如果是從事著建筑和設計行業(yè)的人,他們對3d打印技術其實并不陌生,因為他們經(jīng)常需要用到一種叫“快速成型”的技術,將設計的原型給制作出來,展示給客戶看。在從前,這種原型的制作非常麻煩,因為工廠首先需要制作一個模具,然后把原料澆鑄在里面,這樣才能把原型制作出來。但當工廠制作完成之后,模具就變得沒有用處——這種生產方式浪費原料,生產成本自然比較高,所需要的生產周期自然也比較長。
與這種先制作模具,然后才能把設計原型制作出來的生產方式相比,3d打印機擁有相當?shù)膬?yōu)異性,它能夠一次性、直接地把客戶所需要的設計原型給制作出來。由于無需經(jīng)過制作模具這一步驟,客戶能夠節(jié)約時間,工廠能夠節(jié)約成本,同時所制作出來的物體,也將和設計圖紙一樣,能夠更加精確。
原因在于,3d打印機能夠直接將物體“打印”出來——首先人們能夠通過電腦創(chuàng)建一個三維設計圖(通常是slt或cad文件),然后打印機對這個立體原型進行“切片”,分成一層一層的,然后打印機開始工作,將原材料按照設計圖一層又一層的疊加上去,直到最終成型。當然,3d打印機所使用的材料,自然不是噴墨打印機里面的墨水,而是一些可以發(fā)生固化反應的材料,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。
實際上,發(fā)明家charleshull生產出第一臺3d打印機以來,3d打印技術已經(jīng)發(fā)展了近30個年頭。而從一個為設計書、建筑師、實驗室生產原型的工具,到媒體、大眾所關注的議題。這種變化體現(xiàn)了3d打印技術在這幾十年間取得的突飛猛進的發(fā)展,設備的價格從昂貴到便宜,性能從低下到強大,設備體積從大到小,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,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開始生產第一臺3d打印機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:
1988年,scottcrump發(fā)明了另外一種3d打印技術fuseddepositionmodeling,并成立公司stratasys。這個技術的特點是它能利用臘、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;
1989年,c.r.dechard發(fā)明selectivelasersintering,利用高強度激光將材料粉末烤結,直至成型。這種技術的特點在選材范圍廣泛,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打印技術的原材料一直僅限于紙,性能低下;
1993年,麻省理工大學教授emanualsachs發(fā)明three-dimensionalprinting技術(非本文泛指的3d打印技術),利用金屬、陶瓷等粉末,通過粘接劑在一起成型。這種技術的有點在于制作速度快,價格低廉,然而成品的強度較低。1995年,zcorporation獲得麻省理工大學的許可,利用技術來生產3d打印機。
1996年,3dsystems、stratasys、zcorporation分別推出actua2100、genisys、z402,第一次使用了“3d打印機”的稱謂。
2005年,zcroporation發(fā)布spectrumz510,這是世界上第一臺高精度彩色3d打印機;同一年,英國巴恩大學的adrianbowyer發(fā)起開源3d打印機項目reprap,它的目標是作出“自我復制機”,通過3d打印機本身,能夠制造出另一臺3d打印機。
2008年,第一版reprap發(fā)布,代號“darwin”,能夠打印自身50%的元件,它的體積僅一個箱子大小。
從這段發(fā)展歷史中,我們可以看出,隨著3d打印技術的種類變多,3d打印機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打印機的價格在下降,1999年3dsystems的sla7000要價80萬美元,而公司今年年初推出的cube要價僅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,免費提供設計軟件,讓平板電腦發(fā)揮設計的潛力。
除了3dsystem這樣老牌的3d打印機生產商以外,一些新興的3d打印機生產商也把目標放在“低價3d打印機”上,比如2009年成立的makerbot,它的產品就只有1749美元。不僅如此,最近創(chuàng)立的soldoodle所生產的3d打印機僅499美元(basic版)。而在kickstarter上,出現(xiàn)了售價僅為300美元的3d打印機makibox。
個人電腦的普及,也讓3d打印機的價格下降?;仡櫱拔闹衧la-250的外觀,我們會發(fā)現(xiàn)它就是一個工作站,不僅包括了負責將物體打印出來的3d打印機部分,還有負責設計的電腦部分。在1988年,電腦的價格不像現(xiàn)在這般便宜,也不如現(xiàn)在這般普遍,將3d打印機連同3d打印機一起賣給客戶,是當時合理的選擇。然而,時至今日,電腦已經(jīng)得到了廣泛的應用,而且性能有了長足的進步,3d打印機不必連同電腦一起賣給客戶,價格自然得到了降低。此外,以往價格高昂3d設計軟件也有越來越多的價格低廉的替代品,有些甚至是完全免費的開源軟件,比如123d、openscad、tinkercard。這些因素都讓3d打印成本得到降低。
隨著3d打印機的成本越來越低,圍繞著它所提供的服務也越來越多。最典型的,就像參加ces2012的sculpteo,它允許用戶上傳或直接在網(wǎng)站設計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)。
最近幾年關于3d打印的消息層出不求,它的使用范圍越來越廣。比如:
3d打印的原材料擴展到金、銀以及強度極高的鈦,還有不銹鋼;
德國voxljet制造了尺寸為4mx2mx1m的3d打印機;
cornell大學嘗試利用3d打印機直接打印出食物出來;
exeter大學的研究人員,制造出以巧克力為原材料的3d打印機;
哈佛大學的實驗室開發(fā)可以實現(xiàn)生物細胞打印的設備;
德國fraunhoferinstitue利用3d打印技術將血管給打印了出來;
loughborough大學的一個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打印機來打印人體器官。
總結以上的趨勢,那就是3d打印技術的部署成本越來越低,以現(xiàn)在的價格,幾乎每個人都可以擁有一臺3d打印機。而隨著選材范圍越來越廣,3d打印機可制作的物品越來越多,從汽車、飛機零件,到食物,到人體器官等等。加之如今網(wǎng)絡的發(fā)達,每個人都能夠成立一個像sculpteo這樣的網(wǎng)站,按客戶需求,個性化定制物品,讓“社會化制造”成為可能。