深度研究报告 · 从立体光刻到增材制造革命
3D 打印技术（3D Printing），专业领域称为增材制造（Additive Manufacturing，AM）或快速成形技术，是一种以数字模型文件为基础，通过逐层添加材料的方式制造三维实体物体的颠覆性制造技术。1984 年，美国科学家查尔斯·赫尔（Charles Hull，又称 Chuck Hull）首次开发成功 3D 打印技术，被誉为"3D 打印之父"。1986 年，查尔斯·赫尔将其发明的技术命名为立体光刻技术（Stereolithography，SLA），并以此获得了 3D 打印领域的第一项专利。随后，他离开了原来工作的 Ultra Violet Products，成立了3D Systems 公司，专注发展 3D 打印技术。1987 年，3D Systems 发布了他们的第一款商业化产品SLA-1。1988 年，3D Systems 开始生产第一台面向公众的商用 3D 打印机SLA-250，体型非常庞大。同年，斯科特·克伦普（Scott Crump）发明了熔融沉积成型技术（Fused Deposition Modeling，FDM），并于1989 年成立了Stratasys 公司。1987 年，DTM 公司（现在为 BFGoodrich 公司的附属公司）开发了选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）技术，并且进行了商业化应用。1991 年，Helisys 公司售出了第一台分层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）系统。1992 年，Stratasys 公司售出了首批基于 FDM 的"三维建模"机器。同年，DTM 公司售出了第一台 SLS 系统。1993 年，麻省理工学院获得了"三维打印技术"的专利，该技术类似于二维打印机中使用的喷墨印刷技术。1995 年，麻省理工学院研发了粉末层和喷头 3D 打印（3DP）技术，Z 公司从麻省理工学院获得了独家使用"三维打印（3DP）技术"的授权。1996 年，3D Systems 公司推出"Actua 2100"快速成型机。同年 Stratasys 公司推出"Genisys"，Z 公司推出"Z402"，第一次使用了"3D 打印机"的称谓。2005 年，Z 公司推出"Spectrum Z510"，这是市场上第一台高精度彩色 3D 打印机。2006 年，RepRap 开放源码项目启动，其目的是开发一种能进行自我复制的 3D 打印机。2008 年，第一个版本的 RepRap 机推出，它可以打印约 50% 的该机的自身部件。2012 年，中国宣布掌握大型结构关键件激光成型 3D 打印技术。2013 年 11 月，美国德克萨斯州奥斯汀的 3D 打印公司"固体概念"（Solid Concepts）设计制造出 3D 打印金属手枪。3D 打印技术作为一项颠覆性的制造技术，正在改变着我们的生活和工作方式。它不仅可以用于快速原型制作，还可以实现批量生产和个性定制，广泛应用于医疗、航空航天、汽车制造、建筑、文化创意等领域。3D 打印技术正以其高效、灵活和个性化的特点，在各个领域发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步和应用的拓展，相信 3D 打印技术将会为我们带来更多的惊喜。
1984 年，查尔斯·赫尔发明 3D 打印技术，开启增材制造新纪元。
1987 年，第一款商业化产品 SLA-1 发布，1988 年 SLA-250 面向公众。
2006 年，RepRap 开源项目启动，推动桌面级 3D 打印机普及。
广泛应用于医疗、航空航天、汽车制造、建筑等领域。
3D 打印技术的发展经历了从概念提出到技术实现，从工业应用到民用普及的漫长过程。这一过程凝聚了多位发明家和企业的智慧与心血，彻底改变了人类社会的制造模式。
早期探索：
萌芽：多人独立提出，赫尔实现突破。
技术保护：
突破：1986 年获得专利，开启商业化。
产业发展：
应用：多家公司成立，技术商业化。
走进大众：
普及：开源项目推动，成本降低，应用广泛。
技术优势：
3D 打印技术具有以下核心特点：1. 增材制造：与传统减材制造不同，3D 打印通过逐层添加材料的方式制造物体，材料利用率高，减少浪费；2. 数字化生产：以电脑设计的三维模型为基础，通过软件切片将立体模型分割成许多层，便于 3D 打印机逐层打印；3. 材料多样：可采用塑料、金属粉末、液态树脂、陶瓷、粉末、砂等多种材料，以满足不同的应用需求；4. 复杂结构：可以制造传统工艺难以实现的复杂几何形状和内部结构；5. 个性化定制：可以实现批量生产和个性定制，满足个性化需求；6. 快速原型：可以快速制作原型模型和概念验证，缩短产品开发周期；7. 分布式制造：可以在任何地方进行生产，减少物流成本。3D 打印的原理与传统打印机基本相同，不同之处在于材料：传统打印机用墨水和纸张（平面），3D 打印则采用金属、塑料、陶瓷、粉末、砂等（立体）；技术上实现了从液体在平面上喷涂转变到板子上逐层累积叠加成为一个完整的整体。
