tái)3discovered等等。
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