綏中縣打印機價格論壇

絕對干貨 3D打印百年發展史

材料十2020-10-30 14:48:26

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【材料+】說:


3D打印技術是以數字化、人工智能化及新型材料應用為特征的生產制造方式,被稱為是第三次工業革命的標志。它改變了傳統的工業生產制造模式,通過將PLA、ABS或者金屬材料等通過加熱、融化之后,再通過層層構建疊加的方式,在很短的時間內就將產品打印制造出來,其特點是打印時間短,成本低,產品千變萬化。特別一些結構復雜的高精尖產品,其優勢更加突出。3D打印技術應用領域十分廣泛,包括產品設計、科學研究、建筑、醫療、制造業、航天、珠寶首飾、個性化飾品等方面將發揮越來越大的作用。

3D打印突然大熱,令我們以為它是橫空出世的新技術。其實,任何新奇技術都不是一蹴而就的。3D打印從正式出現到現在較為廣泛的應用,已經有將近30年的歷史了。所以習慣上把它稱作“上上個世紀的思想,上個世紀的技術,這個世紀的市場”。

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3D打印技術的核心制造思想最早起源于19世紀末的美國,到20世紀80年代后期3D打印技術發展成熟并被廣泛應用。1892年,美國登記了一項采用層合方法制作三維地圖模型的專利技術。1860年,法國人Fran?ois Willème申請到了多照相機實體雕塑(Photosculpture)的專利。1979年,日本東京大學生產技術研究所的中川威雄教授發明了疊層模型造型法。1980年,日本人小玉秀男又提出了光造型法。雖然日本人研究出3D打印的一些方法,但是此后20多年的時間里,把這些科學方法轉化為實際用途的都是美國人。


最早從事商業性3D打印制造技術的是美國發明家查爾斯·赫爾。1986 年,查爾斯離開了原來為之工作的紫外光產品公司,成立一家名為“3D系統”的公司,開始專注發展 3D 打印技術。這是世界上第一家生產 3D 打印設備的公司,而它所采用的技術當時被稱為“立體光刻”,是基于液態光敏樹脂的光聚合原理工作的。1988 年,查爾斯生產出世界上首臺以立體光刻技術為基礎的3D 打印機 SLA-250,體型非常龐大。

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1988年,美國人斯科特·克朗普發明了一種新的3D打印技術—— 熔融沉積成型。該工藝適合于產品的概念建模及形狀和功能測試,不適合制造大型零件。1989年,美國人德卡德發明了選擇性激光燒結技術,這種技術的特點是選材范圍廣泛,比如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料。1992年,美國人赫利塞思發明層片疊加制造技術。

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1995年之前,還沒有3D打印這個名稱,那時比較為研究領域所接受的名稱是“快速成型”。1995年,美國麻省理工學院的兩名大四學生吉姆和蒂姆的畢業論文選題是便捷的快速成型技術。兩人經過多次討論和探索,結果想到利用當時已經普及的噴墨打印機。他們把打印機墨盒里面的墨水替換成膠水,用噴射出來的膠水來粘接粉末床上的粉末,結果可以打印出一些立體的物品。他們興奮地將這種打印方法稱作3D打?。?D Printing),將他們改裝的打印機稱作3D打印機。此后,3D打印一詞慢慢流行,所有的快速成型技術都歸到3D打印的麾下。

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正如200多年前,瓦特發明了蒸汽機,拉開了近代工業革命的序幕一樣,許多人也認為3D打印也能引發一場工業革命,甚至其本身就是第三次工業革命。但是我們不要忽略就是并不是蒸汽機引發了近代工業革命,而是它使機械動力驅動成為主流的社會理念和主要的開發手段這一理念引發了第二次工業革命,因此3D打印也不會成為第三次工業革命,它要促生新的產業革命,必須通過誘發新的人類理念轉化來實現。

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我國的3D立體打印技術研究起步并不算晚,大致在1999年,即美國解密其3D激光打印研發計劃之后三年多,中國就開始了相關的研發。大體上講,中國起步的時間比美國晚了十五年,但進步非常顯著,在某些領域的確超越了美國。冷靜地審視我國3D打印行業,形勢并非某些文章講的那么樂觀。目前我國從事3D打印研發的企業和科研院所,加起來不過二三十家,綜合實力也都不怎么強。除了鈦合金大尺度構件我們傲視群雄之外,其他領域還真沒有什么可自豪的。我國在傳統的精密機械、重型機械制造方面因為材料和加工工藝等問題,制造出的產品質量別說比不上德日,甚至有些還不如韓國、西班牙之類的國家,這是急需利用3D打印技術追趕與突破的方面。而3D打印只是解決了快速成型問題,而材料本身的特性則是需要攻關解決的。


