國外圖書館3D打印服務研究及實踐進展

朱娜 張媛媛

摘 要：文章通過文獻調研和案例分析等研究方法，對國外圖書館的3D打印服務研究及實踐進展進行了調研及分析，研究表明：圖書館引入3D打印服務具有重要意義；圖書館3D打印服務分為自助型、引導型和依托型等3種模式；規劃與實施內容包括設備引入及管理、營銷及宣傳推廣、成本控制、員工培訓、用戶教育、健康與安全維護、用戶行為規范以及服務評價；圖書館應當制定服務條款和關注版權問題；招募學生助理、構建3D模型庫、實行預約制度是值得借鑒的優化策略。

關鍵詞：3D打印；圖書館服務；創客文化；創客空間；3D技術

中圖分類號： G252 文獻標識碼： A DOI：10.11968/tsyqb.1003-6938.2016099

Abstract This paper interprets the current situation of library 3D printing service abroad， with a view to providing a useful reference for the development and improvement of library 3D printing service in China. It discusses the situation from five aspects based on the methods of literature research and case study. The study shows that it is of great practical significance to implement 3D printing services in the library， the levels of library 3D printing service appear to fit into three categories： self-service， mediated service and space-based service. The contents of planning and implementation include equipment selection and management， promotion and outreach， costs and charges， staff training， user education， health and safety issues， user behavior ruling， and service evaluation. Library should develop related service provision and pay attention to copyright issues. The optimization strategies include recruiting student assistant， constructing 3D model repository and implementing booking system.

Key words 3D printing； library service； maker culture； maker-space； 3D technology

在工業與制造業領域，3D打印在形式上已經具有20多年的應用史。隨著信息時代的到來和數字技術的快速發展，3D打印也已從制造技術上升為創新理念，對傳統的經濟社會生態系統的演化產生了深遠的重大影響，應用領域已經從工程與工業延伸到醫療、信息、教育、娛樂、航天、機械、建筑、食品、裝飾等更加廣泛的產業和行業。當前語境下的3D打印代表了一種富有想象力的交互式運動，已經拓展至更多的創新環境中，如美國法耶特維爾（Fayetteville）免費圖書館是全美首家構建創客空間（Makerspace）的公共圖書館，在該館打造的“神話般的實驗室”（Fab Lab）創客空間里，兩臺3D打印機是硬件資源的新亮點，它可以把用戶的數字化模型轉換成塑料材質的實體物品，該館還提供數字設計課程以支持用戶開展協作和創造活動[1]。從2011年下半年開始，更多的圖書館開始引入3D打印機并提供3D打印服務，3D打印已成為圖書館服務創新與可持續發展的戰略選擇。

1 圖書館引入3D打印服務的意義

1.1 圖書館層面

（1）服務邊界拓展。在過去的5至10年間，3D打印機在高校中的可用性和可獲取性已經顯著提升，而這項新技術原先只存在于如工程學等教研單位的封閉的學術社區內供本專業師生使用。隨著新技術的持續研究與發展以及用戶需求的不斷增長，3D打印技術的應用領域已經超越原有的學科邊界，進入更為廣泛的領域。圖書館常被視為非學科化或跨學科的研究與學習共享空間，用戶在這樣的空間里能夠獲取到資源和服務，將3D打印引入圖書館，使用3D打印機的學科門檻將不復存在[2]。圖書館3D打印服務形式多樣，既可以提供相對單一化的終端用戶服務，即將用戶提交的模型打印出來，也可以拓展到為設計特定項目提供計算機和軟件支持服務，幫助用戶學習使用軟件并打印出預期產品。

（2）功能定位延伸。21世紀以來，高等教育正在經歷一場重大的范式轉變：主要焦點正在從教學向學習演進，作為響應，大學圖書館的功能定位已經從強調文獻信息存儲向直接支持知識生產延伸，從管理和戰略協同的角度來看，圖書館開展3D打印服務也是明智之選。作為全美第一家提供3D打印和掃描支持服務的大學圖書館，內華達大學里諾校區（UNR）DeLaMare科學與工程圖書館的既定使命中特別提到“運用‘尖端技術進一步支持‘培育創造新知識，擁抱知識探索和創新”的具體目標。圖書館在提供深度學習、知識創造機會和體驗新興技術等方面能夠發揮獨特作用，作為資源共享中心，圖書館具備成為跨學科服務樞紐（Hub）的潛力，在這樣一個空間里，不同實踐社區的成員可以彼此互動和自我強化，STEM（科學、技術、工程和數學）項目可以獲得藝術和人文視角的支持，反之亦然[3]。

