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立體打印技術。
1986年,美國科學家Charles Hull開發了第一臺(tai)商業3D印刷機。
1993年,麻省理工學院獲3D印刷技(ji)術專利。
1995年,美國ZCorp公司從麻省理工(gong)學院獲得授(shou)權并開始開發(fa)3D打印機。
2005年,市場(chang)上高清(qing)晰彩(cai)色3D打印機Spectrum Z510由ZCorp公司研(yan)制成功(gong)。
2010年(nian)11月,美國Jim Kor團隊(dui)打(da)(da)造出世界上第(di)一輛由3D打(da)(da)印機打(da)(da)印而成的汽車Urbee問世。
2011年(nian)6月(yue)6日,發(fa)布了全(quan)球(qiu)第一款(kuan)3D打印的比基尼。
2011年7月,英(ying)國研究人員(yuan)開發出世界上第(di)一臺3D巧克力(li)打印機。
2011年8月,南(nan)安普敦(dun)大學的(de)工(gong)程師們開發(fa)出世界(jie)上第一架3D打印的(de)飛機。
2012年11月,蘇格蘭科(ke)學家利(li)用人體細(xi)胞用3D打印機打印出人造(zao)肝臟(zang)組(zu)織。
2013年10月,全(quan)球成功拍賣一款(kuan)名為“ONO之神(shen)”的3D打(da)印藝術品。
2013年11月,美國德克薩斯(si)州奧斯(si)汀的3D打(da)印(yin)(yin)公司(si)“固體概念”(SolidConcepts)設計制造出3D打(da)印(yin)(yin)金(jin)屬手槍。
2018年8月(yue)1日起,3D打(da)印槍支將(jiang)在美(mei)國合法,3D打(da)印手(shou)槍的設計圖也(ye)將(jiang)可以在互聯網上自由下載。
2018年12月(yue)10日(ri),俄羅斯宇(yu)航員利(li)用國際空間站(zhan)上(shang)的3D生(sheng)物打(da)印(yin)機,設(she)法(fa)在零重(zhong)力下打(da)印(yin)出了(le)實驗鼠的甲狀腺。
2019年1月14日,美(mei)國加(jia)州大(da)學圣迭戈分校在(zai)(zai)《自(zi)然(ran)·醫學》雜(za)志(zhi)發(fa)表論(lun)文,利用快速3D打(da)印技(ji)術(shu),制(zhi)造(zao)出模仿中樞(shu)神經(jing)系(xi)統結(jie)構的脊(ji)髓(sui)支架(jia),在(zai)(zai)裝載神經(jing)干細胞后(hou)被植(zhi)入脊(ji)髓(sui)嚴重受損(sun)的大(da)鼠脊(ji)柱內,成功幫助(zhu)大(da)鼠恢復了運動(dong)功能(neng)。該支架(jia)模仿中樞(shu)神經(jing)系(xi)統結(jie)構設計,呈圓形,厚度(du)僅有兩毫米(mi),支架(jia)中間為H型(xing)結(jie)構,周圍(wei)則是數(shu)十個直徑200微米(mi)左(zuo)右的微小通道(dao),用于引(yin)導植(zhi)入的神經(jing)干細胞和軸突(tu)沿著脊(ji)髓(sui)損(sun)傷部(bu)位生長。
2019年4月15日,以色列(lie)特拉維夫大學研(yan)究(jiu)人(ren)員以病(bing)人(ren)自身的組織為原材料,3D打印(yin)出全球擁(yong)有細胞、血管、心(xin)室和心(xin)房的“完整”心(xin)臟(zang),這在全球尚(shang)屬(3D打印(yin)心(xin)臟(zang))。
日常生活中(zhong)使用的(de)(de)普(pu)(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)機可(ke)以(yi)(yi)打(da)(da)(da)(da)印(yin)電腦(nao)(nao)設計(ji)的(de)(de)平面物(wu)(wu)品,而(er)所謂的(de)(de)3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)機與(yu)普(pu)(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)機工作原理(li)基本相同,只是(shi)打(da)(da)(da)(da)印(yin)材(cai)料(liao)(liao)有些不(bu)同,普(pu)(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)機的(de)(de)打(da)(da)(da)(da)印(yin)材(cai)料(liao)(liao)是(shi)墨水和紙張,而(er)3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