3D 列印技術發展史解析

產業趨勢26 Feb 2021

3D 列印技術發展史解析

自從 3D 列印約 30 年前開始嶄露頭角以來,許多令人振奮的可能性也隨之出現。如今,醫療、牙科、珠寶 3D 模型,以及微縮模型與大型 3D 模型等,都能在數小時內完成列印。 

但你是否曾想過,究竟是誰發明了第一台 3D 列印機?哪一種 3D 列印技術最早被發明?最重要的是,全球第一個 3D 列印模型究竟是什麼?3D 列印背後有許多令人驚奇的故事,絕對會讓你意想不到!

讓我們回顧過去,看看這一切是如何開始的:

第一階段:3D 列印的誕生

Dr. Hideo Kodama - 快速原型製作系統(1980)

你知道嗎?早在 1980 年代初期,日本的 Dr. Hideo Kodama 就是首位有文獻記載、實際嘗試 3D 列印技術的人。他當時正在尋找開發快速原型製作系統(也就是現在所稱的 3D 列印)的方法。

Dr. Kodama 建立了一套列印系統,讓樹脂逐層接受 UV 光照射,最終製作出固態 3D 模型。雖然 Dr. Kodama 曾提出專利申請,但並未完成取得專利所需的所有程序,因此他的 3D 列印方法最終並未商業化。


Chuck Hall - SLA 3D 列印(1984)

相較之下,Chuck Hall 經常被視為 3D 列印的先驅之一,因為他在 1984 年成為首位正式為 SLA 3D 列印提出專利申請的人。Hall 創造了 stereolithography(SLA)一詞,指的是將材料逐層列印,並透過紫外光固化,使物件形成固態的製作方式。之後,他於 1986 年成立自己的 3D 列印公司 3D Systems,並在 1988 年推出第一台商用 3D 列印機 SLA-1。

SLA 3D 列印需要使用樹脂、光源,以及稱為 STL 檔案的數位 3D 列印檔案。如要進一步了解樹脂 3D 列印的運作方式,請點擊 這裡。

有趣小知識:第一個使用 3D 列印機製作的物品,其實是一個 洗眼杯!

Carl Deckard - SLS 3D 列印(1987)


大約在同一時期,另一種新的 3D 列印方法也隨之出現。在選擇性雷射燒結(SLS)3D 列印中,會使用雷射將鬆散的粉末(而非樹脂)轉變為固態材料。

Carl Deckard 還是德州大學奧斯汀分校的大學生時,就開始開發 SLS 3D 列印技術,之後在攻讀碩士與博士期間,也在教授 Dr. Joe Beaman 的協助下持續研究這項技術。

1987 年,兩人共同創立 Desk Top Manufacturing(DTM)Corp.。之後又經過 20 年(直到 2006 年),SLS 3D 列印才正式進入商業市場。最終,他們的公司於 2001 年被 Chuck Hall 的公司 3D Systems 收購。

S. Scott Crump - FDM 3D 列印(1988)


令人意外的是,FDM 3D 列印其實是在 SLA 與 SLS 3D 列印之後才出現。

1988 年,S.Scott Crump 為了尋找一種簡單的方法替女兒製作玩具青蛙,因而提出 Fused Modeling Deposition(FDM)3D 列印。他使用熱熔膠槍將塑膠熔化,再逐層倒出;FDM 3D 列印的概念就此誕生。

之後,他為這項新技術申請專利,並於 1989 年與妻子 Lisa Crump 共同創立 Stratasys。如要進一步了解樹脂 3D 列印與 FDM 3D 列印之間的差異,請點擊 這裡。

第二階段:3D 列印如何變得普及

圖片來源:Flickr

起初,3D 列印機體積較大、價格昂貴,一般大眾也不容易取得。

然而,從 1990 年開始,隨著企業、新創公司、科學家與醫療專業人員開始嘗試使用 3D 列印機,並提出各種不同的構想與應用,3D 列印也開始逐漸發展。 

因此,新的生物列印與科學應用也隨之出現。

生物列印應用

圖片來源:Wikimedia Commons

1999 年出現了一項科學突破,科學家使用 3D 列印機製作出人類膀胱的人工支架。接著,將取自患者的人體細胞放入支架中,用來培養出具有功能的膀胱,並成功移植回同一位患者體內。

這項成果隨後為 2002 年科學家列印出具有完整功能的微型腎臟鋪路。透過動物模型,這個 3D 列印腎臟首次成功過濾血液並產生尿液。

自此之後,其他器官,包括微型肝臟、肺部支架,甚至 3D 列印心臟,都在 3D 列印的協助下製作出來。在這段期間,研究人員也利用人體細胞與組織製作出首批 3D 列印血管。


