送給石墨烯諾獎(jiǎng)得主的3D打印禮物是怎樣做出來的

1. 收到給諾獎(jiǎng)得主準(zhǔn)備禮物的委托
今年四月初，受朋友的委托，要為石墨烯諾貝爾獎(jiǎng)得主康斯坦丁•諾沃肖洛夫教授設(shè)計(jì)制造一個(gè)3D打印禮物。這位諾獎(jiǎng)得主將在4月來華，參加一年一屆的石墨烯國際高峰論壇。朋友希望禮物上可以融入石墨烯元素，并能體現(xiàn)出3D打印所帶來的與眾不同。同時(shí)，時(shí)間比較緊，只有不到一周。

2. 36歲即獲諾獎(jiǎng)的大神
南極熊3D打印收到這個(gè)委托之后壓力山大，千頭萬緒不知如何下手。好吧，既然是送給石墨烯諾貝爾獎(jiǎng)得主的禮物，扒一下這個(gè)牛人的簡(jiǎn)歷看來是必須的了。

康斯坦丁•諾沃肖洛夫（Kostantin Novoselov），英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家。畢業(yè)于莫斯科物理技術(shù)學(xué)院，其后于荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)攻讀博士學(xué)位。2001年，諾沃肖洛夫隨其博士導(dǎo)師安德烈•海姆（Andre Geim）一起前往英國曼徹斯特大學(xué)開展研究工作。2004年，諾沃肖洛夫在頂尖雜志《科學(xué)》發(fā)表文章，從石墨中剝離出單層石墨烯，成為該研究領(lǐng)域的里程碑事件。2010年，因石墨烯方面的成就，諾沃肖洛夫和其導(dǎo)師一起被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年僅36歲的他也成為自1973年以來最年輕的物理學(xué)獎(jiǎng)得主。諾沃肖洛夫?qū)耀@殊榮，目前是英國曼徹斯特大學(xué)的名譽(yù)物理學(xué)教授和英國皇家學(xué)會(huì)院士(FRS)，并在2012年英國新年授勛上獲封為爵士。2013年10月起，諾沃肖洛夫院士作為首批核心首席受邀參與了“歐盟石墨烯旗艦計(jì)劃”，并在曼徹斯特大學(xué)帶領(lǐng)組建了英國國家石墨烯研究中心。

3. 悲劇了的3D打印人像方案
看過這位大神的簡(jiǎn)歷以后，南極熊覺得3D打印人像應(yīng)該是個(gè)不錯(cuò)的選擇。和傳統(tǒng)的照片相比，3D打印人像更具立體化，只需把全身外形掃描出來，就可以等著3D彩色打印機(jī)“打印”小版的人像模型。并且3D打印人像的真實(shí)程度毫不遜色于蠟像館中的蠟像，而且制作時(shí)間大大少于過去的手工制作。在諾獎(jiǎng)人偶的手中在加入石墨烯的元素，比如說石墨烯的分子結(jié)構(gòu)模型，或是含有石墨烯材料的獎(jiǎng)牌，他本人應(yīng)該會(huì)是非常喜愛的。

然而，這個(gè)方案在實(shí)施的過程中遇到了一個(gè)很大的困難，就是沒法對(duì)諾獎(jiǎng)得主進(jìn)行全身掃描�？梢哉业降模�只有這位大神的各種照片，這對(duì)于3D建模來說困難極大。我們知道3D打印人像需要經(jīng)歷建模、打印、上色等工藝流程，因此經(jīng)過集體討論和綜合評(píng)估，很難在一周之內(nèi)做出，惟妙惟肖的諾獎(jiǎng)得主3D打印人像。好吧，我們不得不放棄這個(gè)方案。

4. 腦洞大開的創(chuàng)意設(shè)計(jì)
第二天一切從新開始。3D打印人像的方案被pass掉了，那么我們能不能自己設(shè)計(jì)一個(gè)創(chuàng)意禮物呢？南極熊的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)扛起了這個(gè)重?fù)?dān)。經(jīng)過一天的努力，設(shè)計(jì)模型出爐。整個(gè)模型將分為三個(gè)部分。

