3D打印史：从1980-2020年
PM瘾君子2020-05-17 00:40
Part 1:1980年– 1995年:3D打印的开始和早期创新
谁发明了3D打印？
1981年5月，名古屋市工业研究所的Hideo Kodama博士发表了有关“ 快速原型 ”技术的详细信息。这项研究是描述3D打印所固有的逐层方法的第一篇文献。他的研究涉及使用先于立体光刻的方法来印刷光敏聚合物，并且还谈到了彼此叠置以形成3D对象层的横截面切片。但是，Kodama博士在截止日期之前未完成专利申请，也从未获得专利。更糟糕的是有人（未经证实）声称Kodama博士是受过训练的专利律师。
我们不得不再等几年3D打印的诞生,是谁发明了3D打印呢？
1984年– 1987年：3D打印的早期历史和立体光刻技术的发明
1984年，三名法国工程师Alain LeMéhauté、Olivier de Witte和Jean ClaudeAndré申请了立体光刻工艺的专利。他们率先开创了一种革命性的制造新工艺！这三人在提交专利后不久就放弃了该专利，理由是“缺乏商业前景”。紧随其后的查尔斯·查克·赫尔（Charles'Chuck'Hull）申请了立体光刻技术的专利，它具有STL文件格式和数字切片等新功能。他的工艺使用紫外线来固化光敏聚合物。自1986年提交专利并获得专利以来，查克·赫尔成立了3D Systems，并于1987年发布了第一台3D打印机SLA-1。3D打印终于诞生了！
1988 – 1992：Stratasys，EOS，FDM和SLS与SLA竞争
立体光刻技术在3D打印领域具有竞争优势，其竞争工艺正在发展中。1988年，德克萨斯大学的Carl Deckard申请了选择性激光烧结（SLS）技术的专利。SLS使用激光来追踪和固化粉末聚合物层，而不是使用紫外线。然后将这项创新技术出租给DTM Inc.使用。斯科特·克鲁普（Scott Crump）于1989年与他人共同创立了Stratasys，并为“ 熔融沉积建模”（Fused Deposition Modeling）申请了专利，该技术可能是当今最著名的3D打印技术。3D Systems和查克·赫尔（Chuck Hull）可能有一个领先优势，但竞争对手却步其后尘。
汉斯·兰格（Hans Langer）博士于1989年在德国创立EOS，进一步加剧了这一竞争。德国公司将继续统治SLS 3D打印机市场，并在90年代中期占领先驱Direct Metal Laser Sintering。在几年前发布SLA-1之后，Stratasys 于1991年发布了他们的第一台FDM 3D打印机。这标志着3D Systems的首次有形竞争，因为每个人都拥有3D打印伞下两种截然不同技术的专利权。FDM零件更坚固且更耐化学腐蚀，但SLA零件可以更快，更准确地制造。谁会拔得头筹？
1992年，DTM Inc.推出了他们的第一台SLS 3D打印机。但是，值得记住的是，这些机器是庞然大物，而不是当今的紧凑且便宜的台式机。尽管如此，比赛仍在进行中。最终演变为现代打印机的三大3D打印技术终于相互竞争。
1993年– 1995年：ZCorp，Color Jet 3D打印的成熟
ZCorp虽然在现代并不为人所知，但它还是90年代初的另一家主要3D打印公司。在1993年，麻省理工学院开发了一种基于喷墨打印机的3D打印技术，这是我们用来在办公室用纸打印的技术。ZCorp将该2D技术用于3D，发布了他们的第一台3D打印机Z Corp Z402。该技术最初称为Zprinting，但现在将该系列称为Color Jet打印机。第一个模型使用淀粉和灰泥基粉末材料以及水基粘合剂打印物体。
同年，另一种新颖的3D打印解决方案更接近市场。1993年，罗伊登·桑德斯（Royden Sanders）创立了Solidscape（最初称为Sanders Prototype Inc.），该公司创建了蜡像3D打印机。这些并没有创建其他技术想要的常规原型，而是制造了蜡模。这些模具随后用于熔模铸造，以其他更坚固的材料制成物体。Solidscape在1994年发布了他们的第一台蜡像3D打印机Model Maker，使自己成为制作3D打印珠宝的珠宝商的最爱。
在不到十年的时间里，3D打印已经从纸上的幻想变成了小规模生产的有效选择。这些机器可能既大又慢，但那是1995年的标准。那时，甚至台式机的价格都几乎高得惊人。但是，正如我们将发现的，还有更多的事情要发生。
Part 2:1996年-2009年，走向民主的旅程
3D打印的头十年，导致了一系列可以在原型设计和小批量制造等领域竞争的机器。诸如3D Systems，Stratasys和EOS之类的未来巨头已经诞生，尽管与它们现在拥有的十亿美元估值相比，那时还是相对较小。
