美國高校圖書館的3D技術服務經驗與分析

宋娟

（中國計量學院圖書館 浙江 杭州 310018）

美國高校圖書館的3D技術服務經驗與分析

宋娟

（中國計量學院圖書館 浙江 杭州 310018）

3D打印技術將在4～5年內在全球高等教育機構應用，將3D打印服務引入大學圖書館是一種有益的嘗試。文章對美國5所高校圖書館的3D技術服務逐個進行分析，總結出美國5所高校圖書館在3D打印設備采選、打印服務管理、服務推廣三大方面的經驗。提出我國高校圖書館引入3D技術服務時，要借鑒國外高校經驗，更應該結合實際情況合理配置設備、制定管理規定和設計推廣活動。

美國；高校圖書館；3D技術服務

1 引言

3D打印是一種累積制造技術，通過三維數字模型來制造三維物品。2010年一位名叫恩里科·迪尼（Enrico Dini）的意大利發明家設計制作了3D打印機，功能上與激光成型技術一樣，采用分層加工、疊加成形，即通過逐層增加材料來生成3D實體。稱之為“打印機”，是參照了其技術原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。3D打印被用于工業已經有幾十年。許多廠商運用“快速原型制作機”來制作模型和模具，這其實就是大型和快速的3D打印機。當時設備昂貴，所以僅限于大公司使用。近幾年3D打印成本降低，使得圖書館引入該技術成為可能。

美國新媒體聯盟2013年度《地平線報告》（高教版）揭示3D打印技術與慕課（MOOC）、平板電腦、游戲化學習、學習分析和可穿戴技術被列為未來采納的主流新興技術。其中，3D打印技術將在4～5年內在全球高等教育機構應用。利用3D打印服務，可將想法和創意變成實體物品，以往只能停留在電腦桌面上的三維立體模型可以真正的實物呈現在眼前，學生的學習興趣和創新思維能力被大大地激發。大學圖書館的第一使命就是支持教育，隨著教育范式從課堂教學到混合式教學的變遷，現代非正式學習、個性化學習、協作式學習許多環節都期望圖書館在空間、資源、技術和服務等方面予以全面的支持。將3D打印服務引入大學圖書館無疑是一種有益的嘗試。

我國高校圖書館中，上海交通大學圖書館、復旦大學圖書館、武漢大學圖書館均于2013年引入了3D打印設備。圖書館業界也對這一新技術在圖書館的應用較為關注。中國科學院國家科學圖書館成都分館的杜瑾、楊志萍在《國外圖書館IC空間建設研究新進展》一文中提到國外圖書館IC空間引入3D打印設備這一現象。長春圖書館的楊道偉在《美國圖書館服務追蹤與剖析》一文中提及美國49所圖書館提供3D打印服務?？N云縣圖書館辛福民在《美國圖書館3D打印使用研究》一文中對3D打印技術、使用范圍、美國圖書館使用3D打印的情況進行了分析，并提出了自己的思考。武漢科技大學圖書館劉奇扉在《探析國外圖書館3D打印服務》一文中介紹了3D打印在國外圖書館的興起過程，分析國外圖書館3D打印服務的基本情況，探析國外圖書館業界對開展3D打印服務前景的態度。大連圖書館梁琦重點對圖書館應用3D打印機進行服務的現狀、特點與障礙進行了分析。本文在對3D打印技術和高校圖書館引入3D打印服務的意義進行闡述的基礎上，選取了5所具有代表性的美國高校圖書館的3D技術服務進行分析，總結他們在設備采選、服務管理和服務推廣方面的經驗，以期為我國高校圖書館相關工作提供借鑒。

2 美國高校圖書館3D技術服務舉例

高校圖書館因為專業和人才方面的優勢較早引入3D技術服務，因而也積累了較多的經驗。其中，尤以美國高校圖書館引領著圖書館界3D打印服務的潮流，本文選取的密歇根大學圖書館開展此項服務已經有十多年的歷史，瓦爾多斯塔州立大學圖書館、南伊利諾伊大學圖書館、阿拉巴馬大學圖書館、佛羅里達大學圖書館雖然都在2012年以后開展3D技術服務，也已經建立較為完善的管理制度、進行了有效的服務推廣并取得了一定的成效。

