3D打印時(shí)代的玉石保護(hù)與產(chǎn)品研發(fā)

趙凱齡

摘 要：3D打印鉆石、珠寶的實(shí)驗(yàn)成果，對(duì)中國(guó)玉文化發(fā)展具有重大的啟發(fā)。中國(guó)是重玉的國(guó)家，玉以及玉文化是中華五千年文化的一部分，可是地球上很多資源是不可再生的，比如玉礦資源。3D技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)對(duì)玉石資源的保護(hù)具有一定作用。

關(guān)鍵詞：3D打印;玉石;原石;保護(hù);開(kāi)發(fā)

曾經(jīng)的科幻在現(xiàn)在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?？苹米骷铱评ざ嗫送辛_曾說(shuō)：“在未來(lái)（或是在星際紀(jì)年的未來(lái)），機(jī)器可以制造機(jī)器。3D打印機(jī)就是第一波新一代智能機(jī)器，它們能設(shè)計(jì)、制造、修理、回收其他機(jī)器，甚至能夠調(diào)整和改進(jìn)其他機(jī)器，包括它們自己?！?/p>

1 未來(lái)的3D打印技術(shù)與玉石保護(hù)開(kāi)發(fā)的預(yù)想

如果你有一臺(tái)可造萬(wàn)物的機(jī)器，你會(huì)用它做什么？有一天，當(dāng)夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，它幾乎實(shí)現(xiàn)了所有學(xué)科的希望。3D打印，從想象到現(xiàn)實(shí)，建筑家已經(jīng)開(kāi)始用它打印建筑，汽車(chē)制造商開(kāi)始將其用于汽車(chē)生產(chǎn)，也許再過(guò)幾十年，建筑也只需要一臺(tái)超級(jí)大的打印機(jī)即可完成，汽車(chē)生產(chǎn)不再需要流水線，廠房里只需要擺放一臺(tái)臺(tái)打印機(jī)，所有的操作便可一鍵完成。醫(yī)生用它打印醫(yī)療器材、病人需要的骨骼甚至可能是心臟等器官，美食家可以用它打印各種食物，如巧克力、蛋糕、中餐、火鍋、水煮魚(yú)等。而玉雕大師們有了3D技術(shù)的輔助，雕刻將更加隨心所欲。

根據(jù)科幻作家科利·多克托羅的想象，我們可以設(shè)想，也許有一天，3D技術(shù)不再依賴(lài)各類(lèi)粉末通過(guò)高溫打印完成各類(lèi)物品，而是靠化學(xué)分子的合成完成打印。在已知的世界里，萬(wàn)事萬(wàn)物都是由各類(lèi)化學(xué)元素構(gòu)成的，比如人是由碳水化合物、鐵元素、硒元素等構(gòu)成，如果我們能完全掌握化學(xué)配比，很有可能完成一個(gè)人的打印，這樣的科技是不可限量的。

做一個(gè)更好理解的假設(shè)，中國(guó)菜很多都有肉類(lèi)的參與，但是已知的食物打印里無(wú)法打印肉類(lèi)食材，如果我們能清楚地掌握肉類(lèi)的化學(xué)組合，那么打印中國(guó)菜、牛排、魚(yú)類(lèi)等指日可待。

這樣的假設(shè)，放在關(guān)于玉石開(kāi)發(fā)與保護(hù)中，將呈現(xiàn)另一番面貌。不管價(jià)格高低，所有的玉石都統(tǒng)稱(chēng)為礦石，礦石大多數(shù)都是由化學(xué)元素組成，當(dāng)然有些礦石是多元素組合，有些則是單一化學(xué)元素的產(chǎn)物，統(tǒng)稱(chēng)為化學(xué)結(jié)晶體。

以硬度最高的金剛石（鉆石）為例，我們知道鉆石的主要成分是碳，含量高達(dá)99.95%，此外還包含氮元素等50多種微量元素，這些元素成就了鉆石的類(lèi)型、顏色及物理性質(zhì)。對(duì)已掌握的這些化學(xué)元素進(jìn)行配比，通過(guò)三維軟件的設(shè)計(jì)和切割，再利用3D打印的手段，就可以得到一個(gè)人造的天然鉆石。而鉆石是由化學(xué)元素構(gòu)成的，少了很多附加值，同時(shí)也保存了本就稀有的礦產(chǎn)資源。

