據(jù)稱“3D打印”被譽為自20世紀90年代興起互聯(lián)網以來最熱門的技術，甚至將其稱為是第三次工業(yè)革命，可以做到無所不能的打印技術。但是3D打印技術到底是什么，現(xiàn)在的發(fā)展情況怎樣，這是我迫切想了解的。因此，我?guī)е鴺O大的熱忱查閱了國內外的有關資料，經過學習、總結，使我對3D打印有了初步的認識，從中領會了3D打印的點滴技術要點。

什么是3D打??？

3D打印雖然火熱，但仍處于初始階段，多數(shù)人對此還是比較陌生的。但實際上“3D”早已走進尋常百姓的生活中。例如，當我們走進電影院看立體電影時，服務員一定會送上一副眼鏡，要求你在看電影時戴上，這樣我們看到的電影就是一系列立體的場景，即3D圖像，其原理如圖1所示。

圖1 最簡單的透鏡類型的3D畫面

圖1顯示的是典型的透鏡類型的3D畫面，左視覺觀察的壓縮圖像用L1表示，右視覺觀察的壓縮圖像用R1表示，當壓縮圖像對準圖像薄片頂部的微透鏡時，微透鏡將其分為左視圖和右視圖。觀看者的左眼只能看到左視圖，右眼只能看到右視圖。所以同時從兩個不同的角度觀看時，左視圖和右視圖就成了一個立體場景的圖像，即三維圖像。
如果將我們所看到的3D圖像進行反向思考，則可以想像到立體圖像實際是二維圖像的疊層，這樣就不難理解3D打印了。
所謂3D（三維）打印，是使用疊層制造技術來制造產品。在計算機的控制下，一旦打印機接收到用幾何表示的產品時，將其數(shù)據(jù)分成許多橫截面的2D（二維）層，然后使用安裝的材料進行逐層構建，每層的接合處理可采用熔化和沉積等技術實現(xiàn)。當每層處理結束后，可以取出產品，它可以是一個最終產品或產品的零件，并能立即使用。
3D打印是以材料而定的制造技術，因為每層要添加材料，才能形成三維物體。因此，3D打印被認為是一個添加的過程，因為所構建的物體是從零開始的；而傳說的制造技術，所使用的材料要被切割、鉆孔、銑削或加工等，因此可看成是個消減的過程。
3D打印機采用了各種技術和材料，不僅具有傳統(tǒng)打印機打印數(shù)字文件的功能，還能打印3D物體，進行無所不能的打印。圖2為3D Systems公司的3D Touch品牌的家用和辦公用的打印機，是基于疊層制造技術（Additive Layer Manufacturing——ALM)的3D打印機。

圖2 3D Touch的3D打印機

3D打印技術的發(fā)展簡況

3D打印技術的發(fā)展可分為以下幾個階段。
1.1986年：發(fā)明“立體光刻”技術
1984年查爾斯赫爾（Charles Hull）研發(fā)了3D打印技術，被稱為“立體光刻”（Stereolithography——SLA）技術，也稱為光固化技術或立體平版印刷。該方法使用激光加熱和合并樹脂層而共同創(chuàng)造一個三維物體。1986年，他取得專利并形成了3D系統(tǒng)，同時開發(fā)出“立體光刻設備”，被認為是有史以來第一臺3D打印機，但還沒有出現(xiàn)“3D打印機”術語。這臺機器是一個原型機，并沒有人制造，但是選定了多家公司對該機進行了測試。根據(jù)測試反饋的意見，1988年對原型機進行了改進，稱為SLA-2502的立體光刻設備向公眾出售。
2.1987年：發(fā)明了選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering——SLS）技術
1987年，DTM公司（現(xiàn)在的BF Goodrich公司的附屬公司）開發(fā)了選擇性激光燒結（SLS）技術，并且進行了商業(yè)應用。其工藝是采用激光熔化粉末狀物質來創(chuàng)建一個實物。1992年生產出可以使用的第一臺機器。
選擇性激光燒結技術通?？梢杂脕碇谱鹘Y構功能件，激光束選擇性地熔合所用材料，無須輾壓步驟，工藝簡單。圖3為選擇性激光燒結技術的一個實例，它有兩個粉末倉，位于平臺的兩邊，水平輥將粉末從一個粉倉穿過工作區(qū)推到另一個粉倉，之后激光束逐步描繪整個層，工作臺下降一個層高的厚度，水平輥以相反方向移動，如此往復直到整個零件燒結完畢。

