3D打印突然大熱，令我們以為它是橫空出世的新技術(shù)。其實(shí)，任何新奇技術(shù)都不是一蹴而就的。3D打印從正式出現到現在較為廣泛的應用，已經(jīng)有將近30年的歷史了。所以**慣上把它稱(chēng)作“上上個(gè)世紀的思想，上個(gè)世紀的技術(shù)，這個(gè)世紀的市場(chǎng)”。
3D打印技術(shù)的核心制造思想最早起源于19世紀末的美國，到20世紀80年代后期3D打印技術(shù)發(fā)展成熟并被廣泛應用。1892年，美國登記了一項采用層合方法制作三維地圖模型的專(zhuān)利技術(shù)。1860年，法國人Fran?ois Willème申請到了多照相機實(shí)體雕塑（Photosculpture）的專(zhuān)利。1979年，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的中川威雄教授發(fā)明了疊層模型造型法。1980年，日本人小玉秀男又提出了光造型法。雖然日本人研究出3D打印的一些方法，但是此后20多年的時(shí)間里，把這些科學(xué)方法轉化為實(shí)際用途的都是美國人。
最早從事商業(yè)性3D打印制造技術(shù)的是美國發(fā)明家查爾斯·赫爾。1986 年，查爾斯離開(kāi)了原來(lái)為之工作的紫外光產(chǎn)品公司，成立一家名為“3D系統”的公司，開(kāi)始專(zhuān)注發(fā)展 3D 打印技術(shù)。這是世界上第一家生產(chǎn) 3D 打印設備的公司，而它所采用的技術(shù)當時(shí)被稱(chēng)為“立體光刻”，是基于液態(tài)光敏樹(shù)脂的光聚合原理工作的。1988 年，查爾斯生產(chǎn)出世界上首臺以立體光刻技術(shù)為基礎的3D 打印機 SLA-250，體型非常龐大。
1988年，美國人斯科特·克朗普發(fā)明了一種新的3D打印技術(shù)—— 熔融沉積成型。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測試，不適合制造大型零件。1989年，美國人德卡德發(fā)明了選擇性激光燒結技術(shù)，這種技術(shù)的特點(diǎn)是選材范圍廣泛，比如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料。1992年，美國人赫利塞思發(fā)明層片疊加制造技術(shù)。
在1995年之前，還沒(méi)有3D打印這個(gè)名稱(chēng)，那時(shí)比較為研究領(lǐng)域所接受的名稱(chēng)是“快速成型”。1995年，美國麻省理工學(xué)院的兩名大四學(xué)生吉姆和蒂姆的畢業(yè)論文選題是便捷的快速成型技術(shù)。兩人經(jīng)過(guò)多次討論和探索，結果想到利用當時(shí)已經(jīng)普及的噴墨打印機。他們把打印機墨盒里面的墨水替換成膠水，用**出來(lái)的膠水來(lái)粘接粉末床上的粉末，結果可以打印出一些立體的物品。他們興奮地將這種打印方法稱(chēng)作3D打?。?D Printing），將他們改裝的打印機稱(chēng)作3D打印機。此后，3D打印一詞慢慢流行，所有的快速成型技術(shù)都歸到3D打印的麾下。
正如200多年前，瓦特發(fā)明了蒸汽機，拉開(kāi)了近代工業(yè)革命的序幕一樣，許多人也認為3D打印也能引發(fā)一場(chǎng)工業(yè)革命，甚至其本身就是第三次工業(yè)革命。但是我們不要忽略就是并不是蒸汽機引發(fā)了近代工業(yè)革命，而是它使機械動(dòng)力驅動(dòng)成為主流的社會(huì )理念和主要的開(kāi)發(fā)手段這一理念引發(fā)了第二次工業(yè)革命，因此3D打印也不會(huì )成為第三次工業(yè)革命，它要促生新的產(chǎn)業(yè)革命，必須通過(guò)誘發(fā)新的人類(lèi)理念轉化來(lái)實(shí)現。