1996年– 1998年：Arcam，Objet和首个3D打印医疗突破
对于新成立的3D打印公司而言，1990年代后期是另一个重要时期。1997年创建了Arcam，该公司专门研究金属3D打印机，并且是电子束熔化 （EBM）3D打印机的唯一制造商。此外，第二年，Objet Geometries于1998年在以色列成立，随后将其PolyJet 3D打印技术推向世界。
1999 年，从纯商业性的 3D 打印领域走出来，在医疗行业取得了第一个非凡的成就。 The Wake Forest 再生医学研究所的科学家成功地处理了人类膀胱的三维生物打印合成支架。然后，他们给这些支架涂上病人组织中的细胞，然后将这种新产生的组织植入患者体内。由于这种组织是由患者自己的细胞制成的，因此身体拒绝它的风险低到零，这标志着3D打印在医学上取得了重要胜利。
1999年 - 2002年：3D 打印采用多色 3D 系统接管 SLS
千年之交为3D打印带来了另一个里程碑。ZCorp 展示了第一台彩色 3D 打印机，而 Objet 几何公司于 2000 年发布了其首款喷墨 3D 打印机。尽管Stratasys和3D Systems仍然是业内最大的两大品牌，生产了各种工业机器。当时，3D系统公司通过收购DTM Inc.，控制了选择性激光烧结市场。此举价值4500万美元，3D系统在两种不同的3D打印技术（SLA和SLS）中成为市场领导者。
3D 打印膀胱仅仅是生物打印和 3D 打印在医疗中持续有用的开始。2002年， The Wake Forest再生医学研究所又发明了一个3D打印微型人类肾脏。虽然不是全尺寸，但代表了生物印刷学的一个关键进步，让许多人兴奋不已，因为3D打印器官可以解决移植器官的短缺，甚至3D打印心脏。EnvisionTEC 成立于 2002 年，已发展成为一家大型 3D 打印公司，销售 40 多台打印机，广泛应用于珠宝、生物印刷和牙科行业。
2004 年– 2005年：RepRap 的开始，3D 打印进入 HD
在2004年和2005年期间，可以说是3D打印过去，现在和将来最重要的单个角色的开始。The University of Bath的高级讲师Adrian Bowyer博士受到3D打印的启发，并为3D打印机提供了可以自我复制的想法，并可以自己构建更多版本。该运动名为RepRap（short for ‘replicating rapid prototyper’），是The University of Bath发起的一项举措，但后来在全球范围内广受欢迎。该项目是开源的，专注于低成本3D打印在全球的普及，从而使其民主化。随着人们对他的设计进行编辑和修改，这引起了人们对3D打印的新兴趣。
然而，ZCorp也打算让2005年成为自己的一年，宣布他们的Z5103D打印机。这不是每年的常态升级，或规格略的改进，而是进入未知状态的航程，它打破了 3D 打印的感知限制。Z510 不仅可以以彩色打印，而且是第一台可以以高清彩色打印的 3D 打印机。
2005 – 2008：粘合剂喷射， RepRap 第一个 3D 打印假肢
同样在 2005 年，ExOne 被 Extrude Hone 公司作为独立公司成立。ExOne 将继续成为粘合剂喷射 3D 打印的领导者，能够用金属和砂岩进行 3D 打印对象。分机喷射可以创建全彩砂岩物体，以及具有非常复杂几何形状的金属零件。2008年发布的"达尔文"RepRap 3D打印机是巨大的 - 打印机可以自我复制。如果人们掌握一定技术和知识，现在在家里可以很容易使用便宜的3D打印。过去房间大小的工业机器为主的行业，现在可以与洗衣机大小相媲美。任何人都可以轻松获得零件来创建自己的达尔文，唯一的规则是，如果你收到零件，你有义务为另外三个达尔文爱好者打印零件。DIY 3D 打印机套件将继续产生令人难以置信的影响。
一个名为Thingiverse的小型网站，拥有一家名为Makerbot的新兴公司。现在广为人知的这家公司，于2008年推出服务后快速发展。Thingiverse 允许设计人员上传基于各种 3D 软件构建的 3D 打印机模型，供其他人免费下载并在家中打印。由于每个人都喜欢免费的东西，Thingiverse很快就起飞了。它目前在美国最受欢迎的700个网站中名列前茅，也跻身于世界前1000个网站之外。
