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立體打印(yin)技(ji)術。
1986年(nian),美國科學家Charles Hull開發了(le)第(di)一(yi)臺(tai)商業3D印刷機。
1993年,麻(ma)省理(li)工學(xue)院獲(huo)3D印刷(shua)技(ji)術專利。
1995年,美國ZCorp公司從麻省理(li)工學院獲得(de)授權并開(kai)始(shi)開(kai)發3D打印機。
2005年,市場上高清晰彩色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(chu)世(shi)界上第一(yi)輛由3D打印機打印而(er)成的汽車Urbee問世(shi)。
2011年6月6日,發(fa)布了全球第一款3D打印的比基尼。
2011年7月(yue),英國研究(jiu)人員開發出世界上第一臺(tai)3D巧克力打印(yin)機(ji)。
2011年8月,南(nan)安普敦大學的工程(cheng)師們開(kai)發出(chu)世界上第(di)一架3D打印(yin)的飛機。
2012年11月(yue),蘇格(ge)蘭(lan)科學(xue)家利用(yong)人體細胞用(yong)3D打印機打印出(chu)人造肝臟組(zu)織(zhi)。
2013年10月,全(quan)球成功拍賣一款名(ming)為(wei)“ONO之神”的(de)3D打印(yin)藝術(shu)品。
2013年11月(yue),美國(guo)德克(ke)薩斯(si)州奧斯(si)汀的(de)3D打印公(gong)司“固體概念”(SolidConcepts)設計制造出(chu)3D打印金屬手槍(qiang)。
2018年8月(yue)1日起,3D打印(yin)槍支將在美國(guo)合法,3D打印(yin)手槍的設計圖也將可以(yi)在互聯網上自由下(xia)載。
2018年(nian)12月(yue)10日,俄羅斯宇航員利用國際(ji)空間站上(shang)的(de)3D生物打印機,設法(fa)在零重力下(xia)打印出了實驗鼠的(de)甲狀腺。
2019年(nian)1月14日,美國加州大學圣迭(die)戈分校在《自然·醫學》雜志發表論文,利用(yong)(yong)快速3D打印技術,制造出模仿中樞(shu)神經(jing)系統(tong)結構(gou)的脊(ji)(ji)髓支(zhi)架,在裝載神經(jing)干(gan)細(xi)胞后被植(zhi)入(ru)(ru)脊(ji)(ji)髓嚴重受損的大鼠(shu)(shu)脊(ji)(ji)柱內,成功幫(bang)助大鼠(shu)(shu)恢復(fu)了運動功能。該(gai)支(zhi)架模仿中樞(shu)神經(jing)系統(tong)結構(gou)設計,呈圓形,厚度僅有兩毫米(mi),支(zhi)架中間(jian)為H型結構(gou),周圍則(ze)是(shi)數十個直徑200微米(mi)左右的微小(xiao)通道(dao),用(yong)(yong)于引導(dao)植(zhi)入(ru)(ru)的神經(jing)干(gan)細(xi)胞和(he)軸突沿著脊(ji)(ji)髓損傷部位生長。
2019年(nian)4月15日,以(yi)色列特拉維夫大學研究人(ren)(ren)員(yuan)以(yi)病人(ren)(ren)自(zi)身(shen)的(de)組織為原材料,3D打(da)印(yin)出全球(qiu)擁有細胞(bao)、血管、心室和心房的(de)“完整”心臟(zang),這(zhe)在(zai)全球(qiu)尚屬(3D打(da)印(yin)心臟(zang))。
日常生(sheng)活中使(shi)用的(de)(de)普(pu)通(tong)(tong)(tong)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)可以(yi)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)電腦設(she)計的(de)(de)平(ping)面物(wu)品,而(er)所謂的(de)(de)3D打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)與(yu)普(pu)通(tong)(tong)(tong)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)工作原(yuan)(yuan)理基本相(xiang)同(tong)(tong),只是(shi)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)有(you)些不(bu)同(tong)(tong),普(pu)通(tong)(tong)(tong)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)是(shi)墨水(shui)和(he)紙張,而(er)3D打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)內裝有(you)金屬、陶瓷(ci)、塑(su)料(liao)、砂等(deng)