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1860年，法国人François Willème首次设计出一种多角度成像的方法获取物体的三维图像。这种技术叫做照相雕塑（Photosculpture），将24台照相机围成360度的圆同时进行拍摄，然后用与切割机相连接的比例绘图仪绘制模型轮廓。
1892年，JosephBlanther发明了用蜡板层叠的方法制作等高线地形图的技术。通过在一系列蜡板上压印地形等高线，然后切割蜡板，将其层层堆叠之后，进行平滑处理。
1981年，名古屋市工业研究所的Hideo Kodama发明了利用光固化聚合物的三维模型增材制造方法。
1984年美国人查尔斯·胡尔（Charles W.Hull）发明了SLA（Stereo Lithography Appearance），即立体平板印刷技术。原理：用光来催化光敏树脂，然后成型。后人把胡尔成为“3D打印技术之父”。
1986年胡尔成立了3DSystems公司，研发了STL文件格式。将CAD模型进行三角化处理，成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一。 同年，NSF（美国国家科学基金会）赞助Helisys公司研发出LOM（Laminated Object Manufacturing），即分层实体制造技术。原理：把片材切割并粘合成型。
1988年美国人斯科特克伦普（Scott Crump）发明了FDM（Fused Deposition Modeling），即熔融沉积成型技术。原理：利用高温把材料熔化后再喷出来重新凝固成型。他在第二年（1989年）成立了Stratasys公司。
1989年美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Dechard发明了SLS（Selective Laser Sintering），即选择性激光烧结技术。原理：利用高强度激光将材料粉末烧结，直至成型。同年，美国Stratasys、德国EOS公司成立。
1993年麻省理工学院教授Emanual Saches发明了3DP（Three-Dimensional Printing），即三维印刷技术。原理：利用粘接剂将金属、陶瓷等粉末，粘结在一起成型。麻省理工学院两年后把这项技术授权给Z Corporation进行商业应用，后来开发出彩色3D打印机。
2005年，Z Corporation推出世界第一台彩色3D打印机Spectrum Z510，标志着3D打印从单色开始迈向多色时代。
2007年英国巴斯大学的机械工程高级讲师Adrian Bowyer博士在开源3D打印机项目RepRap中，成功开发出世界首台可自我复制的3D打印机，代号达尔文（Darwin）。由于是开源的技术，其他人可以任意使用并改造这项技术，随着更多人参与改进，此项技术不断进化，3D打印机开始进入普通人的生活。随后全球最大的桌面级3D打印机MakerBot就是基于此项技术迅猛发展起来的。
2008年以色列ObjetGeometries公司推出其革命性的connex500快速成型系统，它是有史以来第一台能够同时使用几种不同的打印原料的3D打印机，开创了混合材料打印的先河。
2009年ASTMF42增材制造技术委员会成立；FDM关键专利到期；MakerBot推出基于RepRap开源系统的产品；3D Systems推出ProParts打印服务业务。
2010年美国Organovo公司研制出了全球首台3D生物打印机。这种打印机能够使用人体脂肪或骨髓组织制作出新的人体组织，使得3D打印人体器官成为可能。
2011年荷兰医生给一名83岁老妪安装了一块用3D打印技术打印出来的金属下颌骨，这是全球首例此类型的手术。比利时哈瑟尔特大学生物医学研究院开发制造了金属下颌骨。金属3D打印的下颌骨标志着3D打印移植物开始进入临床应用。同年，Stratasys收购Solidscape；桌面级设备收入增速首次超过工业级设备；世界上第一架3D打印飞机由英国南安普顿大学工程师创建完成。
2012年英国《经济学人》发表专题文章，称3D打印将是第三次工业革命。这篇文章引发了人们对3D打印的重新认识，3D打印开始在社会普通大众中传播开来。同年，美国建立国家增材制造创新研究院(NAMII)；Statasys和Objet完成行业内最大规模合并；GE收购3D打印服务商MorrisTechnologies。
2013年美国前总统奥巴马发表国情咨文演讲强调3D打印的重要性；第一届Inside 3D大会召开；耐克公司设计出第一款3D打印运动鞋；美国Solid Concepts公司设计制造出全球首支3D打印金属枪；3D Systems公司完成对法国3D打印企业Phenix Systems公司的收购；SLA关键专利到期。
2014年Stratasys完成对MakerBot的收购；3D打印上市公司市值大幅缩水；HP发布MJF技术。
2015年3D Systems收购无锡易维，创建3D Systems中国；佳能、理光、东芝、欧特克、微软和苹果纷纷涉足3D打印市场；惠普公布了其开发的多射流熔融（MJF）3D打印技术；Materialise开始为空客A340 XWB飞机供应3D打印部件。
2016年，GE收购两大3D打印巨头Concept Laser和Arcam；以色列XJet发布纳米颗粒喷射成型金属打印设备；哈佛大学研发出3D打印肾小管；Carbon推首款基于CLIP技术的3D打印机；医疗行业巨头强生与Carbon合作进军3D打印手术器械市场；研究公司CONTEXT宣布3D打印机的全球出货量为21万台。
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