2008年的另一个重大事件是第一个3D打印假肢。这一非凡的成就因这个假肢不需要组装，它被3D打印出来，可以立即发挥作用。这让许多人看到了3D打印如何节省时间和劳动，因为完全组装得从头开始打印。3D打印的一次性性质也表明，根据患者个人的需求，制作定制的假肢和医疗植入物是最佳方法。3D扫描仪可以扫描患者的手臂或腿部，而不是通常的几个月假肢的提前期的定制，它可以几乎立即开始创建一个适合的假肢。
终于在2008年，Stratasys发布了与其FDM 3D打印机兼容的新材料。但是，这不是普通材料，而是具有生物相容性的材料。这为3D生物打印打开了大门，在不久的将来将变得更加广泛。到2009年初，是3D打印的青春期。电子束熔化和粘结剂喷射等新技术已经问世，医学进步取得了进步，RepRap运动变得可行。
Part 3:2009年-2014年：FDM和SLA专利到期，全球3D打印民主化
一家名为Stratasys的大型的公司拥有专利，用于熔融沉积建模技术。FDM是最简单的3D打印技术。它涉及加热塑料丝直到其融化，然后将其逐层挤出。由于可以最便宜地复制该技术，因此，具有商业头脑的爱好者和小型企业热切期盼该专利进入公共领域，以便他们可以创建自己的版本。
2009年：第一台价格合理的FDM 3D打印机
首款价格适中的FDM 3D打印机套件于2009年1月发布。它被称为BfB RapMan打印机，尽管它是第一款，但并不难看。
第一个Makerbot DIY 3D打印机套件于2009年4月发布。Makerbot是开源社区的支持者，他们的第一台名为Cupcake CNC的打印机可以完全由Thingiverse可下载的零件制造。需求激增，Makerbot必须向客户寻求帮助，以为其积压的订单创建零件。Makerbot已成为负担得起的台式机3D打印机的早期之王。
然而，对于FDM打印机而言，2009年不平凡的一年。3D生物打印公司Organovo 设法创建了第一个3D打印血管。这在新的3D生物打印机上进行了管理，该打印机显示出对未来创建整个器官（如肾脏和心脏）的巨大希望。
2009年11月：汽车，黄金珠宝和Ultimaker的崛起
近年来，在线3D打印服务公司如雨后春笋般涌现，以利用对3D打印零件不断增长的需求。这些服务的工作方式是允许用户上传他们设计或下载的模型，并对其进行3D打印并邮寄。有些甚至允许用户在在线市场上出售其设计并为他们的设计付款。诸如Shapeways，Sculpteo，i.materialise和后来的3D Hubs之类的公司到2010年代初已按需打印数十万个零件。i.materialise随后在2011年成为头条新闻，当时他们首次提供14k黄金和纯银作为3D可打印材料。任何在计算机上设计的都可以通过3D模型打印成金色。短期3D打印珠宝的可能性迅速增加。
同样在2011年，Kor Ecologic生产了第一款3D打印汽车。这款名为Urbee的汽车使用电动马达，可行驶200英里。
尽管Makerbot主导了开放源代码桌面3D打印机市场，但竞争仍在加剧。Ultimaker成立于2011年，位于荷兰的格德蒙德森（Geldermalsen），并于2011年3月发布了第一台Ultimaker 3D打印机。UltimakerOriginal由激光胶合板制成，并取得了巨大的成功，使其备受瞩目。
2012年~2014：立体石刻的民主化
虽然立体光刻的原始专利已经过期，但还没有人能够创建一台经济实惠的SLA 3D打印机。2012 年 6 月，当 B9Creator 在 Kickstarter 上筹集了超过 500，000 美元后发布后，情况发生了变化。B9Creator 采用了与立体光刻技术类似的技术，称为数字光处理 （DLP），可以 2375 美元预购。6个月后，经济实惠的树脂3D打印机游戏再次被改变，当时一家名为Formlabs的新公司启动了针对名为Form 1 的3D打印机的Kickstarter广告系列。可以预订起价为2,299美元的Form 1， B9Creator利用立体光刻技术。该项目立即受到热烈欢迎，在30天内筹集了几乎前所未有的295万美元。此后，Formlabs继续发布SLS 3D打印机，这是Form 2中升级后的SLA 3D打印机，并且拥有了100多名员工。
2012年 ~2013月：Stratasys与Objet合并，Stratasys收购Makerbot
自 21 世纪初以来，Objet 几何学一直在不断发展壮大，改进了其可全彩色打印的 PolyJet 技术。这最终导致了3D打印行业历史上最大的收购。2012年4月16日，Stratasys宣布与Objet进行全股票交易，Stratasys是幸运的公司。Stratasys拥有这家新公司55%持股，其中Objet拥有45%。这项庞大的交易意味着新公司当时价值30亿美元。然而，Stratasys并没有止步于此。尽管来自Ultimaker和开源粉丝AlephObjects的竞争，Makerbot仍然做得很好。2013 年 6 月 23 日，Stratasys 宣布 Makerbot 是其最新产品，以 6.04 亿美元收购了 FDM 3D 打印机巨头，并预付了 4.03 亿美元股票。Makerbot的创始人已经全部离职，他们最新的机器不再是开源的。
