3D打印技术在建筑工程领域的应用前景

第一篇：3D打印技术在建筑工程领域的应用前景

3D打印技术在建筑工程领域的应用前景

科技改变生活，科技提高效率，科技创造价值。随着科技进步，如今越来越多的新技术、新工艺、新材料被应用到建筑工程领域，极大地提高了工程建设的质量和效率。3D打印技术正是科技发展的产物，自打其研制诞生以来，就不断地吸引人们的眼球，受到各行各业的广泛关注，打印食物、打印机械零件甚至打印手枪等不一而足。3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业，人们希望利用3D打印等先进制造技术快速制产品，借此提升执行任务的速度并降低成本，3D打印技术未来应用的范围会越来越广。如今也有建筑工程人员将这项技术应用到建筑领域，并取得了一定成效。

一、3D打印技术

（一）3D打印技术的概念。我们都知道文字图片打印机，它们是平面的二维打印，3D打印就是在普通的二维打印的基础上再加一维。与普通打印机工作原理基本相同，区别在于只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂以及尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、镀银、镀金、橡胶类材料等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料。3D打印机工作时先像普通打印一样，在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层，然后再将这些可黏合的打印一层一层的粘起来。通过每一层不同的“图形”的累积，最后就形成了一个三维物体。就像搭积木一样，一层一层的累积起来后，就完成了一个设计好的立体的样子。3D打印技术就是快速成形技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型，现在正向产品制造的方向发展，形成直接数字化制造。

（二）3D打印技术的现实意义。首先，大幅度提高工作效率。根据模型的尺寸以及复杂程度，传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，开辟了快速成型的新途径。其次，降低成本。传统的制造技术如注塑法可以降低成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快、更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。再次，打印的物品逼真。因为3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够，并且是三维的，所以打印出发产品例如模型十分逼真。今天的3D打印能复制出与原物一模一样的实物出来。最后，给设计者带来更多的想象空间。

二、3D打印技术在建筑领域的应用

（一）建筑设计领域应用

3D打印实际就是快速成型技术的应用，快速成型技术是特种加工技术中具有代表性的一种，它是集数控、机械CAD／CAM技术、激光加工、新材料科学等多种新型技术为一体的新技术。由于3D打印成品的可塑性非常强，从二维到三维，3D打印可以精确到600dpi，每层0.01毫米的厚度，几乎任何复杂的结构

都可以轻松打印出来，于是许多建筑设计师将该技术用于建筑与市政布局模型、工业设计的快速成型。

以往建筑设计师制作模型和3D效果图都是手勾草图，现在，3D打印提供了一种与传统的3D效果图、建筑模型等建筑造型表现方式不同的、全新的操作模式，它将让模型作为建筑师矫正设计的手段这一初衷获得新生。整个建筑模型制造过程分为三个阶段：拍照、建模、打印。这种操作方式比用软件画图、按照图纸仿形雕刻更精确、更快捷。

（二）建筑市场开发应用

1.建设方案初始设计阶段。我们知道通过看2D图想象3D空间确实比较困难，需要有丰富的空间想象力。3D打印模型在这一点不仅非常有用，而且还可以有效传达想法，根据各方讨论意见随时改变。例如在做城市综合体、交通综合体等这种大体量建筑群开发初始阶段，就需要研究这些综合体建成后会对周围的建筑和城市空间有何影响。最好的、最有效的做法就是给出模型，用以直观真实的展现建成后的情景，3D打印机具有这方面的极大优势。

2.建设提交方案成果阶段。建筑工程每个设计阶段的任务终将形成一个连贯一致的设计，包括方案、成本、准则等所需要求。如果用3D模型完成空间、环境设计，就相当一个缩微版的建筑与环境原型再现，必然会得到建设方和公众的接受，也可避免因为设计者的疏忽造成的失败建筑。

3.项目技术设计和营造阶段。随着建筑项目的开展，3D打印模型的辅助设计功能也随着改变，转向项目的技术设计和细部处理、风格展现，比如内饰、外饰的材料、风格、空间内部的陈设和装饰物品，使之更加深化细致。

4.建设项目成果展示。3D打印模型不仅是设计过程和项目施工过程中所用的工具，也可作最终展示。设想在一间设计公司的展厅内，陈列着这家公司完成的许多项目缩微模型，他们就是窗外真实城市景观的真实再现，这些模型就能赢得潜在客户的信任，给设计者带来新的收益机会。

（三）在建筑构件方面的应用。如今有一些建筑师将3D打印技术应用于建筑构件。起初，建筑师采用SLS（选择性激光烧结）3D打印技术按照设计的尺寸分段打印各个节点，然后将其组装起来。SLS3D打印技术能够满足建筑所需要的美学和结构方面的需求。

（四）在制造实体建筑方面的应用。也就是用3D打印技术来盖房子。采用的方法是分段打印组装方式，即建筑模块化，在工厂里每块打印好，最后一起现场组装。与建设传统房屋一样，打印房子之前首先需要打下地基；接着，打印机根据图纸打印墙体结构，同时预留“梁”与“柱”浇筑的空间；最后，在预留空间置入钢筋、灌注混凝土，在墙体的中空部分填充保温材料。这种打印实体建筑在我国也有案例，肉眼观察，这些3D打印房与普通房屋有着明显的区别：它们的墙体有着类似雕饰的纹路，或横向或纵向，而整体效果宛如制作奶油蛋糕时挤出的奶油被一层一层堆叠起来。

三、3D打印技术在建筑工程领域的应用前景分析

3D打印技术在建筑工程领域的应用还有较长的路要走，特别是在实体建筑打印方面还面临诸多挑战。

首先，打印材料的限制。3D打印机使用的是真实的金属、陶瓷、塑料、尼龙玻纤等材料，虽然可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。虽然研究者们在一些打印材料上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