1.2 用戶層面

（1）創新素養培育。桌面打印機是目前絕大多數圖書館硬件設施的標準配置之一，為用戶提供復制和傳播等方面的技術保障，與此相似的是，3D打印技術允許并支持用戶充分認知和開發創造性的思維。盡管很多人熟悉3D打印理念，但大多數仍對其技術潛力和用途缺乏深度的理解，尤其是缺乏運用知識將自己的想法轉變為現實產品的能力，而這種能力正是創新素養（Creative Literacy）的核心要義。作為3D打印的科學理論基礎，創客文化（Maker Culture）強調個人或小團體創造而非大規模生產活動，能夠引導和促進創新素養的提升，創客主義（Makerism）也不是關于特定的工具，而是關于創造過程和精神。將創客文化引入圖書館是延伸服務邊界和滿足公眾需求的理性選擇，而3D打印機正是圖書館幫助用戶提升創新素養和“自己動手做”（DIY）能力這一過程所依賴的重要工具和資源之一[4]。

（2）數字技能提升。隨著科技的不斷進步和社會環境的變化，圖書館面臨著服務轉型和升級的雙重壓力。幫助社區成員了解和體驗新技術是提升用戶個人數字技能的有效方式。如3D設計是一項頗具學術性的工作，用戶能夠獲得原型構建方法、設備操作技巧、編碼等方面的知識，這一過程將給用戶帶來利用個人知識和新技術解決實際問題的機會。在數字時代，圖書館能夠為用戶塑造咨詢、玩樂和探索的支持性創新環境與協作平臺，提高用戶解讀信息、發現價值、設計內容和建構知識以及在數字世界里表達思想的能力，在這樣的支持性環境中，用戶可以從理念到具體對象的轉化過程中獲得經驗和滿足感[5]。

2 圖書館3D打印服務的模式選擇

英國牛津（Oxford）大學Oliver Bridle等人在梳理和總結的基礎上，認為圖書館3D打印服務可分為自助型服務、引導型服務以及依托館內空間開展服務等3種模式[6]。從國外圖書館3D打印服務的實踐特點來看，第一種模式相對被動，后兩種模式的適用范圍更廣，在創客運動背景下，一些圖書館的3D打印服務已成為創客空間服務的組成部分。

（1）自助型服務。用戶可以利用館內3D打印機制作自己的模型，除了日常維護外，圖書館員很少干預用戶自助打印過程。如英國西英格蘭大學（UWE）圖書館即采取這種模式，致力于對接所有院系并鼓勵用戶拓展新的應用邊界，3D打印機被設置在主校區圖書館，以供所有學生和教職員工免費使用，經過一個學期的實踐，使用量已逾2000人次/天[7]；加拿大多倫多（Toronto）大學圖書館也為用戶提供自助式3D打印服務，但只有經過安全培訓、知識測試和認證的用戶才被獲準進入MADLab以校準設備和進行打印[8]。

（2）引導型服務。圖書館分配專門的工作人員負責接收、核查、處理和打印3D模型并管理整個流程。如美國達爾豪斯（Dalhousie）大學圖書館建立了材料有償使用制度且提供收據，收費標準為8美分/克，還對模型的尺寸大小作出規定，要求用戶提交的3D程序符合最常用的STL格式，并為用戶提供格式轉換工具和3D模型存儲服務，倡導開放共享[9]。開展引導式3D打印服務的圖書館還有佛羅里達（Florida）大學Marston科學圖書館、南伊利諾伊大學愛德華茲維爾分校（SIUE）圖書館等。

（3）依托創客空間或設計實驗室開展服務。圖書館為用戶提供設備、設計軟件和培訓課程。除了提供3D打印機外，還提供額外設備，如激光切割機、電子套件等。如美國內華達大學里諾校區（UNR）DeLaMare科學與工程圖書館創客空間為全校學生和教職員工提供3D打印、建模、掃描以及咨詢服務，被《Make》雜志評為最有趣的創客空間之一[10]。

