3D打印技術在我國殯葬行業的應用與發展研究

鄭翔宇

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

關鍵詞：3D打印;殯葬行業;打印材料

中圖分類號：TP391.73? ? ? 文獻標志碼：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打印技術自20世紀80年代開始逐步發展，其是增材制造技術（Additive Manufacturing），也被稱為快速成型（Rapid prototyping）、分層制造（Layered Manufacturing）等，基于三維CAD模型的數據，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、數控、精密機械等學科的集成。通過逐層打印的方式來構造結構復雜的物體。3D打印應用領域涵蓋了科學研究、工業制造、國際空間、設計模型、航天科技、生物醫療、食品產業、建筑工業、汽車制造業等。

1 3D打印技術與傳統修復塑形技術比較

傳統的修復依賴于個人的職業技能，塑形質量和修復效果受照片、技術水平、經驗影響，耗時較長，工作效率不高。科學技術成為助推殯葬行業科技發展的新動力。基于建模軟件和三維掃描儀克服了工作人員耗費精力建模。由科研機構和3D打印公司提供專業技術支持，可獲取準確識別面部數據，減少能耗需求，縮短耗時，更衛生環保。3D打印不斷提升殯儀服務水平。然而3D打印與殯葬行業結合的創新研究，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。

2 3D打印在國內外應用現狀

2.1 國外應用現狀

1988年，3D打印機技術是熔融沉積建模，一種塑料擠出的特殊應用，由S.Scott Crump的Stratasys公司商業化銷售其第一臺三維打印機。1995年，弗朗和費爾研究所發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，適用于工業化生產。國外3D打印技術處于快速發展的階段，研究不斷創新，主要集中在探索降低設備成本、3D打印材料、提高加工效率及應用領域精細化。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打印在殯葬服務行業的應用，如美國一家殯儀公司向家屬提供個性化定制服務，3D打印定制骨灰盒。

2.2 國內應用現狀

我國3D打印正在快速崛起，清華大學、華中科技大學、西安交通大學是國內最早實施3D打印研發的單位，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（SLS）和分層實體制造（LOM）等技術的研究。2016年首次突破了可連續打印的三維物體快速成型關鍵技術，并開發出了一款超級快速的連續打印的數字投影（DLP）3D打印機。該3D打印機的速度達到了創記錄的600mm/s，在短短6分鐘內可從樹脂槽中“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打印修復技術的殯葬單位。根據照片由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，并實際應用在修復塑形工作中。3D打印具有數字化、智能化、自動化程度高等特點，3D打印與傳統遺體修復技術相結合。良好的修復效果具有重要的社會效應，由快速成形打印推出而發生嶄新的技術突破。

2.2.3 山東3D打印單位

該單位開展了3D打印并實現面部、手、足等器官打印，使用建模軟件，實現20h打印復原遺體面部。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面部、手、足等器官3D打印，取代了人工修復塑形，該技術得到當地民眾的接受和好評，3D打印越來越受到社會的認可。

綜上所述，我國殯葬領域實際應用了3D打印，體現了現代殯葬在科技道路上的長足發展。目前，使用的3D打印機品牌以聯想、raise、極光爾沃、弘瑞、天威等為主。北京、上海、山東、江蘇均對3D打印技術開展了實踐操作并完成修復服務。聚乳酸、硅膠、尼龍等樹脂由于硬脆質感，無法直接使用，因此根據骨骼做出硅膠皮膚，可真實高度還原容貌，修復塑形涉及到該技術。

通過調查了解，對于影響3D打印技術推廣的主要因素包括：（1）直觀用具：殯儀服務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）質量精細度;（5）價格;（6）操作人員;（7）建模數據庫：如人像，物體信息系統;（8）軟件設計開發;（9）打印材料等。目前，工作人員和客戶對3D打印認識程度不相同，將近半數的受訪對象對其認識較模糊，真正掌握相關技術的人才較少，需要經過專業知識和技能培訓。這與我國3D打印技術起步發展較晚，應用領域較受限制，面臨專業人才稀缺等特點基本相符。

