相關(guān)背景
3D打印已經(jīng)成為一種潮流，并開(kāi)始廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)，數(shù)碼產(chǎn)品開(kāi)模等，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)模具的打印，節(jié)約了很多產(chǎn)品從開(kāi)發(fā)到投入市場(chǎng)的時(shí)間。
3D 打印機(jī)可以用各種原料打印三維模型，使用3D 輔助設(shè)計(jì)軟件，工程師設(shè)計(jì)出一個(gè)模型或原型之后，無(wú)論設(shè)計(jì)的是一所房子還是人工心臟瓣膜，之后通過(guò)相關(guān)公司生產(chǎn)的3D打印機(jī)進(jìn)行打印，打印的原料可以是有機(jī)或者無(wú)機(jī)的的材料，例如橡膠、塑料，不同的打印機(jī)廠商所提供的打印材質(zhì)不同。
3D打印機(jī)，即快速成形技術(shù)的一種機(jī)器，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。過(guò)去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。
特別是一些高價(jià)值應(yīng)用（比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機(jī)零部件）已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。“三維打印”意味著這項(xiàng)技術(shù)的普及。
3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種打印機(jī)的產(chǎn)量以及銷(xiāo)量在二十一世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)得到了極大的增長(zhǎng)，其價(jià)格也正逐年下降。
該技術(shù)珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，建筑，工程和施工（AEC），汽車(chē)，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
發(fā)明歷程
3D打印源自100多年前的照相雕塑和地貌成形技術(shù)，上世紀(jì)80年代已有雛形，其學(xué)名為“快速成型”。它的原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)。打印出的產(chǎn)品，可以即時(shí)使用。
在20世紀(jì)80年代中期，SLS被在美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開(kāi)發(fā)出來(lái)并獲得專利，項(xiàng)目由DARPA贊助的。1979年，類似過(guò)程由RF Housholder得到專利，但沒(méi)有被商業(yè)化。
3d打印機(jī)
1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。
說(shuō)到3D打印，就不得不提3D打印機(jī)：
3D打印機(jī)又稱三維打印機(jī)，是一種累積制造技術(shù)，通過(guò)打印一層層的粘合材料來(lái)制造三維的物體。現(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來(lái)制造樣品。 2003年以來(lái)三維打印機(jī)的銷(xiāo)售逐漸擴(kuò)大，價(jià)格也開(kāi)始下降。
該技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計(jì)，建筑，工程和施工（AEC），汽車(chē)，航空航天，牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程，和許多其他領(lǐng)域。
最早的3D打印出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)的80年代，價(jià)格極其昂貴且所能打印的產(chǎn)品數(shù)量也少得可憐。
最早的3d打印機(jī)
工作步驟
3D打印機(jī)工作步驟是這樣的：使用CAD軟件來(lái)創(chuàng)建物品，如果你有現(xiàn)成的模型也可以，比如動(dòng)物模型、人物、或者微縮建筑等等。
然后通過(guò)SD卡或者USB優(yōu)盤(pán)把它拷貝到3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)，其工作結(jié)構(gòu)分解圖如下。
3D打印機(jī)的工作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的，打印原理是一樣的。3D打印機(jī)主要是在打印前在電腦上設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的三維立體模型，然后再進(jìn)行打印輸出。
3D打印與激光成型技術(shù)一樣，采用了分層加工、疊加成型來(lái)完成3D實(shí)體打印。每一層的打印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。
然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
應(yīng)用領(lǐng)域
3D打印機(jī)的應(yīng)用對(duì)象可以是任何行業(yè)，只要這些行業(yè)需要模型和原型。以色列的Objet公司認(rèn)為，3D打印機(jī)需求量較大的行業(yè)包括政府、航天和國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、高科技、教育業(yè)以及制造業(yè)。
醫(yī)療行業(yè)。一位83歲的老人由于患有慢性的骨頭感染，因此換上了由3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的下顎骨，這是世界上首位使用3D打印產(chǎn)品做人體骨骼的案例。
骨骼打印 據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在不久的將來(lái)外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場(chǎng)利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機(jī)已經(jīng)被制造出來(lái)了，而用于替代真實(shí)人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測(cè)試之中。