2.1 密歇根大學（University of Michigan）圖書館

密歇根大學圖書館在其數字媒體空間（Digital Media Commons）設有3D實驗室，早在2002年就已經開始提供3D打印和掃描服務。實驗室擁有的設備齊全，3D打印機的類型多樣，包括Cube第一代和第二代、3D Touch、Cubex、BFB-3000等。

圖書館根據學校課程設置和師生的實際需求開設3D技術課程和講座。圖書館網站提供隨時可供學習的教程、申請3D服務的5個步驟說明、服務預約表格及3D技術相關軟件和資料推介。要獲得3D打印服務，學生必須先自學網上課程并通過測試，然后在網上預約打印材料、打印時間。實驗室有專人負責提供咨詢服務。

經過多年的積累，3D技術服務的成果顯著。學校藝術專業的學生已經使用3D技術創作畢業作品；工程專業學生在實驗室設有專門作品展示空間；醫學院的學生在圖書館專門技術人員的指導下析取兒童鼻腔磁共振成像的數據制作3D模型供醫生進行兒童鼻腔異物排除手術的演練。

2.2 瓦爾多斯塔州立大學（Valdosta State University）圖書館

瓦爾多斯塔州立大學從2013年1月開始籌備開展3D技術服務，經過1年時間的籌備，于2014年1月在該校Odum圖書館開始提供3D技術服務。學校購置了3臺Makerbot Replicator 3D打印機，2臺設置在圖書館，一臺放置在創客空間（maker space）。

3D打印的相關培訓由學校創客空間的負責人根據學校相關課程開設專門課程和講座來完成，圖書館網站有在線學習課程。申請該項服務的學生必須在網上注冊學習，學習3D技術、版權和法律知識、學校的相關規定，完成學習后，通過在線測試和預約取得服務。圖書館也有專門人員提供咨詢。3D打印費用按照每小時2美元外加每克材料0.1美元收取。

雖然開展的時間不長，但3D技術在學校的普及率卻很不錯。學校理工科的學生全部參加3D模型設計和打印的學習。化學專業的學生使用3D技術自行打印實驗室工具。技術人員和學生團體密切合作，開展了一些生動的3D技術相關的學科競賽活動和游戲。

2.3 南伊利諾伊大學（Southern Illinois University）愛德華茲維爾的洛夫喬伊圖書館（Edwardsville’s Lovejoy Library）

學校原有兩臺Stratasys uPrint 3D打印機，一臺設在工程實驗室，另一臺在the East St.Louis Charter High School的STEM Center。2012年學校為圖書館新添置兩臺Makerbot Replicators 3D打印機和一臺NextEngine 3D Scanner HD，以方便CAD專家缺乏學科的師生把物體掃描成數字化模型。2012年9月19日開始此項服務。圖書館精心制作了宣傳手冊，在圖書館網站公布3D技術服務指南和要求，并對相關書籍和學習資料做了推介。圖書館還專門開辦了現場解說會，向學生詳細地演示和解釋3D技術并深入到各個院系向教師推廣此項新技術和新服務。

圖書館通過郵件或聊天軟件接收3D模型，處理后告知用戶預估的打印時間和費用，傳輸文件到打印機。3D打印服務費用主要包括塑料原料費和機器維護費，如果作品第一次打印失敗需要加收重新打印費，這樣核算下來，基本是每小時1美元。而對3D掃描，圖書館不收取任何費用。

服務推出的第一年完成30個用戶117件打印申請。其中12人有重復的請求。許多專業直接受益于這項技術，包括藝術、工程和科學。學生在離校以后可以把這項技術應用于他們的職業領域。除了在生產和工程方面顯而易見的應用外，其他應用，譬如藥學方面人體假肢的打印、地理數據的可視化、歷史文物的復制也是非常真實的呈現出來。

