让想象插上现实的翅膀 | 跟杨继全教授一起“打印”南师人的科技梦

南师人里有位3D打印大咖！你上过他的博雅课吗？

谈到3D打印，大家或多或少都有一些了解。这种诞生于上世纪90年代的技术可谓是“由二维平面到三维立体的飞跃”。打印血管、打印文物、打印一个“自己”......这些听起来让人不敢置信的事情，在3D打印的世界里，都可以实现。

也许大家觉得3D打印离我们依旧很远，但在南京师范大学，就有这样一位杨老师，他在“工业产品创意设计”这节博雅课上，带着来自南师大不同专业的同学与3D打印近距离接触，让天马行空的想象插上现实的翅膀。

杨继全

南京师范大学教授、电气与自动化工程学院副院长，江苏省三维打印装备与制造重点实验室主任，南京三维打印学会理事长，江苏省三维打印产业创新战略联盟副理事长兼技术专家委员会副主任。

实验室外有一奇，定睛观瞧典故习。

疑是古物今人造，却道文化创新技！

位于金港科创园的江苏省三维打印装备与制造中心重点实验室就是杨老师打造的“想象起航之地”。

据杨老师介绍，这座实验室既具有科研、教学、交流等学术用途，还有科普展示、定期举办讲解活动、捐献设备，产品、免费活动体验等社会作用。让同学们能真正走近3D打印，对3D打印感兴趣，是他从教以来的愿望。同时，杨老师也表示“3D打印的科普教育仍需一段时间才能成熟。需要做的事情还有很多。”

在实验室一楼的门口，立着一尊三米多高的辟邪。作为古代的神兽和镇恶去灾的象征，辟邪正如其名，玉雕无尾辟邪自古以来更是南京的象征。眼前的这头“辟邪”身躯雄伟，英气犹存，却不免带着些许岁月的磨痕，为什么实验室的门口要立这样一头辟邪呢？

“这是我们通过3D打印出来的。”杨老师解释道，“原物是在江宁，是梁武帝堂弟萧景陵墓前的一只辟邪，这是按照1:1的比例打印出来的。”

如果要整体打印这样一只辟邪需要十米多高的打印机，目前正在研发。因此我们采用分块打印的方法。先是用我们开发的3D扫描仪对它全身进行扫描，分成一块一块打印，把原来的整体变成一块块模型，继而将模型的材料融化之后浇筑玻璃钢合成整体，最后表面喷灰、做旧，就会有现在这种以假乱真的效果。”

其实，别看这只辟邪三米多高，但因为内部结构中空，所以相较于原物可谓是“轻盈”了不少。既可实现高还原度，又能降低成本，减少代价。在当下的文物保护与文化创新上，3D打印的应用体现了科技的中坚力量。

走入实验室，展示区一件件文创制品引起了我们的注意。“这只紫砂材料制作的辟邪，就属于延伸品。不像外面的辟邪，它是经过修复来的，用计算机技术将相应缝隙、裂痕‘抹去’，文物本身不可复制，现在其实是通过对材料、对造型方面的延伸，来实现一种深层次的文物保护。我们已经与社发院交流了合作意向，希望能在有关考古、文物修复这样的结合点进行深入合作。”

个性文创唱出戏，打印技术来搭台。

轻工重工两手抓，生产生活两手硬。

除了对文物保护有重要支持，在文创方面3D打印同样颇具效用，现在普遍的消费趋势是个性化、定制化、多样化，千遍一律的标准化早已不适合现有需求而3D打印恰恰能顺应这个趋势。“只要在电脑上设计，就可以做到专属自己的独一无二的茶壶。”

“3D打印把形状确定出来之后，就比如展示的这个模板。在模板表面喷上一层陶瓷浆，之后进行烧制，里面的塑料壳随着温度的上升而融化成液态流出，留下了陶瓷壳。继而将另外一种砂浆与陶瓷灌到壳里去进行烧制，最后将外面的壳打碎掉，里面的瓷器就成型了。”

也就是说，只要条件允许，人人都可以当设计师，都可以拥有专属于自己的小物件。兴许，在将来的杯子、餐具，甚至是一根笔，一张纸都是“孤品”呢！

不过，你以为这些就是3D打印的全部？

牙齿对我们重要性不言而喻。当出现炎症、错位之虞时，烤瓷牙往往成为许多人选择的“救命稻草”。烤瓷牙的形状是否合乎牙床，合乎咬合习惯，与日后的生活质量息息相关，因此必须严格把关模型与牙冠形状。以往，制作烤瓷牙是将患者原有牙磨小后，由患者咬合专业的模具制取全套的牙形。而3D打印则能通过扫描的方法有效获取牙床信息，速度很快，同时也降低了相当比重的成本。“血管支架也是这样，3D打印用作血管支架降低不少成本，像在医院里做一个血管支架需要数千甚至上万。用打印的方法就会比较便宜，一是解决了降解难的问题，同时解决效用成本。”

