3D打印技术在国内科普场馆中的应用

文/ 张倩 冯冬磊

3D打印技术在国内科普场馆中的应用

文/ 张倩 冯冬磊

科技馆作为先进科学技术传播的前沿阵地，为3D打印的科学普及发挥重要的作用。

3D打印技术在近二十年来得到了迅猛的发展，但目前在国内仅在高校、科研院所、生物医学、军工制造业及极少数立体照片打印店等的领域内使用，个人或家庭购买3D打印机的情况更是少见，对于不少社会民众来说，似乎还有点迷惑不解，有的甚至闻所未闻。因此，科技馆作为先进科学技术知识的主要传播者，引导公众了解3D打印技术的发展及应用，将3D打印技术的原理及知识科普化，已显得十分重要。

2013年，我们对来自国内外的500名观众进行抽样调查，数据显示，仅14%的受访者对3D打印技术和其应用有一定的了解，68.4%的受访者对此项技术知之甚少，而有17.6%的受访者对3D打印技术一无所知。可见，普通百姓对3D打印技术知识的了解还非常浅薄。因此对这项先进技术进行科学普及，是十分有必要的。

其中，上海科技馆和中国科学技术馆是最早对3D打印技术进行科学展示的两家场馆，前者于2001年12月推出了“三维头像制作站”展项，后者于2009年9月新建了“快速成型”展项，由于操作管理难度大、体量大不适合展示等原因，使用数年后分别停止了运行。随着3D打印技术的兴起，2013年内，宁夏科技馆、南京科技馆、浙江生科技馆、深圳市科学馆纷纷推出了3D打印展示项目，上海科技馆又于2013年8月对原有展项进行了更新，中国科学技术馆也在2013年9月推出了为期一个月的“3D打印未来”临时展览。除了上海科技馆还展出一台全彩粉末三维打印机外，其他五家场馆选用的都是桌面级单色材料3D打印机进行展示，展示形式显得单一，并普遍存在科技馆专业技术人员缺乏，打印时间长、管理难度大和材料成本高的问题。

同时，据了解，国内有6家科技馆借新馆建设和展区改造的机会，计划2014年起新建或改建3D打印展示项目，开展热点科普，满足公众了解前沿科技的需要。

科技馆作为先进科学技术知识的主要传播者，引导公众了解3D打印技术的发展及应用，将3D打印技术的原理及知识科普化，已显得十分重要。

国内科普场馆3D打印技术展示存在的问题

打印时间长、管理难度大

无论是普通的桌面式打印机，还是彩色粉末打印机，打印不同产品的平均速度均在1.5-3厘米(垂至高度)/小时，且需要一定的后处理时间，而一般的观众在一个展区的逗留时间不会超过半个小时，冗长的打印时间使得3D打印机显得并不适宜展示。并且，整个打印及后处理工作需专人操作，增加了展区人力成本的投入。

馆方专业技术人员匮乏，依靠企业支持

国内各个科普场馆，目前都缺少专业处理三维模型和操作打印机的专业技术人员，为了解决这个问题，有较多科普场馆都不约而同地采用与3D打印设备供应企业合作的模式进行科普展示，来实现成本的降低和设备的更新。因此，这样的展示完全依赖于企业，是否适合长期的科普展示运营，值得思考一番。

3D打印技术机展示种类单一

通过对以上调研发现，由于经费、设备打印时间、产品后处理等因素的影响，已有3D打印技术的科技馆，其展示的设备选型和成型材料比较单一，大多选用普通熔融沉积桌面式单色3D打印机，仅上海科技馆一家另推出粉末粘结彩色三维打印。而目前市场上3D打印主要实现技术已有10种以上，特别是加工制造业中普遍使用的光敏树脂技术，即光固化成型（SLA）技术，由于打印机设备成本高，目前还没有一家科技馆对该技术设备进行展示。因此，现有3D打印机科普展示未能全面反映当今3D打印技术的发展水平。

耗材成本高，打印作品数量受限制

现有3D打印机展示的科普场馆，由于耗材成本高，受科普经费的限制，不得不减少打印作品的数量。如上海科技馆的全彩三维粉末打印机，打印作品的售价普遍在100元以上，昂贵的打印费用使青少年学生难以接受，对成人观众来说，也仅在黄金周期间有少数人购买，而对在操作电脑上完成3D模型拼装的观众，因打印价格高，无法将作品打印成实物带回家。

3 D打印技术在科普场馆应用的前景分析与建议

上海科技馆在开馆之初建成的“三维头像制作站”展项，因不能满足公众的需求，科技馆更新改造组经过调研后，于2013年8月策划和制作了全新的“3D打印世界”展项。

该展项集三维扫描体验、计算机三维建模体验、3D打印体验于一体，其中，使观众可通过DIY互动方式进行模型组装与设计来实现3D作品打印，在国内科普场馆中也堪称首例。

同时在三维扫描区，观众可以体验通过对实物扫描在计算机中建立三维模型的过程。观众也可以进入3D互动建模区，在计算机模型库中建立或组装自己所喜欢的三维模型。设计完成的模型可选择付费打印，便可以将极具个性化的作品并带回家，同时也可以选择电邮方式将建好的模型图片发送至个人邮箱，留作纪念。而对于有专业需求的观众，上海科技馆的3D打印世界提供了一个3D打印的公共平台，他们可以携带自己建成的3D模型数据来馆进行付费打印。

通过为期三个月对国内主要科普场馆的调研，结合上海科技馆3D打印更新项目的实践，笔者提出以下建议：

统筹规划，合理配置3D打印科普资源

在3D打印迅速发展的热潮影响下，若政府相关部门加大扶持力度和财政拨付数目也很可能会出现各级科技馆纷纷投入资金引进3D打印机设备的情况。由于3D打印技术设备及成型材料的购置，以及打印产品的管理，涉及众多的物力、财力和人力，短期内大批量的建设容易导致同类项目的重复，造成资源、资金的浪费。因此，建议各级政府主管部门对该类项目的投资进行统筹规划，合理配置各省市各级科普场馆3D打印设备的投入规模，指导全国各地的科普场馆互相交流学习，打印设备的展示呈现差异化，避免设备种类单一的状况，使观众更全面的了解各类3D打印技术的性能和应用前景。

激发青少年儿童的兴趣，提高设计创新的能力

通过科普场馆对3D打印技术的展示，提高广大少年儿童对3D打印技术和应用及未来发展的认知和理解，揭示我国3D打印与国外相比存在的差距，以及需要解决的技术难题，让更多的青少年通过参观、互动、实践等方式接触和认识这项技术，能够亲手参与设计和制作3D打印产品，激发青少年儿童的兴趣和创造力，培育他们的创新素质，为中国的未来培养更多的创新人才。

开展多层次的3D打印科学普及活动，发挥公共服务平台的作用

为了充分利用3D打印的设备资源，科普场馆也可以作为公共服务平台，为专业观众提供“来模定制”的服务，观众可以将自己事先建立好的3D模型带入馆内进行个性化的付费打印。各科普场馆还可以通过场馆自身的科普网站，建立3D模型素材库（基础库），为观众进行3D作品的创意设计、模型上传和下载、作品交流等提供服务平台。

结语

目前，我国的3D打印技术还处于产业化初级阶段，随着新原理、新材料、新器件的不断出现，该领域的技术必将得到进一步的发展。科技馆作为先进科学技术传播的前沿阵地，将继续关注前沿科技发展和社会热点，正确引导公众对3D打印技术的先进性、重要性、成长性的认识，并适时更新展示设备，为3D打印的科学普及发挥重要的作用。

（作者均就职于上海科技馆研究设计院技术项目部）