3D打印技術的技術價值分析研究

李文佳+陳海秋

摘 要：在新一輪工業革命中，3D打印技術必然將迎來自己的蓬勃發展期，該文分析了3D打印技術技術的自然屬性和社會屬性，以及其個性定制、一次成型、近凈成型等獨有的特點，描述了3D打印技術作為介于主客體之間的物質性實踐方式，圍繞技術、主體、客體、社會環境、生態環境等維度，探討了3D打印技術的價值多樣性問題。

關鍵詞：3D打印 技術 技術價值

中圖分類號：B018 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（a）-0001-04

許多新技術都曾改變過我們的生活，目前，新一輪工業革命正在醞釀爆發中，一些先進國家都有一些具有代表性的做法，比如，德國工業4.0、美國工業互聯網、日本工業4.1J。我國也制定了“中國制造2025”戰略，加強統籌規劃和宏觀部署，以智能制造為重點，發展高端制造，擬通過10年的努力，使中國成為世界制造強國，提升我國對美、歐、日等先進工業國家的戰略競爭力。實現數字化智能制造的關鍵技術有人工智能、智能機器人、3D打印技術等，在新一輪工業革命中，3D打印必然將迎來自己的蓬勃發展期。

從3D打印技術的本質看，與其他技術有共通處，因此一定也具有自然屬性和社會屬性，但技術的不同特性決定不同技術會對社會產生不同影響，以此能夠更準確地理解3D打印技術價值生成基礎以及價值多樣性。

1 3D打印技術基本屬性

人類利用對于自然界客觀規律的認識并加以應用產生技術，本身也是客觀自然界的一部分，因此技術必然具備自然屬性。此外，技術存在和發展的目的是為了更好地為人類服務，滿足社會需要，這也決定了技術的社會屬性。因此，3D打印技術作為一種物質性實踐方式，其作用體現在人與自然以及人與社會的關系中，也反映了人與自然以及人與社會關系，在技術活動中，既要遵循自然規律，也要遵循社會規律。因此，3D打印技術也必然同時具備自然和社會雙重屬性。

1.1 自然屬性

技術的自然屬性表現在任何技術在利用與改造自然中，都要遵循或利用相應的自然規律，為了更進一步改造自然造福人類，在自然中循序漸進地提高技術水平，3D打印技術在傳統減法工藝發展的基礎上，轉變到了加法工藝，利用3D打印技術，大量復雜的結構件幾乎可以通過一個工藝過程就整體制造出來，而設計時也不用再考慮焊接或鉚接的問題，設計理念和工藝制造上都與以往完全不同。在未來產品發展中，各類結構件的整體化、輕量化和高可靠性是必然的發展趨勢，這就要求盡可能消除需要進行焊接或鉚接的設計，采用整體成形的方法；另一方面，先進的高度一體化的復雜結構以及各類外形新穎的新概念產品的零件設計，給傳統的減法工藝提出了幾乎不可能完成的任務。3D打印技術的引入使這些問題迎刃而解，制造商不再需要執著于傳統的設計和制造方法，可以大膽地實現先進的、創新的設計，大型切削機床將在一些加工車間成為歷史。

3D打印時所使用到的材料（包括液體、粉材、線材或塊材等）也是在遵循自然規律的前提下被創造產生出來的，是對客觀事物的表征。同時，3D打印技術要在很大程度上依賴自然界發展而產生的信息化手段，以此來提供基本的物質條件保障，比如信息技術和互聯網技術的發展，使得所有三維模型進行數字化存儲與傳輸成為可能。由此可知，違背客觀自然規律而存在的技術是不會存在的，3D打印技術的發展也一定要服從客觀自然規律。