我國的3D立體打印技術(shù)研究起步并不算晚，大致在1999年，即美國解密其3D激光打印研發(fā)計劃之后三年多，中國就開(kāi)始了相關(guān)的研發(fā)。大體上講，中國起步的時(shí)間比美國晚了十五年，但進(jìn)步非常顯著(zhù)，在某些領(lǐng)域的確超越了美國。冷靜地審視我國3D打印行業(yè)，形勢并非某些文章講的那么樂(lè )觀(guān)。目前我國從事3D打印研發(fā)的企業(yè)和科研院所，加起來(lái)不過(guò)二三十家，綜合實(shí)力也都不怎么強。除了鈦合金大尺度構件我們傲視群雄之外，其他領(lǐng)域還真沒(méi)有什么可自豪的。我國在傳統的精密機械、重型機械制造方面因為材料和加工工藝等問(wèn)題，制造出的產(chǎn)品質(zhì)量別說(shuō)比不上德日，甚至有些還不如韓國、西班牙之類(lèi)的國家，這是急需利用3D打印技術(shù)追趕與突破的方面。而3D打印只是解決了快速成型問(wèn)題，而材料本身的特性則是需要攻關(guān)解決的。
拋開(kāi)專(zhuān)業(yè)性的問(wèn)題，其實(shí)3D打印在潛移默化過(guò)程中影響著(zhù)我們的生活。
麻煩制造者
世界第一支3D打印手槍已經(jīng)在美國德州奧斯丁試射成功。在此之前許多人不將3D打印當一回事，但是這個(gè)創(chuàng )造著(zhù)實(shí)扇了他們一巴掌。從技術(shù)上講，這把手槍除了子彈外的其他部件幾乎由3D打印機制造，工作的基本原理與普通槍支無(wú)異。制作這把手槍的這個(gè)美國民間團體先用3D打印將手槍的部件制造出來(lái)，在組裝在一起。
醫學(xué)神器
3D打印技術(shù)自數十年前從軍方“快速成型”技術(shù)進(jìn)化誕生以來(lái)，醫學(xué)是其最能大顯神通的一個(gè)高地。依靠3D打印技術(shù)的“直接數字化制造”，許多病人跳出傳統器官移植的漫長(cháng)周期?；蛟S在不知不覺(jué)中，你就接觸到了這種看似高端的科技。
在最近的江西聯(lián)體女?huà)氲陌咐?，復旦大學(xué)附屬兒科醫院在全國首次使用3D打印技術(shù)，等比例地還原了患兒臀部聯(lián)體的脊柱、皮膚融合的情況，直觀(guān)地展現了患兒骨性連接和皮膚連接的部位和程度，可以虛擬地進(jìn)行術(shù)前切割，皮瓣翻轉，為手術(shù)方案的設計和改進(jìn)提供了極大的幫助，這在我國兒童醫院聯(lián)體兒分離中屬首次采用3D打印技術(shù)來(lái)精準地輔助手術(shù)操作。
由于人口老齡化和技術(shù)進(jìn)步等原因，美國脊柱融合手術(shù)在這數十年間增加了70％。但是這種手術(shù)面臨的問(wèn)題是，傳統方法使用的骨移植和金屬硬件往往會(huì )出現植入物遷移與破損的并發(fā)癥，而這種并發(fā)癥往往需要通過(guò)另一個(gè)手術(shù)來(lái)修復，從而加大了病人面臨的風(fēng)險。
使用3D打印制造出了骨小梁結構的精確復制品，該復制品具有納米結構的特點(diǎn)，可促進(jìn)病人骨頭的愈合和融合。該植入物的生物力學(xué)特性使其可以實(shí)現與現有骨骼的內生長(cháng)，從而可以防止出現再次進(jìn)行骨移植治療。德國神經(jīng)外科醫生Uwe Spetzger教授宣稱(chēng)，一位具有退行性頸椎問(wèn)題的患者通過(guò)手術(shù)接受了3D打印的鈦金屬融合植入物。這還是歷史上首次成功完成此類(lèi)手術(shù)。
14歲的Myrijam Stoetzer和15歲的Paul Foltin，這兩位少年創(chuàng )客使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種先進(jìn)而實(shí)用的裝置，該裝置能夠跟蹤人的眼球活動(dòng)并藉此控制輪椅的運動(dòng)。這兩位少年憑借這一發(fā)明已經(jīng)入圍歐洲最大的青年科學(xué)競賽Jugend forscht決賽圈。這兩位少年希望他們的發(fā)明能夠幫助那些身患殘疾，甚至是全身癱瘓的病人，使他們僅靠眼睛就能解決一些生活上的簡(jiǎn)單問(wèn)題。
總之，3D打印正在慢慢的深入到醫學(xué)領(lǐng)域的方方面面。
考古福音
一直以來(lái)文物古跡的保護始終困擾著(zhù)考古界，文物作為不可再生資源，一旦毀壞便難以再生。例如西安秦始皇兵馬俑，剛出土的兵俑色澤亮麗，表情栩栩如生，現如今早已失去了剛出土時(shí)的風(fēng)采，風(fēng)化嚴重，色澤暗淡如黃泥。21世紀的今天，科技發(fā)展速度令人震驚，現在的考古水平遠遠高于以往，文物古跡的保護力度也更強。倘若3D打印技術(shù)能夠“復刻”文物，一定能夠彌補不少遺憾。不少關(guān)于3D打印文物方面的消息，的確沒(méi)讓人失望。
