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国外图书馆3D打印服务与实践进展*
摘 要：文章通过文献调研和案例分析等研究方法,对国外图书馆的3D打印服务研究及实践进展进行了调研及分析,研究表明：图书馆引入3D打印服务具有重要意义；图书馆3D打印服务分为自助型、引导型和依托型等3种模式；规划与实施内容包括设备引入及管理、营销及宣传推广、成本控制、员工培训、用户教育、健康与安全维护、用户行为规范以及服务评价；图书馆应当制定服务条款和关注版权问题；招募学生助理、构建3D模型库、实行预约制度是值得借鉴的优化策略.
关键词：3D打印；图书馆服务；创客文化；创客空间；3D技术
中图分类号：G252
文献标识码：A
DOI:10.11968/tsyqb.1003 -693 8.2016099
Advances in Library 3D Printing Service Abroad: Research and Practice
Abstract This paper interprets the current situation of library 3D printing service abroad, with a view to providing auseful reference for the development and improvement of library 3D printing service in China. It discusses the situationfrom five aspects based on the methods of literature research and case study. The study shows that it is of great practi-cal significance to implement 3D printing services in the library, the levels of library 3D printing service appear to fitinto three categories: self-service, mediated service and space-based service. The contents of planning and implementa-tion include equipment selection and management, promotion and outreach, costs and charges, staff training, user educa-tion, health and safety issues, user behior ruling, and service evaluation. Library should develop related service provi-sion and pay attention to copyright issues. The optimization strategies include recruiting student assistant, constructing3D model repository and implementing booking system.
Key words 3D printing; library service; maker culture; maker-space; 3D technology
在工业与制造业领域．3D打印在形式上已经具有20多年的应用史.随着信息时代的到来和数字技术的快速发展,3D打印也已从制造技术上升为创新理念,对传统的经济社会生态系统的演化产生了深远的重大影响,应用领域已经从工程与工业延伸到医疗、信息、教育、娱乐、航天、机械、建筑、食品、装饰等更加广泛的产业和行业.当前语境下的3D打印代表了一种富有想象力的交互式运动,已经拓展至更多的创新环境中,如美国法耶特维尔( Fayetteville)免费图书馆是全美首家构建创客空间( Makerspace)的公共图书馆,在该馆打造的“神话般的实验室”(FabLab)创客空间里,两台3D打印机是硬件资源的新亮点,它可以把用户的数字化模型转换成塑料材质的实体物品,该馆还提供数字设计课程以支持用户开展协作和创造活动[1].从201 1年下半年开始,更多的图书馆开始引入3D打印机并提供3D打印服务．3D打印已成为图书馆服务创新与可持续发展的战略选择.
1图书馆引入3D打印服务的意义
1.1图书馆层面
(1)服务边界拓展.在过去的5至10年间,3D打印机在高校中的可用性和可获取性已经显著提升,而这项新技术原先只存在于如工程学等教研单位的封闭的学术社区内供本专业师生使用.随着新技术的持续研究与发展以及用户需求的不断增长,3D打印技术的应用领域已经超越原有的学科边界,进入更为广泛的领域.图书馆常被视为非学科化或跨学科的研究与学习共享空间,用户在这样的空间里能够获取到资源和服务,将3D打印引入图书馆,使用3D打印机的学科门槛将不复存在[2].图书馆3D打印服务形式多样,既可以提供相对单一化的终端用户服务,即将用户提交的模型打印出来,也可以拓展到为设计特定项目提供计算机和软件支持服务,帮助用户学习使用软件并打印出预期产品.
(2)功能定位延伸.21世纪以来,高等教育正在经历一场重大的范式转变：主要焦点正在从教学向学习演进,作为响应,大学图书馆的功能定位已经从强调文献信息存储向直接支持知识生产延伸,从管理和战略协同的角度来看,图书馆开展3D打印服务也是明智之选.作为全美第一家提供3D打印和扫描支持服务的大学图书馆,内华达大学里诺校区(UNR)DeLaMare科学与工程图书馆的既定使命中特别提到“运用‘尖端技术’进一步支持‘培育创造新知识’,拥抱知识探索和创新”的具体目标.图书馆在提供深度学习、知识创造机会和体验新兴技术等方面能够发挥独特作用,作为资源共享中心,图书馆具备成为跨学科服务枢纽(Hub)的潜力,在这样一个空间里,不同实践社区的成员可以彼此互动和自我强化,STEM（科学、技术、工程和数学）项目可以获得艺术和人文视角的支持,反之亦然[3].