綜上所述，我國生命文化職業教育人才培養的導向是社會和市場需求，3D專業性強，設備價值高，專業人才稀缺，缺乏教育與培訓，打印產品價格，社會對科學技術的接受程度等因素，限制了3D打印在殯葬領域的應用和發展。殯葬領域缺乏專門研究3D打印，開設殯葬專業的中高職院校師生對其感到陌生，仍處于教學科研的空白處，掌握3D打印人才處于稀缺狀態。

3 3D打印在殯葬領域的機遇和應用前景

3.1 全國應用發展不均衡

殯葬行業日益呈現和科技新技術相關行業領域共同發展，目前北京開始探索3D打印在殯葬領域的應用，而其他北方大部分地區沒有開展3D打印應用或處于籌備階段，該技術需要社會給予其認可和接受認可程度。3D打印結合計算機、醫學、消毒學、機械學、美容、材料學及新設備等多領域交叉融合發展的趨勢。南方對科技殯葬的探索和實施較為先進，上海、江蘇等地已將3D打印應用到實際。綜上，3D打印應用和發展受自然因素如地域、氣候及社會因素如經濟、文化、歷史等因素的影響。

3.2 缺乏行業標準和規范

目前全國缺乏對3D打印管理服務評價標準，尚未形成統一的3D打印行業標準。因此，政策、制度、組織及管理，建立科學的殯葬科技管理體系是殯葬管理和服務現代化的必然要求。健全殯葬行業的3D打印標準，建立3D打印服務規范和服務標準是勢在必行的。開展3D打印標準化工作可以進一步規范殯葬服務行業的市場秩序，提高殯儀服務質量。提供滿足客戶需求的有序服務步驟，建立標準的打印工作流程。一方面，如打印頭面部，工作流程是實現建模-數據生成-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領域，工作流程是預熱3D打印機-使用掃描儀-獲取建模數據-連接建模軟件-生成STL.格式文件-置入打印材料-預熱打印機-打印產品-后處理等。

3.3 發展3D打印材料

3D打印技術受打印材料的制約而阻礙了發展。未來朝著綠色環保、多元化發展。熱塑性高分子、橡膠、PLA、ABS、聚碳酸酯、尼龍、石蠟、全彩復合石膏、低熔點金屬、陶瓷等低熔點材料及復合材料均是3D打印材料的研究趨勢。目前，3D打印技術受限于材料，在殯葬行業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，在殯葬服務行業使用綠色化學材料，既可減少或替代了那些對人類健康和生態環境有害原料的使用，又緩解了全球環境和能源問題。

3.4 注重科技引領工藝

殯葬業已逐步向綠色智能型、生態文明型的發展轉變。3D打印是殯葬行業向科技領域發展的標志，優勢和核心是打印復雜幾何、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打印在其他領域的研究可在殯葬行業的器官修復、個性定制、教育培訓等進行應用。使用掃描儀可捕捉的表面反照率，從細節捕捉人物的幾何數據，快速獲取頭部和面部外觀數據存檔，如手持紅外光儀器掃描頭面部，同時數據傳輸到電腦桌面。

3.5 建模三維打印庫

核心技術一是模型編輯，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據，發展3D打印模型庫勢在必行。輸入人體平面照片，計算機調取模型，操作程序使用面部數字建模系統，采用一鍵式遺體面部數字建模軟件，將一張面部平面照片錄入電腦系統，點擊鼠標可全自動生成打印模型。三維模型轉換為打印機支持的格式SLT，UP3和UPP等。3D打印依靠數字建模，使用計算機輔助設計工具（CAD）對操作者提出繼續學習和技術培訓。

3.6 基于熔融堆積成形（FDM）

3D打印在我國殯葬行業使用的是FDM型桌面級打印機，通過逐層堆積面部輪廓，優勢主要有操作環境干凈、安全，可以在辦公室環境操作。我國3D打印技術正處于快速成長期，應用范圍不斷擴大。目前打印機的打印速度影響產品的精細度，易導致表面粗糙，粘滯力大，影響對每層的粘合效果。因此，基于FDM型打印機未來發展機遇，一是亟需提高打印質量，提升物體表面的精細度。二是3D打印原材料的成本和顏色仍是考慮因素。未來3D打印應加大對綠色環保，收縮率小的打印材料的研究力度，以此來實現綠色殯葬，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，可應用于殯葬行業的諸多分支領域。三是提高打印速度，傳統3D打印由于耗時長，效率低，而面臨與傳統制造并存的局面。

