干货 | 解读3D打印发展史

3D打印技术是以数字化、人工智能化及新型材料应用为特征的生产制造方式，被称为是第三次工业革命的标志。它改变了传统的工业生产制造模式，通过将PLA、ABS或者金属材料等通过加热、融化之后，再通过层层构建叠加的方式,在很短的时间内就将产品打印制造出来，其特点是打印时间短,成本低,产品千变万化。特别一些结构复杂的高精尖产品,其优势更加突出。3D打印技术应用领域十分广泛,包括产品设计、科学研究、建筑、医疗、制造业、航天、珠宝首饰、个性化饰品等方面将发挥越来越大的作用。


3D打印突然大热，令我们以为它是横空出世的新技术。其实，任何新奇技术都不是一蹴而就的。3D打印从正式出现到现在较为广泛的应用，已经有将近30年的历史了。所以习惯上把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。

3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国，到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。1892年，美国登记了一项采用层合方法制作三维地图模型的专利技术。1860年，法国人François Willème申请到了多照相机实体雕塑（Photosculpture）的专利。1979年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法。1980年，日本人小玉秀男又提出了光造型法。虽然日本人研究出3D打印的一些方法，但是此后20多年的时间里，把这些科学方法转化为实际用途的都是美国人。

最早从事商业性3D打印制造技术的是美国发明家查尔斯·赫尔。1986 年，查尔斯离开了原来为之工作的紫外光产品公司，成立一家名为“3D系统”的公司，开始专注发展 3D 打印技术。这是世界上第一家生产 3D 打印设备的公司，而它所采用的技术当时被称为“立体光刻”，是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。1988 年，查尔斯生产出世界上首台以立体光刻技术为基础的3D 打印机 SLA-250，体型非常庞大。

1988年，美国人斯科特·克朗普发明了一种新的3D打印技术—— 熔融沉积成型。该工艺适合于产品的概念建模及形状和功能测试，不适合制造大型零件。1989年，美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术，这种技术的特点是选材范围广泛，比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料。1992年，美国人赫利塞思发明层片叠加制造技术。

在1995年之前，还没有3D打印这个名称，那时比较为研究领域所接受的名称是“快速成型”。1995年，美国麻省理工学院的两名大四学生吉姆和蒂姆的毕业论文选题是便捷的快速成型技术。两人经过多次讨论和探索，结果想到利用当时已经普及的喷墨打印机。他们把打印机墨盒里面的墨水替换成胶水，用喷射出来的胶水来粘接粉末床上的粉末，结果可以打印出一些立体的物品。他们兴奋地将这种打印方法称作3D打印（3D Printing），将他们改装的打印机称作3D打印机。此后，3D打印一词慢慢流行，所有的快速成型技术都归到3D打印的麾下。

正如200多年前，瓦特发明了蒸汽机，拉开了近代工业革命的序幕一样，许多人也认为3D打印也能引发一场工业革命，甚至其本身就是第三次工业革命。但是我们不要忽略就是并不是蒸汽机引发了近代工业革命，而是它使机械动力驱动成为主流的社会理念和主要的开发手段这一理念引发了第二次工业革命，因此3D打印也不会成为第三次工业革命，它要促生新的产业革命，必须通过诱发新的人类理念转化来实现。

我国的3D立体打印技术研究起步并不算晚，大致在1999年，即美国解密其3D激光打印研发计划之后三年多，中国就开始了相关的研发。大体上讲，中国起步的时间比美国晚了十五年，但进步非常显著，在某些领域的确超越了美国。冷静地审视我国3D打印行业，形势并非某些文章讲的那么乐观。目前我国从事3D打印研发的企业和科研院所，加起来不过二三十家，综合实力也都不怎么强。除了钛合金大尺度构件我们傲视群雄之外，其他领域还真没有什么可自豪的。我国在传统的精密机械、重型机械制造方面因为材料和加工工艺等问题，制造出的产品质量别说比不上德日，甚至有些还不如韩国、西班牙之类的国家，这是急需利用3D打印技术追赶与突破的方面。而3D打印只是解决了快速成型问题，而材料本身的特性则是需要攻关解决的。

