【摘要】3D打印技术推动了生产方式的变革,采用树脂逐层堆积固化的制造工艺,具有成型速度快、数字化、智能化程度高和形态相似等特点。

3D打印技术推动了生产方式的变革,采用树脂逐层堆积固化的制造工艺,具有成型速度快、数字化、智能化程度高和形态相似等特点。因此,3D打印在殡葬行业受到关注和重视,3D打印技术在我国殡葬行业的研究具有深远的意义和广阔的应用前景,是适应社会发展的需要,既有必要性又有紧迫性。首先,结合3D打印在我国不同地区的应用和存在的问题深入综述和讨论,总结近年来3D打印在殡葬行业的应用和研究进展;其次,分析3D打印具有的优势和存在的问题;最后,结合当前殡葬服务行业的实际需求和发展趋势,提出3D打印在我国殡葬行业的发展前景。

殡葬3D打印技术

3D打印技术自20世纪80年代开始逐步发展,其是增材制造技术(AdditiveManufacturing),也被称为快速成型(Rapidprototyping)、分层制造(LayeredManufacturing)等,基于三维CAD模型的数据,一种自下而上材料累加的制造工艺,涉及CAD建模、激光、测量、接口软件、材料、数控、精密机械等学科的集成。通过逐层打印的方式来构造结构复杂的物体。3D打印应用领域涵盖了科学研究、工业制造、国际空间、设计模型、航天科技、生物医疗、食品产业、建筑工业、汽车制造业等。

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3D打印技术与传统修复塑形技术比较

传统的修复依赖于个人的职业技能,塑形质量和修复效果受照片、技术水平、经验影响,耗时较长,工作效率不高。科学技术成为助推殡葬行业科技发展的新动力。基于建模软件和三维扫描仪克服了工作人员耗费精力建模。由科研机构和3D打印公司提供专业技术支持,可获取准确识别面部数据,减少能耗需求,缩短耗时,更卫生环保。3D打印不断提升殡仪服务水平。然而3D打印与殡葬行业结合的创新研究,对操作人员提出更高的要求,同时对建模软件,三维打印库,打印材料及打印机性能等提出了更多的挑战。

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3D打印在国内外应用现状

2.1 国外应用现状

1988年,3D打印机技术是熔融沉积建模,一种塑料挤出的特殊应用,由S.ScottCrump的Stratasys公司商业化销售其第一台三维打印机。1995年,弗朗和费尔研究所发展了选择性激光熔炼工艺。2003年以来,3D打印机的销售逐渐扩大。3D打印机喷头温度范围可分为高温、低温及光固化。3D打印机主要分为桌面级和工业级,前者主要适合家庭,兴趣爱好者使用,后者主要是售价更昂贵,适用于工业化生产。国外3D打印技术处于快速发展的阶段,研究不断创新,主要集中在探索降低设备成本、3D打印材料、提高加工效率及应用领域精细化。著名的3D打印公司有EOS、SLMsolution、3DSystem、与Objet公司合并的Stratasys、ZCorporation、ObjectGeometries等。3D打印在殡葬服务行业的应用,如美国一家殡仪公司向家属提供个性化定制服务,3D打印定制骨灰盒。

2.2 国内应用现状

我国3D打印正在快速崛起,清华大学、华中科技大学、西安交通大学是国内最早实施3D打印研发的单位,主要进行了熔融沉积成型(FDM)、立体光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和分层实体制造(LOM)等技术的研究。2016年首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术,并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影(DLP)3D打印机。该3D打印机的速度达到了创记录的600mm/s,在短短6分钟内可从树脂槽中“拉”出一个高度为60mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时。

2.2.1 北京3D打印单位

该单位是北京首家开展3D打印修复技术的殡葬单位。根据照片由3D打印工作室人员使用面部建模软件处理,生成STL.格式文件,加入打印材料光敏树脂,如聚乳酸逐层堆积,由喷头逐层喷射打印材料,打印出还原度较高的面部模型。

2.2.2 上海3D打印单位

该单位3D打印已成功打印了面部、手、足等器官,并实际应用在修复塑形工作中。3D打印具有数字化、智能化、自动化程度高等特点,3D打印与传统遗体修复技术相结合。良好的修复效果具有重要的社会效应,由快速成形打印推出而发生崭新的技术突破。

2.2.3 山东3D打印单位

该单位开展了3D打印并实现面部、手、足等器官打印,使用建模软件,实现20h打印复原遗体面部。打印材料聚乳酸具有硬塑感,面部模型不适合直接使用,通过后处理粗糙表面,并化妆调色使其接近肤色。

2.2.4 江苏3D打印单位

该单位较早开展了实际运用并实现面部、手、足等器官3D打印,取代了人工修复塑形,该技术得到当地民众的接受和好评,3D打印越来越受到社会的认可。

综上所述,我国殡葬领域实际应用了3D打印,体现了现代殡葬在科技道路上的长足发展。目前,使用的3D打印机品牌以联想、raise、极光尔沃、弘瑞、天威等为主。北京、上海、山东、江苏均对3D打印技术开展了实践操作并完成修复服务。聚乳酸、硅胶、尼龙等树脂由于硬脆质感,无法直接使用,因此根据骨骼做出硅胶皮肤,可真实高度还原容貌,修复塑形涉及到该技术。