其次，打印机器的限制。3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。但最基本的困难在于尺寸。2维打印大家都常用，一个最根本的常识就是，输出尺寸越大，打印机本身就越大，那么打印机的喷头活动范围要能够覆盖全幅的输出尺寸，那么必然会大一圈。在3维打印领域，这意味着：如果打印住宅则打印机需要比你的住宅大一圈。机器越大越难制造，更重要的是机器越大，打印精度和打印速度就会越差。所以现阶段解决3d打印房屋的一些基本问题：材料，控制，精度等。

再次，3D打印建筑的安全问题。一方面，3D打印技术能否把房屋的梁体、墙体和柱体做到和传统行业一样坚固，还有待检验。另一方面，建筑的抗震性。现在一般使用超轻的全新材料，打印的房子自重会小于传统房屋，抗震性也就更好，但如果打印房的自重大于普通房屋，抗震性的问题就值得考虑了。再一方面，建筑的耐撞击性，不管怎样由于材料的关系，打印的建筑的耐撞击性可能不如传统房屋。国家尚未对3D打印建筑出台相关标准，这使得3D打印房的安全性、抗震性等性能无法得到检验。

因此，短期内，3D打印技术不可能完全替代传统建筑方式。一种较大的可能是新技术与传统工艺互为补充，在钢筋混凝土结构的基础上结合3D打印技术，建造一些科幻建筑、概念建筑等。但在设计体系、模型制作、钢筋混凝土很难塑造的个性的效果方面，3D打印却能发挥不可替代的作用。

第二篇：新材料在通信领域的应用前景

新材料在通信领域的应用前景

一·光纤通信用新材料——氟化物玻璃

电通信是以电作为信息载体实现的通信，而光通信则是以光作为信息载体而实现的通信。所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。光纤通信作为一门技术，其出现，发展的历史至今不过30~40年，但它已经给世界通信的面貌带来了巨大的变化，起深刻而长远的影响恐怕还在后头。我国在光纤通信的高技术领域中已取得一定成功,上海光纤年生产能力可望达到2万公里,“七五”期间光纤通信技术将在上海实现实用化。光纤通信技术诞生于五十年代中期。当时开发的硅酸盐玻璃光纤束至今还在医学和工程上用于照明、传送图象和内窥器。六十年代以后开发了有机聚合物制成的塑料光纤,优良的型号可用于数百米以上的光通信。七十年代开始了石英玻纤的制造,把光通信技术推向成熟阶段。这种纤维,如使用10～30公里间距的。光纤通信有以下特点：

（1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几

十、甚至上百公里。(2)信号干扰小、保密性能好；(3）抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4）光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；(5）材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6）无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强，寿命长。(8）质地脆，机械强度差。(9）光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。（10）分路、耦合不灵活。(11）光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）(12）有供电困难问题。

利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信。

通信光缆芯的材料根据不同的材质，有以下几种材质： 石英光纤、氟化物玻璃光纤 硫系玻璃光纤 单晶玻璃光纤 多晶光纤 光子晶体光纤 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料光纤 聚苯乙烯塑料光纤 聚碳酸酯塑料光纤和耐热塑料光纤。由此我就详细介绍一下光纤通信用新材料——氟化物玻璃。

科学界普遍认为，卫星技术和光导纤维技术将是新世纪的两大中心技术，而氟化物玻璃将在光导纤维技术中发挥奇特的作用。氟化物光导纤维的出现，大煞了石英光纤昔日的威风。因为在远距离通讯、尤其在海底通讯中，氟化物光导纤维由于其损耗极小，可在数千公里范围内免除一切中继站，无疑，这具有重大的科学和经济意义。

氟化物玻璃除用于远距离通讯外，在医学、国防等领域也将发挥巨大的作用。例如用它制成的测温计，不但能精确地测量高温，还能出色地测量低温，这就使目前常用的石英测温计大为逊色。

用氟化物玻璃制成的呼吸气体分析仪，可用来对处于麻醉状态下的患者所呼出的气体的浓度进行即时分析，以尽可能减少手术中的危险率。更神奇的是，氟化物玻璃还可用来治疗癌症：因为当癌细胞的温度略低于周围正常细胞的温度时，癌细胞就会被破坏。因此，只需找到一种方法，例如采用透红外线的氟化物光导纤维医疗器械，精确地控制周围细胞内部的注入能量，使其温度略高于癌细胞的温度，就能取得治疗癌症的效果。

氟化物玻璃的诞生，犹如在光纤技术世界发现了新大陆，引起了国际科学界的关注。法国稳拿了“氟化物玻璃发明者”的桂冠，并在制造工艺上取得了捷足先登的成就。以氟锆酸盐玻璃为代表的氟化物玻璃以其从紫外到中红外极宽的透光范围,无毒及较好的物理化学性质成为最有希望的超长波段通信光纤材料。

二·光纤陶瓷插芯

2013年7月18日，由石家庄市投资促进局、藁城市人民政府、石家庄经济技术开发区主办的“战略性新材料—通信用陶瓷插芯项目启动仪式”在河北四方通信设备有限公司园区内隆重举行。此举标志着由我省光纤产业领军企业“四方通信”引领建设的新一代信息技术产业光纤产业集群第一个子项目正式落地，为我省加快转型升级、发展战略性新兴产业拉开了序幕。

四方通信承担将上海交通大学科技成果转化为现实生产力的责任，上海交通大学为河北省以光纤产业为“龙头”的新一代信息技术产业的建设与发展提供技术来源和技术支撑。下面详细介绍陶瓷插芯项目基本情况介绍

