歷史發(fā)展

3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機(jī)內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。這打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

1986年，美國科學(xué)家Charles Hull開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機(jī)。

1993年，麻省理工學(xué)院獲3D印刷技術(shù)專利。

1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學(xué)院獲得授權(quán)并開始開發(fā)3D打印機(jī)。

2005年，市場上高清晰彩色3D打印機(jī)Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功。

2010年11月，美國Jim Kor團(tuán)隊(duì)打造出世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問世。

2011年6月6日，發(fā)布了全球第一款3D打印的比基尼。

2011年7月，英國研究人員開發(fā)出世界上第一臺3D巧克力打印機(jī)。

2011年8月，南安普敦大學(xué)的工程師們開發(fā)出世界上第一架3D打印的飛機(jī)。

2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織。

2013年10月，全球成功拍賣一款名為“ONO之神”的3D打印藝術(shù)品。

2013年11月，美國德克薩斯州奧斯汀的3D打印公司“固體概念”(SolidConcepts)設(shè)計(jì)制造出3D打印金屬手槍。

2018年8月1日起，3D打印槍支將在美國合法，3D打印手槍的設(shè)計(jì)圖也將可以在互聯(lián)網(wǎng)上自由下載。

2018年12月10日，俄羅斯宇航員利用國際空間站上的3D生物打印機(jī)，設(shè)法在零重力下打印出了實(shí)驗(yàn)鼠的甲狀腺。

2019年1月14日，美國加州大學(xué)圣迭戈分校在《自然·醫(yī)學(xué)》雜志發(fā)表論文，利用快速3D打印技術(shù)，制造出模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的脊髓支架，在裝載神經(jīng)干細(xì)胞后被植入脊髓嚴(yán)重受損的大鼠脊柱內(nèi)，成功幫助大鼠恢復(fù)了運(yùn)動功能。該支架模仿中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，呈圓形，厚度僅有兩毫米，支架中間為H型結(jié)構(gòu)，周圍則是數(shù)十個直徑200微米左右的微小通道，用于引導(dǎo)植入的神經(jīng)干細(xì)胞和軸突沿著脊髓損傷部位生長。

2019年4月15日，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料，3D打印出全球擁有細(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬（3D打印心臟）。

原理技術(shù)

日常生活中使用的普通打印機(jī)可以打印電腦設(shè)計(jì)的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。通俗地說，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實(shí)的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個機(jī)器人、打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因?yàn)榉謱蛹庸さ倪^程與噴墨打印十分相似。這項(xiàng)打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

打印過程

三維設(shè)計(jì)

三維打印的設(shè)計(jì)過程是：先通過計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描產(chǎn)生的三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

切片處理

打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素/英寸）或者微米來計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。 用傳統(tǒng)方法制造出一個模型通常需要數(shù)小時到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時間縮短為數(shù)個小時，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對較少的產(chǎn)品。一個桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)者或概念開發(fā)小組制造模型的需要。

完成打印

三維打印機(jī)的分辨率對大多數(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶物）作為支撐物。

發(fā)展方向

標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的制定機(jī)構(gòu)

當(dāng)一間實(shí)驗(yàn)室作出了圖紙，需要拿出來共享時，會發(fā)現(xiàn)有太多的格式和標(biāo)準(zhǔn)了，因此，3D 打印原型機(jī)這個領(lǐng)域看起來像是野蠻生長，毫無標(biāo)準(zhǔn)。

開源的設(shè)計(jì)、配置和軟件

當(dāng)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)后，3D 打印行業(yè)將會迎來開源?，F(xiàn)在，太多的團(tuán)隊(duì)注重提高自己的3D 打印水平，在自我的閉環(huán)中發(fā)展。實(shí)際上，行業(yè)需要設(shè)備和軟件的開源，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下產(chǎn)生更多有用、高效、開放的創(chuàng)新。

原型機(jī)實(shí)驗(yàn)室

原型機(jī)打印并不受到重視，所以現(xiàn)在很多醫(yī)療器械商都是在一個臟亂、布滿灰塵的地方放置打印設(shè)備。其實(shí)，現(xiàn)在已經(jīng)有商業(yè)化運(yùn)營的3D 打印實(shí)驗(yàn)室，來幫助這些企業(yè)打印出質(zhì)量更高的原型機(jī)。