3d成像技术应用案例

3D打印技术及应用

陈浩然

（土木与交通工程学院 城市地下空间工程 3113003479）

摘要： 3D打印技术自发展以来，以其高效、低成本、低能耗的特点，已经在许多领域发挥了不可多得的作用，它将是21世纪最伟大的技术之一。这项技术实现了从无到有的过程，能够制造出你想到的和你想不到的东西，小到肌肉组织，大到楼房建筑。在未来该技术发展成熟时，人类的发展肯定能够迈上新的台阶！

关键字 ：3D打印 高效 低成本 低能耗 从无到有

1 引言

3D打印技术，专业名称为快速成形技术，又称快速原型制造技术，简称RPM。3D打印技术起源于20世纪80年代末的美国，发展至今已经取得极大的进步。随着技术的创新，3D打印技术逐渐深入各个应用领域，工业生产、商业、医学、建筑、艺术等领域都能看到3D打印技术的影子。3D打印技术会在各个领域中刮起一波新的革命，包括建筑行业。3D打印技术将会改变我们的对事物的认知。

2 3D技术的应用

2.1 3D打印机

3D打印技术最直接的产物就是3D打印机。最早的3D打印机由恩里科·迪尼( Enrico Dini )的发明家所设计的，当时的打印机还比较粗糙。如今3D打印机已经比较普遍，便宜的售价不到2000元，能够打印制造各种各样的模型实物。 3D打印机的优势在于产品多样化，效率高而成本比传统工艺低，制造复杂物品不增加成本，无须组装，减少废弃副产品，材料无限组合，精确的实体复制。 3D打印机是结合添加剂、制造技术和快速成形技术的一种机器。快速成形技术是在现代CAD/CAM 技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"，因此得名“3D 打印机”。它以数字模型文件为基础，通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，运用一些金属、蜡、塑料等可粘合材料，采用分层加工、迭加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体。简单来说，比如要打印一个立体的苹果，就先要将苹果的大小形状等参数在设计软件中设计出来，或者用扫描仪把苹果的各参数扫描输入计算机，然后计算机会把苹果每一层截面的形状计算出来，然后在3D打印机里由下到上一层一层地把苹果薄片“叠”起来。 （上图为3D打印机）

3D立体成像技术的应用和发展

1. 前言

3D立体成像技术是一项在现代科技领域中越来越受到关注的技术。从最初的“红蓝眼镜”到现在的“VR头戴显示器”，3D技术给人带来了跨维度的视觉体验。本文将从“3D立体成像技术的定义和原理”、“3D立体成像技术的应用领域”和“3D立体成像技术的发展趋势和未来展望”这三个方面对3D立体成像技术进行深入探讨。

2. 3D立体成像技术的定义和原理

3D立体成像技术是一种能够使人眼观察到物体的立体结构的技术。它的原理是通过不同的成像方式，将平面图像转换成一个带有深度信息的立体图像，使得用户可以感受到像实物一样的3D视觉效果。

3. 3D立体成像技术的应用领域

3.1 电影和游戏制作

近年来，随着消费者对于视觉体验的需求不断增加，电影和游戏制作中的3D立体成像技术越来越受到青睐。《阿凡达》和《异星觉醒》就是3D技术应用的成功案例。同时，游戏制作公司也开始将3D技术作为开发游戏的工具，以提高游戏画面的逼真度。

3.2 医学和医疗诊断

3D技术在医学以及医疗诊断方面的应用也越来越广泛。例如，在医学图像处理中，可以将X光、CT、MRI等医学图像进行三维重建，以便医生更准确地进行诊断和手术操作。

3.3 建筑和设计

3D技术在建筑和设计方面的应用也非常重要。使用3D技术建模可以更加准确地呈现建筑物和室内设计方案。同时，3D技术可以节省时间和成本，使得建筑和设计公司更加高效地完成工作。

4. 3D立体成像技术的发展趋势和未来展望

4.1 通过不断改进算法，提高图像质量

目前3D技术存在一些问题，比如图像质量不够好，易出现重影等现象。为了提高用户体验，各家公司会通过不断改进算法等手段，提高图像质量，并解决常见的问题。

4.2 3D技术将融入更多的应用场景

未来，3D技术将越来越多地融入到各种应用场景中。比如，在智能家居领域，3D技术可以创建更加真实的虚拟场景，以便用户更好地体验智能设备。同样，在在线教育和远程会议领域，3D技术可以模拟真实的教室和会议场景，提高学习和工作效率。