3 圖書館3D打印服務的規劃與實施

由于圖書館開展3D打印服務受到決策層態度、用戶需求、資源稟賦、功能定位等諸多因素的影響，因而在提供服務的模式選擇上也是各具特色、因地制宜。圖書館3D打印服務的規劃與實施邏輯，實質上就是要回答提供什么樣的服務以及怎樣提供服務等核心問題，至少涵蓋以下內容：服務的時間是否固定或者與借閱等常規項目同步？如何配備人員？允許用戶獨立使用技術還是由館員或志愿者提供專業指導？需要與用戶簽訂協議嗎？用戶使用技術之前需要經過圖書館提供的集中培訓嗎？圖書館在作出決策之前有必要對上述以及其他影響因素進行深入的調研與分析，在充分論證的基礎上結合發展戰略作出安排。

3.1 設備引入及管理

與“即插即用”的3D掃描儀相比，3D打印機的安裝、調試與故障排除是一個更復雜的長期過程。大部分低成本3D打印機的硬件框架均基于開放的硬件設計方案，其中，開源項目RepRap較為流行，國外圖書館3D打印服務常用的MakerBot及其換代產品就是這一開放硬件框架應用的典型代表之一。MakerBot在其官網為用戶提供如何安裝設備的分步說明，需要經過幾周的調試，該設備才能持續地打印出高質量模型，這是用戶學習如何調試打印機的設置以獲得最佳效果的漸進式過程，一般不需要專業的技術培訓，但對于部分技術能力較弱的用戶來說，順利完成這樣一個參與過程還是有難度的，打印平臺的構建也需要時間和耐心，這是圖書館面臨的難度最大的技術障礙之一。繼平臺構建之后，3D打印機的常規維護成本并不高，相關工作主要包括：清潔打印平臺、潤滑連桿、改變和重裝塑料絲、更換膠帶、擰緊螺絲、清洗齒輪等[11]。

3.2 營銷及宣傳推廣

向用戶推廣3D打印服務主要有以下幾項策略[6]：一是劃撥專項資金支持設計并印刷傳單和海報；二是鼓勵學科館員將信息及時通報給對口聯系的院系；三是通過社交媒體平臺（如微博）和官網宣傳服務；四是案例展示，包括實例陳列、功能解讀及展板閱讀，藉以激發用戶的好奇心。另外，宣傳活動也十分必要，3D打印宣傳活動可以在圖書館的公共區域進行，指導用戶將自己設計的模型打印出來，服務團隊成員在活動期間應當現場回答有關問題。在館內為已經使用3D打印機的用戶提供交流經驗和互動的研討會也是值得考慮的方式。如美國南伊利諾伊大學愛德華茲維爾分校（SIUE）在2012年9月的“圖書館與信息服務開放日”正式推出3D打印服務，現場演示打印機和打印樣品，由數字化項目主管宣講并回答學生提問，還在有關院系的職工會議上進行推廣以使更多的用戶了解圖書館的這項新服務[12]；美國舊金山（Frisco）公共圖書館借助2014年夏季本地舉辦創客嘉年華（MakerFaire）之機，向公眾推介3D打印服務，激發社區成員感受、體驗新技術的興趣，并在市人力資源部門的幫助下，邀請所有感興趣的城市職工參加3D打印展演活動并提供基礎設計輔導[13]。

3.3 成本控制

在提供3D打印服務之前，圖書館需要考慮很多事項，其中，最明顯的一個是處理材料成本的方法。為了保障3D打印服務的常態化運行及可持續發展，圖書館需要制定用戶收費方法，或對材料的數量作出預算以確保服務過程中材料供給處于合理水平。雖然塑料材質的材料成本相對較低，但也不可忽略[14]。為了鼓勵用戶嘗試這種新服務，有效控制綜合成本對于圖書館來說也是至關重要的。如英國牛津（Oxford）大學Radcliffe科學圖書館的收費標準是按時間計算并實行階梯價格制度[6]：打印的第一個小時收費2英鎊，之后每增加一個小時多收1英鎊，這些費用包含材料成本以及機器磨損、零部件更換等附加費；加拿大里賈納（Regina）大學Archer圖書館3D打印服務收費規則包含在政策文件中[15]：成本按最終打印出模型的重量計算，針對塑料纖維的費用標準是6美分/克，但為了保證打印機的長期可持續性運轉，彌補未來維修方面的開支，該館采取加收一倍費用的計價機制。

