3D打印技術(shù)：科技創(chuàng)新與藝術(shù)的融合

李運(yùn)興 姚杰波

（1.浙江工業(yè)大學(xué)政治與公共管理學(xué)院，浙江 杭州310023；2.桂平市中沙二中，廣西 桂平537216）

美國科學(xué)院錢德勒院士有句名言：有兩類真理，照亮道路的真理和溫暖人心的真理。科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合所得到的真理總能達(dá)到這樣的效果，它不僅能夠指明人類科技創(chuàng)新的新道路，還能震撼人心，使創(chuàng)造者的靈感源源不斷。真正美的創(chuàng)造必定是科學(xué)與藝術(shù)的相互交融，兩者彼此相依。

人類的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、進(jìn)步中蘊(yùn)涵著諸多科學(xué)與藝術(shù)的美妙融合。1953年，生物學(xué)家沃森和克里克創(chuàng)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)理論，雙螺旋模型就像一串優(yōu)美的音符，它對稱、互補(bǔ)，如此和諧，如此美麗，宛如跳動的精靈，這一理論成果很快就被其他科學(xué)家所理解和接受。當(dāng)下的蘋果品牌產(chǎn)品也充分顯示出了科學(xué)與藝術(shù)的相容之美：科技高卻不復(fù)雜，簡約又時尚。

隨著歷史的推進(jìn)，制造業(yè)發(fā)生了巨大的變化。如今，制造技術(shù)大致可分為三類：等材制造、減材制造、增材制造。[1]其中，增材制造是利用材料累加原理的一種新型技術(shù)。

1 3D打印技術(shù)的創(chuàng)新

3D打印（Three Dimensions Printing）技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會F42國際委員會將其定義為：一種采用噴嘴、打印頭或其他打印技術(shù)，通過沉積材料來制造物體的技術(shù)。[2]

3D打印技術(shù)在藝術(shù)設(shè)計(jì)、醫(yī)療、建筑、航天等諸多領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。目前，擁有3D打印機(jī)設(shè)備最多的國家是美國，約占全球總數(shù)的41.06%；其次是日本約10.19%，德國約9.19%；而中國約占6.49%，排在第四位，與美國相比差距懸殊，發(fā)展空間巨大。[3]

三維打印技術(shù)與二維打印技術(shù)的主要區(qū)別在于：二維打印是基于計(jì)算機(jī)文件為x、y軸設(shè)計(jì)的圖形，打印出來的是二維圖案，如照片和文稿；三維打印是基于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)文件用x、y和z坐標(biāo)捕捉物理對象的形狀，3D打印機(jī)沿z軸方向在xy平面上沉積材料，通過層層累積，多次印刷，最終形成三維模型。

2 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢

3D打印技術(shù)具有很多優(yōu)勢：

（1）制作周期短，使產(chǎn)品的開發(fā)速度大大加快。3D打印技術(shù)除去了模具制作的過程，可以迅速完成模型的打印。

（2）制作復(fù)雜、多樣化的產(chǎn)品而不增加成本，減少廢棄材料。目前的3D打印機(jī)可以制作多樣化、難度高的模型，形狀基本不受限制，其成本也不會隨其復(fù)雜度而上升，且減少設(shè)備數(shù)量和機(jī)床生產(chǎn)，有利于降低能源和材料的消耗。

（3）零技能制造，能更精確地復(fù)制實(shí)體。傳統(tǒng)的制造需要掌握熟練的技能，而3D打印機(jī)只需要從設(shè)計(jì)文件里獲得指示便可以進(jìn)行打印。現(xiàn)存物品可以通過CT掃描后被3D打印機(jī)精確地打印出來，這不僅開辟了新的商業(yè)模式，還能在遠(yuǎn)程環(huán)境或者極端情況下為人們提供新的生產(chǎn)方式，例如CT掃描和3D打印古楔形文字方塊副本后，復(fù)制品可以敲碎來研究，而不必?fù)?dān)心古文物遭到破壞。[5]

（4）滿足個性化定制。3D打印機(jī)可以根據(jù)客戶的實(shí)際需要制作個性化的產(chǎn)品，如特制跑鞋、服飾，與病人健康肢體大小、比例一樣的假肢，獨(dú)特形狀和口味的巧克力。

3D打印技術(shù)之所以深受關(guān)注，除了上述優(yōu)勢之外，利普森[6]教授提出以下兩個基本因素：一方面，因?yàn)?D打印可使用工程原料，使制造出來的產(chǎn)品不僅僅是原型，還可成為最終用途的產(chǎn)品；另一方面，3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將只在工廠車間內(nèi)部才有的打印技術(shù)轉(zhuǎn)移到桌面，可打印出滿足更多消費(fèi)者需求的物品。

3 3D打印-科技與藝術(shù)的融合

李政道院士認(rèn)為科學(xué)與藝術(shù)都依賴于人類社會實(shí)踐，人類創(chuàng)造力火花的閃現(xiàn)是科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的結(jié)果，科學(xué)與藝術(shù)的共同靈魂是創(chuàng)新，把科學(xué)與藝術(shù)相融合體現(xiàn)了人類主體追求真、善、美的真諦。[7]

