前不久，中山大学孙逸仙纪念医院召开新闻会，宣布利用3D技术完成了3D高清腹腔镜下的膀胱癌根治――原位回肠新膀胱术、输尿管膀胱再植术、前列腺癌根治手术、肾部分切除术等一系列高难度泌尿外科手术。院方表示这种3D新手术方式定位精准层次分明，最大限度地减少了对血管、神经的损伤，术后患者恢复良好。
3D也能手术，这听起来确实十分神奇，那么到底是如何实现的呢？相比于传统开腹腔手术，它只需要在患者的腹部开一个比较小的口子，然后将3D摄像镜头送入腹腔，拍摄的3D画面就会清晰地呈现在带着3D眼镜的主刀医生面前，医生通过观看立体画面准确定位，并用微型手术刀在腹腔内部切除坏死的细胞。而在过去，医生需要一边看屏幕上的二维图像，想象出它们的三维图像，同时进行手术。现在医生可以直观地看到立体图像，这无疑能让他们在手术时精力更加集中，手术效率更高，对病人的创伤也比较小。3D腹腔镜外科手术技术首先是由韩国国立癌症中心研发出来的，目前已有较多应用。在中国，北京协和医院、上海交通大学附属瑞金医院也都分别做了这方面的尝试。
3D火爆带动医疗
相比3D影视的火爆，3D在专业医疗领域还属于起步阶段。这主要是因为医疗行业对设备要求极为严格，需精细、准确、稳定、可靠，一个新型医疗设备需要长时间严谨的测评考量才能投放市场。由于3D医疗技术发展时间并不长，因此相关设备进入市场会较晚、种类也少，并且当前医疗设备均依托的是成熟的2D技术建设，如进行3D升级改造可不仅仅是更新几个设备那么简单，而是需要引入新的系统和理念，医生等相关人员也需要一个熟悉的过程。不过起步晚，并不意味着发展慢。3D使医生可以获得从传统平面显示无法捕捉到的信息数据，能够360°全方位立体读取影像信息，为临床诊断提供了更丰富、精准的影像资料，大幅度降低了对病灶的漏诊、提高了诊疗质量。因此目前许多医疗机构都对此产生了极大兴趣和需求，越来越多的3D应用出现，3D医疗设备及方案也在厂商纷纷看好此市场的情况下层出不穷。
除了3D腹腔镜，3D在X射线和CT上也在产生影响。X光检测利用3D医学成像技术，将两台照相机放在左右两个不同的角度同时拍照后结合为3D图像，这使得医生可以观察到人类身体内部由疾病引发的脏器的变化，而过去要想如此观察，必须通过昂贵的CT检测才能够实现。眼底成像和内窥手术也是3D技术的应用市场，2012年苏州维视通研发的眼底成像技术可以在传统眼科检查仪器裂隙灯上嵌入传感器和镜头，不但能将检查结果传输进电脑储存，还能生成3D影像。在内窥镜领域，3D应用正在快速展开，使用3D技术的内窥镜带着两个摄像头，相当于人的左右眼，医生戴着3D眼镜就能够更精确地进行切、抓、缝合等操作。
一直以来3D在虚拟现实方面应用是比较多的，以往主要针对飞行仿真、作战训练、高端制造、教育科研等行业，近年来在医疗方面应用逐渐增多。通常外科医生和医学院学生在真正动手术之前，需进行大量精细的训练，而教学尸体数量往往十分有限，仿制模型也不够直观。而通过3D虚拟现实系统就可以解决这一问题，手术操作者感觉就像在做真实的人体手术一样，它可以重复训练，不会造成任何伤害，且系统还可以给出评价，帮助医生进步。临床诊断方面，通过3D虚拟现实技术开发的虚拟内窥镜的软件，可以使医生清晰诊视病人体内情况，对于临床诊断具有重要意义。由于3D虚拟现实影像大多是由投影机拼接融合投射出来的，因此给投影机和处理器厂商带来很多机会，不过3D虚拟现实对投影机及融合技术要求比较高，具有一定技术门槛，巴可、科视、3D-Perception、proiectiondesign在此具有先发优势。
3D作为索尼的主要战略，近年来进行了全维度拓展，目前已至医疗行业。2012年9月索尼开始销售可安装在手术显微镜上拍摄3D影像的高清摄像机“MCC-3000MT”，这是业内首款可安装在普通手术显微镜上的整理型3D摄像机。加上已经具有的3D医用液晶显示器、3D医用录像机、图像多路复用器等，索尼已经能够提供涉及拍摄、显示、记录、发送的整套3D手术影像整体解决方案。2013年索尼还计划将3D技术扩展到3D化需求较高的内窥镜手术领域。松下在此方面也毫不放松，2011年11月32英寸内窥镜手术用3D液晶显示器正式上市，2012年11月又在德国杜塞尔多夫举行的“MEDICA2012”上首次展示了支持3D影像的医疗用录像机，预定2013年春季正式上市。巴可公司起步更早，在2008年就推出了3D医疗可视化解决方案，该方案基于高性能服务器架构、高性能图形处理单元与影像传输技术，可以保证在低带宽条件下，满足医生任何时间地点即时存取3D医疗影像的需求。上海金桥作为系统集成商，也一直关注3D在医疗行业的应用，目前已经推出了包含一体化手术室、示教室、医院行政会议室、医疗学术报告厅等在内的综合3D医疗可视化解决方案，并可兼容现有各种模拟/数字的2D视频信号，完成了多元化、立体化的综合传输及及对后台设备的全集中化管理。
裸眼3D试水
技术在不断提升，现在已有厂商研发出高清裸眼3D并尝试应用于医疗。
2012年2月15日，日本一研究机构将裸眼3D手术影像通过超高速互联网卫星从美国向日本进行IP实验传输取得成功，首次把以往只有主刀医生才能看见的3D影像传输到手术现场之外。此实验应用了最新研发了大幅减轻裸眼3D影像图像紊乱问题的图像处理技术，与传输技术相结合实现了裸眼3D实时传输。裸眼3D对于医疗尤其是培训学习方面具有十分重要的意义。传统3D培训，人手一副眼镜，不仅观看麻烦，每次的发送收回都是很繁琐的一件事，裸眼3D直接观看就可以清楚地学习了解人体内部各个器官的结构，方便快捷。
