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(li)體打印(yin)技術。
1986年,美國科學(xue)家(jia)Charles Hull開發(fa)了第一臺商業3D印刷機。
1993年,麻省理工學院獲3D印刷技術專利。
1995年,美國ZCorp公(gong)司從麻(ma)省理工學(xue)院獲得授(shou)權并開(kai)始(shi)開(kai)發3D打印機。
2005年,市(shi)場上(shang)高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510由(you)ZCorp公司研制成功(gong)。
2010年11月,美(mei)國Jim Kor團隊打造出世界上第一輛由(you)3D打印(yin)機打印(yin)而(er)成的(de)汽車Urbee問(wen)世。
2011年6月(yue)6日,發布了全球第一款(kuan)3D打印的比(bi)基尼(ni)。
2011年7月,英國(guo)研究(jiu)人員開發(fa)出世界上第一臺3D巧(qiao)克力打(da)印(yin)機。
2011年(nian)8月,南安普(pu)敦大學的(de)工程師們開(kai)發出(chu)世界上(shang)第(di)一架3D打印的(de)飛機(ji)。
2012年11月,蘇格蘭科(ke)學家利用人體細胞用3D打印機打印出人造肝臟組織(zhi)。
2013年(nian)10月,全(quan)球成功拍賣一(yi)款名為(wei)“ONO之神(shen)”的3D打印藝(yi)術(shu)品。
2013年(nian)11月,美(mei)國德(de)克薩斯州奧斯汀的(de)3D打(da)印公司“固體概念”(SolidConcepts)設計制造(zao)出3D打(da)印金屬(shu)手槍。
2018年8月1日(ri)起(qi),3D打印槍支(zhi)將(jiang)在美國合法,3D打印手槍的設(she)計圖也將(jiang)可以(yi)在互(hu)聯(lian)網(wang)上(shang)自由下載(zai)。
2018年12月10日,俄羅斯(si)宇航員利用國際空間站上(shang)的(de)3D生物打印(yin)機(ji),設法(fa)在零(ling)重力下打印(yin)出了實驗鼠的(de)甲狀(zhuang)腺。
2019年1月(yue)14日,美國加州(zhou)大(da)學圣(sheng)迭戈分(fen)校在(zai)《自然·醫學》雜志發表(biao)論(lun)文,利(li)用快速3D打印技術,制(zhi)造出(chu)模仿中(zhong)樞神(shen)(shen)經系(xi)統結構(gou)的(de)脊髓支架,在(zai)裝載(zai)神(shen)(shen)經干(gan)細胞后被植入脊髓嚴重受損(sun)(sun)的(de)大(da)鼠脊柱內,成功幫助大(da)鼠恢復了運動(dong)功能(neng)。該(gai)支架模仿中(zhong)樞神(shen)(shen)經系(xi)統結構(gou)設計,呈圓形,厚度僅有(you)兩毫(hao)米(mi),支架中(zhong)間為H型結構(gou),周圍則是數十個直徑200微(wei)米(mi)左右的(de)微(wei)小通道(dao),用于引導植入的(de)神(shen)(shen)經干(gan)細胞和軸突沿著脊髓損(sun)(sun)傷部位生(sheng)長。
2019年(nian)4月15日,以色(se)列(lie)特拉(la)維(wei)夫(fu)大學研究人員以病人自身的組織為原(yuan)材料,3D打印(yin)出(chu)全(quan)球擁(yong)有細胞、血管、心室和心房(fang)的“完整(zheng)”心臟,這在(zai)全(quan)球尚屬(3D打印(yin)心臟)。
日常生活中使(shi)用的(de)(de)(de)普(pu)通(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)可(ke)以(yi)(yi)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)電(dian)腦(nao)設計的(de)(de)(de)平面物(wu)品,而所(suo)謂的(de)(de)(de)3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)與普(pu)通(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)工作(zuo)原理基本相(xiang)同(tong),只是(shi)(shi)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)有些不同(tong),普(pu)通(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)的(de)(de)(de)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)是(shi)(shi)墨水和紙(zhi)張,而3