)機內裝有金屬、陶瓷、塑料(liao)(liao)、砂等不(bu)同的(de)(de)“打(da)(da)(da)(da)印(yin)材(cai)料(liao)(liao)”,是(shi)實(shi)實(shi)在(zai)在(zai)的(de)(de)原材(cai)料(liao)(liao),打(da)(da)(da)(da)印(yin)機與(yu)電腦(nao)(nao)連接后,通(tong)(tong)過電腦(nao)(nao)控制可(ke)以(yi)(yi)把“打(da)(da)(da)(da)印(yin)材(cai)料(liao)(liao)”一(yi)層層疊加(jia)起來,把計(ji)算機上的(de)(de)藍圖(tu)變成實(shi)物(wu)(wu)。通(tong)(tong)俗地說,3D打(da)(da)(da)(da)印(yin)機是(shi)可(ke)以(yi)(yi)“打(da)(da)(da)(da)印(yin)”出真實(shi)的(de)(de)3D物(wu)(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)一(yi)種設備(bei),比如打(da)(da)(da)(da)印(yin)一(yi)個機器人、打(da)(da)(da)(da)印(yin)玩具車,打(da)(da)(da)(da)印(yin)各種模型,甚(shen)至是(shi)食物(wu)(wu)等等。之所以(yi)(yi)通(tong)(tong)俗地稱其(qi)為“打(da)(da)(da)(da)印(yin)機”是(shi)參照了(le)普(pu)(pu)通(tong)(tong)打(da)(da)(da)(da)印(yin)機的(de)(de)技(ji)術原理(li),因為分(fen)層加(jia)工的(de)(de)過程與(yu)噴墨打(da)(da)(da)(da)印(yin)十分(fen)相似(si)。這項打(da)(da)(da)(da)印(yin)技(ji)術稱為3D立體(ti)(ti)打(da)(da)(da)(da)印(yin)技(ji)術。
三維打(da)印(yin)的(de)設計過程是:先通過計算機建模軟件(jian)建模,再將建成(cheng)(cheng)的(de)三維模型“分(fen)區(qu)”成(cheng)(cheng)逐層的(de)截面(mian),即切片,從而(er)指導打(da)印(yin)機逐層打(da)印(yin)。
設(she)計軟(ruan)件(jian)和打印(yin)機之間協作(zuo)的(de)標準文(wen)件(jian)格(ge)式是STL文(wen)件(jian)格(ge)式。一(yi)個STL文(wen)件(jian)使(shi)用三(san)角面(mian)來近(jin)似模擬物體的(de)表面(mian)。三(san)角面(mian)越小(xiao)其(qi)生成(cheng)的(de)表面(mian)分辨率越高(gao)。PLY是一(yi)種通(tong)過掃描(miao)產生的(de)三(san)維文(wen)件(jian)的(de)掃描(miao)器,其(qi)生成(cheng)的(de)VRML或者WRL文(wen)件(jian)經常(chang)被用作(zuo)全彩打印(yin)的(de)輸入文(wen)件(jian)。
打印機(ji)通過(guo)讀(du)取文(wen)件中的橫截面(mian)(mian)信(xin)息,用液體狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)、粉狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)或片(pian)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)的材料(liao)將(jiang)這些截面(mian)(mian)逐(zhu)層(ceng)地打印出(chu)來(lai),再將(jiang)各層(ceng)截面(mian)(mian)以(yi)各種(zhong)方式粘(zhan)合起來(lai)從而制造出(chu)一個實(shi)體。這種(zhong)技術的特點(dian)在于(yu)其幾乎(hu)可以(yi)造出(chu)任何(he)形狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)的物品。
