3D打印技术的发展和应用

在20世纪80年代，随着世界科技的不断进步与材料技术的飞速发展，3D打印技术逐步走进了人们的视野。近年来更是成为全球关注、有革命性意义的印刷制造技术。1986年，美国人Charles Hull研究开发出世界上第一台3D打印机，但是并没有市场化。到了21世纪，3D打印技术获得了飞速发展，2005年世界首台彩色3D打印机问世；2011年世界上首架3D打印的飞机模型被南安普顿大学研究人员开发出来。据报道，2012年3D打印机以及其应用市场达到了22亿美元，比2011年增长了29%，显现出了一种飞速发展的趋势，英国《经济学人》杂志甚至认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”，可见其引起社会各行业的高度关注。

3D打印技术是以计算机3D设计模型为基础，创造性地采用离散堆积的成型原理，通过特定的软件对模型进行分层切片，切成上千万个薄层，然后将这些薄层的数字化文件输出到打印机，3D打印机逐层打印出来，直到将整个形状叠加成型。

3D打印技术又被称为快速成型、快速模型、直接制造技术，主要反映这项技术“快速实现”的特征。这项技术出现的几十年间，国内一直以这样的特点来给其命名。现在，国内将这项技术称为“3D打印”，它形象化地强调了立体结构，便于一般人理解并容易引起更多人的关注。也有人将其称为自由成型技术，这主要强调了它可以成型任意复杂形状的3D实体物件。在美国，3D打印技术被称为“增材制造”，这是从成型学的角度来命名这一技术的，事实上它是增材制造（Additive Manufacturing）技术中的一种，现在普遍被用来描述增材制造行业。(www.xing528.com)

3D打印技术的基本原理其实很简单，它是以模型文件为基础，运用光敏树脂或聚乳酸等材料，通过层层打印的方式来制造物件的技术。一个完整的3D打印过程，首先是通过计算机辅助设计（Computer Aided Design， CAD）或其他计算机软件辅助建模，然后将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据，生成打印机可识别的文件格式（通常为STL格式文件），并将这些信息传送到3D打印机上，3D打印机会根据切片数据文件的描述来控制机器将这些二维切片堆积起来，直到一个固态物体成型。在1988年3D Systems公司发明了一个可以进行信息交换的文件格式，即为STL文件格式。STL文件是由一个乃至多个三角面片（Triangular Facet）的定义形成，三角面片的定义包括三角形每个顶点的三维坐标以及三角形面片的法量和矢量。STL文件格式简单，只需要描述三维物体的几何信息，并不含有颜色材质等信息，是计算机图形学处理、数字几何处理、数字几何工业应用和3D打印机支持的最常见文件格式。