在未來(lái)，鉆石可以以這樣的形式存在。對(duì)于在中國(guó)具有文化意義的玉石文化，同樣可以用這樣的方式呈現(xiàn)，我們可以設(shè)想，一塊完美的玉石原石被發(fā)現(xiàn)后，通過(guò)技術(shù)掃描變成虛擬的三維圖像，再由玉雕師傅在三維虛擬環(huán)境下雕琢，對(duì)一塊原石進(jìn)行多次雕刻，可避免失誤，同時(shí)也可以展現(xiàn)同一塊玉在不同大師手中的不同姿態(tài)。再通過(guò)玉石的化學(xué)組合分析和化學(xué)元素配比，把在虛擬現(xiàn)實(shí)中雕刻好的玉石打印出來(lái)。這樣既保護(hù)了原石資源，降低了成品成本，同時(shí)也減少了塵肺病人數(shù)量，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有一定作用。

2 當(dāng)代的3D打印技術(shù)和運(yùn)用

2008年，李曙光先生在美國(guó)的實(shí)驗(yàn)室里看到了3D打印機(jī)，關(guān)于3D打印機(jī)，早在2000的《自然》雜志上就有相關(guān)的學(xué)術(shù)論文。到2013年，3D打印機(jī)不再是設(shè)計(jì)師和科學(xué)家的專(zhuān)屬機(jī)器，3D打印機(jī)已經(jīng)開(kāi)始參與我們每一個(gè)人的日常生活，3D打印的鞋子、衣服多次出現(xiàn)在世界各地的時(shí)裝展，3D打印的餅干、蛋糕出現(xiàn)在宴會(huì)上，成為廣受好評(píng)的小點(diǎn)心，3D打印出來(lái)的家具出現(xiàn)在各個(gè)家具家居會(huì)展上，成為熱銷(xiāo)產(chǎn)品。3D打印技術(shù)從日常生活用品到醫(yī)療輔助器械，再到大型住房建筑，逐漸深入我們的生活。

3D打印不光運(yùn)用于日常生活，同時(shí)也運(yùn)用于其他領(lǐng)域，如打印珠寶鉆石，修復(fù)古代遺跡、文物等。美國(guó)航天軍工巨頭洛克希德·馬丁為一種新型的3D打印技術(shù)申請(qǐng)了專(zhuān)利，該專(zhuān)利宣稱(chēng)：“那些用鉆石做成的對(duì)象將能夠利用這些出色的屬性。鉆石可以以各種方式制造，包括以一種鉆石納米顆粒的粉末形式，或者通過(guò)陶瓷預(yù)制體聚合物的高溫分解等?！睋?jù)說(shuō)，該技術(shù)可以打印出任何形狀的人造鉆石，該技術(shù)將主要用于開(kāi)發(fā)如超強(qiáng)鉆頭、輕型裝甲、刀、鋸之類(lèi)的工具，不過(guò)也可以用來(lái)定制珠寶首飾等。

2016年L&R Studio使用全新技術(shù)打造出如“布料”一般形態(tài)的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)使用了全新的3D模塊，將貴金屬打造成美麗珠寶。

在2015年2月下旬，伊斯蘭極端組織ISIS發(fā)布的宣傳視頻顯示，該組織成員在伊拉克伊斯蘭遺產(chǎn)城市摩蘇爾大肆摧毀各種古代的文化，“摩蘇爾項(xiàng)目”是使用3D建模和3D打印重建的被破壞的對(duì)象。志愿組織已經(jīng)幫助恢復(fù)了部分石像雕刻，即“摩蘇爾獅子”。

2015年5月，《文物保護(hù)與考古科學(xué)》刊登了由楊蘊(yùn)撰寫(xiě)的《淺談3D打印技術(shù)在陶瓷類(lèi)文物修復(fù)和復(fù)制中的應(yīng)用》一文，詳細(xì)介紹了中國(guó)上海博物館文物修復(fù)研究室運(yùn)用3D打印技術(shù)修復(fù)古陶器的詳細(xì)過(guò)程。