2.4 阿拉巴馬大學（University of Alabama）羅杰斯圖書館（Rogers Library）

學校于2012年年底建立了一個由一臺3D雙頭打印機、15臺3D模型設計工作站和相關的附屬設備組成的開放3D打印工作室。經過后續建設，現配備有1臺BFB 3D Touch打印機、2臺3D Systemns CubePro Duos打印機、1臺Desktophe掃描儀和1臺Next Egine 3D掃描儀。

圖書館全年由專人向用戶提供專門化軟件、培訓和演示，圖書館網站公布操作程序和規范，并推介3D技術的設計軟件、書籍、學術論文。申請3D技術服務的師生必須先通過學習并提交“3D打印安全指南”文書，獲準加入“可授權3D打印的用戶名單”。獲得授權的人員可以獨立接觸和使用工作間。該項服務全免費。

阿拉巴馬大學圖書館憑借著3D打印工作室在服務理念、管理模式、項目評估、應用推廣等方面的創新，獲得了2013年斯坦福大學設立的全球性研究圖書館創新獎提名。

2.5 佛羅里達大學（University of Florida）馬斯頓科技圖書館（Marston Science Library）、健康科學中心圖書館（the Health Science Center Library）及教育圖書館（the Education Library）

學校每年都有可觀的資金投入學生技術和創新技術項目，特別是那些可以對學生產生影響力和惠及多學科的項目。該校馬斯頓科技圖書館和健康科學中心圖書館提出購買3D打印機和掃描儀的建議。盡管學校的院系實驗室和另一個高級實驗室已經配置有3D打印機，但考慮到為圖書館購置3D打印機可以讓全校員工無障礙地體驗3D打印和掃描技術，有利于開展科研和學習。學校先后又購置了3臺MakerBot Replicator 2打印機和2臺NextEngine 3D掃描儀。

2014年4月，圖書館用戶開始使用3D打印服務。圖書館網站公開3D技術教程、3D服務細則和相關鏈接，同時開通3D打印專用郵件用于咨詢及交流。3D打印選用的材料是PLA（Polylactic Acid），一種能進行生物降解的環保材料。3D打印費用按照每克耗材0.06美元，每分鐘打印時間0.02美元收取。申請3D打印服務的師生必須簽訂協議，承諾遵守版權法、學校學生行為準則和學校計算機犯罪法案。

盡管還處于初期階段，3D技術服務還是在全校師生中間產生了重大的影響。3D打印和掃描服務的推出顯示圖書館在創新、新技術應用方面對師生科研和學習的幫助很大。

3 美國高校圖書館3D技術服務經驗分析

3.1 3D打印設備的采選

對于設備的采選，各個高校圖書館都很慎重，會對設備的價格、用戶對設備熟悉程度、設備操作的難易程度、設備維護費用的高低等因素做綜合考慮。

就美國高校圖書館目前的情況看，大多選購了價格較低、用戶熟悉度高、操作較簡單、設備維護費用較低的入門級設備（見表1）。密歇根大學圖書館和阿拉巴馬大學圖書館的BFB 3Dtouch打印機，瓦爾多斯塔州立大學圖書館、南伊利諾伊大學圖書館和佛羅里達大學圖書館的MakerBot Replicator打印機，南伊利諾伊大學圖書館、阿拉巴馬大學圖書館和佛羅里達大學圖書館配備的NextEngine 3D Scanner HD掃描儀等都屬于這類設備。

表1 5所高校圖書館設備配備情況

高校圖書館在采選3D打印、掃描設備的時候，也需要考慮其學校的具體情況。如果學校其他部門已經配備有較高端的設備，那么圖書館一般只需要配備入門級的設備即可，主要起到技術普及的作用。如果學校其他單位沒有配備這樣的設備而學校師生又有對高尖端3D打印的需求，則可以考慮采選少量高端的設備。譬如：阿拉巴馬大學圖書館配備高端的Systemns Duos打印機，可以滿足對精度和質量有高要求的工程用戶的需求；佛羅里達大學圖書館低端設備的配置建立在其實驗室已經配置有3D打印機的基礎之上。南伊利諾伊大學圖書館的選擇也是建立在學校其他實驗室原有兩臺Stratasys uPrint 3D打印機的基礎之上。

