时间：2023-06-01 09:32:15
1.3D打印技术的经济优势
近十几年来，在计算机功能的迅速提高、电脑设计软件的不断出新，自主创新能力的显著提高和互联网的推动下，3D打印技术迅速发展，在其发展过程中，其经济优势充分显示出来，主要包括以下几个方面：
1.1有利于实现绿色经济目标在传统的生产方式下，人们先生产所需要的零件，然后用这些零件进行组装来生产物品，然而3D打印技术能够使生产的物品的各部分一体化成型，不需要组装，与传统的生产方式相比，节省了运输费用和劳动力资源，环境污染也随之减少，有利于实现绿色生产。除此之外，3D打印技术还降低了废弃物的排放，据统计，传统的加工制造业中，有百分之九十左右的金属原材料被丢弃在车间里，而3D打印机技术将金属制造业的浪费大大降低。随着3D打印机技术水平的提高“净成型”制造将成为未来更加环保的生产方式。
1.2在变换产品样式或者生产复杂产品时不增加生产成本在传统的制造方式下，如果生产的产品越复杂，就会需要更多的时间、人力、物力和财力，使制造的难度增加，导致生产成本越高。然而，在利用3D打印技术的方式下制造一个复杂精美的产品与制造一个简单的方块所消耗的时间、生产成本以及技能方面一样，只不过是需要设计不同的模型和新的材料罢了。
2.3D打印技术对经济发展的作用
2.13D打印技术有利于培育新的经济增长点近几年来，3D打印技术迅速发展，很多国家已经加入到3D打印技术的应用与研发中来，几乎遍及所有领域，已经成为模具、现代模型和零件制造的有效手段。尤其是在国防军工、生物制药、航空航天、建筑工程、家电、教学研究等领域得到了一定的应用，取得了良好的效果。因此，3D打印技术必将成为各个领域大批量生产的主要模式。3D打印技术与现代工业、现代农业和现代服务业紧密结合，必将衍生出新的商业经营模式或者创造出新的经济增长点。在3D打印技术发展过程中，必然会提供很多就业岗位，有利于扩大就业范围和创业范围，能够充分地利用和发挥人力资源，有效地解决就业难的问题，充分体现了科学发展观的基本要求。
2.23D打印技术有利于提供有效供给随着科学技术的进步，人们的收入水平的不断提高，对于生活上的物质需求也越来越高，导致企业所生产的产品出现严重过剩的问题，消费者也买不到自己想要的产品，产品市场出现了供求矛盾，这种供不应求造成了稀缺资源的浪费。3D打印技术的出现在一定程度上缓解了这种供求矛盾，因为它可以按照消费者的个性化需求进行设计和制造产品，有利于实现市场供求平衡的状态，可以有效地提供给消费者独特的商品，有利于实现稀缺资源的充分利用和优化配置。
2.33D打印技术有利于经济发展方式的转变3D打印技术在生产复杂产品时不增加生产成本，有利于实现产品市场的供求平衡，而且其具有一种独特的优势，有利于化解在传统生产制造过程中遇到的技术性难题。如技术研发成本的计算、复杂形状的设计以及排放垃圾的技术等问题。然而这些问题在3D打印技术下，可以依靠其高端的技术实现三大产业的现代化，优化现代服务业、现代农业、现代工业的产业结构，实现三大产业的均衡发展，促进经济发展由“减材”生产转向“增材”生产，有利于减少稀缺资源的浪费，减少排放垃圾，促进经济发展与资源、人口和环境之间的协调发展，促进经济又好又快的发展。
3结语
总而言之，3D打印技术有很多的发展优势，对经济的发展起重要作用，但是在其发展过程中也存在着一些问题，例如，3D打印机的价格比较高，对于普通的消费者来说还是很难接受的。即使在淘宝网上买到的会便宜，但大部分都是仿制品，运行速度比较慢，稳定性比较差，如果中途断电，整个模型将完全作废，而且售后服务也严重短缺。在其发展的初级阶段，出现问题是很正常的，随着科学技术的不断进步，这些问题也会逐渐得到解决，3D打印技术会更加成熟，它将会给人们的生活带来更多便利。
作者：张朝刚单位：江汉大学
【关键词】3D打印 知识产权 间接侵权
【中图分类号】D923.4 【文献标识码】A
知识产权与技术互动的特征与生俱来，每一次重要的技术进步无不对知识产权制度产生深刻影响，专利权更是如此。近年来，3D打印技术通过不断的进步与创新，打印成本逐步降低，越来越多的社会公众开始接触到这一新兴技术，随之而来的是人们对于3D打印技术是否侵犯相关知识产权的质疑。3D打印技术就像一柄“双刃剑”，在给人类社会带来发展机遇的同时，也挑战着现行法律制度，尤其是以专利法为代表的知识产权法律制度①。这一具有广阔发展空间的新兴技术，其中所蕴含的知识产权隐患不容小觑。也许在不久的将来，人们对于心仪的物品，只需要打开3D打印机，小到文具摆件，大到房屋机械，都可以信手拈来，但是这些被打印出的物品，如果涉及到他人的知识产权，那么知识产权人的利益如何维护？技术进步的脚步不可阻挡，知识产权保护问题我们也无法回避，保护3D打印知识产权的难度大大超过任何传统产业。
3D打印的技术背景
3D打印（three-dimensional printing）又称“添加制造”，是一种与传统的材料去除加工方法相反的，基于三维数据模型的，采用逐层制造方式将材料结合成任何三维实体的制造工艺。其工作原理主要是按照电脑辅助设计（CAD）技术制作出的被打印物体的三维数据模型（即CAD文档），采用3D打印机把制造材料（固体、粉末状等）从底部开始逐层堆积，直到三维实体最后构造完成②。3D打印技术最早出现在20世纪90年代中期，与普通打印机只能打印平面图形不同，3D打印机可以根据电脑设计模型直接打印实物，其工作原理并不复杂，传统的碳粉和纸张被金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”所取代，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终将计算机上的蓝图变成实物③。
3D打印技术自面世以来发展迅速，甚至被称为第三次工业革命的标志产品之一④，存在巨大的发展空间。当前，3D打印技术在军事、医学、航天等领域的应用较为广泛，随着打印成本逐渐降低，该技术在未来有可能进入普通家庭，成为影响人们生活的重要发明之一。作为一项具有广阔发展前景的前瞻性技术，3D打印背后隐藏的知识产权隐患不得不引起人们的重视，尤其是在专利领域面临的风险更为突出。在现行法律框架内，我们需要针对3D打印行为发生的不同阶段予以综合认定，以破解3D打印技术所面临的知识产权困境，构建良性发展新平衡。
法理思辨：困扰3D打印良性发展的侵权风险解析
现今，3D打印技术蓬勃发展，日趋成熟，但同样存在着一些制约其前进的因素，例如，打印成本较高、耗材紧缺、打印质量尚无法与现实制造品媲美等。此外，其中存在的知识产权隐患也是不容忽视的因素之一，如果打印出来的产品与他人享有专利权的产品相同，就可能涉嫌侵犯他人专利权。对于3D打印行为在专利法上的状态以及困扰其良性发展的专利侵权问题，理论界观点不一，笔者试从以下几个方面进行解析：
“为生产经营目的”是否是专利侵权行为判定的必要要件？由于3D打印行为的主要实施对象为一般消费者，且实施目的多为个人兴趣爱好或者满足个体需求，因此根据传统知识产权理论，往往将其作为侵权行为的例外，不予认定。在我国，这一例外体现在《专利法》第十一条和第六十九条。第十一条是对专利侵权要件的规定，“为生产经营目的”实施他人专利技术属于侵犯专利权的行为；第六十九条是对专利权限制制度的规定，以教学或科研为目的的“非商业性”使用专利技术被视为不侵犯专利权的行为。根据上述条款，绝大多数3D打印行为并不构成专利侵权。当前，这一做法在国际上较为普遍，《欧共体专利共约》以及作为大陆法系典型代表的德国和法国，都将非经营性使用作为专利侵权的例外。但是，作为一项前瞻性技术，随着3D打印质量的提高以及打印成本的降低，未来发展前景不可估量，一旦3D打印技术“飞入寻常百姓家”，势必会挤压专利产品的市场，进而威胁到专利权人的利益，因此一些国家开始拓宽专利侵权主体和侵权行为体系的范畴，采取更为严格的专利侵权判定标准。美国于2011年修订《美国发明法案》（America Invents Act），其第二百七十一条（a）款规定，“任何人未经许可在美国境内制造、使用、许诺销售或销售取得专利权的发明的，即为侵害专利权。”⑤根据该条款，3D打印行为完全被纳入专利侵权体系，属于侵权行为。上述修订延续了美国在知识产权保护上一贯采取的严格做法，当然其良好的知识产权保护环境为上述条款的实施提供了可操作性前提。另外，世界贸易组织在《与贸易有关的知识产权协议》（TRIPS）中，也并未要求成员国将“生产经营目的”作为判定专利侵权的法定要件。目前，3D打印技术在国际上仍属起步阶段，大多数国家对于非商业性3D打印采取宽容态度，但是一旦其技术成熟，美国的做法也许会成为国际专利侵权判定新标准，同时代表着国际知识产权司法保护的发展趋势，这一点需要引起3D打印行业的重视，未雨绸缪，完善行业发展规则，寻求可持续发展路径。
3D打印行为所需的三维数据模型是否可以纳入现行法律体系？我们首先需要对特定产品三维数据模型的性质进行探讨。三维数据模型，即特定产品的CAD文档，是进行3D打印行为所依据的电脑文件，否则无法进行打印。所谓CAD文档，是auto cad软件存储的文件格式，主要用于各类工程图纸、机械图纸的设计开发。3D打印所必需的特定产品三维数据模型，实质上是利用auto cad软件所制作的三维产品设计图。根据我国《著作权法实施条例》的相关规定，图形作品是指为施工、生产绘制的工程设计图、产品设计图，以及反映地理现象、说明事物原理或者结构的地图、示意图等作品，因此上述特定产品三维数据模型应当属于受我国著作权法保护的图形作品。
明确上述问题之后，下一步需要探讨三维数据模型的著作权人是谁。专利权人是特定专利产品或方法的权利人，其权利只针对某一特定产品或方法，并不延及至该产品的设计图。根据现有产品制作三维数据模型，不仅需要设计者掌握产品自身建构的机械原理，还要求具有高超的软件操作能力和绘图技巧，这一过程需要付出大量的智力劳动，因此制作者应当享有该图形作品的著作权（使用3D扫描软件获取三维数据模型的除外），专利权人并未参与这一创作，因此只能就专利产品的制造、使用、销售等行为主张权利，不应享有该三维数据造型的著作权。但是，由于制作者是在他人专利产品基础上，通过测量、分析、绘制等手段形成该特定产品三维数据模型，基于尊重他人合法在先权利的原则，制作者在此过程中应当取得专利权人的授权。
构建待打印产品的三维数据模型是否构成专利侵权行为？根据我国现行专利法已经确立的侵权判定规则，专利权人可以就专利产品的制造、销售、许诺销售、使用以及进口行为主张权利，由于上述行为只是针对专利产品本身，因此被称为专利直接侵权体系。显然，仅是构建待打印产品的三维数据模型，并未针对具体产品进行打印，这一阶段并非纳入专利直接侵权体系之内。虽然在现行专利法框架内，构建待打印产品的三维数据模型并不构成专利侵权行为，但是这一行为却为他人实施侵权行为提供了便利条件，导致后续侵权行为的发生。因此，根据专利法理论，笔者认为，对于这一阶段，可以将其纳入间接侵权行为体系，追究侵权人的法律责任。目前，美国、德国、英国、日本、韩国等国均建立了专利间接侵权制度⑥，这一制度将对专利权人的保护从直接侵权行为延伸到间接侵权行为，可以有效遏制侵权行为的实际发生。虽然我国现行专利法尚未建立间接侵权体系，但是引入间接侵权体系已经成为当今知识产权制度的发展趋势，最新修订的商标法已经率先做出突破（2014年《商标法》将间接侵权行为纳入商标侵权体系）。因此，我们可以顺应这一趋势，将制作3D打印三维数据模型的行为视为帮助他人实施专利侵权行为，应承担间接侵权责任。
