1.5 3D打印技术现状及展望

1.5.1 3D打印技术的历史

3D打印技术起源于19世纪末美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，到20世纪80年代后期已初具雏形，其学名为“快速成型”，并且在这个时期得到推广和发展。

1986年，美国科学家Charles W.Hull（如图1-25所示），首次在他的博士论文中提出用激光照射液态光敏树脂，固化分层制作三维物体的快速成型概念，他将这项技术命名为立体光敏成型技术（SLA），并申请了专利。同年，Hull成立了3D Systems公司，开发了第一台商用3D打印机，它被称为立体光敏成型设备。

1988年，3D Systems公司推出了面向公众的第一款商业化快速成型机SLA250，它以液态树脂选择性固化的方式成型零件，开创了快速成型技术的新纪元。经过20多年的发展，SLA已经成为当今研究发展最成熟、应用最广泛的典型3D打印技术，在全世界安装的快速成型机中光固化成型系统约占60%。

1988年，美国科学家Scott Crump（如图1-26所示）发明了熔融沉积成型技术（FDM），成立了著名的Stratasys公司。

1989年，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard研制成功激光选区烧结技术SLS，随后组建了DTM公司。SLS使用的材料最广泛，从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年，Helisys推出第一个叠层法快速成型（LOM）系统。

1992年，Stratasys公司在成立4年后，推出了第一台基于FDM技术的3D工业级打印机。同年，DTM公司推出首台激光选区烧结（SLS）打印机。

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-Dimension Printing,3DP），类似于在二维打印机中运用的喷墨打印技术。

1995年，Z Corporation获得MIT的许可，开始开发基于3DP技术的打印机。需要注意的是：MIT发明的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年，Optomec成功开发LENS激光烧结技术。

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年，Solido开发出第一代桌面级3D打印机。

2003年，EOS开发出DMLS激光烧结技术。

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是英国巴斯大学高级讲师Adrian Bowyer于2005年发起的开源3D打印机项目。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打印普及浪潮揭开了序幕。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Connex500TM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年，英国南安普顿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。它是史上第一辆用巨型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种低成本的全新生产方式。

2012年，荷兰医生和工程师们使用Layer Wise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，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-photon lithography）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，比利时的鲁汉联合工程大学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打印及数字化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，英国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打印制造出的塑料手枪（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全金属手枪，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打印机和基于液体金属喷射打印（LMJP）工艺，价格低于10000美元。同年，美国的另外一个创客团队开发了一款名为小型金属制作者（Mini Metal Maker）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6000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2000亿～6000亿美元。

2014年7月，美国南达科他州一家名为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，具有铣削、激光扫描、超声波检测、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1000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打印技术都要快25～100倍。