当前裸眼3D技术正在逐渐完善中，因此市场上的医用产品并不多，仅有德国爱克曼公司的裸眼3D内窥镜，日本东芝、中国天禄TYLOO、迈特菲医用裸眼3D监视器等少数产品。虽然大多数厂商还未推出产品，但都在密切关注中，其中不少也在积极进行着技术开发研究。以如今技术发展水平来看，1―2年后必有丰富产品出现。
关键词？演天津滨海新区；3D打印；政策建议
中图分类号？演F407？眼文献标识码？演A？眼文章编号？演1673-0461（2013）12-0068-05
一、引言
2012年4月，英国《经济学人》杂志刊载封面文章《第三次工业革命》，将3D打印作为第三次工业革命的重要标志。同一时期，美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。这一系列标志性事件，将3D打印技术推上前台，引发了世人的广泛关注。
二、3D打印技术概况及产业特点
（一）3D打印技术概况
3D打印技术是指通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多方面的前沿技术知识，具有很高的科技含量。与切削等材料“去除法”不同，3D打印技术的主要流程是应用计算机软件设计出立体的加工样式，运用特定的成型设备，将粉末、液体、片状等离散材料逐层堆积，“打印”出产品（如图1所示），因此又称为添加制造（AM，AdditiveManufacturing）。
3D打印技术常在模具制造、工业设计等领域用于制造模型，现在正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用该技术打印而成的零部件。在汽车，航空航天、医疗产业、工业设计、建筑、教育、地理信息系统、土木工程以及其他领域都有所应用。
（二）3D打印产业特点
虽然3D打印技术出现已有十几年的历史，但3D打印产业仍处于发展阶段的初期，业态尚不丰富，行业成熟度低，但未来的成长性非常好，从整个产业来看具有以下两个特点。
产业链长，辐射带动效应显著。3D打印产业涉及材料技术、信息技术、装备制造、生产业等诸多领域。仅耗材一项，就包括7个大类30余种工艺设备、几百种打印材料。产业应用辐射面极广，是制造业与服务业融合的典型产业，能够催生大批新兴产业。无论是从技术还是应用角度来看，3D打印相关技术及设备都属于机械工程、自动控制、激光、计算机、新材料等多个领域的交叉融合。从产业链角度来看，3D打印技术领域与上下游相关行业领域关联十分紧密，带动作用很强。
科技含量高，带动制造业数字化变革。3D打印技术的应用大大缩短了新产品研制周期，能够迅速提升复杂零件的制造能力，使复杂模型的简单直接制造成为可能。3D打印技术显著提高了新产品投产的成功率，大大降低了新产品的研发成本。目前，一个预测观点在产业界广为流传，观点认为：未来的制造业，人力、资金、设备等生产要素大规模集中化的工厂式生产方式将被摒弃，替代的将是更加灵活、所需要投入更少的3D打印生产方式。英国《经济学人》杂志将这种趋势称之为“社会化制造”，认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。
三、3D打印产业发展现状与发展趋势
（一）国外3D打印产业发展现状
当前，全球正兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家为解决其制造业竞争力下降的难题，倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D打印技术是实现数字化制造的关键技术，希望通过这三项数字化制造技术的突破，巩固和提升其制造业主导权。3D打印技术随着工艺、材料与装备的逐渐成熟，引起了世界范围的广泛重视。美国是全球3D打印技术和应用的领导者。2012年3月，美国在“全美制造业创新网络”计划中对3D打印产业作出重点部署。据美国权威3D打印行业咨询机构Wohlers提供的数据，截至2011年底，全球3D打印机累计装机台数超过5万台，其中美国累计装机台数约占全球总量的50%，美国制造商所占全球市场份额超过70%。美国3D打印服务提供商Shapeways表示，他们已经“打印”了75万种产品，材料已经涵盖塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃等。
除美国外，其他国家也在不断加强3D打印技术的研发及应用。澳大利亚在2013年制定了金属3D打印技术路线；南非正在扶持基于激光的大型3D打印机器的开发；日本着力推动3D打印技术的推广应用。表1为2011年各国和地区3D打印技术应用的市场份额。
（二）我国3D打印产业发展现状
我国3D打印技术研究起步较早，20世纪90年代初就开始对快速成形技术及设备进行研发，初具产业发展基础。已有西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京航空航天大学等多家研究单位自主开发了成形设备并实现产业化，拥有自主知识产权。其中，部分便携式桌面3D打印机已具备国际竞争力，进入了欧美市场。我国是继美国、日本、德国之后第四个拥有3D打印设备的国家。但总体看来，国内缺乏能够制造工业级3D打印机的企业；一些核心部件，如激光器、光路系统等仍依赖国外技术；打印材料单一，与国外材料的品种和性能等方面有差距；缺少原创性的3D打印新技术及装备；应用宽度和深度不够，与量大面广的产品制造进程相比，还不具备价格优势。