传播3D打印三维数据模型的互联网站是否需要承担法律责任？既然特定产品的三维数据造型属于著作权法保护的作品，自然适用著作权法的相关规则。根据我国《著作权法》的相关规定，著作权人对自己创作的作品享有网络传播权，未经许可将他人制作的特定产品三维数据造型上传至互联网，应当为法律所禁止。一旦三维数据造型的作品属性得到肯定，确认网站传播3D打印三维数据模型行为的性质自然迎刃而解，著作权法中的“避风港原则”完全可以适用于相关网站。正如学者所言，“3D打印专利侵权判定适用避风港规则与网络环境下著作权保护适用避风港规则在适用目的、适用模式和法律依据方面具有一致性”⑦。根据该原则，享有特定产品三维数据模型的著作权人，如果认为提供信息存储空间或者提供搜索、链接服务的网络服务提供者其服务所涉及的相关作品涉嫌侵犯自己著作权的，可以向该网络服务提供者提交书面说明，要求网络服务提供者删除该内容或者断开与该内容的链接。网络服务提供者受到权利人提交的书面说明之后，应当立即删除该内容或者断开与该内容的链接，并通知相关提供该内容的服务对象。
根据三维数据模型进行3D打印是否构成专利侵权行为？从3D打印本身而言，如果其打印的产品是他人已经申请专利的产品，则该打印行为已经构成专利法意义上的“未经许可，制造专利产品”的行为，属于侵权行为，专利权人的垄断性实施权必然会受到影响。虽然名义上是打印，但是3D打印在技术上可以实现与真实产品无差别的外观和功能，因此其实质属于专利法意义上的制造行为，理应受到专利权人的限制，这在专利理论上并不存在障碍。当然，为了防止专利制度成为社会公众获取、利用先进技术的阻碍，若3D打印者出于非商业性目的从事打印行为，并不构成专利侵权。
路径选择：破解困境，构建良性发展新平衡
虽然3D打印行为确实存在侵权风险，但并不是落入专利权人专有权范围内的行为一律都会被认定为侵权行为，承担法律责任。从技术进步的角度考虑，如果3D打印之前都要事先取得专利权人的授权，不仅事实上不具有可操作性，也会因此而制约3D打印技术的良性发展，过高的限制无疑会使这一颇具前瞻性的新兴技术遭遇发展瓶颈，但是放任侵权行为发生，也不可行。技术进步的步伐不可阻挡，如何破解3D打印时代知识产权困境，构建良性发展新平衡，是我们亟待解决的关键问题。
立法建议：完善专利侵权行为体系，建立间接侵权制度。3D打印技术之所以会对既有法律体系提出挑战，是因为“终端制造技术”和“信息处理技术”在3D打印的催化下完成了从“虚拟”到“实物”的转化⑧，在此背景下，传统侵权责任分配机制应当予以重新划分。如前所述，单纯创建3D打印所需的三维数据模型，并不为专利权人所控制，但是其却是后续侵权行为发生的前提条件。另外，根据我国相关立法及司法解释，专利侵权判定应当遵循“完全覆盖原则”，即被控侵权对象应当覆盖专利技术的全部权利要求，只涉及部分权利要求不以侵权行为论处。如果依据3D打印技术生产专利产品的部分零件，在“完全覆盖原则”要求下，其并不构成专利侵权行为，但是其仍然会对专利权人的利益产生影响，尤其是一些组装较为便利的专利产品。因此，不论是创建3D打印所需的三维数据模型，还是利用3D打印技术生产部分专利产品，现行专利直接侵权体系都无法将上述行为纳入其中，建立间接侵权制度就显得尤为重要。在具体制度设计中，可以参照我国商标法的立法思路，将“故意为他人实施侵犯专利权的行为提供便利条件的行为”列为专利侵权行为之一。如此，3D打印的全过程都可以被纳入专利保护体系之内，立法技术较为科学。
技术屏障：研发3D打印设备专利保护系统，构建动态权利保护平台。当前，3D打印技术尚未普及，打印效果仍需改善，一般消费者并不具备3D打印所要求的技术条件，但是一旦条件成熟，就可能引发大规模群体权行为的发生，此时单纯依靠完善专利侵权的法律保障机制，可能无法实现预期效果，构建3D打印技术专利权保护的技术屏障就具有更为重要的现实意义。从国际层面来讲，部分国家已经在研究通过技术手段保障知识产权利益的可行性措施。近日，美国专利与商标局推出了一个专门针对3D打印版权保护的“生产控制系统”。在该系统的管理下，任何与3D打印有关的设备在执行打印任务之前，都要将待打印的模型与系统数据库中的数据进行比对。如果出现大比例的匹配，对应的3D打印任务就不能够进行⑨。这一管理系统的出现，为我们提供了3D打印专利权保护的新思路，虽然其仍存在一定程度的缺陷，但是毕竟开创了技术手段防止3D打印侵犯他人专利权的先河，有效弥补了单纯法律保障的不足。研发不依赖互联网环境的3D打印设备专利保护系统，是破解3D打印专利权困境的有效技术手段。该系统应当根据公开专利技术信息（包括专利说明书和权利要求书）建立独立的数据库，同时能够实现与专利信息库的同步无线升级，如果待打印三维数据模型与数据库中的专利信息出现大比例匹配，则3D打印自动终止。由于现阶段3D打印技术仍需完善，尚不具备向社会公众普及的前提条件，但是就其强劲的发展势头来看，这一前瞻性技术存在巨大的发展空间，因此我们应当未雨绸缪，建立3D打印专利权保护的技术屏障，以消除3D打印技术背后隐含的知识产权隐患。
（作者均为中央司法警官学院副教授；本文系中央司法警官学院2014年度青年教师学术创新团队研究和2014年度国家社科基金青年项目“知识产权民事判决法律论证实证研究”成果，项目编号：14CFX075）
【注释】
①⑦黄亮：“论避风港规则在3D打印专利侵权判定中的移植”，《电子知识产权》，2015年第5期，第35～40页。
②吴广海：“3D打印中的专利权保护问题”，《知识产权》，2014年第7期，第17～22页。
③里坚：“木质功能材料：明天的创新发展”，《中国建材报》，2015年5月14日。
④蔡元臻：“3D打印冲击下专利间接侵权制度研究”，《科技与法律》，2014年第1期，第142～159页。
⑤《美国专利法》，易继明译，北京：知识产权出版社，2013年，第93～94页。
⑥刘鑫，余翔：“3D打印技术对专利实施的潜在挑战与对策思考”，《科技进步与策略》，2015年第5期，第101～106页。
⑧李陶：“工业4.0背景下德国应对3D打印技术的法政策学分析”，《法律科学》，2015年第2期，第322～338页。
关键词：3D打印技术；工业设计专业；教学应用
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0225-02
3D打印技术的产生与应用有利于促进相关专业与行业的进一步发展，高等院校的工业设计专业意在培养具有高素质、高专业技能的工业设计人才，而3D打印技术在教学中的引入对人才的培养有着极大的推动作用，高校在教学中应当对该技术的应用予以重视，努力提高教学水平，使学生的能力与素质能够得到有效的提升，为我国工业设计行业提供不竭的人才支持。
一、3D打印在高等院校教学中的应用现状
3D打印的优势在于快速成型以及增材制造，3D打印设备能够以三维数据图为依据将图纸上的设计制作成为实物，立体地展示出来。高校是工业设计人才培养的重要场所，为了提高教学效率，使人才的能力与素质能够满足市场的需求，很多高校都开始引进3D打印设备，并将其应用到实际的教学活动中。
我国的3D打印技术尚处于初级阶段，技术、设备的研究仍不成熟，3D打印在高校教学中的引入，一方面是为了促进教学工作的展开，另一方面也是为了加快3D打印技术的研究。华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学等高校都有专门进行3D打印技术研究的机构，且其水平较高。很多高校还与企业合作，将自己的研发成果供与企业生产。机械制造、航空航天、产品研发等领域都可应用到该技术，因此，相关的工业设计专业应当在教学中引入3D打印设备，以开拓学生的视野，提高学生的实践能力，增强学生就业竞争力。但是在教学应用的过程中也暴露出了一定的问题，首先，3D打印具有一定的局限性，例如其模型规模最大仅能达到1.8米，如果在课堂上需要生产设计一些大型的交通工具模型，仅凭3D打印技术是无法完成的；其次，由于我国在相关方面的研究仍然处于初级阶段，因此技术成本、设备成本均相对较高，高校的经济收入有限，这种情况使高校难以大范围地将3D打印技术与设备投入到教学实践中；再次，3D打印可应用的领域较多，由于不同领域的需求不同，因此3D打印设备也存在类型、型号等方面的差异，而高校一般引进的技术设备都较为单一，这种情况对教学效果有一定的影响。
二、3D打印应用于工业设计专业教学的意义
1.提高学生的基础理论素质。工业设计专业具有较强的综合性，其涵盖的范围广，技术难度大，学科交叉明显，而3D打印技术兼具材料科学、控制技术、机械技术、光学工程、计算机技术等内容于一体，在教学中应用这一技术能够加深学生对专业知识的感知与了解，学习3D打印技术能够拓展学生视野，扩充学生的知识结构，提高学生的综合素质。社会的发展离不开人才的支持，具有实践能力固然重要，但是学生同样应当具备与自身能力相匹配的理论素质。学生只有同时具备软件操作能力以及设计知识才能够熟练地对设备进行操作，因此将3D打印技术的相关知识纳入到工业设计专业的学科体系建设中是十分必要且重要的，对这一技术的学习能够提升学生的理论素质，提高学生的综合能力。增加学生的知识储备是3D打印技术在教学中应用的基本出发点。
2.提高学生的实践操作能力。在传统的工业设计专业教学中，理论讲述是重点，关于模型设计的内容大多通过单纯的讲解或者二维图像展现给学生，在实践操作课程中，教师仅能够指导学生制作简单的模型，而对于内部结构复杂的模型，学生仅能通过自己的想象进行理解，这种教学方法禁锢了学生的思维，不利于学生创造思维与设计能力的提升。而3D打印技术可根据图纸以及相关数据将实物模型展示出来，保证一次成型，不会受到模型结构复杂等问题的影响。在教学过程中学生可以充分发挥想象，设计产品，并利用3D打印机将自己的想法变为现实，这种教学方式能够拓展学生的思维，提高学生的创造力与想象力。学生在专业课程的学习中能够亲身实践，自主设计产品方案，在利用3D打印技术进行试验的过程中，学生能够发现设计方案中的不足并有针对性地对方案进行改进，直到设计完全符合要求与标准，这种反复修改的过程能够提高学生在实践设计中的科学性与严谨性。
