3D 打印,也称增材制造,指使用含黏合剂的材料(粉末或者液体),依据电子数据通过有序堆积构建特定三维结构的工艺。
3D 打印的前身是快速原型制造,在 20 世纪 80 年代已经应用于工业设计和生产过程。现在通用的各种 3D 打印技术,就是在当时的基础上开发出来的。1981 年,名古屋工业研究所的小玉秀男发明了两种增材制造的方法,分别使用掩模图形或者扫描光纤发射器来控制紫外线曝光区,从而使得光硬化聚合物可以成型为三维塑料模型。1984 年,3D 系统公司的查克·赫尔制作出了一个立体光刻的原型系统,该系统通过紫外光固化光敏树脂来逐层堆积制备三维模型。然而“3D 打印”这名字来得相对较晚,直到 1995 年,麻省理工学院的两名毕业生吉姆·布雷特和蒂姆·安德森才第一次提出了 3D 打印的概念。他们之所以要将这个技术命名为 3D 打印,除了其样机的概念就像是打印文件一样制造产品,同时也是期望这项技术最终能像打印机一样走进千家万户。
3D 打印技术虽然有很多种,但思路都是一样的。举个大家容易看懂的例子:传统建造技术盖房,就是把钢筋水泥混合起来,千篇一律。而 3D 打印技术的成熟可以带给你一栋与众不同的房子,把单个零件的设计文件输入到 3D 打印机中,自己想要什么样子,就可以打印出什么样子的零件。然后将零件组合起来,最多需要三个星期,一栋与众不同的房子就造好了。不仅省时省力,而且完全不用担心和别人家“撞房”,因为这是你自己设计的房子。3D 打印就是将要生产的产品分割成一个个小部分,分别制造出来然后堆积在一起。只不过这些分割出来的部件都非常小,而且随着技术的进步,制造精度将不断提高,分割的部件还会越来越小。我们可以把3D 打印机看作是严格遵守说明书进行操作组装的工人,而那些小部件就是 3D 打印的“墨水”。条条大路通罗马,虽然原理都是一样的,但实现的方式却非常多,简单来说可以分为选择性激光烧结法、熔融沉积制造法、光固化成型法和分层实体制造法。
与传统批量生产的产品相比,3D 打印的产品可以与特定用户高度匹配,3D 打印可以潜在地颠覆现有的传统生产和物流方式,但到目前为止,它仍然是一个新生的技术,现在主要应用于汽车制造、航空航天和医药领域。随着技术的发展,这些新技术有望更为广泛地应用于大众化的产品中。