杨老师介绍道，3D打印也便利了医疗活动的前期准备环节，“打印出来的模型能让医生在手术之前更好的去做规划，这种扫描后的模型还原度非常高。

例如患者颅腔的手术，就要进行数字化的扫描，知道本身结构以后，就知道在哪里下刀，就能判断出受伤部位的状况。这种方式比CT图更清晰，而且患者能够参与其中，能够看明白，从一两张图中看到病灶其实很难，因为CT图是单色、平面的，不像这种立体的模型，能够从每一个细节反映出来。”

“医患纠纷很多时候是患者及其家属没办法，没有充分介入手术中来，不知道原先怎么去做的。如果有了这个3D打印的实物的话，他就知道病灶的大概情况，所以医生在给他解释的时候就会比较明白。”

唯有了解，才会关心；唯有关心，才会行动；唯有行动，生命才会有希望。多一分了解，才会多一分发展的把握。

在工业4.0以及智能战略的大背景下，3D打印没有局限在大众目力所及的层面，在工业制造上，它可是刷的一波好存在感。“很多企业做产品，都需要来验证产品设计，我们用3D打印，拿着实物让专家来看，展示性就很强。”

“还有制造模具。大规模的工业生产需要模具，我们在金属打印的基础上，利用工业机器人的办法在模具上涂一层金属，可以大幅度提升模具的寿命，一个模具可以从80万次，现在可以提升至200万次，效率大幅上升。这可以为企业提供很高的附加值。”

据了解，南师这座以杨老师牵头的三维打印实验室已经与长城、博世、法雷奥等世界知名公司强强联合，充分发挥产学研协调发展优势，提供优质3D打印后市场服务。

一砖一瓦琼楼起，一丝一毫玉宇新。

声名鹊起仍求索，精诚协力万众钦。

说了这么多，到底这个3D打印的工作原理是怎样的呢？杨老师给出了答案：

“一般来说像家用的3D打印机，普遍以塑料丝为原料，在计算机输入设计程序之后，打印机中的小喷头的高温融化作用下，将塑料丝凝结在底板上，每加工一层底板就会往下降，层级叠加，形成想要的形状。大型的打印机则会在材料种类上复杂一些，比如在实验室内部分打印机所采取的光敏树脂，它对紫外线非常敏感，遇到紫外线就会固化，影响打印效率。因此要控温控光。本质上都是计算机控模，运用粉末状金属、塑料等材料，通过逐层打印获得物体。”

值得一提的是，3D打印行业诞生时间晚，国人也多为近几年接触该行业。然而杨老师早在3D打印诞生伊始便进行研究。谈及这20余年的变迁，他也感慨道：“刚入行的时候，买日本的这种设备得400万，现在才几千块，做的还比以前好，现在材料价格也下降了，个体可以买得起。所要的颜色也可以由厂家定做，非常方便。”

3D打印机民用化业已成为时代发展潮流，需求所带来的市场势必需要专业技术人才进行研究。而这正是我国现在所欠缺的，杨老师也不忘新技术的教育普及，他提到“我们固然需要借鉴技术。但也要找到突破口，自主创新，所以要从从小学开发教材，比如科普读物，进行对老师的科普培训，中学是把课外的时间活动与科研结合起来，比如说无人机，机器人。把相关课程与3D打印结合起来，锻炼他的动手能力，进而加强大学的品牌建设，我们已经与出版社合作出了八本这方面的教材。这在全国也是首屈一指的。在我自己的博雅课上也在积极培养学生们的创新意识与设计观念，以动手设计打印、科技论文、PPT的形式培养他们的实践精神。”

谈及自己对3D打印的前景，杨老师显得信心满满：将来可以通过手持终端，也就是手机进行快速扫描，当我们的手持终端具备的一定的处理能力的时候，通过APP，得到模型，扫描直接上传到3D打印云平台，直接下单生产。通过手机操控打印机，由专人派单发货。高级层面达到批量化生产，基于“工业4.0”上的机器人，组成生产线，组成无人化产房。从订单的零部件加工，到物流运输，整个的程序都是无人化。”

最后，当被问及用一句话介绍3D打印时，杨老师回答的很有诗意：3D打印，给想象插上一个现实的翅膀。我们有理由相信，在以杨老师为代表的科技先行者的带领之下，3D打印会取得属于中国的飞跃。

文案：李天宇

摄影：金晶

编辑：贺宇航

审核：姜云

责编：陈权