3D打印技术:科技创新与艺术的融合
【摘 要】3D打印技术近段时间受到了非常高的关注，但人们通常只关注3D打印的科技，却忽略了其蕴涵的艺术美。真的科学往往是科技创新与艺术的交汇融合；3D打印不仅是科技创新与艺术的融合，还蕴涵着丰富的科学美。
中国论文
【关键词】3D打印；艺术性；科学美
美国科学院钱德勒院士有句名言：有两类真理，照亮道路的真理和温暖人心的真理。科学与艺术相结合所得到的真理总能达到这样的效果，它不仅能够指明人类科技创新的新道路，还能震撼人心，使创造者的灵感源源不断。真正美的创造必定是科学与艺术的相互交融，两者彼此相依。
人类的发现、创造、进步中蕴涵着诸多科学与艺术的美妙融合。1953年，生物学家沃森和克里克创建DNA双螺旋结构理论，双螺旋模型就像一串优美的音符，它对称、互补，如此和谐，如此美丽，宛如跳动的精灵，这一理论成果很快就被其他科学家所理解和接受。当下的苹果品牌产品也充分显示出了科学与艺术的相容之美：科技高却不复杂，简约又时尚。
随着历史的推进，制造业发生了巨大的变化。如今，制造技术大致可分为三类：等材制造、减材制造、增材制造。[1]其中，增材制造是利用材料累加原理的一种新型技术。
1 3D打印技术的创新
3D打印（Three Dimensions Printing）技术是一种增材制造技术，美国材料与实验协会F42国际委员会将其定义为：一种采用喷嘴、打印头或其他打印技术，通过沉积材料来制造物体的技术。[2]
3D打印技术在艺术设计、医疗、建筑、航天等诸多领域已得到广泛应用。目前，拥有3D打印机设备最多的国家是美国，约占全球总数的41.06%；其次是日本约10.19%，德国约9.19%；而中国约占6.49%，排在第四位，与美国相比差距悬殊，发展空间巨大。[3]
三维打印技术与二维打印技术的主要区别在于：二维打印是基于计算机文件为x、y轴设计的图形，打印出来的是二维图案，如照片和文稿；三维打印是基于计算机的设计文件用x、y和z坐标捕捉物理对象的形状，3D打印机沿z轴方向在xy平面上沉积材料，通过层层累积，多次印刷，最终形成三维模型。
2 3D打印技术的优势
3D打印技术具有很多优势：
（1）制作周期短，使产品的开发速度大大加快。3D打印技术除去了模具制作的过程，可以迅速完成模型的打印。
（2）制作复杂、多样化的产品而不增加成本，减少废弃材料。目前的3D打印机可以制作多样化、难度高的模型，形状基本不受限制，其成本也不会随其复杂度而上升，且减少设备数量和机床生产，有利于降低能源和材料的消耗。
（3）零技能制造，能更精确地复制实体。传统的制造需要掌握熟练的技能，而3D打印机只需要从设计文件里获得指示便可以进行打印。现存物品可以通过CT扫描后被3D打印机精确地打印出来，这不仅开辟了新的商业模式，还能在远程环境或者极端情况下为人们提供新的生产方式，例如CT扫描和3D打印古楔形文字方块副本后，复制品可以敲碎来研究，而不必担心古文物遭到破坏。[5]
（4）满足个性化定制。3D打印机可以根据客户的实际需要制作个性化的产品，如特制跑鞋、服饰，与病人健康肢体大小、比例一样的假肢，独特形状和口味的巧克力。
3D打印技术之所以深受关注，除了上述优势之外，利普森[6]教授提出以下两个基本因素：一方面，因为3D打印可使用工程原料，使制造出来的产品不仅仅是原型，还可成为最终用途的产品；另一方面，3D打印技术实现了将只在工厂车间内部才有的打印技术转移到桌面，可打印出满足更多消费者需求的物品。
3 3D打印-科技与艺术的融合
李*道院士认为科学与艺术都依赖于人类社会实践，人类创造力火花的闪现是科学与艺术结合的结果，科学与艺术的共同灵*是创新，把科学与艺术相融合体现了人类主体追求真、善、美的真谛。[7]
3D打印品富有科学美，可以说3D打印出来的精美作品都是科技与艺术的结合。北京工业设计促进中心利用三维扫描和3D打印技术制作出了富有艺术性的兽首灯，灯里面藏有漏沙设计，兽首头像里的光芒随漏沙下流慢慢展露出来，这样构思精巧、质量上乘的作品深受人们的喜爱。陶瓷是中华文化艺术与工艺相结合的产物，现在通过3D打印技术也可以制作出各种各样造型独特、纹理丰富、色彩准确的精美陶瓷艺术品。在法国巴黎举办的一场别开生面的3D打印时装秀上，模特身上穿戴着各种时尚、别致、新颖的3D打印产品，可谓时尚与科技的精彩碰撞。[8]3D打印技术的创作者不一定要在工厂进行设计与制造，有了合适的数字模型文件，随时随地可以方便地制作各种物品，甚至做出连自然界都难以看到的形状，而传统工艺很难做到这一点。这种技术与艺术的结合使得生活更丰富多彩，并促使我们发挥想象力不断创新，制作更多物品来满足多样化的需求。
