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)體打印技術。
1986年,美國科學家Charles Hull開發了第一臺商(shang)業3D印刷(shua)機。
1993年,麻省理工(gong)學院獲3D印(yin)刷技術專利。
1995年(nian),美(mei)國ZCorp公司(si)從麻省理工學院獲(huo)得授權并開(kai)始開(kai)發3D打印機。
2005年,市場上高清晰(xi)彩(cai)色3D打印機(ji)Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功(gong)。
2010年11月,美國Jim Kor團隊打造出世界上第(di)一輛由(you)3D打印機打印而成的(de)汽車Urbee問世。
2011年6月6日(ri),發布了全球(qiu)第(di)一(yi)款3D打印的比(bi)基尼。
2011年(nian)7月,英國研究人員(yuan)開(kai)發出世(shi)界上第一(yi)臺3D巧克力打印機(ji)。
2011年8月(yue),南(nan)安普敦大學的(de)工程師們開發出世界上第一架3D打(da)印的(de)飛機。
2012年(nian)11月(yue),蘇格蘭科學家利用人體細胞用3D打印(yin)機打印(yin)出人造肝(gan)臟組織。
2013年10月(yue),全(quan)球成功拍(pai)賣一款名為“ONO之(zhi)神”的3D打印藝術(shu)品。
2013年11月,美國德(de)克薩斯州奧斯汀的3D打(da)印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(she)計制造出3D打(da)印金(jin)屬手槍。
2018年8月1日起,3D打印(yin)槍(qiang)支將在(zai)(zai)美國合法,3D打印(yin)手槍(qiang)的(de)設計(ji)圖也將可以在(zai)(zai)互聯網(wang)上自由(you)下載。
2018年12月10日,俄(e)羅斯(si)宇航員(yuan)利用國際空間站上的(de)3D生物打印機,設法在零重力下打印出了實驗鼠的(de)甲狀(zhuang)腺。
2019年(nian)1月14日,美(mei)國(guo)加州(zhou)大(da)學圣(sheng)迭戈分(fen)校在《自然·醫學》雜志發表論文,利(li)用快速(su)3D打印技(ji)術(shu),制造(zao)出模仿中樞(shu)神(shen)(shen)經系統(tong)結構(gou)的脊(ji)髓支(zhi)架,在裝載神(shen)(shen)經干細(xi)胞(bao)后(hou)被植(zhi)入脊(ji)髓嚴重受損的大(da)鼠脊(ji)柱內,成(cheng)功(gong)幫助大(da)鼠恢復了(le)運動(dong)功(gong)能。該支(zhi)架模仿中樞(shu)神(shen)(shen)經系統(tong)結構(gou)設計,呈圓形(xing),厚(hou)度僅有兩毫米,支(zhi)架中間為H型結構(gou),周圍則是(shi)數十(shi)個直徑200微米左(zuo)右的微小通道,用于引導植(zhi)入的神(shen)(shen)經干細(xi)胞(bao)和軸突沿著脊(ji)髓損傷部位生長。
2019年(nian)4月15日,以(yi)色(se)列特(te)拉維(wei)夫大學(xue)研(yan)究人員以(yi)病人自身的組織為原材(cai)料,3D打(da)印(yin)出全(quan)球擁(yong)有細胞(bao)、血管、心(xin)(xin)室和心(xin)(xin)房(fang)的“完整”心(xin)(xin)臟(zang),這在全(quan)球尚(shang)屬(3D打(da)印(yin)心(xin)(xin)臟(zang))。
日常生活中使用的(de)(de)(de)普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)可(ke)以打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)電(dian)腦(nao)設(she)計的(de)(de)(de)平面物(wu)品(pin),而所謂的(de)(de)(de)3D打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)與普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)工作原(yuan)理基本相(xiang)同,只是(shi)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)有些不(bu)同,普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)是(shi)墨水和紙張(zhang),而3D打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)內裝有金(jin)屬、陶瓷(ci)、塑(su)料(liao)、砂等不(bu)同的(de)(de)(de)“打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