2012年10月，亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业成立了中国3D打印技术产业联盟。鉴于3D打印技术的战略意义，工信部、科技部也正在组织专家对我国3D打印技术的发展开展专项研究，制定规划，在全国进行重点布局。
国内部分地区正积极绘制3D打印产业的发展蓝图。2013年3月，江苏省《江苏省三维打印技术发展及产业化推进方案（2013-2015年）》，并组建三维打印产业技术创新联盟，推进3D打印产业发展。南京市与中国3D产业联盟签署中国3D打印技术产业总部基地和中国3D打印技术产业创新中心合作协议，建设3D打印应用中心、示范中心以及科普、教育、培训、加工等中心。武汉市抢先成立了“中国首个3D打印工业园”。东莞市将3D打印作为战略性新兴产业写入了2013年的《政府工作报告》。此外，成都、重庆、长沙、青岛等地正在建设或筹建3D打印产业园。
（三）3D打印产业发展趋势
虽然3D打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特优势，产业链已初具出行，整体产业发展迅速，其发展趋势具有以下两个特点。
市场前景广阔，未来发展潜力巨大。3D打印技术以操作简单、成形精准、高效低耗等特点著称，拥有广泛的市场前景。据美国消费者电子协会最新的年度报告显示，随着汽车、航空航天、工业和医疗保健等领域市场需求的增加，3D打印服务的社会需求量将逐年增长，到2017年有望增长至50亿美元。近20年来，3D打印产业市场规模正以每年超过17%的速率递增（如图2所示），沃勒斯（Wohlers）最新报告显示，2012年3D打印全球市场规模为22亿美元，同比增长了29%；其中3D打印机的销售量同比上升了25%，其中有38%产自美国，8.5%来自中国。
产业集中度不断提升，垄断形势正在形成。美国上市公司3DSystems和Stratasys，ZCorpration公司、Solidscape公司以及德国的EOS公司、以色列OBJETGeometries等公司，是目前全球3D打印产业的领军企业。近几年，3D打印设备制造企业正在一轮洗牌。美国Stratasys公司收购了OBJECTGeometries公司；3DSystems公司在2012年初收购了ZCorporation公司和VidarSystems公司。目前，Stratasys公司和3DSystems公司成为行业内两大巨头，Stratasys公司2011年拥有41.5%的市场份额。表2为国际最主要的5个3D打印企业或研发团队以及它们的技术优势。
四、天津滨海新区3D打印产业发展基础
天津滨海新区是新世纪我国改革开放的最前沿，近年来凭借区位、政策优势，发展势头迅猛，滨海新区具备发展3D打印产业的良好基础：
一是具有相应的研发基础。天津市拥有“天津快速成形技术工程中心”和“天津市激光技术工程中心”等快速成形技术研发单位。其中天津快速成形技术工程中心是国内最早开始此项业务的科研单位之一，在激光快速成形、快速制模、快速铸造、快速测量、液压及光机电产品开发、内燃机工作过程仿真、强度和流场计算、光弹应力分析、CAD/CFD/CAE/CAM技术集成及产品优化设计等方面拥有较强研发实力。同时河北区的快速模具创新研发基地、塘沽海洋高新区滨海国际工业设计园等产业园区等也提出聚集一批3D打印企业。
二是拥有一定市场规模。目前天津市电子信息、装备制造、汽车、医疗器械、新能源、模具等行业对3D打印技术有一定的认知。全市已有超过200家企业应用了3D打印技术。滨海新区在3D打印技术应用方面的企业，主要有霍尼韦尔、富士通、亚安科技、新巨升电子等企业。在3D打印技术研发方面的企业，有滨海高新区天津微深科技公司、天津滨海雷克斯激光等企业。
三是具备产业链向下延伸优势。随着技术的不断发展，3D打印已经逐步应用于制造业的各个领域。从近十年3D打印设备下游应用行业分布来看，个人消费品（以电子行业为主）和交通运输设备占据主要份额；同时，医疗方面的占比在持续提升。而3D打印设备在航空航天领域的应用也稳中有升。而上述几类产业正是滨海新区大力推进的优势产业，3D打印技术服务相关产业在新区发展，拥有广阔的潜在目标客户群，前景十分看好。
五、天津滨海新区发展3D打印产业的政策建议
根据3D打印产业的特点和未来发展趋势，结合滨海新区的实际情况，滨海新区推进3D打印技术及产业的发展，需要从以下几个方面入手：
一是做好3D打印技术与产业发展的顶层设计。通过深入调研区域内医疗行业、食品业、汽车制造业、航空航天制造业等相关行业未来对3D打印应用的市场需求，明确滨海新区3D打印产业发展思路，找出突破口，制定3D打印产业发展规划，编制滨海新区3D打印技术发展及产业化推进方案，制定新区3D打印产业发展路线图。
二是加强技术攻关，促进产业化。设立3D打印技术攻关和产业化专项，开展相关软件、工艺、材料、装备、应用、标准及产业化的系统性攻关。推进建设3D打印技术与其他先进制造技术融合的新型数字化制造体系。重点围绕3D打印工艺优化和制件性能提升技术、高效打印制造技术、精度控制技术、符合材料零件制造技术、智能制造技术、超限制造技术、生物组织打印制造技术等技术领域，加大项目资助力度。设立3D打印产业发展投资基金，探索税收优惠政策。
三是建设高水平研发转化平台。为促进3D打印技术产业化，中国3D打印技术产业联盟拟选择10个工业城市集中建设3D打印技术产业创新中心，投资2000万元，地方政府按照1∶1配套扶持。滨海新区应抓住这个机会，积极争取创新中心落户，借力亚洲制造业协会和中国3D打印技术产业联盟，推动新区3D打印尽快走上产业化道路。同时，吸引清华、华中科技、西安交大、北航等研发机构在新区设立研发基地、检测试验平台，开展科研成果转化，率先布局3D打印技术及服务聚集区。
