送給石墨烯諾獎得主的3D打印禮物是怎樣做出來的

1. 收到給諾獎得主準(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得主的禮物，扒一下這個(gè)牛人的簡歷看來是必須的了,。

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,。年僅36歲的他也成為自1973年以來最年輕的物理學(xué)獎得主。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
看過這位大神的簡歷以后，南極熊覺得3D打印人像應(yīng)該是個(gè)不錯的選擇,。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牌，他本人應(yīng)該會是非常喜愛的。

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，就是沒法對諾獎得主進(jìn)行全身掃描,。可以找到的,，只有這位大神的各種照片,，這對于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估,，很難在一周之內(nèi)做出,，惟妙惟肖的諾獎得主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”,，也是其獲得諾獎的原因之一,。實(shí)際上，這是一個(gè)非�,！巴痢钡姆椒�,，即將石墨薄片粘在透明膠帶上，再通過膠帶的反復(fù)對折和撕開,，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),。上面具有諾獎得主的名字，以及贈送公司的名字,。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)面分別打印了諾獎得主參加的會議名稱，以及贈送公司的中文名稱,，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)，我們在底座中完全實(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比較順利。裝上LED燈和電池以后,，模型有了雛形,。看看暗室中的效果,，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�,？梢园磿r(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)意禮物贈送給諾獎得主
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到石墨烯諾獎得主安德烈•海姆爵士進(jìn)行主題報(bào)告后,，本次盛會有幸邀請到另一位石墨烯諾獎得主康斯坦丁•諾沃肖羅夫爵士,，為大會做主旨報(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)展動態(tài),。本次盛會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,，成為該領(lǐng)域規(guī)格最高的行業(yè)活動,。

石墨烯諾獎得主、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）”為題做大會主旨報(bào)告,。

在當(dāng)晚的晚宴上,，本次大會的主贊助商烯碳新材（000511）向諾沃肖羅夫教授贈送了這份精心準(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,。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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