1.1.3 发展历程

1.国外发展历程

1983年，美国科学家查尔斯·胡尔（Charles W.Hull）发明立体光固化成形（Stereo Lithography Appearance，SLA）技术并制造出全球首个增材制造部件。

1986年，查尔斯·胡尔获得全球第一项增材制造专利——“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”（专利号US4575330A）。同年，3D Systems公司成立，研发了STL文件格式，它将CAD模型进行三角化处理，成为CAD/CAM系统接口文件格式的工业标准之一。

1987年，3D Systems推出首款光固化增材制造设备SLA-1并打印了全球首个增材制造部件（见图1-4），全球进入增材制造时代。此后，涌现出多种制造工艺，诞生了Helisys、Stratasys、DTM等著名的增材制造企业。

1991年，美国Helisys公司Michael Feygin研发的叠层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）技术获发明专利。同年，Helisys公司售出第一台叠层实体制造系统。

1992年，美国DTM公司基于激光选区烧结（Selected Laser Sintering，SLS）工艺的工业级装备——Sinterstation研发成功，实现了粉末床熔融工艺的产业化。DTM公司于2001年被3D Systems公司收购。2001年，Stratasys公司Scott Crump申请的熔融沉积成形（Fused Deposition Modeling，FDM）专利——“Apparatus and Method for-Creating Three Dimensional Objects”（专利号US5121329A）获得授权，同年推出第一台基于FDM技术的增材制造设备——3D Modeler，标志着FDM技术步入了商用阶段。

1993年，美国麻省理工学院Emanual Sachs教授提出的三维立体打印（Three Dimensional Printing，3DP）技术获得专利。同年，Emanual Sachs团队开发出基于3DP技术的增材制造设备。1997年成立Z公司，并结合传统的SLS技术，推出Z系列的3DP设备。Z公司随后成为该领域的领导者。2012年，Z公司被3D Systems公司收购。1994年，德国EOS公司推出了EOSINT P350系统，成为世界上第一个能够提供SLA和SLS装备系统的公司。

1995年，德国弗朗霍夫激光技术研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）提出激光选区熔化（Selected Laser Melting，SLM）技术构想，随后获得专利授权。2003年，英国MCP集团公司下属的德国MCP-HEK分公司（后更名为SLM Solutions）推出第一台SLM设备。SLM技术和直接金属激光烧结（Direct Metal Laser Sintering，DMLS）技术其实是SLS技术的延伸，区别在于SLM技术使用的材料为单一金属粉末，而DMLS技术使用的材料为两种或两种以上混合金属粉末。

1996年，3D Systems公司使用喷墨打印技术制造出第一台3DP装备——Actua2100。同年，美国Z公司发布Z402型3DP装备。

2000年前后，美国克莱姆森大学（Clemson University）、密苏里大学（University of Missouri）、德雷塞尔大学（Drexel University）等提出“生物3D打印”概念。2003年，V.Mironv和T.Boland在Trends in Biotechnology杂志上系统提出“器官3D打印”的概念。2015年10月10日，美国Regenovo公司推出第三代生物3D打印工作站，成功批量“打印”出肝单元用于药物筛选。

2002年，德国成功研制SLM增材制造装备，可成形接近全致密的精细金属零件和模具，其性能可达到同质锻件水平。同时，电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等一系列新技术与装备涌现出来。

2005年，Z公司推出全球第一台彩色增材制造设备——Spectrum Z510，标志着增材制造从单色开始迈向多色时代。

2009年，美国材料与试验协会成立增材制造标准委员会F42，下设试验方法、设计、材料和工艺、人员、术语等分委员会，开始进行增材制造技术标准的研究工作。

2010年，美国Organovo公司研制出全球首台生物3D打印设备，使得3D打印人体器官成为可能。同年，美国GE公司开始布局增材制造技术。

2011年，Stratasys公司收购Solidscape；桌面级增材制造设备收入增速首次超过工业级设备；全球首例3D打印金属下颌骨植入手术成功实施。

2012年，英国The Economist杂志刊文评价：增材制造技术将推动第三次工业革命。美国提出“重振制造业”战略，将“增材制造”列为第一个启动项目，成立了国家增材制造创新中心（National Additive Manufacturing Innovation Institute，NAMII）。同年，Stratasys公司和Objet公司完成行业内最大规模合并；GE公司收购增材制造技术公司Morris Technologies。

2013年，美国强调增材制造的重要性，推动了增材制造的发展。各大企业纷纷加速布局增材制造产业，扩张势力版图。2013年，3D Systems公司收购法国增材制造企业Phenix Systems；Stratasys收购Makerbot。同年，Solid Concepts公司设计制造了全球首支增材制造金属枪；Nike公司推出全球首款增材制造运动鞋。

