如果是從事著建筑和設(shè)計(jì)行業(yè)的人,他們對(duì)3d打印技術(shù)其實(shí)并不陌生,因?yàn)樗麄兘?jīng)常需要用到一種叫“快速成型”的技術(shù),將設(shè)計(jì)的原型給制作出來,展示給客戶看。在從前,這種原型的制作非常麻煩,因?yàn)楣S首先需要制作一個(gè)模具,然后把原料澆鑄在里面,這樣才能把原型制作出來。但當(dāng)工廠制作完成之后,模具就變得沒有用處——這種生產(chǎn)方式浪費(fèi)原料,生產(chǎn)成本自然比較高,所需要的生產(chǎn)周期自然也比較長(zhǎng)。
與這種先制作模具,然后才能把設(shè)計(jì)原型制作出來的生產(chǎn)方式相比,3d打印機(jī)擁有相當(dāng)?shù)膬?yōu)異性,它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設(shè)計(jì)原型給制作出來。由于無需經(jīng)過制作模具這一步驟,客戶能夠節(jié)約時(shí)間,工廠能夠節(jié)約成本,同時(shí)所制作出來的物體,也將和設(shè)計(jì)圖紙一樣,能夠更加精確。
原因在于,3d打印機(jī)能夠直接將物體“打印”出來——首先人們能夠通過電腦創(chuàng)建一個(gè)三維設(shè)計(jì)圖(通常是slt或cad文件),然后打印機(jī)對(duì)這個(gè)立體原型進(jìn)行“切片”,分成一層一層的,然后打印機(jī)開始工作,將原材料按照設(shè)計(jì)圖一層又一層的疊加上去,直到最終成型。當(dāng)然,3d打印機(jī)所使用的材料,自然不是噴墨打印機(jī)里面的墨水,而是一些可以發(fā)生固化反應(yīng)的材料,現(xiàn)在可以作為原材料的東西已經(jīng)多種多樣,包括樹脂、塑料、陶瓷、金屬等等。
實(shí)際上,發(fā)明家charleshull生產(chǎn)出第一臺(tái)3d打印機(jī)以來,3d打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近30個(gè)年頭。而從一個(gè)為設(shè)計(jì)書、建筑師、實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)原型的工具,到媒體、大眾所關(guān)注的議題。這種變化體現(xiàn)了3d打印技術(shù)在這幾十年間取得的突飛猛進(jìn)的發(fā)展,設(shè)備的價(jià)格從昂貴到便宜,性能從低下到強(qiáng)大,設(shè)備體積從大到小,使用范圍從窄到廣。
1986年,charleshull離開了原來為之工作的ultravioletproducts,開始成立一家名為3dsystems的公司,開始專注發(fā)展3d打印技術(shù),這是世界上第一家生產(chǎn)3d打印設(shè)備的公司,而它所采用的技術(shù)被稱之為“立體光刻(stereolithography)”,利用紫外線照射將樹脂凝固成形,以此來制造物體。到1988年,3dsystems開始生產(chǎn)第一臺(tái)3d打印機(jī)sla-250,體型非常龐大:
自1986年之后,涌現(xiàn)了很多不同的3d打印技術(shù):
1988年,scottcrump發(fā)明了另外一種3d打印技術(shù)fuseddepositionmodeling,并成立公司stratasys。這個(gè)技術(shù)的特點(diǎn)是它能利用臘、abs、pc、尼龍等熱塑性材料來制作物體,具備性能優(yōu)良的特點(diǎn);
1989年,c.r.dechard發(fā)明selectivelasersintering,利用高強(qiáng)度激光將材料粉末烤結(jié),直至成型。這種技術(shù)的特點(diǎn)在選材范圍廣泛,比如尼龍、臘、abs、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料;
1992年,helisys發(fā)明laminatedobjectmanufacturing,利用薄片材料、激光、熱熔膠來制作物體。然而該3d打印技術(shù)的原材料一直僅限于紙,性能低下;
1993年,麻省理工大學(xué)教授emanualsachs發(fā)明three-dimensionalprinting技術(shù)(非本文泛指的3d打印技術(shù)),利用金屬、陶瓷等粉末,通過粘接劑在一起成型。這種技術(shù)的有點(diǎn)在于制作速度快,價(jià)格低廉,然而成品的強(qiáng)度較低。1995年,zcorporation獲得麻省理工大學(xué)的許可,利用技術(shù)來生產(chǎn)3d打印機(jī)。
1996年,3dsystems、stratasys、zcorporation分別推出actua2100、genisys、z402,第一次使用了“3d打印機(jī)”的稱謂。
