香港科技大學教授張東：從冬奧火炬到微生物運動鞋，3D打印滲入體育界
時間：2022-07-19 11:35 來源：體育大生意 作者：admin 閱讀：次
本文為本期節目文字精華摘錄。
冬奧處處見3D打印
張聞：今天聊一個很有科技含量的話題。3D打印研發公司Simplifyber和Modern Synthesis，近日分別獲得350萬美元和410萬美元投資。其中位于英國的Modern Synthesis使用3D生物打印技術，開發出一雙微生物編織運動鞋（見本文頭圖）。今天我們就來聊聊3D打印在體育領域的實踐和應用。先請張教授詳細介紹一下3D打印技術？
張東：3D打印區別于2D打印。我們常見的A4紙打印、平面廣告打印，內容打印在二維平面上。而3D打印是一個立體建模過程，用機器把立體空間的模型制造出來。通常3D打印機使用堆層或者融合的技術產出成品，有顯著的高效性和靈活性，現在越來越廣泛地應用到各行各業。
張東教授主攻機器人領域，
常使用3D打印制作機器人部件
張聞：冉峰，現在3D打印技術在體育界有什么應用了嗎？
羅冉峰：年度大家最關注的盛事北京冬奧會，就有很多3D打印的內容。一部分是屬于跟比賽相關的，例如中國雪車隊員的頭盔是3D打印而成。而中國鋼架雪車隊員的鋼架雪車鞋，其鈦合金鞋釘也是3D打印產品。而非比賽層面的內容更多了，例如開幕式上很驚艷的主火炬，是利用金屬燒結3D打印制作出外飄帶、內飄帶及燃燒系統。
其他體育領域也是到處都有3D打印的身影。2020年，汽車品牌雪佛蘭在科爾維特賽車上使用了多達75個3D打印的部件，包括油箱、制冷盒等。這些賽車在賽道實戰中已經經歷了13萬公里的比賽考驗。所以可以說，3D打印已經滲入體育界。
金屬、塑料皆可3D打印
張聞：3D打印從建模到成品的過程是怎樣的？是打印出不同部件后再拼合，還是把電腦里的建模直接原樣打印出來？
張東：3D打印現在流行的一大原因就是所見即所得，可以成型非常復雜的零部件。比如制造手機，要在手機殼里封裝很多電子元器件。使用傳統方法要開模、要一片一片零件堆積，流程比較長。如果直接3D打印，可以把很多零件同時集成到一個板材上，大大方便零件組裝。
張聞：從剛才舉的例子來看，3D打印的原材料比較豐富，例如主火炬是金屬打印，而運動鞋是很柔軟的材質、甚至是纖維。什么材料都可以用于3D打印嗎？
冬奧會上，中國鋼架雪車隊員的運動鞋
有258顆3D打印的鈦合金鞋釘
張東：確實非常豐富。例如金屬打印，一般使用鈦粉末或鋁合金粉末，通常用在一些對結構強度要求較高或結構形狀比較特殊的地方。一些曲面、凹槽——譬如火箭發動機的噴口，渦扇、渦輪等航空航天飛行器的進氣口——用傳統方式很難制造模具，而且都是小批量生產。采用金屬3D打印就比較合適了。還有我們更常見的塑料3D打印，使用PLA或ABS材料，將這些塑料材質融合再打印出來。在臺面級設備中常常可以看到塑料打印的使用。
張聞：開頭提到的微生物打印是什么原理？
張東：微生物打印不是把微生物打印出來，而是先3D打印一個給微生物生長的基座，然后微生物在生長過程中會形成纖維。以生產微生物跑鞋為例，我們先用常規的PLA塑料打印技術，打出一個鞋子的輪廓，再讓微生物附著在上面生長、繁殖，最后生成一個鞋子模樣的纖維形狀，我們就有了一雙微生物鞋子。
環保和成本優勢突出
張聞：3D打印對體育界來說帶來很大的發展機會。很多裝備需要定制，而3D打印在定制貼合運動員方面，能做到傳統量身定做不能實現的精準性和貼合性。
羅冉峰：3D打印還有其他環保優勢和成本優勢。像開模這種傳統方式，會形成材料損耗，相比之下3D打印的原材料用到最終產品的比例更高。所以節省材料對社會來說有環保意義，對生產商來說有節約成本的意義。
