3D打印技術(shù)是一項顛覆性的制造技術(shù)，如今，其已覆蓋了制造、醫(yī)療、學(xué)術(shù)、航空航天、軍事等多個領(lǐng)域，下面讓我們一起來走近3D打印技術(shù)，解開其發(fā)展的奧秘吧。

技術(shù)進(jìn)展

3D打印技術(shù)的歷史并不長。1984年，查爾斯丒赫爾研發(fā)了3D打印技術(shù)。1986年，該技術(shù)獲得了專利，查爾斯丒赫爾將其命名為立體光刻技術(shù)，并成立了3D Systems公司，開發(fā)了第一臺商用3D打印機(jī)。

1987年，DTM公司（現(xiàn)在為BF Goodrich公司的附屬公司）開發(fā)了選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)，并且進(jìn)行了商業(yè)化應(yīng)用。

1988年，3D Systems公司開發(fā)出SLA-2502設(shè)備，并向公眾出售。同年，斯科特丒克倫普研發(fā)了熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，并于1989年成立了Stratasys公司。

1991年，Helisys公司售出了第一臺分層實體制造（LOM）系統(tǒng)。

1992年，Stratasys公司售出了首批基于FDM的“三維建模”機(jī)器。同年，DTM公司售出了第一臺SLS系統(tǒng)。

1993年，麻省理工學(xué)院獲得了“三維打印技術(shù)”的專利，該技術(shù)類似于二維打印機(jī)中使用的噴墨印刷技術(shù)。

1995年，麻省理工學(xué)院研發(fā)了粉末層和噴頭3D打?。?DP）技術(shù)，Z公司從麻省理工學(xué)院獲得了獨家使用“三維打印（3DP）技術(shù)”的授權(quán)，并在三維打印技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了3D打印機(jī)。

1996年，3D Systems公司推出“Actua 2100”快速成型機(jī)。同年Stratasys公司推出“Genisys”，Z公司推出“Z402”，第一次使用了“3D打印機(jī)”的稱謂。

1997年，EOS公司將三維立體系統(tǒng)業(yè)務(wù)出售給3D Systems公司，但其仍然是歐洲最大的生產(chǎn)商。

2005年，Z公司推出“Spectrum Z510”。這是市場上第一臺高精度彩色3D打印機(jī)。

2006年，RepRap開放源碼項目啟動，其目的是開發(fā)一種能進(jìn)行自我復(fù)制的3D打印機(jī)。

2008年，第一個版本的RepRap機(jī)推出，它可以打印約50%的該機(jī)的自身部件。同年，Objet Geometries公司宣布推出革命性的“Connex500”快速成型系統(tǒng)，這是有史以來第一個能夠同時使用幾種不同材料的3D打印機(jī)。

此后，許多生產(chǎn)廠商紛紛推出各種型號的3D打印機(jī)。其中值得一提的是，2011年9月，維也納科技大學(xué)推出了世界上最小的3D打印機(jī)，重量只有1.5公斤，報價約為1200歐元；2012年，MakerBot個人3D打印機(jī)投放市場，其借鑒了RepRap三維打印技術(shù)，價格合理，可家用。

技術(shù)分類

3D打印技術(shù)是使用疊層制造技術(shù)來制造產(chǎn)品的，早期的3D打印技術(shù)被稱為快速成型技術(shù)，即在計算機(jī)的控制下，用三維圖形表示的產(chǎn)品會被分解成由許多橫截面構(gòu)成的二維層，打印機(jī)在接收到這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)后，采用逐層構(gòu)建的方式“打印”產(chǎn)品，每層的接合采用熔化和沉積等技術(shù)來實現(xiàn)。當(dāng)層構(gòu)建處理結(jié)束后，用戶便可以取出產(chǎn)品并立即使用。使用這種方式生產(chǎn)的產(chǎn)品可以是最終成品也可以是零部件。

與普通工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中材料需要經(jīng)過切割、鉆孔、銑削等“消減”過程不同，3D打印所構(gòu)建的物體是從零開始的，每層都要添加材料才能形成三維物體，因此其也被認(rèn)為是“添加”的過程。根據(jù)使用材料的不同，3D打印的材料添加技術(shù)和凝結(jié)技術(shù)也有所不同。具體而言，3D打印采用的主要技術(shù)如表1所示。

3D打印雖然可采用不同的技術(shù)來實現(xiàn)，但是每種快速成型過程都是從CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）系統(tǒng)開始的。在CAD系統(tǒng)中，所設(shè)計的產(chǎn)品是用三維模型表示的，該模型被翻譯成一個通用的STL文件（立體光刻文件格式）。將STL文件導(dǎo)入CAM（計算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)中，原三維模型就被切成薄層，其中每一層代表3D打印成型過程中的一個步驟。CAM系統(tǒng)再根據(jù)所使用的材料、成型路徑和制造參數(shù)建造原型。隨后，3D打印機(jī)利用從CAM系統(tǒng)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)來執(zhí)行制造過程。