3D打印本來(lái)是上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，不過(guò)近一年以來(lái)的高速發(fā)展讓3D打印回到大眾視野，對(duì)我們的生活可能產(chǎn)生前所未有的影響。通過(guò)3D打印技術(shù)，我們甚至可以創(chuàng)造出任何東西，包括那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者是精度要求很高的產(chǎn)品，因此它可以把人類(lèi)的想象力更完美地還原。未來(lái)，“定制”也許將成為常態(tài)。

3D數(shù)字化就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成數(shù)字化的3D圖紙模型，以便輸出到3D打印機(jī)。目前有兩類(lèi)方法進(jìn)行3D數(shù)字化。第一類(lèi)是使用3D設(shè)計(jì)軟件，由設(shè)計(jì)師從無(wú)到有地設(shè)計(jì)3D數(shù)字化產(chǎn)品。目前常見(jiàn)的3D商業(yè)設(shè)計(jì)軟件有：SolidWorks、AutoCAD、等。此外，還有多款各有特色的免費(fèi)設(shè)計(jì)軟件：Blender、Tinkercad等，其中很多還支持基于WebGL的網(wǎng)絡(luò)在線編輯。

當(dāng)然，并非人人都有能力自己設(shè)計(jì)3D形狀，因此第二類(lèi)3D數(shù)字化就是3D掃描，基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、光機(jī)電一體化控制等技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的3D物體進(jìn)行掃描采集，以獲得逼真的數(shù)字化重建。3D掃描技術(shù)分主動(dòng)掃描與被動(dòng)掃描兩種。

主動(dòng)式掃描是對(duì)被測(cè)物體附加投射光，包括激光、可見(jiàn)白光、超聲波與X射線等。其中激光線式的掃描，可以掃描大型的物體，但是由于每次只能投射一條光線，所以掃描速度慢。而目前最新的基于結(jié)構(gòu)白光的掃描設(shè)備，能同時(shí)測(cè)量物體的一個(gè)面，點(diǎn)云密度大、精度高，在快速采集物體三維表面信息方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外還有基于光照編碼的掃描設(shè)備，如微軟2010年發(fā)布的Kinect，具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

被動(dòng)式掃描對(duì)被測(cè)物體不發(fā)射任何光，而是通過(guò)采集被測(cè)物表面對(duì)環(huán)境光線的反射進(jìn)行，因不需要規(guī)格特殊的硬件，所以成本非常便宜。被動(dòng)式掃描重建技術(shù)，如Autodesk最新的123DCatch，通常基于計(jì)算機(jī)三維視覺(jué)的理論方法，如立體視覺(jué)法等。受環(huán)境光照對(duì)圖像質(zhì)量的影響，被動(dòng)式掃描往往精度較低、噪聲誤差較大。

在獲得3D掃描的原始數(shù)據(jù)后，往往還需對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的處理，如將多個(gè)視角的形狀片段進(jìn)行對(duì)齊和拼接配準(zhǔn)，以統(tǒng)一在同一個(gè)世界坐標(biāo)系下。此外還需進(jìn)行漏洞修補(bǔ)、噪聲去除、三角化、重網(wǎng)格化等，以生成最終的高質(zhì)量水密曲面。

目前還沒(méi)有一種成熟的3D數(shù)字化技術(shù)能夠?qū)ψ匀唤绲娜我庑螤钸M(jìn)行全自動(dòng)地真實(shí)重建，如對(duì)于人體的頭發(fā)等。因此在實(shí)際操作過(guò)程中，往往需要同時(shí)結(jié)合多種掃描技術(shù)，以及一定的手工編輯，以獲得一個(gè)好的重建質(zhì)量。

3D打印誕生于上世紀(jì)80年代

3D打印并非是新鮮的技術(shù)，這個(gè)思想起源于19世紀(jì)末的美國(guó)，并在20世紀(jì)80年代得以發(fā)展和推廣。早期的3D打印用于將虛擬世界中復(fù)雜的3D數(shù)字化模型變成客觀世界中真實(shí)存在的3D實(shí)體。與傳統(tǒng)的“切削去除材料”的加工技術(shù)不同，3D打印采用“逐層增加材料”的方式來(lái)生成3D實(shí)體。3D打印無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，這樣極大地減小了復(fù)雜產(chǎn)品的制造難度，縮短了研制周期。目前3D打印在電影制作、游戲動(dòng)漫、醫(yī)療、教育、建筑、文物考古、生產(chǎn)制造業(yè)都發(fā)揮了獨(dú)特的作用。

3D打印成為近年來(lái)的新聞熱點(diǎn)，與2006年英國(guó)Reprap開(kāi)源項(xiàng)目的發(fā)布不無(wú)關(guān)系。Reprap是3D桌面打印發(fā)展的基石，直接催生了包括Makerbot在內(nèi)的一大批廉價(jià)普及型3D打印機(jī)，價(jià)格從幾千到幾萬(wàn)元人民幣不等。

而在高精度大尺寸工業(yè)打印領(lǐng)域，美國(guó)3DSystems和Stratasys兩大公司占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額。當(dāng)然，在這個(gè)新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)激烈的領(lǐng)域不乏挑戰(zhàn)者，如Mcor公司2012年新推出的Iris全彩打印機(jī)，只需普通A4辦公紙作為原材料，具有超低的成本優(yōu)勢(shì)和綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。在國(guó)內(nèi)，由亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)發(fā)起的中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟于2012年成立。

目前，3D打印機(jī)已經(jīng)能夠使用各式各樣的新材料（液體、粉末、塑料絲、金屬、沙子、紙張甚至巧克力、人體干細(xì)胞等），通過(guò)噴墨沉積、熔融沉積成型、激光燒結(jié)、立體光刻等工藝將三維數(shù)字模型變成實(shí)物，從玩具、工具，到廚房用品、建筑、時(shí)尚衣服應(yīng)有盡有，甚至還可直接打印具備觸感的人造耳朵、人體骨骼、人造假牙、鮮肉，以及槍支、跑車(chē)、無(wú)人飛機(jī)等。

我國(guó)發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)意義重大

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平的同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)。當(dāng)前，全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達(dá)國(guó)家面對(duì)近年來(lái)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機(jī)器人、人工智能、3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，并希望通過(guò)這三大數(shù)字化制造技術(shù)的突破，鞏固和提升制造業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)由“工業(yè)大國(guó)”向“工業(yè)強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，往往是先開(kāi)磨具，然后再做出樣品，而運(yùn)用3D打印技術(shù)，無(wú)需開(kāi)磨具，可以把制造時(shí)間降低為以前的1/10到1/5，費(fèi)用降低到1/3以下。一些好的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)制造出來(lái)，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效克服我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問(wèn)題。

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)3D打印可以為基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的研究提供重要的技術(shù)支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè)，零部件種類(lèi)多、性能要求高，需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試。運(yùn)用3D打印，除了在研制速度上具有優(yōu)勢(shì)外，還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡(jiǎn)化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，化解技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超。

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)隨著3D打印的普及，“大批量的個(gè)性化定制”將成為重要的生