科迪·威尔逊和3D打印枪
2013年晚些时候，科迪·威尔逊（Cody Wilson）在他的公司Defence Distributed网站上发布了STL文件用于3D打印工作中的3D打印枪之后，引起了轰动。美国政府在三天后命令删除设计，但该枪已被下载超过100,000次。
金属3D打印最近成为热门话题，但在2015年出现数十家初创公司之前，该行业由EOS，Arcam和SLM Solutions等一些大型公司主导。3D Systems打算涉足金属3D打印领域，导致他们于2013年7月收购了法国公司PhenixSystems。3DSystems以1510万美元的价格收购了其81％的股份，并将Phenix的金属3D打印机纳入了其产品范围。
2014年：太空3D打印技术和SLS和SLA专利到期
次年，在3D打印方面取得了更为有益的成就。NASA宣布他们已在太空中使用3D打印机，并于2014年在太空中创建了第一个3D打印物体。这为未来的太空制造和未来的宇航员按需创建太空工具的能力打开了大门。对于当时地球上所需的任何工具，它们都可以是“横梁式”设计，然后将这些工具打印出来以便在太空中使用。
2014年是3D打印相关专利到期的又一重要年份。首先，SLS的一项主要专利于2014年到期，这意味着更愿意选择的人可以开始设计更便宜的替代品。像Sintratec和Formlabs这样的公司致力于制造价格较低但仍可行的SLS 3D打印机。直到那时，大多数SLS机器都是工业的，房间大小的庞然大物，其起价为25万美元。新一波的SLS打印机起价为5,000美元，有助于使选择性激光烧结民主化。
此外，2014年3月11日，另一项主要的3D打印专利到期。尽管查克·赫尔（Chuck Hull）的原始专利已在多年前到期，但这项新专利到期意味着一种更具创新性的SLA 3D打印工艺现已进入公共领域。像Formlabs这样的公司在几年前就推出了SLA 3D打印机，专利持有人3D Systems对此并不陌生。事实上，3D Systems在从Kickstarter筹集了290万美元后于2012年起诉Formlabs。该案最终得以解决，Formlabs同意向3D Systems的所有销售支付8％的版权费。
尽管3D打印以前一直是由几家大公司控制的行业，但这一时期尤其重要。两家原始公司3D Systems和Stratasys通过收购Phenix，Makerbot，DTM，Objet等竞争对手巩固了它们在市场上的地位。但是，该行业远非垄断或寡头垄断。众多新竞争者提供了与工业3D打印机相匹敌的价格合理的机器。示例包括台式机和DIY 3D打印机套件市场中的Ultimaker，Lulzbot和Prusa 3D打印机，以及工业领域中的Desktop Metal，Concept Laser，Carbon 3D。在下一部分中，我们将详细介绍这些新提及的公司。
Part 4: 2015年–至今，金属3D打印，3D生物打印和建筑的重大发展即将到来
Carbon 3D和Desktop Metal：3年内达到10亿美元
Carbon 3D由约瑟夫和菲利普·德西蒙于2014年7月11日在加利福尼亚成立。该公司背后的主要技术灵感来自终结者2，并被称为CLIP（连续液体界面生产）。到2017年底，该公司已经筹集了超过3.6亿美元的资金，估值为17亿美元，超过Stratasys和3D Systems（两家公司的市值在2013年超过30亿美元）。
但是他们如何做到的呢？
2015年3月，约瑟夫·德西蒙（Joseph DeSimone）向时下流行的TED演讲，将3D打印速度提高100倍。这非常清楚地向全世界宣布，Carbon 3D是可以使CLIP技术可行的工具。3D打印背后长久以来的一个难题是与其他制造工艺相比它的速度。如果Carbon 3D能够真正更快地打印，它一定会流行。然而，他们并不是唯一一家估值数亿美元投资的新3D打印初创公司。
另一个例子是Desktop Metal，他们同时发布了他们的工作室和生产系统金属3D打印机。自 2015 年 10 月成立以来，Desktop Metal已获得超过 2 亿美元的投资，公司现在价值超过 10 亿美元。有趣的是，Desktop Metal的技术"Bound Metal Deposition"与 FDM 非常相似，只是它与金属代替。硅谷的投资者（以及福特、谷歌、宝马、通用电气等）投资是有原因的——他们的金属3D打印机可以比替代打印机便宜10倍！
