【南極熊-3D打印文化】3D打印技術(shù)之父：Charles W. Hull

3D打印技術(shù)之父：Charles W. Hull

查爾斯·胡爾（Charles W. Hull,，也有人稱他為Chunk Hull）于1939年5月12日出生于科羅拉多州的克里夫頓市,，他畢業(yè)于科羅拉多州的大章克申中心高中學校,，于1961年從科羅拉多大學獲得工程物理學學士學位,。

1983年,，胡爾在紫外線設(shè)備生產(chǎn)商UVP公司（Ultraviolet Products）擔任副總裁,，這家公司利用紫外光來硬化家具和紙制品表面的涂層。胡爾每天在公司里撥弄著各種各樣的紫外線燈,，看著那些原本是液態(tài)的樹脂一碰到紫外線就凝固的過程,。某一天他突然意識到，如果能夠讓紫外線一層一層地掃在光敏聚合物的表面上,，使其一層一層地變成固體,，將這成百上千的薄層疊加在一起，他就能夠制造任何可以想象的三維物體了,。

1984年7月16號,，三名法國人，Alain Le Méhauté,，Olivier de Witte和Jean Claude André搶先嘗試注冊SLA的專利,，然而遭到了法國通用電氣公司和CILAS（激光聯(lián)合會）的拒絕，理由是“缺乏商業(yè)應用價值”,。三周后,，以胡爾為發(fā)明人，UVP公司申請了世界上第一件SLA專利,。

1986年3月11日,，胡爾獲得專利授權(quán)，專利號為US4575330A,。他在題為“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects byStereolithography”的專利里面發(fā)明了術(shù)語“stereolithography”,，簡稱SLA，也就是后來的立體光固化技術(shù)——即利用紫外線催化光敏樹脂,，層層堆疊然后成型,。

圖1為Chuck Hull發(fā)明的SLA的工作原理示意圖。高級工程制圖軟件將物體的計算機模型切片成數(shù)千個數(shù)字橫截面,，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到SLA打印設(shè)備,。樹脂槽21中裝滿光敏樹脂液體。打印平臺29浸沒在樹脂中,，與樹脂液面23保持一段距離（該距離即下層需要打印的層高）,。激光26（一般為紫外光）從上方照射在光敏樹脂的液面上。激光在振鏡的反射下,，按照程序畫出每層圖案,。隨著激光的照射，光敏樹脂完成固化,。打印平臺29由軟件控制向下移動一段距離（該距離即下層需要打印的層高）,。光敏樹脂流動直到覆蓋已打印的這層（如果光敏樹脂黏度較大，流動性較差,，需要刮刀幫助涂覆這一層）,。然后將該步驟不斷重復，直到完成整個物品的打印,。

圖1,，胡爾的SLA工作原理示意圖

在美國公司工作的專利最終是屬于公司的，但是胡爾的老板沒有更多的能力來支持開發(fā)這門新技術(shù),。于是,，胡爾從UVP公司離開，開始自立門戶,，于1986年在加利福尼亞州成立了3D Systems公司（現(xiàn)今全球最大的兩家3D打印設(shè)備生產(chǎn)商之一）,，致力于將SLA技術(shù)商業(yè)化。1988年,，3DSystems公司生產(chǎn)出了第一臺其自主研發(fā)的3D打印機SLA-250,，體型非常龐大，用的材料是光學照相用的丙烯酸樹脂,。SLA-250的面世成為了3D打印技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑事件,，其設(shè)計思想和風格幾乎影響了后續(xù)所有的3D打印設(shè)備。但受限于當時的工藝條件,，其體型十分龐大,，有效打印空間卻非常狹窄。

圖2,，胡爾發(fā)明的第一臺光固化3D打印機SLA-250

1990年,，3D Systems從UVP公司購回了US4575330A專利。胡爾意識到他的技術(shù)概念不僅僅限于液體,，在重新提交的專利中,，特別強調(diào)了任何“能夠固化的材料”或“能夠改變其物理狀態(tài)的材料”都可以實現(xiàn)SLA技術(shù),。1988年，3D Systems賣出了第一臺基于SLA技術(shù)的3D打印機,，此后的幾十年中推出了各種型號的3D打印機,，包括適合辦公室和家用的桌面級以及適合工廠應用的工業(yè)機。公司注冊地為美國特拉華州,，于20世紀90年代初期在美國納斯達克上市,，2011年公司轉(zhuǎn)板至紐交所。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,，3D Systems擁有近千項專利,。在胡爾注冊的所有專利中，涵蓋了當今3D打印技術(shù)諸多基本的技術(shù)方法,，例如利用三角模型（STL文件格式）進行切片數(shù)據(jù)準備,，以及交替曝光策略等。如今3D Systems公司發(fā)明的3D打印機已經(jīng)進入無數(shù)的工業(yè)和商業(yè)用途,，醫(yī)療行業(yè)利用3D Systems打印設(shè)備制造的患者下頜骨或面部結(jié)構(gòu)模型,，汽車安全公司用3DSystems的技術(shù)生產(chǎn)碰撞試假機器人，手表行業(yè)用3D Systems技術(shù)進行原型評估和人體工程學設(shè)計,。各行各業(yè)都在享受著3D Systems的3D打印技術(shù)為世界帶來的改變,。

在1984年的時候，胡爾可能根本沒有意識到,，他的快速制造專利在30多年后能夠如此普及,。2014年胡爾被提名歐洲發(fā)明家獎，該獎項榮譽頒發(fā)給為人類科技發(fā)展做出卓越貢獻的個人和團隊,。同年,，胡爾被評選為美國發(fā)明家名人堂（NIHOF），這也意味著胡爾步入亨利·福特和史蒂夫·喬布斯等名人之列,，成為了為人類產(chǎn)生持久貢獻的發(fā)明家,。

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