3D打印时代的玉石保护与产品研发

赵凯龄

摘 要：3D打印钻石、珠宝的实验成果，对中国玉文化发展具有重大的启发。中国是重玉的国家，玉以及玉文化是中华五千年文化的一部分，可是地球上很多资源是不可再生的，比如玉矿资源。3D技术的不断开发对玉石资源的保护具有一定作用。

关键词：3D打印;玉石;原石;保护;开发

曾经的科幻在现在变为现实。科幻作家科利·多克托罗曾说：“在未来（或是在星际纪年的未来），机器可以制造机器。3D打印机就是第一波新一代智能机器，它们能设计、制造、修理、回收其他机器，甚至能够调整和改进其他机器，包括它们自己。”

1 未来的3D打印技术与玉石保护开发的预想

如果你有一台可造万物的机器，你会用它做什么？有一天，当梦想变成现实，它几乎实现了所有学科的希望。3D打印，从想象到现实，建筑家已经开始用它打印建筑，汽车制造商开始将其用于汽车生产，也许再过几十年，建筑也只需要一台超级大的打印机即可完成，汽车生产不再需要流水线，厂房里只需要摆放一台台打印机，所有的操作便可一键完成。医生用它打印医疗器材、病人需要的骨骼甚至可能是心脏等器官，美食家可以用它打印各种食物，如巧克力、蛋糕、中餐、火锅、水煮鱼等。而玉雕大师们有了3D技术的辅助，雕刻将更加随心所欲。

根据科幻作家科利·多克托罗的想象，我们可以设想，也许有一天，3D技术不再依赖各类粉末通过高温打印完成各类物品，而是靠化学分子的合成完成打印。在已知的世界里，万事万物都是由各类化学元素构成的，比如人是由碳水化合物、铁元素、硒元素等构成，如果我们能完全掌握化学配比，很有可能完成一个人的打印，这样的科技是不可限量的。

做一个更好理解的假设，中国菜很多都有肉类的参与，但是已知的食物打印里无法打印肉类食材，如果我们能清楚地掌握肉类的化学组合，那么打印中国菜、牛排、鱼类等指日可待。

这样的假设，放在关于玉石开发与保护中，将呈现另一番面貌。不管价格高低，所有的玉石都统称为矿石，矿石大多数都是由化学元素组成，当然有些矿石是多元素组合，有些则是单一化学元素的产物，统称为化学结晶体。

以硬度最高的金刚石（钻石）为例，我们知道钻石的主要成分是碳，含量高达99.95%，此外还包含氮元素等50多种微量元素，这些元素成就了钻石的类型、颜色及物理性质。对已掌握的这些化学元素进行配比，通过三维软件的设计和切割，再利用3D打印的手段，就可以得到一个人造的天然钻石。而钻石是由化学元素构成的，少了很多附加值，同时也保存了本就稀有的矿产资源。

在未来，钻石可以以这样的形式存在。对于在中国具有文化意义的玉石文化，同样可以用这样的方式呈现，我们可以设想，一块完美的玉石原石被发现后，通过技术扫描变成虚拟的三维图像，再由玉雕师傅在三维虚拟环境下雕琢，对一块原石进行多次雕刻，可避免失误，同时也可以展现同一块玉在不同大师手中的不同姿态。再通过玉石的化学组合分析和化学元素配比，把在虚拟现实中雕刻好的玉石打印出来。这样既保护了原石资源，降低了成品成本，同时也减少了尘肺病人数量，对环境保护具有一定作用。

2 当代的3D打印技术和运用

2008年，李曙光先生在美国的实验室里看到了3D打印机，关于3D打印机，早在2000的《自然》杂志上就有相关的学术论文。到2013年，3D打印机不再是设计师和科学家的专属机器，3D打印机已经开始参与我们每一个人的日常生活，3D打印的鞋子、衣服多次出现在世界各地的时装展，3D打印的饼干、蛋糕出现在宴会上，成为广受好评的小点心，3D打印出来的家具出现在各个家具家居会展上，成为热销产品。3D打印技术从日常生活用品到医疗辅助器械，再到大型住房建筑，逐渐深入我们的生活。

3D打印不光运用于日常生活，同时也运用于其他领域，如打印珠宝钻石，修复古代遗迹、文物等。美国航天军工巨头洛克希德·马丁为一种新型的3D打印技术申请了专利，该专利宣称：“那些用钻石做成的对象将能够利用这些出色的属性。钻石可以以各种方式制造，包括以一種钻石纳米颗粒的粉末形式，或者通过陶瓷预制体聚合物的高温分解等。”据说，该技术可以打印出任何形状的人造钻石，该技术将主要用于开发如超强钻头、轻型装甲、刀、锯之类的工具，不过也可以用来定制珠宝首饰等。

