“中国科学院科学节·2023” | “有趣的3D打印”系列科普在北京国家植物园南院成功举办

中国科学院第十九届公众科学日系列活动自今年五月启动以来，受到了公众的极大关注与喜爱。近期，由中国科学院动物研究所、中国科学院干细胞与再生医学创新研究院、中国生物材料学会生物材料先进制造分会等的共同支持举办，中国科学院动物研究所生物制造研究组执行承办的“中国科学院科学节·2023”系列活动之“有趣的3D打印”在北京国家植物园南园成功举办。

本次科学节以“有趣的3D打印”为主题，围绕有趣的3D打印项目与模型打印体验，包括现场打印小恐龙玩具、体验“棒棒糖印章”、体验“魔法泥”玩具和微流控制作微球等，帮助公众，特别是广大青少年了解3D打印相关知识。此次活动吸引了近万名公众参与，收效良好。

“有趣的3D打印”

“有趣的3D打印”活动旨在让公众更好地了解3D打印技术、3D生物打印技术以及生物制造的相关知识。3D打印技术自上世纪80年代问世以来已有40年左右的历史。随着科技的发展，该技术已在我们的衣食住行等多个方面得到越来越广泛的应用。此次活动现场，科技工作者们采用循环播放生物制造科普视频的方式，让大家通过科普视频和图文，了解多种3D打印组织器官的模型，感受3D打印在生物制造上的应用。同时，中国科学院动物研究所生物制造研究组的科技工作者们也精心制作了科普桌签，参与公众也可通过扫描桌签适时观看学习。

“棒棒糖印章”

“棒棒糖印章”科学实验体验旨在通过让小朋友们将打印出的个性化棒棒糖模具，在饺子皮上赋形与脱模来体验模型制作的过程。

具体制作过程如下：基于打印机的打印精度，科技工作者们使用Solidworks设计了一个个性化的模具，通过Ultimaker Cura切片软件将设计好的模型进行分层切片，并根据模型进行单独的参数修改，输出**.ufc**格式文件，通过U盘导入至打印机，即可开始打印。

熔融挤出（Fused Deposition Modeling, FDM）通俗来讲就是利用高温将材料熔化成液态，通过打印喷头挤出后固化，最后在3D空间上排列形成立体实物。

打印机使用直径为3 mm的聚乳酸（PLA）线材，经远端送丝器将线材送至加热喷头，通过210℃高温将PLA熔融挤出，在室温下冷却即可迅速固化。

整个制作过程大约需要40分钟，完成后便可以在玻璃底板上将打印好的模型取出，无需后处理直接用以模具使用。在整个制作过程中，科技工作者们使用聚乳酸（PLA）作为打印材料，不仅可以用它打印玩具，也可用它打印生活中的锅碗瓢盆，在严格环境及参数控制下甚至可打印医疗场景中应用的支架、器具等。

活动现场，科技工作者们通过以PLA为材料使用Ultimaker和UPBox 3D打印机打印含2023年中科院科学节等多种标识的印章，让公众自己动手将棒棒糖小棍与印章粘合在一起，并蘸取印泥盖戳留念，广受关注。

“魔法泥”和非牛顿流体

在制作3D打印印章和小饼干的过程中，通过的是一种增材制造的方式，即逐层叠加材料进行打印。

除了这种逐层累加的制造方式外，也可通过揉捏、挤压的方式来对某种材料进行塑形，这种技术方法被称为等材制造。这种技术的突破会为我们制造器官和各种工具提供更简便的方法。

科技工作者们向到场的小朋友们和家长们展示了“魔法泥”和非牛顿流体的特殊性质。小朋友们发现：当磁石靠近魔法泥的时候可以随意地改变磁泥的形状，当把磁铁放入魔法泥时，磁铁会被四面八方“赶来”的魔法泥包裹住。小朋友们纷纷询问起魔法泥的成分，其实，魔法泥是混合着铁粉和氧化铁粉的磁力泥。科技工作者们也向观众们介绍了磁现象的相关知识，例如具有磁性的材料的特征，以及等材制造中材料进行塑性和变化的过程。

而另一个十分热门的项目非牛顿流体也吸引了广大公众的关注，科技工作者们在研钵中将玉米淀粉与水进行质量比3:1进行混合，制备成剪切变稠的非牛顿流体。这种流体“吃软不吃硬”，在外力作用下，液体黏度因剪切速率的增大而上升。现场的小朋友们用研杵反复快速捶捣，也不能“伤其分毫”，而缓慢地放下研杵，研杵却深深地陷入了液体之中。小朋友们还用手和拳头感受了这种非牛顿流体，纷纷感慨这种特殊性质液体的神奇。

本活动不仅吸引了众多小朋友对相关科学知识的兴趣，也吸引了很多家长朋友，他们的参与不仅是为了陪同孩子，而且也是出于自身对科学的好奇，这直接体现出我国国民对科学的向往以及科学素养的不断提升，同时也很好地诠释了举办“科学节”的另一个关键意义，即：不只是面向未成年人科普，同时也需面向成年人士科普。

微球制作体验

微球，即纳米和微米级的球形粒子，由于其特殊的尺寸、结构和性能使其被广泛地应用于许多行业，在生物制药领域，微球作为药物缓释的载体可以减小药物的毒副作用，提高药物有效性，目前常见的药物、疫苗输送载体就是微球和微囊。“微流控”是一种在微米尺度的通道中操控两种或几种互不相溶的微小体积液体，因此能连续、可控地制备单分散性好、粒径和形态可控的微球或微囊。科技工作者们在现场用油和水进行演示，小朋友在现场观察微球产生。

本次科学节为期两天，广大青少年对科学实践项目的积极热情参与，让我们看到了青少年对科学的热爱，特别是在活动设置的问卷中，对于“你的理想是什么？”的回答，很多青少年的答案上都写着“科学家”三个字，这也许就是进行科学普及实践活动的意义所在，让更多的青少年了解科学、尊重科学、运用科学以造福国家、造福全人类。