1.2 社會屬性

技術的社會屬性指技術是人類生產實踐的方式，可以使人類提高社會生產力，發展經濟。人類利用技術開展生產實踐活動時，技術本身要受到各類社會條件制約，不可避免地與社會、空間、地理、文化等方面產生關系，所以說，脫離開社會人群的技術是不存在的。3D打印與傳統制造工藝的區別在于改變了以往的批量化生產方式，最大優勢在于無需約束設計人員的想象力，給予其更大的創作空間，這種生產方式更加強調個性化需求，具有明顯的社會屬性。3D打印技術會受到政策的導向作用，政策會限制其發展速度與規模；從業者的綜合素質也會制約技術發展水平。換言之，3D打印技術的發展不僅受到社會條件制約，也能夠反映出社會發展情況，社會發展的水平與技術發展的階段也會是匹配的。

2 3D打印技術的特性

3D打印技術在多年的不斷探索與發展過程中也逐漸體現出一些技術本身的特點。

2.1 個性定制

3D打印技術的出現改變了批量的、千篇一律的機械成品狀況，小批、定制能夠使消費者感受更多的個性化需求。以航空武器裝備后勤保障為例，3D打印技術作為個性化的制造方式，具有極高的應用價值。在進行備件更換時，通過3D打印技術制作零件，僅僅幾個小時就可以修改三維數模的數據，然后迅速定制生產，以此來避免等待長時間的備件調撥。3D打印不僅可以實現戰時的外場維修，及時修復受損零部件、降低維修成本和等待時間，還可按照現場需要，直接按需打印制造出受損的零部件，迅速補充作戰消耗。

2.2 一次成型

傳統生產加工制作周期較長，程序繁瑣，需要提前制作模具，然后經過復雜的冷熱加工，通過車銑刨磨鉗鑄鍛焊等加工方式制作成型，過程中如果需要還要調整修正模型。3D打印技術使得這種傳統的生產方式發生了根本改變，不需要制作模具，直接根據數字化設計一次成型，利用相關的計算機軟件可以直接生成所需要的工藝圖紙，根據圖紙一次成型打印復雜工件，并且方便、快捷、準確、有效地制作出復雜工件，能夠以最快的速度進行設計驗證和相關試驗，大大縮短了工件的研發及制作周期，并且免去了定制工裝和單件加工的昂貴花費，簡化了生產制造過程。

2.3 近凈成型

不同于以往切削去除材料的繁冗減材加工模式，3D打印技術最明顯的特點就是材料的堆積與層疊，3D打印機將原材料在電腦指令操控下，融合、堆砌到樣本或毛坯上，免去了零部件的拼裝與裁剪，比起減法工藝最高90%以上的材料去除率，加法工藝可以達到近凈成形，極大地避免了原材料的浪費以及相關成本。同時，整體化結構設計以及工藝過程簡化帶來的優勢，進一步提高了研制和生產的效率。

3 3D打印技術價值多樣性

技術的價值體現在技術的活動之中，依賴于一定的物質基礎和主客觀條件，同時，自然、生態、社會倫理等都會是技術價值創造與影響的重要因素，如圖1所示，這些范疇都是我們在3D打印技術價值多樣性分析里面思考的基本問題。

3.1 技術主體

技術主體主要是人，技術體現了技術主體的價值觀與價值取向，也反映了技術主體對技術實現的愿景。技術主體的預期目標會引導技術向一定的方向轉變，也會影響技術價值的實現。3D打印使得用戶根據自身的需求制造出產品，是精神自由通過技術實現物質自由。自第二次工業革命以來，現行的標準化和自動化生產體系中，工人或者說普通勞動者并不能完全實現個人自由，就像卓別林電影《摩登時代》中演到的一樣，工人像機器一樣重復著每一個規定動作，沒有在技術實現過程中體現主體性和精神自由的可能，也就是說他們的智力、感官上面的潛力沒有得到有效的發揮。但在3D打印的實踐過程中，需要在設計和改進工作中注入大量的創意，就要有更多有創新精神的勞動者參加到設計工作中。