拋開專業性的問題,其實3D打印在潛移默化過程中影響著我們的生活。


麻煩制造者


世界第一支3D打印手槍已經在美國德州奧斯丁試射成功。在此之前許多人不將3D打印當一回事,但是這個創造著實扇了他們一巴掌。從技術上講,這把手槍除了子彈外的其他部件幾乎由3D打印機制造,工作的基本原理與普通槍支無異。制作這把手槍的這個美國民間團體先用3D打印將手槍的部件制造出來,在組裝在一起。

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醫學神器


3D打印技術自數十年前從軍方“快速成型”技術進化誕生以來,醫學是其最能大顯神通的一個高地。依靠3D打印技術的“直接數字化制造”,許多病人跳出傳統器官移植的漫長周期?;蛟S在不知不覺中,你就接觸到了這種看似高端的科技。


在最近的江西聯體女嬰的案例中,復旦大學附屬兒科醫院在全國首次使用3D打印技術,等比例地還原了患兒臀部聯體的脊柱、皮膚融合的情況,直觀地展現了患兒骨性連接和皮膚連接的部位和程度,可以虛擬地進行術前切割,皮瓣翻轉,為手術方案的設計和改進提供了極大的幫助,這在我國兒童醫院聯體兒分離中屬首次采用3D打印技術來精準地輔助手術操作。


由于人口老齡化和技術進步等原因,美國脊柱融合手術在這數十年間增加了70%。但是這種手術面臨的問題是,傳統方法使用的骨移植和金屬硬件往往會出現植入物遷移與破損的并發癥,而這種并發癥往往需要通過另一個手術來修復,從而加大了病人面臨的風險。

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使用3D打印制造出了骨小梁結構的精確復制品,該復制品具有納米結構的特點,可促進病人骨頭的愈合和融合。該植入物的生物力學特性使其可以實現與現有骨骼的內生長,從而可以防止出現再次進行骨移植治療。德國神經外科醫生Uwe Spetzger教授宣稱,一位具有退行性頸椎問題的患者通過手術接受了3D打印的鈦金屬融合植入物。這還是歷史上首次成功完成此類手術。


14歲的Myrijam Stoetzer和15歲的Paul Foltin,這兩位少年創客使用3D打印技術開發出了一種先進而實用的裝置,該裝置能夠跟蹤人的眼球活動并藉此控制輪椅的運動。這兩位少年憑借這一發明已經入圍歐洲最大的青年科學競賽Jugend forscht決賽圈。這兩位少年希望他們的發明能夠幫助那些身患殘疾,甚至是全身癱瘓的病人,使他們僅靠眼睛就能解決一些生活上的簡單問題。


總之,3D打印正在慢慢的深入到醫學領域的方方面面。

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考古福音


一直以來文物古跡的保護始終困擾著考古界,文物作為不可再生資源,一旦毀壞便難以再生。例如西安秦始皇兵馬俑,剛出土的兵俑色澤亮麗,表情栩栩如生,現如今早已失去了剛出土時的風采,風化嚴重,色澤暗淡如黃泥。21世紀的今天,科技發展速度令人震驚,現在的考古水平遠遠高于以往,文物古跡的保護力度也更強。倘若3D打印技術能夠“復刻”文物,一定能夠彌補不少遺憾。不少關于3D打印文物方面的消息,的確沒讓人失望。


隨著智慧型數字博物館的建設,眾多博物館與文物修復工作者,開始利用3D打印與3D掃描技術,使破敗不堪的古文物“起死回生”,不僅修復了文物也讓古代文化得以傳承。早在好幾年前,陜西博物館已經利用3D打印技術,制作國寶級文物-鹿形金怪獸的仿品。3D打印技術可以在不接觸文物的前提下,通過立體掃描、數據采集、繪畫模型打印等一系列步驟,對文物進行修補甚至復刻。這對文物的修繕、鑒定和保存有著很大的意義。

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住房難題、移居月球


既然3D打印機什么都能打印,那么它可能打印出大規模的建筑嗎?世界首座3D打印的房子目前正建于荷蘭阿姆斯特丹北部一條運河旁,配有13個房間;混凝土將只用于提供結構支撐。2014年8月21日,上海,10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區內正式交付使用,作為當地動遷工程的辦公用房。這些“打印”出來的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照電腦設計的圖紙和方案,經一臺大型的3D打印機層層疊加噴繪而成,10幢小屋的建筑過程僅花費24小時。


此外,據說歐洲航天局聯手一家知名建筑機構,在未來將機器人和3D打印機帶往月球,以月球的土壤和巖石粉末作為材料,通過3D打印技術在短時間內建造一座功能完備的空間站。

