3D打印技術出現在20世紀90年代中期,實際上是利用光固化和紙層疊等技術的新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同,打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”,與電腦連接后,通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來,把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術稱為3D立體打(da)印技(ji)術。
1986年,美國(guo)科(ke)學(xue)家Charles Hull開發了(le)第一臺商業(ye)3D印刷(shua)機。
1993年,麻省理工學(xue)院獲3D印刷技術(shu)專利。
1995年,美國ZCorp公司從麻省理工(gong)學(xue)院獲得授權并開(kai)始開(kai)發3D打印機(ji)。
2005年,市場上高清(qing)晰彩色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司(si)研制(zhi)成功。
2010年(nian)11月,美國Jim Kor團隊打造出世(shi)界上(shang)第一(yi)輛由3D打印(yin)機打印(yin)而成的汽車Urbee問世(shi)。
2011年(nian)6月6日,發布了全(quan)球第一(yi)款3D打印的比基(ji)尼(ni)。
2011年7月,英國研究人員開發(fa)出世界上第一(yi)臺3D巧克力打印機。
2011年8月,南安普敦大學的工程師們開發出世界(jie)上第一架3D打印的飛機。
2012年11月,蘇格蘭科學家利(li)用人體細胞(bao)用3D打(da)印(yin)機打(da)印(yin)出(chu)人造肝臟組織。
2013年10月,全球成功拍賣一(yi)款名為(wei)“ONO之神”的3D打印(yin)藝術(shu)品。
2013年11月(yue),美國德克薩(sa)斯州奧(ao)斯汀的3D打(da)印公(gong)司“固體概念”(SolidConcepts)設計制造(zao)出3D打(da)印金屬手槍(qiang)。
2018年8月1日起(qi),3D打印(yin)槍(qiang)(qiang)支將(jiang)在美國合法(fa),3D打印(yin)手槍(qiang)(qiang)的設計(ji)圖也將(jiang)可以(yi)在互聯網上自由下載。
2018年12月10日,俄羅斯宇航員利用國際(ji)空間站上的3D生(sheng)物(wu)打印(yin)機,設法在(zai)零重力下(xia)打印(yin)出了(le)實(shi)驗鼠(shu)的甲狀腺。
2019年1月14日,美國加州(zhou)大學圣(sheng)迭戈分校在(zai)《自然·醫學》雜志(zhi)發表論(lun)文,利用快速3D打印技術,制造出模(mo)仿中(zhong)樞神(shen)(shen)經系(xi)統(tong)結(jie)構(gou)的脊髓(sui)(sui)支(zhi)架,在(zai)裝載(zai)神(shen)(shen)經干(gan)細胞后被植入(ru)脊髓(sui)(sui)嚴重受損(sun)的大鼠脊柱(zhu)內(nei),成功幫助大鼠恢復了運動(dong)功能。該(gai)支(zhi)架模(mo)仿中(zhong)樞神(shen)(shen)經系(xi)統(tong)結(jie)構(gou)設計(ji),呈圓形,厚度僅(jin)有(you)兩毫米(mi),支(zhi)架中(zhong)間為H型結(jie)構(gou),周(zhou)圍(wei)則(ze)是數十個直徑200微米(mi)左(zuo)右的微小通(tong)道,用于(yu)引(yin)導植入(ru)的神(shen)(shen)經干(gan)細胞和軸突(tu)沿著脊髓(sui)(sui)損(sun)傷(shang)部位生長。
2019年4月15日,以色(se)列特拉維夫(fu)大學研究人員以病(bing)人自身的組織為(wei)原材料,3D打印(yin)出全球(qiu)擁有細胞(bao)、血管、心室和心房的“完整”心臟,這(zhe)在全球(qiu)尚(shang)屬(shu)(3D打印(yin)心臟)。
日常生活中使用的(de)(de)(de)普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)可(ke)以(yi)(yi)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)電腦設(she)計的(de)(de)(de)平面物(wu)(wu)(wu)品(pin),而(er)(er)所謂的(de)(de)(de)3D打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)與普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)工(gong)作原理(li)基本(ben)相(xiang)同(tong),只是(shi)(shi)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材(cai)(cai)料有(you)些不同(tong),普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材(cai)(cai)料是(shi)(shi)墨水和(he)紙張,而(er)(er)3D打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)內裝有(you)金(jin)屬、陶瓷、塑料、砂(sha)等不同(tong)的(de)(de)(de)“打