”,是(shi)實(shi)(shi)實(shi)(shi)在(zai)在(zai)的(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao),打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)與電(dian)腦(nao)連接后,通(tong)(tong)過電(dian)腦(nao)控制可(ke)以把“打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”一層(ceng)層(ceng)疊加起(qi)來,把計算機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)上的(de)(de)(de)藍(lan)圖變成實(shi)(shi)物(wu)。通(tong)(tong)俗地(di)說(shuo),3D打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)可(ke)以“打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)”出真實(shi)(shi)的(de)(de)(de)3D物(wu)體的(de)(de)(de)一種設(she)備,比如打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)一個機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)器(qi)人、打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)玩(wan)具車(che),打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)各種模型,甚至是(shi)食物(wu)等等。之(zhi)所以通(tong)(tong)俗地(di)稱其(qi)為“打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)”是(shi)參照了普(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)技(ji)術原(yuan)理,因為分(fen)層(ceng)加工的(de)(de)(de)過程(cheng)與噴墨打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)十(shi)分(fen)相(xiang)似。這項打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術稱為3D立(li)體打(da)(da)(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術。
三(san)維打印(yin)的(de)設計過程(cheng)是(shi):先(xian)通過計算機建(jian)(jian)模軟(ruan)件建(jian)(jian)模,再將建(jian)(jian)成的(de)三(san)維模型“分(fen)區”成逐層(ceng)的(de)截(jie)面(mian),即切片,從而指(zhi)導打印(yin)機逐層(ceng)打印(yin)。
設(she)計軟件(jian)(jian)(jian)和打印機之間協作的(de)標(biao)準文件(jian)(jian)(jian)格式是STL文件(jian)(jian)(jian)格式。一個STL文件(jian)(jian)(jian)使(shi)用三(san)角面(mian)來(lai)近似模擬物(wu)體(ti)的(de)表面(mian)。三(san)角面(mian)越(yue)小(xiao)其生(sheng)成的(de)表面(mian)分辨(bian)率越(yue)高。PLY是一種通過掃描(miao)產(chan)生(sheng)的(de)三(san)維文件(jian)(jian)(jian)的(de)掃描(miao)器,其生(sheng)成的(de)VRML或者WRL文件(jian)(jian)(jian)經常被用作全彩打印的(de)輸(shu)入(ru)文件(jian)(jian)(jian)。
打印(yin)機(ji)通過讀取文(wen)件中的(de)(de)橫截面(mian)信息,用(yong)液體狀(zhuang)、粉狀(zhuang)或片(pian)狀(zhuang)的(de)(de)材料將這(zhe)些截面(mian)逐層(ceng)地打印(yin)出(chu)來(lai),再(zai)將各層(ceng)截面(mian)以各種方式(shi)粘合起來(lai)從而制(zhi)造出(chu)一個實體。這(zhe)種技術的(de)(de)特點在于其幾(ji)乎可(ke)以造出(chu)任何(he)形(xing)狀(zhuang)的(de)(de)物(wu)品。