3.推动产学研模式的发展。工业设计专业的教学安排应当以当前市场的需求为依据，高校应当关注相关行业与产业的发展动向，很多高校都开始逐渐意识到校企合作的重要性，并与周围的企业展开了密切的合作，即努力建立产学研模式，促进人才、高校、企业的全面发展。3D打印技术的应用为产学研一体化教学模式的展开提供的有利的条件，这一技术在未来工业制造发展中起着重要的引领作用，无论是企业还是高校都应当认识到这一发展趋势，但是当前3D打印设备的成本较高，企业若想将其用于生产，资金投入将达到几十万，甚至是几百万，这对企业来说是不利的，而当前很多高校不仅有丰富的人才资源，同时还具有先进的3D打印设备，二者的结合将促进产学研模式的深入完善。学生可以利用3D打印机将自己的设计想法展示出来，企业择取最优方案投入生产实践。总的来说，3D打印技术在高校的应用能够促进高校、人才与企业的共同发展，提高产学研的水平。
三、推动3D打印广泛用于工业设计专业教学的途径
1.将手工制作与3D打印结合起来。3D打印虽然具有成型迅速等优势，但是在实际的教学过程中，课堂所需的实物模型有大有小，而学校引进的打印设备较为单一，仅能满足对某一个尺寸或某几个尺寸的需求，过大的模型是无法通过3D打印展示出来的，因此在课堂教学中还应当对手工制作模型予以足够的重视，在手工制作中，学生能够切实体会模型制作的问题与不足，而3D模型则能够对复杂结构予以展示，两种模型制作方法的综合运用能够使学生的动手能力与思维能力得到全面的提升。
2.应用于教具开发。3D打印技术十分适合应用在自主研发和小规模生产环节。在高职院校工业设计教学中，很多课程在授课过程中都需要使用实物教具，以加深学生对知识的理解。但是，大多数教具都需要根据教学内容加以定制，很难在市场中采购到。例如，《设计概论》课程中需要设计史上著名的设计作品的实物教具；《机械制图》课程中需要通过实物模型向学生讲解形体的三视图；《产品设计》课程中需要把学生设计作品转化成实体模型；《计算机辅助设计》课程中需要通过教具模型让学生理解三维建模软件的形面构建。这些教具都可以通过3D打印技术实现自主设计和小规模生产，这样教具与学生所学知识就可以实现无缝对接。同时，教具还可以根据授课内容的更新，实现自主设计和更新。通过3D打印技术将书上或纸上的知识或图片立体地展示给学生，学生对知识点的理解会更加直观，教学效果也会得到极大提升。
3.加深校企合作的深度与广度。3D打印设备成本与打印材料的成本均较高，因此即使学校购买了相关设备，受到打印材料的限制，也无法将其广泛投入到教学实践中。而在企业的生产实践中如果在设备引进中投入大量资金，将造成自身竞争优势的损失，因此高校与企业应当加大合作的深度与广度，实现优势互补，高校为企业提供人才与设备支持，企业则为高校提供资金补助，并为学生的实践提供空间与平台，企业与高校共同开发相关项目，提高3D打印技术研发的效率。
4.建设区域性的3D打印服务平台。为使企业与高校都能够加深对3D打印技术的理解，促进产学研模式的深入应用，政府应当参与到区域性的3D打印服务平台的建设中，积极引导高校与企业参与到相关研究中，政府应当对高校予以适当的补贴，鼓励高校引进不同类型的设备，建设区域化的服务体系，对3D打印研发进行专业化的运营，实现区域资源的共享，让更多的高校与企业有机会接触到3D打印技术。
四、结语
3D打印技术对未来机械制造业的发展有着重要的意义，高校在教育改革与建设中应当认识到这一发展趋势，在安排工业设计专业的课程时应当将3D打印相关的内容纳入其中，从而提高学生的理论素质与实践能力，促进产学研模式的进一步发展，高校应当与企业展开深入合作，促进工业制造业、高校与人才的共同发展。
参考文献：
[1]毕延刚.3D打印对高等院校工业设计专业教学的影响[A].中国机械工程学会工业设计分会、辽宁省机械工程学会.2013国际工业设计研讨会暨第十八届全国工业设计学术年会.论文集[C].中国机械工程学会工业设计分会、辽宁省机械工程学会：2013：4.
[2]田炜，宋祥波.3D打印对工业设计思维的影响[J].艺术品鉴，2015，（05）.
创意启迪——神笔马良科幻想象成为现实
“神笔马良”的神奇故事在中国家喻户晓，如今却成为现实。3D打印上世纪80年代诞生于美国。所谓3D打印技术，业界专家给出一个定义——“是以计算机三维设计模型为蓝图，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷射等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料材质、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品”。与传统的制造工艺相比，3D 打印技术最大的不同是“增材制造”，加工犹如涂脂抹粉，材料就像“墨水”， 一层一层叠加起来，“青山着意化为桥”，按照程序叠加成型。传统的切削加工方法是“减材制造”，好比“铁杵磨成绣花针”，按图纸要求，去粗取精，减肥留骨，“精神可嘉”，却极大地浪费了原材料。
3D打印技术颠覆了传统的制造方法，可谓“神思妙想，创意无限；运用领域，无孔不入”。电子计算机的发展，极大地拓展了人类大脑的容量和功能，3D打印技术的指挥中心就是计算机。创意为魂，天马行空，神笔泼墨，借助的是人类的“心之官”大脑；3D打印的软件建模、三维截面、叠加成型等，借助的就是电脑。大脑与电脑的关系是主人与工具，正像那句名言，“给我一个支点和杠杆，我就可以撬动地球”。人类的科技发展史告诉我们：大脑是统帅，电脑是工具，时下方兴未艾的3D打印正是大脑运用电脑创造出来的神奇。我们必须记住，“没有大脑的人不过是城市的塑像”。
发展纵览——3D打印技术的硕果令人惊愕
近年来，国内外诸多的科学期刊和网站对“3D将打印引发革命性巨变”多有惊人的报道。诸如，为解决航天食品的供应问题，美国人提出3D打印航天食品的概念，并已经制定出打印巧克力和比萨饼的方案。为解决军舰零备件储存过多挤占空间的问题，拟采用3D打印机来替代，即随时根据要求打印零件满足需求。令人兴奋的是，3D打印人造耳朵已经不再成为新闻，更吸引眼球的是，美英等国的科学家已经开始3D打印肺叶组织、软组织及骨骼和心脏器官的方案。
集萃媒体的报道，正在蕴育或问世的3D打印成果超出我们的想象。从生命科学的范畴看，“3D打印开始治病救人”，主要研究的成果有：人类的胚胎干细胞、骨骼、人工耳、头骨、皮肤、心脏、肺叶以及生物组织等。据悉，“北京时间2013年5月23日消息，美国科学家用3D打印技术制造了第一颗人类心脏”。从制造产品来看，主要科研成果有：设备及零备件、建筑及材料、模型及玩具、航模及无人机、汽车及航天器、各类珠宝首饰等都已问世。据报道，世界第一款能使用的3D打印汽车已经上路。从经营模式来看，3D打印技术将引领商业购物场所的重大变革，可提供独特的优质服务，向着“输送创意和设计而不单是产品”的方向而发展。从科研手段和影视教育来看，已经达到了“意念致动”出神入化的阶段，如影随形，真假莫辨，身临其境。
中国紧跟世界潮流，也有不凡的表现。西安交大教授卢秉恒、北航教授王华明、清华教授孙伟、华南理工大教授杨永强等，都有成果问世。据《北京晚报》的报道，“模具合格率陡增70%”、“飞机用合金结构件生产周期由两年缩短为40天，费用节省了90%”、“人工关节用电邮递送”……当然，业界专家坦诚告诉国人，“我国3D打印产业的发展距离美国仍有很大差距”。
展望趋势——必须改变慢一拍的思维定势
综观世界3D打印技术发展的态势，美国和欧盟处于领先地位。美国无论在技术还是在应用上都占据领先地位，欧盟重视研发应用，日本着力推广应用，中国按照自家思路紧随其后“步步为营”。据美国3D打印的研究报告显示，“随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，有望从2011年的17亿美元增长至2017年的50亿美元”。研究者认为，中国的3D打印技术到目前为止，仍处在“高级玩具”阶段，尚没有出现成熟化的产业。不过，据世界著名的3D打印行业咨询机构美国沃勒斯公司最新披露：2012年3D打印全球市场规模为22亿美元，同比增长了29%；其中3D 打印机的销售量同比上升了25%，其中38%来自美国本土，8.5%来自中国。可见，中国3D打印机市场需求举足轻重，但还是依赖美国。
中国3D打印技术业界专家对自家赶超发展引以自豪的用语多袭用套路——“发展3D打印技术，中国其实起步并不晚。这方面的研究在上个世纪80年代末就已开始，研究力量集中在西安交通大学、华中科技大学和清华大学等高校。”而且这三家高等学府也有清晰的特色，清华大学侧重于塑料堆积技术，西安交大以研究固化技术为重点，华中科技大学的优势在于激光粉末烧结技术。
人贵有自知之明。在肯定“我国生产的3D打印机装备功能已经接近国际先进水平”的同时，也知晓自家的差距，主要体现在装备的可靠性和材料的研发上。其实，这正是3D打印的关键肯綮，设备不稳定即可靠性不达标，材料远不如美国和德国丰富即“巧妇难为无米之炊”。“更大的差距体现在应用上。”业界专家如是说，“在国外，3D打印技术已经在新产品开发、生物医疗、航空航天，创意设计、影视教育等方面开展应用；而我们主要还局限在模具打印、文化创意等少数领域。”
“逆水行舟，不进则退”。值得重视的是，随着3D打印技术的飞快发展，美国专家预言，低端“桌面级的3D打印机”已经接近饱和，面临淘汰的局面。而这是我国当前3D打印技术市场的着力点，难免要有邯郸学步重蹈覆辙的悲剧上演。
“东施效颦”永远成不了美人。我们细读中国3D打印领域一些专家的言论，总感到缺乏“霸气”，矮化自己，看多困难，不思争创，甘居“二流堂”的境界。谈起3D打印的应用，过度强调“无法替代传统制造方式，成本、材料因素限制市场”；描绘现状，仅看到“当前打印人体器官还只是一种科学愿景”；展望前景，不如洋人看得真切，觊觎中国的3D打印市场不惜“棒杀”和“捧杀”。
奥巴马在今年的国情咨文中，多次强调3D打印技术的重要性。听其言，观其行。美国政府不仅已经在俄亥俄州成立了首个制造创新中心，而且还有3个创新研究中心在筹建当中，最终将会发展成一个3D打印制造业的全美网络，成为全球新的高科技中心。这让人联想起克林顿执政时期关于“信息高速公路”的豪言壮语，我们相信将有异曲同工之妙，只是克林顿的预言已经成为现实，奥巴马的计划正在落实中。
回忆上个世纪电脑的兴发过程，很多人质疑个人拥有电脑的必要性。但历史证明，电脑终究这进入了人们的生活，改变了世界。可以预见，3D打印技术也将复制这一过程。
关键词：3D打印；技术与艺术；发展趋势
中图分类号：J022 文献标识码：A 文章编号：2095-4115（2014）09-103-1
近年来3D这个词出现的频率越来越高，如3D电影、3D全息投影、3D打印等。不再满足于平面事物的人们开始接受3D技术带来的感官上的新体验。世界每时每刻都在变化，而这些由科技的飞速发展引起的人们行为、观念上的改变，也给传统意义上的艺术带来了巨大的冲击。在整个艺术的发展历程中我们可以看到，医学和人体解剖学的研究，为素描、雕塑提供了重要的理论参考；几何与透视学的发展，为绘画提供了透视理论；材料化学的进步，为油画家提供了富有层次的色彩表现空间；光学研究的发展，使印象派画家遵循光学原理，分析和组织物象的各种关系，同时光学应用的研究还促成了摄影艺术的诞生。科学的每一次进步，都会对艺术领域产生巨大的影响，同时也成为艺术形式繁荣的发展动力。
