3D打印時代的玉石保護與產品研發

趙凱齡

摘 要：3D打印鉆石、珠寶的實驗成果，對中國玉文化發展具有重大的啟發。中國是重玉的國家，玉以及玉文化是中華五千年文化的一部分，可是地球上很多資源是不可再生的，比如玉礦資源。3D技術的不斷開發對玉石資源的保護具有一定作用。

關鍵詞：3D打印;玉石;原石;保護;開發

曾經的科幻在現在變為現實。科幻作家科利·多克托羅曾說：“在未來（或是在星際紀年的未來），機器可以制造機器。3D打印機就是第一波新一代智能機器，它們能設計、制造、修理、回收其他機器，甚至能夠調整和改進其他機器，包括它們自己。”

1 未來的3D打印技術與玉石保護開發的預想

如果你有一臺可造萬物的機器，你會用它做什么？有一天，當夢想變成現實，它幾乎實現了所有學科的希望。3D打印，從想象到現實，建筑家已經開始用它打印建筑，汽車制造商開始將其用于汽車生產，也許再過幾十年，建筑也只需要一臺超級大的打印機即可完成，汽車生產不再需要流水線，廠房里只需要擺放一臺臺打印機，所有的操作便可一鍵完成。醫生用它打印醫療器材、病人需要的骨骼甚至可能是心臟等器官，美食家可以用它打印各種食物，如巧克力、蛋糕、中餐、火鍋、水煮魚等。而玉雕大師們有了3D技術的輔助，雕刻將更加隨心所欲。

根據科幻作家科利·多克托羅的想象，我們可以設想，也許有一天，3D技術不再依賴各類粉末通過高溫打印完成各類物品，而是靠化學分子的合成完成打印。在已知的世界里，萬事萬物都是由各類化學元素構成的，比如人是由碳水化合物、鐵元素、硒元素等構成，如果我們能完全掌握化學配比，很有可能完成一個人的打印，這樣的科技是不可限量的。

做一個更好理解的假設，中國菜很多都有肉類的參與，但是已知的食物打印里無法打印肉類食材，如果我們能清楚地掌握肉類的化學組合，那么打印中國菜、牛排、魚類等指日可待。

這樣的假設，放在關于玉石開發與保護中，將呈現另一番面貌。不管價格高低，所有的玉石都統稱為礦石，礦石大多數都是由化學元素組成，當然有些礦石是多元素組合，有些則是單一化學元素的產物，統稱為化學結晶體。

以硬度最高的金剛石（鉆石）為例，我們知道鉆石的主要成分是碳，含量高達99.95%，此外還包含氮元素等50多種微量元素，這些元素成就了鉆石的類型、顏色及物理性質。對已掌握的這些化學元素進行配比，通過三維軟件的設計和切割，再利用3D打印的手段，就可以得到一個人造的天然鉆石。而鉆石是由化學元素構成的，少了很多附加值，同時也保存了本就稀有的礦產資源。

在未來，鉆石可以以這樣的形式存在。對于在中國具有文化意義的玉石文化，同樣可以用這樣的方式呈現，我們可以設想，一塊完美的玉石原石被發現后，通過技術掃描變成虛擬的三維圖像，再由玉雕師傅在三維虛擬環境下雕琢，對一塊原石進行多次雕刻，可避免失誤，同時也可以展現同一塊玉在不同大師手中的不同姿態。再通過玉石的化學組合分析和化學元素配比，把在虛擬現實中雕刻好的玉石打印出來。這樣既保護了原石資源，降低了成品成本，同時也減少了塵肺病人數量，對環境保護具有一定作用。

2 當代的3D打印技術和運用

2008年，李曙光先生在美國的實驗室里看到了3D打印機，關于3D打印機，早在2000的《自然》雜志上就有相關的學術論文。到2013年，3D打印機不再是設計師和科學家的專屬機器，3D打印機已經開始參與我們每一個人的日常生活，3D打印的鞋子、衣服多次出現在世界各地的時裝展，3D打印的餅干、蛋糕出現在宴會上，成為廣受好評的小點心，3D打印出來的家具出現在各個家具家居會展上，成為熱銷產品。3D打印技術從日常生活用品到醫療輔助器械，再到大型住房建筑，逐漸深入我們的生活。

