3D打印技術(shù)在國內(nèi)科普場館中的應(yīng)用

文/ 張倩 馮冬磊

3D打印技術(shù)在國內(nèi)科普場館中的應(yīng)用

文/ 張倩 馮冬磊

科技館作為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)傳播的前沿陣地，為3D打印的科學(xué)普及發(fā)揮重要的作用。

3D打印技術(shù)在近二十年來得到了迅猛的發(fā)展，但目前在國內(nèi)僅在高校、科研院所、生物醫(yī)學(xué)、軍工制造業(yè)及極少數(shù)立體照片打印店等的領(lǐng)域內(nèi)使用，個(gè)人或家庭購買3D打印機(jī)的情況更是少見，對(duì)于不少社會(huì)民眾來說，似乎還有點(diǎn)迷惑不解，有的甚至聞所未聞。因此，科技館作為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)知識(shí)的主要傳播者，引導(dǎo)公眾了解3D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，將3D打印技術(shù)的原理及知識(shí)科普化，已顯得十分重要。

2013年，我們對(duì)來自國內(nèi)外的500名觀眾進(jìn)行抽樣調(diào)查，數(shù)據(jù)顯示，僅14%的受訪者對(duì)3D打印技術(shù)和其應(yīng)用有一定的了解，68.4%的受訪者對(duì)此項(xiàng)技術(shù)知之甚少，而有17.6%的受訪者對(duì)3D打印技術(shù)一無所知?？梢?，普通百姓對(duì)3D打印技術(shù)知識(shí)的了解還非常淺薄。因此對(duì)這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)普及，是十分有必要的。

其中，上海科技館和中國科學(xué)技術(shù)館是最早對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行科學(xué)展示的兩家場館，前者于2001年12月推出了“三維頭像制作站”展項(xiàng)，后者于2009年9月新建了“快速成型”展項(xiàng)，由于操作管理難度大、體量大不適合展示等原因，使用數(shù)年后分別停止了運(yùn)行。隨著3D打印技術(shù)的興起，2013年內(nèi)，寧夏科技館、南京科技館、浙江生科技館、深圳市科學(xué)館紛紛推出了3D打印展示項(xiàng)目，上海科技館又于2013年8月對(duì)原有展項(xiàng)進(jìn)行了更新，中國科學(xué)技術(shù)館也在2013年9月推出了為期一個(gè)月的“3D打印未來”臨時(shí)展覽。除了上?？萍拣^還展出一臺(tái)全彩粉末三維打印機(jī)外，其他五家場館選用的都是桌面級(jí)單色材料3D打印機(jī)進(jìn)行展示，展示形式顯得單一，并普遍存在科技館專業(yè)技術(shù)人員缺乏，打印時(shí)間長、管理難度大和材料成本高的問題。

同時(shí)，據(jù)了解，國內(nèi)有6家科技館借新館建設(shè)和展區(qū)改造的機(jī)會(huì)，計(jì)劃2014年起新建或改建3D打印展示項(xiàng)目，開展熱點(diǎn)科普，滿足公眾了解前沿科技的需要。

科技館作為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)知識(shí)的主要傳播者，引導(dǎo)公眾了解3D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，將3D打印技術(shù)的原理及知識(shí)科普化，已顯得十分重要。

國內(nèi)科普場館3D打印技術(shù)展示存在的問題

打印時(shí)間長、管理難度大

無論是普通的桌面式打印機(jī)，還是彩色粉末打印機(jī)，打印不同產(chǎn)品的平均速度均在1.5-3厘米(垂至高度)/小時(shí)，且需要一定的后處理時(shí)間，而一般的觀眾在一個(gè)展區(qū)的逗留時(shí)間不會(huì)超過半個(gè)小時(shí)，冗長的打印時(shí)間使得3D打印機(jī)顯得并不適宜展示。并且，整個(gè)打印及后處理工作需專人操作，增加了展區(qū)人力成本的投入。

館方專業(yè)技術(shù)人員匱乏，依靠企業(yè)支持

國內(nèi)各個(gè)科普場館，目前都缺少專業(yè)處理三維模型和操作打印機(jī)的專業(yè)技術(shù)人員，為了解決這個(gè)問題，有較多科普場館都不約而同地采用與3D打印設(shè)備供應(yīng)企業(yè)合作的模式進(jìn)行科普展示，來實(shí)現(xiàn)成本的降低和設(shè)備的更新。因此，這樣的展示完全依賴于企業(yè)，是否適合長期的科普展示運(yùn)營，值得思考一番。

3D打印技術(shù)機(jī)展示種類單一

通過對(duì)以上調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)費(fèi)、設(shè)備打印時(shí)間、產(chǎn)品后處理等因素的影響，已有3D打印技術(shù)的科技館，其展示的設(shè)備選型和成型材料比較單一，大多選用普通熔融沉積桌面式單色3D打印機(jī)，僅上?？萍拣^一家另推出粉末粘結(jié)彩色三維打印。而目前市場上3D打印主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)已有10種以上，特別是加工制造業(yè)中普遍使用的光敏樹脂技術(shù)，即光固化成型（SLA）技術(shù)，由于打印機(jī)設(shè)備成本高，目前還沒有一家科技館對(duì)該技術(shù)設(shè)備進(jìn)行展示。因此，現(xiàn)有3D打印機(jī)科普展示未能全面反映當(dāng)今3D打印技術(shù)的發(fā)展水平。