打(da)印(yin)機打(da)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)截面的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)度(即Z方向(xiang))以(yi)及(ji)平面方向(xiang)即X-Y方向(xiang)的(de)(de)(de)分辨(bian)率是以(yi)dpi(像素(su)/英寸)或者微米來計算的(de)(de)(de)。一般的(de)(de)(de)厚(hou)(hou)度為(wei)100微米,即0.1毫(hao)米,也有(you)部分打(da)印(yin)機如ObjetConnex 系列(lie)還有(you)三維 Systems' ProJet 系列(lie)可以(yi)打(da)印(yin)出(chu)(chu)16微米薄(bo)的(de)(de)(de)一層。而(er)平面方向(xiang)則可以(yi)打(da)印(yin)出(chu)(chu)跟激光(guang)打(da)印(yin)機相近的(de)(de)(de)分辨(bian)率。打(da)印(yin)出(chu)(chu)來的(de)(de)(de)“墨水滴”的(de)(de)(de)直(zhi)徑通常為(wei)50到100個(ge)微米。 用傳統方法制造出(chu)(chu)一個(ge)模型通常需要(yao)數小時(shi)到數天,根據(ju)模型的(de)(de)(de)尺寸以(yi)及(ji)復(fu)雜(za)程度而(er)定(ding)。而(er)用三維打(da)印(yin)的(de)(de)(de)技術(shu)則可以(yi)將時(shi)間縮短為(wei)數個(ge)小時(shi),當然其是由打(da)印(yin)機的(de)(de)(de)性(xing)能以(yi)及(ji)模型的(de)(de)(de)尺寸和(he)復(fu)雜(za)程度而(er)定(ding)的(de)(de)(de)。
傳統的(de)(de)制造技(ji)術如注塑法可以(yi)(yi)以(yi)(yi)較低(di)的(de)(de)成本大量(liang)制造聚(ju)合物產品,而三維打印技(ji)術則(ze)可以(yi)(yi)以(yi)(yi)更快,更有彈性以(yi)(yi)及更低(di)成本的(de)(de)辦(ban)法生產數量(liang)相對較少(shao)的(de)(de)產品。一個桌面尺(chi)寸的(de)(de)三維打印機就可以(yi)(yi)滿足(zu)設計者或(huo)概念開發小組制造模型的(de)(de)需(xu)要(yao)。
三維打印機(ji)(ji)的(de)分(fen)辨率(lv)對(dui)大多(duo)數應用來說已經(jing)足夠(在彎曲的(de)表(biao)面可能會比較粗糙,像圖像上的(de)鋸(ju)齒一樣),要獲得(de)更高分(fen)辨率(lv)的(de)物(wu)品(pin)可以通過(guo)如下(xia)方法:先用當前的(de)三維打印機(ji)(ji)打出稍大一點的(de)物(wu)體,再(zai)稍微經(jing)過(guo)表(biao)面打磨即可得(de)到表(biao)面光滑(hua)的(de)“高分(fen)辨率(lv)”物(wu)品(pin)。
有些(xie)技術可(ke)以(yi)同時使用多種材料(liao)進行打(da)(da)印(yin)。有些(xie)技術在(zai)打(da)(da)印(yin)的過(guo)程中還會(hui)用到支(zhi)撐物(wu),比如在(zai)打(da)(da)印(yin)出一些(xie)有倒(dao)掛狀的物(wu)體時就需要用到一些(xie)易于除去(qu)的東(dong)西(如可(ke)溶物(wu))作為支(zhi)撐物(wu)。
當一間(jian)實驗室作出(chu)了圖(tu)紙,需要拿出(chu)來共享時(shi),會(hui)發現有(you)太(tai)多(duo)的格式和標準(zhun)了,因(yin)此(ci),3D 打印原(yuan)型機這(zhe)個領域看起來像是野蠻(man)生長,毫無標準(zhun)。
當有了(le)統一的(de)(de)標(biao)(biao)準后,3D 打印(yin)行(xing)業(ye)將(jiang)會迎來開(kai)源。現在,太多(duo)的(de)(de)團隊注重提高自己的(de)(de)3D 打印(yin)水平(ping),在自我(wo)的(de)(de)閉環中發展。實(shi)際上,行(xing)業(ye)需要設備和(he)軟件的(de)(de)開(kai)源,在統一的(de)(de)標(biao)(biao)準下產生(sheng)更多(duo)有用、高效(xiao)、開(kai)放(fang)的(de)(de)創(chuang)新。
原型(xing)機(ji)打(da)(da)印并不受(shou)到重視,所以現在(zai)很多(duo)醫療器械商(shang)(shang)都是在(zai)一(yi)個臟亂、布滿灰塵(chen)的(de)(de)地方放置打(da)(da)印設備。其(qi)實,現在(zai)已經(jing)有商(shang)(shang)業化運營的(de)(de)3D 打(da)(da)印實驗(yan)室,來幫助這(zhe)些企業打(da)(da)印出(chu)質量更高(gao)的(de)(de)原型(xing)機(ji)。