2005年,zcroporation發(fā)布spectrumz510,這是世界上第一臺(tái)高精度彩色3d打印機(jī);同一年,英國(guó)巴恩大學(xué)的adrianbowyer發(fā)起開源3d打印機(jī)項(xiàng)目reprap,它的目標(biāo)是作出“自我復(fù)制機(jī)”,通過3d打印機(jī)本身,能夠制造出另一臺(tái)3d打印機(jī)。
2008年,第一版reprap發(fā)布,代號(hào)“darwin”,能夠打印自身50%的元件,它的體積僅一個(gè)箱子大小。
從這段發(fā)展歷史中,我們可以看出,隨著3d打印技術(shù)的種類變多,3d打印機(jī)可選的原材料范圍也在變廣,從樹脂到塑料到陶瓷到金屬。然而,最重要的是,3d打印機(jī)的價(jià)格在下降,1999年3dsystems的sla7000要價(jià)80萬美元,而公司今年年初推出的cube要價(jià)僅1299美元。而且,cube性能不低,不僅支持彩色打印,還支持無線連接,免費(fèi)提供設(shè)計(jì)軟件,讓平板電腦發(fā)揮設(shè)計(jì)的潛力。
除了3dsystem這樣老牌的3d打印機(jī)生產(chǎn)商以外,一些新興的3d打印機(jī)生產(chǎn)商也把目標(biāo)放在“低價(jià)3d打印機(jī)”上,比如2009年成立的makerbot,它的產(chǎn)品就只有1749美元。不僅如此,最近創(chuàng)立的soldoodle所生產(chǎn)的3d打印機(jī)僅499美元(basic版)。而在kickstarter上,出現(xiàn)了售價(jià)僅為300美元的3d打印機(jī)makibox。
個(gè)人電腦的普及,也讓3d打印機(jī)的價(jià)格下降?;仡櫱拔闹衧la-250的外觀,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它就是一個(gè)工作站,不僅包括了負(fù)責(zé)將物體打印出來的3d打印機(jī)部分,還有負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的電腦部分。在1988年,電腦的價(jià)格不像現(xiàn)在這般便宜,也不如現(xiàn)在這般普遍,將3d打印機(jī)連同3d打印機(jī)一起賣給客戶,是當(dāng)時(shí)合理的選擇。然而,時(shí)至今日,電腦已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,而且性能有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,3d打印機(jī)不必連同電腦一起賣給客戶,價(jià)格自然得到了降低。此外,以往價(jià)格高昂3d設(shè)計(jì)軟件也有越來越多的價(jià)格低廉的替代品,有些甚至是完全免費(fèi)的開源軟件,比如123d、openscad、tinkercard。這些因素都讓3d打印成本得到降低。
隨著3d打印機(jī)的成本越來越低,圍繞著它所提供的服務(wù)也越來越多。最典型的,就像參加ces2012的sculpteo,它允許用戶上傳或直接在網(wǎng)站設(shè)計(jì)3d草圖,然后公司將物體打印出來之后,再快遞到用戶的手中(sculpteo還有商城等其它服務(wù))。
最近幾年關(guān)于3d打印的消息層出不求,它的使用范圍越來越廣。比如:
3d打印的原材料擴(kuò)展到金、銀以及強(qiáng)度極高的鈦,還有不銹鋼;
德國(guó)voxljet制造了尺寸為4mx2mx1m的3d打印機(jī);
cornell大學(xué)嘗試?yán)?d打印機(jī)直接打印出食物出來;
exeter大學(xué)的研究人員,制造出以巧克力為原材料的3d打印機(jī);
哈佛大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)生物細(xì)胞打印的設(shè)備;
德國(guó)fraunhoferinstitue利用3d打印技術(shù)將血管給打印了出來;
loughborough大學(xué)的一個(gè)研究小組正在嘗試讓混凝土成為3d打印的原材料;
organovo開始研究如何利用3d打印機(jī)來打印人體器官。
總結(jié)以上的趨勢(shì),那就是3d打印技術(shù)的部署成本越來越低,以現(xiàn)在的價(jià)格,幾乎每個(gè)人都可以擁有一臺(tái)3d打印機(jī)。而隨著選材范圍越來越廣,3d打印機(jī)可制作的物品越來越多,從汽車、飛機(jī)零件,到食物,到人體器官等等。加之如今網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá),每個(gè)人都能夠成立一個(gè)像sculpteo這樣的網(wǎng)站,按客戶需求,個(gè)性化定制物品,讓“社會(huì)化制造”成為可能。