鲍健强教授在其《科学思维与科学方法》一书中提及关于科学美学的四点基本特征[9]，笔者认为其中的三点可以很好地概括3D打印技术的科学美学：
（1）科学美学的表现形式是秩序与和谐：秩序揭示事物的内在规律，科学美的表现方式是和谐。3D打印产品遵循着事物各自的规律与和谐统一。例如用3D打印制作房屋的模型，需充分考虑房屋的整体结构和内部布局，不仅要遵循建筑构造的规律，还要考虑到色彩、形状的搭配以达到和谐美。
（2）科学美学是逻辑理性与美感直觉的统一。3D打印的设计需要逻辑，运用设计软件可以将我们纷繁复杂的物质世界整理为精确、清晰的“语言”。而人们在设计物品的时候，美感直觉的发挥会使设计更富有创造力和想象力。例如设计戒指，逻辑、直觉、审美与科技的协同运用会创作出一枚独一无二的戒指。
（3）真善美是科学美学的最高境界。3D打印能帮助人们对生物的器官、肢体、血管等有更深入的了解，把握其中的规律、构造和功能，并使病人得到更好的救治。3D打印的牙齿已广泛应用于牙科治疗，3D打印的下颌骨可以帮助治疗先天性下颌骨萎缩，3D打印的假肢更真实、美观、舒适。 萨顿曾经提出过一个生动的比喻，他用金字塔的三个面分别形象地对应为“真”、“善”、“美”的科学、宗教与艺术，认为当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。[10]根据这个比喻，不难推想出随着人类思想高度不断上升，真、善、美也会越来越接近，并且在最高点达到统一。
4 结语
3D打印的发展热潮也吸引了一大批热爱创作的创客。创客们热衷于使用3D打印机制作设计出来的任何东西，使他们头脑中的形象变成现实。3D打印技术是科技与艺术的融合，它的发展能够激发人们新一轮的创作热潮，提高设计者的创新能力。关注3D打印，学习这种新兴工具和技能，进而制作出更多美的作品，为创作不断注入新鲜血液，在这个日新月异的信息时代，不断促进科学创新与艺术的结合。
【参考文献】
[1]马珉，王玲.3D打印能否改变制造业――访中国工程院院士卢秉恒[J].高技术与产业化，2013（4）：38-43.
[2]卢秉恒，李涤尘.增材制造（3D）打印技术发展[J].机械制造与自动化，2013（4）：1-4.
[3]Wohlers T T. Wohlers Report 2013： Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry： Annual Worldwide Progress Report[M].2013.
[4]李青，王青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志，2013，4：29-35.
[5]Hod Lipson ，Melba Kurman.赛迪研究院专家组译.3D打印从想象到现实[M].北京：中信出版社，2013：22-27.
[6]Mertz L. New world of 3-D Printing Offers “Completely New Ways of Thinking”： Q&A with Author， engineer， and 3-D Printing Expert Hod Lipson [J].Pulse， IEEE， 2013，4（6）：12-14.
[7]方正怡，方鸿辉.科学与艺术的会合――李*道的艺术情[J].自然杂志，2006，28（6）：366-369.
[8]李美多.巴黎3D打印时装秀 时尚与科技碰撞[OL].http：//，2013-11-16.
[9]鲍健强.科学思维与科学方法[M].贵州：贵州科技出版社，2002：165.
[10][美]George Sarton.科学的历史研究[M].刘兵，陈恒六，仲维光，译.北京：科学出版社，1990：3.
[责任编辑：汤静]