3D 打印的历史:行业发展解析

如今,3D 打印机无处不在。自二十世纪八十年代初以来,3D 打印已经发展成为一个价值数十亿美元的全球产业。

在 3D 打印之前,产品设计师和美工生活在一个二维世界中,他们在纸上创作设计。那时,如果需要 3D 模型,设计师必须通过组装零件或从空白实体进行雕刻来构建它。构建这些模型(也称为原型)既耗时,又费钱。二十世纪年代,CAD 软件应运而生,极大地改善了设计流程。设计师用计算机草图代替了繁琐的手绘图。这节省了成本和时间,但是他们仍然没有更简单的方法来制作模型。

打印机背后的智慧

如果不讨论支持打印机的软件,3D 打印的历史将是不完整的。在 3D 软件之前,设计师和工程师创作平面二维设计,而美工根据这些设计制作 3D 模型。该过程既困难又昂贵。随着 3D 计算机辅助设计 (CAD) 软件的发明,这一切都改变了。

设计师可以将他们的想法直接转换为三维模型。第一代 3D CAD 软件非常昂贵,并且需要高性能工作站。航空航天和汽车公司是早期 CAD 软件的主要用户。他们与软件公司合作改进了 3D CAD 技术。

3D CAD 软件使用几何形状的网格制作模型。设计师可以在计算机屏幕上查看和编辑模型。STL 文件将模型转换为 3D 打印机可以理解的语言。然后,Slicer 软件将 CAD 模型切成虚拟层以进行打印。

如今,3D CAD 软件的价格已经足够低,消费者可以在桌上型 3D 打印机中使用。不断发展的 3D 打印技术继续推动质量和价格的改进。

立体光刻

1982 年,设计工程师 Chuck Hall 试图解决一个制造问题。在《工业周刊》的一次采访中,他解释了问题:“我们的制造流程是,设计零件、制作零件蓝图并与将为塑料零件制作模具的制造商讨论,然后该模具会交给负责注塑第一个零件的模塑商。至少六个星期后,也许八个星期,你才会看到第一个零件。”

Hall 为其立体光刻 (SLA) 3D 打印机的设计申请了专利。他用紫外线将聚合物粘合成层。光线照射到一层聚合物上,等待硬化,然后再下移到下一层液态聚合物。每层硬化,直到形成形状。

选择性激光烧结

大学生 Carl Decker 获得了使用激光技术的 3D 打印方法专利。选择性激光烧结 (SLS) 使用激光将热塑性粉末粘合成形状。

熔融沉积成型 (FDM)

1988 年,S. Scott Crump 希望找到一种更简单的方法来为他的女儿制作玩具青蛙。他用热胶枪将塑料融化,然后倒入薄膜层中。他称这项发明为熔融沉积成型 (FDM) 技术。

他的机器将塑料细丝熔化并分层到平坦的表面上。随着塑料冷却而形成形状。之后,他使用数控 (NC) 软件来自动化该过程。获得专利后,Crump 和他的妻子 Lisa 创立了 Stratasys。现在,FDM® 已在许多 3D 打印机中使用。

3D 打印技术的应用

原型制作仍然是 3D 打印模型最常见的应用。设计师制作模型以可见形式查看设计。这使他们可以在设计过程中尽早进行修改和改进。然后将由复合材料和金属制成的 3D 打印零件用于最终产品。它们还用于工厂车间的模具和工具。

三十年来,几位杰出人士的梦想造就了一个蓬勃发展的新兴产业。现在,他们夜以继日辛勤工作的成果使数百万发明家、美工和工程师获益匪浅。