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)“打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”,是(shi)實(shi)(shi)實(shi)(shi)在在的(de)(de)原(yuan)(yuan)材料(liao),打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)與(yu)電腦連接后,通(tong)(tong)(tong)過(guo)電腦控制(zhi)可以(yi)把“打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)材料(liao)”一層層疊加(jia)起(qi)來,把計算機(ji)(ji)(ji)(ji)上的(de)(de)藍圖(tu)變成實(shi)(shi)物(wu)。通(tong)(tong)(tong)俗(su)地說(shuo),3D打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)是(shi)可以(yi)“打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)”出真實(shi)(shi)的(de)(de)3D物(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)一種設(she)備(bei),比如打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)一個(ge)機(ji)(ji)(ji)(ji)器人、打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)玩具車,打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)各種模(mo)型,甚至是(shi)食物(wu)等(deng)等(deng)。之所以(yi)通(tong)(tong)(tong)俗(su)地稱(cheng)其為(wei)(wei)“打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)”是(shi)參照了普(pu)通(tong)(tong)(tong)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)技(ji)術原(yuan)(yuan)理,因為(wei)(wei)分層加(jia)工的(de)(de)過(guo)程與(yu)噴墨打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)十(shi)分相(xiang)似。這項打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術稱(cheng)為(wei)(wei)3D立體(ti)(ti)打(da)(da)(da)印(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)(yin)技(ji)術。
三(san)維(wei)打印的(de)設(she)計過(guo)程是(shi):先通過(guo)計算機建模(mo)軟件(jian)建模(mo),再將建成的(de)三(san)維(wei)模(mo)型“分(fen)區”成逐層的(de)截面(mian),即(ji)切片(pian),從而(er)指導打印機逐層打印。
設計軟件(jian)(jian)和(he)打印機之間協作的(de)標(biao)準文(wen)件(jian)(jian)格式是STL文(wen)件(jian)(jian)格式。一個STL文(wen)件(jian)(jian)使用(yong)三角面來近(jin)似模擬(ni)物體的(de)表(biao)面。三角面越小其生(sheng)成的(de)表(biao)面分辨率(lv)越高。PLY是一種通過(guo)掃(sao)描產生(sheng)的(de)三維文(wen)件(jian)(jian)的(de)掃(sao)描器,其生(sheng)成的(de)VRML或(huo)者WRL文(wen)件(jian)(jian)經常被用(yong)作全彩打印的(de)輸入文(wen)件(jian)(jian)。
打印機通過(guo)讀取(qu)文件中的(de)橫(heng)截面信(xin)息,用液體狀(zhuang)(zhuang)、粉狀(zhuang)(zhuang)或片狀(zhuang)(zhuang)的(de)材料將(jiang)這些截面逐層地打印出(chu)來,再(zai)將(jiang)各層截面以各種方(fang)式(shi)粘合起來從而制造出(chu)一(yi)個實體。這種技術的(de)特點在(zai)于其幾乎可以造出(chu)任何形狀(zhuang)(zhuang)的(de)物品(pin)。