1.2 用户层面
(1)创新素养培育.桌面打印机是目前绝大多数图书馆硬件设施的标准配置之一,为用户提供复制和传播等方面的技术保障,与此相似的是,3D打印技术允许并支持用户充分认知和开发创造性的思维.尽管很多人熟悉3D打印理念,但大多数仍对其技术潜力和用途缺乏深度的理解,尤其是缺乏运用知识将自己的想法转变为现实产品的能力,而这种能力正是创新素养(Creative Literacy)的核心要义.作为3D打印的科学理论基础,创客文化(MakerCulture)强调个人或小团体创造而非大规模生产活动,能够引导和促进创新素养的提升,创客主义(Makeri)也不是关于特定的工具,而是关于创造过程和精神.将创客文化引入图书馆是延伸服务边界和满足公众需求的理性选择,而3D打印机正是图书馆帮助用户提升创新素养和“自己动手做”(DIY)能力这一过程所依赖的重要工具和资源之-[4].
(2)数字技能提升.随着科技的不断进步和社会环境的变化,图书馆面临着服务转型和升级的双重压力.帮助社区成员了解和体验新技术是提升用户个人数字技能的有效方式.如3D设计是一项颇具学术性的工作,用户能够获得原型构建方法、设备操作技巧、编码等方面的知识,这一过程将给用户带来利用个人知识和新技术解决实际问题的机会.在数字时代,图书馆能够为用户塑造咨询、玩乐和探索的支持性创新环境与协作平台,提高用户解读信息、发现价值、设计内容和建构知识以及在数字世界里表达思想的能力,在这样的支持性环境中,用户可以从理念到具体对象的转化过程中获得经验和满足感[3].2图书馆3D打印服务的模式选择
英国牛津(Oxford)大学Oliver Bridle等人在梳理和总结的基础上,认为图书馆3D打印服务可分为自助型服务、引导型服务以及依托馆内空间开展服务等3种模式[6].从国外图书馆3D打印服务的实践特点来看,第一种模式相对被动,后两种模式的适用范围更广,在创客运动背景下,一些图书馆的3D打印服务已成为创客空间服务的组成部分.
(1)自助型服务.用户可以利用馆内3D打印机制作自己的模型,除了日常维护外,图书馆员很少干预用户自助打印过程.如英国西英格兰大学(UWE)图书馆即采取这种模式,致力于对接所有院系并鼓励用户拓展新的应用边界,3D打印机被设置在主校区图书馆,以供所有学生和教职员工免费使用,经过一个学期的实践,使用量已逾2000人次／天[7]；加拿大多伦多(Toronto)大学图书馆也为用户提供自助式3D打印服务,但只有经过安全培训、知识测试和认证的用户才被获准进入MADLab以校准设备和进行打印[8].
(2)引导型服务.图书馆分配专门的工作人员负责接收、核查、处理和打印3D模型并管理整个流程.如美国达尔豪斯(Dalhousie)大学图书馆建立了材料有偿使用制度且提供收据,收费标准为8美分／克,还对模型的尺寸大小作出规定,要求用户提交的3D程序符合最常用的STL格式,并为用户提供格式转换工具和3D模型存储服务,倡导开放共享[9].开展引导式3D打印服务的图书馆还有佛罗里达(Flori-da)大学Marston科学图书馆、南伊利诺伊大学爱德华兹维尔分校( SIUE)图书馆等.