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材(cai)(cai)料”,是(shi)(shi)實(shi)(shi)實(shi)(shi)在(zai)在(zai)的(de)(de)(de)原材(cai)(cai)料,打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)與電腦連接后,通(tong)(tong)過電腦控(kong)制(zhi)可(ke)以(yi)(yi)把(ba)“打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材(cai)(cai)料”一(yi)層層疊加起(qi)來,把(ba)計算機(ji)(ji)(ji)(ji)上的(de)(de)(de)藍圖變成(cheng)實(shi)(shi)物(wu)(wu)(wu)。通(tong)(tong)俗地說,3D打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)(shi)可(ke)以(yi)(yi)“打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)”出真實(shi)(shi)的(de)(de)(de)3D物(wu)(wu)(wu)體的(de)(de)(de)一(yi)種設(she)備,比(bi)如(ru)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)一(yi)個機(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)、打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)玩具車,打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)各(ge)種模(mo)型,甚至是(shi)(shi)食物(wu)(wu)(wu)等等。之所以(yi)(yi)通(tong)(tong)俗地稱其為“打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)”是(shi)(shi)參(can)照了普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)技術原理(li),因為分(fen)層加工(gong)的(de)(de)(de)過程與噴墨打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)十分(fen)相(xiang)似。這項打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技術稱為3D立體打(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技術。
三(san)維打印(yin)的設計(ji)過程是:先通過計(ji)算(suan)機(ji)建(jian)模軟件建(jian)模,再將(jiang)建(jian)成的三(san)維模型“分區”成逐層(ceng)(ceng)的截面,即切(qie)片,從(cong)而指導打印(yin)機(ji)逐層(ceng)(ceng)打印(yin)。
設計軟件(jian)(jian)(jian)和(he)打(da)印(yin)(yin)機之間協作的標準文件(jian)(jian)(jian)格式是STL文件(jian)(jian)(jian)格式。一(yi)個STL文件(jian)(jian)(jian)使用(yong)三(san)角面來(lai)近似(si)模擬(ni)物體(ti)的表(biao)面。三(san)角面越(yue)小其生成的表(biao)面分辨率越(yue)高。PLY是一(yi)種通過(guo)掃描產(chan)生的三(san)維文件(jian)(jian)(jian)的掃描器,其生成的VRML或者WRL文件(jian)(jian)(jian)經(jing)常被用(yong)作全彩打(da)印(yin)(yin)的輸入文件(jian)(jian)(jian)。
打(da)印機(ji)通(tong)過(guo)讀(du)取文件中的(de)(de)橫截面(mian)(mian)信息,用液(ye)體狀(zhuang)、粉狀(zhuang)或(huo)片狀(zhuang)的(de)(de)材(cai)料將(jiang)這些截面(mian)(mian)逐層地打(da)印出來,再將(jiang)各層截面(mian)(mian)以各種方式粘合起來從(cong)而制造(zao)出一個實體。這種技術(shu)的(de)(de)特點在于其(qi)幾(ji)乎可(ke)以造(zao)出任何形狀(zhuang)的(de)(de)物品。
打(da)印機(ji)打(da)出(chu)的(de)(de)(de)截面(mian)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)(即Z方(fang)(fang)向)以(yi)及平(ping)面(mian)方(fang)(fang)向即X-Y方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)分(fen)辨率是(shi)以(yi)dpi(像(xiang)素/英寸(cun)(cun))或者微(wei)米(mi)(mi)來(lai)計(ji)算(suan)的(de)(de)(de)。一般(ban)的(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)為100微(wei)米(mi)(mi),即0.1毫米(mi)(mi),也(ye)有部分(fen)打(da)印機(ji)如ObjetConnex 系列(lie)還有三維 Systems' ProJet 系列(lie)可以(yi)打(da)印出(chu)16微(wei)米(mi)(mi)薄的(de)(de)(de)一層。