3.7 拓展應用領域

增材制造作為一種新的探索方式，在科技興國的新時代，應該繼續堅持科技服務于居民生活。3D打印面向殯葬行業生產項目分別是殯儀服務、遺體處理、墓地服務、其他產品銷售及服務四大部分。小批量、定制化的，對今后開發個性化定制的殮殯葬用品有一定的意義，如智能快捷。科技與產業發展，逐漸用于一些產品的直接制造，對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響。由設計師收集大數據，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，通過設計，創新和設計來提供打印服務，減少廢棄的副產品。熱塑性材料具有很好的延展性，較高的熔點和結晶度，將來可為批量生產提供基礎。

3.8 給職業院校啟示

目前，我國開設殯葬專業的中高職院校沒有開設或在實際教學內容中涉及較少，因此面臨的用人單位亟需專業人才，出現用人需求與人才培養不匹配的職業教育困局。一是3D打印較強的專業性，促使了院校加強師資隊伍建設，提升人才培養質量，培養一專多能的高素質技術技能型人才。二是完善學歷教育與培訓并重的現代職業教育體系，打造3D打印培訓品牌和提升社會培訓的行業影響力。三是促使高職殯葬教育提升服務經濟社會發展能力，在課程體系中增設3D打印，硅膠制作等課程內容，根據社會和市場需求進行人才培養，深化教學改革。

3.9 缺乏復合型人才

隨著我國社會經濟的不斷發展和進步，對運用科技手段提升服務，這就對從業人員具備生命文化理念、高職院校、人才培養質量、課程設置、教學改革、師資隊伍建設等提出更多的要求，3D打印與殯葬行業發展，對高職院校人才培養也是一個挑戰。殯葬服務行業的發展需要科技的助力和人才的支持，更需要專業人才作為儲備力量。3D打印技術具有較強的專業性，針對社會和市場需求，形成更加有效的教學改革和提升人才培養質量。這促使高職殯葬教育在課程體系中增設3D打印，建模軟件應用等課程，緊密結合人才培養需求，培養設計和創新能力，崗位核心能力。讓現代科技、自動化、智能化與殯葬行業交叉融合，讓學生體驗3D打印與自動化消毒，完善3D打印知識模塊和提升職業技能。

4 3D打印在我國殯葬服務行業的發展

3D打印在我國殯葬服務行業的發展前景廣闊。3D打印與多種殯葬業務場景的深度結合，為殯葬行業領域提供產品和服務。但它卻不可能完全取代傳統制造技術，兩者之間是一種相互支持與補充，共同完善與發展提升。3D打印正在從導入期進入成長期，向科技、綠色、環保發展是必然趨勢。未來我國發展多材料的增材制造，研究成果將付諸應用或產業化推廣，實現智能化、數字化打印，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 結束語

從國內外3D打印技術的研究與應用情況看，首先打印產品的尺寸精度和表面質量穩定性較差，產品難修改，后處理比較繁瑣，強度和機械性能達不到許多要求;其次，打印速度和個性化生產面臨提高打印效率的挑戰，不能完全滿足殯葬行業大批量生產的需求;最后，打印設備和耗材成本遠高于傳統制造的成本。

未來我國殯葬行業3D打印將增強實力，面向綠色環保，智能化，個性化定制的領域發展。3D打印在殯葬行業的應用和發展將引入上下游資源，實現以滿足客戶需求為中心，進一步加強研發投入、產品設計和技術開發，讓科技服務于公眾認知，生命教育，行業需求，如提供專業技術服務，推廣，信息交流，培訓咨詢，孵化及知識產權服務等。我國殯葬行業在科技道路上會走的很遠。

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