(3)依托创客空间或设计实验室开展服务.图书馆为用户提供设备、设计软件和培训课程.除了提供3D打印机外,还提供额外设备,如激光切割机、电子套件等.如美国内华达大学里诺校区(UNR)DeLa-Mare科学与工程图书馆创客空间为全校学生和教职员工提供3D打印、建模、扫描以及咨询服务,被《Make》杂志评为最有趣的创客空间之一[10].
3图书馆3D打印服务的规划与实施
由于图书馆开展3D打印服务受到决策层态度、用户需求、资源禀赋、功能定位等诸多因素的影响,因而在提供服务的模式选择上也是各具特色、因地制宜.图书馆3D打印服务的规划与实施逻辑,实质上就是要回答提供什么样的服务以及怎样提供服务等核心问题,至少涵盖以下内容：服务的时间是否固定或者与借阅等常规项目同步？如何配备人员？允许用户独立使用技术还是由馆员或志愿者提供专业指导？需要与用户签订协议吗？用户使用技术之前需要经过图书馆提供的集中培训吗？图书馆在作出决策之前有必要对上述以及其他影响因素进行深入的调研与分析,在充分论证的基础上结合发展战略作出安排.
3.1设备引入及管理
与“即插即用”的3D扫描仪相比．3D打印机的安装、调试与故障排除是一个更复杂的长期过程.大部分低成本3D打印机的硬件框架均基于开放的硬件设计方案,其中,开源项目RepRap较为流行,国外图书馆3D打印服务常用的MakerBot及其换代产品就是这一开放硬件框架应用的典型代表之一.MakerBot在其为用户提供如何安装设备的分步说明,需要经过几周的调试,该设备才能持续地打印出高质量模型,这是用户学习如何调试打印机的设置以获得最佳效果的渐进式过程,一般不需要专业的技术培训,但对于部分技术能力较弱的用户来说,顺利完成这样一个参与过程还是有难度的,打印平台的构建也需要时间和耐心,这是图书馆面临的难度最大的技术障碍之一.继平台构建之后,3D打印机的常规维护成本并不高,相关工作主要包括：清洁打印平台、润滑连杆、改变和重装塑料丝、更换胶带、拧紧螺丝、清洗齿轮等[11].
3.2 营销及宣传推广
向用户推广3D打印服务主要有以下几项策略[6]：一是划拨专项资金支持设计并印刷传单和海报；二是鼓励学科馆员将信息及时通报给对口联系的院系；三是通过社交媒体平台（如微博）和宣传服务：四是案例展示,包括实例陈列、功能解读及展板阅读,藉以激发用户的好奇心.另外,宣传活动也十分必要,3D打印宣传活动可以在图书馆的公共区域进行,指导用户将自己设计的模型打印出来,服务团队成员在活动期间应当现场回答有关问题.在馆内为已经使用3D打印机的用户提供交流经验和互动的研讨会也是值得考虑的方式.如美国南伊利诺伊大学爱德华兹维尔分校( SIUE)在2012年9月的“图书馆与信息服务开放日”正式推出3D打印服务,现场演示打印机和打印样品,由数字化项目主管宣讲并回答学生提问,还在有关院系的职工会议上进行推广以使更多的用户了解图书馆的这项新服务[12]；美国旧金山(Frisco)公共图书馆借助2014年夏季本地举办创客嘉年华(MakerFaire)之机,向公众推介3D打印服务,激发社区成员感受、体验新技术的兴趣,并在市人力资源部门的帮助下,邀请所有感兴趣的城市职工参加3D打印展演活动并提供基础设计辅导[13].
3.3成本控制
在提供3D打印服务之前,图书馆需要考虑很多事项,其中,最明显的一个是处理材料成本的方法.为了保障3D打印服务的常态化运行及可持续发展,图书馆需要制定用户收费方法,或对材料的数量作出预算以确保服务过程中材料供给处于合理水平.虽然塑料材质的材料成本相对较低,但也不可忽略[14].为了鼓励用户尝试这种新服务,有效控制综合成本对于图书馆来说也是至关重要的.如英国牛津(Ox-ford)大学Radcliffe科学图书馆的收费标准是按时间计算并实行阶梯制度[6]：打印的第一个小时收费2英镑,之后每增加一个小时多收1英镑,这些费用包含材料成本以及机器磨损、零部件更换等附加费；加拿大里贾纳( Regina)大学Archer图书馆3D打印服务收费规则包含在政策文件中[5]：成本按最终打印出模型的重量计算,针对塑料纤维的费用标准是6美分／克,但为了保证打印机的长期可持续性运转,弥补未来维修方面的开支,该馆采取加收一倍费用的计价机制.