抛开专业性的问题，其实3D打印在潜移默化过程中影响着我们的生活。

麻烦制造者

世界第一支3D打印gun已经在美国德州奥斯丁试射成功。在此之前许多人不将3D打印当一回事，但是这个创造着实扇了他们一巴掌。从技术上讲，这把gun除了子弹外的其他部件几乎由3D打印机制造，工作的基本原理与普通抢支无异。制作这把gun的这个美国民间团体先用3D打印将gun的部件制造出来，在组装在一起。

医学神器

3D打印技术自数十年前从军方“快速成型”技术进化诞生以来，医学是其最能大显神通的一个高地。依靠3D打印技术的“直接数字化制造”，许多病人跳出传统器官移植的漫长周期。或许在不知不觉中，你就接触到了这种看似高端的科技。

在最近的江西联体女婴的案例中，复旦大学附属儿科医院在全国首次使用3D打印技术，等比例地还原了患儿臀部联体的脊柱、皮肤融合的情况，直观地展现了患儿骨性连接和皮肤连接的部位和程度，可以虚拟地进行术前切割，皮瓣翻转，为手术方案的设计和改进提供了极大的帮助，这在我国儿童医院联体儿分离中属首次采用3D打印技术来精准地辅助手术操作。

由于人口老龄化和技术进步等原因，美国脊柱融合手术在这数十年间增加了70％。但是这种手术面临的问题是，传统方法使用的骨移植和金属硬件往往会出现植入物迁移与破损的并发症，而这种并发症往往需要通过另一个手术来修复，从而加大了病人面临的风险。

使用3D打印制造出了骨小梁结构的精确复制品，该复制品具有纳米结构的特点，可促进病人骨头的愈合和融合。该植入物的生物力学特性使其可以实现与现有骨骼的内生长，从而可以防止出现再次进行骨移植治疗。德国神经外科医生Uwe Spetzger教授宣称，一位具有退行性颈椎问题的患者通过手术接受了3D打印的钛金属融合植入物。这还是历史上首次成功完成此类手术。

14岁的Myrijam Stoetzer和15岁的Paul Foltin，这两位少年创客使用3D打印技术开发出了一种先进而实用的装置，该装置能够跟踪人的眼球活动并藉此控制轮椅的运动。这两位少年凭借这一发明已经入围欧洲最大的青年科学竞赛Jugend forscht决赛圈。这两位少年希望他们的发明能够帮助那些身患残疾，甚至是全身瘫痪的病人，使他们仅靠眼睛就能解决一些生活上的简单问题。

总之，3D打印正在慢慢的深入到医学领域的方方面面。

考古福音

一直以来文物古迹的保护始终困扰着考古界，文物作为不可再生资源，一旦毁坏便难以再生。例如西安秦始皇兵马俑，刚出土的兵俑色泽亮丽，表情栩栩如生，现如今早已失去了刚出土时的风采，风化严重，色泽暗淡如黄泥。21世纪的今天，科技发展速度令人震惊，现在的考古水平远远高于以往，文物古迹的保护力度也更强。倘若3D打印技术能够“复刻”文物，一定能够弥补不少遗憾。不少关于3D打印文物方面的消息，的确没让人失望。

随着智慧型数字博物馆的建设，众多博物馆与文物修复工作者，开始利用3D打印与3D扫描技术，使破败不堪的古文物“起死回生”，不仅修复了文物也让古代文化得以传承。早在好几年前，陕西博物馆已经利用3D打印技术，制作国宝级文物-鹿形金怪兽的仿品。3D打印技术可以在不接触文物的前提下，通过立体扫描、数据采集、绘画模型打印等一系列步骤，对文物进行修补甚至复刻。这对文物的修缮、鉴定和保存有着很大的意义。

住房难题、移居月球

既然3D打印机什么都能打印，那么它可能打印出大规模的建筑吗？世界首座3D打印的房子目前正建于荷兰阿姆斯特丹北部一条运河旁，配有13个房间；混凝土将只用于提供结构支撑。2014年8月21日，上海，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用，作为当地动迁工程的办公用房。这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。

此外，据说欧洲航天局联手一家知名建筑机构，在未来将机器人和3D打印机带往月球，以月球的土壤和岩石粉末作为材料，通过3D打印技术在短时间内建造一座功能完备的空间站。

