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2008年,以色列的Objet Geometries公司推出了“聚合物喷射”(PolyJet)技术,这种技术可以将不同的材料打印在同一零件上。因为PolyJet技术喷射的不是黏合剂而是聚合成型材料,支持多种型号(多种颜色)材料同时喷射。
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对3D打印机来说,电子电路是另一个比较难的应用。1999年,美国国防部高级研究计划署(DARPA)推出了“中等尺度集成电子成型制造”(Mesoscale Integrated Conformal Electronics,MICE)项目,最终创造了一个通常被称为“直接写入”(directwrite)的技术,彻底改变了电子元件的打印。
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2004年,新墨西哥州的Optomec公司用“直接写入”技术开发了气溶胶喷射(AerosolJet)技术,能够将导电元件打印在已经制造出的物件上。2009年,富士公司也携基于墨盒的材料印刷机(Dimatix Materials Printer,DMP)进入电子元件打印市场,它跟气溶胶喷射技术非常相似。
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当然,3D打印机肯定还无法与英特尔和富士康高端、复杂的大工厂相提并论,但有时你只想将电子传感器嵌入到某个物体中,把它变得“智能”起来,这时3D打印就非常有用了。这在2004年还很罕见,但未来几年内,3D打印“智能物体”就会变得更可行也更吸引人。
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最后,“云3D打印”以及RepRap开源项目让3D打印变得更便宜了。
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2002年,德国的EnvisionTec公司开始销售其使用了新技术的perfactory3D打印机。EnvisionTec使用的技术原理与立体光刻类似,只不过它是用DLP投影机对树脂进行紫外线照射,这大大降低了打印成本。DLP和SLA打印机有时也被称为“树脂3D打印机”[1987年,得州仪器公司的拉里·霍恩贝克(Larry Hornbeck)发明了数字光处理(Digital Light Processing,DLP)技术,一种高分辨率的视频投影系统。1997年,一家名为数字投影Digital Projection的公司推出了第一台基于DLP技术的视频投影机]。
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2007年,爱尔兰的Mcor公司基于选择性沉积层压(Selective Deposition Lamination,SDL)技术推出了Matrix打印机,也是以纸张为基础的打印技术的一种,但它是用普通纸作为打印材料,也让打印成本下降很多。
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在业内尝试开发降低打印成本的廉价打印机的同时,“云3D打印”出现了。
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比利时的Materialise公司是为3D打印机提供软件支持的公司之一,它在2000年就开始为任何使用它们的软件建立3D模型的用户提供打印服务,也就是说,你不需要自己购买打印机,只要把模型发给他们,他们就会为你打印。Materialise公司的印刷中心现在有100多台打印机(SLS、SLA、FDM等各种类型),每年为全欧洲客户打印一百万件产品,是世界上最大的3D打印场所之一。
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所有这些都推动了3D打印技术的发展,虽然3D打印仍然被大公司和大的研究实验室所掌握,但制造价格更便宜的打印机的可能性越来越大了。这一时期,中小型企业的动机仍然很低:为什么要投入这么大的人力物力,还要与市场上这么多专利(专有)机竞争?在这里,“专有”这个词是很重要的:每个公司都有自己的技术,并没有与他人分享。
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在3D打印技术的发明史上,除了麻省理工学院的3D喷墨技术,其他大学的身影非常少见。这种情况在2005年有了改变,巴斯大学(University of Bath)的阿德里安·鲍耶(Adrian Bowyer)推出了一个开源的3D打印机项目,名为RepRap,用来研发一台可以自我复制的3D打印机。
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2008年,阿德里安·鲍耶创造了历史,他的达尔文机(Darwin machine)复制了自己本身(能够打印出大部分其自身组件,RepRap自我复制的!),RepRap是(replicating rapid prototyper)的缩写,这原型机从软件到硬件各种资料都是免费和开源的。更重要的一点是,2008年的这台机器是基于FDM技术的,是第一台低成本的3D打印机。
