3d打印技術論文文檔形式

　　3D打印，是快速成型技術的一種，它是一種以三維設計軟件數據為基礎，運用液體、粉末等可粘合材料，通過逐層累加的方式來構造物體的技術。學習啦小編整理了3d打印技術論文文檔形式，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　3d打印技術論文文檔形式篇一

　　3D打印在建筑結構中的應用

　　【摘要】本文介紹了3D打印建筑結構的一般過程，采用馬爾可夫方法對圖像去噪、分割和輪廓提取，利用馬爾可夫隨機場進行3D結構的重建，并通過遺傳算法完善建筑結構，同時分析了以上過程的優(yōu)點和不足。

　　【關鍵詞】3D打印;馬爾可夫隨機場;建筑結構

　　0 引言

　　3D打印，是快速成型技術的一種，它是一種以三維設計軟件數據為基礎，運用液體、粉末等可粘合材料，通過逐層累加的方式來構造物體的技術[1]。以具有周期短、成本低、操作簡單、精準度高為特點的3D打印技術的發(fā)展與逐漸成熟，是第三次工業(yè)革命的重要標志之一[2]。

　　本文結合3D打印技術的主要特點，介紹在建筑結構中應用3D打印技術的方法，同時提出以照片建模方式來簡化3D建模過程，以改善傳統(tǒng)手動建模時間長、難度大的不足，并通過機器學習及遺傳算法給出合理的建筑結構，盡可能的減少不合理的結構設計。

　　1 圖像處理

　　3D打印所需的數據通常是通過CAD等三維軟件制作生成，往往制作周期長、難度大，本文提出通過照片的方式建模。

　　1.1圖像去噪

　　與日常3D打印物體相比，建筑結構的打印實體通常比較大，且圖像質量無法保證，因此需對圖像進行去噪處理。本文采用馬爾可夫去噪方法[3]：

　　1.將圖片轉換為灰度，便于簡化計算;

　　2.假設本圖片是理想圖片沒有噪點，而且有噪點的圖片噪點數量比較少，那么理想圖片和噪點圖片對應像素間必然相關;

　　3.我們同樣可以假設在一個小范圍內，每個像素同其周圍的像素間也必然存在聯系;

　　4.可以將他們之間的聯系用能量表示：

　　公式1-1

　　這里可以改變相鄰像素的位置，以期達到更好的效果

　　公式1-2

　　式中的m、n分別表示距離像素xi的距離。

　　1.2 圖像分割和輪廓提取

　　圖像分割可以看作是將有相似密度的像素群進行分類的過程，同樣可以采用馬爾可夫方法[4]：

　　1.將圖像劃分為n個區(qū)域，使得同一區(qū)域的像素同其他區(qū)域像素相對獨立;

　　2.計算每個像素在這些區(qū)域的能量;

　　3.計算每個像素對應區(qū)域：

　　公式1-3

　　其中如果考慮相鄰像素的影響，可以將加入公式中

　　公式1-4

　　公式中是對應相鄰像素能量的變化閥值。

　　4.降溫并設置對應閥值。

　　2 結構建模

　　對于以上得到的輪廓信息，還不足以直接生成3D模型，因為該信息是在二維平面的，缺少深度信息。對于深度信息的恢復，常見的方法有從明暗恢復形狀，從紋理恢復形狀，從陰影恢復形狀，利用多光源信息等。由于對于建筑結構，很多信息是已知的，所以可以直接從已知的知識中重建形狀。

　　2.1 3D重建

　　對于簡單的結構，比如立方體、圓柱體，可以根據立體幾何知識加以重建;對于復雜的結構，可以采用馬爾可夫隨機場確定相應結構[5]。

　　1.參數化每個超像素點的位置和方向信息;

　　2.發(fā)掘圖像特征和深度信息;

　　3.發(fā)掘連接結構、共面結構和共線結構;

　　4.采用機器學習技術，利用以上知識恢復重建3D結構。

　　實際操作中，對于不準確的恢復可采用貝塞爾曲線加以修復：

　　公式2-1

　　2.2 建筑構造

　　對于建筑構造，可以采用遺傳算法，給出合理的建筑結構，盡可能的減少不合理的結構設計。以平屋面建筑構造為例[6]：

　　1.初始化種群：立墻、女兒墻、變形縫、雨水口、煙囪、屋面檢修孔、屋面出入口、檐溝、挑檐等構造;