1、陶瓷插芯简介及用途

光纤陶瓷插芯(英文名称：ceramic ferrule)，光纤连接器插头中精密对中的圆柱体，中心有一微孔，用作固定光纤。光纤连接器是把光纤的两个端面精密地对接起来，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中。陶瓷插芯是这种光纤连接器的核心部件，它是一种由纳米氧化锆(ZrO2)材 料经一系列配方、加工而成的高精度特种陶瓷元件，其孔径、真圆度误差为0.5靘。所制成 的连接器是可拆卸、分类的光纤活动连接器，使光通道的连接、转换调度更加灵活，可供光 通系统的调试与维护。

光纤陶瓷插芯的主要应用领域之一是光纤活动连接器，光纤活动连接器是实现光纤之间非固定性连接的光无源器件，它具有光纤与光纤、光纤与有源器件、光纤与其它无源器件以及光纤与仪表之间活动连接的功能。光纤活动连接器的核心部件就是光纤陶瓷插芯，陶瓷插芯的品质决定了连接器的插入损耗、回波损耗、重复性、互换性等技术指标的优劣。2 光纤陶瓷插芯的工艺技术

·(1)纳米氧化锆粉体注射成型材料配方和成形工艺技术；(2)内孔直径为0.125mm?、长度为12～15mm的细长微孔成形技术；(3)精度误差为0.1μm的精密陶瓷加工技术；(4)烧结晶粒亚微米化的工艺控制方法；(5)低损耗的光通信部件，其插入损耗≤0.2dB，回波损耗≥40dB。

3、陶瓷插芯项目建设背景

目前，陶瓷插芯后道加工生产分布地区主要在中国、日韩和欧美，其中以中国为最，日韩次之，欧美有部分生产厂商，但产量规模较小。由于发达国家光纤入户工程起步较早，市场空间较小。2010年日本的陶瓷插芯生产厂商还占据较大市场份额，而近两年所占比例呈逐年下降趋势，目前仅占全球市场份额的15%左右。

2010年全球主要陶瓷插芯厂家月产量总和在3000万支/月左右，2012年超过6000万支/月，两年时间产量翻一倍，而这一轮扩张的主力军来自中国。

导致陶瓷插芯在国内市场一直处于热销状态的原因主要表现在两个方面：一方面是国家三网融合、4G牌照发放、住建部与工信部共同颁发的《住宅区和住宅建筑内光纤到户施工及验收规范》出台、国务院关于印发“宽带中国”战略及实施方案的通知、国务院印发《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》、智慧城市建设等系列利好政策的出台，连接器市场的需求量将逐步扩大;另一方面受到整个行业插芯产能的限制，导致供应量紧张。

作为光纤产业集群的第一个子项目，陶瓷插芯项目具有其独特的优势： 陶瓷插芯项目具有新一代信息技术、战略性新材料，两个属性是填补国内空白和实现“无中生有”的重大战略性新兴产业项目。三`硅光子芯片

传统光通信模块是将三五族半导体芯片、高速电路硅芯片、被动光学组件及光纤封装而成，其中成本主要来自三五族半导体芯片及系统封装。虽然其传输速度可达40Gbit/s以上，但比起用电缆传输而言，价格却相对昂贵许多，因此近几年来，高速硅光电(Silicon Photonic)组件变成一项相当热门的研究题材，主要研究动机是想藉由芯片量产技术降低芯片生产成本、提升良率，另一方面，经由缩小硅光电、光学组件的尺寸，进一步和后端电路整合在一起，降低封装成本。

现阶段硅光电技术应用于光连结大致可分为三大领域——主动式光缆(Active Optical Cable)、热插入光电传收模块(Plug-in Optical Transceiver Module)及芯片内链接(On-chip Optical Interconnect)。

主动式光缆的研发以Luxtera为代表，其于数个光纤的两侧封装硅光电传收芯片，首先在芯片上直接制作被动光纤耦合器、高速硅光学调制器、硅锗光侦器、驱动电路及转阻放大器，最后再将光纤及电射晶粒组装于芯片上。其双向传输速度为40Gbit/s、传输长度4,000公尺，并可将速度提升至112Gbit/s。由于光纤已和芯片封装在一起，可免去在使用上光学对准的问题，然而每条光缆的成本价格相对较高。

另一做法是将硅光电传收芯片直接组装至硬件电路板上，然后藉由一热插入装置和光纤光缆连接。此概念和英特尔发展的Lightpeak技术架构相同，也是目前英特尔硅光子研究团队未来可能的发展方向。基本上，该做法和主动式光缆唯一的差别在于，硅光电传收芯片整合在硬件信号传输端上而不在光缆上。

此外，为倡议在芯片内部传输比特率的提升，IBM也提出光子芯片光互连系统，但由于硅元素本身材料特性，导致开发光源时会有较低的发光效率，虽然已有学术文章致力探讨硅奈米结构量子局限效应，而有四个数量级提升的发光效率，但目前而言，距离成为具商业化阶段的产品仍有相当的努力空间。因此，在硅光子领域的光源开发有一部分是利用三五族半导体激光二极管直接整合硅光电组件进而形成混成激光(Hybrid Laser)的技术。多核CPU内联机应用

硅光电技术于光连结最高极致的应用是在多核心中央处理器(CPU)芯片的内联机系统。一般来说，如果单一信道数据传输量达到10Gbit/s以上，金属导线的信号传输质量就会严重下降，其主要的原因为高频信号随着传输距离急遽衰减、高频信号的电磁干扰以及信号的损耗使芯片的温度增高。

利用光连结取代电连结可有效解决高速芯片传输信息量的限制。随着积体光学技术的发展，光学组件的整合性已不输给电子组件。以硅线波导为例，其高度及宽度约在数百奈米大小左右，可弯曲半径也在10微米(μm)以内，再加上愈趋成熟的光信号处理技术(如分光、多任务及光切换等)，许多原先必须仰赖芯片运算的功能也可由光积电路取代。

