什么是3D打印？3D打印的历史

最近一则3D打印出人体活体肾脏的新闻报道出来后，引起了我极大关注。于是搜集了一些关于3D打印的资料，分享出来。 概念 1，3D打印 3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing）的一种，它也被叫做增材制造（ additive manufacturing）。它的基本原理是，把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层的打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型，听起来跟高等数学中的积分有些类似。 说到3D打印，就不得不提3D打印机： 3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造样品。 2003年以来三维打印机的销售逐渐扩大，价格也开始下降。 该技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工（AEC），汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域的。 最早的3D打印出现在上个世纪的80年代，价格极其昂贵且所能打印的产品数量也少得可怜。 过程原理： 3D打印技术每一层的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水 会迅速固化黏结，而没有胶水的区域仍保持松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要扫除松散的粉末即可 “刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。 3D打印技术使用胶水和粉末都是经过处理的特殊材料，不仅对固化反应速度有要求，对于模型强度以及“打印”分辨率都有直接影响。 技术优势： 3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势： 通过摒弃生产线而降低了成本，大幅减少了材料浪费。而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出飞机机翼或热交换器。另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品。 另外，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60％，并且同样坚固。 与之相对应的两种技术是切削和铸塑，但相比这两种技术，3D打印技术有自己的优势，那就是不像切削那样浪费材料，也不像铸塑那样要求先制作模具。一次成型，快速个性化定制是它的重要特点，这在小批量，多品种的生产中占有非常大的优势。 2，3D打印机（3D Printer）VS 传统打印机 虽说3D打印机与传统打印机是两类产品，但他们的工作原理还是挺像的，你能在3D打印机上看到喷墨打印机和激光打印机的影子。可能他们之间最大的不同在于1），3D打印与传统打印机相比，它能利用的材料更丰富，从沙子、塑料、橡胶、尼龙到玻璃、钢铁，这些材料是不能被传统打印机利用的；2），传统打印机用来打印平面图形，是二维的，在打印过程中需要控制的是输入的字和图形在平面上的位置（横纵轴，X/Y坐标），而3D打印机不光要控制一个点在平面上的位置，还要控制它在空间上的位置，或者说，给它加个Z坐标，控制它的X/Y/Z坐标，这样才能把一个单位的材料放在一个指定的位置，形成一个立体模型。 二，3D打印的历史 1984年，Ultra Violet Products公司的Charles Hull开始研发3D打印技术，1986年，他自立门户，成立了现在的3D市场领军者之一3D Systems 公司（NYSE: DDD），并发布了第一款商用的3D打印机，2012年1月，他们收购了另外两家3D打印公司Zcorp和Vidar Systems； 1988年，Scott Crump发明了FDM（溶融沉积制模）技术，并与1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司Stratasys（NASDAQ:SSYS），最近，Stratasys还收购了以色列的Objet公司。 1996年，媒体第一次使用“3D打印”这个词来称呼当时的快速成型机，后来取代了之前的称谓，成就了现在流行的3D打印这个概念； 2008年，开源3D打印项目RepRap发布“Darwin”，3D打印机制造进入新纪元；同年，Objet 推出Connex 500，让多材料3D打印成为可能。 如今，3D打印已经慢慢融入科研，生产，艺术设计，医疗等领域，打印出了巧克力、血管、肾脏、飞机、自行车、汽车、玩具、房子、衣服等等产品，已经开始慢慢改变我们的生活。 三，一些主流的技术手段： 1，选择性激光烧结（Selective laser sintering，简称SLS），这种技术得用的材料为热塑性塑料，金属粉末，陶瓷粉末等； 2，直接金属粉末激光烧结（Derect metal laser sintering，简称DMLS），可以利用几乎任何合金作为材料； 3，熔积成型（Fused deposition modeling，简称FDM），可利用热塑性材料，金属、可食用材料等进行成型制造； 4，薄材成型（Laminated object manufacturing，简称LOM），举个例子，把一张张的纸铺上去累积而成的模型，当然金属膜，塑料膜也可以； 5，光固化（Stereolithography，简称SLA），可利用的材料是光敏树脂等聚合物； 6，熔丝制造（Fused Filament Fabrication，简称FFF），利用PLA，ABS等材料； 7，熔融挤压成型（Melted and Extrusion modeling，简称MEM），可以搞定一些金属，塑料等； 8，选择性热烧结（Selective heat melting，简称SHS），可以把一些热塑性的粉末变成三维立体模型； 9，利用石膏的3D打印，好处是上色非常容易，可以打出彩色的模型； 四，3D打印的应用 正如前文所说，现在3D打印已经应用到很多行业中。我们将会利用很多鲜活的例子来让每位读者看到，3D打印即将融入我们的生活。 五、3D打印的未来 虽然3D打印技术已经出现了近30年，但它还仍然没有真正像个人电脑那样走进千家万户，成为我们生活的必需品。尽管最几年3D打印相关的技术正在日新月异的变化着，但它似乎还离我们的期待有一定的距离。那我们不妨根据我们的需求来畅想一下未来的3D打印的发展方向。 1，材料越来越丰富 11月，Objet新推出的大型3D打印机Objet 1000已经支持打印140种材料，每次打印可同时利用其中的14种，相比初级的单头单色单材料的3D打印机它已经非常强大，但我们生活中用到的物品是多种多样的，只有更丰富更实用的材料才能让3D打印尽快的融入生产和生活。 2，实用性越来越高 从简单的原型开发，到打印巧克力，到飞机上的钛合金部件，3D打印的成品已经越来越实用，相信随着未来材料、机械、电子等方面的进步，3D打印机很快发挥更大的作用。 3，精度会越来越高同时速度更快 如果你把精度不高或者速度太慢当作否定3D打印的观点的话，我只能说：每一种改变世界的技术都会经历同样的阶段，不管是火药还是计算机。怕的是你发现不了问题，没办法改进它。现在既然我们知道它的缺点，工程师们就一定会解决掉这些问题，这只是时间问题。 4，家庭化，个人化，价格下降 每个家庭都有一台打印机，就像每个家庭都拥有电脑、手机一样？这是有可能的。现在最便宜的打印机已经卖到了300美元左右，甚至你还可以利用网络上开源硬件的相关资料自己制作一台。每个家庭都需要一台3D打印机吗？也许是的。随着3D打印机的功能越来越强大，能打印的东西越来越实用，越来越多，包括价格越来越便宜，相信很多人都会忍不住买一台放家里，不管是制作装饰艺术品还是一些简单实用的生活用具，它还是很有实用价值的。