　　2.適應度計算：對構造個體在不同位置及大小進行適應度計算;

　　3.選擇運算：選擇不同個體進行遺傳操作;

　　4.交叉運算：以某一概率相互交換某兩個個體之間的部分染色體;

　　5.變異運算：對個體的某一個或某一些基因值按某一較小的概率進行改變;

　　6.重復以上過程，直到得到可接受的結果。

　　3 探 討

　　圖像處理部分，圖像去噪本文采用了馬爾可夫去噪方法，針對不同圖像不同噪點強度，相鄰像素的選擇也不完全相同;圖像分割和輪廓提取，也同樣需要控制閥值和冷卻溫度來確保準確度;結構建模部分，機器學習實例的數量以及圖像與訓練實例的相似度，對3D重建的準確度影響很大;同時，遺傳算法中個體適應度及變異運算也需要針對不同構造加以修正。

　　由于機器學習技術的興起，也可以考慮將機器學習算法(比如卷積神經網絡)應用于建模部分。比如訓練二維圖像和3D結構之間的關系，預測已知圖像的3D結構。但這種方式目前訓練樣本往往很大，訓練速度慢，機器要求高。但其準確性和智能性卻是其他算法無法比擬的。

　　因此，在實際建模過程中，每個環(huán)節(jié)都需要人工干預，對錯誤和不足及時進行修正;同時，這種建模方式的精度自然要低于純手動建模的方式，但效率要比純手動建模高很多。

　　4 結 語

　　本文介紹了3d打印在建筑結構中的應用，給出了一般的建模過程，并針對每個步驟給出了解決方案，同時也分析了照片建模的不足。相信隨著3D打印技術的進步，必將推動建筑相關行業(yè)的發(fā)展與成熟。

　　[1] Huaiyu Wu. 3D printing： 3D creation via intelligent digitization. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2014 (in Chinese) 吳懷宇. 3D打?。喝S智能數字化創(chuàng)造. 北京： 電子工業(yè)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打印技術論文文檔形式篇二

　　3D打印技術在工業(yè)設計專業(yè)教學中的應用

　　摘要：3D打印技術是一種新型的快速成型技術，能夠將物體利用逐層打印這一方式立體地展示出來，這一技術的發(fā)展也為工業(yè)設計等專業(yè)的教育工作的展開提供了新的途徑與思路，3D打印技術能夠將抽象的設計思路形象地展示出來，讓學生看到三維的實體模型，從而提高其思維能力與實踐能力。文中將對3D打印在高校教學中的應用現狀進行簡述，然后分析3D打印技術在工業(yè)設計專業(yè)教學中應用的意義與作用，最后提出推動其廣泛應用的有效途徑。

　　關鍵詞：3D打印技術;工業(yè)設計專業(yè);教學應用

　　中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324(2016)15-0225-02

　　3D打印技術的產生與應用有利于促進相關專業(yè)與行業(yè)的進一步發(fā)展，高等院校的工業(yè)設計專業(yè)意在培養(yǎng)具有高素質、高專業(yè)技能的工業(yè)設計人才，而3D打印技術在教學中的引入對人才的培養(yǎng)有著極大的推動作用，高校在教學中應當對該技術的應用予以重視，努力提高教學水平，使學生的能力與素質能夠得到有效的提升，為我國工業(yè)設計行業(yè)提供不竭的人才支持。

　　一、3D打印在高等院校教學中的應用現狀

　　3D打印的優(yōu)勢在于快速成型以及增材制造，3D打印設備能夠以三維數據圖為依據將圖紙上的設計制作成為實物，立體地展示出來。高校是工業(yè)設計人才培養(yǎng)的重要場所，為了提高教學效率，使人才的能力與素質能夠滿足市場的需求，很多高校都開始引進3D打印設備，并將其應用到實際的教學活動中。

