3D打印在制造业中的应用范围

当前由于3D打印教育与市场需求之间的剪刀差，看到即便在我国市场上流行的3D打印商业模式亦有很多停留在3D打印的边缘。

不少看似3D打印相关的商业模式其实确偏离了主题，就拿3D打印煎饼来说，煎饼能不能占领消费者的胃，并不在于3D打印技术，而是在于煎饼是不是煎饼味道的。而一些基于3D打印技术的艺术品亦然，说到底3D打印技术只是实现了设计师天才美感与设计的一种途径，艺术本身有没有人买单，并不取决于3D打印概念，而是与作品本身的艺术价值和服务的功能直接相关。

随着3D打印教育的深入，相信将进一步加深全社会对3D打印技术的深入与驾驭水平，也将诞生更多新的层次丰富有竞争力的商业模式。

3D打印经历了30多年的发展走过了市场导入期，进入了快速发展期。美国国家橡树岭实验室认为在近几年，人们将看到微型工厂，分布式制造成为制造业的常态。之前人类的资源被用来将许多商品从数百或者几千上万公里之外运送到我们手中，这样漫长的碳排放轨迹，我们对地球的资源浪费是不可持续的。环保，零库存，创新是3D打印技术对人类社会贡献的关键词。与3D打印技术发展对应的是，教育也被提上了重要的日程，开发3D打印教育成为能否将3D打印技术潜力运用到极致的前提。

美国的America Makes将3D打印的知识普及战略范围定为全社会，包括从一年级到研究生教育，从企业普通员工到CEO，从家庭主妇到制造商。3D打印将在制造业中的应用越来越广泛，3D打印将变成强制性教育的一部分，学校不能错过它，否则，他们将无法正确地为社会准备他们的学生。

然而如何发展3D打印教育？其中的逻辑是什么？特将国内外3D打印行业的普遍需求总结如下，供行业参考。

商业培训

看到在国内已经有针对3D打印教育的商业模式涌现，包括针对于少年及儿童3D打印教育的idreamer3D，基于社交网络的3D打印在线互动学习平台D国学堂，杭州铭展联合浙江大学推出的Teach创新学园，以及曼恒针对高校开发的“3D互动教学系统”等等。在国外，除了主流的3D打印企业包括欧特克的培训学院以及ignite在线教育平台，MakerBot的教育类打包服务产品，以及专业的培训机构UL的基础理论知识和实际的3D打印技术培训。这些商业化的培训以充满活力的形式应该受到政府的鼓励，因为正是这些积极的商业模式成为学校教育的有力支撑和良性呼应。

学校教育

3D打印涉及到科学、技术、工程和数学多领域的课程：

入门级教育与学历教育的方向是不一样的。入门级教育在于让学生使用桌面级的3D打印技术，这时候并不涉及高深的CAD建模，激光学、材料学、仿真优化等领域的知识。

认为入门级别的基础教育重点在于教育学生如何建模和设计，对于3D打印入门教育来说，重点并不是3D打印技术本身，3D打印技术成为实现学生创作能力和想象力的载体。3D打印可以打印出来的细胞或器官，或打印任何个性化的模型或设备。也可以通过3D打印的模型来对深奥的化学，物理，生物和数学知识进行形象的理解。还可以用来完成社会化的课业，包括用来帮助测试原型，展示工程解决方案。并且，还可以通过3D打印技术激发学生的美感和创作灵感，包括对不同的纹理、复杂的几何形状结构的创作。

大学的学历教育则偏重于如何使用与研发工业级的3D打印技术，如何在航空航天、汽车、生命科学等领域将3D打印技术的潜能开发出来，如何运用软件实现对3D打印的过程和结果的控制并达到想要的质量水平，如何运用3D打印过程中参数的变化这一系列的大数据来提升打印过程的流程化水平等等。

认为学历教育将不局限于如何操作和研发工业级的3D打印设备本身，而是成为关注整个3D打印生态圈的交叉学科。正如数学是各个领域的基础学科一样，从研发端到应用端，各个领域的学科的交叉点都不断地涌现出3D打印的身影。

材料：材料是3D领域永远的主话题，不管是塑料材料还是金属以及复合材料，3D打印机有能力从打印药片到打印食品实现个性化定制。不仅可以将对象打印出来，而且可以将预期的功能也嵌入到作品中。材料本身，如金属、玻璃、木材、陶瓷都有其独特的属性，而3D打印可以将这些属性激发出来。我们将迎来“智能材料的革命”，而这智能的载体之一就是3D打印技术。

激光：3D打印技术中有很多技术都设计到激光的运用，包括选择性激光融化，选择性激光烧结，近净型激光焊接等技术，激光成为从粉末或丝材到产品的能量源。如何了解激光能量的特点，如何运用激光的长处，如何发挥激光与材料结合的优势，成为掌握3D打印技术必须可少的学问。

仿真优化：仿真可以帮助制造商实现他们对打印结果的控制，在像粉末床激光融化3D打印技术中，很多制造商不清楚如何考虑材料的特性，也难以把握这些材料的特征如何影响加工结果，而通过仿真则可以预测和模拟激光与材料相互作用的模型，从而避免了反复上机操作对设备和材料带来的浪费。

软件：例如Delcam这样的软件，通过软件编程控制机器人就实现金属3D打印。而荷兰的科学家宣称将要在2017年3D打印的桥梁，其核心的挑战也是来自软件。机器人＋软件成为独立行走于3D打印技术领域的一种技术，软件的作用得到日益的彰显。

数学：在空客进行产业化生产的仿生学舱体结构件的设计中发挥作用的是创成式设计，结构灵感来源于细胞结构，创成式设计并非通过人手工建模来完成建模，而是通过数学公式的算法来实现建模，再通过仿真优化成最终的建模结果。数学在3D打印领域发挥的作用越来越重要，像哈佛大学实现的精准可控的4D打印，其核心的技术依然是数学算法：将自然界植物的花朵盛开和关闭过程通过数学将逆向变化路径求解。

3D打印生态圈还延伸至云计算，大数据，铸造学，力学等学科领域，而随着3D打印技术的发展，相关的法律法规，知识产权等领域也将在3D打印生态圈及教育领域中占有一席之地。而围绕着数据、产权以及打印流程这些主题也诞生出了相关的商业模式，像3D打印在线数据库Senvol，3D打印在线数据流监控托管平台Authentise，商业级智能化3D打印服务平台3discovered等等。
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