打印机发展历史

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2024年5月16日发(作者：)

从雕版印刷到活字印刷，人们在复制知识的道路上迈出了重要一步。文字不再是以“页”为单

位，而是转化成了更小的单位“字”。

切斯特•卡尔森在1938年发明了静电复印技术，20年后的施乐公司以此为基础开发出商用

静电复印机，这可以算是今天激光打印机的鼻祖。在工作前，激光打印机的硒鼓表面会均匀地

布上一层电荷。计算机发来的文字或图像会转化成激光束，照射到的电荷会流走，剩下的电荷

在经过墨粉盒时会吸引极性相反的墨粉，再把这些墨粉压在带电的打印纸上。最后对纸张加热

让墨粉溶化渗入纸张，一张打印件即告完成。

从发明第一台激光打印机到现在的三十年间，这种打印机从当年一组四个柜子组成、往往

要用一个单独的房间来摆放的庞然大物变成了今天办公桌上的小盒子。虽然它一般不能打印彩

色——彩色激光打印机太过昂贵且受到严格控制——但是这部分的市场缺口已经被喷墨打印机

完美地填充好了。

早在1867年，英国物理学家开尔文男爵就申请了连续喷墨打印机的专利。但是他设想的连

续式喷墨打印直到1951年才由西门子的工程师变成现实，到今天，连续式喷墨打印已经成为大

型喷绘机的标准技术。在家庭中，则往往使用另外的两种喷墨技术：1978年，惠普和佳能公司

的两个研究小组分别独立发明的按需喷墨打印技术。惠普公司的工程师约翰•沃特用施加电流时

会变形的压电材料覆盖在喷头上，通电就能从喷头里挤出一小滴墨水；而佳能的工程师远藤一

郎从一件小事中得到了启发，开始考虑加热打印喷头的可能性。结果我们就有了两种不同原理

的按需式喷墨打印机，而且直到今天还是这样。

今天的打印机成本已经低到可以自己在家制作书籍，如果方法得当，质量堪比印刷厂的产

品。但是，打印机依然可以有更多的用途：比方说，打印一双拖鞋，或者一把牙刷。

在家中制造小产品是3D打印机的目标。这种可以看做由喷墨打印机脱胎而来的新型制造技

术实际上已经有了二十年的历史，已经广泛用于工业设计领域。它可以被视为一系列平面喷墨

打印的叠加，墨水喷头不仅能在平面上移动，还能上下运动。于是，在平面上打印一层，用某

种方法把固定住，然后打印头升高一点，再打印下一层，周而复始，就可以获得立体的结构。

当然，它使用的材料往往是粉末或者粘稠的液体，而把打印材料固化的方式则可能是加热、降

温、紫外线，或者激光烧结。

技术原理

3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以

发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的

市场”。三维打印通常是采用数字技术材料

打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，

其价格也正逐年下降。

　　使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一

台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通

过电脑辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，

后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区

别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。

　　堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的

以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上，此涂层

然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一

家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是

在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

　　还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的

粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成

指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司

则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当

遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用

来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙。如今

可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结

合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另 一头柔软。

工作步骤

3D打印机工作步骤是这样的：

先通过计算机建模软件建模，如果你有现成的模型也可以，比如动物模型、人物、

或者微缩建筑等等。

然后通过

SD

卡或者USB优盘把它拷贝到3D打印机中，进行打印设置后，打印机就可以

把它们打印出来，其工作结构分解图如下。

3D打印机的工作原理和传统打印机基本一样，都是由控制组件、机械组件、打印头、耗

材和介质等架构组成的，打印原理是一样的。3D打印机主要是在打印前在电脑上设计了一个完

整的三维立体模型，然后再进行打印输出。

3D打印与

激光

成型技术一样，采用了分层加工、叠加成型来完成3D实体打印。每一层

的打印过程分为两步，首先在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易

扩散。然后是喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，而没有

胶水

的区域仍保持

松散状态。这样在一层胶水一层粉末的交替下，实体模型将会被“打印”成型，打印完毕后只要

扫除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。

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