香港科技大學(xué)教授張東：從冬奧火炬到微生物運動鞋，3D打印滲入體育界

來源：體育大生意

7月15日，第86期節(jié)目以海外多家3D打印服裝技術(shù)研發(fā)公司獲得融資為契機，討論3D打印技術(shù)在體育界的應(yīng)用。參與的“閑話者”是中國之聲記者張聞，香港科技大學(xué)（廣州）教授張東，體育大生意營銷副總裁、盛意互動總經(jīng)理羅冉峰。

本文為本期節(jié)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(fā)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(shù)，開發(fā)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(lǐng)域的實踐和應(yīng)用。先請張教授詳細介紹一下3D打印技術(shù)？

張東：3D打印區(qū)別于2D打印。我們常見的A4紙打印、平面廣告打印，內(nèi)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(shù)產(chǎn)出成品，有顯著的高效性和靈活性，現(xiàn)在越來越廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。

張東教授主攻機器人領(lǐng)域，

常使用3D打印制作機器人部件

張聞：冉峰，現(xiàn)在3D打印技術(shù)在體育界有什么應(yīng)用了嗎？

羅冉峰：年度大家最關(guān)注的盛事北京冬奧會，就有很多3D打印的內(nèi)容。一部分是屬于跟比賽相關(guān)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(chǎn)品。而非比賽層面的內(nèi)容更多了，例如開幕式上很驚艷的主火炬，是利用金屬燒結(jié)3D打印制作出外飄帶、內(nèi)飄帶及燃燒系統(tǒng)。

其他體育領(lǐng)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(zhàn)中已經(jīng)經(jīng)歷了13萬公里的比賽考驗。所以可以說，3D打印已經(jīng)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(xiàn)在流行的一大原因就是所見即所得，可以成型非常復(fù)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(tǒng)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(zhì)、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(jié)構(gòu)強度要求較高或結(jié)構(gòu)形狀比較特殊的地方。一些曲面、凹槽——譬如火箭發(fā)動機的噴口，渦扇、渦輪等航空航天飛行器的進氣口——用傳統(tǒng)方式很難制造模具，而且都是小批量生產(chǎn)。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(zhì)融合再打印出來。在臺面級設(shè)備中常�？梢钥吹剿芰洗蛴〉氖褂�。

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(chǎn)微生物跑鞋為例，我們先用常規(guī)的PLA塑料打印技術(shù)，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(huán)保和成本優(yōu)勢突出

張聞：3D打印對體育界來說帶來很大的發(fā)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(tǒng)量身定做不能實現(xiàn)的精準(zhǔn)性和貼合性。

羅冉峰：3D打印還有其他環(huán)保優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。像開模這種傳統(tǒng)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(chǎn)品的比例更高。所以節(jié)省材料對社會來說有環(huán)保意義，對生產(chǎn)商來說有節(jié)約成本的意義。

主持人所提到的是定制化優(yōu)勢。定制化既體現(xiàn)在3D打印產(chǎn)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(xiàn)在消費者可以獲得更個性化、更豐富的產(chǎn)品。例如制造運動鞋，傳統(tǒng)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(shù)的研發(fā)不斷深入

還有一個跟環(huán)保和效益有關(guān)的優(yōu)勢，體現(xiàn)業(yè)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(xiàn)去買鞋的時候，從商店的電腦中挑好款式現(xiàn)場3D打印，零售商就減輕了庫存壓力，一雙鞋的碳足跡等環(huán)保參數(shù)也能降低。

張東：3D打印還能節(jié)省原材料。Autodesk開發(fā)的3D打印軟件Fusion 360，專門為3D打印進行了模型優(yōu)化。它能通過應(yīng)力計算，判斷產(chǎn)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(jié)構(gòu)，3D打印可以減少50%的材料，產(chǎn)品重量也會減少50%。

大規(guī)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(rèn)為效率比較低的定制模式高效化？

張東：所謂效率高要看應(yīng)用領(lǐng)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(chǎn)，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(xiàn)在相對來說3D打印速度比較慢，一般打印一個零件、產(chǎn)品，需要的時間按小時來計算。當(dāng)未來技術(shù)發(fā)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(zhàn)電影場景模型，

用臺面級打印機耗時數(shù)小時起

張聞：剛才張教授介紹的3D打印當(dāng)前應(yīng)用，都在一些高精尖領(lǐng)域；我們討論到的體育應(yīng)用，也集中在頂尖運動員的競技需求定制方面。我們現(xiàn)在期待，未來3D打印能成為一種效率又高、又能大眾化應(yīng)用的技術(shù)。冉峰，現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)品使用3D打印生產(chǎn)，但它們可能是以限量品的形式來出現(xiàn)，而不是像傳統(tǒng)走量的服裝生產(chǎn)那樣，在流水線上刷刷地就生產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)周期長。所以哪一天3D打印能突破臨界點，取得比傳統(tǒng)形式更高的生產(chǎn)效率，應(yīng)該就是3D打印大規(guī)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(lǐng)域還有什么結(jié)合？沿著這種結(jié)合路徑來猜想，3D打印還能為體育帶來什么？


張東：體育行業(yè)主要還是對運動員或者受眾提供定制服務(wù)。我們已經(jīng)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(fù)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(tài)。

工作中的3D打印機

張聞：這些復(fù)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(fù)合在一起，達到非常理想的狀態(tài)。

張聞：真是神奇的技術(shù)，希望日后有機會現(xiàn)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(chǎn)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(guān)的問題。我們下期節(jié)目再會。