第1章 走进3D打印

1.1 3D打印起源、原理及优点

1.1.1 3D打印的起源

长久以来，科学家和技术工作者一直有着一个用机器制作立体模型的设想，科幻电影中也常出现这样的镜头，成龙的《十二生肖》中制作生肖头像的神奇技术让大家大为惊奇。这个神奇的技术思想来源就是3D打印，3D打印技术的核心制造思想在美国早已经出现。

1892年，J.E.Blanther在其美国专利中建议用分层构造法构建立体地形图，首创了叠层制造原理。

1902年，Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。

1904年，Perera提出了将硬纸板切割出轮廓线，再将这些纸板粘接成三维地形图的方法。

20世纪50年代后，出现了几百个有关3D打印的专利。尤其在80年代后期，3D打印技术有了根本性的发展，出现的专利更多，仅在1986—1998年间注册的美国专利就有24个。1982年，日本名古屋市工业研究所首次公开实现实体模型的印制；1986年，查尔斯·W.赫尔（Chuck Hull）发明的立体光刻成型技术（Stereolithography Appearance，SLA，也被称为光固光成型）被授予了专利，所以我们认为发明“现代”3D打印机的人是查尔斯·W.赫尔；1988年，Feygin发明了分层实体制造；1989年，美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的Deckard博士发明了选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering，SLS），其实在1979年，类似的过程已经由RF Housholder得到专利，但没有被商业化；1992年，Crump发明了熔融沉积制造技术（Fused Deposition Modeling，FDM），随后美国麻省理工学院（MIT）的E.M.Scans和M.J.Cima等首先提出了3D打印技术的概念，并创建了3D打印企业ZCorp。

随着3D打印专利技术的不断发明，相应地用于生产的设备也被研发出来。

1988年，美国的3DSystems公司根据查尔斯·W.赫尔的专利，生产出了第一台现代3D打印设备——SLA-250（光固化成型机），开创了3D打印技术发展的新纪元。

在此后的十年中，3D打印技术蓬勃发展，涌现出了十余种新工艺和相应的3D打印设备。

1991年，Stratasys公司的FDM设备、Cubital的实体平面固化（Solid Ground Curing，SGC）设备和Helisys的LOM（Laminated Object Manufacturing，分层实体制造）设备都实现了商业化。

1992年，DTM（现在属于3DSystems公司）的SLS技术研发成功。

1994年，德国公司EOS推出了EOSINT选择性激光烧结设备。

1996年，3D Systems公司使用喷墨打印技术制造出其第一台3D打印机——Actua2100。同年，Z Corp也发布了Z402 3D打印机。

近年来，随着3D打印技术的推广和媒体的广泛报道，除了军工、工业制造等传统领域，3D打印机开始走向民用，国内外出现了巧克力、陶瓷、黏土、纸张等多种材料、小型化的3D打印机，甚至连面向教育界的儿童3D打印机都已经问世，如图1-1、图1-2所示。

图1-1 巧克力3D打印机

图1-2 儿童3D打印机