论科技馆3D打印的问题及解决方案

胡晋

【摘 要】3D打印作为一个热点技术，近年来在科技馆的展示越来越多，但是3D打印由于其技术局限性，在科技馆展示遇到了一些问题，本文分析了3D打印在科技馆展示中遇到问题：材料单一、打印时间长、体验感差，并就打印时间长、体验感差提出了相应的解决方案。

【关键词】科技馆；3D打印；方案

3D打印机（3D Printers）是近几年来在打印行业出现的一个新兴名词，因为它的特点跟传统打印机有点相似，所以称它为“打印机”。而3D打印技术在专业领域里，它有另一个名称“疾速成形技能”，又称疾速原型制造（Rapid PrototypingManufacturing，简称RPM）技能。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。[1]

3D 打印技术可以分为设计阶段和打印阶段，设计阶段是指通过计算机软件 ，例如 3dsmax、CAD 等 ，塑造模型本体 ，打印阶段是指3D打印机把模型分解成无数个横截面 ，最后利用快速成型机将一个个横截面堆积成一个三维立体的模型 ，其材料可以是真实、形象的。例如 ：我们需要打印一个塑料材质的香蕉 ，那么我们可以先在 3dsmax 里制作一个香蕉模型 ，然后再 3D 打印机里倒进塑料材质 ，然后通过打印机就可以把一个计算机里显示的模型真实的打印出来。3D打印技术在越来越多的科技馆得到不同程度的展示， 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，随着3D打印技术的兴起，2013年内，宁夏科技馆、南京科技馆、浙江省科技馆、深圳市科学馆纷纷推出了3D打印展示项目， 2015年湖南省科技馆推出了3D打印展区，合肥科技馆、四川科技馆、辽宁省科技馆也都推出了3D打印展项，大部分科技馆采用的都是熔丝堆积型的3D打印机进行展示，仅有上海科技馆还展出一台全彩粉末三维打印机，湖南省科技馆展示了一台全彩纸质打印机。

1 3D打印在科技馆展示中遇到的问题

（1）材料单一，虽然目前3D打印可使用的材料有金属、光敏树脂、pla塑料、abs塑料、石膏粉末等，但是科技馆作为相对封闭的环境，在通风换气条件较差，而且耗材价格，后续处理的复杂性也必须考虑，受此制约，科技馆能选择的材料空间相当有限，因此大部分科技馆采用的是pla塑料，这种材料较为经济实惠，粉末彩色打印机对环境的要求较高，后续处理较为复杂，湖南省科技馆馆采用的纸质3D打印机，耗材便宜，对环境要求不高，缺陷是打印时间较粉末打印机更长，而且不能打印负责的内陷结构。

（2）打印时间长；以大部分科技馆采用的的熔丝堆积型的3D打印机为例，打印不同产品的平均速度均在1.5-3厘米（垂至高度）/小时，完成后仍需要对成品进行一些处理，打印完成一个3—6cm的小摆件至少需要1到2小时，观众很难在展厅停留这么久，就为了打印一个3D打印的摆件，所以目前一些科技馆的方式是向观众出售早已打印好的3D摆件，这样观众的体验感比较差。

（3）体验感差，目前大部分科技馆仅进行3D打印的演示，观众只能观看打印的过程，观众无法体验3D设计，3D打印的灵魂在于可以实现自己的创意，自己或在科技馆的电脑上进行简单处理，无法体验到3D打印自己创意作品的快感，目前科技馆展示3D打印的问题在于过于重视打印设备，不重视观众体验[2]。

2 科技馆3D打印问题解决方案

打印时间的材料主要是要依赖技术的进步，不是科技馆需要考虑的重点问题，我认为科技馆需要解决的主要问题在于解决3D打印时间长，以及体验感差的问题，解决这两个问题的重点在于3D打印软件平台的设计，3D打印软件平台应满足以下条件：

2.1 工具界面友好、易上手

目前市面上的3D设计软件过于专业，门槛太高，非专业人士难以掌握，而科技馆面临的群体主要是中小学生，所以必须采取一些容易掌握的方式，来鼓励观众创造，能够让观众简单、快速地创建能用3D打印机打印的3D模型，软件界面应层级较少，易于操作，即便是学习者根本不懂3D制图，也能用最自然的交互方式，创造出自己想要的模型。目前常见的以下三種方式：一是通过一些模块让设计初学者快速创建和编辑一个3D模型。提供很多常用的3D模块供用户选择，学生可以随便拖动不同的模块来“组装”自己的3D模型。如果需要调整3D模型的大小、方向或颜色，也可以通过简单的选择或修改来完成；二是，给予观众一个基本的形状，采用捏橡皮泥的方式，让观众揉捏拉伸来创造模型；三是设置一些预装包，如“汽车套件”等。当你想设计汽车的时候，你可以从这个预装包里面选择适合汽车的“零件”，更轻松地设计一些像汽车一样复杂的模型。

2.2 后期处理便捷、易于打印

在观众创造了模型后，需要在打印前对数据进行检查，保证设计的模型可以顺利打印出来，至少应检查设计的模型是否满足3D打印的几个特性：水密性、壁厚性、支撑性等。水密性：物体模型必须封闭；壁厚性：工程软件以实体方式建模，模型都是有厚度，如果没有厚度则无法打印，所以模型导出前应检查模型是否有厚度，一般情况下产品边缘2mm以上比较容易打印；支撑性：选择较大的面作为物体底部，这样的支撑材料可以节省很多支撑结构，应尽量避免支撑结构，因为支撑材料在去除时会在模型上留下痕迹，而且去除的过程十分耗时。一般情况下超过45度的突出物都需要额外的支撑材料，实在避免不了要增加支撑的，可以自行在软件中生成小圆柱或小方块作为支撑结构，方便后期处理。

2.3 管理方便

由于3D打印需要的时间较长，科技馆的观众一般来科技馆参观只有半天到一天的时间，往往无法等到自己设计的样品打印出来，很多观众因此放弃了体验3D打印，要解决这一问题，只需要软件的管理后台加上物流发送的模块即可，让观众在设计好之后填写好自己的住址、联系方式，打印完成后由科技馆通过物流发送到观众手中。现在大部分3D打印机都配有摄像头，还可以将模型的打印过程录制下来，通过后台发送给观众，让枯燥的等待时间变得趣味十足。

对于科技馆管理者而言，需要处理大量的观众数据，需要强大的后台给予支持，才能满足观众的参观需求，管理后台应能对材料、设备、观众订单、物流等进行管理，可以对模型制作的各个流程进行有效监控。

要满足观众对3D打印更深入学习的需求，可以就3D打印开设专门的课程，将其与创客教育、STEM教育结合，充分发挥3D打印创造力，我对3D打印在STEM教育中的应用状态进行了整理，得到了下表：

总的来说，3D打印作为一门新兴技术成为科技馆近几年来的展示热点是无可厚非的，但是要做软件、教育活动进行支撑，才能展示好3D打印技术，满足观众对3D打印技术的好奇。

【参考文献】

[1]（美）Brian Evans.解析3D打印机：3D打印机的科学与艺术[M].机械工业出版社，2014.

[2]李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术，远程教育杂志，2013（04）.endprint