2.1 3D打印的前世

3D打印其實并不是什么新的技術，在很多年以前這門技術就已經誕生。從3D打印作為一個模糊的概念進入人類的大腦之日起，到真正成為產品進入市場，3D打印至少經歷了3個階段。

2.1.1 概念階段

關于3D打印概念的成型，還要追溯到19世紀。從歷史上看，快速成型技術（3D打印技術的前身）的核心思想最早起源于19世紀中期的照相雕塑（Photosculpture）技術和地貌成形（Topography）技術。

1860年法國人Willeme發明了多照相機實體雕塑。

1892年美國人J. E. Blanther發明了分層應急地貌圖。在他的美國專利（#473901）中，曾建議用分層制造法構成地形圖。這種方法的原理是，將地形圖的輪廓線壓印在一系列的蠟片上，然后按輪廓線切割蠟片，并將其粘結在一起，熨平表面，從而得到三維地形圖，如圖2-3所示。這種方法可以看成是3D打印技術的雛形。

1902年，Carlo Baese在他的美國專利（#774549）中，提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理，這是現代第一種快速成型技術（Stereo Lithogrphy）的初步設想，也是3D打印機中SLA技術的前身。

2.1.2 發展階段

在之后的100年內，快速成型技術得到了飛速的發展。

1940年，Perera提出與Blanther不謀而合的設想，他提出可以沿等高線輪廓切割硬紙板，然后將這些紙板粘結成三維地形圖的方法。20世紀50年代之后，又延展出了幾百個有關的快速成型技術專利。

1964年，Zang進一步細化了該方法，建議用透明的紙板，且每一塊均帶有詳細的地貌形態標記。

1972年，Matsubara提出了在上述方法中使用光固化材料，將光敏聚合樹脂涂到耐火顆粒上（例如石墨粉或砂礫），然后這些耐火顆粒將同沖到疊層中，加熱形成與疊層對應的板層，光線有選擇地投射到這個板層，將設定的部分固化，沒有掃描或者固化的部分被某種溶劑融化，用這種方法形成的薄板層隨后不斷地堆積在一起形成了模型。

1976年Paul L DiMatteo在他的美國專利（# 3932923）中進一步明確地提出，先用輪廓跟蹤器將三維物體轉化成許多二維廓薄片，然后用激光切割這些薄片成型，再用螺釘、銷釘等將一系列薄片連接成三維物體，這些設想與現代另一種快速成型技術——“物體分層制造”（LOM，Laminated Object Manufacturing ）的原理極為相似，如圖2-4所示。

2.1.3 誕生階段

雖然3D打印技術起源很早，但是受限于當時的材料技術與計算機技術等眾多學科，因此并沒有實現廣泛的應用與商業化，隨后技術的正式研究開始于20世紀70年代，直到20世紀80年代技術才得到了實現，其學名正式命名為“快速成形”。

20世紀80年代初，美國3M公司的Alan J. Herbert、日本名古屋市工業研究所的小玉秀男、美國UVP公司的Charles W. Hull、日本大阪工業技術研究所的丸谷洋二，4位研究員各自獨立地提出了快速成型的技術設想，實現的材料和方式各有差異，但都是通過多層疊加固化來成型物體。

1984年，移民美國的俄羅斯工程師Michael Feygin提出了分層實體制造技術（即LOM，Laminated Object Manufacturing），利用薄片材料、激光、熱熔膠來制作物體。并于1985年組建了Helisys公司，在1990年前后開發了第一臺商業機型LOM-1015，如圖2-5所示。

1986年，美國工程師Charles W. Hull（3D system公司創始人）發明的光固化立體成型技術（SLA，Stereo Lithography Appearance）被授予了專利。該技術利用紫外激光，對液態樹脂進行逐點掃描，使被掃描的樹脂薄層產生聚合反應，由點逐漸形成線，最終形成零件的整體模型。并且推出了第一款工業化的3D打印設備SLA-1，如圖2-6所示。

后來Charles W. Hull成立了3D Systems公司，研發了著名的STL文件格式，STL格式逐漸成為CAD/CAM系統接口文件格式的工業標準。

1986年，選擇性激光燒結（SLS，Selective Laser Sintering）技術被美國德州大學奧斯汀分校的C. R. Dechard博士（DTM公司創始人）開發出來并獲得專利，該技術利用高強度激光將粉末材料烤結，直至成型。這種技術的特點在于選材范圍廣泛，例如尼龍、臘、ABS、金屬和陶瓷粉末等都可以作為原材料。1992年開發了SLS技術的商業成型機。

1988年，熱熔積成形法（FDM，Fused Deposition Modeling）技術由美國人S. Scott Crump（Stratasys公司創始人）開發成功，這個技術的特點是它能利用蠟、ABS、PC、尼龍等熱塑性材料來制作物體，具備性能優良的特點。并在20世紀90年代商業化，1992年開發了第一臺商業機型3D-Modeler，如圖2-7所示。目前國內常見的桌面級3D打印機都是基于該技術進行創新、改造的。

1989年，麻省理工大學教授E. M. Sachs申請了3DP（Three-Dimensional Printing）專利，利用金屬、陶瓷等粉末，通過黏合劑粘在一起成型。

1995年，麻省理工大學的畢業生Jim Bredt和Tim Anderson獲得麻省理工大學的許可，改進了3DP技術并成立Z Croporation公司。

20世紀90年代中后期我國的清華大學、西安交通大學、北京航空航天大學、北京隆源公司和華中理工大學等高校與單位率先開展了3D打印相關技術的研究、開發和推廣應用，這是我國3D打印的開端。

至此，所有主要的3D打印技術都被研發完畢，并開始投入市場應用。3D打印技術算是真正意義上的誕生了。