隨著(zhù)智慧型數字博物館的建設，眾多博物館與文物修復工作者，開(kāi)始利用3D打印與3D掃描技術(shù)，使破敗不堪的古文物“起死回生”，不僅修復了文物也讓古代文化得以傳承。早在好幾年前，陜西博物館已經(jīng)利用3D打印技術(shù)，制作國寶級文物-鹿形金怪獸的仿品。3D打印技術(shù)可以在不接觸文物的前提下，通過(guò)立體掃描、數據采集、繪畫(huà)模型打印等一系列步驟，對文物進(jìn)行修補甚至復刻。這對文物的修繕、鑒定和保存有著(zhù)很大的意義。
住房難題、移居月球
既然3D打印機什么都能打印，那么它可能打印出大規模的建筑嗎？世界首座3D打印的房子目前正建于荷蘭阿姆斯特丹北部一條運河旁，配有13個(gè)房間；混凝土將只用于提供結構支撐。2014年8月21日，上海，10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區內正式交付使用，作為當地動(dòng)遷工程的辦公用房。這些“打印”出來(lái)的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照電腦設計的圖紙和方案，經(jīng)一臺大型的3D打印機層層疊加噴繪而成，10幢小屋的建筑過(guò)程僅花費24小時(shí)。
此外，據說(shuō)歐洲航天局聯(lián)手一家知名建筑機構，在未來(lái)將機器人和3D打印機帶往月球，以月球的土壤和巖石粉末作為材料，通過(guò)3D打印技術(shù)在短時(shí)間內建造一座功能完備的空間站。
3D打印還在汽車(chē)，無(wú)人機等方面滲透到我們的生活中，改變這我們的生活方式。也許在將來(lái)的某一天，有一位大神也能就3D技術(shù)提出改變人類(lèi)思維**慣的新的理念，推動(dòng)著(zhù)社會(huì )發(fā)展進(jìn)入下一個(gè)產(chǎn)業(yè)革命。而就目前我國的3D打印產(chǎn)業(yè)化程度并不是很高，總體處于新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的初級階段，具體表現在產(chǎn)業(yè)規?；潭炔桓?、技術(shù)創(chuàng )新體系不健全、產(chǎn)業(yè)政策體系尚未完善等的現狀下，要依靠國家政策的大力扶持，逐步打開(kāi)3D打印市場(chǎng)，為未來(lái)3D打印技術(shù)成為新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)的典范做準備。
下面小編為大家整理了一下3D打印的百年的發(fā)展歷史：
法國人Fran?ois Willème申請到了多照相機實(shí)體雕塑（Photosculpture）的專(zhuān)利。 1986年，查爾斯·W·哈爾（Charles W.Hull，如圖所示）成立了世界上第一家生產(chǎn)3D打印設備的公司：3D Systems公司。他研發(fā)了現在通用的STL文件格式。 1988年，3D Systems公司在成立兩年后，推出了世界上第一臺基于SL（立體光刻）技術(shù)的3D工業(yè)級打印機SLA-250。同年，Scott Crump發(fā)明了另一種更廉價(jià)的3D打印技術(shù)：熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，并于1989年成立了Stratasys公司。 1989年，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C. R.Dechard發(fā)明了選擇性激光燒結工藝（SLS）。SLS使用的材料最廣泛，理論上講幾乎所有的粉末材料都可以打印，如陶瓷、蠟、尼龍，甚至是金屬。 1991年，Helisys推出第一臺疊層法快速成型（LOM）系統。 1992年，Stratasys公司在成立3年后，推出了第一臺基于FDM技術(shù)的3D工業(yè)級打印機。 1992年，DTM公司推出首臺選擇性激光燒結（SLS）打印機。 1993年，美國麻省理工學(xué)院MIT的Emanual Sachs教授發(fā)明了三維打印技術(shù)（Three-DimensionPrinting，3DP），是類(lèi)似于已在二維打印機中運用的噴墨打印技術(shù)。3D打印職業(yè)資格認證考培資料 1995年，Z Corporation獲得MIT的許可，并開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于3DP技術(shù)的打印機。 