在每个人的心中，都有一个设计师的梦，我们幻想可以设计生活中的每一样物品，随心所欲地过自己想要的生活。因此，当3D打印机的概念出现后，我们不断地憧憬，它到底能做什么，我们能为自己的生命设计些什么？3D打印已然成为一种潮流，并开始广泛应用在设计领域。
一、3D打印在艺术与设计领域的成果
3D打印并非多新的技术，在20世纪80年代便已产生，只是如今才进军艺术和设计市场用以制造汽车零部件、家具和珠宝等。
（一）3D打印服装
巴黎时装周上，当一位模特身着3D打印服装走上T台的一刻，科技与时尚的碰撞产生了奇妙的效果。这条简单的黑色裙子并不十分前卫，但时尚评论家对它的制作方式十分着迷。该服饰系列是与奥地利建筑师JuliaKoerne，以及一个叫Materialize的比利时公司合作的成果。3D打印机分别印制了此次服装的不同部位，这也是多种材料最终能制成一件成衣的原因：不同部位的单独印制使得硬质材料和软质材料能互相配合，最终成型。3D打印服饰重新解释了“技术服装”的定义，进而取代了精细的手工刺绣和针线活。
（二）3D打印灯具、乐器、首饰等小型产品
2012年在纽约材料联合会开幕的展览“打印/3D”的主题便是“3D打印如何改变艺术、工业和一切的未来？”。3D打印破除了设计中的障碍，标准制造和手工生产的各种约束一直是设计遭遇的挑战，而3D打印出的小型产品显得更精致，复杂的结构和花纹及生产速度也是手工生产很难达到的。
（三）3D打印建筑
荷兰阿姆斯特丹建筑大学的建筑设计师JanjaapRuijssenaars设计了全球第一座3D打印建筑物“LandscapeHouse”，特别模拟了莫比乌斯环。Ruijssenaars和数学家、艺术家RinusRoelofs共同设计了这个项目，利用3D打印机逐块打印出来，然后拼接成一个整体建筑。和打印小型物品不同，这次需要用到的3D打印机也极其庞大，是由意大利发明家EnricoDini设计出来的“D-Shape”，可以使用砂砾层、无机粘结剂打印出一幢两层小楼。
（四）3D打印房屋
据国外媒体报道，英国伦敦的一家建筑企业SoftkillDesign率先提出了3D打印房屋的新概念――原材料来自塑料，外观像蜘蛛网。这种房屋将用维可牢尼龙搭扣或类似按钮的紧固件固定在一起，而这些在传统建筑技术中则不需要。3D打印房屋这一构想是2012年伦敦3D打印展上展出的一款打印房屋原型的延伸，原型以纤维尼龙结构作为骨架，来代替实心的墙体。房屋组件采用激光烧结的生物塑料，在3D印刷厂中制造，这比用沙子或混凝土印制的质量更好。
二、3D打印在艺术与设计领域的瓶颈
3D打印技术在艺术设计领域也有它将会面临的困境。首先在艺术品收藏领域。3D打印让赝品制造者有了更好的工具，举例说：油画耗材的出现，只要做油画表面的精细扫描，轻易就能打印出一件艺术品。其次在设计领域。创意疲劳将很快出现，信马由缰地滥造，个性化展示反而让人们有了新的审美需求。某种程度的“审美倒退”其实是对优秀设计有了更高要求――人们将更加注重功能与巧思绝妙结合的设计。
三、3D打印在艺术与设计领域的发展趋势
随着3D打印技术的越来越成熟，它在艺术与设计领域的未来发展趋势又将是怎样的？
首先，定制化将成为常态。今后购买的设计产品将根据个人的具体信息进行定制，产品通过3D打印制造并直接送到你的家里。其次，产品创新速度将加快。由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间，设计人员将能够专注于产品的功能。迅速降低的成本、功能得到改进的设计软件以及越来越多的打印材料，意味着设计师将更方便地使用3D打印机，他们能够在设计的初期就打印出原型产品进行修改，从而加速创新，其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。
随着3D打印机的出现和推广，越来越多的想法和设计得以借助这种技术发展起来。3D打印技术的未来发展值得期待，它会不会是又一次新的工业革命，再一次改变人类的生产生活方式，推动人类文明向前迈进一大步，让我们拭目以待。
参考文献：
[1]刘月.3D打印机，印出新世界？！[J].印刷技术，2011，（09）.[2]王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业（中旬刊），2012，（09）.
[3]宫秀滨，刘丽华编译.用打印机“打”出你的房子来[N].计算机世界，2006.
关键词：3D打印技术；室内设计；家具设计；运用前景与价值
中图分类号：TU238文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0000-00
3D打印技术在建筑装潢行业的运用较为广泛，缩减了室内设计中的时间消耗和成本消耗，降低了室内设计的难度，同时也使得现代室内设计更具未来气息、艺术气息和几何特点，它对于室内设计理念的创新与发展有着非常积极的作用。
1 3D打印技术当前的国内外应用现状
1.1国外运用
3D打印技术在国外的运用时间比较早，而且应用领域都是一些比较高端的领域，比如汽车制造、航空航天产品设计与制作等等。美国对于该技术的运用最为成熟，该国家首次将3D打印技术运用在了火箭核心部分的制作上，并且试用成功，这使得技术人员在火箭的制作上节约了大量的时间、精力和资源，当然，其成本也大幅度下降。
1.2国内运用
国内对该项技术的研究和应起步都比较晚，个别尖端技术仍然是国外引进，目前，我国对于3D打印技术的运用主要是在建筑层面和设计层面。大多数的企业对于3D技术的运用意识并不强烈，且秉持了怀疑态度，所以，仍然坚持了传统的产品设计和生产方式。
2 3D打印技术在室内设计中的运用
2.1 3D打印技术在家居产品中的设计
人们传统意识上的家居产品，例如床、衣柜、桌椅等等，都是一些比较有规则的立体产品，比如椅子，就应当是有四个或几个放立腿、并且有依靠面板的物体，但是通过3D打印技术，则可以将椅子设计成为更加抽象，且具有复杂几何结构的立体物，例如光纤装饰椅，这种椅子造型的设计几乎脱离了人们传统意识上的椅子，它具有丰富的内部构造，且以一定规则呈现在外表当中，该设计灵感来源于网络光纤在自然环境中的构造，如果采用传统的设计方法，设计者很难掌握光纤存在的立体形态，而采用传统椅子生产方式也难以实现如此复杂的物力学构造。3D打印技术于家居产品设计中的运用主要是丰富了传统家居产品的形态，能够在几乎完全摆脱传统家居形态的条件下，设计出具有复杂构造、造型奇异的家居产品，并一并完成这些复杂产品的生产制作，使得这些家居产品更具现代感和创造性。
2.2 3D打印技术在室内装饰设计中的运用
室内装饰设计，包括墙面、吊顶灯，传统概念上，所谓墙就是一面平面、光滑的墙，设计者可以在上面添加平面图案、立体装饰等等，对于吊顶，则一般是采用比较简单的棱角构造或者几何设计丰富吊顶的层次和形态，总之，传统的室内装饰上设计在形态和构造上都比较简单，而且需要大量的施工、连接构件、喷绘、粘贴等等，某些材料的使用严重的污染了室内环境，对人们的身体健康造成了影响，材料的切割等会浪费大量的板材，稍复杂的工艺和设计施工周期就更长、成本也高、技术性强。但对于3D打印技术来说，上述问题都不会是顺理成章的。使用3D打印技术进行室内装饰的设计，很多镂空设计、复杂形态的设计和复杂几何造型的设计都会变得简单很多，线条之间的连接更加连贯，几乎没有断点的位置，实际设计与样板间展示也几乎是完全一致，这无疑是提升了企业的设计水平。
2.2 3D打印技术在室内设计施工中的运用
3D打印技术联合现代的虚拟现实技术在未来也许可以实现立体的预施工。客户通过网络寻找心仪的设计师，双方不需要见面交流，通过网络，设计师可以将设计图以及施工过程通过网络传输给客户，客户运用特殊的软件技术可以直接预观施工现场、查看施工流程，犹如在真的施工现场一般，而在正式施工时，设计师也并不需要来到施工现场，只需要远程操作3D打印设计在毛坯房中进行施工即可，也无需大量人工进行材料的搬运和加工。而当前，室内装修中一些较为复杂的曲线、力学构造等都已经可以运用3D打印技术制作成构件，施工时直接安装连接即可。
2.3 3D打印技术在室内设计中的运用前景
如今，人们的环保观念越来越强烈，而3D打印技术的特点正好切合人们这一环保概念，无论使用行业的发展上来讲、也是从领域技术上来讲、还是从社会思想观念上来讲，3D答应技术的发展前景都是无可限量的。3D打印技术进行的室内情景的设计一方面个性化的定制客户对自己喜欢风格的装修要求，还节省了很多的原材料，节省了劳动力和运输方面的物力、财力的投入。它可以在很大的程度上减少浪费现象的产生，节省更多的能源。由于3D打印技术的高效率、高质量的运作背景能使设计师与客户仅仅只是通过网络这个平台就可以展开合作。客户与设计者之间的交流可以实现全程无线交流，包括施工等一系列的操作都能够进行远程控制。
3 3D打印技术的运用价值分析
3.1实现了室内设计了可持续化发展
室内设计与装修是一个非常费时费力、费资源的工作，装修过程中的拆卸、切割、装潢等等会产生大量的装修垃圾、粉尘污染以及噪音污染，但使用3D打印技术则完全不同，所谓打印，几乎是照搬样本，如同打印图像一般，仿照设计样本直接展开成品生产，没有了原料的加工环节，例如切割、钻进、刷胶、上漆、安装等等，这不仅节约了加工过程中原材料效果，同时也降低了装修污染，完全符合可持续化发展的内容和要求。
3.2提升室内设计的效率
传统的室内设计需要不断的进行改进和优化，对图纸进行反复的修改往往会不断的偏离设计者的初衷，最终的效果一般都是差强人意，另外，传统的设计过程与优化过程衔接不够紧密，已有的设计方法也没有对该部分进行有针对性的深入研究。社会化设计使室内构件设计过程中充分和用户沟通，根据客户提供的具体需求、风格喜好进行设计，借助3D打印技术能够更少限制，更加快速的制造出符合客户需求的创新产品。客户与设计者远程沟通交流、直观立体的查看设计样板，节省了大量的沟通时间，设计效率自然也就提升了。
3.3学术指导价值
对于室内设计，大多数研究学者偏向于关注社会化设计，而对于室内设计实体制造业的相关研究较少，缺乏针对性。3D打印技术使大规模个性化产品成为现实，传统的室内设计理念并不完全适用，因此需要在现有的理论基础上融入新的设计方式、设计思维理念并对此进行有效的整合。3D打印技术的产生对室内装潢设计各个项目的变革起到了指导作用。
4结语
3D打印技术的研究和运用使得社会很多生产制作工作的开展有了新的模式，在这个持续推崇资源集约型和环保型生产工作的社会当中，3D打印技术的发明和使用不仅仅降低了室内设计生产资料消耗，也降低该工作的劳动力消耗，为企业减少了各方面的成本支出
参考文献
[1]王芳君； 夏溢涵； 邓德儒.3D打印技术在室内设计中的应用[J].家具与室内装饰，2014（08）：176-177.
