【南極熊-3D打印文化】3D打印技術之父：Charles W. Hull

3D打印技術之父：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，專利號為US4575330A。他在題為“Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects byStereolithography”的專利里面發(fā)明了術語“stereolithography”，簡稱SLA，也就是后來的立體光固化技術——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。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打印設備生產(chǎn)商之一），致力于將SLA技術商業(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打印技術發(fā)展史上的一個里程碑事件，其設計思想和風格幾乎影響了后續(xù)所有的3D打印設備。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。1988年，3D Systems賣出了第一臺基于SLA技術的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打印技術諸多基本的技術方法，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的技術生產(chǎn)碰撞試假機器人，手表行業(yè)用3D Systems技術進行原型評估和人體工程學設計。各行各業(yè)都在享受著3D Systems的3D打印技術為世界帶來的改變。

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。

如果你想了解更多的3D打印文化，請關注【創(chuàng)克加科技】