3D打印技術(shù)在我國殯葬行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展研究

鄭翔宇

摘? 要：3D打印技術(shù)推動了生產(chǎn)方式的變革，采用樹脂逐層堆積固化的制造工藝，具有成型速度快、數(shù)字化、智能化程度高和形態(tài)相似等特點。因此，3D打印在殯葬行業(yè)受到關(guān)注和重視，3D打印技術(shù)在我國殯葬行業(yè)的研究具有深遠(yuǎn)的意義和廣闊的應(yīng)用前景，是適應(yīng)社會發(fā)展的需要，既有必要性又有緊迫性。首先，結(jié)合3D打印在我國不同地區(qū)的應(yīng)用和存在的問題深入綜述和討論，總結(jié)近年來3D打印在殯葬行業(yè)的應(yīng)用和研究進展;其次，分析3D打印具有的優(yōu)勢和存在的問題;最后，結(jié)合當(dāng)前殯葬服務(wù)行業(yè)的實際需求和發(fā)展趨勢，提出3D打印在我國殯葬行業(yè)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：3D打印;殯葬行業(yè);打印材料

中圖分類號：TP391.73? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0164-03

Abstract： 3D printing technology promotes the change of production mode， which adopts the method of resin stacking and curing layer by layer， which has the characteristics of fast forming speed， digitalization， high degree of intelligence and similar shape. Therefore， 3D printing has attracted attention and attention in the funeral industry. The research of 3D printing technology in China's funeral industry has far-reaching significance and broad application prospects. It is necessary and urgent to meet the needs of social development. First of all， combined with the application and existing problems of 3D printing in different regions of our country， the application and research progress of 3D printing in the funeral industry in recent years are summarized; secondly， the advantages and existing problems of 3D printing are analyzed; finally， combined with the actual demand and development trend of the current funeral service industry， the development prospect of 3D printing in China's funeral industry is put forward.

Keywords： 3D printing; funeral industry; printing materials

3D打印技術(shù)自20世紀(jì)80年代開始逐步發(fā)展，其是增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing），也被稱為快速成型（Rapid prototyping）、分層制造（Layered Manufacturing）等，基于三維CAD模型的數(shù)據(jù)，一種自下而上材料累加的制造工藝，涉及CAD建模、激光、測量、接口軟件、材料、數(shù)控、精密機械等學(xué)科的集成。通過逐層打印的方式來構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體。3D打印應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了科學(xué)研究、工業(yè)制造、國際空間、設(shè)計模型、航天科技、生物醫(yī)療、食品產(chǎn)業(yè)、建筑工業(yè)、汽車制造業(yè)等。

1 3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)修復(fù)塑形技術(shù)比較

傳統(tǒng)的修復(fù)依賴于個人的職業(yè)技能，塑形質(zhì)量和修復(fù)效果受照片、技術(shù)水平、經(jīng)驗影響，耗時較長，工作效率不高?？茖W(xué)技術(shù)成為助推殯葬行業(yè)科技發(fā)展的新動力?；诮＼浖腿S掃描儀克服了工作人員耗費精力建模。由科研機構(gòu)和3D打印公司提供專業(yè)技術(shù)支持，可獲取準(zhǔn)確識別面部數(shù)據(jù)，減少能耗需求，縮短耗時，更衛(wèi)生環(huán)保。3D打印不斷提升殯儀服務(wù)水平。然而3D打印與殯葬行業(yè)結(jié)合的創(chuàng)新研究，對操作人員提出更高的要求，同時對建模軟件，三維打印庫，打印材料及打印機性能等提出了更多的挑戰(zhàn)。

