董昕伟

摘 要 3D打印技术作为现代高新技术，能够推动各行各业的技术变革，将其应用于海关口岸监管装备领域能够加快新装备研发速度和推广进度，并可以降低运行维护成本。尤其是在应对紧急突发场景时能够迅速为海关口岸一线执法人员研发出更贴合实际需求的口岸监管装备，实现迅速推广和低成本维护。本文结合重庆海关在应对新冠疫情时应用3D打印技术研发智能护目镜、一体化消毒喷枪、消毒手环等海关口岸监管装备的探索实践，分析3D打印技术在海关口岸监管装备领域的优势、面临的挑战和机遇，并提出了相应的建议，为智慧海关建设提供新视角和新思路。

关键词 3D打印；口岸监管装备；智慧海关

Exploration and Reflection on the Application of 3D-Printing Technology in Customs Port Supervision Equipment

DONG Xin-Wei ¹

Abstract As a high and new technology, 3D-Printing technology has facilitated the technological changes in all industries. 3D-Printing technology applied to port customs supervision equipment will largely accelerate research and development and its promotion as well as reduce the operational and maintenance cost. Especially when emergencies as COVID-19 epidemic occur, 3D-Printing technology can develop more practical customs supervision equipment for frontline customs officers at customs ports, enabling rapid promotion and low-cost maintenance. The study combines the practice exploration of Chongqing Customs in applying 3D printing technology to develop intelligent goggles and other customs purt supervision equipment during response to the Covid-19 pandamic. It analyzes the advantages, challenges and opportunities of 3D-printing technology applied to port customs supervision equipment, and puts forward corresponding suggestions to provide a new perspective and ideas for the construction of Smart Customs.

Keywords 3D-Printing; port supervision equipment; Smart Customs

3D打印是一种快速成型技术，也称作增材制造，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。该技术在航空航天、汽车、电子电器、医疗、教育、日用品、武器以及其他领域都有广泛应用^[1]。在加快推进智慧海关建设和“智关强国”行动的背景下，海关监管工作对口岸监管装备的研发、配备和维护提出了专业、独特和急切的需求，因此，探索研究3D打印技术应用于海关口岸监管装备领域具有重要意义。

1 3D打印技术种类及其优缺点

当前3D打印机所使用材料及片层生成方式有所不同，3D打印技术可以分为以下4种，表1对4种技术对比评估及适用场景进行了阐述。

1.1 熔融层积技术

熔融层积技术将塑料或金属细条卷入熔融挤压喷嘴，在电机的驱动下按照计算机规划的3D路径移动，并将融化的热塑性材料挤出层积凝固在打印托盘上。该技术打印出的物体能够耐受高热，耐受腐蚀性化学物质，具有高强度机械性能和特异性抗菌等性能，被广泛应用于制造概念性模型、功能演示模型，甚至直接用于制造零部件和生产工具^[2]。熔融层积技术是目前3D打印的最基础技术，具有安全、可靠、低毒、性价比高、操作简便的优点，可在办公、家庭环境中进行打印；但同时也存在打印出的物体表面粗糙、精度范围不高、耗时长，以及打印后还需修剪、打磨、抛光等后续加工的缺点。

1.2 颗粒料技术

颗粒料技术有激光烧结和电子束熔炼两种路径。激光烧结是在3D空间使用激光束精准烧熔打印材料，冷却后形成设计的固体形状。电子束熔炼是在高真空环境下使用电子束融化金属粉末层层叠加成型所生产出的物件密度高、无空隙并且非常牢固，可打印钛合金等特种材料^[3]。颗粒料技术是目前3D打印的发展方向，具有能够加工出具有冶金特性、高精度、复杂结构的金属零件的优点，但存在表面粗糙、技术难度大、烧结有异味、加工时间长、成本高等缺点。

1.3 光聚合技术

光聚合技术主要包含光敏树脂选择性固化（Stereo Lithography Apparatus，SLA）和数字光处理（Digital Light Processing，DLP）这两项技术。光敏树脂选择性固化即光固化成型技术。该技术自动化水平高、精度高、成型表面质量好，适用于一次打印多个精细的对象和打印精细的大型对象。数字光处理则是使用数字光处理投影机控制性照射液体聚合物，暴露在特定光谱光线下的液体聚合物按照设计形状迅速成型。DLP激光成型技术相比SLA技术物体成型速度更快，适用于一次只打印单个精细的对象和快速打印没有太多细节要求的大型对象。光聚合成型技术具有速度快、运行稳定、精度很高、表面光滑的优点，但存在对打印环境要求严格、成本高、有微弱毒性的缺点，并且打印的物件刚度低、强度差、耐热耐潮耐腐蚀性低，不能长期保存。

