藏，对民族优秀文化的传承和发扬光大有着重要
的意义。
参考文献：
[1]邹文海，徐海松，王勇.基于彩扫描仪的图像光谱重构[J].光学学报，2007（5）
[2]李遂贤.多光谱彩成像若干问题研究[D].北京理工大学博士学位论文，2007
[3]王莹.多光谱图像彩再现关键技术研究[D].西安电子科技大学，2010 [4]李杰，王海文.基于多光谱和多基的彩图像复制[J].武汉大学研究生学报
（自然科学版），2006[5]王莹，视频抗干扰器
王忠民，王义峰，罗雪梅.面向彩再现的多光谱图像非线性降维方法[J].光学精密工程，2011（5）
[6]王莹，曾平，等.一种面向多光谱图像的打印分方法[J].光学学报，2009（8）
[7]孙林.多光谱图像获取技术研究[D].西安电子科技大学，2010
[8]张芬.基于多光谱的颜数据获取技术[D].武汉
大学本科学位论文，2011[9]刘振，程卫.仙娜大幅面相机及操作事项[R].武汉大学颜科学与技术实验室，2011
[10]程卫.基于多光谱的图像数据获取技术研究[D].武汉大学本科学位论文，2011
[11]姚海根.消费级平板扫描仪空间频率响应测量[j].中国印刷与包装研究，2010（3）
[12]杨卫平，等.多光谱成像技术在颜复制方面的应用及发展[J].云南民族大学学报（自然科学版），2009（3）
[13]Yonghui Zhao,etc.Improvement of Spectral Imaging by Pigment Mapping[C].13thColor Imaging Conference Final Program and Proceedings,2006
[14]何丽.新型多光谱相机数据处理和颜实现[D].北京理工大学，2006
[15]曲晨.印刷图像阶调复制[J].印刷技术，
2007（10）作者单位：武汉大学印刷与包装系１上海出版印刷高等专科学校２
关键词：多光谱成像技术数据采集
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
近年来，随着以美国、德国为首的发达国家
引领3D 打印热潮，
其他各国也逐步开始重视3D 打印技术的发展，全球范围内呈现“3D 打印热”。3D 打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在促使传统工业技术和传统生产工艺发生深刻变革。此外，3D 打印技术能与计算机建模技
术、
机电控制技术、材料科学技术、有机高分子化学、激光技术等科学技术结合，促进第三次工业革命，所以，被《经济学人》专题报告评为促进第三次工业革命的核心技术之一。目前，3D 打印技术在医学、航天科技、考古文物、制作业、建筑业 等行业得到广泛应用。本文在介绍3D 打印技术
概念、工作原理、打印材料和发展优势的基础上，综合分析了3D 打印技术的应用现状，并进一步
阐述了3D 技术发展的前景。
一、３Ｄ打印概述
１．３Ｄ打印概念
3D 打印技术是快速成型技术的一种。它是应用3D 打印机，以三维数字模型为基础，运用粉末状的金属、塑料、石膏、树脂、尼龙以及食品材料等可粘合材料，通过逐层打印以构造实物的一种技术。3D 打印不仅具有高精度，而且打印的最薄厚度能够达到0.025mm ，这一优点能保证即使
采用低档次的3D 打印机也可以打印出高质量的实物。
３Ｄ打印技术的
应用与发展前景
王聪聪詹仪
２．３Ｄ打印工作原理
通过3D打印技术获得一件实物需要经过如图1所示的4个阶段：即建立三维模型、分层切割、三维模型成型和加工处理。
（１）建立三维模型
建立三维模型的方法主要有两种：一是应用AutoCAD、3Dmax、Blender等三维建模软件直接建立三维数字化模型；二是应用Polhemus、3D Camega、Z Corp等3D扫描仪获取对象的三维数据，数据经处理，生成数字化三维模型。
（２）分层切割
3D打印机不能直接进行3D打印，在打印3D模型时，需要将三维数字模型分切为相应的二维图形信息，对二维图形信息进行打印。其中分割形成薄片的厚度由打印材料的属性和打印机的规格决定。
（３）三维模型成型
三维模型成型的方式有两种：一种是使用3D打印机将打印材料和特殊胶水按照不同的二维图形信息，层层打印并叠加形成三维物体；一种是使用高能激光，熔化合金等材料，层层熔结形成三维模型。
（４）加工处理
打印完成以后的模型表面会存在残留材料或出现毛刺、截面粗糙等问题，需要人工清理掉多余的材料粉末，并针对毛刺和粗糙的表面需要打磨处理；然后在3D实物上涂上增强硬度的胶水，以增加实物强度；最后进行上处理得到成品。
