3D列印的誕生

3D列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年的電晶體一樣， 沒人能輕易預料。 它迅速發展著， 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列印是一項現代社會才誕生的技術。 其實3D列印技術的雛形在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列印技術：照相雕刻

1859年， 就在第十六任美國總統亞伯拉罕·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製造雕像， 他的方法叫做照相雕刻（Photosculpture）。 現在看起來， 這種方法非常接近目前3D列印所使用的各種技術：3D掃描、建立模型、再分層製造。

他面臨的第一個難點，

就是如何收集被拍攝者的三維資料。 今天我們知道， 可以用電腦建模CAD軟體， 或者用鐳射掃描設備來獲取“點雲資料”（point cloud）， 從而獲取完整的三維資料。 而在1859年， 獲取三維資料是很棘手的。

面對這個難題， 弗朗索瓦想到了借助攝影術來獲取目標物件的三維資料。

這種技術需要使用一個圓形平臺， 讓真人真物位於平臺中心， 將24台照相機圍成一個360度的環， 每兩台照相機相距15度， 然後24台照相機同時進行拍攝， 獲取不同角度的照片。 儘管拍攝成像的解析度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資料。 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， 以便存儲用於三維模型的資料。 我們現在回過頭來看弗朗索瓦的這項技術， 儘管比較原始， 但是其實與我們現代的主流三維掃描原理並無太大差別。 對於那個時代來說， 是一項很了不起的發明。

我們知道3D列印是一個把材料層層增加、堆疊的過程。 為了獲取每一層的資訊資料， 弗朗索瓦把每張拍攝的相片投影到一個大螢幕中， 然後他需要把製造每一層的圖形轉換成動態資料。 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器。 這也是數控(numericalcontrol)的前身。 人們在比例繪圖器的一端跟蹤操控每一張相片輪廓，

另一端切割木頭薄片， 比例繪圖器能夠改變原始投影的大小， 可以任意放大或縮小。 最後把所有的木頭薄片層層堆疊， 重疊起來， 並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儘管比較簡單， 但是已經開始顯露出3D列印的雛形。

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

弗朗索瓦的技術與今天的3D列印十分相似：一，採集目標物件的三維資料，並進行切片分層；二，利用每一層的切片資訊來構建真實的材料層，並層層堆疊直到物體成形。1864年，弗朗索瓦因為他的發明被授予專利，公開號US43822A。

2.地貌學的起源：蠟板層疊的誕生

地圖是我們瞭解世界的重要方式之一。傳統的二維平面地圖並不能展示更多的人工或自然的地理細節，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年出身於奧地利，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發明了用蠟板層疊的方法製作等高線地形圖的技術並被授予專利。通過在一系列蠟板上壓印地形等高線，然後切割蠟板，將其層層堆疊之後，進行平滑處理。這種方法能夠根據等高線指示，製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後，印刷壓制紙張來構建地勢圖。

今天我們的3D列印技術已經能夠讓普通人在家裡製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列印企業Stratasys在新英格蘭的分銷商之一，他們創建了一個STL檔生成器，可以通過Google地球輸出地形圖的3D資料，然後直接列印出來。

我們今天來看Willème開創的照相雕塑以及Blanther發明的地勢圖，儘管當時的技術不能跟今天相提並論，但是已經構建了3D列印的雛形，為今後的3D列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列印一樣，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列印的前景，也隨著人類技術的進步反覆運算而變得更加明朗。

如果你想瞭解更多的3D列印文化，請關注【南極熊旗下】創克加科技。

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

弗朗索瓦的技術與今天的3D列印十分相似：一，採集目標物件的三維資料，並進行切片分層；二，利用每一層的切片資訊來構建真實的材料層，並層層堆疊直到物體成形。1864年，弗朗索瓦因為他的發明被授予專利，公開號US43822A。

2.地貌學的起源：蠟板層疊的誕生

地圖是我們瞭解世界的重要方式之一。傳統的二維平面地圖並不能展示更多的人工或自然的地理細節，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年出身於奧地利，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發明了用蠟板層疊的方法製作等高線地形圖的技術並被授予專利。通過在一系列蠟板上壓印地形等高線，然後切割蠟板，將其層層堆疊之後，進行平滑處理。這種方法能夠根據等高線指示，製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後，印刷壓制紙張來構建地勢圖。

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