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)內裝有金(jin)屬、陶瓷、塑料(liao)、砂等(deng)不同(tong)的(de)(de)(de)“打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”,是(shi)(shi)實(shi)(shi)實(shi)(shi)在在的(de)(de)(de)原材料(liao),打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)與電(dian)腦(nao)連接后,通(tong)過電(dian)腦(nao)控制可(ke)以(yi)(yi)把(ba)(ba)“打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”一層(ceng)(ceng)層(ceng)(ceng)疊(die)加起來,把(ba)(ba)計算機(ji)上的(de)(de)(de)藍圖(tu)變成實(shi)(shi)物(wu)。通(tong)俗(su)地(di)說,3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)是(shi)(shi)可(ke)以(yi)(yi)“打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)”出真實(shi)(shi)的(de)(de)(de)3D物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)一種(zhong)設備,比(bi)如打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)一個機(ji)器人(ren)、打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)玩具車,打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)各種(zhong)模型(xing),甚至是(shi)(shi)食(shi)物(wu)等(deng)等(deng)。之所(suo)以(yi)(yi)通(tong)俗(su)地(di)稱其為“打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)”是(shi)(shi)參照了普(pu)通(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)的(de)(de)(de)技術原理,因為分層(ceng)(ceng)加工的(de)(de)(de)過程(cheng)與噴墨打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)十(shi)分相(xiang)似。這項打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)技術稱為3D立體(ti)打(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)技術。
三(san)維打(da)印的設計(ji)過(guo)程是:先通(tong)過(guo)計(ji)算機(ji)建(jian)模(mo)(mo)軟(ruan)件建(jian)模(mo)(mo),再將(jiang)建(jian)成的三(san)維模(mo)(mo)型“分區”成逐(zhu)(zhu)層(ceng)的截面,即切片,從而指導打(da)印機(ji)逐(zhu)(zhu)層(ceng)打(da)印。
設計軟件(jian)(jian)和打印(yin)(yin)機之間協作(zuo)的(de)(de)標準文(wen)件(jian)(jian)格式是STL文(wen)件(jian)(jian)格式。一(yi)個(ge)STL文(wen)件(jian)(jian)使用三(san)角面(mian)(mian)來近似模擬物體的(de)(de)表面(mian)(mian)。三(san)角面(mian)(mian)越小(xiao)其(qi)生成(cheng)的(de)(de)表面(mian)(mian)分辨率越高。PLY是一(yi)種通過掃描產生的(de)(de)三(san)維文(wen)件(jian)(jian)的(de)(de)掃描器,其(qi)生成(cheng)的(de)(de)VRML或者WRL文(wen)件(jian)(jian)經常(chang)被用作(zuo)全彩打印(yin)(yin)的(de)(de)輸入文(wen)件(jian)(jian)。
打(da)印(yin)機通過讀取文件中的(de)橫截面(mian)信息,用(yong)液體狀、粉狀或片狀的(de)材料將這些(xie)截面(mian)逐層(ceng)地打(da)印(yin)出來,再將各(ge)層(ceng)截面(mian)以(yi)各(ge)種(zhong)(zhong)方式粘(zhan)合起來從而制造出一個實體。這種(zhong)(zhong)技術的(de)特點(dian)在(zai)于其(qi)幾乎(hu)可以(yi)造出任何形狀的(de)物(wu)品。