3.4员工培训
试验、跟着别人一起做或从自我实践中找到解决问题的办法是3D打印机使用与操作培训中最常见的经验描述,而获取专业知识的最直接方法莫过于鼓励图书馆工作人员下载或创建一个3D模型并尝试着打印出来,尽管这项技术越来越流行,调研精神和不惧失败仍是保证培训效果的重要因素.在知识获取的路径选择方面,图书馆员既可以通过社交媒体（如微信、微博）与同行进行实时对话或针对某一具体问题（如3D建模）建立个人学习网络,也可以访问本地的图书馆、博物馆、学校和创客空间,进而实地观察和体验3D打印机的运作流程,并将总结的经验整合到服务中.另外,点对点(P2P)培训也是很受欢迎的方式[16].如加拿大多伦多(Toronto)大学图书馆Gerstein科学信息中心采用现场观摩的方式为用户提供3D打印技术的认知和体验机会,并请研究生助教讲解相关知识、剖析潜在风险,引导用户感受3D打印的标准化流程,整个安全培训过程只需要一个小时即可完成[8].
3.5用户教育
3D打印的操作及安全培训是用户教育的主要内容,必须重视.利用课程、讲座或讲习班(Workshops)等面对面环境开展用户教育是常规方式,通过互联网平台提供网络教程、视频、用户协议等在线业务是辅助途径,而不论选择何种教育形式,都应当以用户需求为导向,分众分类地制定针对性的方案[16].如美国阿拉巴马(Alabama)大学图书馆将操作及安全培训视为3D打印服务的三大目标之一,制作标准操作规程(SOP)手册作为图书馆工作人员和用户的培训指南.所有的新用户均被要求参加培训讲习班,培训内容涵盖3D打印技术的基本知识、仪器操作、安全、调度策略、资源和软件等项目,培训效果表明：新用户对培训工作高度认可,美中不足的是3D打印的展示样品较少.另外,约25%的受培训用户还选择参与个人会议以提高动手操作能力[17]：佛罗里达( Florida)大学教育图书馆通过讲习班的形式向用户介绍3D打印概念,包括如何发现和构建3D模型以及所需的准备工作等：另外,该馆还实施“发展3D教育资源馆藏”计划和活动以提高用户使用3D打印技术的能力[18].
3.6健康与安全维护
ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene,丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物）塑料是最常见的打印材料,这类从石油中提炼的材料在制作产品的过程中可能会产生烟雾和令人不愉快的气体,甚至产生微毒,容易刺激眼睛和肺部组织,也会影响环境（需要几百年才能得以分解）,在图书馆内打印这类材料的安全性是难以保证的.作为解决方案,聚乳酸基塑料(PLA)是ABS的优选替代品,从PLA材料数据安全表(MSDS)和其他不同类型创客空间提供的反馈数据来看．PLA在使用过程中产生的烟雾和气体对人体造成的损伤是极低的.如达尔豪斯(Dalhousie)大学图书馆的3D打印服务实践经验充分表明,PLA在3D打印过程中不会对参与者的身体造成伤害[11]；里贾纳(Regi-na)大学Archer图书馆同样选用对环境影响微小的PLA材料,在打印机附近张贴警示标识,提醒用户不要触碰高温的打印喷头以免被灼伤,同时注意宽松的衣服和长头发不要被移动部件夹住[15].