四是组建3D打印产业技术创新联盟。依托天津市快速成型技术工程中心、天津市激光技术工程中心、天津大学、天津工业大学、天津职业技术师范大学、天津滨海雷克斯激光、天津微深科技公司等高校、企业，并邀请清华、北航、西安交大、华中科大、江苏紫金电子、杭州先临三维科技等3D打印技术研究和应用的领军者，组建滨海新区3D打印产业技术创新联盟。依托联盟，策划举办部级3D打印高峰论坛，3D打印产业年度发展报告，举办产学研合作洽谈会、研发成果信息会、企业需求对接会等，推动3D打印技术产业化。
五是培育3D打印产业龙头企业。目前，滨海新区在3D打印方面关键装备研发制造能力不足是制约产业发展的主要瓶颈。因此，需要充分发挥滨海新区科技创新资源聚集优势，通过开展3D打印技术专题招商引智活动，吸引海外3DSystems、Stratasys、Solidscape、Shapeways、EOS等跨国公司，以及国内南京紫金立德、湖南华曙高科、杭州先临三维、深圳光韵达、北京隆源、上海联泰、无锡飞而康等企业，弥补新区在3D打印设备研发制造能力的不足。
六是进一步发挥试点示范的带动作用。建设3D打印技术研发和产业示范基地，推动3D打印技术应用和产业发展。重点在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域分步骤、分层次开展示范应用，形成整理性、标准化、自主知识产权的应用平台，在示范过程中制定相关行业标准，加快推进滨海新区3D打印技术、产业与应用协同发展，探索和积累3D打印机的运营和管理经验。
七是促进3D打印技术的社会化推广。从区域层面出发，营造良好的3D打印技术相关产业发展氛围。强化3D打印方面的教育培训，将3D打印相关技术纳入相应学科建设体系，加快培养3D打印技术相关人才。依靠相关行业协会、博览会、论坛等组织形式来进行3D打印技术和应用的培训，并宣传、推广3D打印技术，使更多的人能够接触3D打印技术，产生兴趣，并逐步接受和使用相关技术。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务机构，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。
六、结语
近来，全球正在兴起新一轮数字化智能化制造浪潮。发达国家为解决制造业竞争力下降难题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D打印技术是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升其在制造业的主导权。虽然以3D打印技术为首的数字化制造核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示出独特优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，在区域发展尤其是转变经济发展方式中，跟紧全球技术前沿，抓住这一制造业加快发展的机遇，深入研究以3D打印技术相关产业为代表的新型数字化智能制造产业发展规律，融入数字化智能化制造业发展浪潮，从而加快推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。
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APolicyResearchontheRegionalDevelopmentofthe3DPrintingIndustry
——ACaseStudyofTianjinBinhaiNewArea
YangZhao
（BinhaiResearchInstituteinTianjin，Tianjin300456，China）
靠近天津高新区的华苑产业园区，与市中心相比，显得颇为僻静。午后的阳光透过这栋写字楼透明的落地方格子窗棱，再照进空旷的大厅，营造出了一种迷人的光影效果。
当然，这栋写字楼内不会总是这么安静。比如去年，这里就迎来了一位“大人物”―有着“世界之王”之称的好莱坞著名导演詹姆斯・卡梅隆。
2012年8月7日，卡梅隆与其多年搭档―参与《泰坦尼克号》、《阿凡达》拍摄的摄影大师文森特・佩斯，共同成立的3D数字技术公司卡佩隆-佩斯集团（CPG）中国总部在这里正式启动。这是CPG与天津海泰控股集团、天津北方电影集团共同出资成立的合资公司，也是CPG首次在美国本土之外设立的总部机构，注册资金2500万美元。
“对我们来说，这是一笔大投资，但同时也是非常划算的。”卡梅隆曾如此表示。2009年12月底上映的《阿凡达》在中国保持了长期的票房纪录（直到最近其纪录才被《泰》打破），而《泰坦尼克号3D》在中国收获的票房相当于包括北美在内的世界其他地方的总合。目前，中国约有1万余块银幕，其中70%能放映3D电影。有数据显示，中国电影票房收入的大约2/3均来自3D电影。2012年2月，政府还进一步开放了面向海外电影的市场，允许电影公司在中国市场上额外14部电影（总数为34部），前提是这些电影是3D或IMAX版。
所有这一切，都让致力于将3D技术推行为世界电影标准的卡梅隆将中国视为实现自己梦想的助推器。“2D向3D过渡的进程类似于黑白电影向彩的演进过程，后者花费了约25年时间，但在中国的帮助下，电影行业朝向3D的过渡会更快一些，很可能只需要十多年时间。”卡梅隆说。