打印(yin)機(ji)(ji)打出的(de)(de)(de)截面(mian)的(de)(de)(de)厚度(即(ji)Z方(fang)向(xiang))以及(ji)平(ping)面(mian)方(fang)向(xiang)即(ji)X-Y方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)分(fen)辨率是以dpi(像素/英寸)或者(zhe)微(wei)米(mi)(mi)來(lai)計算(suan)的(de)(de)(de)。一(yi)(yi)(yi)般的(de)(de)(de)厚度為100微(wei)米(mi)(mi),即(ji)0.1毫(hao)米(mi)(mi),也有部分(fen)打印(yin)機(ji)(ji)如ObjetConnex 系(xi)列還有三維 Systems' ProJet 系(xi)列可以打印(yin)出16微(wei)米(mi)(mi)薄(bo)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)層。而平(ping)面(mian)方(fang)向(xiang)則可以打印(yin)出跟(gen)激光(guang)打印(yin)機(ji)(ji)相近的(de)(de)(de)分(fen)辨率。打印(yin)出來(lai)的(de)(de)(de)“墨水滴”的(de)(de)(de)直徑(jing)通(tong)常為50到100個微(wei)米(mi)(mi)。 用傳統(tong)方(fang)法制(zhi)造出一(yi)(yi)(yi)個模型(xing)通(tong)常需要數小時到數天,根(gen)據模型(xing)的(de)(de)(de)尺寸以及(ji)復(fu)雜程度而定。而用三維打印(yin)的(de)(de)(de)技術則可以將時間縮短為數個小時,當然其是由(you)打印(yin)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)性能以及(ji)模型(xing)的(de)(de)(de)尺寸和復(fu)雜程度而定的(de)(de)(de)。
傳(chuan)統(tong)的(de)制造技術(shu)如注(zhu)塑法(fa)可(ke)以(yi)(yi)以(yi)(yi)較低的(de)成本(ben)大量(liang)(liang)制造聚合物產品(pin),而三(san)維打印技術(shu)則(ze)可(ke)以(yi)(yi)以(yi)(yi)更(geng)快,更(geng)有彈性以(yi)(yi)及更(geng)低成本(ben)的(de)辦法(fa)生產數量(liang)(liang)相對較少的(de)產品(pin)。一個桌面尺寸的(de)三(san)維打印機就可(ke)以(yi)(yi)滿足(zu)設計(ji)者或概念開(kai)發(fa)小組(zu)制造模型的(de)需(xu)要。
三維打(da)(da)印機的(de)分辨(bian)(bian)率對大多數應用(yong)來說已經足夠(在彎曲的(de)表(biao)面可(ke)(ke)能會比較粗糙,像圖(tu)像上(shang)的(de)鋸齒一(yi)(yi)樣),要獲得(de)更(geng)高(gao)分辨(bian)(bian)率的(de)物品可(ke)(ke)以通過(guo)如(ru)下方法:先用(yong)當前(qian)的(de)三維打(da)(da)印機打(da)(da)出(chu)稍大一(yi)(yi)點的(de)物體,再(zai)稍微經過(guo)表(biao)面打(da)(da)磨即(ji)可(ke)(ke)得(de)到表(biao)面光滑(hua)的(de)“高(gao)分辨(bian)(bian)率”物品。
有(you)些技術可以同(tong)時(shi)使用(yong)多種(zhong)材料進行打印(yin)。有(you)些技術在打印(yin)的過(guo)程中(zhong)還(huan)會用(yong)到(dao)(dao)支(zhi)(zhi)撐(cheng)物(wu),比如(ru)在打印(yin)出一些有(you)倒掛狀(zhuang)的物(wu)體時(shi)就需要用(yong)到(dao)(dao)一些易于除去的東西(如(ru)可溶物(wu))作為支(zhi)(zhi)撐(cheng)物(wu)。
當一間實(shi)驗室作出了圖紙,需要拿出來共(gong)享時,會(hui)發現(xian)有太多的格式(shi)和(he)標準了,因此,3D 打印原型機這個領域看起來像是野蠻生長,毫(hao)無標準。
當有(you)了統(tong)一的(de)(de)標準后,3D 打(da)印行業將會迎來開源。現在(zai),太多的(de)(de)團(tuan)隊注重提高(gao)自(zi)(zi)己的(de)(de)3D 打(da)印水平,在(zai)自(zi)(zi)我的(de)(de)閉環中發展。實(shi)際上,行業需要設備和軟件的(de)(de)開源,在(zai)統(tong)一的(de)(de)標準下產生(sheng)更多有(you)用(yong)、高(gao)效、開放(fang)的(de)(de)創(chuang)新。
原(yuan)型機打(da)(da)(da)印并不受到重視,所以現(xian)在(zai)很(hen)多醫療器械商都是在(zai)一個臟亂、布滿灰塵的地(di)方放置打(da)(da)(da)印設備。其實,現(xian)在(zai)已經有商業化運營的3D 打(da)(da)(da)印實驗室,來幫(bang)助(zhu)這些(xie)企業打(da)(da)(da)印出質量(liang)更(geng)高(gao)的原(yuan)型機。