打(da)(da)(da)印(yin)機(ji)(ji)打(da)(da)(da)出(chu)(chu)的(de)(de)截面(mian)(mian)的(de)(de)厚(hou)(hou)度(du)(即Z方(fang)向(xiang))以(yi)及(ji)平面(mian)(mian)方(fang)向(xiang)即X-Y方(fang)向(xiang)的(de)(de)分辨率是以(yi)dpi(像素/英(ying)寸)或者微米(mi)(mi)來計算的(de)(de)。一般的(de)(de)厚(hou)(hou)度(du)為(wei)100微米(mi)(mi),即0.1毫米(mi)(mi),也(ye)有(you)部分打(da)(da)(da)印(yin)機(ji)(ji)如ObjetConnex 系(xi)列(lie)還有(you)三維(wei) Systems' ProJet 系(xi)列(lie)可(ke)以(yi)打(da)(da)(da)印(yin)出(chu)(chu)16微米(mi)(mi)薄的(de)(de)一層(ceng)。而平面(mian)(mian)方(fang)向(xiang)則可(ke)以(yi)打(da)(da)(da)印(yin)出(chu)(chu)跟激光打(da)(da)(da)印(yin)機(ji)(ji)相近的(de)(de)分辨率。打(da)(da)(da)印(yin)出(chu)(chu)來的(de)(de)“墨水滴”的(de)(de)直徑(jing)通(tong)(tong)常(chang)為(wei)50到100個微米(mi)(mi)。 用(yong)傳統(tong)方(fang)法制(zhi)造出(chu)(chu)一個模(mo)型通(tong)(tong)常(chang)需(xu)要數小時到數天,根據模(mo)型的(de)(de)尺(chi)寸以(yi)及(ji)復雜程(cheng)度(du)而定(ding)。而用(yong)三維(wei)打(da)(da)(da)印(yin)的(de)(de)技術則可(ke)以(yi)將時間縮(suo)短為(wei)數個小時,當(dang)然其(qi)是由打(da)(da)(da)印(yin)機(ji)(ji)的(de)(de)性(xing)能以(yi)及(ji)模(mo)型的(de)(de)尺(chi)寸和復雜程(cheng)度(du)而定(ding)的(de)(de)。
傳統的制造技術如注塑法可以(yi)(yi)以(yi)(yi)較低的成本(ben)大量制造聚合物產品,而(er)三(san)維打印技術則可以(yi)(yi)以(yi)(yi)更(geng)快(kuai),更(geng)有彈性以(yi)(yi)及更(geng)低成本(ben)的辦法生(sheng)產數量相(xiang)對較少的產品。一個桌面(mian)尺寸的三(san)維打印機就可以(yi)(yi)滿足設(she)計者或概念開發小組制造模型(xing)的需要。
三(san)維打(da)(da)印(yin)機(ji)的(de)分辨(bian)(bian)率(lv)對大多(duo)數應用(yong)來說已經足夠(在彎曲的(de)表面(mian)可(ke)能會比(bi)較粗糙,像圖(tu)像上(shang)的(de)鋸齒一樣),要獲(huo)得更高分辨(bian)(bian)率(lv)的(de)物品可(ke)以通(tong)過如下方法(fa):先用(yong)當(dang)前的(de)三(san)維打(da)(da)印(yin)機(ji)打(da)(da)出稍大一點(dian)的(de)物體,再稍微經過表面(mian)打(da)(da)磨即(ji)可(ke)得到表面(mian)光滑的(de)“高分辨(bian)(bian)率(lv)”物品。
有些技術可以同時使(shi)用(yong)多種材料進行打(da)印(yin)。有些技術在打(da)印(yin)的(de)(de)過(guo)程中(zhong)還(huan)會用(yong)到支撐(cheng)物,比如在打(da)印(yin)出一(yi)些有倒(dao)掛狀的(de)(de)物體時就需要(yao)用(yong)到一(yi)些易(yi)于除(chu)去的(de)(de)東西(如可溶物)作為支撐(cheng)物。
當一間(jian)實驗室(shi)作(zuo)出了圖紙,需要拿出來共(gong)享時,會發(fa)現(xian)有(you)太多的格式和標準了,因(yin)此,3D 打印(yin)原型機這個領域看起來像是(shi)野蠻(man)生長,毫無標準。
當有了(le)統一(yi)的(de)標準(zhun)后,3D 打(da)印行業將會迎來開源。現在(zai)(zai),太多(duo)的(de)團隊注重提(ti)高自己的(de)3D 打(da)印水平,在(zai)(zai)自我的(de)閉環(huan)中發展。實際上(shang),行業需要設備和軟件的(de)開源,在(zai)(zai)統一(yi)的(de)標準(zhun)下產(chan)生更多(duo)有用、高效(xiao)、開放的(de)創新。
原(yuan)型機打(da)印并不(bu)受到重視,所(suo)以(yi)現在(zai)很多(duo)醫療器(qi)械商(shang)都是在(zai)一個臟亂、布滿灰塵的地方放置打(da)印設備。其實,現在(zai)已經有(you)商(shang)業(ye)化運營的3D 打(da)印實驗室,來(lai)幫(bang)助這(zhe)些企業(ye)打(da)印出質量更高(gao)的原(yuan)型機。