基于“互联网+”的创意产品3D打印现状与分析

机械工程师

MECHANICALENGINEER

基于“互联网+”的创意产品3D打印现状与分析

2.中国民用航空飞行学院空中交通管理学院，四川广汉618307；3.漳州理工职业学院，福建漳州363000)

(1.北京印刷学院a.机电工程学院；b.智能制造实验室，北京102600；

刘一海

1a,2

，肖军杰

1a,1b

，樊瑞瑞

1a

，程光耀

1a

，齐元胜

1a,1b

，林达理

3

摘要：

随着创意产品个性化和定制化需求的日益增大，3D打印技术和产业蓬勃发展；另一方面，由于互联网技术的快速

应用，使得每一个人都有表达自己创新点的机会。“互联网”+“3D打印”将使个人创意和创新想法的实现成为可能。文中介

绍了3D打印和互联网技术相互融合发展的国内外研究现状和发展前景。

关键词：

互联网+；3D打印；创意产品

中图分类号:

S219.06；TP393.4

文献标志码:

粤

文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园21）06原园068原园3

StatusQuoandAnalysisof3DPrintingCreativeProductsBasedon"Internet+"

LIUYihai

1a,2

,XIAOJunjie

1a,1b

,FANRuirui

1a

,CHENGGuangyao

1a

,QIYuansheng

1a,1b

,LINDali

3

(gInstituteofGraphicCommunication,ofMechanicalandElectricalengineering；igentManufacturingLaboratory,

Beijing102600,China;eofAirTrafficManagement,CivilAviationFlightUniversityofChina,Guanghan618307,China;

houInstituteofScienceandEngineering,Zhangzhou363000,China)

Abstract:Withtheincreasingdemandsforpersonalizationandcustomization,3Dprintingtechnologyandindustryare

binationof3DprintingandInternettechnologywillmaketherealizationofpersonalcreative

tusquoofthecombinationtrendof3DprintingandInternettechnologyathomeand

abroadisintroducedandanalyzed.

Keywords:Internettechnology;3Dprinting;creativeproducts

booming;ontheotherhand,withtherapidapplicationofInternettechnology,everyonehastheopportunitytoexpresstheir

0引言

工业产品的制造方法主要分为三类：1）等材制造，如

铸造、锻压、焊接；2）减材制造，如车、铣、刨、磨等；3）增材

制造，如3D打印。3D打印是一种典型的增材制造技术，其

原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切

片数据，然后把打印材料按切片图形数据逐层叠加，最终

堆积成完整的物体。由于3D打印具备制造高复杂度、高敏

捷性、高柔性产品等系列优点，美国《时代》周刊已将3D打

[1]

印列为“美国十大增长最快的工业”。近年来，随着互联

网技术的兴起，3D打印让每个人的创意想法、创新设计成

为可能，3D打印创意产品可以给设计师和消费者带来最

直观的视觉冲击与触觉感受。

1基于“互联网+”的3D打印技术国内外研究现状

1.1国外研究现状

基于云制造（CBM）系统，BaumannFelix

[2]

开发了一种

国家重点研发计划项目“包装印刷与缝纫产业生

基金项目：

产过程动态感知与智能决策技术”（2019YFB1707202）；北京

市优秀人才培养资助项目“创意产品表面彩色化3D打印关键技

术研究”（2G109）；北京市教委科技计划面上项

目“曲面承印物表面微墨滴铺展行为建模及试验研究”

（KM2）；北京市大学生创新创业训练计划项目“基

于“互联网+”的创意产品3D打印平台”（22150118022/111）；

“平压平模切机自动输纸收纸装置研制”（横向项目）

小型轻量级云服务，用于在低成本联网计算机网络环境

中获取3D打印机资源，远程使用本地或异地联网的3D打

印机进行打印；它侧重于物理资源之间的接口及其在软

件中的表示，形成网络物理系统（CPS）。mann

[3]

为

有视力障碍的人开发了有助于自动搜索和打印3D模型的

辅助工具，开发了一种基于个人计算机的3D打印系统，扩

展功能允许使用普通智能手机进行搜索和打印。

FujiyoshiKen等

[4]

将RFID（射频识别器）模块嵌入到3D打

印对象中，并在对象完成打印后写入其信息，实现了通过

使用RFID（射频识别器）和3D打印技术将数字和物理世

界融合的目的，同时增强了现实世界和虚拟世界之间的

互动，带来更丰富的数据转换和数据操作。Bashyam

Sanjai

[5]

