3D 打印的起源：发明和创新的详细时间表

3D 打印（也称为增材制造）的发展经过数十年的科学研究、技术创新、专利活动和商业化的影响。这些努力最终导致了一项技术的广泛采用，该技术能够生产具有强大机械性能和快速周转时间的低成本、高精度零件。虽然 3D 打印平台的核心目标保持一致，即高效生产高质量组件，但可用工艺和材料的范围仍在快速扩大。硬件、软件和材料科学方面的创新正在推动针对不同行业量身定制的更复杂、更专业的解决方案的开发。

本文将讨论什么是 3D 打印、其基本原理，以及持续创新如何将其转变为日益通用和复杂的制造解决方案。

3D打印的历史起源是什么？

3D 打印的起源可以追溯到 20 世纪 80 年代初，当时是材料和数字制造快速实验的时期。 1983 年，3D Systems 联合创始人 Chuck Hull 开发了立体光刻 (SLA) 并获得专利，这是第一个商业上可行的增材制造技术。 SLA 的工作原理是利用紫外 (UV) 光选择性地逐层固化光聚合物树脂，从而构建高精度的三维物体。

这一基础性创新标志着现代 3D 打印时代的开始，并为其他关键技术奠定了基础，包括选择性激光烧结 (SLS) 和熔融沉积建模 (FDM®)。这些互补方法扩大了可打印材料和应用的范围，最终使 3D 打印在航空航天、汽车、医疗保健和消费品等行业获得吸引力。 

3D打印什么时候开始？

3D 打印始于 20 世纪 80 年代初，当时 Chuck Hull 开发了第一台立体光刻 (SLA) 机器，称为 SLA-1（也称为 STL-1）。这一开创性的系统采用了光聚合技术，在该过程中，紫外 (UV) 光选择性地固化液态光聚合物树脂层，形成固体三维结构。 

Hull 于 1984 年为这项创新申请了专利，并于 1986 年正式获得授权。同年，他与他人共同创立了 3D Systems，开始将 SLA 技术商业化，标志着增材制造正式进入工业市场。这一突破不仅引入了快速成型的新方法，也为3D打印技术在多个领域的进一步发展奠定了基础。

3D 打印是如何开始的？

3D 打印的商业化始于 1988 年，当时 3D Systems 向市场发布了第一台立体光刻 (SLA) 机器。这项创新对产品开发产生了变革性影响，使设计师和工程师能够以前所未有的速度和几何复杂性创建物理原型。它开创了快速原型制作的新时代，使测试、迭代和完善设计变得更加容易。

不久之后，Stratasys 推出了熔融沉积建模 (FDM®)，它提供了一种更具成本效益的替代方案。尽管与 SLA 相比，FDM 生产的零件分辨率较低，但它使用的热塑性塑料的性能更接近最终用途材料，这使其对于功能原型设计和初步产品验证具有吸引力。

这些发展促进了早期服务局和内部原型实验室的兴起，通过缩短开发周期和实现更快的设计验证，彻底改变了设计工作流程。因此，3D 打印迅速成为工程、产品设计和制造战略中的重要工具。

SLA 3D 打印示意图。

第一台 3D 打印机何时推出？

3D 打印的采用是一个有机过程，最初发生了几年，保守的思维让位于更快速、可测试的过程，从而促进了探索。结合 3D CAD-CAM 系统的同时出现，产品设计变得更加灵活且艺术性更少。

1989 年推出的第一台 SLA 机器预示着一场革命，但这种变化进展缓慢，而且仍在进行中。

谁发明了第一台 3D 打印机？

第一台 3D 打印机由 Chuck Hull 发明，并于 1986 年获得专利。大约在同一时间，Scott Crump 于 1988 年开发了熔融沉积建模 (FDM®)，该技术在 SLA 后不久开始将 FDM 技术商业化。 SLA 和 FDM 这两项创新共同为现代 3D 打印生态系统奠定了基础。

