走近3D打印技术 揭秘发展历程

3D打印技术是一项颠覆性的制造技术，如今，其已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域，下面让我们一起来走近3D打印技术，解开其发展的奥秘吧。

技术进展

3D打印技术的历史并不长。1984年，查尔斯丒赫尔研发了3D打印技术。1986年，该技术获得了专利，查尔斯丒赫尔将其命名为立体光刻技术，并成立了3D Systems公司，开发了第一台商用3D打印机。

1987年，DTM公司（现在为BF Goodrich公司的附属公司）开发了选择性激光烧结（SLS）技术，并且进行了商业化应用。

1988年，3D Systems公司开发出SLA-2502设备，并向公众出售。同年，斯科特丒克伦普研发了熔融沉积成型（FDM）技术，并于1989年成立了Stratasys公司。

1991年，Helisys公司售出了第一台分层实体制造（LOM）系统。

1992年，Stratasys公司售出了首批基于FDM的“三维建模”机器。同年，DTM公司售出了第一台SLS系统。

1993年，麻省理工学院获得了“三维打印技术”的专利，该技术类似于二维打印机中使用的喷墨印刷技术。

1995年，麻省理工学院研发了粉末层和喷头3D打印（3DP）技术，Z公司从麻省理工学院获得了独家使用“三维打印（3DP）技术”的授权，并在三维打印技术的基础上开发了3D打印机。

1996年，3D Systems公司推出“Actua 2100”快速成型机。同年Stratasys公司推出“Genisys”，Z公司推出“Z402”，第一次使用了“3D打印机”的称谓。

1997年，EOS公司将三维立体系统业务出售给3D Systems公司，但其仍然是欧洲最大的生产商。

2005年，Z公司推出“Spectrum Z510”。这是市场上第一台高精度彩色3D打印机。

2006年，RepRap开放源码项目启动，其目的是开发一种能进行自我复制的3D打印机。

2008年，第一个版本的RepRap机推出，它可以打印约50%的该机的自身部件。同年，Objet Geometries公司宣布推出革命性的“Connex500”快速成型系统，这是有史以来第一个能够同时使用几种不同材料的3D打印机。

此后，许多生产厂商纷纷推出各种型号的3D打印机。其中值得一提的是，2011年9月，维也纳科技大学推出了世界上最小的3D打印机，重量只有1.5公斤，报价约为1200欧元；2012年，MakerBot个人3D打印机投放市场，其借鉴了RepRap三维打印技术，价格合理，可家用。

技术分类

3D打印技术是使用叠层制造技术来制造产品的，早期的3D打印技术被称为快速成型技术，即在计算机的控制下，用三维图形表示的产品会被分解成由许多横截面构成的二维层，打印机在接收到这些产品数据后，采用逐层构建的方式“打印”产品，每层的接合采用熔化和沉积等技术来实现。当层构建处理结束后，用户便可以取出产品并立即使用。使用这种方式生产的产品可以是最终成品也可以是零部件。

与普通工业产品生产中材料需要经过切割、钻孔、铣削等“消减”过程不同，3D打印所构建的物体是从零开始的，每层都要添加材料才能形成三维物体，因此其也被认为是“添加”的过程。根据使用材料的不同，3D打印的材料添加技术和凝结技术也有所不同。具体而言，3D打印采用的主要技术如表1所示。

3D打印虽然可采用不同的技术来实现，但是每种快速成型过程都是从CAD（计算机辅助设计）系统开始的。在CAD系统中，所设计的产品是用三维模型表示的，该模型被翻译成一个通用的STL文件（立体光刻文件格式）。将STL文件导入CAM（计算机辅助制造）系统中，原三维模型就被切成薄层，其中每一层代表3D打印成型过程中的一个步骤。CAM系统再根据所使用的材料、成型路径和制造参数建造原型。随后，3D打印机利用从CAM系统导入的数据来执行制造过程。