与此同时，已成为驱使中国观众走入电影院一个主要因素的3D技术，也让刚刚超过日本成为全球第二大电影市场的中国，在寻求文化产业升级方面，看到了新的可能。同样是3D修复，国产的《倩女幽魂》、《新龙门客栈》与《泰坦尼克号》，在清晰度和效果上相差甚远。单纯依靠国产技术已经很难满足中国电影市场的大胃口了。
卡梅隆与中国市场碰撞出来的火花，看起来美妙无比。
一次相遇
一星期的美国之行，方卫说得最多的单词就是“magnificent（神奇的）”。见到CPG那些“如艺术品般”的先进设备时，他会不停地说出这个词；在一家IMAX影院看到卡梅隆最新监制的法国3D电影《太阳马戏团》，以及裸眼3D电视节目时，他也会说出这个词。就连当他得知带领自己参观CPG曼哈顿沙滩摄影棚的那个“年轻、憨厚的小伙子”，就是《阿凡达》的首席艺术设计师时，他脱口而出的仍是这个词―“我当时就对他说，让我握握这双世界上最富创造力的手！”
作为新成立的CPG中国总部的副总裁，尽管方卫之前已和美国方面保持着密切的沟通和各种技术文件往来，但第一次真正来到总公司，亲眼所见所闻还是令他惊叹不已。
而实际上，中国也带给卡梅隆同样的惊叹。
CPG与中国的合作缘起于2011年秋天在美国举办的中美电影节。由于天津北方电影集团出品的3D动画片《兔侠传奇》获得了该电影节颁发的金天使奖，集团总裁王大方也在中国代表团之中。颇为巧合的是，他与同来参加活动的卡梅隆座位接近。自然地，王大方与这位好莱坞大导演攀谈起来，而其中提到的一句“3D将是我们未来发展的方向之一”，引起了卡梅隆的极大兴趣。两个人由此建立了联系，卡梅隆随后还将王大方领到了CPG，将其最新的3D装备展示给中国一行人员，这让王大方等人产生了合作的想法。
2012年4月，来参加北京电影节的卡梅隆与佩斯，以及CPG的另外一些核心成员在王大方的邀请下也抽空来到天津，参观了滨海高新技术产业区，在看到曙光系列计算机等尖端技术后，“卡梅隆说了一句话：‘我和佩斯都是很重视技术的，都是工程师出身，看到你们有这样的技术实力和氛围，我感到非常值得合作。’”当时同在现场的方卫对《时间线》回忆说。方卫的另一个身份是北方电影集团的副总裁。而就在这次短短的考察中，卡梅隆当即签署了与天津滨海高新技术产业园区、北方电影集团共同组建CPG中国的意向书。
西学东渐
迈克尔・贝曾经视3D为噩梦，作为最会赚钱的商业片大导，他可不想因为调试3D设备而导致《变形金刚3》一遍遍地重拍，马丁・斯科塞斯本来也不打算用3D技术拍摄《雨果》，而第一次尝试3D的李安则在《少年派的奇幻漂流》中同时遭遇了据说是该项技术的三个“天敌”：水、动物和小孩。但这三位导演都因为CPG，消解了之前的顾虑。
其实，CPG早在12年前就已成立，2011年经历了整合重组，当年就依靠租借3D摄像机赚取了约5800万美元。它目前拥有全球最领先的3D技术与认证，比如3D电影拍摄时两台并行的机器如何实现多层景深、多层景深加运动、多层景深加多重运动等场景，以及观看3D电影常引起的头晕不适等现实问题，CPG都提供了相应的解决方案。除了电影作品，其3D技术还会运用于电视剧、电视直播、广告等领域，它目前与国家地理、ESPN以及英国Sky天空广播公司都建立了合作。由于更偏爱直接3D拍摄的方式，卡梅隆的CPG还特意研发了一种“5D”技术，即一套转播系统可以同时输出2D信号与3D信号，并可实现两种版本的实时直播。
“我们以前曾思考过一些问题：什么样的影片适合3D？怎么培养3D导演、3D摄影师？而美国方面告诉我们，其实在成熟和先进的技术支持下，任何好的影视节目都可以通过3D技术得到提升，任何导演、摄影师也都可以胜任3D工作。”方卫对《时间线》说。
CPG中国总部就位于北方电影集团的楼上，由于人员和设备还未完全到位，200余平米的办公室里有许多空位。
正处于文件手续及组装过程中的设备包括因《阿凡达》而闻名的联合数字立体摄影机（FusionCameraSystem）等电影拍摄设备、3D制作设备、调色调光设备、后期整理调整的设备，还有信号系统、回放系统、现场处理系统等辅助设备，另外，如果有需要，中国方面可以随时申请诸如佩斯研发的水下拍摄系统等特殊设备。“我在美国总部还看见一种用于直升机拍摄的支架，能紧紧贴合在直升机上，在运动当中还能进行准确的调整，真是漂亮！我当时就想，以后我们要拍点阅兵仪式啊、城市宣传片啊，也用上它，那得多好看啊！”方卫说，“可以说美国有什么，中国就能有什么。同时，设备升级也是一起的，任何新成果大家都能分享。”
中国总部成立后，除了两位创始人―卡梅隆与佩斯亲自来访过外，CPG的行政总监、运行总监、艺术总监还都在中国工作了很长时间，“按我们的话说就是，他们的班子成员全出来了。”方卫笑道。而总部的其他高层也与方卫他们经常进行国际电话，为中国方面提供技术材料与相应培训。
等中国区业务开展起来后，每个项目初期都会有美国专家带领本土团队跟进，“外援”团队会至少囊括电影电视工程师、现场工程师、后期工程师、系统工程师、直播工程师、效果师以及一些设备调试整备人员。“美国专家总是对我们说，别害怕，这些操作很简单，你们完全能掌握，因为技术越成熟操作越简单。”方卫说，“但尽管如此，我们也没有对技术人员的完全本土化进行强行的时间规划。即使未来我们甚至具备了自主的设备生产能力，中美双方仍然是一种相互切磋学习的关系。”除此之外，CPG总部的人也会在中国进行一些培训和展示工作，除了面对CPG中国内部，还会向中国所有的导演和制片人开放。据方卫介绍，这期间，很多“传说中”的“梦幻人物”可能都会亲自授课，比如佩斯。
中国样本