　　我國的3D打印技術尚處于初級階段，技術、設備的研究仍不成熟，3D打印在高校教學中的引入，一方面是為了促進教學工作的展開，另一方面也是為了加快3D打印技術的研究。華中科技大學、清華大學、北京航空航天大學等高校都有專門進行3D打印技術研究的機構，且其水平較高。很多高校還與企業(yè)合作，將自己的研發(fā)成果供與企業(yè)生產。機械制造、航空航天、產品研發(fā)等領域都可應用到該技術，因此，相關的工業(yè)設計專業(yè)應當在教學中引入3D打印設備，以開拓學生的視野，提高學生的實踐能力，增強學生就業(yè)競爭力。但是在教學應用的過程中也暴露出了一定的問題，首先，3D打印具有一定的局限性，例如其模型規(guī)模最大僅能達到1.8米，如果在課堂上需要生產設計一些大型的交通工具模型，僅憑3D打印技術是無法完成的;其次，由于我國在相關方面的研究仍然處于初級階段，因此技術成本、設備成本均相對較高，高校的經濟收入有限，這種情況使高校難以大范圍地將3D打印技術與設備投入到教學實踐中;再次，3D打印可應用的領域較多，由于不同領域的需求不同，因此3D打印設備也存在類型、型號等方面的差異，而高校一般引進的技術設備都較為單一，這種情況對教學效果有一定的影響。

　　二、3D打印應用于工業(yè)設計專業(yè)教學的意義

　　1.提高學生的基礎理論素質。工業(yè)設計專業(yè)具有較強的綜合性，其涵蓋的范圍廣，技術難度大，學科交叉明顯，而3D打印技術兼具材料科學、控制技術、機械技術、光學工程、計算機技術等內容于一體，在教學中應用這一技術能夠加深學生對專業(yè)知識的感知與了解，學習3D打印技術能夠拓展學生視野，擴充學生的知識結構，提高學生的綜合素質。社會的發(fā)展離不開人才的支持，具有實踐能力固然重要，但是學生同樣應當具備與自身能力相匹配的理論素質。學生只有同時具備軟件操作能力以及設計知識才能夠熟練地對設備進行操作，因此將3D打印技術的相關知識納入到工業(yè)設計專業(yè)的學科體系建設中是十分必要且重要的，對這一技術的學習能夠提升學生的理論素質，提高學生的綜合能力。增加學生的知識儲備是3D打印技術在教學中應用的基本出發(fā)點。

　　2.提高學生的實踐操作能力。在傳統(tǒng)的工業(yè)設計專業(yè)教學中，理論講述是重點，關于模型設計的內容大多通過單純的講解或者二維圖像展現給學生，在實踐操作課程中，教師僅能夠指導學生制作簡單的模型，而對于內部結構復雜的模型，學生僅能通過自己的想象進行理解，這種教學方法禁錮了學生的思維，不利于學生創(chuàng)造思維與設計能力的提升。而3D打印技術可根據圖紙以及相關數據將實物模型展示出來，保證一次成型，不會受到模型結構復雜等問題的影響。在教學過程中學生可以充分發(fā)揮想象，設計產品，并利用3D打印機將自己的想法變?yōu)楝F實，這種教學方式能夠拓展學生的思維，提高學生的創(chuàng)造力與想象力。學生在專業(yè)課程的學習中能夠親身實踐，自主設計產品方案，在利用3D打印技術進行試驗的過程中，學生能夠發(fā)現設計方案中的不足并有針對性地對方案進行改進，直到設計完全符合要求與標準，這種反復修改的過程能夠提高學生在實踐設計中的科學性與嚴謹性。

　　3.推動產學研模式的發(fā)展。工業(yè)設計專業(yè)的教學安排應當以當前市場的需求為依據，高校應當關注相關行業(yè)與產業(yè)的發(fā)展動向，很多高校都開始逐漸意識到校企合作的重要性，并與周圍的企業(yè)展開了密切的合作，即努力建立產學研模式，促進人才、高校、企業(yè)的全面發(fā)展。3D打印技術的應用為產學研一體化教學模式的展開提供的有利的條件，這一技術在未來工業(yè)制造發(fā)展中起著重要的引領作用，無論是企業(yè)還是高校都應當認識到這一發(fā)展趨勢，但是當前3D打印設備的成本較高，企業(yè)若想將其用于生產，資金投入將達到幾十萬，甚至是幾百萬，這對企業(yè)來說是不利的，而當前很多高校不僅有豐富的人才資源，同時還具有先進的3D打印設備，二者的結合將促進產學研模式的深入完善。學生可以利用3D打印機將自己的設計想法展示出來，企業(yè)擇取最優(yōu)方案投入生產實踐?？偟膩碚f，3D打印技術在高校的應用能夠促進高校、人才與企業(yè)的共同發(fā)展，提高產學研的水平。