3D打印还在汽车，无人机等方面渗透到我们的生活中，改变这我们的生活方式。也许在将来的某一天，有一位大神也能就3D技术提出改变人类思维习惯的新的理念，推动着社会发展进入下一个产业革命。而就目前我国的3D打印产业化程度并不是很高，总体处于新型技术产业化的初级阶段，具体表现在产业规模化程度不高、技术创新体系不健全、产业政策体系尚未完善等的现状下，要依靠国家政策的大力扶持，逐步打开3D打印市场，为未来3D打印技术成为新型产业技术的典范做准备。

下面南极熊为大家整理了一下3D打印的百年的发展历史：

1860
法国人François Willème申请到了多照相机实体雕塑（Photosculpture）的专利。

1986
1986年，查尔斯·W·哈尔（Charles W.Hull，如图所示）成立了世界上第一家生产3D打印设备的公司：3D Systems公司。他研发了现在通用的STL文件格式。

1988
1988年，3D Systems公司在成立两年后，推出了世界上第一台基于SL（立体光刻）技术的3D工业级打印机SLA-250。同年，Scott Crump发明了另一种更廉价的3D打印技术：熔融沉积成型（FDM）技术，并于1989年成立了Stratasys公司。

1989
1989年，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的C. R.Dechard发明了选择性激光烧结工艺（SLS）。SLS使用的材料最广泛，理论上讲几乎所有的粉末材料都可以打印，如陶瓷、蜡、尼龙，甚至是金属。

1991
1991年，Helisys推出第一台叠层法快速成型（LOM）系统。

1992
1992年，Stratasys公司在成立3年后，推出了第一台基于FDM技术的3D工业级打印机。
1992年，DTM公司推出首台选择性激光烧结（SLS）打印机。

1993
1993年，美国麻省理工学院MIT的Emanual Sachs教授发明了三维打印技术（Three-DimensionPrinting，3DP），是类似于已在二维打印机中运用的喷墨打印技术。3D打印职业资格认证考培资料

1995
1995年，Z Corporation获得MIT的许可，并开始开发基于3DP技术的打印机。
注意：MIT发明的三维打印技术（Three-Dimension Printing，3DP）只是“3D打印”众多成型技术中的一种而已。我们通常所说的“3D打印”并非特指MIT的这项3DP技术。

1996
1996年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation（以下简称ZCorp）各自推出了新一代的快速成型设备，此后快速成型便有了更加通俗的称呼──“3D打印”。

1998
1998年，Optomec成功开发LENS激光烧结技术。

2000
2000年，Objet更新SLA技术，使用紫外线光感和液滴喷射综合技术，大幅提高制造精度。

2001
2001年，Solido开发出第一代桌面级3D打印机。

2003
2003年，EOS开发DMLS激光烧结技术。

2005
2005年，ZCorp公司推出世界上第一台高精度彩色3D打印机Spectrum Z510，让3D打印从此变得绚丽多彩。

2007
2007年，3D打印服务创业公司Shapeways正式成立，Shapeways公司提供给用户一个个性化产品定制的网络平台。

2008
2008年，第一款开源的桌面级3D打印机RepRap发布，其目的是开发一种能自我复制的3D打印机。RepRap是英国巴恩大学高级讲师Adrian Bowyer于2005年发起的开源3D打印机项目，如图所示。该项目的目标是使工业生产变得大众化，全球各地的每个人都能以低成本打印RepRap的组装件，然后用打印机制造出日常用品。桌面级的开源3D打印机为轰轰烈烈的3D打印普及化浪潮揭开了序幕。
提示：值得一提的是，RepRap打印机创始人Adrian Bowyer之前的研究领域是3D数字化几何建模。
2008年，Objet Geometries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。