3.4 員工培訓

試驗、跟著別人一起做或從自我實踐中找到解決問題的辦法是3D打印機使用與操作培訓中最常見的經驗描述，而獲取專業知識的最直接方法莫過于鼓勵圖書館工作人員下載或創建一個3D模型并嘗試著打印出來，盡管這項技術越來越流行，調研精神和不懼失敗仍是保證培訓效果的重要因素。在知識獲取的路徑選擇方面，圖書館員既可以通過社交媒體（如微信、微博）與同行進行實時對話或針對某一具體問題（如3D建模）建立個人學習網絡，也可以訪問本地的圖書館、博物館、學校和創客空間，進而實地觀察和體驗3D打印機的運作流程，并將總結的經驗整合到服務中。另外，點對點（P2P）培訓也是很受歡迎的方式[16]。如加拿大多倫多（Toronto）大學圖書館Gerstein科學信息中心采用現場觀摩的方式為用戶提供3D打印技術的認知和體驗機會，并請研究生助教講解相關知識、剖析潛在風險，引導用戶感受3D打印的標準化流程，整個安全培訓過程只需要一個小時即可完成[8]。

3.5 用戶教育

3D打印的操作及安全培訓是用戶教育的主要內容，必須重視。利用課程、講座或講習班（Workshops）等面對面環境開展用戶教育是常規方式，通過互聯網平臺提供網絡教程、視頻、用戶協議等在線業務是輔助途徑，而不論選擇何種教育形式，都應當以用戶需求為導向，分眾分類地制定針對性的方案[16]。如美國阿拉巴馬（Alabama）大學圖書館將操作及安全培訓視為3D打印服務的三大目標之一，制作標準操作規程（SOP）手冊作為圖書館工作人員和用戶的培訓指南。所有的新用戶均被要求參加培訓講習班，培訓內容涵蓋3D打印技術的基本知識、儀器操作、安全、調度策略、資源和軟件等項目，培訓效果表明：新用戶對培訓工作高度認可，美中不足的是3D打印的展示樣品較少。另外，約25%的受培訓用戶還選擇參與個人會議以提高動手操作能力[17]；佛羅里達（Florida）大學教育圖書館通過講習班的形式向用戶介紹3D打印概念，包括如何發現和構建3D模型以及所需的準備工作等；另外，該館還實施“發展3D教育資源館藏”計劃和活動以提高用戶使用3D打印技術的能力[18]。

3.6 健康與安全維護

ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料是最常見的打印材料，這類從石油中提煉的材料在制作產品的過程中可能會產生煙霧和令人不愉快的氣體，甚至產生微毒，容易刺激眼睛和肺部組織，也會影響環境（需要幾百年才能得以分解），在圖書館內打印這類材料的安全性是難以保證的。作為解決方案，聚乳酸基塑料（PLA）是ABS的優選替代品，從PLA材料數據安全表（MSDS）和其他不同類型創客空間提供的反饋數據來看，PLA在使用過程中產生的煙霧和氣體對人體造成的損傷是極低的。如達爾豪斯（Dalhousie）大學圖書館的3D打印服務實踐經驗充分表明，PLA在3D打印過程中不會對參與者的身體造成傷害[11]；里賈納（Regina）大學Archer圖書館同樣選用對環境影響微小的PLA材料，在打印機附近張貼警示標識，提醒用戶不要觸碰高溫的打印噴頭以免被灼傷，同時注意寬松的衣服和長頭發不要被移動部件夾住[15]。