2016年L&R Studio使用全新技术打造出如“布料”一般形态的设计，本次设计使用了全新的3D模块，将贵金属打造成美丽珠宝。

在2015年2月下旬，伊斯兰极端组织ISIS发布的宣传视频显示，该组织成员在伊拉克伊斯兰遗产城市摩苏尔大肆摧毁各种古代的文化，“摩苏尔项目”是使用3D建模和3D打印重建的被破坏的对象。志愿组织已经帮助恢复了部分石像雕刻，即“摩苏尔狮子”。

2015年5月，《文物保护与考古科学》刊登了由杨蕴撰写的《浅谈3D打印技术在陶瓷类文物修复和复制中的应用》一文，详细介绍了中国上海博物馆文物修复研究室运用3D打印技术修复古陶器的详细过程。

3 3D打印技术运用于玉石加工开发的意义

3D打印钻石、珠宝的实验成果，对中国玉文化发展具有重大的启发，中国是重玉的国家，玉以及玉文化是中华五千年文化的一部分，可是地球上很多资源是不可再生的，比如玉矿资源。3D技术的不断开发对玉石资源的保护具有一定作用。玉石原石是不可再生资源，或再生需要几千万年的时间。中国乃至世界很大一部分玉石原产地的石料都在萎缩甚至消失。很多种类的玉石原石被限制开采或禁止开采。鹰潭的黄蜡石作为玉石的一种，近几年炒的非常火热，大量的爱好者、投资者纷纷加入其中，开始疯狂地“捡石头”。但是鹰潭并非黄蜡石（黄龙玉）的原产地，鹰潭之所以盛产黄龙玉，是因为信江流域常年的流动冲刷带来了石头。过度的开发和采集会导致黄龙玉（黄蜡石）资源的提早衰竭、枯竭。3D技术的开发和利用，会在一定程度上保护黄龙玉（玉石）珍稀石材。在某种程度上可以做产品研发，比传统更加省时、省力，成本也更低。但是3D打印技术永远不能代替玉雕工艺，只是作为保护资源的一种手段和商业产品加工的形式。就如玉雕大师于是荣所说：“玉石雕刻技术虽然是一种古老的技艺，但是和算盘相比它更是一种艺术而不是一种工具。”

传统手工艺是国之瑰宝，不可失传，但是在3D打印技术的不断发展下，也许在未来，玉雕大师的工作室不是各类机床而是VR虚拟实景工作室，大师们的工具也不再是各类钻头，而是一支链接电脑的感应笔，一块美玉也将不再只有一次生命，而是在不同的大师手中绽放出不同的美。

图片说明：

第一，阿迪达斯利用Stratasys的Objet Connex500实现了设计和开发过程早期阶段的执行功能测试，将原本需要12名技术人员手工制成的运动鞋原型通过3D打印技术迅速并准确地完成，从而获得真正的竞争优势。

第二，兰博基尼利用Stratasys的Fortus 3D打印系统，20天内就设计、构建并组装出新款Aventador的1/6比例原型，包括车身、底盘和零件，总成本3000美元，相比传统的制造方式节省了高达92%的开支。

第三，Stratasys的3D打印技术颠覆了传统的模型制作方式，为海尔模具节约了69%的模型制作时间。Fortus 900mc 3D打印系统在直接制造方面的优势也帮助应对紧急需求。

第四，3D打印心脏、飞机、枪支和化石骨骼变为现实，科学家最近利用3D打印技术打印了第一颗真实的人类心脏。该3D打印心脏样本是由塑料制成，是患有不寻常并发症病人的心脏的精确解剖副本。美国华盛顿国家儿童医学中心的儿科心脏病专家劳拉·奥利弗瑞（Laura Olivieri）手中握着的正是3D打印心脏。劳拉表示，心脏副本对于复杂手术练习来说是非常理想的对象，它能使手术外科医生看清他们进行手术的精确解剖情景。

参考文献：

[1] 胡迪利普森，梅尔芭库曼（美）. 3D打印从想象到现实[M].中信出版社，2013.

[2] 汤俊.宝玉石学基础[M].云南出版公司/云南科技出版社，2012.

[3] 罗纳德·路易斯·勃尼威兹（英）.宝石盛典[M].中国工信出版社/电子工业出版社，2013.

[4] 约翰范顿（英）.世界矿物与宝石探寻鉴定百科[M].机械工业出版社，2016.

[5] 唐雪莲，周梅.宝玉石结晶学与矿物学基础[M].云南出版公司/云南科技出版社，2012.