3.7用户行为规范
美国图书馆协会(ALA)技术政策办公室(OITP)和知识自由办公室( OIF)对图书馆用户使用3D打印机提出了指导性的政策规范,所有政策文本中涵盖范围最广的当属“禁止非法活动”条款,包括内容违法、知识产权侵权和使用安全等3项核心规定.同时,很多政策需要在特定语境下获得精准的解释,如“不合适的”（Inappropriate）并非法律术语；“非法”内容涵盖、暴力以及对未成年人有害等法律规定,武器、或其零部件也属于禁止打印对象[19].图书馆实施3D打印政策主要面临两个挑战：一是禁止打印内容的确定和由谁负责执行.在法律禁止之外,“不合适的”、“令人反感的”等属于仁者见仁的观点,图书馆界尚未形成统一认识,而且在实际执行过程中往往只能寄托于图书馆员的个人见解：二是现行的图书馆法律制度聚焦于用户“接收”( Receiving)行为而不是“创造”(Creating)过程,图书馆制定3D打印政策的根据主要是国家或地方政策层面的正式法律条文.
3.8服务评价
为了确保3D打印及相关材料能够有效满足用户的实际需求,精简和优化工作流程以及检验政策（尤其是收费机制）实施的准确性,服务评价是一项不应被忽视的关键环节.通过评估,图书馆能够发现实际运行中存在的突出问题,找到解决问题的突破口,为未来的规划调整和战略部署提供最直接的有效参考.如何评估3D打印服务的效果是摆在图书馆人面前的一大难题,目前尚未统一的评价体系或权威的指导方案,评估工作应以用户需求为导向,以优化服务业态为目标,采取因地制宜的个性化评估标准,评估方法主要包括访谈、问卷调查、技能阶梯评估(SLE)和活动现场跟踪记录等.在实践方面,美国佛罗里达( Florida)大学Marston科学图书馆通过对服务效果进行评估后获得以下重要信息[20]：打印模型和材料的使用群体以本科生为主,其次是工程师,不同专业领域的用户对打印模型和材料的需求具有差异化特征,图书馆应当分类对待；用户对高分辨率打印表现出极大兴趣并且对打印材料的颜色有更多的期盼,而图书馆在开展服务之前并没有考虑到这些潜在需求.
4图书馆3D打印服务的政策导向
4.1制定服务条款
图书馆为用户提供3D打印服务绝不是终止于安装和调试完设备之时,另一个重要的角色是帮助用户理解这项技术,包括知识自由、个人自由、知识产权、责任等关键内容,但目前缺乏足够的法律条文和制度框架来充分解读3D打印语境下上述概念的内涵[21].因此,3D打印服务实践的出发点应从图书馆的宗旨和使命开始,然后提出符合法律制度要求的切实可行的解决方案,图书馆有能力构建科学、合理、有效的3D打印服务政策体系,为了有效地引导用户的3D打印行为,图书馆员自身必须理解3D打印的基本原理和政策含义.
保护和促进用户获取和自由表达权利并不意味着图书馆不可以对3D打印机的使用行为作出约束性规定,只要这些限制合情合理且符合图书馆的使用原则,都可以用来作为引导和管理打印活动的保障措施,以提高用户安全、确保使用公平并使图书馆免担侵权责任,制定并实施书面的可接受的用户政策对于图书馆3D打印服务而言是必要的[21].在当前的技术环境下,图书馆为用户提供无监督的获取服务的现实条件还不成熟,因为这与操作设备所需的专业知识和打印单个作品的耗时有关,工作人员在实践中很难识别侵权的准确性,这就要求工作人员在指导用户使用3D打印设备时尽可能地保持审慎的态度,图书馆有权要求用户在阅读这些政策后签署使用协议以确保用户的打印行为符合服务条款[22].