3D打印可以完全滿足個人的合法需求，一個行為主體在整個設計生產環節中具有3個身份：設計者、生產者、消費者，從需求的提出，到最終的使用，全壽命周期閉環來實現自己使用的需求。3D打印技術可以使普通人自由選擇數字化圖紙、產品組成的原材料，為自己量身訂造打印出自己需要的成品。行為主體在滿足自身選擇自由的同時，需要對主體創造物品所需的基本科學理論知識體系有所了解，以便在原有數據信息的基礎之上添加個性化元素并進行加工修改再創新，提升對物質世界的認識和掌握程度。

3.2 技術客體

技術客體，是在技術活動中進入技術主體活動領域，按照技術主體意識運作且以人為中心的對象系統。主要包括技術主體所使用的實體物質資料，以及可以轉化為實體物質資料的自然資料的總和。一般來講，技術客體可分成三類：一是技術主體所認知的物質與信息材料。3D打印與傳統打印機的工作原理是類似的，都是將設計圖轉化為實體，傳統可以只是二維的實現，而3D打印機可以實現三維模型的制作，但是二者在選用材料上有所區別，傳統打印機里裝的是墨粉，而3D打印技術所使用的材料主要包括光敏樹脂、塑料、尼龍、薄膜、陶瓷以及各種金屬粉末等。此外，還有3D打印技術的相關知識儲備，比如：（1）不同行業領域應用在技術成熟度等級處于1級和2級水平時所發表的論文和報告等。（2）在客體基礎上進行改造所利用的工具，即技術主體用來改造自然所要使用的工具，包括機器、設備、裝置等，比如3D打印機。（3）技術主體在利用客體知識進行應用實踐時，對客體進行創造性改造并依托主體意識而產生的產品體系，比如3D打印出來的房屋、汽車配件、人工肝臟等。技術客體被技術主體利用、加工，進而將客體轉變為技術主體想象中的物質，為人類提供相關服務。需要指出的是，技術客體不能隨意地、無休止地進行改造，主體對于客體的改造必須要符合自然的發展規律，不能違背客觀真理，否則就會造成一種破壞性的技術活動，從而影響人類生活。

3.3 自然環境

技術活動是人對自然改造的一種活動，人類不能企圖控制自然，而應在摸清自然環境規律的基礎上適應自然。生態文明建設的首要任務就是要保護自然環境的可持續發展，但這也不是說不要求經濟建設同期發展。生態環境和國民經濟要動態平衡，互相制約，共同進步，這才是科學技術之于生態文明建設，或者說自然環境的意義。

3D打印技術等高科技技術的產生與發展，已經不能再建立在破壞、污染生態環境的基礎上，而是要更多地促進經濟、社會的可持續發展。3D打印作為一種跨學科、跨領域、綜合性的應用技術，對于數字化建模、計算機技術、材料科學、柔性智能制造等諸多前沿的、高科技的技術知識都有很好的綜合，是推動制造業轉型的有力工具。3D打印可以減少生產環節和產品研發時間，有效降低生產過程產生的碳排放，可以促進原材料回收利用，實現綠色制造，可以推動新技術、新工藝、新產品不斷產生，催生更多生態科技產業，可以促進汽車、高鐵、航空航天等傳統制造的技術進步，提供更環保、更清潔的產品制造方法。如若社會生態環境意識稀缺，對于3D打印技術的未來可持續健康發展也會造成影響。

3.4 社會環境

技術不斷更新的年代可以給人類帶來各種便利，然而從技術更新發展過程中可以發現，人類的生存能力和幸福感并沒有得到全面提升。相反地，因為各種智能化、網絡化、信息化技術的出現，很多人與人、人與社會、人與自然的關系都在發生深刻的變化，社會關系中的沖突、社會問題的出現都反映著人與其所處社會環境的矛盾。