尽管它们都可能具有创新性，但与目前盈利和拥有数亿美元的Stratasys或EOS相比，Carbon 3D和Desktop Metal等公司与它们目前的销售数量和销售额相比还有差距。因为投资者有信心，他们将来会变得更大，更有利可图。这种趋势发生在大多数市场，而不仅仅是3D打印。以特斯拉为例-一些大型汽车制造商的收入相比差距太远,但特斯拉的市值却比福特大。这是基于信念，即特斯拉将来将成为世界上最大的汽车制造商。我们将不得不看看是否有Carbon、Desktop Metal、Markforged等这样的公司能否以同样的方式实现投资者的希望。
3D Systems启动该行业30年后，他们的第一台3D打印机SLA-1被ASME（美国机械工程师学会）宣布为历史性机械工程里程碑，这是正式的认可。
首先是惠普，喷墨打印领域的领导者，他们于2016年宣布将出售具有专利Multi Jet Fusion（MJF）技术的打印机。惠普此后一直在完善这项技术，并于2018年宣布了全彩3D打印机，工业化3D打印机（价格远低于50,000美元），并进军金属3D打印市场。第二个是GE。随着一家名为GE Additive的新公司的成立，这家跨国巨头于2016年底收购了金属3D打印巨头Arcam和Concept Laser，作为向增材制造行业转型付出了14亿美元。GE Additive也试图收购SLM解决方案，但最终未能成功。
市场上的公司担心惠普和通用电气，这些有钱的巨头可以投资数十亿美元来获得关键的技术优势，现在他们被迫比以往更加努力地进行创新。然而，竞争通常只是消费者的幸事。每家公司都须更加努力地优化他们的技术，以尽可能有效地工作力争上游。
关于台式机3D打印机市场，Ultimaker 2016年10月发布的Ultimaker 3是另一个里程碑。这立即引起轰动，赢得了最佳3D打印机奖项，并使Ultimaker成为该行业的关键参与者。
建筑业的3D打印：非常令人兴奋的前景
尽管所有这些公司都专注于制造业的3D打印，但某些公司却将其视为解决日益严重的住房危机的解决方案。2017年，建筑3D打印行业的产值为7,000万美元，但据报告称，到2027年，其价值将达到400亿美元。ApisCor和WinSun等公司如雨后春笋般冒出来，制造出巨大的混凝土3D打印机，其建造房屋的速度和成本可比任何人。Apis Cor 3D在短短24小时内即可打印整个房屋，从而使这一进步永垂不朽。在2016年至2018年期间，涉及3D打印的其他建筑和建筑项目也完成了，包括3D打印的桥梁，房屋，甚至迪拜的摩天大楼计划。
Ultimaker S5 VS Makerbot Method：2018/19年Prosumer 3D打印机之战
在整个2010年代中期，Ultimaker和Makerbot都异常增长，并且分别从其Ultimaker 3和Makerbot Replicator系列飞出。到2018年中，随着2018年5月Ultimaker S5和12月Makerbot Method的发布，这场争夺战将进入3D打印机领域。两者的价格都从3,000美元上涨到5,000美元以上。这是两家公司根本的变化。他们开始制造小型FDM打印机。还记得木制的原始套件吗？并且比以前更符合RepRap理念。高端市场的这一举动很有趣，不过值得注意的是Makerbot提供了专门针对教育3D打印的Replicator +模型，零售价约为2,000美元。
低成本LCD 3D打印革命
树脂3D打印机过去的价格为数千美元，而这只会给您基本的SLA打印机。然后，数年前就出现了数字光处理，它提供了更具可扩展性和现代性的替代方案。然后是LCD 3D打印时代的到来。迎来了低成本树脂打印的新时代，其与DLP的过程更类似于SLP。突然之间，低成本的树脂印刷机（例如ELEGOO Mars和AnyCubic Photon）以不到500美元的印刷机成本提供了相当准确的树脂印刷品。当第一台Formlabs打印机问世时，人们感到惊讶的是，您可以以3500美元的价格打印准确的树脂物体。
Apis Cor在24小时内盖房子时已经成为头条新闻。然后在2019年10月，他们走得更远，在迪拜建造了一座巨大的3D打印建筑。迪拜以开放的创新技术而著称，尤其是3D打印。
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