2014年，HP公司发布多射流熔融（MJF）技术。

2015年，欧盟发布《增材制造标准化路线图》，规范增材制造技术在发展战略中的位置及方向；Materialise公司开始为空客A340 XWB飞机供应增材制造部件；Stratasys公司合并RedEye、Harvest Technologies、Solid Concepts公司，布局按需制造服务；3D Systems公司收购中国无锡易维模型设计制造有限公司，创建3D Systems中国公司。同年，佳能、理光、东芝、欧特克、微软等巨头纷纷涉足增材制造领域。

2016年，GE公司收购增材制造巨头Concept Laser 75%的股份和Arcam 76.15%的股份；以色列XJet公司发布纳米颗粒喷射成形金属打印设备；哈佛大学研发出增材制造肾小管；Carbon公司推出首款基于连续液态界面制造技术（Continuous Liquid Interface Production，CLIP）的增材制造设备；医疗行业巨头强生公司与Carbon公司合作进军增材制造手术器械市场。

2017年，美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）发布《3D打印医疗产品技术指导意见》。同年，美国海军部公布使用区块链来控制增材制造设备的计划；HP公司宣布将“增材制造专业化”（HP Partner First）计划进行扩展，加快增材制造全球布局步伐，抢占增材制造市场。

2018年，GE公司发布的增材制造装备成形尺寸达到1.1m×1.1m×0.3m（Z轴可扩展至1m，甚至更长），推动铺粉式金属激光增材制造成形进入“米”级时代；德国EOS公司、SLM Solutions公司等推出四激光系统的新型装备，可大幅提升打印效率。同年6月，美国America Makes与美国国家标准协会（American National Standard Institute，ANSI）合作发布《增材制造2.0新标准化路线》。

2019年，生物增材制造领域取得全球瞩目的技术进展。以色列特拉维夫大学（Tel Aviv University）增材制造出全球首个含人体组织和血管的3D心脏；美国莱斯大学（Rice University）与华盛顿大学（University of Washington）制造了一个水凝胶增材制造肺模型，它具有与人体血管、气管结构相同的网络结构，能够像肺一样向周围的血管输送氧气，完成“呼吸”过程。

2020年，通用汽车公司（GM）新增加17台Stratasys FDM增材制造设备，并称“速度、重量减轻和成本效益”是该设备的主要优势。GM将这些设备均投入生产呼吸机所需的工装夹具的生产当中，以保障2020年9月前向美国卫生部生产并交付3万台重症监护呼吸机。

2.国内发展历程

1989年年初，清华大学机械系批准颜永年教授关于开展快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）技术研究的建议和申请，并开始了分层（切片）算法的研究。1990年，清华大学成立激光快速成形中心。颜永年教授在1990年和1991年邀请美国德雷塞尔大学（Drexel University）教授Jack Keverin来华访问讲学，介绍快速原型制造技术，拉开了我国增材制造技术发展的序幕。1994年研制出我国第一台快速成形实验机，实现LOM工艺。1997年研制出我国第一台FDM设备。1995年清华大学主办了第一届全国快速成形制造学术会议。1997年在中国机械工程学会特种加工分会下成立快速成形技术委员会，颜永年为主任委员。1998年，该委员会主办了第一届快速成形国际会议。

1990年，国内第一家增材制造公司——北京殷华快速成形模具技术有限公司成立。

1991年，华中科技大学成立快速制造中心。1994年成功研制出国内第一台基于薄材纸的LOM样机。1996年，武汉滨湖机电技术产业有限公司依托华中科技大学成立。1998年，华中科技大学开始开展SLS技术和SLM技术的研究工作。

1992年，西安交通大学卢秉恒教授在美国密歇根大学（University of Michigan）访问期间发现增材制造技术在汽车制造业中的应用。随后卢秉恒团队在国内开拓光固化快速成形制造系统研究，开发出国际首创的紫外光快速成形设备。

1993年，国内首台工业级SLS设备样机研发成功，并于1994年获得专利。

1994年，西安交通大学成立先进制造技术研究所。1997年，西安交通大学成立陕西恒通智能机器有限公司（简称恒通），并售出了国内第一台SLA增材制造设备。

1995年，西北工业大学提出了基于激光熔覆工艺的增材制造技术构想，并开展相关基础研究。

1996年，北京隆源自动成型系统有限公司的第一台商品化SLS增材制造设备AFS-300销往北京航空材料研究院，并成功应用于军用航空新产品的开发。

1997年，清华大学研发的LOM设备和多功能快速成形设备销往泰国某公司，实现了我国增材制造设备的首次外销。

1998年，清华大学将增材制造技术引入生命科学领域，提出“生物制造工程”学科概念和框架体系，并于2001年研制出基于热致相分离的低温沉积成形工艺，实现了具有分级孔隙结构的可降解大段骨修复组织工程支架的增材制造。