该领域的研究以IBM、惠普(HP)及甲骨文(Oracle)的投入最多。图4是IBM所提出的硅光子芯片光互连系统，其中光链接层可利用三维(3D)垂直整合技术加入至多核心运算层，形成一所谓“超级芯片”架构。IBM目前已开发标准90奈米制程的初步硅光连结层，该光链接层上有被动光纤耦合器、多任务器、解多任务器、高速硅光学调制器、硅锗光侦器、驱动电路及转阻放大器，藉由多波长分工概念，每个硅波导数据传输量可达25Gbit/s，但如何整合光源、降低组件消耗功率仍是一大挑战。

调制器带宽达40GHz 高速通讯/全光计算近了

此外，2004年，英特尔整合金属氧化半导体电容(Metal-oxide-semiconductor Capacitor)与硅基光波导结构，成功制作出硅基全光快速相位调制器(High-speed Optical Phase Modulator)，并且将该相位调制器用于硅基马赫曾德调制器(Mach-Zehnder Interferometer)，其3dB调制带宽可达1GHz，当时的研究成果发表于国际期刊《Nature》。当顺向偏压施加于组件时，这时在闸极的氧化层(Gate Oxide)会出现电荷累积的现象，由于硅材料拥有折射率随载子浓度变化的特性，这些在氧化层与硅基波导接口的电荷浓度会改变硅基光波导的折射率，进一步影响光相位特性。因此，透过该物理特性，将此用于马赫曾德调制器，适当的调整电压大小与波导长度，便可轻易的调整光场相位的变化，即控制输出光场建设性或破坏性的干涉，以达到光信号的调制。

2005年英特尔延续之前硅基马赫曾德调制器的工作并且进行优化，不仅缩小组件尺寸，使光波导截面面积由原本的2.5微米×2.3微米，缩小至1.6微米×1.55微米，并且将原先P型多晶硅层改用单晶硅取代。此外，英特尔还将参杂浓度提升。缩小组件尺寸有利于光场的集中，因此光场在氧化层的强度较先前的组件来的强，故光场与累积在氧化层的电荷作用力也较强，进而使得相位调制效率获得约两倍的提升。改用单晶硅取代原先的多晶硅的制程，可使组件缺陷较少，让组件损耗降低，由原先的16dB/cm下降至10dB/cm。而高浓度的参杂，增强载子注入的能力，也降低阻抗，配合上组件尺度的缩小，经由实验量测得到的组件阻抗为6.5Ω，等效电容为2.4pF，经过计算后该组件的调制带宽约10GHz，可传送4?6Gbit/s数字非归零格式信号。由于金属氧化半导体电容结构其电容特性，大大影响硅基马赫曾德调制器的响应速度(RC Delay)，2007年，英特尔使用PN接面取代金属氧化半导体电容结构来达到更高速调制速率。此外，配合行波式电极设计与电路之阻抗匹配，使得组件操作带宽可达40GHz，为行波式硅基马赫曾德调制器的频率响应图。最后，这样高速的调制组件为硅光子学领域内的一大突破，并且为实现高速通讯与全光计算之重大迈进。从技术角度来看，硅光信号调制器及硅锗光侦器已发展得相当成熟，其操作速度皆可达25Gbit/s以上，唯一的考虑在于如何减少硅光信号调制器的尺寸大小、提高对温度的稳定性，及增加硅锗光侦器的灵敏度等。利用互补式金属氧化物半导体(CMOS)制程或准CMOS制程整合硅光电组件及电路于单芯片也大致验证可行。目前唯一尚未有定论的是如何整合光源及光纤封装方式。然而，此部分的做法与应用领域及产品定位有关，可以是将整个雷射晶粒封装，或是如英特尔所采用三五族半导体晶圆接合后制程方法，光纤封装则取决于通道数目及成本，但整体而言，硅光电组件商业应用已指日可待。已开发的硅光电技术用于各个硬件之间的数据传输，信道速度达100Gbit/s。

第三篇：3D打印技术在文化创意领域的应用及前景-论文

武汉职业技术学院

毕 业 设 计 论文

3D打印技术在文化创意领域的应用及前景

院系名称： 机电工程学院 学生姓名：韩涛 学号：1302303884 专业班级：模具13306 指导老师：朱红老师 起止时间：2016.1-2016.4

3D打印技术在文化创意领域的应用及前景

摘要

3D打印技术（英语：3D printing），又称积层制造（Additive Manufacturing，AM），也称三维打印技术，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

与传统制造技术不同的是，3D打印技术不需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件；它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期，并且能在数小时内成形。所以3D打印技术所具备的特点刚好与传统制造业相反，能快速的制造出单个需要的产品。而传统制造技术是面向大批量加工的技术，若遇到需求量少的产品，则会出现成本高、制造周期较慢等各种问题。

关键词：

3D打印技术，个性化，文化领域

目录

第一章 言...............................................................3 第二章 3D打印在文化创意领域的优势和应用..............................3 2.1 3D打印技术适合个性化定制和创意..............................3 2.2 3D打印技术使用的案例........................................3 2.3 3D打印应用于文化创意产业的意义..............................4 第三章 3D打印发展在文化领域的前景......................................5 第四章 3D打印发展的限制因素............................................6 第五章 结束语...........................................................6 致谢....................................................................7 参考文献................................................................7 一 引言