圖片來源:Flickr

2008 年,第一條 3D 列印義肢腿成功列印並裝設於患者身上,讓截肢者能再次行走,並重新找回完整感。

如要進一步了解 3D 列印如何應用於醫療保健,請點擊 這裡。 

開源 3D 列印機


隨著 3D 列印機開始普及,新的 3D 列印資源也陸續出現。 

圖片來源:Wikimedia Commons

這一切始於 2005 年誕生的 RepRap 計畫,又稱為「Replicating Rapid-Prototyper Project」。這個構想由英國巴斯大學的 Dr. Adrian Bower 提出。在這項計畫中,3D 列印機的基本目標是不斷複製自身的零組件。這項計畫旨在讓 3D 列印更容易普及,讓擁有 3D 列印機的人可以列印一台給沒有 3D 列印機的人。

這最終促成群眾募資網站 Kickstarter 的推出,包括 Phrozen 在內的許多 3D 列印公司都加入其中,並透過該平台推出自家的 3D 列印機,以在 3D 列印領域累積關注度。

Phrozen 曾推出兩次 Kickstarter 募資活動,一次是在 2017 年推出 Phrozen Make,另一次則是在 2018 年推出 Phrozen Transform。 Phrozen Make 採用我們最初的 DLP 3D 列印技術,之後已升級為目前使用的 LCD 3D 列印技術。 

在 3D 列印社群的支持下,Phrozen 成功募得約 90 萬美元資金。Phrozen 走在技術發展前端,率先開發 Mono-LCD 技術,讓 LCD 3D 列印成為 3D 列印領域的主流技術之一。

點擊 這裡 進一步了解 LCD、SLA 與 DLP 3D 列印之間的差異。


開源 3D 列印檔案


隨著 thingiverse.com、myminifactory 與 cults 等開源網站向大眾開放,3D 列印檔案也開始變得容易取得。這些網站以及其他無數平台,都提供免費與付費的 3D 列印檔案。現在,人們可以在線上分享自己的 3D 列印設計,讓世界各地的其他使用者都能輕鬆下載,並透過 3D 列印軟體自行列印。

隨著 Tinkercad、Blender 以及其他 CAD 軟體等設計工具興起,有興趣自行設計 3D 列印作品的人也能輕鬆著手製作。現在,透過 CAD 軟體即可輕鬆建立具有獨特造型與設計的 3D 列印作品。

第三階段:現今的 3D 列印

如今,3D 列印機十分熱門,價格也變得更加實惠且容易使用。使用 LCD 3D 列印機,可以極高的精準度與解析度列印細緻的 3D 模型。隨著 3D 列印檔案、CAD 軟體等資源日益普及,一般大眾也更容易接觸 3D 列印。

Phrozen LCD 3D 列印機 可廣泛應用於珠寶 3D 列印、牙科 3D 列印,以及玩家的 3D 列印應用。


3D 列印珠寶

現在,珠寶 3D 列印能以極高的精準度製作具有複雜設計的珠寶。

透過 3D 列印,你可以製作戒指、手環、胸針、吊墜等客製化飾品,讓珠寶製作者 在大量生產前進一步完善設計。若要獲得最佳成果,我們建議使用 Phrozen Sonic Mini 8K 與 Wax-like Castable Resin。

點擊 這裡 進一步了解 3D 列印如何應用於時尚領域。


牙科 3D 模型

透過牙科 3D 列印提升生產力。使用 LCD 3D 列印機,牙醫現在只需傳統牙科模型製作方式的一小部分時間,就能製作 3D 牙科模型。你可以放心,牙科零件與模型都能完美貼合。

使用 Phrozen LCD 3D 列印機 Sonic 4K 2022 與 Sonic XL 4K 2022,即可輕鬆製作專業牙科模型、可拆式牙模、即刻義齒、咬合板等。

點擊 這裡 進一步了解 Phrozen 牙科 3D 列印機。


玩家的 3D 列印應用

3D 模型來源: Bestiarum Miniatures

樹脂列印讓玩家在家就能列印自己喜愛的超級英雄或動漫角色。與其在線上購買可動人偶,不如自己列印一個,打造屬於自己的 3D 列印專案。點擊 這裡 進一步了解 3D 列印如何應用於電影產業。

如果你想列印大型 3D 模型,我們建議使用 Sonic Mighty 4K 或 Sonic Mega 8K,而 Sonic Mini 8K 則最適合列印極為細緻的 3D 模型與微縮模型。

點擊 這裡 進一步了解哪些 Phrozen LCD 3D 列印機最適合新手與玩家。