首先是樹立的部件為石墨烯分子結(jié)構(gòu)，展示出石墨烯是一種二維材料，由單層的碳原子形成蜂窩狀的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這個(gè)分子結(jié)構(gòu)的最下面是石墨烯的英文Graphene，說明上面的分子結(jié)構(gòu)是單層石墨烯。這一部件計(jì)劃使用含有石墨烯粉體的高分子3D打印絲材進(jìn)行打印。

第二部分是分子模型后面的晶石，它代表了石墨礦晶，體現(xiàn)出單層石墨烯是從石墨中剝離出來。這個(gè)剝離方法正是由諾沃肖洛夫教授發(fā)明的“機(jī)械剝離法”，也是其獲得諾獎(jiǎng)的原因之一。實(shí)際上，這是一個(gè)非常“土”的方法，即將石墨薄片粘在透明膠帶上，再通過膠帶的反復(fù)對(duì)折和撕開，使得石墨薄片變的越來越薄，最終得到單層的石墨烯。

第三部分則是模型的底座，將其設(shè)計(jì)為正六邊形的雙層石墨烯分子結(jié)構(gòu)。上面具有諾獎(jiǎng)得主的名字，以及贈(zèng)送公司的名字。這些英文字母將使用透明材料打印，至于為什么，我先買個(gè)關(guān)子，后面詳解。在底座的側(cè)面分別打印了諾獎(jiǎng)得主參加的會(huì)議名稱，以及贈(zèng)送公司的中文名稱，凸面的哦。

接下來是彩蛋部分，我們的模型中將加入LED燈，來展示出更好的視覺效果。LED燈的位置分別在石墨礦晶中和底座當(dāng)中，不同的顏色。這也是為什么底座的英文字母需要使用透明的3D打印材料，為了透光。

既然有燈就必須有電，電池和電線都在哪里的？通過設(shè)計(jì)，我們?cè)诘鬃�中完全�?shí)現(xiàn)了LED燈所有部件的內(nèi)置。下圖展示了底座上嵌入的電池倉。相信這種3D打印和LED燈的結(jié)合，這種難得的用心設(shè)計(jì)，你在南極熊之外的3D打印廠家是很難找到的。

好，我們最后看一下禮物整體的設(shè)計(jì)效果圖。Perfect！

4. 荊棘中前行的打印過程
第一步就是為各個(gè)部件選擇不同的色彩了。由于各個(gè)部件將單獨(dú)打印，所以可以使用不同的顏色。而南極熊可以選擇的絲材顏色多達(dá)上百種。只要是你見過的顏色，我們這里都有，所以挑選空間巨大。

對(duì)于該模型來說，石墨烯分子結(jié)構(gòu)部件需要使用含有石墨烯粉體的絲材打印，因此只能是黑色的。石墨礦晶石內(nèi)則要加入藍(lán)色的LED燈，因此從效果來看，白色是最為合適的顏色。但是悲劇的是，硅礦石是白色的。為了避免產(chǎn)生這種歧義，我們只能是犧牲視覺效果，選擇了石墨礦的本色，銀灰色。底座的顏色沒有什么要求，最終我們敲定了金色，象征著石墨烯行業(yè)的發(fā)展蒸蒸日上，奧斯卡的小金人也是金色的么，呵呵。

第二步底座和石墨礦晶石的打印。在打印的過程中我們發(fā)現(xiàn)英文字母的部分特別難打印，使用透明材料的方案很難成功。同時(shí)，由于采用冷光源，字體太小透光性很差。因此，經(jīng)過多次設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和打廢掉四個(gè)底座后，我們將底座字母的大小調(diào)的盡可能大，同時(shí)字母使用凹面的方式，使得該位置盡可能的薄，實(shí)現(xiàn)更好的透光性。
相比底座來說，石墨礦晶石的打印相對(duì)比較順利。裝上LED燈和電池以后，模型有了雛形�？纯窗凳抑械男Ч�，藍(lán)色的晶石和綠色的名字，真漂亮。前面的辛苦付出在這一刻感覺都是值得的。