CPG并不会告诉中国电影人如何拍电影，而是帮助他们实现梦想。而其所运用的手段，不仅仅是技术和工具，更重要的是一整套更有效率的制片服务。
与每部电影洽谈合作时，CPG的分析师会首先分析该项目的需求，与剧组反复讨论之后提出合作建议、方案以及CPG投入的人员建议。然后，市场部会和导演一起商量采用什么样的技术来实现其所预期的艺术效果，并与制片人探讨最经济的技术、设备及操作组合方式。
“两位创始人曾多次提到，中国总部的意义就在于，用中国制片人花得起的钱、目前的制片环境下运行得好的模式，提升中国影片的质量。这也是我们努力的方向。”方卫说。他向本刊表示，虽然表面看起来，与CPG合作可能会比拍摄2D电影和一般的3D电影价格贵一些，但是由于其提供的先进技术和拍摄解决方案能极大地提高拍摄效率，摆脱以往“拍3D电影很费时间”的偏见，实际上能大大缩短租用机器乃至整个剧组的工作时间。“从这个意义上说，这个价钱又是相当物超所值的―况且，导演的所有愿望都基本能实现。”
而在电影之外，CPG更“觊觎”中国5亿台电视机以及受众更为广泛的中国电视市场。据方卫介绍，他们目前和中央电视台、北京电视台、上海文广等都进行了很好的交流，未来，随着3D电视的普及，CPG中国会为各电视台提供诸如体育赛事、演唱会、服装秀等节目的转播服务。而随着中国的文化产品越来越多地寻求走向国际，对华语节目高技术水平的3D国际信号的需求也会逐渐增多，“到那时，我们的技术就能发挥出特有的优势。”方卫希望，CPG那一辆辆最大能达到17米长、六七米宽，还能如变形金刚般收放自如的3D转播车，能像他在美国看到的那样繁忙地行驶于中国各地。
其实，中国影视界已对来自好莱坞的最先进技术显示出了极高的热情。去年8月才成立的CPG中国目前正在接洽的合作项目就涉及电影故事片、电影纪录片、电视剧以及直播节目等各类型，其中单单故事片就有十来部在进行深度洽谈。虽然还不能透露对方信息，但方卫肯定地说：“春天就会有运用其技术和设备的电影开拍。”
3D打印技术作为一种快速成形技术，于最近两年开始流行，广泛应用于产品设计的各个领域当中。但3D打印目前处于初步发展阶段，国内针对学生的教材不完整，教育方案不够系统化，师资力量紧张，配套设备比较昂贵。为了跟上时展的潮流，各中职学校克服困难，创造条件，纷纷开设3D打印技术课程，普及3D打印技术。
湛江机电学校作为地方中职龙头学校，于2014年投入资金购买了基础型3D打印桌面机，选派教师到企业学习3D打印技术，解决了师资、设备等问题。2015年在模具制造技术、数控技术应用、机电技术应用等专业开设《3D打印技术》选修课，我们在课程教学内容的选择、教学项目的开发以及教学过程的组织与实施方面做了一些探索与实践，本文通过具体案例讲述了笔者在《3D打印技术》课程教学项目的开发、实施等方面所做的探索与实践，并展示了教学成效。
二、教学项目的开发与研究
为了选择适合中职学生的课程教学内容，我们先对3D打印的原理及工作过程进行了研究和分析。
1.3D打印的原理
传统的机械加工方法是“减材制造”，在其制造过程中材料逐渐减少；锻造、铸造、粉末冶金等热加工方法，可粗略地看作是“等材制造”；3D打印则属于“增材制造”，通过一层层地累加材料最终达到物体的成形。3D打印机就是可以“打印”出真实3D物体的一种设备，功能上与激光成型技术一样，采用分层加工、叠加成形，即通过逐层增加材料来生成3D实体。称之为“打印机”是参照了其技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
2.3D打印的工作流程
3D打印是利用设计产品的3D数据，采用分层、叠加成形的原理进行打印，其工艺流程一般分为三维建模、数据分割、3D打印、后处理四步（如图1所示）。
（1）三维建模
三维建模是3D打印的基础，即在打印之前需在三维软件中对产品进行建模，因此3D打印需计算机辅助设计（CAD）技术的参与。建模过程可使用AutoCAD、Mastercam、Pro/E、UG、Solidworks等主流软件完成，需注意的是在整个建模过程中产品尺寸要准确无误，打印机是严格根据这些数据来控制产品最终外形的。
（2）数据分割
数据分割是将建好的模型数据导出为.stl或者.obj（这两者是世界整理的中间交换格式），再将中间格式的.stl或者.obj文件载入切片软件（当前整理的切片软件有cura，makebot，Xbulider，Repetierhost等）中，进行切片操作，即生成打印机能识别的数据流格式文件（.gcode或者.x3g.s3g等格式），从而指导打印机逐层打印。
（3）3D打印
通过SD卡或者U盘把.gcode格式文件拷贝到3D打印机中，进行对应的物理打印参数的设置（不同打印机物理参数设置不同），打印机就可以把它们打印出来。打印机通过读取文件中的横截面信息，用合适的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。
（4）后置处理
三维打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。有些技术可以同时使用多种材料进行打印，有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，打印完成后需要去掉支撑物及表面毛刺等。
3.3D打印校本教材
基于以上研究与分析，根据我校实训条件及学生知识储备，编写了基于3D打印工作过程的校本教材《三维建模与3D打印》（教材目录见图2）。