设计和制造了一款3D打印自动售货机，取名创新

站，可为德克萨斯大学奥斯汀校区的所有学生提供按需

打印，并支持基于互联网的3D打印。SUWenjing

[6]

提出了

一种灵活的SIW可穿戴传感平台，该平台具有新颖的3D

打印流程，可实现订制可穿戴设备的快速原型设计与打

印；此外，他们还提出了一种灵敏度为1.7MHz/Er的概念

验证微流体传感器，可用作可穿戴传感设备，用于实时监

咬

tzelmannTimo

[7]

分析了实际打印3D模型的特测体液。Go

点，并使其适用盲人的访问和打印。WalkerJason等

[8]

利用

基于CAD实体建模的设计自由度，为模具内的外壳传感

器（物联网）引入独特的模具功能，以便在多个位置收集

温度、压力、湿度、气体化学、模具内芯的运动（移动或旋

68

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机械工程师

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转）和磁场等各种数据，采用无线、有线的方式提高了集

成监控水平。

1.2国内对于“互联网+”的3D打印技术的研究

WuJ.J.

[9]

为了保证大面积3D打印机在广域环境中的

稳定性和有效性，提出了基于物联网的3D打印操作状态

监测平台，实现了物联网及众多3D打印机的远程监控，试

验验证了该方案的有效性。童晶等

[10]

基于3D扫描和3D打

印技术，借助嵌入式系统设计并实现了一个集成的个性

化巧克力3D打印系统。平台利用MicrosoftKinect的深度

摄像头和相关的驱动电路控制Kinect的平移和旋转，增强

了3D扫描的稳定性；与同类商用产品相比，实验平台具有

更好的3D打印精度、更友好的人机界面，可以提供更好的

巧克力定制服务。YANGHongxiong等

[11]

提出了一种新的

工业3D打印成本计算方法，涉及工业和建筑产品的性能，

讨论了现场和非现场3D打印的成本要素和计算算法，提

出了工业化建设成本计算的思路，解决了不同施工技术

的成本计算问题。JIANGYuejuan等

[12]

针对第三次工业革

命的影响，通过分析网络时代制造模式的特点，提出了基

于3D打印的网络采集-分销制造（CDM）模式，并对其制

造组织形式进行了分析：在CDM系统功能和体系结构的

基础上，研究了其实现路径，构建了CDM云平台———云川

3D网络。GUOLiang

[13]

提出了3D打印与云制造相结合的

发展建议，分析了3D-PCP系统模式的潜在研究方向，评

估了基于物联网的3D打印及服务流程。JIANGYuejuan

[14]

提出了3D打印-采集分发制造平台的基本框架，并创建

了分布式制造云数据算法；实验结果表明：优化的工作流

程算法不仅可以满足客户对价格、质量和时间的要求，而

且可以有效降低印刷成本，同时也可以在整个收集制造

配送平台上发挥最佳作用。PANHeng

[15]

得出结论：物联

网技术在三维医学图像模型中的应用可以提高三维医学

图像模型的便利性、安全性、耐久性和有效性，从而提高

整体医学水平，更好服务人民身体健康。

2现状分析

我国正推动“制造大国”向“制造强国”的转型升级，

智能制造是趋势，而3D打印技术则是实现智能制造的关

键基础技术之一。3D打印技术可以称为“第三次工业革

命”的代表性成果，其与互联网的结合，即“互联网+3D打

印”将会推动形成新的商业运营模式

[16-17]

。

3D打印技术是向制造强国转型的重要契机

[18]