2009
2009年，Bre Pettis带领团队创立了著名的桌面级3D打印机公司──MakerBot，MakerBot打印机源自于RepRap开源项目。MakerBot出售DIY套件，购买者可自行组装3D打印机。国内的创客开始了仿造工作，个人3D打印机产品市场由此蓬勃兴起。
2010
2010年12月，Organovo公司，一个注重生物打印技术的再生医学研究公司，公开第一个利用生物打印技术打印完整血管的数据资源。
2011
2011年，英国南安普敦大学的工程师们设计和试驾了全球首架3D打印的飞机。这架无人飞机的建造用时7天，费用为5000英镑。3D打印技术使得飞机能够采用椭圆形机翼，有助于提高空气动力效率；若采用普通技术制造此类机翼，通常成本较高。
2011年，Kor Ecologic推出全球第一辆3D打印的汽车Urbee。它是史上第一台用巨型3D打印机打印出整个身躯的汽车。所有外部组件也由3D打印制作完成。
2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。
2011年，i.materialise成为全球首家提供14K黄金和标准纯银材料打印的3D打印服务商。这在无形中为珠宝首饰设计师们提供了一个低成本的全新生产方式。

2012
2012年，荷兰医生和工程师们使用LayerWise制造的3D打印机，打印出一个定制的下颚假体。然后移植到一位83岁的老太太身上。这位老太太患有慢性骨感染。目前，该技术被用于促进新的骨组织生长。
2012年，英国著名经济学杂志《经济学人》封面文章（如图所示），声称3D打印将引发全球第三次工业革命。
2012年3月，维也纳大学的研究人员宣布利用双光子光刻（Two-PhotonLithography）突破了3D打印的最小极限，展示了一辆不到0.3mm的赛车模型。
2012年3月，美国总统奥巴马提出投资10亿美元在全美建立15家制造业创新研究所。
2012年7月，比利时的International University CollegeLeuven的一个研究组测试了一辆几乎完全由3D打印的小型赛车。车速达到了140km/h。
2012年9月，3D打印的两个领先企业Stratasys和以色列的Objet宣布进行合并，合并后的公司名仍为Stratasys，进一步确立了Stratasys在高速发展的3D打印及数字制造业中的领导地位。
2012年10月，来自MIT的团队成立Formlabs公司，并发布了世界上第一台廉价且高精度的SLA个人3D打印机Form 1。国内的创客也由此开始研发基于SLA技术的个人3D打印机。
同期，中国3D打印技术产业联盟正式宣告成立。国内各类媒体开始铺天盖地报道3D打印的新闻。
2012年11月，中国宣布是世界上唯一掌握大型结构关键件激光成型技术的国家。
2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

2013
2013年5月，美国分布式防御组织发布全世界第一款完全通过3D打印制造出的塑料gun（除了撞针采用金属），并成功试射。同年11月，美国Solid Concepts公司制造了全球第一款3D全金属gun，采用33个17-4不锈钢部件和625个铬镍铁合金部件制成，并成功发射了50发子弹。
2013年，美国的两位创客（父子俩）开发出家用金属3D打印机，基于液体金属喷射打印（LMJP）工艺，价格将低于10,000美元。同年，美国的另外一个创客团队开发了一款名为Mini MetalMaker（小型金属制作者）的桌面级金属3D打印机，主要打印一些小型的金属制品，比如珠宝、金属链、装饰品、小型金属零件等，售价仅为1000美元。
2013年8月，美国国家航空航天局（NASA）测试3D打印的火箭部件，其可承受2万磅推力，并可耐6,000华氏度的高温。
2013年，麦肯锡公司将3D打印列为12项颠覆性技术之一，并预测到2025年，3D打印对全球经济的价值贡献将为2～6千亿美元。

2014
2014年7月，美国南达科塔州一家名为Flexible Robotic Environments（FRE）的公司公布了最新开发的全功能制造设备VDK6000，兼具金属3D打印（增材制造）、车床（减材制造，包括：铣销、激光扫描、超声波检具、等离子焊接、研磨/抛光/钻孔）及3D扫描功能。
2014年8月，国外一名年仅22岁的创客Yvode Haas推出了3DP工艺的桌面级3D打印机Plan B，技术细节完全开源，自己组装费用仅需1,000欧元。
2014年10月，国外3名创客成立的Sintratec公司，推出了一款SLS工艺的3D打印机，售价仅为3999欧元。

2015
2015年3月，美国Carbon3D公司发布一种新的光固化技术——连续液态界面制造（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）：利用氧气和光连续地从树脂材料中逐出模型。该技术比目前任意一种3D打印技术要快25-100倍，请关注南极熊3d打印网。

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来源： 材料十