2 3D打印在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

1988年，3D打印機技術(shù)是熔融沉積建模，一種塑料擠出的特殊應(yīng)用，由S.Scott Crump的Stratasys公司商業(yè)化銷售其第一臺三維打印機。1995年，弗朗和費爾研究所發(fā)展了選擇性激光熔煉工藝。2003年以來，3D打印機的銷售逐漸擴大。3D打印機噴頭溫度范圍可分為高溫、低溫及光固化。3D打印機主要分為桌面級和工業(yè)級，前者主要適合家庭，興趣愛好者使用，后者主要是售價更昂貴，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。國外3D打印技術(shù)處于快速發(fā)展的階段，研究不斷創(chuàng)新，主要集中在探索降低設(shè)備成本、3D打印材料、提高加工效率及應(yīng)用領(lǐng)域精細(xì)化。著名的3D打印公司有EOS、SLM solution、3D System、與Objet公司合并的Stratasys、Z-Corporation、Object Geometries等。3D打印在殯葬服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用，如美國一家殯儀公司向家屬提供個性化定制服務(wù)，3D打印定制骨灰盒。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國3D打印正在快速崛起，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)是國內(nèi)最早實施3D打印研發(fā)的單位，主要進行了熔融沉積成型（FDM）、立體光固化成型（SLA）、選 擇 性 激 光 燒 結(jié)（SLS）和分層實體制造（LOM）等技術(shù)的研究。2016年首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開發(fā)出了一款超級快速的連續(xù)打印的數(shù)字投影（DLP）3D打印機。該3D打印機的速度達(dá)到了創(chuàng)記錄的600mm/s，在短短6分鐘內(nèi)可從樹脂槽中“拉”出一個高度為60mm的三維物體，而同樣物體采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝（SLA）來打印則需要約10個小時。

2.2.1 北京3D打印單位

該單位是北京首家開展3D打印修復(fù)技術(shù)的殯葬單位。根據(jù)照片由3D打印工作室人員使用面部建模軟件處理，生成STL.格式文件，加入打印材料光敏樹脂，如聚乳酸逐層堆積，由噴頭逐層噴射打印材料，打印出還原度較高的面部模型。

2.2.2 上海3D打印單位

該單位3D打印已成功打印了面部、手、足等器官，并實際應(yīng)用在修復(fù)塑形工作中。3D打印具有數(shù)字化、智能化、自動化程度高等特點，3D打印與傳統(tǒng)遺體修復(fù)技術(shù)相結(jié)合。良好的修復(fù)效果具有重要的社會效應(yīng)，由快速成形打印推出而發(fā)生嶄新的技術(shù)突破。

2.2.3 山東3D打印單位

該單位開展了3D打印并實現(xiàn)面部、手、足等器官打印，使用建模軟件，實現(xiàn)20h打印復(fù)原遺體面部。打印材料聚乳酸具有硬塑感，面部模型不適合直接使用，通過后處理粗糙表面，并化妝調(diào)色使其接近膚色。

2.2.4 江蘇3D打印單位

該單位較早開展了實際運用并實現(xiàn)面部、手、足等器官3D打印，取代了人工修復(fù)塑形，該技術(shù)得到當(dāng)?shù)孛癖姷慕邮芎秃迷u，3D打印越來越受到社會的認(rèn)可。

綜上所述，我國殯葬領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用了3D打印，體現(xiàn)了現(xiàn)代殯葬在科技道路上的長足發(fā)展。目前，使用的3D打印機品牌以聯(lián)想、raise、極光爾沃、弘瑞、天威等為主。北京、上海、山東、江蘇均對3D打印技術(shù)開展了實踐操作并完成修復(fù)服務(wù)。聚乳酸、硅膠、尼龍等樹脂由于硬脆質(zhì)感，無法直接使用，因此根據(jù)骨骼做出硅膠皮膚，可真實高度還原容貌，修復(fù)塑形涉及到該技術(shù)。

通過調(diào)查了解，對于影響3D打印技術(shù)推廣的主要因素包括：（1）直觀用具：殯儀服務(wù)人員與客戶溝通交流的打印機、掃描儀;（2）家屬接受程度;（3）模型后處理;如硅膠模具、雕刻化妝;（4）質(zhì)量精細(xì)度;（5）價格;（6）操作人員;（7）建模數(shù)據(jù)庫：如人像，物體信息系統(tǒng);（8）軟件設(shè)計開發(fā);（9）打印材料等。目前，工作人員和客戶對3D打印認(rèn)識程度不相同，將近半數(shù)的受訪對象對其認(rèn)識較模糊，真正掌握相關(guān)技術(shù)的人才較少，需要經(jīng)過專業(yè)知識和技能培訓(xùn)。這與我國3D打印技術(shù)起步發(fā)展較晚，應(yīng)用領(lǐng)域較受限制，面臨專業(yè)人才稀缺等特點基本相符。

