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2022/08/24
破解3D列印前世今生,掌握未來新商機
3D列印一直被誤以為是
新技術
,但其實它的歷史悠久、多元且有趣——當然,
3D列印
的技術仍不斷地進步。本文將介紹3D列印的技術起源、普及度和應用情況,以及它的未來遠景。
史上第一台
3D列印機
3D列印機起源於1981年,當時Hideo Kodama博士發明了第一台快速
模型
機,該機器使用一種通過紫外光聚合來逐層製造零件的樹脂,這無疑就是最早期的光固化技術了。到了1986年,第一個
立體光刻
(SLA)的專利由Chuck Hull申請,從此他被認為是「3D列印發明者」,Chunk不僅創造了SLA,還有3D列印最常見的檔案類型
.stl
,並致力把3D列印技術商業化。
1988年,德克薩斯大學的學生Carl Deckard獲得選擇性雷射燒結(SLS)技術的許可;1989年,Scott Crump取得
熱熔堆疊(FDM)
的專利(亦稱FFF,熔融線材製造),並創立了Stratasys公司——這是迄今仍具影響力的3D列印公司之一;同年,Chuck Hull的公司3D Systems Corporation發佈了SLA-1 3D列印機。
3D列印的早期發展(1990年代)
隨著多家3D列印公司成立,以及不停探索增材製造的新技術,
3D列印
在1990年代開始踏入超前的發展步伐,然而,第一台SLS列印機直到2006年才開始踏入商業用途。
RepRap項目
2005年被譽為
3D列印
技術最具里程碑意義的一年,這完全要歸功於Adrian Bowyer博士,因為由他創立的RepRap項目興起了開源計劃的先例。
RepRap最初的目標是重新思考增材製造的做法,把
FDM
或FFF技術視為一種可自我複製的低成本技術,一台名為RepRap的3D列印機由此問世,也從這刻起,RepRap幾乎成為所有低成本3D列印機的靈感來源。
RepRap 3D列印機本身就是「自我列印」出來的,也就是機身所有的塑料零件都是RepRap列印的,所以RepRap的用戶也能列印出另一台新的
3D列印機
(包括零件、工具和設計),這就是自我複製的意義。
開源打開了中期發展(2000年代)
開源意謂所有具備電腦的人都可使用3D列印技術,而RepRap項目的成功,也催促著3D列印機的商業化發展,加上很多在1980年代提交關於FDM的專利,在2006年已完全解鎖,被納入公共應用的技術領域,導致3D列印製造商的數量更多——最值得注意的例子是
Makerbot
,它成立於2009年,致力為專業、業餘用戶和製造商打開技術大門,正式把3D列印帶入主流市場。
Makerbot出售的開源DIY組件,使用戶能夠建構自己的3D列印機,尤其旗下的
Thingiverse
網站還提供數十萬個免費或付費的3D列印檔案任人下載,一躍成為最大的3D列印線上社群。
Ultimaker成立
2011年,Ultimaker從荷蘭的Protospace FabLab發展起來,最初只是幾個朋友間的嘗試項目。為了省卻大型
工業3D列印
的高成本和麻煩,他們試圖製造一台可列印出準確、實用零件的3D列印機,其靈感就是來自RepRap項目。
當第一台Ultimaker 3D列印機誕生後,他們發現需要持續的維護才能使Ultimaker正常操作,因此著手研究如何改良設計。時至今日,Ultimaker已從DIY組件發展成完整的系統,提供適合工業環境的硬體、軟體和材料。
當今3D列印行業
自興起商用3D列印機後,3D列印行業的格局發生了翻天覆地的變化,如今,無論是桌上型3D列印機,還是其他種類的3D列印機都被應用於航空航太、
建築
、
汽車
、醫療保健等行業上,達到無所不印的技術與應用榮景。
例如,國際太空站在2018年使用低重力3D列印機,成功在太空列印出第一個太空工具,快速生產維護太空站所需要的工具,而不是等工具從地球飛來太空。另外,3D列印技術還使Gerhard Schubert GmbH等組織改變運營方式,創造零件和工具的「數位倉庫」,使組織及其客戶都可按需列印,非常方便。
3D列印材料多元化
現今不少製造商研發出多元的3D列印材料,由
金屬
、碳纖維、玻璃纖維等材料製造出耐熱、耐化學、阻燃、防靜電的零件。2015年,瑞典公司Cellink推出「
生物墨水
」,這是一種利用
海藻
製作的材料,可列印生物組織及人體器官——這是3D列印公司相信他們可以徹底改變各個行業的眾多應用之一,完全顯示了3D列印在未來擁有巨大的潛力。
3D列印未來發展
一般消費者也能使用的3D列印機將會加速發展,無論是用來列印模型、工具還是零件,都有機會改變普通人獲得商品的方式,也就是實現「自己的東西自己印」的新模式,這樣的
去中心化
不僅防止供應鏈的問題,也降低運輸成本,並大幅節省採購商品的時間和金錢。
另外,隨著技術不停地進步,一些昂貴的技術如
3D列印金屬
,也會愈來愈便宜,有望達到「全民3D列印」的景況。
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雷射粉末燒結
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