3D打印品富有科學(xué)美，可以說3D打印出來的精美作品都是科技與藝術(shù)的結(jié)合。北京工業(yè)設(shè)計(jì)促進(jìn)中心利用三維掃描和3D打印技術(shù)制作出了富有藝術(shù)性的獸首燈，燈里面藏有漏沙設(shè)計(jì)，獸首頭像里的光芒隨漏沙下流慢慢展露出來，這樣構(gòu)思精巧、質(zhì)量上乘的作品深受人們的喜愛。陶瓷是中華文化藝術(shù)與工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)在通過3D打印技術(shù)也可以制作出各種各樣造型獨(dú)特、紋理豐富、色彩準(zhǔn)確的精美陶瓷藝術(shù)品。在法國巴黎舉辦的一場別開生面的3D打印時裝秀上，模特身上穿戴著各種時尚、別致、新穎的3D打印產(chǎn)品，可謂時尚與科技的精彩碰撞。[8]3D打印技術(shù)的創(chuàng)作者不一定要在工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，有了合適的數(shù)字模型文件，隨時隨地可以方便地制作各種物品，甚至做出連自然界都難以看到的形狀，而傳統(tǒng)工藝很難做到這一點(diǎn)。這種技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合使得生活更豐富多彩，并促使我們發(fā)揮想象力不斷創(chuàng)新，制作更多物品來滿足多樣化的需求。

鮑健強(qiáng)教授在其《科學(xué)思維與科學(xué)方法》一書中提及關(guān)于科學(xué)美學(xué)的四點(diǎn)基本特征[9]，筆者認(rèn)為其中的三點(diǎn)可以很好地概括3D打印技術(shù)的科學(xué)美學(xué)：

（1）科學(xué)美學(xué)的表現(xiàn)形式是秩序與和諧：秩序揭示事物的內(nèi)在規(guī)律，科學(xué)美的表現(xiàn)方式是和諧。3D打印產(chǎn)品遵循著事物各自的規(guī)律與和諧統(tǒng)一。例如用3D打印制作房屋的模型，需充分考慮房屋的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部布局，不僅要遵循建筑構(gòu)造的規(guī)律，還要考慮到色彩、形狀的搭配以達(dá)到和諧美。

（2）科學(xué)美學(xué)是邏輯理性與美感直覺的統(tǒng)一。3D打印的設(shè)計(jì)需要邏輯，運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件可以將我們紛繁復(fù)雜的物質(zhì)世界整理為精確、清晰的“語言”。而人們在設(shè)計(jì)物品的時候，美感直覺的發(fā)揮會使設(shè)計(jì)更富有創(chuàng)造力和想象力。例如設(shè)計(jì)戒指，邏輯、直覺、審美與科技的協(xié)同運(yùn)用會創(chuàng)作出一枚獨(dú)一無二的戒指。

（3）真善美是科學(xué)美學(xué)的最高境界。3D打印能幫助人們對生物的器官、肢體、血管等有更深入的了解，把握其中的規(guī)律、構(gòu)造和功能，并使病人得到更好的救治。3D打印的牙齒已廣泛應(yīng)用于牙科治療，3D打印的下頜骨可以幫助治療先天性下頜骨萎縮，3D打印的假肢更真實(shí)、美觀、舒適。

薩頓曾經(jīng)提出過一個生動的比喻，他用金字塔的三個面分別形象地對應(yīng)為“真”、“善”、“美”的科學(xué)、宗教與藝術(shù)，認(rèn)為當(dāng)人們站在塔的不同側(cè)面的底部時，他們之間相距很遠(yuǎn)，但當(dāng)他們爬到塔的高處時，他們之間的距離就近多了。[10]根據(jù)這個比喻，不難推想出隨著人類思想高度不斷上升，真、善、美也會越來越接近，并且在最高點(diǎn)達(dá)到統(tǒng)一。

4 結(jié)語

3D打印的發(fā)展熱潮也吸引了一大批熱愛創(chuàng)作的創(chuàng)客。創(chuàng)客們熱衷于使用3D打印機(jī)制作設(shè)計(jì)出來的任何東西，使他們頭腦中的形象變成現(xiàn)實(shí)。3D打印技術(shù)是科技與藝術(shù)的融合，它的發(fā)展能夠激發(fā)人們新一輪的創(chuàng)作熱潮，提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力。關(guān)注3D打印，學(xué)習(xí)這種新興工具和技能，進(jìn)而制作出更多美的作品，為創(chuàng)作不斷注入新鮮血液，在這個日新月異的信息時代，不斷促進(jìn)科學(xué)創(chuàng)新與藝術(shù)的結(jié)合。

［1］馬珉,王玲.3D打印能否改變制造業(yè)——訪中國工程院院士盧秉恒[J].高技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化,2013(4)：38-43.

［2］盧秉恒,李滌塵.增材制造（3D）打印技術(shù)發(fā)展[J].機(jī)械制造與自動化,2013(4)：1-4.

［3］Wohlers T T.Wohlers Report 2013：Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry：Annual Worldwide Progress Report[M].2013.

［4］李青,王青.3D打印：一種新興的學(xué)習(xí)技術(shù)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2013,4：29-35.

［5］Hod Lipson,Melba Kurman.賽迪研究院專家組譯.3D打印從想象到現(xiàn)實(shí)[M].北京：中信出版社,2013：22-27.

［6］Mertz L.New world of 3-D Printing Offers “Completely New Ways of Thinking”：Q&A with Author,engineer,and 3-D Printing Expert Hod Lipson[J].Pulse,IEEE,2013,4(6)：12-14.

［7］方正怡,方鴻輝.科學(xué)與藝術(shù)的會合——李政道的藝術(shù)情[J].自然雜志,2006,28(6)：366-369.

［8］李美多.巴黎3D打印時裝秀 時尚與科技碰撞[OL].http：//www.chinanews.com/tp/hd2011/2013/11-16/265652.shtm l,2013-11-16.

［9］鮑健強(qiáng).科學(xué)思維與科學(xué)方法[M].貴州：貴州科技出版社,2002：165.

［10］[美]George Sarton.科學(xué)的歷史研究[M].劉兵,陳恒六,仲維光,譯.北京：科學(xué)出版社,1990：3.