而平(ping)面(mian)方(fang)(fang)向則可以(yi)打(da)印出(chu)跟激光(guang)打(da)印機(ji)相近的(de)(de)(de)分(fen)辨率。打(da)印出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)“墨水(shui)滴”的(de)(de)(de)直徑通常為50到100個微(wei)米(mi)(mi)。 用(yong)傳統方(fang)(fang)法制造出(chu)一個模型通常需要數(shu)小(xiao)時到數(shu)天,根據(ju)模型的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)(cun)以(yi)及復(fu)雜(za)程度(du)(du)而定(ding)(ding)。而用(yong)三維打(da)印的(de)(de)(de)技術(shu)則可以(yi)將時間縮短為數(shu)個小(xiao)時,當然其是(shi)由打(da)印機(ji)的(de)(de)(de)性能以(yi)及模型的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)(cun)和復(fu)雜(za)程度(du)(du)而定(ding)(ding)的(de)(de)(de)。
傳統的制造技術如注塑法可以(yi)以(yi)較(jiao)低(di)的成(cheng)(cheng)本(ben)大量制造聚合物產(chan)(chan)品,而(er)三(san)維打印技術則可以(yi)以(yi)更快(kuai),更有彈性(xing)以(yi)及更低(di)成(cheng)(cheng)本(ben)的辦(ban)法生產(chan)(chan)數量相對較(jiao)少的產(chan)(chan)品。一個桌(zhuo)面尺寸的三(san)維打印機(ji)就可以(yi)滿(man)足設計者(zhe)或概念開發小(xiao)組制造模型(xing)的需要。
三維打(da)印機的(de)(de)(de)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)對大多(duo)數應用來說已經(jing)(jing)足夠(在彎曲(qu)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)可(ke)能會比較粗糙,像圖像上的(de)(de)(de)鋸齒一(yi)樣(yang)),要獲(huo)得(de)更高(gao)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)品(pin)(pin)可(ke)以通過如下(xia)方法:先用當前的(de)(de)(de)三維打(da)印機打(da)出稍大一(yi)點的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體,再稍微(wei)經(jing)(jing)過表(biao)面(mian)打(da)磨即可(ke)得(de)到表(biao)面(mian)光(guang)滑的(de)(de)(de)“高(gao)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)”物(wu)(wu)品(pin)(pin)。
有(you)些(xie)(xie)技(ji)術可以(yi)同時(shi)使(shi)用多(duo)種(zhong)材料進行打印(yin)(yin)。有(you)些(xie)(xie)技(ji)術在(zai)打印(yin)(yin)的(de)過程(cheng)中還會用到支撐物(wu)(wu),比(bi)如在(zai)打印(yin)(yin)出一些(xie)(xie)有(you)倒(dao)掛狀(zhuang)的(de)物(wu)(wu)體時(shi)就需要用到一些(xie)(xie)易于除去的(de)東西(如可溶物(wu)(wu))作(zuo)為支撐物(wu)(wu)。
當(dang)一間(jian)實驗(yan)室作(zuo)出了圖紙,需要拿出來共享時,會(hui)發現有太多的格式和(he)標準了,因此,3D 打印原型機這(zhe)個領域看(kan)起(qi)來像是野蠻生(sheng)長,毫無(wu)標準。
當(dang)有了統一(yi)的(de)(de)標準(zhun)后,3D 打印(yin)行(xing)業將會迎(ying)來開(kai)(kai)源。現在,太多的(de)(de)團(tuan)隊注(zhu)重提(ti)高(gao)自(zi)己的(de)(de)3D 打印(yin)水平,在自(zi)我的(de)(de)閉環中發展。實(shi)際上,行(xing)業需(xu)要設備(bei)和軟件(jian)的(de)(de)開(kai)(kai)源,在統一(yi)的(de)(de)標準(zhun)下產(chan)生(sheng)更多有用、高(gao)效、開(kai)(kai)放的(de)(de)創(chuang)新。
原(yuan)型(xing)機打(da)(da)(da)印(yin)并(bing)不受到重視,所(suo)以(yi)現在(zai)很多醫療器械商都是在(zai)一個臟(zang)亂(luan)、布滿灰(hui)塵的(de)(de)地方放置打(da)(da)(da)印(yin)設備(bei)。其實,現在(zai)已經(jing)有商業化運(yun)營的(de)(de)3D 打(da)(da)(da)印(yin)實驗室,來幫助(zhu)這些企業打(da)(da)(da)印(yin)出(chu)質量更(geng)高的(de)(de)原(yuan)型(xing)機。