３．３Ｄ打印材料
3D打印材料是3D打印的物质基础，3D打印技术的发展取决于3D打印材料的发展。在2000年之前，3D打印使用的材料主要是塑料，当时虽然可以打印高分辨率的部件，但由于不坚固的构造，不能用于制作实物。现在，3D打印主要应用的材料有：粉末状、液体状、丝状的合成塑料、金属、陶瓷、橡胶、光敏树脂、石膏、面粉以及玻璃等。
常用到的塑料材料主要有ABS类材料、PC 类材料、尼龙材料，这些合成塑料具有高强度、耐冲击性、耐热性以及抗老化性等优点；常用到的金属材料有钛合金、钴铬合金、铝合金以及用于制作首饰的金、银等贵金属，在3D打印中金属材料粉末要求纯度高、球形度好、粒径分布窄；常用到的陶瓷材料具有高强度、高耐热性、高硬度、化学稳定性好、耐腐蚀性等优点，在航天航空、制造业等领域具有广泛应用，在3D打印中陶瓷材料粉末要求颗粒小并且形状接近球形；常用到的橡胶材料具有高弹性、抗撕裂度、拉伸强度等优势，主要用于制造汽车轮胎、坐垫以及医疗设施；常用到的光敏树脂具
有高强度、耐高温、防水等优势，对LED光源（385nm和405nm）、DLP投影灯，UV激光光源响应灵敏，主要应用于高精度光固化3D打印。石膏材料主要用于制作三维动画模型，而面粉食材主要用于制作披萨饼、汤团、馄饨、面包棒等美味可口的食品。
４．３Ｄ打印的优势
（１）无需虑及打印的复杂性
3D打印花费的精力，需要的技能，使用的材料和时间取决于3D打印物体尺寸的大小，与一个物体的形状复杂度无关。
（２）无需虑及品种的多样性
防尘接线盒
一般而言，制造工艺具有规模经济性，即生产的产品数量越多越便宜。对于3D打印而言，生产50个同一种产品和生产50个不同产品，成本是相同的，打破了传统制造业的规模经济性特性，所以3D打印具有品种多样性免费的特点。品种多样性免费并不意味着3D打印完全免费，而是说打印相同的产品和打印不同的产品的成本基本没有变化，可以实现品种多样化。
（３）无需组装
对于传统制造业而言，产品大部分的花销和劳动力主要投入到组装方面，而不是零部件本身。3D打印技术通过一次性打印产品的特性，降低了产品生产的复杂性，减少组装，降低生产生本，减少失误和公差。
（４）零限制
3D
打印对产品的形状和复杂度没有限制，图１３Ｄ打印工作原理示意图
这是传统制造业无法比拟的。如可以使用3D 打印机，打印可植入鼻子的钛金属假体，该假体形状极为复杂，应用传统制作手法无法生产出这样复杂的产品。所以3D 打印技术具有零限制。
（５）零技能制造
通过3D 打印机生产产品几乎不需要什么技术，一个普通人可以在不需要任何专业知识培训条件下，使用3D 打印机打印飞机零部件。对于从事制造专业的人也可以通过3D 打印技术增加制造方面的创新能力，生产出更多的高质量的产品。
（６）零尺寸限制
3D 打印的尺寸也发生了重大变革，不仅可以打印桌面打印机规格的物体，也可打印小如沙粒的微型规格的物体，同时也可以打印大型建筑物规格的物体。
（７）废料非常少
3D 打印的废料非常少，尤其是针对金属材料打印，废料极少。3D 打印无需对材料进行凿刻与浪费，只需要将材料堆积成产品，材料的用量等同于生产产品所需要的用量。
（８）无限的材料度
3D 打印可以把基本颜组合起来产生新的颜，也可以把基本材料组合打印产生新材料。
二、３Ｄ打印技术的主要应用
１．在医学领域的应用
在医学领域，3D 打印技术被用于制作人体器官的替换品。首先，3D 打印技术可以打印人体骨骼，这种骨骼在植入人体内之后可暂时起到支撑作用，并帮助正常骨骼细胞生长发育，修复之前骨骼细胞的损伤。在人体正常骨骼复原之后，这种材料可以在人体内自然溶解。2013年，世界上首位使用3D 打印制作人体下颚骨的骨头感染患者成功得到救治。目前，3D 打印技术已广泛应用于颅骨、
城市规划模型眼眶、颌骨、假牙、假耳廓以及人体骨盆等制作。其次，3D 打印技术还可以打印如图2所示人造血管，德国研究人员已经成功运用3D 打印技术研制出一种具有生物相容性人体血管。此外，3D 打印还可以使用带有活细胞胶质的材料打印如图3所示的膝盖里的软骨———半月板，经三个月的培养，可以成为与人体内软骨相同的
半月板。目前，美国科研人员正在开发应用3D 打
印人造皮肤以修复伤口。由此可见，3D 打印技术在医学领域具有广泛应用。
２．在航天科技领域的应用