我國高校圖書館普遍存在經費緊張的問題。有條件的學?？梢苑e極地與設備廠商聯系，爭取與他們合作，免費取得設備的使用與試用。譬如我國華中理工大學，本身具有設備的開發能力，他們開發出世界上最大的3D打印機，可以打印出長寬1.2米之內的產品，售價幾十萬到幾百萬不等。這些單位如果能為本校圖書館提供免費設備，對學校圖書館、學校和開發單位自身都是十分有意義的。

3.2 3D服務的管理

（1）預約制度。由于3D打印耗時多，而且對設計模型有較高的要求，加之學生對設備的熟練程度不高，密歇根大學圖書館、瓦爾多斯塔州立大學圖書館、南伊利諾伊大學圖書館都通過預約制度來保障服務的順利開展。學生先通過圖書館網頁或指定郵箱提出申請，預約打印時間。南伊利諾伊大學圖書館還需要先通過郵箱提交模型設計文件，提交專門技術人員審核。

（2）費用。為了讓沒有3D技術經驗的用戶愿意來體驗，絕大多數圖書館只收取成本。幾乎所有大學圖書館3D掃描服務免費。瓦爾多斯塔州立大學圖書館3D打印費用按照每小時2美元外加每克材料0.1美元收取。南伊利諾伊大學圖書館3D打印收費每小時1美元。佛羅里達大學圖書館3D打印費用按照每克耗材0.06美元，每分鐘打印時間0.02美元收取。而阿拉巴馬大學圖書館此項服務全免費。

（3）打印材料。美國高校圖書館在打印材料上高度重視師生的健康和環保問題。ABS（acrylonitrile butadiene styrene）材料具有輕微的毒性，打印時會有煙霧和氣味，對眼睛和肺部有刺激，其產生的毒物需要500到1000年才能完全分解。許多學校都采用安全、能進行生物降解的PLA（polylactic acid）材料來替代。佛羅里達大學圖書館、密歇根大學圖書館、阿拉巴馬大學圖書館都采用或可選擇PLA作為打印材料。

（4）對知識產權和其他法律問題的約定。在對上述幾所高校圖書館3D技術服務調研時發現，幾乎所有圖書館均以各種形式與用戶約定，用戶在使用圖書館3D服務時不能侵犯知識產權，不能打印武器，同時不能違反學校的校規。

3.3 服務推廣活動

3D打印技術雖然早已存在，但對大多數師生來說，還是陌生的。為了在高校普及這一新技術，讓更多的師生了解它、熟悉它并在日常的學習、研究、教學中應用它，各校圖書館都進行了大力的宣傳推廣活動。

（1）圖書館網站宣傳。圖書館網站是一個方便、經濟的宣傳渠道，因此許多圖書館都在充分利用這個渠道，在網站上公布3D技術服務指南、3D技術教程、咨詢電話和郵件，并對3D技術相關書籍、軟件、學術論文等資料進行推介。密歇根大學圖書館在網上公布了申請3D技術服務的5個詳細步驟，學生必須先自學網上課程并通過測試取得資格，然后在網上預約打印材料、打印時間。瓦爾多斯塔州立大學圖書館規定申請該項服務的學生必須在網上注冊學習課程，學習3D技術、版權和法律知識、學校的相關規定，完成學習后通過在線測試并通過預約取得服務。阿拉巴馬大學圖書館規定申請3D技術服務的師生必須先通過在線學習并提交“3D打印安全指南”文書才能獲準加入“可授權3D打印的用戶名單”。南伊利諾伊大學圖書館和佛羅里達大學圖書館則開通專門的郵箱或通過聊天軟件接收3D模型并與申請者進行交流。

（2）現場演示和培訓。阿拉巴馬大學圖書館向用戶提供專門化軟件、培訓和演示，受到了師生的歡迎。南伊利諾伊大學圖書館為了3D技術服務的開啟作了大量的宣傳工作。圖書館精心制作了宣傳手冊，專門開辦現場解說會，向學生詳細地演示和解釋3D技術。成百上千的學生參觀了設備、提出了問題并分享了觀點。圖書館還深入到各個院系向教師推廣此項新技術和新服務。這種現場演示和培訓可以在校園里起到良好的宣傳效果?，F場的活動可以讓對3D技術陌生的師生親眼看到3D打印的神奇，破解了技術的神秘感，引起強烈的好奇心。對技術已經有所了解的師生，會開始為這一技術走入自己的身邊感到興奮，開始思考如何將它用于自己的學習、教學、研究之中，容易在愛好者中間產生交流，在周圍人群中推廣。

