1902年,美国人Carlo Baese在他的专利中提出了一种用光敏聚合物来制造塑料件的方法,这是光固化的最初设想。后来,美国人Charles W.Hull将光学技术应用于快速成形领域(由于当时还没有“3D打印”的概念和说法,Charles将其功能描述为“快速成形”),在1982年完成了第一个3D打印光固化成形系统,如图3-1所示,并在1983年制造了有史以来的首个3D打印部件,如图3-2所示,成功发明了立体光固化成形技术。
1984年,Charles提交了立体光固化成形设备的专利申请,并在1986年获得了专利,成为3D打印史上的里程碑事件,Charles也被人们称为3D打印技术之父。1986年,Charles成立了3D Systems公司,成为世界首家3D打印公司。1987年,3D Systems将首款3D打印机SLA-1立体光固化成形打印机成功推向市场,并于1988年推出了世界上第一台基于SLA技术的商用3D打印机SLA-250,标志着3D打印商业化的起步。
图3-1 第一个光固化成形系统
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图3-2 首个3D打印部件
除了3D Systems公司外,许多国家的公司、大学也开发了SLA系统并将其商业化。如德国的EOS公司、Fockele&Schwarze公司,日本的CMET公司、索尼公司,法国的Laser 3D公司,中国北京隆源、陕西恒通、杭州先临三维等公司,美国的Dayton大学、MIT,国内的西安交通大学、清华大学、华中科技大学等研究机构,欧洲的一些国家和大学也都开展了该项技术的研究。
面成形光固化技术来源于SLA技术,是一种基于投影的立体光固化制造工艺,采用紫外光源投射掩膜图像到树脂液面来完成一层固化,兼顾了打印精度和打印效率。面成形技术最早由日本东京大学的Takagi和Nakajima于1993年提出,使用石英掩膜,但石英掩膜成本高,制作复杂。采用DMD(Digtial Micromirror Devices)芯片能产生高亮度、高对比度、无缝的彩色图像,基于DMD芯片的投影技术,发展出了DLP技术。此后,基于DLP投影的3D打印设备、材料和工艺得到了快速发展。目前美国3D Systems公司、中国浙江迅实科技公司等已有商业化的DLP设备。
PolyJet技术最早由Objet公司于2000年申请专利,该公司于2011年与Stratasys公司合并。PolyJet技术的成形原理与3DP类似,都是通过喷射成形,但喷射的不是黏合剂而是树脂材料。PolyJet技术是全球首例可以实现不同模型材料同时喷射的技术,在众多3D打印工艺中,是现有技术中唯一可以打印全彩模型产品的工艺,也被称为第二代SLA技术。目前美国Stratasys公司具有比较成熟的商业化PolyJet技术。
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