綜上所述，我國生命文化職業(yè)教育人才培養(yǎng)的導(dǎo)向是社會和市場需求，3D專業(yè)性強，設(shè)備價值高，專業(yè)人才稀缺，缺乏教育與培訓(xùn)，打印產(chǎn)品價格，社會對科學(xué)技術(shù)的接受程度等因素，限制了3D打印在殯葬領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。殯葬領(lǐng)域缺乏專門研究3D打印，開設(shè)殯葬專業(yè)的中高職院校師生對其感到陌生，仍處于教學(xué)科研的空白處，掌握3D打印人才處于稀缺狀態(tài)。

3 3D打印在殯葬領(lǐng)域的機遇和應(yīng)用前景

3.1 全國應(yīng)用發(fā)展不均衡

殯葬行業(yè)日益呈現(xiàn)和科技新技術(shù)相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域共同發(fā)展，目前北京開始探索3D打印在殯葬領(lǐng)域的應(yīng)用，而其他北方大部分地區(qū)沒有開展3D打印應(yīng)用或處于籌備階段，該技術(shù)需要社會給予其認(rèn)可和接受認(rèn)可程度。3D打印結(jié)合計算機、醫(yī)學(xué)、消毒學(xué)、機械學(xué)、美容、材料學(xué)及新設(shè)備等多領(lǐng)域交叉融合發(fā)展的趨勢。南方對科技?xì)浽岬奶剿骱蛯嵤┹^為先進，上海、江蘇等地已將3D打印應(yīng)用到實際。綜上，3D打印應(yīng)用和發(fā)展受自然因素如地域、氣候及社會因素如經(jīng)濟、文化、歷史等因素的影響。

3.2 缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

目前全國缺乏對3D打印管理服務(wù)評價標(biāo)準(zhǔn)，尚未形成統(tǒng)一的3D打印行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，政策、制度、組織及管理，建立科學(xué)的殯葬科技管理體系是殯葬管理和服務(wù)現(xiàn)代化的必然要求。健全殯葬行業(yè)的3D打印標(biāo)準(zhǔn)，建立3D打印服務(wù)規(guī)范和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)是勢在必行的。開展3D打印標(biāo)準(zhǔn)化工作可以進一步規(guī)范殯葬服務(wù)行業(yè)的市場秩序，提高殯儀服務(wù)質(zhì)量。提供滿足客戶需求的有序服務(wù)步驟，建立標(biāo)準(zhǔn)的打印工作流程。一方面，如打印頭面部，工作流程是實現(xiàn)建模-數(shù)據(jù)生成-打印輸出-塑形后處理-化妝粘合等一個工作流程。另一方面，3D打印拓展到其他殯儀服務(wù)領(lǐng)域，工作流程是預(yù)熱3D打印機-使用掃描儀-獲取建模數(shù)據(jù)-連接建模軟件-生成STL.格式文件-置入打印材料-預(yù)熱打印機-打印產(chǎn)品-后處理等。

3.3 發(fā)展3D打印材料

3D打印技術(shù)受打印材料的制約而阻礙了發(fā)展。未來朝著綠色環(huán)保、多元化發(fā)展。熱塑性高分子、橡膠、PLA、ABS、聚碳酸酯、尼龍、石蠟、全彩復(fù)合石膏、低熔點金屬、陶瓷等低熔點材料及復(fù)合材料均是3D打印材料的研究趨勢。目前，3D打印技術(shù)受限于材料，在殯葬行業(yè)打印材料主要包括聚乳酸、POLYWOOL、石膏、硅膠等。如聚乳酸（PLA）是可降解材料，具有熱塑性、較好的生物相容性、物理加工性和吸收性。與傳統(tǒng)塑料相比，對人體無毒、無害，能夠通過微生物、光等降解為二氧化碳和水。綜上，在殯葬服務(wù)行業(yè)使用綠色化學(xué)材料，既可減少或替代了那些對人類健康和生態(tài)環(huán)境有害原料的使用，又緩解了全球環(huán)境和能源問題。