　　三、推動3D打印廣泛用于工業(yè)設計專業(yè)教學的途徑

　　1.將手工制作與3D打印結合起來。3D打印雖然具有成型迅速等優(yōu)勢，但是在實際的教學過程中，課堂所需的實物模型有大有小，而學校引進的打印設備較為單一，僅能滿足對某一個尺寸或某幾個尺寸的需求，過大的模型是無法通過3D打印展示出來的，因此在課堂教學中還應當對手工制作模型予以足夠的重視，在手工制作中，學生能夠切實體會模型制作的問題與不足，而3D模型則能夠對復雜結構予以展示，兩種模型制作方法的綜合運用能夠使學生的動手能力與思維能力得到全面的提升。 　　2.應用于教具開發(fā)。3D打印技術十分適合應用在自主研發(fā)和小規(guī)模生產環(huán)節(jié)。在高職院校工業(yè)設計教學中，很多課程在授課過程中都需要使用實物教具，以加深學生對知識的理解。但是，大多數教具都需要根據教學內容加以定制，很難在市場中采購到。例如，《設計概論》課程中需要設計史上著名的設計作品的實物教具;《機械制圖》課程中需要通過實物模型向學生講解形體的三視圖;《產品設計》課程中需要把學生設計作品轉化成實體模型;《計算機輔助設計》課程中需要通過教具模型讓學生理解三維建模軟件的形面構建。這些教具都可以通過3D打印技術實現自主設計和小規(guī)模生產，這樣教具與學生所學知識就可以實現無縫對接。同時，教具還可以根據授課內容的更新，實現自主設計和更新。通過3D打印技術將書上或紙上的知識或圖片立體地展示給學生，學生對知識點的理解會更加直觀，教學效果也會得到極大提升。

　　3.加深校企合作的深度與廣度。3D打印設備成本與打印材料的成本均較高，因此即使學校購買了相關設備，受到打印材料的限制，也無法將其廣泛投入到教學實踐中。而在企業(yè)的生產實踐中如果在設備引進中投入大量資金，將造成自身競爭優(yōu)勢的損失，因此高校與企業(yè)應當加大合作的深度與廣度，實現優(yōu)勢互補，高校為企業(yè)提供人才與設備支持，企業(yè)則為高校提供資金補助，并為學生的實踐提供空間與平臺，企業(yè)與高校共同開發(fā)相關項目，提高3D打印技術研發(fā)的效率。

　　4.建設區(qū)域性的3D打印服務平臺。為使企業(yè)與高校都能夠加深對3D打印技術的理解，促進產學研模式的深入應用，政府應當參與到區(qū)域性的3D打印服務平臺的建設中，積極引導高校與企業(yè)參與到相關研究中，政府應當對高校予以適當的補貼，鼓勵高校引進不同類型的設備，建設區(qū)域化的服務體系，對3D打印研發(fā)進行專業(yè)化的運營，實現區(qū)域資源的共享，讓更多的高校與企業(yè)有機會接觸到3D打印技術。

　　四、結語

　　3D打印技術對未來機械制造業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，高校在教育改革與建設中應當認識到這一發(fā)展趨勢，在安排工業(yè)設計專業(yè)的課程時應當將3D打印相關的內容納入其中，從而提高學生的理論素質與實踐能力，促進產學研模式的進一步發(fā)展，高校應當與企業(yè)展開深入合作，促進工業(yè)制造業(yè)、高校與人才的共同發(fā)展。

　　參考文獻：

　　[1]畢延剛.3D打印對高等院校工業(yè)設計專業(yè)教學的影響[A].中國機械工程學會工業(yè)設計分會、遼寧省機械工程學會.2013國際工業(yè)設計研討會暨第十八屆全國工業(yè)設計學術年會.論文集[C].中國機械工程學會工業(yè)設計分會、遼寧省機械工程學會：2013：4.

　　[2]田煒，宋祥波.3D打印對工業(yè)設計思維的影響[J].藝術品鑒，2015，(05).

　　[3]孫娜，欒瑞雪.3D打印對工業(yè)設計發(fā)展的影響[J].品牌(下半月)，2015，(08).

　　[4]周磊晶，李玉.3D打印對工業(yè)設計發(fā)展的影響[J].科技展望，2015，(15).