圖3 選擇性激光燒結技術實例示意圖

3.1988～1992年：發(fā)明熔融沉積造型（Fised Deposition Modeling—— FDM）技術
1988年斯科特克倫（Scott Crump）提出了熔融沉積成型（FDM）的想法，該技術采用噴嘴和熱熔膠槍的方法來創(chuàng)建三維物體，一年后成立了Stratasys公司，使三維的想像力具有了商業(yè)上的可行性，1992年他們的第一臺FDM機被投放市場。
4.1993～1996年：發(fā)明“三維打印”（3DP）技術
1993年，美國麻省理工學院采用一種新的方法，即三維打?。?PD）技術，并獲得了專利。后來，美國麻省理工學院將所獲得的專利授權給Z公司（現(xiàn)在的3D Systems公司的一部分）。1996年Z公司開發(fā)出Z402打印機。Z402打印機與標準的噴墨打印機類似，但是它是3D打印機。
5.1996～2008年：“3D打印”和自我復制的3D打印機
1996年有更多的3D打印機（有些是新型號的，有些是改進型的）投放市場，這時“3D打印”的術語開始被快速原型制造業(yè)所采用。
雖然在2000年左右推出一些更便宜的機型，但3D打印系統(tǒng)仍然是昂貴的，直到2006年推出RepRap之前，通常只用于工業(yè)用途。2008年開始RepRap銷售，并能打印它自己部分的50％，這意味著RepRap是世界上第一個自我復制的3D打印機。RepRap也是一個開放的源代碼項目，這意味著所有的設計的東西都可以在免費軟件許可證的情況下發(fā)布。
6.2008年至今：Makerbot和在線社區(qū)
2008年以后，3D打印有了較大的發(fā)展，特別是2011年3D打印出現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢頭，3D打印技術從原型設計工具到制造工具有了很大突破。2012年MakerBot投放市場，它是一個開放源代碼項目，并沿用RepRap三維打印的經驗，價格合理，可用于普通家庭中。
3D打印可使用各種材料以及多種打印技術。根據(jù)所使用的材料、所需多少種顏色、分辨率及價格等因素，至少有5種3D打印方法可以選擇。
（1）熔融沉積成型技術
熔融沉積成型（FDM）技術是3D打印中最常用的技術，這種技術所采用的原料是一卷塑料或金屬絲，將原料熔化并通過打印機的噴嘴，逐層構建3D模型。對于商業(yè)印刷而言，如使用MakerBot打印機，F(xiàn)DM通常使用塑料絲，因此FDM通常被稱為“熱塑性沉積”。
（2）噴墨打印技術
噴墨打印采用特殊油墨（樹脂和黏合劑），使用非常類似于家用或辦公用的噴墨打印設備去建立一個3D模型。樹脂和黏合劑添加到被創(chuàng)建物體的每一層，直至所有層被添加完。噴墨打印是3D打印技術中唯一可以自定義顏色的打印技術。
（3）選擇性激光燒結技術
燒結是從粉末變成固態(tài)物體的過程，選擇性激光燒結（SLS）的粉末可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃。SLS使用一個脈沖激光在所需的橫截面上“繪制”，該技術的關鍵是需要有一個相當強大的激光裝置。
（4）數(shù)字光處理技術
3D打印采用的數(shù)字光處理（Digital Light Procession——DLP）技術與DLP投影機的技術相同，DLP制造與立體光刻（SLA）類似，但是能得到很高的精度，價格也貴很多。
（5）其他類型
還有幾種沒有被廣泛使用的3D打印技術，但是可能未來會用到。例如，與DLP方法類似的是使用發(fā)光二極管（Light  Emitting Diode——LED）固化樹脂，用雙光子的光聚合實現(xiàn)超小型的3D打印的功能，在分層實體制造中，將使用的紙張或卡片粘在一起，然后用激光切割。

3D打印技術的使用現(xiàn)狀

3D打印技術雖然有20多年的歷史，但發(fā)展并不快。20世紀90年代主要在美國和以色列得到應用，主要用于制作印刷電路板。3D打印機的用途很廣，可以制造飛機零件、人造骨骼、復雜的以及納米級的機器等，稱為無所不能的打印技術，但目前全球市場的規(guī)模并不大，約為30億美元左右。自2010年以來開始出現(xiàn)3D打印熱潮，2011年世界上第一臺打印的汽車誕生，許多自行車、飛機也開始被打印出來，3D打印使用的材料多種多樣，目前已經達到100多種，仍在開發(fā)更多種材料。
目前世界上掌握3D打印技術的國家也不多，只有美國、以色列、德國等少數(shù)發(fā)達國家，我國也已全面掌握了3D打印技術。
我國3D打印技術雖然市場規(guī)模不大，只有3億元人民幣左右，但已在鑲牙、航天、衛(wèi)星定位、軍事等領域得到了應用，雖然在材料和軟件方面與發(fā)達國家還有一定差距，但我國的3D打印技術將會快速發(fā)展。為了加快3D打印技術的產業(yè)化，促進3D打印技術與傳統(tǒng)制造技術的有機結合，2012年10月，由亞洲制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合了華中科技大學、北京航空航天大學、清華大學等權威科研機構以及3D打印領先企業(yè)成立了“3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟”，這標志著我國3D打印技術開始進入快速發(fā)展的新階段。
有專家預測，2013年3D打印技術將成為全球最熱門的技術，以致在全球掀起使用3D打印技術的熱潮。讓我們以極大的熱情，迎接3D打印技術的騰飛吧。