打(da)印機(ji)(ji)打(da)出的(de)(de)截面的(de)(de)厚度(即(ji)(ji)Z方向(xiang))以及平面方向(xiang)即(ji)(ji)X-Y方向(xiang)的(de)(de)分辨率是(shi)以dpi(像素/英寸(cun))或(huo)者微(wei)(wei)米(mi)來計算的(de)(de)。一(yi)般(ban)的(de)(de)厚度為(wei)100微(wei)(wei)米(mi),即(ji)(ji)0.1毫米(mi),也有部分打(da)印機(ji)(ji)如ObjetConnex 系(xi)列(lie)還有三(san)(san)維(wei) Systems' ProJet 系(xi)列(lie)可(ke)以打(da)印出16微(wei)(wei)米(mi)薄的(de)(de)一(yi)層。而(er)(er)(er)平面方向(xiang)則(ze)可(ke)以打(da)印出跟激光打(da)印機(ji)(ji)相近的(de)(de)分辨率。打(da)印出來的(de)(de)“墨水滴”的(de)(de)直徑通常為(wei)50到(dao)100個微(wei)(wei)米(mi)。 用(yong)傳(chuan)統方法制造出一(yi)個模型通常需要(yao)數(shu)小(xiao)時到(dao)數(shu)天,根據模型的(de)(de)尺寸(cun)以及復雜程(cheng)度而(er)(er)(er)定。而(er)(er)(er)用(yong)三(san)(san)維(wei)打(da)印的(de)(de)技(ji)術則(ze)可(ke)以將時間縮短為(wei)數(shu)個小(xiao)時,當(dang)然其(qi)是(shi)由打(da)印機(ji)(ji)的(de)(de)性能(neng)以及模型的(de)(de)尺寸(cun)和復雜程(cheng)度而(er)(er)(er)定的(de)(de)。
傳統的(de)制造技術(shu)如注(zhu)塑法(fa)可(ke)(ke)以以較低的(de)成本大量(liang)制造聚合(he)物產(chan)(chan)品,而三維(wei)打(da)印(yin)技術(shu)則可(ke)(ke)以以更快,更有彈(dan)性以及更低成本的(de)辦法(fa)生產(chan)(chan)數量(liang)相對(dui)較少的(de)產(chan)(chan)品。一個桌(zhuo)面尺寸的(de)三維(wei)打(da)印(yin)機就可(ke)(ke)以滿足(zu)設計者或概念開發小組(zu)制造模型的(de)需要。
三維打(da)印(yin)機的(de)分辨率對大(da)多數(shu)應用(yong)來說(shuo)已經(jing)足夠(在彎(wan)曲的(de)表(biao)(biao)面可(ke)能(neng)會(hui)比較粗(cu)糙,像圖像上的(de)鋸齒一(yi)樣(yang)),要(yao)獲得更高(gao)分辨率的(de)物品(pin)可(ke)以通過如下方法(fa):先用(yong)當前(qian)的(de)三維打(da)印(yin)機打(da)出稍大(da)一(yi)點的(de)物體,再稍微經(jing)過表(biao)(biao)面打(da)磨(mo)即可(ke)得到表(biao)(biao)面光滑的(de)“高(gao)分辨率”物品(pin)。
有(you)些技(ji)術可(ke)以同時(shi)使用(yong)多種材料進行打(da)印(yin)(yin)。有(you)些技(ji)術在(zai)打(da)印(yin)(yin)的過程中還會用(yong)到支(zhi)撐物(wu),比如在(zai)打(da)印(yin)(yin)出一(yi)些有(you)倒掛狀的物(wu)體時(shi)就需要用(yong)到一(yi)些易于除(chu)去的東西(如可(ke)溶物(wu))作為(wei)支(zhi)撐物(wu)。
當一間實驗室作出了圖紙,需要(yao)拿出來共享時,會發(fa)現有(you)太多(duo)的(de)格(ge)式和(he)標(biao)準了,因此,3D 打印(yin)原(yuan)型(xing)機這個領域看起來像是野蠻生(sheng)長,毫無標(biao)準。
當有(you)了統一的(de)(de)標準后,3D 打印行業將會(hui)迎來開源。現在(zai)(zai),太多的(de)(de)團隊注重提(ti)高(gao)自己的(de)(de)3D 打印水平,在(zai)(zai)自我的(de)(de)閉環中發展。實際(ji)上,行業需(xu)要設備和軟件的(de)(de)開源,在(zai)(zai)統一的(de)(de)標準下產生更(geng)多有(you)用、高(gao)效、開放的(de)(de)創新(xin)。
原型機打(da)印并不受到重視,所以現(xian)在(zai)很多醫療器械商都是在(zai)一個臟亂、布滿灰塵的地方放置打(da)印設備。其(qi)實,現(xian)在(zai)已經有商業化運營的3D 打(da)印實驗室,來幫助(zhu)這(zhe)些企業打(da)印出(chu)質(zhi)量更高的原型機。