Abstract： 3D printing technology has drawn more and more attention in recent years. This new technique is widely used in architecture engineering construction. This article， this article mainly introduces the development and application of 3D printing technology in architecture construction， and discusses the methods of using 3D printing technology to improve the traditional architecture.
关键词：3D打印技术；应用；建筑施工技术
Key words： 3D printing technology；application；construction technology
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0176-02
0 引言
3D打印技术是近年来新兴的一种技术，自问世以来就得到了广泛的关注，应用跨越各个领域。在建筑领域，它更是以简捷方便的操作方式吸引了不少建筑人在这方面的研究，而在高校之中却还没得到相应的关注，高校作为培养人才的场所，是改革创新的主要力量，应该高度重视科技的发展，3D打印技术作为一种新型的科技，它具备着在建筑方面的巨大潜力，并且已经在建筑方面得到不少的研究成果。本文主要对3D打印技术在建筑工程建设中所起到的应用和发展进行研究和探讨。
1 3D打印技术的发展
3D打印技术最早起源与美国，80年代后期，3D打印技术有了根本性的发展，1988年发明了分成实体制造，1989年发明了粉末激光烧结技术，1992年发明了熔融沉积制造技术，1993年在麻省理工大学发明了3D打印技术。1994年德国公司EOS推出了EOSINT选择性激光烧结设备，1996年，3DSystems公司使用喷墨打印技术制造出其第一台3D打印机――Actua2100；近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等5种3D打印机，而现在正在发展的大众化3D打印机包括工程设计用、简易实验用、学生学习用和家用等4种3D打印机。
2 3D打印技术原理
3D打印技术也称三维打印技术或快速成型技术，就是在普通的二维打印的基础上再加一维，使其最终形成一个三维物体，它工作原理是一种以数字模型文件为基础，即需要先在计算机上建模，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过将一层层地粘合材料打印制造三维的物体的技术，实现这种成型的设备称为3D打印机。成型的方法方式也多种多样，传统的有喷墨粘粉式（3DP）和熔融挤压式（FDM），近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等，但是无论何种成型法，都是采取原料加层方法形成3D物体，这种打印实体的方式比传统的技术要更加方便快捷，绿色节能。
3 3D打印在建筑工程建设中的应用
3.1 3D打印技术对建筑模型的初步应用
3D打印技术的应用极其广泛，在各种领域都有所涉及，特别在建筑领域中的应用在未来有取代传统建筑法之势。现阶段出于人们对建筑住房的要求越来越高，设计师们对建筑的设计不得不更加复杂化，目前传统的制作模型方法已经不足以满足人们的要求了，所以现在3D打印机是建筑设计师们必不可少的工具。
早在1986年，全球第一台3D打印机就在这个世界诞生了，并且在同一年打印出了简单的三维建筑模型。如今当你看见了一个完整的建筑模型被打印出来不用太惊讶，现在只要我们把建筑物的立体数据输入电脑，按打印键，3D打印机机会根据数据打印出立体实物。如图1就是用3D打印技术打印出来的简单立体实物，图2是利用3D打印技术打印出来的建筑模型。两个建筑模型被打印出来其实操作并不复杂，只要我们先把立体数据准确的输入电脑，然后把所需要的建筑模型的材料有规律的放入打印机，并且按下打印键，最后建筑实体模型就被打印出来了，打印前后所需要的时间只需几分钟，大大的提升了制作建筑模型的效率。这样打印出来的建筑模型不但满足销售商吸引顾客眼球的要求，而且满足顾客对建筑模型审美的的要求，并且建筑模型与实体建筑相似度可达九成以上，所以现在部分顾客可以根据模型去选购自己心仪的建筑。
图1是几年前，美国一位对3D打印技术极其的熟练而且对打印建筑物的速度能够很好控制的并且设计建筑方面有着极其丰富经验的建筑行业专家Rietveld architects的一项研究成果。自从2008他拥有属于自己的3D打印机开始，他就不再使用纸张、纸板之类的去构思画图，而是使用3D打印机去试验各种建筑小模型并且尝试实体建筑物，并且能够从里面学习到很多东西，不断的进行着改进。自从他们明白了将3D打印技术使用度达到最大，他们就改掉了之前的打印方法，从而改进打印制作模型的技术。后来他们发现用3D打印技术的打印速度也非常重要，并且他们找到了能够快速形成模型的软件。经过这些重重改良之后，他们认为打印的效率和质量要摆在首位，他们白天的时候在软件上设计建筑蓝图，在晚上进行打印，这样晚上可以通宵打印他们的模型，到第二天早上建筑模型已经被打印出来了。
3.2 3D打印实体建筑物在各国逐步出现
在美国，LGM公司就是利用喷墨粘粉式三维大打印机，通过在高性能石膏粉上选择性的喷射黏结剂来为客户制作建筑模型，这些模型课分为四种：
①概念模型，尺寸比例为1：8、1：10和1：16，最大尺寸0.91m×1.22m。
②销售模型，尺寸比例为1：8，最大尺寸为1.22m×2.44m。
③地形模型，尺寸比例为1：80，最大尺寸为1.52m×0.91m。
④结构模型，尺寸比例为1：8、1：10和1：16，最大尺寸为8.53m×3.05m×1.83m。
在英国，建筑师查理・布斯维尔曾致力于建造一台4m×5m的的三维打印机，用于打印陶瓷、水泥、石膏、黏土、石灰、聚合物和金属材料，构成建筑物。例如，精确的打印出混合多种材料的的墙体，不必分别进行单独加工，墙体上能预留用于制作门窗的口子，也能将墙体打印出蜂窝结构，用于隔热保暖，还能预留布置电线和管道的通路。
在意大利，恩里科・迪尼成功研制出一种称为“D外形”的大型三维打印机，这种打印机的喷头有数百个喷嘴，用喷射黏结剂来黏结沙和镁组成的粉末，成型层高为5～10mm，最终打印出的建筑构件类似大理石，比混凝土的强度更高，并且不需要内置钢筋进行加固。用这种三维打印机建造建筑物的速度是采用普通建筑方法时的4倍，并且能减少一半成本。
在中国，3D打印技术的应用也十分广泛，无论是在建筑行业还是其他各个行业都得到了相当大的进步和发展。在上海，我国成功的在上海张江高新青浦园区内利用3D打印机打印出10栋建筑物，这些打印出来的建筑墙体主要利用建筑垃圾制成的特殊“油墨”然后按照计算机辅助设计（CAD）设计的图纸和方案，经过一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而形成，然而令我们更吃惊的是，10栋小屋的建筑过程仅仅花费24小时。
3.3 3D打印技术打印建筑物实例
如图3、图4就是用特殊“油墨”借助一台大型的3D打印机所打印出来的。房子的面积不大，十来个平方，最高不过两层，然而特别之处是我们看不到传统施工方法和材料，现场我们看不到一砖一瓦，墙体是由一层层水泥材料堆叠而成，呈现出年轮蛋糕的结构，这也就是我们3D打印技术层层打印的原理所喷绘而成的这样一个结构。据了解，用建筑垃圾制成的“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其使用年限和强度都高于钢筋混凝土。而且由3D打印机打印出来的空心墙不但能够很好地减轻了建筑物的自重，还能够填充一些保温材料或设计墙体结构，一次性解决墙体承重的结构问题。相同的，无论是桥梁、简易工房、居民住宅、剧院或者是宾馆、其建筑的强度都符合并且高于国家建筑行业标准，更让我们想不到的是，这种“油墨”挤出后很快凝固，保证了打印机的连续打印，也即是说如果我们要建一栋25层的住宅楼，只要打好地基，仅需要半个月即可完成整栋楼的建筑框架，最后安装好门窗，水管和电线管，最快一个多月我们便可入住。同时，使用3D打印建筑，绿色环保，节约材料和成本。
4 结语
在建筑业里，建筑设计师用3D打印机打印建筑物既快速又低成本、既环保又精美的方法，还节省了大量的建筑材料。现在3D打印技术打印建筑物这个领域已被许多国家应用，并且已有人居住在3D打印机所打印出来的建筑物里。3D打印技术打印建筑物在未来的22世纪将会有可能取代传统的建筑方法，并且还将会用3D打印机直接打印出一整栋楼房，同时，可以根据建筑物数据一并打印出建筑楼房里面的家具。这样的3D打印技术制作简单、环保、又低成本的技术在将来会广泛地应用于全球的。
参考文献：
[1]胡迪利普森，梅尔芭库曼.3D打印 从想象到实现[J].网络与信息，2014.