3 3D打印技術(shù)運(yùn)用于玉石加工開(kāi)發(fā)的意義

3D打印鉆石、珠寶的實(shí)驗(yàn)成果，對(duì)中國(guó)玉文化發(fā)展具有重大的啟發(fā)，中國(guó)是重玉的國(guó)家，玉以及玉文化是中華五千年文化的一部分，可是地球上很多資源是不可再生的，比如玉礦資源。3D技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)對(duì)玉石資源的保護(hù)具有一定作用。玉石原石是不可再生資源，或再生需要幾千萬(wàn)年的時(shí)間。中國(guó)乃至世界很大一部分玉石原產(chǎn)地的石料都在萎縮甚至消失。很多種類(lèi)的玉石原石被限制開(kāi)采或禁止開(kāi)采。鷹潭的黃蠟石作為玉石的一種，近幾年炒的非?；馃幔罅康膼?ài)好者、投資者紛紛加入其中，開(kāi)始瘋狂地“撿石頭”。但是鷹潭并非黃蠟石（黃龍玉）的原產(chǎn)地，鷹潭之所以盛產(chǎn)黃龍玉，是因?yàn)樾沤饔虺Ｄ甑牧鲃?dòng)沖刷帶來(lái)了石頭。過(guò)度的開(kāi)發(fā)和采集會(huì)導(dǎo)致黃龍玉（黃蠟石）資源的提早衰竭、枯竭。3D技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，會(huì)在一定程度上保護(hù)黃龍玉（玉石）珍稀石材。在某種程度上可以做產(chǎn)品研發(fā)，比傳統(tǒng)更加省時(shí)、省力，成本也更低。但是3D打印技術(shù)永遠(yuǎn)不能代替玉雕工藝，只是作為保護(hù)資源的一種手段和商業(yè)產(chǎn)品加工的形式。就如玉雕大師于是榮所說(shuō)：“玉石雕刻技術(shù)雖然是一種古老的技藝，但是和算盤(pán)相比它更是一種藝術(shù)而不是一種工具?！?/p>

傳統(tǒng)手工藝是國(guó)之瑰寶，不可失傳，但是在3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展下，也許在未來(lái)，玉雕大師的工作室不是各類(lèi)機(jī)床而是VR虛擬實(shí)景工作室，大師們的工具也不再是各類(lèi)鉆頭，而是一支鏈接電腦的感應(yīng)筆，一塊美玉也將不再只有一次生命，而是在不同的大師手中綻放出不同的美。

圖片說(shuō)明：

第一，阿迪達(dá)斯利用Stratasys的Objet Connex500實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程早期階段的執(zhí)行功能測(cè)試，將原本需要12名技術(shù)人員手工制成的運(yùn)動(dòng)鞋原型通過(guò)3D打印技術(shù)迅速并準(zhǔn)確地完成，從而獲得真正的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

第二，蘭博基尼利用Stratasys的Fortus 3D打印系統(tǒng)，20天內(nèi)就設(shè)計(jì)、構(gòu)建并組裝出新款A(yù)ventador的1/6比例原型，包括車(chē)身、底盤(pán)和零件，總成本3000美元，相比傳統(tǒng)的制造方式節(jié)省了高達(dá)92%的開(kāi)支。

第三，Stratasys的3D打印技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)的模型制作方式，為海爾模具節(jié)約了69%的模型制作時(shí)間。Fortus 900mc 3D打印系統(tǒng)在直接制造方面的優(yōu)勢(shì)也幫助應(yīng)對(duì)緊急需求。

第四，3D打印心臟、飛機(jī)、槍支和化石骨骼變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，科學(xué)家最近利用3D打印技術(shù)打印了第一顆真實(shí)的人類(lèi)心臟。該3D打印心臟樣本是由塑料制成，是患有不尋常并發(fā)癥病人的心臟的精確解剖副本。美國(guó)華盛頓國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心的兒科心臟病專(zhuān)家勞拉·奧利弗瑞（Laura Olivieri）手中握著的正是3D打印心臟。勞拉表示，心臟副本對(duì)于復(fù)雜手術(shù)練習(xí)來(lái)說(shuō)是非常理想的對(duì)象，它能使手術(shù)外科醫(yī)生看清他們進(jìn)行手術(shù)的精確解剖情景。

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