3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

二 3D打印在文化创意领域的优势和应用

2.1 3D打印技术适合个性化定制和创意

近年来，3D打印技术正逐渐步入普通人的视野，并逐渐成为炙手可热的应用技术。目前，3D打印技术已初步应用于工业创意产品设计、影视动漫、休闲旅游文化产品设计、数字出版等行业。其普遍应用将对文化创意产业产生较大影响。随着科技的进步和互联网的日益普及，3D打印技术将越来越成为DIY制作过程的工具，所有这些发展促成了几乎人人都是设计师兼制造者，制造者与消费者之间的界限将会变得越来越模糊。3D打印给了普通人以制造的能力，释放个体使用者的创新冲动，改变了过去发明创造只是少数人的特权，实现了普通人个性化的设计思维与表达需求，真正做到了全民创意与全民创造。3D打印使这种群体性智慧得以最大限度的发挥和利用，将促使文化创意产品的创意设计表达呈现更加多元化、大众化、自由化的特征。

在网络普及化的今天，普通人轻易通过各种网络数据库模型网站就可以下载设计师最新的设计作品，然后进行3D打印制作。在追求个性化的今天，人们都希望自己的东西与别的是不同的，是独一无二的，然而因为传统制造业的限制，产品只能大批量的制造才能适合市场的需求，根本无法做到每一件产品都是不一样的，除非是高端的私人定制产品。所以，这就给3D打印留下了巨大的发展潜力，人们可以利用3D打印技术，用廉价的网络传播上面的知识，做出自己希望的各种各样的创意，满足自己对个性化的需求。相对于传统制造业生产前大量的准备工作和生产上面的限制，3D打印技术的限制就小了很多，只需要把自己想要的创意用软件绘制，再导入到3D打印机里面，等待几个小时，就可以拿到需要的东西。不管是时间成本还是金钱成本都比传统制造业小了不少，需要强调的是，以限制3D打印机的技术水平，其制造产品的精度和质量运用在文化创意领域是完全没有问题的。

2.2 3D打印技术使用的案例--修复重要文物

美国德雷塞尔大学的研究人员通过对化石进行3D扫描，利用3D打印技术做出了适合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同时还做了比例缩减，更适合研究。博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时复制品也能将艺术或文物的影响传递给更多更远的人。史密森尼博物馆就因为原始的托马斯·杰弗逊要放在弗吉尼亚州展览，所以博物馆用了一个巨大的3D打印替代品放在了原来雕塑的位置。--打印自己独一无二的鞋子

feetz鞋是你是独一无二的。你只需要从每个脚的不同角度拍三张照片并发送图像feetz。通过一款特殊的软件，该公司将图像转换为三维模型，利用新材料和3D打印技术为您制作出一双订制的鞋子。feetz承诺客户将在七天内获得这些鞋子。采用3D打印技术的鞋子可以完美提盒用户的双脚，因为人们每只脚都是独特的，通过订制可以让用户穿着更为舒适。feetz鞋是你是独一无二的。你只需要从每个脚的不同角度拍三张照片并发送图像feetz。通过一款特殊的软件，该公司将图像转换为三维模型，利用新材料和3D打印技术为您制作出一双订制的鞋子。feetz承诺客户将在七天内获得这些鞋子。采用3D打印技术的鞋子可以完美提盒用户的双脚，因为人们每只脚都是独特的，通过订制可以让用户穿着更为舒适。--打印出无缝的合身衣服

3D打印的服装已经出现了许多 — 从Lady Gaga出席时尚活动所穿的参数化3D打印雕刻裙装到中国著名品牌极致盛放的靓丽3D打印婚纱，每一件都十分吸引眼球。但它们往往只是外观漂亮，缺乏足够的实用性。

不过现在，这种情况已经由波士顿服装品牌Ministry of Supply最新推出的高质量3D打印男上装改变了。这款男上装的最大特点就是直接打印，一体成型，完全无缝，即便是衣袖和衣领也是如此，完全没有采用传统的缝制工艺，所以完美彰显出了简洁优雅的气质。使用3D打印编织工艺，从最细的线到最后的成衣，一次完成。

除了无缝，这款3D编织的男上装还有其它许多优点，比如可以通过3D扫描订购者的身形做得完全合身，更耐穿，更节省布料等，因为3D编织属于增材制造工艺，特点就是做多少，用多少材料。传统制衣工艺会浪费大约30%布料，而这种3D打印编织工艺的浪费是零。

--COGNITOYS3D恐龙玩具

小恐龙是3d打印的，内部系统采用了IBM开发的人工智能Waston，不仅可以实时聊天，在互动中，小恐龙也会慢慢塑造起自己的性格来，就像是真的和小朋友共同成长。CogniToys也具有“学习”功能，在和小朋友玩耍的过程中，CogniToys能够记录下各种个性化的喜好，比如喜欢的颜色，喜欢的玩具，对什么更感兴趣一些。

2.3 3D打印应用于文化创意产业的意义

3D打印应用于文化创意产业的意义有三个方面。首先，该技术能够为独一无二的文物和艺术品建立一个真实准确完整的三维数字档案，用3D打印技术可以随时随地并且高保真的把这个数字模型再现为实物。

第二，3D打印技术取代了传统的手工制模工艺，在作品精细度、制造效率方面都带来了极大的改善和提高，对于有实物样板的作品在编辑、放大、缩小、原样复制等方面都能够更加直接准确，高效实现小批量的生产，促进文化的传播和交流。

第三，该技术带来了大量的跨界整合和创造的机会，尤其是给艺术领域的艺术家们带来了更为广阔的创作空间，在文物和高端艺术品的复制、修复，衍生品开发方面的作用非常明显。三 3D打印发展在文化领域的前景