去年热映的电影《十二生肖》中，成龙扮演的国际大盗用高科技扫描手套获取了国宝兽首的三维数据，远程传输到一台神奇的机器上，瞬间一模一样的铜兽首复制成功。
喜欢芭比娃娃的玩具，很简单，通过一台打印机，就能“打印”出来；需要一把椅子，也不要传统的机械制造，“打印”出来的椅子一样能让你舒服入座……
这种种看似科幻的场景，如今正在加速走进现实。而帮助其渐行渐近走入我们生活的，正是近期最热门的概念――3D打印。
什么是“3D打印”
“打印”这个词本身，在传统意义上，是二维（2D）的，本质上是将二维信息转移到平面上去的过程。但是，任何一个三维的物体，总是能划分成一系列具有有限厚度的二维平面的总和。所以打印三维物体，只需分层进行，每一层与传统意义的打印是一致的，只是每一层的厚度应当远小于三维物体的特征尺寸，再通过打印所用的“油墨”层层粘合并固化。
具体来说，传统的打印就如使用普通打印机打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料和特殊的胶水。
事实上，3D打印属于快速成型技术（Fast Prototyping）的一种，它的专业说法应该是“增材制造”技术（Additive Process），包括快速原型制造技术和高性能金属构件直接制造技术两大类。
现在媒体报道的3D打印制造技术，主要是指快速原型制造技术。这项技术上世纪80年代就开始发展起来了，包括“3D打印”“立体印刷”“叠层实体造型”“熔融沉积造型”“选择性激光烧结”五大类。主要制造由树脂、石蜡、陶瓷等材料组成的尺寸较小的原型样件或模型，这些原型样件原则上不能直接用于装备制造，但可以缩短新产品研制周期，降低产品研发和制造成本。
去年4月21日，英国《经济学人》封面文章推出“3D打印推动第三次工业革命”的报道。随后，3D打印大热。目前，3D打印技术在一些领域的运用已经开始。在大众消费领域，3D照相馆、3D创客等正在国内推开，西安、北京、上海等城市都有3D照相馆陆续开张；在工业设计领域，主要用于模具和模型制造等行业，部分金属结构件和零部件也能直接制造；在生物工程领域，用于辅助治疗的牙齿、骨骼、细胞、器官、软组织等也能打印出来。随着大众消费时代的到来，3D打印走进了普通人的生活。
“3D打印”的瓶颈和未来
的确，3D打印技术可以打印出我们设计出来的任何东西，但它打印出来的东西不一定就是能实际应用的东西。比如，3D打印技术打印出的杯子虽然一定是杯子，但我们不一定能用它来喝水。因为用来喝水的杯子要考虑到材料是否环保，而目前用于3D打印的材料还不能满足环保等功能的需求，而且缺乏用于家庭的质量检测手段，即便打印出来的杯子能够满足环保等要求，这个杯子的成本也远远高于传统方式制造的杯子。更重要的是，3D打印的飞机、自行车、手枪等仅仅只是个模型，电子元器件和成千上万个零部件是根本不可能一下子打印出来的。因此，要想取代传统制造业，3D打印尚需克服材料、质量检测、成本三个瓶颈，尽管如此，3D打印技术依然是一项前沿性、先导性很强的技术，可以实现传统制造业转型升级，特别是在文化产业领域，对于文化产品的大量复制起到了革命性颠覆性的作用。比如一些已经应用的案例：利用3D打印机可以设计出非常个性的产品，制造世界上独一无二的情人节巧克力，留下腹中胎儿的成长记录等等。
3D打印技术主要是满足个性化、定制化、复杂高难度产品的需求。3D打印最突出的优点是无需模具就能够成型，也不需要机械加工，就能直接从设计好的三维图形数据中打印出任何形状的物体。而传统的制造工艺最核心的一个环节就是要建模，很多高端产品能够设计出来，最大的困难是生产不出来。因此，3D打印意义的核心一是传统生产方式不能生产制造的个性化、复杂高难度产品，通过3D打印技术都能够直接制造；二是虽然传统方式能够生产制造，但投入成本太大，周期太长，通过3D打印技术可以实现快捷、方便、缩短周期、降低成本的目的。
关键词：3D打印技术；设计思维；创新能力；创新实验教学；学习活动
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）23-0066-05
引言
在创客运动的大浪潮下，以信息技术为基础的创新教育，融合了项目学习活动、体验式教育及DIY理念的思想。3D打印作为创客运动中的重要的一部分，近年在建筑、材料、医学和教学科研等领域，逐渐引起广泛关注与研究。尤其是中小学基础教育领域，3D打印技术为创新实验教学提供技术支持，优化实验教学过程。
创新教育是指设计并实施创新的教学活动来提高学生的创新思维，进而实现新的思想和理念、新的发明、新的方式以及新的学说与技术等新事物的教育，是以培养学生的创新思维和动手实践能力为价值导向的教育模式。培养创新型高级人才，关键在于创新教学，其重要环节就是实验教学创新。
创新实验教学
实验教学是指在教师的指导下，学生根据课题规定的任务，使用专门的设备和仪器对研究对象进行操作、控制和模拟，在最有利的条件下对其进行观察，将抽象思维和具象思维、接受知识与训练技能相结合，从而获得经验事实的一种教学形式。根据文献调查法得出的结论，本研究将创新实验教学类型主要分为基本理论类实验、问题解决类实验和创新综合类实验。本研究从多个维度对创新实验教学与传统实验教学进行比较，其异同点如表1所示。
3D打印技术与设计思维
3D打印技术以数字模型文件为基础，通过“积层造型法”逐层打印材料层创建实体模型，主要用于原型设计及产品制造。常用的3D设计软件有SketchUp、AutoCAD、Blender等，亦可通过Kinect、goSCAN等专业的3D扫描设备，获得物体的三维数据。3D打印常用的材料有：尼龙玻纤、石膏材料、橡胶类，甚至是食物材料等，采用粘合剂为物体上色。
在二维的设计思维模式下，经常出现平面、立面、剖面数据差错的现象，这实质上是二维的设计工具限制了设计者的思维所致。人脑接收到感官感觉到的直观形态的信号，经过三维到二维的思维转化过程，极可能出现偏差。如图1所示，大脑的思维初始状态是简单的、零散的，培养设计思维的最终状态是达到系统、创新、全面综合的水平。
教师在培养学生设计思维的过程中，首先应培养学生用立体思维方式进行思考的能力和空间想象能力。3D设计软件是设计工具的进步，更是对固有思维模式进行重建，它能更好地帮助学生构造空间思维。学生对所设计的物体内部结构进行观察、体验、修改，从设计对象中抽取元素，其与之后进行重组的过程是设计思维的关键阶段，此阶段可以帮助学生在抽象与具象思维之间转换。模型中的所有数据相互关联，改变其中某一数据值，与其相关的数据会相应变化，简化了繁重的修改过程。
构建3D打印技术在创新实验教学中的学习活动设计框架
在3D打印技术支持下的学习活动中，对学生和教师的能力要求，以及活动对资源和工具的要求与传统课堂均有异同。本研究设计和探索可操作性强的学习活动，为基于3D打印技术的创新实验教学提供参考和指导。
1.理论基础
（1）建构主义学习理论。在基于3D打印技术的创新实验教学中，3D打印机制作的教具使学习情境更接近于真实情境。学生利用3D设计软件动手操作，自主构建知识的意义，认知过程更完整。
（2）杜威的“做中学”理论。学生利用3D设计技术开展观察、实验、探究、设计、操作等学习活动，将抽象的知识打造成实体模型，获得直接的学习经验。
（3）活动理论。活动理论的关注单元是一个超出学生个体的“活动系统”。上页图2为基于3D打印技术的学习活动系统结构图，如图可知活动系统包括主体、客体、共同体、工具、劳动分工和规则6个要素。系统的核心成分为主体、客体和共同体，与另外3个要素共同组成交流子系统、生产子系统、消耗子系统和分配子系统。
2.3D打印技术在创新实验教学中的学习活动设计的框架
本研究根据学习活动系统中六要素的关系，综合教学设计的ADDIE模式，构建了3D打印技术在创新实验教学中的学习活动设计的框架，如图3所示。在创新实验教学中，每个阶段都离不开结构化、序列化的学习活动。
（1）学习目标分析。教师要对学习目标进行分析，确定特定的学习任务，充分利用3D设计和3D打印技术的优势，使用3D打印技术支持环境下的实验教学满足特定的教学需求。
（2）准备阶段。将学习任务按照知识点设计为不同的学习子任务，如理论知识学习、实物考察、3D设计软件的操作学习、测试题、课堂练习等。在学习共同体及任务分工设计阶段，学生和教学组织者师共同组成学习共同体，在实体实验环境中或虚拟平台上，教学组织者师会制定制订学习计划，安排学习主体进行小组学习或个体学习。此时，教学组织者师会根据学习个体的兴趣和特点对其进行学习分工，在学生原有的认知发展水平基础上建立教学活动。
关键词：3D打印；技术；科技哲学
科学技术哲学是关于科学技术的哲学理论，是对科学技术的历史成果和科学技术活动的哲学反思。长期以来，由于历史与现实的诸多原因，我们对于技术的发展更多关注的是“其然”，而不是“其所以然”。目前，新一轮工业革命正在酝酿之中，其中一些先进国家非常具有代表性的做法，比如德国工业4.0、美国工业互联网、日本工业4.1J。为了可以在新的一轮工业革命中占得先机，我国也制定了“中国制造2025”战略，加强统筹规划和宏观部署，以智能制造为重点、发展高端制造，拟通过10年的努力，使中国进入世界制造强国，提升我国对美、欧、日等先进工业国家的战略竞争力。实现数字化智能制造的关键技术有人工智能、智能机器人、3D打印技术等，在新一轮工业革命中，3D打印必然将迎来自己的蓬勃发展期，迫切需要从哲学层面思考和回答大量的“所以然”问题。
一、3D打印技术的本质
在科技哲学视野下研究3D打印技术，其技术本质是我们必须要探讨的最基本问题。“质”是某一事物区别于其他事物的内在规定性。“本质是决定物质体系发展的主要特征和趋向的一些深刻联系、关系以及内在规律的总和。”所以，只有真正理解3D打印技术本质，才能确切理解3D打印技术与人，技术与世界的本源关系，才能真正了解3D技术。
对于技术的本质，我们很难用一句话概括出来。马克思、恩格斯始终从普遍联系、辨证发展的原理考察技术，把技术与生产密切结合起来，从生产力和它们之间的相互关系两方面论述了技术的本质。马克思认为，“技术是人的本质力量的对象化的产物。它是人类征服自然和改造自然的劳动手段，是一种生产力。”技术作为一种潜在的生产力，不仅使劳动工具和设备得以改进，扩大了劳动对象，而且还提高了劳动者素质，提升了劳动生产率。从3D打印技术的产生与发展来看，3D打印技术起步于20世纪80年代末，早些年该技术主要应用于专业化的工业设计与生产。随着现代科技的不断发展变更，其应用领域得到不断的扩展与深化，直到上世纪90年代中期，3D打印技术开始逐渐进入大众的视野。
事实上，3D打印技术是一种利用三维模型数据，通过材料的逐层累加，将数字化电脑模型变成固态物体的一系列技术，可以大幅降低工装模具需求，减少材料消耗，缩短制造时间，还可以成形常规方法无法实现的新颖零件和复杂结构。由此可见，3D打印技术的发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。当今，越来越多的产品可以不断被3D打印技术出来，背后隐藏着诸多社会规律、经济规律和自然规律。从这个角度上看，3D打印技术的应用发展将会拓展人类视野，会是人类新的生产力性质和水平的标志。
