3D打印時代的玉石保護與產(chǎn)品研發(fā)

趙凱齡

摘 要：3D打印鉆石、珠寶的實驗成果，對中國玉文化發(fā)展具有重大的啟發(fā)。中國是重玉的國家，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技術的不斷開發(fā)對玉石資源的保護具有一定作用。

關鍵詞：3D打印;玉石;原石;保護;開發(fā)

曾經(jīng)的科幻在現(xiàn)在變?yōu)楝F(xiàn)實。科幻作家科利·多克托羅曾說：“在未來（或是在星際紀年的未來），機器可以制造機器。3D打印機就是第一波新一代智能機器，它們能設計、制造、修理、回收其他機器，甚至能夠調(diào)整和改進其他機器，包括它們自己。”

1 未來的3D打印技術與玉石保護開發(fā)的預想

如果你有一臺可造萬物的機器，你會用它做什么？有一天，當夢想變成現(xiàn)實，它幾乎實現(xiàn)了所有學科的希望。3D打印，從想象到現(xiàn)實，建筑家已經(jīng)開始用它打印建筑，汽車制造商開始將其用于汽車生產(chǎn)，也許再過幾十年，建筑也只需要一臺超級大的打印機即可完成，汽車生產(chǎn)不再需要流水線，廠房里只需要擺放一臺臺打印機，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、水煮魚等。而玉雕大師們有了3D技術的輔助，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，我們可以設想，也許有一天，3D技術不再依賴各類粉末通過高溫打印完成各類物品，而是靠化學分子的合成完成打印。在已知的世界里，萬事萬物都是由各類化學元素構成的，比如人是由碳水化合物、鐵元素、硒元素等構成，如果我們能完全掌握化學配比，很有可能完成一個人的打印，這樣的科技是不可限量的。

做一個更好理解的假設，中國菜很多都有肉類的參與，但是已知的食物打印里無法打印肉類食材，如果我們能清楚地掌握肉類的化學組合，那么打印中國菜、牛排、魚類等指日可待。

這樣的假設，放在關于玉石開發(fā)與保護中，將呈現(xiàn)另一番面貌。不管價格高低，所有的玉石都統(tǒng)稱為礦石，礦石大多數(shù)都是由化學元素組成，當然有些礦石是多元素組合，有些則是單一化學元素的產(chǎn)物，統(tǒng)稱為化學結(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型、顏色及物理性質(zhì)。對已掌握的這些化學元素進行配比，通過三維軟件的設計和切割，再利用3D打印的手段，就可以得到一個人造的天然鉆石。而鉆石是由化學元素構成的，少了很多附加值，同時也保存了本就稀有的礦產(chǎn)資源。

在未來，鉆石可以以這樣的形式存在。對于在中國具有文化意義的玉石文化，同樣可以用這樣的方式呈現(xiàn)，我們可以設想，一塊完美的玉石原石被發(fā)現(xiàn)后，通過技術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，對一塊原石進行多次雕刻，可避免失誤，同時也可以展現(xiàn)同一塊玉在不同大師手中的不同姿態(tài)。再通過玉石的化學組合分析和化學元素配比，把在虛擬現(xiàn)實中雕刻好的玉石打印出來。這樣既保護了原石資源，降低了成品成本，同時也減少了塵肺病人數(shù)量，對環(huán)境保護具有一定作用。

2 當代的3D打印技術和運用

2008年，李曙光先生在美國的實驗室里看到了3D打印機，關于3D打印機，早在2000的《自然》雜志上就有相關的學術論文。到2013年，3D打印機不再是設計師和科學家的專屬機器，3D打印機已經(jīng)開始參與我們每一個人的日常生活，3D打印的鞋子、衣服多次出現(xiàn)在世界各地的時裝展，3D打印的餅干、蛋糕出現(xiàn)在宴會上，成為廣受好評的小點心，3D打印出來的家具出現(xiàn)在各個家具家居會展上，成為熱銷產(chǎn)品。3D打印技術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打印不光運用于日常生活，同時也運用于其他領域，如打印珠寶鉆石，修復古代遺跡、文物等。美國航天軍工巨頭洛克希德·馬丁為一種新型的3D打印技術申請了專利，該專利宣稱：“那些用鉆石做成的對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，或者通過陶瓷預制體聚合物的高溫分解等。”據(jù)說，該技術可以打印出任何形狀的人造鉆石，該技術將主要用于開發(fā)如超強鉆頭、輕型裝甲、刀、鋸之類的工具，不過也可以用來定制珠寶首飾等。

2016年L&R Studio使用全新技術打造出如“布料”一般形態(tài)的設計，本次設計使用了全新的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，“摩蘇爾項目”是使用3D建模和3D打印重建的被破壞的對象。志愿組織已經(jīng)幫助恢復了部分石像雕刻，即“摩蘇爾獅子”。

2015年5月，《文物保護與考古科學》刊登了由楊蘊撰寫的《淺談3D打印技術在陶瓷類文物修復和復制中的應用》一文，詳細介紹了中國上海博物館文物修復研究室運用3D打印技術修復古陶器的詳細過程。

3 3D打印技術運用于玉石加工開發(fā)的意義

3D打印鉆石、珠寶的實驗成果，對中國玉文化發(fā)展具有重大的啟發(fā)，中國是重玉的國家，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技術的不斷開發(fā)對玉石資源的保護具有一定作用。玉石原石是不可再生資源，或再生需要幾千萬年的時間。中國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。很多種類的玉石原石被限制開采或禁止開采。鷹潭的黃蠟石作為玉石的一種，近幾年炒的非常火熱，大量的愛好者、投資者紛紛加入其中，開始瘋狂地“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，是因為信江流域常年的流動沖刷帶來了石頭。過度的開發(fā)和采集會導致黃龍玉（黃蠟石）資源的提早衰竭、枯竭。3D技術的開發(fā)和利用，會在一定程度上保護黃龍玉（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、省力，成本也更低。但是3D打印技術永遠不能代替玉雕工藝，只是作為保護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：“玉石雕刻技術雖然是一種古老的技藝，但是和算盤相比它更是一種藝術而不是一種工具。”

傳統(tǒng)手工藝是國之瑰寶，不可失傳，但是在3D打印技術的不斷發(fā)展下，也許在未來，玉雕大師的工作室不是各類機床而是VR虛擬實景工作室，大師們的工具也不再是各類鉆頭，而是一支鏈接電腦的感應筆，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。

圖片說明：

第一，阿迪達斯利用Stratasys的Objet Connex500實現(xiàn)了設計和開發(fā)過程早期階段的執(zhí)行功能測試，將原本需要12名技術人員手工制成的運動鞋原型通過3D打印技術迅速并準確地完成，從而獲得真正的競爭優(yōu)勢。

第二，蘭博基尼利用Stratasys的Fortus 3D打印系統(tǒng)，20天內(nèi)就設計、構建并組裝出新款Aventador的1/6比例原型，包括車身、底盤和零件，總成本3000美元，相比傳統(tǒng)的制造方式節(jié)省了高達92%的開支。

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

第四，3D打印心臟、飛機、槍支和化石骨骼變?yōu)楝F(xiàn)實，科學家最近利用3D打印技術打印了第一顆真實的人類心臟。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。美國華盛頓國家兒童醫(yī)學中心的兒科心臟病專家勞拉·奧利弗瑞（Laura Olivieri）手中握著的正是3D打印心臟。勞拉表示，心臟副本對于復雜手術練習來說是非常理想的對象，它能使手術外科醫(yī)生看清他們進行手術的精確解剖情景。

參考文獻：

[1] 胡迪利普森，梅爾芭庫曼（美）. 3D打印從想象到現(xiàn)實[M].中信出版社，2013.

[2] 湯俊.寶玉石學基礎[M].云南出版公司/云南科技出版社，2012.

[3] 羅納德·路易斯·勃尼威茲（英）.寶石盛典[M].中國工信出版社/電子工業(yè)出版社，2013.

[4] 約翰范頓（英）.世界礦物與寶石探尋鑒定百科[M].機械工業(yè)出版社，2016.

[5] 唐雪蓮，周梅.寶玉石結(jié)晶學與礦物學基礎[M].云南出版公司/云南科技出版社，2012.