特点：增材制造、数字化、材料多样、复杂结构、个性化。
3D 打印技术通过逐层添加材料的方式，将计算机模型转化为实体产品。不同的技术路线采用不同的材料和成形方式，但都遵循分层制造的基本原理。
光固化成型：
热熔挤出成型：
选择性激光烧结：
层压成型：
粉末层喷头打印：
投影光固化：
三步流程：
3D 打印的工艺流程主要包括三个步骤：第一步：三维建模，软件切片。使用 3D Max、Maya、Blender 等软件进行三维建模，然后通过切片软件把立体模型分割成许多层（截面），便于 3D 打印机打印。切片软件会生成 G 代码，指导打印机如何逐层打印。第二步：3D 打印机逐层打印。3D 打印机根据切片软件生成的指令，采用塑料、金属粉末、液态树脂等原料，在打印机中一层一层打印，叠加成一个立体实物。技术上实现了从液体在平面上喷涂转变到板子上逐层累积叠加成为一个完整的整体。第三步：后期处理。打印完成后，需要进行打磨、上色等后期处理。去掉模型上的支撑等多余不规则的部分，使成品更加精美。对于某些技术（如 SLS），还需要进行粉末清理和热处理等工序。整个流程实现了从数字模型到实体产品的转化，具有高效、灵活、个性化的特点。
流程：三维建模→切片→逐层打印→后期处理。
3D 打印技术的发明和发展是多位发明家和企业家共同努力的结果。从技术先驱到商业领袖，他们共同谱写了增材制造的壮丽篇章。
美国发明家、企业家。1984 年首次开发成功 3D 打印技术，1986 年获得立体光刻（SLA）专利，创立 3D Systems 公司。被誉为"3D 打印之父"，他的发明彻底改变了制造业。
美国发明家、企业家。1988 年发明熔融沉积成型（FDM）技术，1989 年创立 Stratasys 公司。FDM 技术是目前最常用的 3D 打印技术，推动了桌面级 3D 打印机的普及。
美国德克萨斯大学研究生。1986 年提出了选择性激光烧结（SLS）的思想，1987 年 DTM 公司开发了 SLS 技术并商业化应用。SLS 技术可以使用金属粉末打印复杂零件。
美国麻省理工学院教授。1989 年申请了 3DP（三维打印）技术的专利，该技术类似于二维打印机中使用的喷墨印刷技术。1995 年麻省理工学院研发了粉末层和喷头 3D 打印技术。
英国巴斯大学的 Adrian Bowyer 等人发起的开源项目。2006 年启动，目的是开发一种能进行自我复制的 3D 打印机。2008 年推出第一个版本，可打印约 50% 的自身部件，推动了桌面级 3D 打印机的普及。
包括美国 3M 公司的 Alan Hebert（1978 年）、日本的小玉秀男（1980 年）、美国 UVP 公司的 Charles Hull（1982 年）和日本的丸谷洋二（1983 年）。他们各自独立提出了 3D 打印的概念，为技术发展奠定了基础。
从概念提出到技术成熟，从工业应用到民用普及，3D 打印技术的发展历程伴随着一系列重要的历史事件。这些事件塑造了现代制造业的面貌。
美国 3M 公司的 Alan Hebert 提出 3D 打印概念。
查尔斯·赫尔研发了 3D 打印技术。
赫尔获得 SLA 专利，成立 3D Systems 公司。
发布第一款商业化产品 SLA-1。
生产第一台面向公众的商用 3D 打印机 SLA-250。
斯科特·克伦普发明 FDM 技术。
成立 Stratasys 公司，专注 FDM 技术。
Helisys 公司售出第一台 LOM 系统。
首批 FDM 和 SLS 系统售出。
麻省理工学院获得"三维打印技术"专利。
第一次使用"3D 打印机"的称谓。
第一台高精度彩色 3D 打印机 Spectrum Z510 问世。
RepRap 开放源码项目启动。
第一个 RepRap 机推出，可打印 50% 自身部件。
中国宣布掌握大型结构关键件激光成型 3D 打印技术。
3D 打印金属手枪问世，引发关注。
3D 打印技术广泛应用于医疗、航空、汽车等领域。
赫尔研发。
SLA 专利。
SLA-250。
克伦普发明。
首次使用。
RepRap 启动。
多领域应用。
3D 打印技术的发明对人类社会产生了深远影响。从制造业到医疗领域，从航空航天到日常生活，3D 打印技术的影响无处不在。它被誉为颠覆性的制造技术。
3D 打印技术可以打印患者特定的人体器官模型，帮助进行手术模拟和规划。还可以用于定制假肢和义肢、牙科植入物等，为残疾人提供更好的生活质量。
可以实现复杂零部件的制造，同时减少材料浪费和生产时间。可以打印轻量而坚固的航空部件，如引擎喷嘴和机翼结构，提高燃油效率和性能。
可以用于打印汽车零部件和模型，实现更加个性化和灵活的生产。减少了生产成本和周期，提高了汽车制造的效率和质量。
可以快速创建建筑模型，帮助客户更好地理解建筑设计。还可以用于打印建筑构件，如墙体、柱子等，实现更加灵活和环保的建筑施工。
可以用于制造复杂的零部件和模具，实现更高精度和更快速的生产。减少了生产成本，许多制造企业已引入 3D 打印技术提高生产效率和产品质量。
可以制造艺术品、装饰品和家具等，为艺术设计和文化创意产业带来新的可能性。实现了从设计到实体的快速转化，激发了创意灵感。