疫情背景下對(duì)3D打印科普工作的重新認(rèn)識(shí)

劉 曉

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，廣東 廣州510075）

0 引言

3D打印，又稱增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印雖然只有30年的歷史，但它顛覆性的制造方式吸引了世界各國(guó)大批的科研人員在其相關(guān)領(lǐng)域展開(kāi)研究并取得了令人矚目的成績(jī)，被美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)稱為20世紀(jì)最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。

3D打印之所以備受關(guān)注是因?yàn)樗姸鄡?yōu)勢(shì)于一身：從設(shè)計(jì)端來(lái)看，3D打印基本實(shí)現(xiàn)了零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的自由化。不需要考慮零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，且通過(guò)修改設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可輕松實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、低成本單件制造；從制造端來(lái)看，直接由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)。不需要工裝夾具模具等傳統(tǒng)輔助制造工具，極大地簡(jiǎn)化了制造工序，節(jié)約了制造和裝配成本。除此之外，還可以對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行再制造修復(fù)；從材料端來(lái)看，可以實(shí)現(xiàn)多種材料的成型制造。現(xiàn)在工業(yè)上較成熟的打印材料包括塑料、尼龍、樹(shù)脂、陶瓷、石膏、金屬粉末等

近十年來(lái)，我國(guó)在3D打印領(lǐng)域取得了很多可喜的成績(jī)。在大工業(yè)方面，西北工業(yè)大學(xué)成功對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行了再制造修復(fù)，北京航空航天大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件的激光成形等。在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用于術(shù)前病灶定位、手術(shù)模擬、手術(shù)導(dǎo)板制作等，有效地推動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。但普通民眾對(duì)3D打印的認(rèn)識(shí)，多數(shù)都局限于櫥窗里各色的擺件、咖啡廳里的咖啡拉花或者是孩子們手中的3D打印筆等，除了博眼球之外，沒(méi)有太多具有價(jià)值的事物。

但2020年在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情中所迸發(fā)出的科技實(shí)力使得3D打印以一種新的姿態(tài)進(jìn)入了公眾的視野。新型冠狀病毒肺炎在武漢爆發(fā)初期，對(duì)新型冠狀病毒肺炎認(rèn)識(shí)的缺乏以及抗疫物資的短缺成了疫情初期防控工作的重大障礙，而3D打印由于其快捷、高效、個(gè)性化的優(yōu)勢(shì)迅速加入了抗疫大軍的行列，在抗擊疫情過(guò)程中為解決醫(yī)療物資短缺提供了新的解決方案。湖南云箭集團(tuán)有限公司緊急上馬3D打印醫(yī)用護(hù)目鏡項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、定型到日量產(chǎn)600副僅用153個(gè)小時(shí)。深圳蛇口人民醫(yī)院通過(guò)采集醫(yī)護(hù)人員的面部三維特征優(yōu)化防護(hù)面罩設(shè)計(jì)，2小時(shí)就能完成個(gè)性化訂制醫(yī)護(hù)面罩的3D打印。上海復(fù)志公司收到華山、瑞金等15家醫(yī)院“口罩佩戴連接器”火速支援需求后，僅用24個(gè)小時(shí)就完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)并生產(chǎn)交付了1 500件連接器。蘇州盈創(chuàng)新材料公司采用3D打印建造隔離病房，平均2小時(shí)即可打印出一間隔離病房，建筑指標(biāo)均達(dá)到隔離病房國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，公司在一天之內(nèi)就完成了咸寧市的緊急需求訂單。今年8月，Nature Reviews Materials發(fā)表了一篇評(píng)論文章，以3D打印生產(chǎn)咽拭子、口罩、呼吸器、人體模型和隔離病房為例，詳細(xì)介紹了疫情防治緊急情況下歐美等國(guó)利用3D打印在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

3D打印在新型冠狀病毒肺炎疫情中硬核抗疫的各種表現(xiàn)又何嘗不是對(duì)全國(guó)人民的一次非常有效的全面覆蓋3D打印設(shè)計(jì)端、制造端以及打印材料的3D打印科普教育？此時(shí)，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)3D打印不是僅局限于櫥窗里各種3D打印成型的擺件、吸引眼球但沒(méi)有太多實(shí)際價(jià)值的3D打印食品，也不局限于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴創(chuàng)新設(shè)計(jì)這一類距離普通民眾工作生活遙遠(yuǎn)的航空航天產(chǎn)品制造，而是可以快速、便捷、多角度、多維度為廣大民眾提供便利與服務(wù)的一種科技手段。而這種現(xiàn)實(shí)題材的科普一定會(huì)幫助公眾深刻理解在當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局下3D打印作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)在構(gòu)建智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的潛在推動(dòng)作用，也一定會(huì)在一定程度上激活公眾的創(chuàng)新基因，推動(dòng)3D打印在材料改進(jìn)、設(shè)備升級(jí)、技術(shù)應(yīng)用等方面不斷向前向好邁進(jìn)。

由此，重新審視3D打印甚至整個(gè)科普教育工作，不得不弄清楚兩個(gè)問(wèn)題：

1 科普是一種什么樣的教育形式，它的核心是什么

從本質(zhì)上講，科普是一種社會(huì)教育。社會(huì)教育不同于學(xué)科體系基礎(chǔ)上的學(xué)校教育，也不同于實(shí)用為導(dǎo)向的職業(yè)培訓(xùn)，它的基本特點(diǎn)是：社會(huì)性、群體性和持續(xù)性?？茖W(xué)技術(shù)在一定的社會(huì)環(huán)境中孕育著科普?？破占ぐl(fā)了廣大科研工作者和民眾的創(chuàng)新應(yīng)用，而創(chuàng)新應(yīng)用又反哺著科學(xué)技術(shù)的革新。