3D打印不光運用于日常生活，同時也運用于其他領域，如打印珠寶鉆石，修復古代遺跡、文物等。美國航天軍工巨頭洛克希德·馬丁為一種新型的3D打印技術申請了專利，該專利宣稱：“那些用鉆石做成的對象將能夠利用這些出色的屬性。鉆石可以以各種方式制造，包括以一種鉆石納米顆粒的粉末形式，或者通過陶瓷預制體聚合物的高溫分解等。”據說，該技術可以打印出任何形狀的人造鉆石，該技術將主要用于開發如超強鉆頭、輕型裝甲、刀、鋸之類的工具，不過也可以用來定制珠寶首飾等。

2016年L&R Studio使用全新技術打造出如“布料”一般形態的設計，本次設計使用了全新的3D模塊，將貴金屬打造成美麗珠寶。

在2015年2月下旬，伊斯蘭極端組織ISIS發布的宣傳視頻顯示，該組織成員在伊拉克伊斯蘭遺產城市摩蘇爾大肆摧毀各種古代的文化，“摩蘇爾項目”是使用3D建模和3D打印重建的被破壞的對象。志愿組織已經幫助恢復了部分石像雕刻，即“摩蘇爾獅子”。

2015年5月，《文物保護與考古科學》刊登了由楊蘊撰寫的《淺談3D打印技術在陶瓷類文物修復和復制中的應用》一文，詳細介紹了中國上海博物館文物修復研究室運用3D打印技術修復古陶器的詳細過程。

3 3D打印技術運用于玉石加工開發的意義

3D打印鉆石、珠寶的實驗成果，對中國玉文化發展具有重大的啟發，中國是重玉的國家，玉以及玉文化是中華五千年文化的一部分，可是地球上很多資源是不可再生的，比如玉礦資源。3D技術的不斷開發對玉石資源的保護具有一定作用。玉石原石是不可再生資源，或再生需要幾千萬年的時間。中國乃至世界很大一部分玉石原產地的石料都在萎縮甚至消失。很多種類的玉石原石被限制開采或禁止開采。鷹潭的黃蠟石作為玉石的一種，近幾年炒的非常火熱，大量的愛好者、投資者紛紛加入其中，開始瘋狂地“撿石頭”。但是鷹潭并非黃蠟石（黃龍玉）的原產地，鷹潭之所以盛產黃龍玉，是因為信江流域常年的流動沖刷帶來了石頭。過度的開發和采集會導致黃龍玉（黃蠟石）資源的提早衰竭、枯竭。3D技術的開發和利用，會在一定程度上保護黃龍玉（玉石）珍稀石材。在某種程度上可以做產品研發，比傳統更加省時、省力，成本也更低。但是3D打印技術永遠不能代替玉雕工藝，只是作為保護資源的一種手段和商業產品加工的形式。就如玉雕大師于是榮所說：“玉石雕刻技術雖然是一種古老的技藝，但是和算盤相比它更是一種藝術而不是一種工具。”

傳統手工藝是國之瑰寶，不可失傳，但是在3D打印技術的不斷發展下，也許在未來，玉雕大師的工作室不是各類機床而是VR虛擬實景工作室，大師們的工具也不再是各類鉆頭，而是一支鏈接電腦的感應筆，一塊美玉也將不再只有一次生命，而是在不同的大師手中綻放出不同的美。

圖片說明：

第一，阿迪達斯利用Stratasys的Objet Connex500實現了設計和開發過程早期階段的執行功能測試，將原本需要12名技術人員手工制成的運動鞋原型通過3D打印技術迅速并準確地完成，從而獲得真正的競爭優勢。

第二，蘭博基尼利用Stratasys的Fortus 3D打印系統，20天內就設計、構建并組裝出新款Aventador的1/6比例原型，包括車身、底盤和零件，總成本3000美元，相比傳統的制造方式節省了高達92%的開支。

第三，Stratasys的3D打印技術顛覆了傳統的模型制作方式，為海爾模具節約了69%的模型制作時間。Fortus 900mc 3D打印系統在直接制造方面的優勢也幫助應對緊急需求。

第四，3D打印心臟、飛機、槍支和化石骨骼變為現實，科學家最近利用3D打印技術打印了第一顆真實的人類心臟。該3D打印心臟樣本是由塑料制成，是患有不尋常并發癥病人的心臟的精確解剖副本。美國華盛頓國家兒童醫學中心的兒科心臟病專家勞拉·奧利弗瑞（Laura Olivieri）手中握著的正是3D打印心臟。勞拉表示，心臟副本對于復雜手術練習來說是非常理想的對象，它能使手術外科醫生看清他們進行手術的精確解剖情景。

參考文獻：

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[5] 唐雪蓮，周梅.寶玉石結晶學與礦物學基礎[M].云南出版公司/云南科技出版社，2012.