注意：MIT發(fā)明的三維打印技術(shù)（Three-Dimension Printing，3DP）只是“3D打印”眾多成型技術(shù)中的一種而已。我們通常所說(shuō)的“3D打印”并非特指MIT的這項3DP技術(shù)。 1996年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation（以下簡(jiǎn)稱(chēng)ZCorp）各自推出了新一代的快速成型設備，此后快速成型便有了更加通俗的稱(chēng)呼──“3D打印”。 1998年，Optomec成功開(kāi)發(fā)LENS激光燒結技術(shù)。 2000年，Objet更新SLA技術(shù)，使用紫外線(xiàn)光感和液滴**綜合技術(shù)，大幅提高制造精度。 2001年，Solido開(kāi)發(fā)出第一代桌面級3D打印機。 2003年，EOS開(kāi)發(fā)DMLS激光燒結技術(shù)。 2005年，ZCorp公司推出世界上第一臺高精度彩色3D打印機Spectrum Z510，讓3D打印從此變得絢麗多彩。 2007年，3D打印服務(wù)創(chuàng )業(yè)公司Shapeways正式成立，Shapeways公司提供給用戶(hù)一個(gè)個(gè)性化產(chǎn)品定制的網(wǎng)絡(luò )平臺。 2008年，第一款開(kāi)源的桌面級3D打印機RepRap發(fā)布，其目的是開(kāi)發(fā)一種能自我復制的3D打印機。RepRap是英國巴恩大學(xué)高級講師Adrian Bowyer于2005年發(fā)起的開(kāi)源3D打印機項目，如圖所示。該項目的目標是使工業(yè)生產(chǎn)變得大眾化，全球各地的每個(gè)人都能以低成本打印RepRap的組裝件，然后用打印機制造出日常用品。桌面級的開(kāi)源3D打印機為轟轟烈烈的3D打印普及化浪潮揭開(kāi)了序幕。 提示：值得一提的是，RepRap打印機創(chuàng )始人Adrian Bowyer之前的研究領(lǐng)域是3D數字化幾何建模。 2008年，Objet Geometries公司推出其革命性的Connex500?快速成型系統，它是有史以來(lái)第一臺能夠同時(shí)使用幾種不同的打印原料的3D打印機。 2009年，Bre Pettis帶領(lǐng)團隊創(chuàng )立了著(zhù)名的桌面級3D打印機公司──MakerBot，MakerBot打印機源自于RepRap開(kāi)源項目。MakerBot出售DIY套件，購買(mǎi)者可自行組裝3D打印機。國內的創(chuàng )客開(kāi)始了仿造工作，個(gè)人3D打印機產(chǎn)品市場(chǎng)由此蓬勃興起。 2010年12月，Organovo公司，一個(gè)注重生物打印技術(shù)的再生醫學(xué)研究公司，公開(kāi)第一個(gè)利用生物打印技術(shù)打印完整血管的數據資源。 2011年，英國南安普敦大學(xué)的工程師們設計和試駕了全球首架3D打印的飛機。這架無(wú)人飛機的建造用時(shí)7天，費用為5000英鎊。3D打印技術(shù)使得飛機能夠采用橢圓形機翼，有助于提高空氣動(dòng)力效率；若采用普通技術(shù)制造此類(lèi)機翼，通常成本較高。 2011年，Kor Ecologic推出全球第一輛3D打印的汽車(chē)Urbee。它是史上第一臺用巨型3D打印機打印出整個(gè)身軀的汽車(chē)。所有外部組件也由3D打印制作完成。 2011年7月，英國研究人員開(kāi)發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機。 2011年，i.materialise成為全球首家提供14K黃金和標準純銀材料打印的3D打印服務(wù)商。這在無(wú)形中為珠寶首飾設計師們提供了一個(gè)低成本的全新生產(chǎn)方式。 2012年，荷蘭醫生和工程師們使用LayerWise制造的3D打印機，打印出一個(gè)定制的下顎假體。然后移植到一位83歲的老太太身上。這位老太太患有慢性骨感染。目前，該技術(shù)被用于促進(jìn)新的骨組織生長(cháng)。 2012年，英國著(zhù)名經(jīng)濟學(xué)雜志《經(jīng)濟學(xué)人》封面文章（如圖所示），聲稱(chēng)3D打印將引發(fā)全球第三次工業(yè)革命。 