与传统制造业相比，3D打印技术有效减少制造过程中的垃圾与二氧化碳，对环境有积极影响。

其次，3D打印能创作艺术品，从而衍生新的艺术媒介。如3D打印能复制世界名画，这种复制品本身也成为了艺术品，供人欣赏讨论。这项技术大大缩短了产品的研发周期，新产品投入成本减少，小型创新企业将获得生存空间。

金属打印正在逐步健壮起来，机器的研究和材料的发展都是各国增材实验室的研究重点。

生物打印也已经有了良好的雏形和工业医疗运用。不过受道德，伦理等的影响，生物打印有一些限制。但是相信在未来法律放开后肯定能有巨大突破。

其次，增材制造在很多工业领域都有应用。航空航天，高精制造都有广泛巨大的应用。美国空军海军都已经正式应用增材技术。NASA也在三天前正式发文表示将在今年年底完成第一台外太空专用3D打印机。

从传统意义上来说，物品形状越复杂，制造的成本就相应的随之增高，这对企业来说无疑是一笔不菲的支出。但是随着3D打印机的普遍应用，物品的复杂度将不再与成本形成正比关系。不管制造的物品形状有多复杂，3D打印机都能够轻松解决，并且不增加成本，因为3D打印复杂的物品和打印一个简单的物品并不存在任何关系，3D打印的费用只是按照材料成本和时间成本以及机器损耗成本进行计算的，所以，3D打印的出现改变了传统意义上的定价方式以及计算制造成本的方式。

人们的思想是不断变化的，设计也是不断改成出新的。对于传统行业来说，产品多样化，不仅是对制造的考验，更是对企业实力的考验。因为产品多样化对于各种成本的增加是不可估量的。但3D打印机就是不同的，它就像哆来A梦一样，可以随心所欲做出不同形状的物品，所以3D打印与传统制造设备相比，3D打印省去了培训机械师和购置新设备的成本，3D打印机只需要不同数字的设计蓝图和新的原材料即可。

3D打印，是一体成型。传统的大规模生产是建立在一条生产线上，需要人工组装。产品的部件越多，所花费的时间成本和人力成本就越多。但3D打印就不同，3D打印的过程是一体成型，不需要去组装，省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。

3D打印由于其特殊性，可以进行现场实地打印，所以这在一定的基础上减少了企业的库存风险，企业可以按照客户的需求进行生产，这在不久的将来，可能会成为一种新的商业模式。同时，企业还可以根据用户的需求，实行就近法则，零时间的交付时生产可以最大限度的减少运输成本。

由于受传统制造技术的影响，很多极具创意的设计不能呈现在大众视野中，这在一定的基础上限制了设计师的设计创新。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。但现在，3D打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状，这为设计师打开了设计创新的物质条件。

一项技能没有几年的时间是没办法学会的，批量生产和计算机控制的制造机器降低人们对技能的依赖，但是传统的制造及其还是需要专业人员进行机器调整和校准。3D打印的推出，改变了这一方式，人们只要有三维数据图，即使是在复杂的物品，只要把三维数据图输入3D打印机，然后轻轻点击按钮，就可开始打印。3D打印机的操作不需要太多的技能，这就打开了非技能制造开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。

四 3D打印发展的限制因素

①材料的限制：虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。

②机器的限制：3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行，比如手枪等产品。

③知识产权的忧虑：3D打印技术也会涉及到只是产权的问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。

④花费的承担：D打印技术需要承担的花费是高昂的。3D打印机是一笔比较大的开支，在后期打印过程中，所需的材料也是一项高花费，而这么高的花费不是一个普通家庭及可以承担的。

五 结束语

3D打印技术代表制造业发展新趋势，它和其他一些数字化生产模式的涌现，将推动实现第三次工业革命。随着生产速度和质量的不断提升以及打印装置和材料的改进，将会有越来越多的3D打印新产品不断出现。3D打印可以完成很多在现在看起来匪夷所思的事，从某种角度来说，很多想象的到的东西，都可以通过3D打印直接得到。在未来3D打印还有可能走进千家万户，融入到我们的生活中，像电脑一样普及。

3D打印目前的主要应用范畴还是个性化产品类的，简单来说就是DIY比较适合的。但是随着这个3D打印技术的不断更新,应用领域会越来越多的。

致 谢

大学三年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要贴别 感谢我的老师朱红教授的关怀和指导。

参考文献

[1] 全球首款3D打印金属手枪问世 成功发射50枚子弹 ．新华网 [2] 3D打印(简介、原理及技术)．designspark [3] 家用3D打印机来了？国产最低仅3000元 ．新华网

[4] 广州：医生借3D打印肝脏指导切除病患巨大肿瘤(图)．凤凰网 [5] 国际空间站用首台太空3D打印机制造出扳手

．网易

第四篇：无线通信技术在消防领域的应用

无线通信技术在消防领域的应用

【摘要】 科学技术不断地发展，对于人们的生活和工作方式都有着很大的影响，其中最具有代表性的就是无线通信技术，该技术诞生至今已经具有很长发展时间，并且在我国的众多领域都有着十分广泛的应用。本文就是对无线通信技术在我国消防领域中的应用进行深入分析，希望相关的人员能够明确无线通信技术对于现代消防的重要性，不断的加强研究力度和应用程度，使得我国的消防水平不断发展到一个新的高度。

【关键词】 无线通信技术 消防领域 应用

经常可以在电视和报纸相关报道中看到有关火灾事故的报道，我国火灾事故发生的概率都在持续的上涨，追求其根本原因就是因为我国的众多区域存在的高危单位并没有建立科学的、系统的、完善的消防监管体系。目前，我国已经全面的步入了4G通信时代，无线通信技术不断的发展，对于我国的各个领域也发起了巨大的冲击，在我国的消防领域中应用无线通信技术对于提升消防水平，控制火灾造成的危害有着不可忽视的影响力，下面就对相关问题进行详细的阐述。