。尽管从

目前的体验消费到需求消费还需要很长时间的探究，但

因其设计空间不受限制、零技能制造、成本易控和无需组

装等特点，可以快捷便利地让创新想法变为现实，使普通

人很容易接触、掌握这项技术。需要指出的是，3D打印并

不是要取代大规模生产制造，反而是对个性化生产的一

种新的补充形式，使商品制造者本身就是消费者变成可

能，正如华中科技大学史玉升教授所言，3D打印能够助力

传统制造业转型升级，提升产品的设计、制造、售后全链

条的服务水平。

就3D打印产业发展链条的结构而言，可以分为3个层

次：以原材料的开发制造和技术研发为主的源头；以3D打

印机器研发为主的中段；以3D打印产品服务为主的下游。

目前我国在3D打印机方面的研究已处于国际前列，如论

文和申请专利的数量处于世界第二位。但源头和下游的

发展不太理想，在我国3D打印材料一直以来被视为产业

瓶颈之一。世界3D打印技术产业联盟首席执行官、中国

3D打印技术产业联盟执行理事长罗军表示，3D打印技术

之所以发展缓慢，主要体现在3个方面：一是3D打印商业

模式单一，设备是刚需；二是专业人才稀缺；三是原材料

供给少，价格偏高。

目前，多色3D打印设备垄断在国外公司手中，价格昂

贵。国内有些团队正在积极进行该方面的工作。多色3D打

印可以扩大客户对于创意产品3D打印的需求，增加打印

的范围。通过一次打印双色产品，减少传统3D打印后期的

二次上色环节，可降低人工成本，实现利润最大化，且直

接采用双色线材，一次成型，色彩均匀稳定，效果明显优

于二次上色

[19]

。

由上述现状可知，由于互联网和3D打印都在飞速发

展，所以它们的结合会碰撞出大量的创新点；并且，国内

外都在积极创新，各有优势。随着这种趋势的持续高涨，

进一步发展基于“互联网+”的3D打印技术将决定着谁占

先机，引领市场。在即将到来的5G时代，互联网和3D打印

的结合将会加快推进“中国制造2025”的发展。

3发展方向及应用前景

基于互联网的创意产品3D打印，首先需要搜索、下

载、创新创意模型，再依据分层切片数据3D打印创意产品

数字模型，完成创意产品的物理实现，丰富了创意产品3D

打印的服务范围，市场前景广阔。其中，该技术所需模型

既可以根据客户需求创建，亦可来源于互联网，资源丰

富、多样；只需根据客户要求获取3D模型，进行合理分割、

切片，3D打印，即可迅捷形成客户所需产品；采用便捷的

互联网物流系统，迅速交付给客户，实现现代化的CTC服

务与盈利模式

[20-22]

，基于“互联网”+“3D打印”的技术融合

发展路线如图1所示。

第一代：快速原型制造

第二代：功能件制造

第三代：智能制造

机器人

大数据

物联网

云计算

基于互联网

的创意产品

设计

创意设计

创意设计

产品设计

……

3D打印模

型、开模

产品设计

……

网络化3D

打印功能件

3D打印功

能件

网络物流

智能材料

基于互联网

的创意产品

网络化3D

打印

设计

创意设计

3D打印

产品设计

……

电商

互联网

顾客制造商

1980年代

图1“互联网”+“3D打印”技术融合发展路线

2010年代

2020年代

综上所述，“互联网+3D打印+创意产品”目前尽管部分

实现了网络化设计、订制和制造，还未能承担装备制造业

和服务业的转型升级重任；作为《中国制造2025》规划当中

的重点布局内容，新一代智能化装备、产品发展将日趋完

善，并最终给工业生产和经济组织模式带来质的改变，同

时也对我国制造强国的愿景起到积极的推动作用。

网址：电邮：*******************圆园21年第6期

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机械工程师

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计算机辅助设计与图形学学报,2015,27(6):984-991.

张立明）

作者简介：刘一海(1998—)，男，本科生，机械工程专业；

肖军杰（1979—），男，博士，副教授，研究方向为数字印刷

装备及工艺技术。

通信作者：肖军杰，********************。

收稿日期：2020-11-26

（上接第67页）

较高的计算精度。2）三螺杆泵的流量脉动幅值极小，总体

脉动量约为0.79%，已处于极低的脉动幅值水平，脉动峰

值以轴频为主。流量脉动特性从侧面验证了三螺杆泵确

属于低流量脉动型输送泵。3）三螺杆泵转子在旋转周期

内各个方向上承受的激励力呈现出周期性波动且差异较

大，激励力脉动周期与流量脉动周期一致，以轴频及其倍

频为主。转子转矩的脉动率为0.54%左右，脉动幅值为8

N·m左右，说明螺杆泵输出转矩脉动小，有利于泵的长期

平稳工作，转子转矩频率峰值点仍然以轴频为主，并随着

倍频逐渐减小。

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cal

（编辑邵明涛）

作者简介：王秋波（1987—），男，硕士，高级工程师，从事流体机械、管

路等泵阀设备仿真、评估及低噪声设计工作。

收稿日期：2020-11-23

70

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