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尋根問底 到底是誰真正發明了3D打???

發布者:匿名 2018-10-20 瀏覽量:2601

      人類的制造能力經過三次飛躍,在6000年前發明熱加工,進入了金屬時代,200年前發明了冷加工,能夠制造復雜的機械,30年前發明了增材制造(3D打?。?,才出現了自由設計”。3D打印是一類全新的制造技術,它是一種通過數字化增加材料來進行制造,對應傳統的機械加工的減材制造和熱加工工藝的等材制造。


熱加工制造技術


減材機加工制造技術


增材制造技術

       如果你在搜索引擎里搜索“3D打印之父”,大部分答案指向3D System的創始人,然而有這個稱號的并非只有他一人。

       那么到底是誰第一個發明了3D打印呢?誰才是真正的3D打印之父呢?

3D System創始人Charles Hull

       由于美國兩大3D打印機公司Stratasys和3D System的成功,關于這兩個公司創始人的故事和相關信息也是最多,所以公認為3D打印技術誕生的標志性事件是1988年,美國3D System推出世界上第一臺采用立體光刻(SLA)技術的商用快速成型機。

       1984年8月,以Chuck Hull為發明人,UVP公司申請了世界上第一件SLA專利。

Charles Hull發明的SLA技術原理圖

1988年Chuck Hull發明的第一臺光固化3D打印機SLA-250

        1986年3月11日,Chuck Hull獲得專利授權,專利號為US4575330A。他在題為“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”的專利里面發明了術語“stereolithography”,簡稱SLA,也就是后來的立體光固化技術——即利用紫外線催化光敏樹脂,層層堆疊然后成型。

       到此為止,我們所聊的3D打印還是一個相對廣義和籠統的概念,除了3D System創始人Charles Hull申請的SLA技術專利,至今這項技術仍然是主流3D打印技術之一。

       另外一類技術熔融層積也就是FDM技術,于1989年由Stratasys創始人ScottCrump申請獲得專利,該技術在3D打印技術中普及率最高,甚至一度成為3D打印的代名詞。

       3D打印技術的誕生并非一蹴而就,和其它革命性的技術一樣,也經過相當長的孕育期,這個時間大概是從1892年-1988年,1892年J.E.Blanther申請了關于分層制造法制造地形圖的美國專利(專利號473901),這一專利標志著分層制造的開端,其后近百年的時間內,關于分層制造的專利數增加到幾百個,為3D打印技術的商業應用做了大量的準備。

3D打印之父Bill Master比爾.馬斯特斯

       然而在Charles Hull之前,還有一位發明家Bill Master比爾.馬斯特斯,被譽為現代皮劃艇之父,同時他才是真正的3D打印之父,在1984年7月2日獲得了第一個3D打印專利US4665492A,專利名稱是“計算機自動制造過程和系統”,這份文件在USPTO備案,是歷史上第一項3D打印專利;這是屬于Masters的三項專利中的第一項,為今天使用的3D打印系統奠定了基礎。

Bill Master比爾.馬斯特斯的3D打印概念圖

該專利摘要如下:

      “ 本發明公開的是一種計算機自動制造過程和系統,包括由計算機輔助設計和接收坐標信息文件的機器控制器組成的計算機系統。利用計算機輔助設計編制三維坐標信息的數據文件。坐標信息被輸入到控制伺服和極坐標系統的機器控制器,伺服電機進一步控制工作頭和工作頭的位置,以便注入材料顆粒以到達坐標系中的預定坐標點以形成固態物體。起始點固定在坐標系的原點,圍繞起始點建立原型。這是一個用于在三維物體坐標西卡中定位材料的坐標系和裝置,以便在多個坐標系和受控環境中建立物體“。

3D打印之父的網站與介紹

       從專利的申請時間來看,Bill Master比爾.馬斯特斯要比3D System創始人申請的SLA專利早那么一個月,后來比爾.馬斯特斯成立一家公司來實現他的構想,從感知系統改名為彈道粒子制造(BPM),從南卡羅萊納州的PalmettoseedCapital獲得了風險投資,還有16名建模師為客戶提供服務,這可能是最早的3D打印建模師了。


比爾·馬斯特斯的第一個3D打印模型

       目前來看,所有的3D打印都采用逐層制造和切片算法來實現分層,Bill Master比爾.馬斯特斯在80年代研究他的新制造工藝。根據比爾的回憶,一天晚上,他想到了3D打印的想法,“在佐治亞州東北部的Chattooga河上露營。我躺在河岸上仰望星星,我意識到你可以拿一顆星星,讓它成為你的種子點。你可以從任何方向添加星星,直到你得到你想要的形狀”。

比爾·馬斯特斯早期的3D打印測試機

比爾.馬斯特斯的其它3D打印專利

      不過好景不長,比爾.馬斯特斯的公司在1997年倒閉,老板轉行到皮劃艇行業。

      所以,從80年代開始,3D打印技術大部分都是由初創公司在進行推進,導致早期的技術應用走的并不順利,直到最近幾年才又被資本熱炒,然而行業的發展仍處于初期階段。

       FDM、SLA兩大技術成為普及和應用最廣的兩類增材制造技術,針對這兩種技術的特殊材料成為應用的關鍵,無人能抵擋歷史前進的車輪,比爾.馬斯特斯的BPM技術最終成為歷史。第一個吃螃蟹的人被拍死在沙灘上,略帶悲情色彩。

FDM+MIM金屬注塑工藝制造的金屬零件

       最近幾年,金屬3D打印由于能夠加工金屬零件,行業內也出現了幾種不同的金屬增材制造技術路線:激光燒結金屬粉末、電子束燒結、FDM結合MIM金屬注塑工藝、鋪粉噴射技術結合金屬注塑工藝等等。該領域中,有三大代表企業,分別是德國的EOS和通快,前者專注激光燒結金屬粉末,后者是金屬機加工領域的制造業巨頭,還有GE先后收購的Concept Laser以及Arcram,目前在GE航空的金屬零件的規?;瘧梅矫娉蔀榈湫?。

      然而在金屬零件3D打印領域,后來者Desktop Metal和Markforged、惠普正在快速推進市場和應用開拓,有望在金屬3D打印領域走出另一條不同于激光技術的技術路線。

      本文要和大家分享的是,3D打印技術經過如此長時間的發展,在資本和科技的推動下,形成了一個越來越豐富的技術路線,目前看是7大類技術,每一大類技術下又細分出不同應用和特性的技術,對應不同的材料和客戶需求,新技術爆發的速度之快,讓我們目不暇接,所以3D打印無論如何發展到何時,將會是一場超級技術的革命,集結了過去人類科技發展史的所有積累,而且仍然在不斷創新。

參考資料:谷歌專利、BillMaster3d.com


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