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3D打印還在汽車,無人機等方面滲透到我們的生活中,改變這我們的生活方式。也許在將來的某一天,有一位大神也能就3D技術提出改變人類思維習慣的新的理念,推動著社會發展進入下一個產業革命。而就目前國的3D打印產業化程度并不是很高,總體處于新型技術產業化的初級階段,具體表現在產業規?;潭炔桓?、技術創新體系不健全、產業政策體系尚未完善等的現狀下,要依靠國家政策的大力扶持,逐步打開3D打印市場,為3D打印技術成為新型產業技術的典范做準備。


下面小編為大家整理了一下3D打印的百年的發展歷史:

1860

法國人Fran?ois Willème申請到了多照相機實體雕塑(Photosculpture)的專利。

1986

1986年,查爾斯·W·哈爾(Charles W.Hull,如圖所示)成立了世界上第一家生產3D打印設備的公司:3D Systems公司。他研發了現在通用的STL文件格式。

1988

1988年,3D Systems公司在成立兩年后,推出了世界上第一臺基于SL(立體光刻)技術的3D工業級打印機SLA-250。同年,Scott Crump發明了另一種更廉價的3D打印技術:熔融沉積成型(FDM)技術,并于1989年成立了Stratasys公司。

1989

1989年,美國得克薩斯大學奧斯汀分校的C. R.Dechard發明了選擇性激光燒結工藝(SLS)。SLS使用的材料最廣泛,理論上講幾乎所有的粉末材料都可以打印,如陶瓷、蠟、尼龍,甚至是金屬。

1991

1991年,Helisys推出第一臺疊層法快速成型(LOM)系統。

1992

1992年,Stratasys公司在成立3年后,推出了第一臺基于FDM技術的3D工業級打印機。

1992年,DTM公司推出首臺選擇性激光燒結(SLS)打印機。


1993

1993年,美國麻省理工學院MIT的Emanual Sachs教授發明了三維打印技術(Three-DimensionPrinting,3DP),是類似于已在二維打印機中運用的噴墨打印技術。3D打印職業資格認證考培資料

1995

1995年,Z Corporation獲得MIT的許可,并開始開發基于3DP技術的打印機。

注意:MIT發明的三維打印技術(Three-Dimension Printing,3DP)只是“3D打印”眾多成型技術中的一種而已。我們通常所說的“3D打印”并非特指MIT的這項3DP技術。


1996

1996年,3D Systems、Stratasys、Z Corporation(以下簡稱ZCorp)各自推出了新一代的快速成型設備,此后快速成型便有了更加通俗的稱呼──“3D打印”。

1998

1998年,Optomec成功開發LENS激光燒結技術。

2000

2000年,Objet更新SLA技術,使用紫外線光感和液滴噴射綜合技術,大幅提高制造精度。

2001

2001年,Solido開發出第一代桌面級3D打印機。

2003

2003年,EOS開發DMLS激光燒結技術。

2005

2005年,ZCorp公司推出世界上第一臺高精度彩色3D打印機Spectrum Z510,讓3D打印從此變得絢麗多彩。

2007

2007年,3D打印服務創業公司Shapeways正式成立,Shapeways公司提供給用戶一個個性化產品定制的網絡平臺。

2008

2008年,第一款開源的桌面級3D打印機RepRap發布,其目的是開發一種能自我復制的3D打印機。RepRap是英國巴恩大學高級講師Adrian Bowyer于2005年發起的開源3D打印機項目,如圖所示。該項目的目標是使工業生產變得大眾化,全球各地的每個人都能以低成本打印RepRap的組裝件,然后用打印機制造出日常用品。桌面級的開源3D打印機為轟轟烈烈的3D打印普及化浪潮揭開了序幕。

提示:值得一提的是,RepRap打印機創始人Adrian Bowyer之前的研究領域是3D數字化幾何建模。

2008年,Objet Geometries公司推出其革命性的Connex500?快速成型系統,它是有史以來第一臺能夠同時使用幾種不同的打印原料的3D打印機。


2009

2009年,Bre Pettis帶領團隊創立了著名的桌面級3D打印機公司──MakerBot,MakerBot打印機源自于RepRap開源項目。MakerBot出售DIY套件,購買者可自行組裝3D打印機。國內的創客開始了仿造工作,個人3D打印機產品市場由此蓬勃興起。

2010

2010年12月,Organovo公司,一個注重生物打印技術的再生醫學研究公司,公開第一個利用生物打印技術打印完整血管的數據資源。

2011

2011年,英國南安普敦大學的工程師們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5000英鎊。3D打印技術使得飛機能夠采用橢圓形機翼,有助于提高空氣動力效率;若采用普通技術制造此類機翼,通常成本較高。