食品行业

食品行业是3D印发展方向之一，例如：近日，在正在举办的SXSW音乐盛典上（SXSW是英文South By Southwest（西南边的南边，这是德州的地理位置）的简写。这是一个每年都在美国德克萨斯州(Texas)举办的可能是世界上规模最大的音乐盛典），奥利奥公司就推出了一台3D打印饼干自动售货机，能让参加SXSW的观众和表演者打印出各种定制口味的奥利奥饼干。通过一块触控屏来选择喜欢的口味，而在选择完毕之后，自动售货机便会按照用户的意愿制造出一块定制口味的饼干。此外，用户不仅可以选择饼干的种类，而且还可以尝试混合口味的夹心奶油，自动售货机可以将两种不同口味的奶油通过螺旋的方式混合到一起，从而带来更好的口感。

例：在今年2月2日和9日举办的“赠送超高档肖像巧克力”体验活动上（东京涩谷“FabCafe”与K'sDesignLab联合主办），参与者首先扫描自己的相貌，获得3D数据，然后利用3D打印机制作原型把原型转印到硅胶模后，只需注入巧克力待其凝固，即可得到酷似自己长相的巧克力,参加的近20位女性都是从未接触过3D打印机的普通消费者。通过3D打印机，以前无法想象的服务也可以提供给一般消费者。

文物保护

3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。今年2月2日～3月17日举办的“惊天博物馆藏品展——好奇心穿越时空、跨越世界”（明治大学博物馆、南山大学人类学博物馆、名古屋市博物馆联合策划）展出了埼玉县砂川遗迹出土的旧石器时代石器（日本国家指定重要文化财产）。主办单位利用3D打印机制作了石器的复制品，提供给观展者提供了亲手触摸。考古学、文化财产等领域同样是3D打印机活跃的舞台。

医疗行业

在医学领域的应用近几年来，人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用3D打印技术制作人体器官模型，对外科手术有极大的应用价值。给病人家属或者医学院学生讲解病情机理的时候将会变得更加具体。3D打印模型可以1：1比例复制身体结构，在给患者和家属讲述病情时，可以更直观，提升沟通的有效性，避免误会的产生。另外，还能让手术医生在模型上进行术前演练，提高手术技巧。

3D全息投影

我们经常可以在科幻电影中见到一种三维的全息通讯技术，可以把远处的人或物以三维的形式投影在空气之中，就像电影《星球大战》中的场面。另外随着现在科学的发展，所有的设备都采用小型化和精密化，而现在的显示设备却无法与之相匹配，人类越来越需求一种新的显示技术来解决问题。而3d全息投影恰恰充当了这一角色。

编辑本段科幻成为现实

1.在美国麻省一位叫Chad Dyne的29岁理工研究生发明了一种空气投影和交互技术，

这是显示技术上的一个里程碑，它可以在气流形成的墙上投影出具有交互功能的图像。

此技术来源海市蜃楼的原理，将图像投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡，可以形成层次和立体感很强的图像。

2.日本公司Science and Technology发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像， 这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质， 并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。

3.南加利福尼亚大学创新科技研究院的研究人员目前宣布他们成功研制一种360度全息显示屏，这种技术是将图像投影在一种高速旋转的镜子上从而实现三维图像，只不过好像有点危险 可以说这些技术很多国家都在研制，毫不夸张的说这项技术它包含了未来，谁最先使用这项技术，谁就最先走入未来的先进技术行列。

编辑本段3d全息投影衍生产品

全息投影： 全息投影是一种无需配戴眼镜的3D技术，观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆应用较多。全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至一种国外进口的全息膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。 360度幻影成像系统：

360度幻影成像是一种将三维画面悬浮在实景的半空中成像，营造了亦幻亦真的氛围，效果奇特，具有强烈的纵深感，真假难辩。形成空中幻象中间可结合实物，实现影像与实物的结合。也可配加触摸屏实现与观众的互动 。可以根据要求做成四面窗口，每面最大2-4米。可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示；真人和虚幻人同台表演；科技馆的梦幻舞台等。 适合表现细节或内部结构较丰富的个体物品， 如名表、名车、珠宝、工业产品、也可表现人物、卡通等，给观众感觉是完全立体的。