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如果说苹果公司1984年推出的麦金塔电脑(Macintosh)创造了台式电脑,那么RepRap就创造了台式3D打印。又因为一切在RepRap都是开源的,Bowyer实际上引领了3D打印的开源运动。
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在软件分享方面,2008年,MakerBot公司在纽约推出了网站Thingiverse,爱好者可以用它免费下载和分享3D模型。另外,飞利浦的子公司Shapeways(在荷兰)推出了一个3D模型的线上市场。Shapeways公司的用户可以设计一款产品,并将能对它进行3D打印的数字文件上传到网上,Shapeways负责让它变成实体产品并邮寄给用户。
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2009年,BitsFromBytes(2010年被3D Systems收购)在英国推出了RapMan,它是在RepRap基础上,让爱好者们在家“DIY”3D打印机的一套自行组装工具包。几个月后,MakerBot公司推出了更受欢迎的组装工具包CupCake,这是第一台在市场上销售的以RepRap为基础的3D打印机,虽然还并不是成品,还需要用户在家里进行组装。
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RepRap推广了3D打印技术,也让更多人能负担得起,这样的项目带来了一场革命。可以说,RepRap带来了3D打印的“民主化”进程,如今,RepRap仍然是世界各地的“创客”们使用最广泛的3D打印机。
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BitsFromBytes也在2010年推出了一个组合型的3D打印机,即BFB 3000;MakerBot也从2012年开始推出了Replicator等一系列消费者可负担得起的打印机。至今,RepRap项目仍然是3D打印界灵感的主要来源。比如,2011年纽约的Solidoodle公司推出了700美元的消费级3D打印机,也是基于RepRap的打印机,不过是预组装好的。
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2012年,一个来自捷克的21岁的学生约瑟夫(Josef Prusa)制造了另一台基于RepRap技术,但可以自我克隆的预组装版打印机Prusa I3。和众筹网站Kickstarter等联手,RepRap带来了3D打印机的迅猛发展。
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当然,也有对RepRap表示不甚满意的科学家们开始另辟蹊径,2011年,一些荷兰科学家就开发了一项和RepRap竞争的开源项目Ultimaker,很快成了另一家提供全套3D打印机自组装工具包的创业公司(2012年,它开发出了一台完全组装好的打印机)。
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“快速创新”时代来临
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如前所述,专利的限制其实是3D打印市场化上的一个障碍。知识产权并不总是有利于创新。2009年之前,除了几个发明了3D打印机的原创公司,其他任何人制造3D打印机都是很困难的。RepRap开源计划开始后,几个创业公司推出了自组装工具包,让普通人也能在车库里打造出他们自己的RepRap 3D打印机。这样做是违法的,因为只有Stratasys公司拥有FDM的版权,但这样做的主要是业余爱好者和研究者,所以Stratasys公司也从未起诉他们。
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当Stratasys拥有的跟FDM技术相关的系列专利在2009年过期后,3D打印迎来了第一个繁荣期。只要专利已过期,所有技术都变成开源的了,大量的FDM 3D打印机就涌现到了市场上。FDM机器的价格从2009年的14 000美元下降到2014年的300美元。
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SLA的专利在2014年过期,然后我们就有了像Formlabs和Carbon3D这样的创业公司。3D Systems公司持有的一项SLS专利在2014年也过期了,所以大家看到,现在SLS打印机也非常流行。
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由德国弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute,由Fockele & Schwarze公司代表)持有的SLM专利在2016年底到期,它可能引发一轮金属3D打印技术的繁荣。
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我认为,开源的3D打印运动其实只持续了很短一段时间,该运动接下来还有很大潜力,将发挥更大的影响力。我们已经进入了一个这样的时代:3D打印的系列工具会通过开源运动迅速流行,这会带来该领域的分布式创新,即创新将不再局限于实验室和大学,而是延伸到业余爱好者甚至高中孩子的手中。过去3D打印被称为“快速原型”,但现在它也能“快速创新”了:它可以很快完善和提升自身的技术。
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