4.2 关注知识产权
3D打印是一个创意转化和产品制造的过程,显然,围绕这一过程产生的知识产权问题是值得深入讨论的重要内容.毕竟,复制受版权保护的设计和售卖基于此途径制作出来的模型无疑违反现行著作权法,用户需要注意避免使用3D打印技术过程中可能产生的侵权行为,图书馆必须充分认识这些问题的重要性,并要求参与服务的工作人员能够引导用户合理、合法地使用3D打印技术[23].在缺乏专门处理3D打印服务的判例法的背景下,美国图书馆协会(ALA)为图书馆专业人员提供了以下几点应对之策[24]：开始熟悉专利和商业外观(Ttrade Dress)法律的基本知识：制定一个纾解潜在法律风险的用户政策,但最重要的是鼓励用户勇于创新并享受这种乐趣；与其他已经开展3D打印服务的图书馆交流合作,分享各自的用户政策并讨论3D打印机新的应用领域.图书馆可以考虑为3D打印用户建立产权及隐私档案,将用户利用本馆3D打印机制作的作品进行产权登记,用户主动放弃知识产权或允许作品进入公共领域自由流通的也应做好档案记录,但需要保护好个人隐私信息.
一个好的3D打印服务政策应当成为行动指南,行之有效的政策体系包括适用于3D打印机使用的知识自由层面的声明、仅用于合法目的的规定和所有参与者必须遵守的公告等,这样一份书面的政策文本为图书馆处理3D打印机误用或滥用行为提供了必要的灵活性,从而确保用户能够自由地利用新技术设计和创造作品[21],并在政策框架下实现开放共享.
5图书馆3D打印服务的优化措施
5.1招募学生助理
从图书馆业务的角度看,招募学生助理是为3D打印服务提供技术知识保障的有效路径之一.来自工程和物理院系,特别是机械及制造工程(MME)专业的学生拥有较好的计算机辅助绘图(CAD)和数控(CNC)技能,能够围绕3D服务的生命周期（扫描、建模和打印）提供全方位的技术支持,学生也能在志愿服务中获得更多的实习和就业机会.如美国迈阿密(Miami)大学B．E．S．T．（商业、工程、科学与技术）图书馆即采取这种服务支持策略,从相关院系和研究团队中招募志愿者,学生在担任咨询顾问的过程中既实现服务用户的公益价值,也能够获得宝贵经验以增强个人未来职业发展的竞争力[25].
5.2构建3D模型库
随着3D打印机的日益普及,在线3D模型库也流行起来,用户向这些资源库提交3D模型或从库中获取3D模型都是比较常见的行为.为了彰显3D打印服务魅力,保证用户能够合理使用3D模型,避免不必要的版权纠纷并倡导用户共建共享优质的3D模型,图书馆可以考虑构建自己的3D模型库,藉以帮助学生和教职员工提升个人3D模型作品的网络率,同时也为采集到的这些3D信息的长期保存、再利用和自由获取提供保障[11].
5.3实行预约制度
一般而言,图书馆购置3D打印机的数量有限,而且相应的人员、场地、材料等软硬件资源也需要有效的组织、配置和调控.为了确保服务质量和便于管理,图书馆可将3D打印预订系统嵌入到既有的服务管理平台中,支持师生使用工作号和学号提前预约,注册和预约流程一般在用户参加培训之后.在制度设计方面,需要对单次使用时间、单周预约次数等事项作出明确规定,以确保每一位对3D打印感兴趣的图书馆用户都有平等的使用机会,同时,还应公布收费政策及定损赔偿等规章,以保证3D打印服务的长期可持续发展[11].
6结语
像计算机、互联网以及其他重要的信息技术一样,3D打印机具有改变图书馆服务生态的潜力,不仅因为它们允许物理项目以数字格式存储,还在于它们能够按照图书馆用户的个性化需求重构物理项目．3D打印技术还能够为数据可视化提供先进的技术支持,从而为研究人员展现数据开辟新方法.3D打印在经济社会发展的重要性日益凸显,随着图书馆角色的持续演进,技术多样化已成为服务创新的时代标签,而技术成本的降低和工序效率的提升也将使更多的图书馆有机会引入这种技术.3D打印理应成为图书馆服务边界拓展和内容创新的优选项,图书馆能够在新时期发挥关键性作用,就像过去在服务中引入计算机和互联网那样.诚然,每座图书馆都是不同的,不存在适用于所有环境的解决方案、服务模型和工作流程,图书馆在实施3D打印服务之前应当对环境因素进行有效评估与分析,为实现成功目标设定合适的指标或标准,并密切关注技术和用户需求不断演化的发展方向[12].
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