20 世纪 80 年代 3D 打印历史上发生了哪些重大事件？

在 20 世纪 80 年代，以下重大事件塑造了 3D 打印的起源和早期历史：

1. 1983 年，Chuck Hull 首次提出了 SLA 概念，这是最早的 3D 打印技术，并于 1988 年由 3D Systems 实现商业化。
2. Carl Deckard 和 Joseph Beaman 于 1986 年在德克萨斯大学开发了选择性激光烧结 (SLS)，将增材制造的另一项基础技术带入了早期开发阶段。
3. Scott Crump 于 1989 年获得熔融沉积建模 (FDM®) 专利，为 Stratasys 基于 FDM® 的 3D 打印机的商业化奠定了基础。

这些里程碑标志着 3D 打印的诞生，并为其在随后几十年的持续快速发展奠定了基础。

20 世纪 90 年代 3D 打印历史上发生了哪些重大事件？

20 世纪 90 年代，以下关键事件促进了 3D 打印的加速发展：

1. 3D Systems 和 DTM Corporation 等公司将 SLA 和 SLS 技术商业化，导致许多高价值和高模具成本设计领域的采用率不断提高。
2. 从 Stratasys 的 FDM 技术开始，桌面 3D 打印机的推出使企业以及业余爱好者和爱好者更容易使用 3D 打印。
3. 在材料、印刷技术的进步、代理商竞争的加剧、用户成本的下降以及后处理方法的改进的推动下，应用扩展到所有行业。
4. 快速原型制作和快速模具应用的开发简化了产品开发周期和制造流程。

这些里程碑巩固了 3D 打印作为一项正在迅速成为变革性技术的地位，并得到了广泛且近乎普遍的行业应用。

2000 年代 3D 打印历史上发生了哪些重大事件？

2000 年代，以下重大发展和技术事件推动了 3D 打印的进步：

1. 新型 3D 打印技术（包括直接金属激光烧结 (DMLS) 和电子束熔化 (EBM)）的发展，使得能够生产具有复杂几何形状的全密度成品尺寸金属零件。
2. MakerBot、Ultimaker 和 Prusa Research 等公司推出的低成本桌面 3D 打印机让个人和小型企业都能轻松接触到 3D 打印技术。
3. 通过将 3D 打印用于医疗植入物、假肢、早期生物打印和针对患者的手术导板，将应用扩展到医疗保健领域。
4. 材料的不断完善和扩展，以及打印工艺和软件的日益多样化，增强了 3D 打印技术的能力和精度。

这一时期的发展最显着的影响是增材制造的神秘化，以及人们越来越多地接受这样一种理念：更高水平的工艺有潜力制造中小规模的成品。

2010 年代 3D 打印历史上发生了哪些重大事件？

2010 年代，发展步伐进一步加快，在日益多样化的功能中塑造了多种轨迹，这些功能共同代表了 3D 打印。其中一些是：

1. 在此期间，生物打印技术的进步使得胶原蛋白框架的打印能够填充活组织的生长。随着技术的发展，此时开始增加用于医学研究和潜在移植的活细胞打印实验。
2. 用于制造最终用途零件（例如飞机/火箭燃烧室零件和汽车原型、修复零件）的 3D 打印在航空航天和汽车行业的发展，甚至探索“大规模”生产。
3. 随着通过水泥型浆料液体挤出来制造建筑结构的大规模增材制造技术的发展，3D 打印渗透到建筑领域。
4. 推出金属 3D 打印系统，能够为航空航天、汽车和医疗应用生产高分辨率、全密度金属零件。开发了两种基本方法 - 打印后烧结的聚合物粘合零件，以及直接应用局部熔化以获得最终的机外成品组件。
5. 在教育、创客空间和 DIY 社区中采用 3D 打印可以促进创新和创造力。

2020 年代 3D 打印历史上发生了哪些重大事件？

2020 年代 3D 打印领域的重大事件包括：

1. 3D 打印在生产个人防护装备 (PPE)、呼吸机实验和鼻咽拭子方面发挥了广为人知的作用。其中大部分是宣传驱动的，不适合实际使用，但对该行业的形象影响是深远的。
2. 更加关注环保材料和工艺以及回收和循环经济举措。这包括增加 FFF/FDM 中回收和生物来源长丝的使用，增加水溶性和生物惰性支撑材料的使用，以及努力减少各种工艺中的废物和毒性。
3. 美国宇航局、美国军方和私营公司开始利用增材制造来制作航天器和栖息地的原型和组件。
4. 在打印用于医疗应用和再生医学的复杂组织和器官方面不断取得进展，尽管这总体上仍处于试验阶段。
5. 原子级增材制造工艺的研究尚处于早期阶段，规模虽小，但发展迅速。
6. 各行业越来越多地使用 3D 打印进行大规模定制、备件生产和模具制造。

