3D打印的誕生【南極熊連載】

3D打印使得生產單個物品與批量生產幾乎一樣便宜，這就削弱了規(guī)模經濟,。它對社會影響的深遠程度可能同1750年的蒸汽機，1450年的印刷機和1950年的晶體管一樣,，沒人能輕易預料,。它迅速發(fā)展著，對每個相關領域都產生著巨大的影響,。

——《經濟學人》,，2011年2月10日

很多人以為3D打印是一項現代社會才誕生的技術。其實3D打印技術的雛形在19世紀中期就已經顯現,，那個時候被稱為快速成型技術,。早期的快速成型技術可以追溯到兩個技術領域：照相雕刻和地形地勢圖。

1.最早的3D打印技術：照相雕刻

1859年,，就在第十六任美國總統(tǒng)亞伯拉罕·林肯上任的前一年,，法國巴黎的一位藝術家威廉·弗朗索瓦（François Willème）（1830-1905）開始研究如何模仿真人來制造雕像，他的方法叫做照相雕刻（Photosculpture）�,，F在看起來,，這種方法非常接近目前3D打印所使用的各種技術：3D掃描、建立模型,、再分層制造,。

他面臨的第一個難點，就是如何收集被拍攝者的三維數據,。今天我們知道,，可以用計算機建模CAD軟件，或者用激光掃描設備來獲取“點云數據”（point cloud）,，從而獲取完整的三維數據,。而在1859年，獲取三維數據是很棘手的,。

面對這個難題,，弗朗索瓦想到了借助攝影術來獲取目標對象的三維數據。這種技術需要使用一個圓形平臺，讓真人真物位于平臺中心,，將24臺照相機圍成一個360度的環(huán),，每兩臺照相機相距15度，然后24臺照相機同時進行拍攝,，獲取不同角度的照片,。盡管拍攝成像的分辨率相對今天來說比較粗糙，但是拍攝出來的相片集已經包含了被拍攝者完整的三維數據,。我們今天的3D掃描技術,，都是通過收集和記錄從物體表面反射的電磁輻射，以便存儲用于三維模型的數據,。我們現在回過頭來看弗朗索瓦的這項技術,，盡管比較原始，但是其實與我們現代的主流三維掃描原理并無太大差別,。對于那個時代來說,，是一項很了不起的發(fā)明。

我們知道3D打印是一個把材料層層增加,、堆疊的過程。為了獲取每一層的信息數據,，弗朗索瓦把每張拍攝的相片投影到一個大屏幕中,，然后他需要把制造每一層的圖形轉換成動態(tài)數據。實現這個功能的是一個當時已經存在250年的技術：一個與切割機相連接的比例繪圖儀,。這也是數控(numerical control)的前身,。人們在比例繪圖儀的一端跟蹤操控每一張相片輪廓，另一端切割木頭薄片,，比例繪圖儀能夠改變原始投影的大小,，可以任意放大或縮小。最后把所有的木頭薄片層層堆疊,，重疊起來,，并由熟練的工匠或藝術家進行整體藝術加工，一個活靈活現,、頗似真人的三維雕像便完成了,。這就是照相雕刻，或者叫光刻工藝（Photosculpture）,。從圖中雕塑中我們可以看到,，弗朗索瓦的這項技術盡管比較簡單，但是已經開始顯露出3D打印的雛形,。

拿破侖的波蘭夫人瑪麗·瓦萊弗斯卡（de la comtesse Walewska）的雕像

弗朗索瓦的技術與今天的3D打印十分相似：一,，采集目標對象的三維數據，并進行切片分層；二,，利用每一層的切片信息來構建真實的材料層,，并層層堆疊直到物體成形。1864年,，弗朗索瓦因為他的發(fā)明被授予專利,，公開號US43822A。

2.地貌學的起源：蠟板層疊的誕生

地圖是我們了解世界的重要方式之一,。傳統(tǒng)的二維平面地圖并不能展示更多的人工或自然的地理細節(jié),，因此早在一百多年前，就有人在探索具有三維結構的地形地勢圖了,。

前奧地利軍官Joseph Blanther于1859年出身于奧地利,，當他19歲時，他就成為了奧地利軍隊的中尉,。1878年12月12日,，因為在戰(zhàn)役中的出色表現，他被皇帝弗朗茨·約瑟夫（Emperor Franz Josef）封為爵士,。

1892年,，Blanther發(fā)明了用蠟板層疊的方法制作等高線地形圖的技術并被授予專利。通過在一系列蠟板上壓印地形等高線,，然后切割蠟板,，將其層層堆疊之后，進行平滑處理,。這種方法能夠根據等高線指示,，制作具有正負海拔之分的三維表面。在這些表面進行適當的背襯之后,，印刷壓制紙張來構建地勢圖,。

今天我們的3D打印技術已經能夠讓普通人在家里制作出任何地方的三維地形圖了，比較有名的有R&DTechnologies,，作為全球知名的3D打印企業(yè)Stratasys在新英格蘭的分銷商之一,，他們創(chuàng)建了一個STL文件生成器，可以通過Google地球輸出地形圖的3D數據,，然后直接打印出來,。

我們今天來看Willème開創(chuàng)的照相雕塑以及Blanther發(fā)明的地勢圖，盡管當時的技術不能跟今天相提并論,，但是已經構建了3D打印的雛形,，為今后的3D打印技術突破打下了良好的基礎。人類文明就是建立在一代一代科學的成果上,。我們今天所看到的世界,，就是以前的人們利用科學技術和文化知識作為材料,，像3D打印一樣，構建出一層一層,，層疊而出的世界,。這個世界是一個層累的文化結構，今天的我們,，踩在這個文化結構的最頂端,，依然在不斷進步，不斷往上堆疊人類的文明成果,。3D打印的前景,，也隨著人類技術的進步迭代而變得更加明朗。

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