通过调查了解,对于影响3D打印技术推广的主要因素包括:(1)直观用具:殡仪服务人员与客户沟通交流的打印机、扫描仪;(2)家属接受程度;(3)模型后处理;如硅胶模具、雕刻化妆;(4)质量精细度;(5)价格;(6)操作人员;(7)建模数据库:如人像,物体信息系统;(8)软件设计开发;(9)打印材料等。目前,工作人员和客户对3D打印认识程度不相同,将近半数的受访对象对其认识较模糊,真正掌握相关技术的人才较少,需要经过专业知识和技能培训。这与我国3D打印技术起步发展较晚,应用领域较受限制,面临专业人才稀缺等特点基本相符。

综上所述,我国生命文化职业教育人才培养的导向是社会和市场需求,3D专业性强,设备价值高,专业人才稀缺,缺乏教育与培训,打印产品价格,社会对科学技术的接受程度等因素,限制了3D打印在殡葬领域的应用和发展。殡葬领域缺乏专门研究3D打印,开设殡葬专业的中高职院校师生对其感到陌生,仍处于教学科研的空白处,掌握3D打印人才处于稀缺状态。

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3D打印在殡葬领域的机遇和应用前景

3.1 全国应用发展不均衡

殡葬行业日益呈现和科技新技术相关行业领域共同发展,目前北京开始探索3D打印在殡葬领域的应用,而其他北方大部分地区没有开展3D打印应用或处于筹备阶段,该技术需要社会给予其认可和接受认可程度。3D打印结合计算机、医学、消毒学、机械学、美容、材料学及新设备等多领域交叉融合发展的趋势。南方对科技殡葬的探索和实施较为先进,上海、江苏等地已将3D打印应用到实际。综上,3D打印应用和发展受自然因素如地域、气候及社会因素如经济、文化、历史等因素的影响。

3.2 缺乏行业标准和规范

目前全国缺乏对3D打印管理服务评价标准,尚未形成统一的3D打印行业标准。因此,政策、制度、组织及管理,建立科学的殡葬科技管理体系是殡葬管理和服务现代化的必然要求。健全殡葬行业的3D打印标准,建立3D打印服务规范和服务标准是势在必行的。开展3D打印标准化工作可以进一步规范殡葬服务行业的市场秩序,提高殡仪服务质量。提供满足客户需求的有序服务步骤,建立标准的打印工作流程。一方面,如打印头面部,工作流程是实现建模-数据生成-打印输出-塑形后处理-化妆粘合等一个工作流程。另一方面,3D打印拓展到其他殡仪服务领域,工作流程是预热3D打印机-使用扫描仪-获取建模数据-连接建模软件-生成STL.格式文件-置入打印材料-预热打印机-打印产品-后处理等。

3.3 发展3D打印材料

3D打印技术受打印材料的制约而阻碍了发展。未来朝着绿色环保、多元化发展。热塑性高分子、橡胶、PLA、ABS、聚碳酸酯、尼龙、石蜡、全彩复合石膏、低熔点金属、陶瓷等低熔点材料及复合材料均是3D打印材料的研究趋势。目前,3D打印技术受限于材料,在殡葬行业打印材料主要包括聚乳酸、POLYWOOL、石膏、硅胶等。如聚乳酸(PLA)是可降解材料,具有热塑性、较好的生物相容性、物理加工性和吸收性。与传统塑料相比,对人体无毒、无害,能够通过微生物、光等降解为二氧化碳和水。综上,在殡葬服务行业使用绿色化学材料,既可减少或替代了那些对人类健康和生态环境有害原料的使用,又缓解了全球环境和能源问题。

3.4 注重科技引领工艺

殡葬业已逐步向绿色智能型、生态文明型的发展转变。3D打印是殡葬行业向科技领域发展的标志,优势和核心是打印复杂几何、批量个性化定制及一体成型等,如运用3D生物3D打印心脏“零件”和重建缺损颅眶骨,打印脊椎、手掌、打印制药、胸腔、人造皮肤及脏器,目前3D打印在其他领域的研究可在殡葬行业的器官修复、个性定制、教育培训等进行应用。使用扫描仪可捕捉的表面反照率,从细节捕捉人物的几何数据,快速获取头部和面部外观数据存档,如手持红外光仪器扫描头面部,同时数据传输到电脑桌面。

