3D打印技術在國內科普場館中的應用

文/ 張倩 馮冬磊

3D打印技術在國內科普場館中的應用

文/ 張倩 馮冬磊

科技館作為先進科學技術傳播的前沿陣地，為3D打印的科學普及發揮重要的作用。

3D打印技術在近二十年來得到了迅猛的發展，但目前在國內僅在高校、科研院所、生物醫學、軍工制造業及極少數立體照片打印店等的領域內使用，個人或家庭購買3D打印機的情況更是少見，對于不少社會民眾來說，似乎還有點迷惑不解，有的甚至聞所未聞。因此，科技館作為先進科學技術知識的主要傳播者，引導公眾了解3D打印技術的發展及應用，將3D打印技術的原理及知識科普化，已顯得十分重要。

2013年，我們對來自國內外的500名觀眾進行抽樣調查，數據顯示，僅14%的受訪者對3D打印技術和其應用有一定的了解，68.4%的受訪者對此項技術知之甚少，而有17.6%的受訪者對3D打印技術一無所知。可見，普通百姓對3D打印技術知識的了解還非常淺薄。因此對這項先進技術進行科學普及，是十分有必要的。

其中，上海科技館和中國科學技術館是最早對3D打印技術進行科學展示的兩家場館，前者于2001年12月推出了“三維頭像制作站”展項，后者于2009年9月新建了“快速成型”展項，由于操作管理難度大、體量大不適合展示等原因，使用數年后分別停止了運行。隨著3D打印技術的興起，2013年內，寧夏科技館、南京科技館、浙江生科技館、深圳市科學館紛紛推出了3D打印展示項目，上海科技館又于2013年8月對原有展項進行了更新，中國科學技術館也在2013年9月推出了為期一個月的“3D打印未來”臨時展覽。除了上海科技館還展出一臺全彩粉末三維打印機外，其他五家場館選用的都是桌面級單色材料3D打印機進行展示，展示形式顯得單一，并普遍存在科技館專業技術人員缺乏，打印時間長、管理難度大和材料成本高的問題。

同時，據了解，國內有6家科技館借新館建設和展區改造的機會，計劃2014年起新建或改建3D打印展示項目，開展熱點科普，滿足公眾了解前沿科技的需要。

科技館作為先進科學技術知識的主要傳播者，引導公眾了解3D打印技術的發展及應用，將3D打印技術的原理及知識科普化，已顯得十分重要。

國內科普場館3D打印技術展示存在的問題

打印時間長、管理難度大

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

館方專業技術人員匱乏，依靠企業支持

國內各個科普場館，目前都缺少專業處理三維模型和操作打印機的專業技術人員，為了解決這個問題，有較多科普場館都不約而同地采用與3D打印設備供應企業合作的模式進行科普展示，來實現成本的降低和設備的更新。因此，這樣的展示完全依賴于企業，是否適合長期的科普展示運營，值得思考一番。

3D打印技術機展示種類單一

通過對以上調研發現，由于經費、設備打印時間、產品后處理等因素的影響，已有3D打印技術的科技館，其展示的設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，僅上海科技館一家另推出粉末粘結彩色三維打印。而目前市場上3D打印主要實現技術已有10種以上，特別是加工制造業中普遍使用的光敏樹脂技術，即光固化成型（SLA）技術，由于打印機設備成本高，目前還沒有一家科技館對該技術設備進行展示。因此，現有3D打印機科普展示未能全面反映當今3D打印技術的發展水平。

耗材成本高，打印作品數量受限制

現有3D打印機展示的科普場館，由于耗材成本高，受科普經費的限制，不得不減少打印作品的數量。如上海科技館的全彩三維粉末打印機，打印作品的售價普遍在100元以上，昂貴的打印費用使青少年學生難以接受，對成人觀眾來說，也僅在黃金周期間有少數人購買，而對在操作電腦上完成3D模型拼裝的觀眾，因打印價格高，無法將作品打印成實物帶回家。

3 D打印技術在科普場館應用的前景分析與建議

上海科技館在開館之初建成的“三維頭像制作站”展項，因不能滿足公眾的需求，科技館更新改造組經過調研后，于2013年8月策劃和制作了全新的“3D打印世界”展項。

該展項集三維掃描體驗、計算機三維建模體驗、3D打印體驗于一體，其中，使觀眾可通過DIY互動方式進行模型組裝與設計來實現3D作品打印，在國內科普場館中也堪稱首例。

同時在三維掃描區，觀眾可以體驗通過對實物掃描在計算機中建立三維模型的過程。觀眾也可以進入3D互動建模區，在計算機模型庫中建立或組裝自己所喜歡的三維模型。設計完成的模型可選擇付費打印，便可以將極具個性化的作品并帶回家，同時也可以選擇電郵方式將建好的模型圖片發送至個人郵箱，留作紀念。而對于有專業需求的觀眾，上海科技館的3D打印世界提供了一個3D打印的公共平臺，他們可以攜帶自己建成的3D模型數據來館進行付費打印。

通過為期三個月對國內主要科普場館的調研，結合上海科技館3D打印更新項目的實踐，筆者提出以下建議：

統籌規劃，合理配置3D打印科普資源

在3D打印迅速發展的熱潮影響下，若政府相關部門加大扶持力度和財政撥付數目也很可能會出現各級科技館紛紛投入資金引進3D打印機設備的情況。由于3D打印技術設備及成型材料的購置，以及打印產品的管理，涉及眾多的物力、財力和人力，短期內大批量的建設容易導致同類項目的重復，造成資源、資金的浪費。因此，建議各級政府主管部門對該類項目的投資進行統籌規劃，合理配置各省市各級科普場館3D打印設備的投入規模，指導全國各地的科普場館互相交流學習，打印設備的展示呈現差異化，避免設備種類單一的狀況，使觀眾更全面的了解各類3D打印技術的性能和應用前景。

激發青少年兒童的興趣，提高設計創新的能力

通過科普場館對3D打印技術的展示，提高廣大少年兒童對3D打印技術和應用及未來發展的認知和理解，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難題，讓更多的青少年通過參觀、互動、實踐等方式接觸和認識這項技術，能夠親手參與設計和制作3D打印產品，激發青少年兒童的興趣和創造力，培育他們的創新素質，為中國的未來培養更多的創新人才。

開展多層次的3D打印科學普及活動，發揮公共服務平臺的作用

為了充分利用3D打印的設備資源，科普場館也可以作為公共服務平臺，為專業觀眾提供“來模定制”的服務，觀眾可以將自己事先建立好的3D模型帶入館內進行個性化的付費打印。各科普場館還可以通過場館自身的科普網站，建立3D模型素材庫（基礎庫），為觀眾進行3D作品的創意設計、模型上傳和下載、作品交流等提供服務平臺。

結語

目前，我國的3D打印技術還處于產業化初級階段，隨著新原理、新材料、新器件的不斷出現，該領域的技術必將得到進一步的發展。科技館作為先進科學技術傳播的前沿陣地，將繼續關注前沿科技發展和社會熱點，正確引導公眾對3D打印技術的先進性、重要性、成長性的認識，并適時更新展示設備，為3D打印的科學普及發揮重要的作用。

（作者均就職于上海科技館研究設計院技術項目部）