教学内容及项目的选用以完成一个完整作品为主线，由浅入深地设置层次递进的项目。作品实用又有趣，有利于调动学生的学习积极性；任务由简单到复杂，有利于学生克服畏难情绪，一开始就能感受成功的喜悦；不断上升的难度能持续引起学生的关注，将学习进行到底。
三、教学方法的选择与确定
开设本课旨在让学生了解制造前沿新技术，跟上时展的潮流。通过项目教学，帮助学生了解实际工作的思维路径，获取三维建模与3D打印技术的实际操作技能。
本课程是我校模具制造技术、数控技术应用、机电技术应用等专业的专业选修课，二年级下学期开设，学生已经学习了AutoCAD、Mastercam等计算机辅助设计软件，对三维建模及加工制造比较感兴趣。学校建有专门的模具设计与3D打印实训室，配置72台学生用计算机、15台套桌面型3D打印机（可计算机驱动，也可SD卡驱动），可以使用多媒体教学平台教学。
依据教学目标及学生学情，努力实践“教、学、做”合一的项目化教学模式，主要采用任务驱动法、演示法、合作学习法等。项目一应以讲授为主，可配以相关内容的教学视频、动画演示、教学PPT等，并通过提问、书面作业等形式巩固课堂知识；项目二、三、四则主要使用任务驱动法，以学生为学习主体，教师为主导，让学生带着任务分析思考，通过学习互助完成作品的设计制作，再通过优秀作品展示评讲，引导学生自我评价，修改完善作品，培养创新意识与精益求精的工作态度。
《3D打印技术》课程教学项目的开发与实施
四、项目教学的组织与实施
我们对每一个项目都进行了精心的教学设计，并据此进行教学组织与实施。这里以“项目三：走进3D打印体验馆――吉祥挂件的设计与制作”为例进行介绍。
根据教学设计，做好充分的课前准备。制作教W资源文件（如图3所示），撰写了工作任务书、参考案例、灵感图例等，旨在让学生明白他们在课堂上要做什么、怎么做；制定工作过程记录表、学习过程评价表、作品展示评价表等，要求学生在学习过程中按要求填写并上交，引导学生自学、自评、互评，从而督促学生完成课堂任务。采用分组教学，根据班级人数（60人）及实训设备数量（15台打印机），将学生分成4人一组，独立设计，轮流打印，提高课堂学习效率。准备好教学设备，检查电脑及打印机是否能正常工作，安装打印材料，保障教学正常进行。
教学过程从“创设情景，导入任务”“解析任务，层层推进”“合作探究，完成任务”“交流赏析，体验美好”“自我完善，体验成功”等多个教学环节，循序渐进的学习让学生能力一步步提升。把教学总任务由浅入深分解为6个子任务（以“帧弊止壹的设计与制作为例）：绘制“帧弊窒呒堋创建“帧弊质堤迥P汀输出“.STL”模型文件装载“.STL”模型文件切片生成并保存GCode打印“帧弊止壹，清晰的指引让学生像玩游戏一样过关斩将，轻松完成作品的制作。
由于打印机数量有限，为了提高课堂学习效率，还安排了拓展任务：要求每位学生在打印操作间隙自主设计3个以上不同创意的作品，挑选最满意的作品进行创意阐述，制作作品展示文档，既培养学生分析问题、解决问题的能力，又锻炼学生综合运用多学科知识的能力。
五、教学成果的展示与分析
我们将作品评价贯穿于项目教学全过程，通过自我评价、优秀作品赏析、缺陷作品分析等引导学生分组讨论、互相学习、互相评价，进行思维大碰撞，激发学生的好胜心，满足他们自己动手完成任务并最终制作出精美作品的心理需求。这里仍以“项目三：走进3D打印体验馆――吉祥挂件的设计与制作”为例进行介绍。
1.自我评价
每人以最佳作品为例进行过程评价，填写自评资料。边操作边记录，完成“工作过程记录表”；认真思考，撰写“作品展示评价表”；客观公正进行自我评价，填写“学习过程评价表”。
2.秀作品赏析
对于优秀作品（如图4所示）的赏析，采用组内互评+组间互评+教师点评的方式进行。
（1）通过组内互评，选出本组完成最好的设计模型及打印作品。
（2）每组派代表展示本组完成最好的设计模型及打印作品，并进行创意说明。
（3）教师点评，组间互评，进一步升华完善作品。
3.缺陷作品分析
对有明显缺陷的作品（如图5所示），要及时跟踪，发现问题，提出改进意见，这样有利于学生进一步完善。
关键词：职业院校；3D打印实验室；建设方案
中图分类号：G647文献标识码：A论文编号：1674-2117（2015）19-0133-03
3D打印技术是制造业领域迅速发展起来的一项工业技术，其原理是快速成型技术，采用粉末状可粘合材料，利用叠加原理，逐层打印的方式来构造实体。随着美国第一支3D打印手枪的诞生，该技术在世界范围内引起哄动，许多企业、科研机构、高校纷纷抢抓先机，加大生产、研究力度。随着国家及地方政府政策的扶持，与3D打印技术相关的产业必将蓬勃发展，而掌握快速成型技术、逆反工程及加工工艺设计的人才也将成为市场紧缺人才。面对这一现状，高校开设3D打印专业，加强实验室建设就显得尤为重要与迫切。
实验室建设的必要性
高等职业院校旨在为社会培养理论知识扎实、实践技能过硬的应用型高级专门人才。培养的人才进入社会，无论是从事生产还是做研究，都应服务于社会的需求。所以，学校在培养过程中，应以社会实际需求为准则，使学生有更多的机会接触实际生产过程，了解加工工艺，熟悉多种设备的应用与维护。因此，学校要培养社会需求的高级技能性人才，必须加强实验室建设。
1.提高学生快速成型制造实践能力的需要
随着3D打印技术的迅速发展，社会急需掌握相关技能的高级人才。3D打印被称作是“实现数字化制造的关键技术”，该技术涵盖材料成型、逆向工程、三维数据采集技术、计算机三维设计与工艺设计、设备操作与维护等专业知识。要实现人才培养目标，实践教学比例至少要达到50%以上，因此学校要培养3D打印应用型人才，实验室的建设十分重要。
2.相近学科实验功能扩建的需要