當我們正在對3D打印技術給我們帶來的各種便利無限向往時，還要意識到其會衍生出其他社會問題，就像四大發明之一的火藥帶給人類建設力的同時也帶來破壞力一樣，就像電可以給人類帶來光明也可以給世界帶來災難一樣。3D打印也有自身問題，打印活體器官的技術在給醫學界帶來了無限生命力的同時，也會在道德倫理上受到大眾質疑；利用3D技術可以復制印鈔模板、可以打印槍支，打印子彈，在帶來便利的同時也帶來了危險。由于人類沒法預計技術發展的極限以及個體思維的極致，也就無法控制技術發展對社會所能造成的最大風險危害。

人們在研發和利用新技術時，在實現技術價值時，就要考慮人類、機械和生物圈之間的一種良性的、共生的相互作用，提倡可持續發展的經濟、和諧的生態系統，在遵循自然發展規律的基礎上，實現“人—社會—自然”之間的有機協調發展，而不是將技術強加于社會和自然之上。

3.5 技術價值

技術的存在對于人類社會的生存和發展可以起到決定性的作用，那么制定衡量技術價值的標準就成為一項非常重要的任務。前文論述過程為技術價值衡量的標準作出了鋪墊。技術價值存在于技術主體與客體之間，以及主客體所處的社會環境與自然環境之中，其價值表現的多樣性也從不同維度體現出來，如技術主體價值、客體價值、內在價值、外在價值等。

技術的主體價值即技術對主體的價值，是技術對人類的生存、生活和發展的價值，即“技術之用”對于主體的基本作用和意義，主要是技術對人類生活的價值，也就是技術的物質價值。技術為人類提供著越來越豐富的生活資料，這是人類穩定生活的基本條件和重要保障，技術也為人類提供著越來越多的生產資料，這是人類賴以發展的前提條件和基本保障。人類物質文化生活的不斷發展牽引著技術的發展，反過來，人類不斷研發的新技術又支持、保障和推動人類生活水平不斷提升，社會不斷進步。3D打印技術可以轉變傳統生產方式，在工業小批生產或試生產階段使用3D打印技術則可以在模具上直接生產，或者在最終的模具上直接取下“母模”，大大提高工作效率。其次，3D打印可以直接進行數字化制造，航空航天、珠寶制作、玩具生產以及品牌家具設計等可以直接打印，甚至可以直接打印出動部件以及整架飛機本身。

技術對客體的價值是指技術在與主體、客體及其所在環境的相互作用下，對各種客體所產生的效應。前文論述過程中提到技術的客體涉及技術發生影響的方方面面，所以，技術的客體價值首先表現在技術對于物的效應，這里面的物涉及物質資料、工具、方法等不同領域；其次也表現在技術對于作為客體的人的效應，這個主要是宣傳、影響、教育、塑造的價值；再次是技術對社會環境的效應，即社會規范價值，提升對于社會倫理秩序的維護意識；最后是技術對自然環境的效應，即自然生態價值，加強對于保護生態環境的呼吁。

3D打印技術首先是可以利用3D打印機，在充足的原材料支持下，利用“概念模型”，直接以三維的物理形態展示出來產品原型，這樣便于設計者及時地觀察和處理設計過程中出現的問題；其次，3D打印可以又快又便宜地制造出各種東西，可以低成本生產一次性產品或小批量的組件，可以滿足人們不斷增多的個性化、經濟可承受的需求；再次，3D打印技術可以改善人類健康，對人類社會產生積極的影響；最后，從環境保護角度上講，3D打印可以極大地提升原材料的使用效率，在一定程度上降低能源消耗，為人類提供另一種選擇，提升人類適應自然和利用自然的能力。

4 結語

3D打印具備技術的合目的性、合規律性，3D打印產業產值在全球范圍內從1988年到2010年，保持著年均增長26.2%的速度，而且還預測3D打印產業未來仍將持續較快地增長。面對這樣的大趨勢，我國3D打印技術的發展任重而道遠，尚需摸清技術發展規律，加強頂層規劃，構建應用法規與標準，營造可持續發展氛圍；加大宣傳引導，提升科技支持力度，推動行業協同有序發展；加強教育培訓，提升全民科學素質，促進技術社會化普及。

參考文獻

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