（3）圖書館3D技術服務人員直接與院系或學生團體合作。密歇根大學圖書館專業技術人員直接指導醫學院的學生析取兒童鼻腔磁共振成像的數據制作3D模型，醫生利用3D技術打印成功的模型進行兒童鼻腔異物排除手術的演練。瓦爾多斯塔大學圖書館技術人員指導化學專業的學生使用3D技術自行打印實驗室工具，還和學生團體密切合作，開展了一些生動的3D技術相關的學科競賽活動和游戲。這種技術人員和學生團體就某一項目或活動的具體合作，使師生可以經歷從模型的設計、打印成型到實際運用于學習、工作的整個過程，獲得切身的體會和鍛煉，對他們的學業和職業都將產生深遠的影響。這類合作與活動其實也是相當具有影響力的校園3D技術推廣活動。

4 結語

美國高校圖書館開展3D技術服務以來，已經收獲了許多令人欣喜的成果。密歇根大學藝術專業的學生已經使用3D技術創作畢業作品；工程專業學生在實驗室設有專門作品展示空間；醫學院的學生在圖書館專門技術人員的指導下析取兒童鼻腔磁共振成像的數據制作3D模型供醫生進行兒童鼻腔異物排除手術的演練。瓦爾多斯塔州立大學雖然開展的時間不長，3D技術在學校的普及率卻很不錯。學校理工科的學生全部參加3D模型設計和打印的學習。南伊利諾伊大學圖書館3D技術服務推出的第一年就完成了30個用戶117件打印申請，其中12人有重復的請求。許多專業直接受益于這項技術，包括藝術、工程和科學學科。學生在離校以后可以把這項技術應用于他們的職業領域。阿拉巴馬大學圖書館憑借著3D打印工作室在服務理念、管理模式、項目評估、應用推廣等方面的創新，獲得了2013年斯坦福大學設立的全球性研究圖書館創新獎提名。

專家預測3D技術在許多領域會越發顯示出其重要性。當這些技術在許多職業領域越來越顯示出其重要性的時候，圖書館的角色越來越需要技術化，需要擔負起教育的義務。美國高校圖書館的3D技術服務實踐取得的成績讓我們進一步堅定了3D技術服務可以提升圖書館服務層次的信念。圖書館，尤其是學術型圖書館推廣3D技術服務為3D技術服務于教學和研究開創了可能性，使學生在校園里就熟悉這一終將在各個領域廣泛使用的技術。高校圖書館為全校師生提供3D打印和掃描技術還可以促進不同院系間研究興趣的共享，增進聯系，促進合作。在引入3D技術服務時，我國各個高校圖書館要借鑒國外的經驗，更應該結合實際情況合理配置設備、制定管理規定和設計推廣活動。

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Analysis on the Experiences of 3D Technology Service of American University Libraries

According to NMC Horizon report，2013 Higher Education Edition，3D typing technology is listed as one of the emerging technologies which will be adopted by higher education institutions in five years.3D printing technology will be widely applied in the field of higher education.Supporting education is the first mission of university libraries.Introducing 3D technology into the university campus is a beneficial attempt.This article aims at providing instructive advice for Chinese university libraries by analyzing the practices of American university libraries.Analysis on the practices of five American university libraries is made and enlightenments of three aspects are concluded，including the selection of the equipments，the administration rules and the promotion of the service.Selection of the equipment，making administration rules and the design of promotional activities should refer to both the experiences of American university libraries and the reality of the institution.

America；university libraries；3D technology service

G252；G259.712

A

10.11968/tsygb.1003-6938.2015036

宋娟，女，中國計量學院圖書館助理館員。

2015-03-06；責任編輯：劉全根