2011年,Kor Ecologic推出全球第一輛3D打印的汽車Urbee。它是史上第一臺用巨型3D打印機打印出整個身軀的汽車。所有外部組件也由3D打印制作完成。

2011年7月,英國研究人員開發出世界上第一臺3D巧克力打印機。

2011年,i.materialise成為全球首家提供14K黃金和標準純銀材料打印的3D打印服務商。這在無形中為珠寶首飾設計師們提供了一個低成本的全新生產方式。


2012

2012年,荷蘭醫生和工程師們使用LayerWise制造的3D打印機,打印出一個定制的下顎假體。然后移植到一位83歲的老太太身上。這位老太太患有慢性骨感染。目前,該技術被用于促進新的骨組織生長。

2012年,英國著名經濟學雜志《經濟學人》封面文章(如圖所示),聲稱3D打印將引發全球第三次工業革命。

2012年3月,維也納大學的研究人員宣布利用雙光子光刻(Two-PhotonLithography)突破了3D打印的最小極限,展示了一輛不到0.3mm的賽車模型。

2012年3月,美國總統奧巴馬提出投資10億美元在全美建立15家制造業創新研究所。

2012年7月,比利時的International University CollegeLeuven的一個研究組測試了一輛幾乎完全由3D打印的小型賽車。車速達到了140km/h。

2012年9月,3D打印的兩個領先企業Stratasys和以色列的Objet宣布進行合并,合并后的公司名仍為Stratasys,進一步確立了Stratasys在高速發展的3D打印及數字制造業中的領導地位。

2012年10月,來自MIT的團隊成立Formlabs公司,并發布了世界上第一臺廉價且高精度的SLA個人3D打印機Form 1。國內的創客也由此開始研發基于SLA技術的個人3D打印機。

同期,中國3D打印技術產業聯盟正式宣告成立。國內各類媒體開始鋪天蓋地報道3D打印的新聞。

2012年11月,中國宣布是世界上唯一掌握大型結構關鍵件激光成型技術的國家。

2012年11月,蘇格蘭科學家利用人體細胞首次用3D打印機打印出人造肝臟組織。


2013

2013年5月,美國分布式防御組織發布全世界第一款完全通過3D打印制造出的塑料手槍(除了撞針采用金屬),并成功試射。同年11月,美國Solid Concepts公司制造了全球第一款3D全金屬手槍,采用33個17-4不銹鋼部件和625個鉻鎳鐵合金部件制成,并成功發射了50發子彈。

2013年,美國的兩位創客(父子倆)開發出家用金屬3D打印機,基于液體金屬噴射打?。↙MJP)工藝,價格將低于10,000美元。同年,美國的另外一個創客團隊開發了一款名為Mini MetalMaker(小型金屬制作者)的桌面級金屬3D打印機,主要打印一些小型的金屬制品,比如珠寶、金屬鏈、裝飾品、小型金屬零件等,售價僅為1000美元。

2013年8月,美國國家航空航天局(NASA)測試3D打印的火箭部件,其可承受2萬磅推力,并可耐6,000華氏度的高溫。

2013年,麥肯錫公司將3D打印列為12項顛覆性技術之一,并預測到2025年,3D打印對全球經濟的價值貢獻將為2~6千億美元。


2014

2014年7月,美國南達科塔州一家名為Flexible Robotic Environments(FRE)的公司公布了最新開發的全功能制造設備VDK6000,兼具金屬3D打?。ㄔ霾闹圃欤?、車床(減材制造,包括:銑銷、激光掃描、超聲波檢具、等離子焊接、研磨/拋光/鉆孔)及3D掃描功能。

2014年8月,國外一名年僅22歲的創客Yvode Haas推出了3DP工藝的桌面級3D打印機Plan B,技術細節完全開源,自己組裝費用僅需1,000歐元。

2014年10月,國外3名創客成立的Sintratec公司,推出了一款SLS工藝的3D打印機,售價僅為3999歐元。


2015

2015年3月,美國Carbon3D公司發布一種新的光固化技術——連續液態界面制造(Continuous Liquid Interface Production,CLIP):利用氧氣和光連續地從樹脂材料中逐出模型。該技術比目前任意一種3D打印技術要快25-100倍。



高溫合金專題結束,材料+正式將進入3D打印專題

本專題由【材料+】與泛銳研究院3D打印人才培養中心聯合主辦

專題時間:9月~10月

旨在分享3D打印技術與材料的研究進展,制造工藝,應用方向,發展趨勢

提供權威資訊和最新報道

通過本專題,聚集3D打印專家學者,工程技術人才

聚集產業上下游,共同解決技術難題

培養軍工、醫療、精密快速制造領域人才

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