1.4 3DP三维喷绘打印技术

3DP三维喷绘打印技术（Three-Dimensional Printing）是由美国麻省理工学院Emanusal Sachs等人于1993年研发。该技术是一种按照计算机规划路径采用喷嘴喷射微液滴逐层堆积凝固成型的打印技术，打印机主要部件为储粉缸和成型室。在成型室上均匀地铺上一层粉末材料，接着打印头按照计算机设定路径，将黏结材料准确地打印到已铺好的粉末层上，使区域内粉末材料粘接形成层面轮廓，一层打印完后成型室下移一定高度或打印头上移一定高度。重复上述过程，循环逐层打印直至完成整个物件的打印。3DP设备价格便宜，运行和维护成本低，可以在常温下操作，适合办公室环境使用。

2 3D打印技术应用于海关口岸监管装备领域的优势

3D打印技术的特点决定了其能以更快、更有弹性、更低成本的方法生产数量相对较少的特殊功能产品，也使得3D打印技术应用于海关口岸监管专业装备研发具有很大的优势。

2.1 研发优势

采用3D打印技术开展新装备研发，能够根据装备应用场景和需求使用3D设计软件快速设计装备外形、结构、功能和零配件，选用金属型材和标准紧固件，匹配电子电路、芯片、电源等功能模组尺寸，使用相适应的3D打印机和打印材料可快速制作出展示模型和试验性样机并进行验证试用。根据试用反馈结果，可立即修改相关设计和零部件，再次完善制作功能样机。数轮试制和修改完善后，新装备的研发即可高效完成。

2.2 推广优势

基于3D打印技术研发的装备数字模型和3D切片文件经审核发布后，可以在数小时内在全国范围共享研发成果，按实际需求数量精确打印为实物零部件，且所需的装备可以被快速组装和调试完毕^[4]。在推广过程中，还可以随时收集现场使用反馈意见并立即改进，避免了多头研发、多头推广以及监管装备参差不齐的情况发生，将有助于提高监管新装备的推广使用效率和动态管理水平。

2.3 运维优势

基于3D打印技术研发的监管装备在使用过程中发生的损坏和故障便于维修，相关零部件可以精准多次复制和替换，内装的电子元器件和电池可被精准检测并精准修复，监管装备完全损坏也可以立即再打印装配一套继续使用，甚至3D打印机本身损坏也可以使用其他的3D打印机再打印装备一套新的3D打印机^[5-6]。新型的监管装备运维机制避免了现有监管装备管理中的多厂商多头维护、简单整体替换部件等情况发生，降低了装备运维成本，延长了装备使用年限。

2.4 技术优势

海关技术中心及实验室有大量高等级技术研究人员，各类检验检测仪器设备配备齐全，具备海关监管装备研发、校准、运维的潜在技术优势^[7]。如引进监管装备领域专业人才和设备后，现有的食品安全检测、动植物检疫、消费品安全检测、化验鉴定及环境安全检测技术优势将得到进一步整合发挥。

3 3D打印技术应用于海关口岸监管装备领域的探索

当前相关机构正在完善3D打印技术的设计、研发，3D打印技术软硬件配置情况，智能电路、功能模组等相关组件的整合开发能力也正在逐步提升。因此，应用3D打印技术自主研发海关口岸监管装备未来有很大的发展空间。

以重庆海关探索应用3D打印技术研发智能护目镜为例，研发人员选择使用计算机CAD、Solidworks、Ultimaker cura等3D打印软件^[8]，按照监管现场的实际调研需求不断设计调整智能护目镜的形状、尺寸、填充密度等技术参数，仅使用数月时间就完成了智能护目镜的数字模型和实物样品制作，获得国家专利局实用新型专利：ZL 202021271606.6，经在海关监管现场和医院实战测试，依靠3D打印技术快速完成样机的优化升级，创造性地将高清摄像头、音频对讲装置、通信模块、主板、电池等整体集成在护目镜中，并将传统智能眼镜中的不适合海关监管现场的近眼显示屏、测温等模块删除，一方面为海关监管现场人员提供眼部防护；一方面整合执法记录仪、平板电脑、对讲机等单兵功能，依托5G通信高通量、大带宽、低延时和安全传输等优点，实现在高风险环境下的第一人称远程监控指挥。为提高智能护目镜的防护性和便捷性，研发人员将传统智能眼镜与主机用导线连接的设计改为无导线整体设计，获得了更多的使用好评。目前，智能护目镜不仅在口岸有所应用，还推广应用到了企业和园区。

虽然重庆海关应用3D打印技术研发智能护目镜取得了初步的成绩，但仍面临着3D打印专业技术人员、设备软件、智能电路、功能模组等相关组件的整合开发能力以及运行管理机制方面的挑战，智能护目镜以及其他相关智能监管装备的研发和推广应用仍需要进一步完善。

4 推广应用3D打印技术的建议

4.1 建立专业技术人才储备

建议在海关专业技术机构引进3D打印技术和智能芯片、电路电子元器件专业人才，在职能部门和基层海关开展3D打印基础技能培训，探索基于3D打印技术的海关监管装备研发、推广、维护工作，逐步培养建立海关自己的3D打印技术专业人才队伍。