现有技术的新商业执行、全新工艺以及材料向“真实”而非原型性能和最终用途零件特性的多样化的发布步伐仍在加快。

食品行业的 3D 打印何时开始？

2010 年代初，食品行业的 3D 打印实验开始获得动力。虽然 3D 打印食品的概念已经被探索了好几年，但显着的发展始于 2011 年至 2012 年左右，当时研究人员和厨师开始尝试使用经过改造的 3D 打印机来挤出食品材料。其基本概念仅在自动化方面与复杂的 3D 手工蛋糕和糖果装饰不同，后者已经有很长的历史了。

总部位于巴塞罗那的 Natural Machines 是食品增材制造的早期先驱之一，该公司于 2014 年推出了福迪尼 3D 食品打印机。随后，各家公司、研究机构和烹饪专业人士一直在探索 3D 打印技术的潜力，以创造定制的、视觉上吸引人的食品，从糖果和巧克力到面食、肉类替代品，甚至全餐。

要了解更多信息，请参阅我们有关食品 3D 打印的完整指南。

假肢 3D 打印何时开始？

2010 年代初期到中期，假肢 3D 打印开始获得超出概念和可视化水平的关注。在此之前，这一概念已在研究环境中进行过探索，但几乎没有取得长期的功能成果。

其中一个重大的早期进展发生在 2011 年，当时南非木匠 Richard Van As 与美国道具制造商 Ivan Owen 合作，为一个名叫 Liam 的小男孩制作了一只 3D 打印的假手。他们的设计被称为“Robohand”，是开源的并在网上广泛分享，激发了人们对使用 3D 打印技术来创建价格实惠且可定制的假肢设备的兴趣。此后，3D打印因其能够生产个性化、轻量化且经济高效的假肢和部件而越来越多地应用于假肢领域。材料的改进、功能的更广泛分布以及对该方法含义的更深入理解正在推动这一领域的不断创新。

要了解更多信息，请参阅我们关于假肢 3D 打印的完整指南。

3D生物打印何时开始？

3D 生物打印是利用活细胞创建三维生物结构的过程，在 2000 年代初作为一个研究领域出现。 3D 生物打印最早的演示之一发生在 2003 年，当时克莱姆森大学的研究员 Thomas Boland 开发了一种使用基于喷墨的生物打印机将活细胞打印到生物相容性支架上的技术。这标志着生物3D打印技术发展的一个重要里程碑。 

随后材料科学、生物工程和增材制造技术的进步促进了更复杂的 3D 生物打印系统的开发，能够打印复杂的组织和器官样结构。如今，3D 生物打印在组织工程、再生医学、药物发现和个性化医疗等领域的应用前景广阔。

3D打印的现状如何？

3D 打印已从原型设计工具发展成为涵盖广泛方法和材料的成熟工业级制造技术。增材制造现在支持各种规模的应用——从生物医学工程中的微型部件到大型建筑和航空航天结构。其业务范围延伸至汽车、航空航天、国防、消费品、医疗保健、能源，甚至食品和生物打印等行业。

如今，3D 打印涵盖了多元化的专业技术生态系统，包括聚合物挤出、树脂光聚合、粉末床融合、粘合剂喷射和材料喷射。这些方法经过专门设计，可根据应用优化速度、材料特性、分辨率和成本效益。该领域不断多元化和扩展，增材工艺已集成到大批量零件和高度定制组件的生产线中。材料科学、软件、流程自动化和混合制造领域的创新正在加速这一转变，推动 3D 打印在全球数字制造战略中发挥核心作用。