一、无线通信主要方式

无线通信技术有很多种，将无线通信技术可以概括性的分为三种，第一种是微波通信，第二种是短波通信，第三种是移动数据通信。微波通信就是应用微波作为信息传输媒介的无线通信技术。微波的波长在一米到一毫米之间，微波无线通信能够承载的信息量很大，因为，微波无线通信具有较宽的频带，这样就可以囊括大量的语言信息数据、文字信息数据、图像信息数据等。因为，微波无线通信具有很高的频率，所以，通信受外界不良因素的影响存在一定的抗干扰能力，所以，微波无线通信具有较高的质量，同时，对于信息数据的传送也较为稳定、可靠。微波无线通信技术与其它的波度较长的通信技术相比较，能够见面环境因素对于通信技术应用的限制，无线通信技术的应用具有很强的适用性，而且建设应用的资金花费较少，后期的维护工作也较为简单，施工程序也并不是十分的复杂，微波无线通信技术的应用非常的广泛[1]。短波无线通讯技术，波长在五十米到十米之间，主要应用于距离较远的通讯，是远程通信的重要方式。但是该通信技术容易受到外界不良因素的影响，所以短波无线通信技术的可靠性和信息数据传输的稳定性还需要进一步的提升。当然短波通信技术也存在着一定的优点，短波无线通信技术具有的抗毁坏能力和短波无线通信技术具有的自主通信能力是其它技术无法媲美的。移动数据通信就是应用目前最为先进和前沿的4G等公众无线移动通信网络，最终建立一个较为完善的移动数据通信系统，该无线通信技术的应用也是人们生活中最为常见的。

二、无线通信技术在消防灭火救援工作中的应用前景

2.1灾害现场与指挥中心的无线数据联网

因为，消防中的灭火救援工作开展有着很多的不确定因素，一些偶然事件发生的概率很高，以往的通信网络和通信技术不能够满足现阶段灭火救援活动开展的指挥需求。当灾情爆发时，不能够在极短的时间内将指挥中心转移到火灾事故现场，对于火灾救援活动的开展有着十分不利的影响。目前，火灾救援活动要求事故现场能够与相应的指挥中心建立良好的联系，帮助指挥中心下达一些重要的信息数据，同时，也使得火灾现场的众多信息数据，包括文字信息数据、图像信息数据等等及时的反馈给指挥中心。无线通信技术能够帮助指挥中心将火灾现场的图纸资料及时的传递给灭火救援现场的指挥人员，因为，在建筑中会存在大量的人员，在火灾爆发时，建筑会处于高度的危险状态中，同时，因为建筑结构十分的复杂，相应的消防工作人员救援活动的开展具有很大的风险性。如果在火灾爆发时能够将图纸资料及时的传递给火灾现场的指挥人员，其中包括建筑的平面图、建筑的结构图纸等等，将这些数据信息转变为电子地图，通过无线通信技术传递给指挥人员，对于灭火救援活动的开展有着积极的促进作用，能够将风险性有效的降低[2]。

2.2传输灾害现场的无线实时图像

新时期我国无线通信技术发展的速度很快，同时对于解决我国火灾事故现场的数据采集和信息传输问题提供了先进的技术保障。我国很多地方的指挥中心都是以图像信息传输为主的，将无线通信图像传输系统应用到消防领域，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响作用。通过无线通信图像传输系统，火灾事故指挥中心可以实时的了解火灾事故现场的实际图像，并且能够针对现场的实际变化对于救援活动进行适当的调整。而且通过无线通信图像传输系统可以良好的解决图像信息的传递问题，保证了火灾事故现场图像信息的收集和传输，能够有效的提升对于突发性火灾事故的应急处理水平，能够对灾情进行有效的控制。

结语：无线通信技术的发展对于我国的各个领域都发起了巨大的冲击，对于我国的消防领域更是如此。随着无线通信技术在我国消防领域中的应用，使得以往我国消防领域存在的众多无法解决的问题迎刃而解，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响，相应的工作人员应当不断地加强研究力度，增强应用程度，将无线通信技术具有的优势在我国的消防领域中更加全面的发挥出来。

参 考 文 献

[1]刘莉琳.试论无线通信技术的发展[J].黑龙江科技信息.2013年19期

[2]刘振清，陈虎.对消防安全技术应用和研究的思考[J].硅谷.2015年2期

第五篇：冷冻干燥技术在制药领域的应用

摘要：随着社会经济的发展和人民物质生活水平的日益提高，人们对身体健康也提出了新要求。药品作为保障人类身体健康的重要成分，如何保证药效的稳定性、药物的高质性深受业内人士的重视。冷冻干燥技术作为目前药品生产中最为关键的环节，其在药物生产稳定方面深受业内人士的关注。本文主要对冷冻干燥技术概念、原理、特点进行分析，着重探讨了其未来发展和应用前景，旨在为同行工作提供参考。

关键词：冷冻干燥技术；制药工艺；应用情况

新世纪，物质生活不断丰富、生活节奏的不断加快使得人们对生活质量也提出了新要求，这也促使了人类对健康认识的全面。制药工艺的改革力度的不断深入，无论是生产技术还是生产理念，都出现了巨大的转变。基于这种社会发展形势，冷冻干燥技术在制药领域引起了人们的高度重视，并形成了一个涉及范围广、工作效率高的工作方式。药品冷冻技术在应用中是集制冷、真空技术为一体的综合性技术，但在工作中，由于冷冻干燥技术的应用容易受到外界环境的干扰，为此必须要提前进行严格的改革和设计，促使这门技术在应用中朝着理想、可靠的方向发展。