耗材成本高，打印作品數(shù)量受限制

現(xiàn)有3D打印機(jī)展示的科普場館，由于耗材成本高，受科普經(jīng)費(fèi)的限制，不得不減少打印作品的數(shù)量。如上?？萍拣^的全彩三維粉末打印機(jī)，打印作品的售價(jià)普遍在100元以上，昂貴的打印費(fèi)用使青少年學(xué)生難以接受，對(duì)成人觀眾來說，也僅在黃金周期間有少數(shù)人購買，而對(duì)在操作電腦上完成3D模型拼裝的觀眾，因打印價(jià)格高，無法將作品打印成實(shí)物帶回家。

3 D打印技術(shù)在科普場館應(yīng)用的前景分析與建議

上?？萍拣^在開館之初建成的“三維頭像制作站”展項(xiàng)，因不能滿足公眾的需求，科技館更新改造組經(jīng)過調(diào)研后，于2013年8月策劃和制作了全新的“3D打印世界”展項(xiàng)。

該展項(xiàng)集三維掃描體驗(yàn)、計(jì)算機(jī)三維建模體驗(yàn)、3D打印體驗(yàn)于一體，其中，使觀眾可通過DIY互動(dòng)方式進(jìn)行模型組裝與設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)3D作品打印，在國內(nèi)科普場館中也堪稱首例。

同時(shí)在三維掃描區(qū)，觀眾可以體驗(yàn)通過對(duì)實(shí)物掃描在計(jì)算機(jī)中建立三維模型的過程。觀眾也可以進(jìn)入3D互動(dòng)建模區(qū)，在計(jì)算機(jī)模型庫中建立或組裝自己所喜歡的三維模型。設(shè)計(jì)完成的模型可選擇付費(fèi)打印，便可以將極具個(gè)性化的作品并帶回家，同時(shí)也可以選擇電郵方式將建好的模型圖片發(fā)送至個(gè)人郵箱，留作紀(jì)念。而對(duì)于有專業(yè)需求的觀眾，上海科技館的3D打印世界提供了一個(gè)3D打印的公共平臺(tái)，他們可以攜帶自己建成的3D模型數(shù)據(jù)來館進(jìn)行付費(fèi)打印。

通過為期三個(gè)月對(duì)國內(nèi)主要科普場館的調(diào)研，結(jié)合上?？萍拣^3D打印更新項(xiàng)目的實(shí)踐，筆者提出以下建議：

統(tǒng)籌規(guī)劃，合理配置3D打印科普資源

在3D打印迅速發(fā)展的熱潮影響下，若政府相關(guān)部門加大扶持力度和財(cái)政撥付數(shù)目也很可能會(huì)出現(xiàn)各級(jí)科技館紛紛投入資金引進(jìn)3D打印機(jī)設(shè)備的情況。由于3D打印技術(shù)設(shè)備及成型材料的購置，以及打印產(chǎn)品的管理，涉及眾多的物力、財(cái)力和人力，短期內(nèi)大批量的建設(shè)容易導(dǎo)致同類項(xiàng)目的重復(fù)，造成資源、資金的浪費(fèi)。因此，建議各級(jí)政府主管部門對(duì)該類項(xiàng)目的投資進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，合理配置各省市各級(jí)科普場館3D打印設(shè)備的投入規(guī)模，指導(dǎo)全國各地的科普場館互相交流學(xué)習(xí)，打印設(shè)備的展示呈現(xiàn)差異化，避免設(shè)備種類單一的狀況，使觀眾更全面的了解各類3D打印技術(shù)的性能和應(yīng)用前景。

激發(fā)青少年兒童的興趣，提高設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力

通過科普場館對(duì)3D打印技術(shù)的展示，提高廣大少年兒童對(duì)3D打印技術(shù)和應(yīng)用及未來發(fā)展的認(rèn)知和理解，揭示我國3D打印與國外相比存在的差距，以及需要解決的技術(shù)難題，讓更多的青少年通過參觀、互動(dòng)、實(shí)踐等方式接觸和認(rèn)識(shí)這項(xiàng)技術(shù)，能夠親手參與設(shè)計(jì)和制作3D打印產(chǎn)品，激發(fā)青少年兒童的興趣和創(chuàng)造力，培育他們的創(chuàng)新素質(zhì)，為中國的未來培養(yǎng)更多的創(chuàng)新人才。

開展多層次的3D打印科學(xué)普及活動(dòng)，發(fā)揮公共服務(wù)平臺(tái)的作用

為了充分利用3D打印的設(shè)備資源，科普場館也可以作為公共服務(wù)平臺(tái)，為專業(yè)觀眾提供“來模定制”的服務(wù)，觀眾可以將自己事先建立好的3D模型帶入館內(nèi)進(jìn)行個(gè)性化的付費(fèi)打印。各科普場館還可以通過場館自身的科普網(wǎng)站，建立3D模型素材庫（基礎(chǔ)庫），為觀眾進(jìn)行3D作品的創(chuàng)意設(shè)計(jì)、模型上傳和下載、作品交流等提供服務(wù)平臺(tái)。

結(jié)語

目前，我國的3D打印技術(shù)還處于產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段，隨著新原理、新材料、新器件的不斷出現(xiàn)，該領(lǐng)域的技術(shù)必將得到進(jìn)一步的發(fā)展?？萍拣^作為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)傳播的前沿陣地，將繼續(xù)關(guān)注前沿科技發(fā)展和社會(huì)熱點(diǎn)，正確引導(dǎo)公眾對(duì)3D打印技術(shù)的先進(jìn)性、重要性、成長性的認(rèn)識(shí)，并適時(shí)更新展示設(shè)備，為3D打印的科學(xué)普及發(fā)揮重要的作用。

（作者均就職于上?？萍拣^研究設(shè)計(jì)院技術(shù)項(xiàng)目部）