在航天科技领域3D 打印技术被用于制作先进机器的零部件，改善传统工业的缺陷。2013年，美国研究人员在3D 打印技术的基础上，使用高功率激光束将细金属粉末熔化和融合为3D 火箭发动机喷射器，并成功完成测试。这一测试的成功为解决喷射器制作面临的工作量大、制造周期长、成本高的传统工业问题提供可能性。同年，中国也应用了短周期、低成本、数字化的激光3D 打印技术，实现如图4所示的飞机钛合金大型整体
图２人造血管
图３
半月板
图４
飞机钛合金大型整体关键构件
关键构件的打印，在国际上首次突破了飞机钛合金大型整体主承力结构件激光成型工艺、力学性能控制、工程化成套设备、技术标准。之后，制造出的30多种钛合金灯大型复杂关键金属零件已经广泛应用在大型运输机、舰载机、C919大型客机、歼击机等7型飞机中。由此可知，3D 打印技术在航天科技领域具有重要应用。
３．在考古文物领域的应用3D 打印技术在考古文物领域主要用于修复已经破损的古文物。在应用3D 打印技术进行文物修复时，需要使用3D 扫描仪扫描破损文物，完成数据采集，并处理数据，建立相应的模型之后进行打印。美国哈佛大学闪族博物馆的两位研究人员通过3D 打印修复了一个在3000年前被打碎的瓷器狮子（如图5所示）。杭州铭展科技有限公司采用3D 打印技术修复的天龙山石窟的石像（如图6所示）。古文物的修复展示了3D 打印技术在保存物质文化方面的作用。
柴油抗磨剂４．在食品行业的应用
3D 打印技术在食品行业主要用于打印食物。其打印出的食物不仅外观美观，并且美味可口，与手工制作的食物并无差别。Foodini3D 打印机曾打印出名为science-y pizza 的披萨饼，如图7所示。该披萨
饼的面团和酱料都是由3D 打印机制作的。如图8所示的意大利皮萨饼，不仅披萨饼是打印出来的，而且碟子和银器也是打印出来的。此外，用于打印食物的3D 打印机还通过互联网操作，人们可以自由选择或自制食谱，打印巧克力、汉堡、汤团、馄饨、面包棒等这些软质材质的食物。由此可见，3D 打印正在逐渐迈入厨房生活，将会改变人类与食物间的关系。
５．在制造业的应用
3D 打印技术在制造业主要用于控制大规模生产质量，降低传统制造业的制作成本，提高速度和精确度。从3D 打印技术造出世界首艘3D 打印皮划艇，并且成功下水开始（如图9所示），到世界上首辆3D 打印汽车Urbee 在加拿大亮相（如图10所示），3D 打印技术对传统制造业产生了一种颠覆性的变革。3D 打印技术通过软件将材料一层层堆积制作出产品，无需对材料切割、
图５瓷狮子修复
图６
天龙山石窟的破损石像和复原石像对比图
图７３Ｄ打印披萨饼
图８３Ｄ
打印碟子和银器
锻打、组装等工序，节约人力资源，提高了产品的生产效率。
近期，康奈尔大学创意机器人实验室Hod
Lipson 提出使用3D 打印技术打印机器人的零部件，比如电池、电线，甚至微处理器等，打印机不仅可以打印出形状随意的机器人，也可以一次性打印而成机器人所有的机械装置和内部部件，并在打印出来时就完全装配好，无需组装过程（如图11所示）。打印机还可以打印出如图12所示的仅3克重的轻便型的机器人，该机器人制动翅膀在空中自由飞行可以持续90秒，除了发动机和电池，其他部分都是打印出来的。
６．在日常生活中的应用
3D 打印技术在日常生活用品中主要用于制作个性饰品，如个性笔筒、手机外壳、戒指以及各种饰品都可以通过3D 打印技术打印出来。图13是3D 打印一次性打印的音乐扩音器，该扩音器外壳、电线、膜片、磁体都是打印的，它是一个集成的系统不是一个无源的部件，属于消费级别的
电子产品。在未来的几年，这种个性化的生活品可能更加流行。
７．在建筑行业中的应用
3D 打印技术在建筑领域主要用于打印建筑模型。这些模型的制作不仅精美、成本低、环保而且节省大量材料。不仅如此，3D 打印机还可以打印出1:1比例可供居住的房屋（如图14所示）。彩透水混凝土施工工艺
８．在时尚界中的应用
3D 打印技术在时尚界主要用于制作个性化
的衣服、鞋子等时尚品。目前，3D 打印技术主要是应用尼龙、蜡、ABS 、聚碳酸酯、金属和陶瓷等粉末材料，采用选择性激光烧结成型的技术制作衣服和鞋子，如美国Continuum Fashion 工作室打印的3D 时尚凉鞋（图15），首款3D 打印礼服（图
图９３Ｄ打印皮划艇
图１０３Ｄ
打印汽车
图１１３Ｄ打印的机器人图１２
轻便型机器人
图１３
音乐扩音器
图１４
３Ｄ
打印的可供居住的房屋
图１５
奖章制作时尚凉鞋
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议