一、冷冻干燥技术概述

冷冻干燥技术是一种在低温条件下对产品进行干燥处理的一种工艺，其具备着常规干燥条件下不可比拟的工作优势。这种干燥技术最早出现于十九世纪世纪初期，是在食品加工领域应用较多的一种，直至上个世纪后期才在制药领域得到使用。这种技术的出现对于制药生产而言可谓是一个质的飞跃，对制药行业的发展有着极大的推动和促进作用。

1、冷冻干燥技术概念

为了生存，人类每天都需要摄取食物中所含有的水分；为了生存，人类保存食物、药物必须要除去水分，为了更好的生存，人类很多生活资料必须要彻底的去除水分。在这种时代背景下，我们便会发现干燥技术是一个多么重要的工作。干燥技术是保证物质不致腐败和变质的主要方法之一，是目前社会生产领域中最为常见的工作。冷冻干燥技术作为一项干燥新技术，在近年来的社会发展中得到了广泛的应用，尤其是在食品生产、药品生产和农副业加工等领域中，更是成为产品保鲜、保质的主要手段。所谓的冷冻干燥技术也被人们广泛的称之为动感技术，是温度在0℃以下进行水分去除的一种技术。

2、特点

在现阶段的社会发展中，干燥技术的应用不断深入，这也使得干燥技术的使用方法得到了极大的优化和改进。冷冻干燥技术作为一种工作新技术，其主要的特点表现在以下几个方面：

2.1、冷冻干燥法通常都是在低温条件下进行的，其在应用的过程中热敏性的物质在高温干燥条件下容易产生性能变化，而采用冷冻干燥方法则有效的避免了这一问题的产生。

2.2、冷冻干制品药液在冻结前进行分装，剂量十分准确，同时在制药生产中对于药品的生产优势也较为明显。

2.3、冷冻干燥过程中避免了化学、物理和霉菌等相关变化模式，其需要确保制品的物理性质不变。因此在应用之中采用冷冻干燥方法进行处理，这对于提升药品稳定性十分有效。

2.4、冷冻干燥方法的选用有助于药品稳定性。在药品生产中，冻结条件下的药性经济危机稳定，避免了药物失衡而产生的药效流失。这种方法的应用中，药物在在干燥之后，虽然其体积一定程度上缩小、变化，但是其颜色和形状以及成分基本不变，避免了浓缩现象的产生。

2.5、在冷冻干燥技术的应用中，干燥后的材料多呈现出疏松多孔的工作方式，一般都成海绵状，这种状态之下的复水性能好、溶解度较为迅速，物料在水中溶解的时候其冰晶的形态出现较多，即容易融入无机盐等相关的物料之中，避免了一般干燥无机盐随着水分表面浅议而出现变化以及硬化模式。

二、冷冻干燥技术工作原理及发展现状

在科学技术大力发展的新时代，健康越来越被人们重视。但是，要想达到良好的健康状态，就必须要更加有效的进行疾病治疗、疾病预防，减轻患者痛苦和药物所产生的副作用，在这种时代背景下，我们必须要大力发展制药新技术，这样使得冷冻技术出现受到人们的重视。

1、工作原理

药品的冷冻干燥技术的应用是一个从药品的准备、预冻、升华乃至吸收干燥、密封为一体的工作环节，其在工作中主要的工作原理是在低温作用下，将药品中的溶液迅速冻结，进而在真空的条件下进行升华干燥，同时出去在这个时候所产生的冰晶问题，再通过分解作用来去除药品中存在的水分，最终得到干燥的药品。

2、冷冻干燥技术的发展现状

在目前的制药生产工作中，冷冻干燥技术的应用极为广泛，尤其是在国内的西药制取中，更是得到了深入的使用。但是就目前的应用现状而言，由于受到各种因素的影响，使得其中还存在着诸多的问题，这些问题主要表现在以下方面：

2.1、药品准备环节

药品的成份都将会影响到冷冻干燥的效果。药液的生物活性度、药液共熔点以及药液中的液体和固体的比例都是进行药品冻干加工的重要参考指标。为保证新产品的冻干能顺利进行，制药企业应重视药品冻干加工研究，通过热分析法测定药品共熔点，还可以通过冻干实验记录下不同成份的药液对冻干过程中各项指标的不同要求，积极进行冻干效果对比，寻求最佳解决方案。

2.2、药液预冻环节

预冻是冷冻干燥技术中重要环节，预冻的目的是要固化自由水和物化结合水，并保证产品的主要性能稳定、物质结构合理。若药液预冻没有做好，产品冻结不实，会影响所产生的冰晶的形态和大小，并进一步影响药品制作后期的干燥速率及质量。

三、冷冻干燥技术的应用优势 药液在冻干前分装，分装方便！准确！可实现连续化； 处理条件温和，在低温低压下干燥，有利于热敏物质保持活性，可避免高温高压下的分解变性，以实现蛋白质不会变性； 含水量低，冻干产品含水量一般在1%～3%，同时在真空，甚至可在通n2保护情况下干燥和保存，产品不易被氧化，有利于长途运输和长期保存； 产品外观优良，为多孔疏松结构且颜色基本不变，复水性好，冻干药品能迅速吸水还原成冻干前状态。

四、结语

通过冷冻干燥技术制备药品，能最大限度地避免药品产生变性或失去生物活力，已在医药领域得到广泛地应用。但因药品制备过程中的复杂性和冷冻干燥技术的综合性，在药品冷冻干燥过程会产生多种应力，容易使药品发生不同程度的变性，而且冻干法本身也存在速率低、时间长、能耗高和设备投资大等缺点。因此，制药企业应结合生产实践，在确保质量的基础上，就如何实现节能降耗、降低生产成本等问题进行深入研究，进一步优化和改进冷冻干燥技术。