3D列印編年史

如果從歷史的角度回顧3D列印的發展歷程，則最早可以追溯到19世紀末，由於受到兩次工業革命的刺激，18至19世紀歐美國家的商品經濟得到了飛速的發展，產品生產技術的革新是一個永恆的話題，為了滿足科研探索和產品設計的需求，快速成型技術從這一時期已經開始萌芽，如Willeme光刻實驗室也在這個階段開展了商業的探索，可惜受到技術限制沒能獲得很大的成功。

快速成型技術在商業上獲得真正意義的發展是從20世紀80年代末開始的，在此期間也湧現過幾波3D列印的技術浪潮，但總體上看3D列印技術仍保持著穩健的發展。2007年開源的桌面級3D列印設備發布，此後新一輪的3D列印浪潮開始醞釀。2012年4月，英國著名的經濟學雜誌《The Economist》一篇關於第三次工業革命的封面文章全面掀起了新一輪的3D列印浪潮，下面筆者將以編年史的形式為大家簡述3D列印技術的發展歷程。

1892年，Blanther首次在公開場合提出使用層疊成型方法製作地形圖的構想。

1940年，Perera提出了與Blanther不謀而合的設想，他提出可以沿等高線輪廓切割硬紙板然後層疊成型製作三維地形圖的方法。

1972年，Matsubara在紙板層疊技術的基礎上首先提出可以嘗試使用光固化材料，光敏聚合樹脂塗在耐火的顆粒上面，然後這些顆粒將被填充到疊層，加熱後會生成與疊層對應的板層，光線有選擇地投射到這個板層上將指定部分硬化，沒有掃描的部分將會使用化學溶劑溶解掉，這樣板層將會不斷堆積直到最後形成一個立體模型，這樣的方法適用於製作傳統工藝難以加工的曲面。

1977年，Swainson提出可以通過激光選擇性照射光敏聚合物的方法直接製造立體模型，與此同時，Battelle實驗室的Schwerzel也開展了類似的研究工作。

1979年，日本東京大學的Nakagawa教授開始使用薄膜技術製作出實用的工具，例如落料模、注塑模和成型模。

1981年，Hideo Kodama首次提出了一套功能感光聚合物快速成型系統的設計方案。1982年，Charles W.Hull試圖將光學技術應用於快速成型領域。

1986年，Charles W.Hull成立了3D Systems公司，研發了著名的STL文件格式，STL格式逐漸成為CAD/CAM系統介面文件格式的工業標準。

1988年，3D Systems公司推出了世界上第一台基於SLA技術的商用3D印表機SLA-250（如圖1-1所示），其體積非常大，Charles把它稱為「立體平板印刷機」。儘管SLA-250身形巨大且價格昂貴，但它的面世標誌著3D列印商業化的起步。同年，Scott Crump發明了另一種3D列印技術，即熔融沉積快速成型技術（Fused Deposition Modeling，FDM），並成立了Stratasys公司。

1989年，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R.Dechard發明了選擇性激光燒結工藝（Selective Laser Sintering，SLS），SLS技術應用廣泛並支持多種材料成型，例如尼龍、蠟、陶瓷，甚至是金屬，SLS技術的發明讓3D列印生產走向多元化。

1992年，Stratasys公司推出了第一台基於FDM技術的3D印表機——「3D造型者」（3D Modeler），這標誌著FDM技術步入了商用階段。

1993年，美國麻省理工大學的Emanual Sachs教授發明了三維印刷技術（ThreeDimension Printing，3DP），3DP技術通過膠粘劑把金屬、陶瓷等粉末粘合成型。

1995年，快速成型技術被列為我國未來十年十大模具工業發展方向之一，國內的自然科學學科發展戰略調研報告也將快速成型與製造技術、自由造型系統，以及計算機集成系統研究列為重點研究領域之一。

圖1-1 Charles W.Hull與世界上第一台SLA商用3D印表機SLA-250 本圖片來自 3D Systems

1996年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation各自推出了新一代的快速成型設備Actua 2100、Genisys和Z402，此後快速成型技術便有了更加通俗的稱謂——「3D列印」。

1999年，3D Systems推出了SLA 7000，要價80萬美元。

2002年，Stratasys公司推出Dimension系列桌面級3D印表機（如圖1-2所示），Dimension系列價格相對低廉，主要也是基於FDM技術以ABS塑料作為成型材料。

2005年，Z Corporation公司推出世界上第一台高精度彩色3D印表機Spectrum Z510，讓3D列印進入了彩色時代。

2007年，3D列印服務創業公司Shapeways正式成立，Shapeways公司建立起了一個規模龐大的3D列印設計在線交易平台，為用戶提供個性化的3D列印服務，深化了社會化製造模式（Social Manufacturing）。

2008年，第一款開源的桌面級3D印表機RepRap發布，RepRap是英國巴恩大學Adrian Bowyer團隊立項於2005年的開源3D印表機研究項目，得益於開源硬體的進步與歐美實驗室團隊的無私貢獻，桌面級的開源3D印表機為新一輪的3D列印浪潮翻起了暗涌。

2009年，Bre Pettis帶領團隊創立了著名的桌面級3D印表機公司——Makerbot（如圖1-3所示），Makerbot的設備主要基於早期的RepRap開源項目，但對RepRap的機械結構進行了重新設計，發展至今已經歷幾代的升級，在成型精度、列印尺寸等指標上都有長足的進步。

圖1-2 Dimension系列桌面級3D印表機

圖1-3 Maker團隊 本圖片來自 www.makerbotcom

Makerbot承接了RepRap項目的開源精神，其早期產品同樣是以開源的方式發布，在互聯網上能非常方便地找到Makerbot早期項目所有的工程材料，Makerbot也出售設備的組裝套件，此後國內的廠商便以這些材料為基礎開始了仿造工作，國內的桌面級3D印表機市場也由此打開。

2012年，英國著名的經濟學雜誌《The Economist》一篇關於第三次工業革命的封面文章全面掀起了新一輪的3D列印浪潮。

同年9月，3D列印的兩個領先企業Stratasys和以色列的Objet宣布進行合併，交易額為14億美元，合併後的公司名仍為Stratasys。此項合併進一步確立了Stratasys在高速發展的3D列印及數字製造業中的領導地位。

10月，來自MIT Media Lab的團隊成立Formlabs公司，並發布了世界上第一台廉價的高精度SLA消費級桌面3D印表機Fom1，從而引起了業界的重視（如圖1-4所示）。此後在著名眾籌網站Kickstarter上發布的3D列印項目呈現百花齊放的盛況，國內的生產商也開始了基於SLA技術的桌面級3D印表機研發。

同期，國內由亞洲製造業協會聯合華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構和3D行業領先企業共同發起的中國3D列印技術產業聯盟正式宣告成立。國內關於3D列印的門戶網站、論壇、博客如雨後春筍般湧現出來，各大報刊、網媒、電台、電視台也爭相報道關於3D列印的新聞。

圖1-4 Formlabs公司推出的Form1桌面級3D印表機

2013年，《環球科學》，即《科學美國人》（Scientific American）的中文版，在最新的一月刊中邀請科學家，經過數輪討論評選出了2012年最值得銘記、對人類社會影響最為深遠的十大新聞，其中3D列印位列第九。

書名：3D列印——改變世界的新機遇新浪潮

作者：郭少豪, 呂振, 編

出 版 社：清華大學出版社

定價：￥48.00

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