3D打印的起源可以追溯到1976年,也就是噴墨打印機誕生的那一年。1984年,噴墨打印概念的逐步調整和進步,促使科技從(cong) 墨水打印進入到材料打印階段。此後的數十年,3D打印技術的各種應用在各行業(ye) 不斷發展。以下是裏程碑簡介。
1984年
3D打印技術誕生
3D Systems公司的創立者之一,查爾斯•赫爾(Charles Hull),發明了光固化技術——用數字化信息生成三維立體(ti) 物體(ti) 。該技術通過圖片製作3D模型,使得用戶可以在大規模生產(chan) 前對設計進行測試。
3D打印工作原理
3D打印機的工作原理與(yu) 噴墨打印機類似。隻是3D打印機不用墨水,取而代之的是成品所需的材料。通過層層疊加的方式,根據數字化文件打造出物理實物。
1 激光光源(圖中①處)發出激光光束,對材料進行固化。
2 升降裝置(圖中②處)抬高和降低打印平台,從(cong) 而進行每層材料的鋪墊。
3 材料池(圖中③處)裏是用於(yu) 製造立體(ti) 實物的材料。
4 隨著材料逐層堆疊(圖中⑤處),立體(ti) 實物被打造出爐。
5 高級的3D打印機使用一種或多種材料(圖中⑥處),包括塑料、樹脂、鈦、高分子材料,甚至金和銀。
行業(ye) 領域
汽車製作、飛機製造、DIY、工業(ye) 製造、醫藥、珠寶首飾
上世紀90年代
→1992年,層層鋪墊,構建零件
3D Systems公司製造出了第一台立體(ti) 光固化成型機器。這台機器采用UV激光來固化光敏樹脂材料,層層疊加,製成立體(ti) 零件。光敏樹脂材料是一種帶有蜂蜜粘性和色澤的液體(ti) 。盡管不夠完美,但是這台機器證明高度複雜的零件可以在一夜間製造完成。
→1999年,工程器官促進藥品研發
實驗室培養(yang) 的首個(ge) 器官被移植到人體(ti) 。對年輕患者進行膀胱擴大手術時,使用了塗有患者細胞的3D合成支架。該技術由威克弗裏斯特再生醫學研究所的科學家研發,為(wei) 工程器官的研發策略打開了一個(ge) 新的途徑——可以采用打印器官的方式。由於(yu) 采用的是患者自身的細胞,所以基本沒有排斥反應的風險。
21世紀
→2002年,能運作的3D腎髒
科學家研發出了一個(ge) 能正常工作的腎,能在動物體(ti) 內(nei) 過濾血液、生成稀釋的尿液。該項研究促使威克弗裏斯特再生醫學研究所進一步研究如何使用3D打印技術“打印”器官和組織。
→2005年,3D打印技術的開源合作
巴斯大學的Adrian Bowyer博士建立了RepRap項目——開源3D打印機先驅。RepRap可以打印出自身的大部分零件。該項目的目標是使工業(ye) 生產(chan) 變得大眾(zhong) 化,全球各地的每個(ge) 人都能以低成本打印RepRap的組裝件,然後用打印機製造出日常用品。
→2006年,SLS引領工業(ye) 生產(chan) 走向大規模定製
第一台SLS(選擇性激光燒結)機器誕生。這類機器使用激光熔融材料,製成3D實物。該技術突破為(wei) 大規模定製、工業(ye) 零件的按需製造以及後來的假肢定製,開啟了一扇大門。
同一年,Objet公司(3D打印係統和材料供應商)製造出了可以打印多種材料(包括彈性材料和高分子材料)的機器。這台機器允許使用不同密度和屬性的材料來打印一個(ge) 零件。
→2008年,第一台自我複製的打印機
繼2005年成立以後,RepRap項目發布了Darwin(達爾文)型號。這是第一台能自我複製的打印機,能夠打印出自身的大部分零件。用戶隻要擁有一台達爾文號打印機,就能製作出更多台。
→2008年,DIY合作創新服務上線
Shapeways發布了合作創新服務和社區的beta版,將藝術家、建築師和設計師聚集在一起,以低成本進行實物的3D設計創作。
→2008年,假肢領域重大技術突破
第一次有人穿戴3D打印的假肢(包括膝蓋、腳、關(guan) 節等)走上街。整個(ge) 假肢的複雜結構一次打印成型,沒有任何安裝環節。Bespoke Innovations作為(wei) 一家假肢製造商,依靠該技術進行假肢外觀定製。
→2009年,供DIY的3D打印機套件進入市場
3D打印機開源硬件公司MakerBot開始出售DIY套件。購買(mai) 者可自行組裝3D打印機,打印產(chan) 品。
→2009年,從(cong) 細胞到血管
生物打印創新者Organovo,依靠Gabor Forgacs博士的技術,用3D生物打印機首次打印出了血管。
21世紀10年代
→2011年,全球首架3D打印的機器人飛機
南安普敦大學的工程師們(men) 設計和試駕了全球首架3D打印的飛機。這架無人飛機的建造用時7天,費用為(wei) 5000英鎊。3D打印技術使得飛機能夠采用橢圓形機翼,有助於(yu) 提高空氣動力效率,將誘導阻力降到最低。采用普通技術製造此類機翼,通常成本較高。
→2011年,全球第一輛3D打印的汽車
Kor Ecologic在加拿大的TED×Winnipeg會(hui) 議上推出Urbee—— 一輛光滑、環保、友好的汽車原型。車體(ti) 采用3D打印。低耗油、低成本的Urbee在高速公路上駕駛為(wei) 200mpg(每加侖(lun) 行駛的英裏數),城市中為(wei) 100mpg。如果能夠商業(ye) 生產(chan) 的話,零售價(jia) 預計為(wei) 10,000美元到50,000美元之間。
→2011年,金銀3D打印
i.materialise成為(wei) 全球首家提供14K黃金和標準純銀材料打印的3D打印服務商。這在無形中為(wei) 珠寶首飾設計師們(men) 提供了一個(ge) 低成本的全新生產(chan) 方式。
→2012年,3D打印的下顎假體(ti) 被移植使用
荷蘭(lan) 醫生和工程師們(men) 使用LayerWise製造的3D打印機,打印出一個(ge) 定製的下顎假體(ti) 。然後移植到一位83歲的老太太身上。這位老太太患有慢性骨感染。目前,該技術被用於(yu) 促進新的骨組織生長。
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