3.7 用戶行為規范

美國圖書館協會（ALA）技術政策辦公室（OITP）和知識自由辦公室（OIF）對圖書館用戶使用3D打印機提出了指導性的政策規范，所有政策文本中涵蓋范圍最廣的當屬“禁止非法活動”條款，包括內容違法、知識產權侵權和使用安全等3項核心規定。同時，很多政策需要在特定語境下獲得精準的解釋，如“不合適的”（Inappropriate）并非法律術語；“非法”內容涵蓋色情、暴力以及對未成年人有害等法律規定，武器、槍支或其零部件也屬于禁止打印對象[19]。圖書館實施3D打印政策主要面臨兩個挑戰：一是禁止打印內容的確定和由誰負責執行。在法律禁止之外，“不合適的”、“令人反感的”等屬于仁者見仁的觀點，圖書館界尚未形成統一認識，而且在實際執行過程中往往只能寄托于圖書館員的個人見解；二是現行的圖書館法律制度聚焦于用戶“接收”（Receiving）行為而不是“創造”（Creating）過程，圖書館制定3D打印政策的根據主要是國家或地方政策層面的正式法律條文。

3.8 服務評價

為了確保3D打印及相關材料能夠有效滿足用戶的實際需求，精簡和優化工作流程以及檢驗政策（尤其是收費機制）實施的準確性，服務評價是一項不應被忽視的關鍵環節。通過評估，圖書館能夠發現實際運行中存在的突出問題，找到解決問題的突破口，為未來的規劃調整和戰略部署提供最直接的有效參考。如何評估3D打印服務的效果是擺在圖書館人面前的一大難題，目前尚未統一的評價體系或權威的指導方案，評估工作應以用戶需求為導向，以優化服務業態為目標，采取因地制宜的個性化評估標準，評估方法主要包括訪談、問卷調查、技能階梯評估（SLE）和活動現場跟蹤記錄等。在實踐方面，美國佛羅里達（Florida）大學Marston科學圖書館通過對服務效果進行評估后獲得以下重要信息[20]：打印模型和材料的使用群體以本科生為主，其次是工程師，不同專業領域的用戶對打印模型和材料的需求具有差異化特征，圖書館應當分類對待；用戶對高分辨率打印表現出極大興趣并且對打印材料的顏色有更多的期盼，而圖書館在開展服務之前并沒有考慮到這些潛在需求。

4 圖書館3D打印服務的政策導向

4.1 制定服務條款

圖書館為用戶提供3D打印服務絕不是終止于安裝和調試完設備之時，另一個重要的角色是幫助用戶理解這項技術，包括知識自由、個人自由、知識產權、責任等關鍵內容，但目前缺乏足夠的法律條文和制度框架來充分解讀3D打印語境下上述概念的內涵[21]。因此，3D打印服務實踐的出發點應從圖書館的宗旨和使命開始，然后提出符合法律制度要求的切實可行的解決方案，圖書館有能力構建科學、合理、有效的3D打印服務政策體系，為了有效地引導用戶的3D打印行為，圖書館員自身必須理解3D打印的基本原理和政策含義。

保護和促進用戶獲取和自由表達權利并不意味著圖書館不可以對3D打印機的使用行為作出約束性規定，只要這些限制合情合理且符合圖書館的使用原則，都可以用來作為引導和管理打印活動的保障措施，以提高用戶安全、確保使用公平并使圖書館免擔侵權責任，制定并實施書面的可接受的用戶政策對于圖書館3D打印服務而言是必要的[21]。在當前的技術環境下，圖書館為用戶提供無監督的獲取服務的現實條件還不成熟，因為這與操作設備所需的專業知識和打印單個作品的耗時有關，工作人員在實踐中很難識別侵權的準確性，這就要求工作人員在指導用戶使用3D打印設備時盡可能地保持審慎的態度，圖書館有權要求用戶在閱讀這些政策后簽署使用協議以確保用戶的打印行為符合服務條款[22]。

4.2 關注知識產權

3D打印是一個創意轉化和產品制造的過程，顯然，圍繞這一過程產生的知識產權問題是值得深入討論的重要內容。畢竟，復制受版權保護的設計和售賣基于此途徑制作出來的模型無疑違反現行著作權法，用戶需要注意避免使用3D打印技術過程中可能產生的侵權行為，圖書館必須充分認識這些問題的重要性，并要求參與服務的工作人員能夠引導用戶合理、合法地使用3D打印技術[23]。在缺乏專門處理3D打印服務的判例法的背景下，美國圖書館協會（ALA）為圖書館專業人員提供了以下幾點應對之策[24]：開始熟悉專利和商業外觀（Ttrade Dress）法律的基本知識；制定一個紓解潛在法律風險的用戶政策，但最重要的是鼓勵用戶勇于創新并享受這種樂趣；與其他已經開展3D打印服務的圖書館交流合作，分享各自的用戶政策并討論3D打印機新的應用領域。圖書館可以考慮為3D打印用戶建立產權及隱私檔案，將用戶利用本館3D打印機制作的作品進行產權登記，用戶主動放棄知識產權或允許作品進入公共領域自由流通的也應做好檔案記錄，但需要保護好個人隱私信息。