哥白尼的“日心說(shuō)”否定了占據(jù)統(tǒng)治地位1000多年的“地心說(shuō)”，使人類的思想從封建神學(xué)的統(tǒng)治中得以解放；麥哲倫環(huán)球航行1082天證明地球是圓的，從而促進(jìn)了新宇宙觀的形成。哥白尼和麥哲倫這種敢于質(zhì)疑“權(quán)威”，求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了“地球是圓的”“地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)”這些科學(xué)事實(shí)本身。因此，科普的核心在于讓公眾理解科學(xué)，培養(yǎng)公眾的科學(xué)精神，激發(fā)公眾的創(chuàng)新活力，而不僅僅是使得人們理解掌握某個(gè)科學(xué)知識(shí)點(diǎn)?？茖W(xué)精神的核心在于解放思想、理性質(zhì)疑、求真務(wù)實(shí)、實(shí)事求是?？破招麄鞴ぷ骷纫⒅乜萍贾R(shí)的內(nèi)涵及其應(yīng)用，更要傳達(dá)其內(nèi)在的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神。

2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有科普工作中存在哪些問(wèn)題

從大的科普體系來(lái)說(shuō)：

科普作為一種提升大眾科學(xué)素質(zhì)的社會(huì)教育形式，具有激活公眾創(chuàng)新活力的效能，但長(zhǎng)期以來(lái)，受歷史沿襲、社會(huì)環(huán)境以及學(xué)術(shù)環(huán)境的影響，科普工作的良性運(yùn)行軌道還未建立，需要從以下三個(gè)方面進(jìn)行改革：

第一，適時(shí)、合理扭轉(zhuǎn)科研工作人員的逐利性[1]。受社會(huì)環(huán)境的影響，掌握最新最全科學(xué)動(dòng)態(tài)和技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校主要的關(guān)注點(diǎn)在于科學(xué)研究以及能夠帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益的科技成果轉(zhuǎn)化上，導(dǎo)致大批具備科普實(shí)力的有生力量缺位。

第二，建立合理、良性的科普工作機(jī)制。長(zhǎng)期以來(lái)科普的任務(wù)主要集中在各級(jí)科技協(xié)會(huì)手中，雖然各級(jí)科協(xié)中不乏高水平科研人員，但他們的主要職能是處理行政事務(wù)性工作，而非科普研究工作，且由于行政體制、經(jīng)費(fèi)等原因，科協(xié)與企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校之間很難形成規(guī)模性的有效互動(dòng)，導(dǎo)致科普工作管理機(jī)構(gòu)與科普有生力量嚴(yán)重脫節(jié)。

第三，挖掘培養(yǎng)一大批科普研究人員?？破盏纳鐣?huì)性決定了科普的內(nèi)容要以點(diǎn)帶面、由淺及深、通俗易懂，科普的形式需要新穎有趣、引人入勝，但既掌握科學(xué)理論又對(duì)科普有深入研究的人才非常缺乏。

從小的施力點(diǎn)來(lái)說(shuō)：

首先，科普的內(nèi)容不一定是解釋清楚某個(gè)科學(xué)內(nèi)容，也可以是某種科學(xué)知識(shí)的創(chuàng)新應(yīng)用，這種創(chuàng)新應(yīng)用同樣可以開(kāi)拓公眾的思路，激發(fā)公眾的創(chuàng)新欲望，實(shí)現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化與推廣。

其次，科普的素材不一定是事先設(shè)計(jì)好的既定內(nèi)容，也可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情境的資源進(jìn)行合理的整合、編排。比如，將3D打印在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情中的諸多素材進(jìn)行整編，它的科普效果應(yīng)該更具有現(xiàn)實(shí)意義，更能對(duì)加深公眾對(duì)3D打印這種科技手段及其科學(xué)原理的理解，更能激發(fā)公眾的創(chuàng)新欲望。

再次，科普的形式不應(yīng)該局限于常規(guī)的科普讀物、科普基地、科普游戲、在信息化高度發(fā)達(dá)、自媒體已成氣候的今天，科普工作也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，努力探索適合不同階層、不同層次民眾的科普形式。

2016年的“全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)”和“兩院院士大會(huì)”上，習(xí)總書(shū)記指出“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置。沒(méi)有全民科學(xué)素質(zhì)普遍提高，就難以建立起宏大的高素質(zhì)創(chuàng)新大軍，難以實(shí)現(xiàn)科技成果快速轉(zhuǎn)化[2]?！痹诿绹?guó)舉一國(guó)之力打壓、圍堵中國(guó)高科技企業(yè)的當(dāng)口，不應(yīng)該只是意識(shí)到需要集中優(yōu)勢(shì)力量攻克被卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)、核心材料制備等難題，更應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，隨著社會(huì)的進(jìn)步，新的難題總會(huì)層出不窮，只有從體制機(jī)制上激發(fā)大眾創(chuàng)新，建立健全自主創(chuàng)新長(zhǎng)效機(jī)制，才能減少被卡脖子的概率，完成民族復(fù)興大任。