2012年3月，維也納大學(xué)的研究人員宣布利用雙光子光刻（Two-PhotonLithography）突破了3D打印的最小極限，展示了一輛不到0.3mm的賽車(chē)模型。 2012年3月，美國總統奧巴馬提出投資10億美元在全美建立15家制造業(yè)創(chuàng )新研究所。 2012年7月，比利時(shí)的International University CollegeLeuven的一個(gè)研究組測試了一輛幾乎完全由3D打印的小型賽車(chē)。車(chē)速達到了140km/h。 2012年9月，3D打印的兩個(gè)領(lǐng)先企業(yè)Stratasys和以色列的Objet宣布進(jìn)行合并，合并后的公司名仍為Stratasys，進(jìn)一步確立了Stratasys在高速發(fā)展的3D打印及數字制造業(yè)中的領(lǐng)導地位。 2012年10月，來(lái)自MIT的團隊成立Formlabs公司，并發(fā)布了世界上第一臺廉價(jià)且高精度的SLA個(gè)人3D打印機Form 1。國內的創(chuàng )客也由此開(kāi)始研發(fā)基于SLA技術(shù)的個(gè)人3D打印機。 同期，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式宣告成立。國內各類(lèi)媒體開(kāi)始鋪天蓋地報道3D打印的新聞。 2012年11月，中國宣布是世界上唯一掌握大型結構關(guān)鍵件激光成型技術(shù)的國家。 2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。 2013年5月，美國分布式防御組織發(fā)布全世界第一款完全通過(guò)3D打印制造出的塑料手槍?zhuān)ǔ俗册槻捎媒饘伲?，并成功試射。同?1月，美國Solid Concepts公司制造了全球第一款3D全金屬手槍?zhuān)捎?3個(gè)17-4不銹鋼部件和625個(gè)鉻鎳鐵合金部件制成，并成功發(fā)**50發(fā)子彈。 2013年，美國的兩位創(chuàng )客（父子倆）開(kāi)發(fā)出家用金屬3D打印機，基于液體金屬**打?。↙MJP）工藝，價(jià)格將低于10,000美元。同年，美國的另外一個(gè)創(chuàng )客團隊開(kāi)發(fā)了一款名為Mini MetalMaker（小型金屬制作者）的桌面級金屬3D打印機，主要打印一些小型的金屬制品，比如珠寶、金屬鏈、裝飾品、小型金屬零件等，售價(jià)僅為1000美元。 2013年8月，美國國家航空航天局（NASA）測試3D打印的火箭部件，其可承受2萬(wàn)磅推力，并可耐6,000華氏度的高溫。 2013年，麥肯錫公司將3D打印列為12項顛覆性技術(shù)之一，并預測到2025年，3D打印對全球經(jīng)濟的價(jià)值貢獻將為2～6千億美元。 2014年7月，美國南達科塔州一家名為Flexible Robotic Environments（FRE）的公司公布了最新開(kāi)發(fā)的全功能制造設備VDK6000，兼具金屬3D打?。ㄔ霾闹圃欤?、車(chē)床（減材制造，包括：銑銷(xiāo)、激光掃描、超聲波檢具、等離子焊接、研磨/拋光/鉆孔）及3D掃描功能。 2014年8月，國外一名年僅22歲的創(chuàng )客Yvode Haas推出了3DP工藝的桌面級3D打印機Plan B，技術(shù)細節完全開(kāi)源，自己組裝費用僅需1,000歐元。 2014年10月，國外3名創(chuàng )客成立的Sintratec公司，推出了一款SLS工藝的3D打印機，售價(jià)僅為3999歐元。 2015年3月，美國Carbon3D公司發(fā)布一種新的光固化技術(shù)——連續液態(tài)界面制造（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）：利用氧氣和光連續地從樹(shù)脂材料中逐出模型。該技術(shù)比目前任意一種3D打印技術(shù)要快25-100倍。
高溫合金專(zhuān)題結束，材料+正式將進(jìn)入3D打印專(zhuān)題
本專(zhuān)題由【材料+】與泛銳研究院3D打印人才培養中心聯(lián)合主辦
專(zhuān)題時(shí)間：9月~10月
旨在分享3D打印技術(shù)與材料的研究進(jìn)展，制造工藝，應用方向，發(fā)展趨勢
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