4.2 配备相应技术设备、软件和耗材

建议按实际需求逐步配备相应种类的3D打印设备和耗材，配套国产3D打印工业设计软件，配备64位操作系统以上的高性能国产计算机，分级分类设立海关3D打印技术实验室^[9]，用于海关监管装备及相关3D打印机的研发、制作、调试、维护等。

4.3 逐步开展3D打印技术应用

建议以智慧海关建设为契机，找准海关监管多业务场景共同的难点、痛点，集中建设资源，先易后难开展3D打印技术应用。前期可先在监管小工具、配件、标识标牌等方面开展简易实用的研发工作，如结合口岸监管现场需求，研发专用的采集工具、工具架（盒）、头灯、执法记录仪携行夹具（伸缩支架、伸缩杆）等，实现对集装箱货物、快递包裹等监管对象进行更高效的查验执法和取样采样。取得早期收获后，可统筹应用3D打印技术、智能电路、自动化电气机械等技术，研发较复杂的智能化监管装备，满足海关监管多场景的应用需求^[10]，如智慧海关多个场景项目建设均涉及基于4G/5G无线远程遥控、地理位置、图像识别的无人远程作业系统、具有全链条监管功能的智能集装箱物联网监控锁等。

4.4 探索完善3D打印监管装备管理制度

应用3D打印技术研发、审核、推广应用、维护的监管装备管理流程将不同于传统监管装备的管理流程，需要根据3D打印监管装备技术特点制定更符合实际的监管装备管理办法，才能更好地鼓励各级海关机构的科研创新积极性，统筹科研资源，避免重复建设，更好地在智慧海关建设中应用3D打印技术、智能电路、自动化电气机械等高新技术。

5 展望

展望未来，笔者认为统筹推进海关口岸监管装备领域应用3D打印技术将是加快推进智慧海关建设的有效路径。例如，为海关科研机构、技术中心配备包括熔融层积、光聚合、颗粒料技术的3D打印装备和偏设计型技术人员，为隶属海关配备熔融层积或光聚合3D打印机和偏应用型技术人员,将有助于构建海关口岸监管装备智能研发机制，并呈现出以下三方面的优势：

1）更好用。由于海关现场关员深度参与自主研发和3D打印技术的快速优化完善，海关监管装备的功能将更加紧贴现场实际需求。

2）更快速。将仅需要4个步骤就可以完成智能监管装备从研发和推广应用的全流程：即第一步是海关科研机构、技术中心完成监管装备研发；第二步是海关科研机构、技术中心将3D打印文件经审核后上传到海关监管装备3D打印共享平台；第三步是隶属海关下载3D打印文件并打印，需要几台装备就打印几台装备的装配件，同时在平台上订购相关的智能功能模组；第四步是隶属海关完成监管装备的装配，投用到监管现场。

3）更经济。由于厂商仅提供单项模组，装配件可以随时打印替换，整体装备的采购价格将更加合理透明，维护保养将更加及时有效。

参考文献

[1]黄执高. 基于3D打印技术在机械制造中的应用研究[J]. 科技与创新杂志, 2022(15): 16-18.

[2]沈玉玲. 3D打印技术在机械制造自动化中的价值及其应用[J]. 造纸装备及材料, 2023, 52(12): 21-23

[3]王焜. 金属3D打印技术及其应用研究[J]. 锻压装备与制造技术, 2024, 59(1): 2-3.

[4]马爽. 3D打印驱动的供应链决策优化研究[J]. 中国科技论坛, 2022(3): 6-8.

[5]郭小兰. 面向3D打印的排爆机械臂栅格优化[J]. 机械设计, 2024, 41(2): 5-6.

[6] 林苑菲, 薛拥军. 3D打印技术在文创产品设计课程教学中的创新应用[J]. 美术教育研究, 2024, 59(1): 2-4.

[7]金光耀, 薛来震, 尹德彩. 5种检疫性昆虫标本3D打印研究[J]. 安徽农业科学, 2020, 48(11): 20-22.

[8]杨险峰. 基于3D打印技术的零件快速制造方法研究[J]. 自动化应用, 2024, 65(3): 08-10.

[9]郭秋华. 3D打印在汽车零部件制造和维修领域的应用[J]. 锻造与冲压, 2023(23): 33-35.

[10]刘宁波. 3D打印技术在集装箱式野战宿营装备的应用前景展望[J]. 工业建筑, 2023, 53(S2): 5-7.

基金项目：重庆海关科研项目（2021CQKY19）

第一作者：董昕伟（1973—），男，汉族，重庆璧山人，本科，主要从事海关口岸监管工作，E-mail: 16765979@qq.com

1. 重庆海关 重庆 400000

1. Chongqing Customs, Chongqing 400000

表1 各类技术的对比评估及适用场景表

Table 1 Comparative evaluation of various technologies and their applicable scenarios