3.5 建模三维打印库

核心技术一是模型编辑,将提高打印效率。目前常用的三维建模软件有Solidworks,UG,Pro/E等,未来建立我国人脸型和器官数据,发展3D打印模型库势在必行。输入人体平面照片,计算机调取模型,操作程序使用面部数字建模系统,采用一键式遗体面部数字建模软件,将一张面部平面照片录入电脑系统,点击鼠标可全自动生成打印模型。三维模型转换为打印机支持的格式SLT,UP3和UPP等。3D打印依靠数字建模,使用计算机辅助设计工具(CAD)对操作者提出继续学习和技术培训。

3.6 基于熔融堆积成形(FDM)

3D打印在我国殡葬行业使用的是FDM型桌面级打印机,通过逐层堆积面部轮廓,优势主要有操作环境干净、安全,可以在办公室环境操作。我国3D打印技术正处于快速成长期,应用范围不断扩大。目前打印机的打印速度影响产品的精细度,易导致表面粗糙,粘滞力大,影响对每层的粘合效果。因此,基于FDM型打印机未来发展机遇,一是亟需提高打印质量,提升物体表面的精细度。二是3D打印原材料的成本和颜色仍是考虑因素。未来3D打印应加大对绿色环保,收缩率小的打印材料的研究力度,以此来实现绿色殡葬,降低打印成本。如聚乳酸丝材,无毒无刺激性,作为植入人体的生物材料,可应用于殡葬行业的诸多分支领域。三是提高打印速度,传统3D打印由于耗时长,效率低,而面临与传统制造并存的局面。

3.7 拓展应用领域

增材制造作为一种新的探索方式,在科技兴国的新时代,应该继续坚持科技服务于居民生活。3D打印面向殡葬行业生产项目分别是殡仪服务、遗体处理、墓地服务、其他产品销售及服务四大部分。小批量、定制化的,对今后开发个性化定制的殓殡葬用品有一定的意义,如智能快捷。科技与产业发展,逐渐用于一些产品的直接制造,对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响。

由设计师收集大数据,分析具体的场景和功能需求,思考得出合理的打印解决方案,通过设计,创新和设计来提供打印服务,减少废弃的副产品。热塑性材料具有很好的延展性,较高的熔点和结晶度,将来可为批量生产提供基础。

3.8 给职业院校启示

目前,我国开设殡葬专业的中高职院校没有开设或在实际教学内容中涉及较少,因此面临的用人单位亟需专业人才,出现用人需求与人才培养不匹配的职业教育困局。一是3D打印较强的专业性,促使了院校加强师资队伍建设,提升人才培养质量,培养一专多能的高素质技术技能型人才。二是完善学历教育与培训并重的现代职业教育体系,打造3D打印培训品牌和提升社会培训的行业影响力。三是促使高职殡葬教育提升服务经济社会发展能力,在课程体系中增设3D打印,硅胶制作等课程内容,根据社会和市场需求进行人才培养,深化教学改革。

3.9 缺乏复合型人才

随着我国社会经济的不断发展和进步,对运用科技手段提升服务,这就对从业人员具备生命文化理念、高职院校、人才培养质量、课程设置、教学改革、师资队伍建设等提出更多的要求,3D打印与殡葬行业发展,对高职院校人才培养也是一个挑战。殡葬服务行业的发展需要科技的助力和人才的支持,更需要专业人才作为储备力量。3D打印技术具有较强的专业性,针对社会和市场需求,形成更加有效的教学改革和提升人才培养质量。这促使高职殡葬教育在课程体系中增设3D打印,建模软件应用等课程,紧密结合人才培养需求,培养设计和创新能力,岗位核心能力。让现代科技、自动化、智能化与殡葬行业交叉融合,让学生体验3D打印与自动化消毒,完善3D打印知识模块和提升职业技能。

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3D打印在我国殡葬服务行业的发展

3D打印在我国殡葬服务行业的发展前景广阔。3D打印与多种殡葬业务场景的深度结合,为殡葬行业领域提供产品和服务。但它却不可能完全取代传统制造技术,两者之间是一种相互支持与补充,共同完善与发展提升。3D打印正在从导入期进入成长期,向科技、绿色、环保发展是必然趋势。未来我国发展多材料的增材制造,研究成果将付诸应用或产业化推广,实现智能化、数字化打印,极大提高效率,缩短工作时间,消除传染途径。未来3D打印速度更快、水平更高、功耗更低。

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结束语

从国内外3D打印技术的研究与应用情况看,首先打印产品的尺寸精度和表面质量稳定性较差,产品难修改,后处理比较繁琐,强度和机械性能达不到许多要求;其次,打印速度和个性化生产面临提高打印效率的挑战,不能完全满足殡葬行业大批量生产的需求;最后,打印设备和耗材成本远高于传统制造的成本。

未来我国殡葬行业3D打印将增强实力,面向绿色环保,智能化,个性化定制的领域发展。3D打印在殡葬行业的应用和发展将引入上下游资源,实现以满足客户需求为中心,进一步加强研发投入、产品设计和技术开发,让科技服务于公众认知,生命教育,行业需求,如提供专业技术服务,推广,信息交流,培训咨询,孵化及知识产权服务等。我国殡葬行业在科技道路上会走的很远。