第三步就是石墨烯分子結(jié)構(gòu)部件的打印了。始料未及的是添加了石墨烯粉體的絲材特別的脆，非常難成形。經(jīng)過十多次的打印和設(shè)計(jì)調(diào)整發(fā)現(xiàn)，打印出原始設(shè)計(jì)中的，五層分子結(jié)構(gòu)單元幾乎是無法實(shí)現(xiàn)。因此，我們首先將分子結(jié)構(gòu)和石墨烯的英文Graphene分別進(jìn)行打印，降低部件的制造難度。其次，只打印了具有兩層的分子結(jié)構(gòu)單元，已確保可以按時(shí)完成禮物的準(zhǔn)備。

最后，趕在第二天交貨前將各部件組裝成形，3D打印石墨烯模型順利完工。好吧，此時(shí)是凌晨12點(diǎn)。

5、3D打印創(chuàng)意禮物贈(zèng)送給諾獎(jiǎng)得主
下一步，購買一個(gè)大小合適的禮盒并將禮物放入。前往機(jī)場(chǎng)從北京飛往深圳。為了保證精心準(zhǔn)備的禮物安全，全程手持。機(jī)場(chǎng)過安檢的時(shí)候被進(jìn)行了盤問，將來由介紹了一遍，機(jī)場(chǎng)工作人員非常感興趣。

2016年4月14日，2016石墨烯高峰論壇于在清華大學(xué)深圳研究生院召開。繼第一屆高峰論壇邀請(qǐng)到石墨烯諾獎(jiǎng)得主安德烈•海姆爵士進(jìn)行主題報(bào)告后，本次盛會(huì)有幸邀請(qǐng)到另一位石墨烯諾獎(jiǎng)得主康斯坦丁•諾沃肖羅夫爵士，為大會(huì)做主旨報(bào)告。除此之外，實(shí)現(xiàn)全球首個(gè)碳納米管觸控屏產(chǎn)業(yè)化的范守善院士，實(shí)現(xiàn)全球首次化學(xué)合成石墨炔的李玉良院士，以及來自美國、歐洲、亞洲等國家及地區(qū)的多位知名教授和產(chǎn)業(yè)精英，帶來了20余場(chǎng)關(guān)于石墨烯、碳納米管及其他低維材料的精彩報(bào)告，呈現(xiàn)出該領(lǐng)域的最新的科技進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。本次盛會(huì)共吸引了來自政府機(jī)構(gòu)、科研院所、優(yōu)秀企業(yè)、相關(guān)媒體、投融資領(lǐng)域的近位各界人士參會(huì)，成為該領(lǐng)域規(guī)格最高的行業(yè)活動(dòng)。

石墨烯諾獎(jiǎng)得主、英國曼徹斯特大學(xué)康斯坦丁•諾沃肖洛夫教授以“范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Van der Waals heterostructures）”為題做大會(huì)主旨報(bào)告。

在當(dāng)晚的晚宴上，本次大會(huì)的主贊助商烯碳新材（000511）向諾沃肖羅夫教授贈(zèng)送了這份精心準(zhǔn)備的禮物。于灝博士向諾沃肖羅夫教授介紹了該禮物的設(shè)計(jì)理念，希望融合了兩項(xiàng)顛覆性技術(shù)，3D打印和石墨烯的創(chuàng)意禮物，可以展現(xiàn)出未來科技的發(fā)展趨勢(shì)。諾沃肖羅夫教授表示特別喜歡，特別詢問了所使用的含有石墨烯粉末的絲材導(dǎo)電性如何。并打趣的說到，回英國曼徹斯特大學(xué)后要讓碩士生研究一下它的導(dǎo)電性。

隨后，諾沃肖羅夫教授做了即興發(fā)言，說到“迄今，我們上下求索研究石墨烯的歷程約二十載，希望大家能夠繼續(xù)堅(jiān)持下去，在這條道路上行得更遠(yuǎn)，真正實(shí)現(xiàn)石墨烯的廣泛應(yīng)用，最終能夠開花結(jié)果！”

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