2000年，北京航空航天大学瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，开始攻关激光增材制造技术，随后在国际上首次全面突破相关关键构件激光成形工艺、成套设备和应用关键技术。

2001年，清华大学完成我国第一台双激光大型LOM设备和工艺的研究，实现了1400mm的汽车保险杆的LOM原型制造，开创了我国多激光协同扫描的增材制造技术。同年，清华大学开发的无模铸型制造（PCM）实现了第一个铸造砂型的增材制造。2003年，通过与佛山水泵厂的合作，实现了增材制造铸造砂型的第一次成功铸造，铸造的零件是一个水泵铸铁叶轮。

2002年，清华大学多功能快速成形制造系统（M-RPMS）获国家科学技术进步奖二等奖。

2003年，清华大学实现了激光直写驱动细胞打印和细胞连续挤出打印，并开始探索细胞三维结构体的打印技术。同年，清华大学开始自主研发电子束选区熔化（EBSM）技术及装备。

2004年，清华大学开发出基于明胶基预凝胶化的分步复合交联工艺和细胞受控组装实验系统，实现了三维细胞结构体的增材制造构建，开创了我国细胞三维打印的先河。

2005年，北京航空航天大学王华明教授团队成功实现三种激光快速成形钛合金结构件在两种飞机上的装机应用，使我国成为世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形装机应用技术的国家。

2005年6月，在美国国家科学基金会（NSF）和我国国家自然科学基金委员会（NSFC）、中国机械工程学会（CMES）的联合资助下，在清华大学举办了第一届生物制造国际研讨会，邀请中美双方各15名学者，在清华大学交流研讨生物制造这一新兴交叉领域的最新进展，并展望未来的发展。

2010年，北京太尔时代科技有限公司（简称太尔时代）自主开发的桌面型个人三维打印机UP系列实现国内外销售，产品在2012年12月被美国Make杂志评选为年度最佳三维打印设备。

2012年，王华明教授凭借“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得国家技术发明奖一等奖。我国成为世界上唯一掌握大型结构关键件激光成形技术的国家。

2013年，工业和信息化部开始酝酿增材制造顶层设计和统筹规划；科技部首次将增材制造纳入《国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》。

2014年，先临三维科技股份有限公司（简称先临三维）在“新三板”挂牌（股票代码：830978），成为我国第一家在“新三板”上市的增材制造企业。

2015年，国务院印发《中国制造2025》，我国加快增材制造技术和装备的研发、应用，建设增材制造创新中心。同年，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》。

2016年，中国增材制造产业联盟成立（见图1-5）。同年，全国增材制造标准化技术委员会获批成立，国家增材制造创新中心批复筹建。科技部“十三五”国家重点研发计划项目“增材制造与激光制造”重点专项启动，第一批项目立项。

2017年，中国增材制造大会暨展览会在浙江杭州成功举办。同年11月，工业和信息化部、国家发展改革委等十二部门联合印发《增材制造产业发展行动计划（2017—2020年）》，国家政策密集发布，推动增材制造产业发展。

2018年，国家食品药品监督管理总局医疗器械技术审评中心发布《定制式增材制造医疗器械注册技术审查指导原则（征求意见稿）》，增材制造医疗器械临床应用和上市审查提上日程。同年，西安赛隆金属材料有限责任公司的电子束金属增材制造装备与等离子旋转电极制粉装备获得欧盟CE认证；深圳光华伟业股份有限公司（eSUN易生）的eTPU98A线材通过美国FDA认证；飞而康快速制造科技有限公司的齿科用钛合金粉末首获国家食品药品监督管理局产品注册认证及生产许可证等。

2019年，国家药品监督管理局、国家卫生健康委员会发布《定制式医疗器械监督管理规定（试行）》。该规定的发布将进一步鼓励定制式医疗器械的创新研发，规范和促进行业的健康发展，满足临床罕见特殊个性化需求，有力保障公众用械安全。同年6月科创板开板，西安铂力特增材技术股份有限公司（简称铂力特）成为第一家科创板上市的增材制造企业，也是首批“科创板”上市企业中唯一一家增材制造企业。

2020年5月，我国完成首次太空增材制造实验，也是国际上首次在太空开展连续纤维增强复合材料增材制造实验，如图1-6所示。该实验由我国自主研发的复合材料空间增材制造系统完成蜂窝结构（代表航天器轻量化结构）和CASC（中国航天科技集团有限公司）标志样件打印，该系统自主完成了连续纤维增强复合材料样件打印，验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。

增材制造行业发展历程如图1-7所示。