在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長(zhǎng)，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來(lái)數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥患者恢復(fù)健康。
3D打印技術(shù)迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體產(chǎn)品種類正迅速增加。為了打印骨骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺(tái)商業(yè)銷(xiāo)售的Prometal 3D打印機(jī)進(jìn)行測(cè)試。
這種3D打印機(jī)最初的設(shè)計(jì)目的是為了打印金屬件。它會(huì)逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲寬度的一半。
這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強(qiáng)其強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后可以暫時(shí)起到骨骼的支撐作用，并在此過(guò)程中幫助正常骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育并由此修復(fù)之前的損傷，隨后這種材料可以在人體內(nèi)自然溶解。
科學(xué)家們花費(fèi)4年時(shí)間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學(xué)，材料學(xué)，生物學(xué)和工藝科學(xué)的諸多學(xué)科。
科學(xué)研究。美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)化石進(jìn)行3D掃描，利用3D打印技術(shù)做出了適合研究的3D模型，不但保留了原化石所有的外在特征，同時(shí)還做了比例縮減，更適合研究。
產(chǎn)品原型。比如微軟的3D模型打印車(chē)間，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)之后，通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)模型，能夠讓設(shè)計(jì)制造部門(mén)更好的改良產(chǎn)品，打造出更出色的產(chǎn)品。
文物保護(hù)。博物館里常常會(huì)用很多復(fù)雜的替代品來(lái)保護(hù)原始作品不受環(huán)境或意外事件的傷害，同時(shí)復(fù)制品也能將藝術(shù)或文物的影響更多更遠(yuǎn)的人。
史密森尼博物館就因?yàn)樵嫉耐旭R斯·杰弗遜要放在弗吉尼亞州展覽，所以博物館用了一個(gè)巨大的3D打印替代品放在了原來(lái)雕塑的位置。
建筑設(shè)計(jì)。在建筑業(yè)里，工程師和設(shè)計(jì)師們已經(jīng)接受了用3D打印機(jī)打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環(huán)保，同時(shí)制作精美。完全合乎設(shè)計(jì)者的要求，同時(shí)又能節(jié)省大量材料。
制造業(yè)。制造業(yè)也需要很多3D打印產(chǎn)品，因?yàn)?D打印無(wú)論是在成本、速度和精確度上都要比傳統(tǒng)制造好很多。而3D打印技術(shù)本身非常適合大規(guī)模生產(chǎn)，所以制造業(yè)利用3D技術(shù)能帶來(lái)很多好處，甚至連質(zhì)量控制都不再是個(gè)問(wèn)題。
食品產(chǎn)業(yè)。沒(méi)錯(cuò)，就是“打印”食品。研究人員已經(jīng)開(kāi)始嘗試打印巧克力了。或許在不久的將來(lái)，很多看起來(lái)一模一樣的食品就是用食品3D打印機(jī)“打印”出來(lái)的。當(dāng)然，到那時(shí)可能人工制作的食品會(huì)貴很多倍。
汽車(chē)制造業(yè)。不是說(shuō)你的車(chē)是3D打印機(jī)打印出來(lái)的（當(dāng)然或許有一天這也有可能），而是說(shuō)汽車(chē)行業(yè)在進(jìn)行安全性測(cè)試等工作時(shí)，會(huì)將一些非關(guān)鍵部件用3D打印的產(chǎn)品替代，在追求效率的同時(shí)降低成本。
配件、飾品。這是最廣闊的一個(gè)市場(chǎng)。在未來(lái)不管是你的個(gè)性筆筒，還是有你半身浮雕的手機(jī)外殼，抑或是你和愛(ài)人擁有的世界上獨(dú)一無(wú)二的戒指，都有可能是通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)的。甚至不用等到未來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)。
發(fā)展前景
恩里科·迪尼稱，他已經(jīng)在和建筑大師諾曼·福斯特、阿爾塔空間公司等進(jìn)行討論，希望能設(shè)計(jì)出一種可以使用月球塵土的打印機(jī)，屆時(shí)在月球上就可以使用這種打印機(jī)快速的建造出人類的月球基地。
預(yù)計(jì)2050年實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)制造飛機(jī)
歐洲飛機(jī)制造公司Airbus的設(shè)計(jì)師透露3D打印飛機(jī)打造計(jì)劃，預(yù)計(jì)2050前達(dá)成。
據(jù)Forbes報(bào)導(dǎo)，此計(jì)劃將使用機(jī)庫(kù)般大小的3D打印機(jī)，制造飛機(jī)零件，Airbus的員工Bastian Schafer描述他的構(gòu)想：此架飛機(jī)80米長(zhǎng)，曲面機(jī)身由透明材質(zhì)制成，乘客就感覺(jué)彷佛翱翔在云端中。
Airbus提出的概念型飛機(jī)具自我清潔功能，在2011年時(shí)已完成內(nèi)建類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、抗氧化空氣，以及體熱采集設(shè)備，Schafer在過(guò)去兩年集合一群Airbus工業(yè)設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)，為了這概念而努力，他表示：「這個(gè)機(jī)會(huì)讓我們能做些不一樣的事」