随着核心技术的进步，增材制造正在超越其原型制造的根源，成为增强供应链弹性、促进轻量化、按需生产和促进可持续制造的战略资产。

当今 3D 打印有哪些重大发展？

几项重大的近期和前瞻性发展正在塑造下一时期的 3D 打印格局。示例包括：

1. 研究人员在 3D 生物打印方面取得了重大进展，在再生医学、药物测试和个性化医疗保健领域打印复杂组织和器官样结构方面取得了进展。这些都为人造替代器官的普及提供了可能。
2. 建筑、航空航天和汽车行业对大幅面 3D 打印的投资不断增加。新颖的技术和材料——包括用于外星建筑的聚合物结合风化层——正在使建筑部件、机身部分和车辆结构部件的打印成为可能。这支持了使用月球土壤进行月球建设等应用的原位资源利用 (ISRU) 概念。
3. 3D 打印行业注重可持续发展，努力开发更环保的材料、减少浪费并实施回收计划。公司正在探索（或已经营销）生物来源、可生物降解和可回收的材料，以尽量减少对环境的影响。
4. 3D 打印正在成为数字制造生态系统的核心组成部分，可实现大规模定制、按需生产和分布式制造。自动化、实时过程监控、数字设计软件和人工智能驱动的优化方面的进步正在提高吞吐量、降低成本，并将增材制造嵌入工业 4.0 环境中。 
5. 增材制造正在改变个性化医疗，从患者特定的植入物和假肢到生物相容性手术导板和解剖模型。医用级材料和生物制造技术的进步正在推动手术结果、患者康复和医疗保健效率的改善。 

这些发展反映了 3D 打印技术在各种技术和方法上的持续发展和多样化，对所有市场领域产生了重大影响。随着核心技术的不断进步和多样化，3D 打印有望释放新的可能性，重塑制造业及其他领域的未来。

3D打印技术的发展发生在20世纪下半叶吗？

增材制造的梦想比技术更古老，但将数字文件转换为真实的物理打印零件的现实直到 20 世纪最后几年才暂时实现。

关于 3D 打印我还应该了解哪些其他事项？

迄今为止，3D 打印技术范围之广且不断扩展令人震惊。人工智能和机器学习算法正在集成到 3D 打印流程中，以优化设计、提高打印速度并增强材料性能。

研究人员正在研究利用来自患者的活细胞生物打印复杂的人体组织和器官的能力。这有可能彻底改变再生医学和器官替代。 3D 打印可以定制医疗设备，例如植入物、假肢和手术工具，以匹配个体患者的解剖结构。这减少了手术时间，改善了治疗效果，并缩短了恢复时间。

将 3D 打印与纳米技术相结合，能够在纳米尺度上创建复杂的结构，从而推动材料科学、电子学和药物输送系统的进步。这正在接近原子尺度的构建，处于研究的前沿。

此外，3D 打印技术正在适应在太空中的应用。这使得能够在长期太空任务期间按需制造工具、备件，甚至栖息地。多材料 3D 打印的进步可以同时沉积多种材料。这使得能够创建具有由多功能部件构建的可定制属性的复杂结构。

要了解更多信息，请参阅我们有关 3D 打印机工作原理的完整指南。

摘要

本文介绍了 3D 打印的历史，解释了它的工作原理，并重点介绍了随时间推移的关键发展。 3D 打印已发展成为众多行业中使用的重要技术，为设计和制造产品提供创新方法。

Xometry 提供广泛的制造能力，包括 3D 打印和其他增值服务，满足您的所有原型设计和生产需求。请访问我们的网站了解更多信息或索取免费、无义务的 3D 打印报价。

版权和商标声明

1. FDM® 是 Stratasys Inc. 的注册商标。

免责声明

此网页上显示的内容仅供参考。 Xometry 对信息的准确性、完整性或有效性不作任何明示或暗示的陈述或保证。任何性能参数、几何公差、特定设计特征、材料或工艺的质量和类型均不应被推断为代表第三方供应商或制造商将通过 Xometry 网络交付的产品。寻求零件报价的买家负责确定这些零件的具体要求。请参阅我们的条款和条件以获取更多信息。

迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

阅读 Dean McClements 的更多文章