3D打印，是快速成型技术的一种，它是一种以三维设计软件数据为基础，运用液体、粉末等可粘合材料，通过逐层累加的方式来构造物体的技术。小编整理了3d打印技术论文文档形式，有兴趣的亲可以来阅读一下!

3d打印技术论文文档形式篇一

3D打印在建筑结构中的应用

【摘要】本文介绍了3D打印建筑结构的一般过程，采用马尔可夫方法对图像去噪、分割和轮廓提取，利用马尔可夫随机场进行3D结构的重建，并通过遗传算法完善建筑结构，同时分析了以上过程的优点和不足。

【关键词】3D打印;马尔可夫随机场;建筑结构

0 引言

3D打印，是快速成型技术的一种，它是一种以三维设计软件数据为基础，运用液体、粉末等可粘合材料，通过逐层累加的方式来构造物体的技术[1]。以具有周期短、成本低、操作简单、精准度高为特点的3D打印技术的发展与逐渐成熟，是第三次工业革命的重要标志之一[2]。

本文结合3D打印技术的主要特点，介绍在建筑结构中应用3D打印技术的方法，同时提出以照片建模方式来简化3D建模过程，以改善传统手动建模时间长、难度大的不足，并通过机器学习及遗传算法给出合理的建筑结构，尽可能的减少不合理的结构设计。

1 图像处理

3D打印所需的数据通常是通过CAD等三维软件制作生成，往往制作周期长、难度大，本文提出通过照片的方式建模。

1.1图像去噪

与日常3D打印物体相比，建筑结构的打印实体通常比较大，且图像质量无法保证，因此需对图像进行去噪处理。本文采用马尔可夫去噪方法[3]：

1.将图片转换为灰度，便于简化计算;

2.假设本图片是理想图片没有噪点，而且有噪点的图片噪点数量比较少，那么理想图片和噪点图片对应像素间必然相关;

3.我们同样可以假设在一个小范围内，每个像素同其周围的像素间也必然存在联系;

4.可以将他们之间的联系用能量表示：

公式1-1

这里可以改变相邻像素的位置，以期达到更好的效果

公式1-2

式中的m、n分别表示距离像素xi的距离。

1.2 图像分割和轮廓提取

图像分割可以看作是将有相似密度的像素群进行分类的过程，同样可以采用马尔可夫方法[4]：

1.将图像划分为n个区域，使得同一区域的像素同其他区域像素相对独立;

2.计算每个像素在这些区域的能量;

3.计算每个像素对应区域：

公式1-3

其中如果考虑相邻像素的影响，可以将加入公式中

公式1-4

公式中是对应相邻像素能量的变化阀值。

4.降温并设置对应阀值。

2 结构建模

对于以上得到的轮廓信息，还不足以直接生成3D模型，因为该信息是在二维平面的，缺少深度信息。对于深度信息的恢复，常见的方法有从明暗恢复形状，从纹理恢复形状，从阴影恢复形状，利用多光源信息等。由于对于建筑结构，很多信息是已知的，所以可以直接从已知的知识中重建形状。

2.1 3D重建

对于简单的结构，比如立方体、圆柱体，可以根据立体几何知识加以重建;对于复杂的结构，可以采用马尔可夫随机场确定相应结构[5]。

1.参数化每个超像素点的位置和方向信息;

2.发掘图像特征和深度信息;

3.发掘连接结构、共面结构和共线结构;

4.采用机器学习技术，利用以上知识恢复重建3D结构。

实际操作中，对于不准确的恢复可采用贝塞尔曲线加以修复：

公式2-1

2.2 建筑构造

对于建筑构造，可以采用遗传算法，给出合理的建筑结构，尽可能的减少不合理的结构设计。以平屋面建筑构造为例[6]：

1.初始化种群：立墙、女儿墙、变形缝、雨水口、烟囱、屋面检修孔、屋面出入口、檐沟、挑檐等构造;

2.适应度计算：对构造个体在不同位置及大小进行适应度计算;

3.选择运算：选择不同个体进行遗传操作;

4.交叉运算：以某一概率相互交换某两个个体之间的部分染色体;

5.变异运算：对个体的某一个或某一些基因值按某一较小的概率进行改变;

6.重复以上过程，直到得到可接受的结果。

3 探 讨

图像处理部分，图像去噪本文采用了马尔可夫去噪方法，针对不同图像不同噪点强度，相邻像素的选择也不完全相同;图像分割和轮廓提取，也同样需要控制阀值和冷却温度来确保准确度;结构建模部分，机器学习实例的数量以及图像与训练实例的相似度，对3D重建的准确度影响很大;同时，遗传算法中个体适应度及变异运算也需要针对不同构造加以修正。

由于机器学习技术的兴起，也可以考虑将机器学习算法(比如卷积神经网络)应用于建模部分。比如训练二维图像和3D结构之间的关系，预测已知图像的3D结构。但这种方式目前训练样本往往很大，训练速度慢，机器要求高。但其准确性和智能性却是其他算法无法比拟的。

因此，在实际建模过程中，每个环节都需要人工干预，对错误和不足及时进行修正;同时，这种建模方式的精度自然要低于纯手动建模的方式，但效率要比纯手动建模高很多。

4 结 语

本文介绍了3d打印在建筑结构中的应用，给出了一般的建模过程，并针对每个步骤给出了解决方案，同时也分析了照片建模的不足。相信随着3D打印技术的进步，必将推动建筑相关行业的发展与成熟。

[1] Huaiyu Wu. 3D printing： 3D creation via intelligent digitization. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2014 (in Chinese) 吴怀宇. 3D打印：三维智能数字化创造. 北京： 电子工业出版社， 2014

[2]The Third Industrial Revolution;The Digitisation of Manufacturing Will Transform the Way Goods are Made and Change the Politics of Jobs Too[J/OL].The Economist，2012.

[3]Z.Ghahramani.An introduction to Hidden Markov Models and Bayesian networks.International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence，15：：9-42，2001.

3d打印技术论文文档形式篇二

3D打印技术在工业设计专业教学中的应用

摘要：3D打印技术是一种新型的快速成型技术，能够将物体利用逐层打印这一方式立体地展示出来，这一技术的发展也为工业设计等专业的教育工作的展开提供了新的途径与思路，3D打印技术能够将抽象的设计思路形象地展示出来，让学生看到三维的实体模型，从而提高其思维能力与实践能力。文中将对3D打印在高校教学中的应用现状进行简述，然后分析3D打印技术在工业设计专业教学中应用的意义与作用，最后提出推动其广泛应用的有效途径。

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).

[3]孙娜，栾瑞雪.3D打印对工业设计发展的影响[J].品牌(下半月)，2015，(08).

[4]周磊晶，李玉.3D打印对工业设计发展的影响[J].科技展望，2015，(15).