一個好的3D打印服務政策應當成為行動指南，行之有效的政策體系包括適用于3D打印機使用的知識自由層面的聲明、僅用于合法目的的規定和所有參與者必須遵守的公告等，這樣一份書面的政策文本為圖書館處理3D打印機誤用或濫用行為提供了必要的靈活性，從而確保用戶能夠自由地利用新技術設計和創造作品[21]，并在政策框架下實現開放共享。

5 圖書館3D打印服務的優化措施

5.1 招募學生助理

從圖書館業務的角度看，招募學生助理是為3D打印服務提供技術知識保障的有效路徑之一。來自工程和物理院系，特別是機械及制造工程（MME）專業的學生擁有較好的計算機輔助繪圖（CAD）和數控（CNC）技能，能夠圍繞3D服務的生命周期（掃描、建模和打印）提供全方位的技術支持，學生也能在志愿服務中獲得更多的實習和就業機會。如美國邁阿密（Miami）大學B.E.S.T.（商業、工程、科學與技術）圖書館即采取這種服務支持策略，從相關院系和研究團隊中招募志愿者，學生在擔任咨詢顧問的過程中既實現服務用戶的公益價值，也能夠獲得寶貴經驗以增強個人未來職業發展的競爭力[25]。

5.2 構建3D模型庫

隨著3D打印機的日益普及，在線3D模型庫也流行起來，用戶向這些資源庫提交3D模型或從庫中獲取3D模型都是比較常見的行為。為了彰顯3D打印服務魅力，保證用戶能夠合理使用3D模型，避免不必要的版權糾紛并倡導用戶共建共享優質的3D模型，圖書館可以考慮構建自己的3D模型庫，藉以幫助學生和教職員工提升個人3D模型作品的網絡曝光率，同時也為采集到的這些3D信息的長期保存、再利用和自由獲取提供保障[11]。

5.3 實行預約制度

一般而言，圖書館購置3D打印機的數量有限，而且相應的人員、場地、材料等軟硬件資源也需要有效的組織、配置和調控。為了確保服務質量和便于管理，圖書館可將3D打印預訂系統嵌入到既有的服務管理平臺中，支持師生使用工作號和學號提前預約，注冊和預約流程一般在用戶參加培訓之后。在制度設計方面，需要對單次使用時間、單周預約次數等事項作出明確規定，以確保每一位對3D打印感興趣的圖書館用戶都有平等的使用機會，同時，還應公布收費政策及定損賠償等規章，以保證3D打印服務的長期可持續發展[11]。

6 結語

像計算機、互聯網以及其他重要的信息技術一樣，3D打印機具有改變圖書館服務生態的潛力，不僅因為它們允許物理項目以數字格式存儲，還在于它們能夠按照圖書館用戶的個性化需求重構物理項目，3D打印技術還能夠為數據可視化提供先進的技術支持，從而為研究人員展現數據開辟新方法。3D打印在經濟社會發展的重要性日益凸顯，隨著圖書館角色的持續演進，技術多樣化已成為服務創新的時代標簽，而技術成本的降低和工序效率的提升也將使更多的圖書館有機會引入這種技術。3D打印理應成為圖書館服務邊界拓展和內容創新的優選項，圖書館能夠在新時期發揮關鍵性作用，就像過去在服務中引入計算機和互聯網那樣。誠然，每座圖書館都是不同的，不存在適用于所有環境的解決方案、服務模型和工作流程，圖書館在實施3D打印服務之前應當對環境因素進行有效評估與分析，為實現成功目標設定合適的指標或標準，并密切關注技術和用戶需求不斷演化的發展方向[12]。

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作者簡介：朱娜（1981-），女，西安建筑科技大學圖書館館員，研究方向：讀者服務、信息服務；張媛媛（1981-），女，西安郵電大學圖書館館員，研究方向：圖書館營銷、圖書館評價。