综上，3D打印技术是合目的性的自然物质运动规律发展的产物，是主体要素和客体要素的统一，同时技术本身也经历了一个从潜在形态到现实形态的发展过程，体现了现代社会生产力性质和水平，完全符合技术的基本属性。
二、3D打印技术发展的根本动因
一般来说，制造技术的创新主要由材料、工艺装备、软件等基础技术的进步而推动。近年来，智能设备、高性能计算、大数据等技术的发展进一步推动了制造业向精益化、智能化、柔性化、敏捷化的方向创新发展，在多个领域掀起了制造模式的变革。一直以来，先进装备的发展对制造技术影响最广泛的四个特征就是：系统结构日益复杂、先进材料日益增加、研制周期日益紧迫、成本要求日益严格。由于传统技术无法解决新的挑战，因而制造技术创新的原则非常明确，那就是在制造的三个核心环节――成形、加工、装配――中植入能够改变现有模式的新方法、新手段、新设备，形成突破传统的创新技术领域，为先进装备创新的实现提供保障。目前，这些新的领域主要包括3D打印技术、复合材料非热压罐成形技术、自适应加工技术、自主化装配技术、智能人工增强技术。在过去的20年中，3D打印的技术创新可以称之为利用最少量的因素影响整个经济体系，继而成为全球化体系的。在这个过程中，现实需求是技术发展的前提与基础。一旦有了需求，技术能否发展以及如何发展，则取决于技术自身的发展状态，即技术能否满足当前及未来一个时期的现实需求。因此，可以说技术创新发展驱动的根本原因就在于事物自身内部的矛盾性。
（一）设计自由度与制造可行性之间的矛盾
高性能产品的结构越来越复杂，个性化、新颖设计的自由度越来越高，传统减法式的制造工艺难以实现这些设计，对于设计与制造的要求也越来越高，拓扑优化、薄壁轻质结构、复杂的三维形状、革命性的微结构、功能梯度材料结构等复杂的设计和制造问题都对传统制造方法提出了新的要求。以拓扑优化技术与3D打印技术联合，实现在结构形成过程中植入传感器和布线，或者接合部件以节省时间和金钱、减少节点或者其他可能导致失效的接头数目。为节约材料，自然界与工程界大量采用轻质薄壁的结构形式，作为发生冲击碰撞等突发事件时的缓冲吸能结构。同一产品由于服役环境不同，对于自身材料提出新的要求，可以沿某一维度呈现功能梯度变化，使材料的物理、化学和力学性能在空间上具有相应梯度变化。上述的种种设计和制造问题，都是新时期产品发展过程中所必须面临和解决的新问题，与之相应的就是要求出现新的技术来解决这种矛盾。任何一N技术的发展与使用都是与其时代特征匹配，正是这种矛盾的冲突推动了新技术的创新发展。
（二）研制周期与市场先机之间的矛盾
借助CAD软件的数字化建模功能，3D打印技术可以直接将数字化模型利用3D打印机，制造出三维的部组件，极大缩短了研制周期，同时，这种数字化文档还可以借助网络传递，实现异地制造，快速占领有潜力市场。3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，无需工装模具，整体一次成型，直接制造更快速、更高效，设计生产周期往往可以提升一倍，复杂、个性化产品研制周期漫长，在技术趋同的形势下可以更快抢占市场先机。着眼于历史的发展，正是由于技术的从简单到复杂，从低效到高能，从单一到体系的发展，从而推动了整个制造业的不断发展、日臻完善。
（三）经济性盈亏的矛盾
结构设计中，3D打印技术可以优化产品设计，提升复杂结构设计的完整性，同时还可以根据设计需要，快速制作模型，检验是否满足用户需求，避免重大设计更改和技术状态变更；在制造过程中，不仅可以提高制造环节材料使用率，大幅缩短研制周期，降低生产成本。无论设计还是制造环节，材料利用率、研制周期、生产成本几个要素平衡发展，都是制造业始终追求的目标之一。传统制造业可能在某一要素上可能具有相当大的经济优势，但就综合集成来讲，3D打印技术还是具有其显著经济特征的。
三、3D打印技术发展的条件
技术的产生和发展一般都是在一定条件下发生的，大体应该包含物质条件、知识条件和人的条件，某种角度上说，这三方面因素缺一不可，3D打印技术概莫能外。现代3D打印发展这几十年，正是基于这些主客观条件，呈现出有目的性的发展态势，同时也关系到了技术的发展趋势和发展速度。
3D打印技术已经存在了几十年，为什么迸发期没有在过去，而是在现在发生？首先，3D打印技术不得不等待计算机处理能力、存储和网络基础设施的改善，现在几乎任何人都可以制造、交换和使用3D打印的物品，但在20世纪80年代末和90年代初，当第一代3D打印机在市场上面世的时候，用于3D打印模型设计的个人计算机工作站造价十分昂贵，而且在互联网上交互大量数据的想法也不现实。然后到了今天，许多智能手机和平板电脑都足够强大到能够设计和存储复杂3D模型。高速互联网已经成为现实，意味着在线存储和交流3D模型不再是技术上的挑战。第二，2D打印的世界先进技术同样帮助建立了3D打印革命的基础。虽然3D打印不是以2D打印机为原型，但大部分还是类似于伺服电动机和送料机制――激光、喷墨打印头和电子控制器，硬件发展在过去20年里成为支持3D打印革命的必要条件。第三，3D打印的发展同样需要等待自身的发展以及知识的储备。一些低成本的3D打印机硬件要依靠那些使用早期3D打印机的爱好者通过创新模型的努力来完成。从某种意义上讲，从最基本的3D打印技术发展到后来确实花了些时间，这些都是知识积累的过程。第四，促进3D打印技术发展的原因是人类社会发展的数字化。十几年前，人类上网很少，拥有数字通讯和数码设备都很少，与之形成鲜明对比的是如今数十亿人在使用互联网，并且拥有数字音乐、照片和视频，现在使用3D打印机在线数字资料制作成物理模型的热情比3D打印机刚被发明出来时要高涨的多。第五，20世纪80年代末90年代初所申请的3D打印技术方面的一些专利已经或即将到期，因此现在那些阻碍3D打印的法律障碍已经越来越少了。
四、3D打印技术发展的普遍规律
唯物辩证法认为，事物发展是有规律的，规律是可以认识的，认识对于实践具有能动作用。
（一）需要可能律，技术发展的外部条件
唯物辩证法关于“现实与可能”关系论述的具体运用，揭示了装备发展与其外部条件之间的客观联系，即需求牵引、技术推动、经济支撑。3D打印技术在短短十余年取得举世瞩目的重大发展，在医疗健康、汽车工业、国防军事、房屋建筑设计、其他消费品等领域有着傲人的成绩，在生物医药领域、医学牙科等领域的市场份额不断增长，同时在大众消费的食品加工、服装配饰、玩具制造等各领域也突飞猛进。
技术的发展需要其他技术的配合与支撑。3D打印技术对信息技术、计算机科学、精密机械以及材料科学有着极其重要的依赖作用。历史表明，技术发展重大突破的时候，总是产生于科学技术发展到一定水平，特别是出现了重大科学发现或技术发明之后。与此同时，先进技术的成长还需要投入庞大的人力、物力和财力予以支持。
（二）否定完善律，技术发展的内在动力
唯物辩证法“否定之否定规律”的具体运用，揭示了技术发展与其内部矛盾的客观联系，即技术自身的不断否定与完善是推动其发展的内在动力。如前所述，这种矛盾性表现为技术与现实需求之间的不完善，具体表现为复杂设计与制造的矛盾、敏捷高效制造的矛盾、以及绿色经济的矛盾，正是这些矛盾推动了3D打印技术的不断发展，使其由不完善变得较为完善，并趋于更加完善。当然，制造业新的需求也是发展变化的，旧的矛盾解决了，新的矛盾还会产生，如此循环往复，推动了事物螺旋式上升，使其进入了更高级的发展阶段。
（三）量变质变律，技术发展的演进规律
唯物辩证法“量变质变规律”的具体运用，揭示了装备发展演进的一般规律，即技术发展是渐进式发展与创新性变革的辩证统一。技术发展是量变与质变的互动过程，表现为渐进性发展与创新性变革交替进行。渐进性发展是一种革新，是对技术的逐步改善，是量变的积累；创新性变革是彻底的革命，是技术的质变。量变是质变的条件，质变是量变积累到一定程度的最终结果。
美欧发展3D打印技术已经跳出了制造本身，开始考虑颠覆当前产品设计以及改变传统设计和材料开发流程上来，随着增材制造在大型、复杂航空结构件上应用的技术成熟度和制造成熟度不断提升，3D打印将成为航空领域主流制造技术，将航空产品设计理念带向更具颠覆性的未来。
3D打印技术应该说是当前正在进行的第三次工业革命的重要组成部分，是当代计算机控制技术和新材料技术发展的“自然延伸”，鉴于其独特的性质和优点，这项先进制造技术的研发也应受到高度重视。但是未来还会遇到许多新问题、新困难，只要我们更加自觉地站在世界观与方法论的高度分析问题、认识问题。虽然不主张3D打印技术预示着新的工业革命的到恚但并不能因此忽视它的价值。随着人类认识的不断深入和技术的不断进步，3D打印技术必将更加成熟，应用领域更为广阔。
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3D打印作品复制合理使用
一、3D打印技术简介
相较于传统意义上我们从云端或者储存介质上将文档输出到纸张的打印来说，若以此来界定“打印”一词，“3D打印”并不能称之为“打印”，因为3D打印技术改变了从电子文档到以纸张为载体的信息输出方式，而是将电子文档（就是CAD模型）通过3D打印设备打印出实物。3D打印技术，把传统打印上升了一个维度，简而言之，就是通过电脑编程设计一个打印模型，再通过这个模型用3D打印设备将打印材料如同建筑施工般层层堆砌、粘合过后输出最终的目标物体。具体来说，3D打印主要有以下两种方式：第一种是程序员在电脑上用CAD软件设计出打印文件，并将CAD文档转化成可以被3D打印机识别的STL文件，然后将STL文件输送到打印设备打印成物；这第二种方式则是针对一些难以获取设计文件或者设计文件不可用的打印目标，这一类的通常都是实物，比如自然生长的植物，做工精细的艺术品等，要实现对它们的打印，首先要用3D扫描仪捕捉其特征，形成的特征数据将被转化为设计文件，进而实现3D打印。
二、打印文档及打印物的“作品之争”
在实现3D打印技术的过程中，最重要的环节就是打印文档和最终的打印物，这也是本文的研究对象。对于其是否受到著作权的调整，首先要明确的就是它们是否属于著作权意义的作品。根据《著作权法实施条例》中对其客体的描述，作品是指文学、艺术或者科学领域内兼具独创性并且能够以某种有形形式将其复制的智力成果，很明显，3D打印文档和打印物是能被识别并复制的，所以说，其究竟是否是作品，最关键的就是要明了，当具备独创性后，3D打印文档和打印物能否归类到文学、艺术或科学领域，而就目前3D打印技术的应用领域来看，艺术、科学领域内对其的应用实例比比皆是，3D打印文档及打印物应属作品之列。
同时，我国《著作权法》第3条对作品做了进一步的划分，包括：（1）文字作品；（2）口述作品；（3）音乐、戏剧、曲艺、舞蹈、杂技艺术作品；（4）美术、建筑作品；（5）摄影作品；（6）电影作品和以类似摄制电影的方法创作的作品；（7）工程设计图、产品设计图、地图、示意图等图形作品和模型作品；（8）计算机软件；（9）法律、行政法规规定的其他作品。那么，3D打印文档和打印物属于哪一类作品呢？比较有争议的说法是设计图、模型作品和计算机软件。首先，就打印文档来说，因为电子文档不是立体的物品，模型作品要求有形状、结构、比例，所以它绝对不是模型作品。又计算机软件是由一系列代码组成，可以根据收到的指令进行信息处理的序列，因而，其也非计算机软件。笔者比较赞同的是设计图一说，运用CAD模型设计出打印文档的最终目的是将该文档转化成实物加以利用，从这一层面上概括，打印文档与传统的产品设计图、工业设计图并无太大的出入，并且打印文档对制造打印物具有指示性，笔者更偏向打印文档归类于设计图。再说到打印物，因其是实物，其应否受著作权法律保护不仅需要厘清其打印文档是否是作品，还要看打印物之美感与实用性，在著作权法律制度下，只有当实物的美感和实用性能够相区分才能成为作品受到保护，此类作品称为功能性作品。