主持人所提到的是定制化優勢。定制化既體現在3D打印產品可以更貼合運動員的身形腳形，給他們帶來更好的身體保護，或者提供更高的展示技能的可能性，也體現在消費者可以獲得更個性化、更豐富的產品。例如制造運動鞋，傳統模式下鞋的款式、配色方案相對局限，而3D打印運動鞋可以擁有更多的配色和圖案。
3D打印運動鞋技術的研發不斷深入
還有一個跟環保和效益有關的優勢，體現業界對未來的暢想。一雙實體鞋在零售端上需要儲存，包括倉庫儲存和店面儲存。但如果未來我們可以實現去買鞋的時候，從商店的電腦中挑好款式現場3D打印，零售商就減輕了庫存壓力，一雙鞋的碳足跡等環保參數也能降低。
張東：3D打印還能節省原材料。AutoDesk開發的3D打印軟件Fusion 360，專門為3D打印進行了模型優化。它能通過應力計算，判斷產品哪些地方需要加厚、哪些地方需要減薄、哪些地方需要鏤空、哪些地方只需要蜂窩狀的填充。同樣的結構，3D打印可以減少50%的材料，產品重量也會減少50%。
大規模民用還需效率突破
張聞：怎樣理解3D打印的效率？如果效率足夠高的話，是不是可以將過去我們認為效率比較低的定制模式高效化？
張東：所謂效率高要看應用領域。普通人接觸得最多的衣服、鞋子等快消品，通過批量化生產，能有效壓縮成本。但隨著社會進步，消費者的定制化需求也越來越多，3D打印確實可以滿足這方面需求。只是現在相對來說3D打印速度比較慢，一般打印一個零件、產品，需要的時間按小時來計算。當未來技術發展，多噴頭打印的方式越來越完善，打印效率壓縮到用分鐘計算，就可以真正提高效率了。
3D打印的星戰電影場景模型，
用臺面級打印機耗時數小時起
張聞：剛才張教授介紹的3D打印當前應用，都在一些高精尖領域；我們討論到的體育應用，也集中在頂尖運動員的競技需求定制方面。我們現在期待，未來3D打印能成為一種效率又高、又能大眾化應用的技術。冉峰，現在有沒有一些在快消品上使用3D打印的例子？
羅冉峰：正如張教授所說，在3D打印效率還是按小時來計算的情況下，它的生產效率是偏低的，所以在大眾消費品層面來說，3D打印仍停留在一個偏概念化的階段。就算有一些產品使用3D打印生產，但它們可能是以限量品的形式來出現，而不是像傳統走量的服裝生產那樣，在流水線上刷刷地就生產出來了。
就像開頭提到的兩家獲得融資的公司，Simplifyber做的是奢侈品性質的時裝，不屬于快消品。而微生物運動鞋，我看過介紹，要等十幾天微生物才能把鞋編織起來，比快消品類鞋子的生產周期長。所以哪一天3D打印能突破臨界點，取得比傳統形式更高的生產效率，應該就是3D打印大規模民用的契機所在。
讓未來的體育裝備更輕更好
張聞：最后問一個很有未來感的問題。3D打印與其他前沿科技領域還有什么結合？沿著這種結合路徑來猜想，3D打印還能為體育帶來什么？
張東：體育行業主要還是對運動員或者受眾提供定制服務。我們已經知道，3D打印的材料很豐富，例如運動鞋用鈦合金鋼釘。以后的運動鞋或者其他體育用具，或者可以使用復合材料，一部分是金屬材料，另一部分是碳纖材料或者一些高分子材料。將這些材料融合在一起制造出體育用品，使它達到更輕、更好的狀態。
工作中的3D打印機
張聞：這些復合材料中有軟的、有硬的，也是打印的時候都一起打出來嗎？
張東：是一起打的。正如我剛才提到，3D打印有多個噴頭，每個噴頭可以使用不同的材料，然后所有材料復合在一起，達到非常理想的狀態。
張聞：真是神奇的技術，希望日后有機會現場一見，也暢想未來我們會不會見證一種由3D打印牽頭的新消費產生。感謝張教授和我們一起探討一個輕松、前沿卻又與體育的未來息息相關的問題。我們下期節目再會。
(責任編輯：admin)
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