实验室建成后可服务于学校相近学科的实践教学。3D打印技术广泛应用于模具制造、工业设计等领域，因此，如果学校开设模具设计与制造、工业设计、数控技术、艺术设计等专业，3D打印技术实验室可完全服务于这些学科的实践教学，既能保证实践教学有序开展，又能保障实验室的利用率。
3.教学研训一体化建设的需要
实验室功能既要满足实践教学需要，又要满足科研及对外加工服务需要，集教学、科研、实训于一体，坚持走产、学、研结合的建设方针。承担地方政府或企业的设计、制造任务，使教师学生共同参与，提高教师科研能力，保证学生有大量的实际工程经验。
实验室建设原则与思路
基于人才培养目标定位及学校专业体系设置，实验室的建设思路是以建立一个“专业、特色、创新、实践性”实验室为总体指导思想，既能满足学校3D打印专业方向、模具设计与制造、工业设计、艺术设计等专业的实验教学需要及科研需要，又能满足对企业人员进行技术培训的需要。实验室的建立旨在培养一批有知识，有技术，贴近实际需要的，面向快速制造行业、产品设计与制作等领域的创新性应用型人才。
1.建设原则
第一，构建既能满足教学，又能满足科研需要，实现校企合作，为企业提供培训条件的综合性、开放性实验室。
第二，以实验室的建设，促进学校相关专业及学科实践教学体系的改革，提高实验的开出率。既能实现基础性与验证性实验，又能开展综合性与创新性实验。学生能更全面、更深入地了解专业核心知识和技术，从而更贴近社会与企业的实际需求，实现专业人才培养与企业需求的无缝连接。
第三，带动专业类科研项目发展。实验室的建立，能为教师的科研和学生的科技创新活动提供良好的平台，带动专业创新实验项目发展，加强学生专业实践技能的培养，提高就业率。
2.建设思路
第一，实验室功能集数据获得（三维测绘）、数据处理（三维设计）及数据输出（3D打印）于一体，可结合学校已有的数控机床，形成一整套设计、加工制造产业链。它能提供学生从认知性学习到综合性学习的所有教学条件，让学生系统性地进行新产品的快速设计、快速测绘和3D打印整个产品研发验证环节的学习，获得解决实际问题的能力，启迪探索创新精神，发挥综合潜在能力，最大化地提升在3D打印产业及应用行业的就业竞争力。
第二，实验室建设分阶段、有计划地进行。第一阶段主要完成手持式三维扫描仪、计算机及桌面式打印机的采购配置工作；第二阶段主要以建设工业级扫描仪及工业3D打印机、测量仪器为主。分期逐步配置一整套的三维数字设计制造软、硬件设施。
第三，以师资队伍的建设为核心，加强人才建设力度，采取引进、进修培养、兼职等措施提高实验教学队伍的水平，建设一支教学思想先进、知识和年龄结构合理的实验教学队伍。
实验室功能定位
1.教学
首先，服务于工业设计、数控技术、模具设计与制造等相关专业的实验教学需要；其次，满足相关课程设计及毕业设计的需要；再次，满足学生参加科技创新类活动的需要。
2.科研
首先，通过实验室建设，搭建高水平的科研技术平台，充分发挥学校特色及教师综合业务水平；其次，利用尖端的各种设备，辅助师生在快速成型技术、工艺设计及材料等方面完成相关科研工作，提高学校在3D打印技术领域的科技创新能力。
3.对外服务
①为企业解决技术难题、提品设计开发的相关服务；②承担对外加工任务，主要面向传统加工方法难以制造的复杂类零件加工；③企业员工技术培训服务。
实验室建设方案
1.实验室配置原则
以产品零件（装配体）测绘、设计、模具、检测、制造流程为主线，实验室按照数据采集、逆向设计、三维检测、3D打印、快速模具、后处理等项目，注重设备对创意设计、工业设计、模具开发的覆盖。整体培养学生综合的三维数字化设计制造实操能力。
2.建设过程
结合学校3D打印技术实验室建设的实际情况，对如何进行实验室建设总结如下几点。
（1）做好资金预算
关于3D打印机的价格：桌面级的价格在8000～20000元不等，工业级的按国产和进口划分价格在几十万到上百万不等。
（2）加强企业调研
根据建设需要，要走访相关3D打印设备生产制造企业，了解生产一线资料，综合多家产品进行综合对比，选出适合的产品型号。
（3）规划实验室布局
首先，预算实验室面积，选好合适的位置；其次，设计布局图，实验室布局分为工艺设计区、加工及检测区、讨论区三个区域，如下图所示。设计区：主要摆放计算机并安装工艺设计软件，实现逆向设计、加工工艺设计等功能；加工及检测区：完成加工任务并进行精度测量，主要加工设备有桌面式3D打印机、光固化快速成型机、三坐标测量机及其他相关附件，主要测量设备有三坐标测量机、工业投影仪；讨论区：为学生提供知识交流的平台，可完成实验数据的整理、实验报告的填写及疑难问题的讨论等。
（4）设备及软件配备（见下表）
（5）建设进度和实验室功能定位
结合企业需求及学校实际情况，实验室采取分期建设。其中一期以国产设备为主，主要以增强学生认知水平和对3D打印技术的了解为目的，功能定位以演示、教学为主；二期可以考虑投入工业级设备，为学生技能训练和服务企业提供保障，功能定位以教学、科研、技术服务为主。通过一期建设，实验室能基本满足教学、演示功能，可以用ABS塑料进行小型创意产品和零件的制作，进行一定的功能验证。
结语
目前，我国3D打印技术正迅速发展，处于技术发展的关键时期，势必会造成相关专业人才紧缺的现状。学校开设3D打印专业，加强实验室建设，将在最大限度内发挥高校培养3D打印技术人才的作用，为社会培养应用型、创新型、技能型的优秀人才，这必将对我国的3D打印产业起到巨大的推动作用。
参考文献：
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