三、“复制”：从二维到三维的转变
众所周知，我们通常所谈到的复制指的只是从平面到平面、立体到立体的这种简单以现有的已经存在的物品为原型，制造出与它完全相同的其他物品的这个过程。因此，将电子信息转化为真实物品即从二维到三维的这个过程套用著作权意义上的复制是否合理仍是众说纷纭。
笔者认为，在这里按照打印文档进行3D打印得到打印目标的过程应属著作权意义上的复制。
首先，拇蛴∫淮仕灯穑将储存在存储容器中的电子文档打印中通过打印设备输出到纸张是复制，这一点毋庸置疑。这里的电子文档也是需要被事先“设计”的，而3D打印的过程也可以被解释为将事先设计好的电子文档（STL文档）通过3D打印机复制成实物。相比较而言，3D打印实现过程只是最终输出物的形态不同而已，平面打印的输出载体是纸张，而3D打印的输出载体是打印机中储存的打印材料。但是两种打印的本质并无区别，不管是CAD模型还是转化后的STL文档以及我们平面打印中普遍用到的Word文档，层层剥离后都只是计算机语言，只是复杂程度不同且通过被开发的不同的计算机软件所呈现出来而已。并且，3D打印文档这里提到的计算机语言也不同于计算机软件，除前文所述原因外，还因为计算机软件是可以普遍适用的，我们可以多次运用它设计出相同或不同的3D打印文档，向我们用到的Office办公软件也具有这种特性。
再者，在前文中已提到，3D打印文档不是计算机软件，笔者更偏向于它系设计图之类。那么，按照3D打印文档打印出实物的过程就和按照工程设计图、产品设计图等进行施工的过程很类似。对于这种“施工”是否属复制的问题，我国虽然没有具体法律可供参考，但是在处理类似实际案例时，法官的处理结果从侧面反应出我国法律对于“施工”是否是复制行为的态度。其中比较典型的是迪比特公司诉摩托罗拉侵害其印刷线路板著作权一案，当时法官的裁判并不认同按照设计图进行生产属于复制行为，因为印刷线路板的实用性已经远远超出了文学、艺术、科学领域中对作品美感的保护范围，再有就是在实践中对于按照假山设计工程图进行施工侵权的案例，而该案的裁判结果却与前例大不相同，因为原工程设计图具有艺术价值，未经同意擅自施工，已经侵犯著作权人的利益。相似的案件，不同的裁判结果，在实践中，对于异形复制法官似乎并没有统一的标准，案件结果全由法官行使自由裁量权获得。其实不然，对于判断异性转换是否属复制行为的标准其实有迹可循，判断标准的关键就是美观。当3D打印文档所设计出来的物品或者作为3D打印模型的实物在具有独创性的前提下兼具美感，同时符合对实用性物品的著作权保护标准，即原型作品是著作权意义上的作品，那么对它的复制行为就属于著作权意义上的复制，所以说，是否是复制行为需要具体问题具体分析，不能一概而论。
四、合理使用制度：限制还是拓宽
在当下，笔者认为，著作权法属于社会法，是一种私法公法化后的产物，它导源于国家对社会经济生活的干预，作为一种平衡个人利益与社会公共利益而存在，著作权法对两种利益进行调和的关键就是在于合理使用制度和法定许可制度的设立。现行著作权法对于合理使用条款的表述采取列举式，在十二种情形下对著作权人的绝对权可以进行适当突破，而对法定许可制度也是采取列举式，共有六种法定许可情形。尽管法定许可也是对著作权人利益的牺牲，但是使用人需要支付一定的报酬，著作权人利益的让渡范围较小，在此不多做品评。再看合理使用制度，使用人是无需支付任何报酬可以免费使用的，这无疑是对著作权人权利的侵犯。而在3D打印领域，尤其，当3D打印机普及，打印成本和操作难度整体下降时，复制者使用情况在合理使用制度所列情形之内，比如说个人学习研究使用他人设计的3D打印文档或打印物进行打印的行为，现行著作权法合理使用制度不予调整的话，将对权利人造成极大地利益损失，进而限制3D打印产业在我国的发展。
我国对合理使用制度的列举式描述，其优势在于在适用合理使用制度时，司法裁判机关能够明确其范围，尽量缩小法官自由裁量的范围，这跟当下司法体制和司法裁判人员的结构层次相适应，但是这种模式下的弊端也暴露无遗，缺乏兜底条款，司法裁判人员无法根据事实情况对案件的裁量进行适当延伸，无法保障个案公义，这种立法模式下的合理使用制度无法根据社会的发展去解决新问题。而对于判断合理使用的条件，在世界各国通行有两种立法例。第一种是“三步检验法”，源自《伯尔尼公约》，即对著作权人作品的合理使用应满足以下三项要求：（1）使用作品之情况特殊；（2）该作品的正常使用没有被影响；（3）对著作权人的合法利益不得造成不当影响。第二种是《美国著作权法》第107条所作的规定，可以概括为：（1）利用著作权人作品的目的与性质是否具有商业性质；（2）被利用作品之性质；（3）被利用部分相对于原完整作品的数量及重要性比例；（4）利用该作品对作品的潜在市场与价值之影响。
那么，当使用者为了个人使用的目的使用3D打印机打印出实物，无论用上述哪种方法进行判断，都是不能适用合理使用制度的。日后打印成本、复杂性和可操作性的整体降低是市场价值规律，个人利用他人的3D打印作品将会更加便捷，我国现行立法模式下著作权人的合法利益的不但保障，而且，3D打印的最终产物是具体的有形物品，无论是用来观赏、研究、使用都是实现物之价值的一种方式，这种利用实际上就是一种商业利用，而且对原作品的价值与潜在市场的影响也是不容小觑，试想，个人使用普及，市场上需求变小，还有哪个生产商会批量生产？使用“三步检验法”进行判断，个人利用不符合第（3）项要求，而根据《美国著作权法》，第（1）项和第（4）项的要求有极大可能会被违背。其实，我国知识产权法对于个人使用是有过限制的，例如，计算机软件的个人下载并不适用合理使用制度，个人利用仍需付费下载。
总之，我国著作权法的合理使用，特别是个人的使用，相关制度还不够完善，笔者认为还需适当加以限制，个人对3D打印文档的相关衍生物的学习和研究仍可以适用合理使用制度，但对个人自己进行打印进而利用的行为还有待商榷。
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关键词：光固化；快速成型；3D打印技术；液态光敏树脂
中图分类号：TB324；TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）04-00-02
0 引 言
SLA是“Stereo Lithography Apparatus”的缩写，即立体光固化成型法。SLA 3D打印快速成型技术是一种以数字模型为基础，以液态光敏树脂为材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。随着社会的不断进步，光固化快速3D打印技术在人类发展中愈加重要，其重要性可与电脑相媲美。快速3D打印技术不需要在工厂进行操作，意味着无需机械加工或者任何模具，此举不仅提高了生产效率还降低了生产成本，在3D打印的基础上，SLA光固化成型技术对其做出了更进一步的改善，成为现代技术的发展趋势。
1 光固化3D打印技术立体光固化成型技术简介
光固化3D打印技术立体光固化成型法利用激光照射光敏树脂材料，使液态树脂快速凝固成型，具备高精度、高成型质量的特点，可以加工一些结构外形比较复杂或使用传统手段难于成型的一些原型和模具。如今3D打印存在的问题是速度不快，费时且耗材，而SLA光固化成形3D打印技术可以更为直观的了解产品形态。
SLA光固化成形3D打印技术已普遍存在，其优势显而易见，如打印精度较高、复杂零件制作方便、节省产品开发周期、人工费用降低、少量多品种需求优势明显等。虽然受打印设备、打印耗材及技术方面的制约，打印出来的产品在精度和力学性能方面还不能完全替代传统的制造业，但可与传统制造业形成互补。目前国内外厂商正在研发收缩小、固化快、强度高的光敏材料，也正是这些因素，使SLA光固化成形3D打印机在国内的普及越来越快。
研究的目的是探索光固化高精度3D打印技术SLA的原理，深入了解SLA技术，最后熟练使用SLA技术打印我们理想的模型。
2 光固化3D打印技术立体光固化成型技术原理
在液槽中充满液态光敏树脂，其在激光器所发射的紫外激光束照射下会快速固化。在成型开始时，可升降工作台处于液面以下，为一个截面层厚的高度。通过透镜聚焦后的激光束，按照机器指令将截面轮廓沿液面进行扫描。扫描区域的树脂快速固化，从而完成一层截面加工过程，得到一层塑料薄片。然后工作台下降一层截面层厚的高度，再固化另一层截面。这样层层叠加即可建构三维实体。打印原理如图1所示。
3 光固化3D打印快速成型的应用
在铸造行业，光固化3D打印快速成型可以快速、低成本的制作压蜡模具，制作树脂熔模以替代蜡型。在砂型T造中用树脂模具代替木模，可有效提升复杂、薄壁、曲面等结构铸件的质量和成型效率。在工程设计业，用于测试模型制作。在医学方面，可用于三维人体及器官复制，假体的制作、复杂外科手术的术前规划模拟、牙齿种植导板制作。光固化3D打印快速成型技术为快速铸造、小批量铸造、复杂件铸造等问题提供了有效的解决方法。
4 目前SLA 3D打印装置的问题和解决
4.1 SLA 3D打印装置面临的问题
随着科学技术的发展，基于SLA的3D打印机设备功能越来越强大，但现有的SLA原理的3D打印机（激光快速成型机）外形结构比较大，一般左右两部分呈对称结构，左边为加工成型部分，右边为显示控制及电气控制柜部分，设备整体结构较大，内部空间利用率低，外形占地面积大，很小的机型也需要较大空间摆放，为设备的包装、运输带来困难，成本增加，且由于现有设备的长宽尺寸超出常规的房间门宽尺寸，需要破坏墙体或者改门，造型亦不美观。因此，如何设计一种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，成为我们当前要解决的问题。
4.2 解决方法
针对目前存在的问题，提出一种实用新型基于SLA的多功能光固化3D打印装置。该种基于SLA的多功能光固化3D打印装置，设备主体成单体结构状，将LCD触摸控制面板独立设置，方便控制和操作，将扫描装置置于树脂槽上，大幅度减小设备主体的外部尺寸，设备占地空间减小，设备制造加工成本大幅度降低，也便于包装和运输，以及便捷维护，而可扫描装置的扫描面积变大，满足了客户对大尺寸工件打印的要求，且设备运行稳定，快速成型和制造系统缩短了产品开发流程，相较于传统工艺流程节省了大量时间和资金。
5 结 语
SLA光固化成形3D打印技术已进入各行各业，在时代的发展中其重要性愈加凸显，可以大胆的想象，在未来，我们将不再需要大规模的生产线，不再需要寸步不离的守候在机床旁，不再需要大量的人力物力，不再产生大量的工业废物。3D打印技术将从根本上改变传统制造业模式，将设计领域提高到一个新的高度。
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