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3D打印技术的发展简况
3D打印技术的发展可分为以下几个阶段。
1.1986年：发明“立体光刻”技术
1984年查尔斯赫尔（Charles Hull）研发了3D打印技术，被称为“立体光刻”（Stereolithography——SLA）技术，也称为光固化技术或立体平版印刷。该方法使用激光加热和合并树脂层而共同创造一个三维物体。1986年，他取得专利并形成了3D系统，同时开发出“立体光刻设备”，被认为是有史以来第一台3D打印机，但还没有出现“3D打印机”术语。这台机器是一个原型机，并没有人制造，但是选定了多家公司对该机进行了测试。根据测试反馈的意见，1988年对原型机进行了改进，称为SLA-2502的立体光刻设备向公众出售。
2.1987年：发明了选择性激光烧结（Selective Laser Sintering——SLS）技术
1987年，DTM公司（现在的BF Goodrich公司的附属公司）开发了选择性激光烧结（SLS）技术，并且进行了商业应用。其工艺是采用激光熔化粉末状物质来创建一个实物。1992年生产出可以使用的第一台机器。
选择性激光烧结技术通常可以用来制作结构功能件，激光束选择性地熔合所用材料，无须辗压步骤，工艺简单。图3为选择性激光烧结技术的一个实例，它有两个粉末仓，位于平台的两边，水平辊将粉末从一个粉仓穿过工作区推到另一个粉仓，之后激光束逐步描绘整个层，工作台下降一个层高的厚度，水平辊以相反方向移动，如此往复直到整个零件烧结完毕。
图3 选择性激光烧结技术实例示意图
3.1988～1992年：发明熔融沉积造型（Fised Deposition Modeling—— FDM）技术
1988年斯科特克伦（Scott Crump）提出了熔融沉积成型（FDM）的想法，该技术采用喷嘴和热熔胶枪的方法来创建三维物体，一年后成立了Stratasys公司，使三维的想像力具有了商业上的可行性，1992年他们的第一台FDM机被投放市场。
4.1993～1996年：发明“三维打印”（3DP）技术
1993年，美国麻省理工学院采用一种新的方法，即三维打印（3PD）技术，并获得了专利。后来，美国麻省理工学院将所获得的专利授权给Z公司（现在的3D Systems公司的一部分）。1996年Z公司开发出Z402打印机。Z402打印机与标准的喷墨打印机类似，但是它是3D打印机。
5.1996～2008年：“3D打印”和自我复制的3D打印机
1996年有更多的3D打印机（有些是新型号的，有些是改进型的）投放市场，这时“3D打印”的术语开始被快速原型制造业所采用。
虽然在2000年左右推出一些更便宜的机型，但3D打印系统仍然是昂贵的，直到2006年推出RepRap之前，通常只用于工业用途。2008年开始RepRap销售，并能打印它自己部分的50％，这意味着RepRap是世界上第一个自我复制的3D打印机。RepRap也是一个开放的源代码项目，这意味着所有的设计的东西都可以在免费软件许可证的情况下发布。
6.2008年至今：Makerbot和在线社区
2008年以后，3D打印有了较大的发展，特别是2011年3D打印出现迅猛发展的势头，3D打印技术从原型设计工具到制造工具有了很大突破。2012年MakerBot投放市场，它是一个开放源代码项目，并沿用RepRap三维打印的经验，价格合理，可用于普通家庭中。
3D打印可使用各种材料以及多种打印技术。根据所使用的材料、所需多少种颜色、分辨率及价格等因素，至少有5种3D打印方法可以选择。
（1）熔融沉积成型技术
熔融沉积成型（FDM）技术是3D打印中最常用的技术，这种技术所采用的原料是一卷塑料或金属丝，将原料熔化并通过打印机的喷嘴，逐层构建3D模型。对于商业印刷而言，如使用MakerBot打印机，FDM通常使用塑料丝，因此FDM通常被称为“热塑性沉积”。
（2）喷墨打印技术
喷墨打印采用特殊油墨（树脂和黏合剂），使用非常类似于家用或办公用的喷墨打印设备去建立一个3D模型。树脂和黏合剂添加到被创建物体的每一层，直至所有层被添加完。喷墨打印是3D打印技术中唯一可以自定义颜色的打印技术。
（3）选择性激光烧结技术
烧结是从粉末变成固态物体的过程，选择性激光烧结（SLS）的粉末可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃。SLS使用一个脉冲激光在所需的横截面上“绘制”，该技术的关键是需要有一个相当强大的激光装置。
（4）数字光处理技术
3D打印采用的数字光处理（Digital Light Procession——DLP）技术与DLP投影机的技术相同，DLP制造与立体光刻（SLA）类似，但是能得到很高的精度，价格也贵很多。
（5）其他类型
还有几种没有被广泛使用的3D打印技术，但是可能未来会用到。例如，与DLP方法类似的是使用发光二极管（Light Emitting Diode——LED）固化树脂，用双光子的光聚合实现超小型的3D打印的功能，在分层实体制造中，将使用的纸张或卡片粘在一起，然后用激光切割。
3D打印技术的使用现状
3D打印技术虽然有20多年的历史，但发展并不快。20世纪90年代主要在美国和以色列得到应用，主要用于制作印刷电路板。3D打印机的用途很广，可以制造飞机零件、人造骨骼、复杂的以及纳米级的机器等，称为无所不能的打印技术，但目前全球市场的规模并不大，约为30亿美元左右。自2010年以来开始出现3D打印热潮，2011年世界上第一台打印的汽车诞生，许多自行车、飞机也开始被打印出来，3D打印使用的材料多种多样，目前已经达到100多种，仍在开发更多种材料。
目前世界上掌握3D打印技术的国家也不多，只有美国、以色列、德国等少数发达国家，我国也已全面掌握了3D打印技术。
我国3D打印技术虽然市场规模不大，只有3亿元人民币左右，但已在镶牙、航天、卫星定位、军事等领域得到了应用，虽然在材料和软件方面与发达国家还有一定差距，但我国的3D打印技术将会快速发展。为了加快3D打印技术的产业化，促进3D打印技术与传统制造技术的有机结合，2012年10月，由亚洲制造业协会联合了华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构以及3D打印领先企业成立了“3D打印技术产业联盟”，这标志着我国3D打印技术开始进入快速发展的新阶段。
有专家预测，2013年3D打印技术将成为全球最热门的技术，以致在全球掀起使用3D打印技术的热潮。让我们以极大的热情，迎接3D打印技术的腾飞吧。
以上内容节选自科印传媒《数码印刷》2013年第2期，更多期刊内容请关注期刊频道
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