3.4 注重科技引領(lǐng)工藝

殯葬業(yè)已逐步向綠色智能型、生態(tài)文明型的發(fā)展轉(zhuǎn)變。3D打印是殯葬行業(yè)向科技領(lǐng)域發(fā)展的標(biāo)志，優(yōu)勢和核心是打印復(fù)雜幾何、批量個性化定制及一體成型等，如運用3D生物3D打印心臟“零件”和重建缺損顱眶骨，打印脊椎、手掌、打印制藥、胸腔、人造皮膚及臟器，目前3D打印在其他領(lǐng)域的研究可在殯葬行業(yè)的器官修復(fù)、個性定制、教育培訓(xùn)等進行應(yīng)用。使用掃描儀可捕捉的表面反照率，從細(xì)節(jié)捕捉人物的幾何數(shù)據(jù)，快速獲取頭部和面部外觀數(shù)據(jù)存檔，如手持紅外光儀器掃描頭面部，同時數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X桌面。

3.5 建模三維打印庫

核心技術(shù)一是模型編輯，將提高打印效率。目前常用的三維建模軟件有Solidworks，UG，Pro/E等，未來建立我國人臉型和器官數(shù)據(jù)，發(fā)展3D打印模型庫勢在必行。輸入人體平面照片，計算機調(diào)取模型，操作程序使用面部數(shù)字建模系統(tǒng)，采用一鍵式遺體面部數(shù)字建模軟件，將一張面部平面照片錄入電腦系統(tǒng)，點擊鼠標(biāo)可全自動生成打印模型。三維模型轉(zhuǎn)換為打印機支持的格式SLT，UP3和UPP等。3D打印依靠數(shù)字建模，使用計算機輔助設(shè)計工具（CAD）對操作者提出繼續(xù)學(xué)習(xí)和技術(shù)培訓(xùn)。

3.6 基于熔融堆積成形（FDM）

3D打印在我國殯葬行業(yè)使用的是FDM型桌面級打印機，通過逐層堆積面部輪廓，優(yōu)勢主要有操作環(huán)境干凈、安全，可以在辦公室環(huán)境操作。我國3D打印技術(shù)正處于快速成長期，應(yīng)用范圍不斷擴大。目前打印機的打印速度影響產(chǎn)品的精細(xì)度，易導(dǎo)致表面粗糙，粘滯力大，影響對每層的粘合效果。因此，基于FDM型打印機未來發(fā)展機遇，一是亟需提高打印質(zhì)量，提升物體表面的精細(xì)度。二是3D打印原材料的成本和顏色仍是考慮因素。未來3D打印應(yīng)加大對綠色環(huán)保，收縮率小的打印材料的研究力度，以此來實現(xiàn)綠色殯葬，降低打印成本。如聚乳酸絲材，無毒無刺激性，作為植入人體的生物材料，可應(yīng)用于殯葬行業(yè)的諸多分支領(lǐng)域。三是提高打印速度，傳統(tǒng)3D打印由于耗時長，效率低，而面臨與傳統(tǒng)制造并存的局面。

3.7 拓展應(yīng)用領(lǐng)域

增材制造作為一種新的探索方式，在科技興國的新時代，應(yīng)該繼續(xù)堅持科技服務(wù)于居民生活。3D打印面向殯葬行業(yè)生產(chǎn)項目分別是殯儀服務(wù)、遺體處理、墓地服務(wù)、其他產(chǎn)品銷售及服務(wù)四大部分。小批量、定制化的，對今后開發(fā)個性化定制的殮殯葬用品有一定的意義，如智能快捷。科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，對傳統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)線、工廠模式、產(chǎn)業(yè)鏈組合產(chǎn)生深刻影響。由設(shè)計師收集大數(shù)據(jù)，分析具體的場景和功能需求，思考得出合理的打印解決方案，通過設(shè)計，創(chuàng)新和設(shè)計來提供打印服務(wù)，減少廢棄的副產(chǎn)品。熱塑性材料具有很好的延展性，較高的熔點和結(jié)晶度，將來可為批量生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

3.8 給職業(yè)院校啟示

目前，我國開設(shè)殯葬專業(yè)的中高職院校沒有開設(shè)或在實際教學(xué)內(nèi)容中涉及較少，因此面臨的用人單位亟需專業(yè)人才，出現(xiàn)用人需求與人才培養(yǎng)不匹配的職業(yè)教育困局。一是3D打印較強的專業(yè)性，促使了院校加強師資隊伍建設(shè)，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)一專多能的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。二是完善學(xué)歷教育與培訓(xùn)并重的現(xiàn)代職業(yè)教育體系，打造3D打印培訓(xùn)品牌和提升社會培訓(xùn)的行業(yè)影響力。三是促使高職殯葬教育提升服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展能力，在課程體系中增設(shè)3D打印，硅膠制作等課程內(nèi)容，根據(jù)社會和市場需求進行人才培養(yǎng)，深化教學(xué)改革。

3.9 缺乏復(fù)合型人才

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，對運用科技手段提升服務(wù)，這就對從業(yè)人員具備生命文化理念、高職院校、人才培養(yǎng)質(zhì)量、課程設(shè)置、教學(xué)改革、師資隊伍建設(shè)等提出更多的要求，3D打印與殯葬行業(yè)發(fā)展，對高職院校人才培養(yǎng)也是一個挑戰(zhàn)。殯葬服務(wù)行業(yè)的發(fā)展需要科技的助力和人才的支持，更需要專業(yè)人才作為儲備力量。3D打印技術(shù)具有較強的專業(yè)性，針對社會和市場需求，形成更加有效的教學(xué)改革和提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。這促使高職殯葬教育在課程體系中增設(shè)3D打印，建模軟件應(yīng)用等課程，緊密結(jié)合人才培養(yǎng)需求，培養(yǎng)設(shè)計和創(chuàng)新能力，崗位核心能力。讓現(xiàn)代科技、自動化、智能化與殯葬行業(yè)交叉融合，讓學(xué)生體驗3D打印與自動化消毒，完善3D打印知識模塊和提升職業(yè)技能。

4 3D打印在我國殯葬服務(wù)行業(yè)的發(fā)展

3D打印在我國殯葬服務(wù)行業(yè)的發(fā)展前景廣闊。3D打印與多種殯葬業(yè)務(wù)場景的深度結(jié)合，為殯葬行業(yè)領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù)。但它卻不可能完全取代傳統(tǒng)制造技術(shù)，兩者之間是一種相互支持與補充，共同完善與發(fā)展提升。3D打印正在從導(dǎo)入期進入成長期，向科技、綠色、環(huán)保發(fā)展是必然趨勢。未來我國發(fā)展多材料的增材制造，研究成果將付諸應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化推廣，實現(xiàn)智能化、數(shù)字化打印，極大提高效率，縮短工作時間，消除傳染途徑。未來3D打印速度更快、水平更高、功耗更低。

5 結(jié)束語

從國內(nèi)外3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用情況看，首先打印產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量穩(wěn)定性較差，產(chǎn)品難修改，后處理比較繁瑣，強度和機械性能達(dá)不到許多要求;其次，打印速度和個性化生產(chǎn)面臨提高打印效率的挑戰(zhàn)，不能完全滿足殯葬行業(yè)大批量生產(chǎn)的需求;最后，打印設(shè)備和耗材成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造的成本。

未來我國殯葬行業(yè)3D打印將增強實力，面向綠色環(huán)保，智能化，個性化定制的領(lǐng)域發(fā)展。3D打印在殯葬行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展將引入上下游資源，實現(xiàn)以滿足客戶需求為中心，進一步加強研發(fā)投入、產(chǎn)品設(shè)計和技術(shù)開發(fā)，讓科技服務(wù)于公眾認(rèn)知，生命教育，行業(yè)需求，如提供專業(yè)技術(shù)服務(wù)，推廣，信息交流，培訓(xùn)咨詢，孵化及知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)等。我國殯葬行業(yè)在科技道路上會走的很遠(yuǎn)。

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