疫情背景下對3D打印科普工作的重新認識

劉 曉

（廣州工程技術職業學院 機電學院，廣東 廣州510075）

0 引言

3D打印，又稱增材制造，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。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大批的科研人員在其相關領域展開研究并取得了令人矚目的成績，被美國自然科學基金會稱為20世紀最重要的制造技術創新。

3D打印之所以備受關注是因為它集眾多優勢于一身：從設計端來看，3D打印基本實現了零件設計結構的自由化。不需要考慮零件結構的復雜程度，且通過修改設計數據可輕松實現個性化、低成本單件制造；從制造端來看，直接由設計數據驅動，可實現產品快速開發。不需要工裝夾具模具等傳統輔助制造工具，極大地簡化了制造工序，節約了制造和裝配成本。除此之外，還可以對機械部件進行再制造修復；從材料端來看，可以實現多種材料的成型制造?，F在工業上較成熟的打印材料包括塑料、尼龍、樹脂、陶瓷、石膏、金屬粉末等

近十年來，我國在3D打印領域取得了很多可喜的成績。在大工業方面，西北工業大學成功對航空發動機葉片進行了再制造修復，北京航空航天大學成功實現了飛機鈦合金大型復雜整體構件的激光成形等。在醫療行業應用于術前病灶定位、手術模擬、手術導板制作等，有效地推動了精準醫療的實現。但普通民眾對3D打印的認識，多數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，沒有太多具有價值的事物。

但2020年在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情中所迸發出的科技實力使得3D打印以一種新的姿態進入了公眾的視野。新型冠狀病毒肺炎在武漢爆發初期，對新型冠狀病毒肺炎認識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、個性化的優勢迅速加入了抗疫大軍的行列，在抗擊疫情過程中為解決醫療物資短缺提供了新的解決方案。湖南云箭集團有限公司緊急上馬3D打印醫用護目鏡項目，從設計開發、定型到日量產600副僅用153個小時。深圳蛇口人民醫院通過采集醫護人員的面部三維特征優化防護面罩設計，2小時就能完成個性化訂制醫護面罩的3D打印。上海復志公司收到華山、瑞金等15家醫院“口罩佩戴連接器”火速支援需求后，僅用24個小時就完成產品設計并生產交付了1 500件連接器。蘇州盈創新材料公司采用3D打印建造隔離病房，平均2小時即可打印出一間隔離病房，建筑指標均達到隔離病房國家標準，公司在一天之內就完成了咸寧市的緊急需求訂單。今年8月，Nature Reviews Materials發表了一篇評論文章，以3D打印生產咽拭子、口罩、呼吸器、人體模型和隔離病房為例，詳細介紹了疫情防治緊急情況下歐美等國利用3D打印在醫療衛生領域的創新應用。

3D打印在新型冠狀病毒肺炎疫情中硬核抗疫的各種表現又何嘗不是對全國人民的一次非常有效的全面覆蓋3D打印設計端、制造端以及打印材料的3D打印科普教育？此時，人們會發現3D打印不是僅局限于櫥窗里各種3D打印成型的擺件、吸引眼球但沒有太多實際價值的3D打印食品，也不局限于飛機發動機葉片修復、飛機發動機噴嘴創新設計這一類距離普通民眾工作生活遙遠的航空航天產品制造，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的一種科技手段。而這種現實題材的科普一定會幫助公眾深刻理解在當前國內經濟大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局下3D打印作為戰略新興產業在構建智能制造產業生態中的潛在推動作用，也一定會在一定程度上激活公眾的創新基因，推動3D打印在材料改進、設備升級、技術應用等方面不斷向前向好邁進。

由此，重新審視3D打印甚至整個科普教育工作，不得不弄清楚兩個問題：

1 科普是一種什么樣的教育形式，它的核心是什么

從本質上講，科普是一種社會教育。社會教育不同于學科體系基礎上的學校教育，也不同于實用為導向的職業培訓，它的基本特點是：社會性、群體性和持續性?？茖W技術在一定的社會環境中孕育著科普。科普激發了廣大科研工作者和民眾的創新應用，而創新應用又反哺著科學技術的革新。

哥白尼的“日心說”否定了占據統治地位1000多年的“地心說”，使人類的思想從封建神學的統治中得以解放；麥哲倫環球航行1082天證明地球是圓的，從而促進了新宇宙觀的形成。哥白尼和麥哲倫這種敢于質疑“權威”，求真務實的科學精神，其意義遠遠超越了“地球是圓的”“地球圍繞太陽公轉”這些科學事實本身。因此，科普的核心在于讓公眾理解科學，培養公眾的科學精神，激發公眾的創新活力，而不僅僅是使得人們理解掌握某個科學知識點?？茖W精神的核心在于解放思想、理性質疑、求真務實、實事求是。科普宣傳工作既要注重科技知識的內涵及其應用，更要傳達其內在的科學思想、科學方法和科學精神。

2 國內現有科普工作中存在哪些問題

從大的科普體系來說：

科普作為一種提升大眾科學素質的社會教育形式，具有激活公眾創新活力的效能，但長期以來，受歷史沿襲、社會環境以及學術環境的影響，科普工作的良性運行軌道還未建立，需要從以下三個方面進行改革：

第一，適時、合理扭轉科研工作人員的逐利性[1]。受社會環境的影響，掌握最新最全科學動態和技術應用的企業、科研機構和高校主要的關注點在于科學研究以及能夠帶來直接經濟效益的科技成果轉化上，導致大批具備科普實力的有生力量缺位。

第二，建立合理、良性的科普工作機制。長期以來科普的任務主要集中在各級科技協會手中，雖然各級科協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性工作，而非科普研究工作，且由于行政體制、經費等原因，科協與企業、科研機構和高校之間很難形成規模性的有效互動，導致科普工作管理機構與科普有生力量嚴重脫節。

第三，挖掘培養一大批科普研究人員?？破盏纳鐣詻Q定了科普的內容要以點帶面、由淺及深、通俗易懂，科普的形式需要新穎有趣、引人入勝，但既掌握科學理論又對科普有深入研究的人才非常缺乏。

從小的施力點來說：

首先，科普的內容不一定是解釋清楚某個科學內容，也可以是某種科學知識的創新應用，這種創新應用同樣可以開拓公眾的思路，激發公眾的創新欲望，實現科技成果的轉化與推廣。

其次，科普的素材不一定是事先設計好的既定內容，也可以根據現實情境的資源進行合理的整合、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行整編，它的科普效果應該更具有現實意義，更能對加深公眾對3D打印這種科技手段及其科學原理的理解，更能激發公眾的創新欲望。

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

2016年的“全國科技創新大會”和“兩院院士大會”上，習總書記指出“科技創新、科學普及是實現創新發展的兩翼，要把科學普及放在與科技創新同等重要的位置。沒有全民科學素質普遍提高，就難以建立起宏大的高素質創新大軍，難以實現科技成果快速轉化[2]?！痹诿绹e一國之力打壓、圍堵中國高科技企業的當口，不應該只是意識到需要集中優勢力量攻克被卡脖子的關鍵技術、核心材料制備等難題，更應該清醒地認識到，隨著社會的進步，新的難題總會